CN113910072A - 吸盘转台和晶圆加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸盘转台和晶圆加工系统，其中吸盘转台包括：按照由上至下的顺序固定连接的吸盘、底座和轴承、以及与轴承连接的驱动机构、与轴承同轴设置的供给管；吸盘包括多孔盘和承载件，承载件上部具有用于容纳多孔盘的凹部；承载件与底座之间的接触面上设有沟槽，承载件内部设有贯穿其上、下表面的第一通道，第一通道的底端与沟槽连通，第一通道的上端通向多孔盘；底座内部设有第二通道；供给管内部设有互相隔开的第三通道和第四通道，第三通道与第二通道直接连通，第四通道与沟槽直接连通，第三通道和第四通道分别连通流体源和真空源，以通过不同通路向吸盘提供流体和真空，从而减少交互污染。晶圆加工系统包括吸盘转台和磨削工具。

Description

吸盘转台和晶圆加工系统

技术领域

本发明涉及晶圆超精密磨削技术领域，尤其涉及一种吸盘转台和晶圆加工系统。

背景技术

目前半导体行业采用在半导体晶圆的表面上形成有IC(Integrated Circuit，集成电路)或LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)等电子电路来制造半导体芯片。晶圆在被分割为半导体芯片之前，通过磨削减薄加工装置来磨削形成有电子电路的器件面的相反侧的背面，从而将晶圆减薄至预定的厚度。

在减薄工艺中，晶圆通过吸盘转台的真空吸附效应实现位置固定，与此同时，吸盘转台的平整度直接影响晶圆磨削之后的厚度一致性。在磨削过程中，研磨水、细小的研磨碎屑、硅粉等污染物会积聚在吸盘转台内部，时间久了之后引起吸盘转台表面局部凸起，造成晶圆的一致性变差，良品率变低。

发明内容

本发明实施例提供了一种吸盘转台和晶圆加工系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种吸盘转台，包括：按照由上至下的顺序固定连接的吸盘、底座和轴承、以及与轴承连接的驱动机构、与轴承同轴设置的供给管；

所述吸盘包括多孔盘和承载件，承载件上部具有用于容纳多孔盘的凹部；承载件与底座之间的接触面上设有沟槽，承载件内部设有贯穿其上、下表面的第一通道，第一通道的底端与所述沟槽连通，第一通道的上端通向多孔盘；底座内部设有第二通道；供给管内部设有互相隔开的第三通道和第四通道，第三通道与第二通道直接连通，第四通道与沟槽直接连通，第三通道和第四通道分别连通流体源和真空源，以通过不同通路向吸盘提供流体和真空，从而减少交互污染。

在一个实施例中，所述沟槽包括环形槽和辐射槽，多个所述环形槽同心设置，多个所述辐射槽沿径向呈放射状设置。

在一个实施例中，所述第一通道沿承载件的厚度方向设置，所述第一通道通向所述环形槽与所述辐射槽的交汇处。

在一个实施例中，所述第二通道包括第二横向通路和第二纵向通路，第二纵向通路将第二横向通路与沟槽连通。

在一个实施例中，所述第二纵向通路与最外侧的环形槽相连通。

在一个实施例中，多个所述第二纵向通路沿所述环形槽间隔均匀分布。

在一个实施例中，所述底座还设有用于容纳供给管的中心通孔，中心通孔内侧壁设有环形的凹槽，从所述凹槽上开孔并向外延伸形成所述第二横向通路。

在一个实施例中，所述第三通道的开口通向所述凹槽。

在一个实施例中，所述第四通道从所述供给管顶端开口，以连通所述沟槽。

本发明实施例的第二方面提供了一种晶圆加工系统，包括：

如上所述的用于载置晶圆并可单独旋转的吸盘转台；

用于对晶圆进行磨削的磨削工具。

本发明实施例的有益效果包括：能够通过不同通路向吸盘提供流体和真空，从而减少交互污染。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1为本发明一实施例提供的晶圆加工系统的立体图；

图2为晶圆加工系统实现磨削的工作原理图；

图3为半接触磨削的示意图；

图4为半接触磨削的简化立体图；

图5为本发明一实施例提供的吸盘转台的立体图；

图6为图5中的吸盘转台的剖视图；

图7为图5中的吸盘转台的分解图；

图8为图5中的吸盘的立体透视图；

图9为图5中的底座的立体透视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。

为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。

在本申请中，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)，其含义和实际作用等同。

图1示出了本申请一实施例的晶圆加工系统1的一部分的立体图，该晶圆加工系统1用于实现晶圆磨削，所示晶圆加工系统1包括：

用于载置晶圆W的可轮转的工作台10、工作台10上设置有用于载置晶圆并可单独旋转的吸盘转台11；

用于对晶圆W进行磨削的磨削工具20；

用于测量晶圆厚度以获取晶圆的磨削面形的厚度测量装置30。

图1中示出了工作台10，工作台10上配置有多个用于保持晶圆并带动晶圆旋转的吸盘转台11，吸盘转台11上载置晶圆W。另外，工作台10内部设置有驱动装置、支撑轴系等结构。工作台10可绕其竖向中轴线旋转以使工作台10带动多个吸盘转台11整体旋转移动从而实现吸盘转台11在不同工位间转换位置。

作为一个具体实施例，如图1所示，在工作台10上均匀分布有三个可单独旋转的吸盘转台11，三个吸盘转台11可以在结构、功能上均完全相同，可以由多孔陶瓷实现。三个吸盘转台11中心与工作台10中心连线互成120°夹角。三个吸盘转台11对应三个工位，即粗磨工位、精磨工位和装卸工位，其中相对磨削工具20的两个工位分别用于进行粗磨削和精磨削，剩下一个工位用于晶圆的装卸和清洗。通过工作台10的旋转可带动三个吸盘转台11在这三个工位间切换，以实现吸盘转台11载着晶圆按照装卸工位-粗磨工位-精磨工位-装卸工位的顺序循环移动。本实施例能够实现晶圆的全自动装卸和连续磨削及清洗。

图1中示出了磨削工具20，磨削工具20包括用于对晶圆W进行粗磨削的粗磨部和用于对晶圆W进行精磨削的精磨部。

粗磨部包括粗磨砂轮21、粗磨主轴和粗磨进给机构。粗磨砂轮21安装在粗磨主轴的端部，通过粗磨主轴带动其回转。粗磨主轴与粗磨进给系统连接以实现上下移动，从而实现轴向切入式磨削，使晶圆达到粗磨工艺要求的厚度。

精磨部包括精磨砂轮22、精磨主轴和精磨进给机构。精磨砂轮22安装在精磨主轴的端部，通过精磨主轴带动其回转。精磨主轴与精磨进给系统连接以实现上下移动，从而实现轴向切入式磨削，使晶圆达到精磨工艺要求的厚度。

图1中还示出了厚度测量装置30，其包括接触式厚度检测装置和非接触式厚度检测装置，能够实现在线监测晶圆厚度。需要说明的是，在本发明一实施例中，晶圆厚度是指晶圆上表面至下表面之间的整体厚度，而不是铺设在晶圆表面的镀膜厚度。

另外在具体实施中，晶圆加工系统1还包括磨削液供给单元，其用于在粗磨削和/或精磨削时向晶圆表面喷淋磨削液以助研磨，磨削液可以为去离子水。

图2示出了使用砂轮和吸盘转台11实现磨削的工作原理，如图所示在磨削时采用真空吸附式的旋转式吸盘转台11，真空吸盘将晶圆吸附在其上并带动晶圆旋转，晶圆的中心与吸盘转台11的中心重合，砂轮按压在晶圆上旋转并按照一定的进给速度沿轴向F进给，由此对晶圆进行磨削。

图3和图4以示意性简化图示出了本公开中采用的半接触磨削方式，在图3中，粗黑色双层虚线示出了砂轮的位置，细点划线示出了吸盘转台11的位置，黑色实体区域示出了磨削区域，即砂轮对晶圆磨削时砂轮与晶圆接触的区域，该区域的两个端点可以为晶圆圆心和边缘。

如图4所示，在磨削时，磨削工具20的主轴与吸盘转台11的旋转轴之间具有夹角θ，使得磨削工具20只与晶圆W的半径区域接触进行磨削，从而实现半接触磨削，即图3中的黑色实体区域所示的磨削区域，也就是说，砂轮只与晶圆W的中心至边缘的区域接触以进行磨削。

吸盘转台11需要通过特定管路实现真空吸附、水气冲洗等功能。吸盘转台11包括吸盘50、底座60和轴承80，吸盘50可以采用多孔陶瓷，多孔陶瓷真空吸附过程中自身会允许硅粉等小颗粒透过，例如微米级尺寸的污染物，并积累在吸盘转台11的真空管路中，在水气冲洗过程中会将污染物带入吸盘50与底座60之间的缝隙中，时间久了之后引起吸盘50表面局部凸起，造成晶圆的一致性变差。

为了解决上述问题，如图5至图9所示，本发明实施例提供了一种用于晶圆加工的吸盘转台11，包括吸盘50、底座60、供给管90、轴承80和驱动机构(未示出)。

吸盘50包括多孔盘51和承载件52，承载件52上部具有用于容纳多孔盘51的凹部53，承载件52与底座60之间的接触面上设有沟槽64，承载件52内部设有贯穿其上、下表面的第一通道54，第一通道54的底端与沟槽64连通，第一通道54的上端通向多孔盘51；底座60内部设有第二通道61；供给管90内部设有互相隔开的第三通道91和第四通道92，第三通道91与第二通道61直接连通，第四通道92与沟槽64直接连通，第三通道91和第四通道92分别连通流体源和真空源，以通过不同通路向吸盘50提供流体和真空，从而减少交互污染。

如图6所示，本发明实施例通过设置特殊的管路结构将连通流体源和真空源的通道分开，既实现了真空单独一路通道，进行晶圆吸附加持，该过程会使连通真空的通道中积累颗粒污染物，又实现了流体单独一路通道，通流体的管路比较干净，没有硅粉，从而在气液冲洗时不会将真空通路中的颗粒反向冲出，不会造成二次污染，同时对吸盘转台11上的各处通道实现冲洗，进而减少吸盘50与底座60之间的颗粒沉积。

如图7所示，吸盘50、底座60和轴承80按照由上至下的顺序固定连接，供给管90位于底座60下方并贯穿轴承80。另外，驱动机构与轴承80连接。

在一个实施例中，组成吸盘50的多孔盘51和承载件52紧密连接配合在一起，例如粘贴。多孔盘51的上表面为对晶圆进行吸引保持的保持面，多孔盘51的材质为多孔陶瓷或微孔陶瓷，以实现真空吸附晶圆。承载件52具有使该保持面露出而对该多孔盘51进行收纳的凹部53，承载件52的材质为致密陶瓷。

在一个实施例中，底座60的材质可以为陶瓷或不锈钢。轴承80为空气轴承，吸盘50与空气轴承之间通过底座60实现安装。供给管90的材质可以与底座60相同，例如陶瓷或不锈钢等。

如图6所示，承载件52与底座60之间的接触面上设有沟槽64。沟槽64既可以设置在承载件52下表面，也可以设置在底座60上表面。优选地，如图7和图9所示，底座60的上表面设有环形交叉的沟槽64，易于加工实现。具体地，沟槽64包括环形槽和辐射槽，多个环形槽同心设置，多个辐射槽沿径向呈放射状设置。

如图7和图8所示，吸盘50内部的第一通道54沿承载件52的厚度方向设置，第一通道54通向环形槽与辐射槽的交汇处。第一通道54包括多个均匀分布的第一纵向通路56，第一纵向通路56贯穿承载件52的上、下表面以使得其上端通向多孔盘51，下端通向沟槽64，从而在吸盘50上实现均匀的加载真空或气液冲洗。

如图6、7和9所示，底座60内部的第二通道61包括多条第二横向通路62和多个第二纵向通路63，多条第二横向通路62沿底座60直径方向等角度间隔均匀分布，第二纵向通路63从第二横向通路62伸出向上延伸贯通至沟槽64。其中，第二纵向通路63与第一纵向通路56通过沟槽64连通。第二纵向通路63与最外侧的环形槽相连通。多个第二纵向通路63沿环形槽间隔均匀分布。

如图6和图7所示，底座60还设有用于容纳供给管90的中心通孔65，中心通孔65内侧壁设有环形的凹槽66，从凹槽66上开孔并向外延伸形成所述第二横向通路62。多条第二横向通路62通过凹槽66连通。

如图6和图7所示，供给管90内部设有互相隔开的第三通道91和第四通道92。

其中，第三通道91的开口通向凹槽66，第三通道91经凹槽66、第二通道61、沟槽64和第一通道54可以向多孔盘51提供真空或流体。

第四通道92从供给管90顶端开口以通向沟槽64，也就是说第四通道92经由中心通孔65与沟槽64连通，第四通道92经沟槽64和第一通道54可以向多孔盘51提供流体或真空。

在具体应用中，供给管90与流体源和真空源的连接方式既可以是第三通道91连通流体源、第四通道92连通真空源，又可以是第三通道91连通真空源、第四通道92连通流体源。其中，流体源可以为真空源、气体源和/或液体源。

优选地，第三通道91连通真空源，第四通道92连通流体源。其中，第三通道91连通真空源可以通过直连的第二纵向通路63直接将大量污染物吸出，缩短了颗粒被吸出的路径，可避免颗粒经过沟槽64，能够减少颗粒在沟槽64沉积的可能性。

在另一个实施例中，第三通道91连接流体源，第四通道92连接真空源。第三通道91连通流体源，可以通过位于外侧的第二纵向通路63提供流体，流体从外侧向中间冲，初始流速快但较分散，流速逐渐减慢但会往中央集中流量变大，从而可在整个吸盘50内形成比较均匀的冲击力。

如图7所示，供给管90上方伸入底座60的与底座60内侧面接触的外周面设有环形的密封槽93，其中设有弹性材料进行密封，从而防止流体从供给管90与底座60相互接触的接触面的间隙流入或流出。具体地，供给管90上设有两圈环形的密封槽93，分别位于第三通道91开口的上方和下方。

在一个实施例中，吸盘50、底座60和轴承80上分别设置有安装孔，可以利用安装孔和螺钉实现吸盘50、底座60和轴承80之间的固定连接。

在一个实施例中，驱动机构包括位于轴承80下方的带轮、传动带和电机，轴承80连接带轮，带轮通过传动带连接电机以实现电动旋转，通过电机控制以及传动带、带轮和轴承80的传动从而带动吸盘50旋转。

在一个实施例中，吸盘转台11还包括旋转接头。轴承80底端固定有旋转接头，旋转接头与供给管90连接，通过旋转接头将供给管90与流体源连通。

综上，本发明实施例能够降低吸盘与底座之间进入杂质颗粒的风险，进而避免吸盘与底座之间颗粒沉积导致的吸盘表面变形，避免晶圆厚度一致性随设备运行而逐渐恶化，有利于保持高精度的晶圆厚度一致性，降低吸盘上表面形状修整的频次，有效提升设备稳定性，降低成本与维护时间。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种吸盘转台，其特征在于，包括：按照由上至下的顺序固定连接的吸盘、底座和轴承、以及与轴承连接的驱动机构、与轴承同轴设置的供给管；

所述吸盘包括多孔盘和承载件，承载件上部具有用于容纳多孔盘的凹部；承载件与底座之间的接触面上设有沟槽，承载件内部设有贯穿其上、下表面的第一通道，第一通道的底端与所述沟槽连通，第一通道的上端通向多孔盘；底座内部设有第二通道；供给管内部设有互相隔开的第三通道和第四通道，第三通道与第二通道直接连通，第四通道与沟槽直接连通，第三通道和第四通道分别连通流体源和真空源，以通过不同通路向吸盘提供流体和真空，从而减少交互污染。

2.如权利要求1所述的吸盘转台，其特征在于，所述沟槽包括环形槽和辐射槽，多个所述环形槽同心设置，多个所述辐射槽沿径向呈放射状设置。

3.如权利要求2所述的吸盘转台，其特征在于，所述第一通道沿承载件的厚度方向设置，所述第一通道通向所述环形槽与所述辐射槽的交汇处。

4.如权利要求2所述的吸盘转台，其特征在于，所述第二通道包括第二横向通路和第二纵向通路，第二纵向通路将第二横向通路与沟槽连通。

5.如权利要求4所述的吸盘转台，其特征在于，所述第二纵向通路与最外侧的环形槽相连通。

6.如权利要求5所述的吸盘转台，其特征在于，多个所述第二纵向通路沿所述环形槽间隔均匀分布。

7.如权利要求4所述的吸盘转台，其特征在于，所述底座还设有用于容纳供给管的中心通孔，中心通孔内侧壁设有环形的凹槽，从所述凹槽上开孔并向外延伸形成所述第二横向通路。

8.如权利要求7所述的吸盘转台，其特征在于，所述第三通道的开口通向所述凹槽。

9.如权利要求1所述的吸盘转台，其特征在于，所述第四通道从所述供给管顶端开口，以连通所述沟槽。

10.一种晶圆加工系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述的用于载置晶圆并可单独旋转的吸盘转台；

用于对晶圆进行磨削的磨削工具。

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