专利名称：研磨设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够精确地研磨工件表面研磨设备。
背景技术：
目前，半导体器件被高度集成。因此，需要高度平坦的和高品质的硅片。在研磨沉积于晶片表面上的层间绝缘膜和金属配线以生产半导体器件的情况下，晶片的表面必须更高程度地平坦化。因此，需要能够更精确地将晶片表面研磨为镜面或高度精确地将表面研磨为标准表面的研磨设备。例如，传统的晶片研磨设备具有气囊式研磨头，该研磨头保持晶片并利用均勻的压力将晶片的整个表面压到研磨板的研磨布上(参见日本特开第2002-187060号公报)。根据所述日本特开公报的权利要求1，晶片研磨设备具有研磨头，该研磨头包括 具有用于保持晶片的主体的顶环、接触晶片的弹性垫以及用于支撑弹性垫的支撑构件。接触弹性垫的具有弹性片的接触构件被设置于支撑构件的底面。位于接触构件内部的第一压力室和位于接触构件外部的第二压力室形成于弹性垫和支撑构件之间的空间。流体供给源将流体供给到第一和第二压力室或抽空第一和第二压力室。在所述日本特开公报公开的研磨设备中，晶片被第一和第二压力室以及弹性垫同心地加压。因此，通过调整第一和第二压力室的内压能够均勻地研磨晶片。然而，第一和第二压力室的内压不同，所以第一和第二压力室之间的边界区域的压力必定不连续。因此，在边界区域中，压力以阶梯状分布，并且晶片的表面将被研磨成阶梯状。在使用由软材料构成的弹性垫的情况下，显著地发生上述问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够解决传统研磨设备的上述问题的研磨设备。 即，本发明的研磨设备能够使同心加压区之间的边界区域中的压力分布连续地变化并且均勻地研磨工件。为了实现上述目的，本发明具有下述结构。S卩，研磨设备包括研磨头，其用于保持工件；研磨板，其具有研磨面，研磨面附着有研磨布；以及驱动机构，其用于使研磨头相对于研磨板移动；并且研磨头包括保持板，其具有环状侧壁；弹性片构件，其被固定到保持板的边缘，弹性片构件具有能够将工件压到研磨板的研磨布上的底面；压力室，规定压力的流体被供给到压力室以对弹性片构件加压，压力室形成于保持板的底面和弹性片构件的顶面之间；密封环，其将压力室同心地分隔为多个分室，密封环具有与弹性片构件倾斜地接触的密封唇；以及流体供给部，其用于将流体分别供给到由密封环分隔的多个分室。优选地，研磨头还包括流体压力控制部，用于在从分室沿规定方向释放流体的情况下维持多个分室之间的压差。优选地，密封环从外侧的分室向内侧的分室释放流体，或者密封环从内侧的分室向外侧的分室释放流体。优选地，以将压力室同心地分隔成多个分室的方式同心地设置多个密封环。优选地，弹性片构件是由树脂片和形成于树脂片的发泡树脂层构成的背衬构件，弹性片构件覆盖保持板的底面并且被固定到保持板的边缘，而且发泡树脂层构成弹性片构件的底面，使得发泡树脂层能够将工件压到研磨板的研磨布上。在本发明中，研磨设备能够使同心加压区之间的边界区域中的压力分布连续地变化，使得工件能够被高度均勻地研磨。
现在将借助于实施例并参照
本发明的实施方式，在附图中图1是研磨设备的说明图；图2是研磨头的剖视图；图3是示出晶片外缘的过研磨量(amount of over-polishing)和第三压力室相对于第二压力室的压力之间的关系的图；图4是另一实施方式的研磨头的示意性剖视图。
具体实施例方式现在将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。图1是用于研磨例如半导体晶片等工件的研磨设备10的示意性说明图。研磨设备10包括具有研磨面的研磨板12，在研磨板12的研磨面上附着有研磨晶片用的研磨布11 ；具有底面的研磨头14，研磨头14的底面上保持有晶片，并且研磨头14 将晶片压到研磨布11上；以及用于使研磨头14相对于研磨板12移动的驱动机构。驱动机构包括用于使研磨板12绕转轴15旋转的第一旋转驱动单元(未示出)； 以及用于使研磨头14绕转轴16旋转的第二旋转驱动单元(未示出)。另外，研磨头14具有竖直驱动单元(未示出)和水平驱动单元(未示出)。研磨头14将已经位于晶片供给站的晶片抽吸并保持在底面，将晶片移动到研磨板12上，并将晶片压到研磨布11上。在该状态下，研磨板12和研磨头14通过驱动机构相对旋转，使得晶片的表面能够被研磨。研磨液喷嘴18将研磨液供给到研磨布11上。图2是研磨头14的剖视图。筒状侧壁20a从研磨头14的主体20向下延伸。保持板22具有环状下侧壁2 和环状上侧壁22b。
环状隔板23由硬橡胶构成。隔板23的外缘被固定到上侧壁22b的上部，隔板23 的内缘被固定到主体20的侧壁20a的外缘。利用该结构，保持板22能够在规定范围内相对于主体20上下移动。注意，保持板22可以通过销(未示出)连接到主体20，从而限制保持板22的向下移动。第一压力室M由主体20的底面、保持板22的顶面以及隔板23构成。例如压缩空气等压力流体经由设置于转轴16的配管25和形成于主体20的通孔沈被供给到第一压力室M。配管25通过旋转接头(未示出)和调节器(流体压力控制部)27被连接到流体供给源四。第一流体供给部由配管25、通孔沈、调节器27、流体供给源四等构成。弹性片构件观覆盖保持板22的底面。弹性片构件观的外缘通过双面胶带(未示出)固定在保持板22的下侧壁22a的底面。注意，用于固定弹性片构件观的部件不限于双面胶带。例如，可以通过将外缘夹在环状构件(未示出)和下侧壁22a的底面之间并利用螺钉将环状构件固定到下侧壁2 来固定弹性片构件观。在本实施方式中，弹性片构件观是由橡胶片和背衬构件(backing member)构成的双层片。注意，弹性片构件观可以仅由背衬构件构成。例如，背衬构件由基层和发泡树脂层构成，所述基层是例如PET膜(未示出)等树脂片，所述发泡树脂层是形成于树脂片的例如聚氨酯发泡层。聚氨酯发泡层以构成弹性片构件观的底面的方式被设置于基层下方。 在该状态下，弹性片构件观被固定到保持板22。晶片30通过水的表面张力被保持在聚氨酯发泡层上。环状塑料模板31被固定到弹性片构件观的底面的与保持板22的下侧壁22a的底面对应的外缘。模板31的厚度几乎等于晶片30的厚度。模板31包围晶片30，以防止研磨晶片 30时晶片30跳到外部。通过将流体供给到第一压力室M，在研磨晶片30的同时，模板31对研磨布11的包围晶片30的外缘的部分加压，。通过使研磨布11的表面高度几乎等于晶片30的底面高度，能够防止晶片30的过程研磨。由弹性片构件观和保持板22的下侧壁2 包围的空间形成于保持板22的下方， 并且圆形支撑板32通过螺钉33固定在该空间中。支撑板32的底面和弹性片构件观的顶面之间形成有小间隙。作为密封环示例的橡胶V型环36由主体部37和密封唇38构成。主体部37被装配在支撑板32的外周面上。密封唇38倾斜地接触弹性片构件观的顶面。利用该结构， 由弹性片构件观的顶面、支撑板32的底面和V型环36构成第二压力室(内分室(inner divided chamber))40。另外，由弹性片构件观的顶面、下侧壁2 和V型环36构成第三压力室(夕卜分室(outer divided chamber))42。例如压缩空气等压力流体经由设置于转轴16的配管43、形成于主体20的流路 44、软管45、形成于保持板22的流路46、支撑板32的凹部47以及通孔48被供给到第二压力室40。配管43通过旋转接头(未示出)和另一调节器27连接到流体供给源四。第二流体供给部由配管43、流路44和46、软管45、凹部47、通孔48、另一调节器27、流体供给源 29等构成。例如压缩空气等压力流体经由设置于旋转轴16的配管(未示出)、形成于主体20的流路(未示出)、软管50和形成于保持板22的流路51被供给到第三压力室42。设置于转轴16的配管(未示出)通过旋转接头(未示出)和调节器(未示出)连接到流体供给源四。第三流体供给部由配管、软管50、流路51、通孔48、调节器、流体供给源四等构成。本实施方式的研磨设备具有上述结构。晶片30通过水的表面张力被保持在弹性片构件观的底面。在研磨晶片30的同时，规定压力的流体通过第一流体供给部被供给到第一压力室对。因此，保持板22被压到研磨板12的研磨布11上。特别地，利用规定的压力将模板 31压到研磨布11上，从而使研磨布11的包围晶片30的部分与晶片30的表面相平。第一压力室M中的流体压力被调节器27被维持在规定的压力。规定压力的流体通过第二流体供给部被供给到第二压力室40。另外，规定压力的流体通过第三流体供给部被供给到第三压力室42。在本实施方式中，基本上，第二压力室40中的压力大于第三压力室42中的压力。 因此，V型环36的密封唇38被略微打开，使得第二压力室40中的流体移动到第三压力室 42。此时，调节器(流体压力控制部)27允许第二压力室40中的流体移动到第三压力室42 并且控制流体压力以便维持压力室40和42两者的压力。即，调节器27维持压力室40和 42两者之间的压差。由于流体从第二压力室40移动到第三压力室42，所以压力室40和42 (加压范围) 两者之间的边界区域的压力连续地变化。与边界区域的压力以阶梯状不连续地变化的传统设备不同，本实施方式的研磨设备10能够均勻地研磨晶片30的表面。注意，根据研磨条件，可以将第二压力室40中的压力设定为比第三压力室42中的压力低。在该情况下，V型环36的密封唇38关闭，所以没有流体从第三压力室42移动到第二压力室40。在通过V型环36产生压差的情况下，即使没有流体移动，形成于V型环36正下方的边界区域中的压力分布仍能够慢慢地变化。由此，密封唇38被倾斜地设定(sidling set)以获得该效果，使得能够均勻地研磨晶片30的表面。将说明在研磨设备10中进行的实验。在下述条件下研磨直径200mm的晶片 30 (1)模板31的内径为大约200mm; (2)支撑板32的外径为170mm ； (3)第二压力室的压力为20kPa ； (4)第三压力室42的压力相对于第二压力室40的压力被分为五级， 即:-10/-5/士0/+5/+10kPa ； (5)模板31的负荷为200g/cm2 ；以及(6)研磨头14和研磨板 12的转速为31rpm。在进行上述实验时，晶片30的外周面的过研磨量示于图3。根据图3，通过使第二压力室40和第三压力室42之间的压差变化而根本上控制晶片30的研磨量。在上述实验中，当压力室40和42两者之间的压差为_5kPa时，过研磨量被最优， 即，为零。然而，该压差不能作为最优压差被施加到所有的研磨操作。例如，最优压差由于V型环36相对于晶片30的位置(支撑板32的尺寸)即第二压力室40和第三压力室42之间的边界区域的位置等而变化。在本实施方式中，V型环36被设定为允许流体从第二压力室40移动到第三压力室42。注意，V型环36可以被相反地设定成允许流体从第三压力室42(外室)移动到第二压力室40 (内室)。基于晶片30的类型、研磨设备10的尺寸、研磨条件等选择V型环36的类型。在本实施方式中，设置一个V型环36以形成第二压力室40和第三压力室42，但是V型环36的数量不限于一个。可以同心地设置多个V型环36以形成三个以上压力室， 从而精确地控制用于对晶片30加压的压力。在本实施方式的研磨头14中，由背衬构件保持晶片30，但是晶片30也可以由其他方法保持，例如，真空吸引。在采用真空吸引方法的情况下，V型环36可以被设置于用作弹性片构件的吸引片。将参照图4解释另一实施方式的研磨头14。保持板22通过隔板23被悬置于主体20的下侧，使得保持板22能够上下移动。第一压力室M由主体20的底面、保持板22的顶面以及隔板23构成。保持板22具有环状侧壁2加。圆形支撑板32被固定于保持板22中。弹性片构件58覆盖支撑板32的底面。弹性片构件58的外缘被固定在支撑板32上。支撑板32的底面和弹性片构件58的顶面之间形成有小间隙。作为密封环示例的橡胶V型环36被装配在支撑板32的外周面上。密封唇38倾斜地接触弹性片构件58的顶面。利用该结构，支撑板32的下侧形成第二压力室40和第三压力室42。通过减小第二压力室40的内压将晶片(未示出)吸引到弹性片构件58，并且通过弹性片构件58的吸盘效果将晶片吸引并保持在弹性片构件58的底面。在该状态下，可以输送晶片。为了研磨晶片，将晶片输送到研磨板12上方的位置，规定压力的流体通过流体供给部(未示出)被供给到第一压力室对、第二压力室40和第三压力室42，并且利用规定的压力将晶片压到研磨板12的研磨布11上。然后，研磨板12和研磨头14分别沿规定方向旋转，使得能够研磨晶片。晶片由保持板22的环状侧壁(定位环)2 包围，所以在研磨晶片的状态下晶片不会从研磨头14跳到外部。研磨布11的包围晶片的外缘的部分被侧壁22a的底面加压， 从而能够防止晶片外缘的过研磨。在该实施方式中，流体也从第二压力室40移动到第三压力室42，压力室40和42 两者之间的边界区域中的压力也连续地变化。因此，与边界区域中的压力以阶梯状不连续地变化的传统设备不同，本实施方式的研磨设备10能够均勻地研磨晶片的表面。在该实施方式中，支撑板32被固定于保持板22中。另外，支撑板32可以通过隔板(未示出)悬置以上下移动，第四压力室(未示出)可以由保持板22的底面、支撑板32 的顶面和隔板构成，并且规定压力的流体可以通过流体供给部供给到第四压力室。即，可以利用从压力室施加的多级压力研磨晶片。这里所述的所有示例和条件性语言都用于教示目的，以帮助读者理解本发明和发明人贡献的对现有技术作出改进的构思，并且本发明不解释为限于这些具体论述的示例和条件，也不认为说明书中的这些示例的组织方式与示出本发明的优劣有关。尽管已经详细说明了本发明的实施方式，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行
7多种改变、替换和互换。
权利要求
1.一种研磨设备，其包括 研磨头，其用于保持工件；研磨板，其具有研磨面，所述研磨面附着有研磨布；以及驱动机构，其用于使所述研磨头相对于所述研磨板移动； 所述研磨设备的特征在于， 所述研磨头包括 保持板，其具有环状侧壁；弹性片构件，其被固定到所述保持板的边缘，所述弹性片构件具有能够将所述工件压到所述研磨板的所述研磨布上的底面；压力室，规定压力的流体被供给到所述压力室以对所述弹性片构件加压，所述压力室形成于所述保持板的底面和所述弹性片构件的顶面之间；密封环，其将所述压力室同心地分隔为多个分室，所述密封环具有与所述弹性片构件倾斜地接触的密封唇；以及流体供给部，其用于将流体分别供给到由所述密封环分隔的所述多个分室。
2.根据权利要求1所述的研磨设备，其特征在于，所述研磨头还包括流体压力控制部，用于在从所述分室沿规定方向释放流体的情况下维持所述多个分室之间的压差。
3.根据权利要求1或2所述的研磨设备，其特征在于， 所述密封环从外侧的所述分室向内侧的所述分室释放流体。
4.根据权利要求1或2所述的研磨设备，其特征在于， 所述密封环从内侧的所述分室向外侧的所述分室释放流体。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的研磨设备，其特征在于，以将所述压力室同心地分隔成多个分室的方式同心地设置多个所述密封环。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的研磨设备，其特征在于，所述弹性片构件是由树脂片和形成于所述树脂片的发泡树脂层构成的背衬构件， 所述弹性片构件覆盖所述保持板的底面，而且所述发泡树脂层构成所述弹性片构件的底面，使得所述发泡树脂层能够将所述工件压到所述研磨板的所述研磨布上。
全文摘要
一种研磨设备，其能够使同心加压区之间的边界区域中的压力分布连续地变化并且均匀地研磨工件。研磨设备包括研磨头，其用于保持工件；研磨板，其具有研磨面，研磨面附着有研磨布；以及驱动机构，其用于使研磨头相对于研磨板移动。研磨头包括保持板，其具有环状侧壁；弹性片构件，其被固定到保持板的边缘，弹性片构件具有能够将工件压到研磨板的研磨布上的底面；压力室，规定压力的流体被供给到压力室以对弹性片构件加压，压力室形成于保持板的底面和弹性片构件的顶面之间；密封环，其将压力室同心地分隔为多个分室，密封环具有倾斜地接触弹性片构件的密封唇；及流体供给部，其用于将流体分别供给到多个分室。
文档编号B24B37/20GK102380820SQ20111026257
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月30日 优先权日2010年8月31日
发明者守屋纪彦 申请人:不二越机械工业株式会社