> Поверх этого кода есть ещё прослойка в виде php_fpm. Возможно что он
> смотрит на метод.

Да, php_fpm не отдает тело ответа, если REQUEST_METHOD = HEAD.

Эти нюансы могут стать проблемой, для РНР скриптов которые работали под Апачем, Nginx проксировал HTTP запросы к Апачу и кешировал, если эти РНР скрипты перенести в php_fpm, то вылезут нюансы, которых нужно учитывать.