TW202134001A - 轉子盤，雙面加工機以及在雙面加工機中加工至少一個工件的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於在一雙面加工機中導引工件之轉子盤，其包含用於收納待在該雙面加工機中在兩側上以一材料移除方式加工之至少一個工件的至少一個工件開口，其中該轉子盤之表面包括一水滴之至少60°的一接觸角度。此外，本發明係關於一種雙面加工機及一種用於加工一工件之方法。
Description
本發明係關於一種用於在一雙面加工機中導引工件之轉子盤，其包含用於收納待在該雙面加工機中在兩側上以一材料移除方式加工之至少一個工件的至少一個工件開口。此外，本發明係關於一種雙面加工機及一種用於在一雙面加工機中加工至少一個工件之方法。
在雙面加工機（例如，雙面拋光機）中，諸如晶圓之工件在轉子盤中導引以供加工。轉子盤通常具有多個工件開口，待加工之工件以浮動方式收納於該等開口中。在操作期間，轉子盤配置於雙面加工機之工作盤之間藉由該等工作盤形成的工作間隙中。在工作盤之間的相對旋轉之過程中，一方面，轉子盤沿著圓形路徑旋轉通過工作間隙，且另一方面，轉子盤繞其自身的軸線旋轉。結果，以浮動方式固持於轉子盤中之工件沿著擺線軌跡移動通過工作間隙。此移動之目標為實現儘可能均勻的材料移除加工，且因此達成經加工工件之尤其高的平面平行度及平整度。對於材料移除加工，通常將加工流體（特定而言，所謂的漿料）引入至工作間隙中。該加工流體可含有研磨劑組份。
特定而言，在此雙面加工機中加工之半導體晶圓用以形成積體電路（integrated circuit；IC）。由於積體電路之結構變得愈來愈小，在製造半導體晶圓（作為實例，由矽製成）期間以最佳可能方式觀測各種幾何參數為關鍵的。特定而言，整個工件上之厚度分散將最小，且工件之邊緣處的平整度將最大。此外，轉子盤之磨損將最小。
迄今為止已利用的轉子盤及加工方法導致邊緣或各別邊限區中工件的顯著圓化。此外，常見轉子盤會遭受到相當大的磨損。在DE 10 2017 221931 A1中，提議一種轉子盤，其具有類金剛石碳（diamond-like-carbon；DLC）塗層及水滴之接觸角度小於25°的親水性表面，以便增加耐磨性且改善邊緣幾何形狀。然而，實務上，此等措施並不能導致耐磨性之充分提高及工件之邊緣幾何形狀的充分改善。
自所解釋的先前技術出發，本發明之目標因此為提供上文所指示之類型的一種轉子盤、一種雙面加工機及一種方法，藉由該轉子盤、該雙面加工機及該方法，有可能進一步最佳化工件之邊緣幾何形狀且特定而言，進一步減少轉子盤之磨損。
本發明經由如技術方案1、6及7之主題達成目標。有利組態可見於附屬技術方案、說明書及圖式中。
對於上文所指示之類型的轉子盤，本發明達成之目標在於，轉子盤之表面包括水滴之至少60°的接觸角度。
此外，本發明經由一種雙面加工機達成目標，該雙面加工機包含：第一工作盤，其具有第一工作表面；及第二工作盤，其具有第二工作表面，其中該等工作表面在其間限定工作間隙，且其中可以旋轉方式驅動該雙面加工機之工作盤中的至少一者，該雙面加工機進一步包含用於將加工流體饋送至工作間隙中之流體饋送件且包含根據本發明之至少一個轉子盤，藉由該轉子盤，至少一個工件可在工作間隙中導引以用於兩側上之材料移除加工。
此外，本發明經由根據本發明之一種用於在雙面加工機中加工至少一個工件之方法達成目標，其中至少一個工件收納於至少一個轉子盤之至少一個工件開口中且在雙面加工機之工作間隙中經導引以供加工，其中以旋轉方式驅動雙面加工機之工作盤中的至少一者，且其中在加工期間將加工流體饋送至工作間隙中。
舉例而言，該雙面加工機可為雙面拋光機。轉子盤通常包含多個工件開口。如上文所解釋，諸如晶圓（特定而言，半導體晶圓（作為實例，由矽製成））之工件以浮動方式固持於轉子盤之工件開口中。在操作期間，轉子盤配置於雙面加工機之相對工作盤之間的工作間隙中。轉子盤通常具有外部齒，該等外部齒與設置於工作間隙之內邊緣上之內部齒且與設置於雙面加工機之工作盤（例如，下部工作盤）的外邊緣上之外部齒咬合。在至少一個工作盤之操作期間發生的旋轉之過程中，作為旋轉之結果，一方面，轉子盤沿著圓形路徑旋轉通過工作間隙，且另一方面，轉子盤繞其自身的軸線旋轉。結果，收納於轉子盤之工件開口中的工件以已知方式沿著擺線軌跡導引通過工件，且以材料移除方式進行加工。同樣地，在加工期間以已知方式將加工流體（作為實例，所謂的漿料）引入至工作間隙中。加工流體可含有研磨劑元素。
根據本發明，轉子盤之表面包括水滴之至少60°的接觸角度。亦即，相比於上文所解釋之先前技術，該表面並非親水性的。根據本發明，轉子盤之表面可包括水滴之較佳至少65°，更佳至少70°的接觸角度。本發明人已意識到，在先前技術中，加工流體在轉子盤之表面上的非最佳分佈且因此在經加工工件上的非最佳分佈導致轉子盤之增加磨損及經加工工件之非最佳邊緣幾何形狀。特定而言，本發明人已意識到，在先前技術中，非均質流體膜出現於經加工工件與工作盤之表面（例如，拋光布）之間，特定而言，自邊緣至經加工工件之中間，流體膜之厚度減小，使得實行不均勻材料移除，此又導致工件之非想要的加強邊緣圓化。此藉由轉子盤之根據本發明的表面設計來解決。由於轉子盤之表面的根據本發明之組態，相較於先前技術，達成轉子盤上之更均質流體膜且因此亦達成經加工工件上之更均質流體膜。特定而言，加工流體（特定而言，拋光流體）至工件中間之輸送藉由轉子盤表面之根據本發明的組態顯著地改善。以此方式，最小化在先前技術中出現之工件的非想要邊緣圓化。總之，經加工工件之幾何形狀因此得到改善。同時，根據本發明之流體膜的均質化最小化轉子盤之磨損，延長壽命且導致對應成本優點。本發明人已意識到，儘管此在DE 10 2017 221931 A1中提議，但實際上親水性表面不適合於此目的，但相反，非親水性或甚至各別疏水性表面為適合的。作為實例，根據本發明之轉子盤可由諸如不鏽鋼（作為實例）之金屬材料組成。
根據一組態，轉子盤之表面包括水滴之不超過90°，較佳不超過75°之接觸角度。本發明人已進一步意識到，尤其在超過90°之情況下，再次出現工件之加強邊緣圓化。亦即，存在最佳的接觸角度窗口，其中邊緣圓化最小。
根據另一組態，根據本發明之表面的所要接觸角度可藉由粗糙化轉子盤之表面而獲得。亦即，接著以機械方式調整所要接觸角度，作為實例，藉由用於轉子盤之對應雙面加工製程。可接著保持對應地粗糙化的轉子盤而無需任何其他塗層。特定而言，金屬材料（作為實例，不鏽鋼）可作為用於經粗糙化之轉子盤的材料。
亦有可能藉由選擇合適的轉子盤材料達成具有所要接觸角度之表面，必要時，無需額外塗層或粗糙化措施。作為實例，金屬材料（作為實例，不鏽鋼）可作為轉子盤的材料。
亦有可能藉由轉子盤基底材料之合適塗層達成表面之所要接觸角度。舉例而言，可藉由合適的DLC塗層調整根據本發明之接觸角度，其中不必接著實行諸如粗糙化之進一步加工。作為實例，金屬（作為實例，不鏽鋼）可作為轉子盤基底材料。
根據另一組態，除至少一個工件開口以外，轉子盤亦可包括至少一個輔助開口，其中可在雙面加工機中之至少一個工件的加工期間收集加工流體，較佳為諸如漿料之拋光流體。特定而言，轉子盤可包括多個工件開口及/或多個輔助開口。由於有針對性地提供一或多個輔助開口，可進一步強化均質化加工流體膜之根據本發明的效應。已展示，位於輔助開口中之加工流體均勻化轉子盤之整個表面上的流體膜且因此亦均勻化經加工工件之表面上的流體膜。一方面，經由輔助開口達成轉子盤之上側及下側上的更均勻流體分佈，待加工之工件在操作期間不收納於該等輔助開口中，此係因為加工流體可經由輔助開口相對自由地逸出。另一方面，藉由輔助開口改善自轉子盤之外部區（特定而言，外部齒之區）至工件及至轉子盤之中間的流體輸送。以此方式，可進一步最佳化加工結果且可進一步最小化轉子盤之磨損。特定而言，輔助開口可形成於工件開口之間。舉例而言，在每一狀況下，多個輔助開口可形成於兩個相鄰的工件開口之間。此進一步改善流體分佈。
在圖1中，極度示意性地描繪根據本發明之雙面加工機，特定而言為雙面拋光機。雙面加工機包括上部載體盤10及與此上部載體盤相對配置之下部載體盤12。上部載體盤10承載上部工作盤14，且下部載體盤12承載下部工作盤16。作為實例，工作盤14、16可具備拋光覆蓋物，特定而言為拋光墊。載體盤10、12且與其一起，工作盤14、16可繞其在圖1中藉助於驅動軸桿18、20豎直地延行之軸線26以旋轉方式進行驅動，特定而言，在雙面加工機之操作期間在相反方向上驅動。
工作盤14、16在其間限定工作間隙22。多個轉子盤24配置於該工作間隙中。在圖1中，描繪兩個轉子盤24。當然，亦可提供多於或少於兩個轉子盤。工件28，例如半導體晶圓（例如，由矽製成），以浮動方式固持於工作間隙22中之轉子盤24的工件開口中，該等工件待在兩側上以材料移除方式進行加工。轉子盤24通常在其外邊緣處具有未在圖1中更詳細地描述之外部齒，該等外部齒與配置於工作間隙22之內邊緣上的未在圖1中更詳細地描繪的內部齒以及配置於工作間隙22之外邊緣上的同樣未在圖1中更詳細地描繪的外部齒咬合。結果，轉子盤24在操作期間沿著圓形路徑旋轉通過工作間隙22且另外繞其軸線旋轉，使得工件28沿著擺線軌跡移動通過工作間隙22。藉助於在圖1中以元件符號30示意性地描繪之流體饋送件，在操作期間將加工流體（特定而言，拋光流體（漿料））饋送至工作間隙22中。轉子盤24之表面具有水滴之至少60°的接觸角度。舉例而言，可以機械方式粗糙化轉子盤24之表面，以便達成該接觸角度。替代地或另外，可由不鏽鋼（作為實例）組成之轉子盤24的待粗糙化之表面亦具備塗層，例如DLC塗層，以便達成所要接觸角度。
在圖2中，展示根據本發明之另一轉子盤124，其可用於圖1中所展示之雙面加工機中。在所展示之實例中，轉子盤124具有三個圓形工件開口132，用於加工之工件可以浮動方式收納於該等開口中。此外，外部齒134在圖2中之轉子盤124的狀況下可見。圖2中所展示之轉子盤124亦具有水滴之至少60°的接觸角度。舉例而言，可以機械方式粗糙化轉子盤124之表面，以便達成該接觸角度。替代地或另外，可由不鏽鋼（作為實例）組成之轉子盤124的待粗糙化之表面亦具備塗層，例如DLC塗層，以便達成所要接觸角度。
圖3展示轉子盤224之另一例示性實施方式，該轉子盤同樣可用於圖1中所展示之雙面加工機中。該轉子盤又具有用於以浮動方式收納待加工之工件的三個圓形工件開口232以及外部齒234。不同於圖2中所展示之轉子盤124，除三個工件開口232以外，圖3中所展示之轉子盤224亦具有多個輔助開口236。所饋送的加工流體可在雙面加工機之工作間隙22中的工件之加工期間收集於輔助開口236中。輔助開口236充當加工流體之儲集器，且導致流體膜在轉子盤224上的最佳均質化且實際上在上側及下側以及個別側面上且因此亦在收納於工件開口232中之工件上的最佳均質化。圖3中所展示之轉子盤224亦具有水滴之至少60°的接觸角度。舉例而言，可以機械方式粗糙化轉子盤224之表面，以便達成該接觸角度。替代地或另外，可由不鏽鋼（作為實例）組成之轉子盤224的待粗糙化之表面亦具備塗層，例如DLC塗層，以便達成所要接觸角度。
圖1至圖3中所展示之轉子盤24、124、224中的全部或一些可包括水滴之較佳不超過90°，更佳不超過75°的接觸角度。此外，其可包括水滴之較佳至少65°，更佳至少70°的接觸角度。其可由例如不鏽鋼組成，且在後續塗佈期間分別包括不鏽鋼作為基底材料。然而，其亦可由其他材料組成。亦可設想到，轉子盤24、124、224由已固有地具有所要接觸角度之材料組成，使得不需要後續塗佈或粗糙化。若轉子盤24、124、224之表面經粗糙化或若轉子盤材料已固有地具有所要接觸角度，則此等表面有可能不具有任何其他塗層。
在圖4中，描繪藉由三個不同轉子盤加工之工件（特定而言，矽晶圓）的平均工件厚度量變曲線。展示自大約114 mm之工件半徑直至大約149 mm處之外部工件邊緣的外部工件區。對於所有工件，特定而言，在圖4中可見的例如具有工件半徑114 mm之工件中間之區中的基本厚度可實質上相等或分別標準化。為達成說明之目的，在圖4中僅將曲線描繪於彼此上方。藉由在每一狀況下藉由三個轉子盤中之一者加工多個工件且後續對厚度量變曲線求平均，已建立平均工件厚度量變曲線。在屬於本申請人之雙面拋光機器中所展示的實例中實行加工，其中在加工期間將拋光流體（漿料）饋送至工作間隙中。
圖4中之頂部曲線展示在使用普通的未經塗佈之不鏽鋼轉子盤時的平均工件厚度量變曲線。圖4中之中間曲線展示在使用具有常見DLC塗層之不鏽鋼轉子盤時的平均工件厚度量變曲線。圖4中之底部曲線展示使用根據本發明之轉子盤的平均工件厚度量變曲線，該轉子盤針對水滴具有至少60°之表面接觸角度。
在圖4中，在每一狀況下，用字母A、B及C表示工件厚度量變曲線之邊緣圓化的高度。可清楚地看到，當使用不鏽鋼轉子盤時，邊緣圓化A最大，接著為當使用具有常見DLC塗層之轉子盤時的邊緣圓化B。相比之下，藉由根據本發明之轉子盤獲得顯著較低的邊緣圓化C。
10:上部載體盤
12:下部載體盤
14:上部工作盤
16:下部工作盤
18:驅動軸桿
20:驅動軸桿
22:工作間隙
24:轉子盤
26:軸線
28:工件
30:流體饋送設備
124:轉子盤
132:圓形工件開口
134:外部齒
224:轉子盤
232:圓形工件開口
234:外部齒
236:輔助開口
A:邊緣圓化
B:邊緣圓化
C:邊緣圓化
下文將參看圖式更詳細地解釋本發明之例示性實施方式，其中：
[圖1]以截面圖示意性地展示根據本發明之雙面加工機，
[圖2]以俯視圖示意性地展示根據第一例示性實施方式之根據本發明的轉子盤，
[圖3]以俯視圖示意性地展示根據另一例示性實施方式之根據本發明的轉子盤，及
[圖4]示意性地展示具有以材料移除方式經受雙面加工之不同工件之平均厚度量變曲線的圖。
除非另外指示，否則相同元件符號在圖式中代表相同構件。
Claims (7)
- 一種用於在一雙面加工機中導引工件（28）之轉子盤，其包含用於收納待在該雙面加工機中在兩側上以一材料移除方式加工之至少一個工件（28）的至少一個工件開口（132、232），該轉子盤之特徵在於該轉子盤（24、124、224）之表面包括一水滴之至少60°的一接觸角度。
- 如請求項1之轉子盤，其特徵在於該轉子盤（24、124、224）之該表面包括一水滴之不超過90°，較佳不超過75°的一接觸角度。
- 如前述請求項中任一項之轉子盤，其特徵在於該轉子盤（24、124、224）之該表面經粗糙化。
- 如前述請求項中任一項之轉子盤，其特徵在於該轉子盤（24、124、224）之該表面經塗佈。
- 如請求項4之轉子盤，其特徵在於塗層為一DLC塗層。
- 一種雙面加工機，其包含：一第一工作盤（14），其具有一第一工作表面；及一第二工作盤（16），其具有一第二工作表面，其中該等工作表面在其間限定一工作間隙（22），且其中可以旋轉方式驅動該雙面加工機之該等工作盤（14、16）中之至少一者，該雙面加工機進一步包含用於將一加工流體饋送至該工作間隙（22）中之一流體饋送件（30）且包含至少一個如前述請求項中任一項之轉子盤（24、124、224），藉由該轉子盤，至少一個工件（28）可在該工作間隙（22）中導引以供在兩側上進行材料移除加工。
- 一種用於在如請求項9之一雙面加工機中加工至少一個工件（28）的方法，其中該至少一個工件（28）收納於至少一個轉子盤（24、124、224）之至少一個工件開口（32、132、232）中且在該雙面加工機之該工作間隙（22）中經導引以供加工，其中以旋轉方式驅動該雙面加工機之該等工作盤（14、16）中之至少一者，且其中在該加工期間將一加工流體饋送至該工作間隙（22）中。
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