CN107962492B - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

一种研磨装置以及研磨方法，研磨装置具有：基板保持装置(1)，具有将基板W相对研磨面(2a)按压的基板保持面(45a)以及配置为包围基板W且与研磨面(2a)接触的保持环(40)；旋转机构(13)，使基板保持装置(1)以其轴心为中心旋转；至少一个局部负荷施加机构(110)，向保持环(40)的一部分施加局部负荷。保持环(40)能够和基板保持面(45a)独立地倾斜运动，局部负荷施加机构(110)不和基板保持装置(1)一体旋转。根据本发明的研磨装置以及研磨方法，能够精密地控制晶片的研磨轮廓、特别是晶片边缘部的研磨轮廓。

Description

研磨装置
本申请是下述专利申请的分案申请：
申请号：201310216923.6
申请日：2013年5月31日
发明名称：研磨装置以及研磨方法
技术领域
本发明涉及一种研磨晶片等基板的研磨装置以及研磨方法。
背景技术
近年，随着半导体器件的高集成化、高密度化，电路的配线越发微细化，多层配线的层数也在增加。由于为了达到电路的微细化的同时实现多层配线，一边沿袭着下侧的层的表面凹凸一边使阶梯差变得更大，所以，随着配线层数增加，薄膜形成时对于阶梯差形状的膜覆盖性(台阶覆盖)变坏。因此，用于实现多层配线，必须改善该台阶覆盖，在适当过程中进行平坦化处理。另外，由于光刻的微细化的同时焦点深度变浅，所以，需要平坦化处理半导体器件表面以使半导体器件的表面的凹凸阶梯差收敛于焦点深度以下。
因此，在半导体器件的制造工序中，半导体器件表面的平坦化变得越来越重要。该表面的平坦化中最重要的技术是化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)。该化学机械研磨是，将含有二氧化硅(SiO2)等磨粒的研磨液向研磨垫的研磨面上供给的同时使晶片滑动接触研磨面进行研磨。
用于进行CMP的研磨装置包括支撑研磨垫的研磨台、用于保持晶片的被称为顶环或者研磨头等的基板保持装置。使用这样的研磨装置进行晶片研磨的情况下，通过基板保持装置保持晶片的同时，将该晶片相对研磨垫的研磨面以规定的压力按压。此时，通过使研磨台和基板保持装置相对运动来使晶片滑动接触研磨面，晶片的表面被研磨。
研磨中的晶片和研磨垫的研磨面之间的相对按压力在晶片的全部表面为不均匀的情况下，由于施加在晶片的各部分的按压力产生研磨不足或过度研磨。因此，为了使对于晶片的按压力均匀化，在基板保持装置的下部设有由弹性膜形成的压力室，通过向该压力室供给空气等流体从而借助弹性膜通过流体压力按压晶片。
所述研磨垫由于具有弹性，所以，对研磨中的晶片的边缘部(周缘部)施加的按压力变得不均匀，有可能引起只有晶片的边缘部被较多地研磨的、所谓的“塌边(日文：縁だれ)”的情况。为了防止这样的塌边，保持晶片的边缘部的保持环相对顶环主体(或者支架头主体)设置成能够上下运动，位于晶片的外周缘侧的研磨垫的研磨面被保持环按压。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2002－96261号公报
发明要解决的问题
近年，半导体器件的种类飞跃地增加，对于每个器件或每个CMP工序(氧化膜研磨或金属膜研磨等)调整晶片边缘部的研磨轮廓的必要性正逐渐变高。该理由的其中之一列举了，由于各CMP工序前实施的成膜工序因膜的种类而不同故而晶片的初期膜厚分布不同。由于通常在CMP后需要在晶片全部表面上做成均匀的膜厚分布，所以每个不同的初期膜厚分布所需要的研磨轮廓不同。
作为其他的理由，也列举了从成本等观点来看研磨装置中使用的研磨垫或研磨液等种类增加了很多。研磨垫或研磨液等消耗材不同时，则特别是晶片边缘部的研磨轮廓有较大的不同。在半导体器件制造中，由于晶片边缘部的研磨轮廓对产品的成品率有较大影响，因而精密地调整晶片边缘部的研磨轮廓非常重要。
如所述这样，一直以来，为了防止晶片边缘部的塌边，使用具有保持环的基板保持装置，该保持环按压位于晶片的外周缘侧的研磨垫的研磨面。通过该保持环压力的调整能够调整晶片边缘部的研磨速度。然而，变更保持环压力时，不仅晶片边缘部，在包括其他区域的比较广的范围中研磨速度产生变化。因此，该方法不适用于希望精密地控制在晶片边缘部的研磨轮廓的情况。
解决课题的手段
本发明发明人进行各种实验的结果，发现通过对保持晶片的边缘部的保持环局部地施加力，从而能够调整研磨轮廓，特别是能够精密地控制晶片边缘部的研磨轮廓。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够精密地控制晶片等基板的研磨轮廓、特别是边缘部的研磨轮廓的研磨装置以及研磨方法。
本发明的一个样态的研磨装置，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，包括：基板保持装置，该基板保持装置具有将所述基板相对于所述研磨面按压的基板保持面、以及配置为包围所述基板且与所述研磨面接触的保持环；旋转机构，该旋转机构使所述基板保持装置以其轴心为中心旋转；以及至少一个局部负荷施加机构，该局部负荷施加机构在相对所述研磨面垂直的方向上向所述保持环的一部分施加局部负荷，所述保持环能够和所述基板保持面独立地倾斜运动，所述局部负荷施加机构不和所述基板保持装置一体地旋转。
本发明的优选的样态，所述基板保持装置还具有将所述保持环相对于所述研磨面按压的保持环按压机构。
本发明的优选的样态，所述基板保持面以及所述保持环能够彼此相对地上下运动。
本发明的优选的样态，所述基板保持装置还具有在所述基板的研磨中接受从该基板对所述保持环施加的横方向的力的支撑机构。
本发明的优选的样态，所述局部负荷施加机构包括用于将所述局部负荷施加于所述保持环的一部分的气缸。
本发明的优选的样态，所述局部负荷施加机构包括用于将所述局部负荷施加于所述保持环的一部分的磁铁。
本发明优选的样态，所述磁铁是电磁铁，该电磁铁有选择地对所述保持环的一部分施加向下的局部负荷或者向上的局部负荷。
本发明优选的样态，还具有测量随着所述局部负荷变化的力的负荷测量元件。
本发明的优选的样态，所述局部负荷施加机构的设置位置能够变更。
本发明优选的样态，所述研磨装置还具有使所述研磨面相对于所述基板保持装置相对地向水平方向移动的研磨面移动机构，
所述局部负荷施加机构在所述研磨面的移动方向位于所述基板的下游侧。
本发明的优选的样态，所述至少一个局部负荷施加机构是多个局部负荷施加机构。
本发明的其他的样态的研磨装置，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，包括：基板保持装置，该基板保持装置具有配置为包围所述基板且与所述研磨面接触的保持环；以及局部负荷施加机构，在相对于所述研磨面垂直的方向上向所述保持环的一部分施加局部负荷，所述局部负荷施加机构的设置位置能够变更。
本发明的优选的样态，所述研磨装置还具有测量所述保持环的高度的保持环高度传感器。
本发明的优选的样态，所述研磨装置根据所述保持环的高度的测量结果变更所述局部负荷的大小以及位置中的任一方、或者两方。
本发明的优选的样态，所述研磨装置还具有取得表示所述基板的膜厚的膜厚信号的膜厚传感器，
根据所取得的所述膜厚信号变更所述局部负荷的大小以及位置中的任一方、或者两方。
本发明的其他样态的研磨方法，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，一边使所述基板旋转一边将该基板按压在所述研磨面，一边使配置为包围所述基板的保持环旋转一边使该保持环与所述研磨面接触，当将所述基板按压到所述研磨面时，在相对于所述研磨面垂直的方向上从不和所述保持环一体地旋转的局部负荷施加机构对所述保持环的一部分施加局部负荷。
本发明的优选的样态，根据所述基板的研磨结果变更所述局部负荷的位置。
本发明的优选的样态，通过保持环高度传感器测量所述保持环的高度，
根据所述保持环的高度的测量结果变更所述局部负荷的大小以及位置中的任一方、或者两方。
通过膜厚传感器取得表示所述基板的膜厚的膜厚信号，根据所取得的所述膜厚信号变更所述局部负荷的大小以及位置中的任一方、或者两方。
本发明的进一步其他样态中的研磨方法，一边使第1基板旋转一边将该第1基板按压在研磨面，一边使配置为包围所述第1基板的保持环旋转一边使该保持环与所述研磨面接触，当将所述第1基板按压到所述研磨面时，在相对于所述研磨面垂直的方向上从静止于规定的第1位置的局部负荷施加机构对所述保持环的一部分施加局部负荷，所述第1基板研磨后，一边使所述第2基板旋转一边将该第2基板按压在所述研磨面，一边使所述保持环旋转一边使该保持环与所述研磨面接触，当将所述第2基板按压到所述研磨面时，在相对于所述研磨面垂直的方向上从静止于和所述规定的第1位置不同的规定的第2位置的所述局部负荷施加机构对所述保持环的一部分施加局部负荷，取得所述第1基板以及所述第2基板的研磨结果，根据所述研磨结果决定所述局部负荷施加机构的位置。
本发明的优选的样态，所述第2基板的研磨中的所述局部负荷和所述第1基板的研磨中的所述局部负荷不同。
进一步本发明的其他的样态的研磨装置，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，包括：基板保持装置，该基板保持装置具有将所述基板相对于所述研磨面按压的基板保持面、以及配置为包围所述基板且与所述研磨面接触的保持环；旋转机构，该旋转机构使所述基板保持装置以其轴心为中心旋转；局部负荷施加机构，该局部负荷施加机构产生局部负荷；以及按压环，该按压环配置在所述局部负荷施加机构和所述保持环之间，所述保持环能够和所述基板保持面独立地倾斜运动，所述局部负荷施加机构在相对于所述研磨面垂直的方向上对所述按压环的一部分施加局部负荷，所述按压环具有将从所述局部负荷施加机构接受的所述局部负荷传递给所述保持环的一部分的负荷传递构件，所述局部负荷施加机构以及所述按压环不和所述基板保持装置一体地旋转。
本发明的优选的样态，所述负荷传递构件的位置沿着所述保持环的周向能够变更。
本发明的优选的样态，所述负荷传递构件由滚动部构成。
本发明的优选的样态，所述基板保持装置还具有将所述保持环相对于所述研磨面按压的保持环按压机构。
本发明的优选的样态，所述局部负荷施加机构具有：多个负荷产生装置；接受所述多个负荷产生装置所产生的负荷的桥接件；以及将所述桥接件所接受的负荷传递给所述按压环的连接部件。
本发明的优选的样态，所述多个负荷产生装置中的靠近所述连接部件的负荷施加机构产生相对大的负荷，远离所述连接部件的负荷产生装置产生相对小的负荷。
本发明的优选的样态，所述多个负荷产生装置分别产生负荷，并使所述多个负荷产生装置所产生的负荷的重心和所述连接部件的位置一致。
本发明优选的样态，所述按压环具有负荷测量元件，该负荷测量元件测量随着所述局部负荷变化的力。
本发明的优选的样态，还具有连接所述按压环和真空源的吸引线路。
进一步本发明的其他的样态的研磨装置，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，包括：基板保持装置，该基板保持装置具有将所述基板相对于所述研磨面按压的基板保持面、以及配置为包围所述基板且与所述研磨面接触的保持环；旋转机构，该旋转机构使所述基板保持装置以其轴心为中心旋转；多个局部负荷施加机构，该局部负荷施加机构产生局部负荷；以及按压环，该按压环配置在所述多个局部负荷施加机构和所述保持环之间，所述保持环能够和所述基板保持面独立地倾斜运动，所述多个局部负荷施加机构分别在相对于所述研磨面垂直的方向上对所述按压环的一部分施加局部负荷，所述按压环具有多个负荷传递构件，该负荷传递构件将从所述多个局部负荷施加机构接受的所述局部负荷分别传递给所述保持环，所述多个局部负荷施加机构以及所述按压环不和所述基板保持装置一体地旋转。
所述多个负荷传递构件由多个滚动部构成。
所述基板保持装置还具有将所述保持环相对于所述研磨面按压的保持环按压机构。
所述多个局部负荷施加机构能够变更施加给所述按压环的所述局部负荷的重心。
所述按压环具有负荷测量元件，该负荷测量元件测量随着所述局部负荷变化的力。
进一步本发明的其他的样态的研磨装置，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，包括：基板保持装置，该基板保持装置具有配置为包围所述基板且与所述研磨面接触的保持环、在相对于所述研磨面垂直的方向上向所述保持环的一部分施加局部负荷的按压部件、以及产生所述局部负荷的负荷产生装置；旋转机构，该旋转机构使所述基板保持装置以其轴心为中心旋转；以及位置保持机构，该位置保持机构保持所述按压部件的位置并使所述按压部件不和所述基板保持装置一体旋转，所述基板保持装置具有将所述基板相对于所述研磨面按压的基板保持面，所述保持环能够和所述基板保持面独立地倾斜运动，所述位置保持机构不和所述基板保持装置一体地旋转。所述位置保持机构通过磁力保持所述按压部件的位置。
进一步本发明的其他的样态的研磨方法，使用所述的研磨装置来研磨基板。
进一步本发明的其他样态的研磨方法，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，一边使所述基板旋转一边将该基板按压在所述研磨面，一边使配置为包围所述基板的保持环旋转一边使该保持环与所述研磨面接触，当将所述基板按压到所述研磨面时，在相对于所述研磨面垂直的方向上从不和所述保持环一体地旋转的多个局部负荷施加机构分别对所述保持环的一部分施加局部负荷。
通过改变所述多个局部负荷施加机构所分别产生的所述局部负荷，变更所述局部负荷的重心。
发明的效果
采用本发明，通过向保持环的一部分施加局部负荷，能够积极地控制保持环的面压力分布、研磨面的变形状态、保持环的变形状态等。其结果，能够精密地控制和保持环相邻的晶片边缘部的研磨速度。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的研磨装置的示意图。
图2是表示研磨装置的详细构成的图。
图3是顶环的截面图。
图4是表示保持环以及连接部件的俯视图。
图5是球面轴承以及连接部件的一部分的放大截面图。
图6中图6(a)表示连接部件相对球面轴承上下运动的状态，图6(b)以及图6(c)表示连接部件和中间环一起倾斜运动的状态。
图7是表示球面轴承的又一构成例的图。
图8中图8(a)表示连接部件相对球面轴承上下运动的状态，图8(b)以及图8(c)表示连接部件和内环一起倾斜运动的状态。
图9是表示在保持环设置旋转罩、并包围该旋转罩地设置静止罩的例子的图。
图10是表示局部负荷施加机构的又一实施方式的图。
图11是表示局部负荷施加机构的又一实施方式的图。
图12是表示局部负荷施加机构的又一实施方式的图。
图13是表示顶环的又一实施方式的图。
图14是表示从研磨面的上方看的位置关系的图。
图15是表示设置了局部负荷施加机构的移动机构的例子的图。
图16是表示设置有保持环高度传感器的例子的图。
图17是说明局部负荷施加机构的按压位置的决定方法的流程图。
图18是表示用于说明局部负荷施加机构的按压位置的决定方法的参考例的图。
图19是表示用于说明局部负荷施加机构的按压位置的决定方法的参考例的图。
图20是表示局部负荷施加机构的又一实施方式的图。
图21是表示用于连接保持环和球面轴承的连接部件的俯视图。
图22是表示顶环、按压环以及局部负荷施加机构的立体图。
图23中图23(a)是表示测量从局部负荷施加机构向保持环施加的局部负荷的负荷测量元件的图，图23(b)是从B－B线看图23(a)所示的按压环的图。
图24是桥接件的俯视图。
图25是表示各气缸以及局部负荷点的位置关系的俯视图。
图26中图26(a)是表示第1吸引线路和按压环的连接部的放大图，图26(b)是表示第2吸引线路和按压环的连接部的放大图。
图27是表示磁性体以及按压环的放大图。
图28是表示安装环的俯视图。
图29是表示局部负荷施加机构的又一实施方式的截面图。
图30中图30(a)至图30(c)是表示气缸以及按压环的俯视图。
图31是表示顶环的又一实施方式的截面图。
图32中图32(a)是表示按压部件以及位置保持机构的俯视图，图32(b)是按压部件的侧视图。
图33是表示球面轴承所支撑的轴部的变形例的截面图。
图34是表示顶环的又一其他实施方式的截面图。
图35是表示顶环的又一其他实施方式的部分截面图。
附图说明
1 顶环
2 研磨垫
3 研磨台
5 研磨液供给机构
7 膜厚传感器
9 研磨控制部
10 顶环主体
11 顶环轴
12 旋转筒
13 电机
14 上下运动机构
16 顶环头
20 同步带轮
21 顶环头轴
25 回转接头
26 轴承
27 上下运动机构
28 桥接件
29 支撑台
30 支柱
32 滚珠丝杆
38 伺服电机
39 顶环高度传感器
40 保持环
41 凸缘
42 隔板
43 支架
45 弹性膜
45a 基板保持面
50～53 压力室
60 保持环按压机构
61 活塞
62 滚动隔板
63 保持环压力室
65 压力调整装置
70 磁铁
75 连接部件
76 轴部
77 轮毂
78 辐条
79 螺纹部件
80 驱动销
85、100 球面轴承
88 贯通孔
91 中间环
92、102 外环
93、101 内环
110 局部负荷施加机构
111 负荷传递部件
112 导轨环
114 气缸
115 车轮
116 车轮轴
120 旋转罩
121 静止罩
122 密封件
130、140 永磁铁
131 电磁铁
133 升降机构
135 负荷测量元件
150 顶环基台
155 球面轴承
158 驱动凸缘
160 弹性膜
161 压力室
170 移动机构
175 保持环高度传感器
200 按压环
201 支撑环
202 负荷传递构件(辊)
203 辊轴
204 负荷板
211 底罩
212 上罩
215 环状板
221 按压杆
222 桥接件
224 直线导轨
225 单元基台
231、232、233 气缸(负荷产生装置)
231a～233a 活塞杆
239 真空源
240 吸引机构
241 第1吸引线路
242 第2吸引线路
244 吸引线路保持部
247 纵孔
248 环状凹部
249 环状凸部
250 磁性体
251 上侧永磁铁
252 下侧永磁铁
255 安装环
260 按压部件
260a、260b 上侧辊
260c、260d 下侧辊
260e 辊保持部
261 负荷产生装置
262 支撑环
263 活塞
264 滚动隔板
265 压力室
270 位置保持机构
272 密封环
273 密封片
275 保持目标
276 目标保持部
281 传感器目标
282 近距离传感器
285 上下运动机构
290 流路
295 挡块销
297 增强环
298 罩环
301、302 O型圈
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。另外，对于图中相同或者相当的构件赋予的相同符号，省略重复的说明。
图1是表示本发明的一实施方式的研磨装置的示意图。如图1所示，研磨装置包括：保持晶片(基板)W使其旋转的顶环(基板保持装置)1、支撑研磨垫2的研磨台3、向研磨垫2供给研磨液(浆)的研磨液供给机构5、取得随着晶片W的膜厚而变化的膜厚信号的膜厚传感器7。膜厚传感器7被设置在研磨台3内，研磨台3每旋转一次，取得晶片W的包含中心部的多个区域的膜厚信号。作为膜厚传感器7的例子，能够列举光学式传感器或涡电流传感器。
顶环1构成为在其下表面能够通过真空吸附保持晶片W。顶环1以及研磨台3向和箭头所示相同的方向旋转，该状态下顶环1将晶片W向研磨垫2的研磨面2a按压。研磨液从研磨液供给机构5的供给到研磨垫2上，晶片W在研磨液存在下通过和研磨垫2滑动接触被研磨。在晶片W的研磨中，膜厚传感器7和研磨台3一起旋转，如符号A所示一边横穿晶片W的表面一边取得膜厚信号。该膜厚信号是直接或者间接地表示膜厚的指标值，其随着晶片W的膜厚的减少而变化。膜厚传感器7连接在研磨控制部9，膜厚信号被输送到研磨控制部9。研磨控制部9在通过膜厚信号表示的晶片W的膜厚达到规定的目标值时，使晶片W的研磨终了。
图2是表示研磨装置的详细构成的图。研磨台3通过台轴3a被连接在配置在其下方的电机13，能够绕着其台轴3a旋转。研磨台3的上表面贴附有研磨垫2，研磨垫2的上表面构成有研磨晶片W的研磨面2a。通过电机13使研磨台3旋转，由此使研磨面2a相对于顶环1相对移动。因此，电机13构成有使研磨面2a向水平方向移动的研磨面移动机构。
顶环1被连接在顶环轴11，该顶环轴11通过上下运动机构27相对于顶环头16上下运动。通过该顶环轴11的上下运动，使顶环1的整体相对于顶环头16升降而进行定位。在顶环轴11的上端安装有回转接头25。
使顶环轴11以及顶环1上下运动的上下运动机构27包括：通过轴承26能够旋转地支撑顶环轴11的桥接件28、安装在桥接件28的滚珠丝杆32、通过支柱30被支撑的支撑台29、设置在支撑台29上的伺服电机38。支撑伺服电机38的支撑台29通过支柱30被固定在顶环头16。
滚珠丝杆32包括被连接在伺服电机38的螺纹轴32a、旋和该螺纹轴32a的螺母32b。顶环轴11和桥接件28一体地上下运动。因此，驱动伺服电机38时，桥接件28通过滚珠丝杆32上下运动，由此顶环轴11以及顶环1上下运动。在顶环头16上设有和桥接件28相对的顶环高度传感器39。该顶环高度传感器39测量从和顶环1一体地上下运动的桥接件28的位置起的顶环1的高度。
另外，顶环轴11通过键(未图示)被连接在旋转筒12。该旋转筒12在其外周部具有同步带轮14。在顶环头16固定有顶环用电机18，所述同步带轮14通过同步皮带19连接在顶环用电机18上所设置的同步带轮20上。因此，通过旋转驱动顶环用电机18借助同步带轮20、同步皮带19、以及同步带轮14使旋转筒12以及顶环轴11一体地旋转，顶环1以其轴心为中心旋转。顶环用电机18、同步带轮20、同步皮带19、以及同步带轮14构成使顶环1以其轴心为中心旋转的旋转机构。顶环头16由能够旋转地被支撑在框架(未图示)的顶环头轴21支撑。
顶环1构成为能够在其下表面保持晶片W等基板。顶环头16构成为能够以顶环轴21为中心旋转，在下表面保持晶片W的顶环1通过顶环头16的旋转从晶片W的接收位置向研磨台3的上方移动。并且，使顶环1下降将晶片W按压在研磨垫2的研磨面2a。此时，分别使顶环1以及研磨台3旋转，从设置在研磨台3上方的研磨液供给机构5向研磨垫2上供给研磨液。这样，使晶片W滑动接触在研磨垫2的研磨面2a研磨晶片W的表面。
下面，对构成基板保持装置的顶环1进行说明。图3是顶环1的截面图。如图3所示，顶环1包括将晶片W相对研磨面2a按压的顶环主体10、以及包围晶片W地配置的保持环40。顶环主体10以及保持环40构成为通过顶环轴11的旋转一体地旋转。保持环40构成为能够和顶环主体10独立地上下运动。
顶环主体10包括圆形的凸缘41、被安装在凸缘41的下表面的隔板42、以及被安装在隔板42的下表面的支架43。凸缘41被连接在顶环轴11。支架43通过隔板42被连接在凸缘41上，凸缘41、隔板42、以及支架43一体地旋转，并且上下运动。由凸缘41、隔板42、以及支架43构成的顶环主体10由工程塑料(例如PEEK)等树脂形成。另外,凸缘41也可以由SUS、铝等金属形成。
在支架43的下表面，安装有与晶片W的背面抵接的弹性膜45。弹性膜45的下表面构成基板保持面45a。弹性膜45具有环状的间隔壁45b，通过这些间隔壁45b，在弹性膜45和顶环主体10之间形成4个压力室，即中心室50、波纹室51、外室52、以及边缘室53。这些压力室50～53经由回转接头25连接在压力调整装置65上，从压力调整装置65供给加压流体。压力调整装置65能够独立地调整该4个压力室50～53内的压力。进一步，压力调整装置65也能够在压力室50～53内形成负压。弹性膜45在和波纹室51或者外室52对应的位置具有通孔(未图示)，通过在该通孔中形成负压而使顶环1能够在其基板保持面45a上保持晶片W。弹性膜45能够通过乙烯—丙烯橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶、硅橡胶等强度以及耐久性优良的橡胶材料形成。中心室50、波纹室51、外室52、以及边缘室53也连接在大气开放机构(未图示)，中心室50、波纹室51、外室52、以及边缘室53也能够处于大气开放。
保持环40配置为包围顶环主体10的支架43以及弹性膜45。该保持环40具有接触研磨垫2的研磨面2a的环部件40a、以及被固定在该环部件40a的上部的驱动环40b。环部件40a通过未图示的多个螺栓被接合在驱动环40b。环部件40a配置为包围晶片W的外周缘，保持晶片W以便于在晶片W的研磨中避免晶片W从顶环1飞出。
保持环40的上部被连接在环状的保持环按压机构60，该保持环按压机构60对保持环40的上表面(更具体地说是驱动环40b的上表面)的整体施加均匀向下的负荷，由此将保持环40的下表面(即、环部件40a的下表面)相对研磨垫2的研磨面2a进行按压。
保持环按压机构60包括被固定在驱动环40b的上部的环状的活塞61、以及被连接在活塞61的上表面的环状的滚动隔板62。在滚动隔板62的内部形成有保持环压力室63。该保持环压力室63经由回转接头25连接在压力调整装置65。从该压力调整装置65向保持环压力室63供给加压流体(例如、加压空气)时，滚动隔板62将活塞61向下方下压，进一步活塞61将保持环40的整体向下方下压。这样一来，保持环按压机构60将保持环40的下表面相对研磨垫2的研磨面2a进行按压。进一步，通过压力调整装置65在保持环压力室63内形成负压，由此能够使保持环40的整体上升。保持环压力室63也连接在大气开放结构(未图示)，也能够使保持环压力室63处于大气开放。
保持环40可装拆地连接在保持环按压机构60。更具体地说，活塞61由金属等磁性材料形成，在驱动环40b上部配置有多个磁铁70。通过这些磁铁70吸引活塞61，由此保持环40通过磁力被固定在活塞61。作为活塞61的磁性材料，例如能够使用耐腐蚀性的磁性不锈钢。另外，也可以用磁性材料形成驱动环40b，在活塞61上配置磁铁。
保持环40通过连接部件75连接在球面轴承85。该球面轴承85被配置在保持环40的半径方向内侧。图4是表示保持环40以及连接部件75的俯视图。如图4所示，连接部件75包括被配置在顶环主体10的中心部的轴部76、被固定在该轴部76的轮毂77、以及从该轮毂77放射状地延伸的多个辐条78。辐条78的一方的端部被固定在轮毂77，辐条78的另一方的端部被固定在保持环40的驱动环40b。轮毂77、辐条78、以及驱动环40b一体地形成。在支架43固定有多对驱动销80、80。各对驱动销80、80被配置在各辐条78的两侧，支架43的旋转通过驱动销80、80传递到保持环40，由此顶环主体10和保持环40一体地旋转。
如图3所示，轴部76在球面轴承85内沿纵方向延伸。如图4所示，支架43中形成有收纳辐条78的多个放射状的槽43a，各辐条78在各槽43a内沿纵方向移动自如。连接部件75的轴部76被配置在顶环主体10的中央部的球面轴承85支撑成沿纵方向移动自如。通过这样的构成，连接部件75以及被固定于该连接部件75的保持环40相对于顶环主体10沿纵方向能够移动。进一步，保持环40通过球面轴承85被支撑成能够倾斜运动。
下面，关于球面轴承85进行更详细的说明。图5是球面轴承85以及连接部件75的一部分的放大截面图。如图5所示，轴部76通过多个螺纹部件79被固定在轮毂77上。在轴部76形成有沿纵方向延伸的贯通孔88。该贯通孔88作为轴部76相对球面轴承85沿纵方向移动时的空气排气口发挥作用，由此保持环40能够相对顶环主体10沿纵方向顺畅地移动。
球面轴承85包括通过连接部件75连接在保持环40的中间环91、从上方滑动自如地支撑中间环91的外环92、以及从下方滑动自如地支撑中间环91的内环93。中间环91具有比球壳的上半部分小的局部球壳形状，该中间环91被夹持在外环92和内环93之间。
在支架43的中央部形成有凹部43b，外环92被配置在凹部43b内。外环92在其外周部具有凸缘92a，该凸缘92a由螺栓(未图示)被固定在凹部43b的台阶部，从而使外环92被固定在支架43，并且能够对中间环91以及内环93施加压力。内环93被配置在凹部43b的底面上，从下方支撑中间环91并使中间环91的下表面和凹部43b的底面之间形成缝隙。
外环92的内表面92b、中间环91的外表面91a以及内表面91b、以及内环93的外表面93a由以支点O为中心的大致半球面构成。中间环91的外表面91a滑动自如地接触外环92的内表面92b，中间环91的内表面91b滑动自如地接触内环93的外表面93a。外环92的内表面92b(滑动接触面)、中间环91的外表面91a以及内表面91b(滑动接触面)、以及内环93的外表面93a(滑动接触面)具有比球面的上半部分小的局部球面形状。通过这样的结构，中间环91能够相对于外环92以及内环93在全部方向(360°)上倾斜运动，并且作为倾斜运动中心的支点O位于球面轴承85的下方。
在外环92、中间环91、以及内环93分别形成有轴部76所插入的通孔92c、91c、93b。外环92的通孔92c和轴部76之间形成有缝隙，同样地，内环93的通孔93b和轴部76之间形成有缝隙。中间环91的通孔91c具有比外环92以及内环93的通孔92c、93b小的直径，轴部76相对中间环91只能够沿纵方向移动。因此，连接在轴部76的保持环40实际上不被允许向横方向移动，保持环40的横方向(水平方向)上的位置通过球面轴承85被固定。
图6(a)是表示连接部件75相对球面轴承85上下运动的状态，图6(b)以及图6(c)是表示连接部件75和中间环91一起倾斜运动的状态。如图6(a)至图6(c)所示，连接在连接部件75的保持环40能够和中间环91一体地以支点O为中心倾斜运动，并且相对中间环91能够上下地移动。作为倾斜运动的中心的支点O位于保持环40的中心轴线上。
球面轴承85允许保持环40的上下运动以及倾斜运动，另一方面，该球面轴承85限制保持环40的横方向的(水平方向的移动)。晶片的研磨中，保持环40从晶片接受由于晶片和研磨垫2的摩擦而引起的横方向的力(朝向晶片的半径方向外侧的力)。该横方向的力由球面轴承85接受。这样，球面轴承85在晶片的研磨中，接受由晶片和研磨垫2的摩擦引起且是保持环40从晶片接受的横方向的力(朝向晶片的半径方向外侧的力)，并且作为限制保持环40的横方向的移动(即固定保持环40的水平方向的位置)的支撑机构发挥作用。
球面轴承85由于设置在顶环主体10的内部，并且被收容在支架43的凹部43b，因此，来自球面轴承85的滑动接触面的磨损粉末被封入在顶环主体10内，不会向研磨面2a落下。
图7是表示球面轴承的其他的构成例的图。和图5所示的部件相同的部件标记相同的符号。图7所示的球面轴承100包括环状的内环101、以及滑动自如地支撑内环101的外周面的外环102。内环101通过连接部件75被连接在保持环40。外环102被固定在支撑部件103，该支撑部件103被固定在支架43。支撑部件103被配置在支架43的凹部43b内。
内环101的外周面具有切削了上部以及下部的球面形状，其球面形状的中心点(支点)O’位于内环101的中心。外环102的内周面由沿着内环101的外周面的凹面构成，外环102滑动自如地支撑内环101。因此，内环101能够相对外环102在全部方向(360°)上倾斜运动。
内环101的内周面构成轴部76所插入的通孔101a。轴部76相对内环101只能够在纵方向移动。因此，连接在轴部76的保持环40实际上不被允许向横方向移动，保持环40的横方向(水平方向)的位置通过球面轴承100被固定。和球面轴承85同样地，球面轴承100在晶片的研磨中，接受由晶片和研磨垫2的摩擦引起且是保持环40从晶片接受的横方向的力(朝向晶片的半径方向外侧的力)，并且作为限制保持环40的横方向的移动(即固定保持环40的水平方向的位置)的支撑机构发挥作用。
图8(a)是表示连接部件75相对球面轴承100上下运动的状态，图8(b)以及图8(c)是表示连接部件75和内环101一起倾斜运动的状态。连接在连接部件75的保持环40能够和内环101一体地以支点O’为中心倾斜运动，并且相对内环101能够上下地移动。
图7所示的球面轴承100具有和图5所示的球面轴承85同样的功能，而作为球面轴承100的倾斜运动中心的支点O’位于比球面轴承85的支点O高的位置。更具体地说，支点O’位于球面轴承100的内部。该构成中，球面轴承100也能够使受到晶片和研磨垫2的摩擦力的保持环40流畅并且积极地倾斜运动。由于球面轴承100的支点高度比球面轴承85的支点高度高，所以，通过晶片和研磨垫2的摩擦力使保持环40绕支点倾斜的力矩变大，能够使研磨中的保持环40较大地倾斜。因此，通过采用球面轴承100，能够使保持环40的倾斜度的控制范围变宽，能够进行关于各种各样的研磨轮廓的调整。
如图3所示，保持环40具有从顶环主体10向半径方向外侧伸出的上表面。在该保持环40的上方配置有向保持环40的一部分施加局部负荷的局部负荷施加机构110。图3表示局部负荷施加机构110的1个实施方式。该局部负荷施加机构110被固定在顶环头16。即，研磨中的保持环40绕其轴心旋转，而局部负荷施加机构110不和保持环40一体地旋转，其位置是固定的。
在保持环40的外周部上表面固定有负荷传递部件111。在该负荷传递部件111的上部固定有导轨环112。局部负荷施加机构110通过导轨环112以及负荷传递部件111对保持环40的一部分施加向下的负荷。负荷传递部件111可以是环形状，也可以是沿着驱动环40b的圆周方向被设置的多个圆柱。局部负荷施加机构110的向下负荷是从导轨环112通过负荷传递部件111传递到保持环40的。局部负荷施加机构110的动作通过图1所示的研磨控制部9被控制。另外，也可以不设置负荷传递部件111以及导轨环112，而使局部负荷施加机构110直接地向保持环40施加向下的局部负荷。
顶环1以自身的轴心为中心旋转，但是局部负荷施加机构110由于被固定在顶环头16因而不和顶环1一起旋转。即，在晶片W的研磨中，顶环1以及晶片W进行旋，另一方面，局部负荷施加机构110在规定的位置静止。图3中表示1个局部负荷施加机构110，但是也可以是沿着顶环1的周向设置多个局部负荷施加机构110。多个局部负荷施加机构110和顶环1的轴心的在半径方向上的距离可以互相相同，也可以不同。在顶环1的周向上的局部负荷施加机构110的设置位置也可以是可变的。
在图3所示的实施方式中，局部负荷施加机构110基本地由气缸114、以及连接在气缸114的活塞114a的车轮115构成。该气缸114被固定在顶环头16。车轮115被安装在活塞114a的顶端，构成为当通过气缸114使车轮115下降时车轮115向导轨环112施加负荷。
车轮115通过气缸114构成为能够上下运动。气缸114在顶环1下降、保持环40抵接研磨面2a时，使车轮115下降向保持环40的一部分局部地施加向下的力，在顶环1上升前使车轮115上升并使其从导轨环112离开。通过变更向气缸114供给的气体的压力，从而能够任意地变更车轮115向保持环40施加的负荷。车轮115旋转自如地被支撑在配置在该车轮115的中心的不旋转的车轮轴116上，能够绕车轮轴116平滑地旋转。车轮115用低摩擦材料形成，在车轮轴116和车轮115之间也能够配置球轴承等轴承。
晶片W的研磨中，导轨环112绕顶环1的旋转轴旋转，但是局部负荷施加机构110不旋转。因此，导轨环112相对局部负荷施加机构110在相对地在水平方向上移动。通过向导轨环112按压车轮115从而能够对保持环40施加相对研磨面2a垂直方向上的向下的局部负荷(力)。由于车轮115由低摩擦材料形成，因而能够使在和导轨环112之间起作用的摩擦力极其小。由此能够将由摩擦力引起的对保持环40的姿势变化的影响抑制到极其小。低摩擦材料中，也可以使用尼龙、PTFE(四氟化乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)、或者PPS(聚苯硫醚)等树脂材料。或者，也可以使用添加碳纤维等纤维以及固体润滑材料的树脂材料。
如图9所示，优选在保持环40设置筒状的旋转罩120，包围该旋转罩120地设置筒状的静止罩121。旋转罩120被固定在保持环40的外周面，静止罩121被固定在顶环头16。旋转罩120和静止罩121之间配置有密封件122，在顶环1的上方的空间和具有研磨面2a的研磨空间之间进行隔离。通过这些罩120、121以及密封件122，能够防止研磨液等的飞沫附着在车轮115等滑动部、或来自车轮115等的灰尘向研磨面2a等落下的情况。通过代替使用密封件122而采用罩120、121在半径方向上重叠在一起的迷宫式结构，从而也可以防止异物向研磨面2a的落下或飞沫向研磨空间的侵入。
保持环40能够通过被设置在顶环1的旋转轴线上的球面轴承85(或者100)平滑地倾斜运动，并且被支撑成能够和顶环主体10独立地上下运动。研磨中接受晶片W的摩擦力的保持环40呈现以其倾斜运动支点为中心倾斜的状态。即，研磨面2a上的保持环40成为如下状态：在晶片W的上游侧(研磨面的流入侧)向研磨垫2凹陷、在晶片W的下游侧(研磨面的流出侧)向浮起方向倾斜。对于这样倾斜的状态下的保持环40，通过局部负荷施加机构110施加局部的负荷从而能够控制保持环40的倾斜度。例如，向位于晶片W的下游侧的保持环40的部位施加局部的负荷时，则能够使研磨中的保持环40的倾斜度减小。
通过这样控制保持环40的倾斜度，由此，能够使保持环40的表面压力分布、研磨垫2的变形状态、通过摩擦力被按压在保持环40的晶片W的变形状态、接受摩擦力的保持环40的变形状态等产生变化，能够使晶片边缘部的研磨轮廓变化。这里，晶片W的边缘部是指位于晶片W的最外周端的宽度为3mm～10mm的区域。
另外，通过控制保持环40的倾斜度，也能够改变从保持环40和研磨面2a之间向晶片W的下表面供给的研磨液的分布。由此，能够调整晶片W全部表面的研磨速度或研磨轮廓。保持环40的按压可以是只用局部负荷施加机构110进行，也可以通过保持环按压机构60均匀地按压保持环40、进一步通过局部负荷施加机构110向保持环40施加附加的局部负荷。
关于使用局部负荷施加机构110的研磨轮廓的调整的一例进行说明。在以下的例子中，晶片在以下的第1研磨条件以及第2研磨条件下被研磨。第1研磨条件是不使用局部负荷施加机构110，只用保持环按压机构60以表面压力P1相对研磨垫2按压保持环40。第2研磨条件是用保持环按压机构60以表面压力P1相对研磨垫2按压保持环40，进一步用局部负荷施加机构110以表面压力P2相对研磨垫2按压保持环40。
由于在第2研磨条件下局部负荷施加于保持环40，所以和第1研磨条件下的研磨相比，保持环40的姿势被变更，特别是晶片边缘部的研磨轮廓被变更。第2研磨条件下，作用在研磨面2a的保持环40的总表面压力是P1+P2，比第1研磨条件下的表面压力P1大。在第2研磨条件中，通过保持环按压机构60使表面压力从P1变更为P1－P2时，作用在研磨面2a的保持环40的总表面压力变为P1。该总表面压力和在第1研磨条件下的保持环40的表面压力P1相同。因此，这种情况下，能够在维持和第1研磨条件相同的保持环40的表面压力的同时，在可改变保持环40的姿势的条件下得到研磨轮廓。通常，在调整晶片的边缘部的研磨轮廓的情况下，通过第2研磨条件下的保持环按压机构60的表面压力优选为P1－2.5×P2～P1－0.5×P2的范围，更优选为P1－1.8×P2～P1－1.2×P2的范围。
保持环40相对于基板保持面45a以及被保持于该基板保持面45a的晶片W相对地能够倾斜运动以及能够上下运动，并且能够和晶片W独立地按压研磨垫2。因此，即使通过局部负荷施加机构110将保持环40的一部分向下方按压，晶片W也不会倾斜运动，并且从基板保持面45a向晶片W施加的压力不变化。因此，局部负荷施加机构110能够和晶片W的姿势以及作用于晶片W的压力独立地控制保持环40的姿势。即，从基板保持面45a对晶片W施加的压力保持一定不变，通过控制保持环40的姿势能够进行研磨轮廓的调整。
保持环40一边和被保持在顶环1的晶片W一体地旋转，一边被按压在研磨垫2。由于像这样在研磨中保持环40以及晶片W旋转，所以研磨垫2的研磨面2a接触保持环40以及晶片W的区域在研磨台3每次旋转时一点一点地变化。由此，能够回避研磨垫2上的特定区域只接触晶片W的特定区域的情况，作为结果是能够均匀地研磨晶片W的表面。同样的理由，能够防止保持环40的磨损不匀。
保持环40的内径形成为比晶片W的外径大。因此随着顶环1的旋转，通过行星运动使保持环40和晶片W的周向上的相对位置一点一点地变化。由此，能够使保持环40的平面度的影响不会影响到晶片W的特定的周向位置地进行平均化，作为结果能够在晶片W的表面、特别是整个周向上均匀地进行研磨。
图10表示局部负荷施加机构110的又一实施方式。由于未特别地说明的本实施方式的结构是和图3所示的实施方式相同的结果，所以省略其重复说明。在本实施方式中，局部负荷施加机构110构成为在相对研磨面2a垂直的方向上向保持环40的一部分施加向上的局部负荷(力)。如图10所示，被支撑在负荷传递部件111的导轨环112具有向顶环1的半径方向内侧伸出的环状突出部112a。局部负荷施加机构110具有接触环状突出部112a的下表面的车轮115、以及使该车轮115上升的气缸114。
车轮115旋转自如地被支撑在车轮轴116上，车轮轴116被安装在气缸114的活塞114a上。车轮115通过车轮轴116被连接在气缸114。气缸114使车轮115上升并将环状突出部112a从下向上推，从而对保持环40的一部分施加相对研磨面2a垂直的向上的局部负荷。该实施方式所涉及的局部负荷施加机构110中，也能够发挥和图3所示的局部负荷施加机构110等同的效果。
关于使用图10所示的局部负荷施加机构110的研磨轮廓的调整的一例进行说明。在以下的例子中，晶片在以下的第1研磨条件以及第2研磨条件下被研磨。第1研磨条件是不使用局部负荷施加机构110，只用保持环按压机构60以表面压力P1相对研磨垫2按压保持环40。第2研磨条件是用保持环按压机构60以表面压力P1相对研磨垫2按压保持环40，进一步用局部负荷施加机构110施加向上的局部负荷以使保持环40的相对研磨垫的表面压力仅减少表面压力P2。
由于在第2研磨条件下局部负荷施加于保持环40，所以，和第1研磨条件下的研磨相比，保持环40的姿势被变更，特别地晶片边缘部的研磨轮廓被变更。第2研磨条件下，作用在研磨面2a的保持环40的总表面压力是P1-P2，比第1研磨条件下的表面压力P1小。在第2研磨条件中，使通过保持环按压机构60的表面压力从P1变更为P1+P2时，则作用在研磨面2a的保持环40的总表面压力变为P1。该总表面压力和在第1研磨条件下的保持环40的表面压力P1相同。因此，这种情况下，能够在维持和第1研磨条件相同的保持环40的表面压力的同时，能够在改变保持环40的姿势的条件下得到研磨轮廓。通常，在调整晶片的边缘部的研磨轮廓的情况下，通过第2研磨条件的保持环按压机构60的表面压力优选为P1+0.5×P2～P1+2.5×P2的范围，更优选为P1+1.2×P2～P1+1.8×P2的范围。
图11表示局部负荷施加机构110的又一实施方式。图11所示的顶环1的结构由于和图3所示的顶环1的结构相同，所以省略其重复说明。在本实施方式中，代替图3所示导轨环112设置永磁铁130，代替车轮115设置电磁铁131。永磁铁130被固定在保持环40的负荷传递部件111支撑。电磁铁131被配置成和设置在保持环40上方的永磁铁130相对。局部负荷施加机构110能够通过作用在这些电磁铁131和永磁铁130之间的磁力对保持环40的一部分施加上下方向上的局部负荷。
使电磁铁131中产生和永磁铁130相同的磁极的磁力时能够对保持环40施加向下的局部的负荷(排斥力)，使电磁铁131产生和永磁铁130相反的磁极的磁力时能够对保持环40施加向上的局部的负荷(吸引力)。这样，电磁铁131能够有选择地对保持环40的一部分施加向下的负荷以及向上的负荷。通过调整对保持环40施加的力能够变更保持环40的姿势，能够调整晶片W的研磨轮廓、特别是晶片边缘部的研磨轮廓。另外，本实施方式中在保持环40的上方设置永磁铁130，但是也能够代替永磁铁130设置磁性体、通过由电磁铁131吸引磁性体从而对保持环40施加向上的局部的负荷(力)。
电磁铁131被支撑在连接于顶环头16的升降机构133上。升降机构133中使用了气缸、或者使用滚珠丝杆和伺服电机的机构等。在如以下说明地那样精密地控制电磁铁131的下降位置的情况下，使用滚珠丝杆和伺服电机的机构较为优选。
在保持环40抵接研磨面2a的状态下，通过升降机构133使电磁铁131下降到靠近永磁铁130的位置，起动电磁铁131对保持环40的一部分施加局部的力。对保持环40施加的力能够通过改变使电磁铁131产生的磁力、以及/或者改变永磁铁130和电磁铁131的距离进行变更。通过预先取得永磁铁130和电磁铁131的距离、输入到电磁铁131的电流、以及对应于输入电流及距离的磁力的关系，从而能够由向电磁铁131的输入电流、以及永磁铁130和电磁铁131的距离决定通过电磁铁131产生的磁力的大小。
在如本实施方式那样在局部负荷施加机构110中使用磁力时，为了避免磁性对其他地方产生影响，在顶环主体10等顶环1的各部位使用磁性屏蔽材料，或者也可以将顶环1的各部位用磁性屏蔽材料涂覆。作为磁性所产生的影响，能够列举在晶片的微细的电配线中流动较大的感应电流、半导体器件被破坏的情况，对从研磨面侧取得金属膜的膜厚信号的涡电流传感器的精度产生影响的情况等。
通常，每次研磨晶片W时、进行用使用金刚石粒子等的砂轮修整器调整研磨垫2的研磨面2a。因此每研磨晶片W一次研磨垫2都会消耗，电磁铁131和永磁铁130的距离渐渐地变大。由于保持环40在晶片W的研磨中也和研磨垫2滑动接触，所以保持环40的垫接触面渐渐地磨损。这种情况下电磁铁131和永磁铁130的距离也渐渐地增大。由于对保持环40施加的局部负荷较大地依赖于永磁铁130和电磁铁131之间的缝隙，所以不论作为消耗品的研磨垫2以及保持环40的高度如何变化都将该缝隙保持在一定这一点是非常重要的。例如，研磨垫2的高度仅降低ΔH时，通过升降机构133使电磁铁131的位置仅下降ΔH。也可以使用日本特开2006-128582号公报以及日本特开2006－255851号公报中公开的研磨垫、保持环的减少量测量方法，求出永磁铁130和电磁铁131的缝隙的变化。
随着研磨垫2的磨损，需要变更晶片W的研磨时的顶环1的高度(以下，也称为研磨位置)。该顶环1的研磨位置能够通过上下运动机构27进行调整。根据顶环1的研磨位置的变更电磁铁131的下降位置被调整。
在本实施方式中，在顶环头16和升降机构133之间设置有负荷测量元件135。该负荷测量元件135能够测量随着施加于保持环40的局部负荷而变化的力。随着局部负荷而变化的力是指，从磁铁130、131间的排斥力减去被悬挂于负荷测量元件135的升降机构133或电磁铁131等机器的重力所得到的力。机器的重量预先被测量。通过负荷测量元件135所测量的力以和被施加在保持环40的局部负荷相同的变化率进行变化。通过在负荷测量元件135的测量值上加上机器的重量，从而能够决定在研磨中实际上从局部负荷施加机构110对保持环40施加的负荷。
测量结果和所希望的负荷不同时，能够控制向电磁铁131输入的电流来调整磁力。也考虑永磁铁130的磁力随着时间变化的情况。为了补正磁力变化，也能够在未进行研磨的期间使电磁铁131动作，算出此时对保持环40的负荷，补正用于使被设定的初期负荷和现在的负荷的差消失的对电磁铁131的输入电流，在这以后的晶片W的研磨时也可以使用补正后的电流值。虽然图3中未示出负荷测量元件，但是图3中同样地也可以在顶环头16和气缸114之间设置负荷测量元件，算出实际的负荷，基于从负荷的初始值起的变化量来补正气缸114的按压力。
图11所示的实施方式中，由于局部负荷施加机构110能够以非接触对保持环40施加力，因而不存在图3的导轨环112和车轮115那样的滑动构件。因此，不需要图9所示的覆盖顶环1的罩120、121，顶环1的消耗品交换等的维护变得非常容易。永磁铁130使用钕磁铁等。作为永磁铁130，可以是一体地形成的环状的永磁铁，也可以是将被分开的多个永磁铁进行排列而形成环状，也可以是在环状的部件中埋设多个永磁铁。永磁铁130的表面优选通过涂覆或镀层等进行防腐蚀。代替涂覆或镀层也可以用磁性不锈钢等耐腐蚀性的磁性体覆盖永磁铁130。
图12表示代替图11的电磁铁131设置永磁铁140的实施方式。永磁铁140被配置成和被支撑于负荷传递部件111的永磁铁130相对，以便于在永磁铁130、140之间产生排斥力。在该实施方式中，在升降机构133中使用气缸。气缸133以比2个永磁铁130、140的缝隙变得极小时的最大排斥力小的力使永磁铁140下降。这是为了避免上侧的永磁铁140和下侧的永磁铁130接触。
2个永磁铁130、140之间的缝隙较大时，由于气缸133的向下的力比永磁铁间的排斥力大因而上侧的永磁铁140下降。2个永磁铁130、140之间的缝隙变小，则在其排斥力和气缸133的向下的力平衡时永磁铁140的下降停止。此时，和气缸133的向下的力相当的负荷被施加于保持环40。因此，通过变更向气缸133输入的气体的压力，从而能够调整对保持环40施加的负荷。
虽然图11以及图12中表示使用磁力的局部负荷施加机构110的实施方式，但是局部负荷施加机构110不限定于上述的例子，例如也可以在保持环40的上表面侧设置电磁铁、或用电磁铁和气缸的组合构成局部负荷施加机构110。
图13表示顶环1的又一实施方式。作为局部负荷施加机构110，使用图3所示的气缸114和车轮115。代替于此，也能够使用图11以及图12所示的使用磁力的局部负荷施加机构110。本实施方式中没有特别说明的结构是和图3所示的结构相同的结构。
顶环主体10基本由顶环基台150、以及保持弹性膜45的支架43构成。弹性膜45的下表面构成保持晶片W的基板保持面45a。球面轴承155被设置在顶环基台150和驱动凸缘158之间，顶环基台150相对驱动凸缘158能够自由地倾斜运动。球面轴承155由陶瓷等硬质的球构成。
保持环40被固定在顶环基台150，保持环40能够和顶环基台150一体地倾斜运动。驱动凸缘158被固定在顶环轴11的下端，驱动凸缘158和顶环轴11一起旋转。驱动凸缘158的旋转通过被固定于顶环基台150的多个转矩传递销(未图示)向顶环基台150传递。
支架43从顶环基台150分离，通过弹性膜160连接在顶环基台150。支架43相对顶环基台150能够上下运动，并且能够倾斜运动。通过支架43、顶环基台150、以及弹性膜160形成压力室161，通过从压力调整装置65(参照图3)向该压力室161供给加压流体，从而能够使支架43、弹性膜45、以及晶片W下降，此外，通过由压力调整装置65在压力室161内形成负压，从而能够使支架43、弹性膜45、以及晶片W上升。
顶环基台150以及保持环40通过球面轴承155相对驱动凸缘158能够在全部方向(360°)上倾斜运动。该球面轴承155的倾斜运动中心位于保持环40的中心轴线上。驱动凸缘158以及顶环基台150优选用不锈钢或铝等金属或者陶瓷等相对地刚性较高的材料形成。
顶环轴11的向下的负荷以及转矩通过驱动凸缘158被传递到顶环基台150。即，顶环轴11的向下的负荷通过驱动凸缘158以及球面轴承155被传递到顶环基台150，顶环轴11的转矩通过驱动凸缘158以及转矩传递销(未图示)被传递到顶环基台150。在本实施方式中，没有设置图3所示的保持环按压机构60。因此，保持环40和顶环基台150一体地倾斜运动、旋转并且上下运动。
局部负荷施加机构110被配置在保持环40以及顶环基台150的上方。局部负荷施加机构110通过顶环基台150对保持环40的一部分施加向下的局部负荷。保持环40和被保持在弹性膜45的基板保持面45a的晶片W一体地旋转，但是能够和基板保持面45a独立地倾斜运动。因此，即使通过局部负荷施加机构110将保持环40的一部分向下方按压，被保持在基板保持面45a的晶片W的姿势也不变化。
晶片W的研磨中，向弹性膜45和支架43之间形成的压力室，即中心室50、波纹室51、外室52、以及边缘室53中供给加压流体。因此，顶环主体10从这些压力室50～53接受向上的反作用力。保持环40给与研磨垫2的负荷是从通过驱动凸缘158施加给顶环基台150的向下的负荷减去该向上的反作用力所得到的负荷。通过变更从所述上下运动机构27(参照图2)对顶环轴11施加的向下的负荷，能够变更对于保持环40的研磨垫2的负荷。在该实施方式中，作为上下运动机构27，也可以代替滚珠丝杆和伺服电机的组合使用气缸。
在组合图13所示的顶环1和图11或者图12所示的使用磁力的局部负荷施加机构110的情况下，由研磨垫2以及/或者保持环40的磨损引起的永磁铁130和电磁铁131的缝隙的变化能够从顶环1的高度的测量值求得。具体地说，从顶环1的高度的初始的测量值和现在的测量值的相差部分，能够决定永磁铁130和电磁铁131的缝隙的变化。如图1所示，在顶环头16设有顶环高度传感器39。该顶环高度传感器39测量从和顶环1一体地上下运动的桥接件28的位置起的顶环1的高度。
和上述的实施方式同样地，在研磨中保持环40所受的横方向的力(晶片W和研磨垫2的摩擦力)被球面轴承155接受。采用使用球面轴承155的本实施方式时，即使在顶环轴11相对于研磨面2a的垂直度有一点一点地的偏差的情况下，顶环基台150通过球面轴承155倾斜运动而跟从研磨面2a。进一步，受到研磨时产生的晶片W和研磨面2a的摩擦力，顶环基台150以及保持环40流畅地倾斜。由于顶环基台150由金属或陶瓷等相对刚性较高的材料形成，所以，能够将顶环基台150的变形的影响抑制为较小，能够通过球面轴承155使顶环基台150流畅地倾斜运动。
支架43从顶环基台150分离，成为通过弹性膜160连接在顶环基台150的、即呈所谓的浮动的状态。采用如上述构成的顶环1，保持环40能够和基板保持面45a以及被保持于该基本保持面45a的晶片W独立地倾斜运动，并且能够独立地按压研磨垫2。因此，即使通过局部负荷施加机构110将保持环40的一部分向下方按压，晶片W也不会倾斜，并且从弹性膜45的基板保持面45a向晶片W施加的压力也不会变化。因此，局部负荷施加机构110能够和晶片W的姿势以及作用于晶片W的压力独立地控制保持环40的姿势。即，从基板保持面45a对晶片W施加的压力保持着一定不变，并通过控制保持环40的姿势能够进行研磨轮廓的调整。
保持环40一边和被保持在顶环1的晶片W一体地旋转，一边被按压在研磨垫2。由于像这样地在研磨中保持环40以及晶片W旋转，所以，研磨垫2的研磨面2a与保持环40以及晶片W接触的区域在研磨台3每次旋转时一点一点地变化。由此，能够回避研磨垫2上的特定区域只接触晶片W的特定区域，作为结果是能够均匀地研磨晶片W的表面。同样的理由，能够防止保持环40的磨损不匀。
保持环40的内径形成为比晶片W的外径大。因此，随着顶环1的旋转，通过行星运动使保持环40和晶片W的周向的相对位置一点一点地变化。由此能够使保持环40的平面度的影响不影响到晶片W的特定的周向位置地进行平均化，作为结果能够在晶片W的表面、特别是整个周向上均匀地进行研磨。
图14是表示从研磨面2a的上方看的位置关系的图。将连结晶片W的中心和研磨面2a的中心的线定义为假想线VL时，研磨面2a对于其旋转方向能够划分为假想线VL的上游侧和假想线VL的下游侧。假想线VL的上游侧以及假想线VL的下游侧换言之是对于研磨面2a的移动方向的晶片W的上游侧以及下游侧。图14中，关于旋转方式的研磨面进行了说明，而在传送带方式等的晶片W面内研磨面的速度一定的研磨装置中能够更容易地定义上游侧以及下游侧。
图14中所示的圆S表示通过晶片W的中心的研磨面2a的旋转轨迹。在圆S的晶片中心的切线T和晶片圆的2个交点中，上游侧的交点作为角度0度，下游侧的交点作为角度180度。假想线VL和晶片圆的2个交点中的研磨面中心侧的交点作为角度270度、研磨面外周侧的交点作为角度90度。此处，晶片圆是指晶片W的外周缘。
研磨中，接受晶片W的摩擦力的保持环40成为在下游侧即角度180度附近浮起的状态。相反地，在上游侧、即角度0度附近保持环40成为向研磨垫2沉下的状态。因此，从局部负荷施加机构110对保持环40的下游侧部分施加向下的局部的负荷时，改变保持环40的姿势的效果增大，能够有效地控制研磨轮廓。另外，在研磨中，由于晶片W受到和研磨面2a的摩擦力成为按压保持环40的内周面的状态，所以在下游侧保持环40和晶片W的缝隙变得最小。因此，局部负荷施加机构110通过使在下游侧对保持环40的向下的局部负荷增加，从而将垫反弹的影响显著地施加于晶片W。与此相反，从局部负荷施加机构110对保持环40施加向上的局部负荷时，在上游侧部分施加向上的局部负荷时则改变保持环40的姿势的效果增大，能够有效地控制研磨轮廓。
晶片W和研磨面2a的摩擦力较大的工序条件下，下游侧的保持环40的浮起变大，存在晶片W从顶环1滑出的情况。这样的问题也能够通过对保持环40的下游侧部分施加局部的向下负荷、从而使下游侧的保持环40的浮起减少来解决。因此，能够安全地进行晶片W的研磨。进一步，即便在以往应用困难的向晶片W施加高负荷的条件、或通过研磨垫2、研磨液、晶片W等的组合变为高摩擦这样的条件下也能够安全地进行研磨。
研磨液随着研磨面2a的旋转，从上游侧流入顶环1内。因此，按压保持环40的下游侧部分使上游侧部分的向研磨垫2的凹陷量减少，则研磨液能容易地流入顶环1内，能够有效地使用研磨液进行研磨。由此，研磨速度上升，能够削减研磨液的使用量，进一步能够抑制研磨温度的上升。而且，由于以研磨液更丰富的状态研磨晶片W所以能够减少划痕等研磨后晶片W的缺陷，进一步能够使研磨后晶片W的表面阶梯差减少。因此，较多情况下施加向下的局部负荷的局部负荷施加机构110优选为设置在下游侧，更优选为设置在180度±60度的范围内。
但是，如所述这样，近年半导体器件的种类、消耗材的种类飞跃地增加，为了产品的成品率的提高，各种各样的形状的研磨轮廓的控制性是必需的。变更对保持环40的局部负荷的位置时，研磨轮廓的变化的方式产生变化。因此，研磨轮廓根据局部负荷施加机构110的设置位置能够进行各种各样的改变。特定的工艺中270度±60度或90度±60度、或者0度±60度也可被选择为更优选的设置位置。
为了对应于这样的对于各种各样的研磨轮廓的要求，局部负荷施加机构110也可以被设置为能够移动。在图15所示的实施方式中，通过被设置在顶环头16的环状的移动机构170，局部负荷施加机构110绕顶环1的旋转中心能够360度地移动。因此，通过移动机构170，局部负荷施加机构110的位置能够变更到所希望的地方。作为移动机构170，可以构成为使用例如能够曲线运动的运动引导机构、以及驱动局部负荷施加机构110的伺服电机等。根据晶片的研磨方法，还能够设定、变更局部负荷施加机构110的位置。
代替图15所示的移动机构170，也可以通过螺纹部件等紧固件将局部负荷施加机构110安装在从顶环头16上的规定的多个地方中被选择的所希望的地方。该构成中，局部负荷施加机构110通过紧固件可装拆地安装在顶环头16。移动机构170以及使用紧固件的能够变更设置位置的构成也可适用于图11至图13所示的实施方式。
也可以将多个局部负荷施加机构110沿着顶环1的周向设置。例如，也可以将局部负荷施加机构110设置在下游侧(角度180度)以及研磨面中心侧(角度270度)2个地方。这种情况下，能够绕平行于研磨面2a且互相垂直的2轴控制保持环40的姿势。因此，和局部负荷施加机构110为1个的情况相比，研磨轮廓控制的可适用范围飞跃地扩大。
使用磁力的排斥力以及吸引力的组合的局部负荷施加机构110具有研磨轮廓控制的可适用范围较广的优点。只使用利用气缸的向下负荷或磁铁的排斥力的情况下，优选设置至少3个局部负荷施加机构110。在将使用气缸的局部负荷施加机构110设置在下游侧(角度180度)以及研磨面中心侧(角度270度)2个地方时，通过研磨面中心侧的局部负荷施加机构110能够变更保持环40的姿势以使保持环40向研磨垫2的中心侧区域凹陷，但是无法对保持环40施加局部负荷以使其向研磨垫2的外周侧区域凹陷。在这样的情况下，除了下游侧(角度180度)以及研磨面中心侧(角度270度)2个地方外，在研磨面外周侧(角度90度)设置局部负荷施加机构110也较为优选。另外，局部负荷施加机构110也可以是以120度间距设置在3个地方。多个局部负荷施加机构110也能够和图15的移动机构170组合而对设置位置进行变更。
通过调整局部负荷施加机构110的设置位置以及对于保持环40的局部负荷，能够实现各种各样的研磨轮廓，能够使非常多种类的半导体器件的成品率提高。
图16所示的实施方式中，除局部负荷施加机构110之外，保持环高度传感器175被固定在顶环头16。通过该保持环高度传感器175能够测量保持环40在铅垂方向上的移位(即，保持环40的高度)。图16中虽未图示，但是局部负荷施加机构110可以是上述的使用气缸的类型、使用电磁铁和永磁铁的组合的类型、使用永磁铁的相互组合的类型、以及这些以外的类型中的任一个。
导轨环112的传感器目标面可以是和局部负荷施加机构110施加局部负荷的地方共同的地方，也可以是其他的地方。传感器目标面通常形成为平坦的面。作为保持环高度传感器175虽然能够使用接触式的移位计，但是优选使用激光移位计等非接触地测量保持环40的高度的非接触式移位传感器。这是由于使用接触式移位计时，存在从传感器测量元件和导轨环112的接触部产生的灰尘向研磨面2a落下、导致研磨晶片的缺陷的可能性、以及存在传感器测量元件接触导轨环112、通过对保持环40施加向下的负荷使保持环40的姿势变化的可能性。
在上述的图11以及图12所示的实施方式中，研磨垫2以及/或者保持环40的损耗量使用日本特开2006－128582号公报以及日本特开2006－255851号公报中公开的研磨垫或保持环的损耗量测量方法进行测量。研磨中的保持环40的高度的变化量通过研磨控制部9由所测量的各损耗量被算出。研磨控制部9将保持环40的高度的变化量向局部负荷施加机构110的升降机构133反馈，将磁铁之间的间隙保持为一定。图16所示的设置保持环高度传感器175的情况下，也可以是研磨控制部9将从传感器175的测量值求得的保持环40的高度变化量反馈给升降机构133。进一步，也可以基于保持环40的高度的测量结果，变更研磨中或者下一个晶片的研磨中所适用的对保持环40的局部负荷的大小以及/或者局部负荷的位置(即局部负荷施加机构110的位置)。变更下一个晶片的研磨中所适用的局部负荷的位置时，优选在下一个晶片的研磨前事先变更局部负荷的位置。设置有多个局部负荷施加机构110时，能够通过变更进行动作的局部负荷施加机构110来变更局部负荷的位置。另外，通过使多个局部负荷施加机构110动作，变更由各个局部负荷施加机构110产生的局部负荷的大小的比，从而也能够得到和变更局部负荷施加机构110的位置同样的效果。
设置1个保持环高度传感器175的情况下，也可以使局部负荷施加机构110动作以使保持环高度传感器175的测量值(即，被测量的保持环40的高度)在规定的阈值以下。根据保持环高度传感器175的设置部位可以使测量值在阈值以上地进行动作，也可以使测量值进入规定的范围内地进行动作。
保持环高度传感器175优选为沿着顶环1的周向设置多个。将保持环高度传感器175设置在2个地方的情况下，通常将2个保持环高度传感器175配置在相对于顶环1的中心轴对称的位置。优选地，将2个保持环高度传感器175设置在相对于顶环1的中心轴的上游侧和下游侧。这样一来，能够由从2个地方的保持环高度传感器175所得到的2个测量值算出2个位置的保持环40的高度差。研磨控制部9控制局部负荷施加机构110的动作以使该高度差在所希望的范围内。更优选地，为了研磨控制部9能够算出保持环40的倾斜平面，沿着顶环1的周向设置至少3个保持环高度传感器175。并且，为了实现保持环40所希望的倾斜面，通过研磨控制部9控制局部负荷施加机构110的动作。被算出的倾斜平面和所希望的倾斜平面不同的情况下，调整从局部负荷施加机构110对保持环40施加的力。
代替将倾斜面控制为所希望的平面，也可以使用从倾斜面算出的其他的指标进行控制。例如，也可以将最大倾斜量、以及最大倾斜位置调整到所希望的范围。这里，最大倾斜量是指在倾斜面内保持环40变为最高的高度和变为最低的高度的差，最大倾斜位置是指保持环40变为最高的位置。例如，通过研磨控制部9检测出最大倾斜量是0.05mm、最大倾斜位置是角度180度时，进行1个或者多个局部负荷施加机构110的调整等以使所希望的的最大倾斜量为0.03mm±0.02mm、最大倾斜位置为角度270度±30度的范围内等。也可以在局部负荷施加机构110上附加保持环高度测量功能。更具体地说，也可以使局部负荷施加机构110具有保持环高度传感器。
关于局部负荷施加机构110的优选的设置位置(按压位置)的决定方法记述如下。图17是表示局部负荷施加机构110的按压位置决定的流程图。步骤1中，一边用局部负荷施加机构110按压保持环40一边研磨晶片。步骤2中，移动局部负荷施加机构110，在和步骤1不同的位置通过局部负荷施加机构110一边按压保持环40一边研磨其他的晶片。将步骤1和步骤2只重复所需要的次数。步骤3中，取得各按压位置的研磨结果。步骤4中，根据研磨结果决定所期望的局部按压位置。
作为“研磨结果”的代表性的例子，能够列举研磨速度分布的面内均匀性、剩余膜厚分布的面内均匀性、晶片边缘的研磨轮廓、研磨速度、研磨温度、被研磨晶片上的划痕或异物等的缺陷、被研磨的晶片的凹陷、侵蚀等所代表的平坦化特性、晶片和研磨面2a的摩擦力、由该摩擦力引起而变化的研磨台旋转电机13的驱动电流等。这样在“研磨结果”中，也包含通过设置在研磨装置内的传感器或膜厚测量器等能够测量、算出的项目、或通过缺陷检查装置等设置在研磨装置外的测量器能够取得的项目。
图18是表示用于说明局部负荷施加机构的按压位置的决定方法的参考例的图。该参考例中，表示在90度、180度、270度的各按压位置使局部负荷施加机构110动作的例子(对应流程图的步骤3)。按压位置也可以比3个地方少或者多。图18的“研磨结果”表示剩余膜厚分布的面内均匀性。由图18可知，在按压位置180度面内均匀性变得最小。由于一般地面内均匀性较小的情况较为优选，所以在该工艺中角度180度被定为所期望的按压位置(流程图的步骤4)。也可以将研磨结果用线性插值或曲线近似等进行插值来决定所期望的按压位置。图18的例子中也一并表示将研磨结果用二次式近似而成的曲线。参照该曲线，能够得出研磨结果为最小的按压位置是比角度180度稍微大的角度。这样也能够决定所期望的按压位置。
图19是表示用于说明局部负荷施加机构的按压位置的决定方法的参考例的图。图19所示的参考例中，研磨条件是局部负荷施加机构110对保持环40施加的局部负荷，条件1、2、3表示不同的局部负荷，研磨结果表示剩余膜厚分布的面内均匀性。
从图19可知，研磨条件在条件1、2、3中变更时的研磨结果的变化量在按压位置180度处变大。与此相对，在按压位置90度或270度处，在不同研磨条件下的研磨结果的变化量变小。更具体地说，在90度处研磨结果整体变大，在270度处研磨结果整体变小。一般来说由于剩余膜厚分布的面内均匀性较小是较为优选的，因而可选择在较小的研磨结果下稳定的按压位置270度。
按压位置180度处根据研磨条件面内均匀性变化较大。这意味着根据研磨条件研磨轮廓变化较大。因此，在研磨各种各样的种类的半导体器件的情况下等、希望较大地确保研磨轮廓的能够调整范围的情况下，也可选择角度180作为所期望的位置。使用上述的插值方法等也能够将从实际取得研磨结果的位置错开的位置选择作为所期望的位置。
也可以根据研磨垫2等消耗部件的使用时间决定所期望的局部负荷施加机构110的按压位置或负荷。例如，也可以在研磨垫2的每个耐用期间的初期阶段、中期阶段、末期阶段预先决定所期望的按压位置以及负荷，根据研磨垫2的使用时间变更按压位置或负荷。作为研磨装置的其他的消耗部件能够列举保持环40、弹性膜45、砂轮修整器等。
有可能在1个研磨装置内以2个阶段对晶片进行研磨。例如，在第1研磨阶段对晶片施加比较高的压力除去晶片的表面阶梯差，在接着的第2研磨阶段降低压力研磨晶片，通过使凹陷等局部的过度研磨降低从而减少研磨后的表面阶梯差。这种情况下，也可以在第1研磨阶段和第2研磨阶段变更局部负荷施加机构110的所期望的按压位置或负荷。例如，也能够在第1研磨阶段中在第1按压位置对保持环40施加第1局部负荷，在第2研磨阶段中在和第1按压位置不同的第2按压位置对保持环40施加和第1局部负荷不同的第2局部负荷。
通常，在研磨开始时保持环40接触研磨面2a后，使局部负荷施加机构110动作按压保持环40，研磨结束后在顶环1上升前使局部负荷施加机构110的动作停止。顶环1处于上升位置时局部负荷施加机构110按压保持环40，则保持环40呈倾斜状态，晶片在传送上会产生故障。为了避免这样的故障，在保持环40未接触研磨面2a的顶环1处于上升位置时，局部负荷施加机构110不按压保持环40。
另外，也可以基于晶片的研磨中膜厚传感器7的测量结果，变更研磨中或者下一个晶片的研磨中所适用的局部负荷的大小以及/或者局部负荷的位置(即局部负荷施加机构110的位置)。变更下一个晶片的研磨中所适用的局部负荷的位置时，优选在下一个晶片的研磨前事先变更局部负荷的位置。设置有多个局部负荷施加机构110时，能够通过变更进行动作的局部负荷施加机构110来变更局部负荷的位置。另外，通过使多个局部负荷施加机构110动作，变更由各个局部负荷施加机构110产生的局部负荷的大小的比也能够得到和变更局部负荷施加机构110的位置同样的效果。进一步，也可以根据测量结果通过研磨控制部9生成研磨轮廓(即，晶片的半径方向的膜厚分布)，基于其研磨轮廓、特别地晶片边缘部的研磨轮廓变更局部负荷、局部按压位置。此外，也可以基于利用被设置在研磨装置内的其他的膜厚测量器的测量结果，变更局部负荷、局部按压位置。
图20是表示局部负荷施加机构110的又一实施方式的图。未特别地说明的顶环1的构成以及动作和图3以及图4所示的顶环1的结构相同，省略其重复说明。图20所示的顶环1中，使用图7以及图8(a)至图8(c)所示的球面轴承100，但是也可以代替其而使用图5以及图6(a)至图6(c)所示的球面轴承85。
保持环40的上部接触于环状的保持环按压机构60。该保持环按压机构60对保持环40的上表面(更具体地说是驱动环40b的上表面)的整体施加均匀向下的负荷，由此将保持环40的下表面(即、环部件40a的下表面)相对研磨垫2的研磨面2a进行按压。
保持环40构成为未固定在保持环按压机构60且仅接受来自保持环按压机构60的负荷，但是保持环40也可以被固定在保持环按压机构60。将保持环40固定在保持环按压机构60的情况下，使保持环按压机构60的活塞61由金属等磁性材料形成，如图3所示，在驱动环40b的上部配置有多个磁铁。
图21是表示用于连接保持环40和球面轴承100的连接部件75的俯视图。图21所示基本的构成和图4所示的构成相同，但是不同点在于图21中设置有6根辐条78。由于其他的构成和图4的构成相同，所以省略其重复说明。
如图20所示，保持环40具有从顶环主体10向半径方向外侧伸出的上表面。在该保持环40的上方配置有向保持环40的一部分施加局部负荷的按压环200。在按压环200的上方配置有局部负荷施加机构110。局部负荷施加机构110构成为向相对研磨面2a垂直的方向对按压环200的一部分施加局部负荷。按压环200具有被配置在保持环40上方的支撑环201和被固定在该支撑环201的下部的负荷传递构件202。对按压环200施加的局部负荷通过负荷传递构件202被传递到保持环40。即，局部负荷施加机构110通过按压环200对保持环40施加局部负荷，以使保持环40对于基板保持面45a的倾斜度变更。
构成按压环200的支撑环201由工程塑料(例如PEEK、PPS等)等树脂、不锈钢或者铝等金属形成。在按压环200的外周部固定有圆筒状的底罩211，进一步在底罩211的外周表面固定有上罩212。这些底罩211以及上罩212从按压环200向上方延伸，防止研磨液等液体向顶环1的浸入。
在图20所示的实施方式中，旋转自如地被支撑在支撑环201的辊(滚动部)构成负荷传递构件202。以下，负荷传递构件称为辊。辊202旋转自如地被支撑在辊轴203。辊202内配置有未图示的轴承，由此辊202能够绕着辊轴203自由地旋转。
辊202和被固定在保持环40的上表面(更具体地说，驱动环40b的上表面)的环状板215滚动接触。按压环200接受来自局部负荷施加机构110的局部负荷，通过辊202对保持环40的一部分施加局部负荷。环状板215一体地连接在保持环按压机构60的活塞61。因此，环状板215构成为接受由保持环按压机构60产生的均匀的按压力和由局部负荷施加机构110产生的局部负荷这两者。另外，环状板215也可以是构成为和活塞61有别的构件。进一步，也可以省略环状板215使辊202直接滚动接触于保持环40的上表面。
环状板215是由工程塑料(例如PEEK、PPS等)等树脂、不锈钢或者铝等金属形成的。另外，如上所述在驱动环40b内配置多个磁铁的情况下也可以使用磁性体的金属、或具有磁性的耐腐蚀性不锈钢。在环状板215的上表面即辊202滚动接触的面上，为了提高耐磨损性也可以通过电镀形成化学镀镍、硬质铬等硬质材料、或者涂覆DLC等硬质材料。
局部负荷施加机构110被固定在顶环头16，其位置被固定。按压环200通过局部负荷施加机构110被保持成不和顶环1一起旋转。即，在晶片W的研磨中，保持环40虽然绕其轴心旋转，但是局部负荷施加机构110以及按压环200不和保持环40一体地旋转，其位置是固定的。
图22是表示顶环1、按压环200以及局部负荷施加机构110的立体图。另外，图22中，为了说明而省略了一部分的构件。按压环200被配置在顶环1上，具有和保持环40同心的形状。按压环200和保持环40的直径大致相同。按压环200上连接有局部负荷施加机构110，局部负荷施加机构110构成为对按压环200的一部分施加局部的负荷。
局部负荷施加机构110主要由按压杆221、桥接件222、多个气缸(负荷产生装置)231、232、233、多个直线导轨224、以及单元基台225构成。单元基台225被固定在顶环头16，单元基台225上安装有多个(图示的例子中为3个)气缸231～233以及多个(图示的例子中为4个)直线导轨224。气缸231～233的活塞杆231a～233a以及多个导杆226被连接在共用的桥接件222。多个导杆226通过直线导轨224被支撑为以低摩擦自如地上下运动。通过这些直线导轨224，桥接件222能够不倾斜地平滑地上下运动。
各个气缸231～233产生的负荷被传递到共用的桥接件222。桥接件222通过按压杆(连接部件)221被连接在按压环200，按压杆221将施加于桥接件222的气缸231～233的负荷传递到按压环200。在按压环200和按压杆221的连接位置的下方，配置有作为上述负荷传递构件的辊(滚动部)202，从按压杆221对按压环200施加的局部负荷通过辊202被传递到保持环40。图22所示的例子中，2根按压杆221间的中间点的下方配置有辊轴203。多个气缸231～233分别连接在独立的压力调整装置、上下运动控制装置、以及大气开放机构(未图示)，构成为能够彼此独立地产生负荷。
图23(a)是表示测量从局部负荷施加机构110向保持环40施加的局部负荷的负荷测量元件135的图，图23(b)是图23(a)所示从B－B线看按压环200的图。按压环200在其内部具有负荷测量元件135。更加具体来说，在按压环200的支撑环201的上表面形成有凹部201a，在该凹部201a设置有负荷测量元件135。负荷测量元件135位于辊202的上方。在负荷测量元件135上配置有负荷板204。2根按压杆221的下端被连接在负荷板204。由局部负荷施加机构110产生的局部负荷通过2根按压杆221以及负荷板204被传递到负荷测量元件135，负荷测量元件135测量该局部负荷。
为了使按压环200的姿势稳定，按压环200优选为至少具有3个辊。在本实施方式中，按压环200除辊202(以下，适当地称为第1辊202)之外，具有未图示的第2辊以及第3辊。这些第2辊以及第3辊分别被配置在从第1辊202的位置起±150度的位置上。由于第1辊202被配置在按压杆221的下方，所以来自局部负荷施加机构110的负荷从第1辊202局部地施加于保持环40，第2辊以及第3辊在实际上没有将来自局部负荷施加机构110的负荷传递给保持环40。按压杆221被配置在第1辊202的半径方向内侧。这是为了在按压杆221按压按压环200时防止按压环200倾斜。
图24是桥接件222的俯视图。如图24所示，桥接件222具有大致圆弧形状，为了能够改变按压杆221的设置位置而具有沿着桥接件222的周向排列的多个开孔222a。这些开孔222a沿着按压环200的周向排列。2根按压杆221可装拆地被插入到这些多个开孔222a中的任意2个。按压杆221也可以是1根。采用这样的桥接件222，按压杆221和按压环200的连接位置维持着不变的同时，通过变更桥接件222和按压杆221的连接位置而能够沿着其周向变更对保持环40的局部负荷的位置。
为了防止液体向顶环1的浸入，优选在使按压环200和保持环40不离开的状态下使顶环1动作。顶环1在上升时，供给给气缸231～233的压力是大气压或者较弱的压力。在研磨开始时等顶环1下降时，顶环1下降的同时对气缸231～233供给压力使3个气缸231～233的活塞杆231a～233a下降。为了使3根活塞杆231a～233a的下降速度一致，通常使向各个气缸231～233的供给压力相同。顶环1到达下降位置时变更向各个气缸231～233的供给压力，在后述控制方法下控制气缸231～233的负荷。在研磨结束后等顶环1上升时使气缸231～233内处于大气开放，或者使之为较弱的压力，通过上升的顶环1使按压环200一起上升。
接着，关于各气缸231～233产生的负荷的控制方法参照图25进行说明。图25是表示各气缸231～233以及局部负荷点(辊202)的位置关系的俯视图。如上所述通过变更按压杆221向桥接件222的安装位置，能够变更对保持环40的局部负荷点Q的位置。气缸231～233的负荷能够基于按压杆221的安装位置进行控制。具体地说，使绕局部负荷点Q的力矩平衡地决定气缸231～233的负荷平衡。在绕局部负荷点Q的力矩不平衡状态下各气缸231～233按压桥接件222，则桥接件222倾斜，由此活塞杆231a～233a或直线导轨224的滑动阻力增加，结果对保持环40的局部负荷变得不稳定。
如图25所示，从气缸231、232、233到局部负荷点Q的X方向上的距离分别为x1、x2、x3，垂直相交于X方向的Y方向上的距离分别为y1、y2、y3，气缸231、232、233产生的负荷分别为F1、F2、F3，作为目标的局部负荷为F时，则以下的关系成立。
F1×x1+F2×x2－F3×x3＝0
F1×y1－F2×y2－F3×y3＝0
F1+F2+F3＝F
X1、x2、x3、y1、y2、y3的值根据局部负荷点Q的位置决定，所以根据上式能够算出F1、F2、F3相对F的比例。多个气缸231～233中靠近按压杆(连接部件)221的气缸产生相对较大的负荷，远离按压杆221的气缸产生相对较小的负荷。优选为，多个气缸231～233分别产生负荷并使多个气缸231～233产生的负荷的重心和按压杆221的位置(局部负荷点Q的位置)一致。基于这样被算出的负荷平衡控制各气缸231～233的负荷。
在由上述的负荷测量元件135所测量的局部负荷和所希望的局部负荷F不同的情况下，也可以发送警报、变更气缸产生的负荷F1、F2、F3。所测量的局部负荷比所希望的局部负荷小的情况下，分别使负荷F1、F2、F3增加，所测量的局部负荷比所希望的局部负荷F大的情况下，分别使F1、F2、F3减少。此时，优选地，使通过上式被算出F1：F2：F3的比值保持着不变地变更负荷F1、F2、F3。
局部负荷点Q的位置即辊202的位置能够任意地选择，但是从上述的负荷稳定性的观点优选将辊202设置在连结3个气缸231、232、233而成的三角形(粗线所示)内。通过将辊202设置在连结3个气缸231、232、233而成的三角形内，由此，辊202能够在绕局部负荷点Q的力矩处于平衡的状态下局部按压保持环40。
接着，关于用于从顶环1吸引液体以及灰尘的吸引机构240进行说明。如图22所示，吸引机构240具有被连接在真空源(例如真空泵)239的第1吸引线路241以及第2吸引线路242、以及保持这2根吸引线路241、242的吸引线路保持部244。2根吸引线路241、242的顶端被连接在按压环200。
图26(a)是表示第1吸引线路241和按压环200的连接部的放大图，图26(b)是表示第2吸引线路242和按压环200的连接部的放大图。第1吸引线路241与形成在按压环200的上表面的环状凹部248连通。在该环状凹部248，宽松地被插入有向下方延伸的环状凸部249。环状凸部249被固定在顶环主体10的外周面。通过该环状凸部249和环状凹部248形成迷宫式结构，通过该迷宫式结构使液体不会进入到按压环200和顶环1的缝隙。第1吸引线路241吸引积存在环状凹部248内的液体。
如图26(b)所示，第2吸引线路242的顶端被连接在形成在按压环200的纵孔247。该纵孔247贯通按压环200地延伸，且与按压环200和保持环40之间的缝隙连通。第2吸引线路242吸引因作为负荷传递构件的辊202的滚动接触而可能引起的粉尘(例如，辊202的磨损粉末)。
如图22所示，在吸引线路保持部244固定有延伸到按压环200的上表面的磁性体250。图27是表示磁性体250以及按压环200的放大图。如图27所示，在按压环200内埋设有上侧永磁铁251以及多个下侧永磁铁252。上侧永磁铁251被配置在对应磁性体250位置的位置，磁性体250的下端和上侧永磁铁251之间产生相互吸引的磁力。2根吸引线路241、242通过该磁力可装拆地被固定在按压环200。通过这样的结构，维护时能够容易地将磁性体250以及吸引线路241、242从按压环200拆卸。多个下侧永磁铁252沿着按压环200的周向排列。下侧永磁铁252和由磁性材料形成的环状板215之间产生吸引磁力，通过该磁力能够使按压环200的位置稳定。
如图22所示，吸引机构240可装拆地安装在安装环255。安装环255被固定在单元基台225。图28是表示安装环255的俯视图。如图28所示，安装环255具有圆弧状的形状，沿着其周向形成有多个安装孔255a。吸引线路保持部244通过在这些安装孔255a中的至少1个中所插入的螺纹部件(未图示)可装拆地被固定在安装环255。因此，被设置在安装环255的吸引机构240的位置能够变更。
如上述这样，局部负荷点的位置的变更通过变更按压杆221对桥接件222的安装位置来实施。改变按压杆221向桥接件222的安装位置时，需要使吸引线路241、242和按压环200一起沿着按压环200的周向移动。因此，随着按压杆221的安装位置的变更，吸引机构240的设置位置也变更。
图29是表示局部负荷施加机构的又一实施方式的截面图。由于未特别地说明的本实施方式的结构以及动作和图20所示的实施方式相同，故省略其重复说明。在该实施方式中，多个局部负荷施加机构110被固定在顶环头16。作为各局部负荷施加机构110使用气缸。这些多个局部负荷施加机构110被连接在按压环200。局部负荷施加机构110构成为分别对按压环200的一部分施加相对研磨面2a垂直的方向上的局部负荷。
按压环200受到来自多个局部负荷施加机构110的局部负荷，进一步具有作为负荷传递构件的将这些局部负荷传递到保持环40的多个辊(滚动部)202。这些辊202分别被配置在多个局部负荷施加机构110的正下方。负荷传递构件202也可以为代替辊202而和保持环40滑动的凸形状等滑动部分。
虽未图示，但在按压环202内配置有多个负荷测量元件。这些负荷测量元件分别被设置在辊202和局部负荷施加机构110之间。各负荷测量元件的配置和图23(a)以及图23(b)所示的负荷测量元件135相同。图29所示的实施方式中，多个负荷测量元件分别被设置在多个辊的上方。在通过这些负荷测量元件所测量的负荷和所希望的值不同的情况下，优选地，发出警报、分别变更对应的局部负荷施加机构110所产生的负荷。
通过多个局部负荷施加机构(本实施例中为气缸)110的负荷平衡，能够控制对保持环40的局部负荷的重心、即在保持环40的周向上的压力分布。在图22所示的实施方式中，虽然通过变更按压杆221对于桥接件222的相对位置能够变更局部负荷点的位置，但是图29所示的实施方式中通过变更多个局部负荷施加机构110的负荷平衡，能够更简单地变更对保持环40的局部负荷点的位置。图20所示的顶环1中，通过保持环按压机构60对保持环40整体施加均匀的负荷，通过按压环200对保持环40施加局部的负荷，但是在本实施方式中也可以不使用保持环按压机构60而通过多个局部负荷施加机构110对保持环40施加均匀负荷以及局部负荷两者。
下面，关于图29所示的局部负荷的控制方法参照图30(a)至图30(c)进行说明。图30(a)至图30(c)是表示气缸以及按压环200的俯视图。图30(a)至图30(c)所示的角度θ和图14中说明的角度相当。图30(a)是表示从2个气缸对按压环200施加局部负荷的例子，图30(b)是表示从3个气缸对按压环200施加局部负荷的例子，图30(c)是表示从4个气缸对按压环200施加局部负荷的例子。在任一个例子中，多个气缸所产生的局部负荷的重心从保持环40的中心离开。虽未图示，但设置5个以上的气缸时同样地也能够适用本发明。
图30(a)中，2个气缸110A、110B被配置为相对于角度180°(用θ表示)的线呈轴对称。用2个气缸110A、110B对保持环40施加局部负荷的情况下，2个局部负荷的重心能够设定在连结2个气缸110A、110B而成的线段内。例如，向角度180°的线上的位置施加局部负荷的情况下，2个气缸110A、110B的负荷是相同的。
图30(b)中，3个气缸110A、110B、110c绕保持环40的中心(按压环200的中心)等间隔地被配置。该例子中，3个局部负荷的重心能够设定在连结3个气缸110A、110B、110C而成的等边三角形内。例如，向角度180°的线上的位置施加局部负荷的情况下，使下游侧的气缸110C的负荷最强，上游侧的2个气缸110A、110B的负荷相同。进一步，使上游侧的2个气缸110A、110B的总负荷比下游侧的气缸110C的负荷小。此时，上游侧的2个气缸110A、110B的负荷为0时，对保持环40施加倾斜的效果最大。
图30(c)中，4个气缸110A、110B、110C、110D绕保持环40的中心(按压环200的中心)等间距地被配置。该例子中，4个局部负荷的重心能够设定在连结4个气缸110A、110B、110C、110D而成的正方形内。例如，向角度180°的线上的位置施加局部负荷的情况下，使下游侧的2个气缸110C、110D的负荷彼此相同，上游侧的2个气缸110A、110B的负荷彼此相同。进一步，使上游侧的2个气缸110A、110B的总负荷比下游侧的2个气缸110C、110D的总负荷小。此时，上游侧的2个气缸110A、110B的负荷为0时，对保持环40施加倾斜的效果最大。
图30(c)所示的4点负荷的结构相比于图30(b)所示的3点负荷的结构，能够在更广的区域内使负荷重心靠近保持环40。因此，4点负荷的结构相比于3点负荷的结构，能够在更广的区域内使保持环40较大地倾斜。例如，使用3点负荷的结构按压角度135°的线上的位置时，气缸110A以及气缸110C以相同的负荷L按压保持环40，气缸110B的负荷为0。从保持环40的中心到各气缸的距离为R时，可改变保持环40的倾斜度地进行作用的力矩是L×R。4点负荷结构中，只有气缸110C以负荷2L按压保持环40。负荷2L是负荷L的2倍。这种情况下，可改变保持环40的倾斜度地进行作用的力矩是2L×R。虽然任一情况下作用在保持环40的总计的局部负荷都是2L，但是相比于3点负荷的结构4点负荷的结构能够产生比用于改变保持环40的倾斜度的力矩更大的力矩。
图31是表示顶环1的又一实施方式的截面图。在本实施方式中顶环1具有将保持环40的一部分相对研磨面2a向垂直的方向按压的按压部件260、以及对按压部件260施加用于将保持环40向研磨面2a按压的按压力的负荷产生装置261。在本实施方式中，通过负荷产生装置261和按压部件260，构成对保持环40的一部分施加相对研磨面2a垂直方向的局部负荷的局部负荷施加机构。按压部件260被固定在配置在负荷产生装置261和保持环40之间的支撑环262。进一步在研磨装置中设置有位置保持机构270，该位置保持机构270保持按压部件260的位置并使按压部件260和顶环1不一体旋转。
负荷产生装置261被设置在顶环主体10的凸缘41内。该负荷产生装置261和保持环按压机构60同样地，具有活塞263以及滚动隔板264。负荷产生装置261通过变更向由滚动隔板264形成的压力室265供给的加压流体的压力，从而能够变更向按压部件260施加的按压力。
图32(a)是表示按压部件260以及位置保持机构270的俯视图，图32(b)是按压部件260的侧视图。按压部件260具有从负荷产生装置261接受负荷的上侧辊260a、260b、将该负荷传递给保持环40的一部分的下侧辊260c、260d、以及保持这些辊260a～260d的辊保持部260e。辊保持部260e被固定在支撑环262。
顶环主体10和保持环40之间的缝隙通过密封环272以及密封片273被密封，防止研磨液等飞沫向顶环1内的浸入或异物从顶环1向研磨面2a的落下。密封环272具有L字形状的截面，在其下表面固定有保持环40。密封环272和保持环40一体地旋转，并能够和保持环40一体地倾斜运动。上述的下侧辊260c、260d滚动接触于密封环272的上表面。因此，下侧辊260c、260d通过密封环272将负荷产生装置261的负荷传递到保持环40的一部分，使保持环40相对基板保持面45a倾斜。另外，使下侧辊260c、260d直接接触到保持环40的上表面，下侧辊260c、260d也可以对保持环40的一部分直接传递负荷。
位置保持机构270具有被安装于支撑环262的保持目标275、以及保持保持目标275的目标保持部276。在支撑环262的整个全周上形成有多个安装用孔262a。保持目标275可装拆地被安装在这些多个安装用孔262a中的任一个。因此，通过变更保持目标275的安装位置，从而可将按压部件260的位置沿着保持环40的周向改变，即能够改变被施加于保持环40的局部负荷的位置。
目标保持部276被配置为接近保持目标275。目标保持部276的位置被固定。目标保持部276通过磁力非接触地保持保持目标275的位置。更加具体来说，目标保持部276以及保持目标275中一方是由永磁铁构成，另一方是由磁性材料构成。也可以代替永磁铁使用电磁铁。目标保持部276和保持目标275之间产生相互吸引的磁力，保持目标275由目标保持部276通过磁力被非接触地保持。因此，保持目标275所固定的支撑环262通过磁力固定其位置，不和顶环1一体旋转。
由于目标保持部276和保持目标275隔着间隔，如图31所示，能够在目标保持部276和保持目标275之间配置密封环272以及/或者密封片273。代替该实施方式，也可以将目标保持部276直接连接在保持目标275，在接触状态下保持保持目标275。
如图32(a)所示，在支撑环262设有传感器目标281，优选为配置能够感知该传感器目标281的近距离传感器282。近距离传感器282被配置在顶环1的外侧，不和顶环1一体旋转。通过这样的配置，近距离传感器282能够检测出支撑环262的位置是否被位置保持机构270保持、即支撑环262以及按压部件260是否和顶环1一体旋转。传感器目标281可装拆地被安装在支撑环262的安装用孔262a中，其设置位置能够变更。图32(a)所示的例子中，传感器目标281被配置为和保持目标275相邻，但是也可以将传感器目标281配置成和保持目标275隔着间隔。作为传感器目标281和近距离传感器282组合的例子，可列举有用非磁性材料的金属形成传感器目标281、且采用涡电流传感器作为近距离传感器282的组合。
优选为，目标保持部276由于通过磁力保持支撑环262的位置故而和顶环1同步地上下运动，后者具有比顶环1的上下运动距离长的纵方向尺寸。图31以及图32(a)所示的例子中，目标保持部276以及近距离传感器282被连接在上下运动机构285，通过该上下运动机构285能够和顶环1同步地上下运动。作为上下运动机构285，例如能够使用伺服电机和滚珠丝杆的组合。
相对于目标保持部276的位置是固定的，保持目标275对于支撑环262的设置位置是能够变更的。因此，通过变更支撑环262上的按压部件260和保持目标275的相对位置，能够变更对于保持环40的局部负荷点。例如，在从保持目标275起180度的位置具有按压部件260的情况下，按压部件260能够对从保持目标275起180度的位置施加局部负荷。在从保持目标275起90度的位置具有按压部件260的情况下，按压部件260能够对从保持目标275起90度的位置施加局部负荷。也可以代替使保持目标275的设置位置可变而使按压部件260的设置位置可变。
图33是表示球面轴承100所支撑的轴部76的变形例的截面图。如图33所示，轴部76被分割为凸缘部76A和轴部76B，该凸缘部76A和轴部76B通过粘合层76C被粘合。优选地，凸缘部76A使用铝或不锈钢等金属，轴部76B使用氧化铝、SiC、或者氧化锆等刚性高且耐磨损性优良的陶瓷。这样的轴部76的构成在使用涡电流传感器作为被埋设在研磨台3内的膜厚传感器7时适用。即，在顶环1的基板保持面45a附近存在金属时，则存在对涡电流传感器的测量值产生影响的可能。因此，为了回避这样的不良影响，优选用陶瓷形成轴部76B。图33所示的变形例也能够同样地适用于图5所示的球面轴承85所支撑的轴部76。
图34是表示顶环1的又一实施方式的截面图。由于未特别地说明的本实施方式的结构以及动作和图20所示的实施方式相同，故省略其重复说明。如图34所示，凸缘41被连接在顶环轴11。顶环轴11以及顶环主体10内形成有多个流路290，这些流路290分别被连接在压力室50～53、以及保持环压力室63。另外，图34中只图示多个流路290中的一部分。这些多个流路290不是由管子等配管部件构成的，而是在顶环轴11以及顶环主体10上通过切削孔而形成的。
图35是表示顶环1的又一实施方式的部分截面图。在驱动环40b安装有向半径方向内侧延伸的多个挡块销295。这些挡块销295分别插入于形成在支架43外周面的多个凹部43c中。通过这样的构成，当为了维护而拆卸支架43、驱动环40b、以及保持环40时，支架43和驱动环40b不会完全分离。
在保持环40内埋设有增强环297。该增强环297被配置在驱动环40b和环部件40a之间，被配置为和保持环40同心。增强环297是用于防止研磨中接受晶片和研磨垫2的摩擦力的保持环40的变形的部件。驱动环40b的外周面设置有罩环298。在罩环298和驱动环40b之间配置有O型圈301，并且在罩环298和环部件40a之间配置有O型圈302。通过这些O型圈301、302防止研磨液等液体向顶环1的浸入。
上述的研磨装置以及研磨方法的实施方式能够进行适当的组合。
到这里，对本发明的一实施方式进行了说明，但是，本发明不限于上述的实施方式，在其技术思想的范围内可以实施各种不同的方式，这是不言而喻的。

Claims (12)

1.一种研磨装置，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，其特征在于，
包括：
基板保持装置，该基板保持装置具有配置为包围基板保持面且与所述研磨面接触的保持环，该基板保持面将所述基板相对于所述研磨面按压；
旋转机构，该旋转机构使所述基板保持装置以其轴心为中心旋转；以及
至少一个局部负荷施加机构，该局部负荷施加机构在相对所述研磨面垂直的方向上向所述保持环的一部分施加局部负荷，从而使所述保持环相对于所述基板保持面倾斜，
所述基板保持装置还具有：
支架，该支架具有所述基板保持面；
顶环基台，该顶环基台连结于所述旋转机构，且能够与所述保持环一起旋转；以及
弹性膜，该弹性膜连结所述支架与所述顶环基台，
由所述支架、所述顶环基台及所述弹性膜形成压力室，
所述局部负荷施加机构不和所述基板保持装置一体地旋转。
2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述基板保持面以及所述保持环能够彼此相对地上下运动。
3.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述基板保持装置还具有在所述基板的研磨中接受从该基板对所述保持环施加的横方向的力的支撑机构。
4.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述局部负荷施加机构包括用于将所述局部负荷施加于所述保持环的一部分的气缸。
5.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述局部负荷施加机构包括用于将所述局部负荷施加于所述保持环的一部分的磁铁。
6.如权利要求5所述的研磨装置，其特征在于，所述磁铁是电磁铁，该电磁铁有选择地对所述保持环的一部分施加向下的局部负荷或者向上的局部负荷。
7.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述局部负荷施加机构的设置位置能够变更。
8.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨装置还具有使所述研磨面相对于所述基板保持装置相对地向水平方向移动的研磨面移动机构，
所述局部负荷施加机构在所述研磨面的移动方向位于所述基板的下游侧。
9.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述至少一个局部负荷施加机构是多个局部负荷施加机构。
10.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还具有测量所述保持环的铅垂方向的移位的保持环高度传感器。
11.如权利要求10所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置根据所述保持环的铅垂方向的移位的测量结果变更所述局部负荷的大小以及位置中的任一方、或者两方。
12.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨装置还具有膜厚传感器，该膜厚传感器在所述基板的研磨中一边横穿所述基板的表面一边在该基板的多个区域中取得表示所述基板的膜厚的膜厚信号，
根据所取得的所述膜厚信号变更所述局部负荷的大小以及位置中的任一方、或者两方。
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