CN114454092B - 晶圆磨削用旋转顶升吸附平台 - Google Patents

晶圆磨削用旋转顶升吸附平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，属于晶圆加工技术领域，包括底座、顶升盘、转接盘和驱动电机，在底座上设置有顶升盘和真空吸附槽，底座通过一转接盘与驱动电机连接，转接盘连接有旋转接头，第一气路和第二气路通过旋转接头与顶升盘和和真空吸附槽连接，通过第一气路驱动顶升盘上升，使晶圆与吸附平台脱离，通过第二气路控制真空吸附槽吸附晶圆，通过第三气路将底座吸附在转接盘上。本发明采用旋转接头连接马达和马达带动的可旋转的底座、顶升盘和转接盘，可实现旋转机构的不限角度的多圈旋转，增加了晶圆磨削的范围和精度，减少崩边现象的发生，明显提高成品率。

Description

晶圆磨削用旋转顶升吸附平台
技术领域
本发明属于晶圆加工技术领域，具体涉及一种晶圆磨削用旋转顶升吸附平台。
背景技术
面向极大规模集成电路高密度制造需求，急需攻克超越摩尔定律的三维叠堆集成技术，这对晶圆减薄工艺的精度提出了更加严格的要求。由于减薄前晶圆边缘部分的截面一般为圆弧形状，对晶圆进行超精密减薄后，圆弧形状的边缘部分会形成尖锐的锐角，导致晶圆边缘的机械强度明显地降低，在磨削减薄过程中不可避免地发生崩边现象，进而可能会引起硅片断裂。因此，能否有效抑制晶圆外部区域的边缘碎裂是晶圆超薄工艺中的关键问题之一。相关研究表明，在晶圆减薄前对晶圆边缘进行磨边，可以有效抑制崩边，其原理是在减薄前先对晶圆边缘部分进行磨边开槽，防止晶圆边缘在磨削减薄后形成尖锐的锐角，进而抑制崩边的发生。
晶圆磨削用旋转顶升吸附平台是用于晶圆磨边加工的专用设备，其主要功能是利用精密砂轮对晶圆进行研磨整形加工，从而有效抑制晶圆减薄工艺中的边缘碎裂，进而提高晶圆减薄工艺的加工精度和产量。吸附晶圆的转台采用DD马达与吸附平台直接相连，带动整个吸附平台旋转，但是与吸附平台连接的管路无法大角度旋转，使得吸附平台的旋转范围受到限制，使得磨削工艺固定，较难实现磨削工艺的改进；晶圆磨削用旋转顶升吸附平台的不足会导致晶圆磨边精度可靠性较差，也会加剧晶圆边缘崩边现象。因此，为了改善现有晶圆磨削用旋转顶升吸附平台的不足，提高晶圆磨边质量，研发高性能的晶圆磨边加工设备十分重要。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种改进晶圆磨削范围，提高磨削精度，方便移除已完成加工晶圆的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，包括底座、顶升盘、转接盘和驱动电机，在所述底座上设置有顶升盘和真空吸附槽，所述底座通过一转接盘与驱动电机连接，所述转接盘连接有旋转接头，第一气路和第二气路通过旋转接头与顶升盘和和真空吸附槽连接，通过第一气路驱动顶升盘上升，使晶圆与吸附平台脱离，通过第二气路控制真空吸附槽吸附晶圆，通过第三气路将底座吸附在转接盘上。
作为优选，所述顶升盘固定设置在底座上，在所述顶升盘与底座之间形成顶升布气区，所述第一气路与顶升布气区连接。
作为优选，在所述顶升布气区上方顶升盘上设置有若干出气孔。
作为优选，所述顶升布气区由设置在顶升盘底面的凸缘与底座围合而成，在所述底座上设置有第一凹槽，所述凸缘嵌入第一凹槽中。
作为优选，所述真空吸附槽位于顶升盘外周的底座上，所述第二气路与真空吸附槽连通。
作为优选，所述第二气路包括第二真空导柱和设置在底座上的若干气道，所述第二真空导柱一端与旋转接头连接，另一端与气道连接，所述气道与真空吸附槽连通。
作为优选，所述气道径向均匀布设在底座上并相互连通。
作为优选，在所述转接盘上表面设置有若干相互连通的环形的第二凹槽，第二凹槽通过开设在转接盘上的竖向通孔与旋转接头连接，第三气路控制第二凹槽呈真空状态，吸附底座。
作为优选，在所述底座上，位于真空吸附槽与顶升盘之间的位置设置有排水槽，所述排水槽连接有若干排水孔。
作为优选，所述驱动电机为直驱电机，所述转接盘与驱动电机连接，所述转接盘与旋转接头的旋转部连接。
作为优选，所述转接盘外周设置有挡水圈，所述挡水圈通过密封垫与底座连接。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用DD马达为转台提供动力，DD马达直接连接到转接盘上，实现对转接盘的直接驱动，消除了由机械传动带来的反向间隙、柔度以及与之相关的其它问题，静音，精确度高，使用寿命长。
(2)本发明的顶升盘由气体驱动进行上下运动，形成一种类似于单作用气缸的机构形式，将顶升盘顶起一定的高度，以方便搬运完成加工的晶圆，该结构运行平稳，通过气流作用实现上下运动，提高顶升机构的寿命，减少检修频率。
(3)本发明的多个气路的连接采用旋转接头实现，优选采用四通道的旋转结构，即可满足本发明的需要，旋转接头的固定部上的微型接头通过管路与外部供气和抽真空设备相邻，解决了管路跟随平台旋转、旋转角度和范围小的问题，旋转结构的旋转部与旋转的机构顶升盘、底座和转接盘连接，实现气路的稳定连接，不易出现漏气情况。
旋转接头可实现吸附平台的不限角度的多圈旋转，为改进和尝试多种磨削工艺提供条件，同时提高磨削精度和品质，减少崩边现象的发生，明显提高成品率。
(4)本发明在底座上设置排水槽，排水槽连通多个向外的排水孔，快速将晶圆磨削过程中产生的水流排出。
附图说明
图1是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台结构示意图一；
图2是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台结构示意图二；
图3是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台俯视图；
图4是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台剖视图；
图5是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台的底座沿气道水平面的剖视图；
图6是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台的底座和旋转接头组合结构示意图；
图7是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台的转接盘的立体图；
图8是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台的转接盘的俯视图；
图9是图8的A-A向剖视图；
图10是图3的B-B向剖视图；
图11是晶圆磨削用旋转顶升吸附平台的连接件的立体图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1-8所示，一种晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，包括从上到下依次设置的顶升盘1、底座2、转接盘3和驱动电机4，顶升盘1和底座2通过连接件5连接。转接盘3与驱动电机4固定连接，驱动电机4驱动转接盘3旋转，带动底座2和顶升盘1旋转，从而实现吸附在底座2上的晶圆旋转。在底座2上设置有顶升盘1和真空吸附槽6，转接盘3连接有旋转接头7，第一气路和第二气路通过旋转接头7分别与顶升盘1和真空吸附槽6连接，通过第一气路提供正压气源驱动顶升盘1上升使晶圆与吸附平台脱离，通过第二气路提供负压气源控制真空吸附槽6呈真空状态吸附晶圆，通过第三气路提供负压气源将底座2吸附在转接盘3上。
顶升盘1是晶圆卸料时的顶升机构，本发明的顶升盘1固定设置在底座2上表面中央，两者通过至少3个连接件5相互连接，连接件5包括直线轴承51、连接导柱52、限位块53和弹簧54，连接导柱52套接在直线轴承51内并贯穿直线轴承51和限位块53，限位块设置在直线轴承51下端，连接导柱52上端与顶升盘1固定连接，连接导柱52底端设置限位凸台55，弹簧设置在限位块53与限位凸台55之间，直线轴承51固定在底座2内，连接件5下部向下伸入至设置在转接盘3上的圆柱槽56内。初始状态下，顶升盘1在弹簧54作用下与底座2贴合在一起，当第一气路通气时，产生正向的压力，顶升盘1在气压作用下克服弹簧力，整体上升。
在顶升盘1与底座2之间形成顶升布气区8，第一气路与顶升布气区8连接。顶升布气区8由设置在顶升盘1底面的凸缘9与底座2围合而成，在底座2上设置有第一凹槽10，凸缘9嵌入第一凹槽10中，凸缘9的高度小于第一凹槽10的深度，且大于顶升盘1升起的最高高度，凸缘9与第一凹槽10之间设置有间隙，可通过少量来自第一气路的正向压力的气体，防止水汽进入吸附平台内部。
在顶升布气区8上方顶升盘1上设置有若干出气孔12，出气孔12与顶升布气区8连接，在顶升盘1上表面出气孔12的外周设置有间隔分布的多根支撑条13，支撑条13之间留有间隙14。晶圆加工完成后，第二气路停止真空吸附，进行破真空，此时，第一气路导通提供正压的气源，正压气源将顶升盘1顶起一定高度；顶升盘1上升的同时极少部分气体从出气孔12流出，辅助晶圆破真空，同时该气流使顶升盘1与晶圆之间的残留水从间隙14流出，减少因水的表面张力带来的晶圆与顶升盘1不易分离的问题，进一步辅助晶圆破真空；另外，支撑条13的设置使晶圆与顶升盘1之间的接触面积小，该设置也有利于晶圆破真空。
第一气路包括第一真空导柱11、以及设置在旋转接头7内的第一通道(图中未示出，为现有的旋转接头的通道)，第一真空导柱11与旋转接头7内的第一通道连接，旋转接头7第一通道的两端分别为设置在固定部71上的第一微型接头72和设置在旋转部73上的第二微型接头74，第一微型接头72和第二微型接头74在旋转接头7内部连通，第一微型接头72通过管路与外部的供气设备连接，第二微型接头74与第一真空导柱11连接。第一微型接头72、第一通道、第二微型接头74、第一真空导柱11依次联通形成第一气路，为顶升布气区8供气，提供给顶升盘1正向压力的气体，将顶升盘1向上顶起。
为了使晶圆固定在吸附平台上，底座2整体采用陶瓷制成，在底座2上顶升盘1的外周设置真空吸附槽6，或者底座2采用金属制成，在顶升盘1外周的底座2上设置陶瓷吸附盘23，真空吸附槽6开设在陶瓷吸附盘23上，第二气路与真空吸附槽6连接，通过第二气路使真空吸附槽6与晶圆之间形成负压状态，吸附晶圆。
第二气路包括第二真空导柱15、设置在底座2上的若干气道16、以及设置在旋转接头7内的第二通道(图中未示出，为现有旋转接头的通道)，第二真空导柱15一端通过接头与旋转接头7的第二通道连接，另一端与气道16连接，气道16与真空吸附槽6连通。气道16径向均匀布设在底座2内部并在底座2的中心相互连通，本发明的气道16设置为6条。
第二真空导柱15与旋转接头7内的第二通道连接，旋转接头7第二通道的两端分别为设置在固定部71上的第三微型接头75和设置在旋转部73上的第四微型接头76，第三微型接头75和第四微型接头76在旋转接头7内部连通，第三微型接头75通过管路与外部的抽真空设备连接，第四微型接头76与第二真空导柱15连接。第三微型接头75、第二通道、第四微型接头76、第二真空导柱15依次联通形成第二气路，第二气路依次与气道16、真空吸附槽6连通，将真空吸附槽6与晶圆之前的空间抽真空，吸附晶圆。
在底座2上，位于真空吸附槽6与顶升盘1之间的位置设置有排水槽17，排水槽17连接有若干排水孔18。排水孔18贯穿底座2，一端连接排水槽17，另一端倾斜向下连通至底座2外部，进行排水。排水孔18设置有多个，均匀分布在底座2的圆周向上。
第三气路提供负压气源，用于转接盘3吸附底座2，在转接盘3上表面设置有若干相互连通的环形的第二凹槽21，底座2下表面紧贴第二凹槽21，第二凹槽21通过开设在转接盘3上的竖向通孔22、第五微型接头77与设置在旋转部73上的第六微型接头78连接，在固定部71上设置有第七微型接头79，第六微型接头78与第七微型接头79通过旋转接头7内部的第三通道连接。第七微型接头79、第三通道、第六微型接头78、第五微型接头77、竖向通孔22形成第三气路，通过第三气路向第二凹槽21提供负压气源。在转接盘和底座之间还设置有若干定位销，防止底座2位置偏移。
驱动电机4为直驱电机(DD马达)，转接盘3与直驱电机固定连接，同时转接盘3与旋转接头7的旋转部73连接。驱动电机4驱动转接盘3旋转，带动底座2和顶升盘1旋转，从而实现吸附在底座2和顶升盘1上的晶圆旋转。
转接盘3外周设置有挡水圈19，挡水圈19通过密封垫20与底座2连接，挡水圈19与磨削子系统的挡水圈嵌套使用，起到密封作用，防止晶圆磨削过程中的水流进入吸附平台内部。
本发明的工作过程和原理：晶圆放置在底座上，DD马达带动底座2和顶升盘1旋转，第二气路向真空吸附槽6提供负压，利用吸力将晶圆固定。当完成晶圆加工后，第二气路停止提供负压，开始破真空，第一气路提供正压的气体压力至顶升布气区8，将顶升盘1顶起，形成一种类似于单作用气缸的机构形式，使晶圆与底座2分离，同时极小部分气体从出气孔12进一步帮助破真空，本发明利用气体将顶升盘顶起一定的高度，以方便搬运完成加工的晶圆。
以上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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：包括底座（2）、顶升盘（1）、转接盘（3）和驱动电机（4），在所述底座（2）上设置有顶升盘（1）和真空吸附槽（6），所述底座（2）通过转接盘（3）与驱动电机（4）连接，所述转接盘（3）连接有旋转接头（7），第一气路和第二气路通过旋转接头（7）与顶升盘（1）和真空吸附槽（6）连接，通过第一气路驱动顶升盘（1）上升，使晶圆与吸附平台脱离，通过第二气路控制真空吸附槽（6）吸附晶圆，
所述顶升盘（1）固定设置在底座（2）上，在所述顶升盘（1）与底座（2）之间形成顶升布气区（8），所述第一气路与顶升布气区（8）连接；在所述顶升布气区（8）上方顶升盘（1）上设置有若干出气孔（12）；在顶升盘（1）上表面出气孔（12）的外周设置有间隔分布的多根支撑条（13），支撑条（13）之间留有间隙（14）；晶圆加工完成后，第二气路停止真空吸附，进行破真空，此时，第一气路导通提供正压的气源，正压气源将顶升盘（1）顶起一定高度；顶升盘（1）上升的同时极少部分气体从出气孔（12）流出，辅助晶圆破真空，同时该气流使顶升盘（1）与晶圆之间的残留水从间隙（14）流出，减少因水的表面张力带来的晶圆与顶升盘（1）不易分离的问题，进一步辅助晶圆破真空；支撑条（13）的设置使晶圆与顶升盘（1）之间的接触面积小，该设置也有利于晶圆破真空；
通过第三气路将底座（2）吸附在转接盘（3）上；在所述转接盘（3）上表面设置有若干相互连通的环形的第二凹槽（21），第二凹槽（21）通过开设在转接盘（3）上的竖向通孔与旋转接头（7）连接，第三气路控制第二凹槽（21）呈真空状态，吸附底座（2）。
2.根据权利要求1所述的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：所述顶升布气区（8）由设置在顶升盘（1）底面的凸缘（9）与底座（2）围合而成，在所述底座（2）上设置有第一凹槽（10），所述凸缘（9）嵌入第一凹槽（10）中。
3.根据权利要求1所述的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：所述真空吸附槽（6）位于顶升盘（1）外周的底座（2）上，所述第二气路与真空吸附槽（6）连通。
4.根据权利要求3所述的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：所述第二气路包括第二真空导柱（15）和设置在底座（2）上的若干气道（16），所述第二真空导柱（15）一端与旋转接头（7）连接，另一端与气道（16）连接，所述气道（16）与真空吸附槽（6）连通。
5.根据权利要求4所述的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：所述气道（16）径向均匀布设在底座（2）上并相互连通。
6.根据权利要求1所述的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：在所述底座（2）上，位于真空吸附槽（6）与顶升盘（1）之间的位置设置有排水槽（17），所述排水槽（17）连接有若干排水孔（18）。
7.根据权利要求1所述的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：所述驱动电机（4）为直驱电机，所述转接盘（3）与驱动电机（4）连接，所述转接盘（3）与旋转接头（7）的旋转部连接。
8.根据权利要求1所述的晶圆磨削用旋转顶升吸附平台，其特征在于：所述转接盘（3）外周设置有挡水圈（19），所述挡水圈（19）通过密封垫（20）与底座（2）连接。
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