CN101157199A - 衬底抛光设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种衬底抛光设备包括衬底保持机构和抛光机构，所述衬底保持机构包括用于保持待抛光衬底的机头，所述抛光机构包括上面安装有抛光垫的抛光台。由所述机头保持的衬底被压靠所述抛光台上的所述抛光工具，以通过所述衬底和所述抛光工具的相对运动抛光所述衬底。所述衬底抛光设备还包括衬底传递机构，所述衬底传递机构用于将待抛光的衬底送到所述机头并接收已抛光的衬底。所述衬底传递机构包括用于接收待抛光衬底的待抛光衬底接收器和用于接收已抛光衬底的已抛光衬底接收器。

Description

衬底抛光设备和方法
技术领域
本发明涉及一种衬底抛光设备和方法，尤其涉及一种适于抛光大尺寸玻璃衬底上的绝缘材料层或导电材料层的衬底抛光设备和方法。而且，本发明涉及一种衬底接收方法。
背景技术
用于太阳能电池和平板显示器的透明玻璃衬底具有在其上利用银膏印刷形成的电路。然而，使用银膏的工艺已经成为问题，因为这种工艺成本较高且在生产精细的连线中遇到困难。
随着以液晶显示器为代表的图像显示设备变得尺寸更大，其中使用的玻璃衬底也变得尺寸更大。为了生产用于这些更大的图像显示设备的精细连线且降低其成本，已经需要一种连线形成工艺，其中代替使用碳膏和银膏，绝缘层沉积在玻璃衬底上，在绝缘层的表面上形成精细的连线凹槽，在连线凹槽内嵌入镀覆金属层(例如，镀Cu层)，以及除去多于金属层以提供平坦表面。
获得高表面平整度的一种常规技术是抛光晶片(衬底)以用于制造半导体器件的工艺。通常，CMP(化学机械抛光)设备在本领域作为抛光晶片的设备。CMP设备包括垂直转动轴、安装在所述垂直转动轴下端用于保持衬底而使其将被抛光表面面向下的衬底保持器、另一垂直转动轴、以面对所述衬底保持器的关系安装在所述另一垂直转动轴上端的转台、和安装在所述转台上表面上的抛光垫。在CMP设备中，被转动的衬底保持器保持的衬底压靠在转动的转台上的抛光垫上而使衬底抛光。同时，使用诸如浆液等的抛光液产生化学反应，以抛光衬底。对于详细内容，参照日本专利公报No.2003-309089。
如果将由CMP设备抛光的玻璃衬底尺寸变得更大，那么CMP设备需要也尺寸变得更大。为了使CMP设备功能性更强且更紧凑，需要解决下述问题：
(1)大尺寸玻璃衬底需要可靠地保持并吸在衬底保持器的保持表面(平坦表面)上。然而，大尺寸玻璃衬底薄，且很容易变形或弯曲。而且，在抛光之前镀覆有铜等的玻璃衬底易于翘曲，且很容易断裂。这种趋势必须保持最小。
(2)如果颗粒和杂质陷留在衬底保持器的保持表面和玻璃衬底表面之间，则玻璃衬底易于在抛光过程中断裂。所以，需要防止颗粒和杂质陷留在衬底保持器的保持表面和玻璃衬底的表面之间。
(3)当抛光大尺寸玻璃衬底时，转台上表面上的抛光垫和玻璃衬底分别具有较大的接触面积，且产生大量的摩擦热。浆液(抛光液)等的化学反应也产生大量的摩擦热。这些热量必须减少。
(4)抛光大尺寸玻璃衬底需要大量的浆液(抛光液)。为了降低抛光玻璃衬底的工艺成本，需要减少抛光工艺中消耗的浆液(抛光液)量。
(5)大尺寸玻璃衬底是通过衬底保持器经具有大吸引面积的衬底保持器的吸引表面(保持表面)吸引，在表面张力作用下与吸引表面保持紧密接触。所以，在玻璃衬底抛光之后，玻璃衬底很难完整地从吸引表面上在均匀力作用下沿一个方向释放(取下)，当从衬底保持器上取下时可能损坏。需要从衬底保持器的吸引表面上释放(取下)玻璃衬底而没有造成对玻璃衬底的损坏。
(6)CMP设备需要大尺寸的清洗单元，用于清洗已抛光的大尺寸玻璃衬底。通常，CMP设备具有玻璃衬底传递单元，诸如机械手，用于在玻璃衬底抛光之后将玻璃衬底传递到清洗单元。然而，用于传递大尺寸玻璃衬底的玻璃衬底传递单元难以使CMP设备更紧凑和成本低。
(7)装在转台上表面上的抛光垫是可消耗品，需要在它已经达到其使用寿命之后更换。然而，在大尺寸转台上的抛光垫不容易在短时间内更换。所以，需要有利于抛光垫的更换，以缩短机器的停机时间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种抛光设备和方法、以及一种衬底接收方法，它们将解决上述的问题(1)至(7)，且能将大尺寸玻璃衬底抛光至更高的平整度、以及清洗和干燥已抛光的大尺寸玻璃衬底。
根据本发明的第一方面，提供了一种衬底抛光设备，包括：衬底保持机构，该衬底保持机构包括用于保持待抛光衬底的机头；抛光机构，该抛光机构包括具有抛光工具的抛光台，由所述机头保持的衬底被压靠所述抛光台上的所述抛光工具，以通过所述衬底和所述抛光工具的相对运动抛光所述衬底；衬底传递机构，该衬底传递机构包括用于接收待抛光衬底的待抛光衬底接收器、和用于接收已抛光衬底的已抛光衬底接收器，所述待抛光衬底接收器和已抛光衬底接收器相互同轴地设置。
由于衬底传递机构包括用于接收待抛光衬底的待抛光衬底接收器和用于接收已抛光衬底的已抛光衬底接收器，支撑待抛光衬底且被衬底上的金属所污染的待抛光衬底接收器的部件不接触已经抛光的衬底。所以，避免了已经抛光的衬底被这样的金属污染。因为待抛光衬底接收器和已抛光衬底接收器相互同轴地设置，所以它们可以放置在较小的安装空间内，而使衬底抛光设备可以减小尺寸。
在本发明的优选方面，所述衬底传递机构包括用于清洗和干燥已抛光衬底的清洗和干燥单元。所以，已抛光衬底可以在所述衬底传递机构上清洗和干燥，然后递送到后一工艺。即使衬底尺寸大，衬底也可以被清洗和干燥，而不会移动，且因此没有因为挠曲等而损坏。
在本发明的优选方面，所述待抛光衬底接收器包括用于支撑衬底的器件区域的第一衬底支撑件，所述已抛光衬底接收器包括用于支撑衬底的无器件区域的第二衬底支撑件；所述第一衬底支撑件和第二衬底支撑件可相互独立地致动。已抛光衬底的器件区域没有被支撑，所以避免了损坏。
在本发明的优选方面，所述已抛光衬底接收器包括沿衬底的外围边缘设置、且通过提升和下降机构可垂直移动地支撑的多个衬底支撑件，和分别安装在所述衬底支撑件上的多个吸引机构。所述已抛光衬底接收器支撑衬底的外围边缘，即衬底的无器件区域。因此，避免了已抛光衬底的器件区域损坏。
在本发明的优选方面，所述已抛光衬底接收器包括用于使衬底倾斜的倾斜机构。当衬底通过所述倾斜机构倾斜时，已经吸在衬底吸引表面上的衬底逐渐从其一端移开。这样可以利用比立刻整体上从所述机头取下衬底的情况下更小的力将衬底从所述机头取下。如果衬底尺寸大，可以在大的作用力下吸到所述机头上。然而，可以以更小的作用力移开大衬底，因为是从其一端逐渐移开的。
在本发明的优选方面，所述衬底抛光设备还包括取走辅助件，取走辅助件包括可平行于已抛光衬底接收器的衬底保持表面由移动机构移动的绳索、杆和板中的至少一个。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括用于将气体喷入衬底与机头之间间隙中的气体喷嘴。
在已经吸在衬底吸引表面上的衬底逐渐从其一端剥离之后，所述取走辅助件平行于已抛光衬底接收器的衬底保持表面移动，而将衬底平顺地从机头剥离。此外，在已经吸在衬底吸引表面上的衬底逐渐从其一端剥离之后，所述气体喷嘴将气体喷入衬底和机头之间的间隙中，以便将衬底从所述机头平顺地移开。
在本发明的优选方面，所述已抛光衬底接收器包括用于密封衬底的外围部分的密封机构。由于衬底的已抛光表面的外围部分被所述密封机构密封，所以当通过清洗液清洗远离衬底的已抛光表面的衬底表面时，避免了清洗液流到所述已抛光表面上。
在本发明的优选方面，所述清洗和干燥单元包括用于施加气体而干燥衬底的已清洗区域的干燥机构。
在本发明的优选方面，所述清洗和干燥单元包括用于吸收或去除附着在所述衬底的已清洗区域上的清洗液的清洗液去除机构。
用于施加干燥气体的机构或清洗液去除机构可以快速地干燥衬底的已清洗表面。
根据本发明的第二方面，提供了一种衬底抛光设备，包括：衬底保持机构，该衬底保持机构包括用于保持待抛光衬底的机头；抛光机构，该抛光机构包括具有抛光工具的抛光台，由所述机头保持的衬底被压靠所述抛光台上的所述抛光工具，以通过所述衬底和所述抛光工具的相对运动抛光所述衬底；所述机头包括衬底保持器和机头本体，所述衬底保持器具有用于吸引衬底的衬底吸引表面；所述衬底保持器具有通过弹性部件可垂直移动地安装在所述机头本体上的外部周围边缘；所述机头本体包括在所述衬底保持器后面的加压和减压腔室，用于通过改变所述加压和减压腔室内的压力使由所述衬底保持器保持的待抛光或已抛光的衬底与所述抛光工具接触或脱离接触。
在本发明的优选方面，所述弹性部件包括隔膜。
通过控制所述加压和减压腔室内的压力，可以使所述衬底与所述抛光工具接触，且可以控制使衬底压靠所述抛光工具的作用力。在衬底抛光之后，所述加压和减压腔室被减压，而使所述衬底保持器缩入所述机头本体内，使衬底与所述抛光工具隔开。当仅仅通过所述衬底保持器使衬底垂直地移动与所述抛光工具接触和脱离接触时，使所述机头整体垂直地移动以便移动和抛光大且重的衬底所需的时间较短，且可以通过简单的布置控制衬底上的载荷。
在本发明的优选方面，所述衬底保持器由弹性材料制成，且所述衬底保持器具有衬底吸引机构。
在本发明的优选方面，所述弹性材料具有位移防止机构和密封部件。
衬底可以吸引到所述衬底保持器的衬底吸引表面上，且当衬底变形和所述抛光工具的抛光表面变形时，所述衬底保持器可以随着衬底移动。当抛光时也避免了衬底位移。
在本发明的优选方面，所述位移防止机构包括形成在所述衬底吸引表面上的凹槽，用于在其中接收衬底。因此，通过简单的布置避免了衬底位移。
在本发明的优选方面，所述密封部件设置在所述衬底吸引表面上，且沿衬底的外围部分定位。所述密封部件密封所述衬底吸引表面和远离衬底的已抛光表面的衬底相反侧之间的间隙。衬底吸引压力(真空级别)比没有设置密封部件时高20％或更大。这样，可以可靠地吸引衬底且没有损坏。
安装在所述衬底吸引表面上且沿衬底的外围部分定位的密封部件有效地防止了颗粒和杂质进入所述衬底吸引表面与远离衬底的已抛光表面的衬底相反侧之间。在抛光时可靠地避免了衬底的断裂。
在本发明的优选方面，所述衬底是矩形形状，所述弹性部件具有绕衬底保持器的周围从衬底的外部周围边缘到机头本体的恒定宽度。包括隔膜的弹性部件基本上在所述衬底保持器周围全部均匀地变形，且矩形衬底在基本上恒定的压力下整体地保持在抛光工具的抛光表面上，从而可以均匀地抛光衬底。
在本发明的优选方面，所述抛光台包括用于冷却抛光台的多个翅片。
在本发明的优选方面，所述翅片具有防止所述抛光台挠曲的功能。
虽然所述抛光台和所述抛光工具被衬底抛光时产生的热量加热，但热量通过所述翅片散发，避免衬底过热。即使所述抛光台具有较大直径，所述翅片也使所述抛光台径向上高刚性，避免所述抛光台挠曲。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括形成在所述抛光台的外部周围边缘上的槽、和啮合在所述槽内的凸轮随动件。啮合在所述槽内的所述凸轮随动件有效地避免了所述抛光台挠曲。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括位于所述抛光台的外部周围边缘附近的位移传感器，用于检测所述抛光台的位移。所述位移传感器监测所述抛光台的位移，因此可以控制所述抛光台的位移。这样，可以控制在所述衬底的已抛光表面内的均匀性。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括形成在所述抛光台的上表面上的多个浆液出口、和用于将所述抛光工具压靠所述浆液出口的外围边缘的多个加压部件。从所述浆液出口排出的浆液不进入所述抛光台和所述抛光工具之间，但排放到所述抛光工具的表面上。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括形成在所述抛光台的上表面上的多个浆液出口，所述浆液出口位于在所述衬底被抛光时与所述衬底的待抛光表面保持接触的所述抛光台的区域内。这样，防止浆液从所述浆液出口向上溅射，并减少浆液的消耗。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括位于所述抛光台的外部周围部分上的管，用于在送入所述管内的压缩气体的压力作用下将所述抛光工具的外部周围部分推离所述抛光台。因为所述抛光工具的所述外部周围部分被推离所述抛光台，所以浆液保持在所述抛光工具内，且可用于抛光所述衬底。这样，可减少浆液的消耗。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括位于所述抛光台上方的气体浓度传感器。所述气体浓度传感器能监测所述抛光台上方的气体浓度。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括用于修整所述抛光工具表面的修整器工具，所述修整器工具包括用于排出水的水出口。所述修整器工具的水出口有效地排出所述抛光工具上的灰尘和碎屑，且还防止修整所述抛光工具时产生热量造成的温度升高。
在本发明的优选方面，所述抛光工具包括安装在所述抛光台的上表面上的抛光垫，所述抛光台包括用于在所述抛光台和所述抛光垫之间排放水和化学制品中的至少之一的出口。从所述出口排出的水和/或化学制品使抛光垫容易从所述抛光台上去除。
在本发明的优选方面，衬底抛光设备还包括在所述抛光工具的上表面上形成的气体出口，用于排放气体。当从所述抛光工具的上表面上移开已抛光的衬底时，所述气体出口排放气体，而使衬底容易地从所述抛光工具上移开，且不需要大作用力。
在本发明的优选方面，所述抛光工具包括安装在所述抛光台的上表面上的多个板状部分，所述板状部分在真空吸引作用下或通过机械固定部件被固定到所述抛光台的所述上表面上。所述抛光工具的所述板状部分可以非常容易地单独用新板状部分更换。
根据本发明的第三方面，提供了一种通过将衬底压靠大于所述衬底的抛光工具的抛光表面、并使所述衬底和所述抛光工具相对彼此运动而抛光衬底表面的方法，该方法包括：从形成在所述抛光工具的所述抛光表面上的多个浆液出口供应浆液；在所述衬底被抛光时使所述衬底的待抛光表面保持在所述抛光工具的所述抛光表面上，以覆盖所述浆液出口。
根据上述方法，所述浆液从所述抛光工具的抛光表面上的浆液出口供应，且所述衬底的将被抛光表面在所述衬底被抛光时总是以覆盖所述浆液出口的关系位于所述抛光工具的抛光表面上。因此，避免了浆液从所述浆液出口向上溅射，并避免了过度消耗。
根据本发明的第四方面，提供了一种在衬底被抛光之后通过具有多个衬底支撑件的衬底接收器从机头接收已抛光衬底的方法，所述衬底在真空吸引作用下保持在所述机头的衬底吸引表面上、压靠安装在所述抛光台上的抛光工具、且通过所述衬底和所述抛光工具的相对运动被抛光，该方法包括：利用保持在相同垂直位置的所述衬底支撑件支撑由所述机头保持的已抛光衬底；降低所述衬底支撑件中选择的衬底支撑件的垂直位置并释放所述机头的真空吸引以使所述衬底从所述衬底吸引表面移开，从而使所述衬底倾斜；通过所述衬底支撑件接收所述倾斜的衬底；降低所述衬底支撑件中其余衬底支撑件的垂直位置而与所述衬底支撑件中选择的衬底支撑件的垂直位置对齐，从而使所述衬底水平；由所述衬底支撑件支撑水平的衬底。
根据上述方法，在由所述机头保持的所述衬底被保持在相同垂直位置的所述衬底支撑件支撑之后，所述衬底支撑件中选择的一些衬底支撑件的垂直位置被降低，以使所述衬底从所述衬底吸引表面释放，从而使所述衬底倾斜，然后接收所述倾斜的衬底。因此，所述衬底可以比在所述衬底保持水平时接收所述衬底的情况下更容易地从所述机头的所述衬底吸引表面上移开。这样，避免了所述衬底在移开时被损坏。如果衬底尺寸大时，这种方法更有利。
在本发明的优选方面，所述衬底被安装在所述衬底支撑件的相应上端上的吸盘接收。所述衬底可以通过由所述吸盘吸引而可靠地支撑。
当结合通过举例示出了本发明的优选实施例的附图时，从下面的描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明实施例的衬底抛光设备的透视图；
图2A是根据本发明实施例的衬底抛光设备的顶推机构(衬底传递机构)的平面图；
图2B是该顶推机构的剖面侧视图；
图3是示出了顶推机构的待抛光衬底接收器和已抛光衬底接收器的运行方式的剖面侧视图；
图4是示出了顶推机构的待抛光衬底接收器和已抛光衬底接收器的运行方式的剖面侧视图；
图5是示出了根据本发明实施例的衬底抛光设备的衬底保持机构的机头的平面图；
图6A是沿图5的线VI-VI截取的剖视图；
图6B是衬底保持机构的机头的底视图；
图7是图6A中所示的圈出区域VII的放大剖视图；
图8是根据本发明实施例的衬底抛光设备的侧视图；
图9是沿图7的线IX-IX截取的衬底保持机构的机头的剖面平面图；
图10是图9所示的圈出区域X的放大剖视图；
图11是沿线XI-XI作出的衬底保持机构的机头的平面图；
图12是图11所示的圈出区域XII的放大剖视图；
图13是示出了根据本发明实施例的衬底抛光设备的抛光机构的转台的平面图，该图示出了包括在转台上形成的冷却剂通道槽的冷却机构；
图14是抛光机构的另一转台的底视图，该图示出了另一冷却机构；
图15是根据本发明实施例的衬底抛光设备中抛光机构的转台的弯曲防止机构的剖面侧视图；
图16A是根据本发明实施例的衬底抛光设备中抛光机构的转台的平面图；
图16B是根据本发明实施例的衬底抛光设备中抛光机构的转台的侧视图；
图17是根据本发明实施例的衬底抛光设备中抛光机构的浆液出口的剖视图；
图18A和18B是根据本发明实施例的衬底抛光设备中另一抛光机构的剖视图，这些图示出了抛光机构的转台的端部区域和安装在其上的抛光垫，还示出了转台和抛光垫的运行方式；
图19是示出了根据本发明实施例的衬底抛光设备的管路系统的图；
图20是根据本发明实施例的衬底抛光设备中机头的衬底保持器的温度传感器安装部分的剖视图；
图21是示出了在衬底被根据本发明实施例的衬底抛光设备抛光之后清洗衬底的已抛光表面的方式的图；
图22是示出了已抛光衬底接收器升高且吸盘与被所述机头保持的衬底接触的方式的剖面侧视图；
图23是示出了通过根据本发明实施例的抛光设备中已抛光衬底接收器的倾斜机构将衬底从所述机头释放(取下)的方式的剖面侧视图；
图24是示出了通过根据本发明实施例的衬底抛光设备的顶推机构清洗衬底相反侧的方式的剖面侧视图；
图25是示出了衬底从根据本发明实施例的衬底抛光设备的机头释放(取下)的方式的剖面侧视图；
图26是示出了衬底的已抛光表面和相反侧通过本根据发明实施例的衬底抛光设备清洗的剖面侧视图；
图27是示出了衬底的相反侧通过根据本发明实施例的衬底抛光设备清洗的方式的剖面侧视图；
图28是根据本发明实施例的衬底抛光设备中抛光机构的转台和修整器单元的剖面侧视图；
图29是根据本发明实施例的衬底抛光设备中抛光机构的转台和抛光垫的透视图；
图30是示出了其中抛光垫被固定到根据本发明实施例的衬底抛光设备中的转台上的示例的剖面侧视图；
图31是示出了其中抛光垫被固定到根据本发明实施例的衬底抛光设备中的转台上的另一示例的剖面侧视图；
图32是示出了其中抛光垫被固定到根据本发明实施例的衬底抛光设备中的转台上的又一示例的剖面侧视图；
图33A和33B是示出了当在根据本发明实施例的衬底抛光设备中有密封部件和没有密封部件时获得的不同真空级别的图；以及
图34是示出了当在根据本发明实施例的衬底抛光设备中有密封部件和没有密封部件时获得的衬底外围部分上不同抛光速率的图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述根据本发明的衬底抛光设备。图1以透视图的形式示出了本发明的衬底抛光设备。如图1所示，衬底抛光设备1包括顶推机构2、抛光机构3、和衬底保持机构4。顶推机构2将衬底传递到传递机械手(未示出)和从机械手传递衬底、以及将衬底传递到衬底保持机构4和从衬底保持机构4传递衬底。顶推机构2构成衬底传递机构。抛光机构3抛光被衬底保持机构4保持的衬底。衬底保持机构4保持待抛光的衬底，且与抛光机构3配合而抛光衬底。待抛光衬底包括玻璃衬底，且简称为衬底G。下面将描述用于抛光衬底G的衬底抛光设备。然而，衬底抛光设备不限于用于抛光玻璃衬底的这种设备。
如后面详细描述，顶推机构2包括用于将待抛光的衬底G放在其上的待抛光衬底接收器、用于将已抛光衬底G放在其上的已抛光衬底接收器、用于清洗已抛光衬底G的清洗单元80，83、和用于干燥已清洗的衬底G的干燥单元(未示出)。抛光机构3包括转台60、装在转台60的上表面上的抛光垫61、和用于修整抛光垫61的上表面以形成适合用于抛光的抛光表面的修整器单元8。衬底保持机构4具有用于吸引和保持衬底G的机头40。机头40通过转动轴7可转动地支撑在门柱6上。
诸如传递机械手(未示出)的装载/卸载装置将衬底G装在顶推机构2的待抛光衬底接收器上。衬底G通过定位机构在待抛光衬底接收器上定位，如下所述，被向上顶推靠在位于顶推机构2正上方的衬底保持机构4的机头40的吸引表面(保持表面)上，且在真空吸引作用下被机头40的吸引表面吸引和保持。此后，柱6沿箭头X所示方向移动到在抛光机构3的转台60正上方的位置。然后，机头40下降而使衬底G下降，并将衬底G压靠抛光垫61的抛光表面。此时，衬底G通过转动的机头40转动，且通过衬底G和抛光垫61的相对运动被抛光。
在衬底G被抛光之后，衬底G被升高的机头40提升，并通过柱6沿箭头X所示方向的移动到达在顶推机构2上方的位置。衬底G通过下降的机头40降低，且被传递到并放在顶推机构2的已抛光衬底接收器上。如后面详细描述，当衬底G移动到顶推机构2时，衬底G的已抛光表面被清洗。当放置在顶推机构2的已抛光衬底接收器上时，衬底G的已抛光表面也被清洗。然后，衬底G被干燥、并通过装载/卸载装置从已抛光衬底接收器卸下。
下面将描述衬底抛光设备1的部件结构和操作细节。
图2A、2B和3示出了顶推机构2。图2A是顶推机构2的平面图、图2B是顶推机构2的剖面侧视图、并且图3是示出了待抛光衬底接收器和已抛光衬底接收器的布局的剖面侧视图。在顶推机构2中，用于放置待抛光衬底G的待抛光衬底接收器10和用于放置已抛光衬底G的已抛光衬底接收器20互相同轴地设置。待抛光衬底接收器10包括在其上支撑多个衬底支撑销12(在所示实施例中25个)的基板11，所述支撑销可通过安装在基板11上的各个缸13垂直地移动。基板11支撑在提升/下降缸14上，所以待抛光衬底接收器10可通过提升/下降缸14整体地垂直移动。
位于待抛光衬底接收器10下方的已抛光衬底接收器20包括在其上支撑多个衬底支撑部件22(在所示实施例中18个)的基板21，所述支撑部件可通过安装在基板21上的各个缸23垂直地移动。衬底支撑部件22具有在其上端的相应吸盘26，用于支撑衬底G的外围边缘。基板21由多个提升/下降缸24可垂直移动地支撑，而所述提升/下降缸24又由相应的提升/下降缸25可垂直移动地支撑。提升/下降缸24共同构成用于使基板21倾斜且支撑基板21的倾斜机构(后面描述)。在平面图内为矩形的框架27安装在基板21的上表面上，密封部件28安装在框架27的上端上。已抛光衬底接收器20的吸盘26用于吸引和支撑已经抛光的衬底G外围区域(无器件区域)。待抛光衬底接收器10的衬底支撑销12位于一排吸盘26内的区域，用于支撑待抛光衬底G的内部区域(器件区域)。为简洁起见，在图2B中省略了衬底支撑部件22和缸23。
待抛光衬底接收器10包括用于定位已经装载并放置在待抛光衬底接收器10上的衬底G的定位机构。定位机构包括位于待抛光衬底接收器10的左和右区域之一内的基准部件30(图2A和2B中衬底G的左侧)、位于待抛光衬底接收器10的前和后区域之一内的另一基准部件31(在图2A和2B中衬底G的后面)、和分别与基准部件30，31相对的可移动部件32，33。可移动部件32，33由相应的缸34顶推而使衬底G朝基准部件30，31移动，从而使衬底G在待抛光衬底接收器10上定位。用于顶推可移动部件33的缸34在图中省略。这样，待抛光衬底G可总是置于待抛光衬底接收器10内的相同位置，以便在真空吸引作用下被衬底保持机构4的机头40吸引。因为衬底G被精确地定位在待抛光衬底接收器10上，机头40的吸引表面(保持表面)可以是相对于衬底G所需的最小尺寸。
已经由诸如传递机械手的装载/卸载装置装载在待抛光衬底接收器10上的衬底G通过定位机构定位。定位的衬底G使其内部区域由衬底支撑销12支撑。由于衬底G的内部区域由衬底支撑销12支撑，可防止当衬底G放置在待抛光衬底接收器10上时由于重力使衬底G挠曲或弯曲。尤其是，如果衬底G尺寸大，则衬底支撑销12的高度可以通过相应的缸13调节，以使衬底G的不希望的挠曲最小化。
在通过其高度已经由缸13调节的衬底支撑销12使衬底G的挠曲最小化之后，衬底保持机构4的机头40位于衬底G的上方，如图4所示。缸14被致动以提升基板11，以使衬底G与机头40的吸引表面均匀接触。这样，衬底G可以在真空吸引作用下被机头40吸引。衬底支撑销12可以被衬底支撑板替换。
如图1所示，衬底保持机构4安装在门柱6上，该门柱设置在衬底抛光设备1的框架5上，位于顶推机构2和抛光机构3的上方，且可沿箭头X所示方向移动。图5至7详细示出了衬底保持机构4。图5是衬底保持机构4的机头40的平面图。图6A是沿图5的线VI-VI截取的剖视图，图6B是衬底保持机构4的机头40的底视图。图7是图6A中所示的圈出区域VII的放大剖视图。衬底保持机构4包括用于在真空吸引作用下吸引衬底G的机头40。机头40具有机头本体41，该机头本体设有安装在机头本体41的下表面上的衬底保持器42。衬底保持器42具有下表面42a，用作在真空吸引作用下吸引衬底G的吸引表面。
衬底保持器42具有通过作为弹性部件的隔膜43装在机头本体41上的外部周围边缘部分。具体地，外环部件44固定在机头本体41的外部周围边缘部分的下表面上，在两者之间设置诸如O形圈的密封部件53。隔膜43具有通过外环部件45被夹到外环部件44的下表面上的外部周围边缘部分。内环部件46被固定在衬底保持器42的外部周围边缘部分的上表面上。隔膜43具有通过内环部件47夹到内环部件46的上表面上的内部周围边缘部分。所以，衬底保持器42通过隔膜43可垂直移动地与机头本体41连接。
如图6B所示，隔膜43在外环部件45的内部周围边缘与内环部件的外部周围边缘之间的宽度完全围绕衬底保持器42是相同尺寸。换言之，衬底保持器42通过隔膜43连接于机头本体41，该隔膜在其全部周长具有均匀的宽度。因此，衬底保持器42在其全部周长上可均匀地垂直移动。
外环部件44具有在其内部周围边缘上的突出部分44a，突出部分44a包括弧形截面形状的末端。内环部件47也具有在其外部周围边缘上的突出部分47a，该突出部分47a包括矩形截面形状的末端。突出部分44a，47a共同构成用于限制衬底保持器42向下移动到距离d1的阻挡部。如下所述，突出部分44a的末端、内环部件47的基部的外部周围表面、外环部件44的基部的内部周围表面、和突出部分47a的末端共同构成用于限制衬底保持器42和隔膜43扭转移动的阻挡部。用于防止衬底保持器42过度弯曲的阻挡部52(见图6A)位于衬底保持器42的后表面上。
衬底保持器42由弹性材料制成，且具有允许衬底保持器42随着衬底G和转台60上的抛光垫61的变形而弹性移动的形状和厚度。具体地，如果衬底保持器42由合成树脂制成，衬底保持器42具有5mm或更小的厚度，或如果衬底保持器42由SUS制成，衬底保持器42具有2.5mm或更小的厚度。衬底保持器42可由合成树脂(PP(聚丙烯)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)、PVC(聚氯乙烯))、SUS(不锈钢)、橡胶(EPDM(三元乙丙橡胶)、FKM(氟橡胶)、Si(硅))等制成。制成较薄的衬底保持器42具有弹性，而使衬底保持器42可以随着衬底G和抛光垫61的变形而弹性移动。用作衬底吸引表面的衬底保持器42的下表面42a具有多个在其整个区域上形成的吸引槽42b，用于在真空吸引作用下将衬底G吸引到衬底吸引表面42a，如图6B所示。吸引槽42b与真空吸引管路48连通。衬底吸引表面42a还具有在其中形成的凹槽42c，该凹槽与衬底G的形状互补，用于在其中接收衬底G，以防止衬底G意外地从衬底吸引表面42a移动。
密封部件42d由高柔性材料诸如背膜(聚氨酯泡沫)制成，且例如通过粘结剂粘合设置在衬底保持器42的衬底吸引表面42a上。密封部件42d设置成，沿被吸住的衬底G的外围部分定位，且优选地应当位于从被吸住的衬底G的外围边缘向内15mm至25mm的范围内。密封部件42d放入衬底吸引表面42a内形成的沉孔(空腔)内，且具有比沉孔深度大0.1mm至0.5mm的厚度，从而提供可以压缩的突出部分。密封部件42d可替代地由硅橡胶或EPDM(三元乙丙橡胶)制成。
图33A和33B示出了当设有密封部件42d和不设密封部件42d时获得的不同真空级别。图33A示出了当衬底G被吸住时，在设有密封部件42d和不设密封部件42d时在衬底G的中心部分和衬底G的外围部分获得的不同真空级别(吸引压力)。图33B示出了相对于不同的衬底GA，GB当设有密封部件42d和不设密封部件42d时获得的不同真空级别(吸引压力)。在图33A和33B中，曲线C表示当不设密封部件42d时获得的真空级别，曲线D表示当设有密封部件42d时获得的真空级别。
如图33A所示，在衬底G的中心部分和外围部分获得的真空级别相互没有很大不同，不管是否设有密封部件42d。可以确认的是，配合有密封部件42d的衬底G上的真空级别比没有配合密封部件42d的衬底G时大20％或更多，且配合有密封部件42d的衬底G被可靠地吸住且保持在位。如图33B所示，可以确认的是，密封部件42d有效的在可不同程度变形(挠曲)的不同衬底GA，GB上实现稳定的真空级别(吸引压力)。
本发明的发明人已经从对数百种玻璃衬底上的试验中确认，密封部件42d对于防止颗粒和杂质进入衬底吸引表面42a与衬底G的相反侧(未抛光表面)之间的间隙是有效的，从而防止衬底G在抛光过程中碎裂(断裂)、并防止在衬底G的传递过程中损坏。这样，密封部件42d对于可靠地吸引各种玻璃衬底是有效的，即使玻璃衬底G可不同程度地挠曲。
图34示出了当设有密封部件42d和不设密封部件42d时获得的在衬底G的外围部分上的不同抛光速率。图34示出了在衬底G的外边缘A、B、C、D处测量的抛光速率。在图34中，曲线C表示当不设密封部件42d时实现的抛光速率，曲线D表示当设有密封部件42d时实现的抛光速率。当不设密封部件42d时，抛光速率在2.7μm/min.至4.0μm/min.的范围内，因此可在1.3μm/min.的范围内变化。当设有密封部件42d时，抛光速率在2.5μm/min.至3.4μm/min.的范围内，因此可在0.9μm/min.的范围内变化。因此，可以确认的是，密封部件42d对于减小趋于在衬底G的外围部分上波动、集中和扩展的载荷是有效的，且对于改善(减小)在衬底G的外围部分上的抛光速率的波动范围31％是有效的。
机头本体41具有其中形成的在衬底保持器42后面的多个腔室41a。腔室41a具有在衬底保持器42后面敞开的相应下端、和被板盖49封闭的相应上端。腔室41a与加压管路50保持流体连通。隔膜43需要具有随着衬底保持器42的移动使其自身弹性变形的功能，以及还需具有当在衬底保持器42后面的腔室41a被加压而使由衬底保持器42保持的衬底G压靠抛光垫61、和当腔室41a被减压而使由衬底保持器42保持的衬底G缩回机头本体41内时随着衬底保持器42和抛光垫61的变形而使其自身弹性变形的功能。隔膜43由EPDM(三元乙丙橡胶)、FKM(氟橡胶)、Si(硅)等制成。
当机头本体41内的腔室41a的压力下降时，衬底G和衬底保持器42被提升且缩回机头本体41内。当衬底G和衬底保持器42通过腔室41a中减压而缩回机头本体41内时，衬底G易于变形。为了防止衬底G和衬底保持器42变形，将与衬底保持器42的后表面形成接触的机头本体41的下表面(底面)具有与衬底G基本上相同的形状和面积。纯水或气体可以从衬底保持器42的衬底吸引表面42a上形成的吸引槽42b向衬底G的后面未抛光表面喷射，以有助于从衬底保持器42上取下衬底G。
在衬底保持器42通过腔室41a中减压而缩回机头本体41内时，待抛光衬底接收器10提升，而使衬底G与衬底保持器42的衬底吸引表面42a接触，如图4所示。衬底G现在在真空吸引作用下被吸在衬底吸引表面42a上。柱6沿箭头X所示方向朝抛光机构3移动，直到在真空吸引作用下保持衬底G的机头40位于转台60上方。
当机头40到达转台60上方的位置时，机头40下降到转台60的抛光垫61。在机头40下降的过程中，衬底保持器42保持缩在机头本体41内。在机头41下降到一定的垂直位置之后，腔室41a被加压而使衬底保持器42从机头本体41释放。如图8所示，被转动的机头40保持的衬底G压靠也转动的转台60上的抛光垫61的上表面。衬底G现在由抛光垫61抛光。从衬底G上去除的材料量通过控制腔室41a内的压力，即保持腔室41a内的压力恒定或改变保持腔室41a内的压力进行调节。由于衬底保持器42和隔膜43都是弹性的，它们可以随着衬底G和衬底保持器42的变形以及抛光垫61的局部磨损而弹性移动。例如，衬底保持器42和隔膜43可以弹性移动，即使抛光垫61包含直径300mm和深度0.3mm的异常区域。
当衬底G被抛光时，产生摩擦热和反应热。为了抑制这些热量，一般在衬底G被抛光时从加压管路50向腔室41a供应压缩空气作为冷却剂来冷却衬底G。作为替代，可以供应冷却水作为冷却剂来冷却衬底G。设有阻挡部，以防止衬底保持器42和隔膜43由于在衬底G被抛光时施加的转动载荷而加载。由于侧向载荷被施加在阻挡部上，相对于施加给衬底G的垂直抛光压力产生了一定的滑动阻力。这种滑动阻力可能不利地影响衬底G的抛光外形。为了使阻挡部垂直地移动，阻挡部例如由诸如滚筒的滚动元件支撑、或包括具有良好摩擦系数的工业镀层。根据该实施例，为了防止衬底G在抛光过程中从衬底保持器42上移动，衬底G在真空吸引作用下被衬底吸引表面42a吸住时被抛光。
如图8所示，衬底G在转台60上抛光，该转台通过抛光机构3的台转动机构M2绕轴62沿箭头A所示方向转动。具体地，由通过机头转动机构M1沿箭头B所示方向转动的机头40吸住和保持的衬底G压靠在转台60的上表面上。衬底G通过衬底G和抛光垫61的相对运动进行抛光。当衬底G被抛光时，抛光垫61的表面被与衬底G的摩擦加热。转台60具有用于降低抛光垫61的被加热表面温度的冷却机构。在图8中，机头40通过机头提升和下降机构54提升和下降。
如上所述，设置阻挡部以防止衬底保持器42和隔膜43由于在衬底G被抛光时施加在衬底G和衬底保持器42上的转动载荷而承受大的载荷。图9至12示出了这些阻挡部的结构细节。图9是沿图7的线IX-IX截取的外环部件44和内环部件47的截面平面图。图10是图9所示的圈出区域X的放大剖视图。图11是沿图7的线XI-XI截取的外环部件44和内环部件47的截面平面图。图12是图11所示的圈出区域XII的放大剖视图。
如图12所示，用于限制衬底保持器42沿X和Y方向移动距离d2的阻挡部SP1形成在外环部件44的突出部分44a末端的内部周围边缘与内环部件47的基部47b的外部周围表面之间。如图10所示，用于限制衬底保持器42沿X方向和Y方向之间的中间倾斜方向移动距离d2的阻挡部SP2形成在内环部件47的突出部分47a末端的外部周围边缘与外环部件44的基部44b的内部周围表面之间。所以，施加到衬底保持器42和机头40的隔膜43上以产生沿X方向、Y方向、和两者之间的中间倾斜方向(45°)超过距离d2的移动的载荷由机头本体41承担。阻挡部SP1，SP2尺寸相互相同。
阻挡部SP1，SP2如下形成：如图12所示，在外环部件44的突出部分44a的内部周围边缘上的拐角刮去而形成凹部44c，从而在内环部件47的基部47b的外部周围表面与外环部件44的基部44b的内部周围表面之间形成间隙202。所以，阻挡部SP2形成在内环部件47的突出部分47a末端的外部周围边缘与外环部件44的基部44b的内部周围表面之间的上部位置，以限制衬底保持器42沿X方向和Y方向之间的中间倾斜方向移动距离d2，阻挡部SP1形成在下部位置，以限制衬底保持器42沿X方向和Y方向移动距离d2。以上述方式形成阻挡部SP1，SP2的原因是就加工工艺而言，在从直侧边到弯曲拐角的整个范围内很难形成在外环部件44的突出部分44a末端的内部周围边缘与内环部件47的基部47b的外部周围表面之间的尺寸d2的间隙，因此在不同的垂直位置处形成在四个拐角处的阻挡部和在四个侧边处的阻挡部。
如图13所示，转台60的冷却机构包括在转台60上水平形成的冷却剂通道槽77，用于冷却水或冷却介质经过而冷却转台60。作为选择，如图14所示，转台60可具有另一冷却机构，包括多个在其相反侧上的径向翅片，利用冷却风扇64供应的气流冷却转台60。图13所示的冷却机构和图14所示的冷却机构可以互相组合。
转台60的尺寸取决于衬底G的尺寸。例如，如果衬底G具有1000mm×1000mm的尺寸，则衬底G具有约1500mm的较大旋转直径。此外，通常实践上在衬底G和转台60绕互相偏移的相应轴线转动时抛光衬底G。所以，实际上，转台60必须具有由衬底G的转动直径和两倍上述轴线互相偏移的径向距离(偏移距离)的和表示的直径。例如，如果衬底G的转动直径是1500mm，偏移距离是200mm，则转台60必须具有1900mm的直径。如果转台60仅在其中心支撑，由于其机械强度，这种尺寸的转台60由于重力而易于在其外边缘挠曲。
为了防止转台60在其外边缘挠曲，外边缘可以由支撑装置支撑。例如，图15示出了转台60的挠曲防止机构。如图15所示，挠曲防止机构包括在转台60的外部周围表面上形成的凸轮啮合槽60a和啮合在所述凸轮啮合槽60a内的至少一个凸轮随动件65，用于防止转台60变形。在转台60的外部周围边缘上方设有位移传感器67，用于当机头40保持并将衬底G压靠转台60上的抛光垫61上时测量转台60的位移。缸66根据测量的位移通过啮合在凸轮啮合槽60a内的凸轮随动件65向转台60施加压力，从而控制转台60的位移。这样，控制了转台60的平整构造以及抛光垫61的平整构造。图14所示在转台60的相反侧上径向设置的翅片63增加沿转台60的径向方向上转台60的刚性是有效的。
如上所述，在衬底G被转动的机头40保持且压靠转动的转台60上的抛光垫61的上表面时，抛光衬底G。如图16A和16B所示，转台60具有形成在衬底G的将被抛光表面接触的范围内绕转台60的中心的同心圆上的多个浆液出口68。浆液出口68经诸如旋转接头的旋转供应单元69和连接于转台60的下表面的转动轴62被供应浆液。供应的浆液从浆液出口68排出，且供应在衬底G与抛光垫61之间。所以，避免了浆液从浆液出口68向上喷射。
当浆液从浆液出口68排出时，浆液进入抛光垫61和转台60之间的间隙，因此易于从转台60上取下抛光垫61。为了防止抛光垫61被从转台60上取下，如图17所示，在每个浆液出口68和抛光垫61上的对应孔中放置加压部件78，用于将抛光垫61向下压在转台60上。具体地，加压部件78为中空管的形式，具有在其上端的径向向外凸缘78a和在凸缘78a下方的带外螺纹的外部周围表面78b。加压部件78插入抛光垫61上的孔和浆液出口68中，使得凸缘78a被放置在抛光垫61上、且带外螺纹的外部周围表面78b与浆液出口68的带内螺纹的内部周围表面保持螺纹啮合。因此，抛光垫61通过加压部件78的凸缘78a向下压在转台60上。
因为转台60的位移可以根据位移传感器67检测的位移通过啮合在凸轮啮合槽60a内的凸轮随动件65进行控制，转台60的上表面以及因而是抛光垫61的上表面可以在形状上进行控制，以控制衬底G的抛光表面的形状。具体地，如果转台60的上表面以及因而是抛光垫61的上表面制成向上凸，则被抛光垫61的向上凸的上表面抛光的衬底G的表面制成向上凹。相反，如果转台60的上表面以及因而是抛光垫61的上表面制成向下凹，则被抛光垫61的向下凹的上表面抛光的衬底G的表面制成向下凸。因此，通过控制转台60的上表面以及因而是抛光垫61的上表面的形状，可以控制衬底G的被抛光表面的均匀性。
图18A和18B示出了衬底抛光设备中的另一抛光机构3。如图18A所示，抛光台60具有形成在抛光台60的外部周围部分的上表面上的管插入槽71。管70插入管插入槽71中，抛光垫61放置抛光台60上，位于管70上方。管70可以经管道72供应压缩气体，诸如压缩空气、氮气(N2)等。如图18B所示，当抛光衬底G时，管70经管道72供应压缩气体。管70膨胀而提升抛光垫61的外部周围部分，从而保持浆液S在抛光垫61的上表面上。这样防止浆液S从抛光垫61流出，因此可以减少浆液S的消耗。在通过浆液S抛光了衬底G之后，管70内的气体可以排出，而使抛光垫61达到转台60上的水平位置。
图19示出了本发明的衬底抛光设备的管道系统。如图19所示，包括衬底保持机构4的抛光机构3被封闭在置于室内的壳体101内。壳体101在其上壁上具有排气口102。排气口102在其中装有与叶片配合的旋转致动器103，用于选择性地打开和关闭排气口102。如图19所示，设有用于供应空气或氮气的管道73、用于供应水或化学制品的管道74、用于供应浆液的管道75、用于供应压缩气体的管道72、和用于供应各种气体和液体的其它管道。所有这些管道都经旋转供应单元69和转动轴62连接于转台60。虽然在附图中未示出，但在图13中所示的用于给转台60上的冷却剂通道槽77供应冷却水或冷却剂的管道可以经旋转供应单元69和转动轴62延伸。
空气或氮气可以经管道73供应到抛光垫61的上表面上。水或化学制品可以在高压下经管道74供应到转台60和抛光垫61之间的间隙。浆液S可以经管道75供应到在抛光垫61的上表面上开口的浆液出口68。诸如压缩空气的压缩气体可以经管道72供应到管70。用于测量所使用的化学制品产生的成份浓度的浓度传感器104，例如，氢浓度传感器、氧浓度传感器等位于转台60上方。所述成份的浓度超出允许浓度的倍数由计数器106经放大器105进行监测。如果监测的计数超出允许值，则计数器106发出信号以给电磁操纵阀107通电，而使旋转致动器103工作。这样，排气口102打开以从壳体101排出空气。
如图20所示，温度传感器112位于机头40的衬底保持器42中，用于测量衬底G的温度。根据已经由温度传感器112检测的衬底G和衬底保持器42的温度变化，控制供应到转台60上的冷却剂通道槽77的冷却水或冷却剂的流速。温度传感器112由安装在传感器座110上的传感器保持器111保持，该传感器座固定在衬底保持器42的相反侧。这样由传感器保持器111保持的温度传感器112具有插入衬底保持器42上形成的传感器插入孔内的尖端。虽然在附图中未示出，可以设置光电传感器或图像传感器，以确认穿过衬底G的镀覆金属层的去除，从而检测终点。
在衬底G被浆液抛光之后，抛光垫61的上表面被供应水，以用供应的水抛光衬底G。水从抛光垫61的上表面上形成的多个水出口供应到衬底G的整个被抛光表面上。在衬底G用水抛光之后，机头本体41内的腔室41a被减压以使衬底G和衬底保持器42缩回机头本体41内。为了防止衬底保持器42在缩回时变形，在将与衬底保持器42后表面接触的机头本体41的表面上设有形状和面积与衬底G基本上相同的衬底保持器接收器，以防止衬底保持器42变形。
在衬底G用浆液和水抛光之后，衬底保持机构4的机头40由机头提升和下降机构54提升(参见图8)。由于衬底G不能从抛光垫61释放，特别是当衬底G尺寸较大时，经管道73供应空气或氮气(见图19)并经抛光垫61上形成的孔排出，从而将衬底G容易地从抛光垫61上剥离。衬底G可以从抛光垫61上容易地取走，如果衬底G从转台60上悬垂而减小衬底G和抛光垫61之间的接触面积、或如果衬底G的转动速率与转台60的转动速率的比值变化。如果待抛光衬底G是细长的矩形形状，则当机头40从抛光垫61升高时，机头40的转动被停止以使衬底G沿一定的方位。图1所示的衬底抛光设备1停止机头40的转动，从而使衬底G处于与衬底G被顶推机构2传递时相同的方位。这样，衬底G可以容易地输送到顶推机构2。
在衬底G从抛光垫61取走之后，柱6朝顶推机构2移动。如图1所示，顶推机构2包括第一清洗单元80，它具有清洗喷嘴81和吸水海绵辊82，用于清洗衬底G的已抛光表面。当衬底保持机构4的机头40与柱6一起移动直到机头40位于已抛光衬底接收器20正上方时，清洗喷嘴81向衬底G的已抛光表面喷射清洗液，且吸水海绵辊82吸收施加在衬底G的已抛光表面上的清洗液。图21是示出了衬底G移动时在真空吸引作用下由机头40保持的衬底G的已抛光表面进行清洗的视图。当由机头40保持的衬底G沿箭头X所示方向与柱6一致地移动时，从第一清洗单元80的清洗喷嘴81喷出的清洗液Q清洗了衬底G的已抛光表面，且吸水海绵辊82吸收并除去施加在衬底G的已抛光表面上的清洗液。吸水海绵辊82可以绕吸水海绵辊82的纵向轴线转动或不转动。
在衬底G的已抛光表面被第一清洗单元清洗并从该表面去除了施加的清洗液之后，衬底G定位且停止在顶推机构的已抛光衬底接收器20的正上方。此后，如图22所示，已抛光衬底接收器20的提升/下降缸24升高而举起基板21，直到衬底支撑部件22的上端上的吸盘26与位于衬底G的已抛光表面周围的衬底G外围区域形成接触。当吸盘26连接于真空系统(未示出)时，在真空吸引作用下吸盘26吸引衬底G的外围。同时，衬底G的真空吸引从机头40的衬底保持器42释放。这样，可以将衬底G从衬底保持器42上取下。
如上所述，已抛光衬底接收器20与待抛光衬底接收器10同轴。待抛光衬底接收器10的衬底支撑销12支撑衬底G的内部区域，从而抑制衬底G的挠曲。这样，衬底G可以由机头在真空吸引作用下可靠地保持。然而，在衬底G抛光之后，衬底G需要在没有对衬底G的器件区域造成损坏的情况下保持定位。因此，衬底G需要在仅仅衬底G的外围区域(无器件区域)接触的状态下保持定位。根据本发明的实施例，使用不同的接收器，即，互相同轴的待抛光衬底接收器10和已抛光衬底接收器20，来分别在抛光之前和之后支撑衬底G。待抛光衬底接收器10和已抛光衬底接收器20分别支撑衬底G的内部区域和外部区域。
由于待抛光衬底接收器10的衬底支撑销12支撑衬底G的内部区域，已抛光衬底G的器件区域不被衬底支撑销12上的铜所污染。已抛光衬底接收器20具有衬底支撑部件22，该支撑部件具有吸盘26且位于基板21上，用于支撑衬底G的外围区域。由于衬底支撑部件22上的吸盘26沿衬底G的外围区域设置，它们有效地防止衬底G挠曲。
已抛光衬底接收器20的基板21可以通过已抛光衬底接收器20的倾斜机构从图22所示的位置倾斜，如图23所示。具体地，在一侧的一些提升/下降缸24下降而使已抛光衬底接收器20的基板21倾斜。此时衬底G从机头40的衬底保持器42的一侧剥离。当取下衬底G时，在另一侧的提升/下降缸24下降。如图24所示，衬底G的外围区域的已抛光表面通过与密封部件28的上端的紧密接触而密封。然后清洗衬底G的相反侧(未抛光表面)。
衬底G的相反侧由位于顶推机构2中的第二清洗单元83(见图1)清洗。图24示出了衬底G的相反侧通过第二清洗单元83清洗的方式。如第一清洗单元80一样，第二清洗单元83具有清洗喷嘴84和吸水海绵辊85。位于衬底G后面的第二清洗单元83(见图1)通过提升/下降机构(未示出)升高到一定高度，然后通过移动机构(未示出)移动到衬底G的前端，此后降低一定距离。然后，在第二清洗单元83沿衬底G的相反侧从衬底G的前端向后端移动时，第二清洗单元83清洗衬底G的相反侧。具体地，清洗喷嘴84向衬底G的相反侧喷射清洗液，然后吸水海绵辊85吸收施加在衬底G的相反侧上的清洗液。此时，由于衬底G的下表面被密封部件28密封，可防止清洗液流到衬底G的已抛光表面上。
为了从机头40的衬底保持器42上剥离衬底G，通过倾斜机构使基板21倾斜，如图25所示。具体地，在一侧的一些提升/下降缸24下降而使基板21倾斜。当衬底G的一个端部从机头40上移开从而在衬底G的该端部和机头40之间形成间隙204时，空气或诸如氮气等的气体从气体喷嘴86导入间隙204中。从气体喷嘴86导入间隙204的空气或气体使衬底G从衬底保持器42平顺地取走，而没有损坏衬底G。作为选择，可以在间隙204内插入绳索、杆或板形式的取走辅助件87，且从间隙204的较宽端向其较小端，即，从衬底G的前端向后端移动。
使用气体喷嘴86或取走辅助件87可以比衬底G简单地从其一端从机头40取走时明显降低对衬底G损坏的可能性。气体喷嘴86可以固定在位，或可以从间隙204的较宽端朝向其较小端移动。
下面将描述在衬底G放在已抛光衬底接收器20上之后，清洗和干燥保持在已抛光衬底保持器20上的衬底G的另一工艺。如图26所示，上部清洗和干燥单元89包括清洗喷嘴81、干燥气体喷嘴88、和吸水海绵辊82，它们位于放置在已抛光衬底接收器20上的衬底G的上方，下部清洗和干燥单元89包括清洗喷嘴81、干燥气体喷嘴88、和吸水海绵辊82，它们位于放置在已抛光衬底接收器20上的衬底G下方。在上部和下部清洗和干燥单元89沿衬底从其一端向另一端移动时，上部和下部清洗和干燥单元89清洗和干燥衬底G。具体地，清洗喷嘴81喷射清洗液以清洗衬底G的上表面和下表面，吸水海绵辊82吸收施加在衬底G的上表面和下表面上的清洗液。此后，在上部和下部清洗和干燥单元89沿衬底G移动时，干燥气体喷嘴88向衬底G的上表面和下表面喷射干燥空气或诸如干燥氮气等的干燥气体，从而干燥衬底G。
当下部清洗和干燥单元89移动时，吸盘26和衬底支撑部件22是下部清洗和干燥单元89的移动的障碍。因此，当下部清洗和干燥单元89接近吸盘26和衬底支撑部件22时，缸23被致动而使吸盘26和衬底支撑部件22下降，以便使下部清洗和干燥单元89通过。在下部清洗和干燥单元89已经经过之后，缸23再次被致动而使吸盘26依次与衬底G的下表面接触以支撑衬底G。如果清洗喷嘴81、干燥气体喷嘴88和吸水海绵辊82比衬底G的宽度更长，则衬底G可以在清洗喷嘴81和吸水海绵辊82在一个行程内移动时被清洗、且可以在干燥气体喷嘴88在一个行程内移动时被干燥。
如图27所示，衬底G通过倾斜机构倾斜而使衬底G的一个端部下降，并将衬底G的一端从机头40剥离。当衬底G倾斜时，清洗液从位于衬底G的另一端上方的清洗喷嘴81喷向衬底G的上表面，另一端高于下降的端部。这样供应的清洗液由于重力从衬底G的上表面流下。所以，可以清洗衬底G的整个上表面，而不必移动清洗喷嘴81。由于清洗液沿倾斜的表面流动，所以清洗液不留在衬底G上。因此，避免了衬底G由于清洗液的重量而挠曲，因而避免了损坏。
清洗的衬底G通过干燥机构干燥。如图26所示，如果干燥机构包括用于喷射干燥空气或诸如干燥氮气等的干燥气体的干燥气体喷嘴88，则在干燥气体喷嘴88从衬底G的一端移动到另一端时干燥气体喷嘴88干燥衬底G。此时，干燥气体喷嘴88可以与清洗喷嘴81一致地移动。吸盘26和衬底支撑部件22也是干燥气体喷嘴88移动的障碍。所以，当干燥气体喷嘴88接近吸盘26和衬底支撑部件22时，缸23被致动而降低吸盘26和衬底支撑部件22，以便使干燥气体喷嘴88经过。在干燥气体喷嘴88已经经过之后，缸23再次被致动而使吸盘26依次接触衬底G的下表面且支撑衬底G。
可以提供具有海绵的清洗液吸收机构，用于在衬底G的已清洗表面上滑动以吸收上面的清洗液，或提供具有合成树脂等制成的刮板的清洗液擦拭机构，用于在衬底G的已清洗表面上移动以擦去上面的清洗液。
根据另一种清洗和干燥机构，已抛光衬底接收器20包括用于转动衬底G的转动机构。在衬底G由转动机构转动时，清洗液和干燥空气喷向衬底G的中心区域。根据高周围速度和喷向衬底G的干燥气体的结合，如果衬底G尺寸大，由于衬底G在其外围边缘以高周围速度转动，则衬底G可以很快干燥，而没有增加衬底G的转动速率。
如上所述，抛光机构3包括用于修整转台60上的抛光垫61的上表面的修整器单元8，从而形成适于抛光衬底G的抛光表面。如图1所示，修整器单元8安装在摆臂90上。如图28所示，修整器单元8包括修整器工具91、转动轴92、旋转机构M3、修整器提升和下降机构94和旋转的水源95。当摆臂90转动时，修整器单元8从图1所示的位置移动到转台60上方的位置。然后修整器提升和下降机构94使修整器工具91下降，直到修整器工具91压靠抛光垫61的上表面。修整器工具91和转台60转动而修整和再生抛光垫61的上表面。
当抛光垫61的上表面被修整时，摆臂90重复转动而使修整器工具91径向经过抛光垫61的上表面。在修整过程中，经旋转的水源95和位于转动轴92内的管道96供应的纯水(D工W)从修整器工具91的下表面上形成的中心出口排出。从中心出口排出的纯水有效地排除了由于修整器工具91在抛光垫61上产生的灰尘和碎屑，且减少了抛光垫61通过修整器工具91进行修整时产生的热量。
在转台60上的抛光垫61使用预定的时间之后将不再适于抛光衬底，即使抛光垫61通过修整器工具91修整。所以，已经用过的抛光垫61需要用新的一个更换。为了更换抛光垫61，水或化学制品经图19中所示的管道74供应到转台60和抛光垫61之间的间隙，从而有利于在水或化学制品的作用(压力)下从转台60上取下抛光垫61。
图29示出了转台60和安装在转台60上的抛光垫61。如图29所示，抛光垫61包括多个抛光垫部分，它们包括位于转台60中心的中心圆形抛光垫部分120、和位于转台60上在中心圆形抛光垫部分120周围的多个(在图29中12个)扇形抛光垫部分121。中心圆形抛光垫部分120包括圆形垫基部120a和粘合在圆形垫基部120a的上表面上的圆形垫120b。每个扇形抛光垫部分121包括扇形垫基部121a和粘合在扇形垫基部121a的上表面上的扇形垫121b。通过安装在转台60上且插入垫基部120a，121a中形成的相应孔(未示出)中的定位销122，中心圆形抛光垫部分120和扇形抛光垫部分121被定位且固定在转台60的上表面上。
由于抛光垫61包括抛光垫部分120和多个抛光垫部分121，每个抛光垫部分120和抛光垫部分121可以在短时间内单独地用新的抛光垫部分更换。如果转台60直径更大，则更容易更换抛光垫部分120，121。抛光垫部分120，121具有当衬底G通过抛光垫61进行抛光时不损害衬底G的表面均匀性的尺寸精度。
有各种方法将抛光垫部分121固定在转台60上。图30示出了转台60具有多个位于其上表面上且连接于真空管路124的吸盘123的示例。每个抛光垫部分121的基部121a在真空吸引作用下被吸盘123吸引，从而将抛光垫部分121固定在转台60上。真空管路124连接于液体一气体分离器、用于测量真空管路124内的真空级别的真空传感器126、和阀127。根据通过真空传感器126对真空管路124内真空级别的监测，可以在所希望的真空吸引力下将抛光垫部分121固定在转台60的上表面上，并减少真空消耗。虽然在附图中未示出，但抛光垫部分120也以同样的方式固定在转台60的上表面上。
根据将抛光垫部分121固定在转台60上的另一种固定方法，如图31所示，每个抛光垫部分121的基部121a通过螺钉128固定在转台60上。根据图32所示的另一示例，每个抛光垫部分121的基部121a通过螺栓129固定在转台60上，螺栓装在抛光垫部分121的基部121a上、且通过旋转致动器130紧固。抛光垫部分120可以以相同的方式固定在转台60的上表面上。
一个或多个本发明的衬底抛光设备可以沿与诸如传递机械手等的衬底传递装置相应的衬底传递区域放置，从而形成衬底抛光设施。作为选择，一或多个本发明的衬底抛光设备可以沿与衬底传递装置相应的衬底传递区域放置，其它的衬底抛光设备可以也沿衬底传递区域放置，从而形成衬底抛光设施。具体地，本发明的衬底抛光设备可以用于多种组合的任一种，从而满足用户的需求。
在所示实施例中，衬底抛光设备采用转台60作为绕其轴线转动的抛光台。然而，衬底抛光设备可以采用做诸如滚动移动或往复移动的平移移动的抛光台。在所示实施例中，抛光垫61作为抛光工具安装在转台60的上表面上。然而，抛光工具可包括研磨轮，研磨轮包括通过粘结剂粘在一起的研磨颗粒。换言之，抛光工具可以是可修整和再生的任何抛光工具，从而通过抛光工具调节器提供适于抛光的抛光表面。
虽然已经示出和详细描述了本发明的一些优选实施例，但应当理解在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以作出各种变化和改进。

Claims (44)

1.一种衬底抛光设备，包括：
衬底保持机构，所述衬底保持机构包括用于保持待抛光衬底的机头；
抛光机构，所述抛光机构包括具有抛光工具的抛光台，由所述机头保持的衬底被压靠所述抛光台上的所述抛光工具，以通过所述衬底和所述抛光工具的相对运动抛光所述衬底；
衬底传递机构，所述衬底传递机构包括用于接收待抛光衬底的待抛光衬底接收器、和用于接收已抛光衬底的已抛光衬底接收器，所述待抛光衬底接收器和所述已抛光衬底接收器相互同轴地设置。
2.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述衬底传递机构包括用于清洗和干燥已抛光衬底的清洗和干燥单元。
3.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述待抛光衬底接收器包括用于支撑衬底的器件区域的第一衬底支撑件，所述已抛光衬底接收器包括用于支撑衬底的无器件区域的第二衬底支撑件；
所述第一衬底支撑件和第二衬底支撑件可相互独立地致动。
4.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述已抛光衬底接收器包括沿衬底的外围边缘设置、且通过提升和下降机构可垂直移动地支撑的多个衬底支撑件，和分别安装在所述衬底支撑件上的多个吸引机构。
5.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述已抛光衬底接收器包括用于使衬底倾斜的倾斜机构。
6.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括：
取走辅助件，所述取走辅助件包括可平行于所述已抛光衬底接收器的衬底保持表面由移动机构移动的绳索、杆和板中的至少一个。
7.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括：
用于将气体喷入所述衬底和所述机头之间间隙中的气体喷嘴。
8.如权利要求2所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述已抛光衬底接收器包括用于密封所述衬底的外围部分的密封机构。
9.如权利要求2所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述清洗和干燥单元包括用于施加气体以干燥衬底的已清洗区域的干燥机构。
10.如权利要求2所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述清洗和干燥单元包括用于吸收或去除附着在所述衬底的已清洗区域上的清洗液的清洗液去除机构。
11.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述抛光台包括用于冷却抛光台的多个翅片。
12.如权利要求11所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述翅片具有防止所述抛光台挠曲的功能。
13.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括形成在所述抛光台的外部周围边缘上的槽、和啮合在所述槽内的凸轮随动件。
14.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括位于所述抛光台的外部周围边缘附近的位移传感器，用于检测所述抛光台的位移。
15.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括形成在所述抛光台的上表面上的多个浆液出口、和用于将所述抛光工具压靠所述浆液出口的外围边缘的多个加压部件。
16.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括形成在所述抛光台的上表面上的多个浆液出口，所述浆液出口位于在所述衬底被抛光时与所述衬底的待抛光表面保持接触的所述抛光台的区域内。
17.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括位于所述抛光台的外部周围部分上的管，用于在送入所述管内的压缩气体的压力作用下将所述抛光工具的外部周围部分推离所述抛光台。
18.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括位于所述抛光台上方的气体浓度传感器。
19.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括用于修整所述抛光工具表面的修整器工具，所述修整器工具包括用于排出水的水出口。
20.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述抛光工具包括安装在所述抛光台的上表面上的抛光垫，所述抛光台包括用于在所述抛光台和所述抛光垫之间排放水和化学制品中的至少之一的出口。
21.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括在所述抛光工具的上表面上形成的气体出口，用于排放气体。
22.如权利要求1所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述抛光工具包括安装在所述抛光台的上表面上的多个板状部分，所述板状部分在真空吸引作用下或通过机械固定部件被固定到所述抛光台的所述上表面上。
23.一种衬底抛光设备，包括：
衬底保持机构，所述衬底保持机构包括用于保持待抛光衬底的机头；
抛光机构，所述抛光机构包括具有抛光工具的抛光台，由所述机头保持的衬底被压靠所述抛光台上的所述抛光工具，以通过所述衬底和所述抛光工具的相对运动抛光所述衬底；
所述机头包括衬底保持器和机头本体，所述衬底保持器具有用于吸引衬底的衬底吸引表面；
所述衬底保持器具有通过弹性部件可垂直移动地安装在所述机头本体上的外部周围边缘；
所述机头本体包括在所述衬底保持器后面的加压和减压腔室，用于通过改变所述加压和减压腔室内的压力使由所述衬底保持器保持的待抛光或已抛光的衬底与所述抛光工具接触或脱离接触。
24.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述弹性部件包括隔膜。
25.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述衬底保持器由弹性材料制成，且所述衬底保持器具有衬底吸引机构。
26.如权利要求25所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述弹性材料具有位移防止机构和密封部件。
27.如权利要求26所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述位移防止机构包括形成在所述衬底吸引表面上的凹槽，用于在其中接收衬底。
28.如权利要求26所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述密封部件设置在所述衬底吸引表面上，且沿所述衬底的外围部分定位。
29.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述衬底是矩形形状，所述弹性部件具有绕所述衬底保持器的周围从所述衬底的外部周围边缘到所述机头本体的恒定宽度。
30.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述抛光台包括用于冷却抛光台的多个翅片。
31.如权利要求30所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述翅片具有防止所述抛光台挠曲的功能。
32.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括形成在所述抛光台的外部周围边缘上的槽、和啮合在所述槽内的凸轮随动件。
33.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括位于所述抛光台的外部周围边缘附近的位移传感器，用于检测所述抛光台的位移。
34.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括形成在所述抛光台的上表面上的多个浆液出口、和用于将所述抛光工具压靠所述浆液出口的外围边缘的多个加压部件。
35.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括形成在所述抛光台的上表面上的多个浆液出口，所述浆液出口位于在所述衬底被抛光时与所述衬底的待抛光表面保持接触的所述抛光台的区域内。
36.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括位于所述抛光台的外部周围部分上的管，用于在送入所述管内的压缩气体的压力作用下将所述抛光工具的外部周围部分推离所述抛光台。
37.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括位于所述抛光台上方的气体浓度传感器。
38.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括用于修整所述抛光工具表面的修整器工具，所述修整器工具包括用于排出水的水出口。
39.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述抛光工具包括安装在所述抛光台的上表面上的抛光垫，所述抛光台包括用于在所述抛光台和所述抛光垫之间排放水和化学制品中的至少之一的出口。
40.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，还包括在所述抛光工具的上表面上形成的气体出口，用于排放气体。
41.如权利要求23所述的衬底抛光设备，其特征在于，所述抛光工具包括安装在所述抛光台的上表面上的多个板状部分，所述板状部分在真空吸引作用下或通过机械固定部件被固定到所述抛光台的所述上表面上。
42.一种通过将衬底压靠大于所述衬底的抛光工具的抛光表面、并使所述衬底和所述抛光工具相对彼此运动而抛光衬底表面的方法，所述方法包括：
从形成在所述抛光工具的所述抛光表面上的多个浆液出口供应浆液；以及
在所述衬底被抛光时使所述衬底的待抛光表面保持在所述抛光工具的所述抛光表面上，以覆盖所述浆液出口。
43.一种在衬底被抛光之后通过具有多个衬底支撑件的衬底接收器从机头接收已抛光衬底的方法，所述衬底在真空吸引作用下保持在所述机头的衬底吸引表面上、压靠安装在所述抛光台上的抛光工具、且通过所述衬底和所述抛光工具的相对运动被抛光，所述方法包括：
利用保持在相同垂直位置的所述衬底支撑件支撑由所述机头保持的已抛光衬底；
降低所述衬底支撑件中选择的衬底支撑件的垂直位置并释放所述机头的真空吸引以使所述衬底从所述衬底吸引表面移开，从而使所述衬底倾斜；
通过所述衬底支撑件接收所述倾斜的衬底；
降低所述衬底支撑件中其余衬底支撑件的垂直位置而与所述衬底支撑件中选择的衬底支撑件的垂直位置对齐，从而使所述衬底水平；以及
由所述衬底支撑件支撑水平的衬底。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述衬底被安装在所述衬底支撑件的相应上端上的吸盘接收。
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