CN114871940A - 一种基板背面研磨方法及研磨系统 - Google Patents

一种基板背面研磨方法及研磨系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基板背面研磨方法及研磨系统，所述基板背面研磨方法包括以下步骤：根据基板研磨的TTV要求，计算吸盘工作台的位姿调节目标值；根据吸盘工作台的位置调节目标值，确定吸盘工作台的倾斜度的设定值；根据吸盘工作台的倾斜度的设定值，确定调节柱的移动量，以调节吸盘工作台的倾斜度；实时测量吸盘工作台的位移量，根据所述位移量确定吸盘工作台的倾斜度的计算值；分析判定，若磨削过程中实时获得的倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值不大于阈值，则继续进行基板研磨加工；若倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值大于阈值，则改变吸盘工作台的位移，反馈调节吸盘工作台的倾斜度。

Description

一种基板背面研磨方法及研磨系统
技术领域
本发明属于基板研磨技术领域，具体而言，涉及一种基板背面研磨方法及研磨系统。
背景技术
基板研磨主要是依赖于设备操作人员的加工经验来确定磨削模块的主轴与吸盘工作台(chuck table)的位置及姿态，主轴与吸盘工作台之间的空间角度直接与基板研磨后的平整度有关。由于结构间隙、应力变形等因素的影响，基板研磨系统长时间运行后，主轴与吸盘工作台的空间角度往往偏离初始的设定值，进而影响基板的加工质量。
现有技术中，测量磨削后的基板的平整度(Total Thickness Variation,TTV)，通过磨削后的结果来判定主轴与吸盘工作台空间夹角是否正常。这种监控方式属于典型的事后检验，具有明显的滞后性。即在对磨削后的基板检测(一般离线检测)过程中，基板研磨系统未停止加工；若实际的TTV检测结果不符合指标要求，往往已经有一定数量的磨削基板面临报废的风险，给生产厂家带来极大的经济损失。
吸盘工作台的底部设置精密的螺纹副来实现精准微位移调节。由于摩擦副之间存在摩擦迟滞、正反向间隙问题，其误差通常在0.1-2μm，因此，在微位移条件下很难实现精准的微位移。往往出现螺杆旋转一定角度后，吸盘工作台不移动的情况。为了达到预期的调节目标，往往需要多次迭代调节，这会影响了调节效率，降低基板研磨系统的产能。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明实施例的提供了一种基板背面研磨方法，其包括以下步骤：
根据基板研磨的TTV要求，计算吸盘工作台的位姿调节目标值；
根据吸盘工作台的位置调节目标值，确定吸盘工作台的倾斜度的设定值；
根据吸盘工作台的倾斜度的设定值，确定调节柱的移动量，以调节吸盘工作台的倾斜度；
实时测量吸盘工作台的位移量，根据所述位移量确定吸盘工作台的倾斜度的计算值；
分析判定，若磨削过程中实时获得的倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值不大于阈值，则继续进行基板研磨加工；若倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值大于阈值，则改变吸盘工作台的位移，反馈调节吸盘工作台的倾斜度。
作为优选实施例，所述吸盘工作台的倾斜度使用凸凹度关联量α和饱满度关联量β表示，所述凸凹度关联量α是相对于x轴的偏转角度，所述x轴垂直于磨削区域；所述饱满度关联量β是相对于y轴的偏转角度，所述y轴平行于磨削区域端点的连线。
作为优选实施例，所述凸凹度关联量α与凸凹度关联阈值δα的关系为：
|α1-α0|≤δα
凸凹度关联量α：
Figure BDA0003407064390000021
其中，R是与吸盘工作台同心且经由测量点的圆的半径；H1是与一个调节柱对应测量点的位移量；H2是与另一个调节柱对应测量点的位移量；α0是凸凹度关联量的设定值，α1是凸凹度关联量的计算值。
作为优选实施例，所述饱满度关联量β与饱满度关联阈值δβ的关系为：
|β1-β0|≤δβ
饱满度关联量β：
Figure BDA0003407064390000022
其中，R是与吸盘工作台同心且经由测量点的圆的半径；H1是与一个调节柱对应测量点的位移量；H2是与另一个调节柱对应测量点的位移量；β0是饱满度关联量的设定值，β1是饱满度关联量的计算值。
作为优选实施例，使用位移测量部实时检测吸盘工作台的位移量，所述位移测量部设置于吸盘工作台的上侧，且所述位移测量部的测量点与设置于吸盘工作台底部的调节柱的位置相对应。
作为优选实施例，当倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值大于阈值时，改变所述调节柱顶端的位移，调节吸盘工作台的倾斜度，使得倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值不大于所述阈值。
同时，本发明还公开了一种基板研磨系统，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上面所述基板背面研磨方法的步骤。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的基板背面研磨方法，通过位移测量部实时测量对应测量点的位移，计算吸盘工作台的倾斜度，判定倾斜度的计算值与设定值之差是否超过阈值，实现基板研磨系统的监测，保证基板的磨削质量。
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，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是本发明所述基板研磨系统的结构示意；
图2是本发明配置有测量单元的吸盘工作台的结构示意图；
图3是本发明所述砂轮与吸盘工作台的位置关系示意图；
图4是本发明所述凸凹度关联量α推导计算的示意图；
图5是本发明所述饱满度关联量β推导计算的示意图；
图6是本发明所述基板背面研磨方法的流程图；
图7是本发明所述基板背面研磨方法另一个实施例的流程图。
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。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。
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。在本发明中，基板(Substrate)也称晶圆(Wafer,W)，其含义和实际作用等同。
图1是一种基板研磨系统的结构示意图，基板研磨系统包括：
吸盘工作台1，用于保持基板并带动基板旋转；
旋转工作台2，用于承载预设数量的所述吸盘工作台1，旋转工作台2带动全部吸盘工作台1整体旋转；
磨削单元3，用于使砂轮抵接基板以对基板进行磨削处理。
图1中，磨削单元3由粗磨部31和精磨部32组成，粗磨部31设置有用于对基板进行粗磨削的粗磨砂轮，精磨部32设置有用于对基板进行精磨削的精磨砂轮。磨削过程是将磨削用砂轮按压在基板表面并旋转，以研磨去除一定厚度的材料层。
如图1所示，在旋转工作台2上均匀分布有三个可单独旋转的吸盘工作台1，分别为用于吸附基板的第一吸盘、第二吸盘和第三吸盘。吸盘工作台1的结构完全相同，其包括由致密性材料制成的卡盘座1A和由多孔陶瓷材料制成的吸盘1B以实现真空吸附基板，如图2所示。
进一步地，三个吸盘工作台1中心与旋转工作台2中心连线互成120°夹角。三个吸盘工作台1在三个工位间进行轮转，分别为粗磨工位11、精磨工位12和装卸工位13，其中相对砂轮的两个工位分别用于进行粗磨削和精磨削，剩下一个工位用于基板的装卸和清洗。通过旋转工作台2的旋转可带动三个吸盘工作台1在这三个工位间切换，以实现吸盘工作台1吸附基板按照装卸工位13-粗磨工位11-精磨工位12-装卸工位13的顺序循环移动。
图1所示的实施例中，基板研磨系统还包括测量单元4，其设置于吸盘工作台1的精磨工位12，以便调整磨削单元3的砂轮相对于吸盘工作台1的空间角度。可以理解的是，由于旋转工作台2能够带动吸盘工作台1旋转，测量单元4主要是测量并确定吸盘工作台1相对于主轴的空间位置关系，因此，基板研磨系统只需配置一套测量单元4。在一些实施例中，测量单元4也可以设置在吸盘工作台1的粗磨工位11。
进一步地，测量单元4包括厚度测量部41和位移测量部42，其中，位移测量部42设置于卡盘座1A的上侧，并且位移测量部42与卡盘座1A底部的调节柱1C的位置相对，以实时测量卡盘座1A的位移，如图2所示。具体地，位移测量部42的测量点与设置于卡盘座1A底部的调节柱1C的位置相对应，以便获取测量点的位移量。本发明中，吸盘工作台1包括顶部中间位置设置有凹槽的卡盘座1A，所述凹槽用于放置由多孔陶瓷材料制成的吸盘1B。卡盘座1A的倾斜度与吸盘工作台1的倾斜度是相同的，因此，不对吸盘工作台1的倾斜度与卡盘座1A的倾斜度做具体区分。
图2所示的实施例中，所述位移测量部42设置于卡盘座1A的上侧，且所述位移测量部42的测量点与设置于卡盘座1A底部的调节柱1C的位置相对应，以便根据几何关系计算卡盘座1A的倾斜度。可以理解的是，卡盘座1A的底部还配置有固定柱1D，以便三点稳定支撑上部的卡盘座1A。一件固定柱1D与两件调节柱1C的中心连线互成120°夹角，一件固定柱1D及两件调节柱1C所在位置的连线形成正三角形，即图3示出的△EFG为正三角形。
本发明中，所述卡盘座1A的倾斜度使用凸凹度关联量α和饱满度关联量β表示，如图3所示，所述凸凹度关联量α是相对于x轴的偏转角度，所述x轴垂直于磨削区域；所述饱满度关联量β是相对于y轴的偏转角度，所述y轴平行于磨削区域端点的连线。
下面结合图3及图4简要说明凸凹度关联量的计算过程。图3中固定柱1D的位置即为E点，两件调节柱1C的位置分别即为F点及G点，即F点及G点为位移测量部的测量点。经由测量点并与卡盘工作台1同心的圆的半径为R。
当吸盘工作台1绕x轴转动，吸盘工作台1由初始的△EFG所在平面旋转至△EF’G’所在平面。假设线段FG的中点为M，线段F’G’的中点为M’，则吸盘工作台1绕x轴的偏转角度可由∠M’EM来表示。
假设E点的位移为H1，F点的位移为H2，由于四边形FF’G’G为梯形，则线段MM’的长度为
Figure BDA0003407064390000061
再者，线段EM的长度为R+R/2，则：
Figure BDA0003407064390000062
因此，
Figure BDA0003407064390000063
同理，结合图3及图5可知，吸盘工作台1绕y轴旋转，吸盘工作台1所在平面由初始的△EFG所在平面旋转至△EF’G’所在平面。吸盘工作台1绕y轴的偏转角度可由∠G’F’P来表示，其中，F’P为经由F’平行于FG的线段。由于线段FG的长度为
Figure BDA0003407064390000064
则：
Figure BDA0003407064390000065
因此，所述饱满度关联量：
Figure BDA0003407064390000066
当H1＜H2时，β为负值。
本发明提供了一种基板背面研磨方法，其流程图，如图6所示。
步骤一，根据基板研磨的TTV要求，计算吸盘工作台1的位姿调节目标值；
步骤二，根据吸盘工作台1的位置调节目标值，确定吸盘工作台1的倾斜度的设定值；具体地，确定凸凹度关联量的设定值α0和饱满度关联量的设定值β0；
步骤三，根据吸盘工作台1的倾斜度的设定值，确定调节柱1C的移动量，以调节吸盘工作台1的倾斜度；
步骤四，实时测量吸盘工作台1的位移量，根据所述位移量确定吸盘工作台的倾斜度的计算值；具体地，确定凸凹度关联量的计算值α1及饱满度关联量的计算值β1；
步骤五，分析判定，若磨削过程中实时获得的倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值不大于阈值，则继续进行基板研磨加工；即|α1-α0|≤δα且|β1-β0|≤δβ时，继续磨削加工基板。
若倾斜度的计算值倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值大于阈值，则改变吸盘工作台的位移，反馈调节吸盘工作台的倾斜度。具体地，改变调节柱1C顶端的位移，调节吸盘工作台1的倾斜度，使得倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值不大于所述阈值，以满足吸盘工作台1的倾斜度要求，保证基板研磨的平整度。
进一步地，所述凸凹度关联量α与凸凹度关联阈值δα的关系为：
|α1-α0|≤δα
饱满度关联量β与饱满度关联阈值δβ的关系为：
|β1-β0|≤δβ
其中，α0是凸凹度关联量的设定值，α1是凸凹度关联量的计算值；β0是饱满度关联量的设定值，β1是饱满度关联量的计算值。
作为本发明的一个实施例，所述凸凹度关联阈值δα及饱满度关联阈值δβ为0.0001-0.0003°。优选地，凸凹度关联阈值δα及饱满度关联阈值δβ为0.0002°。
作为优选实施例，位移测量部42可以采用接触的方式测量所述卡盘座1A对应测量点的位移图2所示的实施例中，测量单元4的位移测量部42采用接触的方式测量卡盘座1A对应测量点的位移。可以理解的是，位移测量部42也可以采用非接触的方式测量所述卡盘座1A对应测量点的位移。位移测量部42可以选择如红外测量、超声波测距等非接触测量方式。
本发明中，厚度测量部41和位移测量部42都是用于测量物体的位移，因此，厚度测量部41和位移测量部42可以选择相同型号的位移测量装置。即无需设置新型的测量装置或仪器，无需增加基板研磨系统的配置，在基板研磨过程中，完成吸盘工作台1倾斜度的实时监测，具有作业便捷的优点。
图2所示的实施例中，调节柱1C设置有螺纹，配置在调节柱1C端部的电机驱动调节柱1C旋转以调节卡盘座1A的位移。由于螺纹之间存在反向间隙和摩擦迟滞，调节柱1C的调节存在误差。而本发明设置的位移测量部42能够检测吸盘工作台1的调节误差，及时对吸盘工作台1的调节误差进行修正补偿，保证吸盘工作台位置及姿态的准确性，保证基板研磨的加工精度。
图7示出了本发明所述基板背面研磨方法另一个实施例的流程图，依照本发明所述的基板背面研磨方法，能够实现吸盘工作台1空间夹角的自动迭代；而传统技术中，吸盘工作台的空间夹角采用开环控制，待基板完成磨削后，再检验基板的TTV是否合格。与传统技术相比，本发明采用闭环控制，实时测量卡盘工作台的位移，计算确定卡盘工作台的空间夹角，极大的提高了TTV加工的调节效率，具有加工精度高、效率高的优点。
同时，本发明还公开了一种基板研磨系统，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上面所述基板研磨方法的步骤。具体地，基板研磨系统通过设置在吸盘工作台1上侧的位移测量部42实时测量卡盘座1A的位移量，确定吸盘工作台1的倾斜度。将倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值与阈值比较，视需反馈调整吸盘工作台1的倾斜度，保证磨削加工的基板的平整度(TTV)在合格范围内。
存储器可以是控制设备的内部存储单元，例如控制设备的硬盘或内存。存储器也可以是控制设备的外部存储设备，例如控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
进一步地，存储器还可以既包括控制设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及控制设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
再者，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上面所述基板研磨方法的步骤。
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 (7)

1.一种基板背面研磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据基板研磨的TTV要求，计算吸盘工作台的位姿调节目标值；
根据吸盘工作台的位置调节目标值，确定吸盘工作台的倾斜度的设定值；
根据吸盘工作台的倾斜度的设定值，确定调节柱的移动量，以调节吸盘工作台的倾斜度；
实时测量吸盘工作台的位移量，根据所述位移量确定吸盘工作台的倾斜度的计算值；
分析判定，若磨削过程中实时获得的倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值不大于阈值，则继续进行基板研磨加工；若倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值大于阈值，则改变吸盘工作台的位移，反馈调节吸盘工作台的倾斜度。
2.如权利要求1所述的基板背面研磨方法，其特征在于，所述吸盘工作台的倾斜度使用凸凹度关联量α和饱满度关联量β表示，所述凸凹度关联量α是相对于x轴的偏转角度，所述x轴垂直于磨削区域；所述饱满度关联量β是相对于y轴的偏转角度，所述y轴平行于磨削区域端点的连线。
3.如权利要求2所述的基板背面研磨方法，其特征在于，所述凸凹度关联量α与凸凹度关联阈值δα的关系为：
|α1-α0|≤δα
凸凹度关联量α：
Figure FDA0003407064380000011
其中，R是与吸盘工作台同心且经由测量点的圆的半径；H1是与一个调节柱对应测量点的位移量；H2是与另一个调节柱对应测量点的位移量；α0是凸凹度关联量的设定值，α1是凸凹度关联量的计算值。
4.如权利要求2所述的基板背面研磨方法，其特征在于，所述饱满度关联量β与饱满度关联阈值δβ的关系为：
|β1-β0|≤δβ
饱满度关联量β：
Figure FDA0003407064380000021
其中，R是与吸盘工作台同心且经由测量点的圆的半径；H1是与一个调节柱对应测量点的位移量；H2是与另一个调节柱对应测量点的位移量；β0是饱满度关联量的设定值，β1是饱满度关联量的计算值。
5.如权利要求1所述的基板背面研磨方法，其特征在于，使用位移测量部实时检测吸盘工作台的位移量，所述位移测量部设置于吸盘工作台的上侧，且所述位移测量部的测量点与设置于吸盘工作台底部的调节柱的位置相对应。
6.如权利要求1所述的基板背面研磨方法，其特征在于，当倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值大于阈值时，改变所述调节柱顶端的位移，调节吸盘工作台的倾斜度，使得倾斜度的计算值与设定值之差的绝对值不大于所述阈值。
7.一种基板研磨系统，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述基板背面研磨方法的步骤。
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