TW201321130A - 研磨頭、研磨裝置及工件的研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本發明是一種研磨頭，在使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨時，用以保持前述工件，該研磨頭的特徵在於：至少具有工件保持盤，其由陶瓷所構成且具有可撓性，用以保持工件的背面；密閉空間，其被形成於該工件保持盤的保持前述工件側的相反側的面上；及，壓力控制手段，其控制該密閉空間內的壓力；並且，利用前述壓力控制手段，控制前述密閉空間內的壓力，藉此，能將前述具有可撓性的工件保持盤的形狀調整成中凸形狀或中凹形狀。藉此，提供一種研磨頭、研磨裝置及工件的研磨方法，抑制背膜的外周部在使用期限中的初期所發生向上翹曲的現象，不論工件的研磨前的形狀為何種形狀，都能將工件研磨成高平坦狀。

Description

研磨頭、研磨裝置及工件的研磨方法
本發明關於一種研磨頭、具備該研磨頭之研磨裝置、及工件的研磨方法，尤其關於一種研磨頭、具備該研磨頭之研磨裝置、及工件的研磨方法，在藉由無蠟固定方式來研磨工件中，適合用來得到高平坦的工件。
隨著近年來半導體元件的高積體化，對用於半導體元件之半導體晶圓的平面度要求越發嚴格。又，為提高半導體晶片的產率，甚至對晶圓的邊緣附近的區域的平坦性亦有所要求。
半導體晶圓的形狀，取決於最終的鏡面研磨加工。尤其在直徑為300 mm的矽晶圓中，是利用雙面研磨進行一次研磨，以滿足嚴格的平坦度規格，然後於單面上進行表面二次及精細研磨，以改善表面的傷痕和表面粗糙等。
於單面的表面二次及精細研磨中，要求維持或改善雙面一次研磨中所達成的平坦度，同時加工成表面側無傷痕等缺陷之完全鏡面。
通常的單面研磨裝置，例如第10圖所示，是由黏貼有研磨布102之平台103、研磨劑供給機構104及研磨頭101等所構成。於此種研磨裝置110中，利用研磨頭101來保持工件W，並由研磨劑供給機構104向研磨布102上供給 研磨劑105，且使平台103與研磨頭101各自旋轉，而使工件W的表面滑動接觸研磨布102，藉此來進行研磨。
作為於研磨頭上保持工件的方法，有經由蠟等黏著劑，將工件黏貼於平坦的工件保持盤上的方法等。又，有無蠟方式的研磨頭121等，如第11圖所示，其將市售的模板組合件113黏貼於工件保持盤112上，以保持工件W，其中模板組合件113是於被稱為背膜(backing film，也稱為背襯薄膜、背部襯墊)113a的彈性膜上黏著用以防止工件飛出之模板113b。
作為無蠟方式的另一研磨頭，亦使用如下所述的研磨頭131等：如第12圖所示，替代市售的模板，而於工件保持盤112的表面上黏貼背膜113a，並於工件保持盤側面上設置用以防止工件飛出之圓環形導環113b。
然而，使用第11圖、第12圖所示的無蠟方式的研磨頭121、131來研磨工件的情況，因為背膜113a為軟質的工件保持盤112，導致在外周部發生保形性低的現象，因此，外周部的研磨量低而使外周部向上翹曲，於是工件形狀加工成中凹形狀，而有使工件的平坦度劣化的問題(參照專利文獻1)。對於此問題，如專利文獻1所示，提出一種方法，該方法將墊圏插入至工件的背面外周部，使工件外周部的壓力變高來抑制工件外周部的向上翹曲。
[先行技術文獻]
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2007-274012號公報
專利文獻2：日本特開平11-216661號公報
然而，外周部的向上翹曲，是僅在背膜113a的使用期限中的初期才會發生的現象，隨著背膜的使用時間的經過，研磨後的工件的外周部會變化成外周塌邊的形狀。因此，配合使用時間，需要交換厚度相異的墊圏或是卸下墊圏本身，作業性差，進而由於調整墊圈的厚度困難，所以會發生無法獲得穩定的加工精度。
進而，無蠟方式的研磨頭的情況，利用軟質的背膜113a來吸收工件的背面的凹凸，並將工件表面的研磨壓力保持均勻來實行所謂的均勻研磨，因此，當研磨前的工件形狀為中凸形狀或中凹形狀時，也會有無法改善工件的平坦度這樣的問題。
對於這些問題，如專利文獻2所示，提出一種方法，該方法例如當研磨前的工件為中凸形狀時，在黏貼背膜前，將間隔件(spacer)插入工件保持盤的中心部，以使工件中心部的研磨量變多的方式來進行調整，將工件研磨成平坦狀。
然而，在此方法中，必須配合工件的形狀，交換要插入工件保持盤與背膜之間的間隔件，作業性顯著地變差，進而，間隔件厚度的調整也困難，從而穩定地將工件研磨 成平坦狀是困難的。
本發明是有鑒於此種問題而完成，其目的在於提供一種研磨頭、研磨裝置及工件的研磨方法，針對無蠟方式的研磨頭，抑制背膜的外周部在使用期限中的初期所發生向上翹曲的現象，不論工件的研磨前的形狀為何種形狀，都能將工件研磨成高平坦狀。
為達成上述目的，根據本發明，提供一種研磨頭，在使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨時，用以保持前述工件，該研磨頭的特徵在於：至少具有工件保持盤，其由陶瓷所構成且具有可撓性，用以保持工件的背面；密閉空間，其被形成於該工件保持盤的保持前述工件側的相反側的面上；及，壓力控制手段，其控制該密閉空間內的壓力；並且，利用前述壓力控制手段，控制前述密閉空間內的壓力，藉此，能將前述具有可撓性的工件保持盤的形狀調整成中凸形狀或中凹形狀。
藉由使用此種研磨頭，利用具有可撓性的陶瓷(工件保持盤)來保持工件，對應要研磨的工件的形狀、背膜的使用情況等，將工件保持盤調整成中凸形狀或中凹形狀，抑制背膜的外周部在使用期限中的初期所發生向上翹曲的現象，不論工件的研磨前的形狀為何種形狀，都能將工件研磨成高平坦狀。
此時，前述工件保持盤，較佳是具有可撓性，該可撓性是該工件保持盤的外徑與能調整成中凸形狀或中凹形狀的最大變化量的比值(最大變化量/外徑)在0.028×10-3~0.222×10-3。
若是此種研磨頭，可更確實地抑制背膜的外周部在使用期限中的初期所發生向上翹曲的現象，不論工件的研磨前的形狀為何種形狀，都能將工件研磨成高平坦狀。
並且此時，較佳是前述密閉空間的內徑比前述工件的外徑大。
若是此種研磨頭，能將工件整體研磨成高平坦狀，尤其能更確實地抑制工件外周部的向上翹曲形狀的發生。
並且此時，前述壓力控制手段，可對前述密閉空間內的壓力，控制加壓或減壓的任一方、或是加壓和減壓雙方。
若壓力控制手段能控制加壓動作來對密閉空間內的壓力進行加壓時，能預先將工件保持盤形成中凹形狀，然後，若對密閉空間進行加壓控制，則能將工件保持盤從中凹形狀調整成中凸形狀，所以在研磨工件時，能作成任一種的形狀。又，若壓力控制手段能控制減壓動作來對密閉空間內的壓力進行減壓時，能預先將工件保持盤形成中凸形狀，然後，若對密閉空間進行減壓控制，則能將工件保持盤從中凸形狀調整成中凹形狀。進而，若壓力控制手段能控制加壓和減壓雙方，使用形成平坦狀的工件保持盤，藉由對密閉空間進行加壓或減壓的控制，能將工件保持盤任意地調整成中凹形狀或中凸形狀。
並且此時，前述工件保持盤的材質較佳是氧化鋁陶瓷或碳化矽陶瓷。
藉由採用此種熱膨脹係數低的材質的工件保持盤，抑制研磨加工時的工件保持盤的熱變形，而能將工件研磨成高平坦狀。
又，若根據本發明，提供一種研磨裝置，是於研磨工件表面時使用，其特徵在於至少具備：研磨布，其被黏貼於平台上；研磨劑供給機構，其用以向該研磨布上供給研磨劑；及，本發明的研磨頭，其是作為用以保持前述工件之研磨頭。
若是此種研磨裝置，對應要研磨的工件的形狀、背膜的使用情況等，將工件保持盤調整成中凸形狀或中凹形狀，藉此，抑制背膜的外周部在使用期限中的初期所發生向上翹曲的現象，也抑制在使用期限中的後期所發生的外周部的塌邊現象，不論工件的研磨前的形狀為何種形狀，都能將工件研磨成高平坦狀。
又，若根據本發明，提供一種工件的研磨方法，是使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨，該工件的研磨方法的特徵在於：藉由本發明的研磨頭來保持前述工件，並藉由控制前述研磨頭的密閉空間內的壓力，調整具有可撓性的前述工件保持盤的形狀後，研磨前述工件。
若是此種方法，對應要研磨的工件的形狀、背膜的使用情況等，將工件保持盤調整成中凸形狀或中凹形狀，藉 此，抑制背膜的外周部在使用期限中的初期所發生向上翹曲的現象，也抑制在使用期限中的後期所發生的外周部的塌邊現象，不論工件的研磨前的形狀為何種形狀，都能將工件研磨成高平坦狀。
本發明的研磨頭，具有工件保持盤，其由陶瓷所構成且具有可撓性，用以保持工件的背面；及，密閉空間，其被形成於該工件保持盤的保持前述工件側的相反側的面上；並藉由控制密閉空間內的壓力，能將具有可撓性的工件保持盤的形狀調整成中凸形狀或中凹形狀。因此，在背膜的使用期限中的初期，利用將工件保持盤的形狀調整成中凹形狀，能抑制工件外周部的向上翹曲形狀。又，在背膜的使用期限中的後期，利用相反的調整(將工件保持盤的形狀調整成中凸形狀)，不論背膜的使用狀態為何(初期或後期)，都能將工件研磨成高平坦狀。進而，對應工件的研磨前的形狀，調整工件保持盤的中凹形狀或中凸形狀，能將工件研磨成高平坦狀。
以下，對本發明的實施形態加以說明，但本發明並非限定於此實施形態。
如第11圖、第12圖所示，使用先前的無蠟方式的研磨頭來研磨工件的情況，其中該研磨頭使用背膜，由於背 膜為軟質的膜，導致在外周部中的保形性低的現象，因此，外周部的研磨量低而使外周部向上翹曲，於是工件形狀加工成中凹形狀，而有使工件的平坦度劣化的問題。
因此，本發明人為解決此種問題而反復努力研究。其結果，研究出以下的技術手段：將工件保持盤作成可變形的薄陶瓷製保持盤，並在該工件保持盤的保持工件側的相反側的面上配置密閉空間，利用控制該密閉空間的壓力，使工件保持盤變形成中凹形狀，來調整工件外周部的研磨壓力。進而，研究出以下的技術而完成本發明，亦即：在背膜的使用期限中的初期，以工件保持盤的中凹形狀變大的方式來控制密閉空間的壓力，且隨著背膜的使用時間的經過，以工件保持盤的中凹形狀變小的方式來調整該密閉空間的壓力，藉此，不需要如先前技術般的麻煩的墊圈的交換，不論背膜的使用期限中的時期為何，都能將工件研磨成高平坦狀。
以下，一邊參照附上的圖面一邊具體地說明本發明的研磨頭、研磨裝置及工件的研磨方法，但是本發明並未被限定於此實施形態。
第1圖是表示本發明的研磨頭的一例與配置有該研磨頭之研磨裝置的一例之概略圖。
首先，說明有關本發明的研磨頭。如第1圖所示，研磨頭1，主要具有：研磨頭本體11；工件保持盤12，其由陶瓷所構成且具有可撓性，用以保持工件W的背面；密閉空間14，其被形成於工件保持盤的保持工件W側的相反側 的面上；及，壓力控制手段15，其控制密閉空間內的壓力。
工件W，被保持在已黏貼於工件保持盤12上之背膜13a上。又，模板13b被設置在工件W的外側，以使工件W在研磨中不會從研磨頭1飛出。此處，可使用市售的模板組合件，作為將模板13b黏貼於背膜13a上而成的模板組合件13。或者，替代模板13b，也能將工件飛出防止用的圓環狀導環設置在已黏貼在工件保持盤12上的背膜13a的外側上。
密閉空間14，其被形成在工件保持盤12的保持工件W側的相反側的面上，並與壓力控制手段(壓力控制裝置)15連結；藉由該壓力控制手段15，能控制密閉空間14內的壓力。
又，如上所述，工件保持盤12是由陶瓷所構成且具有可撓性。此處，工件保持盤12的可撓性，能藉由使工件保持盤12的厚度變薄而獲得。此處，工件保持盤12的厚度，並沒有特別地限定，可根據所使用的陶瓷材質、工件保持盤12的外徑及密閉空間的內徑等而作適當地調整。亦即，為了將工件研磨成平坦狀，只要是能變形成必要的中凸形狀或中凹形狀即可。
此處，本發明中所謂的工件保持盤的可撓性，意味著工件保持盤可變化成中凸形狀或中凹形狀，例如較佳是可在以下的範圍內作變化。
亦即，工件保持盤的外徑與能調整成中凸形狀或中凹形狀的最大變化量的比值(最大變化量/外徑)，較佳是在 0.028×10-3~0.222×10-3。此數值範圍，例如當外徑為360mm時，相當於最大變化量為10μm~80μm。
另外，所謂的工件保持盤的中凸形狀，當從側面方向來看工件保持盤時，意味著使工件保持盤的中央部往下方突出的形狀；中凸形狀則意味著使工件保持盤的中央部往上方突出的形狀。
如此一來，本發明的研磨頭，是由陶瓷所構成，且保持高精度研磨所必要的剛性並調整厚度而構成具有可撓性，亦即，工件保持盤12能使其形狀作變化。而且，成為一種構造，藉由上述壓力控制手段15，使密閉空間14內的壓力高於大氣壓，藉此，能將工件保持盤12的形狀調整成中凸形狀；又，藉由使密閉空間14內的壓力低於大氣壓，而能將工件保持盤12的形狀調整成中凹形狀。
又，使用半導體基板來作為工件的情況，由於使用鹼性或酸性溶液來作為研磨劑，若利用金屬材料來形成工件保持盤，則金屬離子溶出而有金屬污染的問題，但是藉由採用由陶瓷所構成的工件保持盤，則能避免此種金屬污染的問題。進而，雖然研磨後的工件被要求非常高的平坦性，但是能為達此要求而將必要的工件保持盤本身的加工精度作成非常高。
進而，作為工件保持盤12的材質，基於抑制研磨時工件保持盤12的熱變形的目的，較佳是熱膨脹係數低的材料，所以較佳是氧化鋁陶瓷或碳化矽陶瓷。表1是表示氧化鋁、碳化硅的陶瓷材料與不銹鋼(SUS304)的楊氏模數、 熱膨脹係數的表。氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷等，相較於不銹鋼，熱膨脹係數極小。
若是此種本發明的研磨頭，對應要研磨的工件的形狀、背膜的使用情況等，能將工件保持盤的形狀調整成中凸形狀或中凹形狀而將工件研磨成高平坦狀。
亦即，藉由降低密閉空間的壓力，使其壓力比大氣壓更低，將工件保持盤的形狀作成中凹形狀，從而將工件外周部的研磨量調整成變多，藉此，能抑制在背膜的使用期限中的初期會出現的工件外周部的向上翹曲形狀(亦即減少向上翹曲的程度)，而能實現高平坦的研磨加工。又，在研磨前的工件形狀是中凸形狀的情況，亦即，在工件有外周塌邊形狀的情況，藉由增大密閉空間的壓力，使其壓力比大氣壓更高，將工件保持盤的形狀作成中凸形狀，從而將工件中心部的研磨量調整成變多，藉此，能將工件的形狀修正成平坦狀。當然，當要研磨的工件是平坦狀，由背膜的使用期限中的時期來看也能進行平坦的研磨時，也能將工件保持盤調整成平坦狀來進行研磨。
此處，例如能以如下的方式來構成研磨頭的密閉空間。
如第2圖所示的研磨頭21，將工件保持盤12黏著於高剛性的管狀零件16的底面側，將圓板狀的背板17配置該管狀零件16的頂面側，而能形成密閉空間14。或者，沒有將上述管狀零件16與工件保持盤12黏著在一起，而是如第3圖所示的研磨頭31，也可採用一種一體型的研磨頭，此研磨頭的工件保持盤形成密閉空間的外周。
此時，只要密閉空間14的內徑比工件W的外徑更大，則可將整個工件研磨成高平坦狀，尤其能確實地抑制工件外周部的向上翹曲形狀的發生。
又，也可在工件保持盤的保持工件側的相反側的面上，設置複數個密閉空間，進而連結至各自獨立的壓力控制手段，控制各個密閉空間內的壓力，而能更高精度地調整工件保持盤的形狀。
又，壓力控制手段15，也可僅能控制加壓或減壓的任一方，來對密閉空間14內的壓力進行加壓或減壓。當壓力控制手段15僅能控制加壓動作來對密閉空間14內的壓力進行加壓時，能預先將工件保持盤12形成中凹形狀。此情況，若對密閉空間進行加壓控制，則能將工件保持盤從中凹形狀調整成中凸形狀，所以在研磨工件時，能作成任一種的形狀。
另一方面，當壓力控制手段15僅能控制減壓動作來對密閉空間14內的壓力進行減壓時，能預先將工件保持盤12形成中凸形狀。此情況，若對密閉空間進行減壓控制，則能將工件保持盤從中凸形狀調整成中凹形狀，同樣地，在研磨工件時，能作成任一種的形狀。
進而，壓力控制手段15，也能控制加壓和減壓雙方，而具有加壓控制裝置及減壓控制裝置。在第4圖所示的研磨頭41中，密閉空間14被連結至加壓控制裝置42及減壓控制裝置43，而成為一種構造，此構成能藉由閥開閉來對密閉空間14進行加壓或減壓的任一種控制。
若為此種構造，先將工件保持盤形成平坦狀，並對密閉空間進行加壓或減壓的控制，藉此，不論初期形狀為何，都能將工件保持盤任意地調整成中凹形狀或中凸形狀。
繼而，說明本發明的研磨裝置及工件的研磨方法。
如第1圖所示，研磨裝置10，具有：平台3；研磨布2，其被黏貼於平台3上；研磨劑供給機構4，其用以向該研磨布2上供給研磨劑5；及，上述本發明的研磨頭，其作為用以保持工件W之研磨頭。
使用此種研磨裝置，在本發明的工件的研磨方法中，首先，藉由本發明的研磨頭來保持工件W。繼而，藉由控制研磨頭的密閉空間14內的壓力，調整具有可撓性的工件保持盤12的形狀。此時，如在上述研磨頭的說明中所記載，對應要研磨的工件的形狀、背膜的使用情況等，能將工件保持盤的形狀調整成中凸形狀或中凹形狀。之後，使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台3上的研磨布2來進行研磨。
若是此種本發明的研磨裝置及工件的研磨方法，不論背膜的使用期限中的時期為何，且不管工件的研磨前的形狀為何，都能將工件研磨成高平坦狀。
[實施例]
以下，示出本發明的實施例及比較例，並更為具體地說明本發明，但本發明並非限定於這些實施例。
(實施例1)
首先，如以下所述的方式來製作第1圖所示研磨頭， 並測定工件保持盤的平面度。
利用市售的環氧樹脂黏著劑，將外徑為360mm且厚度為6mm的加工成平坦狀的氧化鋁陶瓷製的工件保持盤12，黏著在陶瓷製管狀零件16的底面，該管狀零件16的外徑為360mm、內徑為320mm且厚度為20mm。進而，利用螺栓緊固管狀零件16的頂面，形成密閉空間14。又，經由閥，將加壓控制裝置42與減壓控制裝置43連結至密閉空間。
預先將以此種方式製作而成的研磨頭上下反轉，使用加壓控制裝置42及減壓控制裝置43而使密閉空間14內的壓力，相對於大氣壓，在負50~正50kPa的範圍內作變化，並測定工件保持盤12的平面度。工件保持盤的平面度測定，是使用黑田精工股份有限公司的NANOMETRO 1000FR。
將結果示於第5圖中。第5圖的橫軸是表示相對於大氣壓的壓力變化，其中「正(+)」是表示加壓，「負(-)」是表示減壓。又，第5圖的縱軸是表示在該壓力變化下的工件保持盤的平面度，其中「正」是表示中凸形狀，「負」是表示中凹形狀。如第5圖所示，工件保持盤，隨著密閉空間內的壓力變化，大致線性地變形，得知可將工件保持盤的形狀調整成中凹形狀或中凸形狀。
繼而，在以上述方式製作而成的研磨頭的工件保持盤的表面上，黏貼市售的模板組合件，前述市售的模板組合件是於背膜的表面上黏貼有外徑為355 mm、內徑為302 mm且厚度為575μm的模板而成。然後，將此研磨頭裝設在第 1圖所示的研磨裝置中來研磨工件W，作為該工件W，是直徑300mm且厚度775mm的單晶矽晶圓。另外，所使用的單晶矽晶圓，是對其雙面預先實施一次研磨，且邊緣部亦實施研磨後的晶圓。平台是使用直徑為800 mm的平台，並使用通常所使用的研磨布。又，背膜是採用一種在使用期限中的初期的背膜。
於研磨時，研磨劑是使用含有矽酸膠(colloidal silica)之鹼性溶液，並使研磨頭與平台分別以30 rpm旋轉。藉由未圖示的加壓手段，將工件W的研磨負荷(按壓力)設定為換算成晶圓表面的表面壓力為20 kPa。又，以使工件保持盤的形狀成為中凹形狀27μm的方式來控制減壓裝置，而使密閉空間內的壓力相對於大氣壓為減壓10kPa，以此方式來進行研磨。另外，研磨時間是調整成使晶圓的平均研磨裕度成為400nm。
對以此種方式進行研磨後的晶圓面內的研磨裕度的偏差進行評估。關於研磨裕度，是由以下方法計算：將除去最外周部2 mm寬度後的區域作為平坦度保證範圍，並利用平坦度測定器來測定研磨前後的晶圓厚度，取得晶圓的直徑方向的截面於研磨前後的厚度的差值。使用科磊(KLA-Tencor)公司製造的平坦度測定器(Wafer Sight)，作為平坦度測定器。
將晶圓的研磨裕度分佈的結果，表示於第6圖中。如第6圖所示，在實施例1中，外周部與中心部的研磨裕度變成相同程度，在晶圓的直徑方向上的研磨裕度的最大值 與最小值的差值(範圍)成為32.5nm，得知研磨裕度的偏差大幅地受到抑制。相對於此，後述的比較例1的情況，外周部的研磨裕度，相對於中心部，成為較少的研磨裕度分布，而在晶圓的直徑方向上的研磨裕度的最大值與最小值的差值(範圍)成為148nm，與實施例1相比，較為惡化。
若根據本發明，可確認能抑制背膜的外周部在使用期限中的初期所發生的向上翹曲的現象。
(實施例2)
使用一種在研磨前的研磨面側的形狀為中凸形狀的單晶矽晶圓，並以工件保持盤的形狀成為中凸形狀10μm的方式來將密閉空間內的壓力設定成相對於大氣壓為加壓5kPa以外，使研磨條件與實施例1中的研磨條件相同，來實行單晶矽晶圓的研磨，並評估晶圓的形狀變化。另外，此處所說的單晶矽晶圓的中凸形狀，相當於外周塌邊形狀。此處，以下的第7圖至第9圖所示的研磨前的晶圓的形狀，是代表的形狀，而使用大致相同形狀的晶圓。
將晶圓的形狀變化的結果表示於第7圖中。第7圖是表示將晶圓的研磨面側朝上時的晶圓研磨面的形狀之圖。如第7圖所示，藉由將工件保持盤作成中凸形狀的效果，晶圓的中心部份的研磨裕度增加，因此，在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)，從134.3nm，大幅改善成63.5nm，而能將晶圓修正成平坦的形狀。
另一方面，後述的比較例2的情況，在晶圓的直徑方 向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)，雖然從134.3nm改善成91.6nm，但是此改善程度只是根據在背膜的使用期限中的初期所見到的外周部的向上翹曲效果而產生的改善，相對於研磨前的工件形狀，中心部的中凸形狀並沒有什麼變化，得知相較於實施例2，上述範圍的改善程度也較小。
另外，在實施例2中的密閉空間內的壓力調整條件，當以使工件保持盤的形狀成為中凹形狀27mm的方式來將密閉空間內的壓力相對於大氣壓減壓10kPa的情況，會變成大致均勻的研磨裕度分佈，因此，大致維持研磨前的晶圓的形狀，在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)，從134.3nm成為大致相同程度的122.8mm。
如此一來，若根據本發明，配合晶圓的研磨前的形狀，利用調整工件保持盤的凹凸形狀，確認可將晶圓研磨成高平坦狀。
(實施例3)
使用一種在研磨前的形狀為稍微中凹形狀的單晶矽晶圓，並以工件保持盤的形狀成為中凹形狀10μm的方式來將密閉空間內的壓力設定成相對於大氣壓為減壓15kPa以外，使研磨條件與實施例1中的研磨條件相同，來實行單晶矽晶圓的研磨，並評估晶圓的形狀變化。
將晶圓的形狀變化表示於第8圖中。如第8圖所示，藉由將工件保持盤作成中凹形狀的效果，晶圓的外周部份 的研磨裕度增加，因此，在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)，從67.7nm改善成42.2nm，將晶圓修正成更平坦的形狀。
另一方面，後述的比較例3的情況，相對於研磨前的晶圓的形狀，中心部的中凹形狀並沒有什麼變化，且由於在背膜的使用期限中的初期所見到的外周部的向上翹曲效果，在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)，從67.7nm大幅地惡化成191.6nm。
另外，在實施例3中的密閉空間內的壓力調整條件，當以使工件保持盤的形狀成為中凹形狀27mm的方式來將密閉空間內的壓力相對於大氣壓減壓10kPa的情況，會變成大致均勻的研磨裕度分佈，因此，大致維持研磨前的晶圓的形狀，在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)，從67.7nm成為大致相同程度的77.2mm。
(實施例4)
使用一種在研磨前的形狀為中凸形狀的單晶矽晶圓，並以工件保持盤的形狀成為中凸形狀80μm的方式來將密閉空間內的壓力設定成相對於大氣壓為加壓31.5kPa以外，使研磨條件與實施例1中的研磨條件相同，來實行單晶矽晶圓的研磨，並評估晶圓的形狀變化。
將晶圓的形狀變化表示於第9圖中。如第9圖所示，藉由將工件保持盤作成中凸形狀的效果，工件(晶圓)的中心部份的研磨裕度增加，因此，在晶圓的直徑方向上的厚 度的最大值與最小值的差值(範圍)，從329.9nm大幅改善成66.6nm，將晶圓修正成平坦的形狀。
另一方面，後述的比較例4的情況，在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)，從329.9nm改善成205.8nm，但是此改善程度只是根據在背膜的使用期限中的初期所見到的外周部的向上翹曲效果而產生的改善，相對於研磨前的工件形狀，中心部的中凸形狀並沒有什麼變化，得知相較於實施例4，上述範圍的改善程度也較小。
(比較例1)
使用一種外徑為360mm、厚度為20mm且平面度為0.8μm的平坦的氧化鋁陶瓷製工件保持盤，並使用第11圖所示的不具有本發明的密閉空間之研磨頭，除此以外，以與實施例1同樣的研磨條件來研磨單晶矽晶圓，並與實施例1同樣地進行評估。
將其結果表示於第6圖中。如第6圖所示，在晶圓的直徑方向上的研磨裕度的最大值與最小值的差值(範圍)是148nm，相較於實施例1的32.5nm，較為惡化，得知研磨裕度的偏差，相較於實施例1，較為惡化。
(比較例2)
使用一種外徑為360mm、厚度為20mm且平面度為0.8μm的平坦的氧化鋁陶瓷製工件保持盤，並使用第11圖 所示的不具有本發明的密閉空間之研磨頭，除此以外，以與實施例2同樣的研磨條件來研磨單晶矽晶圓，並與實施例2同樣地進行評估。
將其結果表示於第7圖中。如第7圖所示，得知在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)是91.6nm，相較於實施例2的63.5nm，較為惡化。
(比較例3)
使用一種外徑為360mm、厚度為20mm且平面度為0.8μm的平坦的氧化鋁陶瓷製工件保持盤，並使用第11圖所示的不具有本發明的密閉空間之研磨頭，除此以外，以與實施例3同樣的研磨條件來研磨單晶矽晶圓，並與實施例3同樣地進行評估。
將其結果表示於第8圖中。如第8圖所示，得知在晶圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)是191.6nm，相較於實施例3的42.2nm，大幅地惡化。
(比較例4)
使用一種外徑為360mm、厚度為20mm且平面度為0.8μm的平坦的氧化鋁陶瓷製工件保持盤，並使用第11圖所示的不具有本發明的密閉空間之研磨頭，除此以外，以與實施例4同樣的研磨條件來研磨單晶矽晶圓，並與實施例4同樣地進行評估。
將其結果表示於第9圖中。如第9圖所示，得知在晶 圓的直徑方向上的厚度的最大值與最小值的差值(範圍)是205.8nm，相較於實施例4的66.6nm，大幅地惡化。
再者，本發明並非限定於上述實施方式。上述實施方式為例示，具有與本發明的申請專利範圍中所記載的技術思想實質上相同的結構，且起到同樣的作用效果的技術方案，均包含於本發明的技術範圍內。
例如，本發明的研磨頭並非限定於第1圖、第2圖、第3圖、第4圖所示的態樣，例如，可針對除申請專利範圍中所記載的要件以外，適當設計研磨頭本體的形狀等。又，也可在工件保持盤的保持工件側的相反側的面上，設置複數個獨立的密閉空間，而作成一種更精密地調整工件保持盤形狀的構造。
進而，研磨裝置的構成也未被限定於第1圖所示的構成，例如也能作成具備複數個有關本發明的研磨頭之研磨裝置。
1、21、31、41‧‧‧研磨頭
2‧‧‧研磨布
3‧‧‧平台
4‧‧‧研磨劑供給機構
5‧‧‧研磨劑
10‧‧‧研磨裝置
11‧‧‧研磨頭本體
12‧‧‧工件保持盤
13‧‧‧模板組合件
13a‧‧‧背膜
13b‧‧‧模板
14‧‧‧密閉空間
15‧‧‧壓力控制手段(壓力控制裝置)
16‧‧‧管狀零件
17‧‧‧背板
42‧‧‧加壓控制裝置
43‧‧‧減壓控制裝置
W‧‧‧工件
第1圖是表示本發明的研磨頭及研磨裝置的一例之概略圖。
第2圖是表示本發明的研磨頭的一例之概略圖，在此例中，黏著管狀零件與工件保持盤而形成密閉空間。
第3圖是表示本發明的研磨頭的一例，此例中的研磨頭為一體型，其工件保持盤形成密閉空間的外周。
第4圖是具有加壓控制裝置及減壓控制裝置之本發明的研磨頭的一例。
第5圖是表示在實施例1中的測定工件保持盤的平面度的結果之圖。
第6圖是表示實施例1及比較例1的結果之圖。
第7圖是表示實施例2及比較例2的結果之圖。
第8圖是表示實施例3及比較例3的結果之圖。
第9圖是表示實施例4及比較例4的結果之圖。
第10圖是表示先前的研磨頭及研磨裝置的一例之概略圖。
第11圖是表示使用背膜之先前的研磨頭的一例之概略圖。
第12圖是表示使用背膜之先前的研磨頭的另一例之概略圖。
1‧‧‧研磨頭
2‧‧‧研磨布
3‧‧‧平台
4‧‧‧研磨劑供給機構
5‧‧‧研磨劑
10‧‧‧研磨裝置
11‧‧‧研磨頭本體
12‧‧‧工件保持盤
13‧‧‧模板組合件
13a‧‧‧背膜
13b‧‧‧模板
14‧‧‧密閉空間
15‧‧‧壓力控制手段(壓力控制裝置)
W‧‧‧工件

Claims (16)

  1. 一種研磨頭，在使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨時，用以保持前述工件，該研磨頭的特徵在於：至少具有工件保持盤，其由陶瓷所構成且具有可撓性，用以保持工件的背面；密閉空間，其被形成於該工件保持盤的保持前述工件側的相反側的面上；及，壓力控制手段，其控制該密閉空間內的壓力；並且，利用前述壓力控制手段，控制前述密閉空間內的壓力，藉此，能將前述具有可撓性的工件保持盤的形狀調整成中凸形狀或中凹形狀。
  2. 如請求項1所述的研磨頭，其中，前述工件保持盤具有可撓性，該可撓性是該工件保持盤的外徑與能調整成中凸形狀或中凹形狀的最大變化量的比值(最大變化量/外徑)在0.028×10-3~0.222×10-3。
  3. 如請求項1所述的研磨頭，其中，前述密閉空間的內徑比前述工件的外徑大。
  4. 如請求項2所述的研磨頭，其中，前述密閉空間的內徑比前述工件的外徑大。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的研磨頭，其中， 前述壓力控制手段，可對前述密閉空間內的壓力，控制加壓或減壓的任一方、或是加壓和減壓雙方。
  6. 如請求項1至請求項4中任一項所述的研磨頭，其中，前述工件保持盤的材質是氧化鋁陶瓷或碳化矽陶瓷。
  7. 如請求項5所述的研磨頭，其中，前述工件保持盤的材質是氧化鋁陶瓷或碳化矽陶瓷。
  8. 一種研磨裝置，是於研磨工件表面時使用，其特徵在於至少具備：研磨布，其被黏貼於平台上；研磨劑供給機構，其用以向該研磨布上供給研磨劑；及，請求項1至請求項4中的任一項所述的研磨頭，其是作為用以保持前述工件之研磨頭。
  9. 一種研磨裝置，是於研磨工件表面時使用，其特徵在於至少具備：研磨布，其被黏貼於平台上；研磨劑供給機構，其用以向該研磨布上供給研磨劑；及，請求項5所述的研磨頭，其是作為用以保持前述工件之研磨頭。
  10. 一種研磨裝置，是於研磨工件表面時使用，其特徵在於至少具備：研磨布，其被黏貼於平台上；研磨劑供給機構，其用以向該研磨布上供給研磨劑；及，請求項6所述的研磨頭，其是作為用以保持前述工件之研磨頭。
  11. 一種研磨裝置，是於研磨工件表面時使用，其特徵在於至少具備：研磨布，其被黏貼於平台上；研磨劑供給機構，其用以向該研磨布上供給研磨劑；及，請求項7所述的研磨頭，其是作為用以保持前述工件之研磨頭。
  12. 一種工件的研磨方法，是使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨，該工件的研磨方法的特徵在於：藉由請求項1至請求項4中的任一項所述的研磨頭來保持前述工件，並藉由控制前述研磨頭的密閉空間內的壓力，調整具有可撓性的前述工件保持盤的形狀後，研磨前述工件。
  13. 一種工件的研磨方法，是使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨，該工件的研磨方法的特徵在於：藉由請求項5所述的研磨頭來保持前述工件，並藉由控制前述研磨頭的密閉空間內的壓力，調整具有可撓性的前述工件保持盤的形狀後，研磨前述工件。
  14. 一種工件的研磨方法，是使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨，該工件的研磨方法的特徵在於： 藉由請求項6所述的研磨頭來保持前述工件，並藉由控制前述研磨頭的密閉空間內的壓力，調整具有可撓性的前述工件保持盤的形狀後，研磨前述工件。
  15. 一種工件的研磨方法，是使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨，該工件的研磨方法的特徵在於：藉由請求項7所述的研磨頭來保持前述工件，並藉由控制前述研磨頭的密閉空間內的壓力，調整具有可撓性的前述工件保持盤的形狀後，研磨前述工件。
  16. 一種工件的研磨方法，是使工件的表面滑動接觸已黏貼在平台上的研磨布來進行研磨，該工件的研磨方法的特徵在於：藉由請求項8所述的研磨頭來保持前述工件，並藉由控制前述研磨頭的密閉空間內的壓力，調整具有可撓性的前述工件保持盤的形狀後，研磨前述工件。
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