CN100343018C - 晶片磨床构造 - Google Patents

Abstract

一种晶片磨床构造具有侧向力缓冲能力，且具有精确的承载平台倾斜调整能力，及可配合固有晶片尺寸的规格作吸附晶片构造调整，提供用于具有精确研磨晶片需求的应用场所，使得晶片倾斜度得到调整且该晶片得以精确地研磨；其包含：本体外壳模块，具有固定本体，其静态地安装于晶片磨床的基础构造上；旋转工作台模块，具有工作台本体及主轴，可旋转地安装于该固定本体之上，且该旋转工作台模块具有晶片吸附次模块；气压轴承模块，装设于该固定本体上，具有空气流道，引导具一定压力空气到本体外壳模块与旋转工作台模块的边界间，作为气垫式轴承以承载该工作台本体及该主轴；及调整机构模块，装设于该固定本体上，具有压电致动器及位移量测计等。

Description

晶片磨床构造

技术领域

本发明涉及一种晶片磨床构造的装置，其具有侧向力缓冲能力，且具有精确的承载平台倾斜调整能力，及可配合固有晶片尺寸的规格作吸附晶片构造调整，提供用于具有精确研磨晶片需求的应用场所，即使得晶片倾斜度得到调整且该晶片得以精确地研磨；传统的磨床，晶片水平放置于工作台上，使用钻石砂轮磨削晶片。

背景技术

如一般半导体业所认知的，晶片磨床(Wafer Grinder)最大厚度差TTV(Total Thickess Variation)的改善能力是近年来各种晶片磨床系统积极研发及建构的项目，其所使用的技术方向如电路回馈及机构改进等等可适用于晶片表面精度较高的场所，以使得精密的集成电路基材需求得以达成；且晶片表面精度较高装置为逐渐广泛需求的重要装置，其建构的方式也为各家制造厂商研究发展的重点，而构造的实用程度及操作成本的降低更是晶片表面精度装置的研究改善重点。

晶片磨床(Wafer Grinder)一般以气静压工作台配合气静压主轴，进行硬脆材料的磨削加工，气静压工作台上方装设有多孔性陶瓷材质的真空吸盘吸附晶片，气静压工作台的内部一般有多个供气孔形成气静压轴承。使用钻石砂轮磨削晶片时，加工反作用力会使主轴弯曲，砂轮主轴中心产生倾斜，再加上砂轮磨削晶片时产生温度上升，均使砂轮的位置无法保持与晶片水平，因此必须设计调整晶片磨削角度的机构。

在公知的晶片磨床中，有一美国发明专利公告编号第5567199号可作为参考，请参考图1为该公知晶片磨床示意图，该装置设计是以三个压电致动器3a所在的工作台22a角度位置上设置位移计31a，以量测压电致动器3a的移动量，将量测数据传送到中央处理单元32a(CPU)，压电致动器3a根据位移计31a量测的相对位置数据调整压电致动器3a的移动量，进而影响晶片2a被真空吸盘21a吸住固定，以一定方向旋转，而受砂轮1a的相对方向上研磨；然而以上该公知案例在磨削晶片2a时产生的侧向力量由压电致动器3a承受，影响晶片磨削的精度。此项公知技术尚包括了两项特征，首先回馈系统是另外设置位移计31a量测在压电致动器3a产生的位移进量，量测装置与被量测目标两者并不在同一几何位置上，易生误差；其次工作台22a调整位置为工作台22a下方，压电致动器3a承受重量大，易生损害；因此有必要找出一种创新的构造来改善公知技术的缺陷。

在公知的晶片磨床中，又有一美国发明专利公告编号第5816895号可作为参考，请参考图2为该公知晶片磨床示意图，该装置设计利用四个压电致动器3b调整工作台22b的倾斜角度，于工作台22b下方每隔90度放置压电致动器3b，或利用砂轮1b主轴上方四个压电致动器12b，以调整砂轮主轴的倾斜，另外晶片的上方排列有三个位移计31b，当磨削加工晶片时，线上实时回馈晶片的厚度，传回到中央处理单元32b(CPU)，其中压电装置控制器34b是控制各压电致动器12b及3b，使得工作台22b得以调整晶片2b接受砂轮1b的研磨。然而以上该公知案例在磨削晶片2b时产生的侧向力量由压电致动器3b承受，影响晶片磨削的精度。此项公知技术尚包括了两项特征，首先回馈系统是另外设置三个位移计31b在晶片上方排列，以量测晶片2b的厚度，因此量测装置与被量测目标两者并不在同一几何位置上，易生误差；其次工作台22b调整位置为工作台22b下方，压电致动器3b承受重量大，易生损害；因此有必要找出一种创新的构造来改善公知技术的缺陷。

综合以上两公知例而言，传统的晶片磨床，其气静压工作台的调整机构(US5,567,199)、(US5,816,895)均位于工作台的下方，支撑整个工作台重量，调整机构也无预压装置。(US5,567,199)的感测系统位于砂轮主轴旁，较易被切削液所污染。(US5,816,895)的感测系统位于压电致动器旁，并非压电致动器本身的位移量。本发明提出的压电致动器的感测系统为应变规(Strain Gauge)，贴于压电致动器表面，应变规与压电致动器位于同一空间位置上，可使位移量确实为输入的值。

请参考图3A，另外在此简述砂轮1c研磨晶片2c的原理，其中砂轮1c研磨晶片2c时以相对方向磨擦产生磨削晶片2c的效果；再请参考图3B，其中在一般研磨晶片2d时，砂轮设定位置12d会与砂轮实际位置11d有一偏斜状况产生，而使晶片2d研磨厚度不均匀。因此不论公知技艺或新创发明皆有针对此状况具有调整机构的设计；也为重要改善的目标。

但是，公知技术具有使压电致动器受磨削力的缺点，新创的晶片研磨正需要改善此种易损害零件的缺陷，配合进一步架构各个外围构造，并符合磨削的自然原理，因此寻找出一种更方便的系统安排技术，使得本发明能够具有处理精度要求较严的状况而且运作成本低廉，因此研发出本发明来达成上述的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种磨削精度高而且易于操作、用途广泛的晶片磨床构造，可用高精度要求的晶片磨床系统，并具加工弹性符合各种晶片尺寸需求，可以提供低成本高品质的效果。

为了达到上述目的，本发明将公知的构造，配合气静压轴承构造对可吸收侧向力的改善及压电致动器对位移量测计共中心的构造、再加上对应晶片尺寸调整机构等等全部构件整合为一晶片磨床。

本发明包含：本体外壳模块，具有固定本体，其静态地安装于晶片磨床的基础构造上；旋转工作台模块，具有工作台本体及主轴，可旋转地安装于该固定本体之上，且该旋转工作台模块具有晶片吸附次模块；气压轴承模块，装设于该固定本体上，具有空气流道，引导具一定压力空气到本体外壳模块与旋转工作台模块的边界间作为气垫式轴承以承载该工作台本体及该主轴；及调整机构模块，装设于该固定本体上，具有压电致动器及位移量测计；其中该主轴及工作台本体旋转径向具有该气压轴承模块产生的气垫效果，对晶片研磨的侧向力具有抵消效果。

本发明提出的可调整磨削角度的气静压工作台，利用三个压电致动器的上下位移，使得工作台表面相对于砂轮主轴的倾斜角度可以改变。压电致动器为压电材料，精度可达纳米等级，压电致动器具有预压力量，工作台刚性得以增加，以改善晶片最大厚度差TTV(Total Thickness Variation)。其多方面的功能改善可为晶片研磨提供精确稳定效果。

为使更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为一公知晶片磨床系统示意图；

图2另一公知晶片磨床系统示意图；

图3A为晶片磨床原理示意图；

图3B为另一晶片磨床原理示意图；

图4为本发明构造及组件组装截面图；

图5为本发明另一构造及组件组装截面图；

图6为本发明显示部份特征的上视图；

图7为本发明另一显示部份特征的上视图；及

图8为本发明压电致动器的位移与输入信号关系图。

其中，附图标记说明如下：

1a         砂轮                2a         晶片

21a        真空吸盘            22a        工作台

3a         压电致动器          31a        位移计

32a        中央处理单元

1b         砂轮                12b        压电致动器

2b         晶片                22b        工作台

3b         压电致动器          31b        位移计

32b        中央处理单元        34b        压电装置控制器

1c         砂轮                2c         晶片

11d        砂轮实际位置        12d        砂轮设定位置

2d         晶片

1          旋转工作台          11         真空吸盘

12         托板                121        调整螺丝

13         橡胶连轴器          14         时规皮带轮

15         多孔性材质          16         主轴

17         真空吸力提供口      18         抽真空管路

19         工作台本体          2          气静压轴承

21         进气口              22         排气口

3          本体外壳            31        进气口

311        进气管路            32        排气口

321        排气管路            33        加工辅助信道

34         固定本体            4         调整机构

41         压电致动器          42        预压螺栓

43         内六角螺栓          44        盘形弹簧

45         锁紧螺帽

具体实施方式

工作台的调整机构一般装置于工作台的下方，由于调整机构承受整个工作台的重量，故使调整机构的精度劣化。为了克服这个问题，本发明提出一种调整机构只受到工作台的旋转部分的重量，并非整个工作台的重量，直接使调整机构的精度提高。本发明并提出以盘形弹簧对压电致动器预压，可增加工作台刚性，间接使调整机构的精度提高。

请参考图4为本发明构造及组件组装截面图，其中气静压工作台由旋转工作台1，气静压轴承2，本体外壳3及调整机构4组合而成。旋转工作台1连接一主轴16位于气静压轴承2与本体外壳3的中心；且旋转工作台1具有工作台本体19内含真空吸力提供口17及抽真空管路18。调整机构4位于气静压轴承2与本体外壳3的圆周上，以等间隔120度排列，如图6所示。且旋转工作台1含有多孔性材质15的真空吸盘11。真空吸盘11下方有托板12，托板12，如图4所示。又请参考图7，托板12内含有调整螺丝121，可以调整真空吸盘11吸附4”、6”或8”晶片。旋转工作台1下方有橡胶联轴器13。橡胶联轴器13连接时规皮带轮14，马达动力由时规皮带轮14传入。又气静压轴承2含有进气口21与排气口22，如图5所示。本体外壳3含有进气口31与排气32，如图5所示，且具有进气管路311与排气管路321传送气静压轴承2的具静压空气。调整机构4，如图4所示。调整机构4含有压电致动器41，可于圆周上调整旋转工作台1倾斜角度。预压螺栓42、内六角螺栓43、盘形弹簧44和锁紧螺帽45对压电致动器41产生预压力量，可增加旋转工作台1刚性；且内置于调整机构4的位移计为量测旋转工作台1的位移量，而与压电致动器41共同设于一相同几何位置，因此请参考图8压电致动器41的位移与输入信号的关系图，大半区域呈现完美的线性关系。且加工辅助信道33可设于固定本体34之中，用以使气流管路(进气管路311与排气管路321)加工方便。

如图4所示，在此进一步阐明其构造：本发明包含本体外壳模块，具有固定本体34，静态地安装于晶片磨床的基础构造上；又包括旋转工作台模块，具有工作台本体19及主轴16，可旋转地安装于该固定本体34之上，且该旋转工作台模块具有晶片吸附次模块；且包含气压轴承模块，装设于该固定本体34上，具有空气流道(进气管路311与排气管路321)，引导具一定压力空气到本体外壳模块与旋转工作台模块的边界间，作为气垫式轴承以承载该工作台本体19及该主轴16；及本发明又包含调整机构模块，装设于该固定本体34上，具有压电致动器41及位移量测计；其中该主轴16及工作台本体(旋转工作台1的本体)旋转径向具有该气压轴承模块产生的气垫效果，对晶片研磨的侧向力具有抵消效果。

以下叙述本发明的可能实施例：其中该固定本体34可具有加工辅助信道33，用以辅助该空气流道钻孔加工；且其中该基础构造一般为土木建筑构造上的机械安装构造，以求机台稳固；其中该晶片吸附次模块安装于工作台本体19之上可包含抽真空管路18及真空吸力提供口17，以使真空吸力得以传递吸附晶片；又其中该主轴16一般是与工作台本体19相连接，带动该工作台本体19旋转，以使零件的空间排列方便；及其中该旋转工作台模块进一步具有一晶片尺寸设定次模块设于工作台本体之中，该晶片尺寸设定次模块可具有(设定)调整螺丝121，可以径向堵住部分该真空吸力提供口17的方式来调整应对承载不同晶片尺寸的状况；且为求量测精确，其中该压电致动器41及位移量测计为共几何位置中心构造；又为求位移平均，其中该压电致动器41及位移量测计可为3组以等角度分布于该工作台本体19的底部以调整该工作台本体19的倾斜角度；为了动态精度，其中该主轴16的旋转可由弹性带状构造所带动以避免旋转动力源的震动传到该主轴16；为求机械精密度及设计方便，其中该主轴16可进一步包含一橡胶联轴器13与时规皮带轮14；橡胶联轴器13连接时规皮带轮14(弹性带状构造)，马达动力由时规皮带轮14传入；为求机台运转刚性，其中该调整机构模块可进一步具有盘形弹簧44对压电致动器41预压。

本发明所设定的各模块用于实现其构造与功能，其中各模块的功能零件并不仅限于上述中所揭示内容，熟悉该项技能的技术人员易于作等效功能的推论。

本发明的特征及优点由以下详述：

1.本发明为一种可更精密调整磨削晶片磨削角度的气静压工作台，尤其以主轴16侧向(径向)也具气静压气垫，承受侧向切削力，使得精度及机台寿命提升。并辅以气静压轴承2导引旋转工作台1，具有准确的旋转精度，以及气静压轴承2受压电致动器41的位移，而产生倾斜角度的功能。

2.本发明具有可精密量测旋转工作台1倾斜程度的能力，因为该压电致动器41及位移量测计为共几何位置中心构造，使量测能力精确而微调能力得以提升。配合盘形弹簧44预压，使得旋转工作台1刚性增加，而造成位移控制精度更加地高。

3.本发明具有可调整吸附4”、6”或8”晶片的能力，为多功能气静压工作台。以四个调整螺丝121调整托板12内部真空的孔道，可使吸附面积改变。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此限定本发明的专利范围，故凡应用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，同理皆包含于本发明的范围内。

Claims (11)

1、一种晶片磨床构造，其中包含：

本体外壳模块，具有固定本体，其静态地安装于晶片磨床的基础构造上；

旋转工作台模块，具有工作台本体及主轴，可旋转地安装于该固定本体之上，且该旋转工作台模块具有晶片吸附次模块；

气压轴承模块，装设于该固定本体上，具有空气流道，引导具一定压力空气到本体外壳模块与旋转工作台模块的边界间，作为气垫式轴承以承载该工作台本体及该主轴；及

调整机构模块，装设于该固定本体上，具有压电致动器及位移量测计；

其中该主轴及工作台本体旋转径向具有该气压轴承模块产生的气垫效果，对晶片研磨的侧向力具有抵消效果。

2、如权利要求1所述的晶片磨床构造，其中该固定本体具有加工辅助信道，用以辅助该空气流道钻孔加工。

3、如权利要求1所述的晶片磨床构造，其中该基础构造为土木建筑构造上的机械安装构造。

4、如权利要求1所述的晶片磨床构造，其中该晶片吸附次模块安装于工作台本体之上，包含抽真空管路及真空吸力提供口。

5、如权利要求1所述的晶片磨床构造，其中该主轴与工作台本体相连接，带动该工作台本体旋转。

6、如权利要求4所述的晶片磨床构造，其中该旋转工作台模块进一步具有一晶片尺寸设定次模块设于工作台本体之中，该晶片尺寸设定次模块具有调整螺丝，可以径向堵住部分该真空吸力提供口的方式来调整应对承载不同晶片尺寸的状况。

7、如权利要求1所述的晶片磨床构造，其中该压电致动器及位移量测计为共几何位置中心构造。

8、如权利要求7所述的晶片磨床构造，其中该压电致动器及位移量测计为3组以等角度分布于该工作台本体的底部以调整该工作台本体的倾斜角度。

9、如权利要求1所述的晶片磨床构造，其中该主轴的旋转是由弹性带状构造所带动以避免旋转动力源的震动传到该主轴。

10、如权利要求9所述的晶片磨床构造，其中该主轴进一步包含一橡胶联轴器与时规皮带轮；橡胶联轴器连接时规皮带轮，马达动力由时规皮带轮传入。

11、如权利要求1所述的晶片磨床构造，其中该调整机构模块进一步具有盘形弹簧对压电致动器预压。

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