TW201706103A - 用於在雙邊加工機械的轉子盤之凹槽中澆鑄環形塑膠框架的裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於用於在雙邊加工機械之轉子盤的凹槽中澆鑄環形塑膠框架之裝置，其中該凹槽用來在雙邊加工期間將工件固持於該雙邊加工機械中，該裝置包含兩個模製零件，該等模製零件將該轉子盤容納於其本身之間，以及模芯，當該轉子盤容納於該等模製零件之間時，該模芯部分地填充於該凹槽中，其中該模芯具有至少一個澆鑄通道，該澆鑄通道之一個端部端接於為該塑膠框架提供之模製體積中，並且該澆鑄通道之另一端部可連接至用於塑化塑膠之供應物，其中該等模製零件中之至少一者可具有至少一個環形座，至少一個環形模製插入件可釋放地插入該環形座中，以使得該至少一個環形模製插入件與該模芯及該凹槽之該邊緣一起限定為該塑膠框架提供之該模製體積。本發明亦係關於對應方法及對應生產之轉子盤。

Description

用於在雙邊加工機械的轉子盤之凹槽中澆鑄環形塑膠框架的裝置及方法
本發明係關於用於在雙邊加工機械之轉子盤的凹槽中澆鑄環形塑膠框架之裝置，其中凹槽用來在雙邊加工期間將工件固持於雙邊加工機械中，該裝置包含兩個模製零件，該等模製零件將轉子盤容納於其本身之間，以及模芯，當轉子盤容納於該等模製零件之間時，該模芯部分地填充於該凹槽中，其中模芯具有至少一個澆鑄通道，該澆鑄通道之一個端部端接於為塑膠框架提供之模製體積中，並且該澆鑄通道之另一端部可連接至用於塑化塑膠之供應物。本發明亦係關於對應方法。最後，本發明係關於雙邊加工機械之轉子盤。
例如自DE 102 28 441 B4中瞭解雙邊轉子盤。轉子盤通常具有複數個凹槽，在雙邊加工機械中加工期間，工件(尤其是半導體晶圓)在該等凹槽中保持浮動。合適的運動致使轉子盤在形成於加工盤之間的工作間隙之間移動，以使得它們在保持於轉子盤之凹槽中的半導體晶圓中描述穿過工作間隙之擺線路徑。轉子盤一般由諸如金屬之耐磨材料組成。為保持 半導體晶圓不受損壞，轉子盤之凹槽的邊緣一般具備塑膠框架，該塑膠框架在諸如塑膠注射模製程序之澆鑄程序中澆鑄於轉子盤之輪廓邊緣中。
對將要生產的諸如矽晶圓之半導體盤的尺寸提出了極高要求。此等尺寸受加工期間所使用之可消耗材料的顯著影響。例如，在雙邊拋光的情況下，無論是磨料拋光或無霧拋光，針對總平行性(GBIR)、區域平整性(SFQR)、邊緣平整性(ESQFR)之容差及晶圓之頂側及底側在半導體邊緣(ZDD)處之曲率逐漸變得更小。轉子盤及尤其是塑膠框架扮演決定性角色，因為它們影響施加至工作盤之拋光布與晶圓邊緣之間的互動。塑膠框架取決於其參考半導體厚度之厚度與拋光布互動，從而也影響晶圓之邊緣處的拋光壓力。例如，由於塑膠框架所致的強拋光布壓縮藉由晶圓邊緣上之拋光布產生微弱壓力，反之亦然。
對於特定工件尺寸，尤其在工件邊緣處，塑膠框架之精確佈置及尺寸是非常重要的。在已知方法的情況下，諸如塑膠框架相對於轉子盤主體之對準，並且因此轉子盤與塑膠框架之間的特定台階高度之臨界參數不可以所要方式控制。此可產生參考轉子盤之軸向不對稱塑膠框架。此也致使加工之後的半導體晶圓邊緣之不均勻曲率，並且因此致使區域平整性之損害。發生在用於產生塑膠框架之已知方法中的框架尺寸(尤其是框架厚度)之擴展在機械中所加工之半導體晶圓的尺寸中產生不合需要的偏差。在已知澆鑄方法期間，例如由於所使用之材料的收縮及澆鑄方法中所使用之參數而出現尺寸偏差。
基於所解釋之先前技術，本發明之目標在於提供上述類型之 裝置、方法及轉子盤，其中塑膠框架在轉子盤之凹槽中的尺寸及佈置，並且因此利用轉子盤加工之工件的加工結果可以靈活方式精確地控制。
本發明藉由獨立申請專利範圍第1、7及14項之標的物來達成該目標。有利的實施例可在從屬申請專利範圍項、描述及圖式中找到。
對於前述類型之裝置而言，本發明達成以下目標：模製零件中之至少一者具有至少一個環形座，至少一個環形模製插入件可釋放地插入該環形座中，以使得至少一個環形模製插入件與模芯及凹槽之邊緣一起限定為塑膠框架提供之模製體積。
此外，本發明藉由用於在雙邊加工機械之轉子盤的凹槽中澆鑄環形塑膠框架之方法來達成該目標，其中凹槽用來在雙邊加工期間將工件固持於雙邊加工機械中，其特徵為以下步驟：-轉子盤容納於兩個模製零件之間，並且當轉子盤容納於模製零件之間時，凹槽部分地填充有模芯，其中模芯具有至少一個澆鑄通道，該澆鑄通道之一個端部端接於為塑膠框架提供之模製體積中，並且該澆鑄通道之另一端部可連接至用於塑化塑膠之供應物，-模製零件中之至少一者的至少一個環形模製插入件可釋放地插入至模製零件中之至少一者的至少一個環形座中，以使得至少一個環形模製插入件與模芯及凹槽之邊緣一起限定為塑膠框架提供之模製體積，-然後，來自供應物之塑化塑膠穿過模芯之至少一個澆鑄通道澆鑄於為塑膠框架提供之模製體積中，-在達成澆鑄塑膠之形狀的足夠穩定性之後，利用澆鑄於凹槽中之塑膠框架來移除轉子盤。
轉子盤可例如由金屬材料組成。然而，亦設想到塑膠材料。轉子盤具有至少一個，通常複數個凹槽，在雙邊加工(例如，雙邊拋光)期間，諸如半導體晶圓之工件在凹槽中保持浮動。如以上所提及，當在雙邊加工期間旋轉時，轉子盤穿過雙邊加工機械之工作盤之間的工作間隙移動，以使得將要加工之工件描述穿過工作間隙之擺線路徑。諸如半導體晶圓之工件及轉子盤中為半導體晶圓提供之凹槽可例如為圓形。澆鑄於凹槽中之塑膠框架可為對應環形。將其注射至轉子盤之內表面上，從而以諸如塑膠注射模製方法之模製方法來限定凹槽。此本身是已知的。然而，亦可利用本發明想到其他模製方法，諸如離心澆鑄方法。
根據本發明，轉子盤尤其夾緊在模製零件之間。模製零件可為模製板。詳言之，模製零件可為模製半部分。亦可提供多於兩個模製零件。轉子盤的限定凹槽之內表面、模製插入件，或分別環形模製插入件及模芯限定形成塑膠框架之模製腔室。塑化塑膠澆鑄(諸如注射)至此模製腔室中。為此目的，模芯具有至少一個澆鑄通道，該澆鑄通道之一個端部諸如自擠壓機連接至用於熔融塑膠之供應物，並且該澆鑄通道之另一端部連接至模製腔室。模芯可尤其具有複數個此類澆鑄通道。當然，亦可提供複數個此類模芯。
模製零件中之至少一者具有至少一個環形座，至少一個環形模製插入件可釋放地插入該環形座中。與模芯及凹槽之邊緣一起，至少一個環形模製插入件限定為塑膠框架提供之模製體積。至少一個模製插入件可例如螺釘固定到至少一個模製零件。然而，其他類型之緊固亦是可能的。模製插入件以及模製零件亦可例如由金屬材料組成。它們可具有適於將要 澆鑄之塑膠材料的表面粗糙度，以便防止熔融材料之黏附。
模具中之根據本發明的模製插入件允許以靈活方式精確地控制位置及尺寸，尤其是澆鑄塑膠框架與轉子盤之主體相比的厚度。藉助於根據本發明之模製插入件，塑膠框架之位置可在例如分別相對於轉子盤之頂部或底部+/-20μm之範圍內調整。此產生例如-40μm至+40μm之塑膠框架與轉子盤主體之間的可能厚度差異。澆鑄塑膠框架之厚度值的波動可藉由根據本發明之環形模製插入件來最小化。可以靈活方式可靠地調整特定塑膠框架厚度。此同樣適用於塑膠框架與轉子盤之主體之間的台階尺寸。給定根據本發明之塑膠框架尺寸及佈置的特定調整，塑膠注射模製方法中之低注射壓力及塑膠之均質晶體結構，塑膠框架尺寸可與雙邊加工，尤其是雙邊拋光處理之需求最佳地協調。藉由使用具有根據本發明所生產之塑膠框架的轉子盤，可以亦尤其適用於工件之邊緣的最佳尺寸來生產工件，尤其是半導體晶圓。例如，塑膠框架之厚度的擴展可分別利用根據本發明之方法或根據本發明之裝置例如被限於±5μm，較佳地±2μm，更較佳地±1μm。
根據一個實施例，模製零件可各自具有至少一個環形座，至少一個環形模製插入件可釋放地插入該環形座中，以使得環形模製插入件與模芯及凹槽之邊緣一起限定為塑膠框架提供之模製體積。在此實施例中，藉由在模製零件內可釋放地附接模製插入件，在兩側上形成塑膠框架，以便增加靈活性及精確度。
根據另一實施例，裝置可包含複數個不同尺寸的環形模製插入件，該等環形模製插入件視需要可釋放地插入至至少一個環形座中，以 使得用於塑膠框架之不同尺寸的模製體積可藉由插入不同尺寸的環形模製插入件來產生。此進一步提高靈活性。在僅一個模具的情況下，可藉由交換環形模製插入件來實現不同塑膠框架尺寸。
根據一個實施例，藉由至少一個環形模製插入件與模芯及凹槽之邊緣一起限定且為塑膠框架提供之模製體積在凹槽之軸向方向上可具有比轉子盤更長的延伸部。藉助於此實施例，儘管在塑膠之冷卻及硬化期間不可避免收縮，但塑膠框架可以與轉子盤相同的厚度形成。
根據另一實施例，為塑膠框架提供之模製體積可具有用於給料機之一或多個腔室。然後，給料機或分別提升管在所生產之塑膠框架中形成，從而抵制腔室在硬化過程期間之形成。
根據另一實施例，可提供加熱裝置，至少一個澆鑄通道藉助於該加熱裝置加熱。此類經加熱之通道的使用在熔融塑膠中產生均勻溫度，並且流動路徑可保持短。另外，從而可降低注射壓力以確保精確模具尺寸之最佳模製，並且尤其是熱塑性材料之均質結晶。均質結晶產生所生產之塑膠框架的更大尺寸穩定性。
具有用於排出模具之足夠區域的最佳澆鑄幾何形狀及給料機之規則佈置進一步簡化對注射及固持壓力之最小化。
根據本發明之方法可藉由根據本發明之裝置執行。相應地，根據本發明之裝置可適合於執行根據本發明之方法。
此外，本發明係關於雙邊加工機械之轉子盤，該轉子盤具有至少一個凹槽，以及至少一個環形塑膠框架，該環形塑膠框架使用根據本發明之方法澆鑄於該至少一個凹槽中。轉子盤可尤其為用於雙邊拋光機之 轉子盤。
例如，下表中列舉之熱塑性材料為可根據本發明用於塑膠框架之材料，其中左欄列出未填充材料，並且右欄列出分別經填充或具備纖維成分之材料：
在下文中，參考圖式來更詳細地解釋本發明。示意性地， 圖1展示用於在雙邊加工機械之旋轉盤的凹槽中澆鑄環形塑膠框架之裝置的截面圖，圖2展示根據本發明之裝置的處於圖1中A處示意性地描繪之第一操作狀態中的區域之截面放大圖。
圖3展示處於第二操作狀態中之來自圖2的視圖，圖4展示處於第三操作狀態中之來自圖2的視圖，圖5展示根據另一示例性實施例之來自圖4的視圖，圖6展示具有藉由根據本發明之方法生產的不同塑膠框架之轉子盤的截面圖之摘錄，圖7展示使用分別根據本發明之方法或根據本發明之裝置生產的塑膠框架。
若不另行規定，則在圖式中相同參考數字指示相同物件。圖1中所示之裝置具有第一模製零件10(詳言之，第一模製半部分)，以及第二模製零件12(詳言之，第二模製半部分)。雙邊加工機械(詳言之，雙邊拋光機)之轉子盤14夾緊在模製零件10、12之間，且相應地固持。轉子盤14具有例如複數個圓形凹槽16，該等圓形凹槽中之一者可在圖1中見到。在操作期間，例如諸如矽樹脂晶圓之圓形半導體晶圓在凹槽16中保持浮動，以便在雙邊加工機械中加工。此外，圖1中所示之裝置具有模芯18，該模芯插入凹槽16中，且填充該凹槽直至環形模製腔室20。參考符號22、24示意性地指示形成於圖1中之模芯18中的澆鑄通道。在其圖1中之頂端處，中心澆鑄通道22連接至用於熔融塑膠之供應物(未展示)，諸如擠壓機。連 接至中心澆鑄通道22之澆鑄通道24端接於模製腔室20中。在操作期間，熔融塑膠自供應物穿過澆鑄通道22、24傳導至模製腔室20中，如由圖1中之箭頭所指示。
在圖2中，可見根據本發明之裝置、模製零件10、12各自具有環形(諸如圓環形)座，其中環形(諸如圓環形)模製插入件26、28可釋放地插入至環形座中。模製插入件26、28可例如螺釘固定至模製零件10、12。如圖2中可見，亦為環形(例如圓環形)的模製腔室20由模芯18、轉子盤14的形成凹槽16之內邊緣及圓環形模製插入件26、28之內側限定。此模製腔室20形成模製體積，該模製體積為將要澆鑄於轉子盤14中之塑膠框架提供。
圖3描繪澆鑄之後不久，可熔化塑膠30仍然穿過模製通道22、24進入模製腔室20中之操作狀態。圖2及圖3中可清楚地見到，為塑膠框架提供之模製腔室20在凹槽16之軸向方向上(亦即，在圖2及圖3中自底部至頂部)具有比轉子盤14更長的延伸部。對應地，仍然可流動的塑膠材料在圖3中之轉子盤14的頂部及底部以上輕微突出。藉助於此實施例，補償塑膠材料冷卻及乾燥時出現之收縮。圖4展示形成塑膠框架之塑膠材料30的硬化狀態。如圖4中可容易地看出，在此硬化狀態中，塑膠材料30與轉子盤14之頂側及底側齊平。僅為完整性起見，應注意，轉子盤14之頂側或分別底側與模製插入件26、28之相關表面之間的可例如在圖3中看出之間隙足夠小，以使得塑化塑膠30由於其黏滯度而不可滲入此間隙中。
圖5中之實施例不同於圖2至圖4中所示之實施例，以使得插入至頂部模製零件10中之環形模製插入件26’比圖2至圖4中所示之環形插入件26’更厚。圖5展示塑膠材料30之冷卻及硬化狀態。在圖5中可 見，由於模製插入件26’之較大厚度，硬化塑膠30未完全延伸直至轉子盤14之頂側。
在根據本發明之裝置，或分別根據本發明之方法的情況下，由塑膠材料30形成之塑膠框架的精確所要尺寸可藉由適當地選擇相應澆鑄插入件來靈活生產。藉助於本發明係可能的不同框架幾何形狀展示為圖6中之實例。
圖7展示由於例示原因不具有藉助於根據本發明之方法，或分別根據本發明之裝置生產的轉子盤之塑膠框架32。可見，塑膠框架32在其外周邊具有鳩尾形34，該鳩尾形對應於轉子盤14中之凹槽16的內表面上之等效鳩尾形。在參考符號36、38處，亦可見給料機，或分別提升管跨塑膠框架32之內側以規則間隔分佈，該等規則間隔在塑膠注射模製過程期間產生。此等給料機在完成塑膠框架32期間移除。此等尤其防止在塑膠注射模製過程期間形成腔室，並且實現下部注射及固持壓力。此也產生塑膠材料30之更均質結晶，並且因此產生塑膠框架32之提高形狀保持性。
藉助於本發明，可在轉子盤之凹槽的軸向方向上產生精確定中心的塑膠框架。此軸向方向上之厚度偏差可例如限於±5μm，較佳地±2μm，並且更較佳地±1μm。此尤其適用於塑膠框架的遠離塑膠框架之內邊緣的至少0.5mm及至多1mm之每一位置。塑膠框架之厚度偏差可例如處於繞目標值10μm，較佳地4μm，更較佳地2μm之頻寬內，例如針對其自內邊緣0.5mm至1mm之區域內的側向延伸部之至少90%。
所有指示值都參考室溫，並且僅自正常環境空氣乾燥具有塑膠框架之轉子盤，該塑膠框架僅經歷吸收水。

Claims (14)

  1. 一種用於在一雙邊加工機械之一轉子盤(14)的一凹槽(16)中澆鑄一環形塑膠框架(32)之裝置，其中該凹槽(16)用來在雙邊加工期間，將一工件固持於該雙邊加工機械中，該裝置包含兩個模製零件(10、12)，該等模製零件將該轉子盤(14)容納於其本身之間，以及一模芯(18)，當該轉子盤(14)容納於該等模製零件(10、12)之間時，該模芯部分地填充於該凹槽(16)中，其中該模芯(18)具有至少一個澆鑄通道(22、24)，該澆鑄通道之一個端部端接於為該塑膠框架(32)提供之一模製體積中，並且該澆鑄通道之另一端部可連接至用於塑化塑膠(30)之一供應物，其特徵在於，該等模製零件(10、12)中之至少一者具有至少一個環形座，至少一個環形模製插入件(26、26’、28)可釋放地插入該環形座中，以使得該至少一個環形模製插入件(26、26’、28)與該模芯(18)及該凹槽(16)之該邊緣一起限定為該塑膠框架(32)提供之該模製體積。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其特徵在於，該等模製零件(10、12)各自具有至少一個環形座，至少一個環形模製插入件(26、26’、28)可釋放地插入該環形座中，以使得該等環形模製插入件(26、26’、28)與該模芯(18)及該凹槽(16)之該邊緣一起限定為該塑膠框架(32)提供之該模製體積。
  3. 如前述申請專利範圍中一項之裝置，其特徵在於，該裝置可包含複數個不同尺寸的環形模製插入件(26、26’、28)，該等環形模製插入件可視需要可釋放地插入至該至少一個環形座中，以使得用於塑膠框架(32)之不同尺寸的模製體積可藉由插入不同尺寸的環形模製插入件(26、26’、28)來產生。
  4. 如前述申請專利範圍中一項之裝置，其特徵在於，藉由該至少一個環形模製插入件(26、26’、28)與該模芯(18)及該凹槽(16)之該邊緣一起限定且為該塑膠框架(32)提供之該模製體積在該凹槽(16)之該軸向方向上可具有一比該轉子盤(14)更長的延伸部。
  5. 如前述申請專利範圍中一項之裝置，其特徵在於，為該塑膠框架(32)提供之該模製體積具有用於給料機(36、38)之一或多個腔室。
  6. 如前述申請專利範圍中一項之裝置，其特徵在於，提供一加熱裝置，該至少一個澆鑄通道(22、24)藉助於該加熱裝置加熱。
  7. 一種用於在一雙邊加工機械之一轉子盤(14)的一凹槽(16)澆鑄一環形塑膠框架(32)之方法，其中該凹槽(16)用來在雙邊加工期間將一工件固持於該雙邊加工機械中，其特徵為以下步驟：一轉子盤(14)容納於兩個模製零件(10、12)之間，並且當該轉子盤(14)容納於該等模製零件(10、12)之間時，該凹槽(16)部分地填充有一模芯(18)，其中該模芯(18)具有至少一個澆鑄通道(22、24)，該澆鑄通道之一個端部端接於為該塑膠框架(32)提供之一模製體積中，並且該澆鑄通道之另一端部可連接至用於塑化塑膠(30)之一供應物，至少一個環形模製插入件(26、26’、28)可釋放地插入至該等模製零件(10、12)中之至少一者的至少一個環形座中，以使得該至少一個環形模製插入件(26、26’、28)與該模芯(18)及該凹槽(16)之該邊緣一起限定為該塑膠框架(32)提供之該模製體積，然後，來自該供應物之塑化塑膠(30)穿過該模芯(18)之該至少一個澆鑄通道(22、24)澆鑄於為該塑膠框架(32)提供之該模製體積中， 在達成該澆鑄塑膠(30)之該形狀的足夠穩定性之後，利用澆鑄於該凹槽(16)中之該塑膠框架(32)來移除該轉子盤(14)。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其特徵在於，至少一個環形模製插入件(26、26’、28)可釋放地插入該等澆鑄零件(10、12)之至少一個環形座中，以使得該等環形模製插入件(26、26’、28)與該模芯(18)及該凹槽(16)之該邊緣一起限定為該塑膠框架(32)提供之該模製體積。
  9. 如申請專利範圍第7或8項中一項之方法，其特徵在於，不同尺寸的環形模製插入件(26、26’、28)可插入至該至少一個環形座中，以用於在不同轉子盤(14)中澆鑄不同尺寸的塑膠框架(32)。
  10. 如申請專利範圍第7至9項中一項之方法，其特徵在於，藉由該至少一個環形模製插入件(26、26’、28)與該模芯(18)及該凹槽(16)之該邊緣一起限定且為該塑膠框架(32)提供之該模製體積在該凹槽(16)之該軸向方向上可具有一比該轉子盤(14)更長的延伸部。
  11. 如申請專利範圍第7至10項中一項之方法，其特徵在於，一或多個給料機(36、38)形成於該塑膠框架(32)上。
  12. 如申請專利範圍第7至11項中一項之方法，其特徵在於，至少在澆鑄該塑化塑膠(30)時，加熱該至少一個澆鑄通道(22、24)。
  13. 如申請專利範圍第7至12項中一項之方法，其特徵在於，藉助於如申請專利範圍第1至6項中一項之一裝置來執行該方法。
  14. 一種一雙邊加工機械之轉子盤(14)，該轉子盤具有至少一個凹槽(16)及至少一個環形塑膠框架(32)，該環形塑膠框架藉助於如申請專利範圍第7至13項中一項之該方法來澆鑄於該至少一個凹槽(16)中。
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