JP2017030354A - 両面加工機のロータディスクの凹部でリング状プラスチック枠を成形する方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータディスクで機械加工されたワークピースの加工結果を柔軟なやり方で正確に制御することができる装置、方法およびロータディスクを提供する【解決手段】本発明は、相互間にロータディスクを収容する２つの型部品と、ロータディスクが型部品間に収容されたときに凹部を部分的に満たす型コアとを備え、型コアは少なくとも１本の流し込みチャンネルを有し、その一端はプラスチック枠に提供される型ボリュームで終端し、他端は可塑化されたプラスチックの供給源に連結可能である、という構成において、型部品の少なくとも１つが、少なくとも１つのリング状型インサートが取出し可能に挿入される少なくとも１つのリング状座部を有し、少なくとも１つのリング状型インサートが、型コアおよび凹部の縁とともに、プラスチック枠に提供される型ボリュームを区切る。発明は、対応する方法と、対応して作られたロータディスクにも関する。【選択図】 図１

Description

本発明は、両面加工機のロータディスクの凹部でリング状プラスチック枠を成形する装置であって、凹部は両面加工時に両面加工機内にワークピースを保持する作用を有し、相互間にロータディスクを収容する２つの型部品と、ロータディスクが型部品の間に収容されたときに凹部を部分的に満たす型コアとを備え、型コアは少なくとも１本の流し込みチャンネルを有し、その一端はプラスチック枠に提供される型ボリュームで終端し、他端は可塑化されたプラスチックの供給源に連結可能である、という構成に関する。発明は、さらに対応する方法に関する。最後に、発明は両面加工機のロータディスクに関する。

両面ロータディスクは、例えばDE 102 28 441 B4から公知である。ロータディスクは一般に複数の凹部を有し、そこに両面加工機での加工時にワークピース、特に半導体ウエハ、が浮動保持される。適切な運動作用により、加工ディスク間に形成された作業ギャップ間でロータディスクが、ロータディスクの凹部に保持された半導体ウエハが作業ギャップを通る円形の経路を描くように移動する。ロータディスクは通常、金属などの耐摩耗性の材料からなる。半導体ウエハが破損しないようにするために、ロータディスクの凹部の縁は通常プラスチック枠を備えていて、それはプラスチック射出成形などの成形プロセスでロータディスクの輪郭縁に成形される。

独国特許出願公開第１０２２８４４１号明細書

生成されるシリコンウエハなどの半導体ディスクの寸法に対して非常に高い要求がなされる。これらの寸法は加工時に使用される消耗材料によって著しく影響される。例えば両面磨き場合には、研摩材磨きでももや無し磨きでも、グローバル平行度（ＧＢＩＲ）、ローカル平坦度（ＳＦＱＲ）、エッジ平坦度（ＥＳＱＦＲ）、および半導体縁（ＺＤＤ）のウエハの上下・側部の曲率に対する公差は、ますますより小さくなっている。ロータディスク、特にプラスチック枠は、作動ディスクに適用されるつや出し布とウエハ縁との相互作用に影響することから決定的な役割を果たす。プラスチック枠は、半導体厚さに対するその厚さによっては、つや出し布と相互作用し、それは今度はウエハの縁でのつや出し圧に影響を及ぼす。例えば、プラスチック枠によるつや出し布の強い圧縮は、つや出し布によるウエハ縁へ、およびその逆方向への弱い圧力をもたらす。

具体的なワークピース寸法について、特にワークピース縁では、プラスチック枠の正確な配置および寸法が非常に重要である。公知の方法では、ロータディスク本体に対するプラスチック枠の整列などの決定的なパラメータを望ましい態様で制御できず、従ってロータディスクとプラスチック枠との間の具体的ステップ高さを、望ましい態様で制御することができない。これは、ロータディスクに関しての軸方向に非対称のプラスチック枠を生じ得る。これによって、加工後の半導体ウエハ縁の曲率むらが発生し、そしてその結果ローカル平坦度の悪化を引き起こす。フレーム寸法、特にプラスチック枠を生成する公知の方法に生じるフレーム厚の範囲は、機械加工される半導体ウエハの寸法に望ましくない偏差を生じる。公知の成形方法の際に、寸法の偏差は、例えば使用される材料の収縮、および成形方法において使用されるパラメータにより発生する。

上述の従来技術に基づいて、本発明の目的は、ロータディスクの凹部内のプラスチック枠の寸法および配置、そしてその結果ロータディスクで機械加工されたワークピースの加工結果を柔軟なやり方で正確に制御することができる上記の種類の装置、方法およびロータディスクを提供することにある。

本発明は、独立クレーム１、７および１４の主題によって目的を達成する。有利な実施例は従属クレーム、説明および図面から理解できよう。

前述のような装置について、本発明は、少なくとも１つの型部品が少なくとも１つのリング状座部を有し、そこに少なくとも１つのリング状型インサートが取出し可能に挿入され、少なくとも１つのリング状型インサートが型コアおよび凹部の縁とともに、プラスチック枠に提供される型ボリュームを区切るという構成で目的を達成する。

さらに本発明は、両面加工機のロータディスクの凹部でリング状プラスチック枠を成形する方法であって、凹部は両面加工時に両面加工機内にワークピースを保持する作用を有する構成において、以下のステップを特徴とする方法で目的を達成する：
− ロータディスクが２つの型部品の間に収容され、ロータディスクが型部品の間に収容される間、凹部が型コアで部分的に満たされ、型コアは少なくとも１本の流し込みチャンネルを有し、その一端はプラスチック枠に提供される型ボリュームで終端し、他端は可塑化されたプラスチックの供給源に連結可能であり、
− 型部品の少なくとも１つの少なくとも１つのリング状座部に型部品の少なくとも１つの少なくとも１つのリング状型インサートが取出し可能に挿入され、少なくとも１つのリング状型インサートが、型コアおよび凹部の縁とともに、プラスチック枠に提供される型ボリュームを区切り、
− その後、供給源からの可塑化されたプラスチックをプラスチック枠に提供される型ボリュームに、型コアの少なくとも１本の流し込みチャンネルを介して流し込み、
− 流し込まれたプラスチックの形状が十分に安定した後、凹部内で成形されたプラスチック枠とともにロータディスクを取り出す。

ロータディスクは例えば金属材製でもよい。しかし、プラスチック材も考えられる。ロータディスクは少なくとも１つ、通常は複数の凹部を有し、そこに半導体ウエハのようなワークピースが両面加工、例えば両面研摩の際に浮動保持される。上記のように、加工されるワークピースが作業ギャップを通る円形の経路を描くように、ロータディスクが両面加工時に両面加工機の作業ディスク間の作業ギャップを通って回転しながら移動する。半導体ウエハなどのワークピースと、半導体ウエハに提供されるロータディスクの凹部は例えば円形である。凹部で成形されるプラスチック枠はそれに相応してリング状になりえる。それは、プラスチック射出成形方法などの成形法で凹部を区切るロータディスクの内面へ注入される。これはそれ自身公知である。しかし、本発明では遠心成形方法などの他の成形法も考えられる。

本発明によれば、ロータディスクは特に型部品の間で締め付けられる。型部品は型プレートでもよい。特に、型部品はモールドハーフでもよい。２つより多い型部品も提供することができる。凹部を区切るロータディスクの内面、型インサートあるいはリング状型インサートおよび型コアはそれぞれプラスチック枠を形成する型穴を区切る。可塑化されたプラスチックがこの型穴に注入などで流し込まれる。この目的のために、型コアは少なくとも１本の流し込みチャンネルを有し、その一端は押出成形機などの溶融プラスチック供給源に接続され、他端は型穴に接続される。型コアは特に複数のそのような流し込みチャンネルを有することができる。もちろん、複数のそのような型コアも提供することができる。

型部品の少なくとも１つが、少なくとも１つのリング状型インサートが取出し可能に挿入される少なくとも１つのリング状座部を有する。型コアおよび凹部の縁とともに、少なくとも１つのリング状型インサートが、プラスチック枠のために提供される型ボリュームを区切る。少なくとも１つの型インサートは、例えば少なくとも１つの型部品にねじ留めされる。しかし、他の種類の締め付けも可能である。型部品と同様に型インサートも例えば金属材から成りえる。それらは、溶融物の付着を防ぐために、流し込まれるプラスチック材に適した表面の粗さを持つことができる。

型の発明による型インサートは、特にロータディスク本体との比較での流し込みプラスチック枠の厚さなど、位置と寸法が柔軟なやり方で正確に制御されることを可能にする。発明による型インサートを用いることによって、ロータディスクの上端あるいは下端それぞれに対して例えば±２０μｍの範囲内でプラスチック枠の位置を調節することができる。この結果、プラスチック枠とロータディスク本体との可能な厚さの差が例えば−４０μｍから＋４０μｍになる。本発明によるリング状の型インサートにより、成形プラスチック枠の厚さ値の変動を最小限にすることができる。具体的なプラスチック枠厚さは、確実に柔軟なやり方で調節することができる。同じことがプラスチック枠とロータディスク本体間のステップ寸法にも該当する。本発明によるプラスチック枠寸法および配置の具体的調節、プラスチック射出成形方法の低い射出圧およびプラスチックの均質の結晶構造によって、プラスチック枠寸法は両面加工、特に両面研磨工程の必要条件と最適に調和することができる。本発明によって生成されるプラスチック枠を備えたロータディスクの使用によって、ワークピースが特に半導体ウエハを最適の寸法で生成することができ、これは特にワークピースの縁にも該当する。本発明による方法、あるいは本発明による装置それぞれで、プラスチック枠の厚さの範囲を例えば±５μｍ、好ましくは±２μｍ、より好ましくは±１μｍに制限できる。

１つの実施例によれば、型部品がそれぞれ、少なくとも１つのリング状型インサートが取出し可能に挿入される少なくとも１つのリング状座部を有することができ、リング状型インサートが、型コアおよび凹部の縁とともに、プラスチック枠に提供される型ボリュームを区切る。この実施例では、柔軟性と正確さを高めるために型部品内に取出し可能に取り付けられた型インサートによって、プラスチック枠が両面で形成される。

他の実施例によれば、装置は、少なくとも１つのリング状座部へ随意に、取出し可能に挿入することができる複数の異なる寸法のリング状型インサートを備えることができ、異なる寸法のリング状型インサートを挿入することによってプラスチック枠用に異なる寸法の型ボリュームを生成可能である。これは柔軟性をさらに高める。リング状型インサートを交換することにより、１つだけの型でも異なるプラスチック枠寸法を実現できる。

１つの実施例によれば、型コアおよび凹部の縁とともに少なくとも１つのリング状型インサートによって区切られ、プラスチック枠に提供される型ボリュームが、凹部の軸方向でロータディスクより長く伸びることができる。この実施例により、プラスチックの冷却と硬化の際の不可避の収縮にもかかわらず、プラスチック枠をロータディスクと同じ厚さに形成できる。

他の実施例によれば、プラスチック枠に提供される型ボリュームがフィーダー用の１つ以上の穴を有することができる。すると、フィーダーあるいはライザーそれぞれが、生成されるプラスチック枠に形成され、硬化プロセスの際の穴の形成を阻止する。

他の実施例によれば、加熱装置が設けられ、これによって少なくとも１本の流し込みチャンネルが加熱される。そのような加熱したチャンネルの使用は、溶融プラスチックに均一の温度を生成し、流路を短く保つことができる。さらに、これによって射出圧を下げて、正確な型寸法の最適成型と、特に熱可塑性材料の均質の結晶を保証する。均質の結晶は、生成されたプラスチック枠のより高い寸法安定性を生じる。

型の通気およびフィーダーの規則正しい配置のための十分なエリアを備えた最適な成形形状は、注入および保持圧力の最小化を簡単にする。

本発明による方法は、本発明による装置によって実施することができる。従って、本発明による装置は本発明による方法の実施に適切となりえる。

本発明は更に、少なくとも１つの凹部と、本発明による方法を使用して少なくとも１つの凹部で成形される少なくとも１つのリング状プラスチック枠を備える、両面加工機のロータディスクに関する。ロータディスクは特に両面研磨機用のロータディスクになりえる。

例えば、次の表中で挙げられた熱可塑性材料は、発明によってプラスチック枠に使用することができる材料であり、左欄は無充填材料をリストし、右欄は充填された、それぞれ繊維成分を備える材料をリストしている。

以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

両面加工機の回転ディスクの凹部内のリング状プラスチック枠を成形する装置の断面図を示す。 図１中のＡで概略的に描かれた第１動作状態の発明による装置の部分の断面拡大を示す。 第２動作状態の図２からの図を示す。 第３動作状態の図２からの図を示す。 別の典型的な実施例による図４からの図を示す。 本発明による方法で作られた異なるプラスチック枠を備えたロータディスクの断面図の抜粋を示す。 本発明による方法、あるいは発明による装置を使用して作られたプラスチック枠を示す。

別途指定がなければ、同じ参考番号は図中の同じ対象を示す。図１に示す装置は、第１型部品１０、特に第１モールドハーフと、第２型部品１２、特に第２モールドハーフとを有する。両面加工機、特に両面研磨機のロータディスク１４が型部品１０、１２間で締め付けられ、従って保持される。ロータディスク１４は複数の例えば円形凹部１６を有し、そのうちの１つが図１で見ることができる。動作時に、例えば、シリコーンウエハなどの円形の半導体ウエハが凹部１６に浮動保持され、両面加工機において機械加工される。図１に示す装置はさらに型コア１８を有し、それは凹部１６に差し込まれ、リング状の型穴２０までそれを満たす。参照符号２２、２４は、図１中の型コア１８内に形成された流し込みチャンネルを概略的に示す。図１中のその上端で、中央流し込みチャンネル２２は押出機などの溶融プラスチック供給源（図示せず）に接続される。中央流し込みチャンネル２２に接続された流し込みチャンネル２４は型穴２０で終端する。動作時に、溶融プラスチックは図１中の矢印で示すように供給源から流し込みチャンネル２２、２４を通って型穴２０へ導かれる。

図２で、本発明による装置では、型部１０、１２はそれぞれがリング状の、円形リング状などの座部を有し、そのリング状座部内にリング状の、円形リング状などの型インサート２６、２８が取出し可能に挿入されていることが理解されよう。型インサート２６、２８は、例えば型部品１０、１２にねじ留め可能である。図２で理解できるように、リング状、例えば円形リング状である型穴２０は型コア１８によって区切られ、ロータディスク１４の内縁が凹部１６と環状・リング状の型インサート２６、２８の内部を形成する。この型穴２０は、ロータディスク１４内で成形されるプラスチック枠に提供される型ボリュームを形成する。

図３は、まだ溶融可能なプラスチック３０を型チャンネル２２、２４を通って型穴２０に流し込んだ少し後の動作状態を示している。プラスチック枠に提供される型穴２０が、凹部１６の軸心方向で、つまり図２および図３の下から上へ、ロータディスク１４より長く伸びていることが図２および図３から明らかであろう。それに相応して、まだ流動可能なプラスチック材料が図３中のロータディスク１４の上下へわずかに突出する。この実施例によって、プラスチック材料が冷却、乾燥する間に生じる収縮が補償される。図４は、プラスチック材料３０が硬化してプラスチック枠を形成した状態を示す。図４に容易に識別することができるように、プラスチック材料３０はこの硬化した状態で、ロータディスク１４の上側および下側と同じ高さになる。単に完全性のために、ロータディスク１４の上側あるいは下側それぞれと、型インサート２６、２８の対応する表面との間の、例えば図３で識別されるギャップは十分に小さく、可塑化したプラスチック３０はその粘性によりこのギャップに入り込むことができないことが注目される。

図５の実施例は図２〜４に示される実施例と異なり、上側型部品１０に挿入されたリング状型インサート２６’が、図２〜図４に示されたリング状インサート２６’より厚い。図５は、プラスチック材料３０の冷却・硬化した状態を示す。図５で、型インサート２６’のより大きな厚さにより、硬化したプラスチック３０がロータディスク１４の上側まで完全に延びないことが理解されよう。

発明による装置、あるいは発明による方法それぞれで、プラスチック材料３０によって形成されたプラスチック枠の正確な望ましい寸法は、それぞれの流し込みインサートを適切に選択することにより柔軟に生じさせることができる。発明によって可能な異なる枠形状を図６に例として示す。

図７は、発明による方法、あるいは発明による装置それぞれによって生成されるプラスチック枠３２を、図示の理由でロータディスクなしで示す。プラスチック枠３２はその外周にダブテール形状３４を有し、それはロータディスク１４の凹部１６の内面上の同等なダブテール形状に対応していることが理解されよう。参照符号３６、３８は、プラスチック枠３２の内部を横切って等間隔に分散されたフィーダーあるいはライザーを示し、それはプラスチック射出成形プロセス時に生成されたものである。これらのフィーダーはプラスチック枠３２の仕上げ時に除去される。これらは、特にプラスチック射出成形プロセス時における穴の形成を防止し、より低い注入および保持圧力を可能にする。今度はこれが、プラスチック材料３０のより均質の結晶、従ってプラスチック枠３２のより高い形状保持性をもたらす。

発明によって、正確に心合せされたプラスチック枠をロータディスクの凹部の軸方向に作り出すことができる。この軸方向での厚さの偏差は、例えば±５μｍ、好ましくは±２μｍ、そしてより好ましくは±１μｍに制限できる。このことは、プラスチック枠の内縁から少なくとも０．５ｍｍ、せいぜい１ｍｍ離れているプラスチック枠の各箇所について特に該当する。プラスチック枠の厚さの偏差は、内縁から０．５ｍｍから１ｍｍのエリア内の横延長の例えば少なくとも９０％についての目標値に対して、例えば１０μｍ、好ましくは４μｍ、より好ましくは、２μｍの帯域幅内であり得る。

表示値はすべて、室温と、通常の周囲空気からのみの水分吸収を経験したプラスチック枠を備えた、乾燥したロータディスクに関してある。

Claims (14)

1. 両面加工機のロータディスク（１４）の凹部（１６）でリング状プラスチック枠（３２）を成形する装置であって、凹部（１６）は両面加工時に両面加工機内にワークピースを保持する作用を有し、
   相互間にロータディスク（１４）を収容する２つの型部品（１０，１２）と、ロータディスク（１４）が型部品（１０，１２）間に収容されたときに凹部（１６）を部分的に満たす型コア（１８）とを備え、
   型コア（１８）は少なくとも１本の流し込みチャンネル（２２，２４）を有し、その一端はプラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームで終端し、他端は可塑化されたプラスチック（３０）の供給源に連結可能である、という構成において、
   型部品（１０，１２）の少なくとも１つが、少なくとも１つのリング状型インサート（２６、２６’，２８）が取出し可能に挿入される少なくとも１つのリング状座部を有し、
   少なくとも１つのリング状型インサート（２６、２６’，２８）が、型コア（１８）および凹部（１６）の縁とともに、プラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームを区切ることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   型部品（１０，１２）がそれぞれ、少なくとも１つのリング状型インサート（２６、２６’，２８）が取出し可能に挿入される少なくとも１つのリング状座部を有し、
   リング状型インサート（２６、２６’，２８）が、型コア（１８）および凹部（１６）の縁とともに、プラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームを区切ることを特徴とする装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の装置であって、
   装置は、少なくとも１つのリング状座部へ随意に、取出し可能に挿入することができる複数の異なる寸法のリング状型インサート（２６，２６’，２８）を備えることができ、異なる寸法のリング状型インサート（２６，２６’，２８）を挿入することによってプラスチック枠（３２）用に異なる寸法の型ボリュームを生成可能であることを特徴とする装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の装置であって、
   型コア（１８）および凹部（１６）の縁とともに少なくとも１つのリング状型インサート（２６，２６’，２８）によって区切られ、プラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームが、凹部（１６）の軸方向でロータディスク（１４）より長く伸びることができることを特徴とする装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の装置であって、
   プラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームがフィーダー（３６，３８）用の１つ以上の穴を有することを特徴とする装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の装置であって、
   加熱装置が設けられ、これによって少なくとも１本の流し込みチャンネル（２２，２４）が加熱されることを特徴とする装置。
7. 両面加工機のロータディスク（１４）の凹部（１６）でリング状プラスチック枠（３２）を成形する方法であって、凹部（１６）は両面加工時に両面加工機内にワークピースを保持する作用を有する構成において、以下のステップを特徴とする：
   − ロータディスク（１４）が２つの型部品（１０，１２）間に収容され、ロータディスク（１４）が型部品（１０，１２）間に収容される間、凹部（１６）が型コア（１８）で部分的に満たされ、型コア（１８）は少なくとも１本の流し込みチャンネル（２２，２４）を有し、その一端はプラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームで終端し、他端は可塑化されたプラスチック（３０）の供給源に連結可能であり、
   − 型部品（１０，１２）の少なくとも１つの、少なくとも１つのリング状座部に少なくとも１つのリング状型インサート（２６、２６’，２８）が取出し可能に挿入され、少なくとも１つのリング状型インサート（２６、２６’，２８）が、型コア（１８）および凹部（１６）の縁とともに、プラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームを区切り、
   − その後、供給源からの可塑化されたプラスチック（３０）をプラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームに、型コア（１８）の少なくとも１本の流し込みチャンネル（２２，２４）を介して流し込み、
   − 流し込まれたプラスチック（３０）の形状が十分に安定した後、凹部（１６）内で成形されたプラスチック枠（３２）とともにロータディスク（１４）を取り出す。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   少なくとも１つのリング状型インサート（２６、２６’，２８）が型部品（１０，１２）の少なくとも１つのリング状座部に取出し可能に挿入され、
   リング状型インサート（２６、２６’，２８）が、型コア（１８）および凹部（１６）の縁とともに、プラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームを区切ることを特徴とする方法。
9. 請求項７または８に記載の方法であって、
   異なるロータディスク（１４）内で異なる寸法のプラスチック枠（３２）を成形するために、異なる寸法のリング状型インサート（２６，２６’，２８）が少なくとも１つのリング状座部に挿入可能であることを特徴とする方法。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の方法であって、
    型コア（１８）および凹部（１６）の縁とともに少なくとも１つのリング状型インサート（２６，２６’，２８）によって区切られ、プラスチック枠（３２）に提供される型ボリュームが、凹部（１６）の軸方向でロータディスク（１４）より長く伸びることができることを特徴とする方法。
11. 請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載の方法であって、
    プラスチック枠（３２）に１つ以上のフィーダー（３６，３８）が形成されることを特徴とする方法。
12. 請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の方法であって、
    可塑化されたプラスチック（３０）を少なくとも流し込む間、少なくとも１つの流し込みチャンネル（２２，２４）が加熱されることを特徴とする方法。
13. 請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載の方法であって、請求項１から６のいずれかに記載の装置を用いて実施されることを特徴とする方法。
14. 少なくとも１つの凹部（１６）と、請求項７ないし請求項１３のいずれかに記載の方法を用いて少なくとも１つの凹部（１６）内で成形される少なくとも１つのリング状プラスチック枠（３２）とを有する両面加工機のロータディスク（１４）。

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