TWI613039B - 硏磨裝置及其硏磨方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種研磨裝置及其研磨方法，其中研磨裝置包含承載座、被研磨物、砂輪座及研磨齒。承載座具有承載轉軸，承載座以承載轉軸為中心旋轉。被研磨物定位於承載座。砂輪座具有砂輪轉軸，砂輪座以砂輪轉軸為中心旋轉。研磨齒連接砂輪座且接觸研磨被研磨物，研磨齒研磨於被研磨物之表面上會產生對應之研磨面積。研磨齒與對應之虛擬放射線相交研磨角度，且研磨角度介於0至20度。藉此，利用特殊的研磨角度配合相對應參數，可使被研磨物的表面產生較大的研磨面積、等量研磨且能順利排屑，進而縮小總厚度變異。

Description

研磨裝置及其研磨方法

本發明是有關於一種研磨裝置及其研磨方法，特別是關於一種可縮小研磨後被研磨物之總厚度變異的研磨裝置及其研磨方法。

在製造加工業或精密磨削工業當中，研磨加工是相當重要的步驟之一。一般習用的砂輪座在使用上係結合研磨齒以組成為砂輪組，並將此砂輪組透過砂輪轉軸連接砂輪轉動馬達以進行研磨操作，其研磨齒對應於砂輪座的中心且設置成放射狀。然而，由於此種研磨齒之位移方向與研磨齒之研磨側面的延伸方向相互垂直，被研磨物的碎屑容易累積在研磨齒相對於位移方向的研磨側面而堆積，進而造成排屑不順，因此其研磨的品質普遍不高。此外，被研磨之碎屑容易因積存於研磨齒側面而導致積熱的現象發生，會大幅降低研磨能力與使用壽命的缺失。

另一種常用的砂輪座在使用上亦結合研磨齒以組成為砂輪組，並將砂輪組透過砂輪轉軸連接砂輪轉動馬達以進行研磨操作，其研磨齒具有特定的研磨角度，而較 常應用於工業上的研磨角度為35至45度。此種結構雖然利於碎屑的排除，但往往因摩擦接觸的面積過小而導致研磨的效能和品質不夠均勻，進而產生總厚度變異(Total Thickness Variation,TTV)過大而無法滿足製造者的需求。

由上述可知，目前市場上缺乏一種可順利排屑且可縮小研磨後被研磨物之總厚度變異的研磨裝置及其研磨方法，故相關業者均在尋求其解決之道。

因此，本發明提供一種研磨裝置及其研磨方法，其利用特殊的研磨角度配合轉速及轉向控制，可使被研磨物的表面產生較大的研磨面積且能等量研磨，進而縮小研磨後之被研磨物的總厚度變異。此外，透過一定範圍之研磨角度與適當的參數搭配，使研磨裝置在研磨的過程中不但能順利地排屑，而且還能降低破片率。再者，藉由規劃好的擺設位置可以同時研磨多個被研磨物，不但能大幅提高產量，還能增加經濟效應並降低生產成本。

依據本發明一態樣提供一種研磨裝置，其包含一旋轉運作的承載盤、至少一被研磨物、一砂輪盤以及複數研磨齒。其中被研磨物定位於承載盤上。砂輪盤相對應承載盤旋轉運作。研磨齒連接砂輪盤，研磨齒接觸研磨被研磨物。各研磨齒研磨於被研磨物之一表面上而產生一研磨面積。各研磨齒與對應之虛擬放射線相交研磨角度，此 虛擬放射線與砂輪盤之中心相交且與相對應研磨齒之中心相交。研磨角度大於0度且小於35度。

藉此，本發明之研磨裝置利用特殊的研磨角度配合轉速及轉向控制，可使被研磨物的表面產生較大的研磨面積，而且能同時等量研磨並順利排屑，進而縮小研磨後之被研磨物的總厚度變異。

依據前述之研磨裝置，其中研磨角度可大於0度且小於等於20度。再者，前述承載盤與砂輪盤呈圓形。各研磨齒呈長方形或弧形，研磨齒呈旋渦狀排列。而被研磨物可呈圓形、橢圓形、四方形或三角形。此外，前述承載盤可以朝順時針方向或逆時針方向旋轉，而砂輪盤亦可朝順時針方向或逆時針方向旋轉。承載轉軸與砂輪轉軸彼此平行且承載盤之盤面與各研磨齒之研磨面彼此平行，承載轉軸與承載盤之盤面相互垂直。另外，前述研磨裝置可包含承載轉動馬達與砂輪轉動馬達。其中承載轉動馬達連接承載轉軸，且承載轉動馬達控制承載盤以一承載轉速旋轉。砂輪轉動馬達則連接砂輪轉軸，砂輪轉動馬達控制砂輪盤以一砂輪轉速旋轉。承載轉速小於等於砂輪轉速。

依據本發明一態樣之另一實施方式提供一種研磨裝置，其包含一承載座、複數被研磨物、一砂輪座以及複數研磨齒。其中承載座包含一承載盤與一承載轉軸，承載盤連接承載轉軸，且承載盤以承載轉軸為中心旋轉。被研磨物定位於承載盤上。再者，砂輪座包含一砂輪盤與一 砂輪轉軸，砂輪盤連接砂輪轉軸，且砂輪盤以砂輪轉軸為中心旋轉。研磨齒連接砂輪盤，研磨齒接觸研磨各被研磨物。各研磨齒研磨於其中一被研磨物之一表面上而產生一研磨面積。各研磨齒與對應之虛擬放射線相交研磨角度，此虛擬放射線與砂輪盤之中心相交且與相對應研磨齒之中心相交。研磨面積對應研磨角度，且研磨角度大於0度且小於35度。此外，承載盤以順時針方向或逆時針方向旋轉，且砂輪盤以順時針方向或逆時針方向旋轉。承載轉軸與砂輪轉軸彼此平行且承載盤之盤面與各研磨齒之研磨面彼此平行，承載轉軸與承載盤之盤面相互垂直。

藉此，本發明之研磨裝置可以同時研磨多個被研磨物，不但能大幅提高產量，還能增加經濟效應並降低生產成本。

本發明另一態樣提供一種研磨方法，其用於前述之研磨裝置上。此研磨方法包含轉動步驟與研磨步驟。其中轉動步驟係轉動承載盤與砂輪盤。而研磨步驟係利用研磨齒接觸研磨被研磨物。各研磨齒於被研磨物之一表面上研磨產生一研磨面積，各研磨齒與對應之一虛擬放射線相交一研磨角度，此虛擬放射線與砂輪盤之中心相交且與其中一研磨齒之中心相交。研磨面積對應研磨角度，且研磨角度大於0度且小於35度。

藉此，本發明之研磨裝置透過特殊的研磨角度配合承載座與砂輪座之轉速以及研磨面積之控制，使被研 磨物的表面產生較大的研磨面積，而且能等量研磨並順利排屑，進而縮小研磨後之被研磨物的總厚度變異。

依據前述之研磨方法，其中轉動步驟可包含控制轉速子步驟。此控制轉速子步驟係利用一承載轉動馬達控制承載盤以一承載轉速旋轉，且利用一砂輪轉動馬達控制砂輪盤以一砂輪轉速旋轉。承載轉速小於等於砂輪轉速。此外，前述轉動步驟可包含控制轉向子步驟。此控制轉向子步驟係控制承載盤朝一承載轉向旋轉，且控制砂輪盤朝一砂輪轉向旋轉。承載轉向可為順時針方向或逆時針方向，砂輪轉向亦可為順時針方向或逆時針方向。再者，前述研磨方法可包含控制軸向步驟，此控制軸向步驟係控制一承載轉軸以及一砂輪轉軸的軸向。承載轉軸連接承載盤，且砂輪轉軸連接砂輪盤。承載轉軸與砂輪轉軸彼此平行且承載盤與砂輪盤彼此平行。另外，前述研磨角度可大於0度且小於等於20度。

100、100a‧‧‧研磨裝置

200‧‧‧承載座

210‧‧‧承載盤

220‧‧‧承載轉軸

300‧‧‧被研磨物

400‧‧‧砂輪座

410‧‧‧砂輪盤

412‧‧‧中環斜面

420‧‧‧砂輪轉軸

500、500a‧‧‧研磨齒

510‧‧‧虛擬放射線

610‧‧‧承載轉動馬達

620‧‧‧砂輪轉動馬達

700、700a‧‧‧研磨方法

S11、S22‧‧‧轉動步驟

S12、S23‧‧‧研磨步驟

S21‧‧‧控制軸向步驟

S221‧‧‧控制轉速子步驟

S222‧‧‧控制轉向子步驟

θ‧‧‧研磨角度

第1圖繪示本發明之一實施例之研磨裝置的立體示意圖。

第2A圖繪示第1圖之砂輪盤的俯視圖。

第2B圖繪示第2A圖之砂輪盤的剖視圖。

第3圖繪示第1圖之承載盤與砂輪盤交相研磨的俯視圖。

第4圖繪示本發明之另一實施例的砂輪盤的俯視圖。

第5圖繪示本發明之另一實施例之研磨裝置的立體示意圖。

第6圖係繪示本發明一實施例之研磨方法的流程示意圖。

第7圖係繪示本發明另一實施例之研磨方法的流程示意圖。

第8圖係繪示3片四吋晶圓對應254公厘的砂輪盤直徑之總厚度變異對應研磨角度之數據圖。

第9圖係繪示5片四吋晶圓對應304公厘的砂輪盤直徑之總厚度變異對應研磨角度之數據圖。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

請一併參閱第1圖至第3圖，第1圖繪示本發明之一實施例之研磨裝置100的立體示意圖。第2A圖繪示第1圖之砂輪盤410的俯視圖。第2B圖繪示第2A圖之砂輪盤410的剖視圖。第3圖繪示第1圖之承載盤210與砂輪盤410交相研磨的俯視圖。如圖所示，研磨裝置100包含一承載座200、複數個被研磨物300、一砂輪座 400以及複數個研磨齒500、一承載轉動馬達610以及一砂輪轉動馬達620。

承載座200包含承載盤210與承載轉軸220，承載盤210連接承載轉軸220，且承載盤210以承載轉軸220為中心旋轉。承載盤210呈圓形。再者，承載盤210可以朝順時針方向或逆時針方向旋轉，而本實施例中，承載盤210朝順時針方向旋轉。承載轉軸220與承載盤210之盤面相互垂直。此外，在研磨裝置100當中，承載盤210之盤面相對於水平面具有一傾斜角度，其呈現內高外低之些微隆起狀，而本實施例利用此種形狀結構以增加排屑之效果。

被研磨物300定位於承載盤210上，且承載盤210設有五個被研磨物300。本實施例的被研磨物300為四吋晶圓且呈圓形。當然，被研磨物300可為其他材質，而其形狀可呈圓形、橢圓形、四方形、三角形或其他多邊形。此外，被研磨物300被等距分離並固接在於承載盤210上，被研磨物300具有一厚度。值得一提的是，一般在辨別研磨技術的優劣係利用總厚度變異(Total Thickness Variation,TTV)之大小來決定，其代表著被研磨物300之最大厚度與最小厚度之差異。此總厚度變異的最小化是決定最終產品厚度公差的關鍵，而且此數值對於實現更薄的晶圓及元件將有所影響，越小的總厚度變異越能降低後製程破片率。

砂輪座400包含砂輪盤410與砂輪轉軸420，砂輪盤410連接砂輪轉軸420，且砂輪盤410以砂輪轉軸420為中心旋轉。砂輪盤410呈圓形。另外，砂輪盤410可朝順時針方向或逆時針方向旋轉，而本實施例中，砂輪盤410朝逆時針方向旋轉，而承載盤210朝順時針方向旋轉。換句話說，承載盤210與砂輪盤410就研磨面而言為同向作動。此外，承載轉軸220與砂輪轉軸420彼此平行，而且承載盤210之盤面與砂輪盤410之盤面彼此平行且具有一樣大小的俯視面積。再者，砂輪盤410為中空的環狀結構且具有中環斜面412，此結構可讓砂輪盤410與砂輪轉軸420穩定地鎖接。

研磨齒500連接砂輪盤410，此研磨齒500可接觸研磨被研磨物300。各研磨齒500可呈長條形或弧形，本實施例之研磨齒500為長條形，且研磨齒500呈旋渦狀排列。研磨齒500的外端靠近砂輪盤410的外緣。各研磨齒500與對應之虛擬放射線510相交一研磨角度θ，此虛擬放射線510與砂輪盤410之中心相交且與其中一研磨齒500之中心相交。而各研磨齒500之研磨面與承載盤210之盤面彼此平行。另外，各研磨齒500可於任一個被研磨物300的表面上研磨而產生一研磨面積。此研磨面積對應研磨角度θ。仔細地說，當研磨角度θ改變時，研磨面積也會相對地改變。此外，研磨面積與許多參數都有相對應之關聯性。例如：承載盤210與砂輪盤410的旋轉速度、旋轉方向、旋轉半徑、研磨齒500的形狀。若其中任 一個參數改變，研磨面積亦會隨之改變，進而會影響總厚度變異的大小。因此，選擇適當的參數可以得到較好的研磨品質與等量研磨之效。

承載轉動馬達610連接承載轉軸220，且承載轉動馬達610控制承載盤210以一承載轉速旋轉。砂輪轉動馬達620則連接砂輪轉軸420，且砂輪轉動馬達620控制砂輪盤410以一砂輪轉速旋轉。本發明之一較佳實施例的參數如下：其一，承載轉速小於砂輪轉速；其二，研磨角度θ介於正負20度的範圍之間，但排除0度；其三，承載盤210的直徑大於等於187公厘且小於等於550公厘，而砂輪盤410的直徑大於等於200公厘且小於等於600公厘；其四，研磨齒500呈長條形或長弧形；其五，承載盤210上設置多個被研磨物300。藉此，利用特殊的研磨角度θ配合適當的轉速、承載盤210與砂輪盤410之大小及研磨齒500之形狀，不但可使被研磨物300的表面產生較大的研磨面積，還能讓研磨裝置100順利地排屑，進而縮小研磨後晶圓之總厚度變異。

第4圖繪示本發明之另一實施例的砂輪盤410的俯視圖。砂輪盤410上設有研磨齒500a，此研磨齒500a與第2A圖之研磨齒500之差異在於形狀的不同。從俯視圖觀之，研磨齒500a呈長弧狀，而研磨齒500呈長條狀。此兩不同的研磨齒500、500a均可有效地縮小研磨後晶圓的總厚度變異，而且在研磨的過程中能順利地排屑。

第5圖繪示本發明之另一實施例之研磨裝置100a的立體示意圖。圖中顯示，承載座200之承載轉軸220的軸向平行於砂輪座400之砂輪轉軸420的軸向，且承載轉軸220與砂輪轉軸420均平行X軸方向。此外，承載盤210、砂輪盤410以及Z軸方向三者平行。本實施例利用特殊的研磨角度θ配合適當的轉速、承載盤210與砂輪盤410之大小及研磨齒500之形狀，不但可應用於水平方向的研磨，亦可應用在垂直方向的研磨，兩種方向的研磨均可縮小研磨後晶圓之總厚度變異。

請一併參考第1圖與第2A圖，第6圖係繪示本發明一實施例之研磨方法700的流程示意圖。第7圖係繪示本發明另一實施例之研磨方法700a的流程示意圖。此研磨方法700包含轉動步驟S11與研磨步驟S12。其中轉動步驟S11係轉動承載座200與砂輪座400。而研磨步驟S12則是利用研磨齒500接觸研磨各被研磨物300。各研磨齒500於其中一被研磨物300之一表面上研磨產生一研磨面積。各研磨齒500與對應之虛擬放射線510相交一研磨角度θ，此虛擬放射線510與砂輪盤410之中心相交且與其中一研磨齒500之中心相交。再者，研磨面積對應研磨角度θ，且研磨角度θ大於0度且小於35度。而本發明之較佳實施例的研磨角度θ大於0度且小於等於20度。本發明之更佳實施例的研磨角度θ大於等於10度且小於等於20度。此外，研磨方法700a包含控制軸向步驟S21、轉動步驟S22以及研磨步驟S23。其中研磨步驟 S23與研磨方法700之研磨步驟S12相同，故不再贅述。控制軸向步驟S21則是控制承載座200之承載轉軸220的軸向以及砂輪座400之砂輪轉軸420的軸向。此控制軸向步驟S21可讓承載轉軸220與砂輪轉軸420平行於X軸方向、Y軸方向或Z軸方向。由於承載轉軸220與砂輪轉軸420彼此平行，故承載盤210與砂輪盤410亦彼此平行。另外，轉動步驟S22包含控制轉速子步驟S221以及控制轉向子步驟S222。其中控制轉速子步驟S221係利用承載轉動馬達610控制承載盤210以一承載轉速旋轉，同時利用砂輪轉動馬達620控制砂輪盤410以一砂輪轉速旋轉。承載轉速可小於等於砂輪轉速。此外，控制轉向子步驟S222係控制承載盤210朝一承載轉向旋轉，且控制砂輪盤410朝一砂輪轉向旋轉。承載轉向可為順時針方向或逆時針方向，砂輪轉向亦可為順時針方向或逆時針方向。本發明藉由上述轉向、轉速、研磨角度θ之特殊參數組合搭配，可使被研磨物300的表面產生較大的研磨面積，進而縮小研磨後晶圓的總厚度變異並降低破片率。

第8圖係繪示3片四吋晶圓對應254公厘的砂輪盤直徑之總厚度變異對應研磨角度θ的數據圖。第9圖係繪示5片四吋晶圓對應304公厘的砂輪盤直徑之總厚度變異對應研磨角度θ之數據圖。為了選擇最適當的參數以得到最好的研磨品質，本發明分析各種不同的參數與數據，如表一與表二所示。其中表一的參數對應第8圖的數據，而表二的參數則對應第9圖的數據。由數據圖可知， 在其他參數不變的條件下，研磨角度θ越小，所造成的總厚度變異越小。值得一提的是，當研磨角度θ小過一下限值時，如研磨角度θ等於0度時，研磨的效能、品質以及排屑順暢度將會降低。而當研磨角度θ為10度時，本實施例之研磨裝置100、100a擁有最小總厚度變異，而且仍維持良好的排屑效果。

由上述實施方式可知，本發明具有下列優點：其一，利用特殊的研磨角度配合轉速、轉向及相關參數的控制，可使被研磨物的表面產生較大的研磨面積，進而縮小研磨後晶圓的總厚度變異。其二，透過一定範圍之研磨角度與適當的研磨參數搭配，使研磨裝置在研磨的過程中不但能等量地研磨、順利地排屑，而且還能降低破片率。其三，藉由規劃好的擺設位置可以同時研磨多個被研磨 物，不但能大幅提高產量，還能增加經濟效應並降低生產成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

700a‧‧‧研磨方法

S21‧‧‧控制軸向步驟

S22‧‧‧轉動步驟

S221‧‧‧控制轉速子步驟

S222‧‧‧控制轉向子步驟

S23‧‧‧研磨步驟

Claims (8)

1. 一種研磨裝置，包含：一旋轉運作的承載盤；至少一被研磨物，定位於該承載盤上；一相對應該承載盤旋轉運作的砂輪盤；以及複數研磨齒，連接該砂輪盤，該些研磨齒接觸研磨該被研磨物，各該研磨齒研磨於該被研磨物之表面上而產生一研磨面積，各該研磨齒與對應之一虛擬放射線相交一研磨角度，該虛擬放射線與該砂輪盤之中心相交且與相對應該研磨齒之中心相交，且該研磨角度大於0度且小於等於20度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨裝置，其中該承載盤與該砂輪盤呈圓形，各該研磨齒呈長方形或弧形，該些研磨齒呈旋渦狀排列，其中一該被研磨物呈圓形、橢圓形、四方形或三角形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨裝置，更包含：一承載轉動馬達，連接一承載轉軸，該承載轉動馬達控制該承載盤以一承載轉速旋轉；以及一砂輪轉動馬達，連接該砂輪轉軸，該砂輪轉動馬達控制該砂輪盤以一砂輪轉速旋轉，該承載轉速小於等於該砂輪轉速。
4. 一種研磨裝置，包含：一承載座，包含一承載盤與一承載轉軸，該承載盤連接該承載轉軸，該承載盤以該承載轉軸為中心旋轉；複數被研磨物，定位於該承載盤上；一砂輪座，包含一砂輪盤與一砂輪轉軸，該砂輪盤連接該砂輪轉軸，該砂輪盤以該砂輪轉軸為中心旋轉；以及複數研磨齒，連接該砂輪盤，該些研磨齒接觸研磨各該被研磨物，各該研磨齒研磨於其中一該被研磨物之表面上而產生一研磨面積，各該研磨齒與對應之一虛擬放射線相交一研磨角度，該虛擬放射線與該砂輪盤之中心相交且與相對應該研磨齒之中心相交，且該研磨角度大於0度且小於等於20度；其中該承載盤以順時針方向或逆時針方向旋轉，該砂輪盤以順時針方向或逆時針方向旋轉，該承載轉軸與該砂輪轉軸彼此平行且該承載盤之盤面與各該研磨齒之研磨面彼此平行，該承載轉軸與該承載盤之盤面相互垂直。
5. 一種用於申請專利範圍第1項所述之研磨裝置的研磨方法，包含以下步驟：一轉動步驟，係轉動該承載盤與該砂輪盤；以及一研磨步驟，係利用該些研磨齒接觸研磨該被研磨物，各該研磨齒於該被研磨物之一表面上研磨產生一研磨面積，各該研磨齒與對應之一虛擬放射線相交一研磨角度，該虛擬放射線與該砂輪盤之中心相交且與其中一該研 磨齒之中心相交，該研磨面積對應該研磨角度，且該研磨角度大於0度且小於等於20度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之研磨方法，其中該轉動步驟更包含：一控制轉速子步驟，係利用一承載轉動馬達控制該承載盤以一承載轉速旋轉，且利用一砂輪轉動馬達控制該砂輪盤以一砂輪轉速旋轉，該承載轉速小於等於該砂輪轉速。
7. 如申請專利範圍第5項所述之研磨方法，其中該轉動步驟更包含：一控制轉向子步驟，係控制該承載盤朝一承載轉向旋轉，且控制該砂輪盤朝一砂輪轉向旋轉，該承載轉向為順時針方向或逆時針方向，該砂輪轉向為順時針方向或逆時針方向。
8. 如申請專利範圍第5項所述之研磨方法，更包含：一控制軸向步驟，係控制一承載轉軸的軸向以及一砂輪轉軸的軸向，該承載轉軸連接該承載盤，該砂輪轉軸連接該砂輪盤，該承載轉軸與該砂輪轉軸彼此平行且該承載盤與該砂輪盤彼此平行。