TWI643705B - 工作件硏磨裝置 - Google Patents

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TWI643705B
TWI643705B TW102118333A TW102118333A TWI643705B TW I643705 B TWI643705 B TW I643705B TW 102118333 A TW102118333 A TW 102118333A TW 102118333 A TW102118333 A TW 102118333A TW I643705 B TWI643705 B TW I643705B
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Abstract

本發明之工作件研磨裝置，包含：具有一上表面的研磨板，其上表面上貼附一研磨布，並可在一水平面上回轉；一設於該研磨板上方的頂圈，其能上下移動並回轉於一水平面上，該頂圈能押壓一托盤，該托盤安放於該研磨板與該頂圈之間，並保持一工作件於底面上，以便押壓該工作件於該研磨板上；以及，一設於該頂圈上的制止器，該制止器可制止並保持該托盤，該托盤安裝於該研磨板上而藉由轉動該研磨板移動至該頂圈下側之研磨位置。

Description

工作件研磨裝置
本發明係有關於一種工作件研磨裝置，用於研磨工作件(晶圓)者。
先前已有各種型式之研磨裝置，應用於研磨工作件，如矽晶圓、藍寶石晶圓等。
例如，日本專利公報第7-130687號所揭露的研磨裝置，係包含：一具有一貼有研磨布的上表面；一用以在水平面回轉研磨板的驅動部；一設於研磨板上方的頂圈，其可在水平面回轉而能上下移動，該頂圈可押壓一托盤。該托盤安裝於研磨板與頂圈之間而用以保持工作件於底表面上，以便押壓工作件於研磨板上；及一泥漿供應部。研磨板與頂圈回轉於設定之方向，並由泥漿供應部供應泥漿而研磨工作件。
此外，該日本專利公報第7-130687號所揭露的研磨裝置包括：設於研磨板上方的複數頂圈，佈置於研磨板的回轉方向；一設於研磨板中心的中心滾輪；及設於研磨板周邊的複數導輪，每一導輪均可遊走於研磨板上位置與研磨板外之另一位置間。
茲說明在研磨板之設定位置上裝載托盤的方法。
首先，相對於位於離托盤安裝位置最遠之頂圈(從該位置托盤被裝載於研磨板上)的導輪乃移動至研磨板的位置上，然後從托盤安裝位置將托盤安裝於研磨板上，由此運送托盤。托盤之運送係藉研磨板之轉動。當托盤之外緣接觸於中心滾輪及相對之導輪時，托盤就停止而被保持於接觸位置，該位置係在所相對之頂圈下。
其次，相對於最遠之頂圈下一只頂圈的導輪也被推動至研磨板上之位置。然後運送托盤至接觸於中心滾輪及相對之導輪為止，於是托盤就停止移動而保持於相對於頂圈下方之接觸位置。而且，托盤係分別被傳送至相對頂圈下方之位置。然後頂圈被向下移動藉以押壓工作件於研磨布上，此時工作件係為托盤所保持。藉由回轉研磨板與頂圈，同時供應泥漿，即可研磨工作件。
於上述研磨裝置中，貼附有工作件的托盤可自動運送至研磨板的位置上，並被依序安放於相對頂圈的下方。
然而上述傳統研磨裝置中，須設有複數導輪，而且各導輪應能遊走於研磨板位置與研磨板外之位置內，於是研磨裝置的型體須加大，而其構造也變複雜。
因此，本發明之目的在提供一種工作件研磨裝置，其能解決上述傳統研磨裝置的問題。亦即本發明的工作件研磨裝置得以減小尺寸，而裝置的構造亦可減化。
為了達成上揭目的，本發明的工作件研磨裝置具有下列構造。
亦即，本發明的工作件研磨裝置包含：具有一上表面的研磨板，其上表面上貼附一研磨布，並可在一水平面上回轉；一設於該研磨板上方的頂圈，其能上下移動並回轉於一水平面上，該頂圈能押壓一托盤，該托盤安放於該研磨板與該頂圈之間，並保持一工作件於底面上，以便押壓該更作件於該研磨板上；及一設於該頂圈上的制止器，該制止器可制止並保持該托盤，該托盤安裝於該研磨板上而藉由轉動該研磨板移動至該頂圈的下側之研磨位置。
較佳的是，該制止器係呈環狀並且從該頂圈的下緣向下突出，該制止器具有一進入部，從此該托盤被移入該頂圈之下側，及一位於該進入部相反側的保持部，用以制止並保持該托盤，該進入部的突出長度係小於該保持部的突出長度，而且 該托盤經由該進入部底面與該研磨板間之空隙移入該頂圈之下側，並於該頂圈向下移動至抵達於該研磨板上設定高度時被該保持部制止並保持。
較佳的是，有一該進入部與該保持部間的階梯狀壁面形成一傾斜面，該傾斜面更傾向於該托盤向該制止器外緣之回轉方向的相反方向。
較佳的是，研磨工作件時，該頂圈係向下移動，而該托盤移入於該環狀制止器內而被保持於此。
較佳的是，頂圈包含：一上板；及一具有該制止器的下板，下板用一球狀支持件相對於上板以可擺動方式支持，而且藉一彈簧向上偏置，並相對於該研磨板水平支持。
較佳的是，該制止器係以可拆卸方式裝置於頂圈的底面。
較佳的是，該制止器係由塑膠製成。
較佳的是，該工作件研磨裝置更包含：一吸入機構，用以從形成於頂圈底面與托盤上表面間的空間吸入空氣；及一感測單元，用以偵測空間內的空氣壓力是否藉由空氣吸入機構吸成較設定值為低，而托盤是否被保持於頂圈的底面上。
較佳的是，有複數的頂圈設於研磨板上方，且配置於研磨板的回轉方向，且該等托盤係由位於距托盤安放位置最遠的頂圈至位於托盤安放位置最近的頂圈依序隨該研磨板回轉方向移入於該等頂圈的下側。
本發明的工作件研磨裝置具有如下述的功效。
亦即，用以制止因研磨板轉動而移動的托盤，並保持托盤於研磨位置的制止器係設置於頂圈本身上。因此不像傳統的研磨裝置，本發明可省略各相對於頂圈的導輪，可以縮小研磨裝置的尺寸，並簡化其構造，節省研磨裝置的製造成本。
茲參照附圖舉例說明本發明的實施例。
10‧‧‧研磨裝置
14‧‧‧研磨板
16‧‧‧頂圈
18‧‧‧本體部
20‧‧‧圓筒單元
22‧‧‧轉軸
23‧‧‧板件
24‧‧‧圓筒體
25‧‧‧框架
26‧‧‧導桿
28‧‧‧驅動馬達
29、30‧‧‧帶輪
32‧‧‧光感測器
34‧‧‧上板
35‧‧‧下板
36‧‧‧軸承
38‧‧‧球狀凹部
40‧‧‧球狀支持件
41‧‧‧螺絲
42‧‧‧頭銷
43‧‧‧通孔
44‧‧‧壓縮渦狀彈簧
46‧‧‧導銷
47‧‧‧孔
50‧‧‧制止器
50a‧‧‧進入部
50b‧‧‧保持部
50c‧‧‧階梯狀壁
51‧‧‧螺絲
52‧‧‧托盤
54‧‧‧空氣吸入管
56‧‧‧密封圈
58‧‧‧蓋子
第1圖為本發明之研磨裝置一實施例的正面圖。
第2圖為表示研磨板上頂圈位置的平面圖。
第3圖為頂圈之垂直驅動機構及回轉式驅動機構的正面圖。
第4圖為頂圈之垂直驅動機構及回轉式驅動機構的平面圖。
第5圖為頂圈之斷面圖。
第6圖為頂圈之平面圖。
第7圖為安置托盤之方法的流程圖。
茲參照附圖詳細說明本發明之一較佳實施例。
第1圖為本發明之研磨裝置10的正面圖；第2圖為表示研磨板上頂圈位置的平面圖；第3圖為頂圈之垂直驅動機構及回轉式驅動機構的正面圖；第4圖為頂圈之垂直驅動機構及回轉式驅動機構的平面圖；第5圖為頂圈之斷面圖；第6圖為頂圈之平面圖。請注意，有些未能看到的構造元件係以實線表示，以求更易明瞭。
工作件研磨裝置10包含一研磨板14，其具有一上表面，其上貼附一研磨布。研磨板14係以一傳統的驅動單元(未圖示)在一水平面上回轉。有四只頂圈16設於研磨板14上方而配置於研磨板14的回轉方向。請注意，工作件研磨裝置10包含一泥漿供應單元(未圖示)，用以供應泥漿予研磨板14。
在第2圖中，A、B、C、D係表示相對於研磨板14的頂圈16位置。各頂圈係藉由圓筒單元20上下移動，圓筒單元20係設於本體部18的上部，因此各頂圈16均可對研磨板14的上表面趨近或離開的移動。此外，各頂圈可在一水平面上回轉。
如第3圖及第5圖所示，一轉軸22從各頂圈16的上端向上延伸。轉軸22穿過本體部18的板件23。轉軸22係以可回轉方式為一圓筒體24所保持，該圓筒體24可上下移 動。圓筒體24的上端係固定於框架25。框架25藉由圓筒單元20上下移動，使得頂圈16可跟隨框架25上下移動。導桿26用以導護各框架25的垂直動作。
各頂圈16係藉由各驅動馬達28回轉於一水平面上。各驅動馬達28系設於各框架25上。一計時皮帶(未圖示)被連結於各驅動馬達28的帶輪29與各轉軸22的帶輪30之間。一光感測器32設於各框架25中，面對著轉軸22的帶輪30，用以偵測帶輪30的對象物(未圖示)。藉由偵測該對象物，則可偵測各轉軸22或各頂圈16的回轉位置。請注意，頂圈16的構造皆相同，但第3圖所示2具頂圈16係為了易於瞭解其構造而自不同角度觀察所得者。
接著說明各頂圈16的詳細構造，請參照第5圖及第6圖。
頂圈16具有上板34與下板35。上板34連接於轉軸22。轉軸22呈管狀，而藉由軸承36以可回轉方式保持於圓筒體24。
一球狀凹部38形成於上板34的底面中心。另一方面，一連結於球狀凹部38之球狀支持件40藉由螺絲41固定於下板35之上表面。
4個通孔43分別穿設各頭銷42連結於下板35之上表面，形成於上板34，而以正常間隔配置於周圍方向。各通孔43的上部為大直徑部；而下部則為小直徑部。在各 通孔43中，有壓縮渦狀彈簧44設於頭銷42之頭部與大直徑部內底面之間。以此構造，下板35由於壓縮渦狀彈簧44之彈簧力而向上偏置，使得球狀支持件40的球面被押壓於球狀凹部38的內球面。由於設置有4具渦狀彈簧44，而以正常間隔環佈於周圍方向，因此壓縮彈簧44得以施加相等壓力於下板35。因此，可使下板35維持平行於上板34。各導銷46分別設於鄰近頭銷42間並連接於下板35的上表面。各導銷46係套合於形成於上板34的各孔47內，以便導護下板35的移動。
制止器50係屬於本實施例的特徵元件。
制止器50以塑膠製成而成為環狀。制止器50可裝上或自下板35的外周面拆卸。制止器50係以螺絲51固定於下板35。請注意，例如制止器50可為金屬製。再者，下板35與制止器50亦可一體成形。
環狀制止器50的下部係從下板35的底面向下突出一設定長度。
制止器50並非以相等長度自下板35的底面突出。制止器50具有一進入部50a及一保持部50b。進入部50a的突出長度係小於保持部50b者。在本實施例中，一托盤52安裝於研磨板14的設定位置，而托盤52係藉由研磨板14的轉動傳送，使托盤52得以移動而進入在設定的下降位置等待之相對頂圈16的下側。因此，托盤52得以被保持於該處。 為了保持藉由轉動研磨板14而傳送的托盤52，可使托盤52自進入部50a入於頂圈16的下側，因此進入部50a的突出部份較短。另一方面，位於進入部50a相反側的保持部50b，係用以停止而保持托盤52，因此保持部50b的突出部份較長。以此構造，托盤52之前端與保持部50b接觸，使托盤52停止移動而為保持部50b所保持。亦即托盤52被保持於環狀制止器50中。
在制止器50中，在突出長度形成下板35的底面之進入部50a而言，其較佳之形成範圍並不大，只大於環狀制止器50周圍長度的一半，亦即周圍長度的2/3，以便令托盤52得以輕易進入下板35的下側。
另一方面，在突出長度形成下板35的底面之保持部50b而言，其較佳之形成範圍較大，至少為環狀制止器50周圍長度的1/3，以便藉由保持部50b的內圓面保持托盤52。
較佳的是，將進入部50a與保持部50b間之階梯狀壁50c的壁面作成傾斜面，而使其更面對著托盤52的回轉方向X之反方向而指向制止器50的外緣。藉由傾斜面的形成所供應予研磨板14的泥漿得以利用階梯狀壁50c的尾端分配，而不至於使泥漿粘滯於階梯狀壁50c，於是泥漿得以順暢地流動。
請注意，制止器50並不須要製成環狀，只要有 保持部50b的存在，制止器50形狀並不受限制。
當托盤52被送進或移進相對的頂圈16之下側，該頂圈16即向下移動直至形成一空隙於制止器50的進入部50a之底面與研磨板14的上表面之間，托盤52可從該空隙進入。空隙寬度並不受限制。例如空隙寬度可大於托盤52厚度的數個mm。
為了令托盤52從空隙進入相對的頂圈16之下側，維持頂圈16的下板35成為水平以便使空隙均勻即為重要。在本實施例中，下板35係以球狀支持件40及壓縮渦狀彈簧44支持，因而下板35得以維持成水平而空隙得以均勻。因此，得以避免托盤52與進入部50a相撞的事故。
托盤52被送進頂圈16的下側以後，頂圈16更加下移，以便研磨工作件。托盤52的上表面被頂圈16的底面押壓於研磨板14的研磨布上。於此操作時，托盤52進入環狀制止器50而托盤52的外緣被制止器50包覆，於是托盤52得以被保持於制止器50中而不至於自此脫出。此外，由於保持部50b的突出長度設計成不足以達到研磨布，是以保持部50b不至於妨礙研磨操作。
請注意，第5圖中的空氣吸入管54係以一支設於管狀轉軸22內的軟管(未圖示)與一真空單元(未圖示)相通。因此得以吸取托盤52的上表面與下板35底面間之空間內的空氣。下板35的底面設有一密封圈56。再者，設有一 壓力感測器(未圖示)用以測量空間內的空氣壓力。
一蓋子58覆蓋於上板34之表面上，以避免泥漿的侵入。
請注意，研磨板14，圓筒單元20，驅動馬達28等的動作，均為控制單元(未圖示)所控制。
其次，下文中參照第7圖的流程圖說明運送托盤52至頂圈16的下側之序列動作。
首先，開啟通電於工作件研磨裝置10的開關(步驟S1)。
接著，首先運送托盤52的第一頂圈16從四個頂圈16中被選出(步驟S2)。第一頂圈16乃位於托盤安放位置最遠處者，從此托盤被安放於研磨板14上。在本實施例中，托盤安放位置係位於位置D與A間的研磨板14上。研磨板14係以反時針方向轉動，因而位於D位置的頂圈16乃被選為第一頂圈16。
其次，驅動圓筒單元20以向下移動頂圈16，直至進入部50a與研磨板14的上表面間之空隙寬度達到適當值為止。然後起動驅動馬達28用以轉動頂圈16，而頂圈16的回轉位置則藉由光感測器32偵測(步驟S3)。
再者，頂圈16被制止於設定位置(接受位置)，在該處進入部50a將正確的面向托盤52，而托盤52將藉由研磨板14的轉動傳送，且托盤52將被接受(步驟S4)。
其次，將托盤52安放於研磨板14的托盤安放位置上，其係位於位置D及A間(步驟S5)。
接著，研磨板14被轉動(步驟S6)。
藉由轉動研磨板14，托盤52因研磨板14的轉動而經由制止器50的進入部50a與研磨板14間的空隙傳送而進入位於位置D的頂圈16之下側。再者，托盤52接觸位於進入部50a的相反側之保持部50b而被保持部50b保持。因此托盤52即被制止而保持於該處，而研磨板14繼續轉動但未傳送托盤52。當操作員以目視確定此情形，研磨板14的轉動即被停止(步驟S7)。
其次，頂圈16向下移動(步驟S8)，而當頂圈16底面上的密封圈56接觸於托盤52上表面時，頂圈16的下移動作即停止(步驟S9)。
於此情形下，真空單元(未圖示)被作動，以便經由空氣吸入管54從頂圈16下表面與托盤52的上表面間之空間吸入空氣。在此操作中，空間內的空氣壓力利用壓力感測器之測定，而檢查空氣壓力是否較設定值為低(步驟S10)。假如經測定的空氣壓力低於設定值，由控制單元決定托盤52傳送進入頂圈16的下側，而確定下一頂圈16的存在(步驟S11)。如果有下一頂圈16存在，控制單元再重覆執行步驟S2。
請注意，假如空氣壓力在步驟S10中並未下降 至設定值以下，控制單位確定托盤52並未被準確地傳送，而以例如使用蜂鳴器等發出警告。在此狀況，操作員以人工向上移動頂圈16並人工移動托盤52至能彌補與相對頂圈16不足的位置，然後重覆執行步驟S6~S10以利準確傳送托盤52。
在將所有托盤52以上述方法傳送至相對頂圈16的下側之後，以圓筒單元20回轉研磨板14而將托盤52施加以設定壓力押壓於研磨板14上，並施加泥漿。繼續操作此研磨作業一設定時間，以研磨工作件。
研磨操作完成後，將頂圈16向上移動，並自研磨板14取出托盤52。
請注意，上述連續動作可藉由控制單元自動完成，而有些動作則可以人工方式完成。
上列說明之所有實例及附條件之記述均為教導目的，以幫助讀者明瞭本發明及發明者所提供的理念，藉以使本技術更加進步。但上述特別敘述的實例及條件並不可認為係對本發明的限制，或所列實例的組成表示本發明的優異性與缺點。雖然本發明的實施例業已詳細說明如上，所應明瞭者，尚可有各種變更、替代方式可採取，而不逸出本發明的精神與範圍。

Claims (7)

  1. 一種工作件研磨裝置，包含：一研磨板，具有一上表面，其上表面上貼附一研磨布，並可在一水平面上回轉；一設於該研磨板上方的頂圈，其能上下移動並回轉於一水平面上，該頂圈能押壓一托盤，該托盤安放於該研磨板與該頂圈之間，並保持一工作件於一底面上，以便押壓該工作件於該研磨板上；一設於該頂圈上的制止器，該制止器可制止並保持該托盤，該托盤安裝於該研磨板上而藉由轉動該研磨板移動至該頂圈下側之研磨位置；其中所述制止器係呈環狀並且從該頂圈的下緣向下突出；該制止器具有一進入部，自進入部該托盤被移入該頂圈之下側，及一位於該進入部相反側的保持部，用以制止並保持該托盤；該進入部的突出長度係小於該保持部的突出長度；該托盤經由該進入部底面與該研磨板間之空隙進入該頂圈之下側，並於該頂圈向下移動至抵達於該研磨板上設定高度時被該保持部制止並保持；且其中有一階梯狀壁面位於該進入部與該保持部間，該壁面形成一傾斜面，該傾斜面更傾向於該托盤向該制止器外緣之回轉方向的相反方向；藉由傾斜面的形成，如此供應予研磨板的泥漿得以利用階梯狀壁尾端的分配，而不至於使泥漿粘滯於階梯狀壁者，於是泥漿得以順暢地流動。
  2. 如申請專利範圍第1項之工作件研磨裝置，當進行研磨工作時，該頂圈係向下移動，而該托盤移入該環狀制止器內而被保持。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之工作件研磨裝置，其中該頂圈包含上板；及具有該制止器的下板，下板用一球狀支持件相對於上板以可擺動方式被支持，且藉一彈簧向上偏置，並相對於該研磨板被水平支持。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之工作件研磨裝置，其中所述制止器係以可拆卸方式裝置於該頂圈的底面。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之工作件研磨裝置，其中所述制止器係由塑膠製成。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之工作件研磨裝置，更包含：一吸入機構，用以從形成於該頂圈底面與該托盤上表面間的空間吸入空氣；及一感測單元，用以偵測空間內的空氣壓力是否藉由空氣吸入機構吸成較設定值為低，而該托盤是否被保持於該頂圈的底面上。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之工作件研磨裝置，其中，複數的頂圈設於該研磨板上方，且配置於該研磨板的回轉方向；且該等托盤從位於距托盤安放位置最遠的頂圈至位於距托盤安放位置最近的頂圈依序隨該研磨板回轉方向移入於該等頂圈的下側。
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