CN113442054A - 研磨头系统、研磨装置及处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可精密控制从固定环等固定部件施加于研磨垫的力的研磨头系统、研磨装置及处理系统。研磨头系统具备：研磨头(7)，其具有：对工件(W)施加按压力的致动器(47)、排列于致动器(47)外侧的固定部件(66)、及连结于固定部件(66)的多个压电元件(72)；及驱动电压施加装置(50)，其对多个压电元件(72)独立地施加电压。

Description

研磨头系统、研磨装置及处理系统

技术领域

本发明关于一种将晶片、基板、面板等工件按压于研磨垫的研磨面来研磨该工件的研磨头系统。此外，本发明关于具备此种研磨头系统的研磨装置。

背景技术

制造半导体元件时，会在晶片上形成各种膜。在配线、接点的形成工序中，在成膜工序后，为了除去膜的不需要的部分及表面凹凸而研磨晶片。化学机械研磨(CMP)是研磨晶片的代表性的技术。该CMP是在研磨面上供给研磨液，而且通过使晶片滑动接触于研磨面来进行的。形成于晶片的膜通过结合研磨液中所含的研磨粒或研磨垫的机械性作用、与研磨液的化学成分的化学性作用来进行研磨。

研磨晶片中，因为将晶片表面滑动接触于旋转的研磨垫，所以摩擦力作用于晶片上。因此，在研磨晶片中，为了避免晶片从研磨头脱离，研磨头具备固定环等固定部件(参照专利文献1)。该固定环以包围晶片的方式配置，在研磨晶片中固定环旋转，而且以晶片的外侧按压研磨垫。

固定环在研磨晶片中，除了防止晶片从研磨头脱离的外，还具有通过按压研磨垫，而在晶片的边缘部附近使研磨垫的一部分变形，通过该垫变形而在晶片的边缘部使晶片与研磨垫的接触状态变化，来控制晶片边缘部的研磨率的功能。具体而言，对研磨垫强力按压固定环时，研磨垫的一部分在晶片的边缘部隆起，该隆起部位将晶片的边缘部推向上方。结果，对晶片边缘部的研磨压力增加。因此，通过固定环对研磨垫的按压力，可控制晶片边缘部的研磨率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－047503号公报

但是，研磨晶片中，因为固定环与研磨垫的摩擦会造成固定环倾斜，导致固定环对研磨垫的按压力在周向分布不均匀。结果，因为在晶片边缘部研磨垫与晶片表面的接触状态不均匀，导致在晶片边缘部的周向的研磨率分布不均匀。此外，因为固定环本身的磨损，亦造成固定环对研磨垫的按压力在周向分布不均匀。

发明内容

一个方式提供一种研磨头系统，用于一边将具有被处理膜的工件按压于研磨面，一边在研磨液的存在下，使该工件与所述研磨面相对运动，由此研磨该工件，该研磨头系统的特征在于，具备：研磨头，该研磨头具有致动器、固定部件及多个第一压电元件，该致动器对所述工件施加按压力，该固定部件配置于所述致动器的外侧，该多个第一压电元件连结于所述固定部件；及驱动电压施加装置，该驱动电压施加装置对所述多个第一压电元件独立地施加电压。

一个方式中，所述固定部件是分别连结于所述多个第一压电元件的多个固定部件。

一个方式中，所述研磨头系统进一步具备固定部件移动装置，该固定部件移动装置使所述多个第一压电元件及所述固定部件整体朝向所述研磨面移动。

一个方式中，所述固定部件移动装置具备：弹性囊，在该弹性囊的内部形成第一压力室；及第一气体供给管线，该第一气体供给管线连通于所述第一压力室。

一个方式中，所述研磨头进一步具备多个连结部件，该多个连结部件分别连结于所述多个第一压电元件，所述多个连结部件的端面连接于所述固定部件。

一个方式中，所述研磨头进一步具备第一保持部件，该第一保持部件限制所述多个连结部件在与所述固定部件的按压方向垂直的方向上的移动范围。

一个方式中，所述研磨头所述研磨头进一步具备多个按压力测定装置，该多个按压力测定装置测定所述多个第一压电元件分别产生的多个按压力。

一个方式中，所述多个按压力测定装置分别配置于所述多个第一压电元件与所述多个连结部件之间。

一个方式中，所述研磨头进一步具有电压分配器，所述电压分配器构成为：电连接于所述驱动电压施加装置及所述多个第一压电元件，并将从所述驱动电压施加装置施加的电压分配至该多个第一压电元件。

一个方式中，所述致动器是流体压力式致动器，所述流体压力式致动器具有：弹性膜，该弹性膜形成多个第二压力室，且与所述工件的背面接触；及多个第二气体供给管线，该多个第二气体供给管线分别连通于所述多个第二压力室。

一个方式中，所述致动器是多个第二压电元件，且以在所述工件的多个区域施加按压力的方式排列。

一个方式中，所述研磨头进一步具备多个按压部件，该多个按压部件分别连结于所述多个第二压电元件。

一个方式中，所述研磨头进一步具备第二保持部件，该第二保持部件限制所述多个按压部件在与所述工件的按压方向垂直的方向上的移动范围。

一个方式中，所述第二压电元件电连接于电压分配器，所述电压分配器以将从所述驱动电压施加装置施加的电压分配至该多个第二压电元件的方式构成。

一个方式提供一种研磨装置，是工件的研磨装置，其特征在于，具备：研磨台，该研磨台保持研磨垫；研磨液供给喷嘴，该研磨液供给喷嘴将研磨液供给至所述研磨垫上；上述研磨头系统；及动作控制部，该动作控制部控制所述研磨台、所述研磨液供给喷嘴及所述研磨头系统的动作。

一个方式中，所述研磨装置进一步具备膜厚传感器，该膜厚传感器测定所述工件的被处理膜的膜厚，所述膜厚传感器配置于所述研磨台内。

一个方式中，所述动作控制部构成为：根据通过所述膜厚传感器取得的所述工件的被处理膜的膜厚的测定值来制作膜厚轮廓，并按照该膜厚轮廓来决定送至所述驱动电压施加装置的多个电压指令值。

一个方式中，所述动作控制部构成为：按照所述膜厚轮廓与目标膜厚轮廓的差，来决定送至所述驱动电压施加装置的多个电压指令值。

一个方式中，所述研磨装置进一步具备装载/卸载装置，该装载/卸载装置用于使所述工件保持于所述研磨头。

一个方式中，所述研磨装置进一步具备指向检测器，该指向检测器检测所述工件在周向上的朝向。

一个方式提供一种处理系统，是处理工件的处理系统，其特征在于，具有：上述研磨装置，该研磨装置研磨所述工件；清洗装置，该清洗装置清洗研磨后的所述工件；干燥装置，该干燥装置使清洗后的所述工件干燥；及搬送装置，该搬送装置在所述研磨装置、所述清洗装置及所述干燥装置间搬送所述工件。

(发明效果)

采用本发明时，多个压电元件可在固定部件的周向上精密控制固定部件对研磨垫的按压力。因此，研磨头系统可精密控制工件边缘部的研磨率的周向分布。

附图说明

图1是表示研磨装置的一种实施方式的示意图。

图2是表示包含图1所示的研磨头的研磨头系统的一种实施方式的剖面图。

图3是从下方观看按压部件、压电元件、及固定部件时的示意图。

图4是从下方观看按压部件、压电元件、及多个固定部件时的示意图。

图5是表示图2所示的压电元件、保持部件、连结部件、及固定部件的剖面图。

图6是表示研磨头系统的其他实施方式的剖面图。

图7是表示研磨头系统的其他实施方式的剖面图。

图8是表示研磨头系统的其他实施方式的剖面图。

图9是表示处理工件的处理系统的一种实施方式的俯视图。

具体实施方式

以下，参照图来说明本发明的实施方式。图1是表示研磨装置的一种实施方式的示意图。研磨装置1是化学机械性地研磨晶片、基板、面板等工件的装置。如图1所示，该研磨装置1具备：支承具有研磨面2a的研磨垫2的研磨台5；对研磨面2a按压工件W的研磨头7；将研磨液(例如含研磨粒的浆液)供给至研磨面2a的研磨液供给喷嘴8；及控制研磨装置1的动作的动作控制部10。研磨头7以可在其下面保持工件W的方式构成。工件W具有被研磨膜。

动作控制部10具备：储存程序的存储装置10a；及按照程序中包含的命令执行运算的运算装置10b。存储装置10a具备RAM等的主存储装置；及硬盘机(HDD)、固态硬盘(SSD)等的辅助存储装置。运算装置10b的例可举出CPU(中央处理装置)、GPU(图形处理器)。不过，动作控制部10的具体构成不限定于这些的例。

动作控制部10由至少1台计算机构成。所述至少1台计算机亦可是1台服务器或多台服务器。动作控制部10亦可是边缘服务器，亦可是连接于因特网或本地网络等的通信网路的云端服务器，或是亦可是设置于网络内的雾运算装置(闸道器、雾服务器、路由器等)。动作控制部10亦可是通过因特网或本地网络等的通信网路而连接的多个服务器。例如，动作控制部10亦可是边缘服务器与云端服务器的组合。

研磨装置1进一步具备：支轴14；连结于支轴14的上端的研磨头摇动臂16；可旋转地支承于研磨头摇动臂16的自由端的研磨头轴杆18；及使研磨头7以其轴心为中心而旋转的旋转马达20。旋转马达20固定于研磨头摇动臂16，并经由皮带及滑轮等构成的转矩传送机构(无图示)而连结于研磨头轴杆18。研磨头7固定于研磨头轴杆18的下端。旋转马达20经由上述转矩传送机构使研磨头轴杆18旋转，研磨头7与研磨头轴杆18一起旋转。因此，研磨头7通过旋转马达20将其轴心作为中心而在箭头指示的方向旋转。研磨头7的轴心与研磨头轴杆18的轴心一致。

旋转马达20与作为检测研磨头7的旋转角度的旋转角度检测器的旋转编码器22连结。该旋转编码器22以检测旋转马达20的旋转角度的方式构成。旋转马达20的旋转角度与研磨头7的旋转角度一致。因此，通过旋转编码器22所检测的旋转马达20的旋转角度相当于研磨头7的旋转角度。旋转编码器22连接于动作控制部10，将从旋转编码器22输出的旋转马达20的旋转角度的检测值(亦即，研磨头7的旋转角度的检测值)送至动作控制部10。

研磨装置1进一步具备使研磨垫2及研磨台5分别以它们的轴心为中心而旋转的旋转马达21。旋转马达21配置于研磨台5的下方，研磨台5经由旋转轴5a而连结于旋转马达21。研磨台5及研磨垫2可通过旋转马达21在将旋转轴5a作为中心而箭头指示的方向旋转。研磨垫2及研磨台5的轴心与旋转轴5a的轴心一致。研磨垫2贴合于研磨台5的垫支承面5b。研磨垫2的露出面构成研磨晶片等的工件W的研磨面2a。

研磨头轴杆18通过升降机构24可相对于研磨头摇动臂16相对地上下移动，通过该研磨头轴杆18的上下移动，研磨头7可相对于研磨头摇动臂16及研磨台5相对地上下移动。在研磨头轴杆18的上端安装有旋转连接器23及旋转接头25。

使研磨头轴杆18及研磨头7升降的升降机构24具备：可旋转地支承研磨头轴杆18的轴承26；固定轴承26的桥接器28；安装于桥接器28的滚珠螺杆机构32；通过支柱30而支承的支承台29；及固定于支承台29的伺服马达38。支承伺服马达38的支承台29经由支柱30而连结于研磨头摇动臂16。

滚珠螺杆机构32具备：连结于伺服马达38的螺旋轴32a；及该螺旋轴32a螺合的螺帽32b。螺帽32b固定于桥接器28。研磨头轴杆18与桥接器28成为一体而升降(上下移动)。因此，当伺服马达38驱动滚珠螺杆机构32时，桥接器28上下移动，由此研磨头轴杆18及研磨头7上下移动。

升降机构24发挥用于调节研磨头7相对于研磨台5的相对高度的研磨头定位机构的功能。研磨工件W时，升降机构24使研磨头7位于预定的高度，在该高度保持研磨头7的状态下，研磨头7对研磨垫2的研磨面2a按压工件W。

研磨装置1具备使研磨头摇动臂16以支轴14为中心而回转的臂回转马达17。该臂回转马达17使研磨头摇动臂16回转时，研磨头7移动至与研磨头轴杆18垂直的方向。臂回转马达17可使研磨头7在研磨台5上方的研磨位置、与研磨台5外侧的装载/卸载位置之间移动。

准备研磨的工件W在装载/卸载位置通过装载/卸载装置39而安装于研磨头7，然后移动至研磨位置。研磨后的工件W从研磨位置移动至装载/卸载位置，在装载/卸载位置通过装载/卸载装置39而从研磨头7取出。图1示意性地表示装载/卸载装置39，装载/卸载装置39的位置及构成并无特别限定，只要可达成希望的目的即可。

研磨装置1具备作为检测在工件W的周向的方向的指向检测器的凹槽对准器40。另外，本图的凹槽对准器40独立地配置于研磨装置1中，不过亦可与装载/卸载装置39一体配置。凹槽对准器40是用于检测形成于工件W缘部的凹槽(缺口)的装置。凹槽对准器40的具体构成并无特别限定，只要可检测凹槽即可。一例为凹槽对准器40是使工件W旋转，而且将激光照射于工件W的缘部，并通过受光部检测反射的激光的光学式凹槽检测器，并以在凹槽位置从受光的激光强度变化来检测凹槽的位置的方式构成。其他例是使工件W旋转，而且从靠近工件W缘部的喷嘴将纯水等液体的喷流供给至工件W的缘部，检测朝向喷嘴流动的液体压力或流量的液体式凹槽检测器，并以在凹槽位置从液体的压力或流量变化来检测凹槽的位置的方式构成。

凹槽的检测，亦即在工件W周向的方向的检测是在研磨工件W之前执行的。检测凹槽的目的是了解及修正工件W的配置相对于后述的压电元件的配置状态。亦可在将工件W保持于研磨头7之前执行凹槽的检测。或是，亦可在将工件W保持于研磨头7的状态下执行。例如，在将工件W相对于研磨头7保持之前实施凹槽检测时，在装载/卸载位置由凹槽对准器40检测工件W的凹槽位置。而后，亦可由检测出的凹槽位置变成研磨头7的特定位置的方式，使研磨头7旋转后，由装载/卸载装置将工件W送交研磨头7，并以吸附等方式使工件W保持于研磨头7。

此时，凹槽对准器40连接于动作控制部10。动作控制部10以将工件W的凹槽位置与研磨头7的旋转角度相关连的方式构成。更具体而言，动作控制部10依据通过凹槽对准器40所检测的凹槽位置，来指定研磨头7的旋转角度的基准位置，并将其旋转角度的基准位置存储于存储装置10a中。而且，亦将通过凹槽对准器40所检测的凹槽位置还存储于存储装置10a，通过比较这些基准位置与凹槽位置，动作控制部10可依据研磨头7的旋转角度的基准位置来特定在工件W表面上的位置。

而且，例如通过旋转马达20使研磨头7旋转某个角度程度，以工件W的凹槽位置相对于研磨头7的基准位置变成指定角度的方式修正后，以装载/卸载装置送交工件W而保持于研磨头7。此时，若事先依据后述的压电元件的配置来设定研磨头7的旋转角度的基准位置时，研磨头7可在工件W对应于压电元件的特定配置的状态下保持工件W。

工件W的研磨进行如下。工件W在将其被研磨面向下状态下保持于研磨头7。使研磨头7及研磨台5分别旋转，而且从设于研磨台5上方的研磨液供给喷嘴8供给研磨液(例如，含研磨粒的浆液)至研磨垫2的研磨面2a上。研磨垫2以其中心轴线为中心而与研磨台5一体地旋转。研磨头7通过升降机构24移动至指定的高度。再者，研磨头7在维持在上述指定高度的情况下，将工件W按压于研磨垫2的研磨面2a。工件W与研磨头7一体地旋转。亦即，工件W以与研磨头7相同的速度旋转。在研磨垫2的研磨面2a上存在研磨液的状态下，将工件W滑动接触于研磨垫2的研磨面2a。工件W的表面通过研磨液的化学性作用、与研磨液所含的研磨粒或研磨垫2的机械性作用的组合而被研磨。

研磨装置1具备测定研磨面2a上的工件W的膜厚的膜厚传感器42。膜厚传感器42以生成直接或间接显示工件W的膜厚的膜厚指标值的方式构成。该膜厚指标值依工件W的膜厚而变化。膜厚指标值亦可是表示工件W的膜厚本身的值，或是，亦可是换算成膜厚前的物理量或信号值。

膜厚传感器42的例可举出涡流传感器、光学式膜厚传感器。膜厚传感器42设置于研磨台5中，并与研磨台5一体地旋转。更具体而言，膜厚传感器42以每当研磨台5旋转一圈时，横穿研磨面2a上的工件W，而且在工件W的多个测定点测定膜厚的方式构成。多个测定点的膜厚作为膜厚指标值而从膜厚传感器42输出，膜厚指标值送至动作控制部10。动作控制部10以依据膜厚指标值控制研磨头7的动作的方式构成。

动作控制部10根据膜厚传感器42所输出的膜厚指标值制作工件W的膜厚轮廓。工件W的膜厚轮廓是膜厚指标值的分布。动作控制部10以消除所获得的工件W现在的膜厚轮廓与目标膜厚轮廓的差的方式控制研磨头7的动作。工件W的目标膜厚轮廓预先储存于动作控制部10的存储装置10a中。工件W现在的膜厚轮廓的例可举出以图1所示的研磨装置1研磨前的工件W的初期膜厚轮廓；及以图1所示的研磨装置1研磨工件W时从膜厚传感器42所输出的膜厚指标值而制作的膜厚轮廓。初期膜厚轮廓例如由通过无图示的独立型的膜厚测定装置所取得的膜厚测定值、或是通过具备膜厚传感器的其他研磨装置1所取得的膜厚测定值来制作。初期膜厚轮廓储存于动作控制部10的存储装置10a中。

图2是表示包含图1所示的研磨头7的研磨头系统的一种实施方式的剖面图。如图2所示，研磨头系统包含：研磨头7、动作控制部10、及驱动电压施加装置50。研磨头7以将工件W按压于研磨垫2的研磨面2a的方式构成。研磨头7具备：固定于研磨头轴杆18的下端的载体45；及保持于载体45的多个压电元件47。研磨头7刚性固定于研磨头轴杆18的下端，研磨头7相对于研磨头轴杆18的角度固定。多个压电元件47位于工件W的背面侧。

载体45具有：保持多个压电元件47的壳体45A；及可装卸地安装于壳体45A的凸缘45B。凸缘45B通过无图示的螺丝而固定于壳体45A。亦可将用于维修的盖子设于凸缘45B，不过无图示。拆卸盖子时，使用者可进入压电元件47。凸缘45B的盖子在更换压电元件47或调节压电元件47的位置等需要维修时拆卸。

研磨头7具备可将多个按压力独立地施加于工件W的多个致动器。致动器可举出油压汽缸/马达等油压式致动器、如气压马达或气压汽缸的气压式致动器、如电动马达的电力式致动器或使用后述压电元件的致动器、使用磁偏元件的磁偏致动器或如线性马达的电磁式致动器或小型活塞等。

本实施方式可将多个按压力独立地施加于工件W的多个致动器是采用多个压电元件47。压电元件47通过电力线51而电连接于驱动电压施加装置50。压电元件47通过作为驱动源的驱动电压施加装置50而工作。电力线51经由旋转连接器23而延伸。驱动电压施加装置50构成为具备：电源部50a；及将须施加于压电元件47的电压的指令值送至电源部50a的电压控制部50b，并将电压分别独立地施加于多个压电元件47。

驱动电压施加装置50连接于动作控制部10。动作控制部10以决定须分别施加于多个压电元件47的电压的多个指令值，并将决定的多个指令值送至驱动电压施加装置50的电压控制部50b的方式构成。电压控制部50b以按照这些指令值对电源部50a输出指令，电源部50a施加指定电压至各个压电元件47的方式构成。另外，电源部50a由直流电源、交流电源、或是可设定电压模式的可程序电源的任意一个或其组合而构成。

研磨头7进一步具备：分别连结于多个压电元件47的多个按压部件54；保持多个按压部件54的保持部件56；及测定多个压电元件47分别产生的多个按压力的多个按压力测定装置57。多个按压部件54及保持部件56与工件W的背面侧相对。

驱动电压施加装置50对多个压电元件47施加电压时，这些压电元件47朝向按压部件54而伸长。该压电元件47的伸长经由按压部件54而产生将工件W对研磨垫2的研磨面2a按压的按压力。因此，施加了电压的压电元件47可将多个按压力独立地施加于工件W，能够以不同的按压力将工件W的多个部位(区域)对研磨面2a按压。

本实施方式的多个按压部件54的端面构成用于对研磨面2a按压工件W的按压面54a。多个按压部件54的按压面54a与工件W的背面侧接触。按压面54a亦可由硅胶等的弹性部件而构成。按压面54a的形状的具体例可举出正多边形、圆形、扇形、圆弧形状、椭圆形、及这些形状的组合。从按压面54a的中心至各顶点的距离相等的正多边形的例可举出正三角形、正方形、正六边形。

保持部件56可将多个按压部件54在有限的范围内移动地保持这些按压部件54。更具体而言，保持部件56通过游隙限制按压部件54在上下方向及水平方向移动的范围，并容许多个按压部件54在上下方向移动。通过该保持部件56限制多个按压部件54在与工件W的按压方向垂直的方向的移动范围。因此，由于限制按压部件54在上下方向的移动，因此按压部件54可防止过度的撞击或力道传导至压电元件47。一种实施方式亦可省略多个按压部件54与保持部件56，而由多个压电元件47直接对工件W的背面加压，而对研磨垫2的研磨面2a按压工件W。

研磨头系统进一步具备研磨头7可通过真空吸引而保持工件W的真空管线60。该真空管线60经由旋转接头25延伸而与研磨头7的工件接触面56a连通。更具体而言，真空管线60的一端在研磨头7的工件接触面56a开口，真空管线60的另一端连结于真空泵等的真空源62。在真空管线60中安装有真空阀61。真空阀61是致动器驱动型开闭阀(例如电动阀、电磁阀、空气操作阀)，且连接于动作控制部10。真空阀61的动作通过动作控制部10来控制。当动作控制部10打开真空阀61时，真空管线60在研磨头7的工件接触面56a上形成真空，由此研磨头7可通过真空吸引而将工件W保持于研磨头7的工件接触面56a。

一种实施方式亦可在工件W研磨中，为了防止工件W相对于研磨头7相对旋转(亦即，为了固定工件W相对于研磨头7的相对位置)，而通过真空管线60在研磨头7的工件接触面56a上形成真空，并通过真空吸引而将工件W保持于研磨头7的工件接触面56a。另外，本图中，在工件W的中央配置1个真空管线60，不过亦可设置在工件接触面56a中多处开口的多个真空管线60。

研磨头7进一步具备：配置于多个压电元件47的外侧的固定部件66；及连结于固定部件66的多个压电元件72。各压电元件72是用于对研磨垫2的研磨面2a按压固定部件66的致动器。固定部件66以包围工件W、多个按压部件54、及多个压电元件47的方式配置。本实施方式的工件W是圆形，且固定部件66整体是包围工件W的环状。另外，固定部件66由PPS(聚苯硫醚)及PEEK(聚醚醚酮)等树脂材料形成，此外，亦可在与研磨面2a的接触面上形成用于调整研磨液的流入的沟。

压电元件72与压电元件47同样地保持于载体45的壳体45A。研磨头7进一步具备：分别连结于多个压电元件72的多个连结部件80；保持多个连结部件80的保持部件85；及测定多个压电元件72分别产生的多个按压力的多个按压力测定装置88。保持部件85是环状，且固定于载体45。多个压电元件72经由多个连结部件80及多个按压力测定装置88而连结于固定部件66。

压电元件72电连接于驱动电压施加装置50。动作控制部10以决定须分别施加于多个压电元件72的电压的多个指令值，并将所决定的多个指令值送至驱动电压施加装置50的电压控制部50b的方式构成。电压控制部50b以通过按照这些指令值对电源部50a输出指令，而将指定的电压施加于各个压电元件72的方式构成。

对压电元件72施加电压时，压电元件72将按压力测定装置88及连结部件80朝向研磨垫2的研磨面2a推动，连结部件80以依施加于压电元件72的电压的按压力对研磨垫2的研磨面2a按压固定部件66。按压力的测定值从按压力测定装置88送至动作控制部10。动作控制部10依据按压力的测定值调整须施加于压电元件72的电压的指令值。

图3是从下方观看按压部件54、压电元件72、及固定部件66时的示意图。如图3所示，压电元件72以包围按压部件54(及压电元件47)的方式配置。固定部件66沿着工件W(图3中未显示)的外周部而配置。压电元件72沿着固定部件66而排列。

图3所示的例中是蜂巢状排列多个按压部件54，各按压部件54的按压面54a是正六边形。从图3可知，构成蜂巢排列的正六边形的按压面54a可使邻接的按压面54a间之间隙最小。再者，正六边形比正三角形及正方形还具有各顶点的角度大，且不易发生应力集中的优点。

图3所示的各按压部件54连结于各压电元件47。因此，图3所示的按压部件54的排列与压电元件47的排列实质地相同。多个压电元件47及多个按压部件54沿着研磨头7的径方向及周向而分布。因此，研磨头系统可精密地控制工件W的膜厚轮廓。特别是研磨头系统可在工件W的周向消除膜厚偏差。

按压部件54的排列不限于图3所示的例，亦可是格栅状、同心圆状、交错状等其他排列。此外，各按压部件54的按压面54a亦不限于正六边形，亦可是圆形、矩形状、扇形、或这些的组合。

如图4所示，一种实施方式是研磨头7亦可具备多个固定部件66。多个固定部件66以包围工件W、多个按压部件54、及多个压电元件47的方式排列。多个压电元件72经由多个连结部件80(参照图5)及多个按压力测定装置88(参照图5)而分别连结于多个固定部件66。

图5是表示图2所示的压电元件72、保持部件85、连结部件80、及固定部件66的剖面图。参照图5的以下的说明亦适用于图4的实施方式。如图5所示，载体45的壳体45A具有多个阶梯孔90，多个压电元件72分别收容于这些阶梯孔90中。各压电元件72具有止动突起72a。通过止动突起72a抵接于阶梯孔90的阶部90a，达成压电元件72相对于载体45的相对定位。

本实施方式的各按压力测定装置88与压电元件72及连结部件80串联配置。更具体而言，各按压力测定装置88配置于压电元件72与连结部件80之间。如此配置的按压力测定装置88可个别地测定压电元件72分别产生的多个按压力。按压力测定装置88的配置不限于图5所示的实施方式。只要可个别地测定压电元件72分别产生的多个按压力，按压力测定装置88亦可配置于固定部件66与连结部件80之间，或是亦可配置于连结部件80旁边。

按压力测定装置88亦能够以将所测定的按压力[N]换算成压力[Pa]的方式构成。按压力测定装置88的例可举出连结于多个压电元件72的负载传感器、压电板。压电板以具有多个压电传感器，依施加于这些压电板的力而产生电压，并将电压值换算成力或压力的方式构成。

多个连结部件80的端面连接于固定部件66。保持部件85可将多个连结部件80在有限范围内移动地保持这些连结部件80。更具体而言，各连结部件80具有：位于其上端及下端的突出部80b,80c；及位于这些突出部80b,80c之间的中间部80d。中间部80d的宽度比突出部80b,80c的宽度小。保持部件85具有支承部85a，支承部85a具有与中间部80d一定的游隙，并可移动地支承连结部件80。各连结部件80的突出部80b,80c与保持部件85的支承部85a通过游隙限制连结部件80在上下方向及水平方向移动的范围，并容许各连结部件80在上下方向移动。保持部件85的支承部85a限制连结部件80在与固定部件66的按压方向垂直的方向的移动范围。由于限制连结部件80在上下方向移动，因此连结部件80可防止过度的撞击或力道传导至压电元件72。

被固定部件66推动的研磨垫2变形，研磨垫2的一部分在固定部件66周围向上方隆起。由此，通过在工件W的边缘部研磨垫2的接触压力增加，可提高对工件W的边缘部的研磨率。采用本实施方式时，由于多个压电元件72可独立地对研磨垫2的研磨面2a按压固定部件66，因此可精密地控制工件W边缘部的研磨率分布。

其次，说明研磨头7的动作的一例。动作控制部10计算工件W现在的膜厚轮廓、与预先储存于存储装置10a中的目标膜厚轮廓的差，来制作目标研磨量在工件W的被研磨面的分布。再者，动作控制部10依据所制作的目标研磨量的分布，为了在指定的研磨时间内达成目标研磨量，而决定须施加于压电元件72及压电元件47的电压指令值。例如，动作控制部10根据目标研磨量的分布与上述指定的研磨时间来制作目标研磨率的分布，并根据研磨率相关数据来决定可达成目标研磨率的电压的指令值。研磨率相关数据是表示研磨率与电压指令值的关系的数据。

动作控制部10将电压的指令值送至驱动电压施加装置50的电压控制部50b。电压控制部50b按照这些电压的指令值输出指令至电源部50a，电源部50a对压电元件72及压电元件47施加指定的电压，来进行工件W的膜厚轮廓的调整。另外，在工件W的研磨中，例如在各一定时间或研磨台5每一个旋转周期进行膜厚轮廓的调整。

研磨头7的动作的另外例是动作控制部10不制作目标研磨量的分布，而依据通过膜厚传感器42所获得的工件W的现在膜厚轮廓，来决定须施加至压电元件72及压电元件47的电压的指令值。例如，目标膜厚轮廓是平坦的膜厚轮廓时，动作控制部10为了将现在的膜厚轮廓接近平坦的膜厚轮廓，而决定将比现在所施加的电压高指定的变更量程度的电压施加至对应于膜厚指标值大的区域的压电元件72及压电元件47，并将比现在施加的电压低指定的变更量程度的电压施加至对应于膜厚指标值小的区域的压电元件72及压电元件47的电压的指令值。另外，这些电压的变更量作为参数而预先设定于动作控制部10。

返回图2，本实施方式的各按压力测定装置57与压电元件47及按压部件54串联配置。更具体而言，各按压力测定装置57配置于压电元件47与按压部件54之间。如此配置的按压力测定装置57可个别地测定压电元件47分别产生的多个按压力。按压力测定装置57的配置不限于图2所示的实施方式。只要可个别地测定压电元件47分别产生的多个按压力，按压力测定装置57亦可配置于工件W与按压部件54之间，或是亦可配置于按压部件54旁边。

按压力测定装置57亦可由将所测定的按压力[N]换算成压力[Pa]的方式构成。按压力测定装置57的例可举出连结于多个压电元件47的负载传感器、压电板。压电板以具有多个压电传感器，依施加于这些压电板的力而产生电压，并将电压值换算成力或压力的方式构成。

对压电元件47施加电压时，压电元件47将按压力测定装置57及按压部件54朝向研磨垫2的研磨面2a推动，按压部件54以依施加于压电元件47的电压的按压力对研磨面2a按压工件W对应的部位(区域)。按压力的测定值从按压力测定装置57送至动作控制部10。动作控制部10依据按压力的测定值调整须施加至压电元件47的电压的指令值。

图6是表示研磨头系统的其他实施方式的剖面图。由于未特别说明的本实施方式的构成及动作与参照图1至图5所说明的实施方式相同，因此省略其重复的说明。

研磨头系统具备使多个压电元件72及整个固定部件66相对于压电元件47相对地朝向研磨垫2的研磨面2a移动的固定部件移动装置100。固定部件移动装置100具备：在内部形成压力室102的弹性囊103；连通于压力室102的气体供给管线105；及连接于气体供给管线105的压力调整器108。多个压电元件72可上下移动地支承于载体45的壳体45A。

弹性囊103设置于研磨头7的载体45中，弹性囊103的一部分保持于载体45。弹性囊103由可伸缩的柔软的弹性材料构成。弹性囊103沿着整个固定部件66而延伸。本实施方式的固定部件66是环状，且弹性囊103亦是环状。

气体供给管线105经由旋转接头25而延伸至压缩气体供给源110。压缩气体供给源110亦可是设置于配置有研磨装置1的工厂作为应用设备的压缩气体供给源，或亦可是输送压缩气体的泵。压缩空气等的压缩气体从压缩气体供给源110通过气体供给管线105而供给至压力室102中。

压力调整器108以安装于气体供给管线105并调节压力室102中的压缩气体压力的方式构成。压力调整器108连接于动作控制部10，压力调整器108的动作(亦即压力室102中的压缩气体的压力)通过动作控制部10来控制。更具体而言，动作控制部10将压力指令值送至压力调整器108，压力调整器108以将压力室102中的压力维持在压力指令值的方式而动作。

在压力室102中供给压缩气体时，弹性囊103膨胀，而使压电元件72及整个固定部件66朝向研磨垫2的研磨面2a移动，另外，载体45及作为致动器的压电元件47的位置不变。因此，固定部件移动装置100可将与从压电元件47施加于工件W的按压力独立的均匀按压力施加于压电元件72及整个固定部件66。

采用本实施方式时，固定部件移动装置100可使压电元件72及整个固定部件66朝向研磨垫2的研磨面2a移动，并以均匀的力对研磨面2a按压固定部件66。再者，多个压电元件72能够以局部不同的压力对研磨面2a按压固定部件66。动作控制部10亦可使固定部件移动装置100及压电元件72两者同时工作，或是亦可仅使其中一方选择性工作。

图6是以直接推动压电元件72的方式配置弹性囊103，不过亦可将压电元件72配置于无图示的外壳中，并通过弹性囊103加压外壳，而使压电元件72及整个固定部件66朝向研磨垫2的研磨面2a移动。通过设置外壳，可防止来自弹性囊103的过度的力道直接传导至压电元件72。

图7是表示研磨头系统的其他实施方式的剖面图。由于未特别说明的本实施方式的构成及动作与参照图1至图6所说明的实施方式相同，因此省略其重复的说明。

本实施方式的研磨头系统具备配置于研磨头7中的电压分配器121。电压分配器121具备：将电压分配至压电元件47,72的分歧装置125；及连接于分歧装置125的通信装置128。分歧装置125及通信装置128固定于载体45。分歧装置125经由电力线51及旋转连接器23而电连接于驱动电压施加装置50的电源部50a。电力通过电力线51而从驱动电压施加装置50的电源部50a供给至分歧装置125，进一步从分歧装置125分配至压电元件47,72。

分歧装置125通过电力线51及旋转连接器23连接于驱动电压施加装置50的电源部50a，电力从电源部50a供给至分歧装置125。通信装置128经由通信线130而连接于动作控制部10。通信线130从通信装置128经由旋转连接器23及电压控制部50b而延伸至动作控制部10。动作控制部10将须施加至压电元件47及压电元件72的电压的指令值送至电压控制部50b及通信装置128，通信装置128将电压的指令值送至分歧装置125。分歧装置125按照从通信装置128取得的指令值与同样来自电压控制部50b的指令值，将从电源部50a所施加的电压分配并施加于各个压电元件47及压电元件72。采用本实施方式时，可减少从压电元件47,72延伸至电源部50a的电力线51的数量。

图8是表示研磨头系统的其他实施方式的剖面图。由于未特别说明的本实施方式的构成及动作与参照图1至图7所说明的实施方式相同，因此省略其重复的说明。

本实施方式将工件W按压于研磨垫2的研磨面2a的致动器是采用流体压力式致动器来取代压电元件47。更具体而言，流体压力式致动器具备：形成多个压力室C1～C4的弹性膜135；分别连通于这些压力室C1～C4的多条气体供给管线F1～F4；及分别连接于这些气体供给管线F1～F4的多个压力调整器R1～R4。弹性膜135的露出面构成对研磨垫2的研磨面2a按压工件W的工件接触面。

弹性膜135保持于载体45的下表面。该弹性膜135具有同心状的多个分隔壁135a～135d。这些分隔壁135a～135d将弹性膜135内侧的空间分割成多个压力室C1～C4。这些压力室C1～C4的排列是同心状。本实施方式中设有4个压力室C1～C4，不过亦可设置比4个少、或比4个多的压力室。固定部件66以包围弹性膜135及压力室C1～C4的方式配置。

气体供给管线F1～F4经由旋转接头25而延伸至压缩气体供给源140。压缩气体供给源140亦可是设置于配置有研磨装置1的工厂作为应用设备的压缩气体供给源，或是亦可是输送压缩气体的泵。压缩空气等的压缩气体从压缩气体供给源140通过气体供给管线而供给至压力室C1～C4中。

压力调整器R1～R4以分别安装于气体供给管线F1～F4来独立地调节压力室C1～C4中的压缩气体的压力的方式构成。压力调整器R1～R4连接于动作控制部10，并通过动作控制部10控制压力调整器R1～R4的动作(亦即压力室C1～C4中的压缩气体的压力)。更具体而言，动作控制部10将多个压力指令值分别送至压力调整器R1～R4，压力调整器R1～R4以维持在压力室C1～C4中的压力对应的压力指令值的方式动作。研磨头7能够以不同的推压力按压工件W的不同区域。

其次，说明图8所示的研磨头7的动作的一例。动作控制部10计算工件W现在的膜厚轮廓、与预先储存于存储装置10a中的目标膜厚轮廓的差，来制作目标研磨量在工件W的被研磨面的分布。再者，动作控制部10依据所制作的目标研磨量的分布，为了在指定的研磨时间内达成目标研磨量，而决定须施加于压电元件72的电压指令值、与须送至压力调整器R1～R4的压力指令值。例如，动作控制部10根据目标研磨量的分布与上述指定的研磨时间来制作目标研磨率的分布，并根据研磨率相关数据来决定可达成目标研磨率的电压的指令值及压力指令值。研磨率相关数据包含：表示研磨率与电压指令值的关系的数据、及表示研磨率与压力指令值的关系的数据。

动作控制部10将压力指令值分别送至压力调整器R1～R4，并将电压的指令值送至驱动电压施加装置50的电压控制部50b。压力调整器R1～R4以将压力室C1～C4中的压力分别维持在压力指令值的方式动作。电压控制部50b按照电压的指令值输出指令至电源部50a，电源部50a对压电元件72施加指定的电压。因此，研磨头7进行工件W的膜厚轮廓的调整。另外，在工件W的研磨中，例如在各一定时间、或研磨台5每一个旋转周期进行膜厚轮廓的调整。

研磨头7的动作的另外例是动作控制部10不制作目标研磨量的分布，而依据通过膜厚传感器42所获得的工件W的现在膜厚轮廓，来决定须施加至压电元件72的电压的指令值、及须送至压力调整器R1～R4的压力指令值。例如，目标膜厚轮廓是平坦的膜厚轮廓时，动作控制部10为了使现在的膜厚轮廓接近平坦的膜厚轮廓，而决定将比现在所施加的电压高指定的变更量程度的电压施加至对应于膜厚指标值大的区域的压电元件72，并将比现在施加的电压低指定的变更量程度的电压施加至对应于膜厚指标值小的区域的压电元件72的电压的指令值。同样地，动作控制部10决定在对应于膜厚指标值大的区域的压力室中形成比现在压力高指定的变更量程度的压力，并在对应于膜厚指标值小的区域的压力室中形成比现在压力低指定的变更量程度的压力的压力指令值。另外，这些电压的变更量及压力的变更量作为参数而预先设定于动作控制部10。

上述实施方式可适当组合。例如，图6所示的实施方式可适用于图7所示的实施方式、及图8所示的实施方式。

本发明除了圆形的工件外，亦可适用于矩形状、四边形等多边形状的工件的研磨。例如，用于研磨四边形工件的研磨头系统以包围四边形的工件的方式构成固定部件。

图9是表示处理工件的处理系统的一种实施方式的俯视图。图示的处理系统100具有：本说明书中说明的研磨处理工件W的研磨装置1－A～1－C；用于清洗工件W的清洗装置350－A,350－B；作为工件W的搬送装置的机器人400；工件W的装载端口500；及干燥装置600。该系统构成中，处理的工件W放入装载端口500中。装载于装载端口500的工件W通过机器人400而搬送至研磨装置1－A～1－C的任意一个进行研磨处理。基板等的工件W亦可由多个研磨装置依序进行研磨处理。进行研磨处理后的工件W通过机器人400搬送至清洗装置350－A,350－B的其中一个进行清洗。工件W亦可由清洗装置350－A,350－B依序清洗。进行清洗后的工件W搬送至干燥装置600进行干燥处理。干燥后的工件W再度返回装载端口500。

上述实施方式是以具有本发明所属的技术领域的一般知识者可实施本发明为目的而记载的。本领域技术人员当然可形成上述实施方式的各种修改例，本发明的技术性思想亦可适用于其他实施方式。因此，本发明不限定于记载的实施方式，而依按照通过权利要求所定义的技术性思想的最广范围来解释。

【符号说明】

1:研磨装置

1－A～1－C:研磨装置

2:研磨垫

2a:研磨面

5:研磨台

5a:旋转轴

5b:垫支承面

7:研磨头

8:研磨液供给喷嘴

10:动作控制部

10a:存储装置

10b:运算装置

14:支轴

16:研磨头摇动臂

17:臂回转马达

18:研磨头轴杆

20:旋转马达

21:旋转马达

22:旋转编码器

23:旋转连接器

24:升降机构

25:旋转接头

26:轴承

28:桥接器

29:支承台

30:支柱

32:滚珠螺杆机构

32a:螺旋轴

32b:螺帽

38:伺服马达

39:装载/卸载装置

40:凹槽对准器

42:膜厚传感器

45:载体

45A:壳体

45B:凸缘

47:压电元件

50:驱动电压施加装置

50a:电源部

50b:电压控制部

51:电力线

54:按压部件

54a:按压面

56:保持部件

56a:工件接触面、端面

57:按压力测定装置

60:真空管线

61:真空阀

62:真空源

66:固定部件

72:压电元件

72a:止动突起

80:连结部件

80b,80c:突出部

80d:中间部

85:保持部件

85a:支承部

88:按压力测定装置

90:阶梯孔

90a:阶部

100:固定部件移动装置

102:压力室

103:弹性囊

105:气体供给管线

108:压力调整器

110:压缩气体供给源

121:电压分配器

125:分歧装置

128:通信装置

130:通信线

135:弹性膜

135a～135d:分隔壁

140:压缩气体供给源

350－A,350－B:清洗装置

400:机器人(搬送装置)

500:装载端口

600:干燥装置

1000:处理系统

C1～C4:压力室

F1～F4:气体供给管线

R1～R4:压力调整器

W:工件

Claims (21)

1.一种研磨头系统，用于一边将具有被处理膜的工件按压于研磨面，一边在研磨液的存在下，使该工件与所述研磨面相对运动，由此研磨该工件，该研磨头系统的特征在于，具备：

研磨头，该研磨头具有致动器、固定部件及多个第一压电元件，该致动器对所述工件施加按压力，该固定部件配置于所述致动器的外侧，该多个第一压电元件连结于所述固定部件；及

驱动电压施加装置，该驱动电压施加装置对所述多个第一压电元件独立地施加电压。

2.如权利要求1所述的研磨头系统，其特征在于，

所述固定部件是分别连结于所述多个第一压电元件的多个固定部件。

3.如权利要求1或2所述的研磨头系统，其特征在于，

进一步具备固定部件移动装置，该固定部件移动装置使所述多个第一压电元件及所述固定部件整体朝向所述研磨面移动。

4.如权利要求3所述的研磨头系统，其特征在于，

所述固定部件移动装置具备：弹性囊，在该弹性囊的内部形成第一压力室；及第一气体供给管线，该第一气体供给管线连通于所述第一压力室。

5.如权利要求1或2所述的研磨头系统，其特征在于，

所述研磨头进一步具备多个连结部件，该多个连结部件分别连结于所述多个第一压电元件，所述多个连结部件的端面连接于所述固定部件。

6.如权利要求5所述的研磨头系统，其特征在于，

所述研磨头进一步具备第一保持部件，该第一保持部件限制所述多个连结部件在与所述固定部件的按压方向垂直的方向上的移动范围。

7.如权利要求5所述的研磨头系统，其特征在于，

所述研磨头进一步具备多个按压力测定装置，该多个按压力测定装置测定所述多个第一压电元件分别产生的多个按压力。

8.如权利要求7所述的研磨头系统，其特征在于，

所述多个按压力测定装置分别配置于所述多个第一压电元件与所述多个连结部件之间。

9.如权利要求1或2所述的研磨头系统，其特征在于，

所述研磨头进一步具有电压分配器，所述电压分配器构成为：电连接于所述驱动电压施加装置及所述多个第一压电元件，并将从所述驱动电压施加装置施加的电压分配至该多个第一压电元件。

10.如权利要求1或2所述的研磨头系统，其特征在于，

所述致动器是流体压力式致动器，所述流体压力式致动器具有：弹性膜，该弹性膜形成多个第二压力室，且与所述工件的背面接触；及多个第二气体供给管线，该多个第二气体供给管线分别连通于所述多个第二压力室。

11.如权利要求1或2所述的研磨头系统，其特征在于，

所述致动器是多个第二压电元件，且以在所述工件的多个区域施加按压力的方式排列。

12.如权利要求11所述的研磨头系统，其特征在于，

所述研磨头进一步具备多个按压部件，该多个按压部件分别连结于所述多个第二压电元件。

13.如权利要求12所述的研磨头系统，其特征在于，

所述研磨头进一步具备第二保持部件，该第二保持部件限制所述多个按压部件在与所述工件的按压方向垂直的方向上的移动范围。

14.如权利要求11所述的研磨头系统，其特征在于，

所述第二压电元件电连接于电压分配器，所述电压分配器以将从所述驱动电压施加装置施加的电压分配至该多个第二压电元件的方式构成。

15.一种研磨装置，是工件的研磨装置，其特征在于，具备：

研磨台，该研磨台保持研磨垫；

研磨液供给喷嘴，该研磨液供给喷嘴将研磨液供给至所述研磨垫上；

权利要求1～14中任一项所述的研磨头系统；及

动作控制部，该动作控制部控制所述研磨台、所述研磨液供给喷嘴及所述研磨头系统的动作。

16.如权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置进一步具备膜厚传感器，该膜厚传感器测定所述工件的被处理膜的膜厚，所述膜厚传感器配置于所述研磨台内。

17.如权利要求16所述的研磨装置，其特征在于，

所述动作控制部构成为：根据通过所述膜厚传感器取得的所述工件的被处理膜的膜厚的测定值来制作膜厚轮廓，并按照该膜厚轮廓来决定送至所述驱动电压施加装置的多个电压指令值。

18.如权利要求16所述的研磨装置，其特征在于，

所述动作控制部构成为：按照所述膜厚轮廓与目标膜厚轮廓的差，来决定送至所述驱动电压施加装置的多个电压指令值。

19.如权利要求15～18中任一项所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置进一步具备装载/卸载装置，该装载/卸载装置用于使所述工件保持于所述研磨头。

20.如权利要求15～18中任一项所述的研磨装置，其特征在于，

所述研磨装置进一步具备指向检测器，该指向检测器检测所述工件在周向上的朝向。

21.一种处理系统，是处理工件的处理系统，其特征在于，具有：

权利要求15～20中任一项所述的研磨装置，该研磨装置研磨所述工件；

清洗装置，该清洗装置清洗研磨后的所述工件；

干燥装置，该干燥装置使清洗后的所述工件干燥；及

搬送装置，该搬送装置在所述研磨装置、所述清洗装置及所述干燥装置间搬送所述工件。

Images