CN114227421B - 一种晶圆片表面加工用抛光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆片表面加工用抛光机，包括转动安装有下磨盘的研磨底座、通过升降装置设置在研磨底座的正上方的顶盖、中心磨盘和下旋转驱动机构，顶盖的底部安装有上磨盘，顶盖上安装有上旋转驱动机构，下旋转驱动机构具有转动安装在下磨盘的轴心处的中心齿轮，晶圆带动盘开设有多个用于放入晶圆片的行星分布孔，晶圆带动盘设置有多个，相邻晶圆带动盘之间均设置有与晶圆带动盘间隙配合的中心磨盘，且中心磨盘通过联动机构与顶盖连接并联动。通过联动机构将一个或多个中心磨盘与顶盖及上磨盘进行联动的方式，使随晶圆带动盘旋转的多个晶圆片的顶部和底部均能够被高效地进行研磨抛光的同时，确保晶圆片顶部和底部抛光效果的一致。

Description

一种晶圆片表面加工用抛光机

技术领域

本发明涉及晶圆片加工技术领域，具体涉及一种晶圆片表面加工用抛光机。

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，在研磨中为了使整个晶圆表面平坦化，通常都会加CMP研磨液。

目前，晶圆片抛光机通常只能够对排布在同一平面的多个晶圆片进行研磨抛光，而受限于抛光机的磨盘的大小，过大的磨盘会存在难以找平而导致晶圆片研磨抛光精度下降，甚至导致晶圆片被倾斜的磨盘压坏的情况，从而导致晶圆片抛光机的效率大大受限，难以进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆片表面加工用抛光机，以解决现有技术中，由于抛光机仅能够对同一平面的多个晶圆片进行抛光而导致抛光效率大大受限的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种晶圆片表面加工用抛光机，包括：

研磨底座，所述研磨底座上转动安装有下磨盘；

顶盖，所述顶盖通过升降装置设置在所述研磨底座的正上方，所述顶盖的底部安装有上磨盘，所述下磨盘与所述上磨盘相互平行且同轴，所述顶盖上安装有用于驱动所述上磨盘转动的上旋转驱动机构；

下旋转驱动机构，所述下旋转驱动机构具有转动安装在所述下磨盘的轴心处的中心齿轮，所述中心齿轮上套设安装有与之相啮合的晶圆带动盘，所述晶圆带动盘开设有贯穿顶部和底部的多个行星分布孔，所述行星分布孔用于放入待抛光的晶圆片，所述晶圆带动盘带动多个所述行星分布孔中的晶圆片绕所述中心齿轮转动；

中心磨盘，所述晶圆带动盘设置有多个，相邻所述晶圆带动盘之间均设置有与所述晶圆带动盘间隙配合的所述中心磨盘，所述中心磨盘与所述晶圆带动盘同轴设置，且所述中心磨盘通过联动机构与所述顶盖连接并联动，所述上磨盘、所述中心磨盘和所述上磨盘的旋转方向与所述晶圆带动盘的旋转方向相反。

作为本发明的一种优选方案，所述联动机构包括联动臂和夹持定位组件，所述顶盖上可拆卸安装有呈周向等间隔分布的多个所述联动臂，所述夹持定位组件安装在所述联动臂的内侧壁上，且所述夹持定位组件与所述中心磨盘一一对应的设置，同个所述联动臂上的多个所述夹持定位组件在竖直方向上间隔分布，多个所述联动臂通过所述夹持定位组件将位于中心的所述中心磨盘夹持固定，以使所述中心磨盘与所述顶盖联动。

作为本发明的一种优选方案，所述晶圆带动盘设置有两个，所述中心磨盘位于两个所述晶圆带动盘之间，且所述中心磨盘、所述下磨盘和所述上磨盘均与所述晶圆带动盘间隙配合，下方所述中心磨盘固定安装在所述中心齿轮上，所述中心齿轮上套设安装有间距调节套筒，上方所述晶圆带动盘与所述中心齿轮轴向滑动配合，且上方所述晶圆带动盘通过所述间距调节套筒支撑在下方所述晶圆带动盘上，所述中心磨盘的轴心处开设有圆孔，所述间距调节套筒贯穿所述圆孔并与所述圆孔的孔壁间隔设置。

作为本发明的一种优选方案，所述夹持定位组件包括支撑凸台、卡块和夹持动力件，所述支撑凸台安装在所述联动臂的内侧壁上，所述支撑凸台具有水平的用于支撑所述中心磨盘的承托平面，所述支撑凸台的靠近所述联动臂的一侧通过所述夹持动力件安装有在水平方向往复运动的所述卡块，多个所述联动臂上同层的多个所述卡块在所述夹持动力件驱动下对放置在多个所述承托平面的所述中心磨盘向中心进行夹持定位。

作为本发明的一种优选方案，所述中心磨盘的侧壁开设有与多个所述卡块一一对应的周向定位槽，所述周向定位槽轴向贯穿所述中心磨盘。

作为本发明的一种优选方案，所述周向定位槽的朝向所述卡块的一侧槽壁上开设有轴向定位插孔，所述卡块的表面设置有与所述轴向定位插孔相适应的轴向定位凸起。

作为本发明的一种优选方案，所述夹持动力件为推拉式电磁铁。

作为本发明的一种优选方案，所述中心磨盘的外径大于所述晶圆带动盘、所述上磨盘及所述下磨盘的外径，所述研磨底座的侧壁上安装有环形支座，多个所述联动臂均竖直滑动安装在所述环形支座上，且所述顶盖上安装有对应多个所述联动臂的多个夹持器，所述顶盖通过所述夹持器对所述联动臂进行夹持及释放。

作为本发明的一种优选方案，多个所述联动臂的底部通过环形底座连接并支撑在所述环形支座上，以使多个所述联动臂始终保持竖直。

作为本发明的一种优选方案，所述环形支座的上表面开设有与所述环形底座相配合的环形槽，所述环形槽的两侧槽壁之间的间距与所述环形底座的厚度相同，所述环形支座通过所述环形槽对所述环形底座进行径向定位。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明通过同向转动上磨盘、下磨盘和中心磨盘，与之间设置有中心磨盘的相邻两层晶圆带动盘相配合，从而能够同时对多个晶圆带动盘上的晶圆片同时进行研磨抛光，且通过联动机构将一个或多个中心磨盘与顶盖及上磨盘进行联动的方式，使上磨盘、中心磨盘、下磨盘均与晶圆带动盘的旋转方向相反，从而使随两层或多层晶圆带动盘旋转的多个晶圆片的顶部和底部均能够被高效地进行研磨抛光的同时，确保晶圆片顶部和底部抛光效果的一致。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的晶圆带动盘的结构示意图；

图3为本发明实施例的联动机构的结构示意图；

图4为本发明实施例的夹持定位组件的结构示意图；

图5为本发明实施例的中心磨盘的结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-研磨底座；2-下磨盘；3-顶盖；4-升降装置；5-上磨盘；6-上旋转驱动机构；7-下旋转驱动机构；8-晶圆带动盘；9-联动机构；10-中心磨盘；11-间距调节套筒；12-承托平面；13-周向定位槽；14-轴向定位插孔；15-轴向定位凸起；16-环形支座；17-夹持器；18-环形底座；19-环形槽；

701-中心齿轮；

801-行星分布孔；

901-联动臂；902-夹持定位组件；

9021-支撑凸台；9022-卡块；9023-夹持动力件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本发明提供了一种晶圆片表面加工用抛光机，包括：

研磨底座1，研磨底座1上转动安装有下磨盘2；

顶盖3，顶盖3通过升降装置4设置在研磨底座1的正上方，顶盖3的底部安装有上磨盘5，下磨盘2与上磨盘5相互平行且同轴，顶盖3上安装有用于驱动上磨盘5转动的上旋转驱动机构6；

下旋转驱动机构7，下旋转驱动机构7具有转动安装在下磨盘2的轴心处的中心齿轮701，中心齿轮701上套设安装有与之相啮合的晶圆带动盘8，晶圆带动盘8开设有贯穿顶部和底部的多个行星分布孔801，行星分布孔801用于放入待抛光的晶圆片，晶圆带动盘8带动多个行星分布孔801中的晶圆片绕中心齿轮701转动；

中心磨盘10，晶圆带动盘8设置有多个，相邻晶圆带动盘8之间均设置有与晶圆带动盘8间隙配合的中心磨盘10，中心磨盘10与晶圆带动盘8同轴设置，且中心磨盘10通过联动机构9与顶盖3连接并联动，上磨盘5、上磨盘5、中心磨盘10和上磨盘5的旋转方向与晶圆带动盘8的旋转方向相反。

具体的，以设置有两层晶圆带动盘8和一个中心磨盘10为例，在抛光前，升降装置4驱动顶盖3上升，然后向下层晶圆带动盘8的多个行星分布孔801中放入待抛光的晶圆片，下层的多个晶圆片均支撑在下磨盘2上并突出于下层晶圆带动盘8的顶部。待下层晶圆带动盘8上的晶圆片完成放置后，将中心开孔的中心磨盘10通过与中心齿轮701套设的方式来放置于下层晶圆带动盘8的上方，并调节中心磨盘10的高度，使中心磨盘10的下表面以一定的压力接触与之相平行的多个晶圆片的上表面。

在此过程中，中心磨盘10通过另外的辅助设备进行高度调节和保持水平，或优选的，中心磨盘10通过从顶盖3上分离的联动机构9进行高度调节和保持水平。

当中心磨盘10安装好后，将中心具有齿孔的上层晶圆带动盘8套设在中心齿轮701上并与中心齿轮701啮合，并在调节上层晶圆带动盘8相对于中心磨盘10的高度后将上层晶圆带动盘8轴向固定在中心齿轮701上。随后，向上层晶圆带动盘8的多个行星分布孔801放入待抛光的晶圆片，上层晶圆片支撑在中心磨盘10上，且上层晶圆片突出于上层晶圆带动盘8的顶部。然后，升降装置4驱动顶盖3下降至上磨盘5的底部以一定压力接触上层晶圆带动盘8，待顶盖3的高度调节好后，将安装有中心磨盘10的联动机构9与顶盖3进行连接。从而使顶盖3被和中心齿轮701分别被上旋转驱动机构6和下旋转驱动机构7驱动反向旋转时，随上层晶圆带动盘8转动的上层晶圆片的顶部和底部分别被旋转的上磨盘5和中心磨盘10进行研磨抛光，同理，随下层晶圆带动盘8转动的上层晶圆片的顶部和底部分别被旋转的中心磨盘10和静止的下磨盘2进行抛光。

上述实施例以两个晶圆带动盘8和一个中心磨盘10举例说明，相较于现有的晶圆片的抛光装置，本发明实施例的特点不仅在于能够同时对两层晶圆片同时进行研磨抛光，且通过联动机构9将一个或多个中心磨盘10与顶盖3及上磨盘5进行联动的方式，使上磨盘5、中心磨盘10、下磨盘2均与晶圆带动盘8的旋转方向相反，从而使随两层或多层晶圆带动盘8旋转的多个晶圆片的顶部和底部均能够被高效地进行研磨抛光的同时，确保晶圆片顶部和底部抛光效果的一致（上磨盘5、中心磨盘10、下磨盘2的旋转速度以及表面粗糙程度均相同或接近）。

其中，联动机构9包括联动臂901和夹持定位组件902，顶盖3上可拆卸安装有呈周向等间隔分布的多个联动臂901，夹持定位组件902安装在联动臂901的内侧壁上，且夹持定位组件902与中心磨盘10一一对应的设置，同个联动臂901上的多个夹持定位组件902在竖直方向上间隔分布，多个联动臂901通过夹持定位组件902将位于中心的中心磨盘10夹持固定，以使中心磨盘10与顶盖3联动。

优选的，晶圆带动盘8设置有两个，因为晶圆带动盘8的厚度较晶圆片更薄，设置多个晶圆带动盘8会大幅增加对竖直方向上相邻两个夹持定位组件902的厚度以及间距的要求，从而增加夹持定位组件902的设计难度，也会导致多个中心磨盘10和多个晶圆带动盘8依次叠加设置的难度和耗时，因此，晶圆带动盘8优选的设置有两个，对应的，中心盘设置有一个并位于两个晶圆带动盘8之间。

具体的，中心磨盘10、下磨盘2和上磨盘5均与晶圆带动盘8间隙配合，下方中心磨盘10固定安装在中心齿轮701上，中心齿轮701上套设安装有间距调节套筒11，上方晶圆带动盘8与中心齿轮701轴向滑动配合，且上方晶圆带动盘8通过间距调节套筒11支撑在下方晶圆带动盘8上，中心磨盘10的轴心处开设有圆孔，间距调节套筒11贯穿圆孔并与圆孔的孔壁间隔设置。

间距调节套筒11的作用在于对上层晶圆带动盘8进行支撑，以及限定相邻两层晶圆带动盘8之间的间距，间距调节套筒11的轴向长度即上层晶圆带动盘8和下层晶圆带动盘8的间距略大于中心磨盘10的厚度，以避免中心磨盘10与上层晶圆带动盘8和下层晶圆带动盘8进行接触和摩擦。

其中，夹持定位组件902包括支撑凸台9021、卡块9022和夹持动力件9023，支撑凸台9021安装在联动臂901的内侧壁上，支撑凸台9021具有水平的用于支撑中心磨盘10的承托平面12，支撑凸台9021的靠近联动臂901的一侧通过夹持动力件9023安装有在水平方向往复运动的卡块9022，多个联动臂901上同层的多个卡块9022在夹持动力件9023驱动下对放置在多个承托平面12的中心磨盘10向中心进行夹持定位。

在上述实施例上进一步优化的是，中心磨盘10的侧壁开设有与多个卡块9022一一对应的周向定位槽13，周向定位槽13轴向贯穿中心磨盘10。卡块9022在夹持动力件9023的驱动下插入中心磨盘10侧面的周向定位槽13中，从而实现凸条和联动臂901与中心磨盘10在周向上的稳定连接，且利于降低对夹持动力件9023的夹持力度的要求。

同理，周向定位槽13的朝向卡块9022的一侧槽壁上开设有轴向定位插孔14，卡块9022的表面设置有与轴向定位插孔14相适应的轴向定位凸起15。插入周向定位槽13中的卡块9022通过轴向定位凸起15与轴向定位插孔14的配合来对中心磨盘10进行轴向的支撑和定位，进一步降低了对夹持动力件9023的夹持力度的要求。

而夹持动力件9023基于上述的优化，优选的，夹持动力件9023为推拉式电磁铁，这是因为上述优化后，对夹持动力件9023提供的夹持力度的要求较低，因此，采用推拉式电磁铁作为夹持动力件9023，相较于气缸等夹持动力件9023，推拉式电磁铁具有体积小巧、结构简单且便于同步控制的优点，利于夹持定位组件902在联动臂901内侧的布置。

其中，中心磨盘10的外径大于晶圆带动盘8、上磨盘5及下磨盘2的外径，以便于支撑中心磨盘10的支撑凸台9021的设置。研磨底座1的侧壁上安装有环形支座16，多个联动臂901均竖直滑动安装在环形支座16上，且顶盖3上安装有对应多个联动臂901的多个夹持器17，顶盖3通过夹持器17对联动臂901进行夹持及释放。

环形支座16的作用在于，当联动臂901被夹持器17释放后，多个联动臂901通过支撑在环形支座16上而不掉落，使多个联动臂901保持将顶盖3和中心磨盘10联动时的竖直状态和相对位置，以便于向多个联动臂901的支撑凸台9021上放置中心磨盘10，待中心磨盘10和上层晶圆带动盘8安装到位后，升降装置4驱动顶盖3下降，以使夹持器17下降到将联动臂901进行夹持的位置，使多个夹持器17配合对安装有中心磨盘10的多个联动臂901进行夹持，以实现上磨盘5与中心磨盘10的联动。

在上述实施例上进一步优化的是，多个联动臂901的底部通过环形底座18连接并支撑在环形支座16上，以使多个联动臂901始终保持竖直，环形底座18的设置，进一步确保多个联动臂901在从顶盖3上分离后能够保持相对位置和竖直状态的稳定，避免在防止中心磨盘10时造成联动臂901移动而影响联动臂901与夹持器17的配合。

在上述实施例上进一步优化的是，环形支座16的上表面开设有与环形底座18相配合的环形槽19，环形槽19的两侧槽壁之间的间距与环形底座18的厚度相同，环形支座16通过环形槽19对环形底座18进行径向定位，从而防止环形支座16与多个联动臂901形成的整体在顶盖3转动及与顶盖3分离后发生偏移，确保了多个联动臂901能够重复与上方夹持器17进行分离和连接。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，包括：

研磨底座（1），所述研磨底座（1）上转动安装有下磨盘（2）；

顶盖（3），所述顶盖（3）通过升降装置（4）设置在所述研磨底座（1）的正上方，所述顶盖（3）的底部安装有上磨盘（5），所述下磨盘（2）与所述上磨盘（5）相互平行且同轴，所述顶盖（3）上安装有用于驱动所述上磨盘（5）转动的上旋转驱动机构（6）；

下旋转驱动机构（7），所述下旋转驱动机构（7）具有转动安装在所述下磨盘（2）的轴心处的中心齿轮（701），所述中心齿轮（701）上套设安装有与之相啮合的晶圆带动盘（8），所述晶圆带动盘（8）开设有贯穿顶部和底部的多个行星分布孔（801），所述行星分布孔（801）用于放入待抛光的晶圆片，所述晶圆带动盘（8）带动多个所述行星分布孔（801）中的晶圆片绕所述中心齿轮（701）转动；

中心磨盘（10），所述晶圆带动盘（8）设置有多个，相邻所述晶圆带动盘（8）之间均设置有与所述晶圆带动盘（8）间隙配合的所述中心磨盘（10），所述中心磨盘（10）与所述晶圆带动盘（8）同轴设置，且所述中心磨盘（10）通过联动机构（9）与所述顶盖（3）连接并联动，所述下磨盘（2）、所述中心磨盘（10）和所述上磨盘（5）的旋转方向与所述晶圆带动盘（8）的旋转方向相反；

所述联动机构（9）包括联动臂（901）和夹持定位组件（902），所述顶盖（3）上可拆卸安装有呈周向等间隔分布的多个所述联动臂（901），所述夹持定位组件（902）安装在所述联动臂（901）的内侧壁上，且所述夹持定位组件（902）与所述中心磨盘（10）一一对应的设置，同个所述联动臂（901）上的多个所述夹持定位组件（902）在竖直方向上间隔分布，多个所述联动臂（901）通过所述夹持定位组件（902）将位于中心的所述中心磨盘（10）夹持固定，以使所述中心磨盘（10）与所述顶盖（3）联动；

所述中心磨盘（10）的外径大于所述晶圆带动盘（8）、所述上磨盘（5）及所述下磨盘（2）的外径，所述研磨底座（1）的侧壁上安装有环形支座（16），多个所述联动臂（901）均竖直滑动安装在所述环形支座（16）上，且所述顶盖（3）上安装有对应多个所述联动臂（901）的多个夹持器（17），所述顶盖（3）通过所述夹持器（17）对所述联动臂（901）进行夹持及释放。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，所述晶圆带动盘（8）设置有两个，所述中心磨盘（10）位于两个所述晶圆带动盘（8）之间，且所述中心磨盘（10）、所述下磨盘（2）和所述上磨盘（5）均与所述晶圆带动盘（8）间隙配合，下方所述中心磨盘（10）固定安装在所述中心齿轮（701）上，所述中心齿轮（701）上套设安装有间距调节套筒（11），上方所述晶圆带动盘（8）与所述中心齿轮（701）轴向滑动配合，且上方所述晶圆带动盘（8）通过所述间距调节套筒（11）支撑在下方所述晶圆带动盘（8）上，所述中心磨盘（10）的轴心处开设有圆孔，所述间距调节套筒（11）贯穿所述圆孔并与所述圆孔的孔壁间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，所述夹持定位组件（902）包括支撑凸台（9021）、卡块（9022）和夹持动力件（9023），所述支撑凸台（9021）安装在所述联动臂（901）的内侧壁上，所述支撑凸台（9021）具有水平的用于支撑所述中心磨盘（10）的承托平面（12），所述支撑凸台（9021）的靠近所述联动臂（901）的一侧通过所述夹持动力件（9023）安装有在水平方向往复运动的所述卡块（9022），多个所述联动臂（901）上同层的多个所述卡块（9022）在所述夹持动力件（9023）驱动下对放置在多个所述承托平面（12）的所述中心磨盘（10）向中心进行夹持定位。

4.根据权利要求3所述的一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，所述中心磨盘（10）的侧壁开设有与多个所述卡块（9022）一一对应的周向定位槽（13），所述周向定位槽（13）轴向贯穿所述中心磨盘（10）。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，所述周向定位槽（13）的朝向所述卡块（9022）的一侧槽壁上开设有轴向定位插孔（14），所述卡块（9022）的表面设置有与所述轴向定位插孔（14）相适应的轴向定位凸起（15）。

6.根据权利要求3所述的一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，所述夹持动力件（9023）为推拉式电磁铁。

7.根据权利要求1所述的一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，多个所述联动臂（901）的底部通过环形底座（18）连接并支撑在所述环形支座（16）上，以使多个所述联动臂（901）始终保持竖直。

8.根据权利要求7所述的一种晶圆片表面加工用抛光机，其特征在于，所述环形支座（16）的上表面开设有与所述环形底座（18）相配合的环形槽（19），所述环形槽（19）的两侧槽壁之间的间距与所述环形底座（18）的厚度相同，所述环形支座（16）通过所述环形槽（19）对所述环形底座（18）进行径向定位。

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