專利名稱：研磨頭及研磨裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在研磨工件的表面時用以保持工件的研磨頭及具備該研磨頭而成的研磨裝置，特別涉及一種將工件保持于橡膠膜上的研磨頭及具備該研磨頭而成的研磨
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
作為一種裝置，該裝置用以研磨硅芯片等工件的表面，有每次研磨工件的單面這樣的單面研磨裝置與同時研磨工件的雙面這樣的雙面研磨裝置。一般的單面研磨裝置，例如圖9所示，是由貼附有研磨布94的平臺(轉盤)93、研磨劑供給機構96及研磨頭92等 所構成。在這種研磨裝置91中，以研磨頭92來保持工件 W，并由研磨劑供給機構96來將研磨劑95供給至研磨布94上，同時，使平臺93與研磨頭92 分別進行旋轉來使工件W的表面與研磨布94滑動接觸，由此來進行研磨。近年來，隨著電子器件的高集成化，需要在基板也就是硅芯片上，通過光刻 (lithography)進行微細加工,而最小線寬甚至要在45nm以下,且該細微化的發展持續進行。因此，對于硅芯片的高平坦化的要求越來越大。單面研磨加工步驟，是最終用以決定硅芯片等工件的平坦度的步驟，其中，作為用以達成更高平坦化的工件保持方法，有一種經由蠟(wax)等粘貼劑來將工件貼附到更平坦且高剛性的圓盤狀板上的方法，但是，特別是在對于工件的整個面需要均勻的研磨加工量的場合，工件保持部，會使用橡膠膜來取代高剛性的圓盤狀板，使空氣等加壓流體流入該橡膠膜的背面，以均勻的壓力來使橡膠膜膨脹而將工件推壓在研磨布上，也就是使用所謂的橡膠夾盤(rubber chuck)方法。(例如參照專利文獻I)圖5是示意性地表示現有的橡膠夾盤方式的研磨頭的構成的一個例子。此研磨頭101的主要部分，是由環狀的剛性環103、被粘貼在剛性環103上的橡膠膜102及與剛性環103結合的中板104所構成。通過剛性環103、橡膠膜102及中板104，而隔成密閉的空間106。另外，在橡膠膜102的底面部的周邊部，具備有與剛性環103同心的環狀模板 (template) 105。另外，通過壓力調整機構107，將加壓流體供給至中板104的中央，藉此來調整空間的壓力。另外，具有未圖示的推壓裝置，用以將中板104往推壓研磨布132方向推壓。使用這樣構成的研磨頭101,經由襯墊(packing pad) 108來將工件W保持在橡膠膜102的底面部，并使用模板105來保持工件W的邊緣(edge)部，并且推壓中板104而使工件W和模板105，同時地與已貼附在平臺133的頂面上的研磨布132滑動接觸，由此進行粗研磨加工。另外，在硅芯片表面上，若有直徑至少45nm以上的微粒，就有招致電子器件的制造成品率降低的可能性。最終階段的單面研磨也就是精研磨加工步驟，與微粒質量的相關性大，而在此步驟中，為了減少硅芯片等工件表面上的微粒，于是不讓工件以外的構件接觸到精加工研磨布，且經由隔膜(diaphragm)來將工件保持板連接至研磨頭本體，并利用流體等將負荷(load)施加至保持板，來進行精研磨加工。(例如參照專利文獻2)圖6(A)是示意地表示這種現有的精研磨加工用的研磨頭的構成的一個例子。如圖6(A)所示，此研磨頭121的主要部分，是經由橡膠制的隔膜129，將陶瓷等剛體也就是保持板124，連結至(研磨)頭本體123。為了使工件W真空吸附在保持板124上而形成有多個貫通孔130。在用以吸附工件W的一側，貼附有襯墊128，而在背面側，則設置有背板122。 進而，以包圍保持板124的方式來設置環部125。利用通過工件吸附控制用通路127來調整保持板124與背板122之間的空間壓力，而能進行工件W的吸附和脫離。另外，利用通過工件推壓用通路126來調整背板122與(研磨)頭本體123之間的空間壓力，而能調整工件 W對于平臺133上所貼附的研磨布132的推壓程度。圖6 (B)是圖6(A)的環部125的附近的放大圖。如圖6(B)所示，能以環部125不會推壓到研磨布132的方式來進行研磨。例如，芯片W的厚度是O. 775mm的情況，則芯片W 的表面(被研磨面)是預先以比環部125的底面更突出O. 20 O. 35mm的方式來設定環部 125和保持板124的位置。由此，能防止研磨中的芯片W發生脫離，同時能以環部125不會推壓到研磨布132的方式來進行研磨，而能防止微粒從環部125發生。但是，陶瓷等剛體也就是保持板124的凹凸會轉印到工件上，而有平坦度惡化的問題。
一般來說，為了得到高平坦且微粒數少的工件，在粗研磨加工步驟中，使用一種所謂的橡膠夾盤方式的研磨頭，此研磨頭，將上述工件保持部設為橡膠膜，使空氣等加壓流體流入該橡膠膜的背面，以均勻的壓力來使橡膠膜膨脹，而將工件與模板(用以保持工件的邊緣部)，同時推壓在研磨布上；而在精研磨加工步驟中，則使用一種精研磨用的研磨頭， 其不讓工件以外的構件接觸到精加工研磨布，而經由隔膜將工件保持板連接至研磨頭本體，并利用流體等將負荷施加至保持板上。這樣，因為以往需要兩種的研磨頭，例如圖7所示，需要具備一種更大型的研磨機，其同時配備有研磨裝置141和研磨裝置151，所述研磨裝置141具備上述粗研磨加工用的研磨頭101，所述研磨裝置151具備精研磨加工用的研磨頭121。因此，在設施成本 (utility cost)高的無塵室中，須占據更大空間，且研磨機本身的成本也更高，而有高成本的問題。另外，揭露一種橡膠夾盤方式的研磨頭(參照專利文獻3)，其在研磨中不讓工件以外的構件接觸到精加工研磨布以減少微粒，而能進行高均勻性的研磨。[現有技術文獻](專利文獻)專利文獻I :日本特開平第5-69310號公報專利文獻2 :日本特開第2007-67179號公報專利文獻3 :日本特開第2009-107094號公報
發明內容
圖8是表示此專利文獻3的研磨頭的示意圖。如圖8所示，在此研磨頭111中，以橡膠膜112來推壓工件W，并以設置在橡膠膜112周圍且被固定于(研磨頭)本體113上的導環115來保持工件W的側面，且經由彈性膜119來將中板114a、114b連結至導環115，所述中板114a、114b是用以固定橡膠膜112。但是，即便是使用此研磨頭來進行研磨，也不能減少直徑45nm以上的微小的粒子 (微粒)。因此，本發明人針對此種微粒不能減少的原因進行調查、研究。其結果，得知因為在研磨中利用真空吸附而將中板114a按壓在止動器118，所以在精研磨中無法利用彈性膜 119來吸收從研磨布接收到的徑向(繞著研磨頭的旋轉軸的旋轉方向)的摩擦力，使工件 W在研磨中會損傷到精加工研磨布而發生過度磨損，因而會從精加工研磨布發生微粒，而造成微小的粒子附著在工件上。進而，已知在此研磨頭中，因為橡膠膜112的側壁部在研磨中會接觸到已固定于本體113上的導環115的內壁，所以即使沒有如上述那樣地進行由止動器118所實行的中板114a的真空吸附，橡膠膜112與工件W亦無法利用彈性膜119來吸收從研磨布接收到的徑向的摩擦力，因此與上述同樣地會造成微小的粒子附著在工件上的情況。如此，先前僅使用一個研磨頭，無法一邊保持一定的高平坦度、高研磨余量均勻性，一邊另外得到特別是直徑45nm以上的微小粒子少的工件。本發明是鑒于前述問題而完成，其目的在于提供一種研磨頭及研磨裝置，在粗研磨加工步驟及精研磨加工步驟中都能使用，且在工件的研磨中，能穩定地得到一定的高平坦度、高研磨余量均勻性，且特別是能得到一種直徑45nm以上的微小粒子少的工件。為了達成上述目的，依照本發明，提供一種研磨頭，在研磨頭本體的下部，至少具備圓盤狀的中板；橡膠膜，其被保持在該中板且至少包覆前述中板的底面部和側面部；圓環狀的導環，其被設置在該橡膠膜的周圍并保持工件的側面；第一密閉空間部，其被前述中板和前述橡膠膜包圍而成；以及，第一壓力調整機構，其將流體供給至該第一密閉空間部內來調整壓力；其中，將前述工件的背面保持在前述橡膠膜的底面部，通過前述第一壓力調整機構來推壓前述工件，且使前述工件的表面與已貼附在平臺上的研磨布滑動接觸來進行研磨，所述研磨頭的特征在于以前述導環的底面在研磨中不會接觸到前述研磨布的方式來保持前述導環和前述中板，且具有底座構件，所述底座構件經由彈性膜而與前述研磨頭本體連結，該底座構件，利用其頂面的一部分與前述研磨頭本體接觸，而被限制軸向的位移，且通過前述彈性膜，在研磨中能往徑向進行位移。這樣，若是以前述導環的底面在研磨中不會接觸到前述研磨布的方式來保持前述導環和前述中板，且具有底座構件，所述底座構件經由彈性膜而與前述研磨頭本體連結，該底座構件，利用其頂面的一部分與前述研磨頭本體接觸，而被限制軸向的位移，且通過前述彈性膜，在研磨中能往徑向進行位移，則能穩定地對工件整體施加均勻的推壓力，而能穩定地維持一定的高平坦度、高研磨余量均勻性。另外，能防止微粒從導環發生，能通過底座構件往徑向的位移來吸收由研磨布所接收到的徑向的摩擦力，則工件不會損傷研磨布而能抑制由于過度磨損所造成的從研磨布發生微粒的情況。其結果，能得到一種特別是45nm以上的微小粒子少的工件。另外，因為在粗研磨步驟和精研磨步驟中都能使用，所以能減少成本。
此時，前述研磨頭本體與前述底座構件的頂面的一部分的接觸部，較佳經由正圓球來接觸，該正圓球，被配置在前述研磨頭本體及/或前述底座構件所設置的凹部內。
這樣,若前述研磨頭本體與前述底座構件的頂面的一部分的接觸部,經由正圓球來接觸，該正圓球，被配置在前述研磨頭本體及/或前述底座構件上所設置的凹部內，則能一邊限制軸向的位移，一邊使底座構件能更容易地往徑向進行位移，而能更確實地抑制微粒的發生。這樣，本發明中的底座構件的頂面的一部分與研磨頭本體互相接觸的情況，不限定于兩者直接接觸，也包含經由正圓球的間接接觸。即，只要底座構件的頂面能干涉研磨頭本體來限制其在軸向上的位移即可。另外，此時，進而，較佳是更具有第二密閉空間部，其被前述底座構件、前述研磨頭本體及前述彈性膜包圍而成；以及，第二壓力調整機構，其用以調整該第二密閉空間部內的壓力。這樣，若進而具有第二密閉空間部，其被前述底座構件、前述研磨頭本體及前述彈性膜包圍而成；以及，第二壓力調整機構，其用以調整該第二密閉空間部內的壓力。則此種研磨頭，將第二密閉空間部內的壓力加以減壓，而能更確實地使導環的底面在研磨中不會接觸到研磨布，且能確實地防止底座構件往軸向的位移。另外,此時,能將止推軸承(thrust bearing)或干式軸承(dry bearing),應用于前述研磨頭本體與前述底座構件的頂面的一部分的接觸部。這樣，若將止推軸承或干式軸承，應用于前述研磨頭本體與前述底座構件的頂面的一部分的接觸部，則能簡單地采用市售品來加以構成，且能一邊確實地防止底座構件往軸向的位移，一邊使底座構件容易地往徑向進行位移。另外，若采用干式軸承，則不須進行潤滑液的供給等的保養。
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另外，此時，較佳是通過將前述中板所保持的橡膠膜的外周部分成兩個分叉，而將前述第一密閉空間部分割成兩個密閉空間部，且該分割后的兩個密閉空間部內的壓力，能分別獨立地進行調整。這樣，若通過將前述中板所保持的橡膠膜的外周部分成兩個分叉，而將前述第一密閉空間部分割成兩個密閉空間，且該分割后的兩個密閉空間內的壓力，能分別獨立地進行調整，例如分割成主要包覆中板的側面部及底面部的兩個密閉空間，利用各個密閉空間內的壓力，在研磨中能分別獨立地進行調整，則能更確實地對工件整體施加均勻的推壓力， 且以遍及工件整體特別是在工件的外周部能維持高度平坦度的方式來進行研磨。另外，依照本發明，提供一種研磨裝置，是在對工件的表面進行研磨時所使用的研磨裝置，其特征在于至少具備研磨布，其被貼附在平臺上；研磨劑供給機構，其用以將研磨劑供給至該研磨布上；以及，本發明的研磨頭，其作為用以保持前述工件的研磨頭。若這樣使用具備本發明的研磨頭的研磨裝置來進行工件的研磨，則能穩定地對工件整體施加均勻的推壓力來進行工件的研磨，且能一邊在遍及工件整體特別是在工件的外周部維持高度平坦度，一邊抑制微粒的發生而進行研磨。在本發明中，在研磨頭中，以導環的底面在研磨中不會接觸到研磨布的方式來保持導環和中板，且具有底座構件，所述底座構件經由彈性膜而與研磨頭本體連結，該底座構件，利用其頂面的一部分與研磨頭本體接觸，而被限制軸向的位移，且通過彈性膜，在研磨中能往徑向進行位移，因此，在工件的研磨中，能穩定地得到一定的高平坦度、高研磨余量均勻性，且能得到一種特別是直徑45nm以上的微小粒子少的工件。另外，在粗研磨加工步驟及精研磨加工步驟都能使用，而能減少成本。
圖I是表示本發明的研磨頭的一個例子的示意圖。圖2是表示本發明的研磨頭的底座構件的一個例子的俯視示意圖。圖3是表示本發明的研磨頭的另一個例子的示意圖。圖4是表示本發明的研磨裝置的一個例子的 示意圖。圖5是表示現有的研磨頭的一個例子的示意圖。圖6是表示現有的研磨頭的另一個例子的示意圖；其中，圖6A是現有的研磨頭的示意圖，圖6B是圖6A的一部分的放大圖。圖7是表示現有的研磨裝置的一個例子的示意圖。圖8是表示現有的研磨頭的另一個例子的示意圖。圖9是表示現有的研磨裝置的一個例子的示意圖。
具體實施例方式以下，雖然針對本發明來說明實施方式，但是本發明不受限于此實施方式。以往，在硅芯片等工件的表面研磨中，首先，通過雙面研磨裝置進行I次研磨，然后，通過單面研磨研磨裝置進行2次研磨。在此2次研磨中，進行粗研磨加工、及精加工。該粗研磨加工，是一邊維持由I次研磨所確保的高平坦度一邊進行；該精加工，主要是用來減少微粒。而且，在這些粗研磨加工步驟和精加工步驟中，要使用不同的研磨頭，而需要更大的研磨機，所以在設施成本高的無塵室中須占據更大空間，且研磨機本身的成本也更高，而有高成本的問題。這樣，雖然嘗試要在2次研磨的粗研磨加工步驟和精加工步驟中，使用相同的研磨頭來進行，但是雖能維持一定的平坦度、研磨余量的均勻性，不過就是無法得到一種特別是直徑45nm以上的微小粒子少的工件。因此，本發明人，為了解決這種問題而專心地進行討論。而且，針對現有的研磨頭， 調查此微粒的發生原因時，如上述，得知該發生微粒的主要原因，是因為在研磨中從研磨布接收到的徑向的摩擦力，使工件會損傷到研磨布而發生過度磨損，因而研磨布會發生微粒，該微粒則會附著在工件上。此處，所謂徑向，是指研磨頭繞著旋轉軸旋轉的方向(工件的旋轉方向)。而且，更加討論的結果，想到以下的技術而完成本發明。即，若是作成一種研磨頭， 其通過底座構件來保持中板(用以保持橡膠膜)與導環，并經由彈性膜來將該底座構件與研磨頭本體連結，而作成能往徑向方向進行位移，則能吸收由研磨布所接收到的徑向的摩擦力；另外，利用使底座構件的頂面的一部分與研磨頭本體接觸來限制軸向的位移，則能在研磨中，穩定地對工件整體施加均勻的推壓力。圖I是表示本發明的研磨頭的一個例子的示意圖。如圖I所示，本發明的研磨頭1，在研磨頭本體3的下部，具備橡膠膜2、中板4、底座構件8及導環5等；該中板用以保持橡膠膜，該底座構件8用以保持橡膠膜2和中板4。橡膠膜2，至少包覆中板4的底面部和側面部，橡膠膜2的外周部通過中板4而被保持。此橡膠膜2的保持方法，沒有特別限定，例如，也能將橡膠膜2的外周部的末端形成 O型環(O ring)狀，并將該O型環部夾持在中板4與底座構件8之間，由此進行保持。或者，也能將以上下配置的兩片構件來構成中板4，并將橡膠膜2的末端的O型環部夾持在該兩片構件之間。圓環狀的導環5，被配置在此橡膠膜2的周圍。而且，一邊利用導環5來保持工件 W的側面并防止研磨中的工件W脫離，一邊將工件W的背面保持在橡膠膜2的底面部。另外，形成被橡膠膜2與中板4包圍而成的第一密閉空間部6。如圖I所示，在中板4中，在垂直方向上形成有多數個貫通孔，并能由第一壓力調整機構7，將流體供給至第一密閉空間部6內，來調整壓力。通過此流體的供給來使橡膠膜2膨脹，而成為一種將推壓力施加至在橡膠膜2的底面部所保持的工件W的背面上的結構。根據這種結構，能將均勻的推壓力施加至工件整體上。此處，在保持工件W時，較佳是將襯墊貼附在橡膠膜2的底面部以達成保護工件W 的背面的目的。另外，通過底座構件8來保持中板4和導環5。此時，導環5，以在研磨中導環5的底面不會接觸到研磨布32的方式來保持。若以這種方式來保持導環5，則能防止導環5在研磨中推壓到研磨布32而造成從導環5發生微粒。此處，導環5的底面的位置沒有特別限制，例如，工件W的厚度是O. 775mm的情況，則工件W的被研磨面是以比環部125的底面更突出O. 2 O. 35mm的方式來設定位置。 另外，底座構件8，其頂面的一部分的接觸部14，是以與研磨頭本體3相接觸的方式來加以配置，并被限制底座構件8的軸向(研磨頭的旋轉軸方向)的位移。由此，能對于研磨中的工件W整體，穩定地保持并施加均勻的推壓力，而變成能穩定地維持一定的高平坦度、高研磨余量均勻性，以進行工件W的研磨。另外，底座構件8，經由彈性膜9來與研磨頭本體3相連結。這樣，將中板4和導環 5加以保持的底座構件8，若經由彈性膜9來與研磨頭本體3相連結，則能通過彈性膜9來實現底座構件8在徑向的位移，通過底座構件8往徑向的位移來吸收由研磨布32所接收到的徑向摩擦力，工件不會過度磨損并損傷研磨布32，于是可抑制微粒從研磨布32發生。其結果，能得到一種特別是45nm以上的微小粒子少的工件W。這樣，本發明的研磨頭，能一邊穩定地維持一定的高平坦度、高研磨余量均勻性， 一邊另外得到一種特別是直徑45nm以上的微小粒子少的工件W，因此在粗研磨加工步驟及精研磨加工步驟中都能使用，而能減少成本。另外，形成被底座構件8、研磨頭本體3及彈性膜9包圍而成的第二密閉空間部 12，并具備第二壓力調整機構13，該第二壓力調整機構13能調整此第二密閉空間部12內的壓力。而且，通過第二壓力調整機構13來進行第二密閉空間部12內的壓力的減壓，則能更確實地 使導環5的底面不會在研磨中接觸到研磨布32，且變成能確實地防止底座構件8往軸向的位移。另外，如圖I所示，研磨頭本體3與底座構件8的頂面的一部分的接觸部14，在研磨頭本體3或底座構件8的任一處，設置凹部10，并在該凹部10內配置正圓球11，而以經由該正圓球11來接觸的方式，加以構成。或是，也可將凹部設置在研磨頭本體3與底座構件8雙方。若是這種構成，則底座構件8能更容易地往徑向位移，因而較佳。
此處，正圓球11的配置數目并沒有限定，但是考慮到正圓球11等的磨損，較佳是設置3個以上。圖2是表示底座構件8的一個例子的示意圖，該底座構件8以環狀來形成凹部10 且在該凹部10中配置有正圓球11。如圖2所示，以埋設在環狀的凹部10中的方式來配置多個正圓球11。若是此種構成，則能抑制各個正圓球11的磨損，能延長其壽命，于是底座構件8能更容易地往徑向位移。或者，能將止推軸承或干式軸承，應用于研磨頭本體3與底座構件8的頂面的一部分的接觸部14。這樣，若將止推軸承，應用于研磨頭本體3與底座構件8的頂面的一部分的接觸部 14，則能簡單地采用市售品來加以構成，且能一邊確實地防止底座構件8在軸向上的位移， 一邊使底座構件8容易地往徑向進行位移。另外，若是采用干式軸承，則不須進行潤滑液的供給等的保養。另外，如圖I所示，將環狀的溝16設置在底座構件8的頂面的接觸部14，則利用卡合的方式，將設置在研磨頭本體3的底面處的導件15配置在該溝16中，由此，能抑制底座構件8往徑向以外方向的位移，而能更穩定地保持對于工件W的推壓力。或者，將溝16設置于研磨頭本體3的底面，并將要與此溝16卡合的導件15，設置在底座構件8的頂面。、這種導件15和溝16，也能與上述凹部和正圓球11 一起設置，也能僅設置于其中一方，例如僅設置導件15和溝16。圖3(A)是表示本發明的研磨頭的另一個例子的示意圖。圖3(B)是圖3(A)的橡膠膜2的外周部附近的放大圖。如圖3 (A)、圖3⑶所示，在此研磨頭21中，中板4所保持的橡膠膜2的外周部，分成兩個分叉。而且，第一密閉空間部6，也分割成主要是與中板4的側面相接的密閉空間部 6a及主要是與中板4底面相接的密閉空間部6b。分割成兩個密閉空間部6a、6b內的壓力，能分別通過第一壓力調整機構7a、7b，獨立地進行調整。而且，例如在粗研磨加工時，為了使加工前的工件W的形狀在加工后變得更加平坦，則利用調整與中板4的側面相接的密閉空間部6a內的推壓力和與中板4的底面相接的密閉空間部6b內的推壓力，以更加提高加工后的工件W的外周部中的平坦度。另外，在精研磨加工時，利用將前述密閉空間部6a和6b設定為相同的推壓力，而能在工件W的面內， 以均勻的精研磨余量來進行加工。由此，能在面內維持一定的表面粗糙度。圖4是表示本發明的研磨裝置的一個例子的示意圖，該研磨裝置具備如上述的本發明的研磨頭。如圖4所示，研磨裝置31，具有平臺33、已貼附在平臺33上的研磨布32、用以將研磨劑加以供給至研磨布32上的研磨劑供給機構34及如圖I所示的研磨頭I等。若使用這種具備本發明的研磨頭而成的研磨裝置來進行工件的研磨，則能穩定地對工件整體施加均勻的推壓力來進行工件的研磨，并遍及工件的整個面，特別是在工件的外周部，能以一邊維持高度平坦度，一邊抑制特別是45nm以上的微粒的發生的方式來進行研磨。實施例
以下，雖然表示本發明的實施例及比較例以更具體說明本發明，但是本發明并不受限于這些例子。(實施例I)首先，將利用切克勞斯基法(柴氏長晶法)提拉而成的P型〈100〉電阻系數 8 12 Ω cm的直徑300mm的單結晶娃碇(silicon ingot),加以切片而得到薄圓板狀的芯片。 為了防止芯片發生裂痕、缺口，在外緣部施加倒角(chamferring)加工之后，為了將芯片平面化，進行研光加工(lapping process)。接著,為了除去殘留在研光后的芯片表面的加工應變而進行蝕刻加工。進而，對于芯片的表背兩面進行雙面研磨加工，對于倒角部也進行研磨加工。另外，將芯片的厚度調整為O. 775mm。使用如圖4所示的本發明的研磨裝置來進行硅芯片的研磨，該研磨裝置具備如圖 I所示的本發明的研磨頭。所使用的研磨頭具有以下的構成。即，利用底座構件和中板來夾持靴子(boots)形狀的硅氧樹脂70°制的橡膠膜。該橡膠膜，其末端部的直徑為289mm且具有O型環形狀(直徑2mm)，厚度是1mm，底面部的外徑是301mm、高度是6. 5mm。在橡膠膜的底面部，以雙面膠帶貼附有圓形的襯墊。另外，在橡膠膜的周圍，配置有內徑是302mm的導環，并安裝在底座構件。環狀的彈性膜的內側，安裝在底座構件的固定環形狀的部分，并將正圓球插入至底座構件的頂面的環狀的凹部中。另外，將彈性膜的外側，安裝在研磨頭本體的固定環形狀的部分。
另外，將被研磨頭本體、彈性膜、底座構件包圍而成的第二密閉空間部內，抽成真空，并使底座構件和研磨頭本體經由正圓球而接觸時，使導環的底面與研磨布的表面之間的距離為0. 25mm 0. 30mm。另外，預先調整導環的厚度，而使橡膠膜的高度成為會使研磨余量均勻的高度。然后，如以下所示進行粗研磨加工及精研磨加工。以下表示粗研磨條件。<粗研磨>研磨布，是使用聚酯無紡布且含浸有胺甲酸乙酯(urethane)樹脂而成的研磨布 (ASKER C，硬度60° );研磨漿，是使用含有膠體二氧化硅(colloidal silica)的pH 10.5 的堿性溶液。研磨頭和研磨平臺，分別以30rpm進行旋轉，并將芯片的研磨壓力設為15kPa 來進行粗研磨。研磨時間為3分鐘且分兩段實施。以下表示精研磨條件。<精研磨>使用絨面革式樣(suded type)的研磨布(ASKER C，硬度57° );精加工研磨劑， 是使用含有膠體二氧化娃(colloidal silica)的pH 10的堿性溶液。研磨頭和研磨平臺， 分別以20rpm進行旋轉，并將芯片的研磨壓力設為IOkPa,進行3分鐘的精研磨。另外，進行化學洗凈，來作為精研磨后的洗凈。此化學洗凈中，作為藥液槽，使用二槽洗凈液，此洗凈液以氨水(28%):過氧化氫水(30%):純水的容積調配比例是I : I : 10 的方式調配而成；以及，使用一槽洗凈液，此洗凈液以鹽酸(10%):過氧化氫水(30%):純水的容積調配比例是I : I : 100的方式調配而成，并在75°C進行工序時間(tact time) 3分鐘的洗凈。然后，進行水洗、干燥。然后，在洗凈后，為了測定微粒，而使用微粒計數器(KLA-Tencor公司所制造的「Surfscan SP_2」)，并利用高光分辨率(optical resolution)條件來實施測定，由此來測定直徑45nm以上的微小粒子數。然后，評價研磨余量均勻性。另外，研磨余量均勻性，是使用市售的硅芯片專用的平坦度測定機，針對研磨前后的工件的厚度，以排除最外周部2mm寬度份量的領域的方式， 測定1000個以上的點。利用前述芯片領域內的各個測定點來計算研磨余量，并使用以下的算式來求得該芯片的研磨余量均勻性。研磨余量均勻性(%)=(最大研磨余量一最小研磨余量)/(全部的點的平均研磨余量)其結果，如表I所示，研磨加工后的芯片的微粒，在45nm以上的微粒數有5個。另夕卜，研磨余量均勻性是7. 1%。這樣，已知在實施例I中，可維持高度的研磨余量均勻性，且與后述比較例的結果相比，另外能大幅減少微粒數。
這樣，本發明的研磨頭及具備此研磨頭而成的研磨裝置，在粗研磨加工步驟和精研磨加工步驟中都能使用，并確認能得到一種工件，其有一定的高平坦度、高研磨余量均勻性，且45nm以上的微小粒子少。(實施例2)如圖3所示，使用本發明的研磨頭，此研磨頭將第一密閉空間部分割成兩個部份， 并采用如圖4所示的本發明的研磨裝置，與實施例I同樣地連續進行硅芯片的粗研磨和精研磨，并在洗凈后與實施例I同樣地進行評價。研磨條件等是如下所示。〈粗研磨〉研磨布，是使用聚酯無紡布含浸有胺甲酸乙酯樹脂而成的研磨布(ASKER C，硬度 60° );研磨漿，是使用含有膠體二氧化硅的pH 10. 5的堿性溶液。研磨頭和研磨平臺，分別以30rpm進行旋轉，并將芯片的研磨壓力設為對芯片面是15kPa、對側璧面是17kPa，以此條件來進行粗研磨。研磨時間為3分鐘且分兩段實施。〈精研磨〉使用絨面革式樣的研磨布(ASKER C，硬度57° )，精加工研磨劑，是使用含有膠體二氧化硅的pH 10的堿性溶液。研磨頭和研磨平臺，分別以20rpm進行旋轉，并將芯片的研磨壓力設為對芯片面是lOkPa、對側璧面是IOkPa,以此條件進行精研磨3分鐘。其結果，如表I所示，研磨加工后的芯片的微粒，在45nm以上的微粒數有2個。另夕卜，研磨余量均勻性是6. 3%。這樣，相較于實施例1，實施例2的研磨余量均勻性被改善。推測這應該是在粗研磨加工時，利用對與中板的側面相接的密閉空間部內進行加壓來調整工件W的外周部的推壓力，因此能夠有效地使對于工件W整體的推壓力更加均勻。(比較例)使用現有的研磨裝置，此研磨裝置具備如圖8所示的現有的研磨頭，除此之外，以與實施例I同樣的條件來進行芯片的粗研磨、精研磨和洗凈，并與實施例I同樣地進行評價。所使用的研磨頭111，是如以下所示的構成。即，利用螺栓來連結厚度3mm、外徑293mm的中板114a、114b，其夾持靴子形狀的硅氧樹脂70°制的橡膠膜112，該橡膠膜112， 其末端部的直徑為289mm且具有O型環狀形狀(直徑2mm),厚度是Imm,底面部的外徑是 301mm,高度是 6. 5_。另外，在橡膠膜112的底面部，以雙面膠帶貼附有圓形的襯墊。將環狀的彈性膜 119的內側，安裝在中板，并將(彈性膜119的)外側，安裝在研磨頭本體側的導環115。另夕卜，將內徑302mm的導環115，配置在橡膠膜周圍，且將該導環115安裝在研磨頭本體113。另外，以導環115的底面與研磨布的表面之間的距離成為O. 25mnT0. 30mm的方式來調整研磨頭本體的高度，并以橡膠膜的高度成為會使研磨余量均勻的高度的方式來調整止動器118的位置。其結果，如表I所示，研磨加工后的芯片的微粒，在45nm以上的微粒數有107個。 另外，研磨余量均勻性是6. 9%。這樣，雖然比較例具有與實施例I相同程 度的研磨余量均勻性，但是微粒數卻大幅惡化而變成107個。[表I]
研磨余量均勻性(%) 微粒數(個)
實施例IO5
實施例2 6 32
~比較例&79107 另外，本發明并未被限定于上述實施方式。上述實施方式只是例示，凡是具有與被記載于本發明的權利要求中的技術思想實質上相同的構成，能得到同樣的作用效果者，不論為何者，皆被包含在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.ー種研磨頭，在研磨頭本體的下部，至少具備圓盤狀的中板；橡膠膜，其被保持在該中板且至少包覆前述中板的底面部和側面部；圓環狀的導環，其被設置在該橡膠膜的周圍并保持エ件的側面；第一密閉空間部，其被前述中板和前述橡膠膜包圍而成；以及，第一壓カ調整機構，其將流體供給至該第一密閉空間部內來調整壓力；其中，將前述エ件的背面保持在前述橡膠膜的底面部，通過前述第一壓カ調整機構來推壓前述エ件，且使前述エ件的表面與已貼附在平臺上的研磨布滑動接觸來進行研磨，所述研磨頭的特征在于 以前述導環的底面在研磨中不會接觸到前述研磨布的方式來保持前述導環和前述中板，且具有底座構件，所述底座構件經由彈性膜而與前述研磨頭本體連結，該底座構件，利用其頂面的一部分與前述研磨頭本體接觸，而被限制軸向的位移，且通過前述弾性膜，在研磨中能往徑向進行位移。
2.如權利要求I所述的研磨頭，其中 前述研磨頭本體和前述底座構件的頂面的一部分的接觸部，經由正圓球來接觸，該正圓球，被配置在前述研磨頭本體及/或前述底座構件所設置的凹部內。
3.如權利要求I或2所述的研磨頭，其中更具有 第二密閉空間部，其被前述底座構件、前述研磨頭本體及前述弾性膜包圍而成；以及 第二壓カ調整機構，其用以調整該第二密閉空間部內的壓カ。
4.如權利要求I至3中任一項所述的研磨頭，其中 將止推軸承或干式軸承，應用于前述研磨頭本體和前述底座構件的頂面的一部分的接觸部。
5.如權利要求I至4中任一項所述的研磨頭，其中 通過將前述中板所保持的橡膠膜的外周部分成兩個分叉，而將前述第一密閉空間部分割成兩個密閉空間部，且該分割后的兩個密閉空間部內的壓力，能分別獨立地進行調整。
6.ー種研磨裝置，是在對エ件的表面進行研磨時所使用的研磨裝置，其特征在于至少具備 研磨布，其被貼附在平臺上； 研磨劑供給機構，其用以將研磨劑供給至該研磨布上；以及 如權利要求I至5中任一項所述的研磨頭，其作為用以保持前述エ件的研磨頭。
全文摘要
本發明是一種研磨頭，在研磨頭本體的下部，具備橡膠膜和圓環狀的導環，該橡膠膜被保持在圓盤狀的中板上，而該導環被設置在該橡膠膜的周圍，并將工件的背面保持在橡膠膜的底面部，且使工件的表面與已貼附在平臺上的研磨布滑動接觸來進行研磨，其中，以導環的底面在研磨中不會接觸到研磨布的方式來保持導環和中板，且具有底座構件，所述底座構件經由彈性膜而與研磨頭本體連結，該底座構件，利用其頂面的一部分與研磨頭本體接觸，而被限制軸向的位移，且根據彈性膜，在研磨中能在徑向進行位移。由此，提供一種研磨頭及研磨裝置，在粗研磨加工步驟和精研磨加工步驟中都能使用，且在工件的研磨中，能穩定地得到一定的高平坦度、高研磨余量均勻性，且能得到一種45nm以上的微小粒子少的工件。
文檔編號H01L21/304GK102712073SQ20118000685
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月20日 優先權日2010年2月19日
發明者岸田敬實, 橋本浩昌, 森田幸治, 荒川悟, 荒谷崇 申請人:不二越機械工業株式會社, 信越半導體股份有限公司