工件研磨装置和工件研磨装置中的加压盘用树脂垫体
阅读说明：本技术 工件研磨装置和工件研磨装置中的加压盘用树脂垫体 (Work polishing apparatus and resin pad for pressure plate in work polishing apparatus ) 是由 桥诘健二 宫岛佐辅 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种工件研磨装置和工件研磨装置中的加压盘用树脂垫体,其中,树脂垫对顶环(加压盘)的接合良好、能够获得适当的对载盘的压力分布。本发明的工件研磨装置具备：定盘；和顶环,其配置于定盘的上方,在与定盘之间夹着在下表面保持有工件的载盘,并将工件向定盘面按压。顶环具备：加压盘,其按压载盘的上表面；按压机构,其利用空气压按压加压盘；顶环主体,其具备围绕加压盘并按压载盘的周边部的环状部。加压盘形成为除了载盘的周边部以外对载盘的上表面整面进行按压的尺寸；按压机构具有对加压盘的上表面中央部进行局部按压的活塞；在加压盘的下表面整面粘贴有厚度为1～4mm、压缩率为1～8％、具有弹性的树脂垫。(The invention provides a work polishing apparatus and a resin pad for a pressure plate in the work polishing apparatus, wherein the resin pad has good joint to a top ring (pressure plate) and can obtain proper pressure distribution to a carrier plate. The workpiece polishing apparatus of the present invention includes: fixing a disc; and a top ring which is disposed above the surface plate, sandwiches the carrier plate, which holds the workpiece on the lower surface thereof, with the surface plate, and presses the workpiece against the surface plate. The top ring is provided with: a pressing plate which presses an upper surface of the carrier plate; a pressing mechanism for pressing the pressurizing plate by air pressure; and a top ring main body having an annular portion surrounding the pressure plate and pressing a peripheral portion of the carrier plate. The pressing plate is formed into a size of pressing the whole upper surface of the carrier plate except the peripheral part of the carrier plate; the pressing mechanism is provided with a piston for locally pressing the central part of the upper surface of the pressure plate; a resin pad having a thickness of 1 to 4mm and a compression rate of 1 to 8% and having elasticity is adhered to the entire lower surface of the pressing plate.)
技术领域
本发明涉及一种晶片等工件的工件研磨装置、和该工件研磨装置中的粘贴于顶环的加压盘的树脂垫体。
背景技术
关于硅晶片等工件的研磨装置，提出了各种结构的装置。
例如，专利文献1(日本特开平7-130687号公报)所示的工件研磨装置具备：定盘，其上表面粘贴有研磨垫，利用驱动部在水平面内旋转；顶环，其配置为在该定盘的上方上下自由移动、且在水平面内自由旋转，在与上述定盘之间夹着在下表面保持有工件的载盘，并将工件向定盘面按压，该工件研磨装置在从浆料供给部供给浆料的同时使定盘和顶环向所需方向旋转，从而对工件进行研磨。
顶环具有按压载盘的加压盘。
顺便提及，利用金属制的加压盘直接按压载盘的情况下，来自加压盘的按压力并未均匀地传递到载盘，进而无法将工件均匀地按压至研磨垫，无法进行良好的研磨。
因此，以往使用双面胶带将具有弹性的橡胶制垫粘贴到加压盘的下表面，隔着橡胶制垫来按压载盘。该橡胶制垫使用下述垫(图5)，所述垫在按压载盘的下表面一侧以矩阵状形成有大量的金字塔状的小突起。
但是，为了将橡胶制垫固定到金属制加压盘，通过使用一般的接合剂的双面胶带，则无法良好地进行固定。因此，首先在橡胶制垫涂布橡胶专用的液态固化型接合剂，隔着该橡胶专用接合剂将双面胶带接合至垫，接下来用双面胶带的接合剂将垫接合到加压盘下表面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-130687号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，如上所述，对于具有大量金字塔状的小突起的橡胶制垫而言，由于垫本身的厚度不均、接合层的厚度不均等，难以向载盘均匀地传递压力。更详细地说，有时存在下述不良情况：对载盘的压力分布在载盘的直径方向上急剧变化，压力分布并未从载盘的中心部朝向周边部慢慢地以同心状均匀地扩展，而是朝向周边部不均匀(例如压力分布为椭圆状)地扩展。
用于解决课题的手段
因此，本发明是为了解决上述课题而实施的，其目的在于提供一种工件研磨装置和工件研磨装置中的顶环的加压盘用树脂垫体，其中，树脂垫对顶环(加压盘)的接合良好，另外，能够获得对载盘的适当的压力分布。
为了达成上述目的，本发明具备以下构成。
即，本发明的工件研磨装置的特征在于，该工件研磨装置具备：定盘，其上表面粘贴有研磨布，并在水平面内旋转；和顶环，其配置为在上述定盘的上方上下自由移动、且在水平面内自由旋转，在与上述定盘之间夹着在下表面保持有工件的载盘，并将上述工件向上述定盘面按压，上述顶环具备：加压盘，其按压上述载盘的上表面；按压机构，其利用空气压将上述加压盘向上述载盘的上表面按压；和顶环主体，其具备围绕上述加压盘并对上述载盘的周边部进行按压的环状部，上述加压盘形成为：除了被上述环状部按压的上述载盘的周边部以外，对上述载盘的上表面整面进行按压的尺寸，上述按压机构具有对上述加压盘的上表面中央部进行局部按压的活塞，上述加压盘的下表面整面粘贴有具有弹性的树脂垫，上述树脂垫的厚度为1mm～4mm，压缩率为1％～8％。
上述树脂垫优选为聚氨酯树脂制。
优选的是，在上述树脂垫的中央部分设置孔，该孔穿插将上述加压盘固定至上述活塞的固定螺栓。
上述顶环可由具有可装卸地载置于上述顶环主体上的重物的物品构成。
另外，本发明的加压盘用树脂垫体的特征在于，其是下述工件研磨装置中的粘贴于加压盘的下表面整面的树脂垫体，上述工件研磨装置具备：定盘，其上表面粘贴有研磨布，并在水平面内旋转；和顶环，其配置为在上述定盘的上方上下自由移动、且在水平面内自由旋转，在与上述定盘之间夹着在下表面保持有工件的载盘，并将上述工件向上述定盘面按压，上述顶环具备：加压盘，其按压上述载盘的上表面；按压机构，其利用空气压将上述加压盘向上述载盘的上表面按压；和顶环主体，其具备围绕上述加压盘并对上述载盘的周边部进行按压的环状部，上述加压盘形成为：除了被上述环状部按压的上述载盘的周边部以外，对上述载盘的上表面整面进行按压的尺寸，上述按压机构具有对上述加压盘的上表面中央部进行局部按压的活塞，上述树脂垫体为具有弹性的树脂垫，厚度为1mm～4mm，压缩率为1％～8％，在粘贴于上述加压盘的下表面整面一侧的表面上形成有接合剂层，在该接合剂层上以可剥离的方式粘贴有剥离纸。
上述树脂垫优选为聚氨酯树脂制。
优选的是，在上述树脂垫体的中央部分设置孔，该孔穿插将上述加压盘固定至上述活塞的固定螺栓。
优选的是，在上述剥离纸设置用于放气的2个以上的小孔。
另外，优选的是，在上述剥离纸设置将该剥离纸分割为2个以上区域的折线。
优选的是，上述树脂垫按照在X-Y方向交叉的方式对表面和背面进行抛光以调整厚度平衡。
发明效果
根据本发明，可发挥如下作用效果。
即，根据本发明，由于树脂垫使用了具有弹性的树脂垫，所以不需要像以往那样使用橡胶专用的液态固化型接合剂，而是使用常用的双面胶带接合剂即可以容易地将树脂垫粘贴到顶环(加压盘)，另外，因为使用了平坦度优异的树脂垫，所以对工件的加压度也变得均匀，可以对工件进行高精度的研磨。环状部对载盘的周边部的按压力和加压盘对从载盘的中央部朝向周边部的按压力得到平衡，可以实现理想的对工件的按压。
附图说明
图1是工件研磨装置的主视图。
图2是示出定盘上的顶环的位置的俯视图。
图3是顶环的截面图。
图4A是树脂垫体的俯视图、图4B是其主视图。
图5是示出现有的橡胶制垫的小突起的状态的说明图。
图6是示出实施例(聚氨酯垫)和比较例(柱垫)对工件研磨装置中的载盘的负荷分布的照片。
图7是表示使用实施例(聚氨酯垫)和比较例(柱垫)的工件研磨装置进行研磨后的工件的平坦度(GBIR)的曲线图。
图8是表示使用实施例(聚氨酯垫)和比较例(柱垫)的工件研磨装置进行研磨后的工件的平坦度(SFQR)的曲线图。
图9是示出比较例中的工件的表面图像和表面的高度分布的图。
图10是示出研磨后的实施例中的工件的表面图像和表面的高度分布的图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。
图1是工件研磨装置10的主视图，图2是示出定盘14上的顶环16的位置的俯视图。
工件研磨装置10具有定盘14，该定盘14在上表面粘贴有研磨布，并设置为利用公知的驱动装置(未图示)在水平面内自由旋转。在定盘14的上方，沿定盘14的旋转方向配置有4个顶环16。需要说明的是，虽然未图示，但设置有向定盘14上供给浆料的浆料供给机构。
图2中，A、B、C、D表示各顶环16相对于定盘14的位置。各顶环16设置为通过设置于装置主体18的上部的缸体装置20而上下自由移动，从而靠近或远离定盘14的上表面。
定盘14的中心设置有自由旋转的中心辊22，各顶环分别在A、B、C、D各位置与中心辊22接触，从中心辊22传递来旋转力，使各顶环旋转。另外，在定盘14的周边部设置有导辊24a、24b、24c、24d，它们分别与位于A、B、C、D各位置的顶环16的外周面接触。各顶环16构成为：一边保持在中心辊22和导辊24之间一边在A、B、C、D各位置进行自转。需要说明的是，由于定盘14旋转，基于来自定盘14的接触摩擦的旋转力也传递至各顶环16。
各导辊24a、24b、24c、24d设置于臂(未图示)的前端部，该臂以位于定盘14的外部的旋转轴为中心进行转动，通过臂的转动，各导辊24可在整个定盘14外的位置和定盘14的周边部上的位置之间移动。
图3是顶环16的截面图。
顶环16构成为：将载盘32按压至定盘14上，该载盘32的下表面适宜地用蜡粘贴有应研磨的硅晶片等工件30，并将工件30的被研磨面(下表面)按压至定盘14的研磨垫上。载盘32适宜地粘贴有2片以上(例如5片～7片)的工件30。
以下对顶环16进行说明。
34是顶环主体，下表面侧形成有凹部35，在下表面侧外周部具有环状部36。该环状部36的外周面与中心辊22接触，从而传递旋转力。在形成于环状部36的下表面的凹部之内，嵌入有密封圈37，环状部36隔着密封圈37按压载盘32的周边部。
顶环主体34的顶板中央部形成有贯通孔41，该贯通孔41具有壁面朝向下方扩展的锥形面40。
43是中空的上下动轴。
上下动轴43的下端的凸缘部上设置有离合器环45，该离合器环45可以介由轴承44以上下动轴43为中心进行旋转。离合器环45的外周面形成为朝向上方扩展的锥形面46。上下动轴43通过上述缸体装置20而上下移动。通过上下动轴43的上下移动，锥形面40和锥形面46抵接或者脱离。通过上下动轴43的上下移动，顶环16整体上下移动。
顶环主体34的凹部35之内配置有加压盘50。
在加压盘50的上表面固定有活塞51。
在顶环主体34固定有支撑盘52，以堵塞其顶板的贯通孔41的下侧，并在该支撑盘52形成有缸体室53。活塞51设置为可以在缸体室53内上下移动。活塞51通过固定于支撑盘52的凸缘54而防止向下方脱落。需要说明的是，在活塞51外壁和缸体室53内壁形成有相互卡合且沿轴向延伸的槽和凸条(未图示)。因此，加压盘50可以介由缸体装置相对于顶环主体34上下移动，并且可以和顶环主体34一起以上下动轴43为中心进行旋转。
需要说明的是，即使在通过上下动轴43而将顶环16整体向上方提升的状态下，顶环主体34和加压盘50也可以介由离合器环45相对于上下动轴43旋转。由此，如后所述，也容易对加压盘50下表面重新粘贴树脂垫64。
通过流路55、软管56、流路57、接头等从未图示的压力源向缸体室53内供给压缩空气，由此加压盘50被加压，从而可以对载盘32进行按压。由活塞51、缸体室53、压力源、流路55、流路57、软管56等构成按压机构。
需要说明的是，如图3明确所示，加压盘50形成为如下尺寸：除了被顶环主体34的环状部36所按压的载盘32的周边部，对载盘32的上表面的大致整面进行按压。另外，上述按压机构中的活塞51形成为对加压盘50的上表面中央部进行局部按压的活塞。
顶环主体34上层积载置有2片以上的重物60，通过增减重物60的片数，可以调整对载盘32的负荷。
62是罩，其覆盖重物60，防止浆料附着至重物60。
在加压盘50的下表面粘贴有由具有弹性的树脂构成的树脂垫64。
树脂垫64使用具有弹性的聚氨酯树脂制造的树脂垫。
树脂垫64优选厚度为1～4mm、压缩率为1～8％。需要说明的是，压缩率是依据(日本工业标准)JIS L-1096的方法而测定的。
关于压缩率k，压力增加ΔP时，且其体积V减少ΔV时，定义为k＝-(ΔV/V)/ΔP。
需要说明的是，弹性树脂垫64不限于聚氨酯树脂制。
图4A、图4B是粘贴至顶环16之前的树脂垫体65的说明图。图4A是从其剥离纸一侧观察的俯视图，图4B是主视图。
关于树脂垫体65，在上述具有弹性的聚氨酯制的树脂垫64的粘贴于顶环16(加压盘50)下表面一侧的面上，形成有接合剂层66，在该接合剂层66上以可剥离的方式粘贴有剥离纸67。
接合剂层66和剥离纸67是所谓的双面胶带，在本实施方式中，使用美国3M公司制造的双面胶带442J。
如图4A所示，优选在剥离纸67设置将剥离纸67分割为2个以上的区域(图示的例中是分成两部分)的折线68。通过设置折线68，能够在将树脂垫64粘贴于加压盘50d下表面时，一边通过折线68依次剥离一侧的剥离纸，一边通过露出的一侧的接合剂层66将一侧的树脂垫64粘贴于加压盘50的下表面，接下来，一边依次剥离另一侧的剥离纸67，一边通过露出的另一侧的接合剂层66将另一侧的树脂垫64粘贴于加压盘50的下表面，粘贴作业容易进行。树脂垫64粘贴至加压盘50的下表面整面。
需要说明的是，优选的是，使用埋设了大量的针的辊(未图示)在剥离纸67设置大量的用于放气的小孔(未图示)。由此，粘贴树脂垫64时，可以在防止树脂垫64和顶环16的下表面之间卷入空气的同时粘贴树脂垫64。
需要说明的是，如图4A所示，在树脂垫体65的中央部分设置有6个孔，其是将加压盘50固定至活塞51时所使用的用于穿插固定螺栓的孔。该6个孔并不是必须设置的。
按照如下方式使用工件研磨装置10对工件30进行研磨。
首先，使用蜡、并用常规方法将2片以上的工件30粘贴至载盘32的下表面。
接下来，将粘贴有该工件30的载盘32搬入定盘14上。该载盘32的搬入例如如下进行。
图2中，转动未图示的臂，将对应于载盘32搬入的最内侧的位置D的导辊24d移动，以使其位于定盘14的周边部上。使其它导辊24a、24b、24c位于定盘14外。
接下来，使定盘14向图2的箭头方向旋转，并且作业者例如从A位置向定盘14上投入载盘32。如此，载盘32随着定盘14的旋转而移动，搬入到与导辊24d抵接的位置、即D位置。
同样地，使与接下来的搬入位置C对应的导辊24c在定盘14的周边部上转动，作业者从A位置向定盘14上投入载盘32。载盘32随着定盘14的旋转而移动，搬入到与导辊24c抵接的位置、即C位置。
同样地，将载盘32搬入至B位置、最后搬入至A位置，可以将所有的载盘32配置到定盘14上的规定位置A～D。
接下来，利用缸体装置20使4个顶环16下降，并通过自重使其抵接在处于对应位置的载盘32上。环状部36隔着密封圈37按压载盘32的周边部。另外，可以通过用按压机构对缸体室53进行加压，从而按压加压盘50，对载盘32上表面进行按压。
从未图示的浆料供给部，将含有研磨材料的浆料供给至定盘14上。
通过旋转驱动中心辊22，各顶环16被导辊24所引导，分别在A位置、B位置、C位置、D位置自转。另外，载盘32也被顶环16按压而在A位置、B位置、C位置、D位置自转。由此，粘贴于载盘32下表面的工件30的下表面侧被研磨。
使用上述树脂垫作为树脂垫64的本实施方式的工件研磨装置(实施例)10、和顶环16粘贴有以往的橡胶制垫的工件研磨装置(比较例：未图示。除橡胶制垫以外，和本实施方式中的研磨装置相同)，对工件30进行研磨，以下对其结果进行说明。
本实施方式中的(实施例)树脂垫64为具有弹性的聚氨酯树脂制，所使用的树脂垫64的厚度为2mm，压缩率为4％，双面胶带采用3M公司制造的442J。需要说明的是，所使用的树脂垫64预先按照在X-Y方向(纵横方向)交叉的方式对表面和背面进行抛光以调整表面状态。
另一方面，作为比较例中的橡胶制垫，使用了下述厚度约2mm(包含小突起)的橡胶制垫(图5)，其为市售的柱垫(商品名)，在下表面以矩阵状配置有大量的金字塔状的小突起。
在该橡胶制垫的背面侧，刷涂用稀释剂将橡胶专用的液态固化性接合剂(3M公司制造的EC1368ET)溶解得到的接合剂，使之干燥后，使用与实施例中所使用的相同的双面胶带(3M公司制造的442J)粘贴至顶环16的加压盘50的下表面。另外，对橡胶制垫进行加工以使小突起的高度一定。
图6是示出4个顶环16(TP1、TP2、TP3、TP4)中的比较例(柱垫)和实施例(聚氨酯垫)的压力分布的照片。即，利用顶环16的自重和按压机构向加压盘50加载0KPa、100KPa、200KPa的负荷时的对载盘32侧的压力分布。白色处表示压力高的状态。
由图6可知，比较例、实施例中，都从环状部36对载盘32的周边部均匀地施加了压力。
但是，对于载盘32的中央侧部位(来自加压盘50的负荷)而言，可知：比较例(柱垫)中，负荷偏向中心部(并且周方向不均匀：呈椭圆状分布)；实施例的情况下，对载盘32的负荷是从中央部朝向周边部以同心状均匀地扩展的压力分布。
如上所述，本实施例的情况下，对载盘32的负荷是从中央部朝向周边部以同心状均匀地扩展的压力分布，这是通过如下方式达到的：将压盘50形成为除了被顶环主体34的环状部所36按压的载盘32的周边部对载盘32的上表面的大致整面进行按压的尺寸，另外将上述按压机构中的活塞51形成为对加压盘50的上表面中央部进行局部按压的活塞51。
即，利用活塞51按压加压盘50的中央部，对该中央部的按压力依次传播至加压盘50的周边部，因此对载盘32的负荷为从中央部朝向周边部以同心状均匀地扩展的压力分布。通过这样的中央按压机构，环状部36对载盘32的周边部的按压力和加压盘50对载盘32的从中央部朝向周边部的按压力得以平衡，可以获得理想的对工件30的按压。
利用GBIR(Global back ideal range，全局平整度)和SFQR(Site front leastsquares range，局部平整度)对使用实施例和比较例的工件研磨装置对工件30进行研磨时的研磨后的工件30的平坦度进行评价，表1是示出评价数值的表。工件30的总数为60片。需要说明的是，为了容易进行比较，示出的是设定柱垫(比较例)中的GBIR和SFQR的平均值(AVE)为1.00的换算值。数值越小，平坦度越高。
[表1]
μm
图7、图8是将表1曲线图化得到的图。
由表1、图7、图8可知，相较于使用橡胶制垫的情况，使用聚氨酯树脂制的树脂垫64的实施例中，GBIR和SFQR均为较小的数值(分别小了27％、14％左右)，可知工件30被研磨为高平坦度。
图9是示出研磨后的比较例中的工件30的表面图像和表面的高度分布的图，图10是示出研磨后的实施例中的工件30的表面图像和表面的高度分布的图。相较于比较例的工件，实施例的工件30明显平坦度更高。
弹性树脂垫64不限于如上所述的聚氨酯树脂制的垫。
另外，上述实施方式中，顶环16的旋转是传递中心辊22的旋转的方式，但例如日本特开2014-647号公报所示的那样，还可以是利用马达的驱动力直接旋转的方式的顶环。
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