CN103534064B - 研磨头的高度方向位置的调节方法及工件的研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种研磨头的高度方向位置的调节方法及工件的研磨方法，该调节方法具有：在使未保持有工件的研磨头定位到与砂布不接触的高度方向的位置之后使研磨头和定盘中至少一方旋转的工序；通过高度调节机构边使研磨头靠近砂布直至接触边通过转矩测定机构测定已旋转的研磨头与定盘中至少一方的负荷转矩电流并将该所测定的负荷转矩电流的变化量超过了规定的阈值的时刻的研磨头的高度方向的位置作为基准位置而设定的工序；以及基于距所设定的基准位置的距离将研磨头的高度方向的位置调节到规定位置的工序。由此提供一种能够稳定而高精度地调节研磨头的高度方向位置的调节方法，能够提高所研磨的工件的平面度并能够抑制工件之间的平面度的偏差。

Description

研磨头的高度方向位置的调节方法及工件的研磨方法
技术领域
本发明涉及研磨工件的表面时所使用的研磨装置中的用于保持工件的研磨头的高度方向位置的调节方法及工件的研磨方法。
背景技术
伴随着近几年的半导体器件的高集成化，用于它的半导体硅片的平面度的要求越来越严格。而且，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面性。
硅片的最终形状由最终工序即镜面研磨加工决定。尤其，在例如直径为300mm等的大直径的硅片为了满足严格的平面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瑕疵或面粗糙度而进行在单面的表面二次研磨及完工研磨。在单面的表面二次研磨及完工研磨中要求维持在双面一次研磨中所做成的平面度并要求将表面侧做成无瑕疵等缺陷的完全镜面。
将通常的单面研磨装置的概略图表示在图5中。该单面研磨装置101由粘贴有砂布107的定盘106、研磨剂供给机构（未图示）、以及研磨头120等构成。在该单面研磨装置101中在研磨头120保持工件Ｗ且从研磨剂供给机构向砂布107上供给研磨剂，并且通过使定盘106和研磨头120分别旋转使得工件Ｗ的表面与砂布107滑动接触而进行研磨。
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圆盘状板上粘贴工件等方法。另外，有基于抑制研磨头主体和工件保持盘的凹凸形状的转印的目的在工件保持盘上粘贴称之为包装膜的弹性膜而保持的方法，还有以橡胶膜制作工件保持部并对该橡胶膜的背面注入空气等加压流体且以均匀的压力使橡胶膜膨胀而对砂布按压工件的所谓橡胶夹紧方式（参照例如专利文献1）。而且，还提出有基于抑制外周部分下垂而提高平面性的目的在工件的外侧配置了作为旨在按压砂布的单元的扣环的研磨头。
以图解的方式在图5中表示通常的橡胶夹紧方式的研磨头的构成的一例。图5所示的研磨头120成为以覆盖圆盘状的中板125的至少下表面部和侧面部的方式粘贴橡胶膜（橡胶材料）122，并向橡胶膜的背面供给流体而能够按压工件Ｗ的构造即所谓橡胶夹紧构造。
在研磨头主体121连结有用于在研磨加工中保持工件Ｗ的侧面的环形导向环123。而且，研磨头主体121连结于高度调节机构124，成为能够使导向环123的高度方向的位置沿上下变化的构造。这样，保持连结于研磨头主体121的导向环123与砂布之间的间隙一定从而稳定地保持工件而进行研磨。
如上所述，该研磨头的工件的加压方式是将相对于砂布的研磨头的高度以保持两者的间距一定的方式固定并使研磨头的橡胶膜膨胀而进行加压的方式。在使用如该研磨头所代表的使研磨头与砂布之间的间距依旧固定的状态下进行研磨的方式的研磨头的情况下，有必要进行调节使得研磨头相对于砂布的高度方向的位置每次相同。
在该高度位置未被适当地调节的情况下所研磨的工件的平面度变差或者各研磨的位置不均匀的情况下，所研磨的工件之间取代形状变得不均匀从而产生平面度的偏差。在严重的情况下，若间距过窄则发生砂布与导向环的接触导致砂布受损。而且，若间距过宽则有晶片从砂布与导向环的间隙飞出的危险。
目前的研磨头的高度调节的方法如图5所示，使用设置于研磨头120的安装面附近的激光位移检测仪130测定与砂布107之间的距离，并以该所测定的距离为基准而调节研磨头的高度使得研磨头与砂布之间的距离达到所希望的距离。
现有技术文献
专利文献1：特开2009―107094号公报
发明内容
发明所要解决的课题
一般来讲，由于砂布的表面由研磨剂等而浸湿，即便在未浸湿的情况下也含水分，因而使用现有的激光位移检测仪测定距离的方法其测定值在时间上较大地引起离散。因此，难以将研磨头的高度方向的位置在每次进行研磨时稳定地调节到所希望的位置，出现工件的平面度变差或者工件之间产生平面度的偏差之类的问题。
本发明是鉴于如前所述的问题而完成的，其目的在于提供一种能够稳定而高精度地调节研磨头的高度方向位置的研磨头的高度方向位置的调节方法。而且，本发明的目的在于提供一种通过高精度地调节研磨头的高度方向的位置，从而能够提高所研磨的工件的平面度，且能够抑制工件之间的平面度的偏差的工件的研磨方法。
解决课题方案
为了达到上述目的，根据本发明提供一种研磨头的高度方向位置的调节方法，该研磨头的高度方向位置的调节方法用于研磨装置，该研磨装置具备：粘贴于定盘上的砂布；用于向该砂布供给研磨剂的研磨剂供给机构；以环形导向环保持工件的侧面并且保持所述工件的背面的研磨头；测定该研磨头和所述定盘中至少一方的负荷转矩电流的转矩测定机构；以及使所述研磨头在高度方向上下移动而调节所述导向环与所述砂布之间的距离的高度调节机构，所述研磨装置对所述砂布按压保持于通过所述高度调节机构调节到规定位置的所述研磨头的所述工件而进行研磨，所述研磨头的高度方向位置的调节方法的特征是具有：在使未保持有所述工件的所述研磨头定位到与所述砂布不接触的高度方向的位置之后，使所述研磨头和所述定盘中至少一方旋转的工序；通过所述高度调节机构边使所述研磨头靠近所述砂布直至接触边通过所述转矩测定机构测定所述已旋转的研磨头与所述定盘的至少一方的负荷转矩电流，并将该所测定的负荷转矩电流的变化量超过了规定的阈值的时刻的所述研磨头的高度方向的位置作为基准位置而设定的工序；以及基于距所述所设定的基准位置的距离将所述研磨头的高度方向的位置调节到规定位置的工序。
根据这种调节方法，能够准确地测定研磨头与砂布接触的位置而作为基准位置，并基于距所测定的准确的基准位置的距离能够稳定而高精度地调节研磨头的高度方向的位置。
此时，能够使已知且具有均匀的厚度的薄板状部件介于中间而进行设定所述基准位置的工序中的所述研磨头对所述砂布的接触。
这样一来，能够可靠地抑制因砂布与研磨头接触而产生的对砂布的损坏。
而且此时，作为所述研磨头，能够在研磨头主体的下部具有圆盘状的中板和保持于该中板且至少覆盖所述中板的下表面部和侧面部的橡胶膜，并在该橡胶膜的下表面部使用保持所述工件的背面的橡胶夹紧方式的研磨头。
本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法能够适宜地适用于具有固定研磨头相对于砂布的高度使得两者的间距一定从而相当平坦地研磨工件的橡胶夹紧方式的研磨头的研磨装置上。
而且，根据本发明提供一种工件的研磨方法，该工件的研磨方法是以研磨头保持工件且边对粘贴于定盘上的砂布供给研磨剂边对所述砂布按压所述工件而进行研磨的工件的研磨方法，该工件的研磨方法的特征是在通过本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法调节所述研磨头的高度方向的位置之后进行所述工件的研磨。
根据这种研磨方法，通过本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法能够在高精度地调节研磨头的高度方向的位置之后进行工件的研磨，并能够提高工件的平面度，且能够抑制工件之间的平面度的偏差。
发明效果
本发明由于在调节研磨装置中的研磨头的高度方向的位置时，通过高度调节机构边使研磨头靠近所述砂布直至接触边通过转矩测定机构测定研磨头与定盘的至少一方的负荷转矩电流，并将该所测定的负荷转矩电流的变化量超过了规定的阈值的时刻的所述研磨头的高度方向的位置作为基准位置而设定，并基于距该所设定的基准位置的距离将研磨头的高度方向的位置调节到规定位置，因此，能够准确地测定研磨头与砂布接触的位置而作为基准位置，并基于距所测定的准确的基准位置的距离能够稳定而高精度地调节研磨头的高度方向的位置。这样，在稳定而高精度地调节研磨头的高度方向的位置之后研磨工件，因而能够改进工件的平面度，且能够抑制工件之间的平面度的偏差。
附图说明
图1是说明本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法和工件的研磨方法的概略图。
图2是表示橡胶夹紧方式的研磨头的一例的概略图。
图3是表示实施例中所测定的负荷转矩电流的变化量的图。
图4是表示测定了比较例中的研磨头与砂布之间的距离的结果图。
图5是说明现有研磨头的高度方向位置的调节方法的概略图。
具体实施方式
下面关于本发明说明实施方式，但本发明并不限定于此。
如上所述，在工件的研磨上使用以依旧固定了研磨头与砂布之间的状态下进行研磨的方式的研磨头的情况下，有必要准确地调节研磨头相对于砂布的高度位置，且有必要进一步进行调节使得每次进行研磨时均同。
但现有的调节方法以使用激光位移检测仪测定的研磨头与砂布之间的距离为基准而调节研磨头的高度以期研磨头与砂布之间距离成为所希望的距离，而砂布上的水分或砂布的膨润等的影响成为使用激光位移检测仪测定距离时的干扰，因而存在导致产生偏差之类的问题。
于是，本发明人为了解决这种问题重复进行了专心研究。其结果，通过观察研磨头或定盘的负荷转矩电流，具体来讲通过特定负荷转矩电流急剧变化的研磨头的位置，想出了能够准确地测定研磨头与砂布接触的位置并将该准确地测定的接触位置设定为基准位置从而能够稳定而高精度地调节研磨头的高度方向位置的方案，并完成了本发明。
下面边参照附图边具体地说明本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法和工件的研磨方法，但本发明并不限定于此。
图1是说明本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法和工件的研磨方法的概略图。
图1所示的研磨装置1主要具有研磨头2、定盘6、粘贴于定盘6上的砂布7、用于对砂布7供给研磨剂的研磨剂供给机构5、分别测定研磨头2、定盘6的负荷转矩电流的转矩测定机构8a、8b。
在研磨头2上以向砂布侧突出的方式沿外周部设有环形导向环3，以导向环3能够保持工件Ｗ的侧面并保持工件Ｗ的背面。
而且，研磨装置1具有使研磨头2在高度方向上下移动而调节导向环3与砂布7之间的距离的高度调节机构4。
此时，作为保持工件Ｗ的研磨头2能够使用例如后述的橡胶夹紧方式中的研磨头。或者，还能使用通过密封垫保持工件Ｗ的背面且通过设置于研磨头的开口从工件Ｗ的背面侧朝向砂布侧喷出流体而对工件Ｗ加压那样的研磨头。
图2是表示了橡胶夹紧方式的研磨头的一例的概略图。
该研磨头20主要具有研磨头主体21、橡胶膜22、环形导向环23、高度调节机构24、圆盘状的中板25。橡胶膜22由中板25而以至少覆盖中板25的下表面部和侧面部的方式被夹持。工件Ｗ的背面由该橡胶膜22的下表面部所保持。
中板25固定于凸缘构造的研磨头主体21。沿工件Ｗ的外周配置有用于研磨加工中保持工件Ｗ的侧面的导向环23，该导向环23连结于研磨头主体21。做成由于流体通过压力调节机构27而供给到由橡胶膜22所密封的密封空间部26使得该橡胶膜22膨胀从而所保持的工件Ｗ的背面承受载荷的构造。
如图1所示，在利用这种研磨装置1研磨工件Ｗ时，首先以研磨头2保持工件Ｗ。此后，以高度调节机构4将研磨头2调节到规定位置，即、使砂布7与导向环3仅隔开规定的距离地调节研磨头2的高度方向的位置。而且，在将研磨头2固定在所调节的位置的状态下使所保持的工件Ｗ对砂布7按压而进行研磨。
本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法是调节这种研磨装置中的研磨头的高度方向位置的方法。
下面参照图1详细说明本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法。
首先，在未保持工件Ｗ的状态下，使研磨头2定位于与砂布7不接触的高度方向的位置。此后，使研磨头2和定盘6的至少一方旋转。这里使之旋转的一方只要与后述的负荷转矩电流测定的一方对应则可以是研磨头2和定盘6的双方还可以是其中一方。
接着，在使研磨头2和定盘6的至少一方旋转的状态下，通过高度调节机构4使研磨头2靠近砂布7直至接触。即、朝向下方进给研磨头2使得研磨头2的最下端的部位即导向环3与砂布7接触。此时理想的是调节进给速度以防砂布7因与导向环3接触而受损。
或者，还能够使已知且具有均匀的厚度的薄板状部件介于中间进行研磨头2对砂布7的接触。这样一来，能够可靠地抑制因砂布与研磨头接触而产生的对砂布的损坏，且由于薄板状部件是已知且具有均匀的厚度，因而也不会对研磨头的高度方向位置的调节带来不良影响。
而且，在使研磨头2靠近砂布7期间利用转矩测定机构8a、8b分别测定旋转的研磨头2和定盘6的至少一方的负荷转矩电流。而且，将该所测定的负荷转矩电流的变化量超过了规定的阈值的时刻即能够判断为研磨头2已与砂布7接触时的研磨头2的高度方向的位置作为基准位置而设定。这里，就判定负荷转矩电流的变化量是否超过了规定的阈值而言，可以是研磨头和定盘中任意一方还可以是双方超过了阈值的时刻。
通过如上所述那样设定研磨头与砂布接触的位置即基准位置即可准确地设定基准位置而不会每次测定时产生偏差。
基于距如此准确地设定的基准位置的距离将研磨头2的高度方向的位置调节到规定的位置。利用这种本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法则基于距准确而无偏差地测定的基准位置的距离即可比现有技术更稳定而高精度地调节研磨头的高度方向的位置。
下面边参照图1边说明本发明的工件的研磨方法。
首先，按照上述的本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法进行至基准位置的设定。设定该基准位置完毕，以研磨头2保持研磨的工件Ｗ。而且，基于距所设定的基准位置的距离将研磨头2的高度方向的位置调节到规定位置。
这里，能够将研磨头2的高度方向的规定位置定为例如导向环与砂布之间的距离成为工件的厚度的25～45％的位置。这样一来，能够防止因导向环与砂布之间的距离过短所引起的研磨剂的供给不足而产生的研磨速度的降低，而且，能够防止出现距离过长的情况下在研磨加工中无法保持工件的现象。
此后，使研磨头和定盘以规定的研磨条件旋转，并对粘贴于定盘上的砂布供给研磨剂的同时对砂布按压工件Ｗ而进行研磨。该研磨条件并不是特别地限定的，可以是通常采用的任一条件。
此时，作为研磨头能够使用如上述的图2所示的橡胶夹紧方式的研磨头。若在将研磨头固定在所希望的高度方向的位置而稳定地保持工件并能够对工件整体施加均匀的研磨载荷而进行工件研磨的橡胶夹紧方式的研磨头上适用能够稳定而高精度地调节研磨头的高度方向的位置的本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法，则能够稳定地研磨平面度进一步改进的工件。
实施例
下面示出本发明的实施例和比较例来进一步具体说明本发明，但本发明并不限定于这些。
（实施例）
按照本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法和工件的研磨方法研磨了工件并对其平面度进行了评价。
使用作为研磨头具有如图2所示的橡胶夹紧方式的研磨头的如图1所示的研磨装置研磨了100张直径为300mm的硅片，并对平面度的最大值、最小值、平均值、偏差分别进行了评价。而且，平面度是使用KLA公司的Wafersight对除了2mm外周部的区域的GBIR(Global Backside Ideal Range)进行了评价。
首先，按照本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法对研磨头的高度方向的位置进行了调节使得研磨头的导向环与砂布的表面之间的距离成为190μm。
此时，仅使定盘旋转而测定了定盘的负荷转矩电流。图3是表示该所测定的负荷转矩电流的变化量与将所设定的基准位置为0时的研磨头的高度方向的位置的图。如图3所示，负荷转矩电流的变化量急剧变化，将超过了阈值2（任意单位）的时刻的研磨头的高度方向的位置作为基准位置。
接着，将研磨头的高度方向的位置调节到距上述基准位置为190μm的上方之后进行了硅片的研磨。这里研磨条件设为如下。作为研磨剂使用含有胶态二氧化硅的碱性溶液，砂布使用了具有槽构造且浸渍了聚氨酯的无纺布。使研磨头和定盘各自以30rpm旋转，研磨载荷为25kPa，研磨时间为100秒。
对于100张硅片重复进行了上述的研磨头的高度方向位置的调节和硅片的研磨，并评价了其平面度。
其结果如表1所示，GBIR的最大值为120nm、最小值为88nm、平均值为103nm，这与最大值为164nm、最小值为91nm、平均值为120nm的后述的比较例相比可知有改进。而且，在实施例中最大值与最小值之差为32nm，与此相比，在后述的比较例中甚至为73nm，因而偏差也有了改进。可认为这是由于在每次研磨中调节研磨头的高度方向的位置时能够稳定而高精度地调节到规定位置之故。
这样，确认出根据本发明的研磨头的高度方向位置的调节方法和工件的研磨方法即可稳定而高精度地调节研磨头的高度方向的位置，并可改进研磨的工件的平面度，且能够抑制工件之间的平面度的偏差。
（比较例）
在如图5所示的现有的研磨装置使用激光位移检测仪调节了研磨头的高度方向的位置之后以与实施例相同的研磨条件对硅片进行了研磨，且以此对100张硅片重复进行了研磨，并与实施例相同地进行了评价。
图4表示了使用激光位移检测仪测定了研磨头与砂布之间的距离的结果。图4示出了每次进行研磨时所测定的研磨头与砂布之间的距离的随时间变化的情形。如图4所示，可知距离随时间的经过而较大地变化。
而且，表1表示平面度的测定结果。如表1所示，GBIR最大值为164nm、最小值为91nm、平均值为120nm，这远不如实施例。可认为这是由于因激光位移检测仪而引起的研磨头与砂布之间的距离的测定误差而不能将研磨头高精度地调节到适宜的位置之故。而且与实施例相比，最大值与最小值之差甚至也相差到73nm。可认为这是由于每次进行研磨时的研磨头的位置调节中产生了偏差之故。
表1
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，只要是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则均包括在本发明的技术范围。

Claims (5)

1.一种研磨头的高度方向位置的调节方法，该研磨头的高度方向位置的调节方法用于研磨装置，该研磨装置具备：粘贴于定盘上的砂布；用于向该砂布供给研磨剂的研磨剂供给机构；以环形导向环保持工件的侧面并且保持所述工件的背面的研磨头；测定该研磨头和所述定盘中至少一方的负荷转矩电流的转矩测定机构；以及使所述研磨头在高度方向上下移动而调节所述导向环与所述砂布之间的距离的高度调节机构，所述研磨装置对所述砂布按压保持于通过所述高度调节机构调节到规定位置的所述研磨头的所述工件而进行研磨，所述研磨头的高度方向位置的调节方法其特征在于，具有：
在使未保持有所述工件的所述研磨头定位到与所述砂布不接触的高度方向的位置之后，使所述研磨头和所述定盘中至少一方旋转的工序；
通过所述高度调节机构边使所述研磨头靠近所述砂布直至接触边通过所述转矩测定机构测定在使所述研磨头与所述定盘中至少一方旋转的工序中已旋转的所述研磨头与所述定盘中至少一方的负荷转矩电流，并将该负荷转矩电流的变化量超过了规定的阈值的时刻的所述研磨头的高度方向的位置作为基准位置而设定的工序；以及
基于距所述基准位置的距离将所述研磨头的高度方向的位置调节到规定位置的工序。
2.根据权利要求1所述的研磨头的高度方向位置的调节方法，其特征在于，
使已知且具有均匀的厚度的薄板状部件介于中间而进行设定所述基准位置的工序中的所述研磨头对所述砂布的接触。
3.根据权利要求1所述的研磨头的高度方向位置的调节方法，其特征在于，
作为所述研磨头，在研磨头主体的下部具有圆盘状的中板和保持于该中板且至少覆盖所述中板的下表面部和侧面部的橡胶膜，并在该橡胶膜的下表面部使用保持所述工件的背面的橡胶夹紧方式的研磨头。
4.根据权利要求2所述的研磨头的高度方向位置的调节方法，其特征在于，
作为所述研磨头，在研磨头主体的下部具有圆盘状的中板和保持于该中板且至少覆盖所述中板的下表面部和侧面部的橡胶膜，并在该橡胶膜的下表面部使用保持所述工件的背面的橡胶夹紧方式的研磨头。
5.一种工件的研磨方法，该工件的研磨方法是以研磨头保持工件且边对粘贴于定盘上的砂布供给研磨剂边对所述砂布按压所述工件而进行研磨的工件的研磨方法，该工件的研磨方法其特征在于，
在通过根据权利要求1至4中任一项所述的研磨头的高度方向位置的调节方法调节所述研磨头的高度方向的位置之后进行所述工件的研磨。
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