TWI652140B - 雙碟式表面磨床中靜壓墊的熱變形預防設備以及雙碟式表面磨床 - Google Patents

Abstract

一種用以抑制靜壓墊之熱變形的熱變形預防設備，該等靜壓墊係用以在同時處理一薄碟形工作件之面側與背側時，藉由一靜壓支持一工作件之面側與背側兩者。在一雙碟式表面磨床中，其係用以藉由工作件旋轉及支持裝置旋轉及支持一薄碟形工作件，且使以高速旋轉之一對磨輪以磨輪軸向推進，並且藉由該等兩磨輪之研磨表面同時地研磨該工作件之面側與背側兩者，該熱變形預防設備係用以抑制用以藉由一靜壓流體支持該工作件之面側與背側兩者之一對靜壓墊的熱變形，且包含一遮熱板，該遮熱板係設置在該等靜壓墊與該等磨輪之一邊界部份，作為用以抑制該等靜壓墊之熱變形的熱變形預防裝置。

Description

雙碟式表面磨床中靜壓墊的熱變形預防設備以及雙碟式表面磨床 發明背景 發明領域

本發明係有關於一種在雙碟式表面磨床中靜壓墊的熱變形預防設備以及雙碟式表面磨床，且更特別係有關於一種用以在同時處理例如半導體晶圓之一薄碟形工作件之面側及背側時，抑制用以藉由一靜壓流體以無接觸狀態支持一工作件之面與背側之一對靜壓墊之熱變形的熱變形預防技術。

相關技術之說明

例如，一半導體晶圓係由單晶矽構成之管狀半導體塊作成薄片而獲得，且面側及背側均藉由一磨床或一拋光器精加工成一平滑表面。

在研磨或拋光例如半導體晶圓之一薄碟形工作件(以下稱為工作件)時，在支持及旋轉該工作件時處理該 面側及/或該背側，且，例如，在用以同時研磨一半導體晶圓之面與背側之一雙碟式表面磨床中，該工作件被一工作件旋轉及支持裝置旋轉及支持，且以高速旋轉之一對磨輪以磨輪軸向推進，且該工作件之面與背側被在該等兩磨輪之端部之間的研磨表面同時研磨。

該工作件旋轉及支持裝置包括用以在軸向上定位及支持該工作件之軸向支持裝置，及用以在徑向上定位及支持該工作件之徑向支持裝置。該徑向支持裝置係藉由用以藉由一靜壓流體以無接觸狀態支持該工作件之面與背側的一對靜壓墊實現，且這種工作件旋轉及支持裝置，在該靜壓墊表面與該等工作件面與背側之間的距離係設定成一非常窄間隙以便藉由一靜壓流體以無接觸狀態支持該工作件之面與背側。

因此，靜壓墊之熱變形直接導致干涉該工作件或用以旋轉及支持該工作件之該徑向支持裝置，因此使以高準確性研磨是困難的或無法進行該研磨操作本身。在欲研磨之工作件直徑更大時該現象會更明顯地發生，因為用以支持之靜壓墊之直徑更大且熱變形之量增加。控制成為靜壓墊熱變形之一主要因素之研磨熱的結構是非常複雜的，且一先前欲解決之重要問題。

在這方面，如在日本專利申請案公開第63-207549號或日本專利申請案公開第2000-354694號中揭露者，已發展及提出用以藉由預防由於研磨水飛濺由該磨床之熱傳導預防設備組件之熱變形的新技術，但是它們不 是可有效地應用於一靜壓墊之特殊結構的技術，且需要進一步改良。

發明概要

因此本發明之一主要目的係提供一種已解決上述習知問題之一雙碟式表面磨床的新熱變形預防設備。

本發明之另一目的係提供一種雙碟式表面磨床之熱變形預防設備，其在同時處理例如半導體晶圓之一薄碟形工作件之面側及背側時，可有效地抑制用以藉由一靜壓流體以無接觸狀態支持一工作件之面與背側之靜壓墊的熱變形。

本發明之又一目的係提供一種雙碟式表面磨床，其具有該熱變形預防設備作為一組成裝置，且可以高效率，且以高準確性同時研磨例如半導體晶圓之一薄碟形工作件之面及背側。

本發明之一雙碟式表面磨床之熱變形預防設備係一熱變形預防設備，其係用以抑制用以藉由一靜壓流體以無接觸狀態支持一工作件之面與背側之一工作件旋轉及支持單元之一對靜壓墊的熱變形，使用在用以藉由該工作件旋轉及支持單元旋轉及支持一薄碟形工作件的一雙碟式表面磨床中，使以高速旋轉之一對磨輪以磨輪軸向推進，且藉由該等磨輪之研磨表面同時地研磨該工作件之面與背側，其中用以抑制該等靜壓墊之熱變形之熱變形預防裝置係設置在與該等靜壓墊之邊緣部分鄰近且位於該等靜 壓墊與該等磨輪之間處。

在較佳實施例中，可使用以下結構。

(1)該熱變形預防裝置係設計成阻斷及預防由該等磨輪之研磨部份濺散之一研磨水流入該等靜壓墊之背側。

(2)該熱變形預防裝置係形成為一遮熱板，且該遮熱板係安裝及固定在該等靜壓墊之磨輪插入部份之內周緣中以覆蓋該等磨輪之外周緣區域。

(3)該遮熱板係藉由至少由該等靜壓墊之背側向後突出，由該等靜壓墊之表面之一位置，至延伸成在研磨時覆蓋該磨輪之後端之一位置，安裝在該等靜壓墊之磨輪插入部份中面及背方向之一範圍內。

(4)該遮熱板係由一導熱性比金屬低之材料形成。

本發明之一薄碟形工作件之雙碟式表面磨床係用以旋轉及支持一薄碟形工作件，使以高速旋轉之一對磨輪以磨輪軸向推進，且藉由該等兩磨輪之研磨表面同時研磨該工作件之面與背側的一設備，其包括設置成使得在該等磨輪之端部之該等研磨表面可互相相向的一對磨輪，及用以在該工作件之面與背側與該等研磨表面相對之狀態在該對磨輪之研磨表面之間支持及旋轉該工作件的工作件旋轉及支持裝置，其中該工作件旋轉及支持裝置具有用以在軸向上定位及支持該工作件之軸向支持裝置，及用以在徑向上定位及支持該工作件之徑向支持裝置，又，該軸 向支持裝置亦具有用以藉由一靜壓流體以無接觸狀態支持該工作件之面與背側之一對靜壓墊，且亦具有該熱變形預防設備。

由於本發明人對有關一雙碟式表面磨床之靜壓墊之特殊技術進行之各種測試及研究，達成本發明之靜壓墊之熱變形預防技術。即，在如下所述地重覆有關研磨工作件時產生之研磨熱對靜壓墊之熱變形之影響的各種研究及實驗，同時考慮影響靜壓墊之熱變形之結構特性後，藉調節溫度以便跟隨機器溫度來供應該研磨設備之靜壓墊的靜壓流體，藉此本發明人完成本發明。

更詳而言之，在藉由以高速旋轉之一對磨輪同時研磨一工作件之面與背側，同時旋轉及支持放在右與左位置之一對靜壓墊的情形中，在研磨時研磨零件中產生之研磨熱係藉由該等磨輪之研磨軸向內側之中心部份傳送至供應至該等研磨零件及該工作件之研磨水(冷媒)，且被這些研磨熱加熱之研磨水係藉由該工作件之旋轉帶入該對靜壓墊之間的空間，且藉由該等磨輪之旋轉飛濺，因此會流入該等靜壓墊之背側。

由於本發明人進行之各種測試及研究，已發現藉由該研磨水傳送至該等靜壓墊之間，即，在該面側與該背側之間的研磨熱造成在該等靜壓墊之面側與背面之間的溫度差，因此造成該等靜壓墊向該工作件側翹曲，且干涉該工作件或用以在徑向上支持該工作件之載體。本發明人依據由這些測試及研究進一步重覆研究及調查，且完成 本發明作為一最終成就。

因此，依據本發明之熱變形預防設備，在用以藉由該工作件旋轉及支持單元旋轉及支持一薄碟形工作件，使以高速旋轉之一對磨輪以該磨輪軸向推進，且藉由該等兩磨輪之研磨表面同時研磨該工作件之面與背側的雙碟式表面磨床中，由於用以抑制該等靜壓墊之熱變形之熱變形預防裝置係設置在與該等靜壓墊之邊緣部分鄰近且位於該等靜壓墊與該等磨輪之間處，所以可有效地抑制在用以藉由一靜壓流體以無接觸狀態支持該工作件之面與背側之工作件旋轉及支持單元中靜壓墊的熱變形。

換言之，在本發明中，由於該熱變形預防裝置係設置在與該等靜壓墊之邊緣部分鄰近且位於該等靜壓墊與該等磨輪之間處，更詳而言之，在該等靜壓墊之磨輪插入部份中，所以可有效地抑制或預防造成該等靜壓墊之面側與背側之間之一溫度差之研磨水由該研磨部份流至該等靜壓墊之面與背側，特別是至該背側。

因此，可大幅減少由於該等靜壓墊之熱變形而向該工作件翹曲，且可有效地預防在該等靜壓墊與該工作件或該載體之間的干涉，並且可有效地預防例如工作件之研磨不穩定性之問題及其他缺點。

藉由閱讀與附圖一起提供之詳細說明及在本發明之申請專利範圍中指出之新事實將更清楚地了解本發明之這些及其他目的及特徵。

1、2‧‧‧磨輪

1a、2a‧‧‧周緣/研磨表面

3、4‧‧‧磨輪心軸

5‧‧‧工作件旋轉及支持裝置

6‧‧‧熱變形預防設備

7、8‧‧‧驅動馬達

9‧‧‧研磨水供應通道

9a‧‧‧前端

10‧‧‧軸向支持裝置

11‧‧‧徑向支持裝置

15、16‧‧‧靜壓墊

15a、16a‧‧‧墊表面/墊面側

15b、16b‧‧‧墊背側

17‧‧‧缺口/磨輪插入部份

17a‧‧‧端

20‧‧‧承載裝置

21‧‧‧旋轉裝置

23‧‧‧支持滾子

24‧‧‧環驅動齒輪

25‧‧‧載環

25a‧‧‧外周緣

25b‧‧‧安裝槽

26‧‧‧載體主體

26a‧‧‧圓形內周緣

27‧‧‧載體加壓件

27a‧‧‧內齒

28‧‧‧缺口掣子

28a‧‧‧尖端接合部份

30‧‧‧遮熱板

30a‧‧‧端部/另外之邊緣部份

40、40C、40F、40R‧‧‧距離感測器

45、45F、45R‧‧‧溫度感測器

W‧‧‧工作件/半導體晶圓

Wa‧‧‧面側

Wb‧‧‧背側

Wn‧‧‧缺口

X、Y‧‧‧進給方向

圖1係一部份假想線側視圖，顯示在本發明之較佳實施例1中一水平雙碟式表面磨床之主要部份之一結構。

圖2係沿圖1之線II-II之一部份截面之前視圖，顯示本發明之一雙碟式表面磨床之主要部份之一結構。

圖3A係一示意圖，顯示用以研究在表面磨床沒有熱變形預防設備時研磨水對靜壓墊之作用。

圖3B係一示意圖，顯示由該等靜壓墊之熱變形造成翹曲之機構。

圖4係一示意圖，顯示在測試裝置中靜壓墊之研磨水的作用。

圖5係顯示該等靜壓墊之研磨水之作用的圖。

圖6A係顯示用以研究在雙碟式表面磨床沒有熱變形預防設備時一工作件之順時針旋轉對靜壓墊之作用之測試結果的圖，且係顯示測試裝置之條件(在靜壓墊與工作件旋轉方向之間之關係)的示意圖。

圖6B係顯示用以研究在雙碟式表面磨床沒有熱變形預防設備時一工作件之順時針旋轉對靜壓墊之作用之測試結果的圖，且係顯示在測試裝置中靜壓墊順時針旋轉對一工作件之作用的圖。

圖7A係顯示用以研究在雙碟式表面磨床沒有熱變形預防設備時一工作件之逆時針旋轉對靜壓墊之作用之測試結果的圖，且係顯示測試裝置之條件(在靜壓墊與工作件旋轉方向之間之關係)的示意圖。

圖7B係顯示用以研究在雙碟式表面磨床沒有熱變形預防設備時一工作件之逆時針旋轉對靜壓墊之作用之測試結果的圖，且係顯示在測試裝置中靜壓墊逆時針旋轉對一工作件之作用的圖。

圖8A係顯示用以研究該等靜壓墊之研磨水對該工作件旋轉方向之作用之測試結果的圖，且係說明此兩者對該等靜壓墊之總作用，並且顯示在該等磨輪接觸該工作件之前靜壓墊之狀態的示意圖。

圖8B係顯示用以研究該等靜壓墊之研磨水對該工作件旋轉方向之作用之測試結果的圖，且係說明此兩者對該等靜壓墊之總作用，並且顯示當該等磨輪接觸該工作件時該設備後側下部沿該等靜壓墊之圖3之線B-B之狀態的示意圖。

圖8C係顯示用以研究該等靜壓墊之研磨水對該工作件旋轉方向之作用之測試結果的圖，且係說明此兩者對該等靜壓墊之總作用，並且顯示當該等磨輪接觸該工作件時該設備後側下部沿該等靜壓墊之圖3之線C-C之狀態的示意圖。

圖9A係顯示在沒有熱變形預防設備之雙碟式表面磨床中真正研磨操作時靜壓墊之墊間之長度變化的圖。

圖9B係放大圖9A中虛線框內之圖。

圖10係顯示在具有熱變形預防設備之雙碟式表面磨床中真正研磨操作時靜壓墊之墊間之長度變化的圖。

圖11係顯示用以研究在具有熱變形預防設備之雙碟式 表面磨床中研磨操作時靜壓墊之翹曲減少狀態之測試條件的示意圖。

圖12A顯示具水熱變形預防設備時之測試結果，且係說明靜壓墊之翹曲減少狀態之示意圖，並且特別顯示在該等磨輪接觸該工作件之前靜壓墊之狀態。

圖12B顯示具有熱變形預防設備時之測試結果，且係說明靜壓墊之翹曲減少狀態之示意圖，並且特別顯示在該等磨輪接觸該工作件時靜壓墊之設備後側下部沿圖11之線B-B之狀態。

圖12C顯示具有熱變形預防設備時之測試結果，且係說明靜壓墊之翹曲減少狀態之示意圖，並且特別顯示在該等磨輪接觸該工作件時靜壓墊之設備後側下部沿圖11之線C-C之狀態。

圖13係一部份假想線側視圖，顯示在本發明之較佳實施例2中一水平雙碟式表面磨床之主要部份之一結構。

圖14係一前視圖，顯示作為欲藉由該雙碟式表面磨床處理之一工作件的一半導體晶圓。

較佳實施例之詳細說明

以下在參照附圖之同時詳細說明本發明之較佳實施例。在全部圖式中，相同符號表示相同組成構件或元件。

實施例1

本發明之雙碟式表面磨床係顯示在圖1及圖2 中，且這磨床係特別設計成同時研磨例如圖14所示之一半導體晶圓之一薄碟形工作件W，且更詳而言之，它係具有一對磨輪1、2之磨輪心軸3、4，且水平地面對面旋轉及支持該對磨輪1、2。

該實施例之工作件之半導體晶圓W係一測量厚度為大約0.5mm至2.0mm之薄碟形構件，且設置一缺口Wn作為在該碟外周緣中之一切除部份以便調整在製造程序中該晶圓之結晶方位角。在這實施例中，企圖藉由有效地使用這缺口Wn研磨。

該磨床具有一基本結構，如圖1及圖2所示，該基本結構包括作為該研磨單元之一對右與左磨輪1、2及工作件旋轉及支持裝置(工作件旋轉及支持單元)5，且包括本發明之一特性組件之一熱變形預防設備6作為該工作件旋轉及支持裝置5之一主要組件。

該等磨輪1、2係特別呈杯狀之磨輪，且其周緣1a、2b係環形研磨表面。這些磨輪1、2係設置成使得該等研磨表面1a、2a可以一幾乎平行狀態面對面，且在兩研磨表面1a、2a間之研磨位置，如下所述，藉由一工作件旋轉及支持裝置5旋轉及支持該工作件W。

更詳而言之，該等磨輪1、2係可分離地安裝在磨輪心軸3、4之前端。這些磨輪心軸3、4係藉由安裝在未顯示之一輪心軸架內之驅動馬達7、8驅動及與該等驅動馬達7、8連結，且藉由亦安裝在該輪心軸架內之輪進給裝置(未圖示)以軸向，即，進給方向X、Y移動及推進。在該等 磨輪心軸3、4之內中心中，以全長鑽出一研磨水供應通道9以便供應研磨水(冷媒)至該等磨輪1、2之研磨部份中，即，該等研磨表面1a、2a，且其前端9a朝該等磨輪1、2之前端開口，但是未顯示在圖中，其後端與一研磨水供應源連通。

該工作件旋轉及支持裝置5作為用以支持及旋轉該工作件W之工作件旋轉及支持裝置，且在該對磨輪1、2之研磨表面1a、2a之間，支持及旋轉該工作件W使得面與背側Wa、Wb可以一垂直狀態與該等磨輪1、2相對。

該工作件旋轉及支持裝置5包括用以在軸向上定位及支持該工作件W之軸向支持裝置10，及用以在徑向上定位及支持該工作件W之徑向支持裝置11，且該軸向支持裝置10具有該熱變形預防設備6作為一主要組成構件。

該軸向支持裝置10係用以藉由一靜壓流體以無接觸狀態定位及支持該工作件W之面與背側Wa、Wb的一靜壓支持裝置，且其主要組成構件係設置成面對面之一對右與左靜壓墊15、16及該熱變形預防設備6。

該對靜壓墊15、16係，如圖1及圖2所示，以一垂直狀態透過一特定間隔面對面平行地設置之厚碟，且由鋁、不鏽鋼、陶瓷、或其他材料構成，並且在此實施例中使用一陶瓷材料。該對靜壓墊15、16在其下部具有一缺口17，用以在一磨輪插入部份及其相對支持表面，即，墊表面15a、16a具有以一特定圖案形狀形成但未顯示之靜壓槽時，避免干涉該等磨輪1、2。藉由設置在底部中在多數位 置之多數流體供應孔，這些靜壓槽與未顯示之一靜壓流體供應源連接。

該磨輪插入部份17具有，如圖1所示，一弧形內輪廓，且該弧形內輪廓具有一稍大於該等磨輪1、2之內徑的直徑，並且後述之熱變形預防設備6係設置在這部份。

在整個處理操作過程中，由該靜壓供應源供應之水或其他壓力流體一直由設置在該等靜壓墊15、16之墊表面15a、16a中靜壓槽的多數流體供應孔(未圖示)射出及供應，且該工作件W之面與背側Wa、Wb係以幾乎無接觸狀態靜態地固持在該等磨輪1、2之研磨表面1a、2a之間的軸向中心位置。在所示實施例中，欲射出之壓力流體係壓力水(所謂墊水)。

調節由該等靜壓墊15、16之墊表面15a、16a連續地射出的墊水之溫度以便跟隨機器溫度，且藉由本身之重力向下流並且向下排出通過在藉靜壓支持之工作件W之面與背側Wa、Wb與該等墊表面15a、16a之間的一小間隙。

該徑向支持裝置11係用以在徑向上定位該工作件W且旋轉一驅動之旋轉驅動裝置，且其主要組成元件包括用以嵌合及支持該工作件W之一承載裝置20，及用以支持及旋轉這承載裝置20之一旋轉裝置21。

該旋轉裝置21係構造成如圖1所示，其中多數(在所示實方例中為四支持滾子23、23、...係旋轉地支持該承載裝置20之一載環25之一外周緣25a，同時一環驅動齒 輪24與一體地嵌合且固定在該載環25上的一載體加壓件27之內齒27a接合，且該環驅動齒輪24係藉由一未顯示旋轉驅動源驅動且與該旋轉驅動源連結。

藉由利用這旋轉驅動裝置驅動及旋轉該環驅動齒輪24，用以嵌合及支持該工作件W之承載裝置20係環繞由該等支持滾子23、23、...所界定之旋轉中心旋轉及操作，且該工作件W係定位於徑向，並且在這狀態下被支持及旋轉。

該承載裝置20係用以嵌合及支持該工作件W，且如圖1及圖2所示，它主要包括該載環25、該載體主體26及該載體加壓件27。

該載環25作為該承載裝置20之主體環，且如圖1所示，它形成為一環狀環構件，並且其外周緣25a係形成在一圓柱形表面上。如上所述，該載環25之外周緣25a係藉由作為旋轉驅動單元之該旋轉裝置21之四支持滾子23、23、...旋轉地定位及支持。

在該載環25之內徑側，一環狀安裝槽25b係環繞整個周緣連續地形成，且該載體主體26之外周緣係嵌入這安裝槽25b中，且藉由該載體加壓件27由兩側可分離地安裝及固定。

該載體加壓件27係形成為由如圖1所示之一環狀環構件構成的一內齒輪，且該等內齒27a遠離地形成在內緣上。在該載體加壓件27，如上所述地，一體地嵌合及固定在該載環25之安裝槽25b中的狀態下，該載環25之外 周緣25a藉由作為旋轉驅動單元之該旋轉裝置21之四支持滾子23、23、...旋轉地定位及支持，同時該旋轉裝置21之環驅動齒輪24與該載體加壓件27之內齒27a接合。

該載體主體26係用以嵌合及支持該工作件W之一部份，且特別如圖1所示，它形成為一薄環狀板構件，且其圓形內周緣26a係緊密地環繞該工作件W之整個圓形外周緣(整個周緣)。即，該圓形內周緣26a具有比欲研磨之工作件W之外徑稍大之一內徑，且相對該工作件W之外周緣形成一特定間隔，使得該工作件W係藉由該載體主體26自由地嵌合及支持。

在該載體主體26之圓形內周緣26a之一特定部份，如圖1所示，設有一缺口掣子28以便與作為設置在該工作件W之圓形外周緣中之一切除部份的一缺口Wn接合。在該工作件W自由地嵌合及支持在該載體主體26之圓形內周緣26a中之狀態下，該缺口掣子28之一尖端接合部份28a係在該承載裝置20之旋轉方向上與該工作件W之缺口Wn接合，使得該工作件W係藉由該載體主體26自由地嵌合及支持，且藉由該缺口掣子28與該載體主體26一起一體地旋轉。

在該工作件旋轉及支持裝置5中，藉由該徑向支持裝置11之承載裝置20嵌合及支持之該工作件W之面與背側Wa、Wb係利用該軸向支持裝置10之靜壓墊15、16藉由靜壓以無接觸狀態固持，且定位及支持在該等兩靜壓墊15、16之間之一中心位置(處理位置)，並且該承載裝置20 係環繞由該等支持滾子23、23、...所界定之旋轉中心旋轉及操作，且該工作件W係在定位於徑向之一狀態下支持及旋轉。

以下說明作為本發明之特性結構之該熱變形預防設備6之結構。

該熱變形預防設備6係用以抑制該工作件旋轉及支持裝置5之該對靜壓墊15、16之熱變形，且具有設置在與該等靜壓墊15、16之一邊緣部分鄰近且位於該等靜壓墊15、16和該等磨輪1、2之間的一遮熱板30，作為用以抑制該等靜壓墊15、16之熱變形的熱變形預防裝置。

在所示實施例中之熱變形預防設備6中，這遮熱板30係設置在該等靜壓墊15、16中磨輪插入部份17之部份。

詳而言之，這遮熱板30係形成為沿該磨輪插入部份17之圓柱形內周緣設置之一遮熱板，且依據以下說明之各種測試及研究，設計成防止由該等磨輪1、2之研磨部份飛濺之該研磨水流入該等靜壓墊15、16之背面。

即，在構造成可如在該實施例中地藉由具有該等靜壓墊15、16之工作件旋轉及支持裝置5旋轉及支持該工作件W的該水平雙碟式表面磨床中，當藉由以高速旋轉之該對磨輪1、2同時地研磨該工作件W之面與背側Wa、Wb時，在研磨時該等研磨部份中產生之研磨熱傳送至藉由該等磨輪1、2之磨輪心軸3、4之內中心中之該等研磨水供應通道9、9供應的研磨水及工作件W，且被這些研磨熱 加熱之研磨水係藉由該工作件W之旋轉帶入該對靜壓墊15、16之間，且藉由該等磨輪1、2之旋轉飛濺，並且亦流入該等靜壓墊15、16之相反側，即墊背側15b、16b。

另一方面，該工作件W係藉由在該等右與左靜壓墊15、16之間供應之墊水(靜壓流體)由該等右與左靜壓墊15、16之表面，即，墊面側15a、16a支持，且該墊水由該等墊面側15a、16a一直射出及供應，溫度經調節以跟隨機器溫度，且一直分開在該工作件W與該等靜壓墊15、16之間之一小間隙。該排出之墊水藉由重力向下掉落。

因此，當研磨該工作件W時產生之研磨熱大致分成(i)傳送至該研磨水之熱，且該研磨水係由在該等磨輪心軸3、4之內中心中之該等研磨水供應通道9、9供應，由以高速旋轉之磨輪1、2飛濺及掉落至該等靜壓墊15、16之磨輪插入部份17、17之內周緣中，部份地通至該等靜壓墊15、16之墊背側15b、16b而被排出，(ii)傳送至該工作件W之熱，及(iii)傳送至該等磨輪1、2之熱。

在這三研磨熱(i)至(iii)之傳送路徑中，影響該等靜壓墊15、16之熱變形者包括(i)及(ii)，且如下地測試它們的作用。

在以下測試中，如圖3A所示，為測量在該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a之間的距離(該墊間距)，在該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a之位置安裝三距離感測器40，即，靠近該設備前側之下端之一距離感測器40F、在該設備中心部份之上部位置之一距離感測器40C、及靠 近該設備後側之下端之一距離感測器40R。

此外，為測量在該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a間之位置的溫度，使用兩溫度感測器45，即，在該設備前側之靜壓墊下方位置中之一溫度感測器45F，及在該設備後側之靜壓墊下方位置中之一溫度感測器45R。這些溫度感測器45F、R係被用來由從該等靜壓墊15、16掉落之墊水之水溫直接測量該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a之溫度。

圖3B係顯示該等靜壓墊15、16因研磨熱而熱變形造成翹曲之機構，且如圖所示，當該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a之溫度變成比該等墊背側15b、16b之溫度低時，該等墊背側15b、16b熱膨脹，而該等墊面側15a、16a則熱收縮，且該等靜壓墊15、16朝該等墊面側15a、16a翹曲。當該等墊面側15a、16a之溫度及該等墊背側15b、16b之溫度顛倒時，該等靜壓墊15、16向相反側翹曲。

(1)測試1-研磨水之作用(i)

在這測試中，在沒有該工作件旋轉及支持裝置5之該水平雙碟式表面磨床中，作為一模擬，由在該等磨輪心軸3、4之中心供應大約50℃之熱水作為研磨水代替研磨熱，且使用調節至機器溫度之水作為由該等靜壓墊15、16射出及供應之該墊水，並且在旋轉停止狀態下藉由該工作件旋轉及支持裝置5支持該工作件W，且使以高速旋轉之該對磨輪1、2接近該工作件W之面與背側Wa、Wb，並且此時研究由於該等磨輪1、2之旋轉該研磨水飛濺對該等靜壓 墊15、16之作用。

測試1之結果係顯示在圖4及圖5中，且由該測試之結果，判斷如下：與該等磨輪1、2之旋轉同時地，在該等靜壓墊15、16之下部之間的間隙在該設備之前與後位置之間變窄(請參閱圖4B)，且當該等磨輪1、2之旋轉停止時，在旋轉及接觸(在圖4A之狀態)(請參閱圖4C)之前，該間隙返回一初始狀態，且因該等磨輪1、2之旋轉飛濺之熱水(研磨水)使該等靜壓墊15、16之下部向該工作件W側翹曲。

(2)測試(2)-工作件W旋轉之作用(ii)

在這測試中，與測試1相同，在藉由使用沒有該熱變形預防設備6之該水平雙碟式表面磨床的該工作件W之真正研磨中，藉由改變在順時針(CW)(圖6A)與逆時針(CCW)(圖7A)間之該工作件W之旋轉方向，研究該工作件W之旋轉對該等靜壓墊15、16之作用。

測試2之結果係顯示在圖6B及圖7B中，且由該測試之結果，判斷如下：當該工作件W之旋轉方向在順時針(CW)(圖6A)與逆時針(CCW)(圖7A)之間改變時，藉由該等溫度感測器45F、45R在該等靜壓墊15、16之設備之前側與後側之下方位置的測量結果(溫度變化)交換，且在該等靜壓墊15、16之下部間之距離之變化傾向亦在該設備之前側與後側之間交換(圖6B及圖7B)，且該熱研磨水亦被帶向該工作件W之旋轉方向。因此，藉由水黏在該工作件W或該等面與背側Wa、Wb上，該研磨熱與該工作件W之旋轉一起被帶入該等右與左靜壓墊15、16之間，且加熱該等靜壓 墊15、16之墊面側15a、16a，因此造成熱膨脹。

由兩測試1與2之結果可知，在該等靜壓墊15、16之下部份中該等墊面側15a、16a與該等墊背側15b、16b之溫度分布在該設備之前側與後側之間不同，且翹曲方向在該等靜壓墊15、16之前側與後側之間不同。

更詳而言之，例如，當該工作件W之旋轉方向在一般操作中是順時針(CW)(請參閱圖6A)時，請參閱圖8，在由於在該等磨輪1、2與該工作件W之間之接觸而產生研磨熱之情形下，該等靜壓墊15、16之下部之翹曲狀態係與未與該工作件W接觸之磨輪1、2之基本狀態(在處理前之初始狀態)不同，即，與如圖8A所示之在該等靜壓墊15、16之設備後側與設備前側無翹曲之狀態比較，該等靜壓墊15、16之設備後側之翹曲方向係向該工作件W之相對側翹曲，如圖8B所示，且該等靜壓墊15、16之設備前側之翹曲方向係向該工作件W側翹曲，如圖8C所示。

該現象發生在由於該工作件W之旋轉帶入研磨熱，所以該等靜壓墊15、16之設備後側係該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a之溫度比該等墊背側15b、16b之溫度高時，該等墊面側15a、16a熱膨脹，而該等墊背側15b、16b熱收縮，且在該等靜壓墊15、16間之距離增長(圖8B)，並且因此固持該工作件W之靜壓是不穩定的，但是它是可容許的，因為該承載裝置20未被夾緊，且最後可完成該工作件W之研磨。另一方面，由於該墊水之溫度受到控制之作用，所以在該等靜壓墊15、16之設備前側該等墊面側 15a、16a的溫度比該等墊背側15b、16b低，且該等墊背側15b、16b熱膨脹，而該等墊面側15a、16a熱收縮(在圖3B之狀態)，且因此該工作件W翹曲，並且在該等靜壓墊15、16間之距離縮短(圖8C)，且該承載裝置20之載環25及該工作件W之夾緊發生，並且在最壞之情形下，已知的是該工作件W之旋轉停止，因此在該工作件W或該機器上造成嚴重破壞。

測試及研究係依據由這些測試結果獲得之發現進一步繼續，且該遮熱板(熱變形預防裝置)30之一特定構態及結構係依據全部結果在以下討論及說明。

該遮熱板30係設計成屏蔽及預防由該等磨輪1、2之研磨部份飛濺之研磨水(冷媒)流入該對靜壓墊15、16之墊背側15b、16b中。

更詳而言之，在研磨操作時該遮熱板30阻擋該研磨水流入該等靜壓墊15、16之墊背側15b、16b，且該等墊背側15b、16b之溫度變化減至最小使得該等靜壓墊15、16不會翹曲，且因此如圖1所示，它被安裝及固定以覆蓋設置在該等靜壓墊15、16中之該磨輪插入部份17之內周緣，或換言之，它藉由例如安裝螺栓之固定裝置(未圖示)固定在該等靜壓墊15、16之內周緣上以覆蓋該等磨輪1、2之外周緣位置。

該遮熱板30係安裝在該等靜壓墊15、16之磨輪插入部份17之面向後方向的範圍內，且如圖2所示，至少藉由從該等靜壓墊15、16之背側向後突出，由在該等靜壓 墊15、16之面側稍後方之位置，延伸至在研磨時覆蓋該等磨輪1、2之後端的一位置。

即，因為在研磨時該工作件W位在該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a，所以該遮熱板30由該等墊面側15a、16a之稍後方且比該等墊面側15a、16a低之一位置向該等墊背側15b、16b延伸，且由該等墊背側15b、16b向後突出。

在此，由於以下原因，該遮熱板30之前端緣係設置在該等墊面側15a、16a之稍後方且比該等墊面側15a、16a低之一位置：理想地，它應設置成與該等墊面側15a、16a齊平，但是事實上，該等靜壓墊15、16與該工作件W之間隙是狹窄的，且企圖防止該遮熱板30之前端緣因該遮熱板30之錯誤安裝而突出該等墊面側15a、16a之前方。因為企圖防止被該研磨熱流加熱之研磨水流入該等墊背側15b、16b，所以該遮熱板30之後端緣係設置成突出在該等墊背側15b、16b後方。

該遮熱板30係由熱傳導性比金屬低之一材料構成。詳而言之，該遮熱板30之材料沒有特別限制，只要它具有足以沿該等磨輪插入部份17之內周緣移動之撓性即可，且較佳材料包括便宜、可撓且強固之材料，例如FRP(纖維強化塑膠)，或熱傳導性比金屬低且絕熱效果極佳之樹脂材料或橡膠材料。只要熱傳導性相當低，亦可使用金屬，且在這情形下，熱傳導性低之多層板材料插在該等金屬遮熱板材料之靜壓墊15、16之間，且因此完成該遮熱板30。 該實施例之組成材料係理想之FRP材料。

接著，進行以下測試結果以評價在具有具上述結構之遮熱板30之熱變形預防設備6中該等靜壓墊15、16之熱變形抑制效果。

在這測試中，在該實施例之水平雙碟式表面磨床中，在安裝該熱變形預防設備6之前或後研磨該工作件W。該等測試結果係顯示在圖9及圖10中。

由該等測試結果可知，在安裝該熱變形預防設備6之前研磨時，由於在該等靜壓墊15、16之設備前側該等墊間之距離太窄，且藉由嵌入該工作件W之缺口Wn而一體地被旋轉及驅動之該承載裝置20被該等右與左靜壓墊15、16夾緊，且該承載裝置20被鎖定，並且該環驅動齒輪24之所有齒斷裂。藉由該等靜壓墊15、16夾緊該承載裝置20之模式係顯示在圖9A及圖9B中，其中由藉由該等距離感測器40F測量在該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a間之距離的結果，估計在該等墊面側15a、16a間之距離變化突然變成常數。此時，可斷定該等靜壓墊15、16及該承載裝置20互相接觸，因此位置沒有變化。

另一方面，在安裝該熱變形預防設備6之後，該工作件W最後可完全被研磨，且如圖10所示，藉由該等距離感測器40F、40C測量在該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a間之距離顯示在該等墊面側15a、16a間之距離的變化量係在安裝該熱變形預防設備6之前的大約一半。

又，考慮圖9B所示之估計值(如果該等靜壓墊 15、16在未干涉該承載裝置20之情形下連續自由地翹曲時之估計值)，可預測在安裝該熱變形預防設備6之後該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a間之距離的變化量被抑制為在安裝該熱變形預防設備6之前的1/4。即，由於如上所述之夾緊現象，事實上無法測量藉由該距離感測器40F測量之該等墊面側15a、16a間之距離的變化量，但是當延伸及連結該圖時，如圖9B所示，可預測變化大約-160μm。另一方面，在該等墊面側15a、16a間之距離較寬之藉由該距離感測器40R的測量結果中，可知在該等墊面側15a、16a間之距離的變化量可抑制至大約2/3。

因此，在具有該結構之雙碟式表面磨床中，該工作件旋轉及支持裝置5(軸向支持裝置10、徑向支持裝置11)旋轉及支持該工作件W於該研磨位置，且以高速旋轉之該等磨輪1、2以該等磨輪心軸3、4之方向推進一預定進給量，且藉由這些磨輪1、2之研磨表面1a、2a同時地研磨該工作件W之面與背側Wa、Wb。

在這情形下，在研磨時在該等研磨部份中產生之研磨熱傳送至藉由該等磨輪1、2之磨輪心軸3、4內之中心中的研磨水供應通道9、9供應至該等研磨部份及該工作件W之研磨水(冷媒)，且被該等研磨熱加熱之研磨水藉由該工作件W之旋轉帶入該工作件旋轉及支持裝置5之該等靜壓墊15、16之間，且藉由該等磨輪1、2之旋轉飛濺，因此流入該等靜壓墊15、16之墊背側15b、16b。

藉由這研磨水，傳送至該等靜壓墊15、16之間， 即，該等墊面側15a、16a與該等墊背側15b、16b之間的研磨熱造成在該等墊面側15a、16a與該等墊背側15b、16b之間的一溫度差，而該溫度差會使該等靜壓墊15、16向該工作件W側翹曲，因此干涉用以在徑向上支持該工作件W之該軸向支持裝置之工作件W或承載裝置20。

但是，依據該實施例之熱變形預防設備6，在該等靜壓墊15、16中該等磨輪1、2之邊界位置，由於設有用以抑制該等靜壓墊15、16之熱變形之該熱變形預防設備6，可在該工作件W之面與背側Wa、Wb之同時研磨操作時有效地抑制該等靜壓墊15、16之熱變形。

即，在該實施例中，在該等靜壓墊15、16中該等磨輪1、2之邊界位置，特別是在該等靜壓墊15、16之磨輪插入部份17中，設有該遮熱板30作為熱變形預防裝置，且因此可有效地抑制或預防在該等靜壓墊15、16間造成一溫度差之研磨水由該研磨位置流至該等靜壓墊15、16之墊面與背側，特別是背側，使得由於該等靜壓墊15、16之熱變形造成向該工作件W側之翹曲可被抑制至一最小極限。

為確認這動作及效果，在藉由使用具有該實施例之熱變形預防設備6之水平雙碟式表面磨床真正處理該工作件W時，測試及確認該等靜壓墊15、16之熱變形。

在這測試中，與前述測試1與2相同，如圖11所示，用以測量墊面側15a、16b間之距離(墊間距)之三距離感測器40F、40C與40R係安裝在該等靜壓墊15、16之墊面側15a、16a之部份，且用以測量在該等靜壓墊15、16之墊 面側15a、16a之溫度之兩溫度感測器45F與45R係安裝在該等靜壓墊之下方位置。

作為該測試之一結果，如圖12所示，由於該等靜壓墊15、16之熱變形而向該工作件W側之翹曲大幅減少(圖12B及圖12C)，且有效地預防該等靜壓墊15、16及該工作件W及該工作件支持裝置5之承載裝置20的干涉，且可判定可有效地預防例如工作件W之研磨不穩定性等問題。

實施例2

該實施例係顯示在圖13中，其中該遮熱板30之結構係依據該等靜壓墊15、16之形狀修改。

即，設置在該實施例之靜壓墊15、16中之該等磨輪插入部份17具有，如圖13所示，對應於形成具有稍大於該等磨輪1、2外徑之一直徑之一弧形內徑輪廓的該等磨輪1、2之上半部的部份，及對應於形成在以該等磨輪1、2之外周緣圓之切線方向向下延伸之一直線輪廓中的該等磨輪1、2之下半部的部份。

對應於這構態，安裝在這位置之該熱變形預防設備6之遮熱板30係沿該等磨輪插入部份17之內周緣全長形成，且該等端部30a、30a都由該等磨輪插入部份17之兩端17a、17a筆直向下垂直地延伸，並且形成為覆蓋該等磨輪1、2之下部。

在具有該結構之熱變形預防設備6中，藉由該遮熱板30，相對該等靜壓墊15、16完全屏蔽及覆蓋在該等磨輪1、2之設備前與後側的該等外周緣，且可完全預防研磨 水飛濺至該等靜壓墊15、16之下方位置。

其他結構及動作係與在實施例1中相同。

在這實施例中，亦可有如下所述之各種設計變化。

例如，在所述實施例中，本發明係應用於用以同時研磨該半導體晶圓之面與背側之雙碟式表面磨床，如圖14所示，但是欲研磨之工作件W亦包括其他薄碟形工作件。

只要可獲得相同動作及效果，該熱變形預防設備6之特定結構亦可包括未在圖中顯示之其他結構。

例如，在所示實施例中，該熱變形預防裝置係形成為沿該等靜壓墊15、16之磨輪插入部份之內周緣設置之該遮熱板30，但是只要獲得相同動作及效果，亦可使用其他結構構件。

所示實施例之遮熱板30基本上係由金屬以外之材料構成，但是只要可有效抑制或預防研磨水由該等研磨位置侵入該等靜壓墊15、16之背側，已實驗地證明即使由一鐵板構成之遮熱板30對於抑制在該等靜壓墊15、16之面與背側上之溫度差亦是有效的。

此外，實施例1之遮熱板30係構造成只覆蓋該等靜壓墊15、16之磨輪插入部份17之內周緣全長，如圖1所示，但是亦可設置另外之邊緣部份30a、30a以便由兩端向下垂直地延伸，如雙點虛線所示，且在該構態中，與在實施例2中相同，相對於該等靜壓墊15、16完全屏蔽及覆蓋該 等磨輪1、2之設備前與後側之外周緣，且可完全預防研磨水飛濺至該等靜壓墊15、16之下方位置。

在本發明之詳細說明中說明之特定示範實施例係用以揭露本發明之技術特徵，且本發明不應藉由只限於該等特定例子而以一狹義方式解釋，且應以一廣義方式解釋而可在本發明之真正精神及申請專利範圍之範疇的一範圍內以各種形式改變及變化。

Claims (6)

1. 一種雙碟式表面磨床之熱變形預防設備，該設備為可抑制一工作件旋轉及支持單元之一對靜壓墊之熱變形的熱變形預防設備，該對靜壓墊可藉由一靜壓流體而以無接觸狀態支持一工作件的面側與背側兩者，該設備係用於一雙碟式表面磨床中以藉由該工作件旋轉及支持單元來旋轉及支持一薄碟形工作件、可將以高速旋轉的一對磨輪推進磨輪軸向、並可藉由該等兩個磨輪之研磨表面而同時研磨該工作件之該面側與該背側，其中，可抑制該等靜壓墊之熱變形的熱變形預防裝置係設置在與該等靜壓墊的一邊緣部分鄰近且位於該等靜壓墊與該等磨輪之間處。
2. 如請求項1的雙碟式表面磨床之熱變形預防設備，其中，該熱變形預防裝置係設計成可阻斷及預防從該等磨輪之該研磨部份濺散的研磨水流入該等靜壓墊之背側。
3. 如請求項2的雙碟式表面磨床之熱變形預防設備，其中，該熱變形預防裝置被構形為一遮熱板，該遮熱板被安裝及固定在該等靜壓墊之磨輪插入部份的內周緣中以覆蓋該等磨輪之外周緣區域。
4. 如請求項3的雙碟式表面磨床之熱變形預防設備，其中，該遮熱板係藉由至少從該等靜壓墊之背側向後突出而被安裝在該等靜壓墊之該磨輪插入部份中 之前後方向的一範圍內，從該等靜壓墊之表面稍微向後的一位置至延伸來在研磨時覆蓋該磨輪之後端的一位置。
5. 如請求項3的雙碟式表面磨床之熱變形預防設備，其中，該遮熱板係由導熱性比金屬低之材料形成。
6. 一種雙碟式表面磨床，其用於旋轉及支持薄碟形工作件、可將以高速旋轉的一對磨輪推進磨輪軸向、並可藉由該等兩磨輪之研磨表面同時研磨該工作件之面側與背側，該雙碟式表面磨床包含：一對磨輪，該等磨輪被設置成使得在該等磨輪之端部的該等研磨表面可彼此面對面；及工作件旋轉及支持裝置，其能夠以在該對磨輪之該等研磨表面兩者之間使該工作件之該等面側和背側與該對磨輪之該等兩個研磨表面相對的狀態來支持及旋轉該工作件，其中，該工作件旋轉及支持裝置具有用於在軸向上使該工作件定位且支持該工作件的軸向支持裝置、及用於在徑向上使該工作件定位且旋轉並支持該工作件的徑向支持裝置，並且該軸向支持裝置亦具有用於藉由一靜壓流體而以無接觸狀態支持該工作件之該等面側與背側兩者的一對靜壓墊，且亦具有如請求項1至5中任一項所述之熱變形預防設備。