JP2021115694A - ロータディスク、両面加工機、及び両面加工機において少なくとも１つのワークピースを加工する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークピースの端縁形状をさらに最適化することが可能であり、特にロータディスクの摩耗をさらに低減することが可能である、ロータディスク、両面加工機を提供する。【解決手段】両面加工機においてワークピース２８を案内するためのロータディスク２４であって、両面加工機において両面に対して材料除去方式で加工される少なくとも１つのワークピースを受容するための少なくとも１つのワークピース開口部を備え、ロータディスクの表面が、少なくとも６０°の水滴の接触角を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、両面加工機においてワークピースを案内するためのロータディスクに関し、このロータディスクは、両面加工機において両面に対して材料除去方式で加工される少なくとも１つのワークピースを受容するための少なくとも１つのワークピース開口部を備える。加えて、本発明は、両面加工機、及び両面加工機において少なくとも１つのワークピースを加工する方法に関する。

例えば、ウェーハなどのワークピースは、加工のためにロータディスク内の両面加工機、例えば両面研磨機において案内される。ロータディスクは、一般に、複数のワークピース開口部を有し、ワークピース開口部では、加工されるワークピースは、浮いた状態で（ｉｎ ａ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍａｎｎｅｒ）で受容される。動作中、ロータディスクは、作業ディスクによって形成される作業ギャップ内において、両面加工機の作業ディスクの間に配置される。作業ディスク間の相対的な回転の過程で、ロータディスクは、一方では作業ギャップを通る円形経路に沿って回転し、他方ではロータディスク自身の軸線を中心として回転する。結果として、ロータディスクにおいて浮いた状態で保持されたワークピースは、作業ギャップを通るサイクロイド軌道に沿って移動する。この移動の目的は、可能な限り均一な材料除去加工を実現し、その結果、加工されたワークピースの特に高い平面平行度及び平坦度を達成することにある。材料除去加工のために、作業ギャップには一般に、加工流体、特に、いわゆるスラリーが導入される。前記加工流体は、研磨成分を含有することができる。

このような両面加工機で加工された半導体ウェーハは、特に集積回路（ＩＣ）を形成するために使用される。集積回路の構造はますます小型になっているため、例としてシリコン製の、半導体ウェーハの製造中に、さまざまな形状パラメータを可能な限り最良の方法で監視することが重要である。特に、ワークピース全体の厚さのばらつきを最小限に抑え、ワークピースの端縁における平坦度を最大化する必要がある。加えて、ロータディスクの摩耗を最小限に抑える必要がある。

これまで用いられてきたロータディスク及び加工方法は、端縁又はそれぞれの辺縁領域においてワークピースの有意の丸まり（ｒｏｕｎｄｉｎｇ）をもたらす。加えて、一般的なロータディスクはかなりの摩耗を受ける。ＤＥ１０２０１７２２１９３１Ａ１（特許文献１）では、耐摩耗性を高め、端縁形状を改善するために、ダイヤモンドライクカーボン（ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ−ｃａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）コーティング及び水滴の接触角が２５°未満である親水性表面を備えたロータディスクが提案されている。しかしながら、実際には、これらの対策は、耐摩耗性の十分な増大及びワークピースの端縁形状の十分な改善をもたらしていない。

ＤＥ１０２０１７２２１９３１Ａ１

したがって、説明した先行技術から、本発明の目的は、ワークピースの端縁形状をさらに最適化することが可能であり、特にロータディスクの摩耗をさらに低減することが可能である、ロータディスク、両面加工機、及び上記に示した種類の方法を提供することにある。

本発明は、請求項１、６及び７の主題によって目的を達成する。有利な構成は、従属請求項、説明、及び図面に記載されている。

上記の種類のロータディスクについて、本発明は、ロータディスクの表面が少なくとも６０°の水滴の接触角を有するという目的を達成する。

加えて、本発明は、第１の作業面を有する第１の作業ディスクと、第２の作業面を有する第２の作業ディスクとを備える両面加工機であって、作業面は作業面の間に作業ギャップを画定し、両面加工機の作業ディスクの少なくとも１つは回転駆動されることが可能であり、両面加工機は、加工流体を作業ギャップに供給するための流体供給部をさらに備え、また両面加工機は、本発明による少なくとも１つのロータディスクを備え、この少なくとも１つのロータディスクにより、少なくとも１つのワークピースが、両面の材料除去加工のために作業ギャップ内において案内され得る、両面加工機によって、目的を達成する。

加えて、本発明は、本発明による両面加工機において少なくとも１つのワークピースを加工する方法によって目的を達成する。この方法では、少なくとも１つのワークピースが、少なくとも１つのロータディスクの少なくとも１つのワークピース開口部に受容され、両面加工機の作業ギャップでの加工のために案内され、両面加工機の作業ディスクの少なくとも１つは回転駆動され、加工中に作業ギャップには、加工流体が供給される。

両面加工機は、例えば、両面研磨機であることが可能である。ロータディスクは、通常、複数のワークピース開口部を備える。上記で説明したように、ウェーハ、特に半導体ウェーハなどのワークピースは、例としてシリコン製であり、ロータディスクのワークピース開口部において浮いた状態で保持される。動作中、ロータディスクは、両面加工機の対向した作業ディスクの間の作業ギャップ内に配置される。ロータディスクは、一般に、外歯を有しており、この外歯は、両面加工機作業ディスクの、例えば下側作業ディスクの、作業ギャップの内縁に設けられた内歯と、外縁に設けられた外歯と噛み合う。少なくとも１つの作業ディスクの動作中に起こる回転の過程で、ロータディスクは、結果として、一方では作業ギャップを通る円形経路に沿って、他方ではロータディスク自体の軸線を中心として回転される。その結果、ロータディスクのワークピース開口部に受容されたワークピースは、既知の方法で、ワークピースを通るサイクロイド軌道に沿って案内され、材料除去方式で加工される。同様に、例として、いわゆるスラリーのような加工流体は、加工中に既知の方法で作業ギャップに導入される。加工流体は、研磨要素を含有することができる。

本発明によれば、ロータディスクの表面は、少なくとも６０°の水滴の接触角を有する。すなわち、上記で説明した従来技術とは対照的に、表面は親水性ではない。ロータディスクの表面は、本発明によれば、好ましくは少なくとも６５°、より好ましくは少なくとも７０°の水滴の接触角を有することができる。本発明者らは、従来技術において、ロータディスクの表面上、したがって加工されたワークピース上での、加工流体の最適でない分散により、ロータディスクの摩耗の増大、及び加工されたワークピースの最適でない端縁形状がもたらされることに気づいた。特に、本発明者らは、先行技術において、加工されたワークピースと作業ディスクの表面、例えば研磨布との間に不均一な流体の膜が生じ、特に、処理されたワークピースの端縁から中央までにおける流体の膜の厚さの減少が生じ、そのため不均一な材料の除去が行われ、これによりワークピースのだれ（ｅｄｇｅ ｒｏｕｎｄｉｎｇ）の不要な強化がもたらされることに気づいた。これは、ロータディスクの本発明による表面設計によって対策される。ロータディスクの表面の本発明による構成により、従来技術と比較して、ロータディスク上において、したがって加工されたワークピース上でも、より均質な流体の膜が得られる。特に、ワークピースの中央への加工流体、特に研磨流体の輸送は、ロータディスク表面の本発明による構成によって大幅に改善される。このように、従来技術で起こるワークピースの望ましくないだれが最小限に抑えられる。よって、全体として加工されたワークピースの形状が改善される。同時に、本発明による流体の膜の均質化は、ロータディスクの摩耗を最小限に抑え、寿命を延ばし、対応するコスト上の利点をもたらす。本発明者らは、これはＤＥ１０２０１７２２１９３１Ａ１で提案されているにもかかわらず、実際にはこの目的に適した親水性表面は存在しないが、むしろ、非親水性又は疎水性表面でさえもそれぞれ適切であることに気づいた。本発明によるロータディスクは、例として、例えばステンレス鋼などの金属材料からなることができる。

一構成によれば、ロータディスクの表面は、９０°以下、好ましくは７５°以下の水滴の接触角を有する。本発明者らはさらに、特に９０°を超えると、ワークピースのだれの増強が再び起こることに気づいた。つまり、だれが最小になる接触角の最適ウィンドウが存在する。

さらなる構成によれば、本発明による表面の所望の接触角は、ロータディスクの表面を粗面化することによって得ることができる。つまり、所望の接触角は、例として、ロータディスクへの対応する両面加工プロセスによって、機械的に調整される。対応して粗面化されたロータディスクは、それ以上のコーティングを有さないままであってもよい。特に、粗面化されるロータディスクの材料としては、例としてステンレス鋼などの金属材料が可能である。

必要に応じて、追加のコーティング又は粗面化手段を用いることなく、適切なロータディスク材料を選択することにより、所望の接触角を有した表面を得ることも可能である。例として、例えばステンレス鋼などの金属材料が、ロータディスク材料として可能である。

ロータディスク基材を適切にコーティングすることにより、表面の所望の接触角を得ることも可能である。例えば、適切なＤＬＣコーティングによって、本発明による接触角を調整することが可能であり、次いで粗面化などのさらなる加工を行う必要はない。例として、例えばステンレス鋼などの金属を、ロータディスクの基材として用いることができる。

さらなる構成によれば、ロータディスクは、少なくとも１つのワークピース開口部に加えて、加工流体、好ましくはスラリーなどの研磨流体が、両面加工機における少なくとも１つのワークピースの加工中に集まることができる少なくとも１つの補助開口部を含むことができる。ロータディスクは、特に、複数のワークピース開口部及び／又は複数の補助開口部を含むことができる。１つ又は複数の補助開口部を、対象を定めて設けることにより、加工流体のフィルムを均質化するという本発明による効果をさらに強化することができる。補助開口部に配置された加工流体は、ロータディスクの表面全体にわたって、したがって、加工されたワークピースの表面全体にわたって、流体の膜を均一にすることが示された。一方では、加工流体は補助開口部を通って比較的自由に逃げることができるので、動作中に加工されるワークピースが受容されない補助開口部を通じて、ロータディスクの上側及び下側において、より均一な流体分散が達成される。他方では、ロータディスクの外側領域、特に外歯の領域からワークピース及びロータディスクの中央への流体輸送は、補助開口部によって改善される。このようにして、加工結果をさらに最適化することができ、ロータディスクの摩耗をさらに最小限に抑えることができる。補助開口部は、特にワークピース開口部の間に形成することができる。例えば、複数の補助開口部を、それぞれの場合において、２つの隣接するワークピース開口部の間に形成することができる。これにより、流体の分散がさらに改善される。

本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して下記にてより詳しく説明される。

本発明による両面加工機を図式化して断面図にて示す。 第１の例示的な実施形態に従って、本発明によるロータディスクを図式化して上面図にて示す。 さらなる例示的な実施形態に従って、本発明によるロータディスクを図式化して上面図にて示す。 材料除去方式で両面加工機にて加工される異なるワークピースの平均ワークピース厚さプロファイルを有する図表を図式化して示す。

特に明記しない限り、同一の参照番号は、図中の同一の対象を示す。

図１には、本発明の両面加工機、特に両面研磨機が、非常に概略的に示されている。両面加工機は、上側キャリアディスク１０と、これと対向して配置された下側キャリアディスク１２とを含む。上側キャリアディスク１０は上側作業ディスク１４を支持し、下側キャリアディスク１２は下側作業ディスク１６を支持する。作業ディスク１４、１６は、例として、研磨カバー、特に研磨パッドを備えることができる。キャリアディスク１０、１２同士、及びそれらと共に作業ディスク１４、１６同士は、駆動シャフト１８、２０によって、図１では縦に延びるそれらの軸線２６を中心として、具体的には両面加工機の動作中に反対方向に回転駆動され得る。

作業ディスク１４、１６は、それらの間に作業ギャップ２２を画定する。複数のロータディスク２４が作業ギャップ内に配置される。図１では、２つのロータディスク２４が示されている。もちろん、２つより多いか又は少ないロータディスクを備えることもできる。ワークピース２８、例えばシリコン製の、例えば半導体ウェーハは、両面に対して材料除去方式で加工され、作業ギャップ２２内のロータディスク２４のワークピース開口部において浮いた状態で保持される。ロータディスク２４は、通常、それらの外縁に、図１にはより詳細に示されていない外歯を有し、これらの外歯は、作業ギャップ２２の内縁に配置され、図１にはより詳細に示されていない内歯にも、作業ギャップ２２の外縁に配置されており、同様に図１にはより詳細に示されていない外歯にも噛み合っている。結果として、ロータディスク２４は、動作中に、作業ギャップ２２を通る円形経路に沿って、さらにロータディスク２４の軸線を中心として回転され、そのため、ワークピース２８は作業ギャップ２２を通ってサイクロイド軌道に沿って移動する。図１に参照番号３０で概略的に示されている流体供給部によって、加工流体、特に研磨流体（スラリー）が、動作中に作業ギャップ２２に供給される。ロータディスク２４の表面は、少なくとも６０°の水滴の接触角を有する。例えば、ロータディスク２４の表面は、前記接触角を得るために、機械的に粗面化され得る。例としてステンレス鋼からなることができるロータディスク２４の表面にはまた、所望の接触角を得るために、粗面化の代わりに、又は粗面化に加えて、コーティング、例えばＤＬＣコーティングが設けられることも可能である。

図２には、本発明によるさらなるロータディスク１２４が示されており、ロータディスク１２４は、図１に示した両面加工機において用いることができる。ロータディスク１２４は、示した例では、３つの円形のワークピース開口部１３２を有し、ワークピース開口部１３２では、加工用のワークピースが浮いた状態で受容され得る。加えて、図２のロータディスク１２４の場合には、外歯１３４を見ることができる。図２に示されるロータディスク１２４もまた、少なくとも６０°の水滴の接触角を有する。例えば、ロータディスク１２４の表面は、前記接触角を得るために機械的に粗面化され得る。例としてステンレス鋼からなることができるロータディスク１２４の表面にはまた、所望の接触角を得るために、粗面化の代わりに、又は粗面化に加えて、コーティング、例えばＤＬＣコーティングが設けられることも可能である。

図３は、図１に示される両面加工機において同様に用いることができるロータディスク２２４のさらなる例示的な実施形態を示す。ロータディスク２２４は、同様に、加工されるワークピースを浮いた状態で受容するための３つの円形ワークピース開口部２３２、及び外歯２３４を有する。図２に示したロータディスク１２４とは異なり、図３に示すロータディスク２２４は、３つのワークピース開口部２３２に加えて、複数の補助開口部２３６を有する。供給された加工流体は、両面加工機の作業ギャップ２２内におけるワークピースの加工中に補助開口部２３６に集まることができる。補助開口部２３６は、加工流体のための貯蔵器として機能し、ロータディスク２２４上、実際には、上側及び下側、並びに個々の側において、したがって、ワークピース開口部２３２内に受容されたワークピース上においても、流体の膜の最適な均質化をもたらす。図３に示されるロータディスク２２４もまた、少なくとも６０°の水滴の接触角を有する。例えば、ロータディスク２２４の表面は、前記接触角を得るために、機械的に粗面化され得る。例としてステンレス鋼からなることができるロータディスク２２４の表面にはまた、所望の接触角を得るために、粗面化の代わりに、又は粗面化に加えて、コーティング、例えばＤＬＣコーティングが設けられることも可能である。

図１〜図３に示されるロータディスク２４、１２４、２２４の全部又は一部は、好ましくは９０°以下、より好ましくは７５°以下の水滴の接触角を有することができる。加えて、ロータディスク２４、１２４、２２４の全部又は一部は、好ましくは少なくとも６５°、より好ましくは少なくとも７０°の水滴の接触角を有することができる。ロータディスク２４、１２４、２２４の全部又は一部は、例えば、ステンレス鋼からなることができるか、又はその後のコーティング時における基材としてステンレス鋼をそれぞれ含むことができる。しかしながら、ロータディスク２４、１２４、２２４の全部又は一部は、他の材料からなることも可能である。ロータディスク２４、１２４、２２４が、既に本質的に所望の接触角を有する材料からなり、そのため、後のコーティング又は粗面化が必要とされないことも考えられる。ロータディスク２４、１２４、２２４の表面が粗面化されている場合、又はロータディスク材料が既に本質的に所望の接触角を有する場合には、これらの表面はそれ以上のコーティングを有さなくてもよい。

図４には、３つの異なるロータディスクで加工されたワークピース、特にシリコンウェーハ、の平均ワークピース厚さプロファイルが示されている。約１１４ｍｍのワークピース半径から約１４９ｍｍのワークピース外縁までのワークピース外側領域が示されている。図４では例えばワークピースの半径１１４ｍｍで見られる、特にワークピース中央の領域における基本厚さは、すべてのワークピースについて実質的に等しいか、それぞれ標準化されている。図４では、単に説明のために、曲線は互いの上に示されている。ワークピースの平均厚さプロファイルは、複数のワークピースをそれぞれ３つのロータディスクの１つで加工し、続いて厚さプロファイルを平均化することによって確立した。加工は、示した例では、出願人が所有する両面研磨機で行い、加工中に研磨流体（スラリー）を作業ギャップに供給した。

図４の上の曲線は、素の（ｐｌａｉｎ）コーティングされていないステンレス鋼のロータディスクを使用した場合の平均ワークピース厚さプロファイルを示している。図４の中央の曲線は、通常のＤＬＣコーティングを有するステンレス鋼のロータディスクを使用した場合の平均ワークピース厚さプロファイルを示している。図４の下の曲線は、少なくとも６０°の、水滴に対する表面の接触角を有する本発明によるロータディスクを使用した平均ワークピース厚さプロファイルを示している。

図４において、ワークピース厚さプロファイルのだれの高さは、それぞれ文字Ａ、Ｂ、Ｃで示されている。ステンレス鋼のロータディスクを使用した場合にだれＡが最大となり、通常のＤＬＣコーティングを有するロータディスクを使用した場合のだれＢが続くことがはっきりと分かる。対照的に、本発明によるロータディスクでは、大幅に低いだれＣが得られる。

１０ 上側キャリアディスク
１２ 下側キャリアディスク
１４ 上側作業ディスク
１６ 下側作業ディスク
１８ 駆動シャフト
２０ 駆動シャフト
２２ 作業ギャップ
２４ ロータディスク
２６ 軸線
２８ ワークピース
３０ 流体供給部
１２４ ロータディスク
１３２ ワークピース開口部
１３４ 外歯
２２４ ロータディスク
２３２ ワークピース開口部
２３４ 外歯
２３６ 補助開口部

Claims (7)

1. 両面加工機においてワークピース（２８）を案内するためのロータディスクであって、前記両面加工機において両面に対して材料除去方式で加工される少なくとも１つのワークピース（２８）を受容するための少なくとも１つのワークピース開口部（１３２、２３２）を備える、ロータディスクにおいて、前記ロータディスク（２４、１２４、２２４）の表面が、少なくとも６０°の水滴の接触角を有することを特徴とする、ロータディスク。
2. 前記ロータディスク（２４、１２４、２２４）の表面が、９０°以下、好ましくは７５°以下の水滴の接触角を有することを特徴とする、請求項１に記載のロータディスク。
3. 前記ロータディスク（２４、１２４、２２４）の表面が粗面化されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータディスク。
4. 前記ロータディスク（２４、１２４、２２４）の表面がコーティングされていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロータディスク。
5. 前記コーティングがダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングであることを特徴とする、請求項４に記載のロータディスク。
6. 第１の作業面を有する第１の作業ディスク（１４）と、第２の作業面を有する第２の作業ディスク（１６）とを備える両面加工機であって、前記作業面は前記作業面の間に作業ギャップ（２２）を画定し、前記両面加工機の前記作業ディスク（１４，１６）の少なくとも１つは回転駆動されることが可能であり、前記両面加工機は、加工流体を前記作業ギャップ（２２）に供給するための流体供給部（３０）をさらに備え、また前記両面加工機は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのロータディスク（２４，１２４，２２４）を備え、前記少なくとも１つのロータディスク（２４，１２４，２２４）により、少なくとも１つのワークピース（２８）が、両面の材料除去加工のために前記作業ギャップ（２２）内において案内され得る、両面加工機。
7. 請求項９に記載の両面加工機において少なくとも１つのワークピース（２８）を加工する方法であって、前記少なくとも１つのワークピース（２８）は、前記少なくとも１つのロータディスク（２４，１２４，２２４）の前記少なくとも１つのワークピース開口部（３２，１３２，２３２）に受容され、前記両面加工機の前記作業ギャップ（２２）での加工のために案内され、前記両面加工機の前記作業ディスク（１４、１６）の少なくとも１つは回転駆動され、前記加工中に前記作業ギャップ（２２）には加工流体が供給される、方法。

Images