CN108025419B - 研磨方法及研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种研磨沿着基板周向存在膜厚不均匀的基板表面的方法及装置。研磨方法是，取得基板(W)的周向上的膜厚分布，依据膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第一区域，使保持有研磨垫(2)的研磨台(3)旋转，通过研磨头(1)使基板旋转，同时将基板(W)的表面按压于研磨垫(2)，采用与基板(W)表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨第一区域。

Description

研磨方法及研磨装置
技术领域
本发明涉及一种研磨晶片等基板表面的研磨方法及研磨装置，特別是涉及研磨沿着基板周向存在膜厚不均匀的基板表面的方法及装置。
背景技术
在半导体元件的制造中在晶片上形成各种膜。在成膜工序之后，为了除去膜的不需要的部分及表面凹凸而研磨晶片。化学机械研磨(CMP)是晶片研磨的代表性技术。该CMP是通过在研磨面上供给浆液(slurry)，同时使晶片滑动接触于研磨面来进行的。形成于晶片的膜通过浆液中包含的研磨粒的机械性作用、与浆液的化学成分的化学性作用的复合效果来研磨。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-079454号公报
专利文献2：美国专利第7025658号说明书
(发明所要解决的问题)
在晶片上形成膜的工序是使用镀覆、化学蒸镀(CVD)、物理蒸镀(PVD)等各种成膜技术来进行的。这些成膜技术未必能在晶片全面均匀地形成膜。例如，沿着晶片的周向产生膜厚不均匀，或是整个膜形成为倾斜。特別是使用多个成膜装置，对多个晶片分别形成膜的情况下，各晶片间的膜厚分布不同。但是，过去的CMP技术无法消除此种沿着晶片周向的膜厚不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨方法及研磨装置，该方法及该装置可消除沿着晶片等基板周向的膜厚不均匀，再者，尽管膜厚分布不同，仍能在多个基板间获得相同的膜厚分布。
(解决问题的手段)
为了达成上述目的，本发明一种方式的研磨方法的特征为：根据在基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得所述基板的周向上的膜厚分布，依据所述膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第一区域，使保持有研磨垫的研磨台旋转，通过研磨头使基板旋转，同时将所述基板的表面按压于所述研磨垫，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称。
本发明较佳方式的特征为：将所述基板的表面按压于所述研磨垫的工序是如下工序：通过所述研磨头使基板旋转，同时在使所述研磨头向所述第一区域离所述研磨头的旋转中心线的距离变大或变小的方向偏心的状态下，通过所述研磨头将所述基板的表面按压于所述研磨垫。
本发明较佳方式的特征为：采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：在所述研磨台的半径方向，所述第一区域位于所述第二区域的外侧时，通过使从所述研磨头施加于所述基板的整个表面的负荷增加或降低，而采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
本发明较佳方式的特征为：采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：在所述研磨台的半径方向，所述第一区域位于所述第二区域的外侧时，通过使从所述研磨头施加于所述第一区域的局部负荷增加或降低，从而采用与所述第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
本发明较佳方式的特征为：采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：在所述研磨台的半径方向，所述第一区域位于所述第二区域的外侧时，通过使所述研磨头与所述基板一起在所述研磨台的半径方向移动至外侧或内侧，从而采用与所述第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
本发明较佳方式的特征为：将所述基板的表面按压于所述研磨垫的工序是如下工序：通过所述研磨头使基板旋转，同时在保持所述研磨头的弹性膜的膜固持器倾斜的状态下，以所述弹性膜将所述基板的表面按压于所述研磨垫，所述膜固持器从所述第一区域朝向所述第二区域往上方或下方倾斜。
本发明其他方式的研磨方法的特征为：根据在基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得所述基板的周向上的膜厚分布，依据所述膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第一区域，使保持有所述基板的基板载台旋转，使研磨盘旋转，同时将该研磨盘按压于所述基板的表面，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称。
本发明较佳方式的特征为：采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：所述研磨盘接触于所述第一区域时，通过提高所述第一区域与所述研磨盘的相对速度，从而采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
本发明较佳方式的特征为：采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：所述研磨盘接触于所述第一区域时，通过使所述研磨盘的负荷增加，从而采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
本发明其他方式的研磨方法的特征为：进行第一阶段研磨工序，并进行第二阶段研磨工序，该第一阶段研磨工序是，根据在基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得表示所述基板的周向上的膜厚分布的第一膜厚分布，依据所述第一膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第一区域，使保持有研磨垫的研磨台旋转，通过研磨头使所述基板旋转，同时将所述基板的表面按压于所述研磨垫，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域；该第二阶段研磨工序是，根据在经研磨的所述基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得表示该经研磨的所述基板的周向上的膜厚分布的第二膜厚分布，依据所述第二膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第三区域，使保持有所述基板的基板载台旋转，使研磨盘旋转，同时将该研磨盘按压于所述基板的表面，采用与所述基板的表面中的第四区域的除去率不同的除去率研磨所述第三区域。所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称，且所述第三区域及所述第四区域关于所述基板的中心对称。
本发明其他方式的研磨装置的特征为，具备：研磨台，研磨台，该研磨台支撑研磨垫；研磨头，该研磨头将基板按压于所述研磨垫；头旋转马达，该头旋转马达使所述研磨头绕旋转中心线旋转；及头偏心机构，该头偏心机构使所述研磨头相对于所述旋转中心线偏心。
本发明较佳方式的特征为：所述头偏心机构使所述研磨头在所述基板的表面中的第一区域离所述研磨头的旋转中心线的距离变大或变小的方向偏心，从而所述研磨头能够采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
本发明较佳方式的特征为：所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称。
本发明其他方式的研磨装置的特征为，具备：研磨台，该研磨台支撑研磨垫；及研磨头，该研磨头将基板按压于所述研磨垫，所述研磨头具备：头主体；弹性膜，该弹性膜将所述基板按压于所述研磨垫；膜固持器，该膜固持器保持所述弹性膜；至少3个间隔壁膜，该至少3个间隔壁膜在所述头主体与所述膜固持器之间至少形成3个工作室；及至少3个压力调整器，该至少3个压力调整器通过分别独立控制所述至少3个工作室中的压力，使所述膜固持器往希望的方向倾斜。
本发明较佳方式的特征为：所述膜固持器从所述基板的表面中的第一区域朝向第二区域往上方或下方倾斜，从而所述研磨头采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
本发明较佳方式的特征为：所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称。
(发明效果)
根据本发明，通过采用与第二区域不同的除去率研磨第一区域，可缩小第一区域及第二区域的膜厚差异。典型而言，可使第一区域及第二区域的膜厚相同。因此，本发明的研磨方法可消除沿着基板周向的膜厚不均匀。
附图说明
图1是表示CMP(化学机械研磨)装置的一种实施方式的立体图。
图2是表示CMP装置的详细结构的图。
图3是研磨头的剖视图。
图4是表示检测晶片凹口(notch)的缺口检测传感器配置于研磨台旁的实施方式的图。
图5是表示缺口检测传感器的输出信号与研磨头的旋转角度的关系的曲线图。
图6是表示使用配置于研磨台的膜厚传感器作为缺口检测传感器的实施方式的图。
图7是表示使膜厚传感器一次横跨晶片表面，取得膜厚轮廓的实施方式的图。
图8是表示根据膜厚指标值制作的膜厚轮廓的图。
图9是表示研磨头的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的资料表。
图10是表示研磨头的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的膜厚分布曲线图。
图11是表示使膜厚传感器多次横跨晶片表面，取得膜厚轮廓的实施方式的图。
图12是表示根据膜厚指标值制作的膜厚轮廓的图。
图13是表示研磨台每旋转一次的研磨头的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的资料表。
图14是表示研磨头的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的曲线图。
图15是表示晶片的第一区域与第二区域的一例的示意图。
图16是表示晶片的第一区域与第二区域的其他例的示意图。
图17是表示预先定义于研磨头的晶片接触面上的坐标区域的一例的图。
图18是表示预先定义于研磨头的晶片接触面上的坐标区域的其他例的图。
图19是表示目前膜厚分布与目标膜厚分布的一例的曲线图。
图20是表示目前膜厚分布与目标膜厚分布的其他例的曲线图。
图21是表示可使研磨头相对于旋转中心线偏心的头偏心机构的剖视图。
图22是图21所示的头偏心机构的俯视图。
图23是表示研磨头偏心状态的剖视图。
图24是表示研磨头偏心状态的俯视图。
图25是表示使研磨头向晶片表面中的第一区域离旋转中心线的距离变大的方向偏心的状态的示意图。
图26是表示按压于研磨台上的研磨垫的研磨面的晶片的示意图。
图27是表示按压于研磨台上的研磨垫的研磨面的晶片的示意图。
图28是表示按压于研磨台上的研磨垫的研磨面的晶片的示意图。
图29是在采用与第二区域的除去率不同的除去率研磨第一区域的研磨方法的一种实施方式中使用的研磨头的剖视图。
图30是图29的A-A线剖视图。
图31是表示可使用于精研磨晶片等基板整个表面的细抛光(buff)研磨装置的一种实施方式的立体图。
图32是表示图31所示的研磨盘及盘支臂(disk arm)的图。
图33是对检测形成于晶片周缘部的凹口(缺口)的工序进行说明的图。
图34是表示第一膜厚传感器的输出信号与晶片载台的旋转角度的关系的曲线图。
图35A是表示仅第一膜厚传感器动作来测定晶片的膜厚的情况的图。
图35B是表示仅第一膜厚传感器动作来测定晶片的膜厚的情况的图。
图36A是表示仅第二膜厚传感器动作来测定晶片的膜厚的情况的图。
图36B是表示仅第二膜厚传感器动作来测定晶片的膜厚的情况的图。
图37是表示第一膜厚传感器及第二膜厚传感器的移动路径的图。
图38是表示膜厚分布的一例的图。
图39是表示膜厚分布的其他例的图。
图40是研磨盘位于晶片表面上的一方侧时的俯视图。
图41是表示研磨盘位于晶片表面上的相反侧时的俯视图。
图42是表示研磨盘接触于第一区域，同时研磨盘位于第一区域的内侧时，使研磨盘的旋转速度降低的实施方式的图。
图43是表示研磨盘接触于第一区域，同时研磨盘位于第一区域的外侧时，使研磨盘的旋转速度增加而接近晶片载台及晶片的旋转速度的实施方式的图。
图44是研磨盘位于晶片表面上的一方侧时的俯视图。
图45是研磨盘位于晶片表面上的相反侧时的俯视图。
图46是表示具备化学机械研磨(CMP)装置与细抛光研磨装置的复合研磨系统的示意图。
图47是表示复合研磨系统的动作程序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示用于化学机械性研磨晶片等基板整个表面的主研磨装置即CMP(化学机械研磨)装置的一种实施方式的立体图。作为主研磨装置的CMP装置100具备：保持作为基板一例的晶片W且使其旋转的研磨头(基板保持装置)1；支撑研磨垫2的研磨台3；及对研磨垫2供给浆液的浆液供给喷嘴5。研磨垫2的上表面构成用于研磨晶片W的研磨面2a。
研磨头1构成为通过真空吸引可在其下表面保持晶片W。研磨头1及研磨台3如箭头所示在相同方向旋转，同时研磨头1将晶片W按压于研磨垫2的研磨面2a。研磨面2a比晶片W的表面大，晶片W的整个表面被按压于研磨面2a。从浆液供给喷嘴5向研磨垫2上供给浆液，晶片W在浆液存在下滑动接触于研磨垫2的研磨面2a。晶片W的表面通过浆液中包含的研磨粒的机械性作用、与浆液化学成分的化学性作用的复合效果而被研磨。
研磨台3中配置1个以上测定晶片W的膜厚的膜厚传感器15。该膜厚传感器15是涡电流传感器或光学式传感器，且构成为输出随晶片W的膜厚而变化的膜厚指标值。膜厚指标值是直接或间接表示膜厚的值。膜厚传感器15与研磨台3一起旋转。研磨台3每旋转一次，膜厚传感器15在包含晶片W的中心的多个测定点测定膜厚，并输出上述的膜厚指标值。
膜厚传感器15连接于资料处理部6。在晶片W表面上的多个测定点获得的膜厚指标值作为膜厚资料而传送至资料处理部6。资料处理部6根据膜厚资料制作膜厚轮廓，进一步根据膜厚轮廓制作膜厚分布。在本说明书中，膜厚轮廓表示膜厚指标值(即膜厚)与晶片W上半径方向的位置的关系，膜厚分布表示膜厚指标值在晶片W周向的分布(即膜厚的分布)。
资料处理部6连接于动作控制部7。动作控制部7依据膜厚分布决定研磨条件。更具体而言，动作控制部7决定用于使目前膜厚分布接近目标膜厚分布的研磨条件。动作控制部7连接有研磨条件调整系统8，并构成为控制研磨条件调整系统8的动作。该研磨条件调整系统8由后述的压力调整器、头回转马达、头偏心机构等构成。
图2是表示CMP装置100的详细结构的图。研磨台3经由台轴3a连结有配置在其下方的台马达13，可以该台轴3a为中心旋转。在研磨台3上表面贴合有研磨垫2。通过台马达13使研磨台3旋转，而研磨面2a相对于研磨头1相对移动。因此，台马达13构成使研磨面2a在水平方向移动的研磨面移动机构。
研磨头1连接有头轴杆(head shaft)11，该头轴杆11通过上下运动机构27可相对于头支臂16上下运动。通过该头轴杆11的上下运动，可使整个研磨头1相对于头支臂16升降并定位。在头轴杆11的上端安装有旋转接头25。
使头轴杆11及研磨头1上下运动的上下运动机构27具备：经由轴承26可旋转地支撑头轴杆11的桥接器28；安装于桥接器28的滚珠螺杆32；通过支柱30所支撑的支撑台29；及设于支撑台29上的伺服马达38。支撑伺服马达38的支撑台29经由支柱30而固定于头支臂16。
滚珠螺杆32具备：连结于伺服马达38的螺杆32a；及该螺杆32a螺合的螺帽32b。头轴杆11可与桥接器28一体上下运动。因此，驱动伺服马达38时，桥接器28经由滚珠螺杆32而上下运动，由此头轴杆11及研磨头1上下运动。
头轴杆11经由键(无图示)而连结于旋转筒12。该旋转筒12在其外周部具备定时滑轮14。头支臂16上固定有头旋转马达18，上述定时滑轮14经由定时带19与设于头旋转马达18的定时滑轮20连接。因此，通过旋转驱动头旋转马达18，旋转筒12及头轴杆11经由定时滑轮20、定时带19、及定时滑轮14而一体旋转，研磨头1以其轴心为中心旋转。头旋转马达18、定时滑轮20、定时带19、及定时滑轮14构成使研磨头1以其轴心为中心旋转的研磨头旋转机构。头支臂16被可旋转地支撑于框架(无图示)的头支臂轴杆21所支撑。
头旋转马达18中安装有作为旋转角度检测器的旋转编码器22。该旋转编码器22构成为检测连结于头旋转马达18的研磨头1的旋转角度。旋转编码器22连接于图1所示的资料处理部6，通过旋转编码器22检测出的研磨头1的旋转角度传送至资料处理部6。
研磨头1构成为可在其下表面保持晶片W等基板。头支臂16构成为可以头支臂轴杆21为中心回转，头支臂轴杆21连结于头回转马达23。该头回转马达23构成为可使头支臂轴杆21以指定角度顺时针或逆时针旋转。因此，使头回转马达23动作时，研磨头1及头支臂16以头支臂轴杆21为中心回转。
晶片W的研磨进行如下。在下表面保持了晶片W的研磨头1，通过头支臂16的回转而从晶片W的接收位置移动至研磨台3的上方位置。使研磨头1及研磨台3分别旋转，并从设于研磨台3上方的浆液供给喷嘴5供给浆液至研磨垫2上。使研磨头1下降，并将晶片W按压于研磨垫2的研磨面2a。这样一来，使晶片W滑动接触于研磨垫2的研磨面2a，来研磨晶片W的表面。
接着，说明构成基板保持装置的研磨头1。本实施方式的研磨头1构成为在晶片W各区域可改变按压力。图3是研磨头1的剖视图。如图3所示，研磨头1具备：连结于头轴杆11的头主体41；及配置于头主体41下方的扣环(retainer ring)42。
在头主体41的下方配置有：抵接于晶片W上表面(与需研磨的表面相反侧的面)的弹性膜44；及保持弹性膜44的膜固持器45。弹性膜44具有接触于晶片W上表面的晶片接触面(基板接触面)44a。该晶片接触面(基板接触面)44a是圆形的，且可对研磨垫2的研磨面2a按压晶片W。
在弹性膜44与膜固持器45之间设有4个压力室P1、P2、P3、P4。压力室P1、P2、P3、P4通过弹性膜44与膜固持器45而形成。中央的压力室P1是圆形的，而其他压力室P2、P3、P4是环状的。这些压力室P1、P2、P3、P4排列成同心圆状。
对压力室P1、P2、P3、P4可分别经由气体运送管线F1、F2、F3、F4而通过气体供给源50供给加压空气等加压气体。此外，气体运送管线F1、F2、F3、F4上连接有真空管线V1、V2、V3、V4，可通过真空管线V1、V2、V3、V4在压力室P1、P2、P3、P4中形成负压。压力室P1、P2、P3、P4的内部压力可彼此独立变化，由此，可独立地调整对于晶片W对应的4个区域的研磨压力，该4个区域即是中央部、内侧中间部、外侧中间部、及周缘部。
在膜固持器45与头主体41之间形成有压力室P5，对该压力室P5可经由气体运送管线F5而通过上述气体供给源50供给加压气体。此外，气体运送管线F5连接有真空管线V5，可通过真空管线V5在压力室P5中形成负压。由此，整个膜固持器45及弹性膜44可在上下方向运动。
晶片W的周端部被扣环42包围，避免研磨中晶片W从研磨头1飞出。在构成压力室P3的弹性膜44的部位形成有开口，通过在压力室P3中形成真空，晶片W可吸附保持于研磨头1。此外，通过对该压力室P3供给氮气或干净空气等，可从研磨头1释放晶片W。
在头主体41与扣环42之间配置有环状的翻卷式薄膜(rolling diaphragm)46，在该翻卷式薄膜46内部形成有压力室P6。压力室P6经由气体运送管线F6而连结于上述气体供给源50。气体供给源50将加压气体供给至压力室P6内，由此，对研磨垫2按压扣环42。此外，气体运送管线F6连接有真空管线V6，可通过真空管线V6在压力室P6中形成负压。在压力室P6内形成真空时，整个扣环42上升。
连通于压力室P1、P2、P3、P4、P5、P6的气体运送管线F1、F2、F3、F4、F5、F6中分别设有压力调整器R1、R2、R3、R4、R5、R6。来自气体供给源50的加压气体通过压力调整器R1～R6供给至压力室P1～P6中。压力调整器R1～R6通过气体运送管线F1～F6连接于压力室P1～P6。气体运送管线F1～F6从压力室P1～P6经由旋转接头25及压力调整器R1～R6延伸至气体供给源50。
压力调整器R1～R6通过调整从气体供给源50供给的加压气体的压力，来控制压力室P1～P6中的压力。压力调整器R1～R6连接于图1所示的动作控制部7。压力室P1～P6也连接于大气开放阀(无图示)，也可将压力室P1～P6开放于大气中。
动作控制部7依据从膜厚资料所生成的膜厚轮廓及膜厚分布设定各个压力室P1～P4的目标压力值，并操作压力调整器R1～R4而维持在压力室P1～P4中的压力对应的目标压力值。因为压力室P1～P4排列成同心状，所以可消除沿着晶片W半径方向的膜厚不均匀，但是无法消除沿着晶片W周向的膜厚不均匀。
因此，在本实施方式中，主研磨装置即CMP装置100如下消除沿着晶片W周向的膜厚不均匀。首先，在研磨晶片W之前，进行将晶片W的方向与研磨头1的旋转角度相关连的相关连工序。该相关连工序是使用缺口检测传感器51来进行的，缺口检测传感器51检测形成于晶片W周缘部的凹口(缺口)。
在一种实施方式中，如图4所示，缺口检测传感器51配置于研磨台3旁。研磨头1保持晶片W，并通过头回转马达23移动研磨头1直到晶片W的周缘部位于缺口检测传感器51的上方为止。接着，研磨头1及晶片W以研磨头1的轴心为中心旋转，同时通过缺口检测传感器51检测晶片W的凹口(缺口)53。研磨头1的旋转角度(即晶片W的旋转角度)通过图2所示的旋转编码器22来测定，研磨头1的旋转角度的测定值传送至资料处理部6。缺口检测传感器51连接有资料处理部6，缺口检测传感器51的输出信号传送至资料处理部6。
图5是表示缺口检测传感器51的输出信号与研磨头1的旋转角度的关系的曲线图。资料处理部6可取得图5所示的缺口检测传感器51的输出信号与研磨头1的旋转角度的关系。资料处理部6依据缺口检测传感器51的输出信号的变化决定表示凹口53位置的研磨头1的旋转角度。在图5所示的例子中，缺口检测传感器51的输出信号在研磨头1的旋转角度是180度时大幅变化。因此，资料处理部6决定表示凹口53位置的研磨头1的旋转角度是180度。资料处理部6使用凹口53的位置作为基准，从而可用研磨头1的旋转角度表示晶片W的方向。
缺口检测传感器51可由涡电流传感器、光学式传感器、或影像传感器等构成。也可使用配置于研磨台3的膜厚传感器15作为缺口检测传感器。此时，无需将缺口检测传感器51设于研磨台3旁。
图6是表示使用配置于研磨台3的膜厚传感器15作为缺口检测传感器的实施方式的图。首先，使研磨台3旋转直到膜厚传感器15到达指定位置。在研磨头1在图1所示的研磨位置时，该指定位置是膜厚传感器15与保持于研磨头1的晶片W周缘部相对的位置。接着，使保持晶片W的研磨头1移动至图1所示的研磨位置正上方的位置。在该位置研磨头1及晶片W尚未与研磨垫2接触。而后，研磨头1及晶片W以研磨头1的轴心为中心旋转，同时通过作为缺口检测传感器的膜厚传感器15检测晶片W的凹口(缺口)53。即使是图6所示的方法，资料处理部6仍可取得图5所示的作为缺口检测传感器的膜厚传感器15的输出信号与研磨头1的旋转角度的关系。
将晶片W的方向与研磨头1的旋转角度相关连的相关连工序结束后，进行用于取得晶片的膜厚轮廓的轮廓取得工序。该轮廓取得工序通过如下方式进行的：使研磨台3与研磨头1以不同旋转速度旋转，同时研磨头1以低负荷将晶片W的表面(下表面)按压于研磨垫2的研磨面2a，并通过膜厚传感器15在晶片W表面上的多个测定点测定膜厚。晶片W表面上的多个测定点优选包含晶片W的中心。
最初取得的膜厚轮廓是初期膜厚轮廓。为了取得该初期膜厚轮廓，将晶片W的表面(下表面)按压于研磨垫2时的研磨头1的负荷实际上是不进行晶片W的研磨程度的低负荷。
在一种实施方式中，如图7所示，使膜厚传感器15一次横跨晶片W的表面而取得膜厚轮廓。膜厚传感器15在包含晶片W的中心的多个测定点测定膜厚，并将膜厚指标值传送至资料处理部6。资料处理部6根据膜厚指标值制作图8所示的膜厚轮廓。该膜厚轮廓表示膜厚指标值与晶片W表面上的半径方向位置的关系。
轮廓取得工序之后，进行表示研磨头1的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的膜厚分布取得工序。在图7所示的例子中，膜厚传感器15开始横跨晶片W表面的位置在替换成研磨头1的旋转角度时表示为0°。同样地，膜厚传感器15从晶片W表面离开的位置在替换成研磨头1的旋转角度时表示为225°。资料处理部6如图9所示地决定研磨头1的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系。图10是表示研磨头1的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的膜厚分布的曲线图。从图10所示的膜厚分布可知，研磨头1的旋转角度为0°时的膜厚指标值最大。
在一种实施方式中，如图11所示，在研磨台3与研磨头1以不同旋转速度旋转的条件下，使膜厚传感器15多次横跨晶片W的表面而取得膜厚轮廓。膜厚传感器15在研磨台3每旋转一次时，在包含晶片W的中心的多个测定点测定膜厚，并将膜厚指标值传送至资料处理部6。资料处理部6根据膜厚指标值制作图12所示的膜厚轮廓。
在图11所示的例子中，膜厚传感器15的移动路径在研磨台3每旋转一次时，在晶片W的中心周围旋转45°。这样的膜厚传感器15的移动路径因研磨头1的旋转速度与研磨台3的旋转速度的比而改变。图13是表示研磨头1每旋转一次的研磨头1的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的资料表，图14是表示图13所示的研磨头1的旋转角度与对应的膜厚指标值的关系的曲线图。从图14可知，研磨头1的旋转角度为45°时的膜厚指标值最大。
资料处理部6根据如上述那样获得的膜厚剖面制作晶片W周向上的膜厚分布，并依据该膜厚分布决定包含晶片W的膜厚最大或最小的部分的第一区域。第一区域可通过研磨头1的旋转角度来指定。在图10所示的例子中，晶片W的膜厚最大的第一区域为研磨头1的旋转角度0°的位置。在图14所示的例子中，晶片W的膜厚最大的第一区域为研磨头1的旋转角度45°的位置。
动作控制部7决定研磨条件，以使相对于晶片W的中心对称的第一区域与第二区域中的膜厚相等。第二区域是按照第一区域的位置而自动指定的比较区域，且是满足第一区域与第二区域相对于晶片W的中心对称的条件的任意区域。而第一区域是包含晶片W的膜厚最大或最小的部分的目标区域，且具有与第二区域的膜厚不同的膜厚。
图15是表示晶片W的第一区域与第二区域的一例的示意图，图16是表示晶片W的第一区域与第二区域的其他例的示意图。如图15及图16所示，第一区域T1与第二区域T2在晶片W被研磨的表面中，且沿着晶片W的周向排列。第一区域T1与第二区域T2关于晶片W的中心O对称。即，从晶片W的中心O至第一区域T1的距离，等于从晶片W的中心O至第二区域T2的距离。
晶片W表面上的第一区域T1在半径方向的位置可根据图8或图12所示的膜厚轮廓来决定，晶片W表面上的第一区域T1在周向的位置可根据图10或图14所示的膜厚分布来决定。第一区域T1的位置是使用在研磨头1的晶片接触面44a(参照图3)上预先所定义的坐标区域来表示的。该坐标区域是在将晶片接触面44a的中心作为原点的极坐标上所定义的区域。图17是表示在研磨头1的晶片接触面44a(参照图3)上预先所定义的坐标区域。如图17所示，坐标区域包含：按照研磨头1的4个同心状的压力室P1、P2、P3、P4(参照图3)的位置而在晶片接触面44a的半径方向排列的多个区域；及在晶片接触面44a的周向排列的多个区域。
在一种实施方式中，也可以是研磨头1仅具有单一的压力室。在该实施方式中，如图18所示，在研磨头1的晶片接触面44a上预先所定义的坐标区域包含在晶片接触面44a的周向排列的区域，但不包含在晶片接触面44a的半径方向排列的区域。
动作控制部7通过坐标区域指定由资料处理部6所决定的第一区域的位置，并决定研磨条件，以使第一区域的除去率比第二区域的除去率高或低。图19是表示目前膜厚分布与目标膜厚分布的一例的曲线图。在该例中，第一区域T1包含膜厚最大的部分。因此，在第一区域T1的目前膜厚分布与目标膜厚分布的差H1，比在第二区域T2的目前膜厚分布与目标膜厚分布的差H2大。因此，通过采用比第二区域T2的除去率高的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。目前膜厚分布与目标膜厚分布的差相当于目标研磨量。
图20是表示目前膜厚分布与目标膜厚分布的其他例的曲线图。在该例中，第一区域T1包含膜厚最小的部分。因此，在第一区域T1的目前膜厚分布与目标膜厚分布的差H1，比在第二区域T2的目前膜厚分布与目标膜厚分布的差H2小。因此，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。
以下说明采用与第二区域的除去率不同的除去率研磨第一区域的研磨方法的一种实施方式。在本实施方式中，通过研磨头1使晶片W旋转，同时在使研磨头1向第一区域离研磨头1的旋转中心线的距离变大的方向偏心的状态下，通过研磨头1将晶片W的表面按压于研磨垫2。
图21是表示可使研磨头1从旋转中心线偏心的头偏心机构61的剖视图，图22是图21所示的头偏心机构61的俯视图。另外，在图21及图22中，示意性描绘研磨头1。头偏心机构61具备：具有大致圆弧状水平剖面的3支杆63，其与头轴杆11的内表面卡合并与头轴杆11一起旋转，且在上下方向滑动；将这些杆63分别连结于研磨头1的3个万向接头64；及使3支杆63分别独立地上升及下降的3个升降装置66。但是，图21仅记载2支杆63、2个万向接头64、及2个升降装置66。另外，也可将与3支杆63的各圆弧状内表面滑动的圆柱状引导部件(无图示)设于头轴杆11的中心侧。
3支杆63及3个万向接头64绕研磨头1的旋转中心线L等间隔排列。各杆63在铅垂方向延伸，在各杆63的上端固定有圆环盘67。圆环盘67与研磨头1的旋转中心线L同心。3支杆63及分别固定于这3支杆63的3个圆环盘67与研磨头1一起绕旋转中心线L旋转，而3个升降装置66的位置固定。
升降装置66具备：在圆环盘67的上表面及下表面转动接触的2个辊71；保持这些辊71的齿条72；与齿条72的齿啮合的小齿轮73；及使小齿轮73旋转的伺服马达75。齿条72在铅垂方向延伸。伺服马达75的旋转通过齿条72与小齿轮73而转换成在铅垂方向的运动。伺服马达75工作时，小齿轮73旋转，齿条72在铅垂方向移动，圆环盘67及杆63在铅垂方向移动。辊71允许圆环盘67及杆63的旋转，同时可使圆环盘67及杆63在铅垂方向移动。
杆63在铅垂方向的运动通过万向接头64转换成研磨头1在横向的运动。更具体而言，如图23及图24所示，使3支杆63中的1支或2支上升，同时使剩余的杆63下降时，研磨头1相对于旋转中心线L偏心。研磨头1偏心的方向及量可通过3支杆63在铅垂方向的位置改变而变更。
图25是表示使研磨头1向晶片W的表面中的第一区域T1离旋转中心线L的距离变大的方向偏心的状态的示意图。从图25可知，第一区域T1离旋转中心线L的距离比第二区域T2离旋转中心线L的距离长。因此，第一区域T1以比第二区域T2高的速度在研磨垫2的研磨面2a上移动。第一区域T1采用比第二区域T2的除去率高的除去率被研磨。
晶片W具有图20所示的膜厚分布时，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。因此，此时，通过研磨头1使晶片W旋转，同时在使研磨头1向第一区域T1离研磨头1的旋转中心线L的距离变小的方向偏心的状态下，通过研磨头1将晶片W的表面按压于研磨垫2。由于第一区域T1离旋转中心线L的距离比第二区域T2离旋转中心线L的距离短，因此，第一区域T1采用比第二区域T2的除去率低的除去率被研磨。
接着，说明采用与第二区域T2的除去率不同的除去率研磨第一区域T1的研磨方法的其他实施方式。在本实施方式中，在研磨台3的半径方向，第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使从研磨头1施加于包含第一区域T1及第二区域T2的晶片W的整个表面的负荷增加。
图26是表示按压于研磨台3上的研磨垫2的研磨面2a的晶片W的示意图。研磨台3与晶片W在相同方向旋转。从研磨台3的中心至晶片W表面中的某个区域的距离越大，该区域与研磨垫2的研磨面2a的相对速度越高。关于晶片W的中心对称的第一区域T1及第二区域T2交互地接近、离开研磨台3的中心。
如图26所示，在研磨台3的半径方向，第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使从研磨头1施加于晶片W的整个表面的负荷增加。更具体而言，当第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使研磨头1的压力室P1、P2、P3、P4(参照图3)中的压力增加，当第一区域T1位于第二区域T2的内侧时，使研磨头1的压力室P1、P2、P3、P4中的压力降低。这样一来，通过随着晶片W旋转而周期性地增加对晶片W的整个表面的负荷，可提高指定的第一区域T1的除去率。因此，研磨头1可采用比第二区域T2的除去率高的除去率研磨第一区域T1。
晶片W具有图20所示的膜厚分布时，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。因此，此时在研磨台3的半径方向，第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使从研磨头1施加于晶片W的整个表面的负荷降低。通过这样的操作，第一区域T1采用比第二区域T2的除去率低的除去率被研磨。
接着，说明采用与第二区域T2的除去率不同的除去率研磨第一区域T1的研磨方法的其他实施方式。在本实施方式中，在研磨台3的半径方向，当第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使从研磨头1施加于第一区域T1的局部负荷增加。
图27是表示按压于研磨台3上的研磨垫2的研磨面2a的晶片W的示意图。研磨台3与晶片W在相同方向旋转。从研磨台3中心至晶片W表面中的某个区域距离越大，该区域与研磨垫2的研磨面2a的相对速度越高。关于晶片W的中心对称的第一区域T1及第二区域T2交互地接近、离开研磨台3的中心。
如图27所示，在研磨台3的半径方向，第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使从研磨头1施加于晶片W的第一区域T1的局部负荷增加。更具体而言，当第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使研磨头1的压力室P1、P2、P3、P4(参照图3)中的在对应于第一区域T1的位置的位置的1个或多个压力室中的压力增加，当第一区域T1位于第二区域T2的内侧时，使在对应于第一区域T1的位置的位置的1个或多个压力室中的压力降低。这样一来，通过使对第一区域T1的局部负荷随着晶片W的旋转而周期性增加，可提高指定的第一区域T1的除去率。因此，研磨头1可以比第二区域T2的除去率高的除去率研磨第一区域T1。
晶片W具有图20所示的膜厚分布时，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。因此，此时在研磨台3的半径方向，当第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使从研磨头1施加于晶片W的第一区域T1的局部负荷降低。通过这样的操作，第一区域T1采用比第二区域T2的除去率低的除去率被研磨。
接着，说明采用与第二区域T2的除去率不同的除去率研磨第一区域T1的研磨方法的其他实施方式。在本实施方式中，在研磨台3的半径方向，当第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使研磨头1与晶片W一起在研磨台3的半径方向移动至外侧。
图28是表示按压于研磨台3上的研磨垫2的研磨面2a的晶片W的示意图。研磨台3与晶片W在相同方向旋转。从研磨台3中心至晶片W表面中的某个区域的距离越大，该区域与研磨垫2的研磨面2a的相对速度越高。
如图28所示，在研磨台3的半径方向，第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使研磨头1与晶片W一起在研磨台3的半径方向移动至外侧。更具体而言，第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使头回转马达23动作，而使研磨头1及头支臂16移动至半径方向外侧；第一区域T1位于第二区域T2的内侧时，使头回转马达23动作，而使研磨头1及头支臂16移动至半径方向内侧。这样一来，通过使研磨头1及晶片W随着晶片W的旋转而周期性摆动，可提高指定的第一区域T1的除去率。因此，研磨头1可采用比第二区域T2的除去率高的除去率研磨第一区域T1。
晶片W具有图20所示的膜厚分布时，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。因此，此时在研磨台3的半径方向，当第一区域T1位于第二区域T2的外侧时，使研磨头1与晶片W一起在研磨台3的半径方向移动至内侧。通过这样的操作，第一区域T1可采用比第二区域T2的除去率低的除去率被研磨。
接着，说明采用与第二区域T2的除去率不同的除去率研磨第一区域T1的研磨方法的其他实施方式。图29是本实施方式使用的研磨头1的剖视图，图30是图29的A-A线剖视图。图29及图30所示的研磨头1被示意性描绘，研磨头1的详细构造与图3所示的构造相同。
在本实施方式中，通过研磨头1使晶片W旋转，同时在保持研磨头1的弹性膜44的膜固持器45倾斜的状态下，通过研磨头1的弹性膜44将晶片W的表面按压于研磨垫2。膜固持器45从第一区域T1朝向第二区域T2往上方倾斜。
在头主体41与膜固持器45之间配置有3个间隔壁膜79。这些间隔壁膜79的上端连接于头主体41的内表面，间隔壁膜79的下端连接于膜固持器45的上表面。通过间隔壁膜79、头主体41、及膜固持器45而形成3个工作室P5-1、P5-2、P5-3。3个间隔壁膜79绕研磨头1的轴心等间隔排列。因此，3个工作室P5-1、P5-2、P5-3也绕研磨头1的轴心等间隔排列。另外，也可设置4个以上的间隔膜及4个以上的工作室。
在连通于工作室P5-1、P5-2、P5-3的气体运送管线F5-1、F5-2、F5-3中分别设有压力调整器R5-1、R5-2、R5-3。来自气体供给源50的加压气体通过压力调整器R5-1、R5-2、R5-3而供给至工作室P5-1、P5-2、P5-3中。压力调整器R5-1、R5-2、R5-3通过气体运送管线F5-1、F5-2、F5-3而连接于工作室P5-1、P5-2、P5-3。气体运送管线F5-1、F5-2、F5-3从工作室P5-1、P5-2、P5-3经由旋转接头25及压力调整器R5-1、R5-2、R5-3而延伸至气体供给源50。
压力调整器R5-1、R5-2、R5-3通过调整从气体供给源50供给的加压气体的压力，来控制工作室P5-1、P5-2、P5-3中的压力。压力调整器R5-1、R5-2、R5-3连接有图1所示的动作控制部7，并通过动作控制部7来控制。工作室P5-1、P5-2、P5-3也连接于大气开放阀(无图示)，也可将工作室P5-1、P5-2、P5-3开放于大气。此外，气体运送管线F5-1、F5-2、F5-3连接有真空管线V5-1、V5-2、V5-3，可通过真空管线V5-1、V5-2、V5-3在工作室P5-1、P5-2、P5-3中形成负压。
压力调整器R5-1、R5-2、R5-3可使工作室P5-1、P5-2、P5-3的内部压力彼此独立地变化。通过改变工作室P5-1、P5-2、P5-3中的压力平衡，可使膜固持器45往希望的方向倾斜。
如图29所示，膜固持器45从第一区域T1朝向第二区域T2往上方倾斜。在第一区域T1周围弹性膜44收缩，另外，在第二区域T2周围弹性膜44伸长。如此在膜固持器45倾斜状态下，弹性膜44可在第一区域T1周围比第二区域T2伸展得更大。因此，研磨头1可以比施加于第二区域T2的负荷大的负荷按压第一区域T1。结果是，第一区域T1采用比第二区域T2的除去率高的除去率被研磨。
晶片W具有图20所示的膜厚分布时，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。因此，此时通过改变工作室P5-1、P5-2、P5-3中的压力平衡，而使膜固持器45从第一区域T1朝向第二区域T2往下方倾斜。通过这样的操作，第一区域T1采用比第二区域T2的除去率低的除去率被研磨。
晶片W的膜厚分布随着晶片W的研磨进行而变化。因而，第一区域T1的位置也可改变。因此，也可以是资料处理部6在晶片W的研磨中更新膜厚分布，同时动作控制部7依据更新后的膜厚分布将研磨条件最佳化。例如，在晶片W研磨中，每当研磨台3旋转指定次数(例如旋转5次)时，资料处理部6取得及更新膜厚分布，动作控制部7依据更新后的膜厚分布将研磨条件最佳化。晶片W研磨中的膜厚分布可按照图7至图10所示的工序、或图11至图14所示的工序取得。
在一种实施方式中，在晶片W研磨中，动作控制部7每当更新膜厚分布时将研磨条件最佳化，并按照最佳化的研磨条件操作研磨条件调整系统8，晶片W在最佳化的研磨条件下被研磨。研磨条件调整系统8由上述的压力调整器R1～R4、头回转马达23、头偏心机构61、压力调整器R5-1、R5-2、R5-3等构成。
根据上述各种实施方式，通过依据膜厚差异而采用与第二区域T2不同的除去率研磨第一区域T1，可使相对于晶片的中心对称的第一区域T1及第二区域T2的膜厚相同。因此，可消除沿着晶片周向的膜厚的不均匀。
接着，说明可实施本发明的研磨方法的研磨装置其他实施方式。图31是表示可使用于精研磨晶片等基板整个表面的细抛光研磨装置的一种实施方式的立体图。例如，以上述CMP装置100执行作为第一阶段研磨的化学机械研磨后，以细抛光研磨装置200执行作为第二阶段研磨的精研磨。
细抛光研磨装置200具备：保持晶片W的晶片载台(基板载台)85；研磨晶片载台85上的晶片W的研磨盘87；及测定晶片W的膜厚的2个膜厚传感器88、89。晶片W在其被研磨面朝上的状态下设置于晶片载台85上。晶片载台85构成为可在其上表面通过真空吸引而保持晶片W。晶片载台85经由载台轴91连接于载台马达92，晶片载台85及其所保持的晶片W通过载台马达92而以晶片W的轴心为中心旋转。
载台马达92中安装有旋转角度检测器即旋转编码器95。该旋转编码器95构成为可检测连结于载台马达92的晶片载台85的旋转角度。旋转编码器95连接于资料处理部110，通过旋转编码器95检测出的晶片载台85的旋转角度传送至资料处理部110。
研磨盘87旋转自如地支撑于盘支臂120。图32是表示研磨盘87及盘支臂120的图。研磨盘87固定于盘轴121的下端，该盘轴121旋转自如地支撑于盘支臂120。在盘支臂120配置有使研磨盘87以其轴心为中心旋转的盘马达122。盘马达122经由滑轮及带构成的转矩传达机构123而连结于盘轴121。
研磨盘87具有研磨布97，研磨布97的下表面构成对晶片W进行细抛光研磨的研磨面97a。在盘支臂120设有经由盘轴121而连结于研磨盘87的盘按压装置125。盘按压装置125由气缸等构成，且构成为可向晶片W的作为被研磨面的上表面按压研磨盘87的研磨面97a。
盘支臂120构成为可以盘支臂轴杆128为中心回转，盘支臂轴杆128连结于盘回转马达130。该盘回转马达130构成为可使盘支臂轴杆128以指定角度顺时针及逆时针旋转。使盘回转马达130动作时，研磨盘87及盘支臂120以盘支臂轴杆128为中心回转。
返回图31，2个膜厚传感器88、89由第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89构成，这2个膜厚传感器88、89是相同结构。第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89安装于盘支臂120的前端，且配置于研磨盘87两侧。这些膜厚传感器88、89位于保持在晶片载台85的晶片W的上方，并从晶片W上方测定晶片W的膜厚。第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89沿着研磨盘87的移动方向排列。各膜厚传感器88、89是涡电流传感器或光学式传感器，且构成为输出因晶片W膜厚而变化的膜厚指标值。膜厚指标值是直接或间接表示膜厚的值。第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89与研磨盘87一体移动。每当研磨盘87从晶片W的一端移动至另一端时，第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89交互地在包含晶片W的中心的多个测定点测定膜厚，并输出上述的膜厚指标值。
第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89连接于资料处理部110。在晶片W表面上的多个测定点获得的膜厚指标值，作为膜厚资料而传送至资料处理部110。资料处理部110根据膜厚资料制作膜厚轮廓，进一步根据膜厚轮廓制作膜厚分布。如上所述，膜厚轮廓表示膜厚指标值(即膜厚)与晶片W上的半径方向的位置的关系，而膜厚分布表示膜厚指标值在晶片W周向的分布(即膜厚的分布)。
资料处理部110连接于动作控制部112。动作控制部112依据膜厚分布决定研磨条件。更具体而言，动作控制部112决定用于使目前膜厚分布接近目标膜厚分布的研磨条件。此外，动作控制部112连接于研磨条件调整系统113。该研磨条件调整系统113由上述的盘按压装置125及盘马达122等构成。
晶片W的研磨如下进行。在研磨的面朝上的状态下，晶片W保持于晶片载台(基板载台)85上。载台马达92使晶片载台85及晶片W旋转，另外，盘马达122使研磨盘87旋转。研磨盘87通过盘按压装置125而下降，研磨盘87的研磨面97a接触于晶片W的表面(上表面)。在研磨盘87接触于晶片W的表面的状态下，研磨盘87在晶片W的表面上从其一端至另一端多次摆动。研磨盘87滑动接触于晶片W的表面，由此研磨晶片W的表面。
在本实施方式中，用作精研磨装置的细抛光研磨装置200如下那样地消除沿着晶片W周向的膜厚不均匀。首先，在晶片W研磨前，进行用于将晶片W的方向与晶片载台85的旋转角度相关连的相关连工序。该相关连工序是使用第一膜厚传感器88来进行的，该第一膜厚传感器88发挥作为检测形成于晶片W周缘部的凹口(缺口)的缺口检测传感器功能。
图33是对检测形成于晶片W周缘部的凹口(缺口)的工序进行说明的图。通过盘回转马达130移动研磨盘87直到第一膜厚传感器88位于晶片载台85上的晶片W周缘部的上方。研磨盘87在该位置尚未接触于晶片W。接着，晶片载台85及晶片W将晶片载台85的轴心作为中心而通过载台马达92旋转，同时通过发挥缺口检测传感器功能的第一膜厚传感器88检测晶片W的凹口(缺口)53。在凹口53检测中，研磨盘87与晶片W非接触地保持。晶片载台85的旋转角度(即晶片W的旋转角度)通过安装于载台马达92的旋转编码器95来测定，晶片载台85的旋转角度的测定值传送至资料处理部110。第一膜厚传感器88的输出信号传送至资料处理部110。
图34是表示第一膜厚传感器88的输出信号与晶片载台85的旋转角度的关系的曲线图。资料处理部110可取得如图34所示的第一膜厚传感器88的输出信号与晶片载台85的旋转角度的关系。资料处理部110依据第一膜厚传感器(缺口检测传感器)88的输出信号的变化，决定表示凹口53位置的晶片载台85的旋转角度。在图34所示的例子中，第一膜厚传感器88的输出信号在晶片载台85的旋转角度是180度时大幅变化。因此，资料处理部110决定表示凹口53位置的晶片载台85的旋转角度是180度。资料处理部110通过使用凹口53的位置作为基准，可以晶片载台85的旋转角度表示晶片W的方向。
在一种实施方式中，也可使用第二膜厚传感器89作为缺口检测传感器，来取代第一膜厚传感器88。此外，在一种实施方式中，也可设置与第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89不同的缺口检测传感器。缺口检测传感器可由涡电流传感器、光学式传感器、或影像传感器等构成。
将晶片W的方向与晶片载台85的旋转角度相关连的相关连工序结束后，进行用于取得晶片的膜厚轮廓的轮廓取得工序。该轮廓取得工序是通过使第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89一次或多次横跨晶片W的表面，同时以2个膜厚传感器88、89在晶片W表面上的多个测定点测定膜厚来进行的。晶片W表面上的多个测定点优选包含晶片W的中心。
最初取得的膜厚轮廓是初期膜厚轮廓。在取得用于制作初期膜厚轮廓的膜厚指标值期间，研磨盘87不与晶片W接触，且晶片W及晶片载台85不旋转。
第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89交互测定膜厚。图35A及图35B是表示仅第一膜厚传感器88动作来测定晶片W的膜厚的情况的图。第一膜厚传感器88横跨晶片W的表面，同时在晶片W表面上的多个测定点测定膜厚。更具体而言，第一膜厚传感器88从晶片W一方侧的缘部开始移动，当第二膜厚传感器89到达晶片W的相反侧的缘部时，停止第一膜厚传感器88的移动。
接着，仅第二膜厚传感器89动作而横跨晶片W的表面，同时在晶片W表面上的多个测定点测定膜厚。图36A及图36B是表示仅第二膜厚传感器89动作来测定晶片W的膜厚的情况的图。第二膜厚传感器89从晶片W的上述相反侧的缘部开始移动，当第一膜厚传感器88到达晶片W的上述一方侧的缘部时，停止第二膜厚传感器89的移动。这样一来，第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89横跨晶片W的表面同时交互测定膜厚。
图37是表示第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89的移动路径的图。图37中，符号J1表示第一膜厚传感器88的移动路径，符号J2表示第二膜厚传感器89的移动路径。从图37可知，通过使用2个膜厚传感器88、89，资料处理部110可生成涵盖从晶片W的一方侧缘部至相反侧缘部的膜厚轮廓。生成初期膜厚轮廓时，也可使第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89中的一方从晶片W的一方侧缘部移动至相反侧的缘部，同时取得膜厚。
膜厚轮廓可根据第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89在晶片W的表面往返一次期间所取得的膜厚指标值而生成，或是膜厚轮廓也可根据第一膜厚传感器88及第二膜厚传感器89在晶片W的多个旋转角度中于晶片W的表面往返期间所取得的膜厚指标值而生成。
资料处理部110根据膜厚轮廓制作晶片W周向上的膜厚分布。由于膜厚分布的生成与之前敘述的实施方式中的图7至图10所示的工序、或图11至图14所示的工序相同地进行，因此省略其重复说明。资料处理部110依据膜厚分布决定包含晶片W的膜厚最大或最小的部分的第一区域。第一区域可通过晶片载台85的旋转角度来指定。
图38是表示膜厚分布的一例的图。在该例中，第一区域T1是包含膜厚最大部分的区域，且第一区域T1是晶片载台85的旋转角度为45°的位置。图39是表示膜厚分布的其他例的图。在该例中，第一区域T1是包含膜厚最小部分的区域，且第一区域是晶片载台85的旋转角度为45°的位置。
动作控制部112决定研磨条件，以使关于晶片W的中心对称的第一区域与第二区域的膜厚相等。第二区域使按照第一区域的位置自动指定的比较区域，且是满足第一区域与第二区域关于晶片W的中心对称的条件的任意区域。相对于此，第一区域是包含晶片W的膜厚最大或最小部分的目标区域，且具有与第二区域的膜厚不同的膜厚。第一区域及第二区域的例子，如为之前敘述的实施方式中的图15及图16所示的第一区域T1及第二区域T2。
在晶片W表面上的第一区域的半径方向的位置可根据膜厚轮廓(参照图8及图12)来决定，在晶片W表面上的第一区域的周向的位置可根据膜厚分布(参照图38及图39)来决定。第一区域的位置是使用预先定义于晶片W表面上的坐标区域表示。该坐标区域是在将晶片W中心作为原点的极坐标上所定义的区域。本实施方式所定义的坐标区域与图17所示的坐标区域大致相同。即，坐标区域包含：在晶片W的半径方向排列的多个区域；及在晶片W的周向排列的多个区域。
决定第一区域后，以研磨盘87研磨晶片W的表面。该晶片W的研磨是通过以晶片载台85使晶片W旋转，同时使旋转的研磨盘87在晶片W的表面上多次摆动来进行的。在晶片W的研磨中，晶片载台85以比研磨盘87的旋转速度高的旋转速度旋转。在晶片W的研磨中，2个膜厚传感器88、89与研磨盘87一起摆动，同时如上述那样地交互测定晶片W膜厚，并将随各旋转角与摆动位置的膜厚指标值作为膜厚资料而传送至资料处理部110。
为了消除膜厚沿着晶片W周向的不均匀，第一区域采用与第二区域的除去率不同的除去率被研磨。以下，说明采用与第二区域的除去率不同的除去率研磨第一区域的研磨方法的一种实施方式。在本实施方式中，在研磨盘87接触于第一区域时，提高第一区域与研磨盘87的相对速度。例如，在使晶片载台85及晶片W以比研磨盘87的旋转速度高的旋转速度旋转的条件下，通过使研磨盘87接触于第一区域时的该研磨盘87的旋转速度降低，提高第一区域与研磨盘87的相对速度。研磨盘87的旋转速度可通过图32所示的盘马达122改变。
图40是研磨盘87位于晶片W表面上的一方侧时的俯视图，图41是研磨盘87位于晶片W表面上的相反侧时的俯视图。在使晶片载台85及晶片W以比研磨盘87的旋转速度高的旋转速度旋转的条件下，当研磨盘87接触于第一区域T1时，使研磨盘87的旋转速度降低。此外，当研磨盘87从第一区域T1离开时，使研磨盘87的旋转速度增加，而接近晶片载台85及晶片W的旋转速度。第一区域与研磨盘87的相对速度比第二区域与研磨盘87的相对速度高。如此，通过使研磨盘87与晶片W的相对速度随着晶片W旋转而周期性增加，可提高指定的第一区域T1的除去率。因此，研磨盘87可采用比第二区域T2的除去率高的除去率研磨第一区域T1。
在一种实施方式中，也可以是，当研磨盘87接触于第一区域T1时，使研磨盘87的旋转速度比晶片载台85及晶片W的旋转速度高，从而提高第一区域T1与研磨盘87的相对速度。
在使晶片载台85及晶片W以比研磨盘87的旋转速度高的旋转速度旋转的条件下，如图42所示，也可以是，当研磨盘87接触于第一区域T1，且研磨盘87位于第一区域T1的内侧时，使研磨盘87的旋转速度降低。此外，如图43所示，也可以是，当研磨盘87接触于第一区域T1，且研磨盘87位于第一区域T1的外侧时，使研磨盘87的旋转速度增加。即使通过这样的操作，仍可提高第一区域T1与研磨盘87的相对速度。因此，研磨盘87可采用比第二区域T2的除去率高的除去率研磨第一区域T1。
晶片W具有图39所示的膜厚分布时，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。因此，此时，当研磨盘87接触于第一区域T1时，通过使研磨盘87的旋转速度接近晶片载台85及晶片W的旋转速度，可降低第一区域T1与研磨盘87的相对速度。因此，研磨盘87可采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1。
接着，说明采用与第二区域T2的除去率不同的除去率研磨第一区域T1的研磨方法的其他实施方式。在本实施方式中，使研磨盘87接触于第一区域T1时的研磨盘87的负荷增加。研磨盘87的负荷可通过图32所示的盘按压装置125来改变。
图44是研磨盘87位于晶片W表面上的一方侧时的俯视图，图45是研磨盘87位于晶片W表面上的相反侧时的俯视图。当研磨盘87接触于第一区域T1时，使研磨盘87的负荷增加。此外，当研磨盘87从第一区域T1离开时，使研磨盘87的负荷降低。接触于第一区域T1时的研磨盘87的负荷，比接触于第二区域T2时的研磨盘87的负荷大。这样一来，通过使研磨盘87的负荷随着晶片W旋转而周期性增加，可提高指定的第一区域T1的除去率。因此，研磨盘87可采用比第二区域T2的除去率高的除去率研磨第一区域T1。
晶片W具有图39所示的膜厚分布时，通过采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1，可使第一区域T1及第二区域T2同时接近目标膜厚。因此，此时，当研磨盘87接触于第一区域T1时，使研磨盘87的负荷降低。通过这样的操作，研磨盘87可采用比第二区域T2的除去率低的除去率研磨第一区域T1。
晶片W的膜厚分布随着晶片W的研磨进行而变化。因而，第一区域T1的位置也可改变。因此，也可以是资料处理部110在晶片W研磨中更新膜厚分布，同时动作控制部112依据更新后的膜厚分布将研磨条件最佳化。例如，在晶片W研磨中，每当研磨盘87以指定次数(例如5次)在晶片W的表面上往返(摆动)时，资料处理部110取得及更新膜厚分布，动作控制部112依据更新后的膜厚分布将研磨条件最佳化。
在一种实施方式中，在晶片W研磨中，动作控制部112每当更新膜厚分布时将研磨条件最佳化，并按照最佳化的研磨条件操作研磨条件调整系统113，而在最佳化的研磨条件下研磨晶片W。研磨条件调整系统113由上述的盘按压装置125、盘马达122等构成。
上述的细抛光研磨装置200也可单独用于研磨晶片表面，也可与上述的化学机械研磨(CMP)装置100组合使用。将细抛光研磨装置200与CMP装置100组合使用时，CMP装置100作为用于研磨晶片整个表面的主研磨装置来使用，细抛光研磨装置200作为用于进行经CMP装置100研磨后的晶片表面的精研磨的精研磨装置来使用。
图46是表示具备上述的化学机械研磨(CMP)装置100与上述的细抛光研磨装置200的复合研磨系统的示意图。如图46所示，该复合研磨系统具备：作为用于研磨晶片整个表面的主研磨装置的化学机械研磨(CMP)装置100；作为用于进行经CMP装置100研磨后的晶片表面的精研磨的精研磨装置的细抛光研磨装置200；用于清洗经细抛光研磨装置200研磨后的晶片的清洗单元300；使清洗后的晶片干燥的干燥单元400；及在CMP装置100、细抛光研磨装置200、清洗单元300及干燥单元400之间搬送晶片的搬送装置500。CMP装置100、细抛光研磨装置200、清洗单元300、及干燥单元400的排列不限于图46所示的实施方式，也可应用其他排列。
CMP装置100执行研磨包含上述第一区域及第二区域的晶片整个表面的第一阶段研磨工序，在第一阶段研磨工序之后，细抛光研磨装置200执行精研磨晶片表面的第二阶段研磨工序。以下，参照图47说明复合研磨系统的动作程序。
图47是表示复合研磨系统的动作程序的流程图。首先，在步骤1中，将晶片的目标膜厚分布输入CMP装置100的动作控制部7并储存。在步骤2中，被研磨的晶片保持于CMP装置100的研磨头1。在步骤3中，检测晶片的凹口位置，进一步进行将晶片方向与研磨头1的旋转角度相关连的相关连工序(参照图4至图6)。
在步骤4中，取得表示初期膜厚指标值与晶片上的半径方向位置的关系的第一初期膜厚轮廓。第一初期膜厚轮廓的取得是与以低负荷将晶片按压于研磨垫2同时进行的。更具体而言，第一初期膜厚轮廓的取得是按照图7及图8所示的工序、或图11或图12所示的工序进行的。
在步骤5中，根据第一初期膜厚轮廓取得第一膜厚分布，该第一膜厚分布表示在晶片周向的膜厚指标值的分布(即膜厚的分布)。该第一膜厚分布的取得是按照图9及图10所示的工序、或图13或图14所示的工序进行的。在步骤6中，依据第一膜厚分布决定包含晶片的膜厚最大或最小的部分的第一区域。
在步骤7中，决定研磨条件，以使关于晶片的中心对称的第一区域与第二区域的膜厚相等。第二区域是随着第一区域的位置而自动指定的比较区域，且是满足第一区域与第二区域关于晶片的中心对称的条件的任意区域。
在步骤8中，在决定的研磨条件下进行晶片的第一阶段研磨工序。晶片研磨中持续取得膜厚轮廓，并依据新取得的膜厚轮廓更新第一膜厚分布。进一步依据更新后的第一膜厚分布将研磨条件最佳化。这样一来，在晶片研磨中，反馈更新后的第一膜厚分布来决定研磨条件。
在步骤9中，到达第一目标膜厚分布时，或到达指定的研磨时间的情况下，结束晶片的第一阶段研磨工序。在步骤10中，研磨后的晶片通过搬送装置500从CMP装置100搬送至细抛光研磨装置200。
在步骤11中，晶片在研磨的面朝上的状态下保持于细抛光研磨装置200的晶片载台85。在步骤12中，检测晶片的凹口位置，进一步进行将晶片方向与晶片载台85的旋转角度相关连的相关连工序(参照图33及图34)。
在步骤13中，取得表示初期膜厚指标值与晶片上的半径方向位置的关系的第二初期膜厚轮廓。在步骤14中，根据第二初期膜厚轮廓取得第二膜厚分布，该第二膜厚分布表示经第一阶段研磨工序研磨后的晶片在周向的膜厚指标值分布(即膜厚的分布)。第二初期膜厚轮廓的取得及第二膜厚分布的取得与图7至图10所示的工序、或图11至图14所示的工序同样地进行。在步骤15中，依据第二膜厚分布决定包含晶片的膜厚最大或最小的部分的第三区域。
在步骤16中，决定研磨条件，以使关于晶片的中心对称的第三区域与第四区域的膜厚相等。第四区域是随着第三区域的位置而自动指定的比较区域，且是满足第三区域与第四区域关于晶片的中心对称的条件的任意区域。第三区域及第四区域分别相当于图31至图45所示的细抛光研磨装置200的各种实施方式所说明的第一区域T1及第二区域T2。即，第三区域及第四区域关于晶片W的中心对称。
在步骤17中，在决定的研磨条件下，进行晶片的第二阶段研磨工序。晶片研磨中持续取得膜厚轮廓，并依据新取得的膜厚轮廓更新第二膜厚分布。进一步依据更新后的第二膜厚分布将研磨条件最佳化。这样一来，在晶片研磨中，反馈更新后的第二膜厚分布来决定研磨条件。
在步骤18中，到达第二目标膜厚分布时，或到达指定的研磨时间的情况下，结束晶片的第二阶段研磨工序。在步骤19中，研磨后的晶片通过搬送装置500从细抛光研磨装置200搬送至清洗单元300，在此清洗研磨后的晶片。在步骤20中，清洗后的晶片通过搬送装置500从清洗单元300搬送至干燥单元400，在此干燥清洗后的晶片。这样一来，进行包含第一阶段研磨工序、第二阶段研磨工序、清洗工序、及干燥工序的一系列晶片处理。
上述实施方式是以本发明所属技术领域中具有常规知识的人员可实施本发明为目的而记载的。本领域技术人员当然可完成上述实施方式的各种变形例，本发明的技术思想也可应用于其他实施方式。因此，本发明不限定于所记载的实施方式，而应解释成按照通过要求保护的范围所定义的技术性思想的最广范围。
(产业上的可利用性)
本发明可利用于研磨基板表面的方法及装置。
符号说明
1 研磨头(基板保持装置) 3 研磨台
2 研磨垫 5 浆液供给喷嘴
2a 研磨面 6 资料处理部
7 动作控制部 61 头偏心机构
8 研磨条件调整系统 63 杆
11 头轴杆 64 万向接头
12 旋转筒 66 升降装置
13 台马达 67 圆环盘
14 定时滑轮 71 辊
15 膜厚传感器 72 齿条
16 头支臂 73 小齿轮
18 头旋转马达 75 伺服马达
19 定时带 79 间隔壁膜
20 定时滑轮 85 晶片载台(基板载台)
21 头支臂轴杆 87 研磨盘
22 旋转编码器 88、89 膜厚传感器
25 旋转接头 91 载台轴
26 轴承 92 载台马达
27 上下运动机构 95 旋转编码器
28 桥接器 97 研磨布
29 支撑台 97a 研磨面
30 支柱 100 化学机械研磨(CMP)装置
32 滚珠螺杆 110 资料处理部
32a 螺杆 112 动作控制部
32b 螺帽 113 研磨条件调整系统
38 伺服马达 120 盘支臂
41 头主体 121 盘轴
42 扣环 122 盘马达
44 弹性膜 123 转矩传达机构
44a 晶片接触面(基板接触面) 125 盘按压装置
45 膜固持器 128 盘支臂轴杆
50 气体供给源 130 盘回转马达
51 缺口检测传感器 200 细抛光研磨装置
53 凹口 300 清洗单元
400 干燥单元 R1～R6、R5-1～R5-3 压力调整器
500 搬送装置 T1 第一区域
P1～P6 压力室 T2 第二区域
P5-1～P5-3 工作室 L 旋转中心线
F1～F6、F5-1～F5-3 气体运送管线 W 晶片

Claims (10)

1.一种研磨方法，其特征为：
根据在基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得所述基板的周向上的膜厚分布，
依据所述膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第一区域，
使保持有研磨垫的研磨台旋转，
通过研磨头使所述基板旋转，同时将所述基板的表面按压于所述研磨垫，
采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域，
所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称。
2.如权利要求1所述的研磨方法，其特征为，将所述基板的表面按压于所述研磨垫的工序是如下工序：通过所述研磨头使基板旋转，同时在使所述研磨头向所述第一区域离所述研磨头的旋转中心线的距离变大或变小的方向偏心的状态下，通过所述研磨头将所述基板的表面按压于所述研磨垫。
3.如权利要求1所述的研磨方法，其特征为，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：在所述研磨台的半径方向，所述第一区域位于所述第二区域的外侧时，通过使从所述研磨头施加于所述基板的整个表面的负荷增加或降低，从而采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
4.如权利要求1所述的研磨方法，其特征为，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：在所述研磨台的半径方向，所述第一区域位于所述第二区域的外侧时，通过使从所述研磨头施加于所述第一区域的局部负荷增加或降低，从而采用与所述第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
5.如权利要求1所述的研磨方法，其特征为，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：在所述研磨台的半径方向，所述第一区域位于所述第二区域的外侧时，通过使所述研磨头与所述基板一起在所述研磨台的半径方向移动至外侧或内侧，从而采用与所述第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
6.如权利要求1所述的研磨方法，其特征为，将所述基板的表面按压于所述研磨垫的工序是如下工序：通过所述研磨头使基板旋转，同时在保持所述研磨头的弹性膜的膜固持器倾斜的状态下，通过所述弹性膜将所述基板的表面按压于所述研磨垫，
所述膜固持器从所述第一区域朝向所述第二区域往上方或下方倾斜。
7.一种研磨方法，其特征为：
根据在基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得所述基板的周向上的膜厚分布，
依据所述膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第一区域，
使保持有所述基板的基板载台旋转，
使研磨盘旋转，同时将该研磨盘按压于所述基板的表面，
采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域，
所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称。
8.如权利要求7所述的研磨方法，其特征为，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：所述研磨盘接触于所述第一区域时，通过提高所述第一区域与所述研磨盘的相对速度，从而采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
9.如权利要求7所述的研磨方法，其特征为，采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域的工序是如下工序：所述研磨盘接触于所述第一区域时，通过使所述研磨盘的负荷增加，从而采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域。
10.一种研磨方法，其特征为：
进行第一阶段研磨工序，并进行第二阶段研磨工序，
该第一阶段研磨工序是，
根据在基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得表示所述基板的周向上的膜厚分布的第一膜厚分布，
依据所述第一膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第一区域，
使保持有研磨垫的研磨台旋转，
通过研磨头使所述基板旋转，同时将所述基板的表面按压于所述研磨垫，
采用与所述基板的表面中的第二区域的除去率不同的除去率研磨所述第一区域；
该第二阶段研磨工序是，
根据在经研磨的所述基板的表面上的多个测定点测定出的膜厚，取得表示该经研磨的所述基板的周向上的膜厚分布的第二膜厚分布，
依据所述第二膜厚分布决定具有最大或最小的膜厚的第三区域，
使保持有所述基板的基板载台旋转，
使研磨盘旋转，同时将该研磨盘按压于所述基板的表面，
采用与所述基板的表面中的第四区域的除去率不同的除去率研磨所述第三区域，
所述第一区域及所述第二区域关于所述基板的中心对称，且所述第三区域及所述第四区域关于所述基板的中心对称。
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