工件研磨裝置制造方法
【專利摘要】一種工件研磨裝置包括：具有頂面的研磨板，研磨布貼附于該頂面，并且研磨板能夠在水平面轉動；設置于研磨板上方并且能夠上下移動和在水平面轉動的頂環，頂環能夠對位于研磨板和頂環之間的承載板施壓，承載板將工件保持在底面，以將工件壓在研磨板上；以及設置于頂環的止動件，止動件在研磨位置止擋并保持載置在研磨板上并且通過轉動研磨板而移動到頂環的下側的承載板。
【專利說明】工件研磨裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于研磨諸如晶圓等的一個或多個工件的工件研磨裝置。
【背景技術】
[0002]已提供了用于研磨諸如硅晶圓、藍寶石晶圓等工件的多種研磨裝置。
[0003]例如，日本特開平7-130687號公報中公開了一種研磨裝置。該公開的研磨裝置包括:具有頂面的研磨板，研磨布貼附于該頂面；用于在水平面旋轉研磨板的驅動部分；設置在研磨板上方并且能夠上下移動和在水平面轉動的頂環(top ring),該頂環能夠對承載板施壓，承載板位于研磨板和頂環之間并且將工件保持在底面上，以將工件壓到研磨板上；以及研磨液供給部分。在從研磨液供給部分供給研磨液的情況下，研磨板和頂環沿規定的方向旋轉，用以研磨一個或多個工件。
[0004]此外，所述的日本特開平7-130687號公報公開了一種研磨裝置，其包括:多個設置于研磨板上方并沿研磨板的轉動方向配置的頂環；設置于研磨板的中心的中心輥；以及多個圍繞研磨板設置的導引輥，各導引輥能夠在研磨板上的位置和位于研磨板外側的另一位置之間移動。
[0005]將說明將承載板裝載到研磨盤上規定的位置的方法。
[0006]首先，將與離承載板投放部位(carrier plate setting position)最遠的頂環對應的導引輥移動到研磨板上的位置，其中承載板從承載板投放部位被放置到研磨板上，然后將承載板從承載板投放部位放置到研磨板上，以傳輸承載板。通過轉動研磨板來傳輸承載板。當承載板的外邊緣接觸中心輥和相應的導引輥時，承載板被止擋并保持在相應的頂環下方的接觸位置。
[0007]接著，同樣將與鄰近最遠頂環的頂環相對應的導引輥移動到研磨板上的位置。然后，傳輸承載板，直到承載板接觸中心輥和相應的導引輥為止，承載板被止擋并保持在相應的頂環下方的接觸位置。此外，分別將承載板傳輸到相應的頂環下方的位置。然后，向下移動頂環以將由承載板保持的工件壓在研磨布上。通過在供給研磨液的情況下轉動研磨板和頂環，能夠研磨工件。
[0008]在上述研磨裝置中，能夠自動將已貼附有工件的承載板傳輸到研磨板上的位置，各承載板順次地位于相應的頂環的下方。
[0009]然而，在上述傳統的研磨裝置中，必須設置能夠在研磨板上的位置和位于研磨板外側的另一位置之間移動的多個導引輥，所以研磨裝置的尺寸必然大并且裝置的結構必然復雜。
【發明內容】
[0010]因此，本發明的目標是提供一種能夠解決傳統研磨裝置的上述問題的工件研磨裝置。即，能夠減小本發明的工件研磨裝置的尺寸，并且能夠簡化裝置的結構。
[0011]為了實現該目標，本發明的工件研磨裝置具有下列結構。[0012]gp，本發明的工件研磨裝置包括:
[0013]研磨板，所述研磨板具有頂面，研磨布貼附于所述頂面，并且所述研磨板能夠在水平面轉動；
[0014]頂環，所述頂環設置于所述研磨板的上方并且能夠上下移動和在水平面轉動，所述頂環能夠對位于所述研磨板和所述頂環之間的承載板施壓，所述承載板將工件保持在底面，以將所述工件壓到所述研磨板上；以及
[0015]止動件，所述止動件設置于所述頂環，所述止動件在研磨位置止擋并保持載置在所述研磨板上并且通過轉動所述研磨板而移動到所述頂環的下側的所述承載板。
[0016]優選地，所述止動件為環形并且從所述頂環的下邊緣向下突出，
[0017]所述止動件具有進入部和保持部，其中，所述承載板從所述進入部移動到所述頂環的下側，所述保持部位于所述進入部的相反側并且止擋和保持所述承載板，
[0018]所述進入部的突出長度小于所述保持部的突出長度，以及
[0019]所述承載板經由所述進入部的底面和所述研磨板之間的間隙移動到所述頂環的下側，并且在所述頂環向下移動直到達到從所述研磨板起的規定高度時通過所述保持部止擋和保持所述承載板。
[0020]優選地，所述進入部和所述保持部之間的臺階形壁面形成為以如下方式傾斜的傾斜面:越向所述止動件的外邊緣去，所述傾斜面越向與所述承載板的旋轉方向相反的方向去。
[0021]優選地，所述頂環向下移動，并且在研磨所述工件的過程中，移入環形的所述止動件的所述承載板被保持在所述止動件中。
[0022]優選地，所述頂環包括:
[0023]上部板；以及
[0024]下部板，所述下部板具有所述止動件，通過球狀支撐構件相對于所述上部板能擺動地支撐所述下部板，通過彈簧對所述下部板向上施力并且相對于所述研磨板水平地支撐所述下部板。
[0025]優選地，所述止動件能拆卸地安裝于所述頂環的底面。
[0026]優選地，所述止動件由塑料制成。
[0027]優選地，所述工件研磨裝置進一步包括:
[0028]抽吸機構，所述抽吸機構用于從形成在所述頂環的底面和所述承載板的頂面之間的空間抽吸空氣；以及
[0029]傳感器單元，所述傳感器單元用于檢測如下情況:通過抽吸空氣的所述抽吸機構使所述空間的氣壓低于規定值以及所述承載板被保持在所述頂環的底面。
[0030]優選地，多個所述頂環設置于所述研磨板的上方并且沿所述研磨板的轉動方向配置，以及
[0031]按從沿所述研磨板的轉動方向離承載板投放部位最遠的所述頂環到離所述承載板投放部位最近的所述頂環的順序，將所述承載板移動到所述頂環的下側，其中，所述承載板從所述承載板投放部位放置到所述研磨板上。
[0032]在本發明中，工件研磨裝置具有下列效果。
[0033]S卩，在頂環自身設置止動件，該止動件用于止擋通過轉動研磨板而移動的承載板的運動并且將承載板保持在研磨位置。因此，不同于傳統的研磨裝置，能夠省略分別與頂環相對應的導引輥，能夠減小研磨裝置的尺寸，能夠簡化研磨裝置的結構，并且能夠減少研磨裝置的生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]現在，將借助于示例并參考附圖描述本發明的實施方式，其中:
[0035]圖1是本發明的實施方式的研磨裝置的主視圖；
[0036]圖2是示出研磨板上的頂環的位置的平面圖；
[0037]圖3是頂環的上下驅動機構和旋轉驅動機構的主視圖；
[0038]圖4是頂環的上下驅動機構和旋轉驅動機構的平面圖；
[0039]圖5是頂環的剖視圖；
[0040]圖6是頂環的平面圖；以及
[0041 ]圖7是放置承載板的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0042]現在，將參考附圖詳細地描述本發明的優選實施方式。
[0043]圖1是研磨裝置10的主視圖；圖2是示出研磨板上的頂環的位置的平面圖；圖3是頂環的上下驅動機構和旋轉驅動機構的主視圖；圖4是頂環的上下驅動機構和旋轉驅動機構的平面圖；圖5是頂環的剖視圖；圖6是頂環的平面圖。需要注意的是，為了更好地理解，用實線表示出一些看不見的結構元件。
[0044]工件研磨裝置10包括具有頂面的研磨板14,研磨布貼附于該頂面。研磨板14通過公知的驅動單元(未示出)在水平面轉動。四個頂環16設置在研磨板14上方并且沿研磨板14的轉動方向配置。需要注意的是，工件研磨裝置10包括用于向研磨板14供給研磨液的研磨液供給單元(未示出)。
[0045]在圖2中，符號A、B、C和D表示頂環16相對于研磨板14的位置。通過設置在主體部分18的上部的缸單元(cylinder unit)20使各頂環16上下移動，因此，能夠使各頂環16向研磨板14的頂面移動和遠離研磨板14的頂面移動。此外，各頂環16能夠在水平面上轉動。
[0046]如圖3和圖5所示，旋轉軸22從各頂環16的上端向上延伸。旋轉軸22貫通主體部分18的板構件23。旋轉軸22可轉動地保持在能夠上下移動的筒狀構件24中。筒狀構件24的上端固定在架25上。架25通過缸單元20上下移動，使得頂環16能夠與架25 —起上下移動。導桿26導引各架25的上下運動。
[0047]通過各驅動馬達28使相應的頂環16在水平面轉動。各驅動馬達28設置在相應的架25上。同步帶(未示出)接合在各驅動馬達28的帶輪29和相應的旋轉軸22的帶輪30之間。面向旋轉軸22的帶輪30的光傳感器32設置在各架25上，用于檢測帶輪30的對象構件(未示出)。通過檢測對象構件，能夠檢測到各旋轉軸22或各頂環16的旋轉位置。需要注意的是，頂環16具有相同的結構，但是為了容易地理解該結構，圖3所示的兩個頂環16是從不同的角度看到的。
[0048]接著，將參考圖5和圖6說明各頂環16的詳細結構。[0049]頂環16具有上部板34和下部板35。上部板34連接到旋轉軸22。旋轉軸22具有管狀形狀并且通過軸承36可轉動地保持在筒狀構件24中。
[0050]球狀凹部38形成于上部板34的底面的中央部。另一方面，通過螺釘41將與球狀凹部38相接合的球狀支承構件40固定在下部板35的頂面的中央部。
[0051]四個通孔43形成于上部板34中并且在周向上等間隔地配置，其中，頭銷(headpin) 42穿過對應的通孔43連接到下部板35的頂面。各通孔43的上部為大直徑部分；各通孔43的下部為小直徑部分。在各通孔43中，在頭銷42的頭部和大直徑部分的內底面之間設置壓縮卷簧44。利用這種結構，通過壓縮卷簧44的彈簧力對下部板35施加向上的力，使得球狀支承構件40的球面被壓到球狀凹部38的內球面。由于在周向上等間隔地配置四個卷簧44，能夠從壓縮卷簧44向下部板35施加均等的壓力。因此，下部板35能夠與上部板34保持平行。各導銷46設置在相鄰的頭銷42之間并且各導銷46連接到下部板35的頂面。各導銷46嵌合到形成在上部板34中的相應的孔47，以導引下部板35的運動。
[0052]止動件50是本發明的特征元件。
[0053]止動件50由塑料制成并且形成為環狀形狀。止動件50能夠安裝到下部板35的外周面并且能夠從下部板35的外周面拆卸。通過螺釘51將止動件50固定到下部板35。需要注意的是，止動件50可以例如由金屬制成。此外，下部板35和止動件50可以結合為一體。
[0054]環形止動件50的下部從下部板35的底面向下突出規定長度。
[0055]止動件50從下部板35的底面不均等地突出。止動件50具有進入部50a和保持部50b。進入部50a的突出長度小于保持部50b的突出長度。在本實施方式中，承載板52載置到研磨板14的規定位置，然后通過轉動研磨板14傳輸承載板52，使得承載板52能夠被移動到相應的頂環16的下側，其中，頂環16在規定的下降位置等待。因此，能夠將承載板52保持在該處。為了保持承載板52，允許通過轉動研磨板14而傳輸的承載板52從進入部50a進入頂環16的下側，所以進入部50a具有小的突出長度。另一方面，位于進入部50a的相反側的保持部50b止擋并且保持承載板52，所以保持部50b具有較大的突出長度。利用這種結構，承載板52的前端接觸保持部50b，所以通過保持部50b止擋并且保持承載板52的運動。即，承載板52被保持在環形止動件50中。
[0056]在止動件50中，從下部板35的底面起的突出長度小的進入部50a的優選形成范圍大于環形止動件50的全周的一半，例如，全周的2/3，以使承載板52容易地進入下部板35的下側。
[0057]另一方面，從下部板35的底面起的突出長度較大的保持部50b的優選形成范圍為環形止動件50的全周的至少1/3，以通過保持部50b的內周面保持承載板52。
[0058]優選地，進入部50a和保持部50b之間的臺階形壁50c的壁面形成為傾斜面，該傾斜面形成為使得:越向止動件50的外邊緣去，越向與承載板52的旋轉方向X相反的方向去。通過形成該傾斜面，能夠通過臺階形壁50c的端部來分配供給到研磨板14的研磨液而不使研磨液在臺階形壁50c停滯，以使研磨液能夠平順地流動。
[0059]需要注意的是,止動件50不必須形成為環形。只要形成保持部50b,止動件50的形狀不受限制。
[0060]當承載板52被傳輸或移動到相應的頂環16的下側時，將相應的頂環16向下移動，直到在止動件50的進入部50a的底面和研磨板14的頂面之間形成承載板52能夠進入的間隙為止。不限制間隙的寬度。例如，間隙的寬度可以比承載板52的厚度大幾毫米。
[0061]為了允許承載板52經由間隙移動到相應的頂環16的下側，水平地保持頂環16的下部板35以使間隙均等很重要。在本實施方式中，通過球狀支撐構件40和壓縮卷簧44支撐下部板35，使得能夠水平地保持下部板35并且能夠使間隙均等。因此，能夠避免諸如承載板52與進入部50a相碰撞的麻煩。
[0062]在將承載板52傳輸到頂環16的下側后，進一步向下移動頂環16以研磨工件。通過頂環16的底面對承載板52的頂面施加壓力，將承載板52壓到研磨板14的研磨布上。在該操作中，承載板52移動到環形止動件50中并且通過止動件50圍繞承載板52的周邊部，使得能夠將承載板52保持在止動件50內而不從止動件50內退出。此外，由于設計了保持部50b的突出長度，使得保持部50b未到達研磨布，保持部50b不妨礙研磨操作。
[0063]需要注意的是，在圖5中，吸氣管54通過設置在管狀旋轉軸22中的軟管(未示出)與真空單元(未示出)連通。因此，在承載板52的頂面和下部板35的底面之間的空間的空氣能夠被抽吸。密封環56設置在下部板35的底面上。此外，設置用于測量該空間的氣壓的壓力傳感器(未示出)。
[0064]蓋58蓋在上部板34的表面以防止研磨液侵入。
[0065]需要注意的是，通過控制單元(未示出)控制研磨板14、缸單元20、驅動馬達28等的動作。
[0066]接下來，將參考圖7的流程圖說明用于將承載板52傳輸到頂環16的下側的一系列動作。
[0067]首先，打開工件研磨裝置10的啟動開關(步驟SI)。
[0068]然后，從四個頂環16中選擇將承載板52首先傳輸給的第一頂環16(步驟S2)。第一頂環16位于離承載板投放部位最遠的位置，其中，從承載板投放部位將承載板52放到研磨板14上。在本實施方式中，承載板投放部位位于位置D和位置A之間的研磨板14上。研磨板14沿逆時針方向轉動，因此將位于位置D的頂環16選為第一頂環16。
[0069]接下來，驅動缸單元20以向下移動頂環16，直到進入部50a和研磨板14的頂面之間的間隙的寬度到達一適當的值為止。然后，驅動驅動馬達28以轉動頂環16，并且通過光傳感器32檢測頂環16的旋轉位置(步驟S3)。
[0070]進一步地，將頂環16停止在規定的位置(接收位置)，在該位置，進入部50a將恰當地面向將通過研磨板14的轉動而傳輸的承載板52，并且將在該位置接收承載板52 (步驟S4)。
[0071]接下來，將承載板52放置在位于位置D和位置A之間的研磨板14的承載板投放部位(步驟S5)。
[0072]然后，轉動研磨板14 (步驟S6)。
[0073]使研磨板14轉動，通過研磨板14的轉動而傳輸承載板52，并且將承載板52經由在止動件50的進入部50a和研磨板14之間的間隙移動到位于位置D的頂環16的下側。此外，承載板52接觸位于進入部50a的相反側的保持部50b并且由保持部50b保持承載板52。因此，承載板52被止擋并且保持在該處，并且進一步轉動研磨板14而不傳輸承載板52。當操作者在視覺上確認該狀態時，停止研磨板14的轉動(步驟S7)。[0074]接下來，向下移動頂環16 (步驟S8)，并且在設置在頂環16的底面的密封環56接觸承載板52的頂面時停止頂環16的向下運動(步驟S9)。
[0075]在這個狀態，啟動真空單元(未示出)，以通過吸氣管54從頂環16的底面和承載板52的頂面之間的空間抽吸空氣。在該操作中，通過壓力傳感器測量該空間的氣壓以檢查氣壓是否低于規定值(步驟S10)。在測量到的氣壓低于規定值的情況下，控制單元確定將承載板52傳輸到頂環16的下側，并且確認下一個頂環16的是否存在(步驟S11)。在存在下一個頂環16的情況下，控制單元再次執行步驟S2。
[0076]需要注意的是，在步驟SlO中氣壓沒有減小到低于規定值的時候，控制單元確定承載板52未被正確地傳輸并通過諸如蜂鳴器報警。在這種情況下，操作者手動向上移動頂環16并且將承載板52手動移動到相應的頂環16的跟前位置，然后再次執行步驟S6至步驟SlO以正確地傳輸承載板52。
[0077]在通過上述方法將所有承載板52傳輸到相應的頂環16的下側后，旋轉研磨板14并且通過缸單元20施加規定的壓力將承載板52壓到研磨板14上。此外，供給研磨液。執行規定時間的研磨操作以研磨工件。
[0078]在完成研磨操作之后，向上移動頂環16，并且從研磨板14中取出承載板52。
[0079]需要注意的是，能夠通過控制單元自動執行上述一系列動作并且可以手動執行一些動作。
[0080]此處給出的所有示例和條件性語言意在用于教示目的，以幫助讀者理解由
【發明者】為改進技術所貢獻的本發明和概念，并且本發明和概念可被理解為不限于這些具體描述的示例和條件，在本說明書中的這些示例的組織也不涉及示出本發明的優勢和劣勢。雖然已詳細描述了本發明的實施方式，應當理解的是，能夠做出不脫離本發明的主旨和范圍的各種改變、置換和替換。
【權利要求】
1.一種工件研磨裝置，其包括: 研磨板，所述研磨板具有頂面，研磨布貼附于所述頂面，并且所述研磨板能夠在水平面轉動； 頂環，所述頂環設置于所述研磨板的上方并且能夠上下移動和在水平面轉動，所述頂環能夠對位于所述研磨板和所述頂環之間的承載板施壓，所述承載板將工件保持在底面，以將所述工件壓到所述研磨板上；以及 止動件，所述止動件設置于所述頂環，所述止動件在研磨位置止擋并保持載置在所述研磨板上并且通過轉動所述研磨板而移動到所述頂環的下側的所述承載板。
2.根據權利要求1所述的工件研磨裝置，其特征在于， 所述止動件為環形并且從所述頂環的下邊緣向下突出， 所述止動件具有進入部和保持部，其中，所述承載板從所述進入部移動到所述頂環的下側，所述保持部位于所述進入部的相反側并且止擋和保持所述承載板， 所述進入部的突出長度小于所述保持部的突出長度，以及 所述承載板經由所述進入部的底面和所述研磨板之間的間隙移動到所述頂環的下側，并且在所述頂環向下移動直到達到從所述研磨板起的規定高度時通過所述保持部止擋和保持所述承載板。
3.根據權利要求2所述的工件研磨裝置，其特征在于， 所述進入部和所述保持部之間的臺階形壁面形成為以如下方式傾斜的傾斜面:越向所述止動件的外邊緣去，所述傾斜面越向與所述承載板的旋轉方向相反的方向去。
4.根據權利要求2或`3所述的工件研磨裝置，其特征在于， 所述頂環向下移動，并且在研磨所述工件的過程中，移入環形的所述止動件的所述承載板被保持在所述止動件中。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的工件研磨裝置，其特征在于， 所述頂環包括: 上部板；以及 下部板，所述下部板具有所述止動件，通過球狀支撐構件相對于所述上部板能擺動地支撐所述下部板，通過彈簧對所述下部板向上施力并且相對于所述研磨板水平地支撐所述下部板。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的工件研磨裝置，其特征在于， 所述止動件能拆卸地安裝于所述頂環的底面。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的工件研磨裝置，其特征在于， 所述止動件由塑料制成。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的工件研磨裝置，其特征在于，進一步包括: 抽吸機構，所述抽吸機構用于從形成在所述頂環的底面和所述承載板的頂面之間的空間抽吸空氣；以及 傳感器單元，所述傳感器單元用于檢測如下情況:通過抽吸空氣的所述抽吸機構使所述空間的氣壓低于規定值以及所述承載板被保持在所述頂環的底面。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的工件研磨裝置，其特征在于， 多個所述頂環設置于所述研磨板的上方并且沿所述研磨板的轉動方向配置，以及按從沿所述研磨板的轉動方向離承載板投放部位最遠的所述頂環到離所述承載板投放部位最近的所述頂環的順序，將所述承載板移動到所述頂環的下側，其中，所述承載板從所述承載板投放部位放置到所述研磨板上。
【文檔編號】H01L21/304GK103506935SQ201310239057
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月17日 優先權日:2012年6月20日
【發明者】兩角洋一, 小山晴道, 粕尾學, 和田昌樹 申請人:不二越機械工業株式會社