研磨头及研磨装置制造方法

研磨头及研磨装置制造方法
【专利摘要】本发明是一种研磨头，其具备第一密封空间部，该第一密封空间部由环形刚性环、粘贴于上述刚性环的弹性膜、以及相对于上述刚性环能够在上下方向移动地连结的中板形成，且能够充入不可压缩性流体，上述研磨头进一步具备调整上述中板的上下方向的位置的中板位置调整单元，利用平台上的砂布研磨保持于上述弹性膜的下表面部的工件，上述研磨头通过利用上述中板位置调整单元来调整上述中板的上下方向的位置，能够调整上述弹性膜的下表面部的形状。由此，能够均匀地研磨至工件的最外周部而不会在工件表面产生缺陷，且在研磨后能够从砂布容易地剥离工件。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于研磨工件的表面时保持工件的研磨头、以及具备了该研磨头的研 磨装置，尤其涉及在弹性膜上保持工件的研磨头以及具备了该研磨头的研磨装置。 研磨头及研磨装置

【背景技术】
[0002] 伴随着近几年的半导体器件的高集成化，用于它的半导体晶片的平面度的要求越 来越严格。另外，为了提高半导体芯片的收获率，甚至要求晶片的边缘附近的区域的平坦 性。
[0003] 半导体晶片形状由最终的镜面研磨加工决定。尤其，在直径为300mm的硅片，为了 满足严格的平坦度的规格标准进行在双面研磨的一次研磨，然后为了改进表面的伤痕或面 粗糙度而进行在单面的表面二次研磨及完工研磨。
[0004] 在单面的表面二次研磨及完工研磨中要求维持或改进双面一次研磨中所做成的 平坦度并要求将表面侧做成无伤痕等缺陷的完全镜面。
[0005] 例如，如图13所示，通常的单面研磨装置由粘贴有砂布102的平台103、研磨剂供 给机构104、以及研磨头101等所构成。在这样的研磨装置110中，以研磨头101保持工件W 且从研磨剂供给机构104向砂布102上供给研磨剂105,并且通过使平台103和研磨头101 分别旋转使得工件W的表面与砂布102滑动接触而进行研磨。
[0006] 作为在研磨头保持工件的方法有利用蜡等粘接剂在平坦的工件保持盘上粘贴工 件等方法。另外，如图14所示，有将在称之为背衬膜113a的弹性膜上粘贴用于防止工件弹 出的模板113b而市场销售的模板组件113粘贴于工件保持盘112而保持工件W的无蜡方 式的研磨头121等。
[0007] 如图15所示，作为无蜡方式的其它研磨头，还可使用替代市场销售的模板而在工 件保持盘112的表面粘贴背衬膜113a，并在工件保持盘侧面设置了用于防止工件弹出的圆 环状导环113b的研磨头131等。
[0008] 工件保持盘112通常使用高平坦的陶瓷板，但由于背衬膜113a的厚度不匀等，产 生微小的压力分布，并在加工后的工件表面产生起伏，因而存在使得工件的平坦度变差的 问题。
[0009] 于是，还提出有所谓橡胶夹头方式的研磨头，该研磨头替代工件保持盘而将橡胶 膜用作工件保持部，使空气等加压流体流入该橡胶膜的背面，并以均匀的压力使橡胶膜鼓 起而在砂布上按压工件（参照例如专利文献1)。
[0010] 将橡胶夹头方式的研磨头的构成的一例示意性地表示在图16中。该研磨头141的 主要部分由环形不锈钢（SUS)制品等的刚性环144、粘贴于刚性环144上的橡胶膜143、以 及与刚性环144结合的背板145构成。由刚性环144、橡胶膜143、以及背板145形成密封 的空间部146。另外，在橡胶膜143的下表面部粘贴有背衬膜148,且与刚性环144同心地 具备环形模板147。另外，进行利用压力调整机构150从背板145的中央供给加压流体等， 而调节空间部146的压力。另外，与背板145连结的研磨头主体149具有向砂布方向按压 背板145的未图示的按压单元。
[0011] 现有技术文献 [0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :日本特开2008-110407号公报
[0014] 专利文献2 :日本特开平9-225819号公报


【发明内容】

[0015] 发明所要解决的问题
[0016] 由于使用这种橡胶夹头方式的研磨头，就不会产生起因于背衬膜的厚度不匀的微 小的压力分布，因而加工后的工件表面上并不产生起伏。然而，由于模板的内径大于工件的 外径，因而在模板与工件之间产生少许间隙，在如上所述那样利用压力调整机构向空间部 的内部供给加压流体而进行了压力调整的情况下，模板与工件之间的间隙部分的橡胶膜的 鼓起变大，工件外周部的压力升高，工件外周部被过度研磨，由此导致容易产生外周塌边。
[0017] 通过调整模板的厚度，可在某种程度上调节工件外周部的压力，但由于该模板的 厚度偏差引起工件外周部的研磨余量变化，而存在无法得到稳定的平坦度的问题。
[0018] 另外，在工件的完工研磨中，在使模板接触完工砂布时，由于异物从模板脱离等导 致在工件的表面产生伤痕等缺陷，因此，希望阻止模板接触砂布。
[0019] 然而，在使模板的厚度比工件的厚度还薄以阻止模板接触砂布的情况下，工件外 周部的压力升高，工件外周部被过度研磨，因而产生外周塌边，导致工件的平坦度变差，因 此，还存在无法适用于工件的完工研磨的问题。
[0020] 另外，作为其它橡胶夹头方式的研磨头，在专利文献2中提出了如下方法：对前表 面由弹性膜形成的保持板的流体充入部充入水，并设置朝向流体充入部内可进出的容积调 整螺杆，利用该调整使弹性膜表面为均匀的平面，并使其贴紧并按压工件整个面。在为该方 法的情况下，由于并不是供给加压流体来进行压力调整，因而能够抑制模板与工件的间隙 的橡胶膜的鼓起，因此，抑制外周塌边，但由于工件保持面形状较平坦，因而在工件与砂布 之间的吸附力较大时，存在工件研磨加工结束后无法从砂布上剥离工件的问题。
[0021] 另外，在二次研磨中使用了软质砂布的情况下，主要因砂布而产生外周塌边。因 此，需要使模板与工件为相同的厚度，并将模板与工件一起向砂布按压。在该情况下，由于 在完工研磨时模板与砂布接触，因此，导致在工件表面产生缺陷。因此，导致需要另行准备 具备了比工件更薄的模板的研磨头，而无法使用同一研磨头来实施二次研磨和完工研磨， 因而在操作性上也产生较大的问题。
[0022] 本发明是鉴于如上所述的问题而完成的，其主要目的在于提供一种研磨头及研磨 装置，其能够均匀地研磨至工件的最外周部而不会在工件表面产生伤痕等表面缺陷，且在 工件研磨后能够从砂布容易地剥离工件。
[0023] 用于解决问题的方案
[0024] 为了达到上述目的，根据本发明，提供一种研磨头，其具备：环形刚性环；弹性膜， 其粘贴于该刚性环；以及，中板，其相对于上述刚性环能够在上下方向移动地结合，并与上 述弹性膜和上述刚性环一起形成第一密封空间部，上述研磨头在上述弹性膜的下表面部保 持工件的背面，并使该工件的表面与粘贴于平台上的砂布滑动接触而进行研磨，上述研磨 头其特征在于，进一步具备：已充入上述第一密封空间部的不可压缩性流体；以及，调整上 述中板的上下方向的位置的中板位置调整单元，通过利用上述中板位置调整单元来调整上 述中板的上下方向的位置，能够调整上述弹性膜的下表面部的形状。
[0025] 若为这种研磨头，由于通过调整中板的上下方向的位置即可适当地调整保持工件 的弹性膜的下表面部的形状，因此，能够均匀地研磨至工件的最外周部，且也能够抑制工件 表面的伤痕等表面缺陷。另外，通过使中板的上下方向的位置向上方移动而使保持工件的 弹性膜的表面形状为上凸形状，就能使工件可靠地吸附于研磨头，且在研磨结束后能够从 砂布容易地剥离工件。
[0026] 此时，最好具有由上述中板、配置于该中板的上方的研磨头主体、以及与该研磨头 主体的下端相接的上述刚性环的上部所形成的第二密封空间部，且上述中板位置调整单元 通过控制上述第二密封空间部内的压力而调整上述中板的上下方向的位置。
[0027] 若为这种研磨头，能够将中板的上下方向的位置调节到任意的位置，且能够简便 地调节保持工件的弹性膜的下表面部的形状。
[0028] 而且此时，能够具备停止器，其用于分别限制上述中板的上下方向的移动的上限 位置和下限位置。
[0029] 若为这种研磨头，能够抑制弹性膜的规定以上的形状变化，且能够防止弹性膜的 破损。
[0030] 而且此时，上述弹性膜最好由抗拉强度为lOMPa以上的材料构成。
[0031] 若为这种研磨头，研磨时即使受到施加于工件上的研磨载荷或砂布与工件之间所 产生的摩擦阻力，也能够可靠地维持弹性膜的下表面部的形状。
[0032] 而且此时，最好具备环形模板，其与上述刚性环同心地设置于上述弹性膜的下表 面部的周边部，并保持上述工件的边缘部，或具备树脂制环，其与上述刚性环同心地设置于 上述刚性环的外侧，并保持上述工件的边缘部。
[0033] 若为这种研磨头，研磨时能够抑制工件横向偏移。另外，在使用了软质砂布的二次 研磨中，也能够将模板或树脂制环向砂布按压而均匀地研磨至工件的最外周部。再有，由于 通过调整中板的上下方向的位置以变更工件的表面位置，就能转换模板或树脂制环对砂布 的按压与否，因而能够恰好地适用于二次研磨和完工研磨双方。
[0034] 而且此时，上述环形模板的厚度最好调整成与上述工件的完工厚度相比相差在 ± 1 %以内。
[0035] 若为这种研磨头，能够更为可靠、均匀地研磨至工件的最外周部。
[0036] 而且此时，理想的是，上述中板移动至上述下限位置时，因上述弹性膜的下表面部 的形状被调整为下凸形状而变更的上述工件的表面位置，最好成为比上述模板或树脂制环 的下表面位置还低50 μ m以上且上述工件的完工厚度的55%以下的位置。
[0037] 若为这种研磨头，在完工研磨中，无需将模板或树脂制环向砂布按压即可进行研 磨，且能够可靠地抑制表面缺陷。另外，也能够容易地进行中板的上下方向的位置调整。
[0038] 另外，根据本发明，提供一种研磨装置，该研磨装置是在研磨工件的表面时使用， 该研磨装置其特征在于，具备：砂布，其粘贴于平台上；研磨剂供给机构，其用于向该砂布 上供给研磨剂；以及，上述本发明的研磨头，其作为用于保持上述工件的研磨头。
[0039] 若为这种研磨装置，由于通过调整中板的位置即可适当地调整保持工件的弹性膜 的下表面部的形状，因此，能够均匀地研磨至工件的最外周部，且也能够抑制工件表面的伤 痕等表面缺陷。另外，通过使中板的位置向上方移动而使保持工件的弹性膜的表面形状为 上凸形状，能够使工件可靠地吸附于研磨头，且在研磨结束后能够从砂布容易地剥离工件。
[0040] 发明效果
[0041] 本发明在研磨头中，具有已充入第一密封空间部内的不可压缩性流体，并利用中 板位置调整单元而调整中板的上下方向的位置，由此能够调整弹性膜的下表面部的形状， 因此，能够均匀地研磨至工件的最外周部，且也能够抑制工件表面的伤痕等表面缺陷，再 有，在研磨结束后能够从砂布容易地剥离工件，从而能够可靠地输送工件。

【专利附图】

【附图说明】
[0042] 图1是表示本发明的研磨头的第一实施方式的示意图。
[0043] 图2是表示本发明的研磨头的第二实施方式的示意图。
[0044] 图3是表示本发明的研磨头的第三实施方式的示意图。
[0045] 图4是表示本发明的研磨头的第四实施方式的示意图。
[0046] 图5是表示本发明的研磨头的第五实施方式的示意图。
[0047] 图6是说明将不可压缩性流体充入第一密封空间部内的方法的一例的说明图。
[0048] 图7是表示本发明的研磨装置的一例的示意图。
[0049] 图8是表示使用了本发明的研磨头的研磨工序中的二次研磨（A)、完工研磨（B)、 工件输送时的情况的示意图。
[0050] 图9是表示在实施例1、比较例1、比较例2所研磨的工件的研磨余量分布的曲线 图。
[0051] 图10是表示使用了不同抗拉强度的弹性膜的实施例1至实施例5中的研磨余量 分布的曲线图。
[0052] 图11是表示使用了不同抗拉强度的弹性膜的实施例1至实施例5中的研磨余量 偏差的曲线图。
[0053] 图12是表示在实施例1 (A)、比较例1 (B)、比较例2 (C)所研磨的工件的表面缺陷 图像的图。
[0054] 图13是表示现有的研磨装置的一例的示意图。
[0055] 图14是表示使用了背衬膜的现有的研磨头的一例的示意图。
[0056] 图15是表示使用了背衬膜的现有的研磨头的另一例的示意图。
[0057] 图16是表示橡胶夹头方式的现有的研磨头的一例的示意图。

【具体实施方式】
[0058] 下面关于本发明说明实施方式，但本发明并不限定于此。
[0059] -直以来，使用利用模板等而调节工件外周部的压力的方法，以抑制工件外周部 的过度研磨。然而，存在以下问题：模板的厚度偏差导致工件外周部的研磨余量发生变化， 无法得到稳定的平坦度；在完工研磨中使模板等接触砂布的情况下，因异物脱离模板等，而 导致在工件的表面产生缺陷。在工件与砂布之间的吸附力较大的情况下，有时在研磨结束 后无法从砂布剥离工件。
[0060] 于是，本发明人为了解决这种问题而反复进行了专心研讨。其结果发现，若以向由 刚性环、弹性膜、以及中板所形成的密封空间部中充入不可压缩性流体，并使中板相对于刚 性环能够在上下方向移动地结合的方式构成，则能够调整中板的上下方向的位置使得弹性 膜的下表面部的形状最优化，由此能够实现连最外周也平坦的工件的研磨加工。而且发现， 若使中板的上下方向的位置向上方移动而将弹性膜的下表面部调整成上凸形状，则在研磨 结束后能够从砂布容易地剥离工件，并完成了本发明。
[0061] 首先，参照图1说明本发明的研磨头的第一实施方式。
[0062] 如图1所示，研磨头la具有弹性膜3、环形刚性环4、中板5、中板位置调整单元8、 以及研磨头主体9。在该刚性环4的下表面侧以均匀的张力粘贴有弹性膜3。中板5相对 于刚性环4能够在上下方向移动地结合，且中板5的上下方向的位置由中板位置调整单元 8所调整。由该弹性膜3、刚性环4、以及中板5而形成第一密封空间部6。工件W的背面侧 保持于弹性膜3的下表面部，其表面侧被研磨。
[0063] 在这种由弹性膜3、刚性环4、以及中板5等构成的橡胶夹头部中，在研磨工件W之 前，预先在第一密封空间部6内充入不可压缩性流体2。这里，本发明中所说的不可压缩性 流体是指一种流体，该流体并不是如气体那样一旦被加压就会压缩使得体积大幅度缩小的 流体。例如，作为不可压缩性流体2能够使用水或主成分为水的不可压缩性流体、或能够使 用油。
[0064] 若使用水或主成分为水的不可压缩性流体，则能够以低成本构成，在例如研磨中 弹性膜3破裂等情况下，不可压缩性流体2即使从例如第一密封空间部6漏出，也不存在污 染工件或研磨装置的内部的危险，因此更为理想。
[0065] 再有，在不可压缩性流体2从例如第一密封空间部6漏出的情况下，最好使用用于 工件W的研磨加工的研磨剂、或包含用于工件W的研磨加工的研磨剂的成分中的至少一种 以上的成分的水溶液，以防对工件W的研磨特性带来影响。另外，在工件W为半导体材料的 情况下，从防止金属污染等目的来看，不包含金属离子等的纯水适合作为不可压缩性流体 2〇
[0066] 刚性环4的材质可以为例如SUS(不锈钢）等刚性材料。中板5的材质、形状并无 特别限定，只要与刚性环4、以及橡胶膜3 -起能够形成第一密封空间部6即可。
[0067] 作为使中板5相对于刚性环4能够在上下方向移动地结合的构成，例如可以是将 中板5与刚性环4通过膜片结合的构成，或者，可以是将滚珠螺杆或气缸用作中板位置调整 单元8而与中板5连结的构成，但本发明并不特别限定于这些构成。
[0068] 通过调整中板5的上下方向的位置，能够将弹性膜3的下表面部的形状调整为例 如上凸形状、下凸形状、以及平坦形状等形状。
[0069] 研磨头主体9具备未图示的加压单元，能够对工件W施加研磨载荷（按压力）。
[0070] 弹性膜3的材质虽无特别限定，但最好由抗拉强度（JIS K6251)为lOMPa以上优 选为20MPa以上的材料构成。若是这种材质，研磨时即使受到施加于工件的研磨载荷或砂 布与工件之间所产生的摩擦阻力，也能够可靠地维持弹性膜的下表面部的形状。
[0071] 在使用了本发明的研磨头la的情况下，通过利用中板位置调整单元8来调整中板 5的上下方向的位置，能够配合研磨条件使保持工件W的弹性膜3的下表面部的形状最优 化，且在研磨中，由于充入第一密封空间部6的不可压缩性流体2的体积几乎不变，因此，能 够维持弹性膜的下表面部的最优形状，并能够对工件W整体施加均匀的载荷而研磨工件w。 因此，能够均匀地研磨至工件的最外周部，且也不会产生由异物脱离等所导致的工件表面 的表面缺陷。另外，通过使中板5的上下方向的位置向上方移动而使弹性膜3的表面形状 为上凸形状，能够使工件可靠地吸附于研磨头，在研磨结束后能够从砂布容易地剥离工件， 并能够可靠地输送工件。
[0072] 图2是表示在中板5与刚性环4的结合上使用了膜片的本发明的研磨头的第二实 施方式的示意图。
[0073] 如图2所示，研磨头lb的中板5,通过膜片10相对于刚性环4能够在上下方向移 动地结合。另外，由中板5、配置于该中板5的上方的研磨头主体9、以及与该研磨头主体9 的下端相接的刚性环4的上部形成第二密封空间部11。中板位置调整单元8使用与第二密 封空间部11连结的压力控制装置12而构成，压力控制装置12能够进行减压和加压控制以 调整第二密封空间部11内的压力。
[0074] S卩、中板位置调整单元8通过控制第二密封空间部11内的压力，能够调整中板5 的上下方向的位置。
[0075] 若为这种本发明的研磨头lb，则能够将中板5的上下方向的位置调节到任意位 置，并能够简便地使保持工件的弹性膜的下表面部的形状最优化。
[0076] 图3是表示本发明的研磨头的第三实施方式的示意图。
[0077] 如图3所示，以分别限制中板5的上下方向的移动的上限位置和下限位置为目的， 而在研磨头lc上设置有上限的停止器13a和下限的停止器13b。
[0078] 若为这种本发明的研磨头lc，则能够抑制弹性膜3的规定以上的形状变化，并能 够防止弹性膜3的破损。
[0079] 图4是表示本发明的研磨头的第四实施方式的示意图。
[0080] 如图4所示，研磨头Id除了图3所示的研磨头lc的构成之外还设置有环形模板 7和背衬膜14。环形模板7与刚性环4同心地设置于弹性膜3的下表面部的周边部，并保 持工件W的边缘部。这里，就模板7的材质而言，为了不污染工件W且为了不造成伤痕或压 痕，最好为比工件W更为柔软且即便在研磨过程中与研磨装置的砂布接触也难以磨损的耐 磨性较高的材质。
[0081] 背衬膜14粘贴设置于弹性膜3的下表面部的至少保持工件W的部分，使背衬膜14 含水而粘贴工件W，而在弹性膜3的工件保持面上保持工件W。利用背衬膜14中所含的水 的表面张力能够可靠地保持工件W。这里，背衬膜14可由例如聚氨酯制成。另外，还可以使 用在背衬膜的表面粘贴模板而作为模板组件市场销售的模板组件。
[0082] 若为这种具有环形模板7和背衬膜14的研磨头，则研磨时能够防止工件W的横向 偏移，能够更稳定地保持工件。
[0083] 能够如下构成：使模板7的厚度与工件W的厚度相同，从而研磨时能够将模板7与 工件W-起向砂布按压。若为这种构成，即使是在尤其因砂布而容易产生外周塌边的、使用 了软质砂布的二次研磨中，也能够更均匀地研磨至工件的最外周部，能够有效地抑制工件W 的外周塌边。此时，若将模板7的厚度精度调整成与工件的完工厚度相比相差在±1%以 内，则能够更可靠、均匀地研磨至工件的最外周部，因此比较理想。
[0084] 如上所述，本发明的研磨头，由于通过利用中板位置调整单元8来调整中板5的上 下方向的位置而能够调整弹性膜3的下表面部的形状，因此，通过弹性膜3的下表面部的形 状变化也能够调整工件W的表面的上下方向的位置。例如，若将弹性膜3的下表面部的形 状调整为下凸形状，则能够将工件W的表面的上下方向的位置从弹性膜3的下表面部的形 状为平坦形状的状态时的位置向下方调整。即、通过调整中板5的上下方向的位置能够调 整工件表面与模板下端面的上下方向的相对距离，从而能够转换模板对砂布的按压与否。
[0085] 因此，即使所使用的模板与工件的厚度相同，尤其在完工研磨中，也能够以模板不 接触砂布的方式进行研磨，从而能够抑制工件表面上产生缺陷，并能够将工件W均匀地完 工研磨至最外周部。这样，本发明的研磨头能够恰好地适用于二次研磨和完工研磨双方。
[0086] 图5是表示本发明的研磨头的第五实施方式的示意图。
[0087] 如图5所示，弹性膜3仅在刚性环4的侧面粘贴，在刚性环4的下端与弹性膜3之 间具有不可压缩性流体2所进入的间隙。另外，在图4所示的研磨头Id中，以环形模板7 来保持工件W的边缘部，相对于此，在图5所示的研磨头le中，以与刚性环4同心地设置于 刚性环4的外侧的树脂制环15来保持工件W的边缘部。
[0088] 若具有这种树脂制环15和背衬膜14,则研磨时能够防止工件W的横向偏移，能够 更稳定地保持工件。
[0089] 树脂制环15能够以在弹性膜3的形状为平坦的状态下保持工件W时使工件表面 与树脂制环15的下端面的上下方向的位置相同的方式调整高度。在这种研磨头le中，与 在上述研磨头Id的说明相同地、通过在研磨时将树脂制环15与工件W-起向砂布按压，能 够更均勻地研磨至工件的最外周部。
[0090] 图6图示了在图4所示的研磨头Id中充入不可压缩性流体2的方法的一例。
[0091] 如图6所示，在中板5的上表面侧设置有用于将不可压缩性流体2导入第一密封 空间部6内或从该空间排出的两个通孔18a、18b。各个通孔18a、18b上安装有连接器19a、 19b，以便在保持不可压缩性流体2的压力的状态下向第一密封空间部6内充入不可压缩性 流体2。
[0092] 用于导入不可压缩性流体2的流体充入装置20具有连接有压力计21和阀22a的 回路，且在该回路的末端连接有螺纹接头23a。该螺纹接头23a与设置于中板5上的连接器 19a连接。再有，流体充入装置20具有末端与排液管连接，且中间连接有阀22b的回路，以 排出不可压缩性流体2。在回路的前端连接有螺纹接头23b，该螺纹接头23b与设置于中板 5上的连接器19b连接。
[0093] 首先，在将中板5压抵在下限的停止器13b上的状态下，通过紧固夹具16a将中板 5固定于刚性环4。向模板7内插入工件W、或厚度与工件W相同的调整板，进一步在模板下 端面插入调整用垫片17,并置放在平坦且刚性较高的基座24上。接着，通过紧固夹具16b 将刚性环4固定于基座24上。
[0094] 接着，打开阀22a、22b，向第一密封空间部6内导入不可压缩性流体2,而对第一密 封空间部6内进行排气。这里，作为排气，能够通过关闭阀22a并打开阀22b，且在排液管侧 连接减压回路而进行。
[0095] 接着，关闭阀22a、22b，利用未图示的压力调整机构使压力计21成为规定的压力， 即调整不可压缩性流体2的压力，然后打开阀22a而向第一密封空间部6内导入不可压缩 性流体2。确认出压力计21成为规定的压力之后，关闭阀22a，向第一密封空间部6内充入 不可压缩性流体2。充入之后，从安装于中板5的上部的连接器19a、19b上拆下螺纹接头 23a、23b。如此地充入流体之后，在刚性环4的上表面安装具备未图示的加压单元的研磨头 主体9,并在第二密封空间部连结压力控制装置。以上述方式充入不可压缩性性流体2,构 成本发明的研磨头Id。
[0096] 若使用利用这种方法向第一密封空间部6内充入了不可压缩性流体2的图4所示 的本发明的研磨头ld，则相对于通过研磨头主体9所加压的对工件W的压力，利用压力控制 装置12更高地保持第二密封空间部11内的压力，由此在中板5压抵在下限的停止器13b 上的状态下进行研磨，从而即使使用厚度与工件W相同的模板7,也能够在模板7与砂布未 接触的状态下进行完工研磨，并能够抑制工件W的表面产生伤痕等缺陷。
[0097] 接着，说明本发明的研磨装置。
[0098] 图7是表示本发明的研磨装置的一例的示意图。
[0099] 如图7所示，本发明的研磨装置30具有：粘贴于平台33上的砂布32 ;用于向该砂 布32上供给研磨剂35的研磨剂供给机构34 ;以及，作为用于保持工件W的研磨头的、上述 的本发明的研磨头Id。该研磨头Id做成通过未图示的加压机构能够将工件W按压在粘贴 于平台33上的砂布32的构造。
[0100] 而且，一边通过研磨剂供给机构34向砂布32上供给研磨剂35, 一边通过与旋转轴 连结的研磨头Id的自转运动和平台33的旋转运动，使工件W的表面滑动接触而进行研磨。
[0101] 这种本发明的研磨装置30,由于通过调整中板的位置能够适当地调整保持工件的 弹性膜的下表面部的形状，因此，能够均匀地研磨至工件的最外周部，且能够抑制在工件表 面产生伤痕等表面缺陷。另外，通过使中板的位置向上方移动而使保持工件的弹性膜的表 面形状为上凸形状，能够使工件可靠地吸附于研磨头，且在研磨结束后能够从砂布容易地 剥离工件。
[0102] 使用研磨装置30进行二次研磨时，如图8 (A)所示，调整位于中板5的上方的第二 密封空间部11内的压力使得弹性膜3的工件保持面成为平坦形状，并将中板固定于适当的 位置而进行研磨。在进行完工研磨时，如图8(B)所示，提高第二密封空间部11内的压力而 将中板5的上下方向的位置固定为压抵在下限的停止器13b上的状态。由此，弹性膜3的 工件保持面呈下凸形状，从而能够以模板7与砂布32未接触的状态进行研磨。
[0103] 在研磨结束后输送工件时，如图8(C)所示，对第二密封空间部11内进行减压，而 将中板5的上下方向的位置固定为压抵在上限的停止器13a上的状态。由此，弹性膜3的 工件保持面呈上凸形状，因此，能够吸附工件，能够将工件W从砂布32容易地从剥离，从而 能够可靠地输送工件。
[0104] 实施例
[0105] 以下，示出本发明的实施例和比较例而更为具体地说明本发明，但本发明并不限 定于这些例子。
[0106] (实施例1)
[0107] 使用图7所示的本发明的研磨装置30研磨了工件。使用如图6所示的流体 充入装置20如下准备了如图4所示的研磨头Id。作为刚性环，使用了外径为360mm、 内径为320mm的SUS制刚性环，且作为弹性膜，将抗拉强度为18MPa的三元乙丙橡胶 (Ethylene-Propylene-Diene Monomer，EPDM)粘贴于刚性环的下表面。在弹性膜的下 表面粘贴了市场销售的模板组件，该模板组件在背衬膜表面粘贴有外径为355mm、内径为 302mm、厚度为780 μ m的模板。
[0108] 作为工件，使用了直径为300mm、厚度为775 μ m的单晶硅晶片，并使调整用垫片的 厚度为250 μ m。使用纯水作为不可压缩性流体，以70Kpa的压力充入至第一密封空间部内。 将研磨头装载在研磨装置上而进行了工件的二次研磨和完工研磨。使用直径为800mm的平 台，二次研磨用砂布使用了在无纺布含浸了氨酯的丝绒型砂布，完工研磨用砂布使用了在 无纺布上使氨酯发泡而成的麂皮型砂布。
[0109] 再有，作为工件所使用的硅单晶晶片是预先对其双面施加一次研磨并对边缘部也 施加了研磨的晶片。
[0110] 在二次研磨时作为研磨剂使用了含有胶态硅石的碱溶液，并使研磨头与平台分别 以31rpm、29rpm旋转。通过未图示的加压单元将晶片的研磨载荷（按压力）以换算成工件 的表面压力时成为15Kpa的方式设定，并利用压力控制装置将第二密封空间部内的压力控 制为lOKPa使得施加于工件与模板的压力相同。研磨时间调整成使工件的平均研磨量成为 1 μ m〇
[0111] 进而，二次研磨后使用相同的研磨头继续进行了工件的完工研磨。进行完工研磨 时，研磨剂使用了含有胶态硅石的碱溶液作为湿润剂，所述胶态硅石添加有微量的水溶性 高分子添加剂，使研磨头与平台分别以31rpm、29rpm旋转。通过未图示的加压单元将晶片 的研磨载荷以换算成工件的表面压力时成为15Kpa的方式设定，利用压力控制装置将第二 密封空间部内的压力设定为较高的压力，以成为中板压抵在下限的停止器上的状态，并将 该压力控制为50KPa而研磨了 120秒钟。完工研磨后，对工件施加了以70°C的温度所加温 的氨水、过氧化氢水清洗即所谓的SCI清洗，以去除工件表面的研磨剂。
[0112] 完工研磨后，使中板的位置向上方移动，而从砂布容易地剥离了工件。
[0113] 评价了这样进行研磨后的工件的面内的研磨余量的偏差。至于研磨余量，使用平 坦度测定仪对于除了最外周部1_宽度之外的区域作为平坦度保证区而测定了研磨前后 的工件的厚度，并计算出在工件的直径方向截面的研磨前后厚度的差分。作为平坦度测定 仪使用了 Wafer Sight (KLA-Tencor公司制平坦度测定仪）。
[0114] 再有，评价了研磨后的工件的表面缺陷。表面缺陷评价是使用KLA-Tencor公司制 SP-2而测定了工件表面上的37nm以上的缺陷的数量。
[0115] 将在实施例1所研磨的工件的研磨余量分布示于图9。图9(A)为整体的研磨余量 分布，图9(B)是工件上的位置为自120至150mm的范围的放大图。如图9(A)、图9(B)所 示，距外周为3mm为止研磨成大致均勻，距外周为3mm至1mm的范围的研磨余量略微增加， 而研磨余量偏差为39. 6nm，与使用了相同的弹性膜、相同的模板的下述比较例2相比，外周 塌边有了大幅度改进。
[0116] 将在实施例1所研磨的工件的表面缺陷图像示于图12(A)。如图12(A)所示，工件 表面的37nm以上的缺陷数量为18个，相对于同样地使用了与工件相同的厚度的模板的比 较例2,有了大幅度改进。
[0117] 这样，确认出以下事项：通过使用本发明的研磨头及研磨装置来进行二次研磨和 完工研磨，能够均匀地研磨至工件的最外周部而不会在工件表面产生伤痕等表面缺陷，且 在工件研磨后能够从砂布容易地剥离工件。
[0118] (实施例2至实施例5)
[0119] 作为研磨头的弹性膜使用了抗拉强度为8MPa的厚度为2mm的硅橡胶（实施例2)、 抗拉强度为12MPa的厚度为2mm的三元乙丙橡胶（实施例3)、抗拉强度为21MPa的厚度为 2mm的丁腈橡胶（Nitrile Rubber，NBR)(实施例4)、以及抗拉强度为37MPa的厚度为2mm 的氢化丁腈橡胶（实施例5)，并以与实施例1相同的条件进行了二次研磨和完工研磨。
[0120] 将在使用了不同抗拉强度的弹性膜的实施例2至实施例5中经二次研磨和完工研 磨的工件的研磨余量分布示于图10。如图10所示，可知以下事项：通过使用弹性膜的抗拉 强度较高的材料，能够抑制最外周部的研磨余量增加，且能够进行更平坦的研磨。
[0121] 另外，所使用的弹性膜的抗拉强度与研磨余量偏差的关系示于图11。在实施例2 至实施例5所研磨的工件的研磨余量偏差分别为53. 4nm、49. 7nm、27. 3nm、以及13. 6nm。弹 性膜的抗拉强度越高则工件的研磨余量偏差就越小。
[0122] 从该结果来看，最好使用由抗拉强度为lOMPa以上的材料所形成的弹性膜，以将 工件的研磨余量偏差抑制在50nm以下。再有，最好使用由抗拉强度为20MPa以上的材料所 形成的弹性膜，以将研磨余量偏差抑制在30nm以下。通过这样使用抗拉强度较高的弹性 膜，能够进一步均匀地研磨工件的外周部。
[0123] (比较例1、比较例2)
[0124] 使用具备了如图16所示的现有的研磨头的研磨装置而研磨了与实施例1相同的 硅单晶晶片。作为刚性环，使用了外径为360_、内径为320_的SUS制刚性环，并粘贴了厚 度为2mm的抗拉强度为18MPa的三元乙丙橡胶。在三元乙丙橡胶表面上粘贴了市场销售的 模板组件，该模板组件在背衬膜表面粘贴有外径为355mm、内径为302mm、厚度为750 μ m的 模板（比较例1)。将研磨头装载在如图13所示的研磨装置上而进行了工件的二次研磨和 完工研磨。
[0125] 使用直径为800mm的平台，二次研磨用砂布使用了在无纺布含浸了氨酯的丝绒型 砂布，完工研磨用砂布使用了在无纺布上使氨酯发泡而成的麂皮型砂布。
[0126] 再有，作为工件所使用的硅单晶晶片是预先对其双面施加一次研磨并对边缘部也 施加了研磨的晶片。
[0127] 在二次研磨时作为研磨剂使用了含有胶态硅石的碱溶液，并使研磨头与平台分别 以31rpm、29rpm旋转。使压缩空气流入密封空间部146内，利用压力调整机构150将内部 的压力控制为15KPa，以在工件上施加15KPa的研磨载荷。研磨时间调整成使工件的平均研 磨量成为1 μ m。
[0128] 进而，二次研磨后使用相同的研磨头继续进行了工件的完工研磨。进行完工研磨 时，研磨剂使用了含有胶态硅石的碱溶液作为湿润剂，所述胶态硅石添加有微量的水溶性 高分子添加剂，使研磨头与平台分别以31rpm、29rpm旋转。使压缩空气流入密封空间部146 内，利用压力调整机构150将内部的压力控制为15KPa，以在工件上施加15KPa的研磨载荷， 并研磨了 120秒钟。完工研磨后，对工件施加了以70°C的温度所加温的氨水、过氧化氢水清 洗即所谓的SCI清洗，以去除工件表面的研磨剂。
[0129] 另外，也准备了粘贴有模板厚度为780 μ m(比较例2)的模板组件的研磨头，并以 与比较例1相同的条件研磨了工件。
[0130] 与实施例1相同地评价了这样进行研磨后的工件的面内的研磨余量的偏差。另 夕卜，与实施例1相同地评价了研磨后的工件的表面缺陷。
[0131] 将在比较例1和比较例2所研磨的工件的研磨余量分布示于图9。在为比较例1 的情况下，发现研磨余量在大致距外周为25mm处增加，发现研磨余量在距外周为3mm至1mm 处急剧增加，且研磨余量偏差为116. 2nm。在为使用了接近工件厚度的厚度为780 μ m的模 板的比较例2的情况下，虽然从距外周为25mm处的研磨余量增加有了改进，且均匀地研磨 至距外周为3mm处，但对于距外周为3mm至1mm处的急剧的研磨余量增加来讲，并未发现改 进，研磨余量偏差为81. 2nm。
[0132] 将在比较例1和比较例2所研磨的工件的表面缺陷图像分别示于图12(B)、图 12 (C)。在模板厚度为750 μ m的比较例1中缺陷数量为216个，在模板厚度为780 μ m的比 较例2中缺陷数量为684个。模板厚度较厚的比较例2,由于完工砂布与模板处于总是接触 的状态，因此，与比较例1相比，缺陷数量更为增加。
[0133] 这样，在比较例1、比较例2中，使用相同的研磨头进行二次研磨和完工研磨，就无 法同时实现均匀的研磨余量的研磨和抑制缺陷双方。
[0134] 另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式是例示，具有与本发明的权 利要求书中所记载的技术思想实质上相同的构成并带来相同的作用效果的技术无论怎样 也均包括在本发明的技术范围。例如，涉及本发明的研磨头不限定于图1?图5所示的实 施方式，例如，对于权利要求书中所记载的要件之外的头主体的形状等适当地设计即可。再 有，研磨装置的构成也不限定于图7所示的构成，例如也能够做成具备多个涉及本发明的 研磨头的研磨装置。
【权利要求】
1. 一种研磨头，其具备：环形刚性环；弹性膜，其粘贴于该刚性环；以及，中板，其相对 于上述刚性环能够在上下方向移动地结合，并与上述弹性膜和上述刚性环一起形成第一密 封空间部，上述研磨头在上述弹性膜的下表面部保持工件的背面，并使该工件的表面与粘 贴于平台上的砂布滑动接触而进行研磨，上述研磨头其特征在于， 进一步具备：已充入上述第一密封空间部的不可压缩性流体；以及，调整上述中板的 上下方向的位置的中板位置调整单元，通过利用上述中板位置调整单元来调整上述中板的 上下方向的位置，能够调整上述弹性膜的下表面部的形状。
2. 根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于， 具有由上述中板、配置于该中板的上方的研磨头主体、以及与该研磨头主体的下端相 接的上述刚性环的上部所形成的第二密封空间部，且上述中板位置调整单元通过控制上述 第二密封空间部内的压力而调整上述中板的上下方向的位置。
3. 根据权利要求1或2所述的研磨头，其特征在于， 具备停止器，其用于分别限制上述中板的上下方向的移动的上限位置和下限位置。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的研磨头，其特征在于， 上述弹性膜由抗拉强度为lOMPa以上的材料构成。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的研磨头，其特征在于， 具备环形模板，其与上述刚性环同心地设置于上述弹性膜的下表面部的周边部，并保 持上述工件的边缘部。
6. 根据权利要求5所述的研磨头，其特征在于， 上述环形模板的厚度调整成与上述工件的完工厚度相比相差在± 1 %以内。
7. 根据权利要求1至4中任一项所述的研磨头，其特征在于， 具备树脂制环，其与上述刚性环同心地设置于上述刚性环的外侧，并保持上述工件的 边缘部。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的研磨头，其特征在于， 上述中板移动至上述下限位置时，因上述弹性膜的下表面部的形状被调整为下凸形状 而变更的上述工件的表面位置，成为比上述模板或树脂制环的下表面位置还低的位置。
9. 根据权利要求8所述的研磨头，其特征在于， 上述中板移动至上述下限位置时，上述工件的表面位置，成为比上述模板或树脂制环 的下表面位置低50 μ m以上且上述工件的完工厚度的55%以下的位置。
10. -种研磨装置，是在研磨工件表面时使用，该研磨装置其特征在于， 具备：砂布，其粘贴于平台上；研磨剂供给机构，其用于向该砂布上供给研磨剂；以及， 权利要求1至9中任一项所述的研磨头，其作为用于保持上述工件的研磨头。
【文档编号】H01L21/304GK104114323SQ201380009156
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年1月28日 优先权日:2012年2月15日
【发明者】桝村寿 申请人:信越半导体株式会社