CN110026868B - 研磨头以及研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种结构简单且大小紧凑的研磨头和基板研磨装置。研磨头(10)具备：研磨器具按压部件(12)，该研磨器具按压部件支承研磨器具(3)；可动轴(15)，该可动轴与研磨器具按压部件(12)连结；壳体(18)，在该壳体的内部收纳可动轴(15)；以及隔壁膜(25)，该隔壁膜在可动轴(15)的端部与壳体(18)之间形成压力室(20)，隔壁膜具(25)有：中央部(25a)，该中央部与可动轴(15)的端部接触；内壁部(25b)，该内壁部与中央部(25a)连接，并且沿着可动轴(15)的侧面延伸；折返部(25c)，该折返部与内壁部(25b)连接，并且具有弯曲的剖面；以及外壁部(25d)，该外壁部与折返部(25c)连接，并且位于内壁部(25b)的外侧。

Description

研磨头以及研磨装置
技术领域
本发明涉及一种用于将研磨器具按压于晶片等基板的表面的研磨头。另外，本发明涉及一种利用这样的研磨头对基板进行研磨的研磨装置。
背景技术
近几年，存储器电路、逻辑电路、图像传感器(例如CMOS传感器)等器件正在变得更高集成化。在形成这些器件的工序中，有时微粒子、尘埃等异物会附着于器件。附着于器件的异物会引起配线间的短路、电路的故障。因此，为了提高器件的可靠性，需要对形成有器件的晶片进行清洗，并去除晶片上的异物。
有时上述那样的微粒子、尘埃等异物也会附着在晶片的背面(非器件表面)。当这样的异物附着到晶片的背面时，晶片从曝光装置的载台基准面分离，或晶片表面相对于载台基准面倾斜，其结果是，会导致产生图案的偏移、焦点距离的偏移。为了防止这样的问题，需要去除附着在晶片的背面的异物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-148931号
发明所要解决的课题
以往的研磨单元一边通过基板旋转机构使晶片旋转，一边利用研磨头进行晶片的背面的研磨(例如，参照专利文献1)。然而，专利文献1所记载的研磨头由于在其内部具有气缸，因此研磨头整体大，且构造也复杂。尤其是，由于晶片的下方的空间有限，因此存在不能够将大型化的研磨头配置于晶片的下方的情况。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种结构简单且具有紧凑的大小的研磨头。另外，本发明的目的在于，提供一种具备这样的研磨头的研磨装置。
用于解决课题的手段
本发明的一方式是用于将研磨器具按压于基板的研磨头，其特征在于，具备：研磨器具按压部件，该研磨器具按压部件支承所述研磨器具；可动轴，该可动轴与所述研磨器具按压部件连结；壳体，在该壳体的内部收纳所述可动轴；以及隔壁膜，该隔壁膜在所述可动轴的端部与所述壳体之间形成压力室，所述隔壁膜具有：中央部，该中央部与所述可动轴的端部接触；内壁部，该内壁部与所述中央部连接，并且沿着所述可动轴的侧面延伸；折返部，该折返部与所述内壁部连接，并且具有弯曲的剖面；以及外壁部，该外壁部与所述折返部连接，并且位于所述内壁部的外侧。
特征在于，在所述可动轴的内部具有通气孔，所述通气孔的一方的开口端与大气连通，所述通气孔的另一方的开口端位于所述可动轴的侧面内，且位于所述压力室的外侧。
特征在于，还具备万向接头，该万向接头配置于所述研磨器具按压部件与所述可动轴之间。
特征在于，所述万向接头收纳于所述研磨器具按压部件的内部。
特征在于，所述万向接头具有：第一支承轴，该第一支承轴与所述可动轴的轴向垂直；倾动体，该倾动体支承于所述第一支承轴，并且能够以所述第一支承轴为中心旋转；以及第二支承轴，该第二支承轴固定于所述倾动体，并且与所述第一支承轴垂直。
特征在于，还具备距离传感器，该距离传感器朝向所述可动轴的所述端部而配置，并且对所述可动轴相对于所述壳体的相对的移动距离进行测定。
特征在于，所述距离传感器是光学式距离传感器。
特征在于，还具备距离监视装置，在从所述距离传感器发送的所述移动距离的测定值比阈值大时或比阈值小时，该距离监视装置发出警报信号。
本发明的一方式是具备如下结构的研磨装置：基板保持部，该基板保持部保持基板；以及上述研磨头，该研磨头用于对所述基板进行研磨。
发明效果
可动轴以及研磨器具按压部件根据由隔壁膜(隔膜)所形成的压力室内的压力而移动。由于压力室比气缸小，因此能够使研磨头整体紧凑。另外，具有内壁部、弯曲的折返部以及外壁部的隔壁膜能够几乎不产生张力而根据压力室内的压力的变化自由地变形。因此，与隔壁膜接触的可动轴由直接反映压力室内的压力的力推动。更具体而言，在使压力室内的压力增加时，可动轴能够几乎不受到来自隔壁膜的反作用力而朝向基板移动。其结果是，与可动轴连结的研磨器具按压部件能够以精密地控制的力将研磨器具(例如，研磨带)按压于基板。
附图说明
图1是表示用于将研磨带按压于作为基板的一例的晶片的表面的研磨头的剖视图。
图2是隔壁膜的剖视图。
图3是表示压缩气体的压力向上推动隔壁膜的中央部以及内壁部，同时向上推动可动轴的情况的图。
图4是可动轴以及研磨器具按压部件上升时的图。
图5是说明对于可动轴15的移动距离的测定值设置的第一阈值以及第二阈值的曲线图。
图6是沿图1的A-A线剖切的剖视图。
图7是表示具备上述研磨头的研磨装置的一实施方式的示意图。
图8是表示基板保持部的详细结构的示意图。
图9是表示图8所示的辊旋转机构的俯视图。
图10是沿图9的B-B线剖切的剖视图。
图11是辊的上部的放大图。
图12是表示研磨带的一例的示意图。
图13是表示研磨头的配置的俯视图。
图14是表示具备多个研磨头的研磨装置的图。
符号说明
1 第一表面
2 第二表面
3 研磨带
4 基材带
5 研磨层
6 研磨颗粒
7 粘合剂(树脂)
10 研磨头
12 研磨器具按压部件
15 可动轴
18 壳体
18A 壳体主体
18B 盖
20 压力室
25 隔壁膜
25a 中央部
25b 内壁部
25c 折返部
25d 外壁部
25e 壁厚部
27 研磨叶片
30 滚珠花键螺母
31 螺杆
33 压缩气体流路
35 切换阀
36 压力调节器
38 压缩气体供给源
40 通气孔
40a 开口端
40b 开口端
50 距离传感器
51 传感器头
52A 投光光缆
52B 受光光缆
53 放大器
54 距离计算器
58 距离监视装置
60 万向接头
61 第一支承轴
63 倾动体
65 第二支承轴
67 孔
71 侧板
110 基板保持部
111 辊
112 辊旋转机构
114A 第一带
114B 第二带
115A 第一电机
115B 第二电机
116A 第一辊台
116B 第二辊台
117A 上侧第一辊台
117B 下侧第一辊台
117C 枢轴
118A 第一致动器
118B 第二致动器
120 可动板
122 带轮
123 基板
124A 轴承
124B 轴承
124C 轴承
125A 第一电机支承体
125B 第二电机支承体
126A 第一直动引导件
126B 第二直动引导件
127 冲洗液供给喷嘴
128 保护液供给喷嘴
131 支承部件
141 研磨带供给机构
142 卷轴基座
143 带送出卷轴
143a、144a 张力电机
144 带卷绕卷轴
146 带输送装置
147 带输送电机
148 带输送辊
149 夹棍
153a、153b、153c、153d 引导辊
191 研磨头移动机构
193 滚珠丝杠机构
194 电机
195 直动引导件
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示用于将研磨带按压于作为基板的一例的晶片的表面的研磨头的剖视图。研磨头10具备：用于支承作为研磨器具的一例的研磨带3的研磨器具按压部件12；与研磨器具按压部件12连结的可动轴15；在内部收纳有可动轴15的壳体18；以及在可动轴15的端部与壳体18之间形成压力室20的隔壁膜(隔膜)25。研磨器具按压部件12具有相对于研磨带3的行进方向倾斜的研磨叶片27。研磨带3的背面由研磨叶片27支承。研磨带3的背面是与具有研磨颗粒的研磨面相反的一侧的表面。研磨叶片27能够由PEEK(聚醚醚酮)等树脂材料构成。
可动轴15能够在其轴向上在壳体18内移动。在本实施方式中，可动轴15由球形花键轴构成。在壳体18内配置有滚珠花键螺母30，可动轴15通过滚珠花键螺母30而在铅垂方向上被支承为可移动。在一实施方式中，可动轴15也可以可移动地支承于壳体18的内表面。
壳体18具备：在内部形成有收纳可动轴15的空间的壳体主体18A；以及封闭上述空间的盖18B。盖18B通过螺杆31可装卸地固定于壳体主体18A。隔壁膜25的缘部被夹在壳体主体18A与盖18B之间。当将盖18B从壳体主体18A拆卸时，能够将隔壁膜25从壳体18拆卸。压力室20由隔壁膜25和壳体18的内表面形成。更具体而言，压力室20由隔壁膜25和盖18B的内表面形成。在壳体18的盖18B形成有与压力室20连通的压缩气体流路33。该压缩气体流路33经由压力调节器36以及切换阀35而与压缩气体供给源38连接。切换阀35是使压缩气体流路33选择性地与压缩气体供给源38或大气连通的阀。作为切换阀35能够使用三通阀。压缩气体供给源38能够为泵、或作为预先设置于工厂的公共设施的压缩气体供给线路。
图2是隔壁膜25的剖视图。隔壁膜25具有：与可动轴15的端部(下端)接触的中央部25a；与中央部25a连接且沿着可动轴15的侧面延伸的内壁部25b；与内壁部25b连接且具有弯曲的剖面的折返部25c；以及与折返部25c连接且位于内壁部25b的外侧的外壁部25d。在本实施方式中，隔壁膜25与可动轴15的下部接触。中央部25a是圆形，并且支承可动轴15的端部(下端)。折返部25c向上侧弯曲。内壁部25b以及外壁部25d具有圆筒形状，内壁部25b与可动轴15的侧面接触。外壁部25d被配置成包围内壁部25b。
隔壁膜25仅与可动轴15接触，并未固定于可动轴15。构成隔壁膜25的缘部的壁厚部25e被夹在壳体主体18A与盖18B之间。隔壁膜25由柔软的材料形成。作为构成隔壁膜25的材料的例子，可列举氯丁橡胶、氟橡胶、硅橡胶。优选使用耐弯曲疲劳性高的氯丁橡胶。
如图3所示，当压缩气体导入到压力室20内时，压缩气体的压力向上推动隔壁膜25的中央部25a以及内壁部25b，同时向上推动可动轴15。此时，折返部25c保持其形状，并且内壁部25b的一部分成为折返部25c的一部分，且折返部25c的一部分成为外壁部25d的一部分。当使压力室20向大气开放时，隔壁膜25的中央部25a以及内壁部25b下降，同时可动轴15也下降。此时，折返部25c保持其形状，并且外壁部25d的一部分成为折返部25c的一部分，且折返部25c的一部分成为内壁部25b的一部分。通过这样的隔壁膜25的运动，可动轴15能够几乎不受到来自隔壁膜25的反作用力，而顺畅地上下运动。
在对晶片W进行研磨时，操作切换阀35而使压缩气体流路33与压缩气体供给源38连通。压缩空气等压缩气体从压缩气体供给源38通过压缩气体流路33而被供给到压力室20。压力室20内的压缩气体的压力由压力调节器36控制。压力室20内的压缩气体的压力经由隔壁膜25而作用于可动轴15的端部(下端)，并且使可动轴15以及研磨器具按压部件12上升。图4是可动轴15以及研磨器具按压部件12上升时的图。研磨器具按压部件12的研磨叶片27能够将研磨带3按压于晶片W的下表面。
在使晶片W的研磨结束时，操作切换阀35而使压缩气体流路33与大气连通。压力室20向大气开放，其结果是，可动轴15以及研磨器具按压部件12通过可动轴15的自重以及研磨带3的张力下降至图1所示的退避位置。
可动轴15以及研磨器具按压部件12根据由隔壁膜(隔膜)25所形成的压力室20内的压力而移动。由于压力室20比气缸小，因此能够使研磨头10整体紧凑。另外，具有内壁部25b、弯曲的折返部25c以及外壁部25d的隔壁膜25能够几乎不产生张力，根据压力室20内的压力的变化而自由地变形。因此，与隔壁膜25接触的可动轴15由直接反映压力室20内的压力的力推动。更具体而言，在使压力室20内的压力增加时，可动轴15能够几乎不受到来自隔壁膜25的反作用力而朝向晶片W移动。其结果是，与可动轴15连结的研磨器具按压部件12能够以精密地控制的力将研磨带3按压于晶片W。
可动轴15在其内部具有通气孔40。通气孔40的一方的开口端40a与大气连通，通气孔40的另一方的开口端40b位于可动轴15的侧面内，且位于压力室20的外侧。更具体而言，通气孔40的开口端40b与由壳体18的内表面、可动轴15的侧面以及隔壁膜25形成的空间41连通。该空间41位于压力室20的外侧。空间41内的空气伴随着可动轴15的上升而通过通气孔40放出到大气。通气孔40是为了确保可动轴15的顺畅的移动而设置的。
在压力室20内配置有距离传感器50的至少一部分，距离传感器50对可动轴15相对于壳体18的相对的移动距离进行测定。也可以是，距离传感器50整体配置于压力室20内。本实施方式的距离传感器50是非接触型的光学式传感器。距离传感器50具备：在顶端具有投光部以及受光部(未图示)的传感器头51；通过投光光缆52A以及受光光缆52B与传感器头51连结的放大器53；以及与放大器53电连接的距离计算器54。传感器头51固定于壳体18的盖18B，但放大器53以及距离计算器54处于远离研磨头10的位置。在将盖18B从壳体主体18A拆卸时，传感器头51也从壳体18拆卸。距离传感器50的顶端、即传感器头51的顶端朝向可动轴15的端部(具体而言，朝向与可动轴15的端部接触的隔壁膜25的中央部25a)配置。
放大器53具有：发出光的光源53a；以及对光的强度进行测定的光强度测定器53b。从放大器53的光源53a发出的光通过投光光缆52A而传递给传感器头51。传感器头51将光引导至隔壁膜25的中央部25a(在图1中是隔壁膜25的底面)，并且接收来自隔壁膜25的反射光。也可以在隔壁膜25的底面固定传感器目标。反射光通过受光光缆52B而传递给放大器53。放大器53的光强度测定器53b对反射光的强度进行测定。放大器53将反射光的强度的测定值发送到距离计算器54，距离计算器54将反射光的强度的测定值转换成距离。通过距离计算器54得到的距离是预先设定的基准位置和隔壁膜25的距离。这样构成的距离传感器50能够对可动轴15从图1所示的退避位置移动至图4所示的研磨位置时移动距离进行测定。
构成光学式距离传感器50的要素中的仅传感器头51安装于研磨头10。由于传感器头51仅具有照射光且接收反射光的功能，因此传感器头51本身非常紧凑。因此，能够使研磨头10整体的大小变小。虽未图示，但在一实施方式中，作为距离传感器50，若是尺寸小的传感器，也可以使用其他类型的非接触型距离传感器、或接触型距离传感器。
距离传感器50与距离监视装置58连接，可动轴15的移动距离的测定值从距离传感器50发送到距离监视装置58。距离监视装置58也可以由具备存储装置(HDD或SSD等)以及处理单元(CPU等)的专用计算机或通过计算机构成。距离监视装置58构成为在移动距离的测定值比阈值大时，或比阈值小时发出警报信号。作为移动距离的测定值比阈值大的原因，可以认为是因为晶片W未正确地保持于后述的基板保持部。在移动距离的测定值比阈值小的情况下，可以认为是研磨器具按压部件12上的研磨带3未与晶片W接触。
也可以对于移动距离的测定值设置第一阈值以及第二阈值。具体而言，距离监视装置58构成为在移动距离的测定值比第一阈值大时发出警报信号，并且在移动距离的测定值比第二阈值小时发出警报信号。图5是说明对于可动轴15的移动距离的测定值设置的第一阈值以及第二阈值的曲线图。第一阈值比第二阈值大，并且从第二阈值至第一阈值的范围表示正确的研磨位置。
在可动轴15处于图1所示的退避位置时，移动距离的测定值比第二阈值小。当向压力室20内供给压缩气体时，可动轴15以及研磨器具按压部件12朝向晶片W移动。在可动轴15的移动距离的测定值处于从第二阈值至第一阈值的范围内时，判断研磨带3与晶片W正确地接触。在可动轴15的移动距离的测定值比第一阈值大时，以及尽管向压力室20内供给压缩气体，移动距离的测定值仍然比第二阈值小时，可以认为是研磨带3未与晶片W正确地接触，因此距离监视装置58发送警报信号。
如图1所示，研磨器具按压部件12经由万向接头60而与可动轴15的上端连结。该万向接头60允许研磨器具按压部件12相对于可动轴15在所有方向上倾斜。万向接头60配置于可动轴15与研磨器具按压部件12之间，且收纳于研磨器具按压部件12的内部。这样的配置能够使在研磨带3与晶片W接触时由从晶片W施加到研磨器具按压部件12反作用力引起的力矩变小。其结果是，能够使研磨头10的姿势稳定。
图6是沿图1的A-A线剖切的剖视图。万向接头60具有：与可动轴15的轴向垂直的第一支承轴61；能够以第一支承轴61为中心旋转的倾动体63；以及与第一支承轴61垂直的第二支承轴65。第一支承轴61垂直地贯通可动轴15而延伸，并且固定于可动轴15。倾动体63由第一支承轴61支承，并且能够以第一支承轴61为中心倾动。倾动体63在其中央具有孔63a，可动轴15插入到孔63a。第二支承轴65固定于倾动体63，并且从倾动体63的侧面向外侧突出。研磨器具按压部件12具有供第二支承轴65插入的孔67，研磨器具按压部件12由第二支承轴65可旋转地支承。研磨器具按压部件12能够以第二支承轴65为中心倾动。进一步，研磨器具按压部件12能够与倾动体63一起以第一支承轴61为中心倾动。
具有上述结构的万向接头60能够使研磨器具按压部件12在所有方向上倾斜。因此，当研磨器具按压部件12将研磨带3按压于晶片W的表面时，研磨器具按压部件12自动地与晶片W的表面平行。可倾动地支承研磨器具按压部件12的万向接头60能够使研磨带3均匀地按压于晶片W的表面。
如图1所示，在研磨器具按压部件12固定有侧板71。该侧板71从研磨器具按压部件12向下方延伸，并且包围壳体18的上部。在本实施方式中，侧板71是圆筒状，但若是能够包围壳体18的上部的话，则也可以是其他形状。侧板71能够防止在晶片W的研磨中使用的纯水等研磨液侵入到万向接头60、壳体18内。
拥有上述结构的研磨头10由于其整体是紧凑的，因此能够配置于晶片W的下方。进一步，也能够将多个研磨头10配置于晶片W的下方。
图7是表示具备上述研磨头10的研磨装置的一实施方式的示意图。图7所示的研磨装置具备：保持作为基板的一例的晶片W，并且以该晶片W的轴心为中心使晶片W旋转的基板保持部110；使作为研磨器具的研磨带3与被该基板保持部110保持的晶片W的第一面1接触并对晶片W的第一表面1进行研磨的上述研磨头10；以及向研磨头10供给研磨带3的研磨带供给机构141。
基板保持部110具备能够与晶片W的周缘部接触的多个辊111。研磨头10配置于被基板保持部110保持的晶片W的下侧。在图7中，省略了基板保持部110的一部分的图示。
在本实施方式中，晶片W的第一表面1是未形成器件或没有预定形成器件的晶片W的背面，即非器件表面。在第一表面1相反的一侧的晶片W的第二表面2是形成有器件或预定形成器件的表面，即器件表面。在本实施方式中，晶片W以其第一表面1向下的状态而水平地保持于基板保持部110。
图8是表示基板保持部110的详细结构的示意图，图9是表示图8所示的辊旋转机构112的俯视图。基板保持部110具备：能够与晶片W的周缘部接触的多个辊111；以及使这些辊111以各自的轴心为中心旋转的辊旋转机构112。在本实施方式中，设置有四个辊111。也可以设置五个以上的辊111。与晶片W的周缘部接触时的(即保持晶片W时的)上述多个辊111从基板保持部110的轴心CP处于相同的距离。
辊旋转机构112具备：将四个辊111中的两个辊连结的第一带114A；与被第一带114A连结的两个辊111中的一方连结的第一电机115A；支承第一电机115A的第一电机支承体125A；可旋转地支承被第一带114A连结的两个辊111的第一辊台116A；将四个辊111中的另外两个辊连结的第二带114B；与被第二带114B连结的两个辊111中的一方连结的第二电机115B；支承第二电机115B的第二电机支承体125B；以及经由轴承124B可旋转地支承被第二带114B连结的两个辊111的第二辊台116B。第一辊台116A具备上侧第一辊台117A和下侧第一辊台117B。第一电机115A以及第一带114A配置于第一辊台116A的下方，第二电机115B以及第二带114B配置于第二辊台116B的下方。第一电机115A经由第一电机支承体125A而固定于第一辊台116A。第二电机115B经由第二电机支承体125B而固定于第二辊台116B的下表面。
图10是沿图9的B-B线剖切的剖视图。如图10所示，第一辊台116A具备：经由轴承124A(参照图8)可旋转地支承被第一带114A连结的两个辊111的下侧第一辊台117B；固定于下侧第一辊台117B的枢轴117C；以及经由轴承124C可旋转地支承枢轴117C的上侧第一辊台117A。上侧第一辊台117A和下侧第一辊台117B经由枢轴117C而彼此连结。如图9所示，枢轴117C位于被第一带114A连结的两个辊111之间。如图8所示，第一电机115A经由第一电机支承体125A而固定于下侧第一辊台117B的下表面。因此，第一带114A、被第一带114A连结的两个辊111、下侧第一辊台117B、第一电机115A以及第一电机支承体125A能够一体地以枢轴117C为中心旋转。
辊旋转机构112构成为使四个辊111在相同的方向上以相同的速度旋转。在晶片W的第一表面1的研磨过程中，晶片W的周缘部由辊111握持。晶片W被保持为水平，晶片W通过辊111的旋转而以其轴心为中心旋转。在晶片W的第一表面1的研磨过程中，四个辊111以各自的轴心为中心旋转，但辊111本身的位置是静止的。
在四个辊111的下部分别固定有带轮122。第一带114A卷挂于固定在四个辊111中的两个辊的带轮122，第二带114B卷挂于固定在另外两个辊111的带轮122。第一电机115A以及第二电机115B构成为以相同的速度在相同的方向上旋转。因此，四个辊111能够以相同的速度在相同的方向上旋转。
如图9所示，辊旋转机构112还具备：与第一辊台116A的上侧第一辊台117A连结的第一致动器118A；以及与第二辊台116B连结的第二致动器118B。第一致动器118A使被第一辊台116A支承的两个辊111如箭头所示那样在水平方向上移动。同样地，第二致动器118B使被第二辊台116B支承的其他两个辊111如箭头所示那样在水平方向上移动。即，第一致动器118A以及第二致动器118B构成为使两组辊111(在本实施方式中各组由两个辊111构成)向彼此靠近的方向以及分离的方向移动。第一致动器118A以及第二致动器118B能够由气缸或电机驱动型致动器等构成。在如图8以及图9所示的实施方式中，第一致动器118A以及第二致动器118B由气缸构成。第一致动器118A以及第二致动器118B固定于基板123的下表面。
辊111贯通基板123而向上方延伸。在基板123的下表面固定有第一直动引导件126A以及第二直动引导件126B。第一直动引导件126A的可动部与上侧第一辊台117A连结，第二直动引导件126B的可动部与第二辊台116B连结。两个直动引导件126A、126B将辊111的运动限制为在水平方向上的直线运动。
当两组辊111向彼此靠近的方向移动时，晶片W由四个辊111保持。由于四个辊111中的两个辊能够绕枢轴117C旋转，因此在四个辊111保持晶片W时，上述两个辊111的位置自动地被调整。当两组辊111向彼此远离的方向移动时，晶片W从四个辊111中解放出来。在本实施方式中，设置有绕基板保持部110的轴心CP排列的四个辊111，但辊111的数量并不限定为四个。例如，也可以将三个辊111以120度的角度等间隔地绕轴心CP排列，并且对于各个辊111分别设置一个致动器。在一实施方式中，也可以将三个辊111以120度的角度等间隔地绕轴心CP排列，利用第一带114A将三个辊111中的两个辊连结，并且对于被第一带114A连结的两个辊111和未被第一带114A连结的辊111，分别设置一个致动器。
图11是辊111的上部的放大图。辊111具有：能够与晶片W的周缘部接触的圆筒状的基板保持面111a；以及与基板保持面111a连接，且从基板保持面111a向下方倾斜的锥形面111b。锥形面111b具有圆锥台形状，并且具有比基板保持面111a大的直径。晶片W首先通过未图示的输送装置而被载置在锥形面111b上，然后通过辊111朝向晶片W移动，将晶片W的周缘部保持于基板保持面111a。在辊111将晶片W解放出来时，通过辊111向远离晶片W的方向移动，从而晶片W的周缘部远离基板保持面111a，并且支承于锥形面111b(参照图11的虚线)。未图示的输送装置能够将锥形面111b上的晶片W取出。
如图7所示，在被基板保持部110保持的晶片W的下方配置有冲洗液供给喷嘴127，该冲洗液供给喷嘴127向晶片W的第一表面1供给冲洗液(例如纯水或碱性的药液)。该冲洗液供给喷嘴127与未图示的冲洗液供给源连接。冲洗液供给喷嘴127朝向晶片W的第一表面1的中心O1配置。冲洗液从冲洗液供给喷嘴127被供给到晶片W的第一表面1，冲洗液通过离心力在晶片W的第一表面1上扩散。冲洗液在晶片W的第一表面1上向半径方向外侧流动，由此能够从晶片W的第一表面1去除研磨屑。
在被基板保持部110保持的晶片W的上方配置有保护液供给喷嘴128，该保护液供给喷嘴128向晶片W的第二表面2供给保护液(例如纯水)。保护液供给喷嘴128与未图示的保护液供给源连接。保护液供给喷嘴128朝向晶片W的第二表面2的中心配置。保护液从保护液供给喷嘴128被供给到晶片W的第二表面2的中心，保护液通过离心力而在晶片W的第二表面2上扩散。保护液防止包含在晶片W的研磨中产生的研磨屑、异物的冲洗液绕到晶片W的第二表面2并附着于晶片W的第二表面。其结果是，能够将晶片W的第二表面2保持干净。
在本实施方式中，作为研磨器具，使用了在表面具有研磨颗粒的研磨带3。图12是表示研磨带3的一例的示意图。图12所示的研磨带3具有基材带4和研磨层5。基材带4的表面被研磨层5覆盖。研磨层5具有：研磨颗粒6；以及保持研磨颗粒6的粘合剂(树脂)7。研磨带3的研磨面3a由研磨层5的露出面构成。
返回图7，研磨头10被支承部件131支承，支承部件131固定于可动板120。因此，研磨头10整体能够与可动板120一体地移动。支承部件131具有未图示的通孔，研磨带3通过该通孔延伸。
研磨带供给机构141具备：供给研磨带3的带送出卷轴143；以及回收研磨带3的带卷绕卷轴144。带送出卷轴143以及带卷绕卷轴144分别与张力电机143a、144a连结。这些张力电机143a、144a固定于卷轴基座142，将规定的转矩施加给带送出卷轴143以及带卷绕卷轴144，从而能够对研磨带3施加规定的张力。卷轴基座142固定于可动板120，研磨带供给机构141整体能够与可动板120一体地移动。
在带送出卷轴143与带卷绕卷轴144之间设置有在研磨带3的长度方向上输送研磨带3的带输送装置146。该带输送装置146具备：输送研磨带3的带输送辊148；将研磨带3按压于带输送辊148的夹棍149；以及使带输送辊148旋转的带输送电机147。研磨带3被夹在夹棍149与带输送辊148之间。当带输送电机147使带输送辊148沿如图7的箭头所示的方向旋转时，研磨带3从带送出卷轴143经由研磨头10的研磨器具按压部件12而被输送到带卷绕卷轴144。输送研磨带3的速度能够通过使带输送电机147的旋转速度变化来进行变更。在一实施方式中，输送研磨带3的方向也可以是图7的箭头所示的方向的相反方向(也可以更换带送出卷轴143和带卷绕卷轴144的配置)。在这种情况下，带输送装置146也设置于带卷绕卷轴144侧。研磨带3以研磨带3的研磨面3a朝向晶片W的第一表面1的方式被供给到研磨器具按压部件12。
研磨装置还具备支承研磨带3的多个引导辊153a、153b、153c、153d。研磨带3由这些引导辊153a、153b、153c、153d引导成包围研磨头10。研磨头10通过研磨器具按压部件12从晶片W的背面侧将研磨带3按压于晶片W的第一表面1，来对晶片W的第一表面1进行研磨。配置于研磨头10的两侧的引导辊153b、153c对研磨带3进行引导，以使得研磨带3在与晶片W的第一表面1平行的方向上行进。
带输送装置146以及引导辊153a、153b、153c、153d固定于未图示的保持部件，该保持部件固定于可动板120。
为了使研磨带3接触到从晶片W的第一表面1的中心O1至最外部，本实施方式的研磨装置具备使研磨头10相对于基板保持部110相对地平行移动的研磨头移动机构191。研磨头移动机构191构成为使研磨头10在晶片W的第一表面1的中心O1与第一表面1的最外部之间移动。
在可动板120的下表面固定有多个直动引导件195，可动板120被多个直动引导件195支承。多个直动引导件195配置于设置面197。可动板120通过研磨头移动机构191移动，直动引导件195将可动板120的运动限制为在晶片W的半径方向上的直线运动。
研磨头移动机构191具备：滚珠丝杠机构193；以及驱动滚珠丝杠机构193的电机194。作为电机194能够使用伺服电机。可动板120与滚珠丝杠机构193的螺纹轴193b连结。当使研磨头移动机构191工作时，研磨头10、研磨带供给机构141、带输送装置146以及引导辊153a、153b、153c、153d相对于基板保持部110相对地在晶片W的半径方向上移动。
在晶片W的研磨过程中，研磨头移动机构191使研磨头10在晶片W的第一表面1的中心O1与第一表面1的最外部之间移动。研磨头移动机构191与动作控制部180电连接，研磨头移动机构191的工作由动作控制部180控制。当研磨头移动机构191工作时，研磨头10、研磨带供给机构141、带输送装置146以及引导辊153a、153b、153c、153d一体地移动。
在晶片W的研磨过程中，晶片W通过辊111旋转。所有的辊111以各轴心为中心旋转，但这些辊111的位置是固定的。因此，即使研磨头10通过研磨头移动机构191从晶片W的中心侧向外侧移动，辊111也不会与研磨头10接触。其结果是，研磨带3能够对包含最外部的晶片W的第一表面1整体进行研磨。
图13是表示研磨头10的配置的俯视图。如图13所示，研磨叶片27比晶片W的半径短。研磨叶片27相对于研磨带3的行进方向(如箭头C所示)倾斜地延伸。在本实施方式中，研磨带3的行进方向C与研磨带3的长度方向一致。进一步，研磨叶片27只要不从研磨带3突出，就能在研磨带3的整个宽度上延伸。通过使研磨叶片27相对于研磨带3的行进方向C(研磨带3的长度方向)倾斜，即使在研磨带3的行进方向的下游侧(在本实施方式的情况下，晶片W的外周侧)也能够使未使用的研磨带3与晶片W接触。其结果是，能够防止使用由于研磨导致劣化的研磨带3而引起的研磨率的下降。在一实施方式中，研磨叶片27也可以比晶片W的半径长。进一步，在一实施方式中，也可以相对于研磨带3的行进方向C垂直地配置研磨叶片27。
接下来，对本实施方式的研磨装置的工作进行说明。在以下说明的研磨装置的工作由图7所示的动作控制部180控制。动作控制部180与基板保持部110、研磨头10、研磨带供给机构141、带输送装置146以及研磨头移动机构191电连接。基板保持部110、冲洗液供给喷嘴127、保护液供给喷嘴128、研磨头10、研磨带供给机构141、带输送装置146以及研磨头移动机构191的工作由动作控制部180控制。动作控制部180由专用的计算机或通用的计算机构成。
被研磨的晶片W以第一表面1向下的状态由基板保持部110的辊111保持，进一步以晶片W的轴心为中心旋转。具体而言，基板保持部110通过以晶片W的第一表面1向下的状态一边使多个辊111与晶片W的周缘部接触，一边使多个辊111以各自的轴心为中心旋转，从而使晶片W旋转。接下来，从冲洗液供给喷嘴127向晶片W的第一表面1供给冲洗液，从保护液供给喷嘴128向晶片W的第二表面2供给保护液。冲洗液在晶片W的第一表面1上向半径方向外侧流动，保护液通过离心力扩散到晶片W的第二表面2整体。
研磨头移动机构191使研磨头10向晶片W的第一表面1的中心O1的下方移动。动作控制部180驱动研磨带供给机构141以及带输送装置146，并且一边施加规定的张力一边使研磨带3在其长度方向上以规定的速度行进。接下来，研磨头10使研磨带3的研磨面3a与晶片W的第一表面1接触，在存在冲洗液的状态下开始晶片W的第一表面1的研磨。进一步，研磨头10一边通过研磨带3按压晶片W的第一表面1，研磨头移动机构191一边使研磨头10、研磨带供给机构141、引导辊153a、153b、153c、153d以及带输送装置146向晶片W的半径方向外侧移动。在晶片W的研磨过程中，冲洗液供给喷嘴127以及保护液供给喷嘴128始终向晶片W连续地供给冲洗液以及保护液。
在研磨头10到达晶片W的第一表面1的最外部时，动作控制部180使晶片W的研磨结束。具体而言，研磨头10使研磨器具按压部件12下降，并且使研磨带3远离晶片W的第一表面1。此后，动作控制部180使基板保持部110、冲洗液供给喷嘴127、保护液供给喷嘴128、研磨带供给机构141以及带输送装置146的工作停止，结束晶片W的研磨。
在一实施方式中，研磨头移动机构191也可以使研磨头10在晶片W的第一表面1的最外部与中心O1之间往返。
在一实施方式中，研磨器具也可以代替研磨带3而使用研磨石等固定研磨颗粒。在这种情况下，固定研磨颗粒也可以固定于研磨器具按压部件12的表面。研磨头10能够使固定研磨颗粒与晶片W的第一表面1接触并对晶片W的第一表面1进行研磨。
由于研磨头10是紧凑的，因此如图14所示，也能够在晶片W的下方配置多个研磨头10。在这种情况下，也可以省略研磨头移动机构191。
上述实施方式是以具有本发明所属的技术领域中的通常知识的人员能够实施本发明为目的而记载的。若是本领域技术人员，则当然能够实施上述实施方式的各种变形例，本发明的技术思想也能够应用于其他的实施方式。因此，本发明并不限定于所述的实施方式，应由基于技术方案所定义的技术思想的最广范围来解释。

Claims (7)

1.一种研磨头，用于将研磨器具按压于基板，该研磨头的特征在于，具备：
研磨器具按压部件，该研磨器具按压部件支承所述研磨器具；
可动轴，该可动轴与所述研磨器具按压部件连结；
壳体，在该壳体的内部收纳所述可动轴；以及
隔壁膜，该隔壁膜在所述可动轴的端部与所述壳体之间形成压力室，
所述隔壁膜具有：
中央部，该中央部与所述可动轴的端部接触；
内壁部，该内壁部与所述中央部连接，并且沿着所述可动轴的侧面延伸；
折返部，该折返部与所述内壁部连接，并且具有弯曲的剖面；以及
外壁部，该外壁部与所述折返部连接，并且位于所述内壁部的外侧，
在所述可动轴的内部具有通气孔，
所述通气孔的一方的开口端与大气连通，
所述通气孔的另一方的开口端位于所述可动轴的侧面内，且位于所述压力室的外侧。
2.一种研磨头，用于将研磨器具按压于基板，该研磨头的特征在于，具备：
研磨器具按压部件，该研磨器具按压部件支承所述研磨器具；
可动轴，该可动轴与所述研磨器具按压部件连结；
万向接头，该万向接头配置于所述研磨器具按压部件与所述可动轴之间；
壳体，在该壳体的内部收纳所述可动轴；以及
隔壁膜，该隔壁膜在所述可动轴的端部与所述壳体之间形成压力室，
所述隔壁膜具有：
中央部，该中央部与所述可动轴的端部接触；
内壁部，该内壁部与所述中央部连接，并且沿着所述可动轴的侧面延伸；
折返部，该折返部与所述内壁部连接，并且具有弯曲的剖面；以及
外壁部，该外壁部与所述折返部连接，并且位于所述内壁部的外侧，
所述万向接头具有：
第一支承轴，该第一支承轴与所述可动轴的轴向垂直；
倾动体，该倾动体支承于所述第一支承轴，并且能够以所述第一支承轴为中心旋转；以及
第二支承轴，该第二支承轴固定于所述倾动体，并且与所述第一支承轴垂直。
3.如权利要求2所述的研磨头，其特征在于，
所述万向接头收纳于所述研磨器具按压部件的内部。
4.如权利要求2所述的研磨头，其特征在于，
还具备距离传感器，该距离传感器朝向所述可动轴的所述端部配置，并且对所述可动轴相对于所述壳体的相对的移动距离进行测定。
5.如权利要求4所述的研磨头，其特征在于，
所述距离传感器是光学式距离传感器。
6.如权利要求4所述的研磨头，其特征在于，
还具备距离监视装置，在从所述距离传感器发送的所述移动距离的测定值比阈值大时或比阈值小时，该距离监视装置发出警报信号。
7.一种研磨装置，其特征在于，具备：
基板保持部，该基板保持部保持所述基板；以及
研磨头，该研磨头用于对所述基板进行研磨，
所述研磨头是权利要求1至6中任一项所述的研磨头。
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