CN108747721A - 一种半导体晶圆半精磨、精磨设备 - Google Patents

一种半导体晶圆半精磨、精磨设备 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体领域，具体的说是一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，包括底座、电机、一号支撑轴、支撑模块、晶圆、压紧模块和夹紧模块，底座顶部竖直连接一号支撑轴，底座底部安装电机；支撑模块设置在一号支撑轴的上方，支撑模块用于支撑晶圆；压紧模块和夹紧模块均匀设置在支撑模块的上方，压紧模块用于将需要研磨的晶圆压紧，夹紧模块用于将需要研磨的晶圆夹紧，防止晶圆移动，当需要对晶圆进行研磨时，先将晶圆放到支撑模块中的研磨布上，压紧模块中衬垫将晶圆压紧，不让其发生移动，再通过支撑模块中的研磨布对晶圆底部进行精磨，在支撑模块、压紧模块和夹紧模块的相互配合作用下实现晶圆底部的精磨和晶圆顶部的半精磨。

Description

一种半导体晶圆半精磨、精磨设备
技术领域
本发明属于半导体领域，具体的说是一种半导体晶圆半精磨、精磨设备。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的IC产品。
现有技术的晶圆研磨设备在研磨工作完成后，由于晶圆被加工面十分光滑，容易与研磨布形成真空吸附，很难被取下，如果采用机械设备施加一定的力对其抓取，则易破坏其结构。
现有技术中也出现了一些晶圆研磨装置，如申请号为CN201720493986.X的一项中国专利公开了一种用于电子产品制造的晶圆研磨设备，包括底板、左架、顶板、研磨框、研磨片、调节机构等；底板顶部左侧安装有左架，左架顶端连接有顶板，底板顶部右侧安装有旋转机构，旋转机构上连接有研磨框，研磨框底部连接有调节机构，顶板底部中间安装有升降机构，升降机构底部连接有研磨片，该装置结构简单，研磨过程简便，加工后的晶圆便于取下，但是在对不同规格的晶圆进行研磨之前，需要通过改变调节机构里的第一插销和第二插销的位置才能实现对晶圆的固定，操作的准备工作繁琐，延长晶圆的研磨工作的准备时间，降低晶圆的研磨效率。
鉴于此，本发明所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，通过设置压紧模块中的衬垫将需要研磨的晶圆压住，直接通过调节三爪卡盘的大小即可实现对不同尺寸的晶圆的夹紧，减少研磨工作进行前的准备时间，加快晶圆的研磨进程，提高晶圆的研磨效率。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，本发明主要用于研磨晶圆。本发明通过设置支撑模块盛放待研磨的晶圆，晶圆在驱动装置和电机的带动下实现底部的精磨工作以及顶部的半精磨工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，包括底座、电机、一号支撑轴、支撑模块、晶圆、压紧模块和夹紧模块，所述底座水平放置，底座顶部竖直连接一号支撑轴，底座底部安装电机，电机为整个研磨过程提供动力；所述支撑模块设置在一号支撑轴的上方，支撑模块用于支撑晶圆；所述压紧模块和夹紧模块均匀设置在支撑模块的上方，压紧模块用于将需要研磨的晶圆压紧，夹紧模块用于将需要研磨的晶圆夹紧，防止晶圆移动。当需要对晶圆进行研磨时，先将晶圆放到支撑模块上，在压紧模块和夹紧模块的相互配合作用下，由电机带动晶圆实现研磨。
所述支撑模块包括磨盘、支撑杆、支撑座、研磨布和压环，所述磨盘水平安装在一号支撑轴上，磨盘为无盖圆筒形，磨盘顶部内侧向下开设圆环形凹槽；所述支撑杆设置在磨盘的内部底层，支撑杆的顶部水平连接支撑座，支撑座为长方形箱体，支撑座侧壁开设过水孔，过水孔用于向支撑座内部通水；所述研磨布为圆形，研磨布通过压环被压紧在磨盘内侧顶部的圆环形凹槽中，研磨布的顶部放置晶圆薄片，研磨布的底部与支撑座的顶部接触，研磨布用于对晶圆薄片的底部进行研磨。工作时，将需要研磨的晶圆薄片放在研磨布的上表面，支撑杆和支撑座将晶圆薄片支撑着，开启电机，电机通过一号支撑轴带动磨盘转动，磨盘带动研磨布转动，研磨布对晶圆薄片的底部进行精磨。
所述压紧模块包括限位板、驱动装置、气缸和衬垫，所述限位板水平设置在研磨布上方，限位板为圆盘型，限位板底部设置圆环形凸台，限位板上围绕中心均匀开设一号通孔，一号通孔设置三个，限位板的顶部中心设置驱动装置，驱动装置用于带动压紧模块转动；所述气缸安装在限位板的底部中心，气缸的活塞杆底部向下水平连接衬垫，衬垫为圆盘形，衬垫的底部与晶圆薄片接触，衬垫上均匀开设二号通孔。工作时，开启驱动装置，使驱动装置带动限位板和气缸转动，气缸的活塞杆带动衬垫转动，同时气缸的活塞杆向下压着衬垫，使衬垫带动底部的晶圆薄片发生转动，晶圆薄片相对研磨布转动，晶圆薄片的底部与研磨布的顶部接触摩擦以完成晶圆薄片底部的精磨。
所述夹紧模块包括滑块、滑动柱、一号弹簧和钢珠，所述滑块竖直位于一号通孔内，滑块的底部竖直连接滑动柱，在限位板的上方安装有三爪卡盘，三爪卡盘的夹紧块与滑块相连接，三爪卡盘转动带动滑块沿径向运动，滑块带动滑动柱径向运动，实现对不同直径的晶圆薄片的定位，滑动柱底部开设一号凹槽；所述一号弹簧竖直连接在一号凹槽的底部，一号弹簧的底部连接钢珠，钢珠与研磨布接触。通过设置设置钢珠可减少滑动柱底部与研磨布的接触，从而减少滑动柱的磨损，延长装置的使用寿命。
所述支撑座的顶部开设纳米级滤孔，纳米级滤孔用于向晶圆薄片和支撑布之间通水。对晶圆薄片进行研磨时，通过支撑座侧壁的过水孔向支撑座内部通水，水会通过支撑座顶部的纳米级滤孔与研磨布和晶圆薄片接触，由于被研磨后的晶圆薄片表面变得十分光滑，容易与研磨布之间形成真空吸附，水可让晶圆薄片悬浮起来，便于晶圆薄片的取放和收集，同时，水可以将研磨下来的晶圆薄片的杂质带走，防止杂质对后续的研磨造成影响，改善晶圆薄片研磨效果。
所述衬垫内部均匀竖直设置拨板，拨板为弯曲且倒置的凸字形状，拨板两侧顶部的下方对称设置电磁铁，电磁铁通过二号弹簧与拨板的顶部连接。工作时，当研磨布对晶圆薄片底部进行精磨时，开启电磁铁，电磁铁通过二号弹簧使拨板向下运动，拨板在转动的过程中使水中的研磨颗粒对晶圆薄片上表面进行半精磨，提高研磨速率。
本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，本发明通过设置支撑模块中的研磨布承载晶圆，以及压紧模块中的衬垫将晶圆压紧，使晶圆在衬垫和支撑座的相互配合作用下相对研磨布发生转动，研磨布对晶圆的底部进行精磨，装置操作方便，只需开启电机便可完成研磨工作，降低研磨的工作量，提高装置的工作效率。
2.本发明所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，本发明通过设置支撑座顶部的纳米级滤孔，由于被研磨后的晶圆表面变得十分光滑，容易与研磨布之间形成真空吸附，水可让晶圆悬浮起来，便于晶圆的取放和收集，同时，水可以将研磨下来的杂质带走，防止杂质对后续的研磨造成影响，提高半导体硅晶圆的研磨效率。
3.本发明所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，本发明通过设置电磁铁和二号弹簧，电磁铁通过二号弹簧使拨板向下运动，拨板在转动的过程中带动水中的研磨颗粒对晶圆上表面进行半精磨，晶圆上表面的半精磨和下表面的精磨同时进行，加快研磨进程。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是衬垫的俯视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图中：底座1、电机2、一号支撑轴3、支撑模块4、晶圆5、压紧模块6、夹紧模块7、磨盘41、支撑杆42、支撑座43、过水孔431、纳米级滤孔432、研磨布44、压环45、限位板61、驱动装置62、气缸63、衬垫64、二号通孔644、拨板641、电磁铁642、二号弹簧643、滑块71、滑动柱72、一号弹簧73、钢珠74。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示，本发明所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，包括底座1、电机2、一号支撑轴3、支撑模块4、晶圆5、压紧模块6和夹紧模块7，所述底座1水平放置，底座1顶部竖直连接一号支撑轴3，底座1底部安装电机2，电机2为整个研磨过程提供动力；所述支撑模块4设置在一号支撑轴3的上方，支撑模块4用于支撑晶圆5；所述压紧模块6和夹紧模块7均匀设置在支撑模块4的上方，压紧模块6用于将需要研磨的晶圆5压紧，夹紧模块7用于将需要研磨的晶圆5夹紧，防止晶圆5移动。当需要对晶圆5进行研磨时，先将晶圆5放到支撑模块4上，在压紧模块6和夹紧模块7的相互配合作用下，由电机2带动晶圆5实现研磨。
所述支撑模块4包括磨盘41、支撑杆42、支撑座43、研磨布44和压环45，所述磨盘41水平安装在一号支撑轴3上，磨盘41为无盖圆筒形，磨盘41顶部内侧向下开设圆环形凹槽；所述支撑杆42设置在磨盘41的内部底层，支撑杆42的顶部水平连接支撑座43，支撑座43为长方形箱体，支撑座43侧壁开设过水孔431，过水孔431用于向支撑座43内部通水；所述研磨布44为圆形，研磨布44通过压环45被压紧在磨盘41内侧顶部的圆环形凹槽中，研磨布44的顶部放置晶圆薄片5，研磨布44的底部与支撑座43的顶部接触，研磨布44用于对晶圆薄片5的底部进行研磨。工作时，将需要研磨的晶圆薄片5放在研磨布44的上表面，支撑杆42和支撑座43将晶圆薄片5支撑着，开启电机2，电机2通过一号支撑轴3带动磨盘41转动，磨盘41带动研磨布44转动，研磨布44对晶圆薄片5的底部进行精磨。
所述压紧模块6包括限位板61、驱动装置62、气缸63和衬垫64，所述限位板61水平设置在研磨布44上方，限位板61为圆盘型，限位板61底部设置圆环形凸台，限位板61上围绕中心均匀开设一号通孔，一号通孔设置三个，限位板61的顶部中心设置驱动装置62，驱动装置62用于带动压紧模块6转动；所述气缸63安装在限位板61的底部中心，气缸63的活塞杆底部向下水平连接衬垫64，衬垫64为圆盘形，衬垫64的底部与晶圆薄片5接触，衬垫64上均匀开设二号通孔644。工作时，开启驱动装置62，使驱动装置62带动限位板61和气缸63转动，气缸63的活塞杆带动衬垫64转动，同时气缸63的活塞杆向下压着衬垫64，使衬垫64带动底部的晶圆薄片5发生转动，晶圆薄片5相对研磨布44转动，晶圆薄片5的底部与研磨布44的顶部接触摩擦以完成晶圆薄片5底部的精磨。
所述夹紧模块7包括滑块71、滑动柱72、一号弹簧73和钢珠74，所述滑块71竖直位于一号通孔内，滑块71的底部竖直连接滑动柱72，在限位板61的上方安装有三爪卡盘，三爪卡盘的夹紧块与滑块71相连接，三爪卡盘转动带动滑块71沿径向运动，滑块71带动滑动柱72径向运动，实现对不同直径的晶圆薄片5的定位，滑动柱72底部开设一号凹槽；所述一号弹簧73竖直连接在一号凹槽的底部，一号弹簧73的底部连接钢珠74，钢珠74与研磨布44接触。通过设置设置钢珠74可减少滑动柱72底部与研磨布44的接触，从而减少滑动柱72的磨损，延长装置的使用寿命。
所述支撑座43的顶部开设纳米级滤孔432，纳米级滤孔432用于向晶圆薄片5和支撑布之间通水。对晶圆薄片5进行研磨时，通过支撑座43侧壁的过水孔431向支撑座43内部通水，水会通过支撑座43顶部的纳米级滤孔432与研磨布44和晶圆薄片5接触，由于被研磨后的晶圆薄片5表面变得十分光滑，容易与研磨布44之间形成真空吸附，水可让晶圆薄片5悬浮起来，便于晶圆薄片5的取放和收集，同时，水可以将研磨下来的晶圆薄片5的杂质带走，防止杂质对后续的研磨造成影响，改善晶圆薄片5研磨效果。
所述衬垫64内部均匀竖直设置拨板641，拨板641为弯曲且倒置的凸字形状，拨板641两侧顶部的下方对称设置电磁铁642，电磁铁642通过二号弹簧643与拨板641的顶部连接。工作时，当研磨布44对晶圆薄片5底部进行精磨时，开启电磁铁642，电磁铁642通过二号弹簧643使拨板641向下运动，拨板641在转动的过程中使水中的研磨颗粒对晶圆薄片5上表面进行半精磨，提高研磨速率。
工作时，将需要研磨的晶圆薄片5放在研磨布44的上表面，使压紧模块6的衬垫64将晶圆薄片5压紧，开启电机2，电机2通过一号支撑轴3带动磨盘41转动，磨盘41带动研磨布44转动。
开启驱动装置62，使驱动装置62带动限位板61和气缸63转动，气缸63的活塞杆带动衬垫64转动，同时气缸63的活塞杆向下压着衬垫64从而压着晶圆薄片5，同时衬垫64压着晶圆薄片5使晶圆薄片5相对研磨布44发生转动，晶圆薄片5的底部与研磨布44的顶部接触摩擦以完成晶圆薄片5底部的精磨产生研磨颗粒。
通过支撑座43侧壁的过水孔431向支撑座43内部通水，水会通过支撑座43顶部的纳米级滤孔432与研磨布44和晶圆薄片5接触，由于被研磨后的晶圆薄片5表面变得十分光滑，容易与研磨布44之间形成真空吸附，水可让晶圆薄片5悬浮起来，便于晶圆薄片5的取放和收集，同时，水可以将研磨下来的杂质带走，防止杂质对后续的研磨造成影响，提高晶圆薄片5的研磨效率。
开启控制控制开关使电磁铁642带电，电磁铁642吸引二号弹簧643使拨板641向下运动，拨板641在转动的过程中搅动晶圆薄片5和研磨布44之间的水，水中的研磨颗粒对晶圆薄片5的上表面进行半精磨，晶圆薄片5的底部的精磨和晶圆薄片5的上表面的半精磨同时进行，加快研磨进程。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，其特征在于：包括底座(1)、电机(2)、一号支撑轴(3)、支撑模块(4)、晶圆(5)、压紧模块(6)和夹紧模块(7)，所述底座(1)水平放置，底座(1)顶部竖直连接一号支撑轴(3)，底座(1)底部安装电机(2)，电机(2)为整个研磨过程提供动力；所述支撑模块(4)设置在一号支撑轴(3)的上方，支撑模块(4)用于支撑晶圆(5)；所述压紧模块(6)和夹紧模块(7)均匀设置在支撑模块(4)的上方，压紧模块(6)用于将需要研磨的晶圆(5)压紧，夹紧模块(7)用于将需要研磨的晶圆(5)夹紧，防止晶圆(5)移动。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，其特征在于：所述支撑模块(4)包括磨盘(41)、支撑杆(42)、支撑座(43)、研磨布(44)和压环(45)，所述磨盘(41)水平安装在一号支撑轴(3)上，磨盘(41)为无盖圆筒形，磨盘(41)顶部内侧向下开设圆环形凹槽；所述支撑杆(42)设置在磨盘(41)的内部底层，支撑杆(42)的顶部水平连接支撑座(43)，支撑座(43)为长方形箱体，支撑座(43)侧壁开设过水孔(431)，过水孔(431)用于向支撑座(43)内部通水；所述研磨布(44)为圆形，研磨布(44)通过压环(45)被压紧在磨盘(41)内侧顶部的圆环形凹槽中，研磨布(44)的顶部放置晶圆薄片(5)，研磨布(44)的底部与支撑座(43)的顶部接触，研磨布(44)用于对晶圆薄片(5)的底部进行精磨。
3.根据权利要求2所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，其特征在于：所述压紧模块(6)包括限位板(61)、驱动装置(62)、气缸(63)和衬垫(64)，所述限位板(61)水平设置在研磨布(44)上方，限位板(61)为圆盘型，限位板(61)底部设置圆环形凸台，限位板(61)上围绕中心均匀开设一号通孔，一号通孔设置三个，限位板(61)的顶部中心设置驱动装置(62)；所述气缸(63)安装在限位板(61)的底部中心，气缸(63)的活塞杆底部向下水平连接衬垫(64)，衬垫(64)为圆盘形，衬垫(64)的底部与晶圆薄片(5)接触，衬垫(64)上均匀开设二号通孔(644)。
4.根据权利要求3所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，其特征在于：所述夹紧模块(7)包括滑块(71)、滑动柱(72)、一号弹簧(73)和钢珠(74)，所述滑块(71)竖直位于一号通孔内，滑块(71)的底部竖直连接滑动柱(72)，在限位板(61)的上方安装有三爪卡盘，三爪卡盘的夹紧块与滑块(71)相连接，三爪卡盘转动带动滑块(71)沿径向运动，滑块(71)带动滑动柱(72)径向运动，实现对不同直径的晶圆薄片(5)的定位，滑动柱(72)底部开设一号凹槽；所述一号弹簧(73)竖直连接在一号凹槽的底部，一号弹簧(73)的底部连接钢珠(74)，钢珠(74)与研磨布(44)接触。
5.根据权利要求2所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，其特征在于：所述支撑座(43)的顶部开设纳米级滤孔(432)，纳米级滤孔(432)用于向晶圆和支撑布之间通水。
6.根据权利要求3所述的一种半导体晶圆半精磨、精磨设备，其特征在于：所述衬垫(64)内部均匀竖直设置拨板(641)，拨板(641)为弯曲且倒置的凸字形状，拨板(641)两侧顶部的下方对称设置电磁铁(642)，电磁铁(642)通过二号弹簧(643)与拨板(641)的顶部连接。
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