CN102001036B - 研磨装置 - Google Patents
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Abstract
一种研磨装置，其能够提高研磨工件的精度。借助于由第二加压部件产生且被施加到承载件的压力和第一流体室的由供给到第一流体室的流体产生的内压利用弹性片将工件压到研磨布上，以研磨工件。已经被向下供给到第一流体室中的流体在第一流体室中水平地向外流动，与盘状构件的凹部的侧壁碰撞而向上流动，然后流体从流体出口向外排出，由此，流体供给构件跟随弹性片的运动并且保持与弹性片平行，流体供给构件在第一流体室中被定心。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于研磨例如晶圆等工件的研磨装置。
背景技术
已知用于研磨例如半导体晶圆等工件的单面研磨装置。在该单面研磨装置中，由研磨头保持的工件被压到研磨板的贴设有研磨布的研磨面上，并且研磨板相对于研磨头相对移动，以便研磨工件的表面。
在日本特开2000-317819号公报中公开了传统的单面研磨装置。该单面研磨装置具有用于保持晶圆的研磨头，晶圆被压到贴设于转动研磨板的研磨垫(研磨布)上，以便研磨晶圆的表面。研磨头包括：主体部，其与研磨板面对并且能够转动；承载件，其被松装配于研磨头并且能够在上下方向上移动；保持环，其包围晶圆并且与晶圆一起与研磨垫接触。由O型环将保持环安装到承载件，在承载件的下表面设置空气喷出构件，保护片覆盖空气喷出构件的外表面，由从空气喷出构件喷出的空气(空气层)将晶圆与保护片一起压到研磨垫上。
在日本特开2000-317819号公报所公开的研磨装置中，在空气喷出构件与保护片之间形成空气层，并且由该空气层将晶圆和保护片一起压到研磨垫(研磨布)上。利用该结构，即使在研磨布的表面存在凹凸，空气层也将晶圆与保护片一起按压。因此，晶圆能够跟随凹凸移动，从而能够以高研磨精度研磨晶圆并且可以由保护片防止晶圆被损坏。
然而，在日本特开2000-317819号公报所公开的研磨装置中，在保持环与承载件之间设置O型环，因此，承载件和被固定到该承载件的空气喷出构件几乎不能在水平方向上移动。即，承载件和空气喷出构件仅可以在保持水平状态的情况下在上下方向上移动。当晶圆跟随研磨布的凹凸移动时，晶圆有时相对于总是保持水平状态的空气喷出构件倾斜。从空气喷出构件向下喷出空气。如果晶圆相对于水平面倾斜，则晶圆与空气喷出构件之间的距离不均匀，因此，施加到晶圆的压力必定不均匀，并且不能均匀地研磨晶圆。
目前，晶圆的尺寸越来越大。因此，即使该不均匀很微小，也将极大地影响研磨精度。
发明内容
因此，本发明的一个方面的目的是提供一种能够极大地提高研磨精度的研磨装置。
为了实现该目的，本发明的用于研磨工件的表面的研磨装置包括：
研磨板，其具有表面，所述表面贴设有研磨布；
研磨头，其用于将所述工件压到所述研磨布上；和
驱动机构，其用于使所述研磨头相对于所述研磨板相对移动，
其中，所述研磨头包括：
主体部；
盘状构件，其具有开口端向下的凹部，所述盘状构件被悬挂于所述主体部并且在上下方向上可动；
承载件，其位于所述盘状构件的所述凹部中，在所述承载件的外周面与所述凹部的侧壁之间形成规定间隙的状态下，所述承载件被所述盘状构件以所述承载件能相对于水平面倾斜的方式支撑，所述承载件具有流体供给构件，所述流体供给构件具有用于向下喷出流体的多个喷出口；
流体供给部件，其用于向所述承载件供给流体以从所述流体供给构件向下喷出流体；
弹性片，其被设置于所述盘状构件并且覆盖所述流体供给构件的下侧，以形成第一流体室，所述弹性片能够在其下表面保持所述工件；
环状构件，其被设置于所述弹性片的下表面的外缘部，所述环状构件能够包围被保持在所述弹性片的下表面的所述工件；
第一加压部件，其用于向下压所述盘状构件，以经由所述弹性片将所述环状构件压到所述研磨布；
第二加压部件，其用于向下压所述承载件；和
流体出口，其用于从所述第一流体室排出流体，所述流体出口被形成在所述盘状构件的比所述流体供给构件的下表面高的位置，
其中，借助于由所述第二加压部件产生并且被施加到所述承载件的压力和所述第一流体室的由供给到所述第一流体室的流体产生的内压，经由所述弹性片将所述工件压到所述研磨布，以研磨所述工件，
已经被向下供给到所述第一流体室中的流体在所述第一流体室中水平向外流动，与所述凹部的侧壁碰撞而向上流动，然后所述流体从所述流体出口向外排出，由此，所述流体供给构件跟随所述弹性片的运动并且保持与所述弹性片平行，所述流体供给构件在所述第一流体室中被定心。
通过采用本发明的研磨装置，可以以高研磨精度地均匀地研磨工件。
附图说明
现在将参照附图借助于示例来说明本发明的实施方式，其中：
图1是研磨装置的实施方式的示意性说明图；
图2是研磨头的示意性剖视图；
图3是示出工件的倾斜的说明图；
图4是另一研磨头的示意性剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1是本实施方式的研磨装置的示意性说明图。
研磨装置10包括：研磨板12，其具有上表面，所述上表面贴设有用于研磨工件W(参见图2)的研磨布11；研磨头14，其用于在下表面保持工件W并且将工件W压到研磨布11上；驱动机构，其用于使研磨头14相对于研磨板12相对移动。
驱动机构由第一转动驱动单元(未示出)和第二转动驱动单元(未示出)构成，其中，第一转动驱动单元用于使研磨板12绕转轴15转动，第二转动驱动单元用于使研磨头14绕转轴16转动。此外，研磨头14具有上下驱动单元(未示出)和水平驱动单元(未示出)，研磨头14在其下表面保持工件W并且将工件W压到研磨布11。在将工件W压到研磨布11的同时，驱动机构使研磨板12和研磨头14相对转动，从而研磨工件W的下表面。研磨剂供给喷嘴18向贴设于研磨板12的研磨布11供给研磨剂。
图2是研磨头14的示意性剖视图。
主体部20具有侧壁20a和开口端向下的凹部。
盘状构件(board-shaped member)22具有侧壁22a和开口端向下的凹部23。盘状构件22被具有足够弹性的环状橡胶隔板24(diaphragm)悬挂于主体部20，并且在上下方向上可动。侧壁20a用作盘状构件22上下移动用的引导件。
通过隔板24在盘状构件22与主体部20之间形成第三流体室25。空气经由形成在研磨头14的转轴16(图2中未示出)中的流路26被从例如空气压缩机等压缩空气源(未示出)供给到第三流体室25。由转动接头(未示出)将流路26与压缩空气源相连。流路26、压缩空气源等构成第三流体供给部件。
此外，第三流体室25、第三流体供给部件等构成第一加压部件。
承载件28位于盘状构件22的凹部23中，并且在承载件28的外周面与凹部23的侧壁22a的内侧面之间形成规定间隙的状态下，承载件28被隔板29以承载件28能够相对于水平面倾斜的方式支撑。
通过隔板29在承载件28与盘状构件22之间形成第二流体室34。空气经由形成在研磨头14的转轴16(图2中未示出)中的流路35被从压缩空气源(未示出)供给到第二流体室34。由转动接头(未示出)将流路35与压缩空气源相连。流路35、压缩空气源等构成第二流体供给部件。
此外，第二流体室34、第二流体供给部件等构成第二加压部件。
在承载件28中形成空气存储器30。流体供给构件31被固定到承载件28并且覆盖空气存储器30的下侧。在流体供给构件31中形成能够向下喷出空气的多个喷出口。空气经由形成在研磨头14的转轴16(图2中未示出)中的流路37被从压缩空气源(未示出)供给到空气存储器30。由转动接头(未示出)将流路37与压缩空气源相连。流路37、压缩空气源等构成第一流体供给部件。
弹性片36覆盖流体供给构件31的下侧，并且由适当部件(未示出)将弹性片36的外边缘气密地固定到盘状构件22的侧壁22a的下端。利用该结构，在流体供给构件31的下方形成第一流体室38。
弹性片36是由片状构件39和保持构件40构成的两层片，其中，片状构件39由橡胶构成并且具有足够的弹性，保持构件40被设置在片状构件39的下方并且具有用于通过晶圆的表面张力保持工件W的多个孔。
由塑料构成并且包围被保持于弹性片36的下表面的工件W的环状构件42被安装到弹性片36的下边缘。
在研磨工件W时，空气被供给到第三流体室25以向下压盘状构件22，并且利用弹性片36将环状构件42压到研磨布11上。通过将工件W的外边缘附近的研磨布11向下压到与工件W的下表面齐平的程度，可以防止工件W的外边缘的过度研磨。
在盘状构件22中，在比流体供给构件31的下表面高的位置形成用于从第一流体室38排出流体的多个流体出口44。流体出口44被等角度地配置。
在本实施方式中，排出管45分别被连接到流体出口44，并且排出管45被连接到收集管46。安全阀47被设置到收集管46。安全阀47将第一流体室38的内压保持在规定压力。当第一流体室38的内压高于规定压力时，安全阀47从第一流体室38排出空气。
注意，流体出口44的数量可以是一个。
排出管45经由形成于侧壁20a的大通孔延伸到主体部20的外部。
由安全阀47排出的空气可以被收集并被导入到压缩空气源(未示出)，以被再利用。利用该结构，可以减少装置的运行成本并且该装置对环境更有利。
注意，可以省略排出管45和安全阀47。此外，可以从流体出口44直接排出流体。
本实施方式的研磨装置具有上述结构。接着，将说明研磨装置的研磨方法。
如上所述，在研磨工件W时，空气被供给到第三流体室25以按压盘状构件22(由第一加压部件进行按压动作)，并且由盘状构件22的侧壁22a和弹性片36将环状构件42压到研磨布11，从而能够防止工件W的外边缘的过度研磨。
空气被供给到第二流体室34以向下压承载件28。此外，空气被供给到第一流体室38以按压弹性片36。
因此，由第二流体室34(第二加压部件)施加的用于按压承载件28的压力和被供给到第一流体室38的空气的内压被经由弹性片36施加到工件W，从而将工件W压到研磨布11上并且在研磨布11上研磨工件W。
注意，被供给到第一流体室38中的空气总是从流体出口44向外排出。规定空气层必须总是形成在第一流体室38中。从而，第一流体室38的内压和第二流体室34的内压被适当地设定成不会由于第二流体室34的内压而破坏第一流体室38中的空气层。通过设置安全阀47，可以容易地控制第一流体室38的内压。
在研磨工件W时，已经被向下供给到第一流体室38中的空气在第一流体室38中水平地向外流动，与盘状构件22的凹部23的侧壁22a的内侧面碰撞并且向上流动，然后，空气从流体出口44向外排出。流体出口44位于比流体供给构件31的下表面充分高的位置。由于空气在第一流体室38中水平地向外流动，并且与盘状构件22的凹部23的侧壁22a的内侧面碰撞且向上流动，因此，由通过空气与环状侧壁22a碰撞而产生的反作用力对承载件28(流体供给构件31)进行定心。
如上所述，承载件28(流体供给构件31)浮动，并且承载件28不直接作用在工件W上。因此，即使在研磨布11的表面上存在漩涡(gurge)状凹凸，晶圆也能够跟随研磨布11的表面上的凹凸移动。
在本实施方式中，在承载件28的外周面与凹部23的侧壁22a的内侧面之间形成规定间隙的状态下，承载件28(流体供给构件31)被盘状构件22支撑并且能够相对于水平面倾斜。
在研磨布11的表面水平的状态下，承载件28(流体供给构件31)也是水平的。如果在研磨布11的表面中存在凹凸，则工件W相对于水平的承载件28(流体供给构件31)倾斜，如图3所示。注意，在图3中夸大了工件W的倾斜。在日本特开2000-317819号公报所公开的传统研磨装置中，维持承载件的水平状态，因此，承载件(流体供给构件)与工件之间的距离是变化的，因此，不能均匀地压工件，并且不能均匀地研磨工件。
另一方面，在本实施方式中，承载件28(流体供给构件31)可相对于盘状构件22倾斜。如图3所示，当工件W倾斜并且承载件28(流体供给构件31)与工件W之间的距离变化时，从工件W的部分X施加到承载件28(流体供给构件31)的压力(反作用力)较大，在该部分X处，承载件28与工件W之间的距离较短；另一方面，从工件W的部分Y施加到承载件28(流体供给构件31)的压力(反作用力)较小，在该部分Y处，承载件28与工件W之间的距离较长。由于工件W接触研磨布11，因此，承载件28(流体供给构件31)的与工件W的部分X对应且被施加较大压力(反作用力)的一部分移动远离工件W；承载件28(流体供给构件31)的与工件W的部分Y对应且被施加较小压力(反作用力)的另一部分移动靠近工件W。利用该动作，使承载件28(流体供给构件31)倾斜并且使其与工件W平行。因此，使承载件28(流体供给构件31)与工件W之间的距离恒定，从而可以向工件W均匀地施加压力，并且可以均匀地研磨工件W。
如上所述，空气压力被施加到承载件28(流体供给构件31)以对承载件28(流体供给构件31)进行定心。即使承载件28(流体供给构件31)倾斜并且从盘状构件22的中心移位，承载件28(流体供给构件31)也总是被朝向盘状构件22的中心偏压。
在本实施方式中，承载件28具有上述浮动结构，在研磨操作时，工件W不施加负荷。因此，用于悬挂承载件28的隔板29不必具有较高的刚性，因此，可以容易地倾斜悬挂承载件28。
图4是另一研磨头14的示意性剖视图。注意，图2所示的结构元件用相同的附图标记表示，并且将省略其说明。
在本实施方式中，承载件28的空气存储器被划分成多个存储器，例如中心空气存储器30a和外侧空气存储器30b。流体供给部件50a和50b分别将空气供给到空气存储器30a和30b。流量控制器52被设置到流体供给部件50a以控制供给到空气存储器30a的空气的流量。另一流量控制器(未示出)可以被设置到流体供给部件50b。注意，可以采用一个或多个压力控制器来代替一个或者多个流量控制器。
在本实施方式中，可以控制施加到工件W的中心区域和外侧区域的压力。即，可以精确地控制研磨条件。
注意，工件W可以划分成彼此同心的三个以上的区域，并且可以分别控制这些区域中的压力。
在上述的各实施方式中，流体是空气。流体可以是液体。此外，第一加压部件(第三流体室25等)和第二加压部件(第二流体室34等)可以是例如弹簧、螺杆机构等机械部件。
这里提及的所有示例和条件性文字都是为了教示的目的，以帮助读者理解发明者作出的对现有技术进行改进的发明和构思，并且本发明应该被理解为不限于具体提及的示例和条件，说明书中的这些示例的组织也不是本发明的优劣性的展示。虽然已经详细说明了本发明的实施方式，但应该理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、置换和替换。
Claims (11)
1.一种研磨装置，其用于研磨工件的表面，所述研磨装置包括：
研磨板，其具有表面，所述表面贴设有研磨布；
研磨头，其用于将所述工件压到所述研磨布上；和
驱动机构，其用于使所述研磨头相对于所述研磨板相对移动，
其特征在于，所述研磨头包括：
主体部；
盘状构件，其具有开口端向下的凹部，所述盘状构件被悬挂于所述主体部并且在上下方向上可动；
承载件，其位于所述盘状构件的所述凹部中，在所述承载件的外周面与所述凹部的侧壁之间形成规定间隙的状态下，所述承载件被所述盘状构件以所述承载件能相对于水平面倾斜的方式支撑，所述承载件具有流体供给构件，所述流体供给构件具有用于向下喷出流体的多个喷出口；
流体供给部件，其用于向所述承载件供给流体以从所述流体供给构件向下喷出流体；
弹性片，其被设置于所述盘状构件并且覆盖所述流体供给构件的下侧，以形成第一流体室，所述弹性片能够在其下表面保持所述工件；
环状构件，其被设置于所述弹性片的下表面的外缘部，所述环状构件能够包围被保持在所述弹性片的下表面的所述工件；
第一加压部件，其用于向下压所述盘状构件，以经由所述弹性片将所述环状构件压到所述研磨布；
第二加压部件，其用于向下压所述承载件；和
流体出口，其用于从所述第一流体室排出流体，所述流体出口被形成在所述盘状构件的比所述流体供给构件的下表面高的位置，
其中，借助于由所述第二加压部件产生并且被施加到所述承载件的压力和所述第一流体室的由供给到所述第一流体室的流体产生的内压，经由所述弹性片将所述工件压到所述研磨布，以研磨所述工件，
已经被向下供给到所述第一流体室中的流体在所述第一流体室中水平向外流动，与所述凹部的侧壁碰撞而向上流动，然后所述流体从所述流体出口向外排出，由此，所述流体供给构件跟随所述弹性片的运动并且保持与所述弹性片平行，所述流体供给构件在所述第一流体室中被定心。
2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
在所述承载件的外周面与所述凹部的侧壁之间形成规定间隙的状态下，利用第一隔板由所述盘状构件以所述承载件能够倾斜的方式支撑所述承载件，
所述第二加压部件包括：
第二流体室，其通过所述第一隔板形成在所述承载件与所述盘状构件之间；和
第二流体供给部件，其用于向所述第二流体室供给流体。
3.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述盘状构件通过第二隔板被悬挂于所述主体部并且在上下方向上可动，
所述第一加压部件包括：
第三流体室，其通过所述第二隔板形成在所述盘状构件与所述主体部之间；和
第三流体供给部件，其用于向所述第三流体室供给流体。
4.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
所述盘状构件通过第二隔板被悬挂于所述主体部并且在上下方向上可动，
所述第一加压部件包括：
第三流体室，其通过所述第二隔板形成在所述盘状构件与所述主体部之间；和
第三流体供给部件，其用于向所述第三流体室供给流体。
5.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
排出管连接到所述流体出口，安全阀设置于所述排出管，并且由所述安全阀将所述第一流体室的内压保持在规定压力。
6.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，
排出管连接到所述流体出口，安全阀设置于所述排出管，并且由所述安全阀将所述第一流体室的内压保持在规定压力。
7.根据权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，
排出管连接到所述流体出口，安全阀设置于所述排出管，并且由所述安全阀将所述第一流体室的内压保持在规定压力。
8.根据权利要求5所述的研磨装置，其特征在于，
从所述排出管排出的流体被收集并且被再利用。
9.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
经由所述弹性片施加到所述工件的压力在所述工件的彼此同心的多个区域中是不同的，为彼此同心的各区域设定流向所述第一流体室的流体流量。
10.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
供给到所述第一流体室的流体是空气。
11.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述弹性片是由片状构件和设置于所述片状构件的下方的保持构件构成的两层片材。
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