抛光装置、抛光方法、基板制造方法及电子装置制造方法

专利名称：抛光装置、抛光方法、基板制造方法及电子装置制造方法
技术领域：
本发明通常涉及一种抛光装置和抛光方法，尤其涉及一种对工件的两个 表面均进行抛光的方法。例如，本发明可应用于化学机械抛光装置或化学机
械平坦化抛光装置(简称为CMP装置)中。
背景技术：
微电子机械系统(简称为MEMS)传感器是MEMS的一个实例，其需 要在真空环境下通过将玻璃基板结合到具有传感功能的MEMS芯片的两侧 而进行维护。因此，玻璃基板的MEMS芯片侧需要具有较高的平面度。如 果在制造期间不需要区分玻璃基板的前后表面，那么该制造过程将会变得更 加方便。基于这些原因，需要将各玻璃基板的前后表面抛光为具有相同的平 面度。
抛光工艺包括精整(粗研磨)步骤，在该歩骤中对表面进行粗研磨， 以使该表面具有lpm-200nm的表面粗糙度RA;以及超精整步骤，在该步骤 屮对表面进行高精度地研磨，以使该表面具有几个纳米的表面粗糙度Ra。日 本专利申请公报第JP 2000-305069中提出了使用用于超精整步骤的CMP装 置。对于传统的CMP装置而言，为了对玻璃基板的两个表面进行抛光，在 将玻璃基板的一个表面进行抛光完毕之后，需要将玻璃基板拆卸、翻转并再 次安装。
与接续地单独抛光各个表面相比，同时抛光基板的两个表面可以优选地 改善CMP装置的产出量。在这种情况下，JP 1-92063中提出了一种用于精整 歩骤的双面抛光装置的使用。本申请的发明人因此回顾了用于CMP工艺的 双面抛光装置的应用。
无论是精整歩骤中的抛光还是CMP步骤中的抛光，工件在抛光过程中
将接触安装在座上的垫。JP 1-92063中，将工件以预定的配合插入到装配架
(jig)(本申请中称之为载体)中的容纳部中，然后将其安装到抛光装置屮。
随着抛光的进行，工件的已抛光表面的平面度变得越来越高，并且对垫 农面(抛光表面)的粘附力或摩擦力增加。然而，由于下部座和上部座彼此 沿相反的方向转动，所以工件将在容纳部中振荡，并且由于摩擦力和配合而 与载体发生碰撞，从而使工件的边缘碎裂或产生粉尘。因此，工件可能由于 粉尘进入垫表面与工件的抛光表面之间的空间而被损坏，并且平面度降低。 高精度的抛光需要防止粉尘产生的措施，并能够快速地去除任何所产生的粉 尘或或者保护工件免受粉尘的影响。

发明内容
本发明的目的在于一种可提供高精度抛光的抛光装置和抛光方法，其设 置为对工件的两个表面同时进行抛光。
根据本发明一个方案的抛光装置，其设置为对工件的两个表面同时进行
抛光，所述抛光装置包括 一对座，各个座均具有接触该工件的抛光表面， 该对座沿相反的方向旋转； 一对检测单元，其设置为检测该对座中相应的一 个座的转速；施压单元，其设置为按压该对座之间的该工件；浆体供给单元， 其设置为向所述座供应浆体；以及控制单元，其设置为在确定出该抛光表面 与该工件之间的摩擦力超过阈值时，降低该施压单元所施加的负载、所述座 的转速和该浆体供给单元所供给的浆体的供给量中的至少一个。在摩擦力超 过阈值时，该控制单元降低抛光力，从而防止或减少工件的进一步的抛光和 振动。
在确定出该摩擦力超过阈值时，该控制单元降低该施压单元所施加的负 载，或者将该对座中至少一个座的转速降低为零。可选择地，在确定出该摩 擦力超过阈值时，该控制单元将该施压单元所施加的负载降低为大于零的另 一个负载，同时保持所述座的转速，并随后在该负载降低为该另一个负载之 后的预定时间段内，将该施压单元所施加的负载降低到零，并停止所述座的 旋转。可选择地，在确定出该摩擦力超过阈值时，该控制单元将该对座中一
个座的转速降低为大于零的另一个转速，同时保持该施压单元所施加的负 载，并且随后在该转速降低为该另一个转速之后的预定时间段内，停止该对 座的旋转，并将该施压单元所施加的负载降低为零。上述任何一种方法均可 防止或降低工件的进一步的抛光和振动。预定的时间段可防止或降低所述座 之间的抛光量的差异。
该抛光装置，还可包括驱动单元，其设置为驱动该对座中的一个座； 以及传输机构，其设置为将通过该驱动单元施加到该对座中的一个座的旋转 轴上的驱动力反转并传输至该对座中的另一个座的旋转轴上；其中该控制单 元控制该传输机构的传动比和供给该驱动单元的电流，以使从该对检测单元 获得的该对座的转速可具有预置的关系。可选择地，该抛光装置还包括一对 驱动单元，各个驱动单元设置为驱动该对座中的相应的一个座，其中该控制 单元控制供给该对驱动单元的电流，以使从该对检测单元获得的该对座的转 速可具有预置的关系。因此，该控制单元可以控制所述两个座的抛光量。该 预置的关系是指该对座具有相同的转速，或该对座中沿重力方向位于上侧 的一个座的转速大于该对座中另一个座的转速。
该控制单元可基于供给该驱动单元的电流来确定摩擦力是否超过该阈
值。可选择地，该抛光装置还可包括扭矩传感器，该扭矩传感器设置为检测
该抛光表面与该工件之间的摩擦力，其中该控制单元基于该扭矩传感器的输
出来确定摩擦力是否超过阈值。
该抛光装置还可包括 一对温度测量部，各温度测量部设置为测量该对 座的一对抛光表面中的相对应的一个抛光表面；以及一对冷却部，各冷却部
设置为冷却相对应的一个抛光表面；其中，该控制单元基于该对温度测量部 的测量结果控制该对冷却部中每一个的冷却，以使该对抛光表面的温度形成 预置的关系。因此，控制单元可控制所述两个座的抛光量。该预置的关系例 如是指各所述抛光表面具有相同的温度，或该对抛光表面中沿重力方向位 于上侧的一个抛光表面的温度大于该对抛光表面中另一个抛光表面的温度。
该抛光装置还可包括计时器，该计时器用来测量该工件的抛光时间段， 其中该控制单元基于由该计时器测量的时间段来控制由该浆体供给单元供 给的浆体的供给量。因此，控制单元可控制所述两个座的抛光量。
该抛光装置还可包括垫，该垫设置为对各所述抛光表面上的该工件进行
抛光，该垫包括凸凹图案。该垫的凸凹图案可从该工件上去除粉尘。
由-T CMP需要精确的平坦化，并需要防止粉尘产生并去除粉尘，因此
该抛光装置可利用CMP来对工件进行抛光。
根据本发明另一方案的基板制造方法，包括制造基板的步骤和加工基板
的歩骤。制造基板的步骤包括研磨工件的粗研磨步骤，和化学机械抛光该 工件的超精整步骤。该粗研磨步骤和该超精整步骤中的至少一个步骤使用如 上所述的抛光装置或抛光方法。
根据本发明再一方案的基板制造方法，包括制造基板的步骤、加工基板 的步骤和平坦化基板的步骤。该制造基板的步骤和该平坦化基板的步骤中的 至少 -个步骤包括研磨工件的粗研磨步骤，和化学机械抛光该工件的超精 整歩骤。该粗研磨步骤和该超精整步骤中的至少一个步骤使用如上所述的抛 光装置或抛光方法。因此，在基板的制造过程中，可通过防止产生粉尘并去 除已产生的粉尘而提供高精度的抛光。
根据本发明另一方案的电子装置的制造方法，包括以下步骤使用上述 基板制造方法来制造基板；制造电子部件；以及由该基板和该电子部件来制
造电子装置。该电子装置的制造方法的操作也可与上述的基板的制造方法的
操作类似。
通过下述参照附图对优选实施例的详细说明，本发明的进一步详细的目 的和其它的特征将会变得显而易见。


图1是根据本发明的一个实施例的抛光装置的示意性框图。
图2是安装于图1所示的抛光装置上的载体和工件的分解立体图。
图3是示出用于将工件结合于图2所示的载体中的孔内的粘合剂的示意
性立体图。
图4A和图4B是用于将工件固定至图2所示的载体的一种变型的孔中的 布线环的示意性俯视图。
图5是示出了用于将工件固定至图2所示的载体的一种变型的孔中的推 动构件的示意性分解立体图。
图6是示出了用于将工件固定至图2所示的载体的孔中的弹性构件的示
意性分解立体图。
图7是示出了用于将工件固定至图2所示的载体的孔中的其它弹性构件
的示意性立体图。
图8是示出了可形成于图2所示的载体上的示例性凹槽的示意性立体阁。
图9是示出了可形成于图2所示的载体上的其它示例性凹槽的示意性立体阁。
图10是示出了可形成于图2所示的载体上的又一种凹槽的示意性立体图。
图11是示出了图10中的凹槽的变型的示意性立体图。
图12是示出了可形成于图2所示的载体上的其它示例性凹槽的示意性
立体图。
图13是示出了可形成于图2所示的载体上的另一种示例性凹槽的示意 性立体图。
图14是示出了可形成于图2所示的载体上的其它示例性凹槽的示意性
立体图。
图15是示出了具有图10和图13所示的凹槽的载体的示意性立体图。 图16是示出了可形成于图2所示的载体上的其它示例性通孔的示意性
立体图。
图17是示出了图1所示的抛光装置中的齿轮箱的一个实例的示意性局 部剖视图。
图18是示出了可形成于图1所示的下部座的垫上的凸凹图案的示意性
立体图。
图19A和图19B分别是应用于图l所示的抛光装置的载体的第一防尘机 构和第二防尘机构、恒星齿轮及外齿轮的示意性剖视和立体图。 图20是包括图1所示的抛光装置的抛光系统的示意性框图。 图21是描述图20所示的抛光系统如何操作的流程图； 图22是描述图21所示的步骤1100的细节的流程图； 图23A-图23D是示出了图22所示的各个歩骤的状态的示意性剖视图； 图24是示出了图23所示的间隔件的变型的示意性剖视图25是描述图21所示的步骤1200的细节的流程图26是描述图25所示的各个步骤的状态的时序图27是示出了图1所示的抛光装置的变型的示意性框图28是MEMS传感器的示意性剖视图29是示出了图28所示的MEMS传感器的制造方法的流程图;
图30是示出了图29所示的歩骤2200的细节的流程图31是示出了图30所示的步骤2210的细节的流程图32是示出了图30所示的歩骤2230的细节的流程图；以及
图33是图28所示的MEMS芯片的立体图。
具体实施例方式
现在参看附图，将对根据本发明的一个实施例的抛光装置IOO进行描述。 图1是根据本发明的抛光装置100的示意性立体图。抛光装置100设置成用 化学机械抛光法对工件w的两个表面同时进行抛光，然而，本发明的抛光 装置可应用于除CMP装置，如用于精整的抛光装置之外的任何抛光装置。
该实施例的工件W为基板，该基板为待抛光的目标。基板包括玻璃基 板、硅基板、陶瓷基板(包括层压基板)以及任何其它由单晶体材料制成的 基板。这些基板的典型形状为盘状(在该基板为晶片的情况下，则为具有定 向平面(orientation flat)的盘状)或矩形板形状。通常，基板的直径或长度 约为几十毫米至300毫米。基板的厚度通常介于数百微米至数十毫米的范围 内。
硅基板或石英基板可用于半导体基板。硅基板、玻璃基板或其它由绝缘 材料制成的基板也经常地用于半导体基板，然而，MEMS基板也可包括于半 导体基板中。基板可以是玻璃光掩模。陶瓷基板包括用作布线基板的陶瓷层 压基板和磁头基板(如AlTiC基板)。另一种布线基板为层压用树脂基板。 铝基板和玻璃基板可用作磁记录介质基板。单晶基板，如钽酸锂(lithium tantalite)或铌酸锂(lithium niobate)，可用作陀螺装置(gyro device)、加 速装置、表面声波(简称为"SAW")装置，或光学晶体材料。
抛光装置100包括载体IIO、固定构件、马达(驱动单元)130、下部 座140、测速发电机(检测单元)148、齿轮箱(传递机构)150、外齿轮158
(图16所示)、上部座160、测速发电机(检测单元)168、筒体(施压单 兀)170、浆体供给单元175以及控制单元180。
图2是设置成容放三个工件W的载体110的示意性立体图。图2所示 的工件W为半导体基板并具有定向平面Wo。载体110具有由不锈钢(SUS) 制成的基部111。基部111呈盘状，并包括顶面112a、底面112b、三个孔 113以及轮齿(嵌齿)118，所述轮齿118设置于外周表面上并使得载体110 能够用作行星齿轮。
在图1中，抛光装置IOO安装有一个载体110，但是本发明并不限制待 安装于抛光装置100上的载体110的数量。当抛光装置100安装有多个载体 110时，这些载体110以规则的角度间隔。尽管该实施例安装有四个载体110， 但是为了方便起见，各图仅示出一部分载体IIO。
顶面112a和底面112b与垫162和142的相应的垫表面162a和142a(抛 光表面)相对，随后将会对其进行描述。工件W的底面Wa从底面112b突 出，工件W的顶面Wb从顶面112a突出。相应的突起量相同。
孔113为设置成容放工件W的通孔。孔113使工件W从载体110的两 侧(或顶面112a侧和底面112b侧)露出。该实施例中，以120。间隔旋转对 称地设置三个孔，但是孔113的数量并不受限制。孔113穿透顶面112a和 底面112b。各孔113均呈近似盘状，并具有与定向平面Wo相对应的平面部 113a。在本实施例中，孔113的概念包括与设置成容放工件W的空间相关的 空间。
抛光装置100具有各种构造，以便保护工件W不会由于粉尘或微粒而 被损坏。第一保护措施为防粉尘产生装置。第二保护措施为用于保护工件W
免受所产生的粉尘的装置。抛光装置ioo包括固定构件，其作为用于阻止工
件W在基部111的孔113中振动，和防止工件W与载体IIO发生碰撞的装 置。固定构件用于接触工件W并将其固定。固定构件设置于载体110的孔 113中。
图3为一个实施例的示意性立体图，其中固定构件为图2所示的载体110 中的粘合剂120。该实施例的粘合剂120是alcowax 。粘合剂120将载体110 与孔113中的工件W粘合在一起。如果工件W的中心与孔113的中心位于 相同的位置时，在工件W容放于孔113中时，将会绕着工件W产生具有恒
定宽度的间隙J。
固定构件并非必须限于粘合剂120，其也可为对工件W施加弹性力的弹
图4A为作为载体110的变型的载体110A的俯视图。图4B为由图4A 巾的虚线所围起的部分"K"的局部放大视图。如图4A和图4B所示，连接 至凹部114的各孔113A与图2所示的孔113相对应。在图4A和图4B中， 弹性构件为与凹部114接合或局部地插入凹部114中的布线环(wire ring) 120A。
载体110A具有基部111A和孔113A。在本实施例中，各孔113A连接 至一个插设有一个布线环120A的凹部114，但是各孔113A可以连接至多个 插设有布线环的凹部。因此，布线环120A的数量并不限于一个。如果从顶 部观察，各布线环120A呈环形，但是并不限制其形状，例如，布线环也可 呈椭圆形。沿垂直于纸面的方向，各布线环120A与载体IIOA厚度相同或 比载体IIOA稍薄。
各凹部114形成在与各工件W的定向平面Wo相对的各平面部113a的 中心处。各凹部114具有用于防止各布线环120A离开凹部114的近似呈柱 形的空间。凹部114的位置或尺寸并不受限制。
各布线环120A从各凹部114向外突出。布线环120A的从平面部113a 伸出的突起121位于载体110A的基部111A与工件W之间的间隙J中，并 与工件W接触，且沿径向RA向外挤压工件W。
因此，布线环120A的突起121沿径向RA对工件W施加弹性力，并沿 径向RA使工件W的与定向平面Wo相对的端部压靠着载体IIOA，从而将 工件W固定于孔113A中。该实施例由于工件W的一个端部接触布线环 120A，而工件W的另一个端部接触载体IIOA，从而固定工件W。工件W 可以仅由多个对称设置的布线环120A固定。
图5是作为载体110的变型的载体IIOB、工件W以及作为固定构件的 另一变型的弹性构件120B的分解立体图。如图5所示，弹性构件120B通常 用于孔113B。
载体110B的基部111B具有一个孔113B。图5中的孔113B呈三个圆 彼此部分相交的形状。弹性构件120B设置于三个圆的相交部分(以下称为
"合并部分115")处。于是，弹性构件120B以这种方式设置于孔113B中。
弹性构件120B呈各顶点被截断的薄三角杆的形状，并被放入载体110B 的中心处的合并部分115中。沿垂直于纸面的方向，弹性构件120B的厚度 与载体110B相同或比载体IIOB稍薄。
在合并部分115中，载体110B的三个凸部115a向内突出，并且各凸部 ';/弹性构件120B的截断表面122中的相应一个表面接触并对其施压。弹性 构件120B由弹性材料，如橡胶制成，通过三个施压部123与三个工件W的 三个定向平面Wo接触并对其施压。各施压部123为平面部，且与工件W的 各定向平面Wo面接触并与其平行，并与图2所示的平面部113a相对应。然 而，施压部123沿径向向外延伸并长于图2所示的平面部113a，以便填充间 隙J。突起量被设定为稍大于间隙J的宽度。
因此，弹性构件120B的施压部123沿径向向外推动工件W，并且载体 IIOB沿径向RA对工件W的、与定向平面Wo相对的端部Wd施压。因此， 工件W固定于孔113B中。该实施例中，由于工件W的一个端部(或定向 平面Wo)接触弹性构件120B，并且工件W的另一个端部(或端部WCl) 接触限定载体110B中的孔113的轮廓表面113b的一部分113b,，从而固定 工件W。可选择地，并不使工件W接触载体IIOB，另一弹性构件可设置于 载体110B的一部分113h的位置处，并朝向内部突出，以便填充间隙J。因 此，另一个弹性构件接触并且沿径向RA挤压工件W的与定向平面Wo相对 的端部Wd，工件W并不接触载体IIOB。
在上述实施例中，固定构件接触工件W并将工件W固定于孔113中。 固定构件防止工件W在孔113中发生振动。假定载体110的高度方向为Z 向，垂直于Z向的平面为XY平面，孔113中的工件W可在XY平面上振动。 当工件W并不振动时，其不会与载体110相撞或产生粉尘。
在另一个实施例中，抛光装置100在孔113中的工件W与载体110之 间设置弹性构件，工件W可以在孔113中振动，或可以不在孔113中振动。 这是因为即使工件W在孔113中振荡或运动时，弹性构件也能保护工件 W避免与载体IIO相撞。
如果弹性构件与工件W和载体110之间的间隙J同宽，则在初始状态， 不会对工件W施加力。然而，弹性构件填充间隙J并将工件W固定于孔113
屮。 一旦工件W由于与抛光表面的摩擦力而沿任何方向移动，弹性构件就 对工件W施加力。由于工件W因弹性构件而不接触载体110，所以工件的 端部不会碎裂并且不会出现粉尘。
如果弹性构件比工件W与载体IIO之间的间隙J厚，当弹性构件设置于 孔113上时，则在初始状态就对工件W施加力，并且孔113中的工件W的 问定力增加。由于工件W因弹性构件并不接触载体llO，所以工件的端部不 会碎裂并且不会出现粉尘。例如，比间隙J厚的橡胶带可以围绕着工件W， W使工件W插入到孔113中。
当弹性构件比工件W与载体110之间的间隙J薄时，则在初始状态不会 对工件W施加力，并且间隙J允许工件W在孔113中运动。然而，由于工 件W并不接触载体llO，所以即使工件W运动，工件的端部也不会碎裂并 且不会出现粉尘。
图6为分解立体图，其示出了弹性构件120C固定至载体110C的轮廓表 面113b的一部分上，该轮廓表面113b限定出载体110C中的孔113。例如， 各弹性构件120C均具有近似圆柱的形状，并以120。的间隔设置于轮廓表面 113b的三个位置处并固定至这些轮廓表面113b。固定可以是采用以下方式 的结合或啮合，即形成类似于图4所示的凹部114的凹部并将弹性构件插入 到所述凹部中。
只要孔113可容放工件W，弹性构件的形状和尺寸以及弹性构件的数量 就不受限制。弹性构件120C可以与载体IIO—体形成。例如，各弹性构件 120C可具有三棱柱或四棱柱的形状，并以预定间隔设置。可选择地，弹性 构件120C可具有薄壁的中空圆柱。该实施例中，如果沿Z向观察弹性构件， 弹性构件120C短于图3所示的间隙J。
这种方法并未将工件W固定至载体110，并且不能保持随后的图23D 所示的位置关系。例如，该问题的一种解决方案为在工件W的外周侧面 Wc中设置三个沿径向延伸的孔Wc2，并将三个锥形的弹性构件插入到三个 孔W&中。这样，当工件W设置于孔113中，并绕着工件W形成具有恒定 宽度的间隙J时，工件W没有受到力，但是一旦工件W向任何方向运动， 工件W的外周侧面Wc就接触弹性构件120C的锥形侧壁。
图7为工件W和载体110的分解立体图。在外周侧面Wc的至少一部分
上，弹性构件120D固定至各工件W。例如，各弹性构件120D均具有圆柱 的形状，并可以按照120。的间隔设置于工件W的外周侧面Wc上的三个位 S处。可以使用粘接或弹性力来固定。与图6相比，图7中的弹性构件和工 件W与载体110间的凹部之间的位置关系相反。各弹性构件120D插入到载 休110的轮廓表面113b中的各孔113b2内。
一旦粉尘出现，便可将粉尘从工件W的两个表面Wa和Wb去除。以下 实施例使用由凸部和凹部构成的图案(凸凹图案)，所述图案形成在载体110 的两个表面112a和112b中的至少一个表面上，以便尽快从载体110与抛光 表面之间去除在抛光期间出现的粉尘。现在，将对作为凹槽形成的凸凹图案 的实施例进行描述。
图8为容放工件W的载体110D的立体图。载体110D的顶面112a具有 设置为用于去除粉尘的多个凹槽116。除凹槽116之外，载体110D与图2 所示的载体110相同。图8省去图3所示的粘合剂120。所有凹槽116沿单 方向(平行于Y向)彼此平行地延伸。
图9为载体110E的俯视图。载体110E的顶面112a具有设置为用于去 除粉尘的多个凹槽116A和116B。除凹槽116A和116B之外，载体110E与 图2所示的载体110相同。所有凹槽116A沿单方向(平行于X向)彼此平 行地延伸，所有凹槽116B也沿单方向(平行于Y向)彼此平行地延伸。X 向和Y向彼此正交。凹槽116A和116B可具有相同的形状，但是也可具有 不同的形状。
图10为载体110F的俯视图。载体110F的顶面112a具有设置为用于去 除粉尘的多个凹槽116C。除了凹槽116C之外，载体110F与图2所示的载 体110相同。多个凹槽116C以0 = 30°的规则成角度间隔地从载体110F的中 心111a沿径向RA延伸。凹槽116C的角度间隔并不必然限于30。，凹槽116C 可以不绕着中心llla以规则的角度间隔分布。另外，凹槽116C可以从偏离 载体11 OF的中心的中心位置延伸。
图11为载体110G的俯视图。载体110G的顶面112a具有设置为用于去 除粉尘的多个凹槽116C和116D。除凹槽116C和116D之外，载体110G与 图2所示的载体110相同。从凹槽116C上的、远离载体IIOG的中心llla 的同一位置处分叉(diverge)出一对凹槽116D。分叉方向不受限制，但是
凹槽116D平行于图11中的分叉侧的相邻凹槽116C。分叉点的数目并不限 于一个，分叉凹槽可以进一步分叉。
如上所述，成直线的凹槽可以在正交坐标系中沿一个或两个方向延伸。
凹槽还可在极坐标系上以规则或不规则的角度间隔从载体110的中心llla 或从任何其它位置沿径向延伸，或以其方式分支。
图12为载体110H的俯视图。载体110H的顶面112a具有设置为用于去 除粉尘的多个凹槽116E。除凹槽116E之外，载体110H与图2所示的载体 110相同。多个凹槽116E相对于径向RA以规则的间隔绕着载体110H的中 心llla同心地延伸。同心圆之间的间隔并非必须为规则的，各同心圆可具 有不同的尺寸。
图13为载体1101的俯视图。载体110I的顶面112a具有设置为用于去 除粉尘的多个凹槽116F。除凹槽116F之外，载体1101与图2所示的载体 110相同。多个凹槽116F从载体110I的中心llla螺旋地延伸。在本实施例 中，螺旋顺时针延伸，但是其也可以逆时针延伸。
图14为载体110J的俯视图。载体110J的顶面112a具有设置为用于去 除粉尘的多个凹槽116G。除凹槽116G之外，载体110J与图2所示的载体 110相同。多个凹槽116G从载体110J的中心llla涡旋似地延伸。在本实施 例中，涡旋为顺时针延伸，但是其也还可逆时针延伸。涡旋的间隔可以是恒 定的，或可以是不恒定的。
如上所述，曲线凹槽可以同心地、螺旋地或涡旋地延伸。凹槽还可沿任 何曲线，如二次曲线、椭圆形曲线或任何其它曲线延伸。
图15为载体110K的俯视图。载体IIOK的顶面112a具有设置为用于去 除粉尘的多个凹槽116C和116F。如上所述，在图8至图15中的凹槽116 至116G可以任意地组合。
各凹槽116至116G具有几十微米的宽度和深度，并形成等边三角形截 面。因此，各凹槽116至116G具有V形截面，但是其截面形状不受限制。 尽管该实施例中，在各载体110D至110K的顶面112a上沿重力方向形成凹 槽116至116G，但是载体110D至110K的底面112b也可另外具有凹槽或 仅仅该底面112b具有凹槽。
在载体110的两个表面112a和112b中的至少一个表面形成的凸凹图案
可以是上述的凹槽或通孔。图16为载体110L的俯视图，载体110L具有多
个穿透顶面112a和底面112b的通孔117。通孔117以规则的间隔沿XY方 向两维地设置，但是其也可以是同心地、螺旋地或涡旋地设置。各通孔117 的直径为几十微米。通孔117允许粉尘穿过所述通孔，并消除粉尘。
在载体110的两个表面112a和112b中的至少一个表面形成的图案可以 包括多个在两个表面112a和112b上形成的突起。
回看图1，马达130经由传输机构135，如皮带或皮带轮和测速发电机 148，可旋转地驱动下部座140。测速发电机148绕着下部座140的旋转轴设 笠，并向控制单元180输出与下部座140的转速(转数)相对应的模拟电压。
现在参看图17，将对齿轮箱150的原理进行描述。图17是齿轮箱150 的示意性剖视图。齿轮箱150使轴141的旋转方向反向，并将转动传输至轴 161。齿轮箱150绕着作为下部座140的旋转轴的轴141固定，并且还绕着 作为上部座160的旋转轴的轴161固定。尽管图17中示出齿轮箱150的原 理，但是齿轮箱150的结构并不限于图17所示的结构，只要齿轮箱150可 使轴141的转动方向反向并将转动传输至轴161即可。
齿轮箱150具有壳体151a和151b， 一对锥齿轮152和153以及三个锥 齿轮。为便于示出，图17中仅示出了三个锥齿轮中的两个锥齿轮，分别表 示为154和155，并且为方便起见，省去剩余的一个锥齿轮。
壳体151b设置于壳体151a中，并具有两个供轴141和161插入的孔， 和三个供三个锥齿轮的轴的端部插入的孔。为了方便起见，图17透视地示 出了壳体151b。如果沿Z向从顶部观察时，壳体151a呈环形形状，壳体151a 具有供三个锥齿轮的轴的另一端部插入的孔。三个锥齿轮的轴的两端固定于 壳体151a和151b中，并且不会转动。
锥齿轮152绕着轴141固定，并随着轴141转动。马达130的驱动力即 传输到该轴141。三个锥齿轮与锥齿轮152啮合并以120。度的间隔设置。图 17示出了三个锥齿轮中的锥齿轮154及其轴154a和锥齿轮155及其轴155a。 如上所述，轴154a和155a固定于壳体151a和151b中。锥齿轮153与三个 锥齿轮啮合，并随着轴161转动，轴161为上部座160的旋转轴。
如果沿Z向从顶部观察，当锥齿轮152顺时针转动时，该锥齿轮152的 前侧转动到左侧，如图17所示。然后，锥齿轮154的前侧向下转动，如图
17所示。响应于上述转动，锥齿轮153的前侧转动到右侧，如图17所示。 类似地，锥齿轮155的前侧向上转动，如图17所示。响应于上述转动，锥 齿轮153的前侧转动到右侧，如图17所示。因此，锥齿轮152和153沿相 反方向转动，施加于轴141的驱动力反转并传输至轴161。
为了便于描述这种反转，图17中的三个锥齿轮154和155具有相同的 齿数。然而，在实际构造中，三个锥齿轮具有不同的齿数，并且设置为适于 选择性地接触锥齿轮152。控制单元180可控制三个锥齿轮中的哪个锥齿轮 应该接触锥齿轮152，从而改变齿轮箱150的齿轮齿数比。
因此，马达130的驱动力经由齿轮箱150传输至上部座160，并且上部 座160沿与下部座140相反的方向转动。测速发电机168绕着上部座160的 旋转轴设置，并向控制单元180输出与上部座160的转速相对应的模拟电压。
如图18所示，下部座140包括垫142，垫142具有位于载体110 —侧上 的抛光表面(垫表面)142a。上部座160包括垫162，垫162具有位于载体 IIO—侧上的抛光表面(垫表面)162a。
作为用于在出现粉尘后去除粉尘的装置，垫142具有位于垫表面142a 上的凸凹图案143，以便尽快从载体110与抛光表面之间去除在抛光期间所 产生的粉尘。凸凹图案143可以是图8至图16所示的凹槽、通孔或任何其 它图案。
垫142和垫162由软性材料，例如聚氨酯制成，并具有相同的结构。
图19A为示出了恒星齿轮156、载体110、外齿轮158、第一防尘机构 200以及第二防尘机构240的示意性剖视图。
本实施例中，恒星齿轮156绕着下部座140上的轴141设置且位于齿轮 箱150下方，并允许恒星齿轮156随着轴141转动。然而，在一个替代实施 例中，恒星齿轮156绕着上部座160上的轴161设置且位于齿轮箱150上方， 并允许恒星齿轮156随着轴161转动。恒星齿轮156具有齿(嵌齿)156a。
载体110的外侧圆周上具有齿(嵌齿)。齿118使得载体110能够作为 行星齿轮。恒星齿轮156的齿156a与载体110的齿118啮合。外齿轮158 具有齿158a，齿158a与载体110的齿118啮合。恒星齿轮156、作为行星 齿轮的载体110以及外齿轮158构成行星齿轮传动机构。
行星齿轮传动机构为增速机构或减速机构，其中一个或多个行星齿轮绕
着恒星齿轮自转和公转。行星齿轮传动机构可利用少量的传输级而获得较大 的速度比，传输较大的转矩，以及同轴地设置输入轴与输出轴。
在图1所示的抛光装置100中，齿轮箱150用作恒星齿轮并转动。载体
IIO用作行星齿轮，并绕着齿轮箱150自转和公转。外齿轮158固定。
第一防尘机构200用于防止因恒星齿轮156的齿156a与载体110的齿 118之间的啮合而产生的粉尘，进入工作W与垫表面(抛光表面)142a或 162a之间。
图19B为第一防尘机构200和第二防尘机构240的示意性立体图。 第一防尘机构200具有第一块210，接触刷(第一弹性构件)220以及
流体供给喷嘴230。
第一块210呈环形形状，绕着轴161设置并相对于轴保持静止。然而，
可选的是第一块210可相对于轴161保持静止或随着上部座160转动。第一
块210包括凸部212a和212b、凹槽212c、凸部215、内周面216以及外周
面217。
从恒星齿轮观察，凸部212a和212b具有相同的高度，但外凸部212b 可高于内凸部212a，以防止流体F流到工件W。凹槽212c具有规则间隔的 通孔213。通孔213用来向载体110供应(分配或喷射)流体F。凸部215 靠近齿156a设置。如果从顶部观察，内周面216和外周面217设置为相对 于轴141同心。
在恒星齿轮156的齿156a与载体110的中心llla之间，接触刷220连 接至第一块210的外周面217的底部，该接触刷220在圆周方向M,上与轴 141同心。接触刷220由弹性材料，如橡胶制成，并在接触位置112a,处接 触载体110的顶面112a。如果沿Z向从顶部观察，接触位置112aJ立于恒星 齿轮156 (或接触恒星齿轮156的载体110的齿118)与载体110中的孔113 之间。接触刷220用于防止因载体110的齿118与恒星齿轮156的齿156a 之间的啮合产生的粉尘移动至载体110的顶面112a上的接触位置112a,的内
流体供给喷嘴230为设置为适于向第一块210中的凹槽212c供应流体 F，如液体(例如水)或气体(例如空气)的管。如果流体F为液体， 其将经由通孔213而滴落在载体110的顶面112a，并冲走粉尘。如果流体F
为气体，则其经由通孔213吹送至载体110的顶面112a，并吹走粉尘。
类似于第一块210，流体供给喷嘴230绕着轴161设置并相对于轴161
保持静止。由于流体供给喷嘴230不会转动，所以流体供给喷嘴230的一端，
例如可容易地连接至供水系统的水龙头。
根据需要，可绕着轴161同心地设置多个流体供给喷嘴230。流体供给
喷嘴230和通孔213构成第一流体供应部分，其向载体110的齿118与接触
刷220之间的空间供应流体F。
第二防尘机构240用于防止由于载体110的齿118与外齿轮158的齿
158a之间的啮合产生的粉尘进入工作W和垫表面(抛光表面)142a或162a
之间的空间。
第二防尘机构240具有第二块250、接触刷(第二弹性构件)260以及 流体供给喷嘴270。
第二块250呈环形形状，绕着轴161设置并相对于轴161保持静止。然 而，可选的是第二块250可相对于轴161保持静止或随着上部座160转动。 第二块250包括凸部252a和252b、凹槽252c、凸部255、内周面256以及 外周面257。
从恒星齿轮156观察，凸部252a和252b具有相同的高度，但内凸部252a 可高于外凸部252b，以防止流体F流到工件W。凹槽252c具有规则间隔的 通孔253。通孔253用来向载体110供应(分配或喷射)流体F。凸部255 靠近齿158a设置。如果从顶部观察，内周面256和外周面257设置为相对 于轴141同心。
在恒星齿轮156的齿156a与载体110的中心llla之间，接触刷260连 接至第二块250的外周面256的底部，该接触刷260在圆周方向Nt上与轴 141同心。接触刷260由弹性材料，如橡胶制成，并在接触位置112a2处接 触载体110的顶面112a。如果沿Z向从顶部观察，接触位置11232位于外齿 轮158 (或接触外齿轮158的载体110的齿118)与载体110的孔113之间。 接触刷260用于防止因载体110的齿118与外齿轮158的齿158a之间的啮 合产生的粉尘移动至载体110的顶面112a上的接触位置112a2的内侧。
流体供给喷嘴270为设置为适于向第二块250上的凹槽252c供应流体F 的管。如果流体F为液体，其将经由通孔253滴落在载体110的顶面112a，
并冲走粉尘。如果流体F为气体，则其经由通孔253吹送至载体110的顶面 112a，并吹走粉尘。
类似于第二块250，流体供给喷嘴270绕着轴161设置并相对于轴161 保持静止。由于流体供给喷嘴270不会转动，所以流体供给喷嘴270的一端， 例如可容易地连接至供水系统的水龙头。
根据需要，可绕着轴161同心地设置多个流体供给喷嘴270。流体供给 喷嘴270和通孔253构成第二流体供应部分，其向载体110的齿118与接触 刷260之间的空间供应流体F。
因此，第一防尘机构200和第二防尘机构240保护工件W免受行星齿 轮传动机构所产生的粉尘。
现在回看图1，筒体170为气缸，其对下部座140与上部座160之间的 工件W施加负载或压力。浆体供给单元175将浆体(或磨料)分配在上部 座160的顶面160a上。上部座160和垫162具有多个通孔163，所述通孔 163沿Z向延伸并穿透上部座160和垫162。浆体S经由通孔163而被供给 到垫162的抛光表面。随后，浆体S滴落在下部座140的垫142上，并被供 向抛光表面142a。该实施例的浆体S为二氧化铈浆体。如果该实施例的抛光 装置100为研磨装置，浆体S则包括分散在溶液中的磨粒。
控制单元180连接至马达130、齿轮箱150、测速发电机148和168、筒 体170以及浆体供给单元175。控制单元180根据测速发电机148和168的 输出，控制施加于马达130的驱动电流、齿轮箱150的齿轮齿数比、由筒体 170施加的负载以及由浆体供给单元175供应的浆体的供给量。
控制单元180包括CPU或MPU、存储该实施例的抛光方法所需的数 据或程序的存储器182以及测量时间的计时器184。
现在参看图20至图24，将对包括抛光装置100的抛光系统300及其操 作进行描述。图20为抛光系统300的示意性框图。抛光系统300包括装配 单元310、装载器320、抛光装置IOO、机械手330、紧接的(immediate)清 洗装置340、卸载器350、储液器360以及主清洗装置370。
装配单元310将工件W连接至载体110，并使用固定构件将工件W固 定于载体110中的孔113内。装载器320将容纳工件W的载体110连接至 抛光装置100。在进行抛光之后，机械手330将载体110从抛光装置100拆
下，并将载体110连接至紧接的清洗装置340。紧接的清洗装置340对刚抛 光后的载体110进行粗略地清洗。在进行紧接的清洗(或临时的清洗)之后， 卸载器350将载体110从紧接的清洗装置340输送至主清洗装置370。
储液器360将载体110储存于纯水或溶液中，以防止工件W在进行主 淸洗之前干燥。主清洗装置370彻底地清洗已经由紧接的清洗装置340进行 粗略清洗的载体110。主清洗装置370利用氢氟酸、超临界流体或超声清洗 剂来清洗载体110。
下面将参照图21描述由抛光系统300执行的抛光方法。图21是用于解 释抛光系统300的操作的流程图。
首先，执行抛光准备(步骤1100)。关于步骤1100的抛光准备，以下 将对使用图3所示的粘合剂120作为固定构件进行说明。图22是用于解释 图21所示的步骤1100的细节的流程图。图23A-图23D是示出了图22中的 各个步骤的示意性剖视图。
如图23A所示，露出孔113的间隔件IO接触载体110的底面112b (步 骤1102)。在间隔件10和载体110彼此对齐(例如，两者的端部彼此对齐) 之后，该间隔件10接触载体110。该间隔件10和载体110如果必要可以固 定(tack)在一起。可使用环构件18来将间隔件10和载体110置于该环构 件18内，从而沿垂直于Z向的方向定位该间隔件和载体。也可使用图24所 示的容器来代替该间隔件10，采用该容器的步骤与采用该间隔件的步骤类 似。该实施例将包括上述容器的那些构件称为"间隔件"。
间隔件10的尺寸与载体110相同，例如，具有直径N，并且与载体110 类似，具有基部11和通孔13。通孔13的形状与孔113的形状近似相同，但 是稍大于孔113。间隔件的厚度为hp该厚度不同于载体110的厚度，载体 110具有不同的厚度h2。通常地，h一h2。如后文中将要描述的，该厚度h, 也是工件W从载体110的底面112b突出的长度。
间隔件10A具有基部IIA，该基部11A包括与间隔件10的基部11相 对应的台阶部llAp间隔件10A具有直径N，该直径N约等于载体110的 外径，该间隔件10A还具有厚度为h2的容纳部15以及与通孔13尺寸相同 的凹部13A。间隔件IOA还具有壁11A2，该壁11A2的尺寸为V!XV2，且对 应于环构件18。该结构有利于载体110相对于间隔件10A的定位。
在步骤1102的设置中，当沿V向从底部观察间隔件10的通孔13时，
可通过该间隔件10的通孔13完全观察到载体110上的孔113，或者换言之， 间隔件10的基部11不会遮蔽孔113。即使在使用间隔件IOA的设置中，间 隔件IOA的台阶部11Ai也不会遮蔽孔113。
间隔件10的形状不受限制，其形状并不必须与载体110的形状相同， 只要该间隔件10具有厚度hp并且具有可露出所有的孔113的通孔即可。
接下来，如图23B所示，工件W插入到载体110的孔113中，从而使 得l:件W的底部Wa和间隔件10的底部10a位于同一平面U，且工件W的 顶面Wb可从载体IIO突出(步骤1104)。在间隔件10A的情况下，由于 凹部13A的底面和虚线表示的台阶部IIA,的底面位于同一平面，因此，可 通过将工件W部分地插入到凹部13A而满足上述条件。
工件W从载体110的顶面112a突出的长度为hp该长度等于工件W从 底面112b突出的长度。这是因为在该实施例中，期望沿Z向对工件W的两 个表面Wa和Wb抛光相同的量。
步骤1104例如可通过下述步骤执行，g卩将图23A所示的结构置于水 平台面上，并从顶部将工件W插入到载体110的孔113中。该实施例中的 水平台面可以是热板，然而，间隔件IOA同样也可被加热。为方便起见，图 23B仅示出了一个工件W。图23B所示的条件可通过下述的步骤来实现，即 在工件W插入到载体110的孔113中之后，使得间隔件IO接触载体110的 一个表面。可选择地，也可通过下述步骤来实现，即在工件W插入到载 体110的孔113中之后，将载体IIO插入到间隔件IOA。
接下来，在工件W的相对表面上(或顶面Wb上)，将粘合剂120施加 到工件W与载体IIO之间的间隙J的至少一部分上(步骤1106)。这里， "间隙J的至少一部分"是指允许粘合剂120不完全地填充到间隙J的整 个圆周。
在使用分配器20施加粘合剂120时，如图23C所示，粘合剂120不需 要精确地置于间隙J中，粘合剂120的一部分可置于工件W的顶面Wb，这 是因为粘合剂120是软的，且可通过抛光去除。图23C示出了粘合剂120的
量或位置。
如上所述，该实施例中的粘合剂120是alcOWax 。在如图23B所示的结
构设置成使得平面U成为热板(未示出)的顶面之后，如果粘合剂120滴落，
粘合剂120可由热板进行加热，并且通过毛细作用而渗入到间隙J中。然后， 当温度回到室温时，粘合剂120凝固。在该实施例中，液化的粘合剂120很 少会在工件W的顶面Wb上形成如图23C所示的突起。在通孔13中，间隔 件10的基部11与通孔13中的工件W之间的间隔，或者在凹部13A中，工 件W与间隔件10A的台阶部IIA!之间的间隔大于间隙J，并且粘合剂不会 填充到该间隔中。
接下来，使间隔件10与图23C所示结构中的载体110分离(步骤1108)。 阁23D示出了这种状态。
在装配单元310中执行步骤1102-1108。
接下来，装载器320将载体连接到抛光装置100中，在该载体中，工件 W从顶面112a和底面112b突出(步骤1110)。
如该实施例所述，将工件W固定至载体110的一个特征在于，无需设 置任何传统的双面研磨装置。通常，传统的双面研磨装置不使用如图23B所 不的间隔件IO，或粘接工件W与载体IIO之间的间隙J。因此，当安装有工 件W的载体110安装至研磨装置时，各个工件仅从载体110的一侧(例如， 从顶面112a侧)突出，而使得工件W的底面Wa和载体110的底面112b位 于同一平面。
在双面研磨装置中，具有顶部抛光表面和底部抛光表面的垫由金属或陶 瓷制成。因此，研磨装置中的座可称为硬座。假定工件W和载体110未固 定，且载体110在上部硬座和下部硬座按压工件W时可移动。这样，仅工 件W可被抛光。因此，不需形成如图23D所示的结构。
另一方面，在CMP装置中，具有顶部抛光表面和底部抛光表面的垫由 软性材料制成，例如由聚氨脂(urethane)制成。因此，研磨装置中的座可 称为软座。如果在上部软座和下部软座按压工件W时，工件W的底面Wa 和载体110的底面112b位于同一平面，则CMP装置除了抛光工件W之外 还会抛光载体110，并会吸收(absorb)载体110。因此，如图23D所示的 结构可有效地避免这种情况。图23D所示的结构不但可应用于双面CMP装 置中，而且还可应用于双面研磨装置中。
接下来，使用抛光装置100进行抛光(步骤1200)。图25是用于解释
图21所示的步骤1200的细节的流程图。图26是时序图，纵坐标轴表示下 部座140的转速(rpm)、由筒体170施加的负载(kgf)以及摩擦力(kgf)， 横坐标轴表示时间。然而，在该实施例中，也可将纵坐标轴中的摩擦力(kgf) 用代表摩擦力的电流值(A)来代替。
首先，控制单元180将来自浆体供给单元175的浆体S供应至上部座160 的顶面(歩骤1202)。通过模拟或实验预先获得浆体S的正确的供给量，并 将其存储到存储器182中。控制单元180控制浆体供给单元175，以便分配 所存储的供给量的浆体S。
随着浆体供给单元175供给的浆体S的量的增加，下部座140和上部座 160以相同的速率增加抛光量。因此，控制单元180增加浆体S的供给量， 以整体上增加抛光量。控制单元180降低浆体S的供给量，以整体上降低抛 光量。换言之，根据该实施例，当下部座140和上部座160的抛光量不同时， 通过浆体供给单元175控制供给量仍无法消除该差别。
控制单元180向马达130供电，并使得下部座140转动(步骤1204以 及步骤1202)。
接下来，控制单元180确定下部座140的转速(转数)是否等于5rpm (歩骤1206)。控制单元180通过将表示下部座140转速的测速发电机148 的输出与存储在存储器182中的5rpm的值进行比较，而进行步骤1206中的 确定。5rpm仅示出了一个低转速，本发明并不局限于该转速。
当确定下部座140的转速等于5rpm时(步骤1206)，控制单元180控 制供给马达130的电流，以使下部座140的转速恒定(步骤1208)。
随着对工件W抛光的进行，抛光表面(或底面Wa和顶面Wb)变得更 加平坦，从而对抛光表面(垫表面)的粘附作用和摩擦力增加。这样，当供 给马达130的电流值恒定时，转速会逐渐降低。因此，在步骤1208中，控 制单元180将逐渐地增加供给马达130的电流，以使测速发电机148的输出 恒定。控制单元180持续进行这种控制，直至下部座140的转速变为5rpm。
接下来，控制单元180确定上部座160的转速是否等于5rpm (步骤 1210)。控制单元180通过将表示上部座160转速的测速发电机168的输出 与存储在存储器182中的5rpm的值进行比较，而进行步骤1210中的确定。
在该实施例中，顶部抛光表面和底部抛光表面具有相同的抛光能力，并
且如果它们的转速不相同的话，将会在顶部抛光表面与底部抛光表面之间产
生抛光量的差异。当确定上部座160的转速不等于5rpm时(步骤1210)， 控制单元180控制齿轮箱150，并且改变齿轮齿数比(传动比)(步骤1212)。 然后，程序返回到步骤1208与步骤1210之间。
另一方面，当确定上部座160的转速等于5rpm时(歩骤1210)，控制 单元180逐渐地增加由筒体170施加的负载(步骤1214)。
接下来，由控制单元180确定由筒体170施加的负载是否为3kgf (步 骤1216)。当确定由筒体170施加的负载为3kgf时(步骤1216)，控制单 元180增加供给马达130的电流和下部座140的转速(步骤1218)。控制单 元180持续这种控制，直至其确定由筒体170施加的负载为3kgf。
接下来，控制单元180确定下部座140的转速是否为30rpm(步骤1220)。 控制单元180通过将表示下部座140转速的测速发电机148的输出与存储在 存储器182中的30rpm的值进行比较，而进行步骤1220中的确定。30rpm 仅示出了一个正常的抛光速率，本发明并不局限于该转速。
当确定下部座140的转速为30rpm (步骤1220)，控制单元180控制供 给到马达130的电流，以使下部座140的转速恒定(步骤1222)。
随着对工件W抛光的进行，抛光表面(或底面Wa和顶面Wb)变得更 加平坦，从而对该抛光表面(垫表面)上的粘附作用和摩擦力增加。这样， 当供给马达130的电流值恒定时，转速会逐渐降低。因此，在步骤1222中， 控制单元180将逐渐增加供给马达130的电流值，以使测速发电机148的输 出恒定。当确定下部座140的转速不为30rpm时，控制单元180使得程序返 回歩骤1220。
接下来，控制单元180确定上部座160的转速是否为30rpm(步骤1224)。 控制单元180通过将表示上部座160转速的测速发电机168的输出与存储在 存储器182中的30rpm的值进行比较，而进行步骤1224中的确定。
在该实施例中，顶部抛光表面142a和底部抛光表面162a具有相同的抛 光能力，并且如果它们的转速不相同的话，将会在顶部抛光表面与底部抛光 表面之间产生抛光量的差异。当确定上部座160的转速不等于30rpm时(步 骤1224)，控制单元180控制齿轮箱150，并且改变齿轮齿数比(传动比) (步骤1226)。然后，程序返回到步骤1224。
另一方面，当确定上部座160的转速等于30rpm (步骤1224)，控制单 元180快速增加由筒体(cylinder) 170施加的负载(歩骤1228)。
接下来，控制单元180确定由筒体170施加的负载是否为30kgf (步 骤1230)。当确定由筒体170施加的负载为30kgf时(步骤1230)，控制单 兀180保持由筒体170施加的负载(步骤1232)。只要控制单元180确定由 筒体170施加的负载为30kgf，控制单元180就会持续这种控制，从而可对 工件W的两个表面Wa和Wb提供完全同时的抛光。
接下来，控制单元180确定供给马达130的电流值是否超过阈值(步骤 1234)。如上所述，随着对工件W的抛光的进行，工件W与抛光表面之间 的摩擦力增加，并且供给马达130的电流值也增加。因此，供给马达130的 电流值代表摩擦力。阈值提前存储到存储器182中。随着摩擦力的增加，工 件W在孔113中振荡，并且阈值设定为低于不可忽略的临界点。控制单元 180监控供给马达130的电流值，并可防止由于工件W与载体110之间的振 荡而产生的粉尘。
控制单元180可使用扭矩传感器l卯a和190b来代替电流值。扭矩传感 器190a例如粘附至垫142上合适的位置，并直接检测垫142与工件W的底 面Wa之间的摩擦力。扭矩传感器190b例如粘附至垫162上合适的位置，并 直接检测垫162与工件W的顶面Wb之间的摩擦力。然而，由于该实施例监 控电流值，因此可不需要扭矩传感器190a和190b。
当确定摩擦力(或者扭矩传感器的输出值、或者供给马达130的电流值) 超过阈值时(步骤1234)，控制单元180快速降低由筒体170施加的负载(步 骤1236)。然而，不需将负载降低为零。控制单元180持续这种控制，直至 摩擦力超过该阈值。
在步骤1234中确定出下部座140上的垫142的垫表面142a与工件W的 底面Wa之间的摩擦力超过阈值，则意味着工件W的底面Wa的表面粗糙度 落入了目标范围内。然而，在座140与160之间可能存在抛光量的差异。在 这种情况下，即使工件W的底面Wa落入目标值内，该工件W的顶面Wb 也可能尚未落入目标值内。
因此，控制单元180确定由筒体170施加的负载是否为10kgf (步骤 1238) 。
"10kgf"选自可用于抛光而不会使工件W发生振动或损坏的负载
范围。该负载范围可通过实验或模拟而获得。在该实施例中，该负载范围约
为10kgf至15kgf。
当确定由筒体170施加的负载为10kgf时(步骤1238)，控制单元180 保持该条件，而并不改变下部座140和上部座160的转速，直至经过预定的 时间段H (歩骤1240和步骤1242)。预定的时间段H可通过实验或模拟而 获得，并存储在存储器182中。通过计时器184测量该预定的时间段。结果， 可以消除工件W的下部座140与上部座160之间的研磨量的差异。由于工 件W的底面Wa己落入到目标范围内，工件W的顶面Wb的表面粗糙度在 预定的时间段H内也可落入到目标范围内。只要控制单元180确定由筒体 170施加的负载为10kgf，该控制单元180就持续该过程。
该实施例中改变了负载，但是，也可以改变齿轮齿数比以及下部座140 和上部座160的转速。可选择地，如下所述，当马达连接至上部座160时， 可控制供给马达的电流，以改变转速。
当确定经过了预定的时间段H时(步骤1242)，控制单元180将供给 马达130的电流快速降低到零(步骤1244)，并将由筒体170施加的负载快 速降低到零(步骤1246)。根据该实施例，工件W的两个表面Wa和Wb 均可被抛光为具有5nm或更小的表面粗糙度，并且不会产生粉尘。
为了便于示出，图26中的[1]、 [2] 、 [3]分别表示1分钟、2分钟、3分 钟。参照计时器184，当步骤进行到1216，且在l分钟之内未完成，则控制 单元184在显示器(未示出)上显示错误信息。类似地，参照计时器184， 当步骤进行到1234，且在2分钟之内未完成，则控制单元180在显示器(未 示出)上显示错误信息。此外，参照计时器184，当步骤进行到1246，且在 3分钟之内未完成，则控制单元180在显示器(未示出)上显示错误信息。 在这种情况下，通过调整随后的浆体S的供给量而使控制器180进行响应。
步骤1210、 1212、 1224和1226控制齿轮箱150的齿轮齿数比，以使下 部座140和上部座160的转速彼此相等。在双面抛光中，即使下部座140和 上部座160的转速彼此相等，或者垫142和垫162的结构彼此相同，由于环 境因素，例如重力，抛光量仍然可能存在差异。例如，由于重力、负载和浆 体的量对由下部座140进行的抛光和由上部座160进行的抛光产生不同影 响。当通过模拟和实验可预先获知抛光量的差异时，可将下部座140和上部
座160设定为具有与抛光量的差异相对应的转速差异。例如，当由下部座140 的垫142进行的抛光量大于由上部座160的垫162进行的抛光量时，可将下 部座140的转速&设定为小于上部座160的转速R2 (R,<R2)。由于对于双 而抛光而言，不可能仅抛光一个抛光表面而不抛光另一个抛光表面，因此， 。在特定的吋间内，两个表面的抛光同时结束时，需要将所述两个表面的抛 光量设定为彼此相同。因此，优选地，将&和R2设定为使得下部座140 单位时间内的抛光量与上部座160的单位时间内的抛光量相同。
在图26中，当摩擦力超过阈值时，控制单元180降低由筒体170施加 的负载，同时保持两个座的转速。然而，在另一个实施例中，控制单元180 可保持负载恒定，并且可改变座的转速、和/或齿轮箱150的齿轮齿数比、和 /或由浆体供给单元175供给的浆体S的量。此外，并非必须要设置预定的时 间段H;当下部座140与上部座160之间的抛光量的差异可忽略时，也可不 设置预定的时间段H。可选择地，即使下部座140与上部座160之间的抛光 量的差异显著，也可通过调整各个部件而预先消除所述抛光量的差异。例如， 当抛光量的差异加倍时，可将齿轮齿数比设定为1至2，或者可将一侧的抛 光表面的温度设定为不同于另一侧的抛光表面的温度，以便提前消除抛光量 的差异。
图1所示的抛光装置100通常使用马达130来驱动下部座140和上部座 160，但是其也可使用两个单独的马达来分别驱动两个座。图27是抛光装置 100A的框图。图27中的与图1中对应的元件以与之相同的附图标记来表示， 并且省略对这些元件的描述。
抛光装置IOOA经传输机构135A将马达130A连接到测速发电机168。 马达130A的结构与马达130的结构相同，并且传输机构135A的结构与传 输机构135的结构相同。由于轴141没有齿轮箱150，施加到轴141的驱动 力不会传输到轴161，因而控制单元180不会控制齿轮齿数比。然而，在轴 141的外圆周上设有恒星齿轮156。上部座160仅接收来自马达130A的驱动 力。
抛光装置100A包括一对连接至控制单元180的温度测量单元192a和 192b，以及一对连接至控制单元180的冷却单元195a和195b。
温度测量单元192a测量抛光表面142a的温度。温度测量单元192a可使 川或不使用为获得测量结果而必需的操作来测量下部座140或垫142的温 度，以获得表面142a的温度。温度测量单元192b测量抛光表面142a的温 度。温度测量单元192b可使用或不使用为获得测量结果而必需的操作来测 m上部座160或垫162的温度，以获得表面162a的温度。冷却单元195a冷 却抛光表面142a，而冷却单元195b冷却抛光表面162a。
控制单元180基于一对温度测量单元192a和192b的测量结果，来控制 一对冷却单元195a和195b中的各个冷却单元的冷却。抛光量取决于抛光表 面的温度。例如，抛光表面控制到27"C时的抛光量大于抛光表面控制到25 。C时的抛光量。这样，可进行控制以防止抛光表面在抛光过程中产生温度变 化。
与如图25所示的流程图相同，当顶部抛光表面与底部抛光表面之间的 抛光状态可认为是相同时，控制单元180控制一对冷却单元195a和195b中 的各个冷却单元的冷却，从而使得由一对温度测量单元192a和192b所测得
的温度相等。
另一方面，当通过模拟或实验预先获知抛光量的差异时，可将下部座140 和上部座160设定为具有与抛光量的差异相对应的温度差异。例如，当由下 部座140的垫142进行的抛光量大于由上部座160的垫162进行的抛光量时， 可将下部座140的抛光表面142a的温度Ti设定为低于上部座160的抛光表 面162a的温度T2 (TrcT2)。由于对于双面抛光而言，不可能仅抛光一个抛 光表面而不抛光另一个抛光表面，因此，当在特定的时间内，两个表面的抛 光同时结束时，需要使所述两个表面的抛光量彼此相同。因此，优选地，将 Tl和T2设定为使得下部座140的单位时间内的抛光量与上部座160的单 位时间内的抛光量相同。
在抛光装置100A中，图26的图表中示出了上部座160的摩擦力和转速。 由于供给马达130和130A上的电流值表示摩擦力，因而控制单元180确定 各个摩擦力是否超过阈值。当确定摩擦力超过阈值时，控制单元180将超过 阈值的座的转速设为零。当然，如上所述，控制单元180也可控制温度或负 载。
在抛光之后，机械手330将载体110从抛光装置100输送至紧接的清洗
装置340，并将载体110连接到紧接的清洗装置340 (步骤1300)。紧接的 清洗装置340的结构类似于抛光装置100，但是使用纯水来代替浆体S。因 此，可仅通过将载体110从抛光装置100上拆卸，并将其连接到紧接的清洗 装置340中，即可将工件W进行紧接的清洗。
在紧接的清洗结束之后，卸载器350将载体110从紧接的清洗装置340 输送至储液器360，然后主清洗装置370就这样使用储液器360对载体110 进行清洗，或者通过将载体从储液器360传输到另一个容器而进行清洗(步 骤1400)。主清洗装置370仅通过将载体110连接到储存有氢氟酸的贮槽中 而对工件W进行主清洗。也可使用超临界流体或超声波清洗器来代替氢氟 酸。由于不需将工件W从载体110上拆卸，而仅需传输载体IIO，因此改善 了可操作性。
以下将参照图28至图31描述电子装置的制造方法。这里，将描述MEMS 传感器(电子装置)的制造方法。图28是MEMS传感器400的示意性剖视 图。MEMS传感器400包括电路基板410、一对玻璃基板420a和420b、MEMS 芯片(电子部件)430以及布线部440和442。
MEMS传感器400将一对玻璃基板420a和420b连接至MEMS芯片430 的两侧，并且与MEMS芯片430相对的玻璃基板420a和420b的表面421a 和421b的平面度Ra需要为约5nm。可以想到的是，仅需对与MEMS芯片 430相对的玻璃基板420a和420b的表面421a和421b进行平坦化，但是， 如果不需区分玻璃基板420a和420b的前后表面，那么制造过程将会更加容 易。在对玻璃基板420a和420b的两个表面进行平坦化时，优选地，对两个 表面同时进行平坦化以改善产出量。在该实施例中，上方的工件W对应于 玻璃基板420a和420b。玻璃基板可以相同，也可不同。
图29是用于解释MEMS传感器400的制造方法的流程图。步骤2100 至2300的前后顺序并不以此为限。
首先，使用公知技术制造电路板410。电路板410的前表面上具有布线 图案412。
接下来，制造玻璃基板420a和420b (步骤2200)。图30是描述步骤 2200的细节的流程图。图31是描述步骤2210的细节的流程图。图32是描 述歩骤2230的细节的流程图。
首先，制造用于玻璃基板420a和420b的基部422 (步骤2210)。基部 422呈带有两个平坦化的表面的盘形形状，且由玻璃基板420a和420b所公 用。在制造基部422时，从原材料(坯料)来切割出基部422的块，并将其 加工成所需的形状，如矩形和圆形(步骤2212)。接下来，对基部422的两 个表面进行精整加工(研磨)(步骤2214)。然后，对基部422的两个表面 进行超精整加工(歩骤2216)。因此，可将基部422的两个表面加工为具有 5nm的表面粗糙度Ra。基部422只是呈盘形的玻璃基板。
接下来，三维地加工基部422 (步骤2200)。该实施例中，在基部422 上形成多个用于布线的通孔424，并在各个通孔424内填充导电材料426。 歩骤2220使得在形成通孔424时在基部422上产生毛口 ，并且在将导电材 料424填充到通孔424中时，由于过冲而在两个表面上产生残留物。因此， 削弱了基部422的两个表面的平面度。
接下来，对加工的基部422进行平坦化(步骤2230)。首先，对基部 422的两个表面进行精整加工(研磨)(步骤2232)。接下来，对基部422 的两个表面进行超精整加工(步骤2234)。因此，可将基部422的两个表面 平坦化为具有5nm的表面粗糙度Ra。如果使用硅基板来代替玻璃基板，则 可省略步骤2230。
接下来，在基部422的表面上形成布线图案428。玻璃基板420a和420b 可根据通孔424的位置以及导电材料426和428而不同。于是，通过这些步 骤可形成成对的平面玻璃基板420a和420b。
接下来，制造MEMS芯片430 (步骤2300)，如图33所示。MEMS芯 片430包括配重432、梁434、壁436以及布线部438。图28对应于图33 中的AA截面。
接下来，制造MEMS传感器400 (步骤2400)。这里，由导电材料426 制成的成对玻璃基板420a和420b连接至MEMS芯片430的布线部438。通 过将一对玻璃基板420a和420b的阳极连接至MEMS芯片430的壁436的 两侧，而真空密封该MEMS芯片430。
上述的抛光装置和抛光方法可应用于步骤2214、 2216、 2232和2234中 的任意一个歩骤。在基板的制造过程中，通过防止粉尘产生并除去已产生的 粉尘，可提供高精度的抛光。
当然，应用于上述抛光装置或方法的步骤可根据基板的类型而改变。例 如，在磁记录介质如图案化介质的情况下，上述抛光装置或方法可在磁性材 料嵌入之后，应用于平坦化工艺。在陶瓷基板(层压基板)的情况下，上述 抛光装置或方法可在布线层压并烧结之后，应用于精整工艺。
尽管参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是，应当理解，本发明 并不局限于所公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围应作最广义的解 释，以便可覆盖所有修改以及等同的结构和功能。
根据本发明，提供了一种高精度的抛光装置和抛光方法，其可同时对工 件的两个表面均进行抛光。
权利要求
1.一种抛光装置，设置为可对工件的两个表面同时进行抛光，所述抛光装置包括一对座，各个座均具有接触该工件的抛光表面，该对座沿相反的方向旋转；一对检测单元，其设置为检测该对座中相应的一个座的转速；施压单元，其设置为按压该对座之间的该工件；浆体供给单元，其设置为向所述座供应浆体；以及控制单元，其设置为在确定出该抛光表面与该工件之间的摩擦力超过阈值时，降低该施压单元所施加的负载、所述座的转速及该浆体供给单元所供给的浆体的供给量中的至少一个。
2. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，在确定出该摩擦力超过阈值时， 该控制单元使该施压单元所施加的负载或该对座中的至少一个座的转速降 低为零。
3. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，在确定出该摩擦力超过阈值时， 该控制单元使该施压单元所施加的负载降低为大于零的另一个负载，同时保 持所述座的转速，并且随后在所述负载降低为该另一个负载之后的预定时间 段内，将该施压单元所施加的负载降低为零，并停止所述座的旋转。
4. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，在确定出该摩擦力超过阈值时， 该控制单元使该对座中的一个座的转速降低为大于零的另一个转速，同时保 持该施压单元所施加的负载，并且随后在该转速降低到该另一个转速之后的 预定时间段内，停止该对座的旋转，并将该施压单元所施加的负载降低为零。
5. 如权利要求l所述的抛光装置，其中，该抛光装置还包括 驱动单元，其设置为驱动该对座中的一个座；以及传输机构，其设置为将通过该驱动单元施加到该对座中的一个座的旋转 轴上的驱动力反转并传输至该对座中的另 一个座的旋转轴；其中该控制单元控制该传输机构的传动比和供给该驱动单元的电流，以 使从该对检测单元获得的该对座的转速能具有预置的关系。
6. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，该抛光装置还包括一对驱动单 元，各个驱动单元设置为驱动该对座中的相应的一个座，其中该控制单元控制供给该对驱动单元的电流，以使从该对检测单元获 得的该对座的转速能具有预置的关系。
7. 如权利要求6所述的抛光装置，其中，该预置的关系是指该对座具 Yj相同的转速。
8. 如权利要求6所述的抛光装置，其中，该预置的关系是指该对座中 沿重力方向位于上侧的一个座的转速大于该对座中另一个座的转速。
9. 如权利要求5所述的抛光装置，其中，该控制单元基于供给该驱动单兀的电流来确定摩擦力是否超过阈值。
10. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，该抛光装置还包括扭矩传感器，该扭矩传感器设置为检测该抛光表面与该工件之间的摩擦力，其中该控制单元基于该扭矩传感器的输出来确定摩擦力是否超过该阈值。
11. 如权利要求l所述的抛光装置，其中，该抛光装置还包括 一对温度测量部，各温度测量部设置为测量该对座的一对抛光表面中的相对应的一个抛光表面；以及一对冷却部，各冷却部设置为用于冷却相对应的一个抛光表面； 其中该控制单元基于该对温度测量部的测量结果控制该对冷却部中每一个的冷却，以使该对抛光表面的温度具有预置的关系。
12. 如权利要求ll所述的抛光装置，其中，该预置的关系是指该对抛 光表面具有相同的温度。
13. 如权利要求ll所述的抛光装置，其中，该预置的关系是指该对抛 光表面中沿重力方向位于上侧的一个抛光表面的温度大于该对抛光表面中 另J个抛光表面的温度。
14. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，该抛光装置还包括计时器， 该计时器用来测量该工件的抛光时间段，其中该控制单元基于由该计时器测量的时间段来控制由该浆体供给单 元供给的浆体的供给量。
15. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，该抛光装置还包括垫，该垫 设置为对各所述抛光表面上的该工件进行抛光，该垫包括凸凹图案。
16. 如权利要求1所述的抛光装置，其中，该抛光装置利用化学机械抛 光法来对该工件进行抛光。
17. —种抛光方法，其利用一对座来对工件的两个表面同时进行抛光，各个座均具有接触该工件的抛光表面，该对座沿相反的方向转动，所述抛光方法包括以下步骤确定歩骤确定所述抛光表面与该工件之间的摩擦力是否超过阈值，同 吋保持施加到该对座之间的该工件上的负载；以及降低歩骤当所述确定步骤确定出该摩擦力超过该阈值时，降低所述负 载、所述座的转速、供给所述座的浆体的供给量中的至少一个。
18. 如权利要求17所述的抛光方法，其中，在所述确定步骤中确定出该 摩擦力超过该阈值时，则在降低步骤中，将该负载或该对座中的一个座的转 速降低为零。
19. 如权利要求17所述的抛光方法，其中，所述降低步骤包括以下步骤将所述负载设定为大于零的另一个负载值；在设定所述负载的设定步骤之后，确定是否经过预定的时间段，同时保持该对座的转速；以及在确定出经过了预定的时间段后，将所述负载和该对座的转速均降低为
20. 如权利要求17所述的抛光方法，其中，该抛光方法利用化学机械抛 光法来对该工件进行抛光。
21. —种基板制造方法，包括制造基板的步骤和加工基板的步骤，其中， 该制造基板的步骤包括研磨工件的粗研磨步骤，和化学机械抛光该工件的超精整步骤，并且该粗研磨步骤和该超精整步骤中的至少一个步骤使用如权利要求17所 述的抛光方法。
22. —种基板制造方法，包括制造基板的步骤、加工基板的步骤和平坦 化基板的步骤，其中该制造基板的步骤和该平坦化基板的步骤中的至少一个步骤包括研磨工件的粗研磨步骤，和化学机械抛光该工件的超精整步骤，并且该粗研磨步骤和该超精整步骤中的至少一个步骤使用如权利要求17所 述的抛光方法。
23. —种基板制造方法，包括制造基板的步骤和加工基板的步骤，其中，该制造基板的步骤包括研磨工件的粗研磨步骤，和化学机械抛光该工 件的超精整步骤，并且该粗研磨步骤和该超精整步骤中的至少一个步骤使用如权利要求1所述 的抛光方法。
24. -—种基板制造方法，包括制造基板的步骤、加工基板的步骤和平坦 化基板的步骤，其中该制造基板的步骤和该平坦化基板的步骤中的至少一个步骤包括研磨 工件的粗研磨步骤，和化学机械抛光该工件的超精整步骤，并且该粗研磨步骤和该超精整步骤中的至少一个步骤使用如权利要求1所述 的抛光方法。
25. —种电子装置的制造方法，包括以下步骤 使用如权利要求21所述的基板制造方法来制造基板； 制造电子部件；以及由该基板和该电子部件来制造电子装置。
全文摘要
本发明公开了一种抛光装置、抛光方法、基板制造方法及电子装置的制造方法，该抛光装置设置为可对工件的两个表面同时进行抛光，所述抛光装置包括一对座，其沿相反的方向旋转；一对检测单元，其设置为检测该对座中相应的一个座的转速；施压单元，其设置为按压该对座之间的该工件；浆体供给单元，其设置为向所述座供应浆体；以及控制单元，其设置为在确定出该抛光表面与该工件之间的摩擦力超过阈值时，降低该施压单元所施加的负载、所述座的转速和由该浆体供给单元供应的浆体供给量中的至少一个。
文档编号B24B49/10GK101362309SQ20081009988
公开日2009年2月11日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年8月9日
发明者十仓史彦, 竹内光生 申请人:富士通株式会社