專利名稱：關(guān)于磨床的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨床及其磨輪，該磨輪用來在諸如用在半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)中的硅晶片盤的邊緣磨凹口，還涉及在這種盤的邊緣區(qū)磨出凹口的方法。由于凹口的尺寸相對于晶片的尺寸小，用于形成這種凹口的磨輪通常稱為磨針。
在WO97/48522中描述了一種用于磨盤的磨床，在此列出以備參考。WO97/48522公開的是在一臺研磨機(jī)上，于采用較軟的樹脂粘結(jié)立方體氮化硼(CBN)砂輪精磨如半導(dǎo)體的晶片盤邊之前，先用一種金屬熔結(jié)CBN或金剛石的砂輪進(jìn)行粗磨，還進(jìn)一步描述了一種為了能磨出環(huán)繞該盤邊緣的正確形狀，就在原位置處，于該樹脂粘結(jié)CBN磨輪之上成形和再成形一個槽的技術(shù)。
該機(jī)器還包括用于繞著圓盤邊緣預(yù)定部分磨削凹口的一種較小直徑的磨針。
使用樹脂粘結(jié)的CBN輪磨凹口的缺點在于這種輪相對于金屬粘結(jié)CBN或者金剛石輪較軟，這使得它很快磨損并需要經(jīng)常更換。因此，盡管使用這種輪可以減少對工件的傷害，這種輪也不能用在本申請中，但如果它們能被用于磨凹口，則是所希望的。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于磨凹口的可成形磨針，它在必須更換之前可以使用更長時間，并提供了一種形成這種凹口磨針的方法和一種改進(jìn)的磨凹口的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于磨凹口的磨針包括由可成形的磨削材料構(gòu)成的圓柱形部分，在其上形成有一個輪廓相應(yīng)于要形成的凹口邊緣輪廓的槽，其中，該圓柱形部分的軸向?qū)挾仁沟卯?dāng)?shù)谝徊刍蛘咂渌恳徊勰p得不能再成形和再使用后，可以在該部分上隨后形成另外的槽。
本發(fā)明提供了一個凹口磨針或者輪，它的軸向?qū)挾仁沟媚軌蜻B續(xù)加工一組用于磨凹口的槽。
如果該可成形針安裝在磨床主軸上并被初始成形，以及根據(jù)需要再成形，本發(fā)明的優(yōu)點就可以得到體現(xiàn)。
所希望的可成形材料包括樹脂粘結(jié)材料或者玻璃體粘結(jié)材料，例如由樹脂或者玻璃體材料粘結(jié)的磨砂。
該磨床最好是數(shù)控(CNC)磨床。
使用寬(圓柱形)磨針并于原位成形和再成形槽，使得磨針在必須更換前可以完成更多次的磨削操作。于是，在圍繞該磨針圓周表面上成形的一個槽不再能以再成形方式精確磨削凹口時，就可以在橫跨磨針寬度上軸向隔開的一個位置處再作一個槽，遂增加了磨針的使用壽命，還減少了所需的更為復(fù)雜的換磨針操作次數(shù)(包括可觀的停機(jī)時間)。
圓柱形部分的長度通常為10mm，最好為6mm，它的總直徑通常為4mm。
在根據(jù)本發(fā)明的磨凹口方法中，用安裝在同一磨床中的磨槽輪繞著可成形材料的圓柱形部分形成第一槽，在根據(jù)需要磨制成形一個或更多凹口后，使用同一個或另一個成形輪再成形形成凹口的槽，直到其不能精確地再成形該槽后，以類似的方式在圓柱形表面上相鄰于第一槽處形成一個隨后的槽，以使得磨凹口過程繼續(xù)進(jìn)行。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，磨針的圓柱形部分包括可成形材料部分和金屬粘結(jié)材料部分，其中金屬粘結(jié)部分設(shè)置有一用于粗磨凹口的槽，可成形的磨削材料部分上形成有一個槽，來精磨事先由針的金屬粘結(jié)部分的槽形成的凹口，并且可成形材料部分的軸向?qū)挾茸阋援?dāng)一個槽變得不能用時，在其上形成另外的槽。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還涉及一臺機(jī)器，它具有一個工作主軸，一個磨削主軸，該磨削主軸帶有如前所述的安裝其上的一個小直徑的凹口磨針，它可以與支撐在工作主軸上的工件的邊緣接合，一個成形輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在主軸上，當(dāng)它與凹口磨針接合時，將在其周圍形成一所需的成形凹口槽。
該凹口磨針最好由可成形的磨削材料構(gòu)成，但是也可以包括由金屬粘結(jié)磨削材料構(gòu)成的并設(shè)置有一凹口磨削槽的第一部分，以允許首先進(jìn)行金屬粗磨，然后可成形部分用來精磨凹口。
該成形輪可以安裝在工件所安裝的同一主軸上，凹口磨針根據(jù)需要移動來與成形輪或者工件邊緣接合。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在機(jī)器上形成的可成形的凹口磨針，進(jìn)行了一更好的精磨，并且減少了對繞凹口的副表面的傷害。
該磨削材料最好是樹脂粘結(jié)金剛石，或者樹脂粘結(jié)CBN，或者玻璃體粘結(jié)材料。
本發(fā)明還在于繞其邊緣至少具有一個凹口的盤狀工件，它們具有至少部分地用可成形的磨針形成的內(nèi)邊緣輪廓，該磨針具有在機(jī)器上用可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)器主軸上的成形輪形成的磨槽。
現(xiàn)在參照附圖以例子的方式來描述本發(fā)明，其中

圖1是從使用者通常所站側(cè)看到的一臺磨床的不成比例的透視圖，它包括一安裝在主軸上的可成形磨針；圖2是圖1所示的使用者通常所站側(cè)看到的磨床的不成比例的側(cè)視圖，它顯示了分總成；圖3是圖1和圖2中所示機(jī)器的端視圖；圖4是機(jī)器分總成端的放大、局部側(cè)視圖；圖5是可成形針的透視圖；圖6是具有用于磨削凹口的第一槽的可成形針的不成比例的透視圖；圖7是可成形材料和金屬粘結(jié)材料組合成的磨針的不成比例的透視圖。
圖1,2和3圖示了用于硅或類似材料制成的環(huán)形盤(晶片)的凹口磨削的整個機(jī)器裝備的一部分。
圖1到圖3中所顯示的機(jī)器包括一個控制柜10，由其延伸出承擔(dān)著承載在三個振動吸收腳上的平臺14的機(jī)身12，一個振動吸收腳見圖1中的16，第二個是在基礎(chǔ)部分22前對中地安裝的圖1中點劃線所示的18，第三個見圖3中的20。
平臺14包括一個整體的支撐或者基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)22，它帶有一個沿著安裝在基礎(chǔ)22上表面的滑道26可軸向滑動的工作頭24，工作頭24包括一個主軸驅(qū)動馬達(dá)28和用于支撐要削光的晶體的真空卡盤30。
邊的磨削通過磨輪32完成，磨輪32包括若干與圖2中36表示的晶體工件邊緣接合的諸如34的環(huán)形槽。
磨輪主軸(未顯示)支撐在軸承組件38中，并利用電馬達(dá)40而轉(zhuǎn)動。
部件38和40支撐在42標(biāo)示的支撐件上，它安裝在靠近平臺14的中心線和剛性加強(qiáng)板44一側(cè)處，板44通過凸邊用螺栓沿著其底邊固定在平臺14上，在其上部通過另一凸邊46用螺栓固定到機(jī)器基礎(chǔ)22上。板44的作用是增加平臺14相對于基礎(chǔ)22的剛度，并阻隔可能傳遞的橫向振動。
在板44另一側(cè)的等距離處是支撐安裝有第二主軸驅(qū)動件52的滑道50的第二個支撐件48，第二主軸驅(qū)動件52帶有一個在一端具有凹口磨針53并與主軸馬達(dá)55連接的磨凹口主軸57。
主軸驅(qū)動件52的軸向運動利用驅(qū)動單元54(見圖2)而產(chǎn)生。主軸驅(qū)動件52也可以用于磨削環(huán)狀盤的內(nèi)徑。
工件頭磨邊主軸和磨凹口主軸安裝在空氣軸承中，工件頭主軸通常具有2至1000轉(zhuǎn)/分種的速度范圍，磨邊主軸通常具有高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度，而磨凹口主軸53的速度通常高達(dá)70,000轉(zhuǎn)/分鐘。
在卡盤后部的工件頭主軸上安裝有成形輪，見圖2中的56和58。工件頭24沿著圖2中箭頭60的方向移動，工件盤36與磨削輪32上諸如34的一個槽接合，繼續(xù)沿著箭頭60的方向移動，盤36越過磨削輪組件的端面62，使得成形輪56或58與磨削輪32上適當(dāng)?shù)牟劢雍稀?br> 磨削輪或者凹口磨削器所需的橫向運動通過相對于平臺14適當(dāng)傾斜支撐結(jié)構(gòu)42和48來得到。結(jié)構(gòu)42和48的端部都以樞軸方式連接到平臺14上靠近中心線處，兩個止動件64和66分別(見圖3)阻止它們過量的向外運動。
樞軸連接是通過彎曲件(將在下面描述)得到的，該彎曲件使得繞著兩個靠近平臺14中心線的平行軸產(chǎn)生擺動，于是結(jié)構(gòu)42可以沿著箭頭68表示的小圓弧運動，結(jié)構(gòu)48可以沿著參考標(biāo)號70表示的小圓弧運動。
用于得到樞軸運動的驅(qū)動方式將參照后面的圖描述。
透明的聚碳酸酯線性室72固定在基礎(chǔ)22上，磨削輪主軸從其中穿出。室72表面上的一個大的，通常為橢圓形開口74，根據(jù)如前所述的工件頭24沿著箭頭60方向的運動，使得安裝在工件頭24上的類似形狀的封閉件76進(jìn)入并且密封開口74。
一個撓性的環(huán)狀密封件78環(huán)繞著封閉件76(或者環(huán)繞著開口74的內(nèi)邊)為封閉件76和開口74之間提供了一個液體嚴(yán)密密封。
室72相對于基礎(chǔ)22滑動，真空管密封件80和82設(shè)置在主軸驅(qū)動件38和52之間，以便在封閉件76和開口74之間的密封完成之后，室72將相對于工件頭組件24軸向運動。真空管后部設(shè)置有足夠的空隙來使室72在箭頭60的方向持續(xù)移動，從而形成磨削輪上的槽。相反的運動也是與真空管80和82相配合的，當(dāng)工件頭24在與箭頭60相反方向上運動時，密閉室72可以跟隨它運動，從而使盤36的邊緣36與一個諸如34的磨削槽接合。
冷卻液體通過噴射器84和86噴射到工件上，并設(shè)置有類似的噴射器用于需要時將類似的液體噴射到成形輪上。設(shè)置有一個互鎖裝置來阻止冷卻液體噴射，除非室72被封閉件76封閉并密封。
在一個磨削操作完成后和一個最后的液體沖洗之后，通過給邊緣密封件78放氣使室72被打開，在與圖2中箭頭60相反的方向退出工件頭24。接著加工好的工件36被拆下并裝上一個新工件。
磨輪成形/修整在安裝工件前就完成磨輪成形，在這種情況下，室72通過工件頭24和封閉件76的適當(dāng)運動而被封閉，而沒有首先在卡盤30上安裝一個諸如36的工件。磨輪成形通過工件頭24適當(dāng)?shù)妮S向運動和支撐件42的橫向運動來完成，使得如槽34的每一個槽都與如56或58的相應(yīng)成形輪接合。在磨輪成形過程中提供有冷卻液體。
在初始的磨輪成形后，通過如上所述的將密封件78中止而將這些組件分離。工件36安裝后，這些組件可以再次被密封，并進(jìn)行如前所述的磨削過程。
槽的再加工過程通常是在一個工件拆下后，下一個工件裝上之前的機(jī)器停機(jī)時間內(nèi)完成的，但是工件36的邊緣輪廓監(jiān)測的過程是在工作頭處完成的，其優(yōu)點在于允許工件在那里進(jìn)行再加工。
開槽如果一個工件要開凹口，支撐件42橫向移動使磨輪脫離工件，接著支撐件48橫向移動使工件36的邊緣與凹口磨針53接合。開凹口完成后，支撐件48反向移動使針與工件脫離。
拋光在一種安排中，拋光輪可以與磨槽輪一樣安裝在磨輪主軸上，通過軸向移動工件主軸，拋光輪可以與工件36的邊緣接合。
提供了一個用于沿著滑道26移動工件頭24的驅(qū)動件88。
如圖3中所示，排水管90將來自室72中的液體輸送到貯存箱92，并設(shè)置一個泵(未顯示)用于使液體從箱中再流回。一個過濾器可以設(shè)置在箱中或者連接在箱和泵之間。
控制柜10包括一個電視顯示器94和鍵盤96以及一個通過浮動導(dǎo)線100與連接插頭102相連的手持式控制單元98。操作者可以摘下單元98拿在手中走到機(jī)器外，通過按適當(dāng)?shù)陌粹o來啟動和停止機(jī)器。柜10中包括一基于控制系統(tǒng)的計算機(jī)，用于提供腔制信號并為機(jī)器上的驅(qū)動器提供動力，以及接受來自機(jī)器上的變換器、轉(zhuǎn)換器和其它產(chǎn)生位置/操作/接觸等信號的傳感器的信號。
工作頭在其上滑動的滑道26是事先安裝的，然后工作頭由伺服馬達(dá)驅(qū)動并配置有一個高分辨的位置編碼器而在軸向移動插補(bǔ)過程中提供平滑地運動。
磨削的橫向進(jìn)給是通過如前所述的根據(jù)需要傾斜結(jié)構(gòu)42或48而帶著裝在其上的磨削元件與工件36的邊緣接合來得到的。盡管該移動實際上不是線性的，而是弓形的，這也可以與柜10中的控制系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號相適應(yīng)。
在諸如84和86的噴射器用來在磨削過程中提供切削液的同時，它們或者其它噴射器也可以用于晶體磨削完成后仍舊在轉(zhuǎn)動時直接在其外伸凸緣處噴射清潔液。這防止晶片從卡盤上取下后磨屑檫傷晶片的背面。
磨削過程通常，盤邊分兩階段的磨削加工，它包括一個切入式粗磨削加工過程和第二個切入式精磨削加工過程，精磨削加工過程包括磨輪的快速進(jìn)給，直到接觸傳感器檢測到其與工件晶片接觸時。采用對磨輪軸向位置的觸發(fā)方式監(jiān)視輪的磨損并確保每次精加工過程被磨去的材料一定。用固裝在加工頭卡盤上的金屬熔結(jié)金剛石成形輪保持磨輪的形狀。再成形工序可以是全自動方式執(zhí)行，并可按每n個晶片磨過后，或每當(dāng)磨過的盤邊形狀不合格時(是由盤邊形狀的光學(xué)檢測所確定)，或當(dāng)觸發(fā)點指示磨輪過度磨損時執(zhí)行再成形工序的方式進(jìn)行編程。
減震為了減少不希望的振動和將磨削傷害最小化，這些結(jié)構(gòu)部件組成的磨床至少部分地填充有聚合混凝土，尤其是基礎(chǔ)22和機(jī)身12部分，如果希望平臺14部分也可以填充。
分總成的柔性安裝圖4顯示了兩個結(jié)構(gòu)42和48如何安裝以便鉸接運動來使得輪進(jìn)給的。正如圖4中所示的，兩個結(jié)構(gòu)42和48的內(nèi)邊利用柔性方式(例如可以用簧片合頁)與平臺14相連，其中一個見104。第二對彎曲件朝著靠近機(jī)器基礎(chǔ)22的結(jié)構(gòu)42和48的另一端設(shè)置。
在彎曲件102和104允許結(jié)構(gòu)繞著一根軸傾斜時，它們不允許結(jié)構(gòu)42和48繞著其它軸相對于平臺14的其它運動。因此，結(jié)構(gòu)42和48在平臺14上的安裝除了在繞彎曲件的鉸接軸以外的各個方向上都是非常不易彎曲的。
凸輪驅(qū)動圖4是稍微縮小比例的機(jī)器端部的側(cè)視圖。同其它圖一樣，也是部分剖開顯示以顯示114表示的作用于結(jié)構(gòu)48上的凸輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)。一個栓留墊片112顯示在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的一側(cè)。
圖4還顯示了兩個安裝在單元48底部的柔性件，外邊的一個用104表示，內(nèi)邊的一個用118表示。
如前所述，每個凸輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在集成室110內(nèi)，室110更清楚的顯示在圖4中，將水平臂120用螺栓固定在從基礎(chǔ)22端部突出的板上。
在圖4中還可以看到用于驅(qū)動卡盤122的馬達(dá)55，磨槽針124從卡盤122中伸出。馬達(dá)55位于前面參照附圖描述的室52中，如前所述，室52沿著滑道50滑動。
圖4顯示了固定在室52上的真空管密封件82，它密封馬達(dá)55和帶有針53的主軸從其中穿過的殼體72上的開口。
現(xiàn)在參照圖5、6和7更詳細(xì)的描述圖1中顯示的可成形的磨針或者磨輪53。
顯示在圖5中的可成形圓柱形磨針53由一個較小直徑的圓柱形金屬核心130、132支撐，132用于裝配到磨床的主軸上(未顯示)。該圓柱形磨針53具有大約4mm的直徑和6mm的軸向?qū)挾龋谄渖嫌幸挥沙尚屋?未顯示)形成的第一槽140。針53的圓柱形特性使得當(dāng)每一槽磨損并且不再能工作時可以在磨削材料區(qū)域加工出一系列相鄰的槽142,144，如圖6所示。
該針由樹脂粘結(jié)的金剛石、樹脂粘結(jié)的磨砂或者玻璃體粘結(jié)的材料構(gòu)成。
在使用中，樹脂粘結(jié)的金剛石輪53上的可使用的槽與一固定的半導(dǎo)體盤(未顯示)的邊緣接觸，在盤邊緣處磨出一個凹口。為此，針53以30,000轉(zhuǎn)份鐘或者更高的速度旋轉(zhuǎn)。
在幾個磨槽操作后(以及再加工到材料和深度條件允許的寬度)，使用的槽(即140)磨損了，另一個槽(即142)被成形在樹脂上以便繼續(xù)磨凹口，而不需要拆下和更換針53。通常在針53必須更換前，沿著針53總共可以形成3或4個槽。在使用允許切出幾個槽的圓柱形針時，增加軸向長度來使更多的槽可以被切出，也就增加了抖動的危險和在磨槽過程中出現(xiàn)誤差的危險。
使用一個延長的樹脂粘結(jié)或者玻璃體粘結(jié)針，使得當(dāng)每個槽磨損后，可以在針上形成一連串不同的槽，這減少了針53必須更換的次數(shù)。每個槽在其變得過深和/或核心材料130發(fā)生斷開之前可以被成形數(shù)次。
盡管沒有顯示，開槽磨輪則最好是安裝在支撐其上磨凹口的工件的工作主軸上。
當(dāng)這種針被使用在CNC磨床中時，后者可以自動編程來計算磨凹口輪上槽根部的直徑，并在磨削過程中通過插補(bǔ)補(bǔ)償來產(chǎn)生凹口的期望形狀。
本發(fā)明的另一個實施例顯示在圖7中，其中提供了一個復(fù)合磨針150。樹脂粘結(jié)的金剛石部分152作成一體，或者僅僅鄰接于一個軸向相鄰的金屬粘結(jié)金剛石部分154。在使用中，金屬粘結(jié)部分154上的槽156用于粗磨每個凹口的大小，在第二階段中，使用當(dāng)前形成在樹脂粘結(jié)金剛石部分152上的槽來進(jìn)行精磨。
金屬粘結(jié)部分最好設(shè)計成比樹脂粘結(jié)部分預(yù)期的可用壽命長，以便不必更換和重新形成粗磨槽156。如果需要重新成形，需要一個較粗的金屬粘結(jié)成形輪或者最好是一個金剛石成形輪來重新成形粗磨部分的槽156。金屬粘結(jié)部分的槽的這種再成形過程最好在機(jī)器上使用一個最好安裝在工作主軸上的適當(dāng)安裝的成形輪完成。
在WO97/48522中描述的CNC磨床可以用來安裝凹口磨針和磨槽輪。
權(quán)利要求
1．一種用于磨凹口的磨針，該磨針包括一個由可成形材料構(gòu)成的圓柱形部分，其上形成有一個輪廓相應(yīng)于要形成的凹口邊緣輪廓的槽，其特征在于，該圓柱形部分的軸向?qū)挾仁沟卯?dāng)?shù)谝徊刍蛘咂渌恳徊勰p得不能再成形和再使用后，可以在該部分上隨后形成另外的槽。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨針，其特征在于，圓柱形部分具有10mm的長度。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨針，其特征在于，圓柱形部分具有6mm的長度和4mm的直徑。
4．根據(jù)權(quán)利要求1之3中任何一項所述的磨針，其特征在于，可成形的磨削材料包括由樹脂或者玻璃材料粘結(jié)的磨砂。
5．根據(jù)前面任何一項所述的磨針，其特征在于，該圓柱形部分包括可成形材料部分和金屬粘結(jié)材料部分，其中金屬粘結(jié)部分設(shè)置有一用于粗磨凹口的槽，可成形的磨削材料部分上形成有一個槽，來精磨事先由輪的金屬粘結(jié)部分的槽形成的凹口，并且可成形材料部分的軸向?qū)挾茸銐蛞援?dāng)每個槽變得不能用時可以在其上形成額外的槽。
6．一種磨凹口的方法，其特征在于，使用一個磨槽輪繞著可成形材料的圓柱形部分形成一個第一槽，當(dāng)使用該槽磨削形成一個或者多個凹口后，使用成形磨輪再加工該槽，直到不能精確地再成形該槽時，一個隨后的槽以類似的方法形成在可成形磨削材料的圓柱形部分上靠近第一槽處，來使得磨凹口過程繼續(xù)進(jìn)行。
7．一種磨床，具有一個工作主軸，一個磨削主軸，該磨削主軸帶有一如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的較小直徑的凹口磨針，它可以與支撐在工作主軸上的工件的邊緣接合，一個成形輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在主軸上，當(dāng)其與凹口磨針接合時，將在其周圍形成一所需的磨凹口槽。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的磨床，其特征在于，成形輪安裝在工件所安裝的同一主軸上，凹口磨針根據(jù)需要移動與成形輪或者工件邊緣接合。
9．一臺磨床包括如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的磨針。
10．根據(jù)權(quán)利要求之7至9中任何一項所述的研磨機(jī)，其特征在于，該磨床是一臺CNC磨床。
11．在加工邊緣至少具有一個凹口的盤狀工件時，使用如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的磨針。
12．所述磨針及其磨削方法參照并如附圖中所示。
全文摘要
提供了一種用于磨凹口的磨針(53)。該磨針包括一個由可成形材料構(gòu)成的圓柱形部分,在其上形成有一個用于磨凹口的槽(18)。該圓柱形部分的長度使當(dāng)每一槽磨損得不能形成凹口時,可以在其上形成另外的槽(20)。
文檔編號H01L21/304GK1229710SQ9910582
公開日1999年9月29日 申請日期1999年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月25日
發(fā)明者M·A·斯托克, M·J·巴爾, D·R·法爾克納, P·V·馬維爾, P·M·H·莫蘭茨 申請人:尤諾瓦英國有限公司