CN111266992B - 一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机，属于晶圆研磨技术领域，一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机，包括机体、旋转安装于机体内的研磨头以及安装于研磨头上方的研磨垫，通过在研磨头的两侧设置用于对晶圆进行固定的定位机构，易于将晶圆定位于研磨头上，而在机体内嵌设安装第一粉尘传感器以及在集尘机构上安装第二粉尘传感器，在研磨的过程中实时对所研磨产生的粉尘颗粒浓度进行检测，监测研磨环境的研磨形态变化，当检测到的颗粒浓度大于一定值时，研磨垫与晶圆端面相脱离，此时通过吸附机构对机体内的粉尘颗粒进行吸附，有效避免因研磨面存留大量粉尘颗粒而造成不同的压靠力及磨擦力，且也不会因粉尘颗粒过多而刮伤晶圆。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆研磨技术领域，尤其涉及一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机。
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，晶圆的集成电路制造，为了降低器件热阻、提高工作散热及冷却能力、便于封装，在硅晶圆正面制作完集成电路后，需要进行背面减薄，晶圆的背面研磨工艺，是在晶圆的正面贴一层膜保护已经制作好的集成电路，然后通过研磨机来进行减薄。
研磨晶圆的设备叫做晶圆研磨机，晶圆研磨机包括研磨平台、设置于研磨平台上的研磨垫以及研磨头。在研磨晶圆的时候，研磨头固定吸附晶圆，研磨垫压覆于晶圆的另一面上，通过研磨头和研磨垫的相对运动对晶圆进行研磨。而在研磨的过程中会产生研磨颗粒，研磨颗粒过多地存留于研磨面之间，会对晶圆而产生不同的压靠力及磨擦力，这样会导致晶圆的研磨均一性及研磨质量比较差；此外，存留于晶圆与研磨垫之间的碎屑还会到达晶圆的表面并刮伤晶圆，造成晶圆缺陷，降低研磨品质。
为此，我们提出了一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机来通过实时检测研磨头和研磨垫间的研磨形态变化来决定研磨头和研磨垫的研磨状态，有效提高对晶圆的研磨效果。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机,包括机体、旋转安装于机体内的研磨头以及安装于研磨头上方的研磨垫，所述机体内固定安装有对研磨头进行承托的支撑盘，所述机体的底端固定安装有电机，所述电机的驱动端贯穿机体的底端并通过转动轴贯穿支撑盘固定连接于研磨头的底端中部，所述研磨头的底端旋转于支撑盘的上端，所述研磨头的上端两侧均设有晶圆定位机构，所述机体的一侧通过竖板固定安装有电动滑轨，所述电动滑轨通过电动滑块固定连接有固定架，所述研磨垫固定连接于固定架的底端，所述支撑盘的外侧壁上开设有一对贯穿腔，一对所述贯穿腔之间设有一组安装腔，所述安装腔内安装有第一粉尘传感器，所述机体靠近底端的内部安装有集尘机构，所述集尘机构的外端导入至机体的外部，且集尘机构上安装有第二粉尘传感器。
进一步的，所述转动轴通过轴承与支撑盘的内壁旋转安装，所述研磨头的下端两侧均固定连接有导向杆，所述支撑盘的上端开设有与导向杆相匹配的导向腔,设置用于对研磨头进行承托的支撑盘，易于提高研磨头旋转工作时的平稳性。
进一步的，所述晶圆定位机构包括固定连接于研磨头外端侧壁上的弧形定位盘，所述弧形定位盘上固定吸附有限位盘，所述限位盘的前端固定连接有弧形限位套，弧形限位套通过限位盘固定吸附于弧形定位盘上后，弧形限位套的内壁嵌设于晶圆的外侧壁，以实现对放置于研磨头上的晶圆进行限位。
进一步的，所述弧形定位盘的上端侧壁上安装有电磁铁，所述限位盘的底端固定安装有磁吸块，且限位盘为弧形L状结构，将晶圆放置于研磨头上后，根据研磨头的规格大小来对该限位盘的位置进行调节，在定位时，电磁铁通电，限位盘嵌设于弧形定位盘上，此时，弧形限位套套设于晶圆的外侧壁上。
进一步的，所述固定架的底端固定连接有升降台，所述升降台固定连接于研磨垫的上端，所述升降台的上端两侧均通过牵引索固定连接于固定架的底部两侧。
进一步的，所述机体靠近顶端的侧壁上固定连接有环形板，所述环形板上固定贴附有与升降台位置对应的缓冲垫，研磨垫通过电动滑轨向下运动并相抵于研磨头上的晶圆上，此时，升降台的下端相抵于缓冲垫上，缓冲垫具有一定厚度且也具有一定弹性，对研磨垫的压制起到一定的缓冲作用，当研磨头在旋转时，也对研磨头与研磨垫之间的相对运动也起到一定的缓冲作用。
进一步的，所述集尘机构包括固定连接于机体内部的集尘罩，所述集尘罩位于支撑盘的下方，所述集尘罩的底端部固定连接有排气管，所述排气管的外端贯穿至机体的外端，所述机体的外端固定安装有连接于排气管上的抽风机，在进行粉尘颗粒吸附时，启动抽风机便可将集尘罩以及支撑盘上的粉尘颗粒进行吸附，有效避免过多的粉尘颗粒对后续的研磨造成影响。
进一步，所述集尘罩为锥形结构，所述第二粉尘传感器固定安装于排气管的上端部。
进一步，所述集尘罩上开设有用于转动轴贯穿的中空腔，所述中空腔的内壁包覆有与转动轴旋转衔接的密封套。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本方案通过在研磨头的两侧设置用于对晶圆进行固定的定位机构，易于将晶圆定位于研磨头上，而在机体内嵌设安装第一粉尘传感器以及在集尘机构上安装第二粉尘传感器，在研磨的过程中实时对所研磨产生的粉尘颗粒浓度进行检测，监测研磨环境的研磨形态变化，当检测到的颗粒浓度大于一定值时，研磨垫与晶圆端面相脱离，此时通过吸附机构对机体内的粉尘颗粒进行吸附，有效避免因研磨面存留大量粉尘颗粒而造成不同的压靠力及磨擦力，且也不会因粉尘颗粒刮伤晶圆。
2、晶圆定位机构包括固定连接于研磨头外端侧壁上的弧形定位盘，弧形定位盘上固定吸附有限位盘，限位盘的前端固定连接有弧形限位套，弧形定位盘的上端侧壁上安装有电磁铁，限位盘的底端固定安装有磁吸块，弧形限位套通过限位盘固定吸附于弧形定位盘上后，弧形限位套的内壁嵌设于晶圆的外侧壁，以实现对放置于研磨头上的晶圆进行限位。
3、机体靠近顶端的侧壁上固定连接有环形板，环形板上固定贴附有与升降台位置对应的缓冲垫，研磨垫通过电动滑轨向下运动并相抵于研磨头上的晶圆上，此时，升降台的下端相抵于缓冲垫上，缓冲垫具有一定厚度且也具有一定弹性，对研磨垫的压制起到一定的缓冲作用，当研磨头在旋转时，也对研磨头与研磨垫之间的相对运动也起到一定的缓冲作用。
4、研磨垫下降与研磨头相对设置时，研磨垫顶端的升降台对1的顶端起到封闭作用，有效避免在研磨过程中粉尘颗粒溢出，此外，也易于集尘机构对1内的粉尘颗粒进行负压吸附。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明的立体结构示意图；
附图2为本发明的内部剖视图；
附图3为本发明的机体与研磨头结合处的内部立体图;
附图4为本发明的支撑盘处的立体图；
附图5为本发明的支撑盘与研磨头结合处的立体图；
附图6为本发明的支撑盘处的俯视图；
附图7为本发明的集尘罩处的立体图；
附图8为本发明的研磨垫与研磨头相贴合后的内部剖视图。
其中：1、机体；2、研磨头；201、弧形定位盘；202、限位盘；203、弧形限位套；3、支撑盘；301、导向腔；302、贯穿腔；4、电机；5、转动轴；6、电动滑轨；7、电动滑块；8、固定架；9、升降台；10、研磨垫；11、第一粉尘传感器；12、轴承；13、集尘罩；14、排气管；15第二粉尘传感器；16、抽风机；17、缓冲垫。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如附图1-4所示的本发明的一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机，包括机体1、旋转安装于机体1内的研磨头2以及安装于研磨头2上方的研磨垫10，机体1内固定安装有对研磨头2进行承托的支撑盘3，机体1的底端固定安装有电机4，电机4的驱动端贯穿机体1的底端并通过转动轴5贯穿支撑盘3固定连接于研磨头2的底端中部，研磨头2的底端旋转于支撑盘3的上端，转动轴5通过轴承12与支撑盘3的内壁旋转安装，研磨头2的下端两侧均固定连接有导向杆，支撑盘3的上端开设有与导向杆相匹配的导向腔301,设置用于对研磨头2进行承托的支撑盘3，易于提高研磨头2旋转工作时的平稳性。
如附图2和图5，研磨头2的上端两侧均设有晶圆定位机构，具体的，晶圆定位机构包括固定连接于研磨头2外端侧壁上的弧形定位盘201，弧形定位盘201上固定吸附有限位盘202，限位盘202的前端固定连接有弧形限位套203，弧形定位盘201的上端侧壁上安装有电磁铁，限位盘202的底端固定安装有磁吸块，弧形限位套203通过限位盘202固定吸附于弧形定位盘201上后，且限位盘202为弧形L状结构，将晶圆放置于研磨头2上后，根据研磨头2的规格大小来对该限位盘202于弧形定位盘201上的水平位置进行调节，在定位时，电磁铁通电，限位盘202固定吸附嵌设于弧形定位盘201上，此时，弧形限位套203套设于晶圆的外侧壁上，同时也易于对不同尺径大小的晶圆进行定位。
如附图1，机体1的一侧通过竖板固定安装有电动滑轨6，电动滑轨6通过电动滑块7固定连接有固定架8，研磨垫10固定连接于固定架8的底端，固定架8的底端固定连接有升降台9，升降台9固定连接于研磨垫10的上端，升降台9的上端两侧均通过牵引索固定连接于固定架8的底部两侧。
如附图1-3和图8，机体1靠近顶端的侧壁上固定连接有环形板，环形板上固定贴附有与升降台9位置对应的缓冲垫17，研磨垫10通过电动滑轨6向下运动并相抵于研磨头2上的晶圆上，此时，升降台9的下端相抵于缓冲垫17上，缓冲垫17具有一定厚度且也具有一定弹性，对研磨垫10的压制起到一定的缓冲作用，当研磨头2在旋转时，也对研磨头2与研磨垫10之间的相对运动也起到一定的缓冲作用，此外，环形结构的缓冲垫17刚好密封嵌设于研磨垫10的外侧壁，升降台9位于缓冲垫17上端，以实现机体1在研磨工作时处于密封状态，避免研磨过程中所产生的粉尘碎屑飞扬出去。
如附图4-8，支撑盘3的外侧壁上开设有一对贯穿腔302，一对贯穿腔302之间设有一组安装腔，安装腔内安装有第一粉尘传感器11，机体1靠近底端的内部安装有集尘机构，集尘机构的外端导入至机体1的外部，且集尘机构上安装有第二粉尘传感器15，当研磨头2与研磨垫10相抵且相对旋转运动后，研磨头2上的晶圆与研磨垫10相抵后摩擦产生粉尘颗粒，颗粒物飘扬于机体1内，第一粉尘传感器11实时检测研磨头2处的粉尘颗粒浓度，当检测到粉尘颗粒浓度大于一定限度值后，通过集尘机构对机体1内的粉尘颗粒进行吸附，而技术人员可通过外接控制器与电动滑轨6相电连接，同时外接控制器与抽风机16相连接，图中未标出，当检测到粉尘颗粒浓度达到一定值时，通过电动滑轨6向上抬升研磨垫10,抽风机16启动后，研磨垫10与晶圆端面相脱离后更易于粉尘颗粒的吸附；
在此需要说明的是，在粉尘吸附过程中，升降台9未脱离机体1外，以便于实现机体1内的密封状态，从而易于对机体1内粉尘较为简便的进行吸附，同时也不易于使得粉尘飞扬至机体1外，当第二粉尘传感器15处所检测到的粉尘颗粒浓度下降至一定值时，抽风机16关闭，此时，研磨垫10可先随电动滑轨6上升脱离机体1再随电动滑轨6下降至晶圆端面上完成后续的研磨，以有效避免机体1后续研磨工作时处于一定的真空状态。
具体的，集尘机构包括固定连接于机体1内部的集尘罩13，集尘罩13位于支撑盘3的下方，集尘罩13的底端部固定连接有排气管14，排气管14的外端贯穿至机体1的外端，机体1的外端固定安装有连接于排气管14上的抽风机16，在进行粉尘颗粒吸附时，启动抽风机16便可将集尘罩13以及支撑盘3上的粉尘颗粒进行吸附，有效避免过多的粉尘颗粒对后续的研磨造成影响。
而集尘罩13为锥形结构，第二粉尘传感器15固定安装于排气管14的上端部，易于对粉尘颗粒的收集，集尘罩13上开设有用于转动轴5贯穿的中空腔，中空腔的内壁包覆有与转动轴5旋转衔接的密封套。
本发明的晶圆研磨机在使用时，首先，技术人员将待加工处理的晶圆放置于研磨头2上，通过研磨头2上的一对弧形限位套203对晶圆的两侧进行夹紧，弧形限位套203的厚度远低于晶圆厚度，对晶圆定位后，通过电动滑轨6与电动滑块7的配合实现升降台9底端的研磨垫10下降并相抵于晶圆上，此时，升降台9的边缘下端相抵于缓冲垫17上，启动电机4，通过转动轴5带动研磨头2进行旋转，研磨头2带动其上端的晶圆进行旋转，在研磨头2与研磨垫10相对旋转的过程中实现对晶圆进行研磨；
在研磨的过程中，所研磨产生的研磨粉尘颗粒飞扬于机体1内，安装于支撑盘3上的第一粉尘传感器11用于检测空气中的粉尘颗粒浓度，粉尘颗粒也会通过贯穿腔302导入至集尘罩13处，当检测到一定浓度时，研磨垫10向上抬升使其与研磨头2上的晶圆相脱离，此时，启动抽风机16，通过排气管14与集尘罩13的配合实现对机体1内的粉尘颗粒进行吸附出去，技术人员可在排气管14的外端固定套设用于收集粉尘颗粒的收集袋，图中未标出，当第一粉尘传感器11以及第二粉尘传感器15所检测到的粉尘浓度在标准范围内后，研磨垫10下降复位使得研磨垫10重新与研磨头2上的晶圆相接触，完成后续的研磨，实时检测机体1内的研磨形态，以此有助于研磨精度，且不会因粉尘颗粒过多而对晶圆端面造成磨损。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机,包括机体（1）、旋转安装于机体（1）内的研磨头（2）以及安装于研磨头（2）上方的研磨垫（10），其特征在于：所述机体（1）内固定安装有对研磨头（2）进行承托的支撑盘（3），所述机体（1）的底端固定安装有电机（4），所述电机（4）的驱动端贯穿机体（1）的底端并通过转动轴（5）贯穿支撑盘（3）固定连接于研磨头（2）的底端中部，所述研磨头（2）的底端旋转于支撑盘（3）的上端，所述研磨头（2）的上端两侧均设有晶圆定位机构；
所述机体（1）的一侧通过竖板固定安装有电动滑轨（6），所述电动滑轨（6）通过电动滑块（7）固定连接有固定架（8），所述研磨垫（10）固定连接于固定架（8）的底端，所述支撑盘（3）的外侧壁上开设有一对贯穿腔（302），一对所述贯穿腔（302）之间设有一组安装腔，所述安装腔内安装有第一粉尘传感器（11），所述机体（1）靠近底端的内部安装有集尘机构，所述集尘机构的外端导入至机体（1）的外部，且集尘机构上安装有第二粉尘传感器（15），所述转动轴（5）通过轴承（12）与支撑盘（3）的内壁旋转安装，所述研磨头（2）的下端两侧均固定连接有导向杆，所述支撑盘（3）的上端开设有与导向杆相匹配的导向腔（301），所述晶圆定位机构包括固定连接于研磨头（2）外端侧壁上的弧形定位盘（201），所述弧形定位盘（201）上固定吸附有限位盘（202），所述限位盘（202）的前端固定连接有弧形限位套（203），所述集尘机构包括固定连接于机体（1）内部的集尘罩（13），所述集尘罩（13）位于支撑盘（3）的下方，所述集尘罩（13）的底端部固定连接有排气管（14），所述排气管（14）的外端贯穿至机体（1）的外端，所述机体（1）的外端固定安装有连接于排气管（14）上的抽风机（16），所述集尘罩（13）为锥形结构，所述第二粉尘传感器（15）固定安装于排气管（14）的上端部。
2.根据权利要求1所述的一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机,其特征在于：所述弧形定位盘（201）的上端侧壁上安装有电磁铁，所述限位盘（202）的底端固定安装有磁吸块，且限位盘（202）为弧形L状结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机,其特征在于：所述固定架（8）的底端固定连接有升降台（9），所述升降台（9）固定连接于研磨垫（10）的上端，所述升降台（9）的上端两侧均通过牵引索固定连接于固定架（8）的底部两侧。
4.根据权利要求1所述的一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机,其特征在于：所述机体（1）靠近顶端的侧壁上固定连接有环形板，所述环形板上固定贴附有与升降台（9）位置对应的缓冲垫（17）。
5.根据权利要求1所述的一种基于形态变化的全自动晶圆研磨机,其特征在于：所述集尘罩（13）上开设有用于转动轴（5）贯穿的中空腔，所述中空腔的内壁包覆有与转动轴（5）旋转衔接的密封套。
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