JP7783104B2 - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置および研磨方法に関する。

半導体デバイスの製造工程における技術として、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が知られている。ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するための研磨ヘッドと、を備えている。

このような研磨装置を用いてウェハの研磨を行う場合には、研磨ヘッドによりウェハを保持しつつ、このウェハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させることによりウェハが研磨面に摺接し、ウェハの表面が研磨される。

さらに、ウェハの膜厚に応じた信号を膜厚センサによって検出し、ウェハの膜厚分布を取得することが行われている。ウェハの膜厚分布に基づいて、研磨の終点を決定したり、研磨ヘッドに同心円状に設けた複数のエアバックの圧力を制御することが行われている。膜厚センサは、研磨テーブルとともに回転し、ウェハを保持する研磨ヘッドも回転する。したがって、ウェハの表面上を横切る膜厚センサの移動経路は、研磨テーブルが１回転するたびに異なる。通常、ウェハの膜厚分布は、円周上の異なる測定点から得られた信号を基に、円周方向においては平均化された値として計算されている。

国際公開第２０１５／１６３１６４号

近年では、必要とされる膜厚の均一性の度合いが高まっている。そのため、成膜装置の特性などによるウェハの初期膜厚の円周方向のばらつきや研磨によって生じる円周方向の研磨量のばらつきをより考慮した研磨工程の管理や制御が必要になってきている（例えば、ウェハの膜が厚い箇所を積極的に研磨して、またはウェハの膜が薄い箇所以外の箇所を積極的に研磨して、ウェハの膜厚の均一性を高めることが有効である）。また、従来の方法では、ウェハ面内の最大膜厚と最小膜厚との差分を許容範囲内に収めることが難しい場合がある。

そこで、本発明は、ウェハの膜厚の均一性を向上させることができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。

一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けるための、同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドと、前記複数の圧力室に連結された複数の圧力レギュレータと、前記研磨テーブルに埋め込まれた、前記基板の膜厚に応じた信号を出力する膜厚センサと、前記複数の圧力レギュレータを通じて、前記複数の圧力室のそれぞれの圧力を個別に制御する動作制御部と、を備える研磨装置が提供される。前記動作制御部は、前記基板の円周上の一部である特定位置に関する情報を取得し、かつ前記特定位置を含む制御対象領域における制御対象膜厚値と、前記基板の全体の平均膜厚値と、を算出し、前記制御対象膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する。

一態様では、前記動作制御部は、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、前記特定位置を特定する。
一態様では、前記動作制御部は、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大の膜厚値が得られた最大膜厚位置と、最小の膜厚値が得られた最小膜厚位置と、を決定し、前記最大膜厚位置および前記最小膜厚位置のうちの少なくとも１つを前記特定位置に決定する。
一態様では、前記動作制御部は、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大膜厚値と、最小膜厚値と、を決定し、前記基板の全体の平均膜厚値と前記最大膜厚値との差分、および前記基板の全体の平均膜厚値と前記最小膜厚値との差分を算出し、差分の最も大きな膜厚値が得られた前記基板上の位置を前記特定位置に決定する。

一態様では、前記制御対象膜厚値は、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて決定された最大膜厚値および最小膜厚値のうちの少なくとも１つに相当する。
一態様では、前記制御対象膜厚値は、前記制御対象領域内における複数の膜厚値の平均値である。
一態様では、前記動作制御部は、前記膜厚センサから出力された信号に基づいて、研磨中における前記特定位置を含む前記制御対象領域の膜厚を測定し、前記測定された膜厚に基づいて、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する。

一態様では、前記動作制御部は、前記複数の圧力室に応じて分割された前記基板上の複数の押圧領域を、前記制御対象領域を含む特定押圧領域と、前記特定押圧領域を除く他の押圧領域と、に分割し、前記基板の膜厚に基づいて、前記他の押圧領域における平均膜厚値を算出し、前記他の押圧領域の平均膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記他の押圧領域に対応する圧力室内の圧力を制御する。
一態様では、前記動作制御部は、前記基板とは異なる参照基板の円周上の一部である参照位置に関する情報を取得し、前記参照基板の研磨中において、前記膜厚センサによって、前記参照位置を含む前記基板上の領域の膜厚に応じた物理量を検出し、前記膜厚センサから送られた複数の信号に基づいて、前記参照基板の膜厚に応じた複数のデータを取得し、前記複数のデータのそれぞれと、前記複数のデータのそれぞれを取得したときの前記参照基板の膜厚とを関連付ける。
一態様では、前記動作制御部は、研磨前に測定された前記参照基板の膜厚に基づいて、前記参照位置を決定する。

一態様では、前記動作制御部は、前記膜厚センサが前記制御対象領域を横切るように、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する。
一態様では、前記動作制御部は、前記基板の周方向の角度の基準位置と、前記研磨ヘッドの回転角度と、の関係に基づいて、前記基準位置および前記研磨ヘッドの相対角度を決定し、前記決定された相対角度に基づいて、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する。

一態様では、同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドによって、基板を研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨方法が提供される。研磨方法は、前記基板の円周上の一部である特定位置に関する情報を取得し、かつ前記特定位置を含む制御対象領域における制御対象膜厚値と、前記基板の全体の平均膜厚値と、を算出し、前記制御対象膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する。

一態様では、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、前記特定位置を特定する。
一態様では、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大の膜厚値が得られた最大膜厚位置と、最小の膜厚値が得られた最小膜厚位置と、を決定し、前記最大膜厚位置および前記最小膜厚位置のうちの少なくとも１つを前記特定位置に決定する。
一態様では、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大膜厚値と、最小膜厚値と、を決定し、前記基板の全体の平均膜厚値と前記最大膜厚値との差分、および前記基板の全体の平均膜厚値と前記最小膜厚値との差分を算出し、差分の最も大きな膜厚値が得られた前記基板上の位置を前記特定位置に決定する。

一態様では、前記制御対象膜厚値は、研磨前に測定された基板の膜厚に基づいて決定された最大膜厚値および最小膜厚値のうちの少なくとも１つに相当する。
一態様では、前記制御対象膜厚値は、前記制御対象領域内における複数の膜厚値の平均値である。
一態様では、前記膜厚センサの出力信号に基づいて、研磨中における前記特定位置を含む前記制御対象領域の膜厚を測定し、前記測定された膜厚に基づいて、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する。

一態様では、前記複数の圧力室に応じて分割された前記基板上の複数の押圧領域を、前記制御対象領域を含む特定押圧領域と、前記特定押圧領域を除く他の押圧領域と、に分割し、前記基板の膜厚に基づいて、前記他の押圧領域における平均膜厚値を算出し、前記他の押圧領域の平均膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記他の押圧領域に対応する圧力室内の圧力を制御する。
一態様では、前記基板とは異なる参照基板の円周上の一部である参照位置に関する情報を取得し、前記参照基板の研磨中において、前記膜厚センサによって、前記参照位置を含む前記基板上の領域の膜厚に応じた物理量を検出し、前記膜厚センサから送られた複数の信号に基づいて、前記参照基板の膜厚に応じた複数のデータを取得し、前記複数のデータのそれぞれと、前記複数のデータのそれぞれを取得したときの前記参照基板の膜厚とを関連付ける。
一態様では、研磨前に測定された前記参照基板の膜厚に基づいて、前記参照位置を決定する。

一態様では、前記研磨パッドを支持する研磨テーブルの回転によって、前記膜厚センサが前記制御対象領域を横切るように、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する。
一態様では、前記基板の周方向の角度の基準位置と、前記研磨ヘッドの回転角度と、の関係に基づいて、前記基準位置および前記研磨ヘッドの相対角度を決定し、前記決定された相対角度に基づいて、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する。

一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けるための、同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドと、前記複数の圧力室に連結された複数の圧力レギュレータと、前記研磨テーブルに埋め込まれた、前記基板の膜厚に応じた信号を出力する膜厚センサと、前記複数の圧力レギュレータを通じて、前記複数の圧力室のそれぞれの圧力を個別に制御する動作制御部と、を備える研磨装置が提供される。前記動作制御部は、前記膜厚センサによって、前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚から、最大膜厚値および最小膜厚値を特定し、前記最大膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、前記最小膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、の少なくとも１つを特定し、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する。

一態様では、前記動作制御部は、前記基板の研磨中において、一定の時間間隔で得られた前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する。
一態様では、前記動作制御部は、前記膜厚センサによって取得した前記基板の膜厚から研磨中における研磨速度を算出し、前記研磨速度に基づいて、前記基板の各測定点において前記膜厚センサで前記基板の膜厚を取得した取得時間と基準時間との間の前記基板の膜厚の変化量を算出し、前記変化量を補正値として、前記時間間隔において前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚を補正し、補正された前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する。

一態様では、前記動作制御部は、前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、を予めレシピ設定によって決定する。
一態様では、前記動作制御部は、前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する。
一態様では、前記動作制御部は、前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記最大膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記最小膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する。

一態様では、同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドによって、基板を研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨方法が提供される。前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚から、最大膜厚値および最小膜厚値を特定し、前記最大膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、前記最小膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、の少なくとも１つを特定し、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する。

一態様では、前記基板の研磨中において、一定の時間間隔で得られた前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する。
一態様では、前記基板の膜厚から研磨中における研磨速度を算出し、前記研磨速度に基づいて、前記基板の各測定点において前記基板の膜厚を取得した取得時間と基準時間との間の前記基板の膜厚の変化量を算出し、前記変化量を補正値として、前記時間間隔において前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚を補正し、補正された前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する。

一態様では、前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、を予めレシピ設定によって決定する。
一態様では、前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する。
一態様では、前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記最大膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記最小膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する。

ウェハの膜厚を平坦化するための特定位置を含む制御対象領域に対応する研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御することにより、ウェハの膜厚の均一性を向上させることができる。

研磨装置の一実施形態を示す模式図である。 研磨ヘッドの断面図である。 動作制御部によって生成されたスペクトルの一例を示す図である。 参照スペクトルを、対応する膜厚に関連付ける工程の一例を示す図である。 研磨対象のウェハを研磨する工程の一例を示す図である。 複数の押圧領域に区分されたウェハを示す図である。 ノッチ検出装置を示す図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、ウェハの表面上を横切る膜厚センサの移動経路を示す図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、本実施形態に係る研磨工程の効果を説明するための図である。 動作制御部による、圧力室内の圧力制御フローを示す図である。 他の実施形態に係る研磨工程の効果を説明するための図である。 動作制御部による、膜厚値を補正するフローを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、膜を有するウェハＷ（基板など）を研磨パッド２に押し付ける研磨ヘッド１と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、研磨パッド２上にスラリーなどの研磨液を供給するための研磨液供給ノズル５と、ウェハＷの膜厚を測定する膜厚センサ４０（本実施形態では、光学式膜厚センサ４０）と、研磨装置の動作を制御するための動作制御部９と、を備えている。研磨パッド２の上面は、ウェハＷを研磨する研磨面２ａを構成する。

研磨ヘッド１はヘッドシャフト１０に連結されており、ヘッドシャフト１０は、ベルト等の連結手段を介して図示しない研磨ヘッドモータに連結されている。研磨ヘッドモータは、研磨ヘッド１をヘッドシャフト１０とともに矢印で示す方向に回転させる。研磨テーブル３はテーブルモータ６に連結されており、テーブルモータ６は研磨テーブル３および研磨パッド２を矢印で示す方向に回転させるように構成されている。

ウェハＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および研磨ヘッド１を図１の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル５から研磨液が研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ウェハＷは研磨ヘッド１によって、ヘッドシャフト１０を中心に回転されながら、研磨パッド２上に研磨液が存在した状態でウェハＷは研磨ヘッド１によって研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。研磨テーブル３は、その中心ＣＰを中心に回転する。ウェハＷの表面は、研磨液の化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒または研磨パッド２の機械的作用により研磨される。

動作制御部９は、少なくとも１台のコンピュータから構成される。動作制御部９は、プログラムが格納された記憶装置９ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置９ｂと、を備えている。演算装置９ｂは、記憶装置９ａに格納されているプログラムに含まれている命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置９ａは、演算装置９ｂがアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。

動作制御部９は、膜厚センサ４０に電気的に接続されている。本実施形態では、膜厚センサ４０は、ウェハＷの表面に光を導き、ウェハＷからの反射光を検出し、ウェハＷの膜厚に応じた信号を動作制御部９に出力する。動作制御部９は、膜厚センサ４０から送られる信号（より具体的には、ウェハＷからの反射光の強度測定データ）に基づいて、ウェハＷの膜厚を測定する。

本実施形態では、膜厚センサ４０は、光学式の膜厚センサであるが、動作制御部９によってウェハＷの膜厚を測定することができれば、他の膜厚センサであってもよい。言い換えれば、膜厚センサ４０は、ウェハＷの膜厚に関する物理量を検出するセンサである。一例として、膜厚センサ４０は、渦電流センサであってもよい。渦電流センサは、そのセンサコイルがウェハＷの導電性膜内に磁束を通過させて渦電流を発生させることにより、ウェハＷの膜厚に応じた渦電流を検出し、渦電流信号を出力する。動作制御部９は、この渦電流信号に基づいて、ウェハＷの膜厚を測定する。

本実施形態では、膜厚センサ４０は、光を発する光源４４と、分光器４７と、光源４４および分光器４７に連結された光学センサヘッド７と、を備えている。光学センサヘッド７、光源４４、および分光器４７は、研磨テーブル３に取り付けられており、研磨テーブル３および研磨パッド２とともに一体に回転する。光学センサヘッド７の位置は、研磨テーブル３および研磨パッド２が一回転するたびに研磨パッド２上のウェハＷの表面を横切る位置である。

記憶装置９ａは、その内部に、後述するスペクトルの生成およびウェハＷの膜厚検出を実行するためのプログラムを格納している。光源４４から発せられた光は、光学センサヘッド７に伝送され、光学センサヘッド７からウェハＷの表面に導かれる。光はウェハＷの表面で反射し、ウェハＷの表面からの反射光は光学センサヘッド７によって受けられ、分光器４７に送られる。分光器４７は反射光を波長に従って分解する。このようにして、膜厚センサ４０は、各波長での反射光の強度を検出して、反射光の強度測定データを動作制御部９に送る。

図２は、研磨ヘッドの断面図である。図２に示すように、研磨ヘッド１は、ウェハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに対して押し付けるための弾性膜６５と、弾性膜６５を保持するヘッド本体２１と、ヘッド本体２１の下方に配置された環状のドライブリング６２と、ドライブリング６２の下面に固定された環状のリテーナリング６０と、を備えている。

弾性膜６５は、ヘッド本体２１の下部に取り付けられている。ヘッド本体２１は、ヘッドシャフト１０の端部に固定されており、ヘッド本体２１、弾性膜６５、ドライブリング６２、およびリテーナリング６０は、ヘッドシャフト１０の回転により一体に回転するように構成されている。リテーナリング６０およびドライブリング６２は、ヘッド本体２１に対して相対的に上下動可能に構成されている。ヘッド本体２１は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。

弾性膜６５の下面は、ウェハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに対して押し付ける基板押圧面６５ａを構成する。リテーナリング６０は、基板押圧面６５ａを囲むように配置され、ウェハＷはリテーナリング６０によって囲まれている。弾性膜６５とヘッド本体２１との間には、４つの圧力室７０，７１，７２，７３が設けられている。

圧力室７０は、中央に位置する円形状の中央圧力室であり、圧力室７３は、最外周に位置する環状のエッジ圧力室であり、圧力室７１，７２のそれぞれは、圧力室７０と圧力室７３との間に位置する中間圧力室である。

圧力室７０，７１，７２，７３は弾性膜６５とヘッド本体２１によって形成されている。中央の圧力室７０は円形であり、他の圧力室７１，７２，７３は環状である。これらの圧力室７０，７１，７２，７３は、同心円状に配列（分割）されている。本実施形態では、弾性膜６５は、４つの圧力室７０～７３を形成するが、上述の圧力室の数は例示であり、適宜変更してもよい。

圧力室７０，７１，７２，７３には、それぞれ気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が接続されている。気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の一端は、研磨装置が設置されている工場に設けられたユーティリティとしての圧縮気体供給源（図示せず）に接続されている。圧縮空気等の圧縮気体は、気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を通じて圧力室７０，７１，７２，７３にそれぞれ供給されるようになっている。圧力室７０～７３に圧縮気体が供給されることで、弾性膜６５が膨らみ、圧力室７０～７３内の圧縮気体は、弾性膜６５を介してウェハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける。圧力室７０～７３は、ウェハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けるためのアクチュエータとして機能する。

リテーナリング６０は、弾性膜６５の周囲に配置されており、研磨パッド２の研磨面２ａに接触する環状の部材である。リテーナリング６０は、ウェハＷの周縁部を囲むように配置されており、ウェハＷの研磨中にウェハＷが研磨ヘッド１から飛び出してしまうことを防止する。

ドライブリング６２の上部は、環状のリテーナリング押圧装置８０に連結されている。リテーナリング押圧装置８０は、ドライブリング６２を介してリテーナリング６０の上面６０ｂの全体に下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング６０の下面６０ａを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける。

リテーナリング押圧装置８０は、ドライブリング６２の上部に固定された環状のピストン８１と、ピストン８１の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム８２と、を備えている。ローリングダイヤフラム８２の内部には、リテーナリング圧力室８３が形成されている。このリテーナリング圧力室８３は、気体移送ラインＦ５を介して上記圧縮気体供給源に連結されている。圧縮気体は、気体移送ラインＦ５を通じてリテーナリング圧力室８３内に供給される。

上記圧縮気体供給源からリテーナリング圧力室８３に圧縮気体を供給すると、ローリングダイヤフラム８２がピストン８１を下方に押し下げ、ピストン８１はドライブリング６２を押し下げ、さらにドライブリング６２はリテーナリング６０の全体を下方に押し下げる。このようにして、リテーナリング押圧装置８０は、リテーナリング６０の下面６０ａを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける。ドライブリング６２は、リテーナリング押圧装置８０に着脱可能に連結されている。

気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５は、ヘッドシャフト１０に取り付けられたロータリージョイント２５を経由して延びている。研磨装置は、圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５をさらに備えており、圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５にそれぞれ設けられている。圧縮気体供給源からの圧縮気体は、圧力レギュレータＲ１～Ｒ５を通って圧力室７０～７３、およびリテーナリング圧力室８３内にそれぞれ独立に供給される。圧力レギュレータＲ１～Ｒ５は、圧力室７０～７３、およびリテーナリング圧力室８３内の圧縮気体の圧力を調節するように構成されている。圧力レギュレータＲ１～Ｒ５は、動作制御部９に接続されている。

圧力レギュレータＲ１～Ｒ５は、圧力室７０～７３、およびリテーナリング圧力室８３の内部圧力を互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェハＷの対応する４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、およびエッジ部におけるウェハＷの研磨面２ａに対する押し付け力、およびリテーナリング６０の研磨パッド２への押し付け力を独立に調整することができる。気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５は大気開放弁（図示せず）にもそれぞれ接続されており、圧力室７０～７３、およびリテーナリング圧力室８３を大気開放することも可能である。本実施形態では、弾性膜６５は、４つの圧力室７０～７３を形成するが、一実施形態では、弾性膜６５は４つよりも少ない、または４つよりも多い圧力室を形成してもよい。

図３は、動作制御部によって生成されたスペクトルの一例を示す図である。図３において、横軸はウェハから反射した光の波長を表わし、縦軸は反射した光の強度から導かれる相対反射率を表わす。相対反射率とは、反射光の強度を示す指標値であり、光の強度と所定の基準強度との比である。各波長において光の強度（実測強度）を所定の基準強度で割ることにより、装置の光学系や光源固有の強度のばらつきなどの不要なノイズを実測強度から除去することができる。

基準強度は、各波長について予め測定された光の強度であり、相対反射率は各波長において算出される。具体的には、各波長での光の強度（実測強度）を、対応する基準強度で割り算することにより相対反射率が求められる。

動作制御部９は、反射光の強度測定データから反射光のスペクトルを生成するように構成されている。反射光のスペクトルは、反射光の波長と強度との関係を示す線グラフ（すなわち分光波形）として表される。反射光の強度は、反射率または相対反射率などの相対値として表わすこともできる。

実際の研磨では、実測強度からダークレベル（光を遮断した条件下で得られた背景強度）を引き算して補正実測強度を求め、さらに基準強度から上記ダークレベルを引き算して補正基準強度を求め、そして、補正実測強度を補正基準強度で割り算することにより、相対反射率が求められる。具体的には、相対反射率Ｒ（λ）は、次の式（１）を用いて求めることができる。
ここで、λは基板から反射した光の波長であり、Ｅ（λ）は波長λでの強度であり、Ｂ（λ）は波長λでの基準強度であり、Ｄ（λ）は光を遮断した条件下で測定された波長λでの背景強度（ダークレベル）である。

動作制御部９は、反射光の強度測定データから図３に示すようなスペクトルを生成する。さらに、動作制御部９は、反射光のスペクトルからウェハＷの膜厚を決定する。反射光のスペクトルは、ウェハＷの膜厚に従って変化する。したがって、動作制御部９は、反射光のスペクトルからウェハＷの膜厚を決定することができる。以下、本明細書において、研磨されるウェハＷからの反射光から生成されたスペクトルを、測定スペクトルという。

動作制御部９は、測定スペクトル（すなわち、測定データ）と複数の参照スペクトル（すなわち、参照データ）との比較から膜厚を決定するように構成されている。動作制御部９は、研磨中に生成された測定スペクトルと複数の参照スペクトルとを比較することで、測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを決定し、この決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を取得する。測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルは、参照スペクトルと測定スペクトルとの間の相対反射率の差が最も小さいスペクトルである。

複数の参照スペクトルは、研磨対象のウェハ（以下、本明細書において、ウェハＷは研磨対象のウェハに相当する）と同じ、または、同等の初期膜厚を有する参照ウェハを研磨することによって予め取得されたものである。研磨対象のウェハは、参照ウェハとは異なるウェハであり、膜厚の平坦化工程が実行されるウェハである。参照ウェハは、参照スペクトルを、対応する膜厚に関連付ける工程が実行されるウェハである。各参照スペクトルにはその参照スペクトルが取得されたときの膜厚を関連付けることができる。すなわち、各参照スペクトルは、異なる膜厚のときに取得されたものであり、複数の参照スペクトルは複数の異なる膜厚に対応する。したがって、測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを決定することにより、現在の膜厚を推定することができる。

図４は、参照スペクトルを、対応する膜厚に関連付ける工程の一例を示す図である。まず、ウェハＷと同じ、または、同等の膜厚を有する参照ウェハが用意される。参照ウェハは、膜厚測定器１７０（図１参照）に搬送され、参照ウェハの初期膜厚が膜厚測定器１７０によって測定される（ステップＳ１０１参照）。膜厚測定器１７０は、動作制御部９に電気的に接続されている。動作制御部９は、膜厚測定器１７０によって測定された参照ウェハの膜厚（分布）に基づいて、幅広い膜厚範囲における参照スペクトルを取得するための参照位置を決定する（ステップＳ１０２参照）。

このようにして、動作制御部９は、参照ウェハの円周上の一部である特定の位置に関する情報を膜厚測定器１７０から取得する。膜厚測定器１７０は研磨装置の内部に配置されてもよい。この場合、膜厚測定器１７０は研磨装置の構成要素の一部を構成する。一実施形態では、膜厚測定器１７０は研磨装置の外部に配置されてもよい。

参照ウェハは、様々な膜厚に対応する参照スペクトルを得るために研磨される。動作制御部９は、測定された参照ウェハの膜厚に基づいて、最大の膜厚値が得られた最大膜厚位置（すなわち、参照ウェハの膜厚が厚い箇所）と、最小の膜厚値が得られた最小膜厚位置（すなわち、参照ウェハの膜厚が薄い箇所）と、を決定し、最大膜厚位置および最小膜厚位置のうちのいずれかを参照位置に決定する。一実施形態では、動作制御部９は、最大膜厚位置および最小膜厚位置の両方を参照位置に決定してもよい。

一実施形態では、動作制御部９は、測定された参照ウェハの膜厚に基づいて、最大膜厚値と、最小膜厚値と、を決定し、参照ウェハの全体の平均膜厚値と最大膜厚値との差分、および参照ウェハの全体の平均膜厚値と最小膜厚値との差分を算出し、差分の最も大きな膜厚値が得られた参照ウェハ上の位置を参照位置に決定してもよい。

次に研磨液としてのスラリーが研磨パッド１に供給されながら参照ウェハが研磨される（ステップＳ１０３参照）。参照ウェハの研磨中、参照ウェハの表面に光が照射され、参照ウェハからの反射光のスペクトル（すなわち参照スペクトル）が取得される（ステップＳ１０４参照）。

動作制御部９は、研磨テーブル３が一回転するたびに、参照ウェハ上の各測定点における参照スペクトルを取得する。動作制御部９は、研磨中に膜厚センサ４０が参照ウェハ上の参照位置を横切るように、研磨ヘッド１の回転速度および研磨テーブル３の回転速度の少なくとも一方を制御する。このような制御により、膜厚センサ４０は参照位置の反射光を検出し、動作制御部９は、参照位置を含む参照スペクトルを取得する。

動作制御部９は、参照位置を含む参照スペクトルを取得することにより、膜厚値の、幅広い範囲における参照スペクトルを取得することができる。したがって、動作制御部９は、研磨中に生成された測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを、より確実に決定することができ、結果として、あらゆる膜厚を有するウェハＷの膜厚を測定（取得）することができる。

参照スペクトルは、研磨テーブル３が一回転するたびに取得される。したがって、参照ウェハの研磨中に、複数の参照スペクトルが取得される。参照ウェハの研磨が終了した後、参照ウェハは膜厚測定器１７０に再び搬送され、研磨された参照ウェハの膜厚（すなわち最終膜厚）が測定される（ステップＳ１０５参照）。

参照ウェハの研磨レートが一定である場合、膜厚は研磨時間とともに直線的に減少する。研磨レートは、初期膜厚と最終膜厚との差を、最終膜厚に到達した研磨時間で割り算することにより算出することができる。参照スペクトルは、上述したように、研磨テーブル３が一回転するたびに周期的に取得されるので、それぞれの参照スペクトルが取得されたときの研磨時間は、研磨テーブル３の回転速度から算出することができる。このようにして、動作制御部９は、各参照スペクトルに対応する膜厚を決定する（ステップＳ１０６参照）。

各参照スペクトルは、対応する膜厚に関連付けることができる（結び付けることができる）。したがって、動作制御部９は、ウェハＷの研磨中に測定スペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを決定することにより、その参照スペクトルに関連付けられた膜厚から、ウェハＷの現在の膜厚を決定することができる。

図５は、研磨対象のウェハを研磨する工程の一例を示す図である。研磨対象のウェハＷの膜厚の均一性を高めるために、ウェハＷの円周上の一部である特定位置を決定する必要がある。そこで、図５のステップＳ２０１に示すように、ウェハＷは、膜厚測定器１７０に搬送され、ウェハＷの初期膜厚が膜厚測定器１７０によって測定される。

その後、図４のステップＳ１０２と同様に、動作制御部９は、膜厚測定器１７０によって測定されたウェハＷの膜厚に基づいて、ウェハＷの特定位置を決定する（ステップＳ２０２参照）。

特定位置の決定方法は、参照位置の決定方法と同様である。動作制御部９は、研磨前に測定されたウェハＷの膜厚に基づいて、最大の膜厚値が得られた最大膜厚位置（すなわち、ウェハＷの膜厚が厚い箇所）と、最小の膜厚値が得られた最小膜厚位置（すなわち、ウェハＷの膜厚が薄い箇所）と、を決定し、最大膜厚位置および最小膜厚位置のうちの少なくとも１つを特定位置に決定する。

一実施形態では、動作制御部９は、研磨前に測定された測定されたウェハＷの膜厚に基づいて、最大膜厚値と、最小膜厚値と、を決定し、ウェハＷの全体の平均膜厚値と最大膜厚値との差分、およびウェハＷの全体の平均膜厚値と最小膜厚値との差分を算出し、差分の最も大きな膜厚値が得られたウェハＷ上の位置を特定位置に決定してもよい。

動作制御部９は、膜厚測定器１７０によって測定されたウェハＷの膜厚分布情報を取得し、ウェハＷの特定位置を決定する。一実施形態として、膜厚測定器１７０が研磨装置の外部に配置されていた場合、動作制御部９は、ウェハＷの膜厚分布から定められた特定位置の位置情報のみを取得してもよい。

動作制御部９は、ウェハＷの特定位置を決定した後、ウェハＷの研磨を開始する（ステップＳ２０３参照）。この研磨中、ウェハＷの表面に光が照射され、動作制御部９は、ウェハＷからの反射光のスペクトル（すなわち、測定スペクトル）を取得する。動作制御部９は、取得した測定スペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを決定し、決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を取得する（ステップＳ２０４参照）。

動作制御部９は、圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を制御することにより、ウェハＷの膜厚に基づいてウェハＷの研磨面２ａに対する押し付け力を調整させる。本実施形態では、動作制御部９は、ウェハＷ上の領域を、複数の圧力室７０，７１，７２，７３に応じた複数の押圧領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に区分する（図６参照）。

図６は、複数の押圧領域に区分されたウェハを示す図である。図６では、ウェハＷ上の領域は、圧力室７０に対応する押圧領域Ａ１と、圧力室７１に対応する押圧領域Ａ２と、圧力室７２に対応する押圧領域Ａ３と、圧力室７３に対応する押圧領域Ａ４と、に区分される。押圧領域Ａ１は円形状を有しており、押圧領域Ａ２～Ａ４のそれぞれは、環状形状を有している。これら押圧領域Ａ１～Ａ４は、ウェハＷの中心ＣＰＷと同心状に配置されている。動作制御部９は、複数の押圧領域ごとにウェハＷの押し付け力を独立して調整するように構成されている。

図６に示すように、ウェハＷの押圧領域Ａ４には、特定位置ＩＰが存在する。図６に示す実施形態では、特定位置ＩＰは、ウェハＷ上の一点であるが、特定位置ＩＰは、ウェハＷ上の狭い領域に存在する複数の点である場合もあれば、ウェハＷ上の広い領域に存在する複数の点である場合もある。そこで、動作制御部９は、特定位置ＩＰを含む制御対象領域ＣＡを決定する。また、特定位置ＩＰを含むある程度の大きさの領域を制御対象領域とすれば、以下に説明する膜厚の均一性の調整を安定して行うことができる。本実施形態では、制御対象領域ＣＡは、周方向における範囲（すなわち、領域Ａ１～Ａ４のいずれかに属する範囲）内で決定される。一実施形態では、特定位置ＩＰがウェハＷ上の一点である場合に、制御対象領域ＣＡもウェハＷ上の一点であってもよい。

動作制御部９は、制御対象領域ＣＡにおける制御対象膜厚値を決定し、かつ膜厚センサ４０によって測定されたウェハＷの膜厚に基づいて、ウェハＷの全体の平均膜厚値を算出する。制御対象膜厚値は、膜厚センサ４０によって測定されたウェハＷの膜厚に基づいて決定された最大膜厚値または最小膜厚値に相当してもよく、最大膜厚値および最小膜厚値の両方であってもよい。一実施形態では、制御対象膜厚値は、制御対象領域ＣＡにおける複数の膜厚値の平均値であってもよい。

動作制御部９は、膜厚センサ４０がウェハＷ上の制御対象領域ＣＡを横切るように、研磨ヘッド１の回転速度および研磨テーブル３の回転速度の少なくとも一方を制御する。この制御のためには、動作制御部９は、ウェハＷの研磨中に制御対象領域ＣＡの位置を決定する必要がある。

制御対象領域ＣＡの位置を決定する方法の一例として、動作制御部９は、ウェハＷの研磨中において、ウェハＷの周方向の角度（すなわち、ウェハ角度）の基準位置（例えば、図６のノッチ位置Ｎｔ）を特定し、制御対象領域ＣＡの位置をウェハ角度として決定する。

ウェハＷが研磨ヘッド１に対して円周方向にずれないと仮定すると、研磨開始時点の研磨ヘッド１に対するウェハＷの取付角度を常に一定しておき、ロータリエンコーダ１５２（図７参照）による研磨ヘッド１の回転角度を把握することにより、動作制御部９は、ノッチ位置Ｎｔを特定し、制御対象領域ＣＡの位置を決定する。ノッチ位置Ｎｔの位置を特定しなくても、ノッチ位置Ｎｔと制御対象領域ＣＡとの位置関係は予め決定されているため、研磨ヘッド１の回転角度から制御対象領域ＣＡの位置を決定することは可能である。

その一方で、ウェハＷは、ウェハＷと研磨パッド１との間に作用する摩擦力によって、研磨ヘッド１に対して円周方向にずれる場合がある。この場合、ノッチ位置Ｎｔと研磨ヘッド１との相対角度もずれてしまうため、動作制御部９は、ウェハＷの研磨中に、リアルタイムでウェハＷのノッチ位置Ｎｔを特定し、ノッチ位置Ｎｔに基づいて、制御対象領域ＣＡの位置を決定する。

図７は、ノッチ検出装置を示す図である。図７に示すように、研磨装置は、ウェハＷのノッチ位置Ｎｔを検出するノッチ検出装置１５１を備えてもよい。ノッチ検出装置１５１は、渦電流センサ、光学式センサ、または画像センサなどのセンサから構成されてもよい。図７に示す実施形態では、ノッチ検出装置１５１は、研磨テーブル３の側方に配置されている。研磨ヘッド１は、研磨ヘッド１に保持されたウェハＷの周縁部（より具体的には、ノッチ位置Ｎｔ）が研磨パッド２からはみ出す位置まで移動し、ウェハＷを回転させる。

ノッチ検出装置１５１は、研磨パッド２からはみ出した状態で回転するウェハＷのノッチ位置Ｎｔを検出し、検出信号を動作制御部９に出力する。ロータリエンコーダ１５２は、研磨ヘッド１の回転角度に応じた信号を検出し、検出信号を動作制御部９に出力する。このようにして、動作制御部９は、ノッチ位置Ｎｔと研磨ヘッド１の回転角度との関係を取得し、ノッチ位置Ｎｔと研磨ヘッド１との相対角度をリアルタイムで決定することができる。一実施形態では、動作制御部９は、膜厚センサ４０から出力された信号に基づいて、ノッチ位置Ｎｔを特定してもよい。この場合、膜厚センサ４０は、ノッチ検出装置に相当する。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、ウェハの表面上を横切る膜厚センサの移動経路を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）では、膜厚センサ４０の移動経路は、５つの点線で示されている。図８（ａ）および図８（ｂ）に示す実施形態では、膜厚センサ４０は、研磨テーブル３の１回転目で特定位置ＩＰを横切っている。

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、動作制御部９は、研磨ヘッド１の回転速度および研磨テーブル３の回転速度の少なくとも一方を制御することにより、膜厚センサ４０の移動経路を制御することができる。したがって、動作制御部９は、膜厚センサ４０がウェハＷの表面上の特定位置ＩＰを横切るように、決定された相対角度に基づいて、研磨ヘッド１の回転速度および研磨テーブル３の回転速度の少なくとも一方を制御する。

例えば、動作制御部９は、研磨ヘッド１の回転速度と研磨テーブル３の回転速度との間の回転速度比を決定することにより、膜厚センサ４０の移動経路を決定することができる。図８（ａ）に示す実施形態における回転速度比と、図８（ｂ）に示す実施形態における回転速度比と、は互いに異なる。したがって、ノッチ位置Ｎｔと研磨ヘッド１との相対角度が変更された場合、動作制御部９は、膜厚センサ４０がウェハＷの表面上の特定位置ＩＰを横切るように、研磨ヘッド１の回転速度と研磨テーブル３の回転速度との間の回転速度比を決定する。

このようにして、動作制御部９は、膜厚センサ４０から出力された信号に基づいて、研磨中における特定位置ＩＰを含む制御対象領域ＣＡの膜厚を測定し、測定された膜厚に基づいて、圧力レギュレータＲ１～Ｒ４を制御することにより、制御対象領域ＣＡに対応する研磨ヘッド１の圧力室７０～７３内の圧力を制御する。

より具体的には、図５のステップＳ２０５に示すように、動作制御部９は、制御対象膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、特定位置ＩＰ（または制御対象領域ＣＡ）に対応する研磨ヘッド１の圧力室７０～７３内の圧力を制御する。図６に示す実施形態では、制御対象領域ＣＡは、ウェハＷの、押圧領域Ａ４に対応する位置に存在しており、領域Ａ４は圧力室７３に対応している。したがって、動作制御部９は、圧力レギュレータＲ４を制御して、圧力室７３内の圧力を制御する。

動作制御部９は、複数の圧力室７０～７３に応じて分割されたウェハＷ上の複数の押圧領域Ａ１～Ａ４を、特定位置ＩＰを含む特定押圧領域と、特定押圧領域を除く他の押圧領域と、に分割する。本実施形態では、特定押圧領域は押圧領域Ａ４に相当し、他の押圧領域は押圧領域Ａ１～Ａ３に相当する。

動作制御部９は、膜厚センサ４０によって測定されたウェハＷの膜厚に基づいて、他の押圧領域Ａ１～Ａ３のそれぞれにおける平均膜厚値を算出する。その後、動作制御部９は、他の押圧領域Ａ１～Ａ３のそれぞれの平均膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、圧力レギュレータＲ１～Ｒ３のそれぞれを制御することにより、他の押圧領域Ａ１～Ａ３に対応する圧力室７０～７２内の圧力を制御する。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、本実施形態に係る研磨工程の効果を説明するための図である。図９（ａ）では、比較例としての研磨工程による、研磨前後におけるウェハＷの平均膜厚のプロファイルが示されており、図９（ｂ）では、本実施形態に係る研磨工程による、研磨前後におけるウェハＷの平均膜厚のプロファイルが示されている。図９（ａ）および図９（ｂ）のそれぞれにおいて、横軸は、ウェハＷの中心ＣＰＷからの距離を表しており、縦軸は、ウェハＷの膜厚を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）では、ウェハＷの膜厚は、押圧領域Ａ１～Ａ４内の各測定点の膜厚として、箱ひげ図として表されている。

図９（ａ）に示すように、研磨前のウェハＷの膜厚において、押圧領域Ａ３の最小膜厚値は、他の押圧領域Ａ１，Ａ２，Ａ４の膜厚よりも特に小さい（または薄い）。また、押圧領域Ａ４の最大膜厚値は、他の押圧領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の膜厚よりも特に大きい（または厚い）。比較例としての研磨工程では、動作制御部９は、膜厚センサ４０によって検出された信号に基づいて、押圧領域Ａ１～Ａ４のそれぞれにおける平均膜厚値と、ウェハＷの全体の平均膜厚値と、を算出する。したがって、動作制御部９は、押圧領域Ａ３，Ａ４のそれぞれの平均膜厚値を算出するため、押圧領域Ａ１，Ａ２のそれぞれの平均膜厚値と押圧領域Ａ３，Ａ４のそれぞれの平均膜厚値との間の差分が小さい場合がある。

このような場合であっても、動作制御部９は、押圧領域Ａ１～Ａ４のそれぞれの平均膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、圧力室７０～７３のそれぞれの圧力を制御して、ウェハＷを研磨する。したがって、研磨後のウェハＷでは、ウェハＷの全体における膜厚の厚さが所定（所望）の許容範囲内に収まらない場合がある。

本実施形態によれば、動作制御部９は、特定押圧領域の圧力を、他の押圧領域とは異なる圧力で個別に制御する。より具体的には、動作制御部９は、特定押圧領域Ａ３，Ａ４のそれぞれにおける制御対象膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、圧力室７２，７３内の圧力を制御し、他の押圧領域Ａ１，Ａ２のそれぞれの平均膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、圧力室７０，７１のそれぞれの圧力を制御する。図９（ｂ）に示すように、動作制御部９は、複数の特定押圧領域を決定し、決定された複数の特定押圧領域の圧力を個別に制御してもよい。

図９（ｂ）に示す実施形態では、押圧領域Ａ３における制御対象膜厚値は平均膜厚値よりも小さいため、圧力室７２の圧力は比較例における圧力よりも低減される。結果として、押圧領域Ａ３の研磨量は、比較例における研磨量と比較して全体的に小さい。押圧領域Ａ４における制御対象膜厚値は平均膜厚値よりも大きいため、圧力室７３の圧力は比較例における圧力よりも増加される。結果として、押圧領域Ａ４の研磨量は、比較例における研磨量と比較して全体的に大きい。このような構成により、研磨ヘッド１は、ウェハＷの全体における最も厚い箇所の膜厚の厚さおよび最も薄い箇所の膜厚の厚さを所望の許容範囲内に収めることができる（図９（ｂ）参照）。結果として、ウェハＷの全体の膜厚の均一性を向上させることができる。

上述した実施形態において、研磨ヘッドは複数の圧力室（エアバック）を有するが、同心円状に配置された押圧要素を有する研磨ヘッドであれば本発明の技術的思想は適用可能である。同心円状に配置された押圧要素が基板に与える押圧力を、特定位置を含む制御対象領域における制御対象膜厚値に基づいて制御する。押圧要素としては、例えば圧電素子が挙げられる。

上述した実施形態においては、測定スペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを決定することで膜厚を推定する方法を用いているが、他のアルゴリズムを用いて膜厚を推定してもよい。

上述した実施形態では、動作制御部９は、膜厚測定器１７０によって測定されたウェハＷの膜厚に基づいて、ウェハＷの特定位置を決定し、特定位置に対応する研磨ヘッド１の圧力室内の圧力を制御するように構成されている。一実施形態では、動作制御部９は、ウェハＷの膜厚を事前に測定することなく、研磨ヘッド１の圧力室内の圧力を制御するように構成されてもよい。以下、このような動作制御部９の構成について、図面を参照して説明する。

図１０は、動作制御部による、圧力室内の圧力制御フローを示す図である。図１０のステップＳ３０１に示すように、動作制御部９は、膜厚センサ４０によって、ウェハＷの研磨中に得られたウェハＷの全体の膜厚の中から、最大膜厚値および最小膜厚値を特定する。より具体的には、動作制御部９は、膜厚センサ４０から出力された信号からウェハＷの全体における最大膜厚値および最小膜厚値を特定する。

動作制御部９は、ウェハＷ上の領域を、複数の圧力室７０，７１，７２，７３に応じた複数の押圧領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に区分している。言い換えれば、動作制御部９は、膜厚センサ４０がウェハＷの表面を横切る際の軌跡を元にして、膜厚センサ４０が取得する各測定データを各押圧領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごとに区分している。動作制御部９は、最大膜厚値および最小膜厚値のほか、複数の押圧領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごとの平均膜厚値を特定する。さらに動作制御部９は、ウェハＷの全体における平均膜厚値も特定する。

図１０のステップＳ３０２に示すように、動作制御部９は、ウェハＷの全体における最大膜厚値と最小膜厚値との差分（すなわち、膜厚レンジ）が所望（所定）の許容範囲内であるか否かを判定する。膜厚レンジが許容範囲内にある場合（ステップＳ３０２の「ＹＥＳ」参照）、動作制御部９は、各押圧領域の平均膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、圧力レギュレータのそれぞれを制御することにより、各圧力室内の圧力を制御する（ステップＳ３０３参照）。

膜厚レンジが許容範囲外である場合（ステップＳ３０２の「ＮＯ」参照）、動作制御部９は、最大膜厚値を検出したウェハＷの位置に対応する圧力室と、最小膜厚値を検出したウェハＷの位置に対応する圧力室と、の少なくとも１つを特定する（ステップＳ３０４参照）。

最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、動作制御部９は、対象となる圧力室に対応するウェハＷの平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも下回るように、圧力室の圧力を制御する（ステップＳ３０５Ａ参照）。最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、動作制御部９は、対象となる圧力室に対応するウェハＷの平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも上回るように、圧力室の圧力を制御する（ステップＳ３０５Ｂ参照）。

具体的には、最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、動作制御部９は、ウェハＷの全体の平均膜厚値に対して所定量あるいは所定割合、減少させた目標膜厚値を計算し、最大膜厚値の測定点が属する押圧領域の平均膜厚値が目標膜厚値に近づくように、対象となる圧力室の圧力を調整する。より具体的には、最大膜厚値の測定点が属する押圧領域の平均膜厚値が目標膜厚値を上回っていた場合、動作制御部９は、最大膜厚値の測定点が属する押圧領域に関連する圧力室の圧力を増加させる。

膜厚レンジを小さくするために、動作制御部９は、最大膜厚値に関連する圧力室の圧力のみを上記のように制御してもよく、最小膜厚値に関連する圧力室の圧力のみを上記のように制御してもよく、あるいは最大膜厚値に関連する圧力室の圧力と最小膜厚値に関連する圧力室の圧力の両方を上記のように制御してもよい。なお、他の圧力室については、動作制御部９は、対応する押圧領域の平均膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、他の圧力室を制御する。

このような構成により、膜厚レンジが許容範囲外にある場合、最大膜厚値に対応する押圧領域の研磨量あるいは一定期間内の研磨速度は、本発明を適用しない場合に比べて大きくなり、最小膜厚値に対応する押圧領域の研磨量あるいは一定期間内の研磨速度は、本発明を適用しない場合に比べて小さくなる。結果として、研磨ヘッド１は、ウェハＷの全体における最も厚い箇所の膜厚の厚さと最も薄い箇所の膜厚の厚さとの差分を所望の許容範囲内に収めることができる。

図１１は、他の実施形態に係る研磨工程の効果を説明するための図である。図１１に示す実施形態では、ウェハＷの研磨中において、押圧領域Ａ１，Ａ２における最大膜厚値および最小膜厚値は許容範囲内にある。したがって、動作制御部９は、押圧領域Ａ１，Ａ２のそれぞれの平均膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、押圧領域Ａ１，Ａ２のそれぞれに対応する圧力室７０，７１のそれぞれの圧力を制御する。

押圧領域Ａ３における最小膜厚値は許容範囲外にあるため、動作制御部９は、押圧領域Ａ３の平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも上回るように、圧力室７２の圧力を制御する。結果として、押圧領域Ａ３の研磨量は小さくなり、研磨ヘッド１は、押圧領域Ａ３の膜厚の厚さを許容範囲内に収めることができる。

押圧領域Ａ４における最大膜厚値は許容範囲外にあるため、動作制御部９は、押圧領域Ａ４の平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも下回るように、圧力室７３の圧力を制御する。結果として、押圧領域Ａ４の研磨量は大きくなり、研磨ヘッド１は、押圧領域Ａ４の膜厚の厚さを許容範囲内に収めることができる。

本実施形態によれば、動作制御部９は、ウェハＷの膜厚を事前に測定することなく、ウェハＷの研磨中における膜厚センサ４０によって測定されたウェハＷの膜厚に基づいて、ウェハＷ面内における膜厚の差分を許容範囲内に収めることができる。

なお、最大膜厚値に対応するウェハＷ上の押圧領域と最小膜厚値に対応するウェハＷ上の押圧領域を除くウェハＷ上の押圧領域においてもなお膜厚レンジが許容範囲内から外れている場合、動作制御部９は、当該押圧領域の圧力制御を上記と同様に行ってもよい。

一実施形態では、動作制御部９は、ウェハＷの研磨中において、一定の時間間隔で得られたウェハＷの膜厚に基づいて、ウェハＷにおける最大膜厚値および最小膜厚値を特定してもよい。例えば、研磨テーブル３と研磨ヘッド１との間の回転速度比（研磨テーブル３の回転速度／研磨ヘッド１の回転速度）が１００／９０ｍｉｎ^－１である場合、６０秒間で研磨テーブル３が研磨ヘッド１に対して１０回転、多く回転する。

上記回転速度比である場合、研磨テーブル３は６秒間で１０回転し、研磨ヘッド１は６秒間で９回転するため、研磨テーブル３および研磨ヘッド１の相対位置は、６秒間で１回、元の位置に戻る。膜厚センサ４０は研磨テーブル３に埋め込まれているため、膜厚センサ４０がウェハＷの表面上を横切る回数は研磨テーブル３の回転に依存する。したがって、膜厚センサ４０の移動経路は、６秒間に１度の頻度で元の位置に戻る。このように、動作制御部９は、膜厚センサ４０の移動経路が元の位置に戻るまでの時間間隔で得られたウェハＷの膜厚に基づいて最大膜厚値および最小膜厚値を特定してもよい。

一実施形態では、動作制御部９は、研磨テーブル３が１回転するごと（すなわち、膜厚センサ４０が１つの移動経路を通過するごと）に複数の押圧領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のそれぞれにおける最大膜厚値および最小膜厚値を特定し、圧力室７０，７１，７２，７３のそれぞれの圧力を制御してもよい。

膜厚センサ４０が１つの移動経路を通過するごとに、圧力室７０，７１，７２，７３のそれぞれの圧力を制御すると、制御（調整）された圧力による研磨が進行してウェハＷの膜厚変化に反映される前に、動作制御部９は、次の圧力調整を開始してしまうおそれがある。

また、一定の期間内で行われた膜厚の測定結果を元に最大膜厚値と最小膜厚値の差分を計算し、それに応じて関連する圧力室の圧力調整をあまり頻繁に行うと、弾性膜の圧力応答性なども関連して正常に制御されない可能性がある。そこで、動作制御部９は、圧力室の圧力調整の効果が出てくるような期間を空けて、ある間隔で次の膜厚レンジの確認を行うことが望ましい。また、動作制御部９は、圧力調整を行った後でもう一度同じ測定点での膜厚測定を行い、圧力調整の結果を確認するようにしてもよい。

動作制御部９が最大膜厚値および最小膜厚値を特定するとき、研磨テーブル３および研磨ヘッド１は常に回転しており、ウェハＷの研磨は常に進行している。したがって、例えば、時間間隔を６秒間に決定した場合、１秒目に取得したウェハＷの膜厚と、５秒目に取得したウェハＷの膜厚と、の関係において、動作制御部９は、５秒目に取得した膜厚を、１秒目に取得した膜厚よりも薄く求めてしまい、実際の膜厚の均一性を精度よく評価することができない。そこで、動作制御部９は、ウェハＷの研磨速度に基づいて、各取得タイミングにおけるウェハＷの膜厚値を補正するように構成されている。

図１２は、動作制御部による、膜厚値を補正するフローを示す図である。図１２のステップＳ４０１に示すように、動作制御部９は、膜厚センサ４０によって取得したウェハＷの膜厚から研磨中におけるウェハＷの研磨速度を算出する。その後、動作制御部９は、ウェハＷの研磨速度に基づいて、ウェハＷの各測定点において膜厚センサ４０でウェハＷの膜厚を取得した取得時間と所定の基準時間との間のウェハＷの膜厚の変化量を算出する（ステップＳ４０２参照）。

動作制御部９は、膜厚の変化量を補正値として、一定の時間間隔においてウェハＷの研磨中に得られたウェハＷの膜厚を補正する（ステップＳ４０３参照）。例えば、所定の基準時間を上記時間間隔の開始時刻、すなわち、０秒とした場合には、ウェハＷの膜厚は基準時間から徐々に減少するため、動作制御部９は、補正値としての膜厚の減少量を、研磨中に得られたウェハＷの膜厚に加算して、ウェハＷの膜厚を補正する。

逆に、所定の基準時間を上記時間間隔の終了時刻（上述した実施形態では、６秒）とした場合には、ウェハＷの膜厚は基準時間における膜厚よりも厚めに測定されるため、動作制御部９は、補正値としての膜厚の変化量を、研磨中に得られたウェハＷの膜厚から減算して、ウェハＷの膜厚を補正する。基準時間を上記時間間隔の開始時刻とするか、あるいはその中間の時刻とするか、は任意に決定される。

ステップＳ４０３の後、動作制御部９は、補正されたウェハＷの膜厚に基づいて、最大膜厚値および最小膜厚値を特定する（ステップＳ４０４参照）。ステップＳ４０４の後、動作制御部９は、圧力室７０，７１，７２，７３の圧力を図１０に示す圧力制御フローと同様に制御する。

上述した実施形態では、最大膜厚値に関連する圧力室と、最小膜厚値に関連する圧力室と、が別個（または異なる）の圧力室である場合について説明したが、最大膜厚値に関連する圧力室と、最小膜厚値に関連する圧力室と、が同一の圧力室である場合もある。この場合、動作制御部９は、当該圧力室に対応するウェハＷの平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも下回るように、対象となる圧力室の圧力を制御するか、当該圧力室に対応するウェハＷの平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも上回るように、対象となる圧力室の圧力を制御するか、を予め研磨レシピ設定によって決定してもよい。

一実施形態では、最大膜厚値に関連する圧力室と、最小膜厚値に関連する圧力室と、が同一の圧力室である場合、動作制御部９は、最大膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との第１差分と、最小膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との第２差分と、を算出してもよい。

動作制御部９は、第１差分と第２差分とを比較し、第１差分が第２差分よりも大きい場合には、最大膜厚値に関連する圧力室に対応するウェハＷの平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも下回るように、対象となる圧力室の圧力を制御してもよい。第２差分が第１差分よりも大きい場合には、動作制御部９は、最小膜厚値に関連する圧力室に対応するウェハＷの平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値よりも上回るように、対象となる圧力室の圧力を制御してもよい。

上述した実施形態では、最大膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差を第１差分とし、最小膜厚値とウェハＷの全体の平均膜厚値との差を第２差分としたが、最大膜厚値と最大膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚との差を第１差分とし、最小膜厚値と最小膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚との差を第２差分としてもよい。

上述した実施形態では、動作制御部９は、最大膜厚値と最小膜厚値との差分（膜厚レンジ）が所望（所定）の許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲から外れていた場合に最大膜厚値に関連する圧力室およびまたは最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を調整する。一実施形態では、動作制御部９は、最大膜厚値と最小膜厚値との差分と許容範囲との比較を行うことなく、最大膜厚値に関連する圧力室およびまたは最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を調整してもよい。それによっても、最大膜厚値に関連する押圧領域の平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値を下回るように圧力室の圧力が制御され、また、最小膜厚値に関連する押圧領域の平均膜厚値がウェハＷの全体の平均膜厚値を上回るように圧力室の圧力が制御されるので、結果として、最大膜厚値と最小膜厚値との差分が低減され、ウェハＷの膜厚の均一性を向上させることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨テーブル
５ 研磨液供給ノズル
６ テーブルモータ
７ 光学センサヘッド
９ 動作制御部
９ａ 記憶装置
９ｂ 演算装置
１０ ヘッドシャフト
２１ ヘッド本体
４０ 膜厚センサ
４４ 光源
４７ 分光器
６０ リテーナリング
６０ａ 下面
６０ｂ 上面
６２ ドライブリング
６５ 弾性膜
６５ａ 基板押圧面
７０ 中央圧力室
７１ 中間圧力室
７２ 中間圧力室
７３ エッジ圧力室
８０ リテーナリング押圧装置
８１ ピストン
８２ ローリングダイヤフラム
８３ リテーナリング圧力室
１５１ ノッチ検出装置
１５２ ロータリエンコーダ
１７０ 膜厚測定器

Claims (36)

1. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
   基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けるための、同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドと、
   前記複数の圧力室に連結された複数の圧力レギュレータと、
   前記研磨テーブルに埋め込まれた、前記基板の膜厚に応じた信号を出力する膜厚センサと、
   前記複数の圧力レギュレータを通じて、前記複数の圧力室のそれぞれの圧力を個別に制御する動作制御部と、を備え、
   前記動作制御部は、
   前記基板の円周上の一部である特定位置に関する情報を取得し、かつ前記特定位置を含む制御対象領域における制御対象膜厚値と、前記基板の全体の平均膜厚値と、を算出し、
   前記制御対象膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する、研磨装置。
2. 前記動作制御部は、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、前記特定位置を特定する、請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記動作制御部は、
   研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大の膜厚値が得られた最大膜厚位置と、最小の膜厚値が得られた最小膜厚位置と、を決定し、
   前記最大膜厚位置および前記最小膜厚位置のうちの少なくとも１つを前記特定位置に決定する、請求項１または請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記動作制御部は、
   研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大膜厚値と、最小膜厚値と、を決定し、
   前記基板の全体の平均膜厚値と前記最大膜厚値との差分、および前記基板の全体の平均膜厚値と前記最小膜厚値との差分を算出し、
   差分の最も大きな膜厚値が得られた前記基板上の位置を前記特定位置に決定する、請求項１または請求項２に記載の研磨装置。
5. 前記制御対象膜厚値は、研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて決定された最大膜厚値および最小膜厚値のうちの少なくとも１つに相当する、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の研磨装置。
6. 前記制御対象膜厚値は、前記制御対象領域内における複数の膜厚値の平均値である、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の研磨装置。
7. 前記動作制御部は、
   前記膜厚センサから出力された信号に基づいて、研磨中における前記特定位置を含む前記制御対象領域の膜厚を測定し、
   前記測定された膜厚に基づいて、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の研磨装置。
8. 前記動作制御部は、
   前記複数の圧力室に応じて分割された前記基板上の複数の押圧領域を、前記制御対象領域を含む特定押圧領域と、前記特定押圧領域を除く他の押圧領域と、に分割し、
   前記基板の膜厚に基づいて、前記他の押圧領域における平均膜厚値を算出し、
   前記他の押圧領域の平均膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記他の押圧領域に対応する圧力室内の圧力を制御する、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の研磨装置。
9. 前記動作制御部は、
   前記基板とは異なる参照基板の円周上の一部である参照位置に関する情報を取得し、
   前記参照基板の研磨中において、前記膜厚センサによって、前記参照位置を含む前記基板上の領域の膜厚に応じた物理量を検出し、
   前記膜厚センサから送られた複数の信号に基づいて、前記参照基板の膜厚に応じた複数のデータを取得し、
   前記複数のデータのそれぞれと、前記複数のデータのそれぞれを取得したときの前記参照基板の膜厚とを関連付ける、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の研磨装置。
10. 前記動作制御部は、研磨前に測定された前記参照基板の膜厚に基づいて、前記参照位置を決定する、請求項９に記載の研磨装置。
11. 前記動作制御部は、前記膜厚センサが前記制御対象領域を横切るように、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する、請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の研磨装置。
12. 前記動作制御部は、
    前記基板の周方向の角度の基準位置と、前記研磨ヘッドの回転角度と、の関係に基づいて、前記基準位置および前記研磨ヘッドの相対角度を決定し、
    前記決定された相対角度に基づいて、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する、請求項１１に記載の研磨装置。
13. 同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドによって、基板を研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨方法であって、
    前記基板の円周上の一部である特定位置に関する情報を取得し、かつ前記特定位置を含む制御対象領域における制御対象膜厚値と、前記基板の全体の平均膜厚値と、を算出し、
    前記制御対象膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する、研磨方法。
14. 研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、前記特定位置を特定する、請求項１３に記載の研磨方法。
15. 研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大の膜厚値が得られた最大膜厚位置と、最小の膜厚値が得られた最小膜厚位置と、を決定し、
    前記最大膜厚位置および前記最小膜厚位置のうちの少なくとも１つを前記特定位置に決定する、請求項１３または請求項１４に記載の研磨方法。
16. 研磨前に測定された前記基板の膜厚に基づいて、最大膜厚値と、最小膜厚値と、を決定し、
    前記基板の全体の平均膜厚値と前記最大膜厚値との差分、および前記基板の全体の平均膜厚値と前記最小膜厚値との差分を算出し、
    差分の最も大きな膜厚値が得られた前記基板上の位置を前記特定位置に決定する、請求項１３または請求項１４に記載の研磨方法。
17. 前記制御対象膜厚値は、研磨前に測定された基板の膜厚に基づいて決定された最大膜厚値および最小膜厚値のうちの少なくとも１つに相当する、請求項１３～請求項１６のいずれか一項に記載の研磨方法。
18. 前記制御対象膜厚値は、前記制御対象領域内における複数の膜厚値の平均値である、請求項１３～請求項１６のいずれか一項に記載の研磨方法。
19. 膜厚センサの出力信号に基づいて、研磨中における前記特定位置を含む前記制御対象領域の膜厚を測定し、
    前記測定された膜厚に基づいて、前記特定位置に対応する前記研磨ヘッドの圧力室内の圧力を制御する、請求項１３～請求項１８のいずれか一項に記載の研磨方法。
20. 前記複数の圧力室に応じて分割された前記基板上の複数の押圧領域を、前記制御対象領域を含む特定押圧領域と、前記特定押圧領域を除く他の押圧領域と、に分割し、
    前記基板の膜厚に基づいて、前記他の押圧領域における平均膜厚値を算出し、
    前記他の押圧領域の平均膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、前記他の押圧領域に対応する圧力室内の圧力を制御する、請求項１３～請求項１９のいずれか一項に記載の研磨方法。
21. 前記基板とは異なる参照基板の円周上の一部である参照位置に関する情報を取得し、
    前記参照基板の研磨中において、膜厚センサによって、前記参照位置を含む前記基板上の領域の膜厚に応じた物理量を検出し、
    前記膜厚センサから送られた複数の信号に基づいて、前記参照基板の膜厚に応じた複数のデータを取得し、
    前記複数のデータのそれぞれと、前記複数のデータのそれぞれを取得したときの前記参照基板の膜厚とを関連付ける、請求項１３～請求項２０のいずれか一項に記載の研磨方法。
22. 研磨前に測定された前記参照基板の膜厚に基づいて、前記参照位置を決定する、請求項２１に記載の研磨方法。
23. 前記研磨パッドを支持する研磨テーブルの回転によって、膜厚センサが前記制御対象領域を横切るように、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する、請求項１３～請求項２２のいずれか一項に記載の研磨方法。
24. 前記基板の周方向の角度の基準位置と、前記研磨ヘッドの回転角度と、の関係に基づいて、前記基準位置および前記研磨ヘッドの相対角度を決定し、
    前記決定された相対角度に基づいて、前記研磨ヘッドの回転速度および前記研磨テーブルの回転速度の少なくとも一方を制御する、請求項２３に記載の研磨方法。
25. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
    基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けるための、同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドと、
    前記複数の圧力室に連結された複数の圧力レギュレータと、
    前記研磨テーブルに埋め込まれた、前記基板の膜厚に応じた信号を出力する膜厚センサと、
    前記複数の圧力レギュレータを通じて、前記複数の圧力室のそれぞれの圧力を個別に制御する動作制御部と、を備え、
    前記動作制御部は、
    前記膜厚センサによって、前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚から、最大膜厚値および最小膜厚値を特定し、
    前記最大膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、前記最小膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、の少なくとも１つを特定し、
    前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、
    前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する、研磨装置。
26. 前記動作制御部は、前記基板の研磨中において、一定の時間間隔で得られた前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する、請求項２５に記載の研磨装置。
27. 前記動作制御部は、
    前記膜厚センサによって取得した前記基板の膜厚から研磨中における研磨速度を算出し、
    前記研磨速度に基づいて、前記基板の各測定点において前記膜厚センサで前記基板の膜厚を取得した取得時間と基準時間との間の前記基板の膜厚の変化量を算出し、
    前記変化量を補正値として、前記時間間隔において前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚を補正し、
    補正された前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する、請求項２６に記載の研磨装置。
28. 前記動作制御部は、前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、を予めレシピ設定によって決定する、請求項２５～請求項２７のいずれか一項に記載の研磨装置。
29. 前記動作制御部は、
    前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、
    前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、
    前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する、請求項２５～請求項２７のいずれか一項に記載の研磨装置。
30. 前記動作制御部は、
    前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記最大膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記最小膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、
    前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、
    前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する、請求項２５～請求項２７のいずれか一項に記載の研磨装置。
31. 同心円状に分割された複数の圧力室を有する研磨ヘッドによって、基板を研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨方法であって、
    前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚から、最大膜厚値および最小膜厚値を特定し、
    前記最大膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、前記最小膜厚値を検出した前記基板の位置に対応する圧力室と、の少なくとも１つを特定し、
    前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、
    前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する場合、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する、研磨方法。
32. 前記基板の研磨中において、一定の時間間隔で得られた前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する、請求項３１に記載の研磨方法。
33. 前記基板の膜厚から研磨中における研磨速度を算出し、
    前記研磨速度に基づいて、前記基板の各測定点において前記基板の膜厚を取得した取得時間と基準時間との間の前記基板の膜厚の変化量を算出し、
    前記変化量を補正値として、前記時間間隔において前記基板の研磨中に得られた前記基板の膜厚を補正し、
    補正された前記基板の膜厚に基づいて、前記最大膜厚値および前記最小膜厚値を特定する、請求項３２に記載の研磨方法。
34. 前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御するか、を予めレシピ設定によって決定する、請求項３１～請求項３３のいずれか一項に記載の研磨方法。
35. 前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記基板の全体の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、
    前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、
    前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する、請求項３１～請求項３３のいずれか一項に記載の研磨方法。
36. 前記最大膜厚値に関連する圧力室と前記最小膜厚値に関連する圧力室とが同一の圧力室である場合、前記最大膜厚値と前記最大膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第１差分と、前記最小膜厚値と前記最小膜厚値に対応する押圧領域内の平均膜厚値との第２差分と、を比較し、
    前記第１差分が前記第２差分よりも大きい場合には、前記最大膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも下回るように、前記最大膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御し、
    前記第２差分が前記第１差分よりも大きい場合には、前記最小膜厚値に関連する圧力室に対応する前記基板の平均膜厚値が前記基板の全体の平均膜厚値よりも上回るように、前記最小膜厚値に関連する圧力室の圧力を制御する、請求項３１～請求項３３のいずれか一項に記載の研磨方法。