CN1141202C - 被研磨基板的保持装置 - Google Patents

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Abstract

在可旋转的定盘的上表面上贴附有弹性的研磨垫盘。在定盘的上方配置有保持基板的基板保持装置。基板保持装置具有旋转轴，与旋转轴的下端形成为一体的圆盘状的基板保持头，固定于基板保持头的下表面外周缘部分上的由弹性体构成的环状密封构件，固定于基板保持头的下表面上的密封构件外侧的环状引导构件。已从一端导入的加压流体经由设于旋转轴上的流体流通通路的另一端供向空间部分，把基板推压到研磨垫盘上。

Description

被研磨基板的保持装置
技术领域
本发明涉及进行化学机械研磨(CMP)的被研磨基板的保持装置，其中，CMP用于对由硅构成的半导体基板和液晶基板等构成的基板的表面进行平坦化处理。
背景技术
1990年以后，在对上述的半导体基板和液晶基板进行化学机械研磨的化学机械研磨技术中，倾向是基板的直径大型化到10cm以上，而研磨为单页处理化。特别是在研磨半导体基板的情况下，由于要在半导体基板上形成的线图形的规则已非常微细化到0.5μm以下，故要求在半导体基板的整个面上进行均一的研磨。
以下，参照附图，对第1现有例所涉及的基板的研磨方法及其装置进行说明。
图13示出了第1现有例所涉及的基板研磨装置的概略性构成。在图13中，51是一定盘，它具备由具有平坦表面的刚体构成的垫盘(pad)载置部分51a和从该垫盘载置部分51a的下面向下垂直延伸的旋转轴51b以及图中没有画出来的使该旋转轴51b旋转的旋转装置。在该定盘51的垫盘载置部分51a的上表面上粘附有弹性研磨垫盘52。在研磨垫盘52的上方设有保持并转动基板53的基板保持头54。基板53被压紧到研磨垫盘52上，同时用基板保持头54使之旋转。此外，55是研磨剂。该研磨剂55从研磨剂供给管56往研磨垫盘52上滴落，每次滴落一个规定量。
在上述这样地构成的基板研磨装置中，当定盘51转动并使被供以研磨剂55的研磨垫盘52旋转的同时。把保持于基板保持头54上的基板53向研磨垫盘52推压，则基板53的研磨面就受到压力和相对速度而被研磨。
这时，倘基板53的研磨面上存在着凹凸不平，则在凸出部分处因与研磨垫盘52之间的接触压力大故以相对高的研磨速度被研磨，另一方面，在凹下部分处，则因与研磨垫盘52之间的接触压力小故几乎得不到研磨。因此，基板53的研磨面的凹凸被平缓，基板53的研磨面因而变得平坦了。
但是，在上述第1现有例中，存在着参照图14和图15(a)～(c)进行说明的下述问题。
图14是一概略性的剖面图，它示出了用第1现有例所涉及的基板研磨装置进行的研磨方法。图15(a)～(c)是说明第1现有例的现有问题的略性剖面图。在此，以对在由硅构成的基板53上形成且表面上有凹凸的氧化膜57进行研磨时的问题为例进行说明。
如图14所示，当把保持于基板保持头51上的基板53推压到研磨盘52上去时，如前所述在氧化膜57的凸出部分上由于与研磨垫盘52之间的接触压力大而被研磨，而在氧化膜57的凹下部分上则因与研磨垫盘52之间的接触压力小而几乎得不到研磨，氧化膜57的表面的凹凸被平缓，氧化膜57的表面因而变得平坦了。
在这种情况下，虽然以均匀的推压力把保持于基板保持头51上的基板53推向研磨垫盘52，但如图15(a)的左图所示，定盘51的垫盘载置51a的表面已弯曲，或者研磨垫盘52产生了弹性变形的情况下，或者如图15(b)的左图所示，在基板53的厚度参差不齐的情况下即使以均匀的推压力把基板53压向研磨垫盘52，氧化膜57与研磨垫盘52的接触压力也不会均匀，在接触压力上形成了高低不均。为此，在接触压力高的部分(氧化膜57中的与垫盘载置部分51a或者研磨垫盘52的凸出部分靠近的部位以及氧化膜57中的基板53的厚度厚的部位)上研磨速率将变高，而接触压力低的部分(氧化膜57中的与垫盘载置部分51a或研磨垫盘52的凹下部分靠近的部位，以及氧化膜57中的基板53的厚度薄的部位)则研磨速率将变低，所以如图15(a)，(b)的右图所示那样。存在着氧化膜57的研磨量不均一的问题。
对于这个问题。通过采用使研磨垫盘52柔软化并如图15(c)的左图所示，使得研磨垫盘52相应于定盘51的垫盘载置部分51a或研磨垫盘52的凹凸或者基板53厚度的不均一性而易于进行弹性变形的办法，使得起因于垫盘载置部分51a或研磨垫盘52的凹凸或者基板53的厚度的不均一性的接触压力之差缓解因而可以谋求接触压力的均一性。但是，把研磨垫盘52做软时，由于研垫盘52的弹性变形将追随氧化膜57的凹凸，故一直到氧化膜57的凹下部分为止都与研磨垫盘52接触而进行研磨，所以如图15(c)的右图所示，存在着不能缓解氧化膜57表面的台阶的问题。
于是，如图16所示，人们提出了对于研磨垫盘62的弹性变形应用基板63的变形的手法。
示于图16的第2现有例所涉及的基板的研磨方法及其装置如下所述。即，在定盘61的上边贴附有弹性研磨垫盘62。在保持基板63的基板保持头64的下部形成了凹入部分65。基板63被固定保持于设在凹入部分65里边的可弹性变形的板状的弹性体66上。基板保持头64、弹性体66和基板63形成了密封空间67，并从气体供给管道68向该密封空间67内导入压力受控的加压气体。这样作的目的是想借助于用被导入密封空间67中去的加压气体把固定保持在弹性体66上的基板63推压到研磨垫盘62上去的办法，从背面对基板63加压以获得均一的研磨。
但是，在第2现有例中，由于其构造是用板状的弹性体66固定保持基板63，故存在着的第1个问题是使基板63离合的机构复杂而且基板63的装卸作业烦杂。
此外，在前边说过的第1现有例中，由于研磨垫盘52被研磨时的压力压垮而产生弹性变形，故在不同的部位上厚度不一样，或者由于研磨砂粒被压进研磨垫盘52的表面里去，堵塞了凹坑，使研磨垫盘52的表面状态发生变化，从而使研磨速度发生变化。此外，由于因基板53与研磨垫盘52之间的摩擦而使研磨垫盘52部分地产生摩损，或者由于在研磨时因压力而引起的研磨垫盘52的弹性变形不能回复原样，故研磨垫盘52将无可挽回地变薄。
因此，由于因研磨垫盘52的厚度的不均一性在研磨垫盘52的表面上将产生凹凸，故即便是用均一的压力把基板53推压到研磨垫盘52上去，基板53的面内也会产生压力差，因而，研磨量在基板面内的均一性就变坏了。
于是，为了避免因研磨垫盘52的表面状态的变化(疲劳)而形成的研磨量的不均一，现有技术的做法是对研磨垫盘52进行修整处理，即施行或者削掉研磨垫盘52的表面的凸起，或者消除堵塞的凹坑的处理，以保持研磨垫盘52的状态不发生变化，借此在基板53的面内可以得到均一的研磨。
但是，在研磨垫盘上施行修整处理的方法存在着下边即将说明的问题。
第1，为要把因研磨时的摩损等等而发生变化的研磨垫盘的表面保持平坦，就必须根据研磨所产生的研磨垫盘表面的凹凸量来调节研磨垫盘的削除量，但是，由于研磨垫盘表面的凹凸量非常之小(约几个μm到几十个μm)故把握凹凸量，或者控制削除量，都是非常困难的。特别是在近年的半导体装置的制造工艺中，要把基板的表面以良好的精度研磨到所要求的程度是极其困难的。
第2，由于用修整处理削平研磨垫盘时，研磨垫盘将无可挽回地变薄，故研磨垫盘的弹力将产生变化，因而在基板面内所产生的压力差的吸收能力，在每一次修整处理之后都不一样，故存着研磨特性(面内均一性和台阶缓解性能)不稳定的问题。
第3，虽然必须在研磨性能所能容许的研磨垫盘厚度的范围内交换研磨垫盘，但这种研磨垫盘的交换作业必须人工进行，这也是问题之一。
第4，虽然通过用易于产生弹性变形的研磨垫盘吸收在基板的面内所产生的压力差，可以某种程度地避免上述第1个问题。但若应用易于产生弹性变形的研磨垫盘，仍会发生对基板的台阶吸收性能降低这样的问题。
第5，虽然贴附于定盘上的研磨垫盘的厚度用机械式的测定法进行测定，但测定用研磨剂或清洗水等润湿的研磨垫盘的厚度是困难的。同时，在连续地进行研磨处理的时候，不能测定研磨垫盘的厚度。另外，在机械式的测定方法中，由于①在多数的部位上不能进行测定和不能掌握研磨垫盘的面内的厚度分布；②研磨垫盘的表面具有约几个微米的凹凸，而对此通常所用的测微计的测定精度为大约10μm，故不能进行精度良好的测定等理由，故存在着只能根据经验对研磨的处理量和研磨垫盘的摩损量进行推测这样的问题。
发明内容
为此，本发明的第1目的是即便是在定盘和研磨垫盘上存在着凹凸，或者基板的厚度存在着不均一性，使得也可以对基板进行均一的研磨，同时，使基板的离合机构和作业简单易行。本发明的第2个目的是不必进行修整处理就可使研磨垫盘的表面成为平坦的表面。本发明的第3个目的是使得可以正确地把握设于定盘上的研磨垫盘的厚度。
为了实现上述第1个目的，本发明把被研磨基板吸引并保在基板保持头上的同时，在基板保持头和被研磨基板之间形成空间部分，并借助于供给到该空间部分里去的加压流体把被研磨基板推压到研磨垫盘上。
本发明所涉及的第1被研磨基板的保持装置以保持被研磨基板，同时把所保持的被研磨基板推压到研磨垫盘上的被研磨基板的保持装置为对象，并具备①基板保持头，该保持头具有被设置为对上述研磨垫盘可进可退、且吸引被研磨基板的基板吸引装置和使从一端供给的加压流体从另一端流出去的流体供给通路；环状的密封构件，它被固定在接近把上述基板保持头里的上述流体供给通路的另一端围起来的部位上，用于和上述基板保持头和载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板基板一起形成空间部分；第1被研磨基板保持装置用由上述流体供给通路的另一端供给到上述空间部位中去的加压流体的压力把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板推压到上述研磨垫盘上。
应用上面所述的结构，因为基板保持头具有吸引被研磨基板的基板吸引装置，故可以吸附并保持被研磨基板，同时，还可以把已吸附保持的被研磨基板搬运到研磨垫盘上去。
此外，由于具备有和基板保持头及载置于研磨垫盘上的被研磨基板一起形成空间部分的环状密封构件，同时还具有使加压流体流出的流体供给通路，所以借助于把加压流体供给空间部分的办法，基板支持头可以用加压流体的压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上去。在这种情况下，研磨垫盘和载置该研磨垫盘的定盘的表面的凹凸部分的高度通常易于控制在数百μm以内，故用非常小的加压力就可以使被研磨基板追随研磨垫盘表面的凹凸形状，所以，即便是应用硬的研磨垫盘，被研磨基板与研磨垫盘之间的接触压力也将变为均一。
另外，由于没有把被研磨基板固定保持于基板保持头和环状密封构件上，故当供给到空间部分中去的加压流体的压力大于加于基板保持头上的推压力的时候，加压流体就把密封构件和基板保持头往上推使加压流体从密封构件和被研磨基板之间往外部流出，所以作用于被研磨基板上的加压流体的加压力与加于基板保持头上的推压力自适应性地变成为大体相等，被研磨基板就被稳定的加压力推压到研磨垫盘上去。
本发明所涉及的第2被研磨基板的保持装置以保持被研磨基板，同时把所保持的被研磨基板推压到研磨垫盘上的被研磨基板的保持装置为对象，并具备有①基板保持装置该装置具有设置为对上述研磨垫盘可进可退且吸引被研磨基板的基板吸引装置和使从一端供给进来的加压流体从另一端流出去的流体供给通路；②环状密封构件，该构件被设置为对于把上述基板保持头的上述流体供给通路的另一端围起来的部位可以接近可以离开，并与上述基板保持头和载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板一起形成空间部分。第2被研磨基板保持装置用从上述流体供给通路的另一端供给到上述空间部分中去的加压流体的压力，把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板推压到上述研磨垫盘上。
倘采用第2被研磨基板保持装置，则与第1被研磨基板保持装置一样，可以吸附并保持被研磨基板的同时，可把已吸附并保持的被研磨基板运送到研磨垫盘上。此外，通过向空间部分供给加压流体，可以用加压流体的压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上。
因此，倘采用第1或第2被研磨基板的保持装置，则在可以吸附并保持被研磨基板的同时，还可以把所保持的被研磨基板运送到研磨垫盘上去，所以，用简单的构造就可以容易且确实可靠地进行被研磨基板的离合和运送。此外，用供给到由基板保持头，环状密封构件和已被载置于研磨垫盘上的被研磨基板形成的空间部分中去的加压流体的加压力，可以把被研磨基板推压到研磨垫盘上去，故即使在研磨垫盘上存在着凹凸或被研磨基板产生了变形等等，或者在被研磨基板的背面附着有微粒等等的异物，也可以用稳定且均匀的加压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上，故得以均匀地研磨被研磨基板。
第1被研磨基板的保持装置理想的是还要具备引导构件，该构件被设置于上述基板保持头中的上述密封构件的外侧，用以把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板保持在规定的位置上。另外，第2被研磨基板的保持装置理想的是还要具备引导构件，该构件被设置于比上述基板保持头中的上述密封构件所处的部位更靠外的外侧，用于把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板保持在规定的位置上。这样，就可以把已载置于研磨垫盘上的被研磨基板确实地保持在规定的位置上。
在第2被研磨基板的保持装置中，理想的是把上述密封构件设置为使得在研磨时向被研磨基板一侧移动并把被研磨基板的外周缘部分推压到上述研磨垫盘上。这样，就可以避免研磨时被研磨基板的外周缘部分浮上来的事态。
在这种情况下，理想的是把上述密封构件设置为使得用从上述流体供给通路供向上述空间部分的加压流体的压力进行推压把被研磨基板的外周缘部分推压到上述研磨垫盘上。这样，由于可以用与别的部分相同的压力把被研磨基板的外周缘部分推压到研磨垫盘上，故可以更加均匀地对被研磨基板进行研磨。
第1或第2被研磨基板的保持装置理想的是还要具备使已供给到上述空间部分中去的加压流体向上述空间部分的外部流出的装置。
这样，在供给到空间部分中去的加压流体的压力变得比加于基板保持头上的推压力还大的时候，即便是研磨垫盘产生了弹性变形，或者研磨剂流入到了引导构件与研磨垫盘之间中去，因为加压流体顺利地流向外部，故也可以避免因加压流体浸入到被研磨基板与研磨垫盘之间而把被研磨基板往上推这样的事态。
本发明所涉及的第3被研磨基板的保持装置，以保持被研磨基板，同时把所保持的被研磨基板推压到研磨垫盘上的被研磨基板的保持装置为对象，具有①基板保持头被设置为对于上述研磨垫盘可进可退且吸引被研磨基板的吸引装置和使从一端供给进来的加压流体从另一端流出去的流体供给通路；②引导构件，该构件被固定在把上述基板保持头中的上述流体通路的另一端围起来的部位上，并把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板保持在规定的位置上。第3被研磨基板的保持装置，用从上述流体供给通路的另一端供给到由上述基板保持头、上述引导构件和已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板所围成的区域中去的加压流体的压力，把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板推压到上述研磨垫盘上。
倘采用第3被研磨基板的保持装置，则和第1被研磨基板的保持装置一样，由于可以吸附并保持被研磨基板，同时可以把已吸附和保持的被研磨基板运送到研磨垫盘上去，所以因构造简单可以容易而确实地进行被研磨基板的装卸和运送。
另外，由于借助于向由基板保持头、引导构件及已载置于研磨垫盘上的被研磨基板所围成的区域里供给加压流体的办法，可以用在上述区域中流通的加压流体的压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上，故即使在研磨垫盘上存在着凹凸，或者即使被研磨基板发生了变形，或者即使被研磨基板的背面上吸附有微粒之类的异物，也可以用稳定而均匀的加压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上，故可以均匀地研磨被研磨基板。
第1～第3被研磨基板的保持装置中的引导构件，理想的是被形成为环状，同时具有使环状的内侧与外侧连通的连通通路。这样，可以用基板保持头、引导构件和被研磨基板来形成空间部分，并可以用供往该空间部分的加压流体均匀地推压被研磨基板，同时，在该空间部分内的加压流体的压力变得过大时，可以通过连通通路使加压流体流出到引导构件的外部去。
在第1～第3被研磨基板的保持装置中，理想的是上述基板保持头中的在上述流体供给通路的另一端开口的部分被形成为平坦面，且还要备有把上述平坦面与已载置于上述研磨垫盘上边的被研磨基板之间的间隔设定为被研磨基板的直径的1000分之1以上的设定装置。这样，由于可以避免在加压流体于被研磨基板与基板保持头之间流通时，因在流体流中产生阻力而在对被研磨基板加压的流体中产生压力差这一事态，故可以更加均匀地对被研磨基板进行研磨。
本发明所涉及的第1基板的研磨方法以把被研磨基板推压至旋转的研磨垫盘上进行研磨的基板的研磨法为对象，并具备下述3个工序：第1工序，用于靠基板保持头把被研磨基板从下方吸引到上方并进行保持之后，把所保持的被研磨基板运送到上述研磨垫盘的上方；第2工序，用于把已运送到上述研磨垫盘上方的被研磨基板从上述基板保持头中释放出来并载置于上述研磨垫盘的上边；第3工序，用于向已载置于上述研磨垫盘上边的被研磨基板的上边供给加压流体，并用已供给的加压流体把被研磨基板推压到上述研磨垫盘上。
倘采用第1基板研磨方法，由于在把被研磨基板用基板保持头从下方往上方吸引并进行保持之后，把所保持的被研磨基板运送到研磨垫盘的上方，故易于把被保持的被研磨基板运送到研磨垫盘上。
另外，由于向已载置于研磨垫盘上的被研磨基板的上边供给加压流体并用已供给的加压流体的加压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上，故即使在研磨垫盘上存在着凹凸或者即使被研磨基板产生了弹性变形，或者在被研磨基板的背面上存在有微粒之类的异物，也可以用均匀的加压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上，所以可对被研磨基板均匀地进行研磨。
在第1基板研磨方法中，上述第3工序理想的是含有向由上述基板保持头、已固定于该基板保持头上的环状密封构件以及已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板所形成的空间部分中供给上述加压流体的工序。这样，因为可用向上述空间部分供给的加压流体把被研磨基板推压到研磨垫盘上，故可以进一步均匀地对被研磨基板进行研磨。
在第1基板研磨方法中，上述第3工序理想的是含有向由上述基板保持头、对该基板保持头被设置为可靠近可离开的环状密封构件以及已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板所形成的空间部分供给上述加压流体的工序。这样，由于可用供给上述空间部分的加压流体把被研磨基板推压到研磨垫盘上，故可以进一步均匀地对被研磨基板进行研磨。
在第1基板研磨方法中，上述第3工序理想的是含有以规定的推压力向上述研磨垫盘推压上述基板保持头的工序，而且供向上述空间部分的加压流体的单位面积的压力应比把上述规定的推压力用被研磨基板的研磨面的面积相除所得到的压力大。这样，由于加压流体一边从空间部分向外部流出一边对被研磨基板加压，故作用于被研磨基板上的加压流体的压力差不存在了，因而可以更均匀地研磨被研磨基板。
在这种情况下，供往上述空间部分的加压流体的单位面积的压力，理想的是该压力是把上述规定的推压力用被研磨基板的研磨面的面积相除所得到的压力的1.1倍以上且2.0倍以下。这样，由于不会因加压流体几乎不从空间部分流出而使流速变得过小，或者反过来，不会因加压流体从空间部分流出过多而使流速变得过大，故使得作用于被研磨基板上的加压流体的压力差变得更小，因而可以更进一步均匀地对被研磨基板进行研磨。
在第1基板研磨方法中，理想的是在上述基板保持头中的比上述密封件所处的位置更往外的部位上设置把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板保持在规定位置上的环状的引导构件，而且上述第3工序含有以规定的推压力对上述研磨垫盘推压上述基板保持头的工序，且供往上述空间部分的加压流体的单位面积的压力比把上述规定的推压力用被研磨基板的研磨面的面积相除所得的压力小。这样，就可以避免因加压流体浸入到被研磨基板与研磨头之间而把被设置为对基板保持头可靠近可离开的密封构件及被研磨基板往上推这样的事态。
在这种情况下，供往上述空间部分的加压流体的单位面积的压力，理想的是为把上述规定的推压力用被研磨基板的研磨面的面积相除所得到的压力的1.0倍以下。这样，就可以避免因供往空间部分的加压流体的加压力变大而把密封构件和被研磨基板往上推的事态，同时，还可以避免与加压流体的加压力相比，加于基板保持头上的推压力变得过大而把引导构件强劲地推压到研磨垫盘上去的事态。
在第1基板研磨方法中，理想的是：在上述基板保持头上设有把已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板保持在规定的位置上的环状的引导构件，上述第1工序含有把被研磨基板保持在上述基板保持头上使被研磨基板的研磨面位于比上述引导构件的下表面往上的位置上的保持工序，上述第3工序含有把上述基板保持头向与被研磨基板的研磨面和上述引导构件的下表面大体上呈为同一平面的位置移动的工序。这样，由于用供往空间部分的加压流体加到被研磨基板上的加压力与加于引导构件上的推压力变得大体上相等，故可以把被研磨基板推压到研磨垫盘上，而供往空间部分中去的加压流体几乎不会从空间部分流出来。
在第1基板研磨方法中，上述第3工序理想的是含有用供往上述空间部分中去的加压流体推压上述密封构件，以把被研磨基板的外周缘部分推压到上述研磨垫盘上的工序。这样，就可以避免研磨时使被研磨基板的外周缘部分上浮的事态。
在第1基板研磨方法中，理想的是上述基板保持头中的保持被研磨基板的部分被形成为平坦面，且上述第3工序含有把上述平坦面与已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板之间的间隔维持为大于被研磨基板直径的1000分之1的工序。这样，由于可以避免加压流体在被研磨基板与基板保持头之间流通时因在流体流中产生阻力而在对被研磨基板进行加压的流体中产生压力差这一事态，故可以更为均匀地对被研磨基板进行研磨。
如以上所说明的，倘采用第1～第3被研磨基板的保持装置或者第1基板研磨方法，则可以用稳定的加压力把被研磨基板推压到研磨垫盘上、并进行稳定的研磨，同时，即使在研磨垫盘或载置研磨垫盘的定盘上存在有凹凸或者即使在被研磨基板的厚度上存在有不均匀性，也可以对被研磨基板进行均匀的研磨，而且由于构造简单，可以实现被研磨基板的装卸和运送。
本发明所涉及的第1基板研磨装置具备有可旋转的刚性的定盘、借助于在该定盘的表面上使液态的树脂硬化的办法形成的用于研磨的树脂膜和保持被研磨基板的同时把所保持的被研磨基板推压到上述用于研磨的树脂膜上的基板保持装置。
倘采用第1基板研磨装置，则由于具备液态的树脂因表面张力而扩展开来之后进行硬化而形成的用于研磨的树脂膜，故即使不进行修整处理，用于研磨的树脂膜的表面也极其平坦且光滑，所以可以极其均匀地研磨大于200mm以上的大直径的被研磨基板的表面。
在第1基板研磨装置中，上述研磨用树脂膜理想的是用使旋转涂敷于上述定盘表面上的树脂硬化的办法形成。这样，由于供到定盘表面上的液态的树脂在定盘表面上均匀地扩展开来，所以研磨用树脂膜的表面更加平坦且光滑。
在上述第1基板研磨装置中，理想的是上述研磨用树脂膜上包含研磨用磨粒。这样，就能够用不含研磨用磨粒的研磨剂进行被研磨基板的研磨。
在第1基板研磨装置中，上述研磨用树脂膜理想的是半透明膜。这样，在检测在定盘的表面上进行反射并通过半透明的研磨用树脂膜进来的光的强度时，在研磨垫盘因磨损而在整个面的范围内厚度或小了的情况下，光的强度变大、在研磨垫盘因部分磨损而在研磨垫盘的表面上形成了凹凸的情况下，光的强度将因部位而异，所以可以正确地判断研磨垫盘的更换时间。
在这种情况下，理想的是还要具备强度检测装置，以检测在上述定盘的表面上反射并通过上述半透明的研磨用树脂膜进来的光的强度。这样，就可以简单而正确地检测在定盘的表面上进行反射并透过半透明的研磨用树脂膜进来的光的强度。
第1基板研磨装置，理想的是还要具备树脂供给装置，以把用于形成上述研磨用树脂膜的液态树脂供给到上述定盘表面上去。这样，就可以简易地把用于形成研磨用树脂膜的液态树脂供给到定盘的表面上去。
在这种情况下，理想的是还要具备树脂硬化装置，以使用上述树脂供给装置已供给到上述定盘的表面上的液态树脂硬化形成上述研磨用树脂膜。这样，就可以简单而正确地把由树脂供给装置已供给到定盘表面上的液态树脂硬化。
用上述树脂供给装置供给到上述定盘表面上的树脂理想的是热硬化性树脂，而上述树脂硬化装置理想的是把用上述树脂供给装置已供给到上述定盘表面上的树脂加热使之硬化的装置。这样，就可以通过对热硬化树脂进行加热简单地形成研磨用树脂膜。
用上述树脂供给装置供给到上述定盘表面上的树脂理想的是光硬化性树脂，而上述树脂硬化装置理想的是向用上述树脂供给装置已供给到上述定盘表面上的树脂照射紫外线使之硬化的装置。这样，就可以采用向光硬化树脂照以紫外线的办法，不需对树脂加热，来形成研磨用树脂膜。
第1基板研磨装置理想的是还要具备溶剂供给装置，以把溶解上述研磨用树脂膜的溶剂供给到上述定盘的上边。这样，就可以容易地进行溶解除掉研磨用树脂膜的作业。
本发明所涉及的第2基板研磨装置具备有：可旋转的刚性的定盘；设于该定盘表面上的半透明的研磨垫盘；保持被研磨基板，同时把已保持的被研磨基板推压到上述研磨垫盘上的基板保持装置检测在上述定盘表面被反射并通过上述半透明的研磨垫盘进来的光的强度的光强度检测装置。
倘采用第2基板研磨装置，则如果对在定盘表面上被反射并通过半透明的研磨垫盘进来的光的强度进行检测，那么在研磨垫盘因磨损而在整个面的范围内厚度减小了的情况下光的强度将会变大，在研磨垫盘因部分地磨损而在研磨垫盘的表面上形成了凹凸的情况下，光的强度将因部位而异。为此，在被检测出来的光的强度变大或者光的强度因部位而异的时候，就可知道研磨垫盘的寿命已尽，因而可以正确地判断研磨垫盘的更换时间。
本发明所涉及的第3基板研磨装置具备有：可旋转的刚性定盘；设于该定盘上边的具有带色的下层和半透明的上层的多层构造的研磨垫盘；保持被研磨基板，同时把所保持的被研磨基板推压到上述研磨垫盘上的基板保持装置；检测在上述研磨垫盘的上述下层表面上被反射并通过上述半透明的上层进来的光的强度的光强度检测装置。
倘采用第3基板研磨装置，如果对在研磨垫盘的下层表面上被反射并通过半透明的上层进来的光的强度进行检测，则在研磨垫盘因磨损而在整个面的范围内厚度减小了的情况下，光的强度将变大，在研磨垫盘因部分地磨损在研磨垫盘的表面上形成了凹凸的情况下，光的强度将因部位而异。因此，在被检测出来的光强度变大，或者光的强度因部位而异时，就可知道研磨损盘的寿命已尽，所以可以正确地判断研磨垫盘的更换时间。
本发明所涉及的第2基板研磨方法具备下述工序：在刚性定盘的表面上旋转涂覆液态树脂的工序；使已旋转涂覆于上述定盘表面上的上述树脂硬化以形成研磨用树脂膜的工序；保持被研磨基板，同时把所保持的被研磨基板推压到上述研磨用树脂膜上研磨被研磨基板的工序。
倘采用第2基板的研磨方法，则由于使已旋转涂覆于定盘表面上的液态树脂硬化并在定盘表面上形成研磨用树脂之际，液态树脂将因表面能力而均匀地扩展到定盘的表面上，故即使不进行修整处理也可以得到具有极其平坦而光滑表面的用于进行研磨的树脂膜，所以可对被研磨基板的表面极其均匀地进行研磨。
在第2基板研磨方法中，理想的是在上述研磨用树脂膜中含有研磨用磨粒。这样，就可以用不含研磨用磨粒的研磨剂对被研磨基板进行研磨。
在第2基板研磨方法中，理想的是上述研磨用树脂膜是半透明的膜。这样，采用检测在定盘表面上被反射并通过半透明的研磨用树脂膜进来的光的强度的办法，就可以正确地判断研磨垫盘的更换时间。
在第2基板研磨方法中，理想的是还要具备从上述定盘的表面上除掉上述研磨用树脂膜的工序。这样，采用向定盘表面上供给新的树脂的办法，就可以重新形成表面平坦的研磨用树脂膜。
在第2基板研磨方法中，理想的是还要具备向表面已变成凹凸状的上述研磨用树脂膜的表面上供给树脂以使上述研磨用树脂膜的表面平坦化的工序。这样，不需除去研磨用树脂膜，就可以使研磨用树脂膜的表面平坦化。
本发明所涉及的第3基板研磨方法具备下述工序：使在表面上设有半透明的研磨垫盘的刚性定盘旋转的工序；把被研磨基板推压到上述研磨垫盘上并对上述被研磨基板的表面进行研磨的工序；检测在上述定盘的表面上被反射并通过上述半透明的研磨垫盘进来的光的强度，并依据被检测出来的光的强度推算上述研磨垫盘的膜厚的工序。
倘采用第3基板研磨方法，如果对在定盘表面被反射并通过半透明的研磨垫盘进来的光的强度进行检测，则在研磨垫盘因磨损而在整个面的范围内厚度都减小了的情况下，光的强度将变大，在研磨垫盘因部分地磨损而在研磨垫盘的表面上形成了凹凸的情况下，光的强度将因部位而异。因此，在被检测出的光的强度变大，或光的强度因部位而异的时候，就可知道研磨垫盘的寿命已尽，所以可以正确地判断研磨垫盘的更换时间。
本发明所涉及的第4基板研磨方法具备下述工序：使在表面上设置有具有带色的下层和半透明的上层的多层构造的研磨垫盘的刚性定盘旋转的工序；把被研磨基板推压到上述研磨垫盘上并研磨上述被研磨基板的表面的工序；检测在上述研磨垫盘的上述下层的表面上被反射并通过上述半透明的上层进来的光的强度并依据所检测出的光的强度推算上述研磨垫盘的膜厚的工序。
倘采用第4基板研磨方法，如果对在研磨垫盘的下层的表面上被反射并通过半透明的上层进来的光的强度进行检测，则在研磨垫盘因磨损而在整个面的范围内厚度减小了的情况下，光的强度将变大，在研磨垫盘因部分地磨损而在研磨垫盘的表面上形成了凹凸的情况下，光的强度将因部位而异。因此，在被检测出的光的强度变大，或者光的强度因部位而异的时候，就可知道研磨垫盘的寿命已尽，所以可以正确地判断研磨垫盘的更换时间。
附图说明
图1是本发明的第1实施例所涉及的被研磨基板保持装置的概略性剖面图。
图2(a)，(b)是概略性的剖面图，示出了应用上述第1实施例所涉及的被研磨基板保持装置的研磨方法的各个工序。
图3的概略性的剖面图说明了应用上述第1实施例所涉及的被研磨基板保持装置的研磨方法中的研磨工序的动作。
图4(a)，(b)是上述第1实施例所涉及的被研磨基板保持装置中的引导构件的底面图。
图5是本发明的第2实施例所涉及的被研磨基板保持装置的概略性剖面图。
图6(a)，(b)的概略性剖面图示出了应用上述第2实施例所涉及的被研磨基板保持装置的研磨方法的各个工序。
图7是本发明的第3实施例所涉及的被研磨基板保持装置的概略性剖面图。
图8(a)，(b)的概略性剖面图示出了应用上述第3实施例所涉及的被研磨基板保持装置的研磨方法的各个工序。
图9是本发明的第4实施例所涉及的基板研磨装置的概略性构成图。
图10的流程图示出了本发明的第4实施例所涉及的基板研磨方法的工序。
图11是本发明的第5实施例所涉及的基板研磨装置的概略性构成图。
图12的曲线图示出了本发明的第5实施例所涉及的基板研磨方法中所用的研磨垫盘的厚度和色彩的信号强度的关系。
图13是第1现有例所涉及的基板研磨装置的斜视图。
图14是用上述第1现有例所涉及的基板研磨装置进行的研磨方法的概略性的剖面图。
图15(a)～(C)是说明用上述第1现有例所涉及的基板研磨装置进行的研磨方法的现有问题的概略性剖面图。
图16是第2现有例所涉及的基板研磨装置的概略性剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施例所涉及的被研磨基板的保持装置，其板研磨装置和研磨方法进行说明。
第1实施例
图1是本发明的第1实施例所涉及的被研磨基板的保持装置的概略性剖面图。在图1中，11是由具有平坦表面的刚体构成的可旋转的定盘，在该定盘11的上表面上贴附有弹性的研磨垫盘12。
在定盘11的上方配置有保持基板13的基板保持装置15A。该基板保持装置15A具备有用没有画出来的旋转驱动装置使之旋转的旋转轴16A、整体性地设于旋转轴16的下端的圆盘状的基板保持头17A、由固定于基板保持头17A的下表面的外周缘部分上的硅胶之类的弹性体构成的环状的密封构件18A、固定于基板保持头17A的下表面上的密封构件18A的外侧的环状的引导构件19A及作为使从一端(图1中的上侧)导入进来的加压流体从另一端(图1中的下侧1流出的流体供给通路的流体通路20A。
以下，参照图2(a)，(b)对用第1实施例所涉及的被研磨基板的保持装置进行的基板研磨方法进行说明。
首先对运送时的动作进行说明。把基板13或基板保持装置15A向水平方向移动，使基板13位于基板保持头17A的下方之后，使基板保持头17A下降以使基板保持头17A与基板13靠近，之后，若用流体流通通路20A吸引基板保持头17A下侧的大气，如图2(a)所示，基板13就介以密封构件18A被吸引并保持在基板保持头17A上在这种状态下，把基板保持头17A向水平方向运送并使之移动到定盘11的研磨垫盘12的上方。这样，就可以简单而确实地进行基板13的保持和运送。
其次，一边对研磨时的动作进行说明，一边对第1实施例所涉及的被研磨基板的保持装置的详细构造进行说明。
如图2(b)所示，给流体流通通路20A通以大气压释放基板13并把基板13载置于研磨垫盘12的上边之后，对旋转轴16A加上向下的推压力。在把由直径为8英寸的硅构成的基板13以500g/cm2的加压力推压到研磨垫盘12上进行研磨的情况下，加到旋转轴16A上的推压力是157kg。在这种情况下，由流体供给通路20A把比如说由800g/cm2的加压空气或加压氮气等构成的加压流体供往由基板保持头17A、密封构件18A及基板13所形成的空间部分21A。在这种状态下，一边使含磨粒的研磨剂22下滴到研磨垫盘12上，一边使定盘11与基板保持头17A相对进行旋转。这样，由于基板13的研磨面与研磨垫盘12进行滑动接触，故基板13的研磨面的凹凸得以缓和而平坦化。引导构件19A为防止因旋转所伴生的离心力使基板13飞出到外侧去的事态，把基板13保持在规定的位置上。
在此，对空间部分21A的高度tA(参照图1)进行研究。
从流体流通通路20A向空间部分21A供给的加压流体从背面把基板13向着研磨垫盘12推压，由于基板13并没有与密封构件18A粘结，所以，如图3所示，由于研磨时的基板13的旋转状态和基板13的背面的凹凸状态等原因，加压流体将从基板13与密封构件18A之间向空间部分21A的外部漏出。在空间部分21A的高度tA小的时候，在空间部分21A内的加压流体流中将产生阻力，以致在空间部分21A的内部产生压力差而不能均匀地推压基板13。因此，需要把空间部分21A的高度tA设定为这样的一个值，使得在该空间部分21A中流通的加压流体中几乎不产生压损。空间部分21A的高度tA由密封构件18A的厚度决定，在把水或空气(氮气)之类的低粘性的流体用作加压流体的情况下，当把空间部分21A的高度tA设定为基板13的直径(圆板的情况下为直径，方形板的情况下为对角线)的长度的1/1000以上的值，更令人满意地说设定为2/1000以上的值时，在空间部分21A的内部几乎不产生压力差。具体地说，理想的是用0.5mm厚度的密封构件18A，并把空间部分21A的高度tA作成为0.5mm。
如前所述，由于从流体流通路20A供给到空间部分21A中去的加压流体的压力比加于旋转轴16A上的推压力大，所以当事先把基板13与引导构件19A之间的间隙设定为约0.1mm时，加压流体的压力将作为把基板保持头17A向上方推压的力而起作用，在密封构件18A与基板13之间产生间隙，并如图3中的箭号所示，加压流体将通过基板13与密封构件18A之间的间隙从引导构件19A的凹状沟19a中向外部流出，所以降低了空间部分21A的压力。这样，空间部分21A的加压流体的压力就自适应性地与加在旋转轴16A上的推压力一致，把基板13用稳定的加压力推压到研磨垫盘12上。
把基板13的厚度与密封构件18A的厚度的合计厚度作成为比引导构件19A的厚度大0.01～0.1mm左右，并使基板13的研磨面9下表面9比引导构件19A的下表面往下突出约0.01～0.1mm左右时，由于引导构件19A与研磨垫盘12不接触，故从基板13与密封构件18A之间漏出的加压流体理应从引导构件19A的下侧往外部流出。但是，当研磨垫盘12发生了弹性变形或者在弹导构件19A与研磨垫盘12之流入了研磨剂时，已漏出的加压流体变得不能从引导构件19A的下侧顺利地往外部流出而被阻塞在引导构件19A的内侧，这样的事时有发生。当已从基板13与密封构件18A之间漏出到外部的加压流体被封闭在引导构件19A的内侧中时，该加压流体将浸入基板13与研磨垫盘12之间变成为向上方推压基板13的力，从而降低了把基板13推压到研磨垫盘12上的力。于是，为了避免这种事态，在引导构件19A的下表面上，以适当的间隔在多处设以凹状沟19a，用以连通引导构件19A的内侧和外侧并把从空间部分21A漏了出来的加压流体放到外部去(参看图4(a)，(b))。
此外，在研磨时，由于基板13与密封构件18A和引导构件19A并未接触，故即使基板保持头17A旋转，基板13也不会追随基板保持头17A进行旋转。即使基板13不旋转，由于当定盘11旋转时，定盘11与基板13进行相对旋转，故基板13的研磨面也会被研磨。还有，在必须使基板13与基板保持头17A连动进行旋转时，如图4(a)所示，把引导构件19A的内面中与基板13的定向面(oriententionflate)相对应的部位作成为直线形状，或者如图4(b)所示，也可以在基板13上设以凹下部分的同时，在引导构件19A上设以凸出部分，使得基板13与引导构件19A不作相对转动。这样，就可以避免与基板13的背面上与引导构件19A相邻近的部分因被研磨而受损伤的事态。
如以上所说明过的那样，倘采用第1实施例所涉及的研磨基板的保持装置或者基板研磨方法，则由于把基板13用供往空间部分21A的加压流体的压力推压到研磨垫盘12上，故即便是研磨垫盘12的研磨面上有凹凸，基板13发生了弹性变形，也可以用均匀的加压力把基板13推压到研磨垫盘12上，所以可以均匀地研磨基板13。
此外，如第1现有例那样，由于用基板保持头不直接推压基板的背面，故即使在基板的背面上存在着微粒之类的异物，也可以用均匀的加压力把基板13推压到研磨垫盘12上。
再者，由于仅仅用流体流通通路20A吸到大气就可以把基板13保持在基板保持头17A上，故易于基板13的保持和运送。
因而，倘采用第1实施例所涉及的被研磨基板的保持装置或者基板的研磨方法，则即使在定盘11或研磨垫盘12上边有凹凸或者基板13的厚度上有不均匀性，也可对基板13进行均匀的研磨，同时基板13的装卸和运送也将变得容易起来。
第2实施例
图5是本发明的第2实施例所涉及的被研磨基板保持装置的概略性剖面图。在图5中，11是由具有平坦的表面的刚体构成且可旋转的定盘。在该定盘11的上表面上贴附有弹性的研磨垫盘12。
在定盘11的上方配置有保持基板的基板保持装置15B。该基板保持装置15B具备有旋转轴16B、整体性地设置于旋转轴16B的下端并在下表面上具有凹下部分17a的圆盘状的基板保持头17B、固定于基板保持头17B的下表面外周缘部分上的环状的引导构件19B和流体流通通路20B。
第2实施例与第1实施例不同的地方有两点。一点是没有设置第1实施例中已设置了的密封构件18A，另一点是在基板保持头17B的凹下部分17a上与基板保持头17B形成为一个整体地设有流体分散板24B，用于把流通流体流通通路20B而来的加压流体用分散孔24a使之分散并供向空间部分21B。
另外，在第1实施例中，机构是使供往空间部分21A的加压流体的压力与加到旋转轴16A上的推压力自适应地一致，而在第2实施例中，机构是使供往空间部分21B的加压流体体经常向外部流出的同时，使流过空间部分21B的加压流体的压力与加到旋转轴16B上的推压力自适应性地一致，并且与加到旋转轴16B上的推压力已经一致了的流通加压流体的压力把基板13推压到研磨垫盘12上。
以下，参照图6(a)，(b)，对用第2实施例所涉及的基板研磨装置进行的研磨方法进行说明。
首先对运送时的动作进行说明。把基板13或基板保持装置15B向水平方向移动并在使基板13位于基板保持头17B的下方之后，使基板保持头17B下降，并使基板保持17B与基板13接近，之后，从流体流通通路20B吸引基板保持头17B的凹下部分17a的空气后，由于流体分散板24B的下侧空间被减压，故如图6(a)所示，基板13被吸附到流体分散板24B上并确实地保持在基板保持头17B上。在这种状态下，向水平方向移动基板保持头17B以把基板13运到定盘11上的研磨垫盘12的上方。通过采用这种办法，就可以简单而确实地进行基板13的保持和运送。
其次，在对研磨时的动作进行说明的同时，对第2实施例所涉及的被研磨基板的保持装置的详细构造进行说明。
使流体流通通路20B的内部进而使基板保持头17B的凹下部分17a对大气开放并把基板13载置到研磨垫盘12的上边之后，对旋转轴16B加以向下的推压力。以500g/cm2的加压力把由直径为8英寸的硅构成的基板13推压到研磨垫盘12上进行研磨的时候，加到旋转轴16B上的推压力为157Kg。在这种情况下，向由基板保持头17B、引导构件19B和基板13形成的空间部分21B中供给例如600g/cm2的加压流体。在这种状态下，使含磨粒的研磨剂下滴到研磨垫盘12上的同时使定盘11与基板保持头17B进行相对旋转。这样，由于基板13的研磨面与研磨12进行滑动接触，故研磨面的凹凸被缓和而平坦化。引导构件19B与第1实施例一样，防止基板13因旋转所伴有的离心力而飞出到外侧的事态的同时，与第1实施例相异之处是，和基板保持头17B、流体分散板24B及基板13一起形空间部分21B。
在此，对空间部分21B的高度tB进行研究。
由流体流通通路20B供往空间部分21B的加压流体通过基板13和引导构件19B之间的间隙以及引导构件19B的凹状沟19a一边向外边流出一边从背面把基板13向着磨垫盘12进行推压，但在空间部分21B的高度tB小的情况下。由于在空间部分21B内的流体流中产生阻力因而在空间部分21B的内部产生压力差，所以不均匀地推压基板13。因此，必须把空间部分21B的高度tB设定为在该空间部分21B里流通的加压流体中几乎不产生压损的这样的值。空间部分21B的高度tB由引导构件19B的厚度与基板13的厚度之差决定。在把水或空气(氮气)之类的低粘性的流体用作加压流体的情况下，倘把tB设定为基板13的直径长度的1/1000以上的值、理想地设为2/1000以上的值，则在空间部分21B的内部几乎不产生压力差。具体地说，理想的是令空间部分21B的高度tB为0.5mm。
关于形成于流体分散板24B上的分散孔24a的直径、数目及配置，理想的是适宜地设定为使得用从分散孔24a供往空间中分21B中去的加压流体可对基板13均匀地加压，至于分散孔24a的配置，理想的是配置为同心圆状而且呈放射状。此外，也可把多孔质板用作流体分散板24B。
如前所述，由于从流体流通通路20B供向空间部分21B的加压流体的压力比加到旋转轴16B上的推压力大，故如把基板13与引导构件19B之间的间隙预先设定为约0.1mm，则如在图6中用箭号所示的那样，加压流体将通过基板13与引导构件19B之间的间隙，从引导构件19B的凹状沟19a向外部流出，空间部分21B的压将因此而降低，所以在空间部分21B中流通的加压流体的压力将自适应性地与加到旋转轴16B上的推压力一致，因而基板13可用稳定的加压力推压到研磨垫盘12上。
此外，由于从流体流通通路20B供往空间部分21B的加压流体的压力比加到旋转轴16B上的推压力大，故加压流体的压力作为向上方推压基板保持头17的力而起作用，所以在基板保持头17与研磨垫盘12之间形成了间隙，加压流体通过这一间隙向外部流出。但是，当研磨垫盘12发生了弹性变形，或者引导构件19B和研磨垫盘12之间流入了研磨剂时，加压流体有时就不能从引导构件19B的下侧顺利地向外部流出而被封闭在引导构件19B的内侧。这样，如前所述加压流体就浸入到基板13与研磨垫盘12之间而把基板13往上推，结果是降低了把基极13推压到研磨垫盘12上去的推压力。于是，为了避免这种事态，在引导构件19B的下表面上以适当的间隔多处设有与第1实施例相同的凹状沟19a。
如以上说明的那样，倘采用第2实施例所涉及的被研磨基板保持装置或者基板研磨方法，则由于用从流体分散板24B的分散孔24a向空间部分21B供给，并从引导构件19B的凹状沟19a流出的加压流体的压力把基板13推压到研磨垫盘12，故即使是在研磨垫盘12的表面上有凹凸、基板13发生变形，也可以用均匀的加压力把基板13推压到研磨垫盘12上，所以可以均匀地研磨基板13。
另外，即使在基板的背面上吸附有微粒之类的异物，也可用均匀的加压力把基板13推压到研磨垫盘12上。
再有，由于仅仅从流体分散板24B的分散孔24a吸引基板13就可把基板13吸附到基板保持头17B上，故易于进行基板13的保持和运送。
因而，倘采用第2实施例所涉及的被研磨基板的保持装置或基板研磨方法，则即使是在定盘11或研磨垫盘12上存在着凹凸或基板13的厚度存在着不均匀性，也可对基板13均匀地研磨，同时基板13的装卸和运送也会变得容易起来。
第3实施例
图7是本发明的第3实施例所涉及的被研磨基板的保持装置的概略剖面图。在图7中，11是由具有平坦表面的刚体构成并可旋转的定盘。在该定盘11的上表面上贴有弹性的研磨垫盘12。
在定盘11的上方，配置有保持基板13的基板保持装置15c。该基板保持装置15c具有旋转轴16c、被一体地形成在旋转轴16c的下端并在下表面上有凹下部分7a的圆盘状的基板保持头17c、在基板保持头17c的凹下部分17a上被设置为与该基板保持头17c形成为一个整体的具有分散孔24a的流体分散板24c、固定于基板头17c的下表面外周缘部分上的环状的引导构件19c、在引导构件19c的内侧上被设置为可上下运动的由弹性材料构成的环状的密封构件18c及流体流通通路20c。
第3实施例与第2实施例的不同之处是在引导构件19c的内侧设有可上下运动的密封构件18c。在这种情况下，基板保持头17c的凹下部分17a的高度被设定为比密封构件18c的高度高。
另外，在第1和第2实施例中，机构是使供往空间部分21A，21B的加压流体的压力自适应性地与加到基板保持头17A，17B上的推压力一致，并用与加到基板保持头17A，17B上的推压力一致的加压流体的压力把基板13推压到研磨垫盘12上，但在第3实施例中，机构则是使供往空间部分21C的加压流体的压力与加到基板保持头17c上的推压力相等、并用供往空间部分21c的加压流体的压力把基板13推压到研磨垫盘12上。
以下，边参照图8(a)，(b)，边说明用第3实施例所涉及的被研磨基板保持装置进行的基板研磨方法。
首先，对运送时的动作进行说明。把基板13或基板保持装置15c向水平方向移动并使基板13位于基板保持头17c的下方之后，使基板保持头17c下降使基板保持头17c与基板13靠近。然后，一旦从流体流通通路20c吸引基板保持头17c的凹下部分17a的空气，则由于流体分散板24c的下侧空间被减压，故如图8(a)所示，基板13被吸附到流体分散板24c上从而被确实地保持在基板保持头17c中。在这种情况下，随着基板保持头17c的凹下部分17a的减压，密封构件18c将从基板13脱离开向上方移动。在这种状态下，向水平方向移动基板保持头17c把基板13运到研磨盘12的上方。用这种办法，就简单而确实地保持和运送基板13。
其次，在对研磨时的动作进行说明的同时，对第3实施例所涉及的被研磨基板保持装置的详细构造进行说明。
解除从流体流通通路20c的吸引并把基板保持头17c的凹下部分17a进而空间部分21c的压力变成大气压之后，对旋转轴16c加上向下的推压力。在用500g/cm2的加压力把由直径8英寸的硅构成的基板13推压到研磨垫盘12上进行研磨的情况下，由于加到旋转轴16c上的推压力为157Kg，故对旋转轴16c安加160Kg的力。在这种情况下，把比如说500g/cm2的加压流体供往空间部分21c中去。在这种状态下，使含磨粒的研磨剂往下滴到研磨垫盘12上的时使定盘11与基板保持头17c进行相对旋转。这样，如图8(b)所示，由于基板13与研磨垫盘滑动接触，故基板13原研磨面的凹凸被缓和而被平坦化。密封构件18c与流体分散板24c和基板13一起形成空间部分21c，引导构件19c具有防止基板13因旋转所伴有的离心力飞出到外侧去的事态的功能。
在此，对加到旋转轴16c上的推压力与供往空间部分21c中去的加压流体的压力的关系进行研讨。加到旋转轴16c上的推压力比(供往空间部分21c中的加压流体的压力)X(基板13的面积)大，而且借助于使引导构件19c推压研磨垫盘12的办法，可使研磨垫盘12予先产生弹性变形，由于这将带来抑制在基板13的周边部分上的研磨速率上升的效果，所以供往空间部分21c的加压流体的压力，理想的是应不足(加到旋转轴16c上的推压力)÷(基板13的面积)的1.0倍，最好是加到引导构件19c上的推压力与加压流体的压力为同等大小。
其次，对空间部分21c的高度tc进行研究。
由于基板保持头17c的凹下部分17a与空间部分21c用流体分散板24c的分散孔24a连通起来，故凹下部分17a的压力与空间部分21c的压力相等，但由于密封构件18c没有固定于基板保持头17c上，故取决于研磨时的基板13的旋转状态和基板13的背面的凹凸状态等等，已供到空间部分21c的高度tc小的情况下，在空间部分21c内的流体流中产生阻力，在空间部分21c的内部产生压力差，因而不可能均匀地推压基板13。因此，必须把空间部分21c的高度tc设定为这样的一个值：使得在该空间部分21c流通的加压流体中几乎不产生压力损失。空间部分21c的高度tc由引导构件19c的厚度与基板13的厚度之差决定。在把水或空气(氮气)之类的低粘性的流体用作加压流体的情况下。倘把tc设定为基板13的直径的长度的1/1000以上的值、最好设定为2/1000以上的值时，则在空间部分21c的内部几乎不产生压力差。具体地说，空间部分21c的高度理想的是设为0.5mm。
关于形成于流体分散板24c上的分散孔24a的直径、数目及配置，理想的是进行适宜的设定，使得可以用从分散孔24a供给到空间部分21c中去的加压流体给基板13均匀地加压。关于分散孔24a的配置理想的是同心圆状而且是放射状配置。此外，作为流体分散板24c可以也使用多孔质板。
如前所述，引导构件19c的下表面与基板13的背面位于高度相同的位置，此外，用供往空间21c中去的加压流体把密封构件18c往下加压，故密封构件18c的下表面与基板13的背面接连上。为此如果忽略掉密封构件18c的重量，则在密封构件18c的上表面面积与下表面的面积相等的情况下，就可把基板13的外围缘部分用与基板13的中央部分同等的加压力推压到研磨垫盘12上。
由于密封构件18c被用供往空间部分21c中去的加压流体往上加压，故加压流体易于从密封构件18c与基板13的接触面处漏出，所以理想的是把密封构件18c的上表面的面积作得比下表面的面积大。当然，实际上，由于对基板13的外周缘部分要用比中央部分大一个与密封部件18c的重量相应的量的力运行推压，故密封构件18c的上表面的面积比下表面的面积稍大一点即可。
由于基板13与密封构件18c仅仅是接连，故空间部分21c的加压流将从基板13与密封构件18c之间漏出。在这种情况下，与第1和第2实施例不同，由于加到旋转轴16c上的推压力比供给空间部分21c中的加压流体的压力大一些，故不会因从空间部分21c漏出来的加压流体而把基板保持头17c及引导构件19c往上推、已经漏了出来的加压流体不从引导构件19c与研磨垫盘12之间的缝隙里流出来。如果用引导构件19c把已经漏了出来的加压流体封闭，则加压流体将浸入到基板13与研磨垫盘12之间并把基板13往上推，把基板13推压到研磨垫盘12上的推压力降低，所以为了这种事态，理想的是要预先把基板13与密封构件18C之间的缝隙设定为约0.1mm，同时在引导构件19C的下表面上以适当的间隔在多个地方预先设置好与第1实施例同样的凹状沟19a。
就像以上说明过的那样，倘采用第3实施例所涉及的被研磨基板的保持装置或者基板的研磨方法，则由于用从流体分散板24c的分散孔24a供给到空间部分21c中去的加压流体的压力把基板13推压到研磨垫盘12上，故即使在研磨垫盘12的研磨面有凹凸、即使基板13产生了弹性变形，也可用均匀的加压力把基板13推压到研磨垫盘12上，故可以均匀也研磨基板13。
此外，即使是在基板13的背面上存在着微粒之类的异物，也可用均匀的加压力把基板13推压到研磨垫盘12上。
还有，因为用仅仅从流体分散板24c的分散孔24a吸引基板13的办法就可以把基板13吸附到基板保持头17c上，故易于进行基板13的保持和运送。
因而，倘采用第3实施例所涉及的被研磨基板的保持装置或基板的研磨方法，则即使定盘11或研磨垫盘12上存在着凹凸或者在基板13的厚度上有不均匀性，也可以对基板13进行均匀的研磨的同时，基板13的装卸和运送也将变得容易。
第4实施例
以下对第4实施例所涉及的基板研磨装置及基板研磨方法进行说明。
图9示出了本发明的第4实施例所涉及的基板研磨装置的概略性构造。在图9中，31是由具有平坦表面的刚体构成的可旋转的定盘。在定盘31的上方，设有供给具有热硬化性的液态树脂的第1管道32，从该第1管道32向定盘31的整个表面的范围内供给液态的树脂，并通过用加热使因表面张力而均匀地扩展开来的树脂硬化，在定盘31的表面上形成研磨用树脂膜33。在这种情况下，采用一边使定盘31旋转一边从第1管道32往下滴树脂的办法，可以使树脂因表面张力而扩展并在定盘31的上边形成具有均匀膜厚的研磨用树脂膜33。此外，第1管道32采用在定盘31的上方从定盘31的中心附近沿直径方向往复移动的同时把规定量的树脂往定盘31上边滴落的办法，均匀地向定盘31的上边供给树脂，在不供给树脂的时候，就从定盘31的上方向外方移动。在定盘31的斜上方设有加热灯泡34，用于对已供到定盘31表面上的树脂加热使之硬化。
研磨用树脂膜33的厚度约为0.01mm，大约是现有研磨垫盘的约0.1mm厚度的1/10。作为形成研磨用树脂膜33的树脂，可以使用聚氨基甲酸乙脂(polyurethane)、聚乙烯(polyethylene)和聚酰亚(polyimide)等等，硬质或软质的都行。
如图9所示，在定盘31的上方配置有用于保持基板35的基板保持装置36，该基板保持装置36具备有用没有画出来的旋转驱动装置使之旋转的旋转轴36A和与旋转轴36A的下端设置为一体并保持基板35的圆盘状的基板保持头36B。
此外，在定盘31的上方设置有第2管道37，用于在研磨基板35时向已形成于定盘31的研磨用树脂膜33的上边供给研磨剂。用从该第2管道37往研磨用树脂膜上滴下来的研磨剂研磨基板35。第2管道37在往下滴研磨剂的时候，向定盘31的中央部分附近的上方移动，在不往下滴研磨剂时，从定盘31的上方向外方移动。
另外，在定盘31的上方设有第3管道38，用于供给溶解已在定盘31的表面上形成的研磨用树脂膜33的溶剂。用由该第3管道38供给的溶剂溶解除掉已经磨损了的研磨用树脂膜33。第3管道38，在定盘31的上方，一边从中心部分附近向径向移动，一边往定盘31上滴规定量的溶剂以溶解并除掉已磨损了的研磨用树脂膜33，在不溶解研磨用树脂膜33的时候，则从定盘31的上方移向外方。
如以上这样，当采用第4实施例所涉及的基板研磨装置时，由于向正在旋转着的定盘31的上边滴液态的树脂，并使因表面张力而扩展开来的树脂硬化，故可以在定盘31的表面上形成具有平坦而均匀厚度的研磨用树脂膜。
还有，定盘31和基板保持装置36，用不受由第3管道38供给的溶剂浸蚀的物质，例如氧化铝等形成。在这种情况下，也可以在定盘32的表面光贴上用于保护定盘31的、例如由丙烯系的树脂构成的保护垫片，并适时更换因基板35的破损等原因而受到损害的保护垫片，用这种办法谋求对定盘31进行保护。
此外，也可以把第1管道32与第3管道38作成为共用管道，用切换阀门等对树脂的供给和溶剂的供给进行切换。
另外，在第4实施例中，由第1管道32供给热硬化性树脂，然后用加热的办法使之硬化，但也可以代之以由第1管道32供给光硬化性树脂，然后用紫外线使之硬化。
以下依据图10的流程图对用第4实施例所涉及的基板研磨装置进行研磨的方法进行说明。
首先，作为第1工序，一边使定盘31比说以30r·p·m进行旋转，一边从第1管道32中往定盘31上下滴例如已溶于溶剂中的聚氨基甲酸乙酯(polyurethane)树脂，用这种办法把树脂涂覆在定盘31的整个面上。
其次，作为第2工序，停止定盘31的旋转，并在借助于定盘31上的树脂的表面张力使该树脂的表面平坦之后，一边使定盘31缓慢地旋转一边用加热灯泡34对定盘31上的树脂进行加热，以此使树脂硬化形成研磨用树脂膜33(在图10中，为了便于图示，用垫片来表示(。在这种情况下，比如，使定盘31以例如5r·p·m进行旋转，同时把已溶于溶剂中去的聚氨基甲酸乙酯树脂加热到60℃，以此使溶剂蒸发形成研磨用树脂膜33。
其次，作为第3工序，使基板35保持在基板保持装置36中并向定盘31的上方移动。之后，一边使定盘31旋转，一边从第2管道37中向定盘31上边下滴含磨粒的研磨剂，与此同时，使基板保持36一边与定盘31向同一方向旋转一边使之下降，并使已保持于基板保持装置36中的基板35压接到研磨用树脂膜33上，对基板35的表面进行研磨。当基板35的研磨完了之后，把基板保持装置36从定盘31的上方移向规定的位置以卸下基板35。作为研磨比如说由直径200mm的大片构成的基板35的研磨条件应当这样设定，使得一边使定盘31以100r·p·m进行旋转，一边以200cc/min的速率往下滴由含10～1 5wt％的二氧化硅的PH10-11的碱性溶液组成的研磨剂，同时，采用一边使基板保持装置36以20r·p·m进行旋转，一边把基板35推压到研磨用树脂膜上的办法，使基板35的表面的压力变成为300g/cm2。
其次，作为第4工序，一边使定盘31旋转，一边从第3管道38中向定盘31上边下滴溶解研磨用树脂的溶剂，比说丙酮等有机溶剂或硫酸等等，以溶解并去除定盘31上的研磨用树脂膜。
通过反复以上的第1工序到第4工序，就可以使因研磨而使厚度或凹凸量有了变化的、即已疲劳了的研磨用树脂膜再生而不需进行修整处理。就是说，通过除去已经疲劳了的研磨用树脂膜并重新形成表面平坦的研磨所用树脂膜33，就可用厚度均匀且表面上无凹凸的研磨用树脂膜33稳定地研磨基板35。
还有，在第4实施例中，一边使定盘31旋转一边往下滴液态的树脂，而理想的是根据所用的树脂的粘性及溶剂的种类和量来调节定盘31的旋转速度和下滴的树脂量。
此外，在第4实施例中，用加热灯泡34对热硬化性树脂加热以使之硬化的办法形成了研磨用树脂膜33，但也可以代之以使定盘31的温度上升，用定盘31的热量使树脂硬化。
另外，在第4实施例中，作法是供给含磨粒的研磨剂，但也可以代之以先使含磨粒的树脂硬化以形成研磨用树脂膜33，然后向研磨用树脂膜上供给不含磨粒、PH已调节好了的液体。
此外，在上述第4工序中，可以在已研磨过规定数量的基板35之后更新研磨用树脂膜，也可以在研磨用树脂膜33超过了寿命的时刻，即超过了研磨用树脂膜33的面内均匀性或台阶吸收性能所能容许的范围的时刻更新研磨用树脂膜33。
再有，也可以在超过了研磨用树脂膜33的寿命的时刻，不用除去研磨用树脂膜33，向已疲劳了的研磨用树脂膜33的上边，用第2管道32供给树脂以使研磨用树脂膜33平坦化，恢复研磨用树膜33的面内均匀性和台阶吸收性能。在这种情况下，由于研磨用树脂膜33的厚度与现有的研磨垫盘的厚度相比极其之薄，故用供给树脂的办法使研磨用树脂膜33的表面平坦化。
第5实施例
图11示出本发明的第5实施例所涉及的基板研磨装置的概略性构造。在图11中，31是由具有平坦表面的刚体构成且可旋转的比如说红色的定盘。39是已贴到定盘31上边的白色半透明的研磨垫盘。40是向研磨垫盘39的上边供给研磨剂的第1管道，41是向研磨垫盘39的上边供给用于清洗的水的第2管道，42是测定研磨垫盘39的颜色的强度(R，G，B)的照相机。在定盘31的上方，和第1实施例一样，配置有基板保持装置36，该基板保持装置36具有用图中没有画出来的旋转驱动装置使之旋转的旋转轴36A和与旋转轴36A的下端设置为一体的、保持基板35的圆盘状的基板保持头36B。
在第5实施例所涉及的基板研磨装置中，用第2管道41供给水以对研磨垫盘39的表面进行清洗，同时除去研磨剂。之后，用照相机42测定通过研磨垫盘39进来的定盘31的红色的色强度。在研磨垫盘39的厚度足够厚的情况下，定盘31的红色透不过研磨垫盘39，所以照相机将捕捉到研磨垫盘39的白色，R，G，B的信号强度大体上相等。由于研磨垫盘39是半透明的，故随着研磨垫盘39变薄，透过研磨垫盘39的定盘31的红色增加，因而R的信号强就增加了起来。
图12示出了研磨垫盘39的厚度与R，G，B的信号强度的关系，横轴表示研磨垫盘39的厚度，纵轴表示把没有研磨垫盘39时的颜色的信号定为1时的颜色的信号强度。如图12所示，随着研磨垫盘39的厚度变薄，R的信号强度增大了，面G，B的信号强度则变小了，所以可用这一现象来判断研磨垫盘39的厚度。此外，采用测定定盘31的整个面上的R，G，B的信号强度的办法，还可以判断研磨垫盘39的凹凸的状态即部位不同所形成的厚度的变化。
作为半透明的研磨垫盘39的制作方法，既可以用含有不透光的微粒子(约几个wt％)的透明的树脂形成，也可以用在透明的树脂中形成微细的气泡的办法做成为使光漫反射的构造。
还有，在第5实施例中，使用的是红色的定盘31和白色半透明的研磨垫盘39，但也可代之以白色的定盘31和红色半透明的研磨垫盘39的组合。在这种情况下，借助于R的信号强度的降低和G，B信号强度的增加，就可以判断研磨垫盘39的厚度。此外，也可以采用各种各样的除此之外的颜色的组合。
另外，在应用多层构造的研磨盘39的情况下，也可把垫盘的表面层作成为半透明，把表面层以外的层作成带色的，代替给定盘31着色。
此外，在第5实施例中，在用水清洗了研磨垫盘39的表面之后，测定了颜色的信号强度。但也可以代之以用高压大气等等部分地除掉研磨垫盘39上的研磨剂之后测定已除掉了研磨剂的区域的颜色信号强度。
还有，也可以应用上述第5实施例所涉及的基板研磨装置，比如说向已被着色为红色的定盘31的上边，用第1管道32供给白色半透明的树脂以形成白色半透明的研磨用树脂膜33。测定通过研磨用树脂膜33进来的定盘31的红色信号强度。在这种情况下，比如说，当红色的信号强度超过了规定值时，则可在用第3管道38向定盘31上边供给溶剂以除掉研磨用树脂膜33之后，用第1管道32供给树脂以形成新的研磨用树脂膜33，或者不用除去研磨用树脂膜33，而用第1管道32供给树脂以使研磨用树脂膜33的表面平坦化。

Claims (10)

1.一种保持被研磨基板的同时，把所保持的被研磨基板推压到研磨垫盘上的研磨基板的保持装置，该装置具备有：
基板保持头，它具有被设置为对上述研磨垫盘可进可退且吸引被研磨基板的基板吸引装置和使从一端供给进来的加压流体从另一端流出去的流体供给通路；
环状的密封构件，该构件被固定于把上述基板保持头中的上述流体供给通路的另一端围起来的部位上，并与上述基板保持头以及已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板一起形成空间部分，
上述被研磨基板保持装置把已载置于上述研磨垫盘上边的被研磨基板用由上述流体供给通路的另一端供给到上述空间部分中去的加压流体的压力推压到上述研磨垫盘上，
当从上述流体供给通路的另一端给上述空间供给的加压流体的压力大于加在上述基板保持头上的推压力时，上述密封构件根据上述加压流体的压力且跟上述基板保持头一起被推压，从而在上述密封构件和被研磨基板之间形成的间隙，通过上述间隙使上述加压流体从上述空间流出外部。
2.一种保持被研磨基板的同时把所保持的被研磨基板推压到研磨垫盘上的被研磨基板保持装置。其特征在于该装置具有：
基板保持头，该保持头具有被设置为对上述研磨垫盘可进可退且吸引被研磨基板的基板吸引装置和使已从一端供给进来的加压流体从另一端流出去的液体供给通路；
环状密封构件，该构件被设置为对把上述基板保持头中的上述流体供给通路的另一端围起来的部分可以靠近可以离开，并与上述基板保持头及已载置到上述研磨垫盘上边的被研磨基板一起形成空间部分，
而且上述被研磨基板保持装置把已载置到上述研磨垫盘上边的被研磨基板用从上述流体供给通路的另一端供给到空间部分中来的加压流体的压力推压到上述研磨垫盘上，
上述密封构件通过从上述流体供给通路的另一端向上述空间供给的加压流体的压力向被研磨基板侧移动，从而使被研磨基板的边缘紧压在上述研磨垫盘上。
3.权利要求1或2的被研磨基板保持装置，
这种装置还具备有引导构件，该引导构件被设置于上述基板保持头中的上述密封构件的外侧，并把上述已载置于研磨垫盘上的被研磨基板保持在规定的位置上的同时具有连通内侧和外侧的连通通道。
4.权利要求1或2的被研磨基板保持装置，
上述基板保持头中的上述流体供给通路的另一端的开口部分被形成为平坦面，
还要具备把上述平坦面与已载置于上述研磨垫盘上边的被研磨基板之间的间隔设定为被研磨基板的直径的1000分之一以上的装置。
5.权利要求1或2的被研磨基板保持装置，上述密封构件由弹性体构成。
6.一种把被研磨基板推压到研磨垫盘上进行研磨的基板研磨方法，包括：
第1工序：设计成相对于上述研磨垫盘可进退的形式，且给空间部分-由具有使从一端供给的加压流体从另一端流出的流体供给通路的基板保持头，固定在包围上述基板保持头中的上述流体供给通路的另一端的部位上的密封构件，载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板形成一从上述流体供给通路的另一端供给加压流体，
第2工序：对上述基板保持头，相对于上述研磨垫盘以规定的推压力进行推压，
第3工序：通过从上述流体供给通路的另一端向上述空间供给的加压流体的压力使被研磨基板推压在上述研磨垫盘上，
第4工序：当从上述流体供给通路的另一端给上述空间供给的加压流体的压力大于加在上述基板保持头上的推压力时，上述密封构件根据上述加压流体的压力且跟上述基板保持头一起被推压，从而在上述密封构件和被研磨基板之间形成间隙，通过上述间隙使上述加压流体从上述空间流出外部。
7.权利要求6的基板的研磨方法，
向上述空间供给的加压流体的单位面积的压力比把上述规定的推压力用被研磨基板的研磨面的面积相除所得到的压力大。
8.权利要求7的基板的研磨方法，
向上述空间部分供给的加压流体的单位面积的压力大于上述规定的推压力用被研磨基板的研磨面的面积相除所得的压力的1.1倍以上且小于2.0倍。
9.一种把被研磨基板推压到研磨垫盘上进行研磨的基板研磨方法，包括：
第1工序：设计成相对于上述研磨垫盘可进退的方式，且给空间部分一由具有使从一端供给的加压流体从另一端的流出的流体供给通路的基板保持头，与包围上述基板保持头中的上述流体供给通路的另一端的部位可离合的形式设置的密封构件，载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板形成一从上述流体供给通路的另一端供给的加压流体，
第2工序：对上述基板保持头，相对于上述研磨垫盘以规定的推压力进行推压，
第3工序：通过从上述流体供给通路的另一端向上述空间部分供给的加压流体的压力，把被研磨基板推压在上述研磨垫盘的同时使上述密封构件向被研磨基板侧移动，从而被研磨基板的边缘推压在上述研磨垫盘上。
10.权利要求6或9的基板的研磨方法，
上述基板保持头中的保持被研磨基板的部分被形成为平坦面，
上述第3工序包括使上述平坦面与已载置于上述研磨垫盘上的被研磨基板之间的间隔维持为被研磨基板的直径的1000分之一以上的工序。
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