CN104942698A - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种能够对晶片等基板执行多层研磨的研磨装置。研磨装置具有：分别用于支撑研磨垫的多个研磨台；将基板按压到研磨垫的多个研磨头；以及将基板输送到多个研磨头中的至少两个研磨头的输送装置。多个研磨头具有彼此不同的构造。

Description

研磨装置及研磨方法
技术领域
本发明涉及一种对晶片等基板进行研磨的研磨装置及研磨方法，尤其涉及使用不同构造的多种研磨头而对基板进行研磨的研磨装置及研磨方法。
背景技术
近年来，随着半导体设备的高集成化、高密度化，回路的配线也越来越细微化，多层配线的层数也增加。若要实现回路的细微化和多层配线，则由于承袭下侧层的表面凹凸而使台阶更大，因此，随着配线层数增加，薄膜形成中对于台阶形状的膜被覆性(阶跃式覆盖率：ステップカバレッジ)变差。因此，为了进行多层配线，必须改进该阶跃式覆盖率，在适当的过程中进行平坦化处理。另外，由于焦距随光刻技术的细微化一起而变浅，因此，必须对半导体器件表面进行平坦化处理以使半导体器件表面的凹凸台阶控制在焦距以下。
因此，在半导体设备的制造工序中，半导体设备表面的平坦化越来越重要。在该表面平坦化中最重要的技术是化学机械研磨(CMP：Chemical Mecanical Polishing)。该化学机械研磨是将含有二氧化硅(SiO2)等磨料的研磨液供给到研磨垫的研磨面上并使晶片与研磨面滑动接触而进行研磨的。
CMP装置是化学机械研磨晶片的研磨装置。称为该CMP装置的研磨装置，具有多个研磨台及多个研磨头，以对晶片进行多层研磨。晶片依次被输送到研磨台上的研磨垫，在研磨垫上由各研磨头依次进行研磨。例如，作为第1层的研磨而进行晶片的粗研磨，作为第2层的研磨而进行晶片的精加工研磨。
对于研磨装置，要求执行与各种研磨处理对应的研磨工法。为了应对这种要求，作为上述的多个研磨头而使用高性能的研磨头。具体来说，研磨头具有独立对晶片的多个区域进行按压用的膜片、以及在晶片的周围对研磨垫进行按压的挡环等。
但是，这种高性能的研磨头的构造复杂，包括昂贵的消耗部件(膜片、挡环等)。因此，维护保养成本及运转成本增加。另外，当维护保养频度增加时，装置的运转率就下降。
上述的研磨头具有由膜片构成的多个压力室。这些压力室内的压力可适当变更，研磨头可对晶片的多个区域施加不同的研磨压力。因此，研磨头可对每晶片的区域控制研磨率并对晶片进行研磨。
但是，这种型式的研磨头不能在比压力室更细小的区域对研磨率进行控制。若设置更多的压力室，那么虽然可对晶片外形进行更细的控制，但是能设在研磨头上的压力室的数量存在极限。另外，上述研磨头在压力室之间的边界不能主动控制晶片的研磨率，因此，在压力室之间的边界有时研磨率变低。
近年来，随着半导体设备的高集成化发展，且为了提高半导体设备制造的生产率，而强烈要求提高研磨装置的性能。若例举研磨装置所要求的性能，则有平坦化特性(阶梯消除性能)、研磨率(也称为去除速率)、研磨率分布的晶片面内均匀性、研磨后晶片的低缺陷性和研磨装置的处理量等。
大多情况下需要与上述性能相反的研磨条件。例如，为了提高平坦化特性，一般希望低压的研磨，但为了提高研磨率和处理量，而希望高压的研磨。另外，为了提高平坦化特性，而一般希望使用高硬度的研磨垫的研磨，但为了获得低缺陷性，而往往希望低硬度的研磨垫。
日本特开2010-50436号公报公开了一种具有多个研磨头的研磨装置。在使用这种研磨装置进行多层研磨的情况下，由于使用因粗研磨、精加工研磨等研磨目的的不同而不同的研磨液和研磨垫，因此，基本的研磨率分布有所不同。因此，为改善晶片面内的研磨率的均匀性而必须的研磨头的控制特性，也因粗研磨和精加工研磨而有所不同。
发明内容
发明所要解决的课题
因此，本发明的第1目的是，提供一种低成本的可对晶片等基板执行多层研磨的研磨装置。
另外，本发明的第2目的是，提供一种可更精密控制晶片等基板的外形的研磨装置及研磨方法。
此外，本发明的第3目的是，提供一种具有在不同的研磨条件下可执行最佳的多层研磨的多种研磨头的研磨装置。
用于解决课题的手段
本发明的一方式是一种研磨装置，其特征在于，具有：用于分别支撑研磨垫的多个研磨台；将基板按压到所述研磨垫的多个研磨头；以及输送装置，该输送装置将所述基板输送到所述多个研磨头中的至少两个研磨头，所述多个研磨头具有彼此不同的构造。
优选方式的特征在于，所述多个研磨头包含：将均匀的压力施加于所述基板的至少一个等压型研磨头；以及能够将不同的压力施加于所述基板的至少一个多室型研磨头。
优选方式的特征在于，所述至少一个等压型研磨头是刚体研磨头及单室研磨头中的至少一个，所述刚体研磨头具有：具有圆形的平坦面的刚体；贴附在所述平坦面上、将所述基板按压到研磨垫上的圆形的基板保持件；以及以非接触方式将所述基板保持于所述研磨垫的导环，所述单室研磨头具有：架体；配置在所述架体的下方的板；在所述板的下方形成单一的压力室的圆形的弹性膜；以及以包围所述基板的方式将所述基板固定于所述架体、且对研磨垫进行按压的挡环。
优选方式的特征在于，所述至少一个多室型研磨头是第1多室研磨头及第2多室研磨头中的至少一个，所述第1多室研磨头具有：架体；配置在所述架体的下方的板；在所述板的下方形成多个压力室的圆形的弹性膜；以及以包围所述基板的方式将所述基板固定于所述架体、且对研磨垫进行按压的挡环，所述第2多室研磨头具有：架体；在所述架体的下方形成多个压力室的圆形的弹性膜；以包围所述基板的方式配置、且对研磨垫进行按压的挡环；以及设在所述挡环与所述架体之间、且在内部形成有环状的压力室的环状的弹性膜。
另一方式是研磨装置，其特征在于，具有：用于分别支撑研磨垫的多个研磨台；第1研磨头，该第1研磨头具有产生用于将基板按压到研磨垫的压力的多个压力室；以及第2研磨头，该第2研磨头具有产生用于将所述基板按压到研磨垫的压力的多个压力室，所述第2研磨头的所述多个压力室的配置，不同于所述第1研磨头的所述多个压力室的配置。
优选方式的特征在于，所述第2研磨头的所述多个压力室配置在与所述第1研磨头的所述多个压力室之间的边界的位置对应的位置。
优选方式的特征在于，所述第2研磨头的所述多个压力室中的至少两个压力室配置在与所述第1研磨头的所述多个压力室中的任一压力室对应的位置。
另一方式是研磨方法，其特征在于，用具有多个压力室的第1研磨头将基板按压到研磨垫上而对所述基板进行研磨，然后，用第2研磨头将所述基板按压到研磨垫上而对所述基板进行研磨，所述第2研磨头具有配置与所述第1研磨头的所述多个压力室不同的多个压力室。
采用上述的本发明，使用构造不同的多个研磨头，即，使用初始成本及维护保养费不同的研磨头。当使用构造不同的多个研磨头时，可降低维护保养费高的研磨头的使用频度。因此，可降低研磨装置整体的维护保养费。
采用上述的本发明，使用具有配置不同的压力室的第1研磨头和第2研磨头。两个研磨头可将基板的不同的多个区域按压到研磨垫。即，当使用具有配置不同的压力室的两个研磨头时，可获得与实质上增加一个研磨头内的压力室数量的情况相同的效果。因此，可更精密地控制基板的外形。
本发明的另一方式是一种对基板进行研磨的研磨装置，其特征在于，具有：第1研磨头，该第1研磨头将基板按压到第1研磨面而对该基板的表面进行研磨；以及第2研磨头，该第2研磨头将基板按压到第2研磨面而对该基板的表面进行研磨，所述第1研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第1研磨面的第1弹性膜，所述第2研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第2研磨面的第2弹性膜，所述第2弹性膜具有不同于所述第1弹性膜的结构。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2研磨头构成为，对由所述第1研磨头研磨后的基板进一步进行研磨。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2弹性膜的硬度不同于所述第1弹性膜的硬度。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2弹性膜的周壁的形状不同于所述第1弹性膜的周壁的形状。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2弹性膜的与基板接触的抵接部的厚度不同于所述第1弹性膜的与基板接触的抵接部的厚度。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2弹性膜的基板按压面的面积不同于所述第1弹性膜的基板按压面的面积。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2弹性膜的与基板接触的抵接部的边缘部的形状不同于所述第1弹性膜的与基板接触的抵接部的边缘部的形状。
本发明的优选方式的特征在于，还具有：将基板按压到第3研磨面而对该基板的表面进行研磨的第3研磨头；以及将基板按压到第4研磨面而对该基板的表面进行研磨的第4研磨头，所述第3研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第3研磨面的第3弹性膜，所述第4研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第4研磨面的第4弹性膜，所述第1弹性膜和所述第3弹性膜具有相同的结构，所述第2弹性膜和所述第4弹性膜具有相同的结构。
本发明的另一方式是一种对基板进行研磨的研磨装置，其特征在于，具有：将基板按压到第1研磨面而对该基板的表面进行研磨的第1研磨头；以及将基板按压到第2研磨面而对该基板的表面进行研磨的第2研磨头，所述第1研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第1研磨面进行按压的第1挡环，所述第2研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第2研磨面进行按压的第2挡环，所述第2挡环具有不同于所述第1挡环的结构。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2研磨头构成为，对由所述第1研磨头研磨的基板进一步进行研磨。
本发明的优选方式的特征在于，所述第1挡环具有从其内周面延伸至外周面的多个第1槽，所述第2挡环具有从其内周面延伸至外周面的多个第2槽，所述多个第2槽的数量不同于所述多个第1槽的数量。
本发明的优选方式的特征在于，所述第1挡环具有从其内周面延伸至外周面的多个第1槽，所述第2挡环具有从其内周面延伸至外周面的多个第2槽，所述多个第2槽的形状不同于所述多个第1槽的形状。
本发明的优选方式的特征在于，所述第1挡环及上述第2挡环中的一方具有从其内周面延伸至外周面的槽，所述第1挡环及所述第2挡环中的另一方没有从其内周面延伸至外周面的槽。
本发明的优选方式的特征在于，所述第1挡环或所述第2挡环具有锥形状或弯曲形状的边缘部。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2挡环的宽度不同于所述第1挡环的宽度。
本发明的优选方式的特征在于，所述第1挡环或所述第2挡环包含内侧挡环和外侧挡环。
本发明的优选方式的特征在于，所述第2挡环由材料不同于所述第1挡环的材料所构成。
本发明的优选方式的特征在于，还具有：将基板按压到第3研磨面而对该基板的表面进行研磨的第3研磨头；以及将基板按压到第4研磨面而对该基板的表面进行研磨的第4研磨头，所述第3研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第3研磨面进行按压的第3挡环，所述第4研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第4研磨面进行按压的第4挡环，所述第1挡环和所述第3挡环具有相同的结构，所述第2挡环和所述第4挡环具有相同的结构。
采用上述的本发明，研磨装置可使用多种类型的研磨头而执行最佳的多层研磨。例如，在第1层的研磨中，使用具有高硬度的弹性膜的研磨头并以较高的高压对晶片进行研磨，在第2层的研磨中，使用具有低硬度的弹性膜的研磨头并以较低的低压对晶片进行研磨。在另外的例子中，为了在第1层的研磨和第2层的研磨中获得不同的晶片边缘外形，而使用具有边缘部的形状不同的弹性膜的研磨头而进行第1层的研磨及第2层的研磨。此外，也可在第1层的研磨中使用高硬度的研磨垫，在第2层的研磨中，使用具有槽数比第1层研磨中所用的挡环少的挡环、或边缘部具有锥形状或弯曲形状的挡环的研磨头。由于挡环的宽度影响到垫回弹特性、和供给到晶片面上的研磨液的流动，因此，也可使用分别具有宽度不同的挡环的两个研磨头来对晶片进行多层研磨。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的研磨装置的示图。
图2是示意地表示第1研磨单元的立体图。
图3是表示第1研磨单元的研磨头的剖视图。
图4是表示第2研磨单元的研磨头的剖视图。
图5是表示第3研磨单元的研磨头的剖视图。
图6是表示第4研磨单元的研磨头的剖视图。
图7是表示使用四个研磨头而依次执行晶片的粗研磨、晶片的第1外形控制研磨、晶片的第2外形控制研磨及晶片的精加工研磨的例子的示图。
图8A是表示第1多室研磨头的压力室的一部分和所对应的晶片的外形的一部分的示意图。
图8B是表示第2多室研磨头的压力室的一部分和所对应的晶片的外形的一部分的示意图。
图9是表示第1多室研磨头的压力室的配置和第2多室研磨头的压力室的配置的例子的示意图。
图10是表示可对晶片周缘部(或边缘部)进行精密外形调整的压力室的配置的示图。
图11是表示可对晶片的中间部进行精密外形调整的压力室的配置的示图。
图12是表示可对晶片的中心部进行精密外形调整的压力室的配置的示图。
图13是表示将刚体研磨头配置在第1研磨单元及第4研磨单元、将第2多室研磨头配置在第2研磨单元及第3研磨单元的例子的示图。
图14是表示根据晶片的研磨量、晶片表面的平坦化的要求以及无擦伤等缺陷的要求等研磨目标而选择的研磨头的组合例子的示图。
图15是表示使用具有容易伸长的周壁形状的弹性膜或使用低硬度的弹性膜进行研磨的情况下的研磨率分布、和使用具有难以伸长的周壁形状的弹性膜或使用高硬度的弹性膜进行研磨的情况下的研磨率分布的例子的曲线图。
图16是表示具有容易伸长的周壁形状的弹性膜的一例子的剖视图。
图17是表示具有难以伸长的周壁形状的弹性膜的一例子的剖视图。
图18是表示图3所示的研磨头的弹性膜的又一变形例的剖视图。
图19是对图3所示的弹性膜及挡环进行局部表示的剖视图。
图20是对外径及按压面比图19所示的弹性膜小的弹性膜进行局部表示的剖视图。
图21是对外径与图19所示的弹性膜相同、但按压面小的弹性膜进行局部表示的剖视图。
图22是表示与晶片接触的抵接部的边缘部具有大致直角形状的弹性膜的剖视图。
图23是表示与晶片接触的抵接部的边缘部具有弯曲形状的弹性膜的剖视图。
图24是表示与晶片接触的抵接部的边缘部具有倾斜形状的弹性膜的剖视图。
图25是表示形成于挡环的底面的槽的示图。
图26是表示形成于挡环的底面的槽的其他例子的示图。
图27是表示形成于挡环的底面的槽的另一其他例子的示图。
图28是表示形成于挡环的底面的槽的另一其他例子的示图。
图29是表示形成于挡环的底面的槽的另一其他例子的示图。
图30是具有径向宽大的挡环的研磨头的剖视图。
图31是是表示具有双重挡环的研磨头的剖视图。
图32是表示与研磨垫接触的外侧边缘部具有锥形状的挡环的剖视图。
图33是表示与研磨垫接触的外侧边缘部具有弯曲形状的挡环的剖视图。
具体实施方式
下面，参照说明书附图来说明本发明实施方式的研磨装置。图1是表示本发明实施方式的研磨装置的示图。如图1所示，该研磨装置具有大致矩形状的壳体1，壳体1的内部由隔壁1a、1b划分为装载/卸载部2、研磨部3和清洗部4。研磨装置具有对晶片处理动作进行控制的动作控制部5。
装载/卸载部2具有前装载部20，该前装载部20载放对多个晶片(基板)进行储存的基板盒。在装载/卸载部2上沿前装载部20并排敷设有行走机构21，在该行走机构21上设置有可沿基板盒排列方向移动的输送用机器人(装料器)22。输送用机器人22通过在行走机构21上移动而可对搭载在前装载部20上的基板盒进行存取。
研磨部3是对晶片进行研磨的区域，具有第1研磨部3A、第2研磨部3B、第3研磨单元3C和第4研磨单元3D。如图1所示，第1研磨部3A具有：第1研磨台30A，该第1研磨台30A安装有具有研磨面的研磨垫10；研磨头31A，该研磨头31A用于对晶片进行保持且将晶片按压到研磨台30A的研磨垫10并进行研磨；第1研磨液供给喷管32A，该第1研磨液供给喷管32A用于将研磨液(例如浆料)或修整液(例如纯水)供给到研磨垫10；第1修整工具33A，该第1修整工具33A用于对研磨垫10的研磨面进行修整；以及第1喷雾器34A，该第1喷雾器34A将液体(例如纯水)和气体(例如氮气)的混合流体作成雾状而喷射到研磨面。
同样，第2研磨单元3B具有：安装有研磨垫10的第2研磨台30B；研磨头31B；第2研磨液供给喷管32B；第2修整工具33B；以及第2喷雾器34B，第3研磨单元3C具有：安装有研磨垫10的第3研磨台30C；研磨头31C；第3研磨液供给喷管32C；第3修整工具33C；以及第3喷雾器34C，第4研磨单元3D具有：安装有研磨垫10的第4研磨台30D；研磨头31D；第4研磨液供给喷管32D；第4修整工具33D；以及第4喷雾器34D。
如后所述，四个研磨头31A、31B、31C、31D具有彼此不同的结构，但是，第1研磨单元3A、第2研磨单元3B、第3研磨单元3C及第4研磨单元3D整体上具有基板上相同的结构。下面，参照图2来说明第1研磨单元3A。图2是示意地表示第1研磨单元3A的立体图。另外，在图2中，省略了修整工具33A及喷雾器34A。
研磨台30A通过台轴30a而与配置在其下方的台用电动机19连接，研磨台30A利用该台用电动机19而向箭头所示的方向旋转。在该研磨台30A的上表面贴附有研磨垫10，研磨垫10的上表面构成对晶片W进行研磨的研磨面10a。研磨头31A与头旋转轴16A的下端连接。研磨头31A构成为，可利用真空吸附而在其下表面保持晶片W。头旋转轴16A利用上下移动机构(图2未图示)而进行上下移动。
晶片W的研磨如下那样进行。使研磨头31A及研磨台30A分别向箭头所示的方向旋转，从研磨液供给喷管32A将研磨液(浆料)供给到研磨垫10上。在该状态下，研磨头31A将晶片W按压到研磨垫10的研磨面10a。晶片W的表面利用研磨液所含的磨料的机械作用和研磨液的化学作用而被研磨。研磨结束后，由修整工具33A对研磨面10a进行修整(调整)，再从喷雾器34A将高压的流体供给到研磨面10a，去除残留在研磨面10a上的研磨屑和磨料等。
返回到图1，第1线性输送机6与第1研磨单元3A及第2研磨单元3B相邻地配置。该第1线性输送机6是在四个输送位置(第1输送位置TP1、第2输送位置TP2、第3输送位置TP3和第4输送位置TP4)之间输送晶片的机构。另外，第2线性输送机7与第3研磨单元3C及第4研磨单元3D相邻地配置。该第2线性输送机7是在三个输送位置(第5输送位置TP5、第6输送位置TP6和第7输送位置TP7)之间输送晶片的机构。
晶片由第1线性输送机6输送到研磨单元3A、3B。第1研磨单元3A的研磨头31A利用其摆动动作而在研磨台30A的上方位置与第2输送位置TP2之间进行移动。因此，晶片在研磨头31A与第1线性输送机6之间的交接在第2输送位置TP2进行。
同样，第2研磨单元3B的研磨头31B在研磨台30B的上方位置与第3输送位置TP3之间进行移动，晶片在研磨头31B与第1线性输送机6之间的交接在第3输送位置TP3进行。第3研磨单元3C的研磨头31C在研磨台30C的上方位置与第6输送位置TP6之间进行移动，晶片在研磨头31C与第2线性输送机7之间的交接在第6输送位置TP6进行。第4研磨单元3D的研磨头31D在研磨台30D的上方位置与第7输送位置TP7之间进行移动，晶片在研磨头31D与第2线性输送机7之间的交接在第7输送位置TP7进行。
从输送用机器人22接受晶片用的升降器11与第1输送位置TP1相邻地配置。晶片通过该升降器11而从输送用机器人22交接到第1线性输送机6。在位于升降器11和输送用机器人22之间的隔壁1a设有百叶门(未图示)，在输送晶片时百叶门打开，晶片就从输送用机器人22被交接到升降器11。
在第1线性输送机6和第2线性输送机7与清洗部4之间配置有摆动式输送机12。晶片从第1线性输送机6至第2线性输送机7的输送，由摆动式输送机12进行。晶片由第2线性输送机7输送到第3研磨单元3C及/或第4研磨单元3D。
在摆动式输送机12的侧方，配置有设置于未图示的框架的晶片的临时放置台72。如图1所示，该临时放置台72与第1线性输送机6相邻地配置，且位于第1线性输送机6与清洗部4之间。摆动式输送机12在第4输送位置TP4、第5输送位置TP5及临时放置台72之间输送晶片。
载放在临时放置台72上的晶片由清洗部4的第1输送用机器人77输送到清洗部4。如图1所示，清洗部4具有：用清洗液对研磨后的晶片进行清洗的第1清洗单元73及第2清洗单元74；以及对清洗后的晶片进行干燥的干燥单元75。第1输送用机器人77以如下方式动作：将晶片从临时放置台72输送到第1清洗单元73，再从第1清洗单元73输送到第2清洗单元74。在第2清洗单元74与干燥单元75之间配置有第2输送用机器人78。该第2输送用机器人78以如下方式动作：将晶片从第2清洗单元74输送到干燥单元75。
接着，对研磨装置的动作进行说明。输送用机器人22从基板盒取出晶片，交接到第1线性输送机6，晶片再经由第1线性输送机6及/或第2线性输送机7而被输送到研磨单元3A～3D中的至少两个研磨单元。由研磨单元3A～3D中的至少两个来研磨晶片。
研磨后的晶片，经由第1线性输送机6或第2线性输送机7、摆动式输送机12、输送用机器人77而被输送到第1清洗单元73及第2清洗单元74，研磨后的晶片由这些第1清洗单元73及第2清洗单元74依次清洗。此外，清洗后的晶片由输送用机器人78输送到干燥单元75，在此处干燥清洗后的晶片。
干燥后的晶片由输送用机器人22从干燥单元75中取出，并返回到前装载部20上的基板盒。这样一来，对晶片进行包含研磨、清洗及干燥在内的一系列的处理。
输送用机器人22、第1线性输送机6、第2线性输送机7及摆动式输送机12构成将晶片输送到研磨单元3A～3D中的至少两个研磨单元的输送装置。该输送装置的动作由动作控制部5控制。输送装置根据预先设定的输送路径，而将晶片输送到四个研磨单元3A、3B、3C、3D中的至少两个研磨单元。
四个研磨头31A、31B、31C、31D具有彼此不同的结构。下面，说明研磨头31A、31B、31C、31D。图3是表示研磨头31A的剖视图。研磨头31A具有：具有圆形的平坦面101a的刚体101；贴附在平坦面101a上、将晶片W按压到研磨垫10的圆形的晶片保持件(基板保持件)103；以及以非接触方式而将基板保持于研磨垫10的导环105。晶片保持件(基板保持件)103也称为背膜(backing film)。
刚体101通过万向接头110而与头旋转轴16A的下端连接。因此，研磨头31A的整体相对于头旋转轴16A而可自如地倾动。头旋转轴16A与上下移动机构120连接。该上下移动机构120构成为，使头旋转轴16A及研磨头31A上升及下降，还产生规定的朝下的荷载。作为上下移动机构120，使用气缸或伺服电动机与滚珠丝杠机构的组合等。
圆形的晶片保持件103与晶片W的背面(即与被研磨面相反一侧的面)接触。在该状态下，当上下移动机构120通过头旋转轴16A而将朝下的荷载传递到研磨头31A时，研磨头31A就将晶片W的被研磨面按压到研磨垫10。研磨压力通过晶片保持件103而从刚体101的平坦面101a(下表面)传递到晶片W。下面，有时将研磨头31A称为刚体研磨头。
图4是表示研磨头31B的剖视图。研磨头31B具有：圆板状的架体201；配置在架体201的下方的板209；在板209的下方形成单一的压力室P1的圆形的柔软弹性膜(膜片)203；以及以包围晶片W的方式固定于架体201、且对研磨垫10进行按压的挡环205。弹性膜203安装于板209，压力室P1形成在板209与弹性膜203之间。该压力室P1与流体管线231连接，压力调整后的加压气体(例如加压空气)通过流体管线231而供给到压力室P1内。流体管线231连接有真空管线232，压力室P1利用真空管线232而形成负压。
挡环205固定于架体201的下表面。架体201通过万向接头210而与头旋转轴16B的下端连接。因此，架体201及挡环205相对于头旋转轴16B而可自如地倾动。头旋转轴16B与上下移动机构235连接。该上下移动机构235构成为，使头旋转轴16B及研磨头31B上升及下降，还产生规定的朝下的荷载。作为该上下移动机构235，使用气缸或伺服电动机与滚珠丝杠机构的组合等。当上下移动机构235通过头旋转轴16B而将朝下的荷载传递到研磨头31B时，挡环205就对研磨垫10进行按压。
架体201和板209用环状的隔膜220连接，在架体201与板209之间形成有压力室P2。该压力室P2与流体管线238连接，压力调整后的加压气体(例如加压空气)通过流体管线238而供给到压力室P2内。另外，流体管线238连接有真空管线239，压力室P2利用真空管线239而形成负压。随着压力室P2内的压力变化，板209及弹性膜203整体可向上下方向移动。
从图4可知，由于板209通过隔膜220而与架体201连接，因此，板209、弹性膜203及晶片W，相对于架体201及挡环205而可柔软地倾动。弹性膜(膜片)203的下表面与晶片W的背面(即，与被研磨面相反一侧的面)接触，弹性膜203将晶片W的被研磨面按压到研磨垫10。由压力室P1内的压力产生研磨压力，该该研磨压力从弹性膜203传递到晶片W。下面，有时将研磨头31B称为单室研磨头。
上述的刚体研磨头31A及单室研磨头31B，是对晶片W整个面施加均等研磨压力的等压型研磨头。这些等压型研磨头31A、31B具有较简单的构造，维护保养费较少即可。例如，在刚体研磨头31A中，由于导环105不与研磨垫10接触，因此，无磨损。另外，由于研磨头31A具有使用晶片保持件103的简单的结构，因此，成本便宜。由于研磨头31B中压力室少，因此，初始费用及维护保养费用降低。
图5是表示研磨头31C的剖视图。研磨头31C具有：圆板状的架体301；配置在架体301的下方的板309；在板309的下方形成多个压力室C1、C2、C3、C4的圆形的柔软的弹性膜(膜片)303；以及以包围晶片W的方式固定于架体301、且对研磨垫10进行按压的挡环305。弹性膜303安装于板309，压力室C1、C2、C3、C4形成在弹性膜303与板309之间。
弹性膜303具有多个环状的分隔壁303a，压力室C1、C2、C3、C4由这些分隔壁303a彼此分隔。中央的压力室C1是圆形，其它的压力室C2、C3、C4是环状。这些压力室C1、C2、C3、C4排列成同心圆状。研磨头31C也可具有至少两个压力室，该压力室的数量不特别限定。
压力室C1、C2、C3、C4与流体管线F1、F2、F3、F4连接，压力调整后的加压气体(例如加压空气)通过流体管线F1、F2、F3、F4而供给到压力室C1、C2、C3、C4。流体管线F1、F2、F3、F4连接有真空管线V1、V2、V3、V4，压力室C1、C2、C3、C4由真空管线V1、V2、V3、V4形成负压。压力室C1、C2、C3、C4的内部压力可彼此独立变化，由此，可独立调整晶片W相对于所对应的四个区域，即中央部、内侧中间部、外侧中间部及周缘部的研磨压力。
架体301和板309用环状的隔膜320连接，在架体301与板309之间形成有压力室C5。该压力室C5与流体管线F5连接，压力调整后的加压气体(例如加压空气)通过流体管线F5而供给到压力室C5内。另外，流体管线F5连接有真空管线V5，压力室C5由真空管线V5形成负压。随着压力室C5内的压力变化，板309及弹性膜303的整体可向上下方向移动。
挡环305固定于架体301的下表面。架体301通过万向接头310而与头旋转轴16C的下端连接。因此，架体301及挡环305相对于头旋转轴16C而可自如地倾动。从图5可知，由于板309通过隔膜320而与架体301连接，因此，板309、弹性膜303及晶片W相对于架体301及挡环305而可柔软地倾动。
头旋转轴16C与上下移动机构325连接。该上下移动机构325构成为，使头旋转轴16C及研磨头31C上升及下降，还产生规定的朝下的荷载。作为该上下移动机构325，使用气缸或伺服电动机与滚珠丝杠机构的组合等。当上下移动机构325通过头旋转轴16C而将朝下的荷载传递到研磨头31C时，挡环305就对研磨垫10进行按压。晶片W的研磨中，挡环305在晶片W的周围对研磨垫10进行按压，且弹性膜303将晶片W按压到研磨垫10。下面，有时将研磨头31C称为第1多室研磨头。
图6是表示研磨头31C的剖视图。研磨头31D具有：圆板状的架体401；在架体401的下方形成多个压力室D1、D2、D3、D4的圆形的柔软的弹性膜(膜片)403；以及以包围晶片W的方式配置、且对研磨垫10进行按压的挡环405。压力室D1、D2、D3、D4形成在弹性膜403与架体401的下表面之间。
弹性膜403具有多个环状的分隔壁403a，压力室D1、D2、D3、D4由这些分隔壁403a彼此分隔。中央的压力室D1是圆形，其它的压力室D2、D3、D4是环状。这些压力室D1、D2、D3、D4排列成同心圆状。研磨头31D也可具有至少两个压力室，该压力室的数量不特别限定。
压力室D1、D2、D3、D4与流体管线G1、G2、G3、G4连接，压力调整后的加压气体(例如加压空气)通过流体管线G1、G2、G3、G4而供给到压力室D1、D2、D3、D4。流体管线G1、G2、G3、G4连接有真空管线U1、U2、U3、U4，压力室D1、D2、D3、D4由真空管线U1、U2、U3、U4形成负压。压力室D1、D2、D3、D4的内部压力可彼此独立变化，由此，可独立调整晶片W相对于所对应的四个区域，即中央部、内侧中间部、外侧中间部及周缘部的研磨压力。
在挡环405与架体401之间配置有环状的弹性膜406。在该弹性膜406的内部形成有环状的压力室D5。该压力室D5与流体管线G5连接，压力调整后的加压气体(例如加压空气)通过流体管线G5而供给到压力室D5内。另外，流体管线G5连接有真空管线U5，压力室D5由真空管线U5形成负压。随着压力室D5内的压力变化，挡环405的整体可向上下方向移动。压力室D5内的压力施加于挡环405，挡环405独立于弹性膜(膜片)403而可直接对研磨垫10进行按压。晶片W的研磨中，挡环405在晶片W的周围对研磨垫10进行按压，且弹性膜403将晶片按压到研磨垫10。
架体401固定于头旋转轴16D的下端，架体401及挡环405不能相对于头旋转轴16D倾斜。头旋转轴16D与上下移动机构410连接。该上下移动机构410构成为，使头旋转轴16D及研磨头31D上升及下降，进而使研磨头31D位于规定的高度。作为起到该研磨头定位机构的功能的上下移动机构410，使用伺服电动机与滚珠丝杠机构的组合。研磨头31D的高度是距研磨垫10的研磨面(上表面)10a的高度。
上下移动机构410使研磨头31D位于规定的高度，在该状态下，将加压气体供给到压力室D1～D5。弹性膜403承受压力室D1～D4内的压力而将晶片W按压到研磨垫10，挡环405承受压力室D5内的压力而对研磨垫10进行按压。在该状态下研磨晶片W。下面，有时将研磨头31D称为第2多室研磨头。
上述的第1多室研磨头31C及第2多室研磨头31D具有复杂的结构，但是，在能够精密控制晶片W的研磨这点上，比上述等压型研磨头31A、31B优异。但是，多室研磨头31C、31D，由于具有多个压力室，因此，弹性膜(膜片)303、403的成本高。此外，由于构造复杂，因此，维护保养费也高。本实施方式的研磨装置，由于不仅包含高性能的多室研磨头31C、31D，而且包含初始费用及维护保养费便宜的等压型研磨头31A、31B，因此，可降低研磨装置整体的成本及晶片W的处理成本。
此外，通过根据晶片W的处理类型来选择应使用的研磨头，从而可延长研磨头的寿命，且可降低维护保养费。优选的是，图3及图4所示的研磨头31A、31B用于晶片W的粗研磨及精加工研磨。在晶片W的粗研磨中，用高的研磨率(高去除速率)研磨晶片W。在这种粗研磨中，挡环的磨损也快。通过将研磨头31A、31B用于粗研磨，可降低研磨头31C、31D的使用频度。结果是，可降低维护保养费高的研磨头31C、31D的维护保养频度，可降低维护保养的总费用。图3所示的刚体研磨头31A尤其适于晶片W的精加工研磨。这是因为：由于导环105不与研磨垫10接触，因此，在晶片W的研磨中，不会产生导环105的磨损粉末。
在精加工研磨中，通常不需要对晶片进行外形控制。因此，不需要使用具有可进行晶片外形控制的多个压力室的研磨头31C、31D。因此，通过将研磨头31A、31B用于精加工研磨，可降低研磨头31C、31D的维护保养频度，可降低维护保养的总费用。
下面，参照图7来说明使用上述四个不同类型的研磨头31A、31B、31C、31D中的至少两个研磨头来研磨晶片的例子。图7是表示使用四个研磨头31A、31B、31C、31D依次执行晶片的粗研磨、晶片的第1外形控制研磨、晶片的第2外形控制研磨及晶片的精加工研磨的例子的示图。在本例子中，晶片依次被输送到第1研磨单元3A、第3研磨单元3C、第4研磨单元3D及第2研磨单元3B。在第1研磨单元3A，用研磨头31A对晶片进行粗研磨，在第3研磨单元3C，用研磨头31C对晶片进行第1外形控制研磨，在第4研磨单元3D，用研磨头31D对晶片进行第2外形控制研磨，在第2研磨单元3B，用研磨头31B对晶片进行精加工研磨。
第2外形控制研磨是为了进行由第1外形控制研磨得到的晶片外形的微修正而进行的。为了使第2外形控制研磨的效果可靠，优选的是，第2多室研磨头31D的压力室的配置不同于第1多室研磨头31C的压力室的配置。这是因为：用研磨头31D的压力室D1～D4对不太承受研磨头31C的压力室C1～C4内的压力的晶片的部位进行按压。关于这一点，参照图8A及图8B来说明。
图8A是表示第1多室研磨头31C的压力室C1～C4的一部分和所对应的晶片的外形的一部分的示意图。如图8A所示，压力室C1、C2由弹性膜303的分隔壁303a分隔。在该分隔壁303a，压力室C1、C2内的压力难以施加于晶片。因此，在与分隔壁303a对应的位置(即，压力室C1、C2之间的边界)，晶片的研磨率下降。因此，为了改善这种研磨率的局部下降，如图8B所示，在与研磨头31C的压力室C1、C2之间的边界的位置对应的位置，配置研磨头31D的压力室D2。采用这种配置，研磨头31D的压力室D2的压力就可施加于研磨率下降的晶片的部分，可使研磨率上升。
图9是表示第1多室研磨头31C的压力室C1、C2、C3、C4的配置和第2多室研磨头31D的压力室D1、D2、D3、D4的配置例子的示意图。如图9所示，第1多室研磨头31C的压力室的配置不同于第2多室研磨头31D的压力室的配置。即，第2多室研磨头31D的压力室D1、D2、D3、D4配置在第1多室研磨头31C的压力室C1、C2、C3、C4之间的边界。如此，由于压力室的配置不相同，因此，两个研磨头31C、31D中的一方可对晶片外形进行修正或微调用的研磨。
两个研磨头31C、31D可将晶片的不同的多个区域按压到研磨垫10。即，当使用具有配置不同的压力室的两个研磨头31C、31D时，可获得实质上与增加一个研磨头内的压力室数量的情况相同的效果。因此，可更精密地控制晶片的外形。
为了在晶片的某区域更精密地调整外形，压力室D1、D2、D3、D4也可集中配置在该区域。图10表示可对晶片的周缘部(或边缘部)进行精密外形调整的压力室D1、D2、D3、D4的配置，图11表示可对晶片的中间部进行精密外形调整的压力室D1、D2、D3、D4的配置，图12表示可对晶片的中心部进行精密外形调整的压力室D1、D2、D3、D4的配置。从图10至图12可知，多个压力室D1、D2、D3、D4中的至少两个压力室，配置在与多个压力室C1、C2、C3、C4中的某一个压力室对应的位置。
上述的四个不同的研磨头31A、31B、31C、31D的组合及配置，可适当变更。例如，如图13所示，也可将刚体研磨头31A配置于第1研磨单元3A，将第2多室研磨头31D配置于第2研磨单元3B，将第2多室研磨头31D配置于第3研磨单元3C，并将刚体研磨头31A配置于第4研磨单元3D。在本例子中，使用两个刚体研磨头31A及两个第2多室研磨头31D，不使用单室研磨头31B及第1多室研磨头31C。如图9所示，两个第2多室研磨头31D中的一方的压力室的配置不同于另一方的第2多室研磨头31D的压力室的配置。因此，两个第2多室研磨头31D可进行这样的研磨：用于分别主动控制(或生成)晶片的外形的研磨；以及用于微调晶片的外形的研磨。
图13所使用的两个刚体研磨头31A中的任一方或两方，也可置换为单室研磨头31B。另外，图13所使用的两个第2多室研磨头31D中的任一方或两方，也可置换为第1多室研磨头31C。
对使用图13所示的研磨头的组合而研磨晶片的例子进行说明。图14是表示根据晶片的研磨量、晶片表面的平坦化的要求以及无擦伤等缺陷的要求等研磨目标而选择的研磨头的组合例子的示图。图14所示的例1表示晶片的研磨量多、晶片表面的平坦化的要求高、无缺陷的要求高的情况下的研磨头的选择例。在该例1中，使用所有的四个研磨单元3A、3B、3C、4D的四个研磨头，来研磨晶片。
例2表示晶片的研磨量少、晶片表面的平坦化的要求高、无缺陷的要求高的情况下的研磨头的选择例。在该例2中，不使用第1研磨单元3A的刚体研磨头，而使用第2研磨单元3B的第2多室研磨头、第3研磨单元3C的第2多室研磨头及第4研磨单元3D的刚体研磨头。例3表示晶片的研磨量少、晶片表面的平坦化的要求低、无缺陷的要求高的情况下的研磨头的选择例。在该例3中，不使用第1研磨单元3A的刚体研磨头及第3研磨单元3C的第2多室研磨头，而使用第2研磨单元3B的第2多室研磨头及第4研磨单元3D的刚体研磨头。例4表示晶片的研磨量多、晶片表面的平坦化的要求低、无缺陷的要求低的情况下的研磨头的选择例。在该例4中，不使用第3研磨单元3C的第2多室研磨头及第4研磨单元3D的刚体研磨头，而使用第1研磨单元3A的刚体研磨头及第2研磨单元3B的第2多室研磨头。例5表示晶片的研磨量少、晶片表面的平坦化的要求高、无缺陷的要求低的情况下的研磨头的选择例。在该例5中，不使用第1研磨单元3A及第4研磨单元3D的刚体研磨头，而使用第2研磨单元3B及第3研磨单元3C的第2多室研磨头。
接着，说明其他实施方式。在本实施方式中，第1研磨单元31A、第2研磨单元3B、第3研磨单元3C及第4研磨单元3D，使用图6所示的第2多室研磨头。也可使用图4所示的研磨头或图5所示的研磨头，来取代图6所示的研磨头。
第2多室研磨头即第1研磨头31A、第2研磨头31B、第3研磨头31C及第4研磨头31D，具有基本相同的结构，而四个研磨头31A～31D中的两个研磨头具有不同于另外两个研磨头的构造的弹性膜403。例如，第1研磨头31A和第3研磨头31C具有彼此相同构造的弹性膜403，第2研磨头31B和第4研磨头31D具有彼此相同构造的弹性膜403，而第1研磨头31A及第3研磨头31C的弹性膜403具有与第2研磨头31B及第4研磨头31D的弹性膜403不同的构造。在本说明书中，弹性膜403的构造至少包含弹性膜403的大小、硬度和形状。
四个研磨头31A～31D中的两个研磨头也可具有与另外两个研磨头不同构造的挡环405(参照图6)。例如，第1研磨头31A和第3研磨头31C具有彼此相同构造的挡环405，第2研磨头31B和第4研磨头31D具有彼此相同构造的挡环405，而第1研磨头31A及第3研磨头31C的挡环405也可具有与第2研磨头31B及第4研磨头31D的挡环405不同的构造。在本说明书中，挡环405的构造至少包含挡环405的形状、材料、形成于挡环405底面的槽(后述)的形状和条数。
在第1层的研磨和第2层的研磨中变更研磨压力的情况下，有时产生如下那样的问题。在高压研磨中，弹性膜403的变形量变大，弹性膜403产生扭转而不能将按压力均匀地施加于晶片。因此，执行高压研磨的研磨头最好使用硬度比其他研磨头的弹性膜的硬度高的弹性膜。高硬度的弹性膜难以变形，且难以扭转，因此可将按压力均匀地施加于晶片。
弹性膜403具有用于将晶片真空吸附于其下表面的孔。具体来说，当在图6所示的压力室D3形成真空时，晶片就通过孔而被吸引到弹性膜403。在晶片的研磨中，当弹性膜403产生变形或扭转时，有时加压流体通过孔而泄漏。当加压流体产生泄漏时，弹性膜403就不能以适当的按压力对晶片进行研磨。结果是，研磨率变低，研磨率在晶片面内产生偏差，使研磨装置的生产率极低。为了防止研磨中加压流体从弹性膜403泄漏，使用高硬度的弹性膜403也是有效的。
弹性膜403的硬度也影响到弹性膜403的纵向的伸长。因此，当各研磨头使用硬度不同的弹性膜时，晶片周缘部的研磨外形就有所不同。一般而言，在使用高硬度的弹性膜的情况下，由于弹性膜的边缘部难以伸长，因此对晶片周缘部的按压力下降，可能使晶片周缘部的研磨率下降。另一方面，在使用较低硬度的弹性膜的情况下，弹性膜的边缘部容易伸长，相比于使用高硬度的弹性膜的情况，对晶片周缘部的按压力就增加。因此，相比于高硬度的弹性膜，低硬度的弹性膜可使晶片周缘部的研磨率增加。
低硬度的弹性膜相比于高硬度的弹性膜而容易伸长，因此，将加压流体供给到压力室时的压力损失小。因此，在低压研磨的情况下，有时通过使用低硬度的弹性膜而使沿晶片圆周方向的研磨偏差变小。此处，所谓的高压研磨是指使用大约2psi(约140hPa)以上的压力的加压流体而实施的研磨工序，所谓的低压研磨是指使用大约小于2psi(约140hPa)的压力的加压流体而实施的研磨工序。所谓的高硬度的弹性膜是指根据ISO7619的由A型的小型携带式硬度计测得的60点以上的弹性膜，所谓的低硬度的弹性膜是指比由A型的小型携带式硬度计测得的60点小的弹性膜。
在低压研磨中，优选的是，基于加工消耗品的组合而选择应使用的弹性膜。例如，在第1层的研磨中使用容易研磨晶片周缘部的加工消耗品、在第2层的研磨中使用难以研磨晶片周缘部的加工消耗品的情况下，优选的是，在第1层的研磨中使用高硬度的弹性膜，在第2层的研磨中使用低硬度的弹性膜。也可根据所使用的加工消耗品的组合，而将低硬度的弹性膜用于第1层的研磨，将高硬度的弹性膜用于第2层的研磨。作为加工消耗品的例子，可列举出研磨垫、研磨液和修整工具等。
另外，也可基于研磨前的初始的膜厚分布来选择应使用的弹性膜的硬度。例如，在对周缘部的初始膜厚大的晶片进行研磨的情况下，也可以是，将低硬度的弹性膜用于第1层的研磨，提高周缘部的研磨率，在第2层的研磨中使用高硬度的弹性膜，降低晶片周缘部的研磨率。
接着，说明周壁形状不同的弹性膜403的具体例。图15是表示使用具有容易伸长的周壁形状的弹性膜403或使用低硬度的弹性膜403进行研磨情况下的研磨率分布、和使用具有难以伸长的周壁形状的弹性膜403或使用高硬度的弹性膜403进行研磨情况下的研磨率分布的例子的曲线图。图16是表示具有容易伸长的周壁形状的弹性膜403的一例子的剖视图，图17是表示具有难以伸长的周壁形状的弹性膜403的一例子的剖视图。
图16及图17所示的弹性膜403具有：最外侧的第1周壁403a-1；处于第1周壁403a-1内侧的第2周壁403a-2；处于第2周壁403a-2内侧的第3周壁403a-3；处于第3周壁403a-3内侧的第4周壁403a-4；以及与晶片接触的圆形的抵接部411。在第1周壁403a-1与第2周壁403a-2之间形成有压力室D4，在第2周壁403a-2与第周壁3403a-3之间形成有压力室D3，在第3周壁403a-3与第4周壁403a-4之间形成有压力室D2。在图16及图17所示的例子中，弹性膜403的下表面的孔形成在压力室D1的下方。
作为图16及图17的弹性膜403的具体形状的差异，可列举出最外侧的第1周壁403a-1的厚度。能够通过增加第1周壁403a-1的厚度而实现晶片周缘部的研磨率低的研磨外形。例如，可将图16的第1周壁403a-1的厚度作成0.5mm以上、1.5mm以下、将图17的第1周壁403a-1的厚度作成1.5mm以上、4.0mm以下。
图16及图17的弹性膜403的其它差异是第2周壁403a-2的连接位置。即，在图16所示的例子中，第1周壁403a-1、第2周壁403a-2、第3周壁403a-3及第4周壁403a-4全部与抵接部411连接，但在图17所示的例子中，第2周壁403a-2与第1周壁403a-1连接，第1周壁403a-1、第3周壁403a-3及第4周壁403a-4与抵接部411连接。根据图17所示的形状，当改变压力室D4内的压力时，研磨率相比于图16所示的形状而在更狭窄的区域进行变化。
如此，在图16及图17所示的弹性膜403中，由于第2周壁403a-2的连接位置不同，因此，对于压力室D4内的压力变化进行响应的区域不同。因此，能够通过在多层研磨中使用这些弹性膜403而获得与各种要求对应的研磨特性。例如在第1层的研磨中，使用图16的弹性膜403，提高压力室D4的压力而使较宽大的区域的研磨率增加，在第2层的研磨中使用图17的弹性膜403，降低压力室D4的压力而使较狭窄的区域的研磨率减小。也可替代第1层的研磨、第2层的研磨中所使用的弹性膜403，而变更所使用的压力室D4的压力。
接着，对与晶片接触的抵接部411的厚度不同的弹性膜403的具体例进行说明。图18是表示图6所示的研磨头的弹性膜403又一变形例的剖视图。图18所示的弹性膜403具有比图6所示的弹性膜403厚的抵接部411。增加弹性膜403的抵接部411的厚度，可获得与增加弹性膜403的硬度的情况类似的效果。即，厚的抵接部411可抑制弹性膜403的变形和扭转。尤其，抵接部411厚的弹性膜403可防止高压研磨时加压流体的泄漏和不均匀的按压力。
另外，当弹性膜403的抵接部411的厚度增加时，减震效果变大，因此可抑制研磨头和研磨装置的异常声音和振动。因此，能够通过在高压研磨中使用具有厚的抵接部411的弹性膜403而使研磨率增加，提高处理量。另一方面，抵接部411薄的弹性膜403可防止加压流体从形成于弹性膜403的抵接部411的孔泄漏，以提高晶片与弹性膜403之间的密封性。作为一例子，抵接部411薄的弹性膜403是抵接部411的厚度为0.5mm以上、1mm以下的弹性膜，抵接部411厚的弹性膜403是抵接部411的厚度比1mm厚、4mm以下的弹性膜。也可改变抵接部411一部分的厚度。例如，也可将与孔连通的压力室的部分做薄，将其它部分做厚。
接着，对按压晶片的按压面(晶片按压面或基板按压面)的面积不同的弹性膜403的具体例进行说明。图19、图20及图21表示弹性膜403的按压面的面积不同的实施例。图19、图20的弹性膜403的外径彼此不同，图21所示的弹性膜403的外径与图19所示的弹性膜403的外径相同，但是，抵接部411的边缘部设有阶梯，且按压面比图19所示的弹性膜403小。若弹性膜403的外径小，则一般对晶片周缘部的按压力下降，因此晶片轴部的研磨率变低。相反，在弹性膜403的外径大的情况下，晶片周缘部的研磨率变高。
在弹性膜403的外径小的情况下，如图20所示，挡环405与弹性膜403之间的间隙增加。在该情况下，由于对晶片进行保持的弹性膜403的横向的移动量增加，因此有时按压力变得不稳定。为了避免这种情况，如图21所示，在弹性膜403的外径维持为与图19所示的弹性膜403同等的状态下将按压面做小是有效的。
接着，对抵接部411的边缘部的形状不同的弹性膜403的具体例进行说明。图22、图23、图24表示将晶片W按压到研磨垫10的抵接部411的边缘部形状不同的弹性膜403的实施例。更具体地说，图22是抵接部411的边缘部大致为直角形状，图23是抵接部411的边缘部为弯曲形状，图24是抵接部411的边缘部为倾斜形状。图22所示的弹性膜403能够将按压力施加到晶片W的最外周，因此可提高晶片周缘部的研磨率。图23和图24所示的弹性膜403与晶片W的最外周为非接触的，因此，对晶片W的按压力不能施加到晶片W的最外周。因此，相比于使用图22所示的弹性膜403而言，可降低晶片周缘部的研磨率。
接着，对构造不同的挡环405的具体例进行说明。如图25所示，在挡环405的底面形成有使研磨液从挡环405的外侧向内侧、及从内侧向外侧移动用的多个槽407。各槽407从挡环405的内周面延伸至外周面。槽407在挡环405的整周上等间隔排列。
在图25所示的例子中，槽407沿挡环405的径向延伸。图26所示的槽407的数量与图25所示的槽407的数量相同，但是，图26所示的槽407的宽度比图25所示的槽407的宽度宽。图27所示的槽407的宽度与图25所示的槽407的宽度相同，但是，图27所示的槽407的数量比图25所示的槽407的数量多。虽然未图示，但也可变更槽407的条数和宽度这双方。此外，如图28及图29所示，槽407也可相对于挡环405的径向而倾斜。挡环405的构造差异，还包含槽407的条数、槽407的形状差异及槽407的有无。
图30是具有径向宽大的挡环405的研磨头的剖视图。也可使用图30所示那样的宽大的挡环405。图31是表示具有双重挡环的研磨头的剖视图。图31所示的挡环405包含内侧挡环405A和外侧挡环405B。内侧挡环405A与在内部形成压力室D5的环状弹性膜406连接，外侧挡环405B与在内部形成压力室D6的环状弹性膜408连接。外侧挡环405B以包围内侧挡环405A的方式配置在内侧挡环405A的外侧。压力室D5与流体管线G5连接，压力室D6与流体管线G6连接。内侧挡环405A或外侧挡环405B也可通过其他按压方法进行按压。
通过使用图25至图31所示的挡环405，研磨垫10的回弹状态产生改变，结果是，晶片周缘部的外形产生变化，此外，朝向晶片面的研磨液的流动和离开晶片面的研磨液的流动产生变化。即，有时研磨结果因挡环405的构造而改变。基于所要求的加工性能，也可变更第1层的研磨和第2层的研磨中所使用的挡环405。
通常，研磨垫10由无纺布、发泡聚氨酯、多孔质树脂和非多孔质树脂等构成。有时也使用保持有磨料的固定磨料垫。比发泡聚氨酯硬度低的、由无纺布或绒面革构成的研磨垫的寿命有时因与挡环405的边缘部接触而变短。在这种情况下，优选的是，使用槽307的数量少的挡环405、没有槽407的挡环405或槽407的宽度小的挡环405。这些挡环405能够减小研磨垫与挡环405边缘部的摩擦，因此，有时延长研磨垫的寿命。
此外，如图32及图33所示，与研磨垫10接触的外侧边缘部405a也可使用锥形状或弯曲形状的挡环405。即使在该情况下，也可减小挡环405的外侧边缘部405a与研磨垫10的摩擦，延长研磨垫10的寿命。
在第1层的粗研磨中，也可使用由发泡聚氨脂等较硬质材料构成的研磨垫，在第2层的精加工研磨中，使用比第1层研磨中所用的研磨垫软的研磨垫。在该情况下，在第2层的精加工研磨中，通过使用与第1层研磨中所用的挡环405不同的构造的挡环405，可延长精加工研磨的研磨垫的寿命。作为第2层精加工研磨中所用的挡环405的例子，可列举出槽407的数量少的挡环、没有槽407的挡环、槽407的宽度小的挡环、与研磨垫接触的外侧边缘部为锥形状的挡环、或外侧边缘部具有弯曲形状的挡环。
接着，对由不同材料构成的挡环405的具体例进行说明。挡环405通常在存在研磨液的状态下因与研磨垫10滑动接触而使挡环405的底面逐渐磨损。另外，挡环405的磨损粉末作为杂物而附着在研磨中的晶片上，有时会对晶片表面产生擦伤等损伤。因此，在使用含有磨料的研磨液的情况下，优选的是使用由耐磨损性高的材料构成的挡环405。在使用不含有磨料、或者磨料浓度低的研磨液的情况下，优选的是使用由柔软的材料构成的挡环405，以防止对晶片的擦伤。为了应对多层研磨中所需的各种要求，在第1层研磨和第2层研磨中所用的挡环405的材料有所不同是有效的。作为用于挡环405的材料的例子，可列举出SiC等陶瓷、PPS、PEEK、PTFE、PP、聚碳酸酯、聚氨脂等或为提高上述的树脂材料的耐磨损性而添加了填充材料后的材料等。
若是对同一研磨台配置有多种研磨头的结构的研磨装置，则也可使用同一研磨面上的不同结构的研磨头而对某基板进行第1层研磨和第2层研磨。
上述的实施方式是以本发明所属技术领域中具有通常知识的人员能实施本发明为目的而记载的。若是技术人员，则当然可实施上述实施方式的各种变形例，本发明的技术思想还可应用于其它实施方式。因此，本发明不限于所记载的实施方式，应由基于权利要求书所定义的技术思想的最宽大的范围来解释。

Claims (26)

1.一种研磨装置，其特征在于，具有：
用于分别支撑研磨垫的多个研磨台；
将基板按压到所述研磨垫的多个研磨头；以及
输送装置，该输送装置将所述基板输送到所述多个研磨头中的至少两个研磨头，所述多个研磨头具有彼此不同的构造。
2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述多个研磨头包含：
将均匀的压力施加于所述基板的至少一个等压型研磨头；以及
能够将不同的压力施加于所述基板的至少一个多室型研磨头。
3.如权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
所述至少一个等压型研磨头是刚体研磨头及单室研磨头中的至少一个，
所述刚体研磨头具有：
具有圆形的平坦面的刚体；
贴附在所述平坦面上、将所述基板按压到研磨垫上的圆形的基板保持件；以及以非接触方式将所述基板保持于所述研磨垫的导环，
所述单室研磨头具有：
架体；
配置在所述架体的下方的板；
在所述板的下方形成单一的压力室的圆形的弹性膜；以及
以包围所述基板的方式固定于所述架体、且按压研磨垫的挡环。
4.如权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
所述至少一个多室型研磨头是第1多室研磨头及第2多室研磨头中的至少一个，所述第1多室研磨头具有：
架体；
配置在所述架体的下方的板；
在所述板的下方形成多个压力室的圆形的弹性膜；以及
以包围所述基板的方式固定于所述架体、且按压研磨垫的挡环，
所述第2多室研磨头具有：
架体；
在所述架体的下方形成多个压力室的圆形的弹性膜；
以包围所述基板的方式配置、且按压研磨垫的挡环；以及
设在所述挡环与所述架体之间、且在内部形成有环状的压力室的环状的弹性膜。
5.一种研磨装置，其特征在于，具有：
用于分别支撑研磨垫的多个研磨台；
第1研磨头，该第1研磨头具有产生用于将基板按压到研磨垫的压力的多个压力室；以及
第2研磨头，该第2研磨头具有产生用于将所述基板按压到研磨垫的压力的多个压力室，
所述第2研磨头的所述多个压力室的配置不同于所述第1研磨头的所述多个压力室的配置。
6.如权利要求5所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2研磨头的所述多个压力室，配置在与所述第1研磨头的所述多个压力室之间的边界的位置对应的位置。
7.如权利要求5所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2研磨头的所述多个压力室中的至少两个压力室配置在与所述第1研磨头的所述多个压力室中的任一压力室对应的位置。
8.一种研磨方法，其特征在于，
用具有多个压力室的第1研磨头将基板按压到研磨垫上而对所述基板进行研磨，然后，用第2研磨头将所述基板按压到研磨垫上而对所述基板进行研磨，所述第2研磨头具有与所述第1研磨头的所述多个压力室不同配置的多个压力室。
9.一种研磨装置，对基板进行研磨，其特征在于，所述研磨装置具有：
第1研磨头，该第1研磨头将基板按压到第1研磨面而对该基板的表面进行研磨；以及
第2研磨头，该第2研磨头将基板按压到第2研磨面而对该基板的表面进行研磨，
所述第1研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第1研磨面的第1弹性膜，
所述第2研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第2研磨面的第2弹性膜，
所述第2弹性膜具有不同于所述第1弹性膜的结构。
10.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2研磨头构成为，对由所述第1研磨头研磨后的基板进一步进行研磨。
11.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2弹性膜的硬度不同于所述第1弹性膜的硬度。
12.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2弹性膜的周壁的形状不同于所述第1弹性膜的周壁的形状。
13.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2弹性膜的与基板接触的抵接部的厚度不同于所述第1弹性膜的与基板接触的抵接部的厚度。
14.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2弹性膜的基板按压面的面积不同于所述第1弹性膜的基板按压面的面积。
15.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2弹性膜的与基板接触的抵接部的边缘部的形状不同于所述第1弹性膜的与基板接触的抵接部的边缘部的形状。
16.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还具有：
第3研磨头，该第3研磨头将基板按压到第3研磨面而对该基板的表面进行研磨；以及
第4研磨头，该第4研磨头将基板按压到第4研磨面而对该基板的表面进行研磨，
所述第3研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第3研磨面的第3弹性膜，
所述第4研磨头具有承受流体的压力而将基板按压到所述第4研磨面的第4弹性膜，
所述第1弹性膜和所述第3弹性膜具有相同的结构，
所述第2弹性膜和所述第4弹性膜具有相同的结构。
17.一种研磨装置，对基板进行研磨，其特征在于，所述研磨装置具有：
第1研磨头，该第1研磨头将基板按压到第1研磨面而对该基板的表面进行研磨；以及
第2研磨头，该第2研磨头将基板按压到第2研磨面而对该基板的表面进行研磨，
所述第1研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第1研磨面进行按压的第1挡环，
所述第2研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第2研磨面进行按压的第2挡环，
所述第2挡环具有不同于所述第1挡环的结构。
18.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2研磨头构成为，对由所述第1研磨头研磨后的基板进一步进行研磨。
19.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第1挡环具有从所述第1挡环的内周面延伸至外周面的多个第1槽，
所述第2挡环具有从所述第2挡环的内周面延伸至外周面的多个第2槽，
所述多个第2槽的数量不同于所述多个第1槽的数量。
20.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第1挡环具有从所述第1挡环的内周面延伸至外周面的多个第1槽，
所述第2挡环具有从所述第2挡环的内周面延伸至外周面的多个第2槽，
所述多个第2槽的形状不同于所述多个第1槽的形状。
21.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第1挡环及上述第2挡环中的一方具有从所述一方的内周面延伸至外周面的槽，
所述第1挡环及所述第2挡环中的另一方不具有从所述另一方的内周面延伸至外周面的槽。
22.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第1挡环或所述第2挡环具有锥形状或弯曲形状的边缘部。
23.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2挡环的宽度不同于所述第1挡环的宽度。
24.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第1挡环或所述第2挡环包含内侧挡环和外侧挡环。
25.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，
所述第2挡环由材料不同于所述第1挡环的材料构成。
26.如权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还具有：
第3研磨头，该第3研磨头将基板按压到第3研磨面而对该基板的表面进行研磨；以及
第4研磨头，该第4研磨头将基板按压到第4研磨面而对该基板的表面进行研磨，
所述第3研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第3研磨面进行按压的第3挡环，
所述第4研磨头具有以包围基板的方式配置的对所述第4研磨面进行按压的第4挡环，
所述第1挡环和所述第3挡环具有相同的结构，
所述第2挡环和所述第4挡环具有相同的结构。
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