CN104942699B - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可抑制基板保持部件的保持环形状的每个保持环的偏差和经时变化所带来的研磨外形的重现性下降。该研磨装置具有：研磨头(1)，该研磨头将基板(W)按压到研磨垫(101)上并具有将被按压到研磨垫(101)上的基板(W)包围的挡环(3)；测定用传感器(51)，该测定用传感器对挡环(3)的表面形状进行测定；以及控制部(500)，该控制部根据由测定用传感器(51)测定的挡环(3)的表面形状来决定基板(W)的研磨条件。

Description

研磨装置及研磨方法

技术领域

本发明涉及一种利用具有保持环的基板保持部件将基板按压到研磨垫上并对基板进行研磨的研磨装置及研磨方法。

背景技术

在研磨装置中，使基板保持在基板保持部件上并使其旋转，将基板按压到旋转的研磨垫上而对基板的表面进行研磨。此时，为了防止基板脱离研磨位置，而在基板保持部件上设置将研磨中的基板包围的保持环。保持环将被按压到研磨垫上的基板包围，并且其自身底面也被按压到研磨垫。此时，保持环的底面相对于研磨垫的按压力会影响到基板边缘部的研磨外形。

但是，即使是保持环相对于研磨垫的按压力设定为规定值而对基板进行研磨的情况下，因保持环的底面的三维形状，基板边缘部有时不形成所期望的研磨外形。这被认为是这样的缘故：即使将保持环的按压力设为规定的压力，在基板边缘部的附近保持环相对于研磨垫的按压力也因保持环的底面的三维形状而有所不同，研磨垫的回弹状态有所不同。

另外，由于每个保持环的底面的三维形状因制造保持环时机械加工时的精度条件而产生偏差，因此，当将保持环更换为新的保持环时，有时无法重现更换前的研磨外形。对于保持环的内周面形状，一般我们知道，使用中的经时变化也会影响研磨外形，尤其会影响边缘附近的研磨外形。

作为用于解决这种问题的方法，以往，采用了这样的方法：通过实体机器下的模拟基板的研磨所进行的保持环的磨合(日文：ブレイクイン)，而使保持环的底面的三维形状一致的方法；以及利用机械加工而将保持环的底面预先加工成磨合结束后的三维形状的方法等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-128582号公报

专利文献2：日本特开2001-060572号公报

专利文献3：日本专利第4689367号公报

但是，对于以往的方法，有如下问题。首先，由于必须提高保持环的加工精度，因此成本就会上升。另外，当进行磨合时，装置的运转率就下降，也耗费模拟基板和浆料等的成本。此外，在半导体制造现场，有时根据产品的种类而改变研磨条件，但是，对于保持环的底面的三维形状，严格来说，因处理种类和研磨条件而变化，因此，实际上难以严格控制形状。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明鉴于上述问题而作出，其目的在于提供一种研磨装置及研磨方法，其抑制基板保持部件的保持环的形状因每个保持环的偏差和经时变化而引起的外形的重现性下降。

用于解决问题的手段

本发明的研磨装置包括：基板保持部件，该基板保持部件将基板按压到研磨垫，并具有将被按压在所述研磨垫上的所述基板包围的保持环；测定单元，该测定单元对所述保持环的内周面的表面形状进行测定；以及控制部，该控制部基于由所述测定单元测定的所述保持环的表面形状，来决定所述基板的研磨条件，所述测定单元在水平方向上配置在所述保持环的内周面的内侧，且所述测定单元配置为朝斜上方或实质上水平。根据该结构，由于可对保持环的表面形状进行测定并据此来决定基板的研磨条件，因此，可减少保持环的表面形状的偏差和经时变化所带来的影响。

上述的研磨装置还可以具有基板交接单元，该基板交接单元用于将所述基板装载到所述基板保持部件上、和/或将所述基板从所述基板保持部件上卸载，所述测定单元也可是，当在所述基板保持部件与所述基板交接单元之间交接所述基板时对所述保持环的表面形状进行测定。根据该结构，由于在基板交接单元中对保持环的表面形状进行测定，因此，每当更换一张或多张基板时就可测定保持环的表面形状。

在上述的研磨装置中，所述测定单元也可对所述保持环的底面形状进行测定。根据该结构，可减少制造保持环时的机械加工时精度条件所产生的每各保持环的底面形状的偏差对研磨外形造成的影响。

在上述的研磨装置中，所述测定单元也可对所述保持环的底面直径整体进行测定。

根据该结构，可测定保持环的底面径向的整体形状。

在上述的研磨装置中，所述测定单元也可对所述保持环的底面径向的内周侧一半以上的部分的形状进行测定。

根据该结构，可测定保持环的底面径向的内周侧一半的部分的形状。

在上述的研磨装置中，所述测定单元也可对所述保持环的内周面形状进行测定。根据该结构，可抑制基板因使用而处于保持环的内周面且形状产生经时变化而对研磨外形造成的影响。

在上述的研磨装置中，所述测定单元也可是超声波传感器、涡电流传感器、光传感器或接触式传感器中的任何一种。根据该结构，可较佳地测定保持环的表面形状。

在上述的研磨装置中，所述基板交接单元也可具有对所述保持环的底面一部分进行支撑的支撑部，所述测定单元也可对将底面一部分支撑于所述支撑部的所述保持环的表面形状进行测定。根据该结构，可测定底面被保持于支撑部的状态的保持环的表面形状。

在上述的研磨装置中，所述支撑部也可具有缺口部，所述测定单元也可配置于所述缺口部并对所述保持环的底面形状进行测定。根据该结构，可测定底面被保持于支撑部的状态下的保持环的底面形状。

在上述的研磨装置，所述测定单元也可对所述保持环的底面径向的形状进行测定。根据该结构，可测定保持环的底面径向的形状的偏差。

在上述的研磨装置中，所述测定单元也可通过一边沿所述保持环的径向移动一边进行测定，来测定所述保持环的径向的形状。根据该结构，能够通过对小的传感范围进行扫描来测定保持环的底面径向的形状。

在上述的研磨装置中，所述测定单元也可是沿所述保持环的径向延伸的线性传感器或区域传感器。根据该结构，也可高速测定保持环的底面径向的形状。

在上述的研磨装置中，多个所述测定单元也可沿所述保持环的径向排列配置。根据该结构，也可高速测定保持环的底面径向的形状。

在上述的研磨装置中，多个所述测定单元也可沿所述保持环的周向排列配置。根据该结构，可测定保持环的底面周向的形状。

在上述的研磨装置中，所述控制部也可基于所述测定单元的测定结果而对所述保持环的倾斜进行修正。根据该结构，可修正保持于基板保持部件的保持环的倾斜。

上述的研磨装置还可以具有将所述保持环的要测定的表面上的附着物予以去除的清洁单元。根据该结构，由于保持环的表面被清洁，因此，可获得精度高的测定结果。

上述的研磨装置还可以具有将所述测定单元上的附着物予以去除的清洁单元。根据该结构，由于传感器被清洁，因此，可获得精度高的测定结果。

上述的研磨装置还可以具有：温度检测单元，该温度检测单元对所述保持环的要测定的表面温度进行测定；以及冷却单元，该冷却单元基于所述温度检测单元所检测出的温度，而对所述保持环进行冷却，以使所述保持环的要测定的表面温度为恒定。根据该结构，由于保持环的温度得到控制，因此，保持环的表面形状的测定稳定。

上述的研磨装置也可还具有校正用环，所述控制部也可基于所述测定单元对所述校正用环的表面形状进行测定后的结果，而校正所述保持环的表面形状的测定结果。根据该结构，可自动校正传感器的检测值。

在上述的研磨装置中，所述校正用环的要测定的表面的平面度也可以是5μm以下。

根据该结构，可高精度地进行传感器的校正。

在上述的研磨装置中，所述基板保持部件也可以是能够旋转的，所述控制部也可以是，当在测定所述保持环的表面形状时，通过控制所述基板保持部件的旋转相位，从而使所述测定单元和所述保持环成为规定的位置关系。

根据该结构，在保持环上形成有槽的情况下，也可测定无槽的部位、或有槽的部位的任意部位的表面形状。

本发明的研磨方法包含如下步骤：研磨步骤，在该研磨步骤中，在利用保持环包围基板并将该基板按压到研磨垫的状态下，使所述基板和所述研磨垫相对移动，由此对所述基板进行研磨；测定步骤，在该测定步骤中，由测定单元对所述保持环的内周面的表面形状进行测定；以及控制步骤，在该控制步骤中，基于由所述测定步骤测定的所述保持环的表面形状，而决定所述研磨步骤中的研磨条件，所述研磨步骤根据由所述控制步骤决定的所述研磨条件而对所述基板进行研磨，所述测定单元在水平方向上配置在所述保持环的内周面的内侧，且所述测定单元配置为朝斜上方或实质上水平。根据该结构，由于测定保持环的表面形状并据此来决定基板的研磨条件，因此，可减少保持环的表面形状的偏差和经时变化所带来的影响。

发明效果

根据本发明，由于对保持环的表面形状进行测定而基于此来决定基板的研磨条件，所以能够减低保持环的表面形状的偏差或经时变化所带来的影响。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的研磨装置整体结构的概略图。

图2是本发明的实施方式的研磨头的示意剖视图。

图3是示意地表示实施方式的研磨头和推杆的俯视图。

图4是本发明的实施方式的图3的A-A剖视图。

图5是本发明的实施方式的图3的B-B剖视图。

图6是表示本发明的实施方式的测定单元的变形例的剖视图。

图7是表示本发明的实施方式的测定单元的变形例的剖视图。

图8是表示本发明的实施方式的测定单元的变形例的剖视图。

图9是表示本发明的实施方式的测定单元的变形例的剖视图。

图10是表示本发明的实施方式的设置于推杆的基准环的俯视图。

图11是本发明的实施方式的图10的C-C剖视图。

符号说明

1 研磨头(基板保持装置)

2 研磨头主体

3 挡环

4 弹性膜(膜片)

4a 隔壁

5 中央室

6 脉动室

7 外室

8 边缘室

9 挡环压力室

11、12、13、14、15 流路

21、22、23、24、26 流路

25 转动式接头

31 真空源

32 弹性膜(膜片)

33 气缸

35 气水分离槽

V1-1～V1-3、V2-1～V2-3、V3-1～V3-3、V4-1～V4-3、V5-1～V5-3 阀

R1、R2、R3、R4、R5 压力调节器

P1、P2、P3、P4、P5 压力传感器

F1、F2、F3、F4、F5 流量传感器

41 空气喷嘴

42 温度调节空气喷嘴

51、52a～52c、53、54、55 测定用传感器

52 温度传感器

551 升降器

60 基准环

100 研磨台

101 研磨垫

101a 研磨面

102 孔

110 研磨头臂

111 研磨头旋转轴

112 旋转筒

113 定时带轮

114 研磨头用旋转电动机

115 定时带

116 定时带轮

117 研磨头臂旋转轴

124 上下移动机构

126 轴承

128 桥部

129 支撑台

130 支柱

131 真空源

132 滚珠丝杠

132a 螺纹轴

132b 螺母

138 AC伺服电动机

500 控制部

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式的研磨装置。另外，下面说明的实施方式，表示实施本发明的情况的一例子，并不将本技术限定于下面说明的具体结构。对于本发明的实施，也可适当采用与实施方式相对应的具体结构。

图1是表示本发明的实施方式的研磨装置整体结构的概略图。如图1所示，研磨装置具有：研磨台100；以及对研磨对象物即半导体晶片等基板W进行保持并将其按压到研磨台100的研磨面的作为基板保持装置的研磨头1。研磨台100通过台轴100a而与配置在其下方的电动机(未图示)连接。研磨台100通过电动机旋转而绕台轴100a旋转。

在研磨台100的上表面，贴附有作为研磨部件的研磨垫101。该研磨垫101的表面101a构成对基板W进行研磨的研磨面。在研磨台100的上方设置有研磨液供给喷管70。研磨液(研磨浆料)Q从该研磨液供给喷管70供给到研磨台100的研磨垫101上。

另外，作为在市场上能买到的研磨垫有各种，例如，有尼特·哈斯公司制(日文：ニッタ·ハース社製)的SUBA800、IC-1000、IC-1000/SUBA400(双层交叉)、富士敏酷普莱泰德公司制(日文：フジミインコーポレイテッド社製)的瑟芬xxx-5(Surfin xxx-5)、瑟芬000等。SUBA800、瑟芬xxx-5、瑟芬000是用聚氨酯树脂将纤维固化后的无纺布，IC-1000是硬质发泡聚氨基甲酸脂(单层)。发泡聚氨基甲酸脂为可渗透的(多孔质状)，且其表面具有多个细微的凹坑或孔。

研磨头1基本包括：将基板W按压到研磨面101a的研磨头主体2；以及将基板W的外周缘包围以不使基板W从研磨头1飞出的作为保持环的挡环3。研磨头1与研磨头旋转轴111连接。该研磨头旋转轴111利用上下移动机构124而相对于研磨头臂110进行上下移动。研磨头1的上下方向的定位是利用研磨头旋转轴111的上下移动而使研磨头1整体相对于研磨头臂110升降来进行的。在研磨头旋转轴111的上端安装有转动式接头25。

使研磨头旋转轴111及研磨头1上下移动的上下移动机构124具有：通过轴承126而将研磨头旋转轴111支撑成可旋转的桥部128；安装在桥部128上的滚珠丝杠132；由支柱130支撑的支撑台129；以及设在支撑台129上的AC伺服电动机138。对伺服电动机138进行支撑的支撑台129通过支柱130而固定于研磨头臂110。

滚珠丝杠132具有：与伺服电动机138连接的螺纹轴132a；以及与该螺纹轴132a螺合的螺母132b。研磨头旋转轴111与桥部128一体上下移动。因此，当对伺服电动机138进行驱动时，桥部128通过滚珠丝杠132而上下移动，由此，研磨头旋转轴111及研磨头1进行上下移动。

另外，研磨头旋转轴111通过键(未图示)而与旋转筒112连接。旋转筒112的外周部具有定时带轮113。在研磨头臂110上固定有研磨头用旋转电动机114，定时带轮113通过定时带115而与设在研磨头用旋转电动机114上的定时带轮116连接。因此，通过对研磨头用旋转电动机114进行旋转驱动，旋转筒112及研磨头旋转轴111通过定时带轮116、定时带115及定时带轮113而一体旋转。

研磨头臂110由研磨头臂旋转轴117支撑，研磨头臂旋转轴117可旋转地支撑在框架(未图示)上。研磨装置具有：研磨头用旋转电动机114；伺服电动机138；以及对以研磨台旋转电动机为代表的装置内的各设备进行控制的控制部500。

接着，说明本发明的研磨装置中的研磨头1。图2是对研磨对象物即基板W进行保持并将其按压到研磨台100的研磨面的作为基板保持装置的研磨头1的示意剖视图。在图2中，仅图示构成研磨头1的主要结构要素。

如图2所示，研磨头1基本包括：将基板W按压到研磨面101a的研磨头主体(也称为架体)2；以及直接按压研磨面101a的作为保持部件的挡环3。研磨头主体(架体)2由大致圆盘状的部件构成，挡环3安装在研磨头主体2的外周部上。

研磨头主体2由工程塑料(例如PEEK)等树脂形成。在研磨头主体2的下表面，安装有与半导体晶片的背面抵接的弹性膜(膜片)4。弹性膜(膜片)4由乙烯丙烯橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶、硅胶等强度及耐久性优异的橡胶材料形成。弹性膜(膜片)4构成对半导体晶片等基板进行保持的基板保持面。

弹性膜(膜片)4具有同心状的多个隔壁4a，通过这些隔壁4a而在膜片4的上表面与研磨头主体2的下表面之间形成有圆形状的中央室5、环状的脉动室6、环状的外室7、以及环状的边缘室8。即，在研磨头主体2的中心部形成有中央室5，从中心向外周方向依次同心状地形成有脉动室6、外室7和边缘室8。在研磨头主体2内，分别形成有：与中央室5连通的流路11；与脉动室6连通的流路12；与外室7连通的流路13；以及与边缘室8连通的流路14。

与中央室5连通的流路11、与外室7连通的流路13以及与边缘室8连通的流路14，通过转动式接头25而分别与流路21、23、24连接。流路21、23、24分别通过阀V1-1、V3-1、V4-1及压力调节器R1、R3、R4而与压力调整部30连接。另外，流路21、23、24分别通过阀V1-2、V3-2、V4-2而与真空源31连接，并且通过阀V1-3、V3-3、V4-3而能够与大气连通。

另一方面，与脉动室6连通的流路12通过转动式接头25而与流路22连接。并且，流路22通过气水分离槽35、阀V2-1及压力调节器R2而与压力调整部30连接。另外，流路22通过气水分离槽35及阀V2-2而与真空源131连接，且通过阀V2-3而能够与大气连通。

另外，在挡环3的正上方也利用弹性膜(膜片)32形成有挡环压力室9。弹性膜(膜片)32收容在工作缸33内，工作缸33固定于研磨头1的凸缘部。挡环压力室9通过形成在研磨头主体(架体)2内的流路15及转动式接头25而与流路26连接。流路26通过阀V5-1及压力调节器R5而与压力调整部30连接。另外，流路26通过阀V5-2而与真空源31连接，且通过阀V5-3而可与大气连通。

压力调节器R1、R2、R3、R4、R5分别具有对从压力调整部30供给到中央室5、脉动室6、外室7、边缘室8和挡环压力室9的压力流体的压力进行调整的压力调整功能。压力调节器R1、R2、R3、R4、R5及各阀V1-1～V1-3、V2-1～V2-3、V3-1～V3-3、V4-1～V4-3、V5-1～V5-3，与控制部500(参照图1)连接，它们的动作就被控制。另外，流路21、22、23、24、26分别设置有压力传感器P1、P2、P3、P4、P5及流量传感器F1、F2、F3、F4、F5。

供给到中央室5、脉动室6、外室7、边缘室8和挡环压力室9的流体的压力是通过压力调整部30及压力调节器R1、R2、R3、R4、R5而分别独立调整的。根据这种构造，可对每个半导体晶片的区域调整将基板W按压到研磨垫101的按压力，且可调整挡环3按压研磨垫101的按压力。

下面，说明如图1及图2所示那样构成的研磨装置进行的一系列的研磨处理工序。研磨头1从推杆150(参照图3等)接受基板W并利用真空吸附进行保持。在弹性膜(膜片)4上设有用于真空吸附基板W的多个孔(未图示)，且这些孔与真空源连通。利用真空吸附而保持有基板W的研磨头1，下降至预先设定的顶环的研磨时设定位置。

在该研磨时设定位置，挡环3与研磨垫101的表面(研磨面)101a接触，但在研磨前，由于用研磨头1对基板W进行吸附保持，因此，在基板W的下表面(被研磨面)与研磨垫101的表面(研磨面)101a之间有稍许的间隙(例如约1mm)。此时，研磨台100及研磨头1都被旋转驱动。在该状态下，将压力流体供给到各压力室并使处于基板背面侧的弹性膜(膜片)4膨胀，使基板W的下表面(被研磨面)与研磨垫101的表面(研磨面)抵接，使研磨台100与研磨头1相对运动，由此开始研磨基板W。

并且，通过控制部500的控制来调整供给到各压力室5、6、7、8、9的流体压力，从而对每个基板的区域调整将基板W按压到研磨垫101的按压力，且调整挡环3按压研磨垫101的按压力，基板的表面研磨至规定的状态(例如规定的膜厚)。在研磨垫101上的晶片处理工序结束后，将基板W吸附在研磨头1上，使研磨头1上升，并使其移动到推杆150(参照图3等)，使基板W脱离。

图3是示意地表示研磨头1和推杆150的俯视图，图4是图3中的A-A剖视图，图5是图3中的B-B剖视图。图4及图5中省略了基板W的图示，但是，图4表示为了在研磨头1与推杆150之间交接基板W而使推杆150上升后的状态，图5表示使推杆150下降后的状态。推杆150用于将基板W装载到研磨头1上、并用于从研磨头1上将基板W卸载。另外，将基板W装载到研磨头1上的推杆和从研磨头1上将基板W卸载的推杆，也可构成为各自的推杆。

如图3及图4所示，推杆150具有：研磨头导向件151，该研磨头导向件151具有可与研磨头1的外周面嵌合的支撑部152以在与研磨头1之间进行定心；推杆承载台153，该推杆承载台153用于在研磨头1与推杆150之间交接基板时支撑基板；使推杆承载台153上下移动用的气缸(未图示)；以及使推杆承载台153和研磨头导向件151上下移动用的气缸(未图示)。

当在研磨头1与推杆150之间交接基板W时，在研磨头1向推杆150上方移动后，推杆150的推杆承载台153与研磨头导向件151就上升，研磨头导向件151的支撑部152与挡环3的外周面嵌合并进行研磨头1与推杆150的定心。此时，支撑部152将挡环3的底面上推，与此同时将挡环加压室9形成为真空，由此挡环3就快速上升。

推杆150的上升结束时，由于挡环3的底面被按压到支撑部152的上表面并被上推到膜片4的下表面的上方，因此基板W与膜片4之间成为被露出的状态。在图4所示的例子中，挡环3的底面比膜片4下表面位于1mm上方。然后，停止研磨头1对基板W的真空吸附，进行基板释放动作。另外，也可取代推杆150上升，使研磨头1下降而移动到所需的位置关系。

在上述的研磨中，要严格控制基板W的边缘附近的研磨垫101的回弹状态，则需要管理由挡环压力室9施加在挡环3上的压力(下面称为“挡环压力”，也表述为“RRP”)和挡环3表面的三维形状这二方。因此，本实施方式的研磨装置形成为对挡环3表面的三维形状进行测定用的结构，且如图3～图5所示，推杆150具有：作为测定单元的测定用传感器51；作为温度检测单元的温度传感器52；作为测定用传感器51的清洁单元的空气喷嘴41；以及兼作挡环3的清洁单元和冷却单元的温度调节空气喷嘴42。

测定用传感器51对挡环3的表面形状具体来说是底面形状进行测定。如图3所示，研磨头导向件151的支撑部152在周向上具有缺口，由此，支撑部152被分割为四部分。测定用传感器51配置在该缺口的位置，从下方对挡环3的底面形状进行测定，以避免与支撑部152的干涉。测定用传感器51是非接触式的测距传感器，测定从测定用传感器51至挡环3底面的距离。

测定用传感器51通过使测定位置沿挡环3的径向移动，而测定挡环3的直径整体。因此，测定用传感器51可利用未图示的驱动机构而沿挡环3的径向移动，以使测定位置从挡环3的底面内侧边缘向外侧边缘地沿径向移动。通过由测定用传感器51测定从测定用传感器51至挡环3的表面多个点的距离，从而获得挡环3的表面的三维形状。测定用传感器51具体来说是光(激光)传感器，但是，作为非接触式的测距传感器，除了光传感器外，也可采用涡电流传感器和超声波传感器等。另外，测定用传感器51也可是千分表等接触式传感器。

空气喷嘴41将加压空气吹向(喷射到)测定用传感器51，以去除附着在测定用传感器51表面上的附着物(浆料、水滴和水膜等)。具体来说，当测定用传感器51如上所述处于沿着挡环3径向移动之前的初始位置时，空气喷嘴41将加压空气吹向该测定用传感器51的能量送出口，由此利用风压而从能量送出口去除附着物。这里，当测定用传感器51是光(激光)传感器时，所谓的能量送出口是指激光的射出口。

由测定用传感器51测定的挡环3的底面的三维形状的信息，被发送到控制部500。控制部500根据从测定用传感器51发送来的测定结果，来决定以后的对基板W的RRP，并对基板W进行研磨。即，控制部500利用规定的算法而将所测定的挡环3的底面的三维形状的信息转换为RRP，根据如此得到的RRP设定值而对以后的基板W的研磨控制RRP。控制部500进行如下这样的控制：例如，在挡环3的底面形成为内周侧比外周侧突出的形状的情况下，由于RRP有容易有效的倾向，因此，将RRP设定得稍低，相反，在形成为外周侧比内周侧突出的形状的情况下，由于RRP难以有效，因此将RRP设定得高。

如图5所示，温度传感器52在推杆150下降后使用，是对挡环3的要测定的表面即底面的温度进行测定的非接触式的传感器。如图5所示，温度调节空气喷嘴42也在推杆150下降后使用，将加压空气吹向(喷射到)挡环3的底面，以将附着在挡环3的要测定的表面即底面上的附着物(浆料、水滴和水膜等)予以去除。如此，去除附着物的温度调节空气喷嘴42的功能相当于清洁单元。利用该空气的喷射，挡环3的底面得到冷却。对挡环3进行冷却的温度调节空气喷嘴42的功能相对于冷却单元。

由温度传感器52测定的挡环3的底面的温度信息被发送到控制部500。控制部500根据从温度传感器52发送来的测定结果，而控制温度调节空气喷嘴42的空气喷射时间。控制部500具体来说，利用反馈控制，而持续进行温度调节空气喷嘴42的空气喷射，直至由温度传感器52测定的挡环3的底面的温度下降到规定温度以下，当挡环3的底面的温度为规定的温度以下时，温度调节空气喷嘴42就停止喷射空气。

之所以这样地将挡环3保持为规定的温度，是因为，挡环3通常使用树脂，而树脂的线膨胀系数大，故挡环3的形状容易受到温度的影响。为了减少或消除这种温度影响所带来的表面形状的变化，如上所述，由温度调节空气喷嘴42吹出空气，以使测定表面形状时的温度为恒定或规定温度以下。

如上所述，根据本实施方式的研磨装置，无论挡环3的初始(出厂时)的底面的三维形状是任何形状，还是在各种研磨条件下进行研磨而使底面的三维形状产生各种变化，对于基板W的边缘部，都可获得恒定的研磨外形。

图6是表示测定单元的变形例的剖视图，与图4对应。如图6所示，在本变形例中，三个测定用传感器52a～52c沿挡环3的径向排列。各测定用传感器52a～52c的结构是与测定用传感器51相同的结构。各测定用传感器52a～52c的位置被固定。根据本变形例，无需使测定用传感器52a～52c移动，因此也不需要相应的驱动机构。即使不使各测定用传感器52a～52c动作，通过比较三点的测距的结果，从而可获知挡环3的底面形状，其它结构与上述实施方式相同。

各测定用传感器52a～52c也可沿挡环3的径向移动。当三个测定用传感器52a～52c分别可沿径向移动时，可将挡环3的底面的三维形状的测定予以高速化。如此，根据本变形例，由于在挡环3的径向上设有多个测定用传感器52a～52c，因此，可省略为了求出挡环3的底面的三维形状而使各测定用传感器、挡环3的测定用传感器驱动用的驱动机构。

图7是表示测定单元的变形例的剖视图，且与图4对应。如图7所示，在本变形例中，作为测定用传感器53，采用了同时对至直线状排列的多个点的距离进行测定的线性传感器。该线性传感器也可以是同时对至配置成二维状的多个点的距离进行测定的区域传感器。测定用传感器53所测定的范围是从挡环3的底面的内侧边缘至外侧边缘。

根据本变形例，不需要使测定用传感器53移动，也不需要相应的驱动机构，测定用传感器53的位置被固定。即使不使测定用传感器53动作，也可根据配置成直线状或二维状的多个点的测距结果，而获知挡环3的底面形状。其它结构与上述实施方式相同。根据本变形例，由于在挡环3的径向上设有具有测定范围的测定用传感器53，因此，不需要为了求出挡环3的底面的三维形状而使一个测定用传感器沿径向移动，也不需要设置多个测定用传感器。

图8是表示测定单元的变形例的剖视图，且与图4对应。如图8所示，在本变形例中，测定用传感器54对挡环3的内周面的三维形状进行测定。因此，测定用传感器54配置在推杆150之中，测定视野设定为朝外且朝斜上方。

如上所述，当推杆150的上升结束、基板W在膜片4与推杆承载台153之间被交接时，挡环压力室9形成为真空，基板W与膜片4成为露出到挡环3的底面下方的状态，但是，在如此交接基板W后，如图8所示，为了测定挡环3的内周面的形状，在挡环3被支撑在研磨头导向件151的支撑部152上的状态下，挡环压力室9被加压。由此，膜片4被向上方提起，挡环3的内周面相对于测定用传感器54而露出。

测定用传感器54是对从挡环3的内周面的中段位置至下端进行测定的线性传感器。测定用传感器54也可以是具有沿挡环3周向扩大的测定范围的区域传感器。测定传感器54的测定结果被发送到控制部500。另外，测定用传感器54也可与上述的测定用传感器51、52a～52c和53一起使用。

对测定挡环3内周面形状的意义进行说明。挡环3的内周面，根据研磨条件而利用与基板W的边缘部接触而形成槽。研磨中，基板W的边缘嵌在该槽内，由此，RRP的一部分就作用于基板W的边缘，有时基板W的边缘部被过研磨。在本变形例中，在挡环3的内周面通过传感器54对作为这种基板W的边缘部的过研磨的原因的槽进行测定的情况下，控制部500对将RRP设定得低等研磨条件进行变更。另外，当该槽的深度超过一定值时，即使变更研磨条件，基板的研磨形状不仅不恢复，而且研磨中基板有可能滑出，因此，控制部500发出警报或联锁而催促更换挡环3。

图9是表示对挡环3的内周面进行测定的测定单元的另一变形例的剖视图。在图8的例子中，测定用传感器54的位置被固定，从下方对挡环3内周面形状进行测定，但在本变形例中，测定用传感器55安装在升降器551的顶端，通过升降器551上下移动，而如上述那样对露出的挡环3的内周面的形状进行测定。

当交接基板W时，通过升降器551下降，且测定用传感器55下降至至少比推杆承载台153低的位置，由此就不会干涉基板W在膜片4与推杆承载台153之间的交接。其它结构与图8的例子相同。

下面，说明上述说明了的测定用传感器51、52a～52c、53、54、55的自动校正。图10是表示设置在推杆150上的基准环的俯视图，图11是图10中的C-C剖视图。测定用传感器在某周期由作为校正用环的基准环60来自动校正。在图10及图11的例子中，表示采用了测定用传感器51的方式。

基准环60是这样的构造：以避开研磨头1的回旋路径的方式被固定，在研磨头处于推杆150以外的位置，例如处于研磨垫101上时等，可移动至研磨头导向件151的支撑部152。基准环60呈环形，且与挡环3相同，其边缘部被保持在研磨头导向件151的四个支撑部152上。基准环60的至少要测定的表面的平面度最好是5μm以下。

测定基准环60所得到的结果被发送到控制部500。控制部500以测定基准环60所得到的结果为基准值而对以后的测定用传感器51的测定结果进行校正。由此，即使测定用传感器51因使用而产生经时变化，也可对其进行修正，对挡环3的表面形状进行高精度的测定。

如上所述，根据本实施方式及其变形例，由于以将基板W按压在研磨垫101上、且利用挡环3将被按压在研磨垫101上的基板W予以包围的状态，并且利用测定用传感器51等对挡环的表面形状进行测定，且控制部500根据所测定的挡环3的表面形状而决定基板W的研磨条件，因此，可根据挡环3的表面形状而由控制部500来计算最佳的研磨条件，进行以后的基板研磨。因此，可降低因挡环3的表面形状的偏差和经时变化而给基板W的研磨带来的影响。

另外，在上述的实施方式及其变形例中，对于挡环3的径向上的多个点，测定了距测定用传感器的距离，但是，也可利用驱动的传感器、多个传感器或同时对多个点进行计测的传感器来测定圆周方向的多个点。如此，可通过测定周向上的多个点对它们进行统计性处理(例如平均化)，并设为各个直径上的表面形状(距测定用传感器的距离)的测定值，由此，可将圆周方向上的测定值的偏差予以平均化。

另外，也可通过用沿圆周方向配置的至少三个传感器对挡环3的底面的三个部位以上进行测距，从而测定挡环3相对于传感器的倾斜。控制部500根据该测定，可修正挡环3的底面的距离的分布。

另外，在挡环3的底面，有时形成使研磨时所供给的浆料等通过用的槽。该槽从挡环3的底面的内侧边缘至外侧边缘地形成。为了能够对测定用传感器的无槽部位的表面形状进行测定，控制部500也可控制挡环3的旋转相位。此外，在利用测定传感器主动测定有该槽部位的表面形状的情况下，控制部500也可将挡环3的旋转相位控制成使槽处于测定用传感器的测定范围。

另外，控制部500也可使挡环3旋转并使旋转相位变化并进行多次测定，来代替如上所述沿挡环3的周向设置多个测定用传感器。

另外，在上述的实施方式及其变形例中，对挡环3的底面的直径整体进行测定，但也可仅将底面的径向一部分作为测定范围进行测定。对于测定范围，例如也可仅测定挡环3的内周侧部分。在这种该情况下，测定范围的径向宽度也可以是挡环3的底面的径向宽度的一半以上。也考虑到圆周方向上的偏差，在圆周方向上测定至少两个部位以上。

工业实用性

由于对保持环的表面形状进行测定而基于此来决定基板的研磨条件，所以具有能够减低保持环的表面形状的偏差或经时变化所带来的影响的效果，本发明作为通过具有保持环的基板保持部件将基板按压到研磨垫而对基板进行研磨的研磨装置是有用的。

Claims (21)

1.一种研磨装置，其特征在于，具有：

基板保持部件，该基板保持部件将基板按压到研磨垫，并具有将被按压在所述研磨垫上的所述基板包围的保持环；

测定单元，该测定单元对所述保持环的内周面的表面形状进行测定；以及

控制部，该控制部基于由所述测定单元测定的所述保持环的表面形状，来决定所述基板的研磨条件，

所述测定单元在水平方向上配置在所述保持环的内周面的内侧，且所述测定单元配置为朝斜上方或实质上水平。

2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置还具有基板交接单元，该基板交接单元用于将所述基板装载到所述基板保持部件上、和/或将所述基板从所述基板保持部件上卸载，

在所述基板保持部件与所述基板交接单元之间交接所述基板时，所述测定单元对所述保持环的表面形状进行测定。

3.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述测定单元对所述保持环的底面形状进行测定。

4.如权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，

所述测定单元对所述保持环的底面的直径整体进行测定。

5.如权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，

所述测定单元对所述保持环的底面的径向内周侧一半以上的部分的形状进行测定。

6.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述测定单元是超声波传感器、涡电流传感器、光传感器或接触式传感器中的任一种传感器。

7.如权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，

所述基板交接单元具有对所述保持环的底面的一部分进行支撑的支撑部，

所述测定单元对底面的一部分支撑在所述支撑部上的所述保持环的表面形状进行测定。

8.如权利要求7所述的研磨装置，其特征在于，

所述支撑部具有缺口部，

所述测定单元配置在所述缺口部并对所述保持环的底面形状进行测定。

9.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述测定单元对所述保持环的底面的径向的形状进行测定。

10.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，

所述测定单元通过一边沿所述保持环的径向移动一边进行测定，来测定所述保持环的径向的形状。

11.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，

所述测定单元是沿所述保持环的径向延伸的线性传感器或区域传感器。

12.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，

多个所述测定单元沿所述保持环的径向排列设置。

13.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

多个所述测定单元沿所述保持环的周向排列配置。

14.如权利要求13所述的研磨装置，其特征在于，

所述控制部根据所述测定单元的测定结果来修正所述保持环的倾斜。

15.权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置还具有将所述保持环的要测定的表面上的附着物予以去除的清洁单元。

16.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置还具有将所述测定单元上的附着物予以去除的清洁单元。

17.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置还具有：

温度测定单元，该温度测定单元对所述保持环的要测定的表面的温度进行检测；以及

冷却单元，该冷却单元根据所述温度测定单元所检测出的温度对所述保持环进行冷却，以使所述保持环的要测定的表面温度为恒定。

18.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置还具有校正用环，

所述控制部根据所述测定单元对所述校正用环的表面形状进行测定后的结果，来校正所述保持环的表面形状的测定结果。

19.如权利要求18所述的研磨装置，其特征在于，

所述校正用环的要测定的表面的平面度为5μm以下。

20.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述基板保持部件能够旋转，

当测定所述保持环的表面形状时，所述控制部通过控制所述基板保持部件的旋转相位，而使所述测定单元与所述保持环成为规定的位置关系。

21.一种研磨方法，其特征在于，包含如下步骤：

研磨步骤，在研磨步骤中，在利用保持环包围基板并将该基板按压到研磨垫的状态下，使所述基板和所述研磨垫相对移动，由此对所述基板进行研磨；

测定步骤，在该测定步骤中，由测定单元对所述保持环的内周面的表面形状进行测定；以及

控制步骤，在该控制步骤中，基于由所述测定步骤测定的所述保持环的表面形状，来决定所述研磨步骤中的研磨条件，

所述研磨步骤根据由所述控制步骤决定的所述研磨条件而对所述基板进行研磨，

所述测定单元在水平方向上配置在所述保持环的内周面的内侧，且所述测定单元配置为朝斜上方或实质上水平。