CN114161245A - 一种硅片减薄装置和用于单晶硅片的减薄加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅片减薄装置和用于单晶硅片的减薄加工工艺，所述硅片减薄装置的研削部设有导液围堰，研削台内设有上、下两腔体，依次完成废液的收集与排放、废液的分离与冷却液的回收，废屑可集中处理、冷却液经纯化供后续减薄作业循环使用，多次加工后可将研削盘抬升、对研削台进行整体清洗，减少减薄装置的非加工作业时间；砂轮部采用伸缩式粗精磨砂轮组，可以精准、快速地切换和控制精磨砂轮的伸缩动作，进一步改善硅片表面粗糙度，使其接近或达到专用精磨设备所加工的硅片表面水平，节约设备与生产成本。

Description

一种硅片减薄装置和用于单晶硅片的减薄加工工艺
技术领域
本发明属于半导体硅片加工技术领域，具体涉及一种硅片减薄装置和用于单晶硅片的减薄加工工艺。
背景技术
自然界中有大量二氧化硅，可供提取为高纯度单晶硅，单晶硅因形态结构好、物理性能稳定，常被用来作为衬底材料。目前有超过95％的半导体功率器件和99％以上的集成电路均采用单晶硅作衬底。为降低制造成本、提高硅片产量，国内外厂商有制造大尺寸硅片的趋向：如现有产线硅片直径为8″，新投产或计划投产为12″硅片。
厂商通常由一系列加工设备以提高大尺寸硅片的表面质量和精度，如切片、研削、抛光和检测等。研削工序可大量去除切割片多余厚度，并在一定程度上提高硅片表面质量。
目前，主流研削工艺分为研磨、减薄两大类：研磨设备多采用铸铁盘，盘体上设有行星轮、太阳轮和多个承载盘，每个承载盘内放置多个切割片，根据所设定程序，进行自转或绕太阳轮公转，上下磨盘同时对其进行磨削加工；减薄工艺为单片加工，设备采用金刚石砂轮，对硅片表面进行研削加工，采用机械手将硅片取出、翻转，再进行背面加工。
国内各厂家根据自身实际条件和技术水平，选取最合适的研削工艺。如选择减薄工艺，虽然加工过程需人工调整、技术含量较高，但单片加工易于控制、切削液无化学成分，加工后产品的稳定性、排废及环保均有保证。现已有专利提出减薄工艺相关装置及方法，例如，现有技术CN111761505A提出一种硅片双面磨削设备及其生产工艺，CN111775001A提出一种用于控制晶圆磨削面形的磨削设备，二者在原有减薄工艺上进行改进，采用大尺寸研削盘，同盘可进行多个硅片的减薄加工，通过自转离心力将磨削杂质清除，或通过角度调节装置控制硅片的磨削面型。上述现有技术的磨削设备，设备设有单一型号的砂轮，加工精度有限，通常需要新增单面精磨设备进一步提高硅片表面质量；还存在废屑处理效果不佳、耗时费劲，影响生产效率等问题。
因此，需要一种高效排液(屑)、集粗磨和精磨功能于一体的减薄装置及硅片减薄加工工艺，在控制产线设备数量、成本的基础上，得到高质量硅片产品。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种硅片减薄装置，通过对装置结构的优化设计和砂轮组的改进，实现高效排液(屑)，以及提高硅片的加工质量和精度，从而高效地加工出高质量的硅片。
本发明的另一目的在于提供利用这种减薄装置进行单晶硅片的减薄加工工艺。
为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种硅片减薄装置，所述硅片减薄装置包括研削部和砂轮部；
所述研削部包括研削底座、研削台、研削主轴、研削盘和导液围堰；所述研削底座位于最底部；所述研削台同轴安装在所述研削底座上，所述研削台的边缘位置设有排屑孔；所述研削主轴同轴穿过所述研削底座和所述研削台；所述研削盘与所述研削主轴的端面平齐并固接，可随所述研削主轴升降，所述研削主轴降至最低时所述研削盘恰好坐落于所述研削台的表面；所述导液围堰位于所述研削盘的外围，所述导液围堰的顶端面高出所述研削盘的端面，在所述导液围堰的底部与所述研削台的排屑孔对应位置处设有导液孔；
所述砂轮部包括砂轮轴、砂轮盘和砂轮组；所述砂轮轴下端套有砂轮盘，所述砂轮组固结于所述砂轮盘下端。
在一个具体的实施方案中，所述研削盘为薄圆盘状，由4块大小完全相同的不锈钢板组成。
在一个具体的实施方案中，所述研削台四周均匀分布的排屑孔呈圆周向30°间隔均布，所述排屑孔位于所述研削盘的外围，将夹杂废屑的冷却液排出；优选地，所述导液围堰的导液孔不贯通所述导液围堰侧壁。
在一个具体的实施方案中，所述研削台内分为互相连通的研削上腔体和研削下腔体，所述研削上腔体设有集液器，用于废液的收集与排放，所述排屑孔与所述集液器连通；所述研削下腔体设有过滤板及冷却液和废屑收集机构，用于废液、废屑的过滤与回收。
在一个具体的实施方案中，所述砂轮组由18个粗磨砂轮和18个精磨砂轮组成，交替均匀分布在砂轮部砂轮盘下方；优选地，所述粗磨砂轮为固定式，所述精磨砂轮为可伸缩式，精磨加工时，放置在所述砂轮盘槽体中的所述精磨砂轮伸出，对硅片表面进行加工，精磨加工完成后，精磨砂轮缩回至所述砂轮盘槽体中。
在一个具体的实施方案中，所述粗磨砂轮为陶瓷结合剂金刚石砂轮，优选地，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮的中等金刚石磨料体积含量为12％～16％；所述精磨砂轮为立方氮化硼砂轮，优选地，所述立方氮化硼砂轮的磨料体积含量为18％～22％。
在一个具体的实施方案中，采用微驱动系统实现精磨砂轮的伸缩运动，所述微驱动系统由总控制器PLC、伺服驱动器和伺服电机组成。
另一方面，一种用于单晶硅片的减薄加工工艺，采用前述的硅片减薄装置进行硅片研削加工。
在一个具体的实施方案中，所述的减薄加工工艺，包括以下步骤：利用砂轮部粗磨砂轮对真空吸附于研削台表面的硅片进行加工，根据程序设定，电机传递动力给研削主轴，研削主轴带动研削盘使夹持的硅片顺时针或逆时针自转，砂轮部砂轮轴带动砂轮组逆时针或顺时针自转，同时沿砂轮轴轴向进给，硅片与砂轮部砂轮组旋转方向相反，砂轮部砂轮组外径至少与硅片外径相等，砂轮组外周边缘始终通过硅片中心，利用安装在砂轮盘下端的砂轮组对其进行减薄加工。
在一个具体的实施方案中，所述的减薄加工工艺，包括以下步骤：
1)粗磨研削：利用砂轮部粗磨砂轮对真空吸附于研削台表面的硅片进行粗磨加工；
2)精磨研削：伸出精磨砂轮，利用精磨砂轮对对真空吸附于研削台表面的硅片进行精磨加工；
3)抬升除屑：抬升所述研削主轴，清洗除去研削盘和/或研削台表面的研削杂质；
4)集屑分离：研削杂质随清洗液经排屑孔流入集液器被收集，收集的研削杂质受重力作用流经过滤板被分离成冷却液和废屑；
5)回收利用：分离得到的冷却液经处理后循环回用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明的一种硅片减薄装置，理论上可将夹杂废屑的冷却液全部通过研削台和导液围堰之间的导液孔排出，特别是导液围堰的导液孔形成类似“风帽”的效果，促进排屑顺畅；导液孔不贯通导液围堰底部侧壁，导液围堰又高出所述研削台，还有助于避免废液从研削台外周溅射至减薄装置其他部分；多次加工作业后可将研削主轴及其固结的研削盘抬升，对研削台进行彻底清洗，减少减薄装置的非加工作业时间，提高清洗排屑效率，并可提高减薄效率和硅片加工质量。
2)本发明的一种硅片减薄装置，研削台内设有上、下两腔体，依次完成废液的收集与排放、废液的分离与冷却液的回收，废屑可集中处理、冷却液经纯化供后续减薄作业循环回用，符合节能环保的要求。
3)本发明的一种用于单晶硅片的减薄加工工艺，采用粗精磨砂轮组，两组砂轮相互独立，粗磨砂轮采用陶瓷结合剂砂轮，精磨砂轮采用立方氮化硼砂轮，均为非金属砂轮，避免在加工过程中引入金属沾污所产生的额外清洗成本，且其磨损小、寿命长、加工效率高；在完成常规减薄加工的基础上，根据实际加工需求，切换精磨砂轮，进一步改善硅片表面粗糙度，使其接近或达到专用精磨设备所加工的硅片水平，节约设备与全工序生产成本。
4)本发明的一种用于单晶硅片的减薄加工工艺，采用PLC、伺服驱动器和驱动电机组成的微驱动系统控制精磨砂轮的伸缩运动，该系统可将信号转换为模拟量信号，便于精准、快速的响应和控制精磨砂轮的伸缩动作。
5)本发明的一种用于单晶硅片的减薄加工工艺，粗磨、精磨加工过程基本一致，根据实际加工情况，对轴向进给速度、砂轮转速等具体工艺参数进行了优化，对减薄加工厂家有明确的参考价值。
附图说明
图1为本发明一种硅片减薄装置示意图。
图2为本发明一种硅片减薄装置的砂轮部示意图。
图3为本发明一种硅片减薄装置的研削盘示意图。
图4为本发明一种硅片减薄装置的研削台示意图。
图5为本发明一种硅片减薄装置的导液围堰示意图。
图6为本发明一种硅片减薄装置的内部集液装置结构示意图。
图7为本发明一种硅片减薄装置的研削盘抬升进行全面清洗的示意图。
图8为本发明一种硅片减薄装置进行精磨加工时砂轮部砂轮组分布情况示意图。
图9为本发明一种硅片减薄装置的砂轮部砂轮盘示意图。
图10为本发明一种硅片减薄装置的砂轮部砂轮盘的微驱动系统示意图。
图11为本发明一种硅片减薄装置研削加工状态示意图。
标号说明：
1为研削部、2砂轮部、11研削底座、12研削台、13导液围堰、14导液孔、15研削盘、16研削主轴、17排屑孔、18集液器、19硅片、20砂轮组、21砂轮盘、22砂轮轴肩、23精磨砂轮、24粗磨砂轮、25砂轮轴、26砂轮盘端面、27砂轮槽、28微驱动系统、121研削台上腔体、122研削台下腔体、123过滤板、124冷却液收集缸、125滤液孔、126废屑收集缸、281PLC、282伺服驱动器、283伺服电机、284程序功能模块。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明所提供的装置和方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施方式，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
如图1所示，本发明的一种硅片减薄装置的加工部包含研削部1、砂轮部2；其中，所述研削部1包括研削底座11、研削台12、研削主轴16和研削盘15；研削底座11位于最底端，研削台12安装在研削底座11上，研削主轴16同轴穿过研削底座11和研削台12，研削盘15与研削主轴16顶端固接、且安装于研削台12表面；具体地，研削盘15与研削主轴16固接方式包括但不限于胶接、焊接和机械连接等。在研削台12上、研削盘15的外围还设有高出研削盘15的导液围堰13，导液围堰的底部设有导液孔14。
如图1、图2所示，所述砂轮部2包括砂轮轴25、砂轮盘21和砂轮组20；砂轮轴25下端套有砂轮盘21，砂轮组20固结于砂轮盘21下方，包括精磨砂轮23和粗磨砂轮24；具体地，砂轮盘21内设有砂轮轴肩22，砂轮轴25顶端紧挨砂轮轴肩22进行安装。
如图1所示，所述硅片减薄装置研削部1由电机(未示出)通过研削主轴16传递动力，研削主轴16带动固接于其顶端的研削盘15进行旋转，根据加工条件及程序设定，研削主轴可进行正转、反转和转速调整。
图3、图4、图5所示为一种硅片减薄装置各主要部件示意图。
如图3所示，装置研削盘15为1/4薄圆盘状，采用不锈钢材质，4块研削盘15拼接组成圆盘状，在其上放置硅片进行减薄加工；具体的，拼接组合方式更易拆卸和对盘面的清洗，多次减薄加工后，可有针对性的对每个研削盘15进行修整。
如图4、图5所示，一种硅片减薄装置研削部的研削台12及导液围堰13，导液围堰底部安装有间隔30°均布的导液孔14；特别地，导液围堰13底部的导液孔14不贯通导液围堰13的侧壁，使得高出研削盘15的导液围堰13一方面起到导液，有利于排屑的作用，另一方面可以作为挡条，防止研削造成的废液飞溅污染设备其它部件乃至周边环境。此外，研削台12表面对应各导液孔14同样设有间隔30°均布的排屑孔17，将夹杂废屑的冷却液排出。这种设计，使得导液围堰的导液孔形成类似“风帽”的效果，促进排屑更加顺畅。
如图6所示，在一个具体的实施例中，一种硅片减薄装置的研削台12内部分为研削台上腔体121和研削台下腔体122。研削台上腔体121完成废液(夹杂废屑)的收集与排放，其设有集液器18，排屑孔17与所述集液器18连通，用于将每个排屑孔17内的废液进行收集，集中于集液器18底部管道进行集中排放。为提高排液效率，每个排屑孔17深度需为研削台12总高的1/3以上，使废液形成一定冲击力易于排放；集液器18设有20°以上的斜坡，将各排屑孔17的废液充分接收、流动。研削台下腔体122完成废液的过滤与回收，其设有过滤板123，接收集液器18收集的废液，过滤板123两端螺钉螺栓连接于研削台下腔体122上壁和废屑收集缸126侧壁，自高到低按3～4°缓慢倾斜，且其内部开有诸多滤液孔125，以便废液中的冷却液通过诸多个滤液孔125充分过滤，收集在冷却液收集缸124中；废液中的废屑为研削去除的硅屑与砂轮磨料，设置有滤液孔125孔径小于硅屑与砂轮磨料粒径，故不会排至冷却液收集缸124，废屑凭自身重力沿过滤板123小斜坡滑至废屑收集缸126中。进一步地，研削台下腔体122与研削台上腔体121通过螺钉螺栓连接，多次减薄加工后，可拆卸研削台下腔体122对其进行全面清洗。需要说明的是，为强调研削台12内部集液装置，图6未示出研削主轴16等其他内部结构。本发明通过在研削台腔体内合理设计集液器和过滤板及废屑、冷却液收集缸的结构形式，合理利用废屑的自重和流体的冲击实现废屑的有效收集和分离，避免了现有技术复杂的机械设计，更适合于工业化应用。
如图7所示，在一个具体的实施例中，对已进行多次加工的硅片减薄装置进行全面清洗，此时研削主轴16停止转动，根据操作面板(未示出)程序设定，运动方式从转动调整至直线运动，随后研削主轴16带动固接于其顶端的研削盘15抬升至高于研削台12表面100mm位置，采用水枪(未示出)清洗整个硅片减薄装置研削部，包括减薄加工时，被研削盘15覆盖、无法进行过程清洗的研削台12和导液围堰13内部部分，排水方式与如图4、图5所述过程清洗相同，将夹杂废屑的冷却液排至各个导液孔14、进入排屑孔17中。清洗完成后，根据操作面板程序设定，使研削主轴16缩回至研削台12表面处，以便后续减薄加工作业。进一步地，所述硅片减薄装置可采用多种驱动方式实现研削主轴16的伸缩运动，如液压式、齿轮齿条式和磁致伸缩式等。该研削主轴16带着研削盘15可抬升的设计，有利于快速高效、彻底地清洗研削产生的废屑，缩短清洗工艺的时间和清洗效果，避免了清洗不佳和废屑堆积导致的研削硅片表面质量变差的问题。
图8(结合图2)所示分别为硅片减薄装置在粗磨加工(及非加工)时砂轮部2砂轮组20分布情况、在精磨加工时砂轮部2砂轮组20分布情况。所述硅片减薄装置砂轮部2的砂轮组20，由精磨砂轮23、粗磨砂轮24两种砂轮组成，每类砂轮各18个，交替均匀分布在砂轮部2砂轮盘21下方。
其中，所述硅片减薄装置砂轮部2的砂轮组20中，18个粗磨砂轮24采用同一材质，均为陶瓷结合剂金刚石砂轮，陶瓷材料是天然或合成化合物经高温烧结制成的无机非金属材料。与金属结合剂砂轮相比，同样具有超精密加工所需的高熔点、高硬度、高耐磨特性，此外可避免使用金属结合剂砂轮在加工过程中所产生的铜、铝等金属沾污；优选地，选用中等金刚石磨料含量，控制磨料含量体积为12％～16％，以满足大多下游客户对粗磨片的精度需求。
所述硅片减薄装置砂轮部2的砂轮组20中，18个精磨砂轮23采用另一种材质，均为立方氮化硼砂轮，立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的，具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，其硬度和金刚石相近，但热稳定性、磨削性能明显好于金刚石；立方氮化硼磨损小、寿命长、加工效率高，实际加工成本低，适用于对精度要求最高的精磨加工；优选地，在立方氮化硼砂轮工作层组成上，选用较高的磨料含量，控制磨料含量体积为18％～22％。
如图9所示为硅片减薄装置砂轮部2的砂轮盘21示意图，砂轮盘端面26中心圆周处开有砂轮槽27，对应于砂轮组20精磨砂轮23、粗磨砂轮24的交替分布方式，砂轮槽27共18个、每个砂轮槽27在中心圆周处的开口角度均为10°，各精磨砂轮23放置在各砂轮槽27槽体内；各粗磨砂轮24固结在砂轮端面26表面处，并与各砂轮槽27保持同一圆周分布。当转换为精磨加工时，各砂轮槽27内部设有微驱动系统28，根据程序设定，驱动各精磨砂轮23抬升，直至使其高于各粗磨砂轮24位置处。
如图10所示，所述硅片减薄装置的砂轮部2采用微驱动系统28实现精磨砂轮23的伸缩运动，PLC 281为微驱动系统28总控制器，通过微电缆连接伺服驱动器282、再接伺服电机283；在加工过程中，精磨砂轮23需抬升或收回时，伺服电机283通过伺服驱动器282给PLC281一方向反馈信号，传入程序功能模块284后，转为模拟量信号，该信号即方向调整指令，接PLC 281的模拟量输入端，便于精准、快速的响应和控制，再经伺服驱动器282、驱动伺服电机283调整精磨砂轮23的伸缩动作。
结合图2、图3、图9、图10，下面对砂轮部2砂轮组20伸缩状态作进一步说明。
在非加工状态下，砂轮部2砂轮组20分布如图2所示，各精磨砂轮23放置在图9所示各砂轮槽27槽体内、无伸缩变化量；各粗磨砂轮24保持在砂轮端面26表面原有位置。
在粗磨加工时，砂轮部2砂轮组20分布亦同图2、图9所示，各砂轮所处位置与非加工状态时保持一致；此时，粗磨砂轮24接触到工件表面，对其进行研削加工。
在精磨加工时，砂轮部2砂轮组20分布如图8所示，各粗磨砂轮仍保持原有位置；如图9、图10所示，根据程序设定，微驱动系统28发出反馈信号，通过驱动电机283使各精磨砂轮23抬升，令其高于各粗磨砂轮24位置处。此时，精磨砂轮23接触到工件表面，对其进行研削加工。加工完成后，微驱动系统28产生信号，通过驱动电机283使精磨砂轮23收回至砂轮盘21砂轮槽27槽体中，以便后续加工作业。
如图11所示，本发明的减薄装置用于单晶硅片的减薄加工工艺，首先利用砂轮部2的粗磨砂轮24对真空吸附于研削台12表面的硅片19进行加工，根据程序设定，电机传递动力给研削主轴16，研削主轴16带动研削盘15使夹持的硅片19顺时针或逆时针自转，砂轮部2的砂轮轴25带动砂轮组20逆时针或顺时针自转，同时沿砂轮轴25轴向进给，硅片19与砂轮部砂轮组20旋转方向相反，砂轮部砂轮组20外径至少与硅片19外径相等，砂轮组20外周边缘始终通过硅片19中心，利用安装在砂轮盘21下端的砂轮组20对其进行减薄加工。
其中，所述砂轮部砂轮组粗磨砂轮为固定式，粗磨加工时，粗磨砂轮先接触硅片表面进行加工；精磨砂轮为可伸缩式，精磨加工时，放置在砂轮盘槽体中的精磨砂轮伸出，对硅片表面进行加工；加工完成后，精磨砂轮收回至砂轮盘槽体中。
还可以根据客户需求和平坦度检测仪测试结果，利用砂轮部砂轮组精磨砂轮进行减薄加工，加工过程与粗磨加工一致，工艺参数上对轴向进给速度、砂轮转速进行调整，改善硅片表面粗糙度。
一个实施方案中，本发明的硅片减薄装置用于单晶硅片的减薄加工工艺，包括以下步骤：
1)粗磨研削：利用砂轮部粗磨砂轮对真空吸附于研削台表面的硅片进行粗磨加工；
2)精磨研削：伸出精磨砂轮，利用精磨砂轮对对真空吸附于研削台表面的硅片进行精磨加工；
3)抬升除屑：抬升所述研削主轴，清洗除去研削盘和/或研削台表面的研削杂质；
4)集屑分离：研削杂质随清洗液经排屑孔流入集液器被收集，收集的研削杂质受重力作用流经过滤板被分离成冷却液和废屑；
5)回收利用：分离得到的冷却液经处理后循环回用。
本发明的一种硅片减薄装置和用于单晶硅片的减薄加工工艺，用于硅片研削加工、同样适用于对硅片精度有多等级或更高需求的硅片加工生产。硅片减薄装置研削部设有导液围堰，起到较好的导流作用，还能避免夹杂废屑的冷却液从研削台外周溅射至装置其他部分，研削台内设有上、下两腔体，依次完成废液的收集与排放、废液的分离与冷却液的回收，废屑可集中处理、冷却液经纯化供后续减薄作业循环使用，多次加工后可将研削盘抬升、对研削台进行整体清洗，减少减薄装置的非加工作业时间；在加工工艺上，采用粗精磨砂轮组，粗磨砂轮采用陶瓷结合剂砂轮，避免在加工过程中引入金属沾污所产生的额外清洗成本，精磨砂轮采用立方氮化硼砂轮，其磨损小、寿命长、加工效率高，在完成常规减薄加工的基础上，根据实际加工需求，采用PLC、伺服驱动器和驱动电机组成的微驱动系统，精准、快速的切换和控制精磨砂轮的伸缩动作，进一步改善硅片表面粗糙度，使其接近或达到专用精磨设备所加工的硅片水平，节约设备与生产成本。
下面结合一具体实施例，介绍一种基于单晶硅片的硅片减薄装置使用方法和步骤。
减薄加工前，需经长晶、滚圆截断、切片等多道工序。经多道加工后，硅片来料条件为：
Figure BDA0003364801380000131
以硅片行业SEMI标准为基础和需求，对减薄片的加工精度要求为：
Figure BDA0003364801380000132
Figure BDA0003364801380000141
1)开始研削加工时，通过拾取机械手将硅片22放置在图11所示研削盘15上，研削盘15所附真空吸盘(未示出)装夹硅片19，硅片19中心与研削盘15中心重合。砂轮部2从初始位置移动至研削台12内、且位于硅片19表面上方，准备进行研削加工。
2)研削加工时，利用砂轮部2砂轮组20对真空吸附于研削台12表面的硅片19进行加工，根据程序设定，电机传递动力给研削主轴16，研削主轴16带动研削盘15使夹持的硅片19顺时针或逆时针自转，砂轮部2砂轮轴25带动砂轮组20逆时针或顺时针自转，同时沿砂轮轴25轴向进给，硅片19与砂轮部2砂轮组20旋转方向相反，砂轮部2砂轮组20外径至少与硅片19外径相等，砂轮组20外周边缘始终通过硅片19中心，利用安装在砂轮盘21下端的砂轮组20对其进行减薄加工。
3)在研削加工过程中，水枪(未示出)始终提供水用来冷却硅片减薄装置研削部1和砂轮部2的加工部分、清除研削过程中产生的废屑，冷却液夹杂废屑排至导液孔14中，经研削台上腔体121内的排屑孔17收集后，集中于集液器18底部管道，随后流至研削台下腔体的过滤板123，在其小斜坡上缓慢流动，废液中的冷却液经诸多滤液孔125充分过滤、回收至冷却液收集缸124；废屑凭自身重力滑至废屑收集缸126中，进行集中处理。
4)具体地，首先进行粗磨加工，根据来料条件，设定研削部1、砂轮部2进行加工的部件基本参数如下：
Figure BDA0003364801380000151
硅片19被吸附在研削盘15表面上，研削主轴16带动研削盘15旋转、进而使硅片19在研削盘15中心位置处自转；粗磨加工时，砂轮组20内的精磨砂轮23保持在砂轮槽27内，粗磨砂轮24接触硅片19表面进行研削加工。电机提供动力使砂轮轴25带动砂轮组20自转，同时根据程序设定，沿硅片19边缘公转、对硅片19表面进行加工。
为提高研削效率，在加工前段，采用高进给速度(砂轮轴25进给速度5～10μm/s)快速去除硅片19表面加工余量；在加工中后段，采用低进给速度(砂轮轴25进给速度1～4μm/s)，去除硅片19表面剩余加工余量，保证硅片研削加工可达到一定的性能指标。
5)采用Kobelco系列平坦度检测仪SBW-330对粗磨加工后的硅片19进行相关检测。硅片19平均厚度为799μm，GBIR为1.5μm，相关参数离目标加工精度有一定差距，故需进一步精磨加工作业。
6)根据客户需求和平坦度检测仪测试结果，利用砂轮部2砂轮组20精磨砂轮23机械接续研削加工，此阶段设定研削部1、砂轮部2进行加工的部件基本参数如下：
Figure BDA0003364801380000152
Figure BDA0003364801380000161
加工起始阶段，根据程序设定，各砂轮槽27内部微驱动系统28驱动各精磨砂轮23抬升，直至使其高于各粗磨砂轮24位置处，使精磨砂轮23接触到硅片19表面，对其进行研削加工。
基本加工过程同步骤3粗磨一致，硅片19仍在研削盘15中心位置处自转；电机提供动力使砂轮轴25带动精磨砂轮23自转，同时根据程序设定，沿硅片19边缘公转、对硅片19表面进行研削加工。工艺参数上，研削主轴16转速保持稳定、在去除剩余加工余量时小幅降低砂轮轴25进给速度，以改善硅片表面粗糙度。
7)采用Kobelco系列平坦度检测仪SBW-330对精磨加工后的硅片19进行相关检测。硅片19平均厚度为796μm，GBIR为0.8μm，相关参数已达目标加工精度，加工完成。随后，根据程序设定，通过驱动电机283使精磨砂轮23收回至砂轮盘21砂轮槽27槽体中、使研削主轴16缩回至研削台12表面处，以便后续减薄加工作业。
8)所有粗精磨加工完成后，对硅片减薄装置进行全面清洗，此时研削主轴16停止转动，根据操作面板(未示出)程序设定，运动方式从转动调整至直线运动，随后研削主轴16带动固接于其顶端的研削盘15抬升至高于研削台12表面100mm位置，采用水枪(未示出)清洗整个硅片减薄装置研削部，排水方式与如图4、图5所述过程清洗相同，将夹杂废屑的冷却液排至各个导液孔14、进入排屑孔17中。清洗完成后，根据操作面板程序设定，使研削主轴16缩回至研削台12表面处。
主轴抬升清洗过程中，与研削加工时的废屑分离回收方式类似，水枪(未示出)提供水用来清洗被研削盘15覆盖、无法进行过程清洗的研削台12和导液围堰13内部部分表面的研削杂质，冷却液夹杂废屑排至导液孔14中，经研削台12上腔体121内的排屑孔17收集后，集中于集液器18底部管道，随后流至研削台下腔体的过滤板123，在其小斜坡上缓慢流动，废液中的冷却液经诸多滤液孔125充分过滤、回收至冷却液收集缸124；废屑凭自身重力滑至废屑收集缸126中，进行集中处理。
分离得到的冷却液，经厂务水系统处理可循环回用，用于冷却硅片减薄装置研削部1和砂轮部2的加工部分、清除研削过程中产生的废屑，和/或用于硅片减薄装置各加工部件的内冷却过程中。
此外，本发明的一种硅片减薄装置，可根据客户及前后段工序要求，调整硅片减薄装置的研削加工时间、研削主轴16旋转方向与速度、砂轮轴25轴向进给速度，砂轮部2砂轮组20材料与粒径。装置每次对一个硅片19进行加工，砂轮部2砂轮组20进行连续的轴向切入磨削，加工余量不受限制，磨削进给不受硅片之间加工余量不均匀的影响。进一步地，本发明可通过切换砂轮组20实际进行加工的砂轮，实现粗磨、精磨两种工艺，粗磨加工可保证常规研削加工精度，精磨加工可接近或达到硅片专用精磨设备的加工等级。同样适用于多客户、多批次，硅片精度分不同等级等诸多需求的硅片加工生产。
尽管本发明的内容已经通过上述具体实施方式作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种硅片减薄装置，其特征在于，所述硅片减薄装置包括研削部和砂轮部；
所述研削部包括研削底座、研削台、研削主轴、研削盘和导液围堰；所述研削底座位于最底部；所述研削台同轴安装在所述研削底座上，所述研削台的边缘位置设有排屑孔；所述研削主轴同轴穿过所述研削底座和所述研削台；所述研削盘与所述研削主轴的端面平齐并固接，可随所述研削主轴升降，所述研削主轴降至最低时所述研削盘恰好坐落于所述研削台的表面；所述导液围堰位于所述研削盘的外围，所述导液围堰的顶端面高出所述研削盘的端面，在所述导液围堰的底部与所述研削台的排屑孔对应位置处设有导液孔；
所述砂轮部包括砂轮轴、砂轮盘和砂轮组；所述砂轮轴下端套有砂轮盘，所述砂轮组固结于所述砂轮盘下端。
2.根据权利要求1所述的硅片减薄装置，其特征在于，所述研削盘为薄圆盘状，由4块大小完全相同的不锈钢板组成。
3.根据权利要求1或2所述的硅片减薄装置，其特征在于，所述研削台四周均匀分布的排屑孔呈圆周向30°间隔均布，所述排屑孔位于所述研削盘的外围，将夹杂废屑的冷却液排出；优选地，所述导液围堰的导液孔不贯通所述导液围堰侧壁。
4.根据权利要求1~3任一项所述的硅片减薄装置，其特征在于，所述研削台内分为互相连通的研削上腔体和研削下腔体，所述研削上腔体设有集液器，用于废液的收集与排放，所述排屑孔与所述集液器连通；所述研削下腔体设有过滤板及冷却液和废屑收集机构，用于废液、废屑的过滤与回收。
5.根据权利要求1~4任一项所述的硅片减薄装置，其特征在于，所述砂轮组由18个粗磨砂轮和18个精磨砂轮组成，交替均匀分布在砂轮部砂轮盘下方；优选地，所述粗磨砂轮为固定式，所述精磨砂轮为可伸缩式，精磨加工时，放置在所述砂轮盘槽体中的所述精磨砂轮伸出，对硅片表面进行加工，精磨加工完成后，精磨砂轮缩回至所述砂轮盘槽体中。
6.根据权利要求5所述的硅片减薄装置，其特征在于，所述粗磨砂轮为陶瓷结合剂金刚石砂轮，优选地，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮的中等金刚石磨料体积含量为12%~16%；所述精磨砂轮为立方氮化硼砂轮，优选地，所述立方氮化硼砂轮的磨料体积含量为18%~22%。
7.根据权利要求5或6所述的硅片减薄装置，其特征在于，采用微驱动系统实现精磨砂轮的伸缩运动，所述微驱动系统由总控制器PLC、伺服驱动器和伺服电机组成。
8.一种用于单晶硅片的减薄加工工艺，其特征在于，采用权利要求1~7任一项所述的硅片减薄装置进行硅片研削加工。
9.根据权利要求8所述的减薄加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：利用砂轮部粗磨砂轮对真空吸附于研削台表面的硅片进行加工，根据程序设定，电机传递动力给研削主轴，研削主轴带动研削盘使夹持的硅片顺时针或逆时针自转，砂轮部砂轮轴带动砂轮组逆时针或顺时针自转，同时沿砂轮轴轴向进给，硅片与砂轮部砂轮组旋转方向相反，砂轮部砂轮组外径至少与硅片外径相等，砂轮组外周边缘始终通过硅片中心，利用安装在砂轮盘下端的砂轮组对其进行减薄加工。
10.根据权利要求9所述的减薄加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）粗磨研削：利用砂轮部粗磨砂轮对真空吸附于研削台表面的硅片进行粗磨加工；
2）精磨研削：伸出精磨砂轮，利用精磨砂轮对对真空吸附于研削台表面的硅片进行精磨加工；
3）抬升除屑：抬升所述研削主轴，清洗除去研削盘和/或研削台表面的研削杂质；
4）集屑分离：研削杂质随清洗液经排屑孔流入集液器被收集，收集的研削杂质受重力作用流经过滤板被分离成冷却液和废屑；
5）回收利用：分离得到的冷却液经处理后循环回用。
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