TWI630068B - 基板保持裝置及研磨裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種基板保持裝置及研磨裝置，該基板保持裝置具有：頂環主體(10)，該頂環主體具有對基板進行保持並將該基板按壓到研磨面上的基板保持面；以及擋環(40)，該擋環圍住基板地配置且與研磨面接觸，該基板保持裝置具有傳動環(41)，該傳動環具有：在下表面保持擋環(40)的環部件；配置在頂環主體(10)的中心部且支承於頂環主體(10)的中心部件(41C)；以及將環部件(41R)與中心部件(41C)予以連結用的連結部，傳動環(41)由第一材料和縱彈性係數比該第一材料小的第二材料構成。採用本發明，對從擋環傳遞到頂環主體的振動進行衰減，由此可減輕頂環整體的振動。

Description

基板保持裝置及研磨裝置

本發明涉及一種對晶片等基板進行研磨的研磨裝置所使用的基板保持裝置，尤其涉及一種對基板進行保持並將其按壓到研磨面上的基板保持裝置。另外，本發明涉及一種具有這種基板保持裝置的研磨裝置。

近年來，隨著半導體器件的高集成化和高密度化的發展，電路的配線也越來越細微化，多層配線的層數也增加。若欲獲得電路的細微化和多層配線，則承襲下側層的表面凹凸且階梯變得更大，因此，隨著配線層數增加，薄膜形成中對於階梯形狀的膜包覆性(階梯覆蓋率)就變差。因此，要進行多層配線，則必須改善該階梯覆蓋率，且在適當的過程中進行平坦化處理。另外，由於光刻技術的細微化和焦點深度變淺，因此，需要對半導體器件表面進行平坦化處理以使半導體器件表面的凹凸階梯被控制在焦點深度以下。

因此，在半導體器件的製造工序中，半導體器件表面的平坦化越來越重要。該表面平坦化中最重要的技術是化學機械研磨(CMP：Chemiacl Mechaniacal Polishing)。該化學機械研磨是，一邊將包含二氧化矽(SiO2)等磨料在內的研磨液供給到研磨墊的研磨面上、一邊使晶片與研磨面滑動接觸而進行研磨的技術。

進行CMP用的研磨裝置，具有對研磨墊進行支承的研磨台、以及對晶片等基板進行保持用的稱為頂環或研磨頭等的基板保持裝置。在使用這種研磨裝置對基板進行研 磨時，利用基板保持裝置對基板進行保持，同時以規定的壓力將基板按壓到研磨墊的研磨面上。此時，通過使研磨台和基板保持裝置相對運動，從而使基板與研磨面滑動接觸，基板的表面被研磨。

當研磨中的基板與研磨墊的研磨面之間的相對按壓力在基板的整個面上不均勻時，就與作用在基板各部分上的按壓力對應地產生研磨不足或過分研磨。因此，為了使對於基板的按壓力均勻化，在基板保持裝置的下部設置由薄膜(彈性膜)形成的壓力室，將空氣等流體供給到該壓力室，從而經薄膜利用流體壓力而按壓基板。

上述研磨墊具有彈性，因此，施加在研磨中的基板邊緣部(周緣部)上的按壓力就不均勻，有時基板僅僅邊緣部被研磨得多，產生所謂“塌邊”的問題。為了防止這種塌邊，將保持基板邊緣部的擋環設成可相對於頂環主體(或托板頭主體)上下移動，用擋環來按壓位於基板外周緣側的研磨墊的研磨面。

專利文獻1：美國專利申請公開第2013/0324012號說明書。

在上述的研磨裝置中，由於研磨中基板與研磨墊之間產生摩擦力，因此，由擋環承受該摩擦力，從而基板就不會從頂環主體的下部飛出。另外，如上所述，擋環通過按壓研磨墊而使研磨墊變形，利用該變形來控制基板的邊緣部(周緣部)的研磨量。

在基板與研磨墊之間的摩擦力高且基板與研磨墊的相對速度低的研磨中，容易產生以滑動粘附等為原因的振動。研磨中的基板有時會因在這種苛刻的研磨條件下產生的振動而從頂環飛出。由於必須避免該領域的研磨，實際的研磨條件比可用研磨工藝設定的範圍狹小。縮小這種不可研磨區域就是增加工藝的組合自由度，提高研磨性能。

根據本發明的發明人們的研究，該振動的振動源 被認為在研磨墊與基板之間，基板的振動經擋環而傳遞到頂環主體，擋環的按壓因頂環的共振等組合原因而變得不穩定，在擋環與研磨墊之間產生間隙而使研磨中的基板飛出。

本發明是鑒於上述問題而做成的，其目的在於提供一種基板保持裝置及研磨裝置，通過衰減從擋環傳遞到頂環主體的振動，從而可減輕頂環整體的振動。

為了解決上述課題，本發明的第一態樣是一種基板保持裝置，具有：頂環主體，該頂環主體具有對基板進行保持並將該基板按壓到研磨面上的基板保持面；以及擋環，該擋環圍住所述基板地配置，且與所述研磨面接觸，該基板保持裝置的特點是，具有傳動環，該傳動環具有：在下表面保持所述擋環的環部件；配置在所述頂環主體的中心部且支承於所述頂環主體的中心部件；以及將所述環部件與所述中心部件予以連結用的連結部，所述傳動環由第一材料、以及縱彈性係數比該第一材料小的第二材料構成。

採用本發明，通過由第一材料和縱彈性係數比第一材料小的第二材料構成傳動環，從而研磨中擋環所產生的振動當從傳動環的第一材料傳遞到第二材料時，由第二材料衰減。因此，可衰減從擋環經傳動環而傳遞到頂環主體的振動，可衰減頂環整體的振動，可減輕頂環整體的振動。

本發明的較佳方式的特點是，所述第二材料是橡膠材料。

採用本發明，通過第二材料使用橡膠材料，從而可獲得較大的振動衰減效果。

本發明的較佳方式的特點是，所述連結部由多個連結用臂構成。

本發明的第二態樣是一種基板保持裝置，具有：頂環主體，該頂環主體具有對基板進行保持並將該基板按壓到研磨面上的基板保持面；以及擋環，該擋環圍住所述基板地配置，且與所述研磨面接觸，該基板保持裝置的特點是，具有傳動環，該傳動環具有：在下表面保持所述擋環的環部件；配置在所述頂環主體的中心部且支承於所述頂環主體的中心部件；以及將所述環部件與所述中心部件予以連結用的多個連結用臂，所述傳動環構成為，利用緊固件連接包含所述中心部件和所述多個連結用臂在內的中心部、與由所述環部件構成的環部，或者構成為，利用緊固件連接包含所述中心部件和所述多個連結用臂的徑向內側部分在內的中心部、與包含所述多個連結用臂的徑向外側部分和所述環部件在內的環部。

採用本發明，將傳動環做成二分割為中心部和環部的結構，在中心部與環部的連接部上，可夾裝縱彈性係數比該中心部和環部小的部件。由此，研磨中擋環所產生的振動當從傳動環的環部傳遞到中心部時，可由設在連接部上的縱彈性係數小的部件來衰減振動。因此，可減輕頂環整體的振動。

本發明的較佳方式的特點是，所述中心部由第一材料構成，在所述中心部與所述環部的連接部設有由縱彈性係數比第一材料小的第二材料構成的部分。

本發明的較佳方式的特點是，在所述中心部與所述環部的連接部設有橡膠部件。

採用本發明，可由設在傳動環的中心部與環部的連接部上的橡膠部件，來獲得較大的振動衰減效果。

本發明的第三態樣是一種基板保持裝置，具有：頂環主體，該頂環主體具有對基板進行保持並將該基板按壓到研磨面上的基板保持面；以及擋環，該擋環圍住所述基板地配置，且與所述研磨面接觸，該基板保持裝置的特點是， 具有傳動環，該傳動環具有：在下表面保持所述擋環的環部件；配置在所述頂環主體的中心部且支承於所述頂環主體的中心部件；以及將所述環部件與所述中心部件予以連結用的多個連結用臂，所述中心部件由第一材料構成，在導向軸與所述傳動環的中心部件之間，設有由縱彈性係數比該第一材料小的第二材料構成的部分，所述導向軸固定於所述傳動環的中心部件，且插入設置在所述頂環主體內的軸承中。

採用本發明，由於在傳動環與導向軸的連接部設有橡膠部件，因此，當來自擋環的振動經傳動環而傳遞到導向軸時，就由橡膠部件衰減。因此，可減輕頂環整體的振動。

本發明的較佳方式的特點是，所述第二材料是橡膠部件。

本發明的較佳方式的特點是，所述橡膠部件由EPDM、氟橡膠、丁腈橡膠、聚氨酯橡膠、矽橡膠或衰減能力強的合成橡膠構成。

本發明的較佳方式的特點是，所述橡膠部件是模壓後的橡膠部件。

採用本發明，利用在零件之間設置間隙、且使橡膠流入此間隙的模壓方式，也可在處於連接部的零件之間設置橡膠部件。

本發明的較佳方式的特點是，所述連結用臂的連接部，是為承受拉伸、壓縮、剪切、彎曲方向的荷載而對處於面之間的橡膠部件進行壓縮的形狀。

本發明的較佳方式的特點是，所述傳動環被支承成，可利用與該傳動環的中心部件連接的導向軸和配置於所述頂環主體的中心部的球面軸承而傾斜和上下動作，所述連結用臂被一對輥夾持，以約束所述傳動環的旋轉方向上的移動，所述一對輥被支承在對薄膜進行保持的托板上。

採用本發明，利用球面軸承和導向軸的嵌合，允許傳動環及擋環的上下移動及傾動，另一方面限制傳動環及 擋環的橫向移動(水準方向移動)。在基板的研磨中，擋環從基板承受因基板與研磨墊的摩擦而引起的橫向力(朝向基板的徑向外側的力)。該橫向力經傳動環而傳遞到球面軸承，由球面軸承承受。如此，球面軸承在基板的研磨中，承受擋環從基板承受的因基板與研磨墊的摩擦而引起的橫向力(朝向基板的徑向外側的力)，且限制擋環的橫向移動(即，將擋環水準方向的位置固定)。另外，採用本發明，各連結用臂由固定在托板上的一對輥夾持，以約束傳動環的旋轉方向上的自由度。

本發明的第四態樣是一種研磨裝置，其特點是，具有技術方案1至12中任一項所述的基板保持裝置、以及對具有研磨面的研磨墊進行支承的研磨台。

採用本發明，通過衰減從擋環經傳動環而傳遞到頂環主體的振動，從而可減輕頂環整體的振動。

另外，採用本發明，由於可抑制在基板與研磨墊之間的摩擦力高且基板與研磨墊的相對速度低的研磨條件下產生的振動，因此，可防止基板的破損，可擴大研磨條件的組合(工藝視窗)。

1‧‧‧頂環

2‧‧‧研磨墊

2a‧‧‧上表面

3‧‧‧研磨台

3a‧‧‧台軸

5‧‧‧研磨液供給機構

10‧‧‧頂環主體

11‧‧‧頂環旋轉軸

12‧‧‧導向軸

13‧‧‧電動機

14‧‧‧定時帶輪

16‧‧‧頂環頭

18‧‧‧頂環用電動機

19‧‧‧定時帶

20‧‧‧定時帶輪

21‧‧‧頂環頭旋轉軸

25‧‧‧回轉接頭

26‧‧‧軸承

27‧‧‧上下移動機構

28‧‧‧橋架

29‧‧‧支承台

30‧‧‧支柱

32‧‧‧滾珠螺絲

32a‧‧‧螺紋軸

38‧‧‧伺服電動機

39‧‧‧頂環高度感測器

40‧‧‧擋環

40R‧‧‧環部件

41‧‧‧傳動環

41A‧‧‧連結用臂

41C‧‧‧中心部件

41R‧‧‧環部件

41a‧‧‧中心部

41b‧‧‧環部

41s‧‧‧螺紋孔

42‧‧‧凸緣

43‧‧‧隔板

44‧‧‧托板

45‧‧‧薄膜(彈性膜)

45a‧‧‧基板保持面

45b‧‧‧隔壁

46‧‧‧螺栓

48‧‧‧螺栓

49‧‧‧輥

50~53‧‧‧壓力室

55‧‧‧球面軸承

56‧‧‧外環

57‧‧‧內環

57h‧‧‧貫通孔

58‧‧‧導向軸

59‧‧‧凸緣

60‧‧‧擋環按壓機構

61‧‧‧活塞

62‧‧‧氣囊(滾動膜片)

64‧‧‧磁鐵

65‧‧‧螺栓

66‧‧‧夾板

66s‧‧‧螺紋孔

67‧‧‧橡膠片

71‧‧‧橡膠片

72‧‧‧上凸緣

73‧‧‧下凸緣

74‧‧‧螺栓

75‧‧‧橡膠片

Ta‧‧‧凸部

Tb‧‧‧凹部

第一圖係表示具有本發明一實施方式的基板保持裝置的研磨裝置的整體結構的示意圖。

第二圖係表示研磨裝置的詳細結構的示意圖。

第三圖係頂環的剖視圖。

第四圖係表示傳動環的俯視圖。

第五圖係表示在內環與外環之間模壓有橡膠的輥的剖視圖。

第六圖係表示本發明的傳動環的第一態樣的示意圖，是傳動環的分解立體圖。

第七圖(a)(b)(c)係是表示第六圖中VII部分的放大圖，第七圖(a)表示中心部與環部連接前的狀態，第七圖(b)表示中心部與環部連接後的狀態，第七圖(c)是表示中心部與環部連接後的狀態的俯視圖。

第八圖係表示本發明的傳動環的第二態樣的示意圖，是傳動環與導向軸的分解立體圖。

第九圖係表示本發明的傳動環的第二態樣的示意圖，是表示將傳動環與導向軸連接後的狀態的局部剖視圖。

第十圖係表示本發明的傳動環的第三態樣的示意圖，是傳動環的分解立體圖。

第十一圖係表示本發明的傳動環的第三態樣的示意圖，是第十圖的XI部的放大圖。

下面，參照第一圖至第十一圖來詳細說明本發明的基板保持裝置及研磨裝置的實施方式。另外，在第一圖至第十一圖中，對於相同或相當的結構要素，標上相同的符號而省略重複說明。

第一圖是表示具有本發明一實施方式的基板保持裝置的研磨裝置的整體結構的示意圖。如第一圖所示，研磨裝置具有：對研磨墊2進行支承的研磨台3；以及對研磨物件物即晶片等基板W進行保持並將其按壓到研磨墊2上的作為基板保持裝置的頂環1。

研磨台3經台軸3a而與配置在其下方的電動機(未圖示)連結，能夠以該台軸3a為中心旋轉。研磨墊 2貼附在研磨台3的上表面，研磨墊2的上表面2a構成對基板W進行研磨的研磨面。在研磨台3的上方設置有研磨液供給機構5，研磨液利用該研磨液供給機構5而被供給到研磨墊2上。

頂環1與頂環旋轉軸11連接，該頂環旋轉軸11利用設置在頂環頭16上的上下移動機構(未圖示)而上下移動。利用該頂環旋轉軸11的上下移動，使頂環1整體相對於頂環頭16如箭頭所示那樣升降、定位。此外，頂環旋轉軸11利用設置在頂環頭16內的旋轉機構(未圖示)而旋轉。因此，頂環1隨著頂環旋轉軸11的旋轉而如箭頭所示那樣以自身的軸心為中心進行旋轉。

第二圖是表示研磨裝置的詳細結構的示意圖。研磨台3經台軸3a而與配置在其下方的電動機13連結，可繞該台軸3a旋轉。在研磨台3的上表面貼附有研磨墊2，研磨墊2的上表面構成對基板W進行研磨的研磨面2a。利用電動機13使研磨台3旋轉，從而研磨面2a相對於頂環1進行相對移動。

頂環1與頂環旋轉軸11連接，該頂環旋轉軸11利用上下移動機構27而相對於頂環頭16進行上下移動。利用該頂環旋轉軸11的上下移動，而使頂環1整體相對於頂環頭16升降、定位。在頂環旋轉軸11的上端安裝有回轉接頭25。

使頂環旋轉軸11及頂環1上下移動的上下移動機構27具有：經軸承26而將頂環旋轉軸11支承成可旋轉的橋架28；安裝在橋架28上的滾珠螺絲32；由支柱30支承的支承台29；以及設在支承台29上的伺服電動機38。對伺服電動機38進行支承的支承台29經支柱30而固定在頂環頭16上。

滾珠螺絲32具有：與伺服電動機38連結的螺紋軸32a；以及與該螺紋軸32a螺合的螺母32b。頂 環旋轉軸11與橋架28成為一體並上下移動。因此，若驅動伺服電動機38，則橋架28經滾珠螺絲32而上下移動，由此，頂環旋轉軸11及頂環1進行上下移動。在頂環頭16上，設有與橋架28相對的頂環高度感測器39。該頂環高度感測器39根據與頂環1一體進行上下移動的橋架28的位置來測定頂環1的高度。

另外，頂環旋轉軸11經鍵(未圖示)而與旋轉筒12連結。該旋轉筒12的外周部具有定時帶輪14。在頂環頭16上固定有頂環用電動機18，上述定時帶輪14經定時帶19而與設在頂環用電動機18上的定時帶輪20連接。因此，通過旋轉驅動頂環用電動機18，旋轉筒12及頂環旋轉軸11就經定時帶輪20、定時帶19及定時帶輪14而一體旋轉，且頂環1以其軸心為中心進行旋轉。頂環頭16由頂環頭旋轉軸21支承，而頂環頭旋轉軸21可旋轉地支承在框架(未圖示)上。

頂環1的下表面可保持基板W。頂環頭16構成為能夠以頂環旋轉軸21為中心迴旋，下表面保持有基板W的頂環1，利用頂環頭16的迴旋而從基板W的接受位置移動到研磨台3的上方。並且，使頂環1下降而將基板W按壓到研磨墊2的研磨面2a上。此時，使頂環1及研磨台3分別旋轉，從設在研磨台3上方的研磨液供給機構5將研磨液供給到研磨墊2上。如此，在研磨墊2與基板W之間存在研磨液的狀態下，使基板W與研磨墊2的研磨面2a滑動接觸而對基板W的表面進行研磨。

接著，對構成基板保持裝置的頂環1進行說明。第三圖是頂環1的剖視圖。如第三圖所示，頂環1具有：將基板W按壓到研磨面2a上的頂環主體10；以及圍住基板W配置的擋環40。頂環主體10及擋環40構成為，利用頂環旋轉軸11的旋轉而一體進行旋轉。擋環40構成為，可與頂環主體10獨立地上下移動。

頂環主體10具有：圓板狀的凸緣42；安裝在凸緣42下表面的隔板43；以及安裝在隔板43下表面的托板44。凸緣42與頂環旋轉軸11連結。托板44經隔板43而與凸緣42連結，凸緣42、隔板43及托板44一體旋轉，且上下移動。由凸緣42、隔板43及托板44構成的頂環主體10，由工程塑料(例如PEEK)等樹脂形成。另外，也可用SUS、鋁等金屬形成凸緣42。

在托板44的下表面，安裝有與基板W的背面抵接的薄膜(彈性膜)45。薄膜45的下表面構成基板保持面45a。薄膜45具有同心狀的多個隔壁45b，由這些隔壁45b而在薄膜45與托板44之間形成有四個壓力室，即中央室50、脈動室51、外室52及邊端室53。這些壓力室50~53經由回轉接頭25(參照第二圖)而與壓力調整裝置(未圖示)連接，就從壓力調整裝置供給加壓流體。壓力調整裝置可獨立地調整這些四個壓力室50~53內的壓力。此外，壓力調整裝置也可將壓力室50~53內形成負壓。薄膜45在與脈動室51或外室52對應的位置具有通孔(未圖示)，通過對該通孔形成負壓，就可將基板W保持在頂環1的基板保持面45a上。薄膜45由乙烯丙烯橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、矽橡膠等強度及耐久性優異的橡膠材料形成。中央室50、脈動室51、外室52及邊端室53也可與大氣開放機構(未圖示)連接，將中央室50、脈動室51、外室52及邊端室53向大氣開放。

擋環40配置成將頂環主體10的托板44及薄膜45圍住的狀態。該擋環40利用在圓周方向隔開間隔地配置的多個螺栓46而與傳動環41結合。傳動環41具有：下表面保持擋環40的環部件41R；配置在頂環主體10的中心部上且支承在頂環主體10上的中心部件41C；以及將環部件41R和中心部件41C予以連結用的多個連結用臂41A(後述)。擋環40圍住基板W的外周緣地 配置，將基板W保持成，在基板W的研磨中基板W不會從頂環1飛出。

在托板44的中央部配置有球面軸承55。球面軸承55包括固定在托板44上的外環56、和支承在外環56上的內環57，且利用凸緣59而固定在托板44的中央部。外環56的內周面與內環57的外周面形成在以支點O為中心的球面上並成為球面滑動接觸，內環57能夠以支點O為中心而相對於外環56向所有方向(360°)傾動。

另一方面，在處於傳動環41中心部的中心部件41C上，利用多個螺栓48而固定有導向軸58。並且，導向軸58的軸部嵌合在內環57的貫通孔57h內，導向軸58可相對於球面軸承55的內環57而向上下方向移動。因此，與導向軸58連結的傳動環41經球面軸承55的直動導向件而定位在托板44上。導向軸58由不銹鋼(例如SUS304)等金屬或陶瓷製作。當測定基板膜厚的感測器為渦電流式時必須使用陶瓷。

球面軸承55的材質，使用工程塑料等摩擦阻力低而耐磨損性高的樹脂或陶瓷，但也可使用不銹鋼等金屬材料。

通過球面軸承55與導向軸58的互相嵌合，從而允許傳動環41及擋環40的上下移動及傾動，另一方面，限制傳動環41及擋環40的橫向移動(水準方向移動)。在基板的研磨中，擋環40從基板承受因基板與研磨墊2的摩擦而引起的橫向力(朝向基板的徑向外側的力)。該橫向力經傳動環41而傳遞到球面軸承55，由球面軸承55承受。如此，球面軸承55在基板的研磨中起到如下的支承機構的作用：承受擋環40從基板承受的因基板與研磨墊2的摩擦而引起的橫向力(朝向基板的徑向外側的力)，且限制擋環40的橫向移動(即，將擋環40的水準方向的位置固定)。

如第三圖所示，傳動環41的上部與環狀的擋環按壓機構60連結，該擋環按壓機構60對傳動環41的整個上表面賦予均勻的向下方的荷載，由此，將擋環40的下表面按壓到研磨墊2的研磨面2a上。

擋環按壓機構60具有：位於傳動環41正上方的活塞61；以及與活塞61的上表面連接的環狀的滾動膜片62。在滾動膜片62的內部形成有擋環壓力室63。該擋環壓力室63經由回轉接頭25(參照第二圖)而與所述壓力調整裝置連接。當從該壓力調整裝置將加壓流體(例如加壓空氣)供給到擋環壓力室63時，滾動膜片62將活塞61下推到下方，此外，活塞61將傳動環41整體下推到下方。這樣，擋環按壓機構60將擋環40的下表面按壓到研磨墊2的研磨面2a上。此外，通過由壓力調整裝置將擋環壓力室63內形成負壓，從而可使擋環40及傳動環41整體上升。擋環壓力室63也可與大氣開放機構(未圖示)連接，將擋環壓力室63予以大氣開放。

傳動環41可裝拆地與擋環按壓機構60連結。更具體地說，活塞61由金屬等磁性材料形成，傳動環41的上部配置有沿圓周方向隔開間隔的多個磁鐵64(第三圖中僅示出一個磁鐵64)。通過這些磁鐵64吸引活塞61，從而傳動環41就利用磁力而固定在活塞61上。作為活塞61的磁性材料，例如使用耐腐蝕性的磁性不銹鋼。另外，也可用磁性材料形成傳動環41，在活塞61上配置磁鐵。

如第三圖所示，頂環旋轉軸11與凸緣42連接，對頂環整體進行保持。薄膜壓力、擋環壓力的配管在頂環旋轉軸內通過而被供給。頂環旋轉軸11與滾珠螺絲32和電動機38(參照第二圖)連接，控制研磨時頂環1的高度。在使用薄膜45進行研磨的頂環1中，研磨特性因薄膜45的變形情況而變化。由於薄膜45在上下方向上顯示出 非線性的伸長，因此，若頂環1的高度變化，則薄膜45對基板的面壓分佈就產生變化。因此，需要將保持薄膜45的托板44與研磨墊2的距離維持成相等，使變形形狀均勻以獲得穩定的研磨特性。在本發明中，研磨時的頂環1的高度被控制成，薄膜45、基板W及研磨墊2的相對位置關係成為最適於研磨加工的位置。

擋環40因在研磨中與研磨墊2的摩擦而減損。為了即使減損也能維持對研磨墊2的按壓力，擋環40相對於保持薄膜的托板44而自由地上下移動。為了即使頂環1高度產生變化也能使擋環40與研磨墊2接觸，擋環40由氣囊(滾動膜片62)加壓。尤其，氣囊(滾動膜片62)按第三圖所示那樣，是在活塞61的內徑側和外徑側設有折返的形狀，活塞61上下移動時該折返部就滾動地移動。由此，即使活塞61上下移動，橡膠的伸長量也不產生變化，因此可抑制推力的損失。

第四圖是表示傳動環41的俯視圖。如第四圖所示，傳動環41具有：下表面保持擋環40的環部件41R；處於中心部的輪轂狀的中心部件41C；將中心部件41C和環部件41R予以連結用的放射狀延伸的多個連結用臂41A。在第四圖中，圖示了用於將擋環40固定在環部件41R的下表面的、在圓周方向上隔開間隔地配置的許多螺栓46。在處於中心部的中心部件41C上利用多個螺栓48而固定有所述導向軸58。將中心部件41C和環部件41R予以連結用的放射狀延伸的多個連結用臂41A，被二分割成徑向內側部分和徑向外側部分且用螺栓65連結(後述)。各連結用臂41A由固定在托板44上的一對輥49、49夾持，以約束傳動環41的旋轉方向上的自由度。

在研磨處理前後對所處理的基板進行交接。在基板的交接動作中，由於位於基板外周的擋環40產生妨礙，因此需要從外方將擋環40上推的機構。該上推機構稱為推 杆，或稱為擋環工位。另外，當上推機構下降時，擋環40需要因自重而落下，返回到原來位置。為了在這些上推動作和落下動作之際不妨礙對擋環40進行保持的傳動環41的上下動作，在輥49與傳動環41之間需要間隙尺寸。在本實施方式中，在輥49與傳動環41的連結用臂41A之間設定有0．2~0．5mm左右的間隙，傳動環41的傾動和上下動作不被過度約束。

輥49也可是樹脂的一體物，但是，在內環與外環之間模壓有橡膠更好，以可吸收振動或吸收製作誤差所產生的輥49與傳動環41的錯位。

第五圖是表示在內環與外環之間模壓有橡膠的輥的剖視圖。如第五圖所示，連結用臂41A由一對輥49、49夾持。在各輥49與連結用臂41A之間，如上所述設定有0．2~0．5mm左右的間隙。各輥49由內環49a、外環49b及被模壓在內外環之間的橡膠49c構成。在內環49a的內側設有軸49d，軸49d的兩端支承在托板44上(未圖示)。如第五圖所示，橡膠49c被模壓在內環49a與外環49b之間，從而可吸收振動、以及因製作誤差所產生的輥49與傳動環41的錯位。

第六圖及第七圖(a)、(b)、(c)是表示本發明的傳動環41的第一態樣的示意圖，第六圖是傳動環41的分解立體圖，第七圖(a)、(b)、(c)是表示第六圖中VII部分的放大圖。如第六圖所示，傳動環41為在放射狀延伸的多個連結用臂41A的途中分割成中心側和外周側的二分割構造。即，傳動環41被二分割成中心部41a和環部41b，中心部41a具有中心部件41C和從中心部件41向徑向外側延伸的多個連結用臂41A的主要部分；環部41b具有環部件41R和從環部件41R向徑向內側延伸的多個連結用臂41A的一部分。在中心部41a的中心部件41C上用螺栓48固定有導向軸58。中心部41 a與環部41b在從各自延伸的連結用臂41A的端部之間用螺栓65及夾板66緊固。

第七圖(a)表示中心部41a與環部41b連接前的狀態，第七圖(b)表示中心部41a與環部41b連接後的狀態。

如第七圖(a)所示，在中心部41a的連結用臂41A的端部與環部41b的連結用臂41A的端部之間設有橡膠片67，在環部41b的連結用臂41A的端部與夾板666之間設有橡膠片67。在夾板66上形成有螺紋孔66s。環部41b的連結用臂41A的端部上，在上下表面形成有凸部t、t。另外，中心部41a的連結用臂41A的端部下表面及夾板66的上表面也分別形成有凸部t。

如第七圖(b)所示，通過將螺栓65擰入夾板66的螺紋孔66s內，由此用中心部41a的連結用臂41A的端部和夾板66將環部41b的連結用臂41A的端部與二片橡膠片67一起夾入固定。由此，橡膠片67就夾裝在中心部41a與環部41b之間，擋環40所產生的振動被橡膠片67衰減並傳遞到中心部41a，因此，頂環整體的振動得到減輕。為了提高連接部(緊固部)的固定力，如第七圖(a)、(b)所示，最好將夾入橡膠片67的部分做成帶有凹凸而使各零件嵌入橡膠內的形狀。另外，如本例所述，通過將中心部41a和環部41b做成彼此面接觸並將橡膠予以壓縮的形狀，就可承受拉伸、壓縮、剪切和彎曲的力。

另外，連接部中的各零件的間隙考慮其自由度來確定。中心部41a和環部41b以該自由度的量進行相對移動，可獲得由橡膠帶來的振動衰減效果。另一方面，若過分增加該自由度，則當作用了夾入橡膠所帶來的固定力以上的摩擦力時，中心部41a和環部41b就會產生偏移。

在圖6及圖7所示的例子中，連結用臂41A的端部的相互的橫向自由度由各零件的嵌合部的間隙來設定，旋轉方向的自由度如圖7(c)所示，是在連結用臂41A的端部設置ㄑ字形的凹凸，即，在中心部41a的連結用臂41A的端部設置ㄑ字形的凸部Ta，在環部41b的連結用臂41A的端部設置ㄑ字形的凹部Tb，利用凹凸部Ta、Tb的囓合來設定。

另外，如圖7(c)所示，也可在連結用臂41A的端部的ㄑ字形的凹凸部Ta、Tb的相對面間設有橡膠68、68，以防止凹凸部Ta、Tb直接接觸。

在第六圖及第七圖所示的例子中，是夾入橡膠片的裝配方式，但也可是在零件之間設置間隙、且使橡膠流入此間隙的模壓方式。

下面，說明一對輥49、49與傳動環41的連結用臂41A的位置關係。關於一對輥49、49與第六圖及第七圖所示的二分割構造即由中心部41a和環部41b構成的傳動環41之間的位置關係，最好是使來自擋環40的負荷或振動在傳遞到中心部41a之前就被阻止。因此，如第四圖所示，一對輥49、49最好配置在夾住從環部41b延伸的連結用臂41A的位置上，由環部41b側的連結用臂41A阻止來自擋環40的負荷或振動而使其不傳遞到中心部41a。

第八圖及第九圖是表示本發明的傳動環41的第二態樣，第八圖是傳動環41和導向軸58的分解立體圖，第九圖是表示將傳動環41和導向軸58連接後的狀態的局部剖視圖。在第二態樣中，在傳動環41與導向軸58的連接部設有橡膠片。

如第八圖所示，在第二態樣中，傳動環41的環部件41R、中心部件41C和多個連結用臂41A不是分割構造而是一體構造。對振動進行衰減的橡膠片71、71、 上凸緣72及下凸緣73配置在對傳動環41的中心部件41C的導向軸58進行固定的部分上。在傳動環41的中心部件41C上設有凹陷r和缺口n，以可設置橡膠片71、71、上凸緣72、和下凸緣73。在下凸緣73上形成有多個螺紋孔73s。

如第九圖所示，以夾入傳動環41的中心部件41C的狀態而上下配置有二片橡膠片71，上凸緣72和下凸緣73配置成將橡膠片71夾住的狀態，且通過固定導向軸58的螺栓48並利用下凸緣73所備的螺紋孔73s而緊固在一起。由此，導向軸58、上凸緣72、下凸緣73經橡膠片71而固定在傳動環41上，當來自擋環40的振動經傳動環41而傳遞到導向軸58時，就由橡膠片71衰減。因此，頂環整體的振動被減輕。

如第十圖及第十一圖(a)、(b)是表示本發明的傳動環41的第三態樣的示意圖，第十圖是傳動環41的分解立體圖，第十一圖(a)、(b)是第十圖中的XI部的放大圖。在第三態樣中，與第一態樣相同，將傳動環41二分割成中心部41a和環部41b，在中心部41a與環部41b的連接部設有橡膠片。

如第十圖所示，傳動環41被二分割成中心部41a和環部41b。中心部41a由中心部件41C和多個連結用臂41A構成，中心部41a的多個連結用臂41A延伸至環部41b的環狀部分。環部41b僅由環部件41R構成。在連結用臂41A的端部與環部件41R之間配置有橡膠片75。在連結用臂41A的端部的上方配置有多個螺栓74。

第十一圖(a)表示中心部41a與環部41b連接前的狀態，第十一圖(b)表示將中心部41a與環部41b連接後的狀態。

如第十一圖(a)所示，中心部41a的連結用 臂41A的端部與環部41b的環部件41R之間設有橡膠片75。在中心部41a的連結用臂41A的上方配置有螺栓74。在環部件41R上形成有多個螺紋孔41s。

如第十一圖(b)所示，中心部41a的多個連結用臂41A的端部通過螺栓74固定在環部41b的環部件41R上，從而傳動環41被一體化，由所述連結用臂41A與環部件41R連接的面夾持橡膠片75。由此，當來自擋環40的振動經傳動環41而傳遞到導向軸58時，就由橡膠片75衰減。因此，頂環整體的振動被減輕。

在本發明的傳動環的第一及第三態樣中，將傳動環41做成中心部41a和環部41b的二分割構造，在中心部41a與環部41b的連接部上夾裝橡膠片67、75，利用螺栓等緊固件將中心部41a和環部41b一體化。即，用由剛性高而縱彈性係數大的不銹鋼等金屬、工程塑料等樹脂、陶瓷等構成的第一材料構成中心部41a和環部41b，且隔著由縱彈性係數比第一材料小的橡膠片67、71構成的第二材料將中心部41a和環部41b連接起來。橡膠片由EPDM、氟橡膠、丁腈橡膠、聚氨酯橡膠、矽橡膠或衰減能力強的合成橡膠構成。即，傳動環41由第一材料、和縱彈性係數比第一材料小的第二材料構成。

在本發明的傳動環的第二態樣中，在傳動環41與導向軸58之間，夾裝有橡膠片71，該導向軸58由於將傳動環41與配置在頂環主體10的中心部(具體地來說是托板44的中心部)的球面軸承55連結起來。即，用由剛性高而縱彈性係數大的不銹鋼等金屬、工程塑料等樹脂、陶瓷等構成的第一材料構成傳動環41，且隔著由縱彈性係數比第一材料小的橡膠片71構成的第二材料將傳動環41與導向軸58連結起來。橡膠片由EPDM、氟橡膠、丁腈橡膠、聚氨酯橡膠、矽橡膠或衰減能力強的合成橡膠構成。橡膠片71既可如第八圖所示，與傳動環41分體，或者也 可用橡膠模壓的方式與傳動環41的中心部件41C形成為一體。因此，即使在第二態樣中，傳動環41也由第一材料和縱彈性係數比第一材料小的第二材料構成。

如此，採用本發明的傳動環的第一~第三態樣，通過用第一材料和縱彈性係數比第一材料小的第二材料來構成傳動環41，從而研磨中擋環所產生的振動當從傳動環的第一材料傳遞到第二材料時，由第二材料衰減。因此，可衰減從擋環經傳動環而傳遞到頂環主體的振動，可衰減頂環整體的振動，可減輕頂環整體的振動。

至此，說明了本發明的一實施方式，但本發明不限於上述的實施方式，在其技術思想的範圍內當然可用各種不同的方式來實施。

Claims (9)

1. 一種基板保持裝置，具有：頂環主體，該頂環主體具有對基板進行保持並將該基板按壓到研磨面上的基板保持面；以及擋環，該擋環圍住所述基板地配置，且與所述研磨面接觸，該基板保持裝置的特徵在於，具有傳動環，該傳動環具有：在下表面保持所述擋環的環部件；配置在所述頂環主體的中心部且支承於所述頂環主體的中心部件；以及將所述環部件與所述中心部件予以連結用的多個連結用臂，所述傳動環構成為，利用緊固件連接包含所述中心部件和所述多個連結用臂在內的中心部、與由所述環部件構成的環部，或者構成為，利用緊固件連接包含所述中心部件和所述多個連結用臂的徑向內側部分在內的中心部、與包含所述多個連結用臂的徑向外側部分和所述環部件在內的環部，所述中心部由第一材料構成，在所述中心部與所述環部的連接部設有由縱彈性係數比第一材料小的第二材料構成的部分。
2. 一種基板保持裝置，具有：頂環主體，該頂環主體具有對基板進行保持並將該基板按壓到研磨面上的基板保持面；以及擋環，該擋環圍住所述基板地配置，且與所述研磨面接觸，該基板保持裝置的特徵在於，具有傳動環，該傳動環具有：在下表面保持所述擋環的環部件；配置在所述頂環主體的中心部且支承於所述頂環 主體的中心部件；以及將所述環部件與所述中心部件予以連結用的多個連結用臂，所述傳動環構成為，利用緊固件連接包含所述中心部件和所述多個連結用臂在內的中心部、與由所述環部件構成的環部，或者構成為，利用緊固件連接包含所述中心部件和所述多個連結用臂的徑向內側部分在內的中心部、與包含所述多個連結用臂的徑向外側部分和所述環部件在內的環部，在所述中心部與所述環部的連接部設有橡膠部件。
3. 一種基板保持裝置，具有：頂環主體，該頂環主體具有對基板進行保持並將該基板按壓到研磨面上的基板保持面；以及擋環，該擋環圍住所述基板地配置，且與所述研磨面接觸，該基板保持裝置的特徵在於，具有傳動環，該傳動環具有：在下表面保持所述擋環的環部件；配置在所述頂環主體的中心部且支承於所述頂環主體的中心部件；以及將所述環部件與所述中心部件予以連結用的多個連結用臂，所述中心部件由第一材料構成，在導向軸與所述傳動環的中心部件之間，設有由縱彈性係數比該第一材料小的第二材料構成的部分，所述導向軸固定於所述傳動環的中心部件，且插入設置在所述頂環主體內的軸承中。
4. 如申請專利範圍第3項所述的基板保持裝置，其特徵在於，所述第二材料是橡膠部件。
5. 如申請專利範圍第2或4項所述的基板保持裝置，其特徵在於，所述橡膠部件由EPDM、氟橡膠、丁腈橡膠、聚氨酯橡膠、矽橡膠或衰減能力強的合成橡膠構成。
6. 如申請專利範圍第2或4項所述的基板保持裝置，其特徵在於，所述橡膠部件是模壓後的橡膠部件。
7. 如申請專利範圍第2項所述的基板保持裝置，其特徵在於，所述連結用臂的連接部，是為承受拉伸、壓縮、剪切、彎曲方向的荷載而對處於面之間的橡膠部件進行壓縮的形狀。
8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的基板保持裝置，其特徵在於，所述傳動環被支承成，可利用與該傳動環的中心部件連接的導向軸和配置於所述頂環主體的中心部的球面軸承而傾斜和上下動作，所述連結用臂被一對輥夾持，以約束所述傳動環的旋轉方向上的移動，所述一對輥被支承在對薄膜進行保持的托板上。
9. 一種研磨裝置，其特徵在於，具有：如申請專利範圍第1至8項中任一項所述的基板保持裝置，以及對具有研磨面的研磨墊進行支承的研磨台。