CN111482865A - 晶圆打磨设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶圆加工领域，具体涉及了一种晶圆打磨设备，其真空吸盘轴机构的第一轴体承载并驱动晶圆旋转，压紧机构的压紧件抵接于晶圆以将其压紧于第一轴体，定位机构的定位件可在压紧机构执行压紧操作之前对晶圆实施二次定位，确保晶圆和第一轴体的同心度，打磨机构的打磨机可沿第一轴体的轴向和径向运动，这使得该晶圆打磨设备能够沿第一轴体(晶圆)的轴向自上而下对晶圆的外圆周面进行打磨，避免砂轮与晶圆的待加工圆周面的接触面积过大而导致晶圆崩边、碎片现象，而输送机构则是将晶圆在储存单元和第一轴体之间转移，实现晶圆的全自动存取、定位、压紧、打磨加工，最大程度地减少人工介入，确保晶圆加工的稳定性，并提高晶圆的加工效率。

Description

晶圆打磨设备

技术领域

本发明涉及晶圆加工领域，特别是涉及一种晶圆打磨设备。

背景技术

在某些集成电路的制造过程中，需要对晶圆的边缘进行打磨修整。当晶圆的厚度较大时，现有的晶圆磨边机直接对晶圆的边缘进行磨边极易发生崩边、碎片现象，这是因为现有的晶圆磨边机的砂轮只能够沿晶圆的径向运动以靠近或远离晶圆，砂轮与晶圆的待加工圆周面的接触面积较大。

而且，目前缺少一种集晶圆储存、晶圆输送、晶圆打磨的自动化晶圆打磨器械，现有的晶圆打磨器械仍然需要较多的人工介入，如通过人工输送晶圆至打磨设备，不利于提升晶圆的加工效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种晶圆打磨设备，以解决现有的晶圆磨边器械加工厚度较大的晶圆易崩边且晶圆加工效率低的问题。

基于此，本发明提供了一种晶圆打磨设备，包括机架以及设于所述机架上的真空吸盘轴机构、存取机构、压紧机构、定位机构、打磨机构和输送机构；所述真空吸盘轴机构包括与所述机架转动相连的第一轴体；所述存取机构具有多个用于储存晶圆的储存单元；所述压紧机构包括将晶圆压紧于所述第一轴体的压紧件；所述定位机构包括位于所述第一轴体的侧边且能够靠近或远离所述第一轴体运动的定位件；所述打磨机构包括位于所述第一轴体的侧边且能够沿所述第一轴体的径向和轴向运动的打磨机；所述输送机构用于在所述储存单元和第一轴体之间输送晶圆。

作为优选的，所述第一轴体的自由端上设有负压抽吸孔。

作为优选的，所述真空吸盘轴机构还包括设于所述第一轴体的旋转导气装置，所述第一轴体内设有负压腔，所述旋转导气装置连通于所述负压腔。

作为优选的，所述存取机构还包括设于机架的存取驱动装置和连接于所述存取驱动装置的储存部件；所述储存部件上设有多个所述储存单元，所述存取驱动装置驱动所述储存部件相对所述机架运动。

作为优选的，所述压紧机构还包括升降装置，所述压紧件连接于所述升降装置，所述升降装置驱动所述压紧件靠近或远离所述第一轴体运动。

作为优选的，所述压紧件包括与所述机架转动连接的第二轴体，所述第二轴体和第一轴体同轴设置，且二者的自由端相对设置。

作为优选的，所述定位件的数量设有两个，两个所述定位件分别位于所述第一轴体的自由端的两侧。

作为优选的，所述打磨机构还包括用于驱动所述打磨机和机架沿所述第一轴体的径向相对移动的第一打磨驱动装置以及用于驱动所述打磨机和机架沿所述第一轴体的轴向相对移动的第二打磨驱动装置。

作为优选的，所述输送机构包括输送驱动装置和连接于所述输送驱动装置的晶圆拾取部件，所述输送驱动装置驱动所述晶圆拾取部件在所述第一轴体和储存部件之间运动。

作为优选的，所述存取机构、压紧机构、定位机构和打磨机构位于所述第一轴体的四周。

本发明的晶圆打磨设备，其真空吸盘轴机构的第一轴体承载并驱动晶圆旋转，压紧机构的压紧件抵接于晶圆以将其压紧于第一轴体，定位机构的定位件可在压紧机构执行压紧操作之前对晶圆实施二次定位，确保晶圆和第一轴体的同心度，打磨机构的打磨机可沿第一轴体的轴向和径向运动，这使得该晶圆打磨设备能够沿第一轴体(晶圆)的轴向自上而下对晶圆的外圆周面进行打磨，避免砂轮与晶圆的待加工圆周面的接触面积过大而导致晶圆崩边、碎片现象，而输送机构则是将晶圆在储存单元和第一轴体之间转移，实现晶圆的全自动存取、定位、压紧、打磨加工，最大程度地减少人工介入，确保晶圆加工的稳定性，并提高晶圆的加工效率。

附图说明

图1是本发明实施例的晶圆打磨设备的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的晶圆打磨设备的真空吸盘轴机构的装配状态示意图；

图3是本发明实施例的晶圆打磨设备的真空吸盘轴机构的爆炸示意图；

图4是本发明实施例的晶圆打磨设备的第一轴体和连接环的装配状态示意图；

图5是本发明实施例的晶圆打磨设备的存放机构的装配状态示意图；

图6是本发明实施例的晶圆打磨设备的存放机构的正视示意图；

图7是本发明实施例的晶圆打磨设备的存放机构的侧视示意图；

图8是本发明实施例的晶圆打磨设备的存放机构的俯视示意图；

图9是本发明实施例的晶圆打磨设备的压紧机构的整体结构示意图之一；

图10是本发明实施例的晶圆打磨设备的压紧机构的整体结构示意图之二；

图11是本发明实施例的晶圆打磨设备的压紧机构的正视示意图；

图12是本发明实施例的晶圆打磨设备的压紧机构的侧视示意图；

图13是本发明实施例的晶圆打磨设备的压紧机构的后视示意图；

图14是本发明实施例的晶圆打磨设备的定位机构的整体结构示意图；

图15是本发明实施例的晶圆打磨设备的定位机构的正视示意图；

图16是本发明实施例的晶圆打磨设备的定位机构的侧视示意图；

图17是本发明实施例的晶圆打磨设备的定位机构的俯视示意图；

图18是本发明实施例的晶圆打磨设备的打磨机构的整体结构示意图之一；

图19是本发明实施例的晶圆打磨设备的打磨机构的整体结构示意图之二；

图20是本发明实施例的晶圆打磨设备的输送机构的整体结构示意图；

图21是本发明实施例的晶圆打磨设备的输送机构的正视示意图；

图22是本发明实施例的晶圆打磨设备的输送机构的侧视示意图；

图23是本发明实施例的晶圆打磨设备的输送机构的俯视示意图。

其中，

1、机架；

2、真空吸盘轴机构；21、第一轴体；211、负压抽吸孔；212、连接槽；213、连接孔；214、空腔；22、连接环；221、负压接口；23、轴套；24、轴承；25、密封圈；26、第一电机；

3、存取机构；31、储存部件；311、储存单元；32、第一滑轨；33、第二滑轨；34、滑块；

4、压紧机构；41、升降座；411、升降滑轨；412、第一调节滑槽；42、升降滑台；421、压紧气缸；43、升降气缸；44、连接支架；45、调节滑台；451、第二调节滑槽；46、第二轴体；

5、定位机构；51、第一定位滑台；511、第一定位滑槽；52、第二定位滑台；521、第二定位滑槽；53、定位座；54、定位气缸；55、定位件；551、定位槽；

6、打磨机构；61、打磨座；611、第二打磨滑轨；62、打磨滑块；63、打磨滑台；631、第一打磨滑轨；632、固定件；633、活动件；64、砂轮；65、第二电机；

7、输送机构；71、输送座；711、第一输送滑轨；72、输送滑台；721、第二输送滑轨；73、输送滑块；731、输送吸盘；

8、晶圆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

结合图1至图23所示，示意性地显示了本发明的晶圆打磨设备，包括机架1以及设于机架1上的真空吸盘轴机构2、存取机构3、压紧机构4、定位机构5、打磨机构6和输送机构7，在本实施例中，所述机架1为平板状。

如图3，真空吸盘轴机构2包括第一电机26以及与机架1转动相连的第一轴体21，第一电机26连接于第一轴体21，以驱动第一轴体21转动，第一轴体21的自由端的端面上设有负压抽吸孔211，该负压抽吸孔211产生的负压可吸附晶圆8，第一轴体21带动晶圆8一同转动。在本实施例中，机架1上开设有让位孔，第一轴体21以及上述的存取机构3、压紧机构4、定位机构5、打磨机构6和输送机构7均位于机架1的正面，第一电机26位于机架1的背面，且第一轴体21穿过上述的让位孔。

如图5，存取机构3具有多个用于储存晶圆8的储存单元311，多个储存单元311呈阵列排布，用于大批量储存晶圆8，无需人工频繁地为晶圆打磨设备补充待加工的晶圆8。

如图6，压紧机构4包括压紧驱动装置和转动连接于压紧驱动装置的第二轴体46(即压紧件)，第二轴体46位于第一轴体21的上方，第二轴体46和第一轴体21同轴设置，且二者的自由端相对设置，压紧驱动装置用于驱动第二轴体46沿第二轴体46的轴向运动，使第二轴体46的自由端能够靠近或远离第一轴体21的自由端，当晶圆8被安置于第一轴体21的负压抽吸孔211时，压紧驱动装置驱动第二轴体46向着第一轴体21运动，使第二轴体46的自由端抵接于晶圆8，以将晶圆8压紧在第一轴体21上。当第一电机26驱动第一轴体21转动时，晶圆8和第二轴体46均被动地跟随第一轴体21转动。

正是由于第二轴体46将晶圆8压紧在第一轴体21上，且第二轴体46能被动地跟随第一轴体21转动，以解决负压抽吸孔211对晶圆8的吸附力度不足而导致晶圆8无法稳定地安置在旋转的第一轴体21上的问题。

如图14，定位机构5包括两个相对设置且能够相向运动或相背运动的定位件55，两个所定位件55分别位于第一轴体21的自由端的两侧，定位件55上设有横截面呈V形的定位槽551，V形定位槽551可适应多种不同规格的晶圆8，两个定位件55的定位槽551的开口相对设置。当晶圆8被安置在第一轴体21上之后，两个定位件55相向运动，使得晶圆8的外圆周面卡接在定位件55的定位槽551内，确保第一轴体21和晶圆8的同心度。

如图18，打磨机构6包括第一打磨驱动装置、第二打磨驱动装置和转动连接于第二打磨驱动装置的砂轮64(即打磨机)，第一打磨驱动装置用于驱动打磨机和机架1沿第一轴体21的径向相对移动，第二打磨驱动装置用于驱动打磨机和机架1沿第一轴体21的轴向相对移动，砂轮64位于第一轴体21的自由端的侧边，当然，第二打磨驱动装置上还设有第二电机65，第二电机65和砂轮64相连接，以驱动砂轮64转动并对晶圆8进行打磨。第一打磨驱动装置和第二打磨驱动装置用于驱动砂轮64沿第一主轴的径向和轴向运动，因此，该晶圆打磨设备能够沿第一轴体21(晶圆8)的轴向自上而下对晶圆8的外圆周面进行打磨，避免砂轮64与晶圆8的待加工圆周面的接触面积过大而导致晶圆8崩边、碎片现象。

如图20，输送机构7用于在存取机构3和真空吸盘轴机构2之间输送晶圆8，以自动地将存取机构3上的待加工的晶圆8安置在真空吸盘轴机构2的第一轴体21上，或者，将第一轴体21上已完成加工的晶圆8转移至存取机构3。

存取机构3、压紧机构4、定位机构5和打磨机构6位于第一轴体21的四周，充分利用机架1上有限的空间。

进一步的，结合图2至图4所示，真空吸盘轴机构2还包括连接环22和固定连接于机架1的轴套23，轴套23和让位孔同轴设置，第一轴体21可转动地穿设于轴套23，当然轴套23和第一轴体21之间可设置有一个或多个深沟球轴承24，以实现二者的转动连接。第一轴体21内设有圆柱形的负压腔，该负压腔的一端贯通于第一轴体21的自由端的端面以形成负压抽吸孔211，第一轴体21的侧壁上设有绕其轴线设置的连接槽212，即连接槽212绕第一轴体21的周向设置，连接槽212的底壁上开设有连通于负压腔的连接孔213。第一轴体21可转动地穿设于连接环22，连接槽212的开口和连接环22的内侧壁相对设置，且连接槽212和连接环22之间形成一空腔214，该空腔214通过连接孔213连通于负压腔。此外，连接环22上还开设有连通于负压源的负压接口221，负压源对空腔214内的空气进行抽吸，进而使负压腔内产生负压，迫使安置在负压抽吸孔211上的晶圆8能够被吸附在第一轴体21上。连接槽212和连接环22形成旋转导气装置，使得第一轴体21在旋转的过程中负压腔和负压源相连通。

优选的，连接槽212的两侧还设有密封圈25，密封圈25的外侧可滑动地抵接于连接环22的内侧壁，确保空腔214的气密性。

结合图5至图8所示，存取机构3还包括储存部件31和存取驱动装置，存取驱动装置又分为第一存取驱动装置和第二存取驱动装置：

储存部件31呈平板状，储存部件31上设有多个呈阵列排布的储存单元311。第一存取驱动装置包括连接于所述机架1的第一滑轨32，储存部件31可滑动地连接于第一滑轨32。第二存取驱动装置包括固定连接于机架1的第二滑轨33以及可滑动地连接于第二滑轨33的滑块34，第二滑轨33和第一滑轨32相互垂直设置，且第一滑轨32设在滑块34上。第一滑轨32和第二滑轨33均水平布置，使得储存部件31能够在水平面上沿相互垂直的两个方向运动，以便于输送机构7拿取储存部件31上的晶圆8。当然，可通过现有的滚珠丝杆机构驱动储存部件31在第一滑轨32上滑移或驱动滑块34在第二滑轨33上滑移。

结合图9和图13所示，压紧驱动装置包括升降组件：

升降组件包括升降座41、升降滑台42和升降气缸43，升降座41固定连接于机架1，升降座41上设有竖直设置的升降滑轨411，升降滑台42可滑动地连接于升降滑轨411，且升降气缸43的两端分别连接于升降座41和升降滑台42，升降气缸43伸展或收缩以驱动升降滑台42在升降滑轨411上滑移。升降滑台42上还设有压紧气缸421，压紧气缸421的活塞运动方向竖直设置，第二轴体46转动连接于压紧气缸421的活塞。升降气缸43驱动升降滑台42滑移，使得第二轴体46的自由端靠近第一主轴的活动端(晶圆8)，压紧气缸421伸展以驱使第二轴体46的自由端抵接并压紧晶圆8。

为了在维护该晶圆打磨设备时调节第一轴体21和第二轴体46的同心度，压紧驱动装置还包括调节组件，调节组件包括连接支架44和调节滑台45，升降座41上设有水平设置的第一调节滑槽412，调节滑台45上设有第二调节滑槽451，且第一调节滑槽412和第二调节滑槽451相互垂直设置。调节滑台45可滑动地连接于第一调节滑槽412，连接支架44可滑动地连接于第二调节滑槽451，升降滑轨411则设于连接支架44。第一调节滑槽412和第二调节滑槽451使得连接支架44(第二轴体46)在水平面上沿两个相互垂直的方向运动，进而调节第二轴体46和第一轴体21的同心度。

结合图14至图17所示，定位机构5还包括第一定位滑台51、第二定位滑台52、定位座53和定位气缸54：

定位座53固定连接于机架1，定位件55设于第一定位滑台51，第一定位滑台51上设有第一定位滑槽511，第二定位滑台52可滑动地连接于第一定位滑槽511；第二定位滑台52上设有第二定位滑槽521，定位座53可滑动地连接于第二定位滑槽521，第一定位滑槽511和第二定位滑槽521相互垂直设置。第一定位滑槽511和第二定位滑槽521使得第一定位滑台51能够在水平面上沿两个相互垂直的方向运动，以便于对定位件55的位置进行微调，确保定位件55能够对晶圆8进行精准地二次定位。

定位气缸54的缸体设于第一定位滑台51，定位气缸54的活塞连接于定位件55，以驱动两个定位件55相向运动。

结合图19和图20所示，第一打磨驱动装置包括打磨座61、和连接于机架1的打磨滑台63，第二打磨驱动装置包括打磨滑块62：

打磨滑台63上设有沿第一轴体21的轴向布置的第一打磨滑轨631，打磨滑块62可滑动地连接于第一打磨滑轨631，砂轮64转动连接于打磨滑块62，这实现了砂轮64沿第一轴体21(晶圆8)的轴向运动；打磨座61上设有沿第一轴体21的径向布置的第二打磨滑轨611，打磨滑台63可滑动地连接于第二打磨滑轨611，第二打磨滑轨611和第一打磨滑轨631相互垂直设置。第一打磨滑轨631和第二打磨滑轨611实现了砂轮64沿第一轴体21的轴向和径向相对晶圆8运动。

为了便于更换砂轮64，打磨滑台63包括转动连接的固定件632和活动件633，固定件632可滑动地连接于第二打磨滑轨611，第一打磨滑轨631设于活动件633，当活动件633相对固定件632转动时，砂轮64随着活动件633一同摆动并翘起，让位出足够的空间以便于维护人员更换砂轮64。当然，活动件633和固定件632可通过现有的螺栓、插销等紧固件相互紧固，以免在打磨的过程中活动件633和固定件632相对转动。

结合图20至图23所示，输送机构7包括输送驱动装置和晶圆拾取部件，输送驱动装置包括输送座71、输送滑台72和输送滑块73，输送座71固定连接于机架1；

输送座71上设有水平设置的第一输送滑轨711，输送滑台72可滑动地连接于输送滑轨，输送滑台72上设有竖直设置的第二输送滑轨721，输送滑块73可滑动地连接于第二输送滑轨721；输送滑块73上设有用于吸附晶圆8的晶圆拾取部件，其中，晶圆拾取部件优选为输送吸盘731。

本发明的晶圆打磨设备的工作流程：

输送吸盘731吸附储存单元311上的晶圆8，输送滑块7334沿第一输送滑轨711滑移，以将晶圆8转移至第一轴体21的自由端，此时，晶圆8在重力的作用下置于第一轴体21的自由端。定位机构5的两个定位件55相向运动并夹持晶圆8，修正晶圆8的位置以确保晶圆8和第一轴体21的同心度。第一轴体21的负压腔产生负压并吸附晶圆8，定位机构5的两个定位件55相背运动以远离晶圆8，压紧机构4的第二轴体46的自由端下压并压紧晶圆8。第一轴体21旋转并带动晶圆8和第二轴体46转动，同时打磨机构6的砂轮64沿第一轴体21(晶圆8)的轴向自上而下对晶圆8的外圆周面进行打磨，待晶圆8打磨完毕后，输送机构7的输送吸盘731吸附第一轴体21上的晶圆8并将其转移至储存单元311，以便进行下一片晶圆8的打磨操作。

综上所述，本发明的晶圆打磨设备，其真空吸盘轴机构2的第一轴体21可通过负压抽吸孔211吸附晶圆8，压紧机构4的第二轴体46的自由端抵接于晶圆8以将其压紧于第一轴体21，定位机构5的两个定位件55可在压紧机构4执行压紧操作之前对晶圆8实施二次定位，确保晶圆8和第一轴体21的同心度，打磨机构6的砂轮64在打磨驱动装置的驱动下可沿第一轴体21的轴向和径向运动，这使得该晶圆打磨设备能够沿第一轴体21(晶圆8)的轴向自上而下对晶圆8的外圆周面进行打磨，避免砂轮64与晶圆8的待加工圆周面的接触面积过大而导致晶圆8崩边、碎片现象，而输送机构7则是将晶圆8在存取机构3和真空吸盘轴机构2之间转移，实现晶圆8的全自动存取、定位、压紧、打磨加工

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆打磨设备，其特征在于，包括机架以及设于所述机架上的真空吸盘轴机构、存取机构、压紧机构、定位机构、打磨机构和输送机构；所述真空吸盘轴机构包括与所述机架转动相连的第一轴体；所述存取机构具有多个用于储存晶圆的储存单元；所述压紧机构包括将晶圆压紧于所述第一轴体的压紧件；所述定位机构包括位于所述第一轴体的侧边且能够靠近或远离所述第一轴体运动的定位件；所述打磨机构包括位于所述第一轴体的侧边且能够沿所述第一轴体的径向和轴向运动的打磨机；所述输送机构用于在所述储存单元和第一轴体之间输送晶圆。

2.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述第一轴体的自由端上设有负压抽吸孔。

3.根据权利要求2所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述真空吸盘轴机构还包括设于所述第一轴体的旋转导气装置，所述第一轴体内设有负压腔，所述旋转导气装置连通于所述负压腔。

4.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述存取机构还包括设于机架的存取驱动装置和连接于所述存取驱动装置的储存部件；所述储存部件上设有多个所述储存单元，所述存取驱动装置驱动所述储存部件相对所述机架运动。

5.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述压紧机构还包括压紧驱动装置，所述压紧件连接于所述压紧驱动装置，所述压紧驱动装置驱动所述压紧件靠近或远离所述第一轴体运动。

6.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述压紧件包括与所述机架转动连接的第二轴体，所述第二轴体和第一轴体同轴设置，且二者的自由端相对设置。

7.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述定位件的数量设有两个，两个所述定位件分别位于所述第一轴体的自由端的两侧。

8.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述打磨机构还包括用于驱动所述打磨机和机架沿所述第一轴体的径向相对移动的第一打磨驱动装置以及用于驱动所述打磨机和机架沿所述第一轴体的轴向相对移动的第二打磨驱动装置。

9.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述输送机构包括输送驱动装置和连接于所述输送驱动装置的晶圆拾取部件，所述输送驱动装置驱动所述晶圆拾取部件在所述第一轴体和储存部件之间运动。

10.根据权利要求1所述的晶圆打磨设备，其特征在于，所述存取机构、压紧机构、定位机构和打磨机构位于所述第一轴体的四周。

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