CN101827685A - 研磨头及研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种研磨头(11)，是针对至少由略圆盘状的中板(12)、以及覆盖该中板的至少底面部与侧面部的橡胶膜(13)所组成，具有由前述中板与前述橡胶膜所包围的空间部(14)，并构成可利用压力调整机构(15)来改变前述空间部的压力，于前述橡胶膜的底面部保持工件(W)的背面，使该工件的表面与贴附在转盘上的研磨布(22)作滑动接触来进行研磨的形态的研磨头，其中前述中板与前述橡胶膜，于前述中板的至少底面部的整体，未接触而具有间隙(14a)。以此，提供一种研磨头等，于橡胶夹头方式的研磨头中，可不受中板的刚性、平面度的影响，而对工件整体施加均匀的研磨荷重。

Description

研磨头及研磨装置

技术领域

本发明涉及一种研磨工件的表面时用以保持工件的研磨头、以及具备此研磨头的研磨装置，特别涉及一种保持工件于橡胶膜的研磨头、以及具备此研磨头的研磨装置。

背景技术

作为研磨硅芯片等的工件表面的装置，有分别研磨工件的单面的单面研磨装置、以及同时研磨工件的双面的双面研磨装置。

一般的单面研磨装置，例如图9所示，是由贴附有研磨布94的转盘(平台)93、研磨剂供给装置96、以及研磨头92等构成。如此的研磨装置91中，先以研磨头92保持工件W，然后从研磨剂供给机构96供给研磨剂95至研磨布94上，且分别旋转转盘93与研磨头92，使工件W的表面与研磨布94摩擦地接触(滑动接触)，来进行研磨。

作为将工件保持于研磨头的方法，有于平坦的圆盘状的板上，通过蜡等接着剂来贴附工件的方法等。另外，作为用以提高工件整体的平坦性的保持方法，有以橡胶膜作为工件保持部，于该橡胶膜的背面流入空气等的加压流体，以均匀的压力使橡胶膜膨胀，将工件压抵向研磨布，亦即，橡胶夹头方式(例如参照日本专利公开公报特开平5-69310号公报、特开2005-313313号公报等)。

先前的橡胶夹头方式的研磨头的构成例模式地表示于图8(a)，该研磨头的周边部的扩大图表示于图8(b)。此研磨头71的重点是由略圆盘状的中板72、以及嵌合中板72而固定的橡胶膜73所组成。橡胶膜73通过中板的顶面的周边部72c、侧面部72b、以及底面部72a的周边部而被支持。在中板的底面部72a，于周边部形成突出部72d，用以在与橡胶膜73之间形成空间部74。在中板72的中央设有连通压力调整机构75的调整压力用的贯通孔76，通过压力调整机构75供给加压流体等，来调节空间部74的压力。另外，亦具有将中板72向研磨布94方向压抵的未图标的压抵装置。

其它，作为在日本特开2005-313313号公报中所记载的构造的研磨头，除了对橡胶膜施加压力的机构之外，也有设置对中板均匀地施加压力的机构、或对设于工件保持部周围的扣环(retainerring)施加压力的机构等的情况。

使用如此构成的研磨头，于橡胶膜73的底面部，隔着衬垫77来保持工件W，压抵中板使工件W滑动接触于已贴附在转盘93的顶面上的研磨布94，来进行研磨。

若通过如此的橡胶夹头方式的研磨头来研磨工件，则虽可获得较佳的研磨量均匀性，然而特别是在外周部分会有发生研磨塌边等的问题，而有进一步提高研磨量的均匀性的需求。

发明内容

因此，本发明是有鉴于如此的问题而开发出来，其主要目的是提供一种研磨头，针对橡胶夹头方式的研磨头，不受中板的刚性、平面度的影响，可对工件整体施加均匀的研磨荷重。

本发明是为解决上述课题而开发出来，提供一种研磨头，是针对至少由略圆盘状的中板、以及覆盖该中板的至少底面部与侧面部的橡胶膜所组成，具有由前述中板与前述橡胶膜所包围的空间部，并构成可利用压力调整机构来改变前述空间部的压力，于前述橡胶膜的底面部保持工件的背面，使该工件的表面与贴附在转盘上的研磨布作滑动接触来进行研磨的形态的研磨头，其特征在于：前述中板与前述橡胶膜，于前述中板的至少底面部的整体，未接触而具有间隙。

若利用如此的研磨头，该中板与橡胶膜于中板的至少底面部的整体未互相接触而具有间隙，来研磨工件，则因中板的底面部与橡胶膜之间具有间隙而不会受到中板的刚性、平面度的影响，可对工件整体施加均匀的研磨荷重，来研磨工件。其结果，整个工件表面，特别是于外周部，可维持高平坦性地研磨。

此时，中板的底面部与橡胶膜之间的间隙，较佳为不足1mm。

如此，若中板的底面部与橡胶膜之间的间隙不足1mm，则可使空间部的压力更安定，以此状态来进行工件的研磨。

又，前述中板与前述橡胶膜，较佳是即使于前述中板的侧面部的整体亦未接触而具有间隙。

如此，若中板与橡胶膜，即使于中板的侧面部的整体亦未接触而具有间隙，则因即使于侧面部亦未接触，可更降低因中板的侧面部的刚性、形状对于橡胶膜的影响，因此，可更有效地以均匀的研磨荷重压抵工件的背面，来进行研磨。其结果，可更有效地维持工件的表面的平坦性，来进行研磨。

又，前述橡胶膜中，覆盖前述中板的侧面部的部分的内径较佳是大于工件的平坦度保证区域。

如此，若橡胶膜中，覆盖中板的侧面部的部分的内径，大于工件的平坦度保证区域，则可降低橡胶膜中覆盖中板的侧面部的部分的刚性对于橡胶膜的工件保持面(保持工件的面)的影响，来进行研磨，可更有效地提高研磨量均匀性，来研磨工件。

又，前述橡胶膜可于前述工件保持面具备衬垫，此时，衬垫的直径较佳是大于工件的直径。

如此，即使为确实地保持工件于研磨头，且防止背面的伤痕等的发生而具备衬垫时，若使衬垫的直径大于工件，则可降低因衬垫所造成的橡胶膜的膨胀的限制而对工件的影响，因此，可以更均匀的研磨荷重来压抵工件。

再者，本发明提供一种研磨装置是在研磨工件的表面时所使用的研磨装置，其特征在于至少具备：研磨布，贴附于转盘上；研磨剂供给机构，用以供给研磨剂至该研磨布上；以及研磨头，用以保持前述工件，为前述本发明的研磨头。

如此，若利用具备本发明的研磨头的研磨装置，来进行工件的研磨，则可对工件整体施加均匀的研磨荷重，来研磨工件。其结果，整个工件的表面，特别是于外周部，可维持高平坦性地进行研磨。

若利用本发明的研磨头来进行工件的研磨，则可对工件表面全面施加均匀的压抵力来进行研磨。其结果，可提高工件的全面(整个面)的研磨量均匀性，使研磨的工件的表面平坦性良好。

附图说明

图1是表示本发明的研磨头的第一形式的概略剖面图，(a)是表示研磨头整体的概略剖面图，(b)是表示周边部的扩大图。

图2是表示本发明的研磨头的第二形式的概略剖面图，(a)是表示研磨头整体的概略剖面图，(b)是表示周边部的扩大图。

图3是表示具备本发明的研磨头的研磨装置的一例的概略构成图。

图4是表示橡胶膜的中的覆盖中板的侧面部的部分(橡胶膜侧部)与工件的最外周部的位置关系的说明图。

图5是表示在实施例1、2以及比较例中，研磨后的工件的研磨量均匀性的图表。

图6是表示橡胶膜的中的覆盖中板的侧面部的部分(橡胶膜侧部)的内径改变时的工件的研磨量均匀性的图表。

图7是表示衬垫的外径改变时的工件的研磨量均匀性的图表。

图8是表示习用的橡胶夹头方式的研磨头的构造概略剖面图，(a)是表示研磨头整体的概略剖面图，(b)是表示周边部的扩大图。

图9是表示单面研磨装置的一例的概略构成图。

图10是表示本发明的研磨头具备扣环的情况的一例的概略构成图。

图11是表示在本发明的研磨头中的工件、衬垫以及橡胶膜的位置关系的说明图。

具体实施方式

以下，更详细地说明本发明。

如上所述，通过橡胶夹头方式的研磨头来保持工件，研磨工件的表面时，研磨后的工件的表面平坦性有更高水平的要求，先前，特别是在外周部分中，有发生研磨塌边等的问题。

为解决如此的问题，本发明者进行了实验与检讨。

其中，本发明者发现以下的情事。亦即，先前，如图8所示，在中板72的底面部72a，如有与橡胶膜73接触处(突出部)72d，则即使是突出部72d与橡胶膜73未接着，工件研磨中，因加压流体而成为自由的状态，在研磨时，当压抵研磨头71整体的时候，若将中板向研磨布94的方向压抵，则橡胶膜73的工件保持面，会受到中板72的刚性、底面部72a(突出部72d的底面)的平面度等的影响，造成形状、压抵力变成不均匀，使得保持于橡胶膜73的工件保持面而被研磨后的工件W的形状恶化。

特别是，先在橡胶膜73的工件保持面的外侧配置扣环(retainer ring)，并以该扣环来保持工件W的边缘部的构造的研磨头的情况，由于工件W是被保持于橡胶膜73的底面部的几乎至最外周部为止，因此，橡胶膜73与形成于中板的底面部72a的周边部的突出部72d的接触部所造成的影响甚大。又，即使工件W并不是如前述般地位于橡胶膜73与中板的突出72d的接触部的正下方，而是被保持于更内侧的情况，在橡胶膜73的工件保持面，因橡胶膜73与中板的突出部72d的接触部的存在，而对压力分布等多少造成影响。

而且，本发明者检讨用以解决如此的问题点的对策。其结果发现，先前，一般认为将加压流体导入空间部时，为维持橡胶膜的形状安定，在中板72的周边部必须设有突出部72d的构造，以支持橡胶膜73，但是实际上并不需要如此的构造。亦即发现，作成使中板的底面部的整体不与橡胶膜接触，而通过于其的间设置间隙，即可解决上述问题，另外，即使作成如此的构造，亦可维持橡胶膜的形状安定，而完成本发明。

以下一面参照图面一面具体地说明本发明的研磨头与研磨装置，但本发明不限定于此。

图1是表示本发明的研磨头的一例(第一形式)。此研磨头11具备略圆盘状的中板12、以及覆盖中板12的至少底面部12a与侧面部12b的橡胶膜(弹性膜)13。

橡胶膜13于中板的顶面的周边部12c固定于中板12。当要将橡胶膜固定在中板的顶面的周边部12c时，例如，只要利用接着剂等接着，并利用背板18且使用挟持螺丝等来加以固定即可。此时，中板12，至少其底面部12a的整体并没有与橡胶膜13接触而具有间隙14a。为准备如此的形状的橡胶膜13，可采用习知方法成型橡胶膜。橡胶膜13的厚度并无特别限定，可选择对应适当情况的厚度，例如可为约1mm厚。

如此，在中板12与橡胶膜13之间，至少在中板的底面部12a与橡胶膜13之间形成空间部14。进而，设有用以调节此空间部14内的压力的压力调整机构15。通过从设于中板12的贯通孔16供给加压流体等，来调节空间部74的压力。

另外，如图2(a)的整体的概略剖面图、图2(b)的扩大图所表示的本发明的研磨头的第二形式所示，研磨头31，较佳是作成其中板的侧面部12b的整体亦没有与橡胶膜13接触而具有间隙14b。此时，橡胶膜13仅接触中板的顶面的周边部12c而固定。此时，亦可采用习知方法来成型橡胶膜。

又，即使并不是如图2所示地中板的侧面部12b的整体没有与橡胶膜13接触且具有间隙14b，而是在中板的侧面部12b与橡胶膜13之间没有间隙，两者接触的情况，亦以未将两者通过接着等固定为较佳。

另外，亦可于橡胶膜13的工件保持面贴设衬垫17，以更确实地保持工件W。衬垫17包含水分贴附工件W，保持工件W于橡胶膜13的工件保持面。衬垫17例如可为发泡聚氨酯制者。设置如此的衬垫17并使其含水，可通过包含于衬垫17的水的表面张力，确实地保持工件W。

又，研磨头11、31具备压抵中板12(或者研磨头11、31整体)(未图标)的装置。

利用如此构成的研磨头11、31，通过未图示的中板压抵装置，将中板12向贴附于转盘21上的研磨布22的方向压抵，使工件W与研磨布22作滑动接触，来研磨工件表面。此中板压抵装置，较佳是以均匀的压力压抵中板整个面。

又，如图10所示的上述第一形式(研磨头11)的情况的一例，研磨头11、31可具备扣环19，其沿着橡胶膜13的底面部的外周部，能与橡胶膜13的工件保持面连动、或是独立地压抵研磨布22。该扣环19可构成例如具有：其内侧，用以保持工件W的边缘部的导环19a；以及配置于该导环19a的外侧，用以修整研磨布22的修整环19b。

中板的底面部12a与橡胶膜13之间的间隙14a的距离，以中板的底面部12a与橡胶膜13于研磨中不会接触的充分的距离为较佳，但上限以不足1mm为较佳。若将此距离设为不足1mm，则可更容易地控制空间部14的压力，使其安定且全面均匀。又，图2所示的上述第二形式的情况下，中板的底面部12a与橡胶膜13之间的间隙14a的距离亦为相同规定，但中板的侧面部12b与橡胶膜13之间的间隙14b的距离并无特别限定。但以不使橡胶膜13的形状成为不安定的距离为较佳。例如约2mm以下为较佳。

如上所述地构成研磨头11、31时，工件W可通过空间部14的压力来调节橡胶膜13的形状与压力分布，因中板的底面部12a与橡胶膜13未接触，所以中板的刚性、形状等的影响不会传达至橡胶膜13，可利用均匀的研磨压力来研磨工件W。

又，如上述第二形式，若研磨头31是构成使中板的侧面部12b不会接触橡胶膜13时，则不仅可以防止前述中板的底面部12a对于橡胶膜13的影响，亦可防止侧面部12c对于橡胶膜13的影响。

本发明中，将工件W保持于橡胶膜13的底面部的略全面时，例如，用以保持工件W的边缘部的扣环19，被配设于橡胶膜13的工件保持面的外侧，工件W被保持于橡胶膜13的底面部的略全面时，如先前，因中板的底面部12a与橡胶膜13之间无接触部而使提高研磨量均匀性的效果特别高。但是，本发明并不限定于此，即使工件的外径位于较橡胶膜13的外周部内侧地保持时，亦可完全消除先前的因中板的底面部12a与橡胶膜13之间具有接触部而造成对于橡胶膜13的工件保持面所产生的压力分布的影响，所以与先前相较更提高研磨量均匀性。

但是，虽然中板的底面部12a的刚性、形状对于橡胶膜13的工件保持面的影响，可通过本发明完全消除，但以橡胶膜13的底面部整体保持时，例如，用以保持工件W的边缘部的扣环19被配设于橡胶膜13的工件保持面的外侧，工件W被保持于橡胶环13的底面部的略整体时，橡胶膜13中由于覆盖中板的侧面部12b的部分(以下有时称的为橡胶膜侧部)的刚性所造成对于橡胶膜13的工件保持面的影响会残留。此橡胶膜侧部的刚性的影响，与中板12的影响相较之下，显得轻微，但为更提高工件W的研磨量均匀性，以尽量降低其影响为较佳。

关于用以降低橡胶膜侧部的影响的研磨头，其周边部的扩大图表示于图4。(a)是上述第一形式，(b)是上述第二形式的情况。如图4(a)、(b)所示，橡胶膜13中覆盖中板的侧面部12b的部分(橡胶膜侧部)13b，以大于工件W的外径为较佳。但是，例如用以保持工件W的边缘部的扣环，被配设于橡胶膜13的工件保持面的外侧，而工件W则被保持于橡胶膜13的底面部的略整体时，亦有预先决定扣环的大小，橡胶膜侧部13b的内径难以大于工件W的外径的情况。此时，橡胶膜侧部13b的内径如至少大于工件的平坦度保证区域即可。

工件的平坦度保证区域是工件全面之中，保证预定的平坦度的领域，其取决于规格，例如，直径300mm的单晶硅芯片的情况，通常为最外周约1～2mm除外的领域。

对于工件W，利用如此地设计配设中板12、橡胶膜13，可降低橡胶膜侧部13b的刚性对于橡胶膜13的工件保持面的影响来进行研磨，可更提高研磨量均匀性地研磨工件W。

另外，如上所述，为了将工件W保持于橡胶膜13的工件保持面，而贴设衬垫17于橡胶膜13的底面，但如图11所示，衬垫17的直径以大于工件W的直径为较佳。又，图11(a)是上述第一形式、图11(b)是上述第二形式的情况。如此，可降低于衬垫17与橡胶膜13的接着界面所产生的因衬垫17限制橡胶膜13本身的膨胀而对于研磨压力、研磨形状造成的影响。

但是，当然地，衬垫17的直径必须等于或小于要贴设衬垫17的橡胶膜13的底面部。特别是，用以保持工件W的边缘部的扣环，被配设于橡胶膜13的工件保持面的外侧，工件W保持于橡胶膜13的底面部的略整体时，衬垫的大小无法增大成橡胶膜13的大小。例如，作为工件W，当研磨直径300mm的芯片的时，扣环的内径约为302mm，橡胶膜13的底面部的直径若设为至301.5mm为止，则衬垫的直径为301.5mm以下。

然而，即使是少量，通过使衬垫17的直径大于工件W的直径，则可更有效地提高工件W的研磨量均匀性。

图3是表示具备上述研磨头11的研磨装置61的概略。此研磨装置61，除了研磨头11之外，具备：贴附于转盘21上的研磨布22、及供给研磨剂65至研磨布22上的研磨剂供给机构66。

利用此研磨装置61研磨工件W时，首先，将工件W保持于橡胶膜13。又，当衬垫被贴设于橡胶膜13上的情况，是将工件W贴附于含水的衬垫17上，以橡胶膜13保持工件W的背面。另外，扣环配设于橡胶膜13的周围时，工件W的边缘部是以扣环保持。

然后，从研磨剂供给机构66供给研磨剂65至研磨布22上，且一边使研磨头11与转盘21分别往预定的方向旋转，一边使工件W与研磨布22作滑动接触。于是，保持于橡胶膜13的工件W，相对于转盘21上的研磨布22，能够一边旋转一边以预定的压抵力压抵，来研磨工件W的表面。

如利用具备如此的研磨头11的研磨装置61来进行工件W的研磨，可通过空间部14的压力来调节橡胶膜13的形状与压力分布，因中板的底面部12a与橡胶膜13未接触，中板的刚性、形状等的影响不会传达至橡胶膜13，能以均匀的研磨压力来研磨工件W。

另外，即使以图3中的研磨头11作为图2所示的研磨头31，亦可获得相同的效果。

以下说明本发明的实施例与比较例。

(实施例1)

如下所述地制作图1所示的构成的研磨头11。

于外径298mm的中板12，嵌入厚度1mm、其底面部的外径为300mm的橡胶膜13，并以背板18夹持，利用螺丝固定，中板的底面部12a与橡胶膜13的间的间隙14a为0.5mm。又，于橡胶膜13的底面部，贴设直径298mm的衬垫17，于橡胶膜13的周围配设内径302mm的扣环。

利用具备如上所述的研磨头11的研磨装置，如下所述地，进行直径300mm、厚度775μm的单晶硅芯片的工件W的研磨。又，使用的单晶硅芯片，其双面预先施以一次研磨，边缘部亦已施以研磨。另外，转盘21使用直径800mm者，研磨布22使用通常使用者。

研磨时，使用研磨剂中含有硅酸胶(colloidal silica)的碱性溶液，研磨头11与转盘21分别以42rpm、44rpm旋转。工件W的研磨荷重(压抵力)，是以空间部14的压力成为28、29、30kPa的方式，各研磨荷重下分别进行研磨二片。研磨时间设为80秒。

对于如此地进行研磨后的工件W，评价其研磨量均匀性。又，研磨量均匀性是以平坦测试器，对于平面内的研磨前后的工件的厚度，测定于最外周部2mm宽以外的领域的平坦度保证区域，取得研磨量的差量而求取，以研磨量均匀性(％)＝(平面内的最大研磨量-平面内的最小研磨量)/平面内的平均研磨量的数式表示。

此结果，所得工件的研磨量均匀性表示于图5中。可获得约25～30％的研磨量均匀性，研磨量均匀性良好。

(实施例2)

以图2所示的研磨头31，与实施例1相同地实施，但中板12是采用外径296mm者，中板的侧面部12b与橡胶膜13之间的间隙14b是制作成1mm。

利用此研磨头31，与实施例1相同地进行单晶硅芯片的研磨。

此结果，所得工件的研磨量均匀性表示于图5中。可获得约15～25％的研磨量均匀性，较实施例1更提高了研磨量均匀性。

(比较例)

利用图8所示的习用的研磨头71，与实施例1相同地进行单晶硅芯片的研磨。

此结果，所得工件的研磨量均匀性表示于图5中。研磨量均匀性有离散不均，约为50～80％，较实施例1、2更为恶化。

依以上的结果，具有本发明的研磨头的构造的实施例1、2的情况，与习用研磨头的情况相较，提高了工件的研磨量均匀性，明确地获得本发明的效果。

(实施例3)

与上述实施例2相同地，采用直径300mm的单晶硅芯片作为工件W，但采用其橡胶膜13b的内径于296.9～299.5mm的范围变化制作的研磨头31，研磨荷重为30kPa，分别进行一片工件的研磨。又，因橡胶膜的厚度为1mm，橡胶膜侧部的外径与橡胶膜的底面部的外径为298.9～301.5mm。另外，工件W的平坦度保证区域，于工件最外周部宽1mm除外时为直径298mm，于工件最外周部宽2mm除外时为直径296mm。

此结果，所得工件的研磨量均匀性表示于图6中。由此可见橡胶膜侧部13b的内径越大，有越提高研磨量均匀性的倾向。

(实施例4)

与上述实施例2相同地，采用直径300mm的单晶硅芯片作为工件W，但橡胶膜13b的内径为299.5mm、研磨荷重为30kPa，并使衬垫17的外径于298～300.4mm的范围内变化，分别进行一片工件的研磨。

此结果，所得工件的研磨量均匀性表示于图7中。衬垫17的外径大于工件W的直径300mm时，更提高了研磨量均匀性。

本发明并非被限定于上述实施形态者，上述实施形态仅为例示，凡是具有和本发明的权利要求所记载的技术思想实质相同的构成，可达到同样的作用效果者，皆包含在本发明的技术范围中。

例如，本发明的研磨头不限定于图1、图2所示的形式，例如，只要中板的底面部的整体与橡胶膜未接触，亦可适当地设计其它的研磨头的形状等。

另外，研磨装置的构成亦不限定于图3所示者，例如，可为具备多个本发明的研磨头的研磨装置。

Claims (7)

1.一种研磨头，是针对至少由略圆盘状的中板、以及覆盖该中板的至少底面部与侧面部的橡胶膜所组成，具有由前述中板与前述橡胶膜所包围的空间部，并构成可利用压力调整机构来改变前述空间部的压力，于前述橡胶膜的底面部保持工件的背面，使该工件的表面与贴附在转盘上的研磨布作滑动接触来进行研磨的形态的研磨头，其特征在于：

前述中板与前述橡胶膜，于前述中板的至少底面部的整体未接触而具有间隙。

2.如权利要求1所述的研磨头，其中前述中板的底面部与橡胶膜之间的间隙不足1mm。

3.如权利要求1或2所述的研磨头，其中前述中板与前述橡胶膜即使在前述中板的侧面部的整体亦未接触而具有间隙。

4.如权利要求1至3中任一项所述的研磨头，其中前述橡胶膜中，覆盖前述中板的侧面部的部分的内径大于前述工件的平坦度保证区域。

5.如权利要求1至4中任一项所述的研磨头，其中前述橡胶膜在保持前述工件的面具备衬垫。

6.如权利要求5所述的研磨头，其中前述衬垫的直径大于前述工件的直径。

7.一种研磨装置，是在研磨工件的表面时所使用的研磨装置，其特征在于至少具备：

研磨布，贴附于转盘上；

研磨剂供给机构，用以供给研磨剂至该研磨布上；以及

研磨头，用以保持前述工件，为权利要求1至6中任一项所述的研磨头。

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