CN107614199A - 工件的加工装置 - Google Patents

Abstract

一种工件的加工装置，包含于外周面在轴方向上形成至少一个第一沟槽的在旋转轴周围得以旋转的中心滚筒、具有供加工工件插入支承的支承孔的载体、将支承工件的载体夹住的状态下而于旋转轴周围得以旋转的上定盘与下定盘、被装设于上定盘的内周部且插入第一沟槽的尖端部得以沿着第一沟槽移动的至少一个挂钩，其中中心滚筒更具有于外周面在轴方向上形成的至少一个第二沟槽，以及第二沟槽具有与第一沟槽为相异的长度，上定盘具有在相较于进行该工件的加工位置为更上方的位置并且自下方支承该挂钩的支承面。

Description

工件的加工装置

技术领域

本发明涉及一种将硅晶圆等的薄板状的工件插入至载体的支承孔而支承该工件而对该工件的双面同时加工的工件加工装置(例如为双面研磨装置或双面抛光装置等)。

背景技术

以往，在对例如硅晶圆等的薄板状的工件进行平面加工的情况下，为使用双面研磨装置或双面抛光装置。

例如，双面研磨装置在贴附有由胺基甲酸酯发泡体或不织布所构成的研磨垫的上下定盘之间，配置有在外周部具有行星齿轮的圆盘状的载体。通过将工件支承于此载体的支承孔内，并通过与行星齿轮相啮合的太阳齿轮及内齿轮彼此旋转，使载体的自转运动及绕着太阳齿轮的公转运动发生。通过此载体的自转及公转运动，以及上下定盘的旋转，使工件与上下定盘之间滑动而同时研磨工件的上下表面。研磨中，为了使研磨有效率地进行，自设置于上定盘的多个孔洞供给研磨浆。

于上定盘具备有上下移动机构，而让上定盘得以上升下降(例如，专利文献1)。在上定盘经上升的上升位置，于下定盘上配置载体，并于载体支承工件。或者，使上定盘自上升位置下降，于上定盘与下定盘之间得到适当的间隙的中间高度位置使上定盘的下降停止，于上定盘与下定盘之间插入洗净喷嘴而洗净研磨垫的研磨面。在中间高度位置，于上定盘与下定盘之间插入修整头而修整研磨垫的研磨面而整理研磨垫的表面状态。

在洗净、修整如此的研磨垫的研磨面时，洗净喷嘴头或修整头多半具有比贴附于定盘的研磨垫的研磨面明显更小的面积。为了将研磨面全体洗净、修整，这些洗净喷嘴头或修整头装设于手臂，此手臂通过直线运动或是旋转运动而能使这些洗净喷嘴头或修整头自定盘的最外周移动至最内周。通过与此移动同时使上下定盘旋转，使这些洗净喷嘴头或修整头能将研磨面全体洗净或修整。

近年，伴随着半导体装置的高积体化，对于硅晶圆的平坦度或表面质量的要求日益严格。为了因应如此的质量要求，让双面研磨装置或双面抛光装置一直维持在适当的状态是重要的。

然而，在实际的制程中伴随着操作，例如在抛光中残渣残留于研磨的表面而阻碍研磨浆的流动，或是例如在双面研磨中，在研磨垫表面发生堵塞，研磨垫表面的树脂本身产生变质、变形。如同这些的制程状态的变化成为诱发晶圆质量的低下或参差的原因。

为了防止如此的晶圆质量的低下或参差，而将研磨表面一直维持在均一且良好的状态是重要的。因此，如已知的技术所述，一般会定期地实施研磨表面的洗净或研磨垫的修整。

然而，由于晶圆的大直径化，装置也有大型化的倾向，将面积大的研磨表面维持均一变得更为困难。

双面研磨装置或双面抛光装置的上定盘有多数情况会透过万向接头或球型轴承而连接于设置在装置上部的汽缸轴，而使其角度能自由地改变。此为在实施工件的研磨时，即使工件或支承工件的载体在厚度有参差，亦总是能自上定盘施加均一的载重。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开平10-230452号公报

发明内容

[发明所欲解决的问题]

然而，若让具有此机构的上定盘停止在中间高度位置，由于此能自由活动的万向接头或球型轴承的缘故，上定盘的倾斜无法稳定，即使仅从外部施加些微的力，上定盘的倾斜也会变化。此倾斜会变化指上定盘与下定盘之间的间隔随着时间与场所而不同。

因此，即使于如此的间隙插入洗净或修整头，而尝试研磨垫的研磨面的洗净或修整，上定盘与下定盘之间的间隔也会变化，洗净或修整的对研磨面的作用随着场所而有不同，作为结果则无法得到均一的研磨面的状态。

有鉴于如同前述的问题，本发明的目的在于提供一种工件的加工装置，其在比进行工件的加工的位置更上方的位置停止上定盘时，即使施加相对于上定盘的研磨面垂直方向的力，也能维持上定盘为水平。

[解决问题的技术手段]

为了达成上述目的，通过本发明而提供一种工件的加工装置，包含一中心滚筒、一载体、一上定盘、一下定盘及至少一个挂钩，该中心滚筒于旋转轴周围得以旋转，该旋转轴周围具有于外周面在轴方向上形成的至少一个第一沟槽，该载体具有供加工的工件插入且支承的支承孔，该上定盘与该下定盘在将支承该工件的该载体夹住的状态下于旋转轴周围得以旋转，该挂勾被装设于该上定盘的内周部，且插入该第一沟槽的尖端部得以沿着该第一沟槽移动，其中该中心滚筒更具有于该外周面在轴方向上形成的至少一个第二沟槽，以及该第二沟槽具有与该第一沟槽为相异的长度，该上定盘具有一支承面，该支承面在相较于进行该工件的加工的位置为更上方的位置并且自下方支承该挂钩。

若为如此者，通过以第二沟槽的支承面支承挂勾，在于比进行工件的加工的位置更上方的位置使上定盘停止时，即使施加相对于上定盘的研磨面垂直方向的力，也能维持上定盘为水平。由此，让上定盘维持在水平的状态，而能均一地进行贴附于上下定盘的研磨垫的洗净或修整。

此时，该第二沟槽的该支承面具有透过该挂钩而至少足以支承该上定盘的全部载重的表面积为佳。

若为如此者，由于能透过该挂钩而以支承面支承该上定盘的全部载重，故即使施加相对于上定盘的研磨面垂直方向的力，亦能将上定盘维持水平。

此时，该至少一个挂钩、该至少一个第一沟槽及该至少一个第二沟槽被构成为各别以180°的角度间隔而配置为成对者为佳。

若为如此者，能透过挂勾而以支承面稳定地支承上定盘。

再者此时，于该中央滚筒，成对的该第一沟槽与成对的该第二沟槽所被配置的角度间隔以90°为佳。

若为如此者，能简易地进行第一沟槽与第二沟槽的切换。

再者此时，该工件的加工装置能为双面研磨装置或双面抛光装置。

若为如此者，能合适地应用于高平坦度特别被要求的硅晶圆等的工件的制造流程。

〔对照现有技术的功效〕

若为本发明的工件的加工装置，在上定盘停止在比进行工件的加工的位置更上方的位置时，即使上定盘旋转，作用相对于上定盘的研磨面垂直方向的力，亦能将上定盘维持水平。因此，在将上定盘的研磨垫施以修整等的处置时，能均一地作用，其结果能高质量地加工工件。

附图说明

图1是显示作为本发明的工件的加工装置的一范例的双面研磨装置的概略图。

图2是显示本发明的双面研磨装置的上定盘下降至进行工件的加工的位置的状态的概略图。

图3是显示本发明的双面研磨装置的中心滚筒的一范例的概略图。

图4是显示图3所示的本发明的双面研磨装置的中心滚筒以轴方向旋转90°的概略图。

图5是显示在实施例1中使用气囊而施加相对于上定盘的研磨面垂直方向的力的方法的概略图。

图6是显示在实施例1及比较例1中在使用气囊而施加相对于上定盘的研磨面垂直方向的力的情况的上定盘的高度位置的变化的图。

图7是显示在比较例1中使用气囊而施加相对于上定盘的研磨面垂直方向的力的方法的概略图。

图8是显示在实施例2中修整贴附于上下定盘的研磨垫的样子的概略图。

图9是显示在实施例2中实施双面研磨以及研磨面的洗净·修整的情况的处理流程的步骤图。

图10是显示在实施例2及比较例2中研磨率与批量之间的关系的图。

图11是显示在比较例2中修整贴附于上下定盘的研磨垫的样子的概略图。

具体实施方式

以下，虽然说明本发明的实施例，但本发明并不限定于此。

如同上述，有在让上定盘被停止于进行工件的加工的位置为更上方的位置时，一旦作用相对于上定盘的研磨面垂直方向的力，则上定盘无法维持于水平的状态的问题。

于此，本发明人为了解决如此的问题而努力地进行研究。其结果，发现在具有于外周面轴方向上形成的至少一个第一沟槽的中心滚筒，更于外周面轴方向上形成至少一个第二沟槽，该第二沟槽具有与第一沟槽相异的长度，上定盘具有在比进行工件的加工的位置更上方的位置并且自下方支承装设于上定盘的内周部的挂钩的支承面。

由此，发现通过以第二沟槽的支承面而支承挂勾，使上定盘停止于进行工件的加工的位置更上方的位置时，即使作用相对于上定盘的研磨面垂直方向的力，也能使上定盘维持于水平。之后，对于用在实施这些的最佳的方法进行详查，而完成了本发明。

对本发明的工件的加工装置进行详细地说明。作为本发明的工件的加工装置，能举例如双面研磨装置、双面抛光装置。

若为如此者，能合适地应用于特别为高平坦度被要求的硅晶圆等的工件的制造处理。

以下，作为本发明的工件的加工装置，以双面研磨装置的情况为例而进行说明。

如图1所示，本发明的双面研磨装置1具备以上下相对向而设置的上定盘2与下定盘3，于各上下定盘2、3各别贴附有研磨垫4。于上定盘2与下定盘3之间的中心部设置有太阳齿轮(未图示)，于周缘部设置有内齿轮(未图示)。

如图2所示，于载体5形成有用于支承工件W的支承孔6。在双面研磨时，载体5在将工件W支承于支承孔6之内的状态下而装设于上定盘2与下定盘3之间。

上定盘2透过万向接头7或球面轴承而连接于设置在装置上部的滚筒轴(未图示)，而使其角度能自由地改变。由此，在实施研磨时，即使工件W或支承工件W的载体5在厚度有参差，也总是能自上定盘2施加均一的载重。在此，作为一范例使用万向接头7。

中心滚筒8得以于旋转轴周围旋转。于中心滚筒8，于外周面在轴方向上形成有至少一个第一沟槽9。

于上定盘2的内周部，装设有至少一个挂钩11。挂钩11其尖端部插入于第一沟槽9，并且得以沿着第一沟槽9移动。

在上定盘2下降至进行工件W的加工的位置时，装设于上定盘2的挂钩11插入嵌合于设置于中心滚筒8的第一沟槽9。在此状态时，能使中心滚筒8的旋转驱动力传递至上定盘2而使上定盘2旋转。

通过在上下定盘2、3各别于旋转轴周围旋转，并且上下的研磨垫4按压工件W的正反两面的同时，让支承工件W的载体5自转公转，而能同时地研磨工件W的双面。

于中心滚筒8，更进一步，于外周面在轴方向上形成有至少一个第二沟槽10。第二沟槽10具有与第一沟槽9相异的长度，上定盘2具有一支承面10a，支承面10a在相较于进行工件W的加工的位置为更上方的位置并且自下方支承该挂钩11。

如图3、图4所示，第二沟槽10的长度相较于第一沟槽9为短。另一方面，第一沟槽9具有让上定盘2于工件W或载体5、下定盘3接触的充分的长度。

挂钩11插入于第二沟槽10而嵌合，在上定盘2下降时，由于挂钩11接触到第二沟槽10的底端的支承面10a，故上定盘2无法继续更多的下降。因此，上定盘2的挂钩11停止在接触到支承面10a的中间高度位置。在此中间高度位置处，能进行上下定盘2、3的研磨面的洗净或修整。

第二沟槽10的长度调整成使上定盘2的下降能停止在期望的中间高度位置为佳。

此时，如图3所示，第二沟槽10的支承面10a具有透过该挂钩11而至少可足以支承该上定盘2的全部载重的表面积为佳。

若为如此者，由于能透过该挂钩11而以支承面支承该上定盘2的全部载重，故即使施加相对于上定盘2的研磨面垂直方向的力，亦能将上定盘2维持水平。

例如，第二沟槽10可构成为缺口形状，支承面10a可构成为平面形状。但是，不限定于此。

此时，挂钩11、第一沟槽9及第二沟槽10构成为各别以180°的角度间隔而配置为成对者为佳。

若为如此者，能透过挂钩11以180°正对的两个第二沟槽10的支承面10a支承上定盘2。如此，由于中间高度位置停止的上定盘2的载重的全部、或是其中一部分，以两个点所支承，故能稳定地支承上定盘2，而能显著地改善停止上定盘2的高度位置及倾斜的维持稳定性。

再者此时，如图3、图4所示，于中央滚筒8，成对的第一沟槽9及成对的第二沟槽10所被配置的角度间隔以90°为佳。

若为如此者，能简易地进行第一沟槽9与第二沟槽10的切换。

例如，自第一沟槽9到第二沟槽10的切换，首先让上定盘2上升，让挂钩11自第一沟槽9完全地脱离。此时，上定盘2并未旋转的缘故，挂钩11的位置维持不变。在此状态下，让中心滚筒8旋转90°，之后让上定盘2下降，则挂钩11会向第二沟槽10插入。如此一来，自第一沟槽9至第二沟槽10的切换得以进行。

在上述之中，虽然第一沟槽9及第二沟槽10的两种长度的沟槽各别为两个，合计四个以90°的间隔配置于中心滚筒8，但是例如第一沟槽9及第二沟槽10为各别三个，合计六个以60°的间隔配置亦可。如此一来，能更加地提高在上定盘2停止在中间高度位置时的上定盘2的高度以及倾斜的维持稳定性。再者，在想要于两个中间高度位置停止的情况下，只要设置两种的第二沟槽10即可。

若为如同上述的本发明的双面研磨装置，在上定盘被停止在比进行工件的加工的位置更上方的位置时，即使上定盘旋转，或作用相对于上定盘的研磨面垂直方向的力，亦能维持上定盘水平。由此，在让上定盘维持于水平的状态下，能均一地进行贴附于上下定盘的研磨垫的洗净或修整。因此，若使用如此能均一地进行修整或洗净的双面研磨装置，能高质量地研磨工件。

在上述之中，关于本发明的工件的加工装置，虽然以双面研磨装置的情况作为范例而说明，但是亦可适用于双面抛光装置，能发挥与上述相同的功效。

以下表示本发明的实施例及比较例而更具体地说明，但是本发明并非限定于此。

[实施例1]

使用如图1所示的本发明的双面研磨装置1，并且调查在上定盘2被停止在中间高度位置时，施加相对于上定盘2的研磨面垂直方向的力时的上定盘2的稳定性。

如图5让上定盘2停止在中间位置，于上定盘2及下定盘3之间插入气囊12。然后，增加气囊12的压力，提高到能将上定盘2推高的力。

此时，在上定盘2的与插入气囊12的场所的相反侧，以针盘指示量规13监控上定盘2的高度位置的变化。亦即，若上定盘2因气囊12的压力而倾斜的话，则位于相对侧的上定盘2的高度位置应当变低。此时的通过针盘指示量规13的测定结果显示于图6。于图6中一并记载有后述的比较例1的结果。

其结果，如图6所示，在实施例1中，亦即在以短沟槽的底面支承上定盘的载重的情况下，在气囊相反侧的上定盘的高度变动，相较于比较例1，能减低至约1/10程度。

如图5所示，挂钩11接触于第二沟槽10的支承面10a，由于以支承面10a支承上定盘2的缘故，即使通过气囊12推高上定盘2，上定盘2也不倾斜，作为结果，在相反侧所测定的上定盘2的高度几乎不变化。

[比较例1]

如图7所示，双面研磨装置101包含被设置为上下相对向的上定盘102及下定盘103，于各定盘102、103，各别贴附有研磨垫104。上定盘102连接于万向接头107，而使其角度能自由地改变。

将设置于上定盘102的挂钩111插入至中心滚筒108所设置的第一沟槽109，使上定盘102降下而停止在中间高度位置。然后，于上定盘102及下定盘103之间插入气囊12，使气囊12的压力增加，进行与实施例1相同的测定。此时的结果如同上述显示于图6。

其结果，如图6所示，在比较例1中，在气囊12相反侧的上定盘102的高度位置的变动，相较于实施例1，约十倍程度大。

在上定盘2下降至中间高度位置停止，而进行修整的情况下，修整头按压于研磨面。亦即，如同从比较例1的结果所得知，当使用第一沟槽9并且在中间高度位置而进行修整，则由于受到修整头推高的上定盘的部分向上方移动，导致按压的压力低下的缘故，而未能得到充分的修整效果。

另一方面，如同从实施例1的结果所得知，若使用第二沟槽10并且在中间高度位置进行修整，则由于上定盘2的倾斜几乎不变化的缘故，表示能通过期望的压力进行修整。

[实施例2]

如图2所示，挂钩11插入第一沟槽9，进行工件W的双面研磨后将工件W取出，实施贴附于上下定盘2、3的研磨垫4的研磨面的洗净、修整。修整是将挂钩11插入第二沟槽10，如图8所示，将修整头14插入于上定盘2及下定盘3之间而进行。

具体而言，依照如图9所示的步骤图，依照工件的设置(SP1)、上定盘下降(使用长沟槽)(SP2)、研磨(SP3)、上定盘上升(SP4)、取出工件(SP5)、中心滚筒90°旋转(SP6)、上定盘下降(使用短沟槽，停止在中间位置)(SP7)、研磨面洗净、修整(SP8)、上定盘上升(SP9)、中心滚筒90°旋转(SP10)的顺序进行。然后，于SP10之后再次回到SP1，将此进行连续30批次。

在SP4及SP9的上定盘上升中，挂钩11自第一沟槽9以及第二沟槽10完全地脱离。此时，上定盘2并未旋转的缘故，挂钩11的位置维持不变。在此状态下，使中心滚筒8在SP6及SP10中旋转90°，之后在SP7及SP2中使上定盘2下降，则能替换挂钩11所插入的沟槽。

此时的批次数与研磨率之间的关系显示于图10。另外，于图10也一并记载后述的比较例2的结果。再者，作为进行双面研磨的工件W的平坦度，测定GBIR(GlobalBacksurface-referenced Ideal plane/Range)及SFQR(Site Frontsurface referencedleast sQuares/Range)。

其结果如图10所示，在连续研磨的开始后当下的研磨率作为100时，30批次后的实施例2的研磨率的低下率停留在约2％。再者，表示双面研磨后的工件的平坦度的GBIR、SFQRmax各别相比较于比较例2，在实施例2中，分别显示有4.2％及6.0％的改善。

[比较例2]

如同图11所示，使用双面研磨装置101，使用第一沟槽109并且在中间高度位置进行修整以外，与实施例2相同，重复进行工件W的双面研磨以及研磨垫104的研磨面的洗净、修整。亦即，未进行图9之中的SP6及SP10。

然后与实施例2相同，测定此时的批次数与研磨率之间的关系，如上述般表示于图10，更进一步，将作为已进行双面研磨的工件W的平坦度的GBIR及SFQmax予以测定。

其结果，如图10所示，在比较例2中，显示出30批次后的研磨率为约5％的低下。再者，将双面研磨后的工件的GBIR及SFQmax各别与实施例2比较，在比较例2之中，分别恶化4.2％及6.0％。

如此一来，得知：仅仅通过将中心滚筒与具有第一沟槽及第二沟槽的多种沟槽的中心滚筒交换并且加上SP6及SP10的流程，则能够进行上定盘的高度与倾斜稳定的洗净或修整。

此外，本发明并不限定于上述的实施例。上述实施例为举例说明，凡具有与本发明的申请专利范围所记载之技术思想实质上同样之构成，产生相同的功效者，不论为何物皆包含在本发明的技术范围内。

Claims (5)

1.一种工件的加工装置，包含中心滚筒、载体、上定盘、下定盘及至少一个挂钩，该中心滚筒于旋转轴周围得以旋转，该旋转轴周围具有于外周面在轴方向上形成的至少一个第一沟槽，该载体具有供加工的工件插入且支承的支承孔，该上定盘与该下定盘在将支承该工件的该载体夹住的状态下于旋转轴周围得以旋转，该挂勾被装设于该上定盘的内周部，且插入该第一沟槽的尖端部得以沿着该第一沟槽移动，其中

该中心滚筒更具有于该外周面在轴方向上形成的至少一个第二沟槽，以及

该第二沟槽具有与该第一沟槽为相异的长度，该上定盘具有支承面，该支承面在相较于进行该工件的加工的位置为更上方的位置并且自下方支承该挂钩。

2.如权利要求1所述的工件的加工装置，其中该第二沟槽的该支承面具有透过该挂钩而至少足以支承该上定盘的全部载重的表面积。

3.如权利要求1或2所述的工件的加工装置，其中该至少一个挂钩、该至少一个第一沟槽及该至少一个第二沟槽被构成为分别以180°的角度间隔而配置成对。

4.如权利要求3所述的工件的加工装置，其中于该中央滚筒，成对的该第一沟槽与成对的该第二沟槽所被配置的角度间隔为90°。

5.如权利要求1至4中任一项所述的工件的加工装置，其中该工件的加工装置为双面研磨装置或双面抛光装置。