用于研磨装置的研磨头及使用的弹性环以及晶元的研磨装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于化学机械研磨装置的研磨头及使用的弹性环以及晶元的研磨装置，详细地涉及一种用于化学机械研磨装置的研磨头，其使得在研磨头类似于螺栓 (bolt)的磨损性部件的使用最小化，并防止由于颗粒(particle)而导致的工艺的恶化，并抑制在研磨工艺中晶元的研磨面因护环(retainer ring)的加压力而使得研磨品质变得不均匀。

背景技术：

化学机械研磨(CMP)装置是一种为了实现全面平坦化与由用于形成电路的接触 (contact)/布线膜分离以及高度集成的元件化而产生的晶元表面粗糙度的改善等而使用于对晶元的表面进行精细研磨加工的装置，所述全面平坦化是清除在半导体元件制造过程中反复进行掩蔽(masking)、刻蚀(etching)及布线工艺等的同时生成的晶元表面的凹凸而导致的单元(cell)区域与周围电路区域间的高度差。

就所述CMP装置而言，研磨头在研磨工艺前后，在晶元的研磨面与研磨垫相面对的状态下，对所述晶元进行加压并进行研磨工艺，同时，若完成研磨工艺，则将晶元以直接及间接地进行真空吸附并抓握的状态移动至下一个的工艺。

图1是化学机械研磨装置9的概略平面图。如图1及图2所示，化学机械研磨装置 9包括：研磨头1，其在使得晶元W位于底面的状态下对晶元W加压并进行自转；研磨垫2，其在与晶元W的研磨面进行接触的同时，进行旋转2d；研磨液供给部3，其将研磨液供给于研磨垫2上并使得通过到达至晶元W的研磨液的化学研磨得以进行；调节器 (conditioner)4，其对研磨垫2的表面进行改质。

如图3所示，所述研磨头1包括：本体部10，其通过外部的驱动部来得到旋转驱动；膜30，其固定于与本体部10一同旋转的基底20，并且在与基底20的之间形成多个被分割的压力室C1、C2、C3；护环40，其以环形态配置于晶元W的周围，在化学机械研磨工艺中底面加压研磨垫2并防止其包围的晶元W的脱离；压力控制部50，其通过空气压力供给通道55将空气压力施加至压力室C1、C2、C3或者排出。

在此，膜30形成有底板、侧面、隔壁，所述底板对晶元W进行加压，所述侧面在底板的边缘末端向上侧延长，隔壁35以环形态形成于底板的中心与侧面之间，侧面与隔壁35的末端30a固定于基底20，在膜底板与基底20之间形成多个被分割的压力室C1、 C2、C3。

并且，护环40设置为通过驱动部M可向上下进行移动40d。驱动部M也可以是使用电作为驱动源的马达，也可以使用空气压力或液压作为驱动源。护环40在化学机械研磨工艺中通过驱动部M在研磨垫2上用规定的力Pr被加压的状态得到保持。

据此，在化学机械研磨工艺中，空气压力从压力控制部50供给于压力室C1、C2、 C3，从而压力室C1、C2、C3膨胀，同时成为通过膜底板将晶元按压至研磨垫的状态。与此同时，感知到通过驱动部M使得护环40向下方移动并在晶元W的周围加压研磨垫，从而晶元W在化学机械研磨工艺中向研磨头1的外部脱离。

但是，如图4所示，若配置于晶元W的周围的护环40向下方移动40d并加压研磨垫 2，则在研磨垫2通过护环40的底面40a被按压的区域40x中被按压的变形产生于研磨垫2，由此，产生被按压的变形的周边产生得到反弹的反弹(rebound)变形99。但是，存在的问题在于，由于护环40与晶元W的边缘e以相互接近的形式配置，因此由于研磨垫2的反弹变形99而导致晶元的边缘e以更加高的加压力紧贴于反弹的研磨垫2的凸出部，由此，在晶元W的边缘e的研磨量无意中上升。

尤其，护环40的底面在与自转的研磨垫2进行接触的同时，朝向研磨垫2得到加压力Pr的引入的护环40通过来自研磨垫11的摩擦力F1在与自转的研磨垫2相抵抗的部分55中受到倾斜旋转M20的力。

由此，如图5所示，也会产生的问题在于，护环40的底面产生半径内侧部分40i 与半径外侧部分40o的磨损量的偏差，同时使用时间越长，护环40与研磨垫2进行接触的接触面积越不同，同时对晶元的边缘产生的影响也变动，从而难以确保均匀的研磨品质。作为在图中未说明的标号42是在晶元的研磨工艺中生成的研磨液排出至外部的槽。

换句话说，护环40在研磨头1的构成部件中最先在表示为附图标号55的地点与进行自转的研磨垫2相接触，同时通过与研磨垫2的摩擦F1护环1受到相对于研磨垫2 表面试图倾斜的力。由此，产生的问题在于，护环40对研磨垫2的表面进行加压的底面40a与研磨垫2的表面形成倾斜，同时通过护环40来加压研磨垫2的力局部地会更加变大，据此，对晶元W的边缘e造成影响的研磨垫2的反弹凸出量更加变大。

不仅如此，产生的问题在于，护环40的底面40a与研磨垫2的表面形成倾斜的状态，由此，若研磨垫2的表面与护环40的底面40a相接触的同时进行移动(旋转)，则在护环40产生振动。由此，引起的严重的问题在于，在护环40产生的振动通过研磨头1 的本体部10、20传递至位于膜30的下侧的晶元W，从而由于由振动而产生的影响导致晶元W的研磨面的研磨品质下降。

此外，引起的问题在于，由于在研磨头1的旋转部紧固结合有螺栓等，因此通过研磨工艺中的旋转运动，从螺栓、轴承(bearing)等的磨损性部件排出颗粒，同时对研磨工艺产生不良影响。由此，就构成研磨头而言，使得螺栓等的磨损性材料最小化的必要性也增加。

技术实现要素：

本实用新型是在前述的技术背景下提出的，目的在于，在化学机械研磨工艺中传递旋转驱动力的研磨头的构成要素由磨损性材料形成，从而在研磨工艺中在旋转驱动力传递至研磨头的各个部分的过程中使得由于磨损颗粒而导致的工艺的不良影响最小化。

并且，本实用新型的目的在于，在化学机械研磨工艺中抑制在护环与研磨垫相接触的同时所产生的倾斜位移，并减少研磨垫的反弹变形，由此，抑制在晶元的边缘区域中产生晶元被不均匀且过度的研磨。

此外，本实用新型的目的在于，切断在护环与研磨垫相接触的同时所产生的振动传递至晶元，从而确保晶元的良好的研磨品质。

并且，本实用新型的目的在于，在研磨工艺中对加压晶元的加压力进行二元化并进行控制，由此更加精致地并准确地控制导入至晶元的加压力。

为了达成所述目的，本实用新型提供一种用于研磨装置的研磨头，其特征在于，包括：第一本体部，其得到旋转驱动力的传递；第二本体部，其在研磨工艺中形成有将晶元的板面加压于研磨垫的加压面；边缘部，其设置有护环，所述护环在所述研磨工艺中以包裹晶元的周围的一部分以上的形态底面与所述研磨垫相接触，并且所述边缘部从所述第一本体部通过柔性材质的传递部件得到旋转驱动力的传递并进行旋转。

如上所述，就将旋转驱动力从得到旋转驱动力的传递的第一本体部向边缘部传递而言，不是通过现有的螺栓等传递部件，而是通过可弯曲变形的柔性材质的传递部件来传递旋转驱动力，据此，可解决如下问题：旋转驱动力通过螺栓得到传递的同时，在金属间的接触面或金属与塑料树脂的接触面持续地产生坚硬的材质的细微颗粒。

由此，将在晶元的研磨工艺中进行旋转的研磨头内产生的颗粒最小化，减少研磨头的操作故障，保证更长的耐久寿命，并可解决由于颗粒流入至用于使得空气压力供给于压力室的空气压力管而导致压力被扭曲的问题。

在此，所述传递部件可形成为第一弹性环。换句话说，由聚氨酯或橡胶材料形成，通过第一弹性环使得旋转驱动力从第一本体部传递至边缘部，由此，也可得到的优点在于，与现有的技术相比，不仅能够减少在弹性环本身所产生的颗粒的量，而且由于弹性环的磨损而产生的颗粒的硬度较低，从而对其他构成要素产生的不良影响微不足道。

并且，通过弹性位移得到允许的第一弹性环来连接所述第一本体部与所述边缘部，由此所述第一本体部与所述边缘部在相互间被允许的位移为所述第一弹性环的变形量程度。据此，即使护环的底面因与进行自转的研磨垫的摩擦接触而想要倾斜旋转的力起作用，护环通过与第一本体部相连接的柔性材质的第一弹性环而被允许微小的倾斜位移，由此，护环由于从研磨垫得到的摩擦力而自由地进行倾斜旋转的同时，能够保持护环的底面紧贴于研磨垫的表面的状态。

由此，本实用新型，通过护环的加压来减少研磨垫的反弹凸出变形量，据此可得到的效果在于，减少在晶元的边缘区域中产生晶元被不均匀且过度的研磨的情况。

此外，所述第一弹性环形成有向半径方向凸出的多个凸起，并且所述边缘部与所述第一本体部中任意一个以上形成有容纳所述凸起的容纳部，所述第一本体部与所述边缘部中任意一个以上可构成为沿着圆周方向与所述凸起得到干涉。据此，消除将第一弹性环的一部分用螺栓等拧紧的繁琐并且产生刚性颗粒的可能性，同时可将旋转驱动力从第一本体部通过作用于第一弹性环的剪切力来传递至边缘部。

此时，在所述第一本体部还包括结合部件，所述结合部件选择性地结合于所述第一弹性环的上侧，通过所述结合部件的拆卸，所述第一弹性环成为可向外部脱离的状态。据此，可容易地进行周期性地替换第一弹性环。

此时，结合部件虽然也能够以将第一弹性环吻合的形态与第一本体部相结合，但是，优选地，结合部件将第一弹性环以不按压的形式固定于与第一本体部之间并的同时，在与第一本体部之间设置有所述容纳部，由此在设置有第一弹性环的非旋转状态下，设置为任何力都不会作用于第一弹性环，优选地通过第一弹性环的凸起与容纳部间的干涉来传递旋转驱动力。由此，可得到的优点在于，可进一步减少在第一弹性环得到加压的同时所产生的细微颗粒的量，并且可充分地确保由于第一弹性环的弹性变形而引起的护环的倾斜位移。

另外，所述第一本体部虽然也可形成为一个主体，但是也可包括如下两个以上的构成要素：第一-一本体部，其得到旋转驱动力的传递；第一-二本体部，其相对于所述第一-一本体部沿着圆周方向得到干涉，与所述第一-一本体部一同旋转，并且所述传递部件固定于第一-二本体部。

此时，设置有连接于所述第一-一本体部并沿着旋转轴延长的中心轴，所述第一-二本体部与所述中心轴通过相互倾斜旋转被允许的倾斜回转部得到连接，由此，与边缘部连接的第一-二本体部相对于第一-一本体部被允许倾斜旋转，并使得从外部得到旋转驱动力的传递与得到护环的底面和研磨垫的表面间的摩擦振动的传递相互隔离。由此，使得研磨头内的振动仪相互绝缘，由此抑制因两个以上的振动源重叠而被增幅的情况，晶元的研磨工艺始终保持规定范围内的振动状态，同时可更加稳定地确保晶元的研磨面与研磨垫的紧贴状态。

与此同时，所述第一-一本体部与所述中心轴以使得第一阻尼连接体插入的状态得到连接，从而仅在第一阻尼连接体的变形位移内所述第一-一本体部与所述中心轴的倾斜旋转得到允许。换句话说，第一-一本体部与第一-二本体部可通过阻尼连接体来实现更可靠的振动绝缘状态。

此外，由于第一-一本体部与第一-二本体部的相互自由的倾斜旋转位移得到允许，因此也不会通过第一-一本体部与第一-二本体部中任意一个的倾斜旋转位移来强制第一-一本体部与第一-二本体部的另一个旋转位移，从而以没有相互约束的形式自由地进行振动或位移，由此可解决局部的应力集中于研磨头的构成要素或者无意地在特定区域进一步加压晶元的结构性的问题。

此外，所述第二本体部与所述中心轴以插入第二阻尼连接体的状态得到连接，仅在第二阻尼连接体的变形位移内所述第二本体部与所述中心轴的倾斜旋转可得到允许。换句话说，与第一-一本体部一样，由于所述第二本体部与所述中心轴以使得第二阻尼连接体插入的状态得到连接，因此仅在第二阻尼连接体的变形位移内所述第二本体部与所述中心轴的倾斜旋转得到允许，第一-一本体部与第二本体部通过第一阻尼连接体及第二阻尼连接体来实现更为可靠的振动绝缘状态。

另外，还可包括对所述第二本体部与所述边缘部进行连接的第二弹性环。据此，可抑制晶元的研磨粒子或研磨液等的异物通过第一本体部与边缘部之间的裂缝流入至研磨头的内部。

尤其，在由所述第一弹性环、所述第二弹性环、所述第一本体部、所述第二本体部包围的区域形成有加压室，并构成为通过所述加压室的压力来整体地加压所述第二本体部。据此，加压室的压力以对晶元进行加压的基准加压力得到控制。

并且，在所述第二本体部形成有加压室，所述加压室在所述加压面的上侧分割为多个，并独立地得到压力的调节，从而按照各个区域来调节对所述晶元进行加压的加压力。

换句话说，通过在膜的上侧划分为多个区域的压力室的压力对晶元的各个区域以具有偏差的加压力进行控制，在第二本体部的上侧的加压室整体地以向下方加压的基准加压力对晶元进行控制。如上所述，可得到的优点在于，加压晶元的适当加压力以加压室的基准加压力进行控制，通过以晶元的各个区域加压力偏差程度对划分为多个压力室的压力进行控制的二元化方式的控制，可更为精确地调整压力室的压力，由此按照各个区域来调节晶元的加压力的控制更加简便且准确。

另外，本实用新型提供一种在用于研磨装置的研磨头中使用的弹性环，其包括第一本体部、第二本体部、边缘部，所述第一本体部得到旋转驱动力的传递，所述第二本体部在研磨工艺中形成有将晶元的板面加压于研磨垫的加压面，所述边缘部设置有护环，所述护环在所述研磨工艺中以包裹晶元的周围的一部分以上的形态底面与所述研磨垫相接触，并且所述边缘部从所述第一本体部通过传递部件得到旋转驱动力的传递并进行旋转，所述在用于研磨装置的研磨头中使用的弹性环的特征在于，其宽度规定为对所述第一本体部与所述边缘部进行连接的长度，并形成为环形态，向半径方向凸出形成有多个凸起，并辅助来自所述第一本体部的旋转驱动力通过由所述凸起而产生的干涉来传递至所述边缘部。

如上所述，将旋转驱动力通过弹性环从研磨头的第一本体部传递至边缘部，据此减少由于从第一本体部与边缘部的动力传递部产生硬质的细微颗粒而引起的研磨头的操作故障并实现充分的耐久寿命，并且可解决由于颗粒流入至用于使得空气压力供给于压力室的空气压力管而导致压力被扭曲的问题。

在此，所述凸起分别形成有向半径外侧方向凸出的外侧凸起与向半径内侧方向凸出的内侧凸起，内侧凸起沿着圆周方向(旋转方向)与第一本体部的容纳部产生干涉，外侧凸起沿着圆周方向与边缘部的容纳部产生干涉，将弹性环作为传递部件，可将旋转驱动力从第一本体部以没有损失的形式传递至边缘部。

此时，所述内侧凸起与所述外侧凸起也可配置于相同的圆周方向上的位置，所述内侧凸起与所述外侧凸起也可配置于相互交错的圆周方向上的位置。优选地，在弹性环的截面较大的情况下，内侧凸起与外侧凸起配置于相同的圆周方向上的位置，优选地，在弹性环的截面较小的情况下，以通过内侧凸起与外侧凸起来加强刚性的形式内侧凸起与外侧凸起配置于交错的圆周方向上的位置。此外，弹性环的内侧凸起与外侧凸起在圆周方向上也可一同配置于相同的位置与交错的位置。

并且，优选地，所述凸起凸出地形成为容纳于容纳部的形态，沿着与所述凸起和所述容纳部的一面接触的圆周方向被干涉，所述容纳部形成于所述边缘部和所述第一本体部中任意一个以上。

并且，所述凸起包括第一凸起与第二凸起，所述第一凸起的宽度与所述第二凸起的宽度也能够以相互不同的形式形成。

另外，本实用新型提供一种晶元的研磨装置，其特征在于，包括：研磨垫，其得到旋转驱动；前述的构成的研磨头，其对晶元进行加压的同时使得晶元旋转。

本说明书及权利要求所记载的“水平旋转”的术语定义为沿着与研磨垫的表面呈大致平行的方向的旋转(旋转轴垂直于研磨垫的表面的方向)。在此，“大致平行”的术语是为了包括相对于平行具有大致-5度至+5度程度的微小的角度差异。

本说明书及权利要求所记载的“倾斜旋转”的术语定义为以大致平行于研磨垫的表面的旋转轴为中心的旋转。换句话说，“倾斜旋转”全部包括护环的底面以相对于研磨垫的表面倾斜的形态倾斜。

根据本实用新型，就将旋转驱动力从得到旋转驱动力的传递的第一本体部向边缘部传递而言，可得到的有利的效果在于，将通过现有的螺栓等来传递旋转驱动力的传递部件的作用转换为柔性材质的传递部件，据此，可解决持续产生金属颗粒等现有的硬质细微颗粒的问题，减少研磨头的操作故障并保证更长的耐久寿命，并且可解决由于颗粒流入至用于使得空气压力供给于压力室的空气压力管而导致压力被扭曲的问题。

此外，本实用新型具有的效果在于，通过柔性材质的弹性环使得旋转驱动力从第一本体部传递至边缘部，由此，与现有的技术相比，可将在传递部件本身所产生的颗粒的量减少得更少，并且由于弹性环的磨损而产生的颗粒的硬度较低，从而对其他构成要素产生的不良影响降低。

并且，本实用新型具有的效果在于，设置有护环的边缘部设置为可相对于设置有晶元的加压面的第二本体部进行倾斜旋转，由此，即使护环的底面与进行旋转或移动的研磨垫的表面间的摩擦力起作用，也能够以如下形式进行诱导：护环通过从研磨垫得到的摩擦力来自由地进行倾斜旋转，同时保持护环的底面紧贴于研磨垫的表面的状态。

由此，本实用新型可得到的效果在于，通过护环的加压来减少研磨垫的反弹凸出变形量，据此，减少在晶元的边缘区域中产生晶元被不均匀且过度的研磨。

并且，本实用新型可得到的效果在于，在将旋转驱动力传递至研磨头的第一本体部与形成有对晶元进行加压的加压面的第二本体部之间设置有阻尼连接体，由此，从护环传递至第一本体部的振动没有传递至对晶元进行加压的加压面而是被隔断，在对晶元进行加压的加压面以没有振动的状态进行加压，从而提高晶元的研磨品质。

尤其，本实用新型可得到的效果在于，在由所述第一弹性环、所述第二弹性环、所述第一本体部、所述第二本体部包围的区域形成有加压室，并通过所述加压室的压力来整体地加压所述第二本体部，在加压室的下侧形成有按照各个区域以相互不同的压力对晶元进行加压的多个压力室，由此，加压室以整体地加压晶元的基准加压力的大口控制，通过在多个压力室对晶元的各个区域以具有偏差的加压力进行控制的二元方式的压力控制，使得按照各个区域对晶元的加压力进行调节的控制更加简便且准确。

附图说明

图1是示出通常的化学机械研磨装置的构成的平面图，

图2是图1的正面图，

图3是示出图1的研磨头的纵截面的概略图，

图4是图3的'A'部分的放大图，

图5是示出图3的研磨头的底面的底面图，

图6是根据本实用新型的一个实施例的研磨头的纵截面图，

图7a是图6的'B'部分的放大图，

图7b是根据与图6的'B'部分相对应的另一个实施例的放大图，

图8是图6的'C'部分的放大图，

图9a及图9b是沿着图6的切断线Ⅸ-Ⅸ的横截面图，

图10a至图10c是沿着图7a的切断线X-X的横截面图，

图10d是沿着图7b的切断线X'-X'的横截面图。

具体实施方式

详细说明根据本实用新型的一个实施例的用于化学机械研磨装置的研磨头100。但是，就对本实用新型进行说明而言，为了明确本实用新型的要旨，对于与前述的现有技术的构成以及作用类似的构成，省略对其的说明。

根据本实用新型的一个实施例的研磨头100包括：第一本体部110，其在化学机械研磨工艺中得到旋转驱动力的传递；第二本体部120，其设置有膜30，所述膜30形成有对晶元W进行加压的加压面，并且所述第二本体部120与第一本体部110一同旋转；边缘部140，其设置有护环40，所述护环40的底面40a在化学机械研磨工艺中与研磨垫2相接触，并且所述边缘部140相对于第二本体部120进行倾斜旋转120r，从而相对于第二本体部12其姿势得到变动；倾斜回转部200，其允许第一本体部110与第二本体部120之间的倾斜旋转位移；中心轴150、190，其从第一本体部110以与第二本体部连接的形式延长；压力控制部160，其通过空气压力供给管165a将空气压力供给于第二本体部120的压力室C1、C2、C3、C4、C5以及护圈室Cp，并独立地调节各个室的压力；阻尼连接体170、180，其设置于传递第一本体部110与第二本体部120的倾斜旋转位移的路径上。

所述第一本体部110包括：第一-一本体部110a，其从外部得到旋转驱动力的传递；第一-二本体部110b，其与第一-一本体部110a通过使得沿着圆周方向的干涉成为可能的连接部件88连接，并与第一-一本体部110a一同旋转。

以在第一-二本体部110b的下侧形成有加压室Ca的形式第一-一本体部110a与第一 -二本体部110b保持为通过密封环99被密闭的状态。并且，第一-二本体部110b虽然通过连接部88沿着圆周方向与第一-一本体部110a受到干涉并一同旋转驱动，但是第一-一本体部110a与第一-二本体部110b相互向上下方向的移动位移(即，倾斜旋转位移)被允许为密封环99的弹性位移被允许的程度。

根据本实用新型的其他实施形态，第一-一本体部110a与第一-二本体部110b也可形成为一个主体。

所述第二本体部120对膜30进行固定，并利用在研磨工艺中通过膜30而形成的加压面30s来对晶元W进行加压。

在此，膜30包括：膜底板，其形成有在研磨工艺中对晶元进行加压的加压面30s；隔壁35，其从膜底板延长。隔壁35的末端通过结合部件122来固定于第二本体部120，在膜30与第一本体部110之间划分形成有多个压力室C1、C2、C3、C4、C5。

并且，膜30的底板与隔壁35由柔性(flexible)材质形成。由此，若从压力控制部160供给于压力室C1、C2、C3、C4、C5的空气压力升高，则在压力室C1、C2、C3、 C4、C5膨胀的同时，利用膜底板来对位于压力室C1、C2、C3、C4、C5的底面的晶元进行加压，并调节晶元的研磨层研磨厚度。换句话说，膜底板形成有对晶元W进行加压的加压面30s。

在图中例示了直接将空气压力传递至晶元W的空气压力通道未形成于膜底板的构成，但是根据本实用新型的其他实施形态，也可贯通形成有可直接将空气压力传递至位于膜底板下侧的晶元的空气压力通道。

各个压力室C1、C2、C3、C4、C5通过从压力控制部160供给的正压或负压来独立地调节压力，同时在研磨工艺中可对晶元W按照各个区域来调节加压力。

第二本体部120通过作为柔性材质的第二弹性环129与边缘部140相连接，从而从边缘部140得到旋转驱动力的传递。第二弹性环129由于由聚氨酯系列或橡胶等的柔性材质形成，因此在旋转驱动力从边缘部140向第二本体部120传递的过程中，其自身几乎不产生磨损，且几乎不产生的磨损颗粒也具有低硬度的材质，因此几乎不对晶元W的研磨工艺产生不良影响。

并且，通过第二弹性环129使得第二本体部120与边缘部140之间的裂缝得到密封，因此可从根本上切断在晶元W的研磨工艺中残留于研磨垫2上的研磨粒子或研磨液等的异物渗透至研磨头100的内部。

另外，第二本体部120虽然仅通过第二弹性环129得到旋转驱动力的传递，但是根据本实用新型的其他实施形态，也可通过与第一本体部110连接的中心轴150、190来得到旋转驱动力的传递。在此情况下，如图10a至图10c所示，中心轴150、190的截面形成为非圆形截面，同时，与第一本体部110与第二本体部120进行连接的中心轴150、 190的末端部形成为非圆形截面，据此成为可能。但是，本实用新型均包括如下构成：仅通过第二弹性环129来将旋转驱动力传递至第二本体部120的构成与通过中心轴150、 190来传递旋转驱动力并且第二弹性环129起到从下侧进行密封的作用的构成。

所述边缘部140对护环40进行固定，并且在研磨工艺中保持护环40的底面40a与研磨垫(图2的附图标号2)相接触的状态，同时设置为在与第二本体部120之间通过倾斜回转部200以及第一弹性环119相对于第二本体部120可倾斜旋转140r。

在此，护环40在晶元W的周围形成为一个环形态，或者形成为被分割成多个的环形态。在护环40的上侧形成有护圈室Cp，导入至护环40的力Pr通过护圈室Cp的压力得到调节。换句话说，若较高的正压从压力控制部160通过空气压力供给管155a导入至护圈室Cp，则护环40成为朝向研磨垫2用较大的力Pr进行紧贴的状态。由此，在晶元 W的研磨工艺中通过护环40防止晶元W向研磨头100的外部脱离。

虽然在图中未示出，但是形成于第二本体部120的上侧的加压室Ca与护圈室Cp相互连通，通过加压室Ca的压力pa也可导入护环40被加压至研磨垫2的力。并且，通过直线马达(linear motor)等的驱动装置也可导入护环40向下方被加压的力。

边缘部140通过第一本体部110与第一弹性环119来得到旋转驱动力的传递。第一弹性环119由聚氨酯系列或橡胶等的柔性材质形成，因此在旋转驱动力从第一本体部 110传递至边缘部140的过程中，其自身几乎不产生磨损，由此，与以螺栓紧固的形式来连接第一本体部110与边缘部140的现有构成相比，抑制在研磨头100内产生颗粒。另外，从柔性材质的第一弹性环119产生的颗粒由于不是类似于金属颗粒的硬质物体，因此可减少研磨头的操作故障并保证更长的耐久寿命，并可解决由于颗粒流入至用于使得空气压力供给于压力室的空气压力管而导致压力被扭曲的问题。

在此，如图8及图9a所示，第一弹性环119包括：内侧固定环119i，其安装于第一-二本体部110b；外侧固定环119e，其安装于边缘部140；连接部119f，其以比内侧固定环119i与外侧固定环119e小的截面来对它们119i、119e进行连接。

并且，在第一弹性环119的内侧固定环119i向半径内侧凸出形成有多个内侧凸起 119pi，在第一弹性环119的外侧固定环119pe向半径外侧凸出形成有多个外侧凸起 119pe。由此，若第一弹性环119位于第一-二本体部110b与边缘部140，则各个凸起 119pi、119pe容纳于第一-二本体部110b与边缘部140的容纳部110u、140u，第一弹性环119的凸起119pi、119pe成为沿着旋转方向(圆周方向)被容纳部110u、140u干涉的形态。由此，若第一-二本体部110b进行旋转110r，则第一弹性环119的内侧凸起 119pi沿着圆周方向被第一-二本体部110b的容纳部110u干涉的同时，旋转驱动力传递至第一弹性环119，通过想要使得第一弹性环119旋转的剪切力将旋转驱动力传递至外侧固定环119e的外侧凸起119pe，并且通过外侧凸起119pe与边缘部140的容纳部140u 的沿着圆周方向的干涉来边缘部140得到旋转140r驱动。

在此，如图9a所示，第一弹性环119的凸起119pi、119pe包括沿着圆周方向排列于相同的位置的凸起119pe2、119pi，在第一弹性环119的连接部119f的刚性较大的情况下，顺利地传递旋转驱动力。此时，为了防止因旋转驱动力而使得凸起119pi、119pe 的沿着圆周方向的弯曲变得过度，而可配置有凸起119pi、119pe的宽度w1、w2形成得更大的凸起119pe1。例如，宽度w2形成为比凸起的凸出长度大两倍至十倍程度，从而可限制整个凸起的沿着圆周方向变弯曲的变形量。

另外，如图9b所示，第一弹性环119的凸起也可沿着圆周方向在相互交错的位置配置有凸起119pi'、119pe'。在此，即使在第一弹性环119的连接部119f的刚性较小的情况下，也可通过第一弹性环119的凸起119pi'、119pe'来加强刚性并实现顺利的旋转。

此时，如图8所示，第一弹性环119的设置可通过将结合于第一-二本体部110b的结合部件118与结合于边缘部140的结合部件148进行插入来完成。换句话说，在安装有第一弹性环119的结合部件118、148形成有对第一弹性环119的固定环119i、119e 进行加压的短坎面118a、148a，若将结合部件118、148用紧固螺栓118b、148b紧固固定于第一-二本体部110b与边缘部140，则第一弹性环119的护环119i、119e被短坎面 118a、148a按压的同时得到位置固定。此时，紧固螺栓118b、148b以不贯通弹性环119 的形式配置，从而在旋转驱动力从第一本体部110传递至边缘部140的过程中，将旋转驱动力传递至紧固螺栓118b、148b的情况最小化。

如上所述，通过结合部件118、148的拆卸，第一弹性环119向外部脱离或成为位置得到固定的状态，因此易于周期性地替换第一弹性环119。此外，加压室Ca以第一弹性环119为边界与外部空气成为隔绝的状态。

另外，第二弹性环129也与第一弹性环119类似，形成有外侧固定环、内侧固定环、连接部，所述外侧固定环安装于边缘部140，所述内侧固定环安装于第二本体部120，所述连接部对所述外侧固定环与所述内侧固定环进行连接，并且沿着半径内侧方向凸出有内侧凸起，沿着半径外侧方向凸出有外侧凸起，并且设置为容纳于第二本体部120的容纳部与边缘部140的容纳部。并且，第二弹性环129的设置也可通过分别结合于第二本体部120与边缘部140的结合部件(未示出)的装卸来实现。

但是，在通过中心轴150、190来使得旋转驱动力传递至第二本体部120的情况下，由于通过第二弹性环129来传递的旋转驱动力的量较少，因此第二弹性环129具有比第一弹性环119更长的寿命，从而替换周期显著变长。

此外，边缘部140以第一弹性环119为媒介与第一本体部110连接，第一弹性环119 由于可进行弹性变形，因此即使在研磨工艺中研磨垫2与护环40的底面的摩擦力F1变大，边缘部140也以第一弹性环119的弹性变形量程度被允许相对于第一本体部110的倾斜旋转140r，由此，能够与第一本体部110独立地保持护环40的底面与研磨垫2紧贴的状态。由此，护环40在用过度的力加压研磨垫2的同时，抑制研磨垫2的反弹变形，从而可解决在研磨工艺中的晶元W的边缘区域被过度研磨的现有的问题。

如上所述，第一本体部110与边缘部140之间的裂缝通过第一弹性环119来得到密封，第一-一本体部110与第一-二本体部110b之间通过密封环99来得到密封(在第一 -一本体部与第一-二本体部形成为一个主体的情况下，即使没有密封环也是被密封的结构)，第二本体部120和边缘部140之间裂缝通过第二弹性环129得到密封，因此在第二本体部120的上侧形成有将第二本体部120朝向研磨垫2进行向下加压的加压室Ca。

由此，若利用从压力控制部160通过空气压力供给管165b供应于加压室Ca的空气压力来形成加压室Ca的压力pa，则可对晶元W的整体板面从加压室Ca导入一定的基准加压力。

与此同时，由于在第二本体部120形成有通过膜30的隔壁30来划分为多个的压力室C1、C2、……，因此通过从压力控制部160通过空气压力供给管165来独立地得到供给的空气压力来对各个压力室C1、C2、……分别控制压力。

换句话说，通过在膜30的上侧划分为多个区域的压力室C1、C2、……的压力控制来对晶元的各个区域以具有偏差的加压力进行控制，在第二本体部120的上侧的加压室 Ca以成为向下方加压的基准加压力的压力pa对晶元W进行整体控制。在此，加压室Ca 的基准加压力规定为按照各个区域来加压晶元的加压力的下限值的50％至95％，压力室 C1、C2、……的加压力以在按照各个区域加压晶元的加压力的下限值与基准加压力的偏差加上各个压力室C1、C2、……的加压力差异的大小得到控制。

例如，在第一压力室C1至第五压力室C5中想要对晶元进行加压的加压力的大小分别是105、110、102、100、105的情况下，加压室Ca的基准加压力规定为作为压力室 C1、C2、……的下限值的100的50％至95％程度，导入至各个压力室C1、C2、……的加压力分别规定为5+(下限值*(0.5～0.95))的大小。

如上所述，在加压室Ca中用基准加压力来进行控制，根据晶元的各个区域的加压力偏差，以在多个压力室C1、C2、……中控制加压力的二元化压力控制方式在研磨工艺中对晶元的加压力进行调节，由此，可得到的效果在于，由于导入至压力室C1、C2、……的压力的上限值更加变小，因此可更精确地对个别加压力进行调节，按照各个区域来调节晶元的加压力的控制更加简便并且变得准确。

所述中心轴150、190的使用是为了在将倾斜旋转位移传递至第一本体部110与第二本体部120之间的同时，将阻尼连接体170、180设置于实现第一本体部110与第二本体部120的倾斜旋转位移的路径上。为此，包括相互插入的第一中心轴190与第二中心轴150。

在此，第一中心轴190形成有第一柱部192与第一延长部194，倾斜回转部200的凸曲面体210固定于所述第一柱部192，所述第一延长部194在第一柱部192的下侧以沿着半径方向扩张的截面形状延长。同样地，第二中心轴150形成有第二柱部152与第二延长部154，所述第二柱部152插入于第一中心轴190的中空部，所述第二延长部154 在第二柱部152的上侧以沿着半径方向扩张的截面形状延长。

在此，第一延长部194形成为非圆形截面(例如，六边形等多边形或伸展为放射状的多种形状)，第二延长部154形成为非圆形截面(例如，六边形等多边形或伸展为放射状的多种形状)，从第一-一本体部110a得到旋转驱动力的传递。由此，将水平旋转驱动力从第一-一本体部110a通过第二中心轴150与第一中心轴190传递至第二本体部 120。

虽然在图中未示出，但是中心轴150、190也可形成为一个主体。

并且，如图10a及图10b所示，在第一柱部192的外周面设置有倾斜回转部200的凸曲面体210，从而第一-一本体部110a与第一-二本体部110b的倾斜旋转得到允许。由此，相对于第一-二本体部110b的边缘部140通过第一弹性环119被允许倾斜旋转位移，但是即使边缘部140的倾斜旋转位移超过规定的范围(第一-二本体部与边缘部之间的间隙)，第一-二本体部110b也通过倾斜回转部200相对于第一-一本体部110a被允许倾斜旋转位移，由此，可容纳附加的倾斜旋转位移。由此，护环40的底面40a在通过与研磨垫2的摩擦力Fr来倾斜旋转的同时，在研磨工艺中可保持与研磨垫2紧贴的状态。

此外，第二本体部120相对于第一-二本体部110b通过倾斜回转部200可相互独立地进行倾斜旋转，因此通过护环40的倾斜位移使得第二本体部120的倾斜位移不被约束，并且可减少由护环40与研磨垫2的摩擦而导致的振动传递至第二本体部120。尤其，第二本体部120和第一中心轴190的延长部194以插入有可弹性变形的环形态的阻尼连接体170的状态与中心轴150、190连接，因此由护环40与研磨垫2的摩擦导致的振动以在阻尼连接体170得到减弱的状态传递至第二本体部120，从而可在很大程度上排除在护环40产生的振动对晶元W造成的影响。

同样地，第二中心轴150的延长部154与第一-一本体部110a之间也插入有阻尼连接体150。由此，第二本体部120以阻尼连接体150、170的弹性变形量程度被允许倾斜旋转，从而允许通过晶元W与研磨垫2的摩擦来产生第二本体部120的倾斜位移。晶元 W由于以比护环40更大的面积来与研磨垫2接触，因此引起比由护环40导致的倾斜旋转位移更小的倾斜旋转的摩擦力起作用，由此，通过阻尼连接体150、170也可充分容纳第二本体部120的倾斜旋转位移。

如上所述，可得到的有利的效果在于，由于第二本体部120以将可弹性变形的环形态的阻尼连接体150、170插入于中心轴150、190的延长部154、194末端的状态与中心轴150、190连接，因此在很大程度上使得由护环40与研磨垫2的摩擦导致的细微振动通过第一本体部110与中心轴150、190传递至第二本体部120的振动量减弱，从而排除由于振动而产生的不良影响，从而可进一步提高晶元的研磨面的品质。

在此，阻尼连接体170、180在实现弹性变形的同时，由具有减弱效果的橡胶或聚氨酯等的材料形成，根据情况的不同，也可形成有细微的多个孔。

此时，阻尼连接体170、180虽然可形成为多种截面形态，但是形成为包裹第一延长部144的末端的上侧与下侧的形状(在图中示出本体部110b或边缘部140向任意方向倾斜旋转，也可消散由倾斜旋转位移而导致的振动。

另外，就第一中心轴190的第一延长部194而言，如图7a所示，与第二本体部110 的上面相面对的底面190e形成为较缓的曲面，或者配置为与第二本体部110的上面非接触的形态，即使通过由第一-二本体部110b而传递的倾斜旋转力来产生第一中心轴 190想要倾斜旋转的力，也可通过第一中心轴190的倾斜旋转力防止第二本体部120的倾斜旋转位移。

另外，根据本实用新型的其他实施形态，虽然在图中未示出，但是中心轴150、190 形成为圆形截面并且没有通过中心轴150、190来传递旋转驱动力，并且也可通过连接边缘部140与第二本体部120的环形态的第二弹性环129来传递旋转驱动力。在此情况下，中心轴150、190的延长部154、194可形成为圆形截面，并且中心轴150、190也可形成为一个主体。

如图7a及图10a所示，所述倾斜回转部200包括：凸曲面体210，其沿着横方向以环形态凸出于与第一本体部110连接的第一中心轴190的柱部192的外周面；凹曲面体 220，其沿着横方向以环形态凸出于第二本体部120的容纳部125，并与所述凸曲面体 210相接。

如上所述，凸曲面体210与凹曲面部220的啮合以在凸出部115的整个360度周围上形成的球面轴承(spherical bearing)形态形成，因此以形成为环形态的凸曲面体 210与凹曲面体220的曲面相互接触的状态来实现相对旋转运动，由此，第一-二本体部 110b相对于第一-一本体部110a可进行对于水平方向的所有轴方向的倾斜旋转。由此，不仅以第一轴X1为基准的倾斜旋转得到允许，而且向多个方向的倾斜旋转也被允许，因此即使研磨垫2与护环40之间的摩擦力作用方向通过研磨液或研磨粒子等而产生细微变化，也可根据研磨垫2与护环40之间的摩擦力作用方向来改变倾斜旋转方向，同时可向多个方向相互进行倾斜旋转110r、120r。

在此，凸曲面体210与凹曲面体220之间的旋转虽然也可构成为通过另外的驱动装置来强制地进行，但是，优选地构成为通过外力来自行进行。

另外，从由对晶元w进行加压的膜底面的底面形成的加压面30s至倾斜回转部200 的旋转中心的距离形成为从所述加压面至第一本体部110的上端连接部110e的距离的 1/2以下。如上所述，倾斜回转部200的旋转中心以较低的形式位于作为研磨头100的上端的第一本体部110的连接部110e的1/2以下，由此，在研磨工艺中，即使由于与研磨垫2与护环40的摩擦而使得护环40被倾斜地抬起的力的作用下，研磨头在正确的姿势下使得晃动最小化，同时可使得晶元与护环稳定地紧贴于研磨垫。

另外，如图10a所示，第一本体部110的相对于第二本体部120的倾斜旋转的方向也可形成为对于无限大的轴(连续沿任意轴向倾斜旋转也被允许)的旋转方向，如图10b 所示，也可被允许仅限于以一个第一轴X1为基准的1方向的倾斜旋转，如图10c所示，也可被允许为对于以15度至45度间距规定的多个方向的多轴方向的旋转方向。

在此，被允许以一个第一轴X1为基准的1方向的倾斜旋转的结构可适用于有规律地产生由护环40与研磨垫2的接触而引起的摩擦力F1的情况。此时，第一本体部110相对于第二本体部120的倾斜旋转被允许为1轴的构成(图10b)可以以如下形式配置：第一旋转轴向从研磨垫2的旋转中心沿着半径方向伸展的方向排列有第一轴X1，沿着与研磨垫2的摩擦力F1起作用的方向产生护环40的倾斜旋转运动120r。

另一方面，如图10d所示，所述倾斜回转部配置于在第一-二本体部110b与中心轴 192之间与多个球210'相面对的凹部220'，也可构成为第一-二本体部110b相对于中心轴150、190被允许以多个轴进行倾斜旋转。

如上所述，设置有护环40的边缘部140相对于设置有晶元W的加压面的第二本体部 120以能够进行倾斜旋转140r的形式设置，由此，沿着对护环40的底面40a从研磨垫 2摩擦力F1起作用的方向倾斜旋转位移被允许，同时可保持护环40的底面40a紧贴于研磨垫2的表面的状态。

由此，设置有所述构成的研磨头100的化学机械研磨装置可得到的效果在于，由于可减少通过护环40的加压在护环40的周围研磨垫2被反弹凸出变形的量，因此减少在晶元的边缘区域中产生晶元被不均匀且过度的研磨。

所述构成的根据本实用新型的研磨头100及设置有其的化学机械研磨装置可得到的效果在于，设置有护环40的边缘部140设置为可相对于设置有晶元的加压面的第二本体部120进行倾斜旋转140r，由此，即使护环40的底面与进行旋转或移动的研磨垫2 的表面间的摩擦力向多个方向起作用，也以如下形式进行诱导：护环40通过从研磨垫得到的摩擦力来自由地进行倾斜旋转，同时保持护环40的底面紧贴于研磨垫2的表面的状态，由此，减少由于护环40的加压而导致的研磨垫2的反弹凸出变形量，据此，减少在晶元的边缘区域中产生晶元被不均匀且过度的研磨。

此外，本实用新型可得到的效果在于，阻尼连接体170、180插入于设置有护环40 的边缘部140与对晶元w进行加压的第二本体部120的倾斜旋转路径，从而与护环40 与研磨垫2进行接触的同时产生的振动能量通过阻尼连接体170、180得到消散，同时较大程度地减少或完全地清除，并可在对晶元进行加压的加压面以没有振动的状态进行加压，从而提高晶元的研磨品质。

尤其，本实用新型可得到的效果在于，以柔性材质的弹性环119为媒介将旋转驱动力从第一本体部110传递至边缘部140，从而使得硬质的细微的颗粒的产生最小化，由此，可减少研磨头的操作故障并延长耐久寿命，并且通过第一弹性环119与第二弹性环 129来将加压室Ca形成于第二本体部120的上侧，利用配置于晶元的正上侧的被划分为多个并按照各个区域对晶元W进行加压的加压室C1、C2、C3、……与以基准加压力对晶元W的整个表面进行加压的加压室Ca的二元化的压力控制方式，按照各个区域对晶元的加压力进行调节的控制更加简便并准确。

以上，通过优选的实施例以例示的形式对本实用新型进行了说明，但是本实用新型并非仅限定于如上的特定实施例，在本实用新型中提出的技术思想，具体地，在权利要求所记载的范畴内能够以多种形态进行修改、变更或改善。

例如，在本实用新型的详细的说明中例示的构成虽然以在晶元的化学机械研磨工艺中使用的研磨头100的构成为例，但是在没有利用研磨液的研磨工艺中也可适用权利要求所记载的研磨头的构成。

标号说明

W：晶元C1、C2、C3、C4、C5：压力室

2：研磨垫30：膜

40：护环100：研磨头

110：本体部110a：第一-一本体部

110b：第一-二本体部120：第二本体部

140：边缘部150：第二中心轴

160：压力调节部170、180：阻尼连接体

190：第一中心轴Ca：加压室

200：倾斜旋转部。