CN1728343A - 挡圈及晶片研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明的挡圈(23)，在将晶片(W)推压到旋转的研磨垫(11)上对所述晶片(W)的表面进行研磨时，不使所述晶片(W)脱离地对其周缘部进行保持，具有：将所述晶片(W)的周围包围、并与所述研磨垫(11)抵接的第1环(23a) 配置在该第1环(23a)的径向外侧并与所述研磨垫(11)抵接、耐磨损性比所述第1环(23a)高的环状的第2环(23b)。能提供可防止在晶片的周缘部发生外周塌角的长寿命的挡圈。

Description

挡圈及晶片研磨装置

技术领域

本发明涉及对晶片的表面进行研磨的晶片研磨装置，尤其涉及对晶片的周缘部进行保持的挡圈的结构。

背景技术

在晶片制造工序中，有对晶片的表面进行镜面精加工的磨光工序。在该工序中，使用的是将晶片向旋转的研磨垫的表面进行推压、对上述晶片的表面进行研磨的晶片研磨装置。

晶片研磨装置，具有利用驱动轴进行旋转的研磨台。在研磨台的上面设有研磨垫，还在其上面侧配设有对晶片进行保持并旋转的晶片保持头。

晶片保持头具有上下驱动机构，能将保持的晶片以所需的接触压力向研磨垫的表面进行推压。向研磨垫推压的晶片的表面，通过与研磨垫的摩擦而研磨，对镜面进行精加工。

在研磨中的晶片上，由于与旋转的研磨垫的摩擦，向晶片保持头的径向外侧作用着大的力。因此，在晶片保持头的下面外侧配置有挡圈，通过利用该挡圈对晶片的周缘部进行保持，能防止旋转的晶片从晶片保持头的下面侧向外脱出。

但是，通常研磨垫利用粘弹性材料来形成。粘弹性材料，由于具有应力与变形速度成正比的粘性区域，故如图8所示，在晶片W的移动方向对方的研磨垫101(未被压缩的部分)进入晶片W的下面侧时，在晶片W的周缘部作用着因研磨垫101的压缩变形引起的大的压力。由此，如图10所示，存在晶片W的周缘部产生比晶片W的中央部更多地被研磨的、所谓的外周塌角的问题。

因此，在最近，如图9所示，通过将上述挡圈102向研磨垫101推压，就能预先使晶片W的移动方向对方的研磨垫101呈压缩的状态。

这样，在研磨垫101进入晶片W的下面侧时，由于不会在晶片W的周缘部作用有上述大的压力，故能防止在晶片W上发生外周塌角的情况。

图11表示该晶片保持头的结构。

在该晶片保持头103中，由于在晶片W和挡圈102上通过1个平板104施加负荷，故能使晶片W和挡圈102与研磨垫101抵接。

在这样的结构中，能使装置的结构简单化，另一方面，由于与研磨垫101的摩擦使挡圈102的下面磨损，故存在随着时间的经过在研磨垫101上施加不到所需负荷的问题。

当挡圈102向研磨垫101施加的负荷降低时，在挡圈102的下面侧的研磨垫101的厚度变厚，相对于晶片W下面侧的研磨垫101的厚度就会形成间隙。

因此，在晶片W的周缘部，往往因研磨垫101的压缩变形引起的应力而发生外周塌角。

因此，为了解决这样的问题，使用了对晶片W上施加的负荷和挡圈102上施加的负荷分别独立地进行控制的晶片保持头。图12表示该晶片保持头的结构。

通过作成这样的结构，即使因与研磨垫101的摩擦而使挡圈102磨损，也能始终以相同的负荷对研磨垫101进行推压。

但是，如上所述，由于挡圈102起到对晶片W的周缘部进行保持的作用，故需要与晶片W的外周接近地进行配设，通过挡圈102对研磨垫101进行推压、研磨垫101上所形成的隆起部110与晶片W的周缘部干涉，往往发生外周塌角。

因此，在挡圈102的径向内侧设置了避让隆起部110用的槽部107、开发了使挡圈23对研磨垫101的推压部分与晶片W的保持部分分离的晶片保持头108(例如参照专利文献1)。该晶片保持头108的结构表示于图13。

在该晶片保持头108中，由于能对晶片W上施加的负荷与挡圈102上施加的负荷独立地进行控制，故能始终以一定的负荷对研磨垫101进行推压。而且，由于在挡圈102的径向内侧所形成的隆起部110不对晶片W的周缘部进行干涉，故不会发生外周塌角。

[专利文献1]日本专利特开2002-18709号公报

但是，在挡圈102的径向内侧形成有槽部107的晶片研磨装置106中，由于与研磨垫101的摩擦，挡圈102与研磨垫101的接触部分逐渐地磨损。其结果，在挡圈102的下面所形成的槽部107逐渐地变浅，槽部107最终会消失。

这样，如上所述，挡圈102的下面整体对研磨垫101进行推压，就会因挡圈102的径向内侧所形成的隆起部110而在晶片W的周缘部发生外周塌角。

发明内容

本发明，是鉴于上述情况而作成的，其目的在于，提供能防止在晶片W的周缘部发生外周塌角的、长寿命的挡圈及晶片研磨装置。

为了解决上述问题并达到目的，本发明的挡圈及晶片研磨装置作成下述的结构。

(1)一种挡圈，在将晶片向旋转的研磨垫推压而对上述晶片的表面进行研磨时，不使上述晶片脱离地对其周缘部进行保持，其特征在于，具有：将上述晶片的周围进行包围用的环状的第1构件；配置在该第1构件的径向外侧、耐磨损性比上述第1构件高的环状的第2构件。

(2)如(1)所述的挡圈，其特征在于，上述第1构件，在与上述研磨垫相对的面上具有槽部。

(3)如(1)所述的挡圈，其特征在于，上述第2构件，由按照向其径向外侧耐磨损性依次增高的形态所配置的多个环状的构件来构成。

(4)一种挡圈，在将晶片向旋转的研磨垫推压而对上述晶片的表面进行研磨时，不使上述晶片脱离地对其周缘部进行保持，其特征在于，由向上述晶片的径向外侧耐磨损性逐渐增高的环状的倾斜功能材料来形成。

(5)一种挡圈，在将晶片向旋转的研磨垫推压而对上述晶片的表面进行研磨时，不使上述晶片脱离地对其周缘部进行保持，其特征在于，具有：将上述晶片的周围进行包围用的环状的第1构件；在该第1构件的径向外侧、比上述第1构件更向上述研磨垫侧突出地配置的环状的第2构件；对上述第2构件相对上述第1构件的突出量进行调整的调整装置。

(6)如(5)所述的挡圈，其特征在于，上述第1构件被固定在安装构件上，上述调整装置是装卸自如地被夹装在该安装构件与上述第1构件之间的调整板。

(7)如(5)所述的挡圈，其特征在于，上述第2构件被固定在安装构件上，上述调整装置是装卸自如地被夹装在该安装构件与上述第2构件之间的调整板。

(8)一种晶片研磨装置，将晶片向旋转的研磨垫推压而对上述晶片的表面进行研磨，其特征在于，具有：保持上述晶片并将该晶片向上述研磨垫进行推压的载体；配置在该载体的外周侧、与上述研磨垫抵接的挡圈，上述挡圈，包括：将上述晶片的周围进行包围、并对其周缘部进行保持用的环状的第1构件；配置在该第1构件的径向外侧、耐磨损性比上述第1构件高的环状的第2构件。

采用本发明，能防止在晶片的周缘部发生外周塌角，并能延长挡圈的寿命。

附图说明

图1是表示本发明第1实施形态的晶片研磨装置的结构的立体图。

图2是表示同上实施形态的晶片保持头结构的纵剖视图。

图3表示在同上实施形态的挡圈上形成槽部的工序中的挡圈形状和作用在挡圈上的压力分布，(a)是表示初始状态的概略图，(b)是表示平整研磨时状态的概略图，(c)是表示平整研磨结束后状态的概略图。

图4是表示同上实施形态的挡圈的第1变形例的剖视图。

图5是表示同上实施形态的挡圈的第2变形例的剖视图。

图6是表示同上实施形态的挡圈的第3变形例的剖视图。

图7是表示本发明第2实施形态的挡圈结构的剖视图。

图8是对在使用挡圈未与研磨垫抵接的晶片研磨装置场合的发生外周塌角的机理进行说明的说明图。

图9是对在使用挡圈未与研磨垫抵接的晶片研磨装置的场合的减少外周塌角的机理进行说明的说明图。

图10是表示使用以往的挡圈对晶片进行研磨时的晶片厚度的剖视图。

图11是表示通过1个平板将负荷施加在晶片和挡圈上的、以往的晶片保持头结构的概略图。

图12是表示分别独立地对施加在晶片上负荷和施加在挡圈上的负荷进行控制的、以往的晶片保持头结构的概略图。

图13是表示在挡圈的下面具有避让隆起部用的槽部的、以往的晶片保持头结构的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施形态进行说明。

图1是表示本发明第1实施形态的晶片研磨装置的结构的立体图。

该晶片研磨装置，由研磨台10和晶片保持头20构成。

研磨台10形成为圆盘状，在上面贴附着研磨垫11。研磨垫11的材质，根据晶片W的研磨层的材质进行适当选择。

在研磨台10的下部固定着驱动轴12。在该驱动轴12上，连接着电机13的输出轴(未图示)，通过对上述电机13进行驱动，就能使研磨台10向箭头A方向旋转。

在研磨台10上所贴附的研磨垫11的上面，利用供给喷嘴(未图示)供给研磨液。作为研磨溶液，使用含有硅胶的碱溶液。

晶片保持头20，上下方向移动自如地被设置在升降装置(未图示)上。在晶片保持头20的下面，可装卸地保持着作为研磨对象的晶片W，通过利用上述升降装置使晶片保持头20下降，就能将保持的晶片W向研磨垫11推压。

在上述升降装置上连接着控制装置(未图示)。该控制装置，对施加在晶片保持头20上的负荷进行控制，并将晶片W与研磨垫11之间的接触压力调整成所需的值。

又，图1中，仅表示1台晶片保持头20，但不限于此，例如，也可以在以驱动轴12为中心的圆周上，以规定的间隔设置多台的晶片保持头20。

图2是表示晶片保持头20的结构的纵剖视图。

该晶片保持头20，由头本体21、载体22、挡圈23等构成。

头本体21，由使开口部21a向下方配置的有底筒体构成，在上面固定着旋转轴24。在该旋转轴24上与电机(未图示)连接着，通过驱动上述电机，就能使头本体21向箭头B方向旋转。

载体22作成大致圆柱状，在头本体21的内侧与头本体21同轴状态地被固定着。载体22的下端部，从头本体21的开口部21a向下侧突出，在其下面保持着作为上述研磨对象的晶片W。保持在载体22的下面的晶片W，通过对上述电机进行驱动，就成为与载体22一起向箭头B方向旋转的状态。

挡圈23，由配置在晶片W的外周的环状的第1环23a(第1构件)和配置在该第1环23a的径向外侧的环状的第2环23b(第2构件)构成。这些第1环23a和第2环23b，都在头本体21的下端面与头本体21同轴地被固定。

又，在本实施形态中，利用环状的构件形成第1环23a和第2环23b，但不限定于此，也可以将多个构件进行组合、作成整体而形成环状。

第1环23a，由于将晶片W的周围包围地对周缘部进行保持，使研磨中的晶片W不会从载体22的下面侧脱出。另一方面，第2环23b，对研磨中的晶片W的径向外周侧的研磨垫11进行推压。

又，第1环23a，利用耐磨损性低的材料、例如用聚碳酸脂树脂等形成，第2环23b，利用耐磨损性高的材料、例如用MC尼龙树脂、聚酰亚胺(聚酰胺)、PET、PPS、聚缩醛树脂(ジユラコン、缩醛树脂)等形成。

第2环23b的下端部，比第1环23a更向研磨垫11侧突出。由此，在挡圈23的下面，在径向内侧形成使研磨垫11的隆起避让用的环状的槽部25。

该槽部25，利用后述的“平整研磨”形成，根据第1环23a的材料、第2环23b的材料、研磨垫11的材料、晶片保持头20的旋转速度、研磨台10的旋转速度等进行变化。

接着，用图3对利用上述的“平整研磨”在挡圈23的下面形成槽部25的工序进行说明。

图3是表示在挡圈23的下面形成槽部25的工序中的挡圈23的形状和作用于挡圈23上的压力分布的概略图。

首先，如图3(a1)所示，将没有阶梯差的挡圈23安装在头本体21上。并且，对升降装置(未图示)进行驱动，以规定的负荷将晶片保持头20向研磨垫11推压。这时，作用在第1环23a和第2环23b上的接触压力，如图3(a2)所示，成为大致相等。

接着，如图3(b1)所示，将晶片保持头20和研磨台10在与晶片W的研磨时相同的条件下进行驱动。由此，挡圈23的下面，利用与研磨垫11的摩擦进行研磨，在耐磨损性不同的第1环23a与第2环23b之间形成有阶梯差。

该阶梯差，由于随着挡圈23的研磨的进行逐渐地扩大，故使作用于第1环23a和第2环23b上的接触压力产生变化。并且，若第1环23a与第2环23b的磨损速度成为相等，则停止对晶片保持头20和研磨台10的驱动，使平整研磨结束。

在平整研磨的结束后，在挡圈23的下面形成有上述的槽部25。这时，对于作用在第1环23a和第2环23b上的接触压力，如图3(b2)所示，产生规定的差。

即，在第1环23a和第2环23b上产生图3(b2)所示的压力的差时，第1环23a与第2环23b的耐磨损性之差取得平衡，它们的磨损速度成为大致相等。

接着，对使用上述结构的晶片研磨装置在研磨晶片时的作用进行说明。

当上述的“平整研磨”结束后，使晶片保持头20上升，在其下面供给作为研磨对象的晶片W。并且，使晶片保持头20下降，利用控制装置以规定的负荷将挡圈23向研磨垫11进行推压。又，该负荷值，被设定成研磨垫11的厚度与在研磨中的晶片W的下面侧的研磨垫11成为大致相等。

接着，对晶片保持头20和研磨台10进行驱动，利用研磨垫11对保持的晶片W进行研磨。这时，挡圈23的第2环23b，由于将晶片W的移动方向对方的研磨垫11与晶片W的下面侧的研磨垫11压缩成了大致相同的厚度，故不会发生外周塌角。

而且，通过在推压研磨垫11的第2环23b与晶片W之间具有第1环23a，由于晶片W与第2环23b能以第1环23a的径向厚度那样的尺寸进行分离，故通过第2环23b对研磨垫11进行推压，能防止因第2环23b的径向内侧发生的隆起部分对晶片W的周缘部过分地进行研磨的情况。

又，如图3(e1)所示，在晶片W的研磨中，由于第2环23b的下面与研磨垫11抵接，第2环23b逐渐地被磨损。但是，在晶片W的研磨中，被挡圈23的槽部25收容的隆起部分也始终使第1环23a磨损。

而且，第1环23a和第2环23b，由于以大致相同的速度被磨损，故作用在第1环23a和第2环23b上的接触压力，如图3(c2)所示，维持着上述平整研磨结束时的差值。

因此，在晶片W的研磨中，由于能保持挡圈23的下面所形成的槽部25的深度，故能始终获得上述的效果。

又，如上所述，即使挡圈23被磨损，由于能维持槽部25的深度，故能将上述的效果保持至最后。其结果，通过预先加大挡圈23的上下方向的尺寸，能大幅度地延长挡圈23的寿命。

又，由于通过平整研磨能作成符合各个加工条件最佳的形状，故不需要对各种变化进行准备。

图4是表示同上实施形态的挡圈的第1变形例的剖视图。

该变形例的挡圈23A，在第1环23a的下面具有沿圆周方向的槽31。

这样，通过在第1环23a的下面预先形成槽31，由于能降低第1环23a与研磨垫11(图4中未图示)的接触面积，故能缩短平整研磨所需的时间。

图5是表示同上实施形态的挡圈的第2变形例的剖视图。

本变形例的挡圈23B，由按照从其径向内侧(图5中的左侧)向径向外侧依次增强耐磨损性的形态所配设的多个、在本变形例中为3个的环23c～23e来构成。

即使这样的结构，也能获得与上述第1实施形态大致同样的效果。

图6是表示同上实施形态的挡圈的第3变形例的剖视图。

本变形例的挡圈23C，由从其径向内侧向径向外侧逐渐增强耐磨损性的、所谓的倾斜功能材料来构成。

即使这样的结构，也能获得与上述第1实施形态大致同样的效果。

接着，参照图7对本发明的第2实施形态进行说明。又，这里，对于与第1实施形态同样的结构，标上相同符号并省略其说明。

图7是表示本发明第2实施形态的挡圈32的结构的剖视图。

该挡圈32，在头本体21与第1环23a之间，具有调整头本体21与第1环23a之间的距离用的多个垫片33(调整板)。

第1环23a，预先将上下方向的厚度形成得比第2环23b薄，在挡圈32的下面根据第1环23a与第2环23b的厚度之差形成有槽部25。

该槽部25的深度，通过拔插垫片33能进行调整，并被设定成在晶片W的研磨时、在其周缘部不发生外周塌角的状态。

由此，由于不进行平整研磨而能在挡圈32的下面形成所需深度的槽部25，故能防止在晶片W的周缘部发生外周塌角的情况。

而且，在通过晶片W的研磨使槽部25变浅时，由于仅将垫片33拔出就能将槽部25调整成适当的深度，故能大幅度地延长挡圈23的寿命。

又，在本实施形态中，在头本体21与第1环23a之间配设多个垫片33，随着第2环23b的磨损而将上述垫片33拔出，但不限于此，也可以随着第2环23b的磨损、在头本体21与第2环23b之间依次地插入垫片33。

由此，由于能在挡圈23的下面形成所需深度的槽部25，故能防止在晶片W的周缘部发生外周塌角的情况。

又，本发明不限于上述实施形态，在实施的阶段中、在不脱离其宗旨的范围内能使结构要素进行变形且具体化。又，通过将上述实施形态中所揭示的多个结构要素进行适当组合能形成各种的发明。例如，也可以从实施形态所示的整个结构要素中去除若干个结构要素。又，也可以将涉及不同的实施形态的结构要素进行适当组合。

Claims (8)

1、一种挡圈，在将晶片推压到旋转的研磨垫上对所述晶片的表面进行研磨时，不使所述晶片脱离地对其周缘部进行保持，其特征在于，具有：

将所述晶片的周围予以包围用的环状的第1构件；

配置在该第1构件的径向外侧、耐磨损性比所述第1构件高的环状的第2构件。

2、如权利要求1所述的挡圈，其特征在于，所述第1构件，在与所述研磨垫相对的面上具有槽部。

3、如权利要求1所述的挡圈，其特征在于，所述第2构件，由多个环状的构件构成，该环状构件被配置成耐磨损性随着向其径向外侧而依次增高。

4、一种挡圈，在将晶片推压到旋转的研磨垫上对所述晶片的表面进行研磨时，不使所述晶片脱离地对其周缘部进行保持，其特征在于，

由耐磨损性随着向所述晶片的径向外侧而逐渐增高的环状的倾斜功能材料形成。

5、一种挡圈，在将晶片推压到旋转的研磨垫上对所述晶片的表面进行研磨时，使所述晶片不脱离地对其周缘部进行保持，其特征在于，具有：

将所述晶片的周围予以包围用的环状的第1构件；

在该第1构件的径向外侧、比所述第1构件更向所述研磨垫侧突出而配置的环状的第2构件；

对所述第2构件相对所述第1构件的突出量进行调整的调整装置。

6、如权利要求5所述的挡圈，其特征在于，所述第1构件被固定在安装构件上，所述调整装置是装拆自如地夹装在该安装构件与所述第1构件之间的调整板。

7、如权利要求5所述的挡圈，其特征在于，所述第2构件被固定在安装构件上，所述调整装置是装拆自如地夹装在该安装构件与所述第2构件之间的调整板。

8、一种晶片研磨装置，将晶片推压到旋转的研磨垫上对所述晶片的表面进行研磨，其特征在于，具有：

保持所述晶片并将该晶片推压到所述研磨垫上的载体；

配置在该载体的外周侧、与所述研磨垫抵接的挡圈，

所述挡圈包括：

将所述晶片的周围包围、并对其周缘部进行保持用的环状的第1构件；

配置在该第1构件的径向外侧、耐磨损性比所述第1构件高的环状的第2构件。

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