研磨头、研磨装置以及研磨方法与流程

本发明涉及一种研磨头、研磨装置以及研磨方法。

背景技术：

在专利文献1中，公开有如下一种无蜡安装式研磨装置，该无蜡安装式研磨装置在背部衬垫(backpad)的中央部的表侧利用与背部衬垫相同的原材料一体形成大致圆形状的中央部分背部衬垫，在模板的孔部内使背部衬垫的中央部比背部衬垫的外周部朝向研磨布突出规定高度d，在该状态下进行半导体晶片的研磨。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-60598号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

图12是示意性地示出在专利文献1中记载的研磨装置150的图。晶片w的背面与设置于研磨头151的背衬件152抵接，对晶片w与模板153同时且用相同的力进行按压。

然而，如图12所示，模板153比晶片w薄，晶片w的表面比模板153朝向研磨垫154侧突出，因此研磨压力在晶片w的周缘部处增加，导致晶片w的周缘部相比于晶片w的中央部分而被过度地研磨。其结果是，存在晶片w的平坦性恶化这样的问题。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够提高晶片的平坦度的研磨头、研磨装置以及研磨方法。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的研磨头例如一边保持晶片的背面，一边将所述晶片的表面按压于在平台上设置的研磨垫而对所述晶片进行研磨，所述研磨头的特征在于，具备：头主体部，其具有在内部设置有所述晶片的凹部；多个压电元件，其设置于所述凹部的底面，且按照将所述底面分割为多个而成的区域即分割区域而设置；取得部，其取得示出所述晶片的位置与高度的关系的高度分布数据；以及控制部，其基于所述高度分布数据而控制所述压电元件。

根据本发明的研磨头，取得示出晶片的位置与高度的关系的高度分布数据，且基于高度分布数据而控制在头主体部的凹部的底面设置的多个压电元件。多个压电元件按照将底面分割为多个而成的区域即分割区域而设置。由此，能够与晶片的高度相应地使将晶片按压于研磨垫的压力分布发生变化，从而能够与晶片的高度相应地进行研磨。因此，能够提高晶片的平坦度。另外，由于为了使将晶片按压于研磨垫的压力分布发生变化而使用压电元件，因此对于数量、形状的制约少。

在此，也可以是，所述控制部对于配置在所述晶片的高度比平均值高的部分的所述压电元件，以与距所述平均值的高度的差异相应的变形量使所述压电元件伸展，且所述控制部对于配置在所述晶片的高度比所述平均值低的部分的所述压电元件，以与距所述平均值的高度的差异相应的变形量使所述压电元件收缩。由此，能够对晶片的高度较高、需要更多地研磨的部分提高按压力而增多研磨量，且对晶片的高度较低、不需要较多地研磨的部分降低按压力而减少研磨量。

在此，也可以是，具备在所述凹部的内部设置的具有挠性或弹性的片状的保护构件，所述保护构件与所述底面的大小大致相同，且覆盖所述多个压电元件。由此，能够使得晶片不被压电元件损伤。

在此，也可以是，所述压电元件的端面形状呈大致矩形形状，且配置为二维状。例如，能够将多个压电元件设为与芯片尺寸大致相同的大小。由此，研磨后的晶片的平坦度提高，且成品率提升。

在此，也可以是，所述多个压电元件包括端面形状呈大致圆环形状的压电元件以及端面形状呈大致扇形状的压电元件中的至少一方。例如，既可以仅为呈大致圆环形状的压电元件，也可以仅为呈大致扇形状的压电元件，还可以为呈大致圆环形状的压电元件以及呈大致扇形状的压电元件。由此，能够与晶片的特征相应地任意地设定压电元件的形状。特别地，研磨前的晶片的高度分布容易呈圆周状地出现倾向性，容易出现周缘部的高度高而中央部的高度低的情况，因此使压电元件的形状形成为大致圆环形状，从而能够提高研磨后的晶片的平坦度。

为了解决上述课题，本发明的研磨装置的特征在于，例如具备研磨头以及设置于平台的研磨垫，该研磨装置将所述晶片按压于所述研磨垫而对所述晶片进行研磨。由此，能够提高晶片的平坦度。

为了解决上述课题，本发明的研磨方法例如利用研磨头一边将晶片的背面保持于所述研磨头，一边将所述晶片的表面按压于在平台上设置的研磨垫而对所述晶片进行研磨，所述研磨头具备：头主体部，其具有在内部设置有所述晶片的凹部；以及多个压电元件，其设置于所述凹部的底面，且按照将所述底面分割为多个而成的区域即分割区域而设置，所述研磨方法的特征在于，包括：取得示出所述晶片的位置与高度的关系的高度分布数据的步骤；以及基于所述高度分布数据而控制所述压电元件的步骤。由此，能够提高晶片的平坦度。

发明效果

根据本发明，能够提高晶片的平坦度。

附图说明

图1是示出本发明的研磨头2以及具备研磨头2的研磨装置1的概要的图。

图2是示出研磨头2的概要的剖视图。

图3是示出压电元件28的端面形状的概要的俯视图。

图4是概要地示出研磨装置1的硬件结构的一例的框图。

图5是示出研磨装置1的功能结构的一例的框图。

图6是示意性地示出晶片w的高度的偏差的一例的图。

图7是示出压电元件28a的端面形状的概要的俯视图。

图8是示出压电元件28b的端面形状的概要的俯视图。

图9是示出压电元件28c的端面形状的概要的俯视图。

图10是示出研磨头2d的概要的剖视图。

图11是示出研磨头2e的概要的剖视图。

图12是示意性地示出以往的研磨装置150的图。

附图标记说明

1：研磨装置；2、2a、2b、2c、2d、2e：研磨头；3：研磨垫；4：平台；5：浆料供给部；21、21a：头主体部；22：驱动轴；22a：空气流路；23、23a：壳体；23a：空气室；23b：空气流路；23c：空气室；24：卡盘板；25：凹部；25a：底面；26：背衬件；27：晶片保持部；28、28a、28b、28c：压电元件；29：背衬件；31：弹性基材；101：cpu；102：ram；103：rom；104：输入输出接口；105：通信接口；106：介质接口；111：输入输出装置；112：网络；113：存储介质；121：控制部；122：取得部；150：研磨装置；151：研磨头；152：背衬件；153：模板；154：研磨垫。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。本发明通过化学机械研磨、即所谓的cmp(chemicalmechanicalpolishing)技术对晶片(基板)进行研磨。在化学机械研磨中，在对晶片的表面进行机械性磨削的同时，研磨液与晶片的表面发生化学反应而进行研磨。另外，本发明的晶片包括硅晶片、gan(氮化镓)sic(碳化硅)晶片、gaas(砷化镓)晶片、gap(磷化镓)晶片等由各种材料形成的晶片。

<第一实施方式>

图1是示出本发明的研磨头2以及具备研磨头2的研磨装置1的概要的图。研磨装置1主要具备：研磨头2，其保持晶片w的背面；能够旋转的平台4，其贴附有用于对晶片w进行研磨的研磨垫3；以及浆料供给部5，其用于向研磨垫3上供给浆料(包含研磨颗粒的研磨液)。

在研磨装置1中，使贴附有研磨垫3的平台4旋转，并向研磨垫3上供给浆料，同时一边使被研磨头2保持的晶片w旋转，一边将晶片w的表面按压于研磨垫3，从而对晶片w、在晶片w的表面形成的绝缘膜、金属膜的层进行研磨。

接下来，对研磨头2进行说明。图2是示出研磨头2的概要的剖视图。研磨头2主要具有头主体部21以及压电元件28。需要说明的是，在图2中，用包括中心线ax的面对研磨头2进行剖切。

头主体部21主要具有驱动轴22、壳体23、卡盘板24、背衬件26、29以及晶片保持部27。在壳体23的内部设有空气室23a。压缩空气自空气供给源经由驱动轴22的空气流路22a而向空气室23a供给。压缩空气滞留于空气室23a，从而压缩空气均匀地按压晶片w的整个面。

卡盘板24是由金属(例如，不锈钢)或者陶瓷形成的大致圆板形状的板状部，且抵接于背衬件26的不抵接晶片w的一面。

背衬件26、29是大致圆板形状的薄膜状(片状)的构件，具有挠性以及弹性。对于背衬件26、29，例如能够利用绒面革、发泡聚氨酯制的片材。背衬件26、29的厚度因加压而发生微小地变化。背衬件26、29例如通过将发泡聚氨酯制的片材切得较薄而形成，且在表面存在多个微小的空洞。

晶片保持部27是在背衬件26的下方设置的大致圆环形状的构件。晶片保持部27的中空部为供晶片w收容的凹部25。

晶片保持部27在与研磨垫3抵接的面的外周缘形成有未图示的微小的圆弧形状(圆角(r)形状)。由此，浆料变得容易从晶片保持部27的外周缘朝向凹部25流入。需要说明的是，也可以是，在晶片保持部27处，对与研磨垫3抵接的面的外周缘实施倒角加工。

在晶片保持部27的底面设有将晶片保持部27的外周面与内周面连结的多个槽(未图示)。由此，浆料变得容易从晶片保持部27的外侧朝向内侧移动。槽既可以沿着晶片保持部27的径向形成，也可以相对于晶片保持部27的径向而倾斜。并且，还可以在晶片保持部27的底面形成有大致圆环形状的槽。

压电元件28例如为层叠型的压电(piezo)元件，是通过施加电压而产生物理位移(例如，±数十微米左右的位移)的致动器。压电元件28呈大致棒状，端面形状可以采取大致矩形形状、大致圆形、大致圆环形状等任意的形状。研磨头2具有多个压电元件28，多个压电元件28设置于凹部25的底面25a。在此，底面25a为背衬件26。对于压电元件28的配置在后文进行详述。

对于每个压电元件28，分别经由未图示的连接器而与未图示的电源等连接。在此，连接器例如利用能够对作为旋转体的研磨头2传递电力、电信号的集电环(slipring)。因此，能够对多个压电元件28中的每一个外加不同的电压。

以覆盖多个压电元件28的方式设置背衬件29。背衬件29与凹部25的底面25a的大小大致相同。背衬件29的上侧的面抵接于压电元件28。晶片w的背面与背衬件29的下侧的面抵接。当在背衬件29的表面涂敷水、且将晶片w按压于背衬件29时，在空洞内的水被向外部排出时产生的负压以及水的表面张力的作用下，晶片w被固定(润湿固定)于背衬件29。另外，背衬件29以晶片w不被压电元件损伤的方式保护晶片w。

接下来，对压电元件28的配置进行说明。多个压电元件28沿底面25a排列。图3是示出从下方观察凹部25时的概要的俯视图，示出压电元件28的端面形状的概要。按照将底面25a分割为多个区域而成的分割区域设有压电元件28。

在本实施方式中，底面25a被分割为六十个区域，压电元件28具有六十个压电元件28-1～28-60。

压电元件28的形状与底面25a被分割而成的区域的形状大致相同。多个压电元件28的一部分、在此为在底面25a的中央部分设置的压电元件28-9～28-12、28-16～28-21、28-24～28-29、28-32～28-37、28-40～28-45、28-49～28-52呈大致矩形形状，且配置为沿纵向、横向排列的二维状。在底面25a的周缘部分设置的压电元件28-1～28-7、28-14、28-15、28-22、28-23、28-30、28-31、28-38、28-39、28-46、28-47、28-54～28-60与底面25a的形状相匹配地具有矩形的一部分被切下的形状。

需要说明的是，在底面25a的周缘部分设置的压电元件28-1～28-7、28-14、28-15、28-22、28-23、28-30、28-31、28-38、28-39、28-46、28-47、28-54～28-60不是必须的。

图4是概要地示出研磨装置1的硬件结构的一例的框图。研磨装置1构成为包括cpu(centralprocessingunit)101、ram(randomaccessmemory)102、rom(readonlymemory)103、输入输出接口(i/f)104、通信接口(i/f)105以及介质接口(i/f)106。

cpu101基于保存在ram102、rom103的程序而动作，从而进行各部的控制。ram102为易失性存储器。rom103为存储有各种控制程序等的非易失性存储器。rom103保存有在研磨装置1的起动时cpu101所进行的启动程序、依存于研磨装置1的硬件的程序等。另外，ram102保存有cpu101所执行的程序以及cpu101所使用的数据等。

cpu101经由输入输出接口104控制键盘、鼠标等输入输出装置111。通信接口105经由网络112从其他设备接收数据且向cpu101发送，并且将cpu101所生成的数据经由网络112向其他设备发送。

cpu101经由介质接口106而取得保存于存储介质113的程序或者数据，且保存于ram102。需要说明的是，存储介质113例如为ic卡、sd卡、dvd等。

需要说明的是，实现各功能的程序例如从存储介质113读取或者经由网络112取得，且经由ram102安装于研磨装置1，并被cpu101执行。

需要说明的是，在图4所示的研磨装置1的结构中，在说明本实施方式的特征时说明了主要结构，并不排除例如通常的信息处理装置所具备的结构。

图5是示出研磨装置1的功能结构的一例的框图。研磨装置1主要具有控制部121与取得部122。需要说明的是，研磨装置1的功能结构是为了易于理解研磨装置1的结构而分类的，也可以与处理内容相应地分类为更多的结构要素，还可以由一个结构要素执行多个结构要素的处理。

控制部121分别控制研磨头2、平台4、压电元件28等构成研磨装置1的结构要素。控制部121通过cpu101执行读入的规定的程序而被构建。取得部122经由网络112、或者从存储介质113取得高度分布数据。

高度分布数据是示出晶片w的高度的偏差、即晶片w的位置与高度的关系的数据。晶片w的高度的偏差根据晶片w而不同，对于每个晶片w均存在高度分布数据。例如，通过未图示的测定装置预先测定晶片w的高度分布，并生成将确定晶片w的信息、晶片w的位置(例如，坐标)以及晶片w的高度建立关联的数据来作为高度分布数据。取得部122取得该高度分布数据。

图6是示意性地示出晶片w的高度的偏差的一例的图。通过研磨装置1进行研磨之前的晶片w的高度不均匀，存在高度高的部分与高度低的部分。在图6所示的例中，晶片w的周缘部的高度高，而晶片w的中央部的高度降低。由于在高度分布数据中晶片w的位置与高度相关联，因此能够基于高度分布数据而得到如图6所示那样的信息。

控制部121基于取得部122所取得的高度分布数据而控制压电元件28。对于该处理在后文进行详述。

接下来，对研磨头2以及具备研磨头2的研磨装置1的动作以及功能进行说明。如图2所示，在背衬件29吸附有晶片w的背面，由此研磨头2保持晶片w。而且，将研磨头2靠近研磨垫3而使晶片w的表面与研磨垫3抵接。当压缩空气从供给源向空气室23a供给时，压缩空气均匀地按压晶片w以及晶片保持部27，且晶片w整个面被均匀地按压于研磨垫3。然后，向研磨垫3上供给浆料，同时使平台4与研磨头2旋转，从而将晶片w研磨得平坦。

由于在晶片保持部27的底面具有槽，因此浆料不会在晶片保持部27的外周面弹开，而是朝向凹部25流动。其结果是，浆料进入晶片w与研磨垫3之间，防止由于浆料不足导致的研磨的不良(例如，晶片w的热粘、研磨不足、无法进行晶片w的充分平坦化)。

此时，控制部121对于配置在晶片w的高度比平均值高的部分的压电元件28，以与距平均值的高度的差异相应的变形量使压电元件28伸展。另外，控制部121对于配置在晶片w的高度比平均值低的部分的压电元件28，以与距平均值的高度的差异相应的变形量使压电元件28收缩。以下，对控制部121的处理进行详细地说明。

控制部121根据取得部122所取得的高度分布数据，计算出晶片w的高度的平均值a。而且，控制部121按照晶片w的各坐标(x，y)而求出晶片w的高度与平均值a的差h(x，y)。然后，控制部121基于差h(x，y)，按照设有压电元件28-1～28-60的区域而求出差h(x，y)的平均值h1～h60。

控制部121按照设有压电元件28-1～28-60的区域而求出平均值h1～h60与平均值a的差ha1～ha60。然后，控制部121对压电元件28-1～28-60施加电压，以使得压电元件28-1～28-60的变形量成为与差ha1～ha60相应的值。

例如，在差ha25为0的情况下，控制部121不对压电元件28-25施加电压。其结果是，压电元件28-25不伸缩，从而在设有压电元件28-25的区域中，仅对晶片w施加由压缩空气产生的按压力。

另外，例如，在差ha1为+mμm的情况下，控制部121对压电元件28-1施加电压，以使得压电元件28-1伸展与+mμm相应的值。另外，例如，在差ha34为-nμμm的情况下，控制部121对压电元件28-34施加电压，以使得压电元件28-34收缩与-nμm相应的值。需要说明的是，m、n为大致1μm以下，主要为0.01μm～0.1μm。

其结果是，对于配置在晶片w的高度比平均值高的部分的压电元件28，压电元件28以与距平均值的高度的差异相应的变形量伸展，从而对晶片w施加比由压缩空气产生的按压力高的按压力。另外，对于配置在晶片w的高度比平均值低的部分的压电元件28，压电元件以与距平均值的高度的差异相应的变形量收缩，从而对晶片w施加比由压缩空气产生的按压力低的按压力。由此，对于晶片w的高度高、需要更多地研磨的部分，提高按压力而增多研磨量，而对于晶片w的高度低、不需要较多地研磨的部分，降低按压力而减少研磨量，由此研磨后的平坦度提高。

根据本实施方式，与晶片w的高度相应地使将晶片w按压于研磨垫3的压力分布发生变化，从而与晶片w的高度相应地进行研磨，由此能够提高晶片w的平坦度。

另外，根据本实施方式，由于为了使将晶片w按压于研磨垫3的压力分布发生变化而使用压电元件28，因此能够将底面25a分割为较多的区域，且能够利用多个压电元件28。例如，在利用空气致动器的情况下，结构性的制约多，最多只能将底面25a分割为三个左右。与此相对，在利用压电元件28的情况下，对数量、形状的制约少。因此，例如，能够使分割底面25a而成的各区域(设有各压电元件28的区域)形成为与芯片尺寸大致相同的大小。由此，研磨后的晶片w的平坦度提高，成品率提升。

<第二实施方式>

在本发明的第一实施方式中，压电元件28包括端面形状呈大致矩形形状的元件，且配置为二维状，但底面25a的分割区域的形状以及压电元件28的端面形状并不限于此。

本发明的第二实施方式是压电元件的端面形状相对于第一实施方式而不同的方式。第一实施方式与第二实施方式的差异仅为压电元件的端面形状，因此以下对第二实施方式的研磨头2a的压电元件28a进行说明，且对其他部分省略说明。

图7是示出从下方观察研磨头2a的凹部25时的概要的俯视图，示出压电元件28a的端面形状的概要。按照将底面25a分割为多个区域而成的分割区域设有压电元件28a。

在本实施方式中，底面25a被分割为四个区域，压电元件28a具有四个压电元件28-71～28-74。压电元件28-71～28-74呈大致圆环形状，且配置为同心圆状。需要说明的是，底面25a的分割区域的数量以及压电元件28a的数量并不限于四个。

根据本实施方式，由于为了使将晶片w按压于研磨垫3的压力分布发生变化而使用压电元件28a，因此能够使压电元件28a的形状形成为大致圆环形状，且能够增多压电元件28a的数量。如图6所示，研磨前的晶片w的高度分布容易呈圆周状地出现倾向性，容易出现周缘部的高度高而中央部的高度低的情况。因此，使压电元件28a的形状形成为大致圆环形状，从而与晶片w的高度分布的倾向性相匹配地使将晶片w按压于研磨垫3的压力分布发生变化，由此能够提高研磨后的晶片w的平坦度。

<第三实施方式>

本发明的第三实施方式是底面25a的分割区域的形状以及压电元件的端面形状相对于第一实施方式而不同的方式。第一实施方式与第三实施方式的差异仅为压电元件的端面形状，因此以下对第三实施方式的研磨头2b的压电元件28b进行说明，且对其他部分省略说明。

图8是示出从下方观察研磨头2b的凹部25时的概要的俯视图，示出压电元件28b的端面形状的概要。按照将底面25a分割为多个区域而成的分割区域设有压电元件28a。

在本实施方式中，底面25a被分割为八个区域，压电元件28b具有八个压电元件28-81～28-88。压电元件28-81～28-88呈大致扇形状，且沿着周向配置。需要说明的是，底面25a的分割区域的数量以及压电元件28b的数量并不限于八个。

根据本实施方式，由于为了使将晶片w按压于研磨垫3的压力分布发生变化而使用压电元件28b，因此能够使压电元件28b的形状形成为复杂的形状、在此呈大致扇形状，且能够增多压电元件28b的数量。

<第四实施方式>

本发明的第四实施方式是底面25a的分割区域的形状以及压电元件的端面形状相对于第一实施方式而不同的方式。第一实施方式与第四实施方式的差异仅为压电元件的端面形状，因此以下对第四实施方式的研磨头2c的压电元件28c进行说明，且对其他部分省略说明。

图9是示出从下方观察研磨头2c的凹部25时的概要的俯视图，示出压电元件28c的端面形状的概要。按照将底面25a分割为多个区域而成的分割区域设有压电元件28c。

在本实施方式中，底面25a被分割为九个区域，压电元件28b具有九个压电元件28-91～28-99。压电元件28-99呈大致圆环形状，压电元件28-91～28-98呈大致扇形状。在压电元件28-99的内侧，压电元件28-91～28-98沿着周向配置。

需要说明的是，底面25a的分割区域的数量以及压电元件28b的数量并不限于九个。例如，也可以是，在多个大致圆环形状的压电元件的内侧设有多个大致扇形状的压电元件。

根据本实施方式，由于为了使将晶片w按压于研磨垫3的压力分布发生变化而使用压电元件28c，因此能够使压电元件28c的形状形成为复杂的形状、在此呈大致圆环形状以及大致扇形状，且能够增多压电元件28c的数量。另外，能够对压电元件28c的形状进行多个组合。由此，对于具有多样的高度分布的晶片w，能够以平坦度提高的方式进行研磨。

需要说明的是，在本实施方式中，利用了将大致圆环形状以及大致扇形状的压电元件28-91～99组合的压电元件28c，但压电元件28c的形状的组合并不限于此。例如，也可以在大致圆环形状的压电元件的内侧配置大致矩形形状的压电元件。

以上，参照附图详述了本发明的实施方式，但具体的结构并不限于该实施方式，还包括不脱离本发明的要旨的范围的设计变更等。另外，能够采用对作为上述的各实施方式、变形例而进行了说明的结构进行适当组合的结构。

在上述实施方式中，用与研磨装置1不同的装置(测定装置)测定高度分布数据，且取得部122取得高度分布数据，但也可以是，在进行研磨之前用研磨装置1测定高度分布数据，且取得部122取得其高度分布数据。

另外，在上述实施方式中，在压电元件28的上下设有背衬件26、29，但背衬件29不是必须的。也可以代替背衬件29，而利用具有挠性以及弹性的片状的构件，例如橡胶制的片材、pet膜那样的树脂制膜。

另外，背衬件26不是必须的。图10是示出没有背衬件26的研磨头2d的概要的剖视图。凹部25的底面25a为卡盘板24，压电元件28设置于卡盘板24。

另外，在上述实施方式中，头主体部21具有卡盘板24，但头主体部21的方式并不限于此。图11是示出具有弹性基材31的研磨头2e的概要的剖视图。

弹性基材31为由橡胶等具有弹性的材料形成的大致圆板形状的构件。弹性基材31通过折弯片状的材料的外周部分，从而在周缘形成空洞。弹性基材31插入于在壳体23a的下端形成的凹部。由此，在壳体23a的内部形成有空气室23c。压缩空气从空气供给源经由空气流路23b而向空气室23c供给。背衬件26设置于弹性基材31，且压缩空气滞留于空气室23c，由此压缩空气均匀地按压晶片w的整个面。

凹部25的底面25a为背衬件26，压电元件28设置于背衬件26的不与弹性基材31抵接的面。因此，与晶片w的高度相应地使将晶片w按压于研磨垫3的压力分布发生变化，从而与晶片w的高度相应地进行研磨，由此能够提高晶片w的平坦度。

另外，在本发明中，“大致”不仅是包括严格意义上相同的情况，也是包括不丧失相同性的程度的误差、变形的概念。例如大致平行并不限于严格意义上平行的情况。另外，例如，大致矩形形状并不限于严格意义上矩形形状的情况。另外，例如，在仅表现为平行、正交、相同等的情况下，不仅包括严格意义上平行、正交、相同等的情况，也包括大致平行、大致正交、大致相同等的情况。