(57)【要約】【課題】ウェーハの状態変化を正確に検出することができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨面２ａを有する研磨パッド２を支持するための研磨テーブル３と、ウェーハＷを研磨面２ａに押し付けるための押圧面４５ａを有する回転可能なヘッド本体１１と、押圧面４５ａを囲むように配置され、かつヘッド本体１１と共に回転しながら研磨面２ａを押し付けるためのリテーナリング２０と、リテーナリング２０と共に回転しない非回転部材９１と、リテーナリング２０と非回転部材９１の両方に接触している振動伝達部材２１，５１と、非回転部材９１に固定されたセンサ１００を備えている。【選択図】図４
2020189366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有する研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
ウェーハを前記研磨面に押し付けるための押圧面を有する回転可能なヘッド本体と、
前記押圧面を囲むように配置され、かつ前記ヘッド本体と共に回転しながら前記研磨面を押し付けるためのリテーナリングと、
前記リテーナリングと共に回転しない非回転部材と、
前記リテーナリングと前記非回転部材の両方に接触している振動伝達部材と、
前記非回転部材に固定されたセンサを備えている、研磨装置。
【請求項２】
前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する状態検出部をさらに備えている、請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記状態検出部は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの表面状態の変化点を検出するように構成されている、請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記状態検出部は、前記センサの出力信号の振幅がしきい値を上回った時点または下回った時点である前記表面状態の変化点を検出するように構成されている、請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記状態検出部は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出するように構成されている、請求項２に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記状態検出部は、前記センサの出力信号がしきい値を下回った時点である前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出するように構成されている、請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記非回転部材に連結され、前記非回転部材を前記リテーナリングに向かって押す局所荷重付与装置をさらに備えている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記振動伝達部材は、前記リテーナリングの周方向に沿って配列された複数のローラーを有する回転リングを備えており、前記回転リングは前記リテーナリングと一体に回転可能である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記センサは、前記研磨面の進行方向において、前記リテーナリングの下流側部位の上方に配置されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記センサは、前記研磨面の進行方向において、前記リテーナリングの上流側部位の上方に配置されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記センサは、前記非回転部材に固定された複数のセンサである、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項１２】
研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させ、
押圧面を有するヘッド本体を回転させながら、前記押圧面でウェーハを前記研磨パッドの研磨面に押し付け、
前記ウェーハを囲むように配置されたリテーナリングを、前記ヘッド本体および前記ウェーハと共に回転させながら前記研磨面に押し付け、
前記リテーナリングから非回転部材に振動伝達部材を介して伝達された振動を、前記非回転部材に固定されたセンサで測定する、研磨方法。
【請求項１３】
前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する工程をさらに含む、請求項１２に記載の研磨方法。
【請求項１４】
前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する工程は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの表面状態の変化点を検出する工程である、請求項１３に記載の研磨方法。
【請求項１５】
前記センサの出力信号に基づいて前記表面状態の変化点を検出する工程は、前記センサの出力信号の振幅がしきい値を上回った時点または下回った時点である前記表面状態の変化点を検出する工程である、請求項１４に記載の研磨方法。
【請求項１６】
前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する工程は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出する工程である、請求項１３に記載の研磨方法。
【請求項１７】
前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出する工程は、前記センサの出力信号がしきい値を下回った時点である前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出する工程である、請求項１６に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハを研磨する研磨装置および研磨装置に関し、特にウェーハの研磨中にウェーハの状態変化を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学機械研磨（以下、ＣＭＰという）は、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだスラリーを研磨パッドの研磨面上に供給しつつウェーハを研磨面に摺接させて研磨を行う技術である。研磨パッドは、研磨テーブルに支持され、研磨テーブルとともに回転する。スラリーは、回転する研磨パッドの研磨面上に供給され、ウェーハは研磨ヘッドにより研磨面に押し付けられる。ウェーハの表面は、スラリーの化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用により研磨される。
【０００３】
ＣＭＰでは、ウェーハの研磨終点検出や、ウェーハの研磨条件調節のために、ウェーハの状態変化を正確に検出することが重要である。通常、研磨されるウェーハは、複数の膜を含む多層構造を有している。ウェーハを研磨しているとき、ウェーハの露出面を構成する上層膜は、スラリーの存在下で研磨パッドに摺接される。上層膜が研磨によって除去されると、下層膜が露出し、この露出した下層膜がスラリーの存在下で研磨パッドに摺接される。
【０００４】
通常、下層膜と研磨パッドとの摩擦力は、上層膜と研磨パッドとの摩擦力とは異なる。このため、上層膜が除去されて下層膜が露出したとき、研磨テーブルを回転させるために必要なモータ電流が変化する。したがって、ウェーハの表面状態の変化点、すなわち上層膜が除去された点は、モータ電流の変化から決定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、モータ電流の変化に基づく上記検出方法は、モータ電流があまり変化しない場合には、ウェーハの表面状態の変化点を正確に検出することができない。例えば、ウェーハの多層構造を構成する上層膜と下層膜との組成が類似している場合は、上層膜が除去されて下層膜が露出したときにモータ電流が大きく変化しないことがある。このような場合は、ウェーハの表面状態の変化点を正確に検出することが難しい。
【０００７】
そこで、本発明は、ウェーハの状態変化を正確に検出することができる研磨装置および研磨方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、研磨面を有する研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、ウェーハを前記研磨面に押し付けるための押圧面を有する回転可能なヘッド本体と、前記押圧面を囲むように配置され、かつ前記ヘッド本体と共に回転しながら前記研磨面を押し付けるためのリテーナリングと、前記リテーナリングと共に回転しない非回転部材と、前記リテーナリングと前記非回転部材の両方に接触している振動伝達部材と、前記非回転部材に固定されたセンサを備えている、研磨装置が提供される。
【０００９】
一態様では、前記研磨装置は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する状態検出部をさらに備えている。
一態様では、前記状態検出部は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの表面状態の変化点を検出するように構成されている。
一態様では、前記状態検出部は、前記センサの出力信号の振幅がしきい値を上回った時点または下回った時点である前記表面状態の変化点を検出するように構成されている。
一態様では、前記状態検出部は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出するように構成されている。
一態様では、前記状態検出部は、前記センサの出力信号がしきい値を下回った時点である前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出するように構成されている。
【００１０】
一態様では、前記研磨装置は、前記非回転部材に連結され、前記非回転部材を前記リテーナリングに向かって押す局所荷重付与装置をさらに備えている。
一態様では、前記振動伝達部材は、前記リテーナリングの周方向に沿って配列された複数のローラーを有する回転リングを備えており、前記回転リングは前記リテーナリングと一体に回転可能である。
一態様では、前記センサは、前記研磨面の進行方向において、前記リテーナリングの下流側部位の上方に配置されている。
一態様では、前記センサは、前記研磨面の進行方向において、前記リテーナリングの上流側部位の上方に配置されている。
一態様では、前記センサは、前記非回転部材に固定された複数のセンサである。
【００１１】
一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルを回転させ、押圧面を有するヘッド本体を回転させながら、前記押圧面でウェーハを前記研磨パッドの研磨面に押し付け、前記ウェーハを囲むように配置されたリテーナリングを、前記ヘッド本体および前記ウェーハと共に回転させながら前記研磨面に押し付け、前記リテーナリングから非回転部材に振動伝達部材を介して伝達された振動を、前記非回転部材に固定されたセンサで測定する、研磨方法が提供される。
【００１２】
一態様では、前記研磨方法は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する工程をさらに含む。
一態様では、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する工程は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの表面状態の変化点を検出する工程である。
一態様では、前記センサの出力信号に基づいて前記表面状態の変化点を検出する工程は、前記センサの出力信号の振幅がしきい値を上回った時点または下回った時点である前記表面状態の変化点を検出する工程である。
一態様では、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハの状態変化を検出する工程は、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出する工程である。
一態様では、前記センサの出力信号に基づいて前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出する工程は、前記センサの出力信号がしきい値を下回った時点である前記ウェーハと前記リテーナリングとの接触状態の変化点を検出する工程である。
【発明の効果】
【００１３】
ウェーハの研磨中は、ウェーハと研磨パッドとの摩擦力により、ウェーハは回転しながらリテーナリングに押し付けられる。ウェーハとの接触に起因して、ウェーハからリテーナリングに衝撃が連続的に加えられる。ウェーハのみならず、研磨パッドも回転しているので、リテーナリングに加えられる衝撃によりリテーナリングは振動する。
【００１４】
ウェーハの研磨によりウェーハの表面を構成する上層膜が除去されると、下層膜が露出する。通常、下層膜と研磨パッドとの摩擦力は、上層膜と研磨パッドとの摩擦力とは異なる。この摩擦力の違いは、ウェーハからリテーナリングに加えられる衝撃の違いを生じさせ、結果的にリテーナリングの振動の仕方を変化させる。センサは、振動伝達部材を介して非回転部材に伝達されるリテーナリングの振動を検出する。センサの出力信号の変化、すなわちリテーナリングの振動の変化は、ウェーハの研磨された表面状態の変化を示している。したがって、状態検出部は、センサの出力信号に基づいて、ウェーハの研磨された表面状態の変化点を検出することができる。
【００１５】
ウェーハの研磨中、ウェーハはリテーナリングに対して相対的に回転し、やがてウェーハの周縁部に形成されているノッチはリテーナリングの内面に対向する。ノッチは切り欠きであるので、ノッチがリテーナリングの内面に対向しているとき、ウェーハからリテーナリングに加えられる衝撃が低下する。結果的にリテーナリングの振動の仕方が変化する。状態検出部は、センサの出力信号に基づいて、ウェーハとリテーナリングとの接触状態の変化点、すなわちウェーハのノッチがリテーナリングの内面に対向した時点を検出することができる。
【００１６】
特に、センサは、非回転部材に固定されているので、センサは定位置でリテーナリングの振動を感知することができる。結果として、状態検出部は、センサの出力信号に基づいて、ウェーハの状態変化を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】研磨装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】局所荷重付与装置を示す斜視図である。
【図３】研磨中のウェーハと押圧部材との位置関係を模式的に示した上面図である。
【図４】研磨ヘッドの断面図である。
【図５】ローラーと円環レールとを示す斜視図である。
【図６】センサの配置を模式的に示す上面図である。
【図７】時間軸に沿ったセンサの出力信号の一例を示すグラフである。
【図８】複数のセンサを、リテーナリングの下流側部位の上方に配置した一実施形態を示す上面図である。
【図９】複数のセンサを、リテーナリングの下流側部位の上方に配置した他の実施形態を示す上面図である。
【図１０】センサを、リテーナリングの上流側部位の上方に配置した一実施形態を示す断面図である。
【図１１】センサを、リテーナリングの上流側部位および下流側部位の上方に配置した一実施形態を示す断面図である。
【図１２】ウェーハがリテーナリングに対して相対的に回転するにつれて変化するセンサの出力信号を示すグラフである。
【図１３】ノッチとは反対側に位置するエッジ領域での膜厚が大きいウェーハを研磨するときの模式図である。
【図１４】研磨装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図１５】センサを、リテーナリングの上流側部位の上方に配置した一実施形態を示す断面図である。
【図１６】センサを、リテーナリングの上流側部位および下流側部位の上方に配置した一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。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１は、基板の一例であるウェーハを保持し回転させる研磨ヘッド１０と、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、研磨パッド２にスラリーを供給するスラリー供給ノズル５とを備えている。研磨パッド２の上面は、ウェーハを研磨する研磨面２ａを構成する。研磨パッド２は、研磨テーブル３と一体に回転するように構成されている。
【００１９】
研磨ヘッド１０は研磨ヘッドシャフト１２の下端に連結されている。この研磨ヘッドシャフト１２はヘッドアーム１６により回転可能に保持されている。ヘッドアーム１６内には、研磨ヘッドシャフト１２を回転させる回転装置（図示せず）と、研磨ヘッドシャフト１２を上昇および下降させる昇降装置（図示せず）が配置されている。研磨ヘッド１０は回転装置により研磨ヘッドシャフト１２を介して回転し、昇降機構により研磨ヘッド１０が研磨ヘッドシャフト１２を介して上昇および下降されるようになっている。ヘッドアーム１６は旋回軸１５に固定されており、旋回軸１５の回転により研磨ヘッド１０を研磨テーブル３の外側に移動させることが可能となっている。
【００２０】
研磨ヘッド１０は、その下面に真空吸引によりウェーハを保持できるように構成されている。研磨ヘッド１０および研磨テーブル３（研磨パッド２）は、矢印で示すように同じ方向に回転し、この状態で研磨ヘッド１０は、ウェーハを研磨パッド２の研磨面２ａに押し付ける。スラリーはスラリー供給ノズル５から研磨パッド２の研磨面２ａ上に供給され、ウェーハは、スラリーの存在下で研磨面２ａと摺接される。ウェーハの表面は、スラリーの化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用により研磨される。
【００２１】
研磨ヘッド１０は、ウェーハを研磨パッド２に対して押圧するヘッド本体１１と、ウェーハを囲むように配置されたリテーナリング２０とを備えている。ヘッド本体１１およびリテーナリング２０は、研磨ヘッドシャフト１２と一体に回転するように構成されている。リテーナリング２０は、ヘッド本体１１とは独立して上下動可能に構成されている。リテーナリング２０は、ヘッド本体１１から半径方向外側に張り出している。ウェーハの研磨中、リテーナリング２０は研磨パッド２の研磨面２ａに接触し、回転しながらウェーハの外側で研磨パッド２を押し付ける。
【００２２】
研磨装置は、複数のローラー（後述する）を備えた回転リング５１と、非回転部材としての静止リング９１とをさらに備えている。回転リング５１は、リテーナリング２０と共に回転可能に配置されている。静止リング９１は、回転リング５１上に配置されている。回転リング５１はリテーナリング２０と共に回転するが、静止リング９１はリテーナリング２０と共に回転せず、静止している。
【００２３】
研磨装置１は、リテーナリング２０の一部に局所荷重を加える第１局所荷重付与装置３０Ａと、リテーナリング２０の一部に局所荷重を加える第２局所荷重付与装置３０Ｂをさらに備えている。局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂは、リテーナリング２０の上方に配置されている。局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂは、ヘッドアーム１６に固定されている。研磨中のリテーナリング２０はその軸心を中心に回転するが、局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂはリテーナリング２０と共に回転せず、静止している。静止リング９１は、局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂに連結されている。第１局所荷重付与装置３０Ａは、研磨パッド２の研磨面２ａの進行方向においてリテーナリング２０の上流側（研磨面２ａが流入するリテーナリング２０の一方側）に配置されており、第２局所荷重付与装置３０Ｂは、研磨パッド２の研磨面２ａの進行方向においてリテーナリング２０の下流側（研磨面２ａが流出するリテーナリング２０の反対側）に配置されている。
【００２４】
図２は局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂを示す斜視図である。図２に示すように、複数の局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂは、静止リング９１に下向きの局所荷重を与える複数の押圧部材３１Ａ，３１Ｂと、複数のブリッジ３３Ａ，３３Ｂと、下向きの力を発生する複数のエアシリンダ３５Ａ，３５Ｂと、エアシリンダ３５Ａ，３５Ｂ内の圧縮気体の圧力を調節する複数の圧力レギュレータＲ１，Ｒ２と、複数のリニアガイド３８Ａ，３８Ｂと、複数のガイドロッド３９Ａ，３９Ｂと、複数のユニットベース４０Ａ，４０Ｂとを備えている。
【００２５】
具体的には、第１局所荷重付与装置３０Ａは、第１押圧部材３１Ａと、第１ブリッジ３３Ａと、第１エアシリンダ３５Ａと、第１圧力レギュレータＲ１と、第１リニアガイド３８Ａと、第１ガイドロッド３９Ａと、第１ユニットベース４０Ａとを備えている。第２局所荷重付与装置３０Ｂは、第２押圧部材３１Ｂと、第２ブリッジ３３Ｂと、第２エアシリンダ３５Ｂと、第２圧力レギュレータＲ２と、第２リニアガイド３８Ｂと、第２ガイドロッド３９Ｂと、第２ユニットベース４０Ｂとを備えている。
【００２６】
第１エアシリンダ３５Ａのピストンロッド３６ａは、第１ブリッジ３３Ａを介して第１押圧部材３１Ａに連結され、第１押圧部材３１Ａの端部は静止リング９１に連結されている。したがって、第１エアシリンダ３５Ａによって発生した力は第１押圧部材３１Ａに伝えられ、第１押圧部材３１Ａは静止リング９１の一部に局所荷重を加える。同様に、第２エアシリンダ３５Ｂのピストンロッド３６ｂは、第２ブリッジ３３Ｂを介して第２押圧部材３１Ｂに連結され、第２押圧部材３１Ｂの端部は静止リング９１に連結されている。したがって、第２エアシリンダ３５Ｂによって発生した力は第２押圧部材３１Ｂに伝えられ、第２押圧部材３１Ｂは静止リング９１の一部に局所荷重を加える。
【００２７】
本実施形態では、第１エアシリンダ３５Ａと第１圧力レギュレータＲ１との組み合わせは、第１押圧部材３１Ａから静止リング９１に加えられる局所荷重を調節する第１アクチュエータ３７Ａを構成し、第２エアシリンダ３５Ｂと第２圧力レギュレータＲ２との組み合わせは、第２押圧部材３１Ｂから静止リング９１に加えられる局所荷重を調節する第２アクチュエータ３７Ｂを構成する。一実施形態では、第１アクチュエータ３７Ａおよび第２アクチュエータ３７Ｂのそれぞれは、サーボモータと、ボールねじ機構と、モータドライバとの組み合わせから構成されてもよい。
【００２８】
第１押圧部材３１Ａは２つの押圧ロッド３２ａを含んでおり、第２押圧部材３１Ｂは２つの押圧ロッド３２ｂを含んでいる。押圧ロッド３２ａおよび押圧ロッド３２ｂは静止リング９１に連結されている。第１押圧部材３１Ａは、研磨パッド２の研磨面２ａの進行方向においてリテーナリング２０の上流側で静止リング９１に接続されており、第２押圧部材３１Ｂは、研磨パッド２の研磨面２ａの進行方向においてリテーナリング２０の下流側で静止リング９１に接続されている。言い換えれば、第１押圧部材３１Ａは、研磨パッド２の研磨面２ａの進行方向において静止リング９１の上流側の部分に局所荷重を加えるように構成されており、第２押圧部材３１Ｂは、研磨パッド２の研磨面２ａの進行方向において静止リング９１の下流側の部分に局所荷重を加えるように構成されている。
【００２９】
局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂは、ユニットベース４０Ａ，４０Ｂを介してヘッドアーム１６に固定されている。したがって、ウェーハの研磨中、研磨ヘッド１０およびウェーハは回転している一方で、局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂは静止している。同様に、ウェーハの研磨中、回転リング５１は研磨ヘッド１０と共に回転している一方で、静止リング９１は静止している。
【００３０】
局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂは同一の構成を有する。以下の説明は第１局所荷重付与装置３０Ａに関するものであるが、第２局所荷重付与装置３０Ｂにも同様に適用される。第１ユニットベース４０Ａには、第１エアシリンダ３５Ａおよび第１リニアガイド３８Ａが取り付けられている。第１エアシリンダ３５Ａのピストンロッド３６ａおよび第１ガイドロッド３９Ａは、第１ブリッジ３３Ａに接続されている。第１ガイドロッド３９Ａは第１リニアガイド３８Ａにより低摩擦で上下動可能に支持されている。第１リニアガイド３８Ａにより、第１ブリッジ３３Ａは傾くことなく滑らかに上下動可能となっている。
【００３１】
エアシリンダ３５Ａ，３５Ｂは、気体移送ラインＦ１，Ｆ２を通じて圧縮気体供給源（図示せず）に接続されている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２は、気体移送ラインＦ１，Ｆ２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，Ｒ２を通ってエアシリンダ３５Ａ，３５Ｂにそれぞれ独立に供給される。
【００３２】
圧力レギュレータＲ１，Ｒ２は、エアシリンダ３５Ａ，３５Ｂ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，Ｒ２は、エアシリンダ３５Ａ，３５Ｂ内の圧縮気体の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、エアシリンダ３５Ａ，３５Ｂは、互いに独立して力を発生させることが可能となる。
【００３３】
研磨装置１は、制御部４２をさらに備えている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ２は、制御部４２に電気的に接続されている。ウェーハＷの研磨中、制御部４２は、圧力レギュレータＲ１，Ｒ２のうちのいずれか１つに指令を出して、エアシリンダ３５Ａまたはエアシリンダ３５Ｂ内の圧縮気体の圧力を調節させる。
【００３４】
エアシリンダ３５Ａ，３５Ｂが発生させた力は、ブリッジ３３Ａ，３３Ｂにそれぞれ伝えられる。ブリッジ３３Ａ，３３Ｂは、押圧部材３１Ａ，３１Ｂを介して静止リング９１に接続されており、押圧部材３１Ａ，３１Ｂはブリッジ３３Ａ，３３Ｂに加えられたエアシリンダ３５Ａ，３５Ｂの力を静止リング９１に伝達する。すなわち、第１押圧部材３１Ａは、第１エアシリンダ３５Ａが発生させた力に相当する局所荷重で、静止リング９１の一部を押圧し、第２押圧部材３１Ｂは、第２エアシリンダ３５Ｂが発生させた力に相当する局所荷重で静止リング９１の一部を押圧する。
【００３５】
局所荷重付与装置３０Ａ，３０Ｂのそれぞれは、非回転部材である静止リング９１と、回転部材である回転リング５１をリテーナリング２０に向かって押し、静止リング９１および回転リング５１を介してリテーナリング２０の一部に下向きの局所荷重を与えるように構成される。すなわち、下向きの局所荷重は、静止リング９１および回転リング５１を通じてリテーナリング２０に伝達される。
【００３６】
研磨装置１は、回転リング５１をリテーナリング２０と共に回転させながら、かつ第１押圧部材３１Ａまたは第２押圧部材３１Ｂから静止リング９１に局所荷重を加えながらウェーハを研磨する。ウェーハの研磨中、リテーナリング２０は研磨パッド２の研磨面２ａに接触し、回転しながらウェーハの外側で研磨パッド２を押し付ける。
【００３７】
リテーナリング２０の一部に下向きの局所荷重を与えると、研磨面２ａの一部が上方に盛り上がる。上方に盛り上がった研磨面２ａはウェーハＷに局所的な上向きの力を加える。以下の説明では、この局所的な上向きの力を局所反発力と称する。局所反発力の大きさはリテーナリング２０が研磨パッド２を押し付ける力の大きさに依存し、局所反発力の大きさに従って研磨レートは変化する。すなわち、局所反発力が大きくなるほど、研磨レートは大きくなる。
【００３８】
したがって、第１押圧部材３１Ａまたは第２押圧部材３１Ｂのいずれか一方からリテーナリング２０に局所荷重を加えながらウェーハを研磨することによって、局所荷重に対応した局所反発力を発生させ、局所反発力を受ける部分のウェーハの研磨レートを変化させることができる。
【００３９】
図３は、研磨中のウェーハＷと押圧部材３１Ａ，３１Ｂとの位置関係を模式的に示した上面図である。図３の矢印は、研磨面２ａの進行方向を表す。リテーナリング２０の中心Ｐと、研磨テーブル３の中心Ｏを通る直線を基準直線ＬＯとすると、第１押圧部材３１Ａおよび第２押圧部材３１Ｂは、基準直線ＬＯの両側に位置している。より具体的には、第１押圧部材３１Ａは、研磨面２ａの進行方向において基準直線ＬＯよりも上流側に位置し、第２押圧部材３１Ｂは、研磨面２ａの進行方向において基準直線ＬＯよりも下流側に位置している。本実施形態では、第１押圧部材３１Ａおよび第２押圧部材３１Ｂは、基準直線ＬＯと垂直に交わりかつ中心Ｐを通る直線ＬＰ上に配置されている。
【００４０】
研磨面２ａは、その進行方向に関して基準直線ＬＯの上流側と、基準直線ＬＯの下流側とに分けることができる。基準直線ＬＯの上流側および基準直線ＬＯの下流側は、言い換えれば、研磨面２ａの進行方向に関してリテーナリング２０および静止リング９１の上流側および下流側である。
【００４１】
図３において、直線ＬＰとリテーナリング２０の外周縁との２つの交点のうち上流側の交点を角度０度とし、下流側の交点を角度１８０度とする。基準直線ＬＯとリテーナリング２０の外周縁との２つの交点のうち、研磨面中心側の交点を角度２７０度、研磨面外周側の交点を角度９０度とする。一実施形態では、第１押圧部材３１Ａは、０度±３０度の範囲内に配置され、かつ第２押圧部材３１Ｂは、１８０度±３０度の範囲内に配置されてもよい。さらに一実施形態では、第１押圧部材３１Ａは、０度±６０度の範囲内に配置され、かつ第２押圧部材３１Ｂは、１８０度±６０度の範囲内に配置されてもよい。
【００４２】
次に、研磨ヘッド１０の詳細について説明する。図４は、研磨ヘッド１０の断面図である。研磨ヘッド１０は、ヘッド本体１１とリテーナリング２０とを備えている。ヘッド本体１１は、研磨ヘッドシャフト１２（図１参照）に連結されたキャリア４３と、キャリア４３の下面に取り付けられた弾性膜（メンブレン）４５と、キャリア４３に対するリテーナリング２０の傾動および上下移動を許容しつつリテーナリング２０を支持する球面軸受４７とを備えている。リテーナリング２０は、ドライブリング２１に固定されており、ドライブリング２１は連結部材７５に接続されている。リテーナリング２０は、ドライブリング２１および連結部材７５を介して球面軸受４７に連結され、支持されている。連結部材７５はキャリア４３内で上下動可能に配置されている。
【００４３】
弾性膜４５の下面は押圧面４５ａを構成しており、この押圧面４５ａはウェーハＷの上面（被研磨面とは反対側の面）に接触している。キャリア４３と弾性膜４５との間には複数の圧力室４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄが形成されている。これらの圧力室４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄは、加圧流体ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を通じて圧力調整装置（図示せず）に接続されている。加圧流体ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４には圧力レギュレータＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４が取り付けられている。
【００４４】
圧力室４６Ａ〜４６Ｄに加圧流体（例えば、加圧空気などの加圧気体）が供給されると、圧力室４６Ａ〜４６Ｄ内の流体圧力を受けた弾性膜４５の押圧面４５ａは、ウェーハＷを研磨パッド２の研磨面２ａに対して押し付ける。圧力室４６Ａ〜４６Ｄ内の加圧流体の圧力は、圧力レギュレータＧ１〜Ｇ４によって別々に調節することができる。したがって、研磨ヘッド１０は、圧力室４６Ａ〜４６Ｄに対応するウェーハＷの複数の領域を異なる力で押すことができる。圧力室４６Ａ〜４６Ｄ内に負圧が形成されると、弾性膜４５の押圧面４５ａは上方にへこみ、ウェーハＷは吸盤効果により保持される。一実施形態では、単一の圧力室がキャリア４３と弾性膜４５との間に設けられてもよい。
【００４５】
リテーナリング２０は、ウェーハＷおよび弾性膜４５の押圧面４５ａを囲むように配置されている。このリテーナリング２０の上部は、ドライブリング２１に固定されている。より具体的には、リテーナリング２０は、図示しない複数のボルトによってドライブリング２１に結合されている。
【００４６】
連結部材７５は、ヘッド本体１１の中心部に配置された軸部７６と、この軸部７６から放射状に延びる複数のスポーク７８とを備えている。軸部７６はヘッド本体１１の中央部に配置された球面軸受４７内を縦方向に延びている。軸部７６は、球面軸受４７に縦方向に移動自在に支持されている。ドライブリング２１はスポーク７８に接続されている。このような構成により、連結部材７５、ドライブリング２１、およびリテーナリング２０は、ヘッド本体１１に対して縦方向に移動可能となっている。
【００４７】
球面軸受４７は、内輪４８と、内輪４８の外周面を摺動自在に支持する外輪４９とを備えている。内輪４８は、連結部材７５を介してドライブリング２１に連結されている。外輪４９はキャリア４３に固定されている。連結部材７５の軸部７６は、内輪４８に上下動可能に支持されている。ドライブリング２１およびリテーナリング２０は、連結部材７５を介して球面軸受４７により傾動可能に支持されている。
【００４８】
球面軸受４７は、ドライブリング２１およびリテーナリング２０の上下移動および傾動を許容する一方で、ドライブリング２１およびリテーナリング２０の横方向の移動（水平方向の移動）を制限する。ウェーハＷの研磨中は、リテーナリング２０はウェーハＷと研磨パッド２との摩擦に起因した横方向の力（ウェーハＷの半径方向外側に向かう力）をウェーハＷから受ける。この横方向の力は球面軸受４７によって受けられる。このように、球面軸受４７は、ウェーハＷの研磨中に、ウェーハＷと研磨パッド２との摩擦に起因してリテーナリング２０がウェーハＷから受ける横方向の力（ウェーハＷの半径方向外側に向かう力）を受けつつ、リテーナリング２０の横方向の移動を制限する（すなわちリテーナリング２０の水平方向の位置を固定する）支持機構として機能する。
【００４９】
キャリア４３には、複数対の駆動カラー８０が固定されている。各対の駆動カラー８０は各スポーク７８の両側に配置されており、キャリア４３の回転は、駆動カラー８０を介してスポーク７８およびドライブリング２１に伝達され、ドライブリング２１に固定されたリテーナリング２０は、ヘッド本体１１と一体に回転する。駆動カラー８０はスポーク７８に接触しているだけであり、連結部材７５、ドライブリング２１、およびリテーナリング２０の上下動および傾動を妨げない。
【００５０】
リテーナリング２０の上部は、環状のリテーナリング押圧機構６０にドライブリング２１を介して連結されている。このリテーナリング押圧機構６０は、リテーナリング２０の上面の全体（より具体的には、ドライブリング２１の上面）に均一な下向きの荷重を与え、リテーナリング２０の下面を研磨パッド２の研磨面２ａに対して押圧する。
【００５１】
リテーナリング押圧機構６０は、ドライブリング２１の上部に固定された環状のピストン６１と、ピストン６１の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム６２とを備えている。ローリングダイヤフラム６２の内部には圧力室６３が形成されている。この圧力室６３は加圧流体ラインＬ５を通じて圧力調整装置（図示せず）に接続されている。加圧流体ラインＬ５には圧力レギュレータＧ５が取り付けられている。
【００５２】
圧力室６３に加圧流体（例えば、加圧空気などの加圧気体）が供給されると、ローリングダイヤフラム６２がピストン６１を下方に押し、さらに、ピストン６１はドライブリング２１の全体およびリテーナリング２０の全体を下方に押す。このようにして、リテーナリング押圧機構６０は、リテーナリング２０の下面の全体を研磨パッド２の研磨面２ａに対して押圧する。圧力室６３内の加圧流体の圧力は、圧力レギュレータＧ５によって制御することができる。したがって、リテーナリング２０が研磨パッド２の研磨面２ａを押し付ける力は、圧力レギュレータＧ５によって調節することができる。
【００５３】
回転リング５１は、複数のローラー５２と、これらローラー５２をそれぞれ支持する複数のローラーシャフト５４と、これらローラーシャフト５４を保持するローラーハウジング５５を備えている。図４では、２つのローラー５２のみが描かれているが、本実施形態では、２つよりも多い複数のローラー５２がリテーナリング２０の周方向に沿って均等に配列されている。ローラーシャフト５４も、それぞれのローラー５２に対応して設けられている。ローラーハウジング５５は環状の形状を有しており、ドライブリング２１の上面に固定されている。各ローラー５２はローラーシャフト５４を中心として回転可能となっている。
【００５４】
静止リング９１は、ローラー５２の頂部に接触する円環レール９２と、円環レール９２が固定される環状のレールベース９４とを備えている。ローラー５２は、円環レール９２に転がり接触しながら回転するように構成されている。レールベース９４の上部には押圧ロッド３２ａ，３２ｂが連結されている。
【００５５】
回転リング５１はドライブリング２１に固定されている。したがって、複数のローラー５２を備えた回転リング５１は、ドライブリング２１，リテーナリング２０と一体に回転し、一方で、静止リング９１は回転しない。ローラー５２は、静止リング９１に転がり接触しながら、リテーナリング２０の軸心の周りを回転（移動）する。静止リング９１は、ドライブリング２１およびリテーナリング２０の上方に位置し、ドライブリング２１およびリテーナリング２０に非接触である。本実施形態では、非回転部材である静止リング９１と、回転体であるリテーナリング２０の両方に接触する振動伝達部材は、回転リング５１とドライブリング２１から構成される。振動伝達部材を構成する回転リング５１およびドライブリング２１は、リテーナリング２０と共に回転可能である。回転リング５１およびドライブリング２１は、リテーナリング２０と静止リング９１との間に配置されている。
【００５６】
図５は、ローラー５２と円環レール９２とを示す斜視図である。本実施形態では、２４個のローラー５２が設けられている。ウェーハの研磨中、これらのローラー５２はリテーナリング２０と一体に回転する一方で、円環レール９２は静止している。したがって、各ローラー５２は、円環レール９２に転がり接触する。第１局所荷重付与装置３０Ａおよび第２局所荷重付与装置３０Ｂの荷重は円環レール９２からローラー５２に伝達される。ローラー５２は、荷重の作用点を通過する際にのみ荷重を受ける。
【００５７】
図４に示すように、研磨装置は、非回転部材である静止リング９１に固定されたセンサ１００と、センサ１００の出力信号に基づいてウェーハＷの状態変化を検出する状態検出部１０５をさらに備えている。センサ１００は、研磨ヘッド１０の下流側部位、より具体的には、リテーナリング２０の下流側部位の上方に位置している。このセンサ１００は、ウェーハＷの研磨中に、ウェーハＷからリテーナリング２０に加えられる衝撃を感知するために設けられている。
【００５８】
ウェーハＷの研磨中は、ウェーハＷおよび研磨パッド２はそれぞれ回転しながら、ウェーハＷは研磨パッド２の研磨面２ａに対して押し付けられる。ウェーハＷと研磨パッド２との間には摩擦力が作用し、この摩擦力はウェーハＷをリテーナリング２０の下流側部位に押し付ける。結果として、ウェーハＷからリテーナリング２０に衝撃が連続的に加えられる。ウェーハＷのみならず、研磨パッド２も回転しているので、リテーナリング２０に加えられる連続的な衝撃によりリテーナリング２０は振動する。
【００５９】
リテーナリング２０の振動は、リテーナリング２０に接触するドライブリング２１を通じて回転リング５１に伝達され、さらに回転リング５１に接触する静止リング９１に伝達される。センサ１００は、静止リング９１に固定されている。よって、リテーナリング２０の振動はセンサ１００によって感知される。本実施形態では、センサ１００は、静止リング９１の環状レール９２に固定（例えば埋設）されている。一実施形態では、センサ１００は、静止リング９１のレールベース９４に固定（例えば埋設）されてもよい。
【００６０】
センサ１００は、リテーナリング２０の上方、より具体的には、ローラー５２の上方に位置している。リテーナリング２０の振動は、振動伝達部材として機能するドライブリング２１および回転リング５１を通じて静止リング９１に伝達され、静止リング９１に固定されたセンサ１００によって感知される。
【００６１】
センサ１００の例としては、数Ｈｚ〜数十ｋＨｚの振動を検出可能な加速度センサ、圧力センサ、音波センサ、力センサ（ロードセルなど）、歪センサ、または数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの振動を検出可能なＡＥセンサ（アコースティック・エミッションセンサ）などが挙げられる。ただし、センサ１００のタイプは、リテーナリング２０に加わる衝撃を感知することができる装置であれば、特に限定されない。
【００６２】
センサ１００は、状態検出部１０５に電気的に接続されており、センサ１００の出力信号は状態検出部１０５に送信されるようになっている。状態検出部１０５は、プログラムが格納された記憶装置１０５ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を行う演算装置１０５ｂを備えている。演算装置１０５ｂは、プログラムに含まれ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１０５ａは、演算装置１０５ｂ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。状態検出部１０５は、少なくとも１つのコンピュータから構成されてもよい。
【００６３】
図６は、センサ１００の配置を模式的に示す上面図である。図６に示されている各記号は、図３に示す記号と同じである。図６に示すように、ウェーハＷの研磨中は、ウェーハＷは、リテーナリング２０の下流側部位に押し付けられる。センサ１００は、リテーナリング２０の下流側部位の上方、すなわち振動発生源の直上に配置されている。したがって、センサ１００は、ウェーハＷとリテーナリング２０との接触に起因するリテーナリング２０の振動を正確に感知することができる。
【００６４】
図７は、時間軸に沿ったセンサ１００の出力信号の一例を示すグラフである。ウェーハＷの研磨中、回転するウェーハＷと回転するリテーナリング２０との接触により、リテーナリング２０はある振幅で振動する（上層膜研磨期間Ｔ１）。ウェーハＷの研磨が進行するに伴いウェーハＷの露出面を構成する上層膜が除去されると、上層膜の下に存在する下層膜が露出し始める。通常、下層膜と研磨パッド２との摩擦力は、上層膜と研磨パッド２との摩擦力とは異なる。この摩擦力の違いは、ウェーハＷからリテーナリング２０に加えられる衝撃の違いを生じさせ、結果的にリテーナリング２０の振動の仕方を変化させる。
【００６５】
図７に示す例では、上層膜が徐々に除去されつつ下層膜が出現しているとき、リテーナリング２０の振動を示すセンサ１００の出力信号の振幅は徐々に増加する（遷移期間Ｔ２）。そして、上層膜の全体がウェーハＷから除去されると、下層膜と研磨パッド２との間に作用する摩擦力が支配的となる。結果として、リテーナリング２０の振動を示すセンサ１００の出力信号の振幅はさらに増加する（下層膜研磨期間Ｔ３）。
【００６６】
このように、リテーナリング２０の振動は、ウェーハＷの研磨の進行とともに変化する。センサ１００は、ドライブリング２１および回転リング５１を介して静止リング９１に伝達されるリテーナリング２０の振動を検出する。センサ１００の出力信号の変化、すなわちリテーナリング２０の振動の変化は、ウェーハＷの研磨された表面状態の変化を示している。したがって、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号に基づいて、ウェーハＷの研磨された表面状態の変化点を検出することができる。
【００６７】
特に、センサ１００は、非回転部材である静止リング９１に固定されているので、センサ１００は定位置でリテーナリング２０の振動を感知することができる。結果として、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号に基づいて、ウェーハＷの研磨された表面状態の変化点を正確に検出することができる。
【００６８】
本実施形態では、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号の振幅を算出し、振幅がしきい値を上回った時点であるウェーハＷの表面状態の変化点を検出する。上層膜と下層膜の材料によっては、上層膜が除去されて下層膜が露出したときに、リテーナリング２０の振動が小さくなることもある。よって、この場合は、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号の振幅がしきい値を下回った時点であるウェーハＷの表面状態の変化点を検出する。
【００６９】
ウェーハＷの表面状態の変化点は、ウェーハＷの研磨終点、またはウェーハＷの研磨条件の変更点の指標として用いることができる。よって、一実施形態では、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号に基づいて、ウェーハＷの研磨終点を決定するように構成される。より具体的には、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号の振幅を算出し、振幅がしきい値を上回った時点または下回った時点であるウェーハＷの研磨終点を決定するように構成される。
【００７０】
さらに、一実施形態では、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号に基づいて、ウェーハＷの研磨条件の変更点を決定するように構成される。より具体的には、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号の振幅を算出し、振幅がしきい値を上回った時点または下回った時点であるウェーハＷの研磨条件の変更点を決定するように構成される。ウェーハＷの研磨条件の変更点は、例えば、研磨ヘッド１０がウェーハＷを研磨パッド２に押し付ける力を変える点、あるいは、第１押圧部材３１Ａまたは第２押圧部材３１Ｂのいずれか一方からリテーナリング２０に加える局所荷重を変える点である。
【００７１】
ウェーハＷの研磨中、ウェーハＷはリテーナリング２０の下流側部位に接触するが、ウェーハＷとリテーナリング２０との接触位置は、ある程度の範囲内で変動しうる。そこで、一実施形態では、図８に示すように、複数のセンサ１００を、リテーナリング２０の下流側部位の上方に配置してもよい。これらセンサ１００は、リテーナリング２０の周方向に沿って配列されている。この場合も、複数のセンサ１００は、静止リング９１に固定される。複数のセンサ１００は、ローラー５２の配列間隔と同じ間隔で配列してもよい。図８では、３つのセンサ１００が配置されているが、２つのセンサ１００、あるいは４つ以上のセンサ１００を配置してもよい。
【００７２】
ウェーハとリテーナリング２０との接触点は、ウェーハ自体の構造または研磨条件などのプロセス条件によって変わりうる。例えば、図９に示すように、ウェーハＷとリテーナリング２０との接触点は、リテーナリング２０の下流側の位置からずれることもある。したがって、センサ１００の数および位置は、プロセス条件に基づいて決定される。
【００７３】
図８および図９に示す実施形態によれば、状態検出部１０５は、複数のセンサ１００の少なくとも１つの出力信号に基づいて、ウェーハＷの表面状態の変化点を検出する。一例では、状態検出部１０５は、複数のセンサ１００のそれぞれの出力信号をウェーハＷの研磨中に監視し、複数のセンサ１００のいずれか１つの出力信号の振幅がしきい値を上回った時点または下回った時点であるウェーハＷの表面状態の変化点を検出する。別の例では、状態検出部１０５は、複数のセンサ１００のそれぞれの出力信号をウェーハＷの研磨中に監視し、複数のセンサ１００のそれぞれの出力信号の振幅の平均または合計を算出し、算出された平均または合計がしきい値を上回った時点または下回った時点であるウェーハＷの表面状態の変化点を検出する。
【００７４】
ウェーハＷの研磨中は、第１局所荷重付与装置３０Ａまたは第２局所荷重付与装置３０Ｂのいずれか一方は、リテーナリング２０の上流側部位または下流側部位に下向きの局所荷重を与える。言い換えれば、ウェーハＷのプロセスに依存して、第１局所荷重付与装置３０Ａからリテーナリング２０の上流側部位に下向きの局所荷重を加えることもあるし、あるいは第２局所荷重付与装置３０Ｂからリテーナリング２０の下流側部位に下向きの局所荷重を加えることもある。いずれも場合も、ウェーハＷの研磨中は、ウェーハＷは、ウェーハＷと研磨パッド２との間に作用する摩擦力によってリテーナリング２０の下流側部位に押し付けられる。
【００７５】
第１局所荷重付与装置３０Ａからリテーナリング２０の上流側部位に下向きの局所荷重を加える場合、非回転部材である静止リング９１は、リテーナリング２０の上流側部位の上方で、振動伝達部材（ドライブリング２１および回転リング５１）に押し付けられ、その一方でリテーナリング２０の下流側部位の上方では、静止リング９１は振動伝達部材２１，５１に単に接触しているのみである。したがって、リテーナリング２０の振動は、リテーナリング２０の下流側部位よりも、リテーナリング２０の上流側部位から振動伝達部材（ドライブリング２１および回転リング５１）を通って静止リング９１に伝達されやすい。
【００７６】
そこで、一実施形態では、図１０に示すように、センサ１００は、リテーナリング２０の上流側部位の上方に配置されてもよい。さらに、一実施形態では、ウェーハＷのプロセスの多様性を考慮して、図１１に示すように、２つのセンサ１００をリテーナリング２０の上流側部位および下流側部位に上方にそれぞれ配置してもよい。状態検出部１０５は、２つのセンサ１００のうちのいずれか一方または両方の出力信号に基づいて、ウェーハＷの表面状態の変化点を検出することができる。
【００７７】
上述した各実施形態では、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号に基づいてウェーハＷの表面状態の変化点を検出するように構成されている。一実施形態では、状態検出部１０５は、ウェーハＷの表面状態の変化点のみならず、ウェーハＷの研磨中にウェーハＷとリテーナリング２０との接触状態の変化点を検出することも可能である。
【００７８】
図１２に示すように、ウェーハＷの研磨中、ウェーハＷはリテーナリング２０に対して相対的に少しずつ回転する。一般に、ウェーハＷは、その周縁部にノッチ（切り欠き）Ｖを有している。ウェーハＷはリテーナリング２０に対して相対的に回転し、やがてノッチＶはリテーナリング２０の内面に対向する。ノッチＶは切り欠きであるので、ノッチＶがリテーナリング２０の内面に対向しているとき、ウェーハＷからリテーナリング２０に加えられる衝撃が低下する。結果的にリテーナリング２０の振動の仕方が変化する。
【００７９】
状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号に基づいて、ウェーハＷとリテーナリング２０との接触状態の変化点、すなわちウェーハＷのノッチＶがリテーナリング２０の内面に対向した時点を検出する。より具体的には、状態検出部１０５は、センサ１００の出力信号がしきい値を下回った時点である、ウェーハＷとリテーナリング２０との接触状態の変化点（すなわちウェーハＷのノッチＶがリテーナリング２０の内面に対向した時点）を検出するように構成されている。さらに、状態検出部１０５は、ウェーハＷとリテーナリング２０との接触状態の変化点を検出すると、ウェーハＷの研磨条件を変えるように構成されている。
【００８０】
図４に示す圧力レギュレータＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５は、状態検出部１０５に電気的に接続されており、圧力レギュレータＧ１〜Ｇ５の動作は状態検出部１０５によって制御される。一実施形態では、状態検出部１０５がウェーハＷとリテーナリング２０との接触状態の変化点を検出すると、状態検出部１０５は圧力レギュレータＧ５に指令信号を送信し、圧力室６３内の加圧流体の圧力（すなわち、リテーナリング２０の研磨パッド２の研磨面２ａに対する押付力）を変化させる。例えば、ウェーハＷのある領域での膜厚が他の領域に比べて大きい場合、リテーナリング２０の押付力を増加させる、または低下させることで、膜厚が大きい領域のみで研磨レートを増加させることができる。
【００８１】
図１３は、ノッチＶとは反対側に位置するエッジ領域Ｅ１での膜厚が大きいウェーハＷを研磨するときの模式図である。この例では、リテーナリング２０の研磨パッド２への押付力が大きくなると、ウェーハＷの上流側に位置するエッジ領域Ｅ１での研磨レートが高くなる。このような場合、ノッチＶがリテーナリング２０の下流側に位置しているとき（つまり、ノッチＶがリテーナリング２０の内面に対向した時点を状態検出部１０５が検出したとき）、状態検出部１０５は圧力レギュレータＧ５に指令信号を送信し、圧力室６３内の加圧流体の圧力（すなわち、リテーナリング２０の研磨パッド２の研磨面２ａに対する押付力）を増加させる。このような動作により、エッジ領域Ｅ１での研磨レートが局所的に上昇し、エッジ領域Ｅ１での膜厚を小さくすることができる。結果として、ウェーハＷの表面全体を平坦化することができる。
【００８２】
図１４は、研磨装置の他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図１３を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の研磨装置は、押圧ロッド３２ａ，３２ｂにそれぞれ支持された２つのローラー５２ａ，５２ｂを備えている。これら２つのローラー５２ａ，５２ｂは、リテーナリング２０の上流側部位および下流側部位の上方に配置されている。２つのローラーハウジング５５ａ，５５ｂは、押圧ロッド３２ａ，３２ｂにそれぞれ固定されており、２つのローラーシャフト５４ａ，５４ｂはこれらローラーハウジング５５ａ，５５ｂにそれぞれ支持されている。ローラー５２ａ，５２ｂは、ローラーシャフト５４ａ，５４ｂにそれぞれ支持されており、ローラーシャフト５４ａ，５４ｂを中心に回転可能である。
【００８３】
２つのローラー５２ａ，５２ｂはローラーシャフト５４ａ，５４ｂを中心に回転可能であるが、ローラー５２ａ，５２ｂおよびローラーハウジング５５ａ，５５ｂはリテーナリング２０とともに回転しない。ドライブリング２１はリテーナリング２０とともに回転し、ローラー５２ａ，５２ｂは、ドライブリング２１の上面に転がり接触する。一方、ローラーハウジング５５ａ，５５ｂは、ドライブリング２１およびリテーナリング２０の上方に位置し、ドライブリング２１およびリテーナリング２０に非接触である。本実施形態では、上述した静止リング９１に相当する部材は設けられていない。
【００８４】
センサ１００は、下流側のローラーハウジング５５ｂに固定されている。より具体的には、センサ１００は、下流側のローラーハウジング５５ｂ内に埋設されている。リテーナリング２０の振動は、ドライブリング２１、ローラー５２ｂ、およびローラーシャフト５４ｂを介してローラーハウジング５５ｂに伝達される。したがって、センサ１００は、リテーナリング２０の振動を感知することができる。本実施形態では、非回転部材はローラーハウジング５５ｂであり、非回転部材とリテーナリング２０の両方に接触する振動伝達部材は、ローラーシャフト５４ｂ、ローラー５２ｂ、およびドライブリング２１から構成される。
【００８５】
一実施形態では、図１５に示すように、センサ１００は、上流側のローラーハウジング５５ａに固定（例えば埋設）されてもよい。図１５に示す実施形態では、非回転部材はローラーハウジング５５ａであり、非回転部材とリテーナリング２０の両方に接触する振動伝達部材は、ローラーシャフト５４ａ、ローラー５２ａ、およびドライブリング２１から構成される。
【００８６】
さらに、一実施形態では、図１６に示すように、２つのセンサ１００は、上流側のローラーハウジング５５ａおよび下流側のローラーハウジング５５ｂにそれぞれ固定（例えば埋設）されてもよい。図１６に示す実施形態では、非回転部材はローラーハウジング５５ａ，５５ｂであり、非回転部材とリテーナリング２０の両方に接触する振動伝達部材は、ローラーシャフト５４ａ，５４ｂ、ローラー５２ａ，５２ｂ、およびドライブリング２１から構成される。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
１      研磨装置
２      研磨パッド
２ａ    研磨面
３      研磨テーブル
５      スラリー供給ノズル
１０      研磨ヘッド
１１      ヘッド本体
１２      研磨ヘッドシャフト
１５      旋回軸
１６      ヘッドアーム
２０      リテーナリング
２１    ドライブリング
３０Ａ，３０Ｂ    局所荷重付与装置
３１Ａ，３１Ｂ    押圧部材
３２ａ，３２ｂ    押圧ロッド
３３Ａ，３３Ｂ    ブリッジ
３５Ａ，３５Ｂ    エアシリンダ
３６ａ，３６ｂ    ピストンロッド
３７Ａ，３７Ｂ    アクチュエータ
３８Ａ，３８Ｂ    リニアガイド
３９Ａ，３９Ｂ    ガイドロッド
４０Ａ，４０Ｂ    ユニットベース
４３      キャリア
４５      弾性膜（メンブレン）
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ      圧力室
４７      球面軸受
４８      内輪
４９      外輪
５１      回転リング
５２，５２ａ，５２ｂ      ローラー
５４，５４ａ，５４ｂ      ローラーシャフト
５５，５５ａ，５５ｂ      ローラーハウジング
６０      リテーナリング押圧機構
６１      ピストン
６２      ローリングダイヤフラム
６３      圧力室
７５      連結部材
７６      軸部
７８      スポーク
８０      駆動カラー
９１      静止リング
９２      円環レール
９４      レールベース
１００    センサ
１０５    状態検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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