CN104786139B - 基板保持装置及研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基板保持装置及研磨装置，该基板保持装置具有：顶环主体(10)，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环(40)，该挡环围住基板地配置且与研磨面接触，该基板保持装置具有传动环(41)，该传动环具有：在下表面保持挡环(40)的环部件；配置在顶环主体(10)的中心部且支承于顶环主体(10)的中心部件(41C)；以及将环部件(41R)与中心部件(41C)予以连结用的连结部，传动环(41)由第一材料和纵弹性系数比该第一材料小的第二材料构成。采用本发明，对从挡环传递到顶环主体的振动进行衰减，由此可减轻顶环整体的振动。

Description

基板保持装置及研磨装置

技术领域

本发明涉及一种对晶片等基板进行研磨的研磨装置所使用的基板保持装置，尤其涉及一种对基板进行保持并将其按压到研磨面上的基板保持装置。另外，本发明涉及一种具有这种基板保持装置的研磨装置。

背景技术

近年来，随着半导体器件的高集成化和高密度化的发展，电路的配线也越来越细微化，多层配线的层数也增加。若欲获得电路的细微化和多层配线，则承袭下侧层的表面凹凸且阶梯变得更大，因此，随着配线层数增加，薄膜形成中对于阶梯形状的膜包覆性(阶梯覆盖率)就变差。因此，要进行多层配线，则必须改善该阶梯覆盖率，且在适当的过程中进行平坦化处理。另外，由于光刻技术的细微化和焦点深度变浅，因此，需要对半导体器件表面进行平坦化处理以使半导体器件表面的凹凸阶梯被控制在焦点深度以下。

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越来越重要。该表面平坦化中最重要的技术是化学机械研磨(CMP：Chemiacl Mechaniacal Polishing)。该化学机械研磨是，一边将包含二氧化硅(SiO₂)等磨料在内的研磨液供给到研磨垫的研磨面上、一边使晶片与研磨面滑动接触而进行研磨的技术。

进行CMP用的研磨装置，具有对研磨垫进行支承的研磨台、以及对晶片等基板进行保持用的称为顶环或研磨头等的基板保持装置。在使用这种研磨装置对基板进行研磨时，利用基板保持装置对基板进行保持，同时以规定的压力将基板按压到研磨垫的研磨面上。此时，通过使研磨台和基板保持装置相对运动，从而使基板与研磨面滑动接触，基板的表面被研磨。

当研磨中的基板与研磨垫的研磨面之间的相对按压力在基板的整个面上不均匀时，就与作用在基板各部分上的按压力对应地产生研磨不足或过分研磨。因此，为了使对于基板的按压力均匀化，在基板保持装置的下部设置由薄膜(弹性膜)形成的压力室，将空气等流体供给到该压力室，从而经薄膜利用流体压力而按压基板。

上述研磨垫具有弹性，因此，施加在研磨中的基板边缘部(周缘部)上的按压力就不均匀，有时基板仅仅边缘部被研磨得多，产生所谓“塌边”的问题。为了防止这种塌边，将保持基板边缘部的挡环设成可相对于顶环主体(或托板头主体)上下移动，用挡环来按压位于基板外周缘侧的研磨垫的研磨面。

专利文献1：美国专利申请公开第2013/0324012号说明书

在上述的研磨装置中，由于研磨中基板与研磨垫之间产生摩擦力，因此，由挡环承受该摩擦力，从而基板就不会从顶环主体的下部飞出。另外，如上所述，挡环通过按压研磨垫而使研磨垫变形，利用该变形来控制基板的边缘部(周缘部)的研磨量。

在基板与研磨垫之间的摩擦力高且基板与研磨垫的相对速度低的研磨中，容易产生以滑动粘附等为原因的振动。研磨中的基板有时会因在这种苛刻的研磨条件下产生的振动而从顶环飞出。由于必须避免该领域的研磨，实际的研磨条件比可用研磨工艺设定的范围狭小。缩小这种不可研磨区域就是增加工艺的组合自由度，提高研磨性能。

根据本发明的发明人们的研究，该振动的振动源被认为在研磨垫与基板之间，基板的振动经挡环而传递到顶环主体，挡环的按压因顶环的共振等组合原因而变得不稳定，在挡环与研磨垫之间产生间隙而使研磨中的基板飞出。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于提供一种基板保持装置及研磨装置，通过衰减从挡环传递到顶环主体的振动，从而可减轻顶环整体的振动。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的第一方式是一种基板保持装置，具有：

顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特点是，具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的连结部，所述传动环由第一材料、以及纵弹性系数比该第一材料小的第二材料构成，以使从所述挡环经所述传动环而传递到所述顶环主体的振动衰减，所述传动环和所述挡环都构成为可相对于具有基板保持面的所述顶环主体上下移动以及倾动。

采用本发明，通过由第一材料和纵弹性系数比第一材料小的第二材料构成传动环，从而研磨中挡环所产生的振动当从传动环的第一材料传递到第二材料时，由第二材料衰减。因此，可衰减从挡环经传动环而传递到顶环主体的振动，可衰减顶环整体的振动，可减轻顶环整体的振动。

本发明的较佳方式的特点是，所述第二材料是橡胶材料。

采用本发明，通过第二材料使用橡胶材料，从而可获得较大的振动衰减效果。

本发明的第二方式是一种基板保持装置，具有：顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特征在于，具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的连结部，所述传动环由第一材料、以及纵弹性系数比该第一材料小的第二材料构成，以使从所述挡环经所述传动环而传递到所述顶环主体的振动衰减，所述连结部由多个连结用臂构成，所述传动环和所述挡环都构成为可相对于具有基板保持面的所述顶环主体上下移动以及倾动。

本发明的第三方式是一种基板保持装置，具有：顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特点是，具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的多个连结用臂，所述传动环构成为，利用紧固件连接包含所述中心部件和所述多个连结用臂在内的中心部、与由所述环部件构成的环部，或者构成为，利用紧固件连接包含所述中心部件和所述多个连结用臂的径向内侧部分在内的中心部、与包含所述多个连结用臂的径向外侧部分和所述环部件在内的环部。

采用本发明，将传动环做成二分割为中心部和环部的结构，在中心部与环部的连接部上，可夹装纵弹性系数比该中心部和环部小的部件。由此，研磨中挡环所产生的振动当从传动环的环部传递到中心部时，可由设在连接部上的纵弹性系数小的部件来衰减振动。因此，可减轻顶环整体的振动。

本发明的较佳方式的特点是，所述中心部由第一材料构成，在所述中心部与所述环部的连接部设有由纵弹性系数比第一材料小的第二材料构成的部分。

本发明的较佳方式的特点是，在所述中心部与所述环部的连接部设有橡胶部件。

采用本发明，可由设在传动环的中心部与环部的连接部上的橡胶部件，来获得较大的振动衰减效果。

本发明的第四方式是一种基板保持装置，具有：顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特点是，具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的多个连结用臂，所述中心部件由第一材料构成，在导向轴与所述传动环的中心部件之间，设有由纵弹性系数比该第一材料小的第二材料构成的部分，所述导向轴固定于所述传动环的中心部件，且插入设置在所述顶环主体内的轴承中。

采用本发明，由于在传动环与导向轴的连接部设有橡胶部件，因此，当来自挡环的振动经传动环而传递到导向轴时，就由橡胶部件衰减。因此，可减轻顶环整体的振动。

本发明的较佳方式的特点是，所述第二材料是橡胶部件。

本发明的较佳方式的特点是，所述橡胶部件由EPDM、氟橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶或衰减能力强的合成橡胶构成。

本发明的较佳方式的特点是，所述橡胶部件是模压后的橡胶部件。

采用本发明，利用在零件之间设置间隙、且使橡胶流入此间隙的模压方式，也可在处于连接部的零件之间设置橡胶部件。

本发明的较佳方式的特点是，所述连结用臂的连接部，是为承受拉伸、压缩、剪切、弯曲方向的荷载而对处于面之间的橡胶部件进行压缩的形状。

本发明的较佳方式的特点是，所述传动环被支承成，可利用与该传动环的中心部件连接的导向轴和配置于所述顶环主体的中心部的球面轴承而倾斜和上下动作，所述连结用臂被一对辊夹持，以约束所述传动环的旋转方向上的移动，所述一对辊被支承在对薄膜进行保持的托板上。

采用本发明，利用球面轴承和导向轴的嵌合，允许传动环及挡环的上下移动及倾动，另一方面限制传动环及挡环的横向移动(水平方向移动)。在基板的研磨中，挡环从基板承受因基板与研磨垫的摩擦而引起的横向力(朝向基板的径向外侧的力)。该横向力经传动环而传递到球面轴承，由球面轴承承受。如此，球面轴承在基板的研磨中，承受挡环从基板承受的因基板与研磨垫的摩擦而引起的横向力(朝向基板的径向外侧的力)，且限制挡环的横向移动(即，将挡环水平方向的位置固定)。另外，采用本发明，各连结用臂由固定在托板上的一对辊夹持，以约束传动环的旋转方向上的自由度。

本发明的第五方式是一种研磨装置，其特点是，具有上述任一项所述的基板保持装置、以及对具有研磨面的研磨垫进行支承的研磨台。

发明的效果

采用本发明，通过衰减从挡环经传动环而传递到顶环主体的振动，从而可减轻顶环整体的振动。

另外，采用本发明，由于可抑制在基板与研磨垫之间的摩擦力高且基板与研磨垫的相对速度低的研磨条件下产生的振动，因此，可防止基板的破损，可扩大研磨条件的组合(工艺窗口)。

附图说明

图1是表示具有本发明一实施方式的基板保持装置的研磨装置的整体结构的示意图。

图2是表示研磨装置的详细结构的示图。

图3是顶环的剖视图。

图4是表示传动环的俯视图。

图5是表示在内环与外环之间模压有橡胶的辊的剖视图。

图6是表示本发明的传动环的第一方式的示图，是传动环的分解立体图。

图7(a)、(b)、(c)是表示图6中VII部分的放大图，图7(a)表示中心部与环部连接前的状态，图7(b)表示中心部与环部连接后的状态，图7(c)是表示中心部与环部连接后的状态的俯视图。

图8是表示本发明的传动环的第二方式的示图，是传动环与导向轴的分解立体图。

图9是表示本发明的传动环的第二方式的示图，是表示将传动环与导向轴连接后的状态的局部剖视图。

图10是表示本发明的传动环的第三方式的示图，是传动环的分解立体图。

图11是表示本发明的传动环的第三方式的示图，是图10的XI部的放大图。

符号说明

1 顶环

2 研磨垫

2a 上表面

3 研磨台

3a 台轴

5 研磨液供给机构

10 顶环主体

11 顶环旋转轴

12 导向轴

13 电动机

14 定时带轮

16 顶环头

18 顶环用电动机

19 定时带

20 定时带轮

21 顶环头旋转轴

25 回转接头

26 轴承

27 上下移动机构

28 桥架

29 支承台

30 支柱

32 滚珠丝杠

32a 螺纹轴

38 伺服电动机

39 顶环高度传感器

40 挡环

40R 环部件

41 传动环

41A 连结用臂

41C 中心部件

41R 环部件

41a 中心部

41b 环部

41s 螺纹孔

42 凸缘

43 隔板

44 托板

45 薄膜(弹性膜)

45a 基板保持面

45b 隔壁

46 螺栓

48 螺栓

49 辊

50～53 压力室

55 球面轴承

56 外环

57 内环

57h 贯通孔

58 导向轴

59 凸缘

60 挡环按压机构

61 活塞

62 气囊(滚动膜片)

64 磁铁

65 螺栓

66 夹板

66s 螺纹孔

67 橡胶片

71 橡胶片

72 上凸缘

73 下凸缘

74 螺栓

75 橡胶片

具体实施方式

下面，参照图1至图11来详细说明本发明的基板保持装置及研磨装置的实施方式。另外，在图1至图11中，对于相同或相当的结构要素，标上相同的符号而省略重复说明。

图1是表示具有本发明一实施方式的基板保持装置的研磨装置的整体结构的示意图。如图1所示，研磨装置具有：对研磨垫2进行支承的研磨台3；以及对研磨对象物即晶片等基板W进行保持并将其按压到研磨垫2上的作为基板保持装置的顶环1。

研磨台3经台轴3a而与配置在其下方的电动机(未图示)连结，能够以该台轴3a为中心旋转。研磨垫2贴附在研磨台3的上表面，研磨垫2的上表面2a构成对基板W进行研磨的研磨面。在研磨台3的上方设置有研磨液供给机构5，研磨液利用该研磨液供给机构5而被供给到研磨垫2上。

顶环1与顶环旋转轴11连接，该顶环旋转轴11利用设置在顶环头16上的上下移动机构(未图示)而上下移动。利用该顶环旋转轴11的上下移动，使顶环1整体相对于顶环头16如箭头所示那样升降、定位。此外，顶环旋转轴11利用设置在顶环头16内的旋转机构(未图示)而旋转。因此，顶环1随着顶环旋转轴11的旋转而如箭头所示那样以自身的轴心为中心进行旋转。

图2是表示研磨装置的详细结构的示图。研磨台3经台轴3a而与配置在其下方的电动机13连结，可绕该台轴3a旋转。在研磨台3的上表面贴附有研磨垫2，研磨垫2的上表面构成对基板W进行研磨的研磨面2a。利用电动机13使研磨台3旋转，从而研磨面2a相对于顶环1进行相对移动。

顶环1与顶环旋转轴11连接，该顶环旋转轴11利用上下移动机构27而相对于顶环头16进行上下移动。利用该顶环旋转轴11的上下移动，而使顶环1整体相对于顶环头16升降、定位。在顶环旋转轴11的上端安装有回转接头25。

使顶环旋转轴11及顶环1上下移动的上下移动机构27具有：经轴承26而将顶环旋转轴11支承成可旋转的桥架28；安装在桥架28上的滚珠丝杠32；由支柱30支承的支承台29；以及设在支承台29上的伺服电动机38。对伺服电动机38进行支承的支承台29经支柱30而固定在顶环头16上。

滚珠丝杠32具有：与伺服电动机38连结的螺纹轴32a；以及与该螺纹轴32a螺合的螺母32b。顶环旋转轴11与桥架28成为一体并上下移动。因此，若驱动伺服电动机38，则桥架28经滚珠丝杠32而上下移动，由此，顶环旋转轴11及顶环1进行上下移动。在顶环头16上，设有与桥架28相对的顶环高度传感器39。该顶环高度传感器39根据与顶环1一体进行上下移动的桥架28的位置来测定顶环1的高度。

另外，顶环旋转轴11经键(未图示)而与旋转筒12连结。该旋转筒12的外周部具有定时带轮14。在顶环头16上固定有顶环用电动机18，上述定时带轮14经定时带19而与设在顶环用电动机18上的定时带轮20连接。因此，通过旋转驱动顶环用电动机18，旋转筒12及顶环旋转轴11就经定时带轮20、定时带19及定时带轮14而一体旋转，且顶环1以其轴心为中心进行旋转。顶环头16由顶环头旋转轴21支承，而顶环头旋转轴21可旋转地支承在框架(未图示)上。

顶环1的下表面可保持基板W。顶环头16构成为能够以顶环旋转轴21为中心回旋，下表面保持有基板W的顶环1，利用顶环头16的回旋而从基板W的接受位置移动到研磨台3的上方。并且，使顶环1下降而将基板W按压到研磨垫2的研磨面2a上。此时，使顶环1及研磨台3分别旋转，从设在研磨台3上方的研磨液供给机构5将研磨液供给到研磨垫2上。如此，在研磨垫2与基板W之间存在研磨液的状态下，使基板W与研磨垫2的研磨面2a滑动接触而对基板W的表面进行研磨。

接着，对构成基板保持装置的顶环1进行说明。图3是顶环1的剖视图。如图3所示，顶环1具有：将基板W按压到研磨面2a上的顶环主体10；以及围住基板W配置的挡环40。顶环主体10及挡环40构成为，利用顶环旋转轴11的旋转而一体进行旋转。挡环40构成为，可与顶环主体10独立地上下移动。

顶环主体10具有：圆板状的凸缘42；安装在凸缘42下表面的隔板43；以及安装在隔板43下表面的托板44。凸缘42与顶环旋转轴11连结。托板44经隔板43而与凸缘42连结，凸缘42、隔板43及托板44一体旋转，且上下移动。由凸缘42、隔板43及托板44构成的顶环主体10，由工程塑料(例如PEEK)等树脂形成。另外，也可用SUS、铝等金属形成凸缘42。

在托板44的下表面，安装有与基板W的背面抵接的薄膜(弹性膜)45。薄膜45的下表面构成基板保持面45a。薄膜45具有同心状的多个隔壁45b，由这些隔壁45b而在薄膜45与托板44之间形成有四个压力室，即中央室50、脉动室51、外室52及边端室53。这些压力室50～53经由回转接头25(参照图2)而与压力调整装置(未图示)连接，就从压力调整装置供给加压流体。压力调整装置可独立地调整这些四个压力室50～53内的压力。此外，压力调整装置也可将压力室50～53内形成负压。薄膜45在与脉动室51或外室52对应的位置具有通孔(未图示)，通过对该通孔形成负压，就可将基板W保持在顶环1的基板保持面45a上。薄膜45由乙烯丙烯橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶、硅橡胶等强度及耐久性优异的橡胶材料形成。中央室50、脉动室51、外室52及边端室53也可与大气开放机构(未图示)连接，将中央室50、脉动室51、外室52及边端室53向大气开放。

挡环40配置成将顶环主体10的托板44及薄膜45围住的状态。该挡环40利用在圆周方向隔开间隔地配置的多个螺栓46而与传动环41结合。传动环41具有：下表面保持挡环40的环部件41R；配置在顶环主体10的中心部上且支承在顶环主体10上的中心部件41C；以及将环部件41R和中心部件41C予以连结用的多个连结用臂41A(后述)。挡环40围住基板W的外周缘地配置，将基板W保持成，在基板W的研磨中基板W不会从顶环1飞出。

在托板44的中央部配置有球面轴承55。球面轴承55包括固定在托板44上的外环56、和支承在外环56上的内环57，且利用凸缘59而固定在托板44的中央部。外环56的内周面与内环57的外周面形成在以支点O为中心的球面上并成为球面滑动接触，内环57能够以支点O为中心而相对于外环56向所有方向(360°)倾动。

另一方面，在处于传动环41中心部的中心部件41C上，利用多个螺栓48而固定有导向轴58。并且，导向轴58的轴部嵌合在内环57的贯通孔57h内，导向轴58可相对于球面轴承55的内环57而向上下方向移动。因此，与导向轴58连结的传动环41经球面轴承55的直动导向件而定位在托板44上。导向轴58由不锈钢(例如SUS304)等金属或陶瓷制作。当测定基板膜厚的传感器为涡电流式时必须使用陶瓷。

球面轴承55的材质，使用工程塑料等摩擦阻力低而耐磨损性高的树脂或陶瓷，但也可使用不锈钢等金属材料。

通过球面轴承55与导向轴58的互相嵌合，从而允许传动环41及挡环40的上下移动及倾动，另一方面，限制传动环41及挡环40的横向移动(水平方向移动)。在基板的研磨中，挡环40从基板承受因基板与研磨垫2的摩擦而引起的横向力(朝向基板的径向外侧的力)。该横向力经传动环41而传递到球面轴承55，由球面轴承55承受。如此，球面轴承55在基板的研磨中起到如下的支承机构的作用：承受挡环40从基板承受的因基板与研磨垫2的摩擦而引起的横向力(朝向基板的径向外侧的力)，且限制挡环40的横向移动(即，将挡环40的水平方向的位置固定)。

如图3所示，传动环41的上部与环状的挡环按压机构60连结，该挡环按压机构60对传动环41的整个上表面赋予均匀的向下方的荷载，由此，将挡环40的下表面按压到研磨垫2的研磨面2a上。

挡环按压机构60具有：位于传动环41正上方的活塞61；以及与活塞61的上表面连接的环状的滚动膜片62。在滚动膜片62的内部形成有挡环压力室63。该挡环压力室63经由回转接头25(参照图2)而与所述压力调整装置连接。当从该压力调整装置将加压流体(例如加压空气)供给到挡环压力室63时，滚动膜片62将活塞61下推到下方，此外，活塞61将传动环41整体下推到下方。这样，挡环按压机构60将挡环40的下表面按压到研磨垫2的研磨面2a上。此外，通过由压力调整装置将挡环压力室63内形成负压，从而可使挡环40及传动环41整体上升。挡环压力室63也可与大气开放机构(未图示)连接，将挡环压力室63予以大气开放。

传动环41可装拆地与挡环按压机构60连结。更具体地说，活塞61由金属等磁性材料形成，传动环41的上部配置有沿圆周方向隔开间隔的多个磁铁64(图3中仅示出一个磁铁64)。通过这些磁铁64吸引活塞61，从而传动环41就利用磁力而固定在活塞61上。作为活塞61的磁性材料，例如使用耐腐蚀性的磁性不锈钢。另外，也可用磁性材料形成传动环41，在活塞61上配置磁铁。

如图3所示，顶环旋转轴11与凸缘42连接，对顶环整体进行保持。薄膜压力、挡环压力的配管在顶环旋转轴内通过而被供给。顶环旋转轴11与滚珠丝杠32和电动机38(参照图2)连接，控制研磨时顶环1的高度。在使用薄膜45进行研磨的顶环1中，研磨特性因薄膜45的变形情况而变化。由于薄膜45在上下方向上显示出非线性的伸长，因此，若顶环1的高度变化，则薄膜45对基板的面压分布就产生变化。因此，需要将保持薄膜45的托板44与研磨垫2的距离维持成相等，使变形形状均匀以获得稳定的研磨特性。在本发明中，研磨时的顶环1的高度被控制成，薄膜45、基板W及研磨垫2的相对位置关系成为最适于研磨加工的位置。

挡环40因在研磨中与研磨垫2的摩擦而减损。为了即使减损也能维持对研磨垫2的按压力，挡环40相对于保持薄膜的托板44而自由地上下移动。为了即使顶环1高度产生变化也能使挡环40与研磨垫2接触，挡环40由气囊(滚动膜片62)加压。尤其，气囊(滚动膜片62)按图3所示那样，是在活塞61的内径侧和外径侧设有折返的形状，活塞61上下移动时该折返部就滚动地移动。由此，即使活塞61上下移动，橡胶的伸长量也不产生变化，因此可抑制推力的损失。

图4是表示传动环41的俯视图。如图4所示，传动环41具有：下表面保持挡环40的环部件41R；处于中心部的轮毂状的中心部件41C；将中心部件41C和环部件41R予以连结用的放射状延伸的多个连结用臂41A。在图4中，图示了用于将挡环40固定在环部件41R的下表面的、在圆周方向上隔开间隔地配置的许多螺栓46。在处于中心部的中心部件41C上利用多个螺栓48而固定有所述导向轴58。将中心部件41C和环部件41R予以连结用的放射状延伸的多个连结用臂41A，被二分割成径向内侧部分和径向外侧部分且用螺栓65连结(后述)。各连结用臂41A由固定在托板44上的一对辊49、49夹持，以约束传动环41的旋转方向上的自由度。

在研磨处理前后对所处理的基板进行交接。在基板的交接动作中，由于位于基板外周的挡环40产生妨碍，因此需要从外方将挡环40上推的机构。该上推机构称为推杆，或称为挡环工位。另外，当上推机构下降时，挡环40需要因自重而落下，返回到原来位置。为了在这些上推动作和落下动作之际不妨碍对挡环40进行保持的传动环41的上下动作，在辊49与传动环41之间需要间隙尺寸。在本实施方式中，在辊49与传动环41的连结用臂41A之间设定有0.2～0.5mm左右的间隙，传动环41的倾动和上下动作不被过度约束。

辊49也可是树脂的一体物，但是，在内环与外环之间模压有橡胶更好，以可吸收振动或吸收制作误差所产生的辊49与传动环41的错位。

图5是表示在内环与外环之间模压有橡胶的辊的剖视图。如图5所示，连结用臂41A由一对辊49、49夹持。在各辊49与连结用臂41A之间，如上所述设定有0.2～0.5mm左右的间隙。各辊49由内环49a、外环49b及被模压在内外环之间的橡胶49c构成。在内环49a的内侧设有轴49d，轴49d的两端支承在托板44上(未图示)。如图5所示，橡胶49c被模压在内环49a与外环49b之间，从而可吸收振动、以及因制作误差所产生的辊49与传动环41的错位。

图6及图7(a)、(b)、(c)是表示本发明的传动环41的第一方式的示图，图6是传动环41的分解立体图，图7(a)、(b)、(c)是表示图6中VII部分的放大图。如图6所示，传动环41为在放射状延伸的多个连结用臂41A的途中分割成中心侧和外周侧的二分割构造。即，传动环41被二分割成中心部41a和环部41b，中心部41a具有中心部件41C和从中心部件41向径向外侧延伸的多个连结用臂41A的主要部分；环部41b具有环部件41R和从环部件41R向径向内侧延伸的多个连结用臂41A的一部分。在中心部41a的中心部件41C上用螺栓48固定有导向轴58。中心部41a与环部41b在从各自延伸的连结用臂41A的端部之间用螺栓65及夹板66紧固。

图7(a)表示中心部41a与环部41b连接前的状态，图7(b)表示中心部41a与环部41b连接后的状态。

如图7(a)所示，在中心部41a的连结用臂41A的端部与环部41b的连结用臂41A的端部之间设有橡胶片67，在环部41b的连结用臂41A的端部与夹板666之间设有橡胶片67。在夹板66上形成有螺纹孔66s。环部41b的连结用臂41A的端部上，在上下表面形成有凸部t、t。另外，中心部41a的连结用臂41A的端部下表面及夹板66的上表面也分别形成有凸部t。

如图7(b)所示，通过将螺栓65拧入夹板66的螺纹孔66s内，由此用中心部41a的连结用臂41A的端部和夹板66将环部41b的连结用臂41A的端部与二片橡胶片67一起夹入固定。由此，橡胶片67就夹装在中心部41a与环部41b之间，挡环40所产生的振动被橡胶片67衰减并传递到中心部41a，因此，顶环整体的振动得到减轻。为了提高连接部(紧固部)的固定力，如图7(a)、(b)所示，最好将夹入橡胶片67的部分做成带有凹凸而使各零件嵌入橡胶内的形状。另外，如本例所述，通过将中心部41a和环部41b做成彼此面接触并将橡胶予以压缩的形状，就可承受拉伸、压缩、剪切和弯曲的力。

另外，连接部中的各零件的间隙考虑其自由度来确定。中心部41a和环部41b以该自由度的量进行相对移动，可获得由橡胶带来的振动衰减效果。另一方面，若过分增加该自由度，则当作用了夹入橡胶所带来的固定力以上的摩擦力时，中心部41a和环部41b就会产生偏移。

在图6及图7所示的例子中，连结用臂41A的端部的相互的横向自由度由各零件的嵌合部的间隙来设定，旋转方向的自由度如图7(c)所示，是在连结用臂41A的端部设置く字形的凹凸，即，在中心部41a的连结用臂41A的端部设置く字形的凸部Ta，在环部41b的连结用臂41A的端部设置く字形的凹部Tb，利用凹凸部Ta、Tb的啮合来设定。

另外，如图7(c)所示，也可在连结用臂41A的端部的く字形的凹凸部Ta、Tb的相对面间设有橡胶68、68，以防止凹凸部Ta、Tb直接接触。

在图6及图7所示的例子中，是夹入橡胶片的装配方式，但也可是在零件之间设置间隙、且使橡胶流入此间隙的模压方式。

下面，说明一对辊49、49与传动环41的连结用臂41A的位置关系。关于一对辊49、49与图6及图7所示的二分割构造即由中心部41a和环部41b构成的传动环41之间的位置关系，最好是使来自挡环40的负荷或振动在传递到中心部41a之前就被阻止。因此，如图4所示，一对辊49、49最好配置在夹住从环部41b延伸的连结用臂41A的位置上，由环部41b侧的连结用臂41A阻止来自挡环40的负荷或振动而使其不传递到中心部41a。

图8及图9是表示本发明的传动环41的第二方式，图8是传动环41和导向轴58的分解立体图，图9是表示将传动环41和导向轴58连接后的状态的局部剖视图。在第二方式中，在传动环41与导向轴58的连接部设有橡胶片。

如图8所示，在第二方式中，传动环41的环部件41R、中心部件41C和多个连结用臂41A不是分割构造而是一体构造。对振动进行衰减的橡胶片71、71、上凸缘72及下凸缘73配置在对传动环41的中心部件41C的导向轴58进行固定的部分上。在传动环41的中心部件41C上设有凹陷R和缺口n，以可设置橡胶片71、71、上凸缘72、和下凸缘73。在下凸缘73上形成有多个螺纹孔73s。

如图9所示，以夹入传动环41的中心部件41C的状态而上下配置有二片橡胶片71，上凸缘72和下凸缘73配置成将橡胶片71夹住的状态，且通过固定导向轴58的螺栓48并利用下凸缘73所备的螺纹孔73s而紧固在一起。由此，导向轴58、上凸缘72、下凸缘73经橡胶片71而固定在传动环41上，当来自挡环40的振动经传动环41而传递到导向轴58时，就由橡胶片71衰减。因此，顶环整体的振动被减轻。

如图10及图11(a)、(b)是表示本发明的传动环41的第三方式的示图，图10是传动环41的分解立体图，图11(a)、(b)是图10中的XI部的放大图。在第三方式中，与第一方式相同，将传动环41二分割成中心部41a和环部41b，在中心部41a与环部41b的连接部设有橡胶片。

如图10所示，传动环41被二分割成中心部41a和环部41b。中心部41a由中心部件41C和多个连结用臂41A构成，中心部41a的多个连结用臂41A延伸至环部41b的环状部分。环部41b仅由环部件41R构成。在连结用臂41A的端部与环部件41R之间配置有橡胶片75。在连结用臂41A的端部的上方配置有多个螺栓74。

图11(a)表示中心部41a与环部41b连接前的状态，图11(b)表示将中心部41a与环部41b连接后的状态。

如图11(a)所示，中心部41a的连结用臂41A的端部与环部41b的环部件41R之间设有橡胶片75。在中心部41a的连结用臂41A的上方配置有螺栓74。在环部件41R上形成有多个螺纹孔41s。

如图11(b)所示，中心部41a的多个连结用臂41A的端部通过螺栓74固定在环部41b的环部件41R上，从而传动环41被一体化，由所述连结用臂41A与环部件41R连接的面夹持橡胶片75。由此，当来自挡环40的振动经传动环41而传递到导向轴58时，就由橡胶片75衰减。因此，顶环整体的振动被减轻。

在本发明的传动环的第一及第三方式中，将传动环41做成中心部41a和环部41b的二分割构造，在中心部41a与环部41b的连接部上夹装橡胶片67、75，利用螺栓等紧固件将中心部41a和环部41b一体化。即，用由刚性高而纵弹性系数大的不锈钢等金属、工程塑料等树脂、陶瓷等构成的第一材料构成中心部41a和环部41b，且隔着由纵弹性系数比第一材料小的橡胶片67、71构成的第二材料将中心部41a和环部41b连接起来。橡胶片由EPDM、氟橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶或衰减能力强的合成橡胶构成。即，传动环41由第一材料、和纵弹性系数比第一材料小的第二材料构成。

在本发明的传动环的第二方式中，在传动环41与导向轴58之间，夹装有橡胶片71，该导向轴58由于将传动环41与配置在顶环主体10的中心部(具体地来说是托板44的中心部)的球面轴承55连结起来。即，用由刚性高而纵弹性系数大的不锈钢等金属、工程塑料等树脂、陶瓷等构成的第一材料构成传动环41，且隔着由纵弹性系数比第一材料小的橡胶片71构成的第二材料将传动环41与导向轴58连结起来。橡胶片由EPDM、氟橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶或衰减能力强的合成橡胶构成。橡胶片71既可如图8所示，与传动环41分体，或者也可用橡胶模压的方式与传动环41的中心部件41C形成为一体。因此，即使在第二方式中，传动环41也由第一材料和纵弹性系数比第一材料小的第二材料构成。

如此，采用本发明的传动环的第一～第三方式，通过用第一材料和纵弹性系数比第一材料小的第二材料来构成传动环41，从而研磨中挡环所产生的振动当从传动环的第一材料传递到第二材料时，由第二材料衰减。因此，可衰减从挡环经传动环而传递到顶环主体的振动，可衰减顶环整体的振动，可减轻顶环整体的振动。

至此，说明了本发明的一实施方式，但本发明不限于上述的实施方式，在其技术思想的范围内当然可用各种不同的方式来实施。

Claims (22)

1.一种基板保持装置，具有：顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特征在于，

具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的连结部，

所述传动环由第一材料、以及纵弹性系数比该第一材料小的第二材料构成，以使从所述挡环经所述传动环而传递到所述顶环主体的振动衰减，

所述传动环和所述挡环都构成为可相对于具有基板保持面的所述顶环主体上下移动以及倾动。

2.如权利要求1所述的基板保持装置，其特征在于，所述第二材料是橡胶部件。

3.如权利要求2所述的基板保持装置，其特征在于，所述橡胶部件由EPDM、氟橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶或衰减能力强的合成橡胶构成。

4.如权利要求2所述的基板保持装置，其特征在于，所述橡胶部件是模压后的橡胶部件。

5.如权利要求3所述的基板保持装置，其特征在于，所述橡胶部件是模压后的橡胶部件。

6.如权利要求3所述的基板保持装置，其特征在于，所述传动环被支承成，可利用与该传动环的中心部件连接的导向轴和配置于所述顶环主体的中心部的球面轴承而倾斜和上下动作，连结用臂被一对辊夹持，以约束所述传动环的旋转方向上的移动，所述一对辊被支承在对薄膜进行保持的托板上。

7.如权利要求4所述的基板保持装置，其特征在于，所述传动环被支承成，可利用与该传动环的中心部件连接的导向轴和配置于所述顶环主体的中心部的球面轴承而倾斜和上下动作，连结用臂被一对辊夹持，以约束所述传动环的旋转方向上的移动，所述一对辊被支承在对薄膜进行保持的托板上。

8.如权利要求5所述的基板保持装置，其特征在于，所述传动环被支承成，可利用与该传动环的中心部件连接的导向轴和配置于所述顶环主体的中心部的球面轴承而倾斜和上下动作，连结用臂被一对辊夹持，以约束所述传动环的旋转方向上的移动，所述一对辊被支承在对薄膜进行保持的托板上。

9.一种研磨装置，其特征在于，具有：如权利要求1所述的基板保持装置，以及对具有研磨面的研磨垫进行支承的研磨台。

10.一种基板保持装置，具有：顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特征在于，

具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的连结部，

所述传动环由第一材料、以及纵弹性系数比该第一材料小的第二材料构成，以使从所述挡环经所述传动环而传递到所述顶环主体的振动衰减，

所述连结部由多个连结用臂构成，

所述传动环和所述挡环都构成为可相对于具有基板保持面的所述顶环主体上下移动以及倾动。

11.如权利要求10所述的基板保持装置，其特征在于，所述连结用臂的连接部，是为承受拉伸、压缩、剪切、弯曲方向的荷载而对处于面之间的橡胶部件进行压缩的形状。

12.如权利要求10所述的基板保持装置，其特征在于，所述传动环被支承成，可利用与该传动环的中心部件连接的导向轴和配置于所述顶环主体的中心部的球面轴承而倾斜和上下动作，所述连结用臂被一对辊夹持，以约束所述传动环的旋转方向上的移动，所述一对辊被支承在对薄膜进行保持的托板上。

13.如权利要求11所述的基板保持装置，其特征在于，所述传动环被支承成，可利用与该传动环的中心部件连接的导向轴和配置于所述顶环主体的中心部的球面轴承而倾斜和上下动作，所述连结用臂被一对辊夹持，以约束所述传动环的旋转方向上的移动，所述一对辊被支承在对薄膜进行保持的托板上。

14.一种基板保持装置，具有：顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特征在于，

具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的多个连结用臂，

所述传动环构成为，利用紧固件连接包含所述中心部件和所述多个连结用臂在内的中心部、与由所述环部件构成的环部，或者构成为，利用紧固件连接包含所述中心部件和所述多个连结用臂的径向内侧部分在内的中心部、与包含所述多个连结用臂的径向外侧部分和所述环部件在内的环部。

15.如权利要求14所述的基板保持装置，其特征在于，所述中心部由第一材料构成，在所述中心部与所述环部的连接部设有由纵弹性系数比第一材料小的第二材料构成的部分。

16.如权利要求14所述的基板保持装置，其特征在于，在所述中心部与所述环部的连接部设有橡胶部件。

17.如权利要求16所述的基板保持装置，其特征在于，所述连结用臂的连接部，是为承受拉伸、压缩、剪切、弯曲方向的荷载而对处于面之间的橡胶部件进行压缩的形状。

18.如权利要求14所述的基板保持装置，其特征在于，所述传动环被支承成，可利用与该传动环的中心部件连接的导向轴和配置于所述顶环主体的中心部的球面轴承而倾斜和上下动作，所述连结用臂被一对辊夹持，以约束所述传动环的旋转方向上的移动，所述一对辊被支承在对薄膜进行保持的托板上。

19.一种研磨装置，其特征在于，具有：如权利要求14所述的基板保持装置，以及对具有研磨面的研磨垫进行支承的研磨台。

20.一种基板保持装置，具有：顶环主体，该顶环主体具有对基板进行保持并将该基板按压到研磨面上的基板保持面；以及挡环，该挡环围住所述基板地配置，且与所述研磨面接触，该基板保持装置的特征在于，

具有传动环，该传动环具有：在下表面保持所述挡环的环部件；配置在所述顶环主体的中心部且支承于所述顶环主体的中心部件；以及将所述环部件与所述中心部件予以连结用的多个连结用臂，

所述中心部件由第一材料构成，

在导向轴与所述传动环的中心部件之间，设有由纵弹性系数比该第一材料小的第二材料构成的部分，所述导向轴固定于所述传动环的中心部件，且插入设置在所述顶环主体内的轴承中。

21.如权利要求20所述的基板保持装置，其特征在于，所述第二材料是橡胶部件。

22.一种研磨装置，其特征在于，具有：如权利要求20所述的基板保持装置，以及对具有研磨面的研磨垫进行支承的研磨台。