CN107009262B - 研磨装置及其研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研磨装置及其研磨方法，其中研磨装置包含承载盘、至少一个被研磨物、砂轮盘及多个研磨齿。承载盘旋转工作。至少一个被研磨物定位于承载盘上。砂轮盘相对应承载盘旋转工作。多个研磨齿连接砂轮盘，多个研磨齿接触研磨被研磨物，各研磨齿研磨于被研磨物的表面上而产生研磨面积，各研磨齿与对应的虚拟放射线相交一研磨角度，虚拟放射线与砂轮盘的中心相交且与相对应研磨齿的中心相交，且研磨角度大于0度且小于35度。借此，本发明的研磨装置及其研磨方法，利用特殊的研磨角度配合相对应参数，可使被研磨物的表面产生较大的研磨面积、等量研磨且能顺利排屑，进而缩小总厚度变异。

Description

研磨装置及其研磨方法

技术领域

本发明涉及一种研磨装置及其研磨方法，特别是涉及一种可缩小研磨后被研磨物的总厚度变异的研磨装置及其研磨方法。

背景技术

在制造加工业或精密磨削工业当中，研磨加工是相当重要的步骤之一。一般常用的砂轮座在使用上是结合研磨齿以组成为砂轮组，并将此砂轮组通过砂轮转轴连接砂轮转动马达以进行研磨操作，其研磨齿对应于砂轮座的中心且设置成放射状。然而，由于此种研磨齿的位移方向与研磨齿的研磨侧面的延伸方向相互垂直，被研磨物的碎屑容易累积在研磨齿相对于位移方向的研磨侧面而堆积，进而造成排屑不顺，因此其研磨的品质普遍不高。此外，被研磨的碎屑容易因积存于研磨齿侧面而导致积热的现象发生，会大幅降低研磨能力与使用寿命的缺失。

另一种常用的砂轮座在使用上也结合研磨齿以组成为砂轮组，并将砂轮组通过砂轮转轴连接砂轮转动马达以进行研磨操作，其研磨齿具有特定的研磨角度，而较常应用于工业上的研磨角度为35度至45度。此种结构虽然利于碎屑的排除，但往往因摩擦接触的面积过小而导致研磨的效能和品质不够均匀，进而产生总厚度变异(Total ThicknessVariation,TTV)过大而无法满足制造者的需求。

由上述可知，目前市场上缺乏一种可顺利排屑且可缩小研磨后被研磨物的总厚度变异的研磨装置及其研磨方法，故相关业者均在寻求其解决之道。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种研磨装置及其研磨方法，其利用特殊的研磨角度配合转速及转向控制，可使被研磨物的表面产生较大的研磨面积且能等量研磨，进而缩小研磨后的被研磨物的总厚度变异。此外，通过一定范围的研磨角度与适当的参数搭配，使研磨装置在研磨的过程中不但能顺利地排屑，而且还能降低破片率。再者，借由规划好的摆设位置可以同时研磨多个被研磨物，不但能大幅提高产量，还能增加经济效应并降低生产成本。

依据本发明一实施例提供一种研磨装置，其包含旋转工作的承载盘、多个被研磨物、砂轮盘以及多个研磨齿。其中被研磨物定位于承载盘上。砂轮盘相对应承载盘旋转工作。研磨齿连接定位于砂轮盘且呈旋涡状排列，研磨齿接触研磨各被研磨物。各研磨齿研磨于其中一个被研磨物的表面上而产生研磨面积。各研磨齿与对应的虚拟放射线相交研磨角度，此虚拟放射线与砂轮盘的中心相交且与相对应研磨齿的中心相交。研磨角度大于0度且小于20度。

借此，本发明的研磨装置利用特殊的研磨角度配合转速及转向控制，可使被研磨物的表面产生较大的研磨面积，而且能同时等量研磨并顺利排屑，进而缩小研磨后的被研磨物的总厚度变异。

依据前述的研磨装置，前述承载盘与砂轮盘呈圆形。各研磨齿呈长方形或弧形。而被研磨物可呈圆形、椭圆形、四方形或三角形。此外，前述承载盘可以朝顺时针方向或逆时针方向旋转，而砂轮盘也可朝顺时针方向或逆时针方向旋转。承载转轴与砂轮转轴彼此平行且承载盘的盘面与各研磨齿的研磨面彼此平行，承载转轴与承载盘的盘面相互垂直。另外，前述研磨装置可包含承载转动马达与砂轮转动马达。其中承载转动马达连接承载转轴，且承载转动马达控制承载盘以承载转速旋转。砂轮转动马达则连接砂轮转轴，砂轮转动马达控制砂轮盘以砂轮转速旋转。承载转速小于等于砂轮转速。

依据本发明一实施例的另一实施方式提供一种研磨装置，其包含承载座、多个被研磨物、砂轮座以及多个研磨齿。其中承载座包含承载盘与承载转轴，承载盘连接承载转轴，且承载盘以承载转轴为中心旋转。被研磨物定位于承载盘上。再者，砂轮座包含砂轮盘与砂轮转轴，砂轮盘连接砂轮转轴，且砂轮盘以砂轮转轴为中心旋转。研磨齿连接定位于砂轮盘且呈旋涡状排列，研磨齿接触研磨各被研磨物。各研磨齿研磨于其中一个被研磨物的表面上而产生研磨面积。各研磨齿与对应的虚拟放射线相交研磨角度，此虚拟放射线与砂轮盘的中心相交且与相对应研磨齿的中心相交。研磨面积对应研磨角度，且研磨角度大于0度且小于20度。此外，承载盘以顺时针方向或逆时针方向旋转，且砂轮盘以顺时针方向或逆时针方向旋转。承载转轴与砂轮转轴彼此平行且承载盘的盘面与各研磨齿的研磨面彼此平行，承载转轴与承载盘的盘面相互垂直。

借此，本发明的研磨装置可以同时研磨多个被研磨物，不但能大幅提高产量，还能增加经济效应并降低生产成本。

本发明另一实施例提供一种研磨方法，其用于前述的研磨装置上。此研磨方法包含转动步骤与研磨步骤。其中转动步骤是转动承载盘与砂轮盘。而研磨步骤是利用研磨齿接触研磨各被研磨物。各研磨齿于其中一个被研磨物的表面上研磨产生研磨面积，各研磨齿与对应的虚拟放射线相交一研磨角度，此虚拟放射线与砂轮盘的中心相交且与其中一个研磨齿的中心相交。研磨面积对应研磨角度，且研磨角度大于0度且小于20度。

借此，本发明的研磨装置通过特殊的研磨角度配合承载座与砂轮座的转速以及研磨面积的控制，使被研磨物的表面产生较大的研磨面积，而且能等量研磨并顺利排屑，进而缩小研磨后的被研磨物的总厚度变异。

依据前述的研磨方法，其中转动步骤可包含控制转速子步骤。此控制转速子步骤是利用承载转动马达控制承载盘以承载转速旋转，且利用砂轮转动马达控制砂轮盘以砂轮转速旋转。承载转速小于等于砂轮转速。此外，前述转动步骤可包含控制转向子步骤。此控制转向子步骤是控制承载盘朝一承载转向旋转，且控制砂轮盘朝一砂轮转向旋转。承载转向可为顺时针方向或逆时针方向，砂轮转向也可为顺时针方向或逆时针方向。再者，前述研磨方法可包含控制轴向步骤，此控制轴向步骤是控制承载转轴以及砂轮转轴的轴向。承载转轴连接承载盘，且砂轮转轴连接砂轮盘。承载转轴与砂轮转轴彼此平行且承载盘与砂轮盘彼此平行。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的一种研磨装置及其研磨方法，其利用特殊的研磨角度配合转速及转向控制，可使被研磨物的表面产生较大的研磨面积且能等量研磨，进而缩小研磨后的被研磨物的总厚度变异。

附图说明

图1绘示本发明的一实施例的研磨装置的立体示意图。

图2A绘示图1的砂轮盘的俯视图。

图2B绘示图2A的砂轮盘的剖视图。

图3绘示图1的承载盘与砂轮盘交相研磨的俯视图。

图4绘示本发明的另一实施例的砂轮盘的俯视图。

图5绘示本发明的另一实施例的研磨装置的立体示意图。

图6是绘示本发明一实施例的研磨方法的流程示意图。

图7是绘示本发明另一实施例的研磨方法的流程示意图。

图8是绘示3片四英寸晶圆对应254毫米的砂轮盘直径的总厚度变异对应研磨角度的数据图。

图9是绘示5片四英寸晶圆对应304毫米的砂轮盘直径的总厚度变异对应研磨角度的数据图。

具体实施方式

以下将参照图式说明本发明的多个实施例。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示；并且重复的元件将可能使用相同的编号表示。

请一并参阅图1至图3，图1绘示本发明的一实施例的研磨装置100的立体示意图。图2A绘示图1的砂轮盘410的俯视图。图2B绘示图2A的砂轮盘410的剖视图。图3绘示图1的承载盘210与砂轮盘410交相研磨的俯视图。如图所示，研磨装置100包含承载座200、多个被研磨物300、砂轮座400以及多个研磨齿500、承载转动马达610以及砂轮转动马达620。

承载座200包含承载盘210与承载转轴220，承载盘210连接承载转轴220，且承载盘210以承载转轴220为中心旋转。承载盘210呈圆形。再者，承载盘210可以朝顺时针方向或逆时针方向旋转，而本实施例中，承载盘210朝顺时针方向旋转。承载转轴220与承载盘210的盘面相互垂直。此外，在研磨装置100当中，承载盘210的盘面相对于水平面具有一倾斜角度，其呈现内高外低的些微隆起状，而本实施例利用此种形状结构以增加排屑的效果。

被研磨物300定位于承载盘210上，且承载盘210设有五个被研磨物300。本实施例的被研磨物300为四英寸晶圆且呈圆形。当然，被研磨物300可为其他材质，而其形状可呈圆形、椭圆形、四方形、三角形或其他多边形。此外，被研磨物300被等距分离并固接在于承载盘210上，被研磨物300具有厚度。值得一提的是，一般在辨别研磨技术的优劣是利用总厚度变异(Total Thickness Variation,TTV)的大小来决定，其代表着被研磨物300的最大厚度与最小厚度的差异。此总厚度变异的最小化是决定最终产品厚度公差的关键，而且此数值对于实现更薄的晶圆及元件将有所影响，越小的总厚度变异越能降低后工艺破片率。

砂轮座400包含砂轮盘410与砂轮转轴420，砂轮盘410连接砂轮转轴420，且砂轮盘410以砂轮转轴420为中心旋转。砂轮盘410呈圆形。另外，砂轮盘410可朝顺时针方向或逆时针方向旋转，而本实施例中，砂轮盘410朝逆时针方向旋转，而承载盘210朝顺时针方向旋转。换句话说，承载盘210与砂轮盘410就研磨面而言为同向作动。此外，承载转轴220与砂轮转轴420彼此平行，而且承载盘210的盘面与砂轮盘410的盘面彼此平行且具有一样大小的俯视面积。再者，砂轮盘410为中空的环状结构且具有中环斜面412，此结构可让砂轮盘410与砂轮转轴420稳定地锁接。

研磨齿500连接砂轮盘410，此研磨齿500可接触研磨被研磨物300。各研磨齿500可呈长条形或弧形，本实施例的研磨齿500为长条形，且研磨齿500呈旋涡状排列。研磨齿500的外端靠近砂轮盘410的外缘。各研磨齿500与对应的虚拟放射线510相交一研磨角度θ，此虚拟放射线510与砂轮盘410的中心相交且与其中一个研磨齿500的中心相交。而各研磨齿500的研磨面与承载盘210的盘面彼此平行。另外，各研磨齿500可于任意一个被研磨物300的表面上研磨而产生研磨面积。此研磨面积对应研磨角度θ。仔细地说，当研磨角度θ改变时，研磨面积也会相对地改变。此外，研磨面积与许多参数都有相对应的关联性。例如：承载盘210与砂轮盘410的旋转速度、旋转方向、旋转半径、研磨齿500的形状。若其中任意一个参数改变，研磨面积也会随之改变，进而会影响总厚度变异的大小。因此，选择适当的参数可以得到较好的研磨品质与等量研磨之效。

承载转动马达610连接承载转轴220，且承载转动马达610控制承载盘210以承载转速旋转。砂轮转动马达620则连接砂轮转轴420，且砂轮转动马达620控制砂轮盘410以砂轮转速旋转。本发明的一优选实施例的参数如下：其一，承载转速小于砂轮转速；其二，研磨角度θ介于正负20度的范围之间，但排除0度；其三，承载盘210的直径大于等于187毫米且小于等于550毫米，而砂轮盘410的直径大于等于200毫米且小于等于600毫米；其四，研磨齿500呈长条形或长弧形；其五，承载盘210上设置多个被研磨物300。借此，利用特殊的研磨角度θ配合适当的转速、承载盘210与砂轮盘410的大小及研磨齿500的形状，不但可使被研磨物300的表面产生较大的研磨面积，还能让研磨装置100顺利地排屑，进而缩小研磨后晶圆的总厚度变异。

图4绘示本发明的另一实施例的砂轮盘410的俯视图。砂轮盘410上设有研磨齿500a，此研磨齿500a与图2A的研磨齿500的差异在于形状的不同。从俯视图观看，研磨齿500a呈长弧状，而研磨齿500呈长条状。此两个不同的研磨齿500、500a均可有效地缩小研磨后晶圆的总厚度变异，而且在研磨的过程中能顺利地排屑。

图5绘示本发明的另一实施例的研磨装置100a的立体示意图。图中显示，承载座200的承载转轴220的轴向平行于砂轮座400的砂轮转轴420的轴向，且承载转轴220与砂轮转轴420均平行X轴方向。此外，承载盘210、砂轮盘410以及Z轴方向三者平行。本实施例利用特殊的研磨角度θ配合适当的转速、承载盘210与砂轮盘410的大小及研磨齿500的形状，不但可应用于水平方向的研磨，也可应用在垂直方向的研磨，两种方向的研磨均可缩小研磨后晶圆的总厚度变异。

请一并参考图1与图2A，图6是绘示本发明一实施例的研磨方法700的流程示意图。图7是绘示本发明另一实施例的研磨方法700a的流程示意图。此研磨方法700包含转动步骤S11与研磨步骤S12。其中转动步骤S11是转动承载座200与砂轮座400。而研磨步骤S12则是利用研磨齿500接触研磨各被研磨物300。各研磨齿500于其中一个被研磨物300的表面上研磨产生研磨面积。各研磨齿500与对应的虚拟放射线510相交一研磨角度θ，此虚拟放射线510与砂轮盘410的中心相交且与其中一个研磨齿500的中心相交。再者，研磨面积对应研磨角度θ，且研磨角度θ大于0度且小于35度。而本发明的优选实施例的研磨角度θ大于0度且小于等于20度。本发明的更佳实施例的研磨角度θ大于等于10度且小于等于20度。此外，研磨方法700a包含控制轴向步骤S21、转动步骤S22以及研磨步骤S23。其中研磨步骤S23与研磨方法700的研磨步骤S12相同，故不再赘述。控制轴向步骤S21则是控制承载座200的承载转轴220的轴向以及砂轮座400的砂轮转轴420的轴向。此控制轴向步骤S21可让承载转轴220与砂轮转轴420平行于X轴方向、Y轴方向或Z轴方向。由于承载转轴220与砂轮转轴420彼此平行，故承载盘210与砂轮盘410也彼此平行。另外，转动步骤S22包含控制转速子步骤S221以及控制转向子步骤S222。其中控制转速子步骤S221是利用承载转动马达610控制承载盘210以承载转速旋转，同时利用砂轮转动马达620控制砂轮盘410以砂轮转速旋转。承载转速可小于等于砂轮转速。此外，控制转向子步骤S222是控制承载盘210朝一承载转向旋转，且控制砂轮盘410朝一砂轮转向旋转。承载转向可为顺时针方向或逆时针方向，砂轮转向也可为顺时针方向或逆时针方向。本发明借由上述转向、转速、研磨角度θ的特殊参数组合搭配，可使被研磨物300的表面产生较大的研磨面积，进而缩小研磨后晶圆的总厚度变异并降低破片率。

图8是绘示3片四英寸晶圆对应254毫米的砂轮盘直径的总厚度变异对应研磨角度θ的数据图。图9是绘示5片四英寸晶圆对应304毫米的砂轮盘直径的总厚度变异对应研磨角度θ的数据图。为了选择最适当的参数以得到最好的研磨品质，本发明分析各种不同的参数与数据，如表一与表二所示。其中表一的参数对应图8的数据，而表二的参数则对应图9的数据。由数据图可知，在其他参数不变的条件下，研磨角度θ越小，所造成的总厚度变异越小。值得一提的是，当研磨角度θ小过一下限值时，如研磨角度θ等于0度时，研磨的效能、品质以及排屑顺畅度将会降低。而当研磨角度θ为10度时，本实施例的研磨装置100、100a拥有最小总厚度变异，而且仍维持良好的排屑效果。

表一

表二

由上述实施方式可知，本发明具有下列优点：其一，利用特殊的研磨角度配合转速、转向及相关参数的控制，可使被研磨物的表面产生较大的研磨面积，进而缩小研磨后晶圆的总厚度变异。其二，通过一定范围的研磨角度与适当的研磨参数搭配，使研磨装置在研磨的过程中不但能等量地研磨、顺利地排屑，而且还能降低破片率。其三，借由规划好的摆设位置可以同时研磨多个被研磨物，不但能大幅提高产量，还能增加经济效应并降低生产成本。

虽然本发明已经以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (8)

1.一种研磨装置，其特征在于，所述研磨装置包含：

承载盘，其旋转工作；

多个被研磨物，其定位于所述承载盘上；

砂轮盘，其相对应所述承载盘旋转工作；以及

多个研磨齿，其连接定位于所述砂轮盘且呈旋涡状排列，所述多个研磨齿接触研磨各所述被研磨物，各所述研磨齿研磨于其中一个所述被研磨物的表面上而产生研磨面积，各所述研磨齿与对应的虚拟放射线相交一研磨角度，所述虚拟放射线与所述砂轮盘的中心相交且与相对应所述研磨齿的中心相交，且所述研磨角度大于0度且小于20度。

2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述承载盘与所述砂轮盘呈圆形，各所述研磨齿呈长方形或弧形，其中一个所述被研磨物呈圆形、椭圆形、四方形或三角形。

3.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还包含：

承载转动马达，其连接承载转轴，所述承载转动马达控制所述承载盘以承载转速旋转；以及

砂轮转动马达，其连接所述砂轮转轴，所述砂轮转动马达控制所述砂轮盘以砂轮转速旋转，所述承载转速小于等于所述砂轮转速。

4.一种研磨装置，其特征在于，所述研磨装置包含：

承载座，其包含承载盘与承载转轴，所述承载盘连接所述承载转轴，所述承载盘以所述承载转轴为中心旋转；

多个被研磨物，其定位于所述承载盘上；

砂轮座，其包含砂轮盘与砂轮转轴，所述砂轮盘连接所述砂轮转轴，所述砂轮盘以所述砂轮转轴为中心旋转；以及

多个研磨齿，其连接定位于所述砂轮盘且呈旋涡状排列，所述多个研磨齿接触研磨各所述被研磨物，各所述研磨齿研磨于其中一个所述被研磨物的表面上而产生研磨面积，各所述研磨齿与对应的虚拟放射线相交一研磨角度，所述虚拟放射线与所述砂轮盘的中心相交且与相对应所述研磨齿的中心相交，且所述研磨角度大于0度且小于20度；

其中所述承载盘以顺时针方向或逆时针方向旋转，所述砂轮盘以顺时针方向或逆时针方向旋转，所述承载转轴与所述砂轮转轴彼此平行且所述承载盘的盘面与各所述研磨齿的研磨面彼此平行，所述承载转轴与所述承载盘的盘面相互垂直。

5.一种用于权利要求1所述的研磨装置的研磨方法，其特征在于，所述研磨装置的研磨方法包含以下步骤：

转动步骤，其转动所述承载盘与所述砂轮盘；以及

研磨步骤，其利用所述多个研磨齿接触研磨各所述被研磨物，各所述研磨齿于其中一个所述被研磨物的表面上研磨产生研磨面积，各所述研磨齿与对应的虚拟放射线相交一研磨角度，所述虚拟放射线与所述砂轮盘的中心相交且与其中一个所述研磨齿的中心相交，所述研磨面积对应所述研磨角度，且所述研磨角度大于0度且小于20度。

6.如权利要求5所述的研磨方法，其特征在于，所述转动步骤还包含：

控制转速子步骤，其利用承载转动马达控制所述承载盘以承载转速旋转，且利用砂轮转动马达控制所述砂轮盘以砂轮转速旋转，所述承载转速小于等于所述砂轮转速。

7.如权利要求5所述的研磨方法，其特征在于，所述转动步骤还包含：

控制转向子步骤，其控制所述承载盘朝承载转向旋转，且控制所述砂轮盘朝砂轮转向旋转，所述承载转向为顺时针方向或逆时针方向，所述砂轮转向为顺时针方向或逆时针方向。

8.如权利要求5所述的研磨方法，其特征在于，所述研磨方法还包含：

控制轴向步骤，其控制承载转轴的轴向以及砂轮转轴的轴向，所述承载转轴连接所述承载盘，所述砂轮转轴连接所述砂轮盘，所述承载转轴与所述砂轮转轴彼此平行且所述承载盘与所述砂轮盘彼此平行。