CN113732851B - 一种用于半导体晶圆背面打磨的装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,属于晶圆制造领域,包括:运转机构包括可旋转的安装盘,安装盘多个安装孔。承载盘数量与安装孔相同,承载盘转动设于安装孔内,承载盘沿圆周设有多个沉孔,承载盘底部设有连接部。第一驱动部件位于安装盘下方,第一驱动部件包括驱动泵,沿驱动泵转轴的轴线方向移动设有驱动轴,打磨晶圆片时,驱动轴与承载盘的连接部相连。进料机构包括对位台及吸盘。打磨机构对应第一驱动部件设于安装盘上方,打磨机构设有打磨盘,安装盘的上方及下方对应打磨机构的位置设有密封罩。具有较高的使用安全性,同时便于维修检查,且具有较高的加工效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体晶圆加工技术领域,尤其涉及一种用于半导体晶圆背面打磨的装置。
背景技术
用于半导体器件生成的晶圆,其制作工艺主要包括结晶成型、整形、切片、打磨等。半导体生产厂家在制造之前需要对上游提供的晶圆进行减薄加工,以达到半导体产品设计的要求厚度,目前主要通过打磨的方式对晶圆减薄。
打磨时需要不同向晶圆喷洒打磨液体,液体不仅用于冲刷清洁晶圆,同时打磨液液体中含有添加成分用于保护晶圆的化学稳定性。现有的打磨装置通常将各个机构统一设置在密封箱体内,包括各类采用电气驱动的部件,例如驱动晶圆及打磨盘旋转的电机等。这种结构的设备需要对各类电气元件做特殊的防水处理,导致成本增高,同时也难以避免电气元件收到液体的侵蚀,造成损坏。另一方面,现有的打磨设备,其打磨盘通常与晶圆同轴设置,利用相对旋转实现对晶圆的打磨,此种结构单次仅能加工一块晶圆,效率较低。
发明内容
为解决现有技术不足,本发明提供一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,具有较高的使用安全性,同时便于维修检查;可同时对多块晶圆进行打磨减薄,具有较高的加工效率。
为了实现本发明的目的,拟采用以下方案:
一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,其特征在于,包括:运转机构、承载盘、第一驱动部件、进料机构以及打磨机构。
运转机构包括可旋转的安装盘,安装盘顶面沿圆周阵列开设有至少三个安装孔。
承载盘数量与安装孔相同,承载盘转动设于安装孔内,承载盘沿圆周设有多个沉孔,用于放置晶圆片,承载盘底部设有连接部。
第一驱动部件位于安装盘下方,第一驱动部件包括驱动泵,驱动泵利用水驱动旋转,沿驱动泵转轴的轴线方向移动设有驱动轴,驱动泵的转轴带动驱动轴旋转,打磨晶圆片时,驱动轴与承载盘的连接部相连。
进料机构包括对位台及吸盘,对位台用于对晶圆片定位,吸盘设于对位台上方,吸盘用于吸附并转移晶圆片。
打磨机构对应第一驱动部件设于安装盘上方,打磨机构设有打磨盘,安装盘的上方及下方对应打磨机构的位置设有密封罩。
进一步的,还包括第二驱动部件,对应进料机构设于安装盘下方,第二驱动部件包括电机,电机的转轴滑动设磁板,磁板与电机的转轴端面之间设有分隔板,磁板用于吸附连接承载盘的连接部。
进一步的,驱动泵的转轴设有连接杆,连接杆位于驱动泵的外侧,连接杆同轴穿设于驱动轴下段的连接孔内,连接孔底面与连接杆前端之间设有弹簧;
驱动轴外周套设有密封套,密封套底面与驱动泵密封连接,驱动轴下段设有法兰,法兰位于密封套内,密封套侧壁连通设有导管,导管位于法兰与密封套底面之间,导管用于向密封套内部加压,加压介质可以是液体或是气体。
进一步的,连接部底部具有圆锥孔,圆锥孔的侧壁沿圆周开设有多处条形槽,条形槽的顶端位于圆锥孔的锥顶,条形槽的底端位于圆锥孔的锥底,驱动轴顶部为圆锥台,圆锥台外壁沿圆周设有多处凸条,当驱动轴与连接部相连时,圆锥台与圆锥孔贴合,凸条嵌合于条形槽内。
进一步的,承载盘的沉孔周侧均开设有环形槽,环形槽底部开设有通孔,安装孔底部为镂空结构,以便于打磨时的液体从安装盘底部排出,通孔位于环形槽内距离承载盘轴线最远的位置。
进一步的,还包括检测开关,承载盘的沉孔中心位置的底部均开设有贯穿孔,检测开关位于安装盘下方,当进料机构向承载盘放置晶圆片时,检测开关与承载盘其中一个沉孔的贯穿孔对齐。
进一步的,对位台开设有四条呈“十”字结构的滑槽,滑槽均沿对位台的法线方向开设,滑槽均滑动设有滑块,对位台同轴设有十字拨叉,十字拨叉的各分支通过连杆分别与滑块相连,连杆与十字拨叉以及滑块均采用铰接连接,滑块设有拨杆,拨杆均凸出于对位台的顶面。
进一步的,运转机构设于工作台上,工作台顶面设有环形罩,安装盘转动设于环形罩内,安装盘采用同步带驱动,同步带设于工作台下方。
本发明的有益效果在于:
1、采用利用水力驱动的驱动泵对驱动承载盘旋转,从而实现带动晶圆转动,减少使用电气的零部件,从根本上避免电气的防水及易受损坏的问题,并且将驱动打磨盘的电机设置于装置外侧,防止与液体接触同时便于检修,针对液体较多的打磨工位设有密封罩,以减小液体对其他工位的影响。
2、本申请通过承载盘放置晶圆,一块承载盘可同时放置多块晶圆,并且可同时进行打磨,并通过安装板同时安装多块承载盘,以便于同时进行多工位操作,可同时进行晶圆打磨、取出晶圆、清洁承载盘以及放置晶圆,极大的提高了晶圆打磨减薄的效率。
附图说明
本文描述的附图只是为了说明所选实施例,而不是所有可能的实施方案,更不是意图限制本发明的范围。
图1示出了本申请的整体结构图。
图2示出了打磨机构的构造及安装示意图。
图3示出了安装盘的结构以及与打磨机构、进料机构的位置关系示意图。
图4示出了图3中A处的放大图。
图5示出了安装盘底部一侧的示意图。
图6示出了安装盘底部另一侧的示意图。
图7示出了图6中B处的放大图。
图8示出了图6中C处的放大图。
图9示出了安装盘的结构以及与承载盘的连接关系图。
图10示出了承载盘的结构图。
图11示出了承载盘的结构剖视图。
图12示出了第一驱动部件的构造图。
图13示出了第一驱动部件的结构爆炸图。
图14示出了第一驱动部件的结构剖视图。
图15示出了对位台的顶部视图。
图16示出了对位台的底部视图。
图中标记:运转机构-10、安装盘-11、安装孔-111、密封罩-12、承载盘-20、沉孔-21、环形槽-211、通孔-212、贯穿孔-213、连接部-22、圆锥孔-221、条形槽-222、第一驱动部件-30、驱动泵-31、壳体-311、叶轮-312、连接杆-313、驱动轴-32、法兰-321、圆锥台-322、凸条-323、密封套-33、导管-331、弹簧-34、进料机构-40、对位台-41、滑槽-411、吸盘-42、滑块-43、十字拨叉-44、连杆-45、打磨机构-50、打磨盘-51、第二驱动部件-60、电机-61、磁板-62、分隔 板-63 、检测开关-70、作台-80、环形罩-81、清洗管-90。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明,但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直,而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“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;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3以及图5、图6所示,一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,包括:运转机构10、承载盘20、第一驱动部件30、进料机构40以及打磨机构50。
具体的,运转机构10包括可旋转的安装盘11,安装盘11顶面沿转轴的圆周阵列开设有至少三个安装孔111,以便于实现多工位同时工作。
作为本申请优选的实施例,如图3、图4、图5以及图9所示,安装盘11顶面沿圆周阵列设有四个安装孔111,在工作时,可对应四个安装孔111依次进行晶圆上料、晶圆打磨、晶圆出料以及清洗承载盘20四项工作。
进一步优选的,如图3所示对应进料机构40之前的溢出安装孔111上方设有清洗管90,清洗管90设有多根倾斜的支管,用于冲洗承载盘20。为防止清洗时的液体四处溅射,因此安装板11的上下面对应清洗承载盘20的工位均设有密封罩12。
具体的,承载盘20数量与安装孔111相同,承载盘20转动设于安装孔111内,承载盘20与安装孔111均为圆形结构。如图10、图11所示承载盘20沿圆周阵列设有多个沉孔21,用于放置晶圆片,承载盘20底部设有连接部22。连接部22外周套设有轴承,用于连接安装盘11。
具体的,第一驱动部件30位于安装盘11下方,第一驱动部件30包括驱动泵31,驱动泵31的转轴利用水驱动旋转,沿驱动泵31转轴的轴线方向移动设有驱动轴32,驱动泵31的转轴带动驱动轴32旋转。驱动泵31采用水力驱动,避免在液体流出的下方使用电气设备,现有设备多数采用电机驱动,而本申请则从根源上避免使用电气元件,减少使用中可能存在的液体侵蚀电气的情况。
具体的,进料机构40包括对位台41及吸盘42,对位台41用于对晶圆片定位,吸盘42设于对位台41上方,吸盘42用于吸附并转移晶圆片。如图1至图3所示,吸盘42安装于一气缸的推杆,该气缸移动设置于一直线移动机构,直线移动机构可采用电极丝杆模块,也可直接采用直线伺服电机模块。吸盘42将对位台41上的晶圆片吸附,然后通过气缸带动向上提升,之后便通过直线移动机构带动转移至承载盘20的沉孔21上方,然后再将晶圆放置在沉孔21内。如图3所示,本实施例中安装盘11呈逆时针旋转,进料机构40位于第一驱动部件30上一个工位。
具体的,打磨机构50对应第一驱动部件30设于安装盘11上方,打磨机构50设有打磨盘51,用于打磨承载盘20内放置的晶圆片。安装盘11的上方及下方对应打磨机构50的位置设有密封罩12,防止打磨时液体四处溅射;密封罩12位置保持固定,通过安装盘11转动,将装有待打磨晶圆片的承载盘20转移至打磨机构50下方,在密封罩12内进行打磨加工,打磨机构50的驱动电机设于安装盘11上方密封罩12的顶部,以防止进水,同时便于日常维护。
打磨晶圆片时,通过转动安装盘11,两装满晶圆片的承载盘20移动至打磨盘51下方。此时驱动轴32向上伸出,驱动轴32顶部与承载盘20的连接部22相连,驱动泵3带动驱动轴32旋转,从而使承载盘20转动,使晶圆收到打破盘51旋转打磨的同时进行旋转,可同时对多块晶圆片进行打磨,提高打磨效率。
优选的,如图6、图7所示,用于半导体晶圆背面打磨的装置,还包括第二驱动部件60,对应进料机构40设于安装盘11下方,第二驱动部件60包括电机61,电机61的转轴滑动设磁板62,磁板62与电机61的转轴端面之间设有分隔板63,分隔板63采用塑料或橡胶或是木质材料制作,用于减小磁板62与电机61的转轴之间的吸附力,磁板62用于吸附连接承载盘20的连接部22。通过设置分隔板63,使得磁板62与连接部22之间的磁吸力大于磁板62与电机61的转轴之间的吸力。
当安装盘11带动承载盘20转动至第二驱动部件60上方时,在吸力作用下,磁板62将沿着电机61的转轴向上移动,直至磁板62吸附在连接部22底部,利用吸附力使电机61通过磁板62带动承载盘20转动,以便于使空位的沉孔21处于晶圆片唯一进料的位置,方便吸盘42将晶圆片放置于沉孔21内。
进一步优选的,连接部22底部具有圆锥孔,磁板62为圆形,其顶面为圆锥结构,磁板62电机61的转轴同轴,从而保证电机61的主轴与承载盘20同轴,同时利用磁板62顶部的圆锥结构,使磁板62与连接部22的结合及分离更加顺畅。通过安装盘11旋转使磁板62与连接部22逐步错位,从而使其二者分离。因为磁板62与电机61的转轴之间任然存在吸力,所以当磁板62与连接部22分离之后,磁板62将再次被吸附下降。
优选的,如图12至图14所示,驱动泵31的转轴设有连接杆313,连接杆313位于驱动泵31的外侧,连接杆313同轴穿设于驱动轴32下段的连接孔内,连接孔底面与连接杆313前端之间设有弹簧34。弹簧34呈自然状态时驱动轴32处于收回状态,此时驱动轴32于连接部22分离。
更具体的,如图13、图14所示,驱动泵31包括壳体311以及设于壳体311内的叶轮312,壳体311一侧设有进水管,另一侧设有出水管,水流从壳体311内通过,从而带动叶轮312旋转,连接杆313与叶轮312的转轴同轴,且连接杆313截面为矩形结构,驱动轴32用于穿设连接杆313的孔为矩形孔。
驱动轴32外周套设有密封套33,密封套33底面与驱动泵31密封连接,驱动轴32下段设有法兰321,法兰321位于密封套33内,密封套33侧壁连通设有导管331,导管331位于法兰321与密封套33底面之间,导管331用于向密封套33内部加压,加压介质为液体或气体。通过对密封套33内部加压使驱动轴32向上伸出,此时弹簧34被拉伸,驱动轴32伸出之后便可与连接部22相连。通过加压的方式与弹簧34配合控制驱动轴32的伸缩,避免使用电气控制,从根源上避免发生电气故障。
优选的,如图8、图11所示,连接部22底部具有圆锥孔221,圆锥孔221的侧壁沿圆周开设有多处条形槽222,条形槽222的顶端位于圆锥孔221的锥顶,条形槽222的底端位于圆锥孔221的锥底。如图8、图13、图14所示,驱动轴32顶部为圆锥台322,圆锥台322外壁沿圆周设有多处凸条323,当驱动轴32与连接部22相连时,圆锥台322与圆锥孔221贴合,以保证驱动轴32与承载盘20同轴,凸条323嵌合于条形槽222内,防止打磨晶圆片时驱动轴32与驱动轴32之间产生相对转动,提高打磨的平稳性。
优选的,如图10所示,承载盘20的沉孔21周侧均开设有环形槽211,使打磨加工时的液体排入环形槽211,环形槽211底部开设有通孔212,用于排水,安装孔111底部为镂空结构,以便于打磨时的液体从安装盘11底部排出。
进一步优选的,如图10、图11所示,通孔212位于环形槽211内距离承载盘20轴线最远的位置,以便于利用承载盘20转动时的离心力将液体顺利从通孔212排出。
优选的,还包括检测开关70,承载盘20的沉孔21中心位置的底部均开设有贯穿孔213,检测开关70位于安装盘11下方,当进料机构40向承载盘20放置晶圆片时,检测开关70与承载盘20其中一个沉孔21的贯穿孔213对齐。
工作原理,当安装盘11带动承载盘20移动至放置晶圆片的位置时,通过第二驱动部件60带动承载盘20转动,此时检测开关70开始工作,承载盘20转动过程中,当第一个贯穿孔213与检测开关70对齐时,则停止转动承载盘20,之后便可开始利用吸盘42向沉孔21内放置晶圆片,晶圆片放置完成之后第二驱动部件60再次带动承载盘20转动,直至下一个贯穿孔213与与检测开关70对齐,便可向空的沉孔21内放置晶圆片,当承载盘20转动至少一圈之后,检测开关70再无法检测到贯穿孔213时,便完成晶圆片的放置工作。检测开关70可采用接近开关或光电开关,利用感应区域穿过贯穿孔213作为信号判断的依据。
优选的,如图15、图16所示,对位台41开设有四条呈“十”字结构的滑槽411,滑槽411均沿对位台41的法线方向开设,且延伸轨迹与对位台41的轴线相交,滑槽411均滑动设有滑块43,对位台41同轴设有十字拨叉44,十字拨叉44的各分支通过连杆45分别与滑块43相连,连杆45与十字拨叉44以及滑块43均采用铰接连接,滑块43设有拨杆,拨杆均凸出于对位台41的顶面,拨杆用于推动晶圆片以及限定晶圆片的位置,转动十字拨叉44可使四条滑槽411内的滑块43同时沿对位台41的法线方向移动相同的距离,以便于实现对放置于对位台41上的晶圆片进行定位及固定,使晶圆片准确的处于吸盘42吸附位置的下方,以使得晶圆片可精确的放入沉孔21内,十字拨叉44采用电机驱动旋转。
优选的,如图1至图3以及图6所示,运转机构10设于工作台80上,工作台80顶面设有环形罩81,安装盘11转动设于环形罩81内,环形罩81用于防止打磨时的液体外溢,安装盘11采用同步带驱动,以便于将驱动电机设于运转机构10外侧,同步带设于工作台80下方,防止沾染液体。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解,在不脱离本发明的范围情况下,对本发明进行的各种改变或同等替换,均属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,其特征在于,包括:
运转机构(10),包括转动设置的安装盘(11),安装盘(11)顶面沿圆周阵列开设有至少三个安装孔(111);
承载盘(20),数量与安装孔(111)相同,承载盘(20)转动设于安装孔(111)内,承载盘(20)沿圆周设有多个沉孔(21),用于放置晶圆片,承载盘(20)底部设有连接部(22),承载盘(20)的沉孔(21)周侧均开设有环形槽(211),环形槽(211)底部开设有通孔(212),安装孔(111)底部为镂空结构,通孔(212)位于环形槽(211)内距离承载盘(20)轴线最远的位置;
第一驱动部件(30),位于安装盘(11)下方,第一驱动部件(30)包括驱动泵(31),驱动泵(31)的转轴利用水力驱动旋转,沿驱动泵(31)转轴的轴线方向移动设有驱动轴(32),驱动泵(31)与驱动轴(32)同时旋转,打磨晶圆片时,驱动轴(32)与承载盘(20)的连接部(22)相连;驱动泵(31)的转轴设有连接杆(313),连接杆(313)位于驱动泵(31)的外侧,连接杆(313)同轴穿设于驱动轴(32)下段的连接孔内,连接孔的底面与连接杆(313)前端之间设有弹簧(34),驱动轴(32)外周套设有密封套(33),密封套(33)底面与驱动泵(31)外壁密封连接,驱动轴(32)下段设有法兰(321),法兰(321)位于密封套(33)内,密封套(33)侧壁连通设有导管(331),导管(331)位于法兰(321)与密封套(33)底面之间,导管(331)用于向密封套(33)内部加压;
进料机构(40),包括对位台(41)及吸盘(42),对位台(41)用于对晶圆片定位,吸盘(42)设于对位台(41)上方,吸盘(42)用于吸附并向沉孔(21)内转移晶圆片;
打磨机构(50),对应第一驱动部件(30)设于安装盘(11)上方,打磨机构(50)设有打磨盘(51),安装盘(11)的上方及下方对应打磨机构(50)的位置设有密封罩(12);
第二驱动部件(60),对应进料机构(40)设于安装盘(11)下方,第二驱动部件(60)包括电机(61),电机(61)的转轴滑动设磁板(62),磁板(62)与电机(61)的转轴端面之间设有分隔板(63),磁板(62)用于吸附连接承载盘(20)的连接部(22)。
2.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,其特征在于,连接部(22)底部具有圆锥孔(221),圆锥孔(221)的侧壁沿圆周开设有多处条形槽(222),驱动轴(32)顶部为圆锥台(322),圆锥台(322)外壁沿圆周设有多处凸条(323),当驱动轴(32)与连接部(22)相连时,圆锥台(322)与圆锥孔(221)贴合,凸条(323)嵌合于条形槽(222)内。
3.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,其特征在于,还包括检测开关(70),承载盘(20)的沉孔(21)中心位置的底部均开设有贯穿孔(213),检测开关(70)位于安装盘(11)下方,当进料机构(40)向承载盘(20)放置晶圆片时,检测开关(70)与承载盘(20)其中一个沉孔(21)的贯穿孔(213)对齐。
4.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,其特征在于,对位台(41)开设有四条呈“十”字结构的滑槽(411),滑槽(411)均沿对位台(41)的法线方向开设,滑槽(411)均滑动设有滑块(43),对位台(41)同轴设有十字拨叉(44),十字拨叉(44)的各分支通过连杆(45)分别与滑块(43)相连,连杆(45)与十字拨叉(44)以及滑块(43)均采用铰接连接,滑块(43)设有拨杆,拨杆均凸出于对位台(41)的顶面。
5.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆背面打磨的装置,其特征在于,运转机构(10)设于工作台(80)上,工作台(80)顶面设有环形罩(81),安装盘(11)转动设于环形罩(81)内,安装盘(11)采用同步带驱动,同步带设于工作台(80)下方。
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