CN100513076C - 抛光装置与抛光方法 - Google Patents

Abstract

一种抛光装置，包括：第一抛光台，具有第一抛光表面；基片托板，用于夹持基片，并将基片定位，使基片的一个表面与第一抛光表面接触；加压装置，用于使基片的表面压贴在第一抛光表面上，该基片已经由基片托板将其与第一抛光表面接触；保持环，安装在基片托板上，环绕基片设置，该基片已经被加压装置压贴在第一抛光表面上；和保持环位置调节装置，用于使保持环相对于基片沿朝向或远离第一抛光表面的方向可调节地定位，该基片已经被压贴在第一抛光表面上。

Description

抛光装置与抛光方法

发明背景

发明领域

本发明涉及一种对基片进行平面化抛光的装置，特别涉及用于对诸如半导体晶片之类的基片进行化学抛光以使其平面化的装置。

背景技术

在早期的抛光装置中，待抛光的基片被夹持在基片托板的下表面。然后，为了抛光基片，在基片与抛光垫之间建立一种相对运动的同时，对抛光垫的抛光表面供给抛光稀浆，将基片压贴在抛光垫上。基片托板上设置了一种保持环，用于避免在抛光过程中，基片从基片托板的下表面移位。基片被保持环环绕，以保持基片在基片托板上处于应有位置。

但是，当在弹性抛光垫上进行抛光时，在工件的外周边缘发生过度抛光，产生称为“边缘倒圆”的结果。为了消除这种边缘倒圆的结果，将保持环压贴在抛光垫上，使保持环的外周边略微向下褶曲。

在传统的抛光装置中，例如在上述装置中，虽然采用将保持环压贴在抛光垫上的方法，解决边缘倒圆的问题，从而使被抛光的工件表面的最终精度提高，仍然导致抛光稀浆在被抛光工件表面上的不良分布，这使得抛光速度降低，因此降低生产率。这种倾向在被抛光表面是金属膜时特别明显。因此，传统的抛光装置不适于做高速抛光，高速抛光需要对被抛光表面供给大量的抛光稀浆。

近来，已经开发了用固定磨料(fixed abrasive)替代抛光垫的抛光装置。因为，当工件压贴在固定磨料上时，固定磨料几乎不会产生形状变化，工件发生的边缘倒圆极小，即使在不存在从保持环向下的压力的情况下也是如此。但是，当用这种固定磨料在传统抛光装置上进行抛光时，因为保持环现在是被压贴在固定磨料上，保持环磨损更快，降低了保持环的使用寿命，导致相应的成本提高。

发明概述

因此，本发明的一个目的在于提供一种抛光装置和一种抛光方法，使能在进行抛光时消除这种边缘倒圆，从而提高被抛光工件表面的最终精度；而且，使大量的抛光液可以供给至进行抛光的表面，从而提高抛光速度和提高生产率。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，例如如图1和2所示，抛光装置1包括：基片托板10，具有保持环3，该保持环环绕基片S，用于保持基片S；抛光工具15，用于抛光基片S；基片加压装置11，用于使基片S与抛光工具15的抛光表面17接触；保持环加压装置16，用于使保持环3与抛光表面17接触；保持环位置调节装置4，用于调节保持环3与抛光表面17之间的位置，使在基片S与抛光表面17接触的情况下，保持环与抛光表面两者之间形成一个间隙。

这种结构具有一种保持环加压装置16，用于将保持环压贴在抛光表面17上。当用抛光表面17进行抛光时，这可以避免在被抛光表面SA上形成“边缘倒圆”，因此，提高了被抛光基片S的表面最终精度。这种结构还包括一种保持环位置调节装置4。当需要时，该装置可以用于调节保持环3与抛光表面17之间的位置关系，使得当基片S被压贴在抛光表面时，在保持环3与抛光表面之间，将形成间隙。当做到这些时，在保持环3与抛光表面17之间没有物理接触，提高了抛光速度(抛光率)，于是提高了生产率。

此外，根据本发明的第二方面，对第一方面所述的抛光装置1，增加两个传感器(18和19)，用于传感基片S被抛光工具15抛光的抛光量。这使得本装置能够在下述两种抛光方式之间，向后切换或向前切换，从而根据由传感器(18和19)所传感的已经完成抛光量的信息，进行适当的抛光，致于这两种抛光方式，一种方式是，由保持环加压装置16，将保持环3压贴在抛光表面17上进行抛光，而另一种方式是，保持环3不与抛光表面17接触的情况下进行抛光。

此外，根据本发明的第三方面，是实现上述目的的抛光方法，例如图1和2所示，该方法包括：第一步骤，将基片S夹持在基片托板10上，该基片被保持环3所环绕；第二步骤，使基片S与抛光表面17接触，与此同时，调节保持环3与抛光表面17之间的位置关系，使在此两者之间形成间隙，并还在基片S与抛光表面17之间形成相对运动以进行抛光；第三步骤，使基片S与抛光表面17接触，与此同时，压保持环3，使其与抛光表面17接触，并也在基片S与抛光表面17之间形成相对运动以进行抛光。

此外，根据本发明的第四方面的抛光方法，是上述第三方面的抛光方法，其中，第二步骤中的抛光表面17，是一种固定磨料15B；而第三步骤中的抛光表面17，是一种抛光垫15A。

此外，根据本发明的第五方面的抛光方法，是上述第三或第四方面的抛光方法，其中，第二步骤和第三步骤中的至少一步骤包括检测抛光量的第四步骤；在抛光量达到预定值之后，从第四步骤到第二步骤和第三步骤的其它部分继续进行。

对几个附图的简要说明

本发明的这些或那些特点、方面和优点，在参看下述说明、权利要求和附图后，将变得一目了然，其中：

图1示出了本发明一个实施例中的抛光装置的外观图；

图2是图1所示抛光装置的局部剖视图的放大图，其中，基片托板正好定位在装置的回转台的上方；

图3是一个基片的平面视图，该基片被保持在图1所示抛光装置的基片托板内；

图4(A)示出了基片的典型横截面，该基片具有待抛光的部分，这些待抛光的部分包括一种金属的膜，和夹放在第一种金属的膜之间的另一种金属的膜。图4(B)示出了由一种金属组成的基片的典型横截面，其中一种膜是待抛光的；

图5是本发明另一个实施例中抛光装置的外观图；

图6是本发明又一个实施例中抛光装置的外观图；

图7是本发明再一个实施例中抛光装置局部剖视图的放大图。

详细说明

实施本发明的最佳方式，将参看附图说明如下。为了说明的需要，当相同的部分或等价的部分出现在一幅图之外的更多图中时，在其所出现的各图中，均使用相同的字符表示，对其说明将不再重复。

图1示出了本发明此实施例中的抛光装置1的外观图。对此抛光装置的结构布局，现在参看图1予以说明。

抛光装置1包括：基片托板10，用于夹持基片S；托板驱动轴12，用于驱动基片托板10旋转；托板头13，该托板头支撑托板驱动轴13；和，枢轴14。枢轴14以自己的轴心线为运动中心线，作绕枢轴的转动，从而使托板头13和基片托板10作类似的绕枢轴转动。

抛光装置1还包括：一个抛光台36，抛光台具有一个抛光工具15，设置在抛光台上；回转输送器27，用于在升降器29与推动器30(此两者将在后面说明)之间输送被抛光零件。抛光工具15具有一个抛光垫15A和一个固定磨料(fixed abrasive)15B。抛光台36具有：一个转台36A，抛光垫15A设置在转台上；和一个涡旋台(scroll table)36B，固定磨料15B设置在涡旋台上。抛光工具15的抛光表面17，由抛光垫15A的抛光表面17A，和固定磨料15B的抛光表面17B构成。

在抛光的过程中，可以将纯净水、抛光稀浆或化学溶液(或者这些液体的混合物)供至转台36A和涡旋台36B作为抛光液。基片托板10可以正好定位于转台36A、涡旋台36B或推动器30(对此将在后面说明)的上方，这是借助于枢轴14绕枢轴轴心线转动实现的。枢轴14具有一种定位装置(图中未示出)，通过此定位装置，基片托板10可枢轴定位(pivotally positioned)。

抛光装置1还包括：基片翻转器28，用于翻转基片S；升降器29，用于在基片翻转器28与回转输送器27之间输送基片S；推动器30，用于接受由回转输送器27输送的基片S，并将其输送至基片托板10；第一修整器20，用于修整转台36A的抛光垫15A；第二修整器50，用于修整涡旋台36B的固定磨料15B。

对基片托板10，将参看图2予以说明。基片托板10具有一种圆柱形容器式的基片托板主体装置2，该装置具有：内约束空间；和，保持环3，设置在基片托板主体装置2底部，从而在主体装置形成一个单独的单元(single unit)。被包围在由基片托板主体装置2和保持环3所限定的空间内的有：密封环42，该密封环与基片S的顶面接触；环形夹持环5；和，夹板6，该夹板的形状近似于圆盘形，用于夹持密封环42。基片S的下表面，是待抛光基片表面SA。

密封环42用弹性材料制成，其外周边被夹紧在夹持环5与夹板6(此夹板紧固在夹持环5的底部)之间，于是，密封环覆盖夹板6顶面的外边缘、外侧部和底面的外边缘。这样的结果，在密封环42与夹板6之间形成空间G，在抛光的过程中，使空间G密封，密封环42便紧密地附着在基片S的顶面。

压力片7用弹性薄片制成，在夹持环5与基片托板主体装置2之间伸展。压力片7的紧固，是通过将其外周边缘部夹紧在基片托板主体装置2的壳体2A与压力片支承2B之间实现的，而其内周边缘部，被夹紧在夹持环5的顶部5A与止挡5B之间。基片托板主体装置2、夹板6、夹持器5与压力片7联合，在基片托板主体装置2内部形成压力腔21。

流体通道31由管路、连接器等组成，与压力腔21连通，该流体通道经过设置在流体通道31内的调节器R1，与压缩空气源(图中未示出)连通。

在基片S与夹板6之间形成的空间内，设置了中心袋8和环形管9，该环形管与基片S接触。中心袋8具有圆形接触表面，设置在夹板6底面的中心处；而具有环形接触表面的环形管9，设置在中心袋8的外面，环绕中心袋的外周边。

在夹板6与基片S之间形成的空间，被中心袋8和环形管9分割为多个空间。就是说，压力腔22，在中心袋8与环形管9之间形成，而压力腔23是在环形管9之外形成。在中心袋8内，由弹性膜81与中心袋夹持器82形成中心压力腔(也简称压力腔)24。在环形管9内，由弹性膜91与环形管夹持器92形成中间压力腔(也简称压力腔)25。

流体通道32、33、34和35由管路和连接器等组成，分别与压力腔22、23、中心压力腔24和中间压力腔25连通。压力腔22、23、24和25分别通过调节器R2、R3、R4和R5与作为气源的压缩空气源(未示出)连通，这些调节器分别设置在流体通道32、33、34和35内。

此系统设置成这样，使流体可以经过与相应的压力腔连通的流体通道(31-35)，供给夹板6上方的压力腔21，以及压力腔(22-25)，该流体例如空气，既可以处于增压状态，也可以处于大气压力状态。供给压力腔(21-25)之每一个压力腔的流体压力，可以通过调节器(R1-R5)调节，该调节器设置在为相应的压力腔所用的流体通道(31-35)内。于是，压力腔(21-25)之每一个压力腔的压力，可以彼此独立于其它压力腔进行控制，或者可以设置成大气压力。由于不同的压力腔(21-25)的压力，可以通过调节器(R1-R5)彼此独立地调整，使基片S压贴抛光垫15A的压力，可以针对基片S的每一个部分分别调节。此外，压力腔22和23设置成可以切换至与真空源(图中未示出)连接，于是，压力腔22和23可以切换成真空状态。

因为在密封环42的外周边表面与保持环3之间，存在微小的间隙H，在此的配置，构成一种浮动结构，其中，某些元件(例如夹持环5、夹板6和安装在夹板6上的密封环42)，可以相对于基片托板主体装置2和保持环3作垂直运动。此外，在夹持环5的止挡5B上的多个部位，设置了从其周边向外突出的数个突出部5C。可运动元件(夹持环5等)的垂直行程，被这些突出部5C与保持环3的一部分3A的上表面3B的结合，限制在一个给定值，该保持环上的突出部，从保持环3向内突起。

调节器R1-R5、流体通道31-35、压力腔21-25和夹板6均为基片加压装置11的组成部分。

其次，对使基片托板10回转和使其上升与下降的装置予以说明。基片托板10，通过万向接头装置52与载荷测定器51连接，该载荷测定器安装在基片托板驱动轴12的下端部。

基片托板驱动轴12垂直设置在本装置中，该驱动轴插入带花键的轴承53，而轴承又插入皮带轮54。皮带轮54可旋转地设置在安装皮带轮的支撑装置56的内腔56A中。垂直方向设置的基片托板驱动轴12，穿过水平方向设置的支撑装置56。驱动装置(附图未示出)通过绕在皮带轮54上的同步骤皮带55(附图中用假想线表示)，驱动基片托板驱动轴12。同步骤皮带55在内腔56A内运行。

脉冲马达57安装在支撑装置56的上方，该脉冲马达与滚珠丝杠58的一个端部连接。滚珠丝杠58拧入滚珠螺母59的螺纹，该滚珠螺母与基片托板驱动轴12的顶端部连接。这样，通过操纵脉冲马达57，基片托板10和与其连接的基片托板驱动轴12，可以作为单独的部件上升或下降，并停止在所希望的高度。可以用步骤进马达或伺服马达作为脉冲马达57。

需要指出，尽管在图2中没有示出，上述部分并包括支撑装置56，均安装在托板头13内(见图1)。此外，基片托板驱动轴12的一部分，向下延伸至支撑装置56之下，载荷测定器51和万向接头装置52的一部分，均包围在隔水板60A和60B内。这在图1中没有示出。

第一终点传感装置18设置在转台36A上作为传感器，第二终点传感装置19，设置在涡旋台36B上作为传感器。第一和第二终点传感装置18和19，检测基片S的抛光已经进行到预定值(终点)这一事实，在这种情况下，传感装置输出检测信号到控制装置(未示出)。用作第一和第二终点传感装置18和19的传感器，既可以是光学式传感器，也可以是过流式传感器。如果在抛光装置1中，设置一种抛光力矩传感器来检测抛光力矩(附图未示出)，用于根据所测定的抛光力矩值，确定抛光的量，这样，就不必在上述各台本身设置终点传感装置。

脉冲马达57、滚珠丝杠58、滚珠螺母59、载荷测定器51和基片托板驱动轴12，均包括在保持环位置调整装置4中。此外，脉冲马达57、滚珠丝杠58、滚珠螺母59载荷测定器51和基片托板驱动轴12，又均包括在保持环加压装置16的结构布局中。

对于本发明一个实施例的抛光装置1的基片托板10的操纵，现参看图2，必要时参看图1和3，予以说明。在本实施例的抛光装置1中，为了获取并保持在基片托板10中的基片S，整个基片托板10，首先正好定位在基片S的上方。然后，将一种增压流体供给中心袋8和压力腔24和25(在环形管9内侧)，以使其增压至预定值。然后，从控制装置(未示出)输出一个脉冲信号到脉冲马达57，使基片托板10降低。作为响应，脉冲马达57使滚珠丝杠58旋转，驱动之进入滚珠螺母59，使基片托板驱动轴12下降，从而使基片托板10下降，直至中心袋8和环形管9，与准备夹持的基片S，形成紧密密封状态。

然后，压力腔22和23分别通过流体通道32和33，与真空源(未示出)连接，以在压力腔22和23获得负压状态，从而建立所需要的吸力，通过吸附结合(suction-adhesion)夹持住基片S。控制装置(附图未示出)于是输出一个脉冲信号到脉冲马达57，使基片托板10，连同通过吸附结合被快速夹持其上的基片S，一同上升。脉冲马达57，以类于上述下降操作的方式运行(通过滚珠丝杠58、滚珠螺母59和基片托板驱动轴12)，不过马达是沿相反方向旋转。然后，枢轴14绕枢轴中心转动，使整个基片托板10，按需要偏转到正好处于转台36A及其抛光垫15A的上方。此外，基片S的外周边被保持环3保持，以避免基片在抛光过程中，从基片托板10移位。

然后，基片托板10下降，以使待抛光基片S的表面和保持环3的下表面，与抛光垫15A接触。当基片S和保持环3与抛光表面17A进入接触时，这就施加一个载荷于设置在基片托板驱动轴12下端部的载荷测定器51。载荷测定器51检测载荷，并输出一个“载荷检测”信号到控制装置(未示出)，控制装置于是识别到，基片S和保持环3已经与抛光垫15A进入接触状态。

控制装置于是输出脉冲信号到脉冲马达57，这样，脉冲马达旋转，使基片托板10升起到预定位置。这可使抛光垫15A与保持环3的高度位置保持相同，而与保持环3的磨损情况无关。特别地，基片托板10被提升大约0.2mm，但因为基片S的厚度大约为0.8mm，在抛光过程中，基片不可能从基片托板10的底面被抛掷出。

在抛光装置处于这种状态下时，增压流体在预定压力下被供至压力腔21-23，使基片S压贴在抛光垫15A的抛光表面17A。将抛光液从抛光液供给咀(未示出)流出，从而在抛光垫上保持足够量的抛光液，随着抛光液存在于基片的被抛光表面SA与抛光垫15A的抛光表面17A之间，保证抛光作用始终在进行。

在这一阶段(见图3)，基片S的C2和C4部分(定位于压力腔22和23下面的部分)，借助于供入压力腔22和23的流体压力，分别被压贴在抛光表面17A上。与此类似，基片S的C1部，定位于中心压力腔24下面，被增压流体压力压贴在抛光垫15A上，该增压流体压力，通过中心袋8的弹性膜81，施加在中心压力腔24。基片S的C3部，定位于中间压力腔25下面，被增压流体压力压贴在抛光表面17A，该增压流体压力是通过环形管9的弹性膜91，施加在中间压力腔25。此外，将基片S压贴在抛光表面17A的力可以通过供入压力腔21以增压流体改变，或者通过改变增压流体的压力而改变。

于是，施加在基片S上的抛光压力，可以通过控制压力腔21-25中其中之每一压力腔增压流体的压力，进行调节。就是说，使基片S压贴在转台36A上的抛光垫15A的力，可以针对基片S的C1-C5中的各个部分，单独地进行调节。这种调节是通过分别单独调节设置在流体通道31-35内的调节器R1-R5，从而调节供入单个压力腔21-25中的增压流体的压力实现的。

以这种方式，施加在基片S的C1-C4部的每一部分的抛光压力，单独地调节至所希望的值，基片S可以被压贴在旋转着的转台36A的抛光垫15A上。通过适当地调节用于将基片S压贴在抛光垫15A上的压力，遍及基片S表面各部分(定位于中心压力腔24下面的C1部；定位于压力腔22下面的C2部；定位于中间压力腔25下面的C3部；和C4部，压力腔22部)的抛光压力分布，可以按需要调节。

这样，基片S可以被划分为四个同心圆(圆形部C1和四个环形部C2-C4)，而这些单独部分C1-C4中的每一部分，可以用单独设定的压力加压。抛光率取决于将基片S压贴在抛光垫15A的压力，而因为施加在基片S的C1-C4中每一部分的压力，可以按上述方式调节，C1-C4四个区域中不同区域的抛光率，也可以单独控制。这就使得可能在基片S的整个表面获得均匀抛光，不存在抛光不足或过度抛光，甚至在基片S的待抛光表面的薄膜有径向膜厚分布时也是如此。

基片S还可以在保持环3并不与抛光表面17A接触的情况下进行抛光。与保持环3接触抛光表面17A(进行抛光的情况)相比，这样抛光就允许更多的抛光液，进入基片S的被抛光表面SA与抛光表面17A之间，从而提高了抛光率。除提高抛光率以外，抛光时不让保持环3接触抛光表面，还降低保持环3的磨损，这可以显著地延长保持环3的使用寿命。

为了进行保持环3与抛光垫15A接触情况下的抛光，在基片托板10已经足够地下降，使基片S和保持环3与抛光垫15A接触后，执行下列操作：将脉冲信号从控制器(未示出)输送到脉冲马达57，让脉冲马达57转动滚珠丝杠58，滚珠丝杠与滚珠螺母59和基片托板驱动轴12协同运行，使基片托板10进一步骤下降，使保持环3以增大的力压贴在抛光垫15A上，直至载荷测定器51检测到的载荷，对应于由预设定的抛光处方所确定的保持环压力。

抛光压力是用反馈控制进行控制的。这样，当保持环3被压贴在抛光垫15A上时，便施加一个载荷到载荷测定器51，当载荷达到预定值时，载荷测定器51输出一个载荷信号到控制装置，以停止脉冲马达57的旋转。然后，如上所述，通过使压力腔21-23增压，基片S被压贴在抛光垫15A上；如果需要，改变中心和中间压力腔24和25中的压力；转台36A旋转，进行抛光操作。

当这样进行了操作，抛光垫“边缘倒圆”问题，可以通过控制保持环压力解决，这种“边缘倒圆”问题，发生在使用诸如ICI1000/SUBA400之类的抛光布作抛光垫15A的时候。这样做，还可以改善基片S的表面一致性，并提高生产率。

下面，参看附图，对本实施例的抛光装置1的操作，针对保持环3与抛光表面17接触的这种抛光过程，和保持环不与抛光垫接触的抛光过程，现在予以说明。对于此操作，在转台36A和涡旋台36B上所用的抛光工具15均说明如下。

抛光程序(1)，将参看图2，并适当参看图5和4A。在此抛光程序中，首先抛光金属膜61；然后，同时抛光金属膜61的其余部分和金属膜62。

这里，如图5所示，抛光垫15A，用于设置在转台36A上，像图1那样；但在涡旋台36B上，用抛光垫115A(取代固定磨料15B)作为抛光工具，抛光垫115A具有抛光表面117A。

基片S1的横截面如图4(A)所示，该基片具有：金属膜61(用铜等材料)，通过诸如电镀之类的工艺制成；金属膜62，作为屏障层(barrier layer)，在金属膜61之下制出。只对金属膜61进行的抛光，仅执行到图中X1所表示的水平高度，然后，从X1水平高度到Y1的水平高度，则是对金属膜61和金属膜62同时进行抛光。

首先，基片托板头13，绕枢轴14转动到使基片托板10正好处于推动器30的上方。然后，压力腔24和25增压，推动器30上升，直至待抛光的基片S1，接触基片托板10的底部(密封环42和弹性膜81和(中心夹持器)82)。然后，压力腔22和23内获得负压，以建立吸附作用，使基片S1贴附在基片托板10上。在此，被夹持在基片托板10上的基片S1，是被保持环环绕着。

然后，基片托板10被正好定位在转台36A的上方，在此完成之后，脉冲马达57的轴旋转，使基片托板10下降，从而使保持环3与转台36A上的抛光垫15A接触，并使基片S1压贴在抛光垫15A上。不过，基片托板10接触抛光垫15A后，脉冲马达57反向旋转，使基片托板10略微上升(例如0.2mm)，于是，使保持环3定位在抛光垫15A的上方，以在保持环3的底部与抛光垫15A的抛光表面之间，形成预定尺寸的间隙。

现在，压力腔21-23被增压，使基片S1压贴在抛光垫15A上；转台36A旋转，在基片S1与抛光表面17A之间形成相对运动，以抛光金属膜61。此技术(即，不使保持环3接触抛光表面17A的抛光)改善了抛光液进入基片S1的被抛光基片表面SA1与抛光表面17A之间，这样，提高了抛光率。因为此技术还降低了保持环3的磨损，大大延长了保持环3的使用寿命。

当已经抛光到预定的抛光量，且第一终点传感装置18检测到，被抛光基片表面SA1已经到达X1水平高度时，转台36A停止旋转。现在，压力腔21切换成大气压力，而压力腔22和23切换成负压，于是建立吸附作用，以使基片S1吸附结合在基片托板10上。现在，脉冲马达57运转，使基片托板10上升，完成了在转台36A上的抛光过程。

然后，基片托板头13，绕枢轴14转动到使基片托板10正好处于涡旋台36B的上方位置。现在，基片托板10下降，压力腔21-23增压，被抛光基片表面SA1压贴在抛光垫115A上，开始进行抛光。在基片托板10与抛光垫115A接触后，基片托板10不上升，脉冲马达57慢速旋转，基片托板10略微下降，使保持环3压贴在抛光垫115A上，以抛光金属膜61和金属膜62。当以这种方式进行抛光时，抛光垫115A不经历“边缘倒圆”问题。这使得被抛光基片表面SA1直至其边缘部，均可以均匀地得到抛光。

当已经抛光到预定的抛光量时，即，当被抛光基片表面SA1已经到达Y1水平高度时，且这种状态被第二终点传感装置19检测到，于是停止抛光，

于是，压力腔21被切换到大气压力状态，而压力腔22和23切换到负压状态，从而建立吸附作用，使基片S1保持在基片托板10上。然后，基片托板10上升，结束在涡旋台36B上的抛光过程。然后，基片托板10被正好定位在推动器30的上方，推动器30上升到基片传递位置。然后，压力腔22和23返回到大气压力状态，使基片S1从基片托板10上释放，并将其传递到推动器30上。

上述抛光基片S1的抛光程序(1)，其中，所述之被抛光部分包括金属膜61和金属膜62。不过，对于如图4B所示的待抛光部分只有一种金属膜61的基片S2的抛光，也可以实施(上述)第一种抛光，直至达到X2的水平高度，然后抛光到Y2的水平高度，对这两部分，均按相同的抛光程序(1)。在这种情况下，对于在到达X2水平高度之前的这部分抛光，其抛光率可以提高以提高生产率；而在水平高度X2与Y2之间的这部分抛光，则可以按尽可能获得最高平面度的原则进行抛光。

抛光程序(2)，被看作是用单个抛光台抛光一种金属膜61(的程序)，现参看图2并适当参看图4(B)予以说明。此实施例使用图2所示转台36A，转台36A上具有抛光垫15A(见图2)。如图4(B)所示的基片S2用作被抛光基片。

下述说明，只对与抛光程序(1)不同的部分予以叙述。直至到达水平高度X2为止，基片S2的抛光是在保持环3之下具有间隙的情况下进行的，基片托板10被上升到这个位置。基片托板10随后再次下降(并不运动到涡旋台36B的上方)，从水平高度X2到水平高度Y2的抛光，是在使保持环3压贴抛光表面117A的情况下进行的。在这两个程序中所获得的结果，本质上相同，但是使用抛光程序(2)的处理时间较短，节省了尽量多的时间将基片托板10运动到涡旋台36B所需用的时间。

抛光程序(3)，现参看图6并适当参看图4，予以说明。此程序将作为一个例子进行说明，其中，在用抛光垫15A进行抛光之后，随即用固定磨料15B进行抛光。抛光程序(3)基本上与抛光程序(1)相同。

与图1所示的装置不同，图6所示装置使用设置在转台36A上的固定磨料15B，而抛光垫15A设置在涡旋台36B上。工件既可以是如图4(A)所示的基片S1，也可以是图4(B)所示的基片S2。

下面的说明也可针对基片S2。就是说，在下面的说明中，“S2”可以在全部场合取代“S1”。基片S1通过吸附作用被吸在基片托板10上。然后，基片托板10运动到转台36A上方，并下降，直至保持环3(图2)与固定磨料15B接触。在保持环3与固定磨料15B接触之后，基片托板10略微上升，以在保持环3与固定磨料15B上的抛光表面17B之间，形成预定尺寸的间隙。然后，使基片S1压贴在固定磨料15B上进行抛光。由于保持环3对固定磨料15B的初始压靠，并不会导致“边缘倒圆”问题，在这种情况下，没有必要使保持环3与抛光表面170B保持压贴状态以抑制回弹。

由于在保持环3与固定磨料15B的抛光表面17B之间形成了具有预定尺寸的间隙，抛光液进入基片S1的被抛光表面SA1与固定磨料15B的抛光表面17B之间的情况得到改善，这样，提高了抛光率。因为这样，还减小了保持环3的磨损，大大延长了保持环3的使用寿命。

当已经抛光了预定的抛光量，即，基片S1的被抛光表面SA1已经到达X1水平高度(如果是基片S2，则到达X2)，并由第一终点传感装置18检测到这一状态，此后，基片托板10上升，结束在转台36A上的抛光操作。

然后，带着通过吸附作用被吸附在基片托板10上的基片S1，基片托板10运动到正好处于涡旋台36B上方的位置，然后下降，直至保持环3与抛光垫15A接触。然后，基片托板10略微下降，使保持环3压贴在抛光垫15A上。于是，使基片S1压贴在抛光垫15A上进行抛光。这使均匀抛光有可能进行到基片S1的边缘。

当第二终点传感装置19传感的信息表明，已经抛光了预定的抛光量，即被抛光表面SA1已经到达Y1水平高度(或在基片S2的情况下，则到达Y2水平高度)，基片托板10上升，结束在涡旋台36B上的抛光操作。基片托板10然后运动到推动器30的上方，将抛光过的基片S1传递到推动器30。

此外，在抛光程序(3)中，这些步骤可以颠倒，不首先执行用固定磨料15B进行抛光的步骤，而是在用抛光垫15A进行抛光的步骤之后(用固定磨料进行抛光)。但是，即使在顺序颠倒的情况下，用抛光垫15A进行抛光，仍旧必须在使保持环3压贴抛光垫15A的状态下实施，而用固定磨料15B抛光，仍旧必须在使保持环3与固定磨料15B之间形成预定间隙的状态下进行。

在上述例子中，使用单个基片托板，由两个不同的抛光工具15执行顺序抛光操作。但是，显然本发明对于用三个或多个抛光工具15进行抛光也是有用的。此外，上述具体例子只谈及抛光金属膜，但是，应当也是显然的，本发明对于抛光其它的膜，例如抛光绝缘膜，或抛光浅沟隔离(STI-shallow trench isolation)过程也是有用的。此外，本发明的抛光装置1，能够支持只要一个抛光工具15的操作，以及要求多个抛光工具15的操作。还能够支持那些压力必须施加到保持环3上的操作，以及那些必须在保持环3与抛光表面17之间保持间隙，不要求施加压力于保持环3上的操作。因此，本发明提供了一种抛光装置1，和保证高的基片平面度、高抛光率和高生产率的抛光方法，用于支持范围广阔的抛光应用。

图7示出了根据本发明又一个实施例的抛光装置。本实施例的抛光装置不同于上述实施例之处，在于其保持环位置调节装置4。就是说，在前面的装置中没有设置保持环位置调节装置4，而在后一装置中，使用汽缸120作为执行器，或用保持环加压装置替代脉冲马达57。

此实施例中的保持环位置调节装置，不能像上述实施例那样，精确地使保持环相对于抛光表面定位。实际上，此实施例的装置，是在保持环与抛光表面保持接触的情况下，在保持环上施加一个向上的力以实现调节的效果。所施加的力仅仅足以使保持环与抛光表面维持接触，从而使抛光液能够容易地从保持环与抛光表面之间通过，并进入基片表面与抛光表面之间，从而保证抛光率提高。不用说，此实施例中，像上述实施例所实行的那样，保持环位置调节装置，还可以使保持环与抛光表面离开一段距离。

在本发明中，如上所述，设置了保持环加压装置，用于压保持环，使其压贴在抛光表面。这就消除了在被抛光表面的“边缘倒圆”问题，从而提高了基片的最终精度。此外，还设置了保持环位置调节装置。当基片被压贴在抛光表面上时，此装置使得有可能调节保持环与抛光表面之间的位置关系，使在其间形成间隙，或者使保持环与抛光表面略微接触。这种保持环与抛光表面的不物理接触或者略微接触，提高了抛光率(速度)，从而提高了抛光生产率。

Claims (10)

1.一种抛光方法，用于抛光基片，该方法在基片被保持环环绕的同时，通过将基片压贴在抛光表面进行抛光，该方法包括下列步骤：

第一步骤，在基片与抛光表面之间建立一相对滑动，以在这样的情况下抛光基片，其中，基片被压贴在抛光表面，而与此同时，保持环距离抛光表面一段距离，或者保持环略微与抛光表面接触，并且保持环并不压贴抛光表面；和

第二步骤，在基片与抛光表面之间建立一相对滑动，以在这样的情况下抛光基片，其中，保持环和基片均被压贴在抛光表面上。

2.如权利要求1所述的抛光方法，其中：在第二步骤中所用的抛光表面比第一步骤所用的抛光表面更硬。

3.如权利要求2所述的抛光方法，其中：在第一步骤中，用抛光垫限定抛光表面。

4.如权利要求2或3所述的抛光方法，其中：在第二步骤中，用固定磨料限定抛光表面。

5.如权利要求2所述的抛光方法，还包括：第三步骤，用于传感基片至少在第一或第二步骤中已经被抛光到预定抛光量。

6.如权利要求1所述的抛光方法，其中，第二步骤是在第一步骤实施之后进行。

7.如权利要求1所述的抛光方法，其中，第一步骤是在第二步骤实施之后进行。

8.一种抛光方法，用于抛光基片，该方法在基片被保持环环绕的同时，通过将基片压贴在抛光表面进行抛光，该方法包括：在这样的情况下抛光基片，其中，基片被压贴在第一抛光表面，而与此同时，环绕基片的保持环距离第一抛光表面一段距离；在这样的情况下抛光基片，其中，保持环与基片均被压贴在第二抛光表面。

9.如权利要求8所述的抛光方法，其中，第一抛光表面比第二抛光表面更硬。

10.如权利要求8所述的抛光方法，其中：第一抛光表面由固定磨料制成，而第二抛光表面由抛光垫构成。

Images