CN110774166A - 双面研磨装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双面研磨装置和方法，所述装置所述双面研磨装置包括上定盘、下定盘、承载盘和驱动机构，其中，所述上定盘与所述下定盘相对设置，所述承载盘设置在所述上定盘与所述下定盘之间且包括多个工件承载盘孔；所述驱动机构能够驱动所述承载盘相对于所述上定盘和所述下定盘转动；所述下定盘的上表面开设有延伸至边缘的多个导液槽；并且所述双面研磨装置还包括网状结构，所述网状结构以可拆卸地方式设置所述导液槽中。该双面研磨装置通过在导液槽的底部设置网状结构，可以防止研磨废液聚集在所述导液槽的底部而难以清洗，从而防止双面研磨过程中晶圆表面的损伤。

Description

双面研磨装置和方法
技术领域
本发明涉及晶圆制造加工技术领域，更具体地，涉及一种双面研磨装置及一种双面研磨方法。
背景技术
晶圆双面研磨工艺用于去除成型工艺中线切割时发生的晶圆表面损伤，以改善晶圆的表面粗糙度。在双面研磨工程中，晶圆与上/下定盘的表面接触，通过内齿轮(太阳齿轮)和外齿轮(环形齿轮)的旋转进行摆线运动，并通过供应研磨浆料，在研磨表面发生机械反应和化学反应以及伴随旋转和加压引起的物理反应，以达到研磨晶圆表面的目的。
在晶圆双面研磨过程中，研磨定盘上通常开设有纵横交错的多个凹槽，所述凹槽连通形成通道，用于将研磨过程中产生的废液从定盘的边缘甩出。然而，因晶圆与浆料的机械反应以及定盘与晶圆的摩擦，在研磨过程中会生成研磨残留物、晶圆残渣及浆料颗粒等副产物，这些副产物难以直接从定盘的边缘排出。随着研磨浆料再循环，这些副产物会继续循环或堆积于定盘的凹槽内。堆积于定盘凹槽内的这些副产物难以清理，会发生如同坚硬的混凝土那样的固着现象，这样会发生晶圆表面严重的擦伤，从而增加晶圆不良率，影响产品质量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种双面研磨装置及一种双面研磨方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个方面提供了一种双面研磨装置，包括上定盘、下定盘、承载盘和驱动机构，其中，
所述上定盘与所述下定盘相对设置，所述承载盘设置在所述上定盘与所述下定盘之间且包括多个工件承载盘孔；所述驱动机构能够驱动所述承载盘相对于所述上定盘和所述下定盘转动；所述下定盘的上表面开设有延伸至边缘的多个导液槽；并且
所述双面研磨装置还包括网状结构，所述网状结构以可拆卸地方式设置所述导液槽中。
在本发明的一个实施例中，所述网状结构包括固定环和设置在所述固定环内部的网。
在本发明的一个实施例中，当处于安装状态时，所述固定环与所述下定盘的位置相对固定，所述网的网线分别容纳在对应的所述导液槽中。
在本发明的一个实施例中，所述多个导液槽以网状结构分布在所述下定盘上，所述网线以相对应的网状结构分布在所述固定环内部。
在本发明的一个实施例中，所述网线的截面宽度方向尺寸略小于所述导液槽的宽度。
在本发明的一个实施例中，当处于安装状态时，所述网填充于所述导液槽的底部，以防止研磨废料聚集在所述导液槽的底部。
在本发明的一个实施例中，所述固定环和所述网均由不锈钢材料制成。
在本发明的一个实施例中，所述下定盘的中心设置有太阳齿轮，所述下定盘的周向边缘设置有环形内齿轮，所述承载盘啮合于所述太阳齿轮与所述环形内齿轮之间；所述驱动机构通过驱动所述下定盘、所述太阳齿轮和所述环形内齿轮旋转，以驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转。
本发明的另一方面提供了一种双面研磨方法，根据上述实施例中任一项所述的双面研磨装置对待研磨工件进行研磨，所述方法包括：
将所述待研磨工件装载于承载盘孔内；
调整所述上定盘和所述下定盘的相对位置，使得所述待研磨工件的上下表面与所述上定盘和所述下定盘分别接触；
通过驱动机构驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转，在研磨浆料的作用下对所述待研磨工件进行研磨。
在本发明的一个实施例中，在研磨浆料的作用下对所述待研磨工件进行研磨之后，还包括：从所述下定盘上取下所述网状结构，并分别对所述下定盘和所述网状结构进行清洗。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、该双面研磨装置通过在导液槽的底部设置网状结构，可以防止研磨废液聚集在所述导液槽的底部而难以清洗，从而防止双面研磨过程中晶圆表面的损伤。
2、该双面研磨装置通过在导液槽的底部设置网状结构，可以阻挡掉落至下定盘而累积的污染浆料及大颗粒量，从而使上/下定盘的清洗效率相同，因而可以使研磨定盘的寿命最大化，并且，在延长定盘寿命的同时，可以维持上/下定盘的研磨率相同，从而可以改善晶圆缺陷。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种双面研磨装置的截面示意图；
图2是本发明实施例提供的一种双面研磨装置的去掉上定盘的俯视示意图；
图3是本发明实施例提供的一种下定盘的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种网状结构的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种双面研磨方法的流程图。
附图标记说明：
1-上定盘；2-下定盘；3-承载盘；4-网状结构；41-固定环；42-网；5-工件承载盘孔；6-导液槽；7-太阳齿轮；8-环形内齿轮；9-待研磨工件。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
实施例一
请一并参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种双面研磨装置的截面示意图；图2是本发明实施例提供的一种双面研磨装置的去掉上定盘的俯视示意图。本实施例的双面研磨装置包括上定盘1、下定盘2、承载盘3、驱动机构(附图中未示出)和网状结构4。上定盘1与下定盘2相对设置，承载盘3设置在上定盘1与下定盘2之间且包括多个工件承载盘孔5，其中，待研磨工件9放置在工件承载盘孔5内。所述驱动机构为该双面研磨装置提供动力，以驱动承载盘3相对于上定盘1和下定盘2转动。在所述驱动机构的驱动下，承载盘3绕自身轴线自转，并绕下定盘2的中心公转，以相对所述上定盘1、所述下定盘2运动，研磨所述待研磨工件9。在本实施例中，在上定盘1与下定盘2之间可以设置多个承载盘3，且每个承载盘3上包括多个工件承载盘孔5，每个工件承载盘孔5中均可以放置一个待研磨工件9，因此，可以同时对多个待研磨工件9进行研磨。
进一步地，下定盘2的中心设置有太阳齿轮7，下定盘2的周向边缘设置有环形内齿轮8，承载盘3与太阳齿轮7和环形内齿轮8啮合；所述驱动机构通过驱动下定盘2、太阳齿轮7和环形内齿轮8旋转，以驱动承载盘3绕自身轴线自转，并绕下定盘2的中心公转。
在双面研磨工程中，待研磨工件9与上/下定盘的表面接触，通过太阳齿轮7和环形内齿轮8的旋转进行摆线运动，并通过供应研磨浆料，在研磨表面发生机械反应和化学反应以及伴随旋转和加压引起的物理反应，以达到研磨晶圆表面的目的。在本实施例中，通过安装在上定盘1上的喷嘴(附图中未示出)供给研磨浆料。
进一步地，请参见图1和图3，图3是本发明实施例提供的一种下定盘的结构示意图。如图所示，在下定盘2的上表面，即研磨表面，开设有延伸至边缘的多个导液槽6，用于将研磨过程中产生的废液从定盘的边缘排出。具体地，在双面研磨过程中，通常需要持续性地向研磨表面供给研磨浆料，为了快速除去使用过的夹杂着废料的研磨浆料，在下定盘2的上表面上开设有总体上从中心向边缘延伸的导液槽6，以使研磨废料沿着所述导液槽6，在离心力的作用下快速从下定盘2的边缘排出。
然而，因晶圆与研磨浆料的机械反应以及定盘与晶圆的摩擦，在研磨过程中会生成研磨残留物、晶圆残渣及浆料颗粒等副产物，这些副产物多为固体，难以通过导液槽6直接从下定盘2的边缘排出。随着研磨浆料再循环，这些副产物会继续循环或堆积于下定盘2的导液槽6内。另一方面，为了去除导液槽6内的异物，在双面研磨工艺之后，通常使用喷射高压水来进行去除作业。具体方法为在低速旋转上定盘2和下定盘3的同时，使喷射高压水的喷嘴从定盘的外侧移动至内侧来清洗定盘表面。可以通过被喷射的水碰撞于上/下定盘表面的动能来去除定上/下盘表面的异物，此时将喷射压力、角度及高度设定成使水压能够最大限度地到达下定盘的导液槽6的程度，但固着于导液槽6深处的异物难以喷到，因而难以去除。
为了解决这一问题，请参见图1，本发明实施例的双面研磨装置包括网状结构4，网状结构4能够填充每个导液槽6的底部，以防止研磨废液聚集在导液槽6的底部，同时对废液起到了过滤的效果。
具体地，请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种网状结构的结构示意图。本实施例的网状结构4包括固定环41和设置在固定环41内部的网42，其中，固定环41固定在下定盘2的外周；网42的多个网线的两端分别固定在固定环41的内圈中。如图3和图4所示，在本实施例中，所述多个导液槽6以垂直交叉的网状结构均匀分布在下定盘2上，相应地，网42上的所述多个网线以相对应的网状结构均匀分布在固定环41内部，使得当网状结构4安装在下定盘2上时，网42的网线能够按照相应位置插入到相应的导液槽6中。此外，应使设置于下定盘的固定环41不与环形内齿轮8干涉，并且固定环41的内径应该配置为与下定盘2的外径一致，使得网状结构4易于在研磨前后安装或拆除，且不会在下定盘2旋转时脱落。
需要说明的是，在其他的实施例中，所述多个导液槽6还可以以其他的排列方式分布在下定盘2上，并且导液槽6的至少一端延伸至下定盘2的边缘；例如，所述多个导液槽6还可以以从中心向边缘放射的方式分布在下定盘2上。适应性地，网42的网线分布与导液槽6相对应，使得网线能够分别容纳到相应的所述导液槽6中。
优选地，固定环41和网42均由不锈钢材料制成。需要说明的是，在其他实施例中，固定环41和网42也可以选用其他化学性质较稳定、不易对工件造成污染的材料，如陶瓷、高分子材料等。
进一步地，所述网线的截面可以为圆形、椭圆、方形或梯形等形状，并且网线的截面尺寸略小于导液槽6的宽度。
在本实施例中，固定环41的厚度为10-20mm，以具有一定的强度，优选地，固定环41的厚度为15mm；导液槽6的宽度为5mm，网线的截面为圆形，其直径略小于5mm。在其他实施例中，根据实际研磨需要，导液槽6的宽度也可以选择其他尺寸，只要保证所述网线的直径略小于导液槽6的宽度即可，一方面保证所述网线能够顺利地进入到导液槽6中，另一方面保证研磨中产生的研磨残留物、晶圆残渣及浆料颗粒等副产物被阻挡在所述网线的上方。
如上所述，在双面研磨工艺之后，为了保持定盘洁净，会对上定盘2和下定盘3进行清洗。此时，通常对上定盘2和下定盘3同时进行水清洗，本实施例使用水枪喷射上定盘和下定盘，喷射至上定盘的水在清洗上定盘浆料异物后，会与浆料异物一同掉落至下定盘而积累于表面。此外，因积累于下定盘的浆料残渣和晶圆加工异物在导液槽6中或下定盘表面形成相对厚的累积层，从而降低下定盘的清洗效率。通过安装本实施例的网状结构，在双面研磨工艺之后，从下定盘上取下网状结构4，可使固体研磨异物不会固着于导液槽6深处，一方面，用高压水喷射在下定盘的表面，使异物不容易积累于槽内，从而能够良好地维持定盘管理效率；另一方面，单独清洗本发明实施例的网状结构4，以除掉粘附于网状结构4上的研磨异物。
本实施例的双面研磨装置通过在导液槽的底部设置网状结构，可以防止研磨废液聚集在所述导液槽的底部而难以清洗，从而防止双面研磨过程中晶圆表面的损伤。此外，该网状结构可以阻挡掉落至下定盘而累积的污染浆料及大颗粒量，从而使上/下定盘的清洗效率相同，因而可以使研磨定盘的寿命最大化，并且，在延长定盘寿命的同时，可以维持上/下定盘的研磨率相同，从而可以改善晶圆缺陷。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种双面研磨方法。请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种双面研磨方法的流程图。该方法包括：
S1：将所述待研磨工件装载于承载盘孔内；
S2：调整所述上定盘和所述下定盘的相对位置，使得所述待研磨工件的上下表面与所述上定盘和所述下定盘分别接触；
S3：通过驱动机构驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转，在研磨浆料的作用下对所述待研磨工件进行研磨。
此时，在研磨过程中生成的研磨残留物、晶圆残渣及浆料颗粒等副产物会被阻挡在网状结构的网上方，而液体废料通过导液槽直接从下定盘的边缘排出。
进一步地，在研磨浆料的作用下对所述待研磨工件进行研磨之后，还包括：从所述下定盘上取下所述网状结构，并分别对所述下定盘和所述网状结构进行清洗。
具体地，在研磨浆料的作用下对所述待研磨工件进行研磨之后，将所述网状结构从所述下定盘上拆卸下来，此时，大量的研磨异物粘附于网状结构；随后对上定盘和下定盘同时进行水清洗，本实施例使用水枪喷射上定盘和下定盘，以清洗掉剩余的研磨废料；另一方面，对粘附有大量的研磨异物的网状结构单独进行清洗，除掉上面的研磨异物。清洗结束后，将清洗干净的网状结构重新安装在下定盘上，以进行接下来的研磨工作。这样可以很好地防止在研磨过程中会生成研磨残留物、晶圆残渣及浆料颗粒等副产物堆积于下定盘的凹槽中，从而影响研磨效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双面研磨装置，其特征在于，所述双面研磨装置包括上定盘(1)、下定盘(2)、承载盘(3)和驱动机构，其中，
所述上定盘(1)与所述下定盘(2)相对设置，所述承载盘(3)设置在所述上定盘(1)与所述下定盘(2)之间且包括多个工件承载盘孔(5)；所述驱动机构能够驱动所述承载盘(3)相对于所述上定盘(1)和所述下定盘(2)转动；所述下定盘(2)的上表面开设有延伸至边缘的多个导液槽(6)；并且
所述双面研磨装置还包括网状结构(4)，所述网状结构(4)以可拆卸地方式设置所述导液槽(6)中。
2.根据权利要求1所述的双面研磨装置，其特征在于，所述网状结构(4)包括固定环(41)和设置在所述固定环(41)内部的网(42)。
3.根据权利要求2所述的双面研磨装置，其特征在于，当处于安装状态时，所述固定环(41)与所述下定盘(2)的位置相对固定，所述网(42)的网线分别容纳在对应的所述导液槽(6)中。
4.根据权利要求3所述的双面研磨装置，其特征在于，所述多个导液槽(6)以网状结构分布在所述下定盘(2)上，所述网线以相对应的网状结构分布在所述固定环(41)内部。
5.根据权利要求3所述的双面研磨装置，其特征在于，所述网线的截面宽度方向尺寸略小于所述导液槽(6)的宽度。
6.根据权利要求5所述的双面研磨装置，其特征在于，当处于安装状态时，所述网(2)填充于所述导液槽(6)的底部，以防止研磨废料聚集在所述导液槽(6)的底部。
7.根据权利要求2所述的双面研磨装置，其特征在于，所述固定环(41)和所述网(42)均由不锈钢材料制成。
8.根据权利要求1所述的双面研磨装置，其特征在于，所述下定盘(2)的中心设置有太阳齿轮(7)，所述下定盘(2)的周向边缘设置有环形内齿轮(8)，所述承载盘(3)啮合于所述太阳齿轮(7)与所述环形内齿轮(8)之间；所述驱动机构通过驱动所述下定盘(2)、所述太阳齿轮(7)和所述环形内齿轮(8)旋转，以驱动所述承载盘(3)绕自身轴线自转，并绕所述下定盘(2)的中心公转。
9.一种双面研磨方法，其特征在于，采用根据权利要求1至8任一项所述的双面研磨装置对待研磨工件进行研磨，所述方法包括：
将所述待研磨工件装载于承载盘孔内；
调整所述上定盘和所述下定盘的相对位置，使得所述待研磨工件的上下表面与所述上定盘和所述下定盘分别接触；
通过驱动机构驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转，在研磨浆料的作用下对所述待研磨工件进行研磨。
10.根据权利要求9所述的双面研磨方法，其特征在于，在研磨浆料的作用下对所述待研磨工件进行研磨之后，还包括：从所述下定盘上取下所述网状结构，并分别对所述下定盘和所述网状结构进行清洗。
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