CN109848758A - 基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置及方法。该基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置包括用于将半导体基片密封放置的密封载物台，电磁式磁流变装置，与电磁式磁流变装置机械连接且用于带动电磁式磁流变装置移动的直线电机平台，用于支撑密封载物台和直线电机平台的基座和用于控制电磁式磁流变装置中电磁线圈的上电和断电的控制单元。基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置及方法既能能够保留磁流变光学加工工艺优点，又能够实现快速减薄半导体基片。

Description

基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法及装置

技术领域

本发明涉及光学加工的技术领域，具体涉及一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法及装置。

背景技术

传统半导体基片减薄的工艺中，主要使用双面抛的设备，磨头主要使用的是光学沥青材料。传统的工艺在光学元件面形精度较低且半导体晶圆厚度较大时可以充分发挥其优势，但是当半导体基片的平整度较高且厚度较薄时则无法对半导体基片局部进行修整，无法进一步提高平整度，很难分离半导体基片与磨盘。经过近二十几年的发展，磁流变光学加工工艺日趋成熟。磁流变光学加工工艺具有一系列优势：去除函数稳定性高，针对一些材料具有较高的材料去除率，对工件的法向压力小适合加工超薄光学元件，对工件表面质量损伤小，不容易出现划痕等等。但是磁流变光学加工工艺的实现过程比较慢，无法进行快速的减薄半导体基片。

针对现有技术中磁流变光学加工工艺无法快速地减薄半导体基片的问题，急需一种既能能够保留磁流变光学加工工艺优点、又能够实现快速减薄半导体基片的基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法及装置。

发明内容

针对现有技术中磁流变光学加工工艺无法快速地减薄半导体基片的问题，本发明实施例提供一种既能能够保留磁流变光学加工工艺优点、又能够实现快速减薄半导体基片的基于直线电机运动平台的电磁式半导体基片减薄方法及装置。本发明实施例提供的基于直线电机运动平台的电磁式半导体基片减薄方法采用高速直线电机运动平台搭载电磁式磁流变加工工具来实现快速减薄抛光。

该基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置的具体方案如下：一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置包括：密封载物台，用于将半导体基片密封放置的载物台；电磁式磁流变装置，包括电磁铁芯、位于所述电磁铁芯外圈的电磁线圈、密封所述电磁线圈的导磁密封壳体，在所述电磁线圈通电后，所述电磁铁芯的末端可形成高梯度磁场；直线电机平台，与所述电磁式磁流变装置机械连接，用于带动所述电磁式磁流变装置移动；基座，用于支撑所述密封载物台和所述直线电机平台；控制单元，用于控制所述电磁式磁流变装置中电磁线圈的上电和断电。

优选地，所述密封载物台包括：基片防水载物台，用于作为装载半导体基片的平台；第一外壳，所述基片防水载物台放置于所述第一外壳内；所述基片防水载物台与所述第一外壳的内侧壁之间具有预设间隔，所述预设间隔的空间用于存放磁流变液体；第二外壳，设置与所述第一外壳的上方，与所述第一外壳构成一个密封的空间。

优选地，所述第二外壳的材料采用不导磁材料。

优选地，所述直线电机平台带动所述电磁式磁流变装置的移动速度大于等于5米每秒。

优选地，所述电磁式磁流变装置的运动轨迹为光栅轨迹、同心圆轨迹、螺旋线轨迹、罗斯轨迹或随机轨迹。

优选地，所述电磁铁芯的末端形状包括圆锥形或圆球形。

本发明实施例还提供一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法。该方法具体的技术方案为：一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法包括步骤S1：将需要减薄的半导体基片放置在密封载物台的基片防水载物台上，并向所述密封载物台的第一外壳内注入磁流变液体，再用第二外壳将所述第一外壳的上方密封；步骤S2：对电磁式磁流变装置的电磁线圈上电；步骤S3：采用直流电机平台将电磁式磁流变装置移动至所述基片的上方并在所述基片表面的上方区域往复移动。

优选地，所述方法还包括：在步骤S3中，电磁式磁流变装置每次移动至所述基片表面的外部时，对电磁式磁流变装置的电磁线圈断电，待所述电磁式磁流变装置再次移动至所述基片表面上方时，再对电磁式磁流变装置的电磁线圈通断电。

优选地，所述直线电机平台将所述电磁式磁流变装置移动的速度大于等于5米每秒。

优选地，所述磁流变液体需要完全浸没所述半导体基片。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置及方法通过直线电机平台驱动电磁式磁流变装置在半导体基片上放快速移动，利用高梯度磁场把密封载物台内的一部分磁流变液磁化具有较硬的特性，形成一个具有一定硬度并带有柔性的磨头，从而快速地将半导体基片减薄。进一步地，本发明实施例所提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置及方法为保证磁流变柔性磨头的加工特性，每次在柔性磨头移动到半导体基片外部时，控制单元对电磁式磁流变装置断电，待电磁式磁流变装置即将对半导体基片另一区域加工前的很短一段时间内，再对电磁式磁流变装置重新上电，从而确保每次通电后，电磁式磁流变装置都能磁化新的磁流变液，保证柔性磨头的加工特性，维持稳定的磁流变加工特性。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置的前视图；

图2为本发明实施例中提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置的侧视图；

图3为本发明实施例中提供的一种电磁式磁流变装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种密封载物台的示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法的流程示意图。

附图中的标记说明：

100、基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置

1、直线电机平台 2、基座 3、电磁式磁流变装置

4、密封载物台 31、固定件 32、电磁铁芯

33、电磁线圈 34、导磁密封壳体 41、半导体基片

42、基片防水载物台 43、磁流变液体存储区 44、第二外壳

45、第一外壳

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1和图2所示，本发明实施例中提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置的前视图和侧视图。在该实施例中，该基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置100包括用于将半导体基片41密封放置的载物台的密封载物台4，电磁式磁流变装置3，与电磁式磁流变装置3机械连接且用于带动电磁式磁流变装置3移动的直线电机平台1，用于支撑密封载物台4和直线电机平台1的基座2，和用于控制电磁式磁流变装置3中电磁线圈33的上电和断电的控制单元(图中未示出)。

如图3所示，电磁式磁流变装置3包括电磁铁芯32、位于电磁铁芯32外圈的电磁线圈33、密封电磁线圈33的导磁密封壳体34以及用于固定电磁铁芯32的固定件31。当电磁线圈33通电后，上电后的电磁线圈33产生的强磁场通过电磁铁芯32，导磁密封壳体34组成的磁回路构成完整磁路，并在电磁铁芯32末端的漏磁区形成高梯度磁场。电磁铁芯32末端的漏磁区形成高梯度磁场为形成柔性磁流变磨头提供必要的条件。电磁铁芯32末端的形状根据半导体基片41的材质(如硅、碳化硅等)及尺寸不同而可以选择不同的形状。电磁铁芯32的末端形状具体可包括圆锥形或圆球形，从而获得更为适合的材料去除率及尺寸适配的去除函数作用区。

如图4所示，密封载物台4包括用于作为装载半导体基片41的平台的基片防水载物台42，将基片防水载物台42放置内部的第一外壳45，设置与第一外壳45的上方且第一外壳45构成一个密封的空间的第二外壳44。基片防水载物台42与第一外壳45的内侧壁之间具有预设间隔，所述预设间隔的空间用于存放磁流变液体，预设间隔也可定义为磁流变液体存储区43。在该实施例中，第二外壳44的材料采用不导磁材料，具体如304不锈钢不导磁材料。其中，半导体基片41与第二外壳44之间的距离通过磁场设计优化计算得到的。磁流变液体也需要根据半导体基片41的材质(如硅、碳化硅等)及尺寸不同而配置合适成分的磁流变液体，从而获得更为适合的材料去除率及尺寸适配的去除函数作用区。第一外壳45和第二外壳44共同构成一个密封容器，把磁流变液体、半导体基片41完全密封，并排出密封容器内的空气。

在该实施例中，直线电机平台1带动电磁式磁流变装置3的移动速度大于等于5米每秒。在直线电机平台1的带动下，电磁式磁流变装置3的运动轨迹包括光栅轨迹、同心圆轨迹、螺旋线轨迹、罗斯轨迹或随机轨迹。在本发明实施例中，以电磁式磁流变装置3的运动轨迹为光栅轨迹作为具体实施例阐述。

利用直线电机平台1把电磁式磁流变装置3移动到半导体基片41边缘，然后对电磁线圈33通电。待系统稳定后，开始对半导体基片41进行加工。每当电磁式磁流变装置3移出半导体基片41上方时，控制单元对电磁线圈33断电，待电磁式磁流变装置3换行后准备再次移入半导体基片41上方时，控制单元再次对电磁线圈33通电，然后移动电磁式磁流变装置3到半导体基片41上方对其进行加工。如此往复通断电并移动电磁式磁流变装置3，直至完成半导体基片41的一轮加工。由于半导体基片41在每轮磁流变加工过程均可以预测其减薄的厚度值，可以通过预期的总减薄厚度计算出加工的总迭代次数。待总迭代加工次数满足后，可开启装有半导体基片的密封载物台4，并对半导体基片41进行清理，并利用半导体行业的标准设备对半导体基片41进行厚度检测。如果满足厚度要求，则将半导体基片41与密封载物台4分离，如不满足，则进行二次加工直至厚度合格，最终完成完整的加工工艺流程。

如图5所示，本发明实施例中提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法的流程示意图。在该实施例中，基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法可以分为三个步骤，具体为：

步骤S1：将需要减薄的半导体基片放置在密封载物台的基片防水载物台上，并向所述密封载物台的第一外壳内注入磁流变液体，再用第二外壳将所述第一外壳的上方密封。其中，磁流变液体需要完全浸没所述半导体基片。结合图1至图4所示实施例的具体过程为：将半导体基片41通过行业标准的固定方式固定在基片防水载物台42的上面，然后在磁流变液储存区43注入磁流变液体并完全浸没半导体基片41，最后利用第二外壳44与第一外壳45共同构成一个密封容器，把磁流变液体、半导体基片41完全密封，并排出密封容器内空气。半导体基片41与第二外壳44之间的距离是通过磁场设计优化计算获得的。

步骤S2：对电磁式磁流变装置的电磁线圈上电。利用恒流源对电磁线圈33进行通电，上电后电磁线圈33产生的强磁场通过电磁铁芯32，导磁密封外壳34组成的磁回路构成完整磁路，并在电磁铁芯32末端的漏磁区形成高梯度磁场，为形成柔性磁流变磨头提供必要的条件。当电磁铁芯32移动到半导体基片41上方时，电磁铁芯32形成的磁场透过第二外壳44对半导体基片41上方的磁流变液体进行磁化，形成一个具有特定硬度的柔性磨头。由于第二外壳44与半导体基片41之间的空间受限，磁流变液体在强磁场作用下在向电磁铁芯32末端聚集的同时也会对半导体基片41有一定向下的作用力，而此时如果对电磁铁芯32进行高速移动，则会对半导体基片41的表面产生一定量的材料去除，从而达到减薄的目的。在该实施例中，直线电机平台1将电磁式磁流变装置3移动的速度大于等于5米每秒。

步骤S3：采用直流电机平台将电磁式磁流变装置移动至所述基片的上方并在所述基片表面的上方区域往复移动。当电磁式磁流变装置每次移动至所述基片表面的外部时，对电磁式磁流变装置的电磁线圈断电，待所述电磁式磁流变装置再次移动至所述基片表面上方时，再对电磁式磁流变装置的电磁线圈通断电。

本发明实施例所提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置及方法通过直线电机平台驱动电磁式磁流变装置在半导体基片上放快速移动，利用高梯度磁场把密封载物台内的一部分磁流变液磁化具有较硬的特性，形成一个具有一定硬度并带有柔性的磨头，从而快速地将半导体基片减薄。

本发明实施例所提供的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置及方法为保证磁流变柔性磨头的加工特性，每次在柔性磨头移动到半导体基片外部时，控制单元对电磁式磁流变装置断电，待电磁式磁流变装置即将对半导体基片另一区域加工前的很短一段时间内，再对电磁式磁流变装置重新上电，从而确保每次通电后，电磁式磁流变装置都能磁化新的磁流变液，保证柔性磨头的加工特性，维持稳定的磁流变加工特性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置，其特征在于，所述装置包括：

密封载物台，用于将半导体基片密封放置的载物台；

电磁式磁流变装置，包括电磁铁芯、位于所述电磁铁芯外圈的电磁线圈、密封所述电磁线圈的导磁密封壳体，在所述电磁线圈通电后，所述电磁铁芯的末端可形成高梯度磁场；

直线电机平台，与所述电磁式磁流变装置机械连接，用于带动所述电磁式磁流变装置移动；

基座，用于支撑所述密封载物台和所述直线电机平台；

控制单元，用于控制所述电磁式磁流变装置中电磁线圈的上电和断电。

2.根据权利要求1所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置，其特征在于，所述密封载物台包括：

基片防水载物台，用于作为装载半导体基片的平台；

第一外壳，所述基片防水载物台放置于所述第一外壳内；

所述基片防水载物台与所述第一外壳的内侧壁之间具有预设间隔，所述预设间隔的空间用于存放磁流变液体；

第二外壳，设置与所述第一外壳的上方，与所述第一外壳构成一个密封的空间。

3.根据权利要求1所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置，其特征在于，所述第二外壳的材料采用不导磁材料。

4.根据权利要求1所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置，其特征在于，所述直线电机平台带动所述电磁式磁流变装置的移动速度大于等于5米每秒。

5.根据权利要求1所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置，其特征在于，所述电磁式磁流变装置的运动轨迹为光栅轨迹、同心圆轨迹、螺旋线轨迹、罗斯轨迹或随机轨迹。

6.根据权利要求1所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄装置，其特征在于，所述电磁铁芯的末端形状包括圆锥形或圆球形。

7.一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：将需要减薄的半导体基片放置在密封载物台的基片防水载物台上，并向所述密封载物台的第一外壳内注入磁流变液体，再用第二外壳将所述第一外壳的上方密封；

步骤S2：对电磁式磁流变装置的电磁线圈上电；

步骤S3：采用直流电机平台将电磁式磁流变装置移动至所述基片的上方并在所述基片表面的上方区域往复移动。

8.根据权利要求7所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法，其特征在于，所述方法还包括：在步骤S3中，电磁式磁流变装置每次移动至所述基片表面的外部时，对电磁式磁流变装置的电磁线圈断电，待所述电磁式磁流变装置再次移动至所述基片表面上方时，再对电磁式磁流变装置的电磁线圈通断电。

9.根据权利要求7所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法，其特征在于，所述直线电机平台将所述电磁式磁流变装置移动的速度大于等于5米每秒。

10.根据权利要求7所述的一种基于直线电机平台的电磁式半导体基片减薄方法，其特征在于，所述磁流变液体需要完全浸没所述半导体基片。