TWI813608B - 研磨頭及研磨裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種結構簡單且大小緊湊的研磨頭。 [解決手段] 研磨頭10具備：支承研磨器具3之研磨器具按壓部件12，；與研磨器具按壓部件12連結之可動軸15；在內部收納可動軸15之殼體18；以及在可動軸15的端部與殼體18之間形成壓力室20之隔壁膜25。隔壁膜具25有：與可動軸15的端部接觸之中央部25a；與中央部25a連接，且沿著可動軸15的側面延伸之內壁部25b；與內壁部25b連接，且具有彎曲的剖面之折返部25c；以及與折返部25c連接，且位於內壁部25b的外側之外壁部25d。

Description

研磨頭及研磨裝置
本發明關於一種用於將研磨器具按壓於晶圓等基板的表面的研磨頭。另外，本發明關於一種以這樣的研磨頭對基板進行研磨的研磨裝置。
近幾年，記憶體電路、邏輯電路、圖像感測器（例如CMOS感測器）等元件正在變得更高集成化。在形成這些元件的工序中，有時微粒子、塵埃等異物會附著於元件。附著於元件的異物會引起配線間的短路、電路的故障。因此，為了提高元件的可靠性，需要對已形成有元件的晶圓進行清洗，並去除晶圓上的異物。
有時上述那樣的微粒子、塵埃等異物也會附著在晶圓的背面（非元件表面）。當這樣的異物附著到晶圓的背面時，晶圓從曝光裝置的載台基準面分離，或者晶圓表面相對於載台基準面傾斜，其結果是，會導致產生圖案的偏移、焦點距離的偏移。為了防止這樣的問題，需要去除附著在晶圓的背面的異物。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 特開2017-148931號公報
[發明所欲解決之問題]
以往的研磨單元一邊藉由基板旋轉機構使晶圓旋轉，一邊以研磨頭進行晶圓的背面的研磨（例如，參照專利文獻1）。然而，專利文獻1所記載的研磨頭由於在其內部具有氣缸，研磨頭整體變大，且構造也變得複雜。尤其是，由於晶圓的下方的空間有限，因此會有無法將大型化的研磨頭配置於晶圓的下方的情況。
因此，本發明的目的在於，提供一種結構簡單且大小緊湊的研磨頭。另外，本發明的目的在於，提供一種具備這樣的研磨頭的研磨裝置。 [解決課題的手段]
本發明的一態樣為用於將研磨器具按壓於基板的研磨頭，其特徵在於具備：研磨器具按壓部件，該研磨器具按壓部件支承所述研磨器具；可動軸，該可動軸與所述研磨器具按壓部件連結；殼體，在該殼體的內部收納所述可動軸；以及隔壁膜，該隔壁膜在所述可動軸的端部與所述殼體之間形成壓力室，所述隔壁膜具有：中央部，該中央部與所述可動軸的端部接觸；內壁部，該內壁部與所述中央部連接，且沿著所述可動軸的側面延伸；折返部，該折返部與所述內壁部連接，且具有彎曲的剖面；以及外壁部，該外壁部與所述折返部連接，且位於所述內壁部的外側。
特徵在於，所述可動軸在其內部具有通氣孔，所述通氣孔的一方的開口端與大氣連通，所述通氣孔的另一方的開口端位於所述可動軸的側面內，且位於所述壓力室的外側。 特徵在於，還具備萬向接頭，該萬向接頭配置於所述研磨器具按壓部件與所述可動軸之間。
特徵在於，所述萬向接頭收納於所述研磨器具按壓部件的內部。 特徵在於，所述萬向接頭具有：第一支承軸，該第一支承軸與所述可動軸的軸向垂直；傾動體，該傾動體支承於所述第一支承軸，且能夠以所述第一支承軸為中心旋轉；以及第二支承軸，該第二支承軸固定於所述傾動體，且與所述第一支承軸垂直。
特徵在於，還具備距離感測器，該距離感測器朝向所述可動軸的所述端部而配置，且對所述可動軸相對於所述殼體的相對移動距離進行測定。 特徵在於，所述距離感測器是光學式距離感測器。 特徵在於，還具備距離監視裝置，其在從所述距離感測器發送的所述移動距離的測定值比閾值大時或比閾值小時，發出警報信號。
本發明的一態樣是具備如下結構的研磨裝置：基板保持部，該基板保持部保持基板；以及上述研磨頭，該研磨頭用於對所述基板進行研磨。 [發明效果]
可動軸以及研磨器具按壓部件因應由隔壁膜（隔膜）所形成的壓力室內的壓力而移動。由於壓力室比氣缸小，因此能夠使研磨頭整體緊湊。另外，具有內壁部、彎曲的折返部以及外壁部的隔壁膜能夠幾乎不產生張力而因應壓力室內的壓力的變化自由地變形。因此，與隔壁膜接觸的可動軸由直接反映壓力室內的壓力的力推動。更具體而言，在使壓力室內的壓力增加時，可動軸能夠幾乎不受到來自隔壁膜的反作用力而朝向基板移動。其結果是，與可動軸連結的研磨器具按壓部件能夠以精密地受控制的力將研磨器具（例如，研磨帶）按壓於基板。
以下，參照附圖對本發明的實施形態進行說明。 圖1是表示用於將研磨帶按壓於作為基板的一例的晶圓的表面的研磨頭的剖視圖。研磨頭10具備：用於支承作為研磨器具的一例的研磨帶3之研磨器具按壓部件12；與研磨器具按壓部件12連結之可動軸15；在內部收納有可動軸15之殼體18；以及在可動軸15的端部與殼體18之間形成壓力室20之隔壁膜（隔膜）25。研磨器具按壓部件12具有相對於研磨帶3的行進方向斜傾之研磨葉片27。研磨帶3的背面由研磨葉片27支承。研磨帶3的背面為與具有研磨顆粒的研磨面相反的一側的表面。研磨葉片27能夠由PEEK（聚醚醚酮）等樹脂材料構成。
可動軸15能夠在其軸向上在殼體18內移動。在本實施形態中，可動軸15由球形花鍵軸構成。在殼體18內配置有滾珠花鍵螺母30，可動軸15藉由滾珠花鍵螺母30而在鉛垂方向上被支承為可移動。在一實施形態中，可動軸15也可以能移動地支承於殼體18的內表面。
殼體18具備：在內部形成有收納可動軸15的空間之殼體主體18A；以及封閉上述空間之蓋18B。蓋18B藉由螺杆31可裝卸地固定於殼體主體18A。隔壁膜25的緣部被夾在殼體主體18A與蓋18B之間。當將蓋18B從殼體主體18A拆卸時，能夠將隔壁膜25從殼體18拆卸。壓力室20由隔壁膜25和殼體18的內表面形成。更具體而言，壓力室20由隔壁膜25和蓋18B的內表面形成。在殼體18的蓋18B形成有與壓力室20連通的壓縮氣體流路33。該壓縮氣體流路33經由壓力調節器36以及切換閥35而與壓縮氣體供給源38連接。切換閥35是將壓縮氣體流路33選擇性地與壓縮氣體供給源38或大氣連通的閥。作為切換閥35能夠使用三通閥。壓縮氣體供給源38能夠為泵、或作為預先設置於工廠的公共設施的壓縮氣體供給線路。
圖2是隔壁膜25的剖視圖。隔壁膜25具有：與可動軸15的端部（下端）接觸的中央部25a；與中央部25a連接且沿著可動軸15的側面延伸的內壁部25b；與內壁部25b連接且具有彎曲的剖面的折返部25c；以及與折返部25c連接且位於內壁部25b的外側的外壁部25d。在本實施形態中，隔壁膜25與可動軸15的下部接觸。中央部25a是圓形，且支承可動軸15的端部（下端）。折返部25c向上側彎曲。內壁部25b以及外壁部25d具有圓筒形狀，內壁部25b與可動軸15的側面接觸。外壁部25d被配置成包圍內壁部25b。
隔壁膜25僅與可動軸15接觸，並未固定於可動軸15。構成隔壁膜25的緣部的壁厚部25e被夾在殼體主體18A與蓋18B之間。隔壁膜25由柔軟的材料形成。作為構成隔壁膜25的材料的例子，可列舉氯丁橡膠、氟橡膠、矽橡膠。宜使用耐彎曲疲勞性高的氯丁橡膠。
如圖3所示，當壓縮氣體導入到壓力室20內時，壓縮氣體的壓力推升隔壁膜25的中央部25a以及內壁部25b，同時推升可動軸15。此時，折返部25c保持其形狀，且內壁部25b的一部分成為折返部25c的一部分，且折返部25c的一部分成為外壁部25d的一部分。當將壓力室20向大氣開放時，隔壁膜25的中央部25a以及內壁部25b下降，同時可動軸15也下降。此時，折返部25c保持其形狀，且外壁部25d的一部分成為折返部25c的一部分，且折返部25c的一部分成為內壁部25b的一部分。藉由這樣的隔壁膜25的運動，可動軸15能夠幾乎不受到來自隔壁膜25的反作用力，而順暢地上下運動。
在對晶圓W進行研磨時，操作切換閥35而使壓縮氣體流路33與壓縮氣體供給源38連通。壓縮空氣等壓縮氣體從壓縮氣體供給源38通過壓縮氣體流路33而被供給到壓力室20。壓力室20內的壓縮氣體的壓力由壓力調節器36控制。壓力室20內的壓縮氣體的壓力經由隔壁膜25而作用於可動軸15的端部（下端），且使可動軸15以及研磨器具按壓部件12上升。圖4是可動軸15以及研磨器具按壓部件12上升時的圖。研磨器具按壓部件12的研磨葉片27能夠將研磨帶3按壓於晶圓W的下表面。
在使晶圓W的研磨結束時，操作切換閥35而使壓縮氣體流路33與大氣連通。壓力室20向大氣開放，其結果是，可動軸15以及研磨器具按壓部件12藉由可動軸15的自重以及研磨帶3的張力下降至圖1所示的退避位置。
可動軸15以及研磨器具按壓部件12依由隔壁膜（隔膜）25所形成的壓力室20內的壓力而移動。由於壓力室20比氣缸小，因此能夠使研磨頭10整體緊湊。另外，具有內壁部25b、彎曲的折返部25c以及外壁部25d的隔壁膜25能夠幾乎不產生張力，依壓力室20內的壓力的變化而自由地變形。因此，與隔壁膜25接觸的可動軸15被以直接反映壓力室20內的壓力的力而推動。更具體而言，在使壓力室20內的壓力增加時，可動軸15可幾乎不受到來自隔壁膜25的反作用力下而朝向晶圓W移動。其結果是，與可動軸15連結的研磨器具按壓部件12能夠以精密地控制的力將研磨帶3按壓於晶圓W。
可動軸15在其內部具有通氣孔40。通氣孔40的一方的開口端40a與大氣連通，通氣孔40的另一方的開口端40b位於可動軸15的側面內，且位於壓力室20的外側。更具體而言，通氣孔40的開口端40b與由殼體18的內表面、可動軸15的側面以及隔壁膜25形成的空間41連通。該空間41位於壓力室20的外側。空間41內的空氣伴隨著可動軸15的上升而通過通氣孔40放出到大氣。通氣孔40是為了確保可動軸15的順暢的移動而設置的。
在壓力室20內配置有距離感測器50的至少一部分，距離感測器50對可動軸15相對於殼體18的相對移動距離進行測定。也可以是，距離感測器50整體配置於壓力室20內。本實施形態的距離感測器50是非接觸型的光學式感測器。距離感測器50具備：在頂端具有投光部以及受光部（未圖示）的感測器頭51；藉由投光光纜52A以及受光光纜52B與感測器頭51連結的放大器53；以及與放大器53電連接的距離計算器54。感測器頭51固定於殼體18的蓋18B，但放大器53以及距離計算器54處於從研磨頭10遠離的位置。在將蓋18B從殼體主體18A拆卸時，感測器頭51也從殼體18拆卸。距離感測器50的頂端、即感測器頭51的頂端朝向可動軸15的端部（具體而言，朝向與可動軸15的端部接觸的隔壁膜25的中央部25a）配置。
放大器53具有：發出光的光源53a；以及對光的強度進行測定的光強度測定器53b。從放大器53的光源53a發出的光通過投光光纜52A而傳遞給感測器頭51。感測器頭51將光引導至隔壁膜25的中央部25a（在圖1中是隔壁膜25的底面），且接收來自隔壁膜25的反射光。也可以在隔壁膜25的底面固定感測器目標。反射光藉由受光光纜52B而傳遞給放大器53。放大器53的光強度測定器53b對反射光的強度進行測定。放大器53將反射光的強度的測定值發送到距離計算器54，距離計算器54將反射光的強度的測定值轉換成距離。藉由距離計算器54得到的距離是預先設定的基準位置和隔壁膜25的距離。如此構成的距離感測器50可對可動軸15從圖1所示的退避位置移動至圖4所示的研磨位置時移動距離進行測定。
構成光學式距離感測器50的要素中，僅感測器頭51安裝於研磨頭10。由於感測器頭51僅具有照射光且接收反射光的功能，因此感測器頭51本身非常緊湊。因此，能夠使研磨頭10整體的大小變小。雖未圖示，但在一實施形態中，只要是尺寸小的感測器，也可以使用其他類型的非接觸型距離感測器、或接觸型距離感測器作為距離感測器50。
距離感測器50與距離監視裝置58連接，可動軸15的移動距離的測定值從距離感測器50發送到距離監視裝置58。距離監視裝置58也可以由具備存儲裝置（HDD或SSD等）以及處理單元（CPU等）的專用電腦或從泛用電腦而構成。距離監視裝置58構成為在移動距離的測定值比閾值大時，或比閾值小時發出警報信號。作為移動距離的測定值比閾值大的原因，可以認為是因為晶圓W未正確地保持於後述的基板保持部。在移動距離的測定值比閾值小的情況下，可以認為是研磨器具按壓部件12上的研磨帶3未與晶圓W接觸。
也可以對於移動距離的測定值設置第一閾值以及第二閾值。具體而言，距離監視裝置58構成為在移動距離的測定值比第一閾值大時發出警報信號，且在移動距離的測定值比第二閾值小時發出警報信號。圖5是說明對於可動軸15的移動距離的測定值設置的第一閾值以及第二閾值的曲線圖。第一閾值比第二閾值大，且從第二閾值至第一閾值的範圍表示正確的研磨位置。
在可動軸15處於圖1所示的退避位置時，移動距離的測定值比第二閾值小。當供給壓縮氣體至壓力室20內時，可動軸15以及研磨器具按壓部件12朝向晶圓W移動。在可動軸15的移動距離的測定值處於從第二閾值至第一閾值的範圍內時，判斷成研磨帶3與晶圓W正確地接觸。在可動軸15的移動距離的測定值比第一閾值大時，以及儘管供給壓縮氣體至壓力室20內，移動距離的測定值仍然比第二閾值小時，可以認為是研磨帶3未與晶圓W正確地接觸，因此距離監視裝置58發送警報信號。
如圖1所示，研磨器具按壓部件12經由萬向接頭60而與可動軸15的上端連結。該萬向接頭60允許研磨器具按壓部件12相對於可動軸15在所有方向上傾斜。萬向接頭60配置於可動軸15與研磨器具按壓部件12之間，且收納於研磨器具按壓部件12的內部。這樣的配置能夠在研磨帶3與晶圓W接觸時將從晶圓W施加到研磨器具按壓部件12反作用力所引起的力矩變小。其結果是，能夠使研磨頭10的姿勢穩定。
圖6是沿圖1的A-A線剖切的剖視圖。萬向接頭60具有：與可動軸15的軸向垂直的第一支承軸61；能夠以第一支承軸61為中心旋轉的傾動體63；以及與第一支承軸61垂直的第二支承軸65。第一支承軸61垂直地貫通可動軸15而延伸，且固定於可動軸15。傾動體63由第一支承軸61支承，且能夠以第一支承軸61為中心傾動。傾動體63在其中央具有孔63a，可動軸15插入至孔63a。第二支承軸65固定於傾動體63，且從傾動體63的側面突出至外側。研磨器具按壓部件12具有供第二支承軸65插入的孔67，研磨器具按壓部件12由第二支承軸65可旋轉地支承。研磨器具按壓部件12變成能夠以第二支承軸65為中心傾動。進一步，研磨器具按壓部件12變成能夠與傾動體63一起以第一支承軸61為中心傾動。
具有上述結構的萬向接頭60讓研磨器具按壓部件12在所有方向上傾斜成為可能。因此，當研磨器具按壓部件12將研磨帶3按壓於晶圓W的表面時，研磨器具按壓部件12自動地與晶圓W的表面平行。可傾動地支承研磨器具按壓部件12的萬向接頭60讓研磨帶3均勻地按壓於晶圓W的表面成為可能。
如圖1所示，在研磨器具按壓部件12固定有側板71。該側板71從研磨器具按壓部件12延伸至下方，且包圍殼體18的上部。在本實施形態中，側板71是圓筒狀，但只要是能夠包圍殼體18的上部的話，則也可以是其他形狀。側板71能夠防止在晶圓W的研磨中所使用的純水等研磨液侵入到萬向接頭60、殼體18內。
擁有上述結構的研磨頭10由於其整體是緊湊的，因此能夠配置於晶圓W的下方。進一步，也能夠將多個研磨頭10配置於晶圓W的下方。
圖7是表示具備上述研磨頭10的研磨裝置的一實施形態的示意圖。圖7所示的研磨裝置具備：保持作為基板的一例的晶圓W，且以該晶圓W的軸心為中心使晶圓W旋轉的基板保持部110；使作為研磨器具的研磨帶3與被該基板保持部110保持的晶圓W的第一面1接觸並對晶圓W的第一表面1進行研磨的上述研磨頭10；以及供給研磨帶3至研磨頭10的研磨帶供給機構141。
基板保持部110具備能夠與晶圓W的周緣部接觸的多個輥111。研磨頭10配置於被基板保持部110保持的晶圓W的下側。在圖7中，省略了基板保持部110的一部分的圖示。
在本實施形態中，晶圓W的第一表面1是未形成元件或沒有預定形成元件的晶圓W的背面，即非元件表面。在第一表面1相反的一側的晶圓W的第二表面2是形成有元件或預定形成元件的表面，即元件表面。在本實施形態中，晶圓W以其第一表面1向下的狀態而水平地保持於基板保持部110。
圖8是表示基板保持部110的詳細結構的示意圖，圖9是表示圖8所示的輥旋轉機構112的俯視圖。基板保持部110具備：能夠與晶圓W的周緣部接觸的多個輥111；以及使這些輥111以各自的軸心為中心旋轉的輥旋轉機構112。在本實施形態中，設置有四個輥111。也可以設置五個以上的輥111。與晶圓W的周緣部接觸時的（即保持晶圓W時的）上述多個輥111從基板保持部110的軸心CP處於相同的距離。
輥旋轉機構112具備：將四個輥111中的兩個輥連結的第一帶114A；與以第一帶114A連結的兩個輥111中的一方連結的第一馬達115A；支承第一馬達115A的第一馬達支承體125A；可旋轉地支承以第一帶114A連結的兩個輥111的第一輥台116A；將四個輥111中的另外兩個輥連結的第二帶114B；與以第二帶114B連結的兩個輥111中的一方連結的第二馬達115B；支承第二馬達115B的第二馬達支承體125B；以及經由軸承124B可旋轉地支承以第二帶114B連結的兩個輥111的第二輥台116B。第一輥台116A具備上側第一輥台117A和下側第一輥台117B。第一馬達115A以及第一帶114A配置於第一輥台116A的下方，第二馬達115B以及第二帶114B配置於第二輥台116B的下方。第一馬達115A經由第一馬達支承體125A而固定於第一輥台116A。第二馬達115B經由第二馬達支承體125B而固定於第二輥台116B的下表面。
圖10是沿圖9的B-B線剖切的剖視圖。如圖10所示，第一輥台116A具備：經由軸承124A（參照圖8）可旋轉地支承以第一帶114A連結的兩個輥111的下側第一輥台117B；固定於下側第一輥台117B的樞軸117C；以及經由軸承124C可旋轉地支承樞軸117C的上側第一輥台117A。上側第一輥台117A和下側第一輥台117B經由樞軸117C而彼此連結。如圖9所示，樞軸117C位於以第一帶114A連結的兩個輥111之間。如圖8所示，第一馬達115A經由第一馬達支承體125A而固定於下側第一輥台117B的下表面。因此，第一帶114A、被第一帶114A連結的兩個輥111、下側第一輥台117B、第一馬達115A以及第一馬達支承體125A能夠一體地以樞軸117C為中心旋轉。
輥旋轉機構112構成為使四個輥111在相同的方向上以相同的速度旋轉。在晶圓W的第一表面1的研磨過程中，晶圓W的周緣部由輥111握持。晶圓W被保持為水平，晶圓W藉由輥111的旋轉而以其軸心為中心旋轉。在晶圓W的第一表面1的研磨過程中，四個輥111以各自的軸心為中心旋轉，但輥111本身的位置是靜止的。
在四個輥111的下部分別固定有帶輪122。第一帶114A卷掛於固定在四個輥111中的兩個輥的帶輪122，第二帶114B卷掛於固定在另外兩個輥111的帶輪122。第一馬達115A以及第二馬達115B構成為以相同的速度在相同的方向上旋轉。因此，四個輥111能夠以相同的速度在相同的方向上旋轉。
如圖9所示，輥旋轉機構112還具備：與第一輥台116A的上側第一輥台117A連結的第一致動器118A；以及與第二輥台116B連結的第二致動器118B。第一致動器118A使被第一輥台116A支承的兩個輥111如箭頭所示般在水平方向上移動。同樣地，第二致動器118B使被第二輥台116B支承的其他兩個輥111如箭頭所示般在水平方向上移動。即，第一致動器118A以及第二致動器118B構成為使兩組輥111（在本實施形態中各組由兩個輥111構成）向彼此靠近的方向以及分離的方向移動。第一致動器118A以及第二致動器118B能夠由氣缸或馬達驅動型致動器等構成。在如圖8以及圖9所示的實施形態中，第一致動器118A以及第二致動器118B由氣缸構成。第一致動器118A以及第二致動器118B固定於基板123的下表面。
輥111貫通基板123而延伸至上方。在基板123的下表面固定有第一直動引導件126A以及第二直動引導件126B。第一直動引導件126A的可動部與上側第一輥台117A連結，第二直動引導件126B的可動部與第二輥台116B連結。兩個直動引導件126A、126B將輥111的運動限制為往水平方向上的直線運動。
當兩組輥111向彼此靠近的方向移動時，晶圓W由四個輥111保持。由於四個輥111中的兩個輥能夠繞樞軸117C旋轉，因此在四個輥111保持晶圓W時，上述兩個輥111的位置自動地被調整。當兩組輥111向彼此遠離的方向移動時，晶圓W從四個輥111中解放出來。在本實施形態中，設置有繞基板保持部110的軸心CP排列的四個輥111，但輥111的數量並不限定為四個。例如，也可以將三個輥111以120度的角度以等間隔繞軸心CP排列，且對於各個輥111分別設置一個致動器。在一實施形態中，也可以將三個輥111以120度的角度等間隔地繞軸心CP排列，以第一帶114A將三個輥111中的兩個輥連結，且對於以第一帶114A連結的兩個輥111和未以第一帶114A連結的輥111，一一設置一個致動器。
圖11是輥111的上部的放大圖。輥111具有：能夠與晶圓W的周緣部接觸的圓筒狀的基板保持面111a；以及與基板保持面111a連接，且從基板保持面111a向下方傾斜的錐形面111b。錐形面111b具有圓錐台形狀，且具有比基板保持面111a大的直徑。晶圓W首先藉由未圖示的搬送裝置而被載置在錐形面111b上，然後藉由輥111朝向晶圓W移動，將晶圓W的周緣部保持於基板保持面111a。在輥111解放晶圓W時，藉由輥111於遠離晶圓W的方向移動，從而晶圓W的周緣部遠離基板保持面111a，且支承於錐形面111b（參照圖11的虛線）。未圖示的搬送裝置能夠將錐形面111b上的晶圓W取出。
如圖7所示，在被基板保持部110保持的晶圓W的下方配置有沖洗液供給噴嘴127，該沖洗液供給噴嘴127供給沖洗液（例如純水或鹼性的藥液）至晶圓W的第一表面1。該沖洗液供給噴嘴127與未圖示的沖洗液供給源連接。沖洗液供給噴嘴127朝向晶圓W的第一表面1的中心O1配置。沖洗液從沖洗液供給噴嘴127被供給至晶圓W的第一表面1，沖洗液藉由離心力在晶圓W的第一表面1上擴散。沖洗液在晶圓W的第一表面1上流動至半徑方向外側，藉此能夠從晶圓W的第一表面1去除研磨屑。
在被基板保持部110保持的晶圓W的上方配置有保護液供給噴嘴128，該保護液供給噴嘴128供給保護液（例如純水）至晶圓W的第二表面2。保護液供給噴嘴128與未圖示的保護液供給源連接。保護液供給噴嘴128朝向晶圓W的第二表面2的中心配置。保護液從保護液供給噴嘴128被供給至晶圓W的第二表面2的中心，保護液藉由離心力而在晶圓W的第二表面2上擴散。保護液防止包含在晶圓W的研磨中產生的研磨屑、異物的沖洗液繞至晶圓W的第二表面2並附著於晶圓W的第二表面。其結果是，能夠將晶圓W的第二表面2保持乾淨。
在本實施形態中，作為研磨器具，使用了在表面具有研磨顆粒的研磨帶3。圖12是表示研磨帶3的一例的示意圖。圖12所示的研磨帶3具有基材帶4和研磨層5。基材帶4的表面被研磨層5覆蓋。研磨層5具有：研磨顆粒６；以及保持研磨顆粒６的粘合劑（樹脂）7。研磨帶3的研磨面3a由研磨層5的露出面構成。
返回圖7，研磨頭10被支承部件131支承，支承部件131固定於可動板120。因此，研磨頭10整體能夠與可動板120一體地移動。支承部件131具有未圖示的通孔，研磨帶3通過該通孔延伸。
研磨帶供給機構141具備：供給研磨帶3的帶送出卷軸143；以及回收研磨帶3的帶捲繞卷軸144。帶送出卷軸143以及帶捲繞卷軸144分別與張力馬達143a、144a連結。這些張力馬達143a、144a固定於卷軸基座142，藉由將指定的轉矩施加給帶送出卷軸143以及帶捲繞卷軸144，而能夠對研磨帶3施加指定的張力。卷軸基座142固定於可動板120，研磨帶供給機構141整體能夠與可動板120一體地移動。
在帶送出卷軸143與帶捲繞卷軸144之間設置有在研磨帶3的長度方向上輸送研磨帶3的帶輸送裝置146。該帶輸送裝置146具備：輸送研磨帶3的帶輸送輥148；將研磨帶3按壓於帶輸送輥148的夾棍149；以及使帶輸送輥148旋轉的帶輸送馬達147。研磨帶3被夾在夾棍149與帶輸送輥148之間。當帶輸送馬達147使帶輸送輥148於圖7的箭頭所示的方向旋轉時，研磨帶3從帶送出卷軸143經由研磨頭10的研磨器具按壓部件12而被輸送到帶捲繞卷軸144。輸送研磨帶3的速度能夠藉由使帶輸送馬達147的旋轉速度變化來進行變更。在一實施形態中，輸送研磨帶3的方向也可以是圖7的箭頭所示的方向的相反方向（也可以更換帶送出卷軸143和帶捲繞卷軸144的配置）。在這種情況下，帶輸送裝置146也設置於帶捲繞卷軸144側。研磨帶3則被供給至研磨器具按壓部件12，讓研磨帶3的研磨面3a朝向晶圓W的第一表面1。
研磨裝置還具備支承研磨帶3的多個引導輥153a、153b、153c、153d。研磨帶3藉由這些引導輥153a、153b、153c、153d引導成包圍研磨頭10。研磨頭10藉由研磨器具按壓部件12將研磨帶3從其背面側按壓於晶圓W的第一表面1，來對晶圓W的第一表面1進行研磨。配置於研磨頭10的兩側的引導輥153b、153c對研磨帶3進行引導，讓研磨帶3在與晶圓W的第一表面1平行的方向上行進。
帶輸送裝置146以及引導輥153a、153b、153c、153d固定於未圖示的保持部件，該保持部件固定於可動板120。
為了使研磨帶3接觸到從晶圓W的第一表面1的中心O1至最外部，本實施形態的研磨裝置具備使研磨頭10相對於基板保持部110相對地平行移動的研磨頭移動機構191。研磨頭移動機構191構成為使研磨頭10在晶圓W的第一表面1的中心O1與第一表面1的最外部之間移動。
在可動板120的下表面固定有多個直動引導件195，可動板120被多個直動引導件195支承。多個直動引導件195配置於設置面197。可動板120藉由研磨頭移動機構191移動，直動引導件195將可動板120的運動限制為在晶圓W的半徑方向上的直線運動。
研磨頭移動機構191具備：滾珠螺桿機構193；以及驅動滾珠螺桿機構193的馬達194。作為馬達194可使用伺服馬達。可動板120與滾珠螺桿機構193的螺紋軸193b連結。當使研磨頭移動機構191作動時，研磨頭10、研磨帶供給機構141、帶輸送裝置146以及引導輥153a、153b、153c、153d相對於基板保持部110相對地在晶圓W的半徑方向上移動。
在晶圓W研磨中，研磨頭移動機構191使研磨頭10在晶圓W的第一表面1的中心O1與第一表面1的最外部之間移動。研磨頭移動機構191與動作控制部180電連接，研磨頭移動機構191的動作由動作控制部180控制。當研磨頭移動機構191動作時，研磨頭10、研磨帶供給機構141、帶輸送裝置146以及引導輥153a、153b、153c、153d一體地移動。
在晶圓W的研磨過程中，晶圓W藉由輥111旋轉。所有的輥111以各軸心為中心旋轉，但這些輥111的位置是固定的。因此，即使研磨頭10藉由研磨頭移動機構191從晶圓W的中心側移動至外側，輥111也不會與研磨頭10接觸。其結果是，研磨帶3變成能對包含最外部之晶圓W的第一表面1整體進行研磨。
圖13是表示研磨頭10的配置的俯視圖。如圖13所示，研磨葉片27比晶圓W的半徑短。研磨葉片27相對於研磨帶3的行進方向（如箭頭C所示）傾斜地延伸。在本實施形態中，研磨帶3的行進方向C與研磨帶3的長度方向一致。進一步，研磨葉片27在不從研磨帶3突出的限度內，橫亙於研磨帶3的整個寬度上而延伸。藉由使研磨葉片27相對於研磨帶3的行進方向C（研磨帶3的長度方向）傾斜，即使在研磨帶3的行進方向的下游側（在本實施形態的情況下，晶圓W的外周側）也能使未使用的研磨帶3與晶圓W接觸。其結果是，能夠防止使用由於研磨而劣化了的研磨帶3所引起之研磨率的下降。在一實施形態中，研磨葉片27也可以比晶圓W的半徑長。進一步，在一實施形態中，也可以相對於研磨帶3的行進方向C垂直地配置研磨葉片27。
接下來，對本實施形態的研磨裝置的動作進行說明。在以下說明的研磨裝置的動作由圖7所示的動作控制部180控制。動作控制部180與基板保持部110、研磨頭10、研磨帶供給機構141、帶輸送裝置146以及研磨頭移動機構191電連接。基板保持部110、沖洗液供給噴嘴127、保護液供給噴嘴128、研磨頭10、研磨帶供給機構141、帶輸送裝置146以及研磨頭移動機構191的動作由動作控制部180控制。動作控制部180由專用的電腦或通用的電腦構成。
被研磨的晶圓W以第一表面1向下的狀態由基板保持部110的輥111保持，進一步以晶圓W的軸心為中心旋轉。具體而言，基板保持部110以晶圓W的第一表面1向下的狀態一邊使多個輥111與晶圓W的周緣部接觸，一邊使多個輥111以各自的軸心為中心旋轉，以此使晶圓W旋轉。接下來，從沖洗液供給噴嘴127供給沖洗液至晶圓W的第一表面1，從保護液供給噴嘴128供給保護液至晶圓W的第二表面2。沖洗液在晶圓W的第一表面1上流動至半徑方向外側，保護液藉由離心力擴散至晶圓W的第二表面2整體。
研磨頭移動機構191使研磨頭10移動至晶圓W的第一表面1的中心O1的下方。動作控制部180驅動研磨帶供給機構141以及帶輸送裝置146，且一邊施加指定的張力一邊使研磨帶3在其長度方向上以指定的速度行進。接下來，研磨頭10使研磨帶3的研磨面3a與晶圓W的第一表面1接觸，在存在沖洗液的狀態下開始晶圓W的第一表面1的研磨。進一步，研磨頭10一邊以研磨帶3按壓晶圓W的第一表面1，研磨頭移動機構191一邊使研磨頭10、研磨帶供給機構141、引導輥153a、153b、153c、153d以及帶輸送裝置146移動至晶圓W的半徑方向外側。在晶圓W研磨中，沖洗液供給噴嘴127以及保護液供給噴嘴128照常連續供給沖洗液以及保護液至晶圓W。
在研磨頭10到達晶圓W的第一表面1的最外部時，動作控制部180使晶圓W的研磨結束。具體而言，研磨頭10使研磨器具按壓部件12下降，且使研磨帶3遠離晶圓W的第一表面1。此後，動作控制部180使基板保持部110、沖洗液供給噴嘴127、保護液供給噴嘴128、研磨帶供給機構141以及帶輸送裝置146的動作停止，結束晶圓W的研磨。
在一實施形態中，研磨頭移動機構191也可以使研磨頭10在晶圓W的第一表面1的最外部與中心O1之間往返。
在一實施形態中，研磨器具也可以是研磨石等固定研磨顆粒，代替研磨帶3。在這種情況下，固定研磨顆粒也可以固定於研磨器具按壓部件12的表面。研磨頭10可使固定研磨顆粒與晶圓W的第一表面1接觸並對晶圓W的第一表面1進行研磨。
由於研磨頭10是緊湊的，因此如圖14所示，也能夠在晶圓W的下方配置多個研磨頭10。在這種情況下，也可以省略研磨頭移動機構191。
上述實施形態是以具有本發明所屬的技術領域中的通常知識的人員能夠實施本發明為目的而記載的。若是本領域技術人員，則當然能夠實施上述實施形態的各種變形例，本發明的技術思想也能夠應用於其他的實施形態。因此，本發明並不限定於所述的實施形態，應由基於技術方案所定義的技術思想的最廣範圍來解釋。
1‧‧‧第一表面2‧‧‧第二表面3‧‧‧研磨帶4‧‧‧基材帶5‧‧‧研磨層6‧‧‧研磨顆粒7‧‧‧粘合劑(樹脂)10‧‧‧研磨頭12‧‧‧研磨器具按壓部件15‧‧‧可動軸18‧‧‧殼體18A‧‧‧殼體主體18B‧‧‧蓋20‧‧‧壓力室25‧‧‧隔壁膜25a‧‧‧中央部25b‧‧‧內壁部25c‧‧‧折返部25d‧‧‧外壁部25e‧‧‧壁厚部27‧‧‧研磨葉片30‧‧‧滾珠花鍵螺母31‧‧‧螺杆33‧‧‧壓縮氣體流路35‧‧‧切換閥36‧‧‧壓力調節器38‧‧‧壓縮氣體供給源40‧‧‧通氣孔40a‧‧‧開口端40b‧‧‧開口端50‧‧‧距離感測器51‧‧‧感測器頭52A‧‧‧投光光纜52B‧‧‧受光光纜53‧‧‧放大器54‧‧‧距離計算器58‧‧‧距離監視裝置60‧‧‧萬向接頭61‧‧‧第一支承軸63‧‧‧傾動體65‧‧‧第二支承軸67‧‧‧孔71‧‧‧側板110‧‧‧基板保持部111‧‧‧輥112‧‧‧輥旋轉機構114A‧‧‧第一帶114B‧‧‧第二帶115A‧‧‧第一馬達115B‧‧‧第二馬達116A‧‧‧第一輥台116B‧‧‧第二輥台117A‧‧‧上側第一輥台117B‧‧‧下側第一輥台117C‧‧‧樞軸118A‧‧‧第一致動器118B‧‧‧第二致動器120‧‧‧可動板122‧‧‧帶輪123‧‧‧基板124A‧‧‧軸承124B‧‧‧軸承124C‧‧‧軸承125A‧‧‧第一馬達支承體125B‧‧‧第二馬達支承體126A‧‧‧第一直動引導件126B‧‧‧第二直動引導件127‧‧‧沖洗液供給噴嘴128‧‧‧保護液供給噴嘴131‧‧‧支承部件141‧‧‧研磨帶供給機構142‧‧‧卷軸基座143‧‧‧帶送出卷軸143a、144a‧‧‧張力馬達144‧‧‧帶捲繞卷軸146‧‧‧帶輸送裝置147‧‧‧帶輸送馬達148‧‧‧帶輸送輥149‧‧‧夾棍153a、153b、153c、153d‧‧‧引導輥191‧‧‧研磨頭移動機構193‧‧‧滾珠螺桿機構194‧‧‧馬達195‧‧‧直動引導件
圖1是表示用於將研磨帶按壓於作為基板的一例的晶圓的表面的研磨頭的剖視圖。 圖2是隔壁膜的剖視圖。 圖3是表示壓縮氣體的壓力推升隔壁膜的中央部以及內壁部，同時推升可動軸的情況的圖。 圖4是可動軸以及研磨器具按壓部件上升時的圖。 圖5是說明對於可動軸15的移動距離的測定值所設置的第一閾值以及第二閾值的曲線圖。　　 圖6是沿圖1的A-A線剖切的剖視圖。 圖7是表示具備上述研磨頭的研磨裝置的一實施形態的示意圖。 圖8是表示基板保持部的詳細結構的示意圖。 圖9是表示圖8所示的輥旋轉機構的俯視圖。　　 圖10是沿圖9的B-B線剖切的剖視圖。 圖11是輥的上部的放大圖。 圖12是表示研磨帶的一例的示意圖。 圖13是表示研磨頭的配置的俯視圖。 圖14是表示具備多個研磨頭的研磨裝置的圖。
3‧‧‧研磨帶
10‧‧‧研磨頭
12‧‧‧研磨器具按壓部件
15‧‧‧可動軸
18‧‧‧殼體
18A‧‧‧殼體主體
18B‧‧‧蓋
20‧‧‧壓力室
25‧‧‧隔壁膜
27‧‧‧研磨葉片
30‧‧‧滾珠花鍵螺母
31‧‧‧螺杆
33‧‧‧壓縮氣體流路
35‧‧‧切換閥
36‧‧‧壓力調節器
38‧‧‧壓縮氣體供給源
40‧‧‧通氣孔
41‧‧‧空間
40a‧‧‧開口端
40b‧‧‧開口端
50‧‧‧距離感測器
51‧‧‧感測器頭
52A‧‧‧投光光纜
52B‧‧‧受光光纜
53‧‧‧放大器
53a‧‧‧光源
53b‧‧‧光強度測定器
54‧‧‧距離計算器
58‧‧‧距離監視裝置
60‧‧‧萬向接頭
61‧‧‧第一支承軸
63‧‧‧傾動體

Claims (7)

  1. 一種研磨頭，用於將研磨器具按壓於基板，該研磨頭的特徵在於具備：研磨器具按壓部件，該研磨器具按壓部件支承所述研磨器具；可動軸，該可動軸與所述研磨器具按壓部件連結；殼體，在該殼體的內部收納所述可動軸；以及隔壁膜，該隔壁膜在所述可動軸的端部與所述殼體之間形成壓力室，所述隔壁膜具有：中央部，該中央部與所述可動軸的端部接觸；內壁部，該內壁部與所述中央部連接，且沿著所述可動軸的側面延伸；折返部，該折返部與所述內壁部連接，且具有彎曲的剖面；以及外壁部，該外壁部與所述折返部連接，且位於所述內壁部的外側，其中，在所述可動軸的內部具有通氣孔，所述通氣孔的一方的開口端與大氣連通，所述通氣孔的另一方的開口端位於所述可動軸的側面內，且位於所述壓力室的外側。
  2. 一種研磨頭，用於將研磨器具按壓於基板，該研磨頭的特徵在於具備：研磨器具按壓部件，該研磨器具按壓部件支承所述研磨器具；可動軸，該可動軸與所述研磨器具按壓部件連結；萬向接頭，該萬向接頭配置於所述研磨器具按壓部件與所述可動軸之間；殼體，在該殼體的內部收納所述可動軸；以及隔壁膜，該隔壁膜在所述可動軸的端部與所述殼體之間形成壓力室， 所述隔壁膜具有：中央部，該中央部與所述可動軸的端部接觸；內壁部，該內壁部與所述中央部連接，且沿著所述可動軸的側面延伸；折返部，該折返部與所述內壁部連接，且具有彎曲的剖面；以及外壁部，該外壁部與所述折返部連接，且位於所述內壁部的外側，所述萬向接頭收具有：第一支承軸，該第一支承軸與所述可動軸的軸向垂直；傾動體，該傾動體支承於所述第一支承軸，且能夠以所述第一支承軸為中心旋轉；以及第二支承軸，該第二支承軸固定於所述傾動體，且與所述第一支承軸垂直。
  3. 如請求項2所述的研磨頭，其特徵在於所述萬向接頭收納於所述研磨器具按壓部件的內部。
  4. 如請求項2所述的研磨頭，其特徵在於還具備距離感測器，該距離感測器朝向所述可動軸的所述端部配置，且對所述可動軸相對於所述殼體的相對移動距離進行測定。
  5. 如請求項4所述的研磨頭，其特徵在於所述距離感測器是光學式距離感測器。
  6. 如請求項4所述的研磨頭，其特徵在於還具備距離監視裝置，在從所述距離感測器發送的所述移動距離的測定值比閾值大時或比閾值小時，該距離監視裝置發出警報信號。
  7. 一種研磨裝置，其特徵在於具備： 基板保持部，該基板保持部保持所述基板；以及研磨頭，該研磨頭用於對所述基板進行研磨，所述研磨頭是請求項1至6中任一項所述的研磨頭。
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