CN103506935B - 工件研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种工件研磨装置包括：具有顶面的研磨板，研磨布贴附于该顶面，并且研磨板能够在水平面转动；设置于研磨板上方并且能够上下移动和在水平面转动的顶环，顶环能够对位于研磨板和顶环之间的承载板施压，承载板将工件保持在底面，以将工件压在研磨板上；以及设置于顶环的止动件，止动件在研磨位置止挡并保持载置在研磨板上并且通过转动研磨板而移动到顶环的下侧的承载板。

Description

工件研磨装置

技术领域

本发明涉及一种用于研磨诸如晶圆等的一个或多个工件的工件研磨装置。

背景技术

已提供了用于研磨诸如硅晶圆、蓝宝石晶圆等工件的多种研磨装置。

例如，日本特开平7-130687号公报中公开了一种研磨装置。该公开的研磨装置包括：具有顶面的研磨板，研磨布贴附于该顶面；用于在水平面旋转研磨板的驱动部分；设置在研磨板上方并且能够上下移动和在水平面转动的顶环（top ring），该顶环能够对承载板施压，承载板位于研磨板和顶环之间并且将工件保持在底面上，以将工件压到研磨板上；以及研磨液供给部分。在从研磨液供给部分供给研磨液的情况下，研磨板和顶环沿规定的方向旋转，用以研磨一个或多个工件。

此外，所述的日本特开平7-130687号公报公开了一种研磨装置，其包括：多个设置于研磨板上方并沿研磨板的转动方向配置的顶环；设置于研磨板的中心的中心辊；以及多个围绕研磨板设置的导引辊，各导引辊能够在研磨板上的位置和位于研磨板外侧的另一位置之间移动。

将说明将承载板装载到研磨盘上规定的位置的方法。

首先，将与离承载板投放部位（carrier plate setting position）最远的顶环对应的导引辊移动到研磨板上的位置，其中承载板从承载板投放部位被放置到研磨板上，然后将承载板从承载板投放部位放置到研磨板上，以传输承载板。通过转动研磨板来传输承载板。当承载板的外边缘接触中心辊和相应的导引辊时，承载板被止挡并保持在相应的顶环下方的接触位置。

接着，同样将与邻近最远顶环的顶环相对应的导引辊移动到研磨板上的位置。然后，传输承载板，直到承载板接触中心辊和相应的导引辊为止，承载板被止挡并保持在相应的顶环下方的接触位置。此外，分别将承载板传输到相应的顶环下方的位置。然后，向下移动顶环以将由承载板保持的工件压在研磨布上。通过在供给研磨液的情况下转动研磨板和顶环，能够研磨工件。

在上述研磨装置中，能够自动将已贴附有工件的承载板传输到研磨板上的位置，各承载板顺次地位于相应的顶环的下方。

然而，在上述传统的研磨装置中，必须设置能够在研磨板上的位置和位于研磨板外侧的另一位置之间移动的多个导引辊，所以研磨装置的尺寸必然大并且装置的结构必然复杂。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种能够解决传统研磨装置的上述问题的工件研磨装置。即，能够减小本发明的工件研磨装置的尺寸，并且能够简化装置的结构。

为了实现该目标，本发明的工件研磨装置具有下列结构。

即，本发明的工件研磨装置包括：

研磨板，所述研磨板具有顶面，研磨布贴附于所述顶面，并且所述研磨板能够在水平面转动；

顶环，所述顶环设置于所述研磨板的上方并且能够上下移动和在水平面转动，所述顶环能够对位于所述研磨板和所述顶环之间的承载板施压，所述承载板将工件保持在底面，以将所述工件压到所述研磨板上；以及

止动件，所述止动件设置于所述顶环，所述止动件在研磨位置止挡并保持载置在所述研磨板上并且通过转动所述研磨板而移动到所述顶环的下侧的所述承载板。

优选地，所述止动件为环形并且从所述顶环的下边缘向下突出，

所述止动件具有进入部和保持部，其中，所述承载板从所述进入部移动到所述顶环的下侧，所述保持部位于所述进入部的相反侧并且止挡和保持所述承载板，

所述进入部的突出长度小于所述保持部的突出长度，以及

所述承载板经由所述进入部的底面和所述研磨板之间的间隙移动到所述顶环的下侧，并且在所述顶环向下移动直到达到从所述研磨板起的规定高度时通过所述保持部止挡和保持所述承载板。

优选地，所述进入部和所述保持部之间的台阶形壁面形成为以如下方式倾斜的倾斜面：越向所述止动件的外边缘去，所述倾斜面越向与所述承载板的旋转方向相反的方向去。

优选地，所述顶环向下移动，并且在研磨所述工件的过程中，移入环形的所述止动件的所述承载板被保持在所述止动件中。

优选地，所述顶环包括：

上部板；以及

下部板，所述下部板具有所述止动件，通过球状支撑构件相对于所述上部板能摆动地支撑所述下部板，通过弹簧对所述下部板向上施力并且相对于所述研磨板水平地支撑所述下部板。

优选地，所述止动件能拆卸地安装于所述顶环的底面。

优选地，所述止动件由塑料制成。

优选地，所述工件研磨装置进一步包括：

抽吸机构，所述抽吸机构用于从形成在所述顶环的底面和所述承载板的顶面之间的空间抽吸空气；以及

传感器单元，所述传感器单元用于检测如下情况：通过抽吸空气的所述抽吸机构使所述空间的气压低于规定值以及所述承载板被保持在所述顶环的底面。

优选地，多个所述顶环设置于所述研磨板的上方并且沿所述研磨板的转动方向配置，以及

按从沿所述研磨板的转动方向离承载板投放部位最远的所述顶环到离所述承载板投放部位最近的所述顶环的顺序，将所述承载板移动到所述顶环的下侧，其中，所述承载板从所述承载板投放部位放置到所述研磨板上。

在本发明中，工件研磨装置具有下列效果。

即，在顶环自身设置止动件，该止动件用于止挡通过转动研磨板而移动的承载板的运动并且将承载板保持在研磨位置。因此，不同于传统的研磨装置，能够省略分别与顶环相对应的导引辊，能够减小研磨装置的尺寸，能够简化研磨装置的结构，并且能够减少研磨装置的生产成本。

附图说明

现在，将借助于示例并参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1是本发明的实施方式的研磨装置的主视图；

图2是示出研磨板上的顶环的位置的平面图；

图3是顶环的上下驱动机构和旋转驱动机构的主视图；

图4是顶环的上下驱动机构和旋转驱动机构的平面图；

图5是顶环的剖视图；

图6是顶环的平面图；以及

图7是放置承载板的方法的流程图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施方式。

图1是研磨装置10的主视图；图2是示出研磨板上的顶环的位置的平面图；图3是顶环的上下驱动机构和旋转驱动机构的主视图；图4是顶环的上下驱动机构和旋转驱动机构的平面图；图5是顶环的剖视图；图6是顶环的平面图。需要注意的是，为了更好地理解，用实线表示出一些看不见的结构元件。

工件研磨装置10包括具有顶面的研磨板14，研磨布贴附于该顶面。研磨板14通过公知的驱动单元（未示出）在水平面转动。四个顶环16设置在研磨板14上方并且沿研磨板14的转动方向配置。需要注意的是，工件研磨装置10包括用于向研磨板14供给研磨液的研磨液供给单元（未示出）。

在图2中，符号A、B、C和D表示顶环16相对于研磨板14的位置。通过设置在主体部分18的上部的缸单元（cylinder unit）20使各顶环16上下移动，因此，能够使各顶环16向研磨板14的顶面移动和远离研磨板14的顶面移动。此外，各顶环16能够在水平面上转动。

如图3和图5所示，旋转轴22从各顶环16的上端向上延伸。旋转轴22贯通主体部分18的板构件23。旋转轴22可转动地保持在能够上下移动的筒状构件24中。筒状构件24的上端固定在架25上。架25通过缸单元20上下移动，使得顶环16能够与架25一起上下移动。导杆26导引各架25的上下运动。

通过各驱动马达28使相应的顶环16在水平面转动。各驱动马达28设置在相应的架25上。同步带（未示出）接合在各驱动马达28的带轮29和相应的旋转轴22的带轮30之间。面向旋转轴22的带轮30的光传感器32设置在各架25上，用于检测带轮30的对象构件（未示出）。通过检测对象构件，能够检测到各旋转轴22或各顶环16的旋转位置。需要注意的是，顶环16具有相同的结构，但是为了容易地理解该结构，图3所示的两个顶环16是从不同的角度看到的。

接着，将参考图5和图6说明各顶环16的详细结构。

顶环16具有上部板34和下部板35。上部板34连接到旋转轴22。旋转轴22具有管状形状并且通过轴承36可转动地保持在筒状构件24中。

球状凹部38形成于上部板34的底面的中央部。另一方面，通过螺钉41将与球状凹部38相接合的球状支承构件40固定在下部板35的顶面的中央部。

四个通孔43形成于上部板34中并且在周向上等间隔地配置，其中，头销（headpin）42穿过对应的通孔43连接到下部板35的顶面。各通孔43的上部为大直径部分；各通孔43的下部为小直径部分。在各通孔43中，在头销42的头部和大直径部分的内底面之间设置压缩卷簧44。利用这种结构，通过压缩卷簧44的弹簧力对下部板35施加向上的力，使得球状支承构件40的球面被压到球状凹部38的内球面。由于在周向上等间隔地配置四个卷簧44，能够从压缩卷簧44向下部板35施加均等的压力。因此，下部板35能够与上部板34保持平行。各导销46设置在相邻的头销42之间并且各导销46连接到下部板35的顶面。各导销46嵌合到形成在上部板34中的相应的孔47，以导引下部板35的运动。

止动件50是本发明的特征元件。

止动件50由塑料制成并且形成为环状形状。止动件50能够安装到下部板35的外周面并且能够从下部板35的外周面拆卸。通过螺钉51将止动件50固定到下部板35。需要注意的是，止动件50可以例如由金属制成。此外，下部板35和止动件50可以结合为一体。

环形止动件50的下部从下部板35的底面向下突出规定长度。

止动件50从下部板35的底面不均等地突出。止动件50具有进入部50a和保持部50b。进入部50a的突出长度小于保持部50b的突出长度。在本实施方式中，承载板52载置到研磨板14的规定位置，然后通过转动研磨板14传输承载板52，使得承载板52能够被移动到相应的顶环16的下侧，其中，顶环16在规定的下降位置等待。因此，能够将承载板52保持在该处。为了保持承载板52，允许通过转动研磨板14而传输的承载板52从进入部50a进入顶环16的下侧，所以进入部50a具有小的突出长度。另一方面，位于进入部50a的相反侧的保持部50b止挡并且保持承载板52，所以保持部50b具有较大的突出长度。利用这种结构，承载板52的前端接触保持部50b，所以通过保持部50b止挡并且保持承载板52的运动。即，承载板52被保持在环形止动件50中。

在止动件50中，从下部板35的底面起的突出长度小的进入部50a的优选形成范围大于环形止动件50的全周的一半，例如，全周的2/3，以使承载板52容易地进入下部板35的下侧。

另一方面，从下部板35的底面起的突出长度较大的保持部50b的优选形成范围为环形止动件50的全周的至少1/3，以通过保持部50b的内周面保持承载板52。

优选地，进入部50a和保持部50b之间的台阶形壁50c的壁面形成为倾斜面，该倾斜面形成为使得：越向止动件50的外边缘去，越向与承载板52的旋转方向X相反的方向去。通过形成该倾斜面，能够通过台阶形壁50c的端部来分配供给到研磨板14的研磨液而不使研磨液在台阶形壁50c停滞，以使研磨液能够平顺地流动。

需要注意的是，止动件50不必须形成为环形。只要形成保持部50b，止动件50的形状不受限制。

当承载板52被传输或移动到相应的顶环16的下侧时，将相应的顶环16向下移动，直到在止动件50的进入部50a的底面和研磨板14的顶面之间形成承载板52能够进入的间隙为止。不限制间隙的宽度。例如，间隙的宽度可以比承载板52的厚度大几毫米。

为了允许承载板52经由间隙移动到相应的顶环16的下侧，水平地保持顶环16的下部板35以使间隙均等很重要。在本实施方式中，通过球状支撑构件40和压缩卷簧44支撑下部板35，使得能够水平地保持下部板35并且能够使间隙均等。因此，能够避免诸如承载板52与进入部50a相碰撞的麻烦。

在将承载板52传输到顶环16的下侧后，进一步向下移动顶环16以研磨工件。通过顶环16的底面对承载板52的顶面施加压力，将承载板52压到研磨板14的研磨布上。在该操作中，承载板52移动到环形止动件50中并且通过止动件50围绕承载板52的周边部，使得能够将承载板52保持在止动件50内而不从止动件50内退出。此外，由于设计了保持部50b的突出长度，使得保持部50b未到达研磨布，保持部50b不妨碍研磨操作。

需要注意的是，在图5中，吸气管54通过设置在管状旋转轴22中的软管（未示出）与真空单元（未示出）连通。因此，在承载板52的顶面和下部板35的底面之间的空间的空气能够被抽吸。密封环56设置在下部板35的底面上。此外，设置用于测量该空间的气压的压力传感器（未示出）。

盖58盖在上部板34的表面以防止研磨液侵入。

需要注意的是，通过控制单元（未示出）控制研磨板14、缸单元20、驱动马达28等的动作。

接下来，将参考图7的流程图说明用于将承载板52传输到顶环16的下侧的一系列动作。

首先，打开工件研磨装置10的启动开关（步骤S1）。

然后，从四个顶环16中选择将承载板52首先传输给的第一顶环16（步骤S2）。第一顶环16位于离承载板投放部位最远的位置，其中，从承载板投放部位将承载板52放到研磨板14上。在本实施方式中，承载板投放部位位于位置D和位置A之间的研磨板14上。研磨板14沿逆时针方向转动，因此将位于位置D的顶环16选为第一顶环16。

接下来，驱动缸单元20以向下移动顶环16，直到进入部50a和研磨板14的顶面之间的间隙的宽度到达一适当的值为止。然后，驱动驱动马达28以转动顶环16，并且通过光传感器32检测顶环16的旋转位置（步骤S3）。

进一步地，将顶环16停止在规定的位置（接收位置），在该位置，进入部50a将恰当地面向将通过研磨板14的转动而传输的承载板52，并且将在该位置接收承载板52（步骤S4）。

接下来，将承载板52放置在位于位置D和位置A之间的研磨板14的承载板投放部位（步骤S5）。

然后，转动研磨板14（步骤S6）。

使研磨板14转动，通过研磨板14的转动而传输承载板52，并且将承载板52经由在止动件50的进入部50a和研磨板14之间的间隙移动到位于位置D的顶环16的下侧。此外，承载板52接触位于进入部50a的相反侧的保持部50b并且由保持部50b保持承载板52。因此，承载板52被止挡并且保持在该处，并且进一步转动研磨板14而不传输承载板52。当操作者在视觉上确认该状态时，停止研磨板14的转动（步骤S7）。

接下来，向下移动顶环16（步骤S8），并且在设置在顶环16的底面的密封环56接触承载板52的顶面时停止顶环16的向下运动（步骤S9）。

在这个状态，启动真空单元（未示出），以通过吸气管54从顶环16的底面和承载板52的顶面之间的空间抽吸空气。在该操作中，通过压力传感器测量该空间的气压以检查气压是否低于规定值（步骤S10）。在测量到的气压低于规定值的情况下，控制单元确定将承载板52传输到顶环16的下侧，并且确认下一个顶环16的是否存在（步骤S11）。在存在下一个顶环16的情况下，控制单元再次执行步骤S2。

需要注意的是，在步骤S10中气压没有减小到低于规定值的时候，控制单元确定承载板52未被正确地传输并通过诸如蜂鸣器报警。在这种情况下，操作者手动向上移动顶环16并且将承载板52手动移动到相应的顶环16的跟前位置，然后再次执行步骤S6至步骤S10以正确地传输承载板52。

在通过上述方法将所有承载板52传输到相应的顶环16的下侧后，旋转研磨板14并且通过缸单元20施加规定的压力将承载板52压到研磨板14上。此外，供给研磨液。执行规定时间的研磨操作以研磨工件。

在完成研磨操作之后，向上移动顶环16，并且从研磨板14中取出承载板52。

需要注意的是，能够通过控制单元自动执行上述一系列动作并且可以手动执行一些动作。

此处给出的所有示例和条件性语言意在用于教示目的，以帮助读者理解由发明者为改进技术所贡献的本发明和概念，并且本发明和概念可被理解为不限于这些具体描述的示例和条件，在本说明书中的这些示例的组织也不涉及示出本发明的优势和劣势。虽然已详细描述了本发明的实施方式，应当理解的是，能够做出不脱离本发明的主旨和范围的各种改变、置换和替换。

Claims (7)

1.一种工件研磨装置，其包括：

研磨板，所述研磨板具有顶面，研磨布贴附于所述顶面，并且所述研磨板能够在水平面转动；

顶环，所述顶环设置于所述研磨板的上方并且能够上下移动和在水平面转动，所述顶环能够对位于所述研磨板和所述顶环之间的承载板施压，所述承载板将工件保持在底面，以将所述工件压到所述研磨板上；以及

止动件，所述止动件设置于所述顶环，所述止动件在研磨位置止挡并保持载置在所述研磨板上并且通过转动所述研磨板而移动到所述顶环的下侧的所述承载板，

所述止动件为环形并且从所述顶环的下边缘向下突出，

所述止动件具有进入部和保持部，其中，所述承载板从所述进入部移动到所述顶环的下侧，所述保持部位于所述进入部的相反侧并且止挡和保持所述承载板，

所述进入部的突出长度小于所述保持部的突出长度，以及

所述承载板经由所述进入部的底面和所述研磨板之间的间隙移动到所述顶环的下侧，并且在所述顶环向下移动直到达到从所述研磨板起的规定高度时通过所述保持部止挡和保持所述承载板，

所述进入部和所述保持部之间的台阶形壁面形成为以如下方式倾斜的倾斜面：越向所述止动件的外边缘去，所述倾斜面越向与所述承载板的旋转方向相反的方向去，

所述进入部、所述台阶形壁面和所述保持部三者连续地设置于所述顶环的下边缘。

2.根据权利要求1所述的工件研磨装置，其特征在于，

所述顶环向下移动，并且在研磨所述工件的过程中，移入环形的所述止动件的所述承载板被保持在所述止动件中。

3.根据权利要求1或2所述的工件研磨装置，其特征在于，

所述顶环包括：

上部板；以及

下部板，所述下部板具有所述止动件，通过球状支撑构件相对于所述上部板能摆动地支撑所述下部板，通过弹簧对所述下部板向上施力并且相对于所述研磨板水平地支撑所述下部板。

4.根据权利要求1或2所述的工件研磨装置，其特征在于，

所述止动件能拆卸地安装于所述顶环的底面。

5.根据权利要求1或2所述的工件研磨装置，其特征在于，

所述止动件由塑料制成。

6.根据权利要求1或2所述的工件研磨装置，其特征在于，进一步包括：

抽吸机构，所述抽吸机构用于从形成在所述顶环的底面和所述承载板的顶面之间的空间抽吸空气；以及

传感器单元，所述传感器单元用于检测如下情况：通过抽吸空气的所述抽吸机构使所述空间的气压低于规定值以及所述承载板被保持在所述顶环的底面。

7.根据权利要求1或2所述的工件研磨装置，其特征在于，

多个所述顶环设置于所述研磨板的上方并且沿所述研磨板的转动方向配置，以及

按从沿所述研磨板的转动方向离承载板投放部位最远的所述顶环到离所述承载板投放部位最近的所述顶环的顺序，将所述承载板移动到所述顶环的下侧，其中，所述承载板从所述承载板投放部位放置到所述研磨板上。