TWI503203B - 研磨布之修整方法以及修整裝置 - Google Patents

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Description

研磨布之修整方法以及修整裝置
本發明係關於研磨布之修整方法以及修整裝置者。
一般，即半導體晶圓欲予研磨時，係將被研磨的工作件表面壓向貼附於研磨板的研磨布表面，然後一面旋轉研磨板，一面供應泥漿予研磨布。
研磨工作完成後，研磨布就含有所產生的灰塵與泥漿，於是降低研磨率。因此每批研磨工作完成時就將高壓水噴向研磨布，以便清洗研磨布(參閱日本專利公報7-9340號)。每批研磨工作完成時加以清洗研磨布，研磨布表面會變形成波狀，包含凸部與凹部，經大約七批的研磨工作後就會如此變形。因此研磨布的平整性受損，研磨率不免降低。
為了解決此一問題，例如於完成大約七批研磨工作後，從研磨裝置拆下工作件托架而代之裝上修整用托架。在修整用托架的四個貫穿孔中分別安裝四個環形整平用磨石，而以整平用磨石研磨上下研磨板的研磨布，以便磨平研磨布表面。四個磨平用磨石中之兩個，研磨下研磨板的研磨布，其餘的磨平用磨石則用以研磨上研磨板的研磨布。
然而，雖然研磨布已經於大約七批的研磨工作完成後以高壓水噴射清洗，每批研磨工作完成後在研磨布表面總漸漸有凹凸部的形成，於是不免降低研磨率。藉經完成七批研磨工作後，使用磨平用磨石研磨研磨布表面可能改善研磨率，然而研磨率總是不安定。於是研磨率必須依照研磨時間調整，因此精密的控制工作件的研磨工作是有困難的。尤有進者，在完成七批研磨工作後進行安裝修整用托架而取代工作件托架，並修整研磨布需要15-20分鐘，於是工作效率一定降低。再者，每經七批研磨工作後，研磨布的表面就被磨擦，一定會減短研磨布的使用壽命。
由是，本發明之目的在提供一種研磨布之修整方法以及修整裝置，以便解決上述傳統技術所遭遇的問題。亦即本發明的方法及裝置得以穩定研磨率，減少修整工作的次數，並延長研磨布的壽命。
為了達成上述目的，本發明具有下列構成。
亦即，研磨布的修整方法，該研磨布係業已使用於工作件表面的研磨，而該工作件係被壓押於固定在研磨板上之研磨布，使用磨平用磨石研磨，一方面供應泥漿於其上，研磨方法包含的步驟為：以高壓清洗用水供應於研磨布，以清洗研磨布；及經由在研磨布之徑向沿表面之輪廓移動修整用磨石，一方面進行清洗步驟。
最好是，在完成一批研磨工作後進行清洗步驟與修整步驟。
例如，該方法可更包含有研磨布的整平化過程，係使用磨平用磨石，於完成20批的研磨工作後進行。
另一方面，研磨布的修整裝置，係用於工作件表面之研磨，將工作件壓押於固定在研磨板上的研磨布，使用磨石研磨，一方面供應泥漿於研磨布，該裝置包含：含有第一移動件的清洗單元，第一移動件能夠移動於研磨布的徑方向，及一噴嘴，安裝於第一移動件，用於噴射高壓清洗用水；一含有第二移動件的修整單元，其係能移動於研磨布的徑方向，及一修整用磨石，安裝於第二移動件用於追蹤研磨布的表面輪廓，以便修整研磨布；及一用於控制清洗單元及修整單元的控制單元，以便於清洗單元清洗研磨布時令修整單元修整研磨布。
最好是由一種共同的移動件來扮演第一移動件與第二移動件的角色。以此構成，可縮小該裝置的尺寸。
此外，噴嘴與修整用的磨平用磨石可設於移動件之各上下方以便同時清洗並修整上研磨板與下研磨板的研磨部。以此構成，即可同時清洗與修整上研磨板與下研磨板的研磨布。
在本發明中，每批研磨工作可以穩定的研磨率進行，可精準地研磨工作件，即可減少以磨平用磨石修整研磨布的次數，而可增進工作效率，研磨布的壽命也可延長。
下文中參照附圖來詳細說明本發明的較佳實施例。
第1圖表示本發明有關之雙側研磨裝置10與研磨布修整裝置12的局部平面圖，及第2圖為第1圖之局部平面圖。
雙側研磨裝置10包含：一下研磨板14，其上部表面例如經由黏附聚亞胺酯構成一研磨布(未圖示)，一上研磨板15，下部表面黏附一研磨布(未圖示)；一由針齒輪組成的恆星齒輪16；一由針齒輪組成的內齒輪17；及連結於恆星齒輪16及內齒輪17的托架18。
各托架18均具有貫穿孔19，工作件在各貫穿孔中被研磨，亦即安置在其中者為半導體晶圓。藉由恆星齒輪16及內齒輪17的轉動，托架18環繞恆星齒輪16移動，並繞著本身之軸旋轉。當研磨工作件時，下研磨板14與上研磨板15互相反向迴轉，但速度相同。
雙側研磨裝置10更包含：用以迴轉下研磨板14、上研磨板15、恆星齒輪16及內齒輪17的機構； 用以上下推動上研磨板15的機構；及用以供應泥漿予下研磨板14之研磨布的機構。所須注意者，所使用之機構屬於大眾所知悉者，所以在圖中未加解釋。
茲在下文中說明研磨工作件的操作方式。
待研磨的工作件(未圖示)分別被安置於托架18的貫穿孔19中。上研磨板15向下移動，直至工作件被夾置於上、下研磨板15、14之間為止。以此狀態，托架18被推動環繞恆星齒輪16，環繞自身之軸旋轉，並有泥漿的供應。藉由上、下研磨板15、14的回轉，各工作件的雙面都被研磨。
其次說明用以修整研磨布的修整裝置12。
如第3、4圖所示，修整裝置12包含：清洗單元24、修整單元28、及一控制單元60(如第10圖)。各清洗單元24包含：一可移動於研磨布徑方向的共同移動件20；及一設於共同移動件20而能向研磨布噴灑高壓清洗用水的噴嘴22。各修整單元28包含：共同移動件20；及一設於共同移動件20而能追蹤研磨部的表面輪廓，以便修整研磨布的修整用磨石26。控制單元60控制清洗單元24及修整單元28，以便於清洗單元24清洗研磨布時，令修整單元修整研磨布。
如第1、2及5圖所示，共同移動件20係固定於中空轉軸30之前端。中空轉軸30之後端為軸承31所支持，且以可回轉方式裝固於一遊移件32。中空 轉軸30可繞著其軸線轉動，一定時齒輪33固定於中空轉軸30上，以一定時帶36連結於定時齒輪33，而一定時齒輪35則設置於可轉引動器34之轉軸。可轉引動器34係由一氣力驅動單元驅動。
中空轉軸30可在平面上以90度的轉動範圍，環繞其軸線在雙回轉方向轉動。以此構成，固定於中空轉軸30前端的共同移動件20亦於水平面內以90度轉動範圍轉動。噴嘴22及修整用磨石26則固定於共同移動件20。在使用狀態下，包含噴嘴22及修整用磨石26的共同移動件20，其垂直方向較長。當共同移動件20從研磨板14與15外面位置移動至兩者中間的位置時，共同移動件20就被內齒輪17的針齒輪阻礙。為了避免這樣的阻礙，共同移動件20連同中空轉軸30對軸線被扭轉90度，於是共同移動件20就作成在水平方向較長。在此狀態下，共同移動件20就可移動至研磨板14與15之間的位置。
如第5圖所示，遊移件32能沿導軌38移動到或離開研磨裝置10，有一球型螺閂40螺設於遊移件32，利用馬達41轉動球型螺閂40時，遊移件32就沿導軌38移動。
其次，參照第3、4圖說明清洗單元24及修整單元28。
噴嘴22及修整用磨石26係分別設於共同移動件20的上下部，一高壓軟管23***於中空轉軸30且 連接於噴嘴22，具有水壓3-15MPa的高壓水可從噴嘴22噴灑。在本實施例中，使用一上方噴嘴與一下方噴嘴，但噴嘴數目並不限制。此外，可用以防止高壓水飛濺的刷子(未圖示)可設於噴嘴22周圍。
最好將噴嘴22及修整用磨石26適當地配置於共同移動件20中，即可在研磨布清洗動作進行之前進行研磨布的修整。
在本實施例中，如第6及7圖所示，修整用磨石26形成矩形剖面的方柱型，其四側面可當作研磨面使用。研磨面上以電氣沉積方式沉積鑽石磨粒。
修整用磨石26的終端係螺接於一U型夾具43(參照第7圖)，藉由變更對夾具43的連接端，修整用磨石26的側面可依序擔任研磨面。
所須注意者，在本實施例中，形成方柱的修整用磨石26間的邊界為呈圓形，以防止與研磨布糾結，但修整用磨石26的形狀不必限制如本實施例。
有支持桿44固定於夾具43。支持桿44貫穿支持基座45，支持桿44的終端從此突出。有一制止板46以螺閂固定於支持桿44的突出端。螺旋彈簧47，分別圈繞於支持桿44上者，設於夾具43與支持基座45之間。以此構成，修整用磨石26經常偏移而離開支持基座45。
如第3及4圖所示，每座支持基座45設置於共同移動件20中，其狀態為方柱形的修整用磨石26係 平行於中空轉軸30。
每座支持基座45繫固於共同移動件20的側壁板20a與20b，而支持基座45的各側邊則以二隻螺閂50a與50b連接至各側壁板20a與20b。支持基座45可沿平行於第3圖的紙面方向在設定範圍內傾斜，亦即平行於方柱形的修整用磨石26的縱軸方向。以此構成，數公分長的方柱形修整用磨石26可傾斜而追蹤研磨布的表面輪廓，亦即凸部與凹部。
所需注意者，側壁板20a與20b的貫穿孔(未圖示)係供各螺閂50a通過之用者，形成長狀，因此支持基座45的傾斜範圍是由這些長形貫穿孔來決定。
修整裝置12的構造已說明如上。下文中說明修整裝置12的修整步驟。
研磨工作完成後，上研磨板15被舉起，而研磨工作件被從托架18取出。托架18則不必從研磨裝置10中取出。
其次，驅動可轉引動器34而轉動中空轉軸30，以使共同移動件20水平延長。
然後驅動馬達41而沿導軌38移動遊移件32，直至達到研磨板14與15之間為止。
在那時點，共同移動件20呈水平延長，是以可順利移動到研磨板14與15間之位置。所須注意者，共同移動件20在研磨布上移動於托架18之間(參照第1圖)。亦即完成研磨工作後，托架18之位置被調 整於所示之位置。
其次，藉由驅動可轉引動器34，中空轉軸30被轉動至原先狀態，而使共同移動件垂直延長。
其次，上研磨板15被向下移動而壓押研磨板14與15之研磨布於修整用磨石26。
修整用磨石26被螺旋彈簧47偏移而從支持基座45突出。藉由壓押研磨板14與15的研磨布於修整用磨石26，修整用磨石26抵抗螺旋彈簧47之彈性而向內移動，致使支持桿44被壓入支持基座45。以此動作，修整用磨石26經常被壓縮之螺旋彈簧47偏移，而藉一定力量與研磨布接觸。
在此情形下，開始修整步驟。
控制單元60控制各單元及機構，以便從噴嘴22向研磨布噴灑高壓水，回轉研磨板14與15於互相相反方向並驅動馬達41來推動中空轉軸30。以此控制方式，修整用磨石26在研磨布上移動於研磨布之徑方向，然後同時進行研磨布之清洗動作及修整動作。由於修整用磨石26係對共同移動件20可以傾斜，故修整用磨石26能夠追蹤研磨布的表面輪廓。
研磨布被修整用磨石26在上流側修整，而高壓水在下流側噴向被修整的研磨布。所以研磨布的清洗動作與修整動作可以同時進行。
最好將共同移動件20於研磨布上往復移動數次，以便均勻地清洗及修整研磨布的整個表面。
修整用磨石26的長度有數公分，而移動於研磨布的徑方向，並追蹤其表面輪廓。不像環形整平用磨石，修整用磨石26接觸且研磨整個研磨布表面，但它們不會整平研磨布的凹凸部。
修整用磨石26移動時追蹤研磨布的表面輪廓，以便修整研磨布表面(亦即輕微地研磨表面以修復表面)。
其次，複數批的研磨工作(例如20批)完成後，使用整平用磨石修整研磨布。
第8圖為表示以本實施例中的修整裝置修整研磨布的研磨率，與以傳統裝置修整研磨布的研磨率曲線圖。傳統裝置在每批研磨動作後只完成清洗工作。如第8圖所示，研磨率在七批研磨工作完成後顯著地降低。由是，使用傳統裝置時，研磨時間逐漸延長以便彌補工作件的研磨數量，而七批研磨動作完成後，取下托架而代之以修整用托架。然後研磨布表面必須以整平用磨石整平。
另一方面，本實施例的修整裝置中，清洗步驟與修整步驟每次在完成一批研磨工作後進行。因此，如於第8圖明白的表示，在一批研磨動作完畢後，研磨率並未顯著降低，於是可維持一定的研磨率。經20批的研磨工作完畢後，就須整平研磨布。通常研磨布的整平需要很長的時間。因此本發明得以減少研磨布的整平時間及改善研磨效率。研磨率些微的變化，因 此工作件的研磨量可易於控制，而工作件也可精細的研磨。尤有進者，整平研磨布的時間可以降低，因此研磨布的壽命得以延長。
第9圖為表示以本實施例的修整裝置修整的研磨布所研磨的工作件平整度，與以傳統裝置修整的研磨布所研磨的工作件平整度的曲線圖。如第9圖所示，在使用傳統裝置的場合，工作件的平整度有劇烈的變動。另一方面，於使用本實施例修整裝置的場合，其平整度均勻地維持，因此工作件的品質得以穩定。如第8圖所示，研磨布的狀態被穩定的維持，因此藉由本實施例的裝置可獲良好效果。
第11圖說明研磨布的整平步驟。在整平步驟中，托架18被從研磨裝置10取下，而代之以修整用托架61。環形整平用磨石62被分別安置於修整用托架61的貫穿孔中。上、下研磨板14與15的研磨布被環形整平用磨石62研磨並整平。整平步驟可以在大約20批的研磨工作完畢後進行。
在上揭實施例中，清洗單元24及修整單元28係設於共同移動件20中，但清洗單元24得以設於第一移動件，而修整單元28得以設於與第一移動件分離的第二移動件。在採用第一與第二移動件時，清洗動作及修整動作可同時進行。
在上揭實施例中，研磨裝置為雙側研磨裝置，但本發明的修整裝置得以應用於單側研磨裝置。在應用 於單側研磨裝置時，工作件係被夾持於工作件夾頭之底面而壓押於下研磨板的研磨布，以便研磨工作件的下部表面。在完成研磨動作後，研磨布的表面藉由本發明的修整裝置同時清洗與修整。在此場合下，沒有上研磨板的存在，因此修整單元必須藉適當的壓押機構(未圖示)壓押於下研磨板。
於此描述的所有實例與狀態語言乃欲幫助讀者了解發明人提出的發明與概念，為教導目的而增進有關技術者。應該解釋為對這些特殊描述的實例與狀態並未加以限制，這些說明書中之實例亦並不表示本發明的任何優異性與低劣性。雖然本發明的實施例已被詳細描述，所須聲明者，在不逸脫本發明的範圍外，對本發明可做各種變更，代替或取代。
10‧‧‧研磨裝置
12‧‧‧研磨布修整裝置
14‧‧‧下研磨板
15‧‧‧上研磨板
16‧‧‧恆星齒輪
17‧‧‧內齒輪
18‧‧‧托架
19‧‧‧貫穿孔
20‧‧‧共同移動件
20a、20b‧‧‧側壁板
22‧‧‧噴嘴
23‧‧‧高壓軟管
24‧‧‧清洗單元
26‧‧‧修整用磨石
28‧‧‧修整單元
30‧‧‧中空轉軸
31‧‧‧軸承
32‧‧‧遊移件
33‧‧‧定時齒輪
34‧‧‧可轉引動器
35‧‧‧定時齒輪
36‧‧‧定時帶
38‧‧‧導軌
40‧‧‧球型螺閂
41‧‧‧馬達
43‧‧‧夾具
44‧‧‧支持桿
45‧‧‧支持基座
46‧‧‧制止板
47‧‧‧螺旋彈簧
50a、50b‧‧‧螺閂
60‧‧‧控制單元
61‧‧‧修整用托架
62‧‧‧環形整平用磨石
第1圖為本發明的一實施例中研磨裝置與修整裝置的局部平面圖。
第2圖為研磨裝置與修整裝置的局部平面圖。
第3圖為共同移動件的正視圖。
第4圖為共同移動件的側面圖。
第5圖為直線移動共同移動件之機構的平面圖。
第6圖為修整用磨石之支持部的側面圖。
第7圖為修整用磨石之支持部的正視圖。
第8圖為表示以本實施例的修整裝置修整研磨布之研磨率，與以傳統裝置修整研磨布之研磨率的曲線圖。
第9圖為表示以本實施例的修整裝置修整的研磨布所研磨的工作件平整度，與以傳統裝置修整的研磨布所研磨的工作件平整度的曲線圖。
第10圖為控制單元的方塊圖。
第11圖為研磨布整平步驟的說明圖，其中使用修整用托架來代替一般托架，而研磨布則以整平用磨石整平。
10．．．研磨裝置
12．．．修整裝置
14．．．下研磨板
16．．．恆星齒輪
17．．．內齒輪
18．．．托架
19．．．貫穿孔
20．．．清洗單元
30．．．中空輪軸
32．．．遊移件

Claims (11)

  1. 一種研磨布之修整方法，係將工作件壓押於分別固定在工作件研磨裝置的上、下兩研磨板板面的研磨布上而研磨該工作件之表面，並一面供應泥漿於研磨布上，工作件研磨完成後，使用磨石修整研磨布，其特徵為包含下列步驟：於兩研磨板間設置可作進退移動，在工作件研磨後，兩研磨板轉動的同時，而於研磨布的徑方向可往復自在作動的共同移動件；使該共同移動件於研磨布的徑方向可往復自在作動係以一往復作動裝置為之；於所述共同移動件的上面側與下面側分別設置可對上研磨板與下研磨板的研磨布押接的元件，同時該修整研磨布之磨石係設置可向研磨布的徑方向傾斜，以在所述共同移動件向所述研磨布的徑方向移動時，追蹤研磨布之表面輪廓，俾依研磨布表面之凹凸狀態調整而進行研磨布之修整；所述共同移動件的上面側與下面側，在所述研磨板的下游側位置設置可向研磨布噴射高壓清洗用水的清洗單元噴嘴，以清洗該研磨布；所述共同移動件的往復作動與清洗單元噴射高壓清洗用水以清洗研磨布的動作係以一控制單元來控制；及 進行清洗步驟時藉沿著該研磨布的表面輪廓移動修整用磨石於該研磨布的徑方向，以修整該研磨布。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述清洗步驟及修整步驟係在完成一批工作件之研磨工作後進行。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其更包含在完成複數批研磨、洗淨、修整工作後，使用另一功能之整平磨石，整平該研磨布之凹凸面的步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述修整用磨石係具有矩形剖面的方柱，而該修整用磨石的表面係依序作為研磨表面者。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中所述矩形剖面方柱的修整用磨石係在平行於磨石的延伸方向可以傾斜者。
  6. 一種研磨布之修整裝置，其係用於將工作件壓押於分別固定在工作件研磨裝置的上、下兩研磨板板面的研磨布上而研磨該工作件之表面，並一面供應泥漿於研磨布上，工作件研磨完成後，使用磨石修整研磨布，其特徵為該裝置包含：於兩研磨板間設有可作進退移動，而於研磨布的徑方向可往復自在作動的共同移動件； 一往復作動裝置，係使該共同移動件於研磨部的徑方向作往復自在的動作；於所述共同移動件的上面側與下面側分別設置可對上研磨板與下研磨板的研磨布押接的元件，同時，該修整研磨布之磨石係設置成可向研磨布的徑方向傾斜，以在所述共同移動件向所述研磨布的徑方向移動時，追蹤研磨布之表面輪廓，俾可依研磨布表面之凹凸狀態調整而進行研磨布之修整的修整單元；所述共同移動件的上面側與下面側，在所述研磨板的下游側位置設置可向研磨布噴射高壓清洗用水的噴嘴，以清洗該研磨布之清洗單元；以及，一控制單元，用以控制該清洗單元及該修整單元，而於該清洗單元清洗該研磨布時，令該修整單元修整該研磨布。
  7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中所述修整用磨石係形成具有矩形剖面的方柱，該修整用磨石之各面係依序用作研磨表面者。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項之裝置，其中所述移動件能夠針對水平面在90度範圍內轉動於兩方向。
  9. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中所述矩形剖面方柱的修整用磨石係在平行於磨石的延伸方向可以傾斜者。
  10. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中所述往復作動裝置係具有：前端固定於所述共同移動件之轉軸、固定於該轉軸後端之遊移件，該遊移件能沿著一導軌移動到或離開研磨裝置，並有一球型螺閂螺設於遊移件，利用一馬達轉動球型螺閂時，遊移件就沿導軌移動。
  11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中所述轉軸為中空，中空轉軸內，配設所述供給高壓情況用水至噴嘴之水管。
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