CN115106871A - 一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置及工艺，涉及半导体加工技术领域。本发明的装置包括连接座和打磨结构，所述打磨结构固定于连接座上，所述打磨结构的表面为弧形，所述打磨结构内设置有充气腔，所述连接座上设置有充气接头，所述充气接头与所述充气腔连通。本发明的可充气的打磨结构刚性和柔性可调，可以用于对不同尺寸和不同精度的半导体加工技术领域的打磨。并且打磨结构与半导体的接触面为弧形面，使得打磨结构的打磨面积更小。更小的打磨面积和刚柔度的调节，增加了打磨结构的打磨精度。

Description

一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置及工艺

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，特别是涉及一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置及工艺，主要作用于半导体加工技术领域的打磨工作。

背景技术

半导体加工技术领域的生产加工需要进行多次打磨，在生产加工初期，对半导体加工技术领域的打磨可以采用磨床等设备进行打磨，此时对半导体加工技术领域的打磨精度要求相对较低，在后续加工中，对半导体加工技术领域的打磨精度要求也会逐渐升高。

在对半导体加工技术领域进行高精度打磨时，由于打磨头通常是包括打磨头表层和填充于打磨头表层内部的填充液。而打磨头的打磨效果也通常取决于打磨头内填充液的粒度。普通的打磨头在进行打磨时，具有与半导体接触面积大的特点，因此对于半导体局部缺陷进行打磨修复时，现有的打磨头具有无法进行精确打磨的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置及工艺，解决现有打磨头对局部缺陷打磨不精确的问题。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现的：

一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置及工艺，该装置包括连接座和打磨结构，所述打磨结构固定于连接座上，所述打磨结构的表面为弧形，所述打磨结构内设置有充气腔，所述连接座上设置有充气接头，所述充气接头与所述充气腔连通。所述连接座用于连接机械臂，由机械臂来控制打磨结构的移动。在打磨时向打磨结构的充气腔内充入气体，使得打磨结构膨胀，充气腔的内部气压保证了打磨结构对半导体加工技术领域的压力，确保打磨结构对半导体加工技术领域的打磨效果。而在打磨时，充气膨胀的打磨结构表面依然会呈现弧形的形状，使得打磨结构与半导体表面的接触面积更小。同时，打磨结构的强度与充气气压相关，因此控制充气腔内的气压即可实现打磨结构具有多种不同的打磨效果。充气腔内的气压高，那么打磨结构的表面刚性更高，充气腔内的气压低，打磨结构的柔性也就更高。通过改变充气腔内气压的方式，达到灵活改变打磨结构刚柔度来精确改变打磨效果的目的。而打磨结构的弧形面与半导体的接触面更小，通过减小接触面来增加打磨的精度。

由此可见，本发明通过减小打磨结构的打磨面积与打磨结构的刚柔度实现了提高打磨精度的目的。

优选地，所述打磨结构为轮胎状的打磨轮，所述打磨轮上设置有轮轴，并通过轮轴与所述连接座可转动地连接。所述轮轴内设置有充气通道，所述充气腔和充气接头通过充气通道连通。所述充气接头用于连接气泵，由气泵对充气腔内进行充气，气泵泵入的高压气体经充气接头进入充气通道，然后由充气通道进入充气腔。所述充气腔设置有气门嘴，使得充入充气腔内的气体不会从充气嘴直接排出，所述充气嘴位于充气通道内，并与充气接头连接。在充气腔内气压逐渐升高时，打磨轮会逐渐膨胀，打磨轮的踏面的柔性降低，刚性逐渐增加。通过控制充气腔内的气压，也可以控制打磨轮的柔性，使得打磨轮在打磨不同厚度或者对不同精度的半导体加工技术领域进行打磨时，可以根据需要调节打磨轮的柔性。

优选地，所述连接座上设置有驱动电机，所述驱动电机用于驱动打磨轮。驱动电机使打磨轮在打磨时能够保持转动状态。此时半导体加工技术领域在打磨过程中为固定状态，在打磨轮转动时，打磨轮的踏面会不断地摩擦与半导体加工技术领域的接触位置，从而对半导体加工技术领域进行打磨。与连接座连接的机械臂用于控制打磨轮的位置和打磨压力，也就是说，机械臂控制打磨轮的移动路径，确定打磨轮的打磨范围，同时通过控制打磨压力也可以控制打磨轮的打磨深度。

在进行打磨时，采用一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复工艺应用于上述装置上，所述修复工艺包括以下步骤：

S1、确定半导体缺陷的位置和缺陷的尺寸；

S2、向打磨轮的充气腔内充气；

S3、根据半导体缺陷的尺寸选择定点打磨或者移动打磨；

S4、定点打磨，启动驱动电机，将打磨轮移动至缺陷位置，并控制打磨轮朝缺陷位置进给，对缺陷位置打磨；

S5、移动打磨，启动驱动电机，将打磨轮移动至缺陷位置，并控制打磨轮朝缺陷位置进给，同时控制打磨轮沿半导体表面的缺陷位置处往复移动，通过往复运动对缺陷所有的位置同步打磨；

S6、在步骤S4或者步骤S5结束后，检查半导体的缺陷位置；

S7、在步骤S6检查出依然有缺陷时，重复步骤S4；

S8、在步骤S6检查出没有缺陷时，打磨结束。

其中，在所述步骤S3中选择定点打磨或者移动打磨时，根据缺陷的尺寸与打磨轮的打磨面积进行对比，在缺陷的尺寸不大于2倍打磨面积时，选择步骤S4的定点打磨，在缺陷的尺寸大于2倍打磨面积时，选择步骤S5的移动打磨。

本发明具有以下有益效果：

本发明的可充气的打磨结构刚性和柔性可调，可以用于对不同尺寸和不同精度的半导体加工技术领域的打磨。并且打磨结构与半导体的接触面为弧形面，使得打磨结构的打磨面积更小。更小的打磨面积和刚柔度的调节，增加了打磨结构的打磨精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例描述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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明去除外保护罩后的结构示意图；

图2为本发明安装外保护罩后的结构示意图；

图3为打磨轮与轮轴的剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、打磨轮，2、轮轴，3、充气接头，4、固定片，5、内保护罩，6、U型板，7、连接盘，8、连接座，9、安装板，10、输出轴，11、外保护罩，12、皮带轮，13、连接环，14、半轴，15、充气通道；16、气门嘴。

具体实施方式

下面结合附图，通过本发明实施例的具体实现方式，对本发明技术方案进行清楚、完整地说明。

请参阅图图1-图3所示，本发明为一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置及工艺，该装置包括连接座8和打磨结构，所述打磨结构固定于连接座8上，所述打磨结构的表面形状为弧形，弧形的表面能够缩小打磨时的接触面面积，使得打磨更精确，所述打磨结构内设置有充气腔，所述连接座8上设置有充气接头3，所述充气接头3与所述充气腔连通。所述打磨结构为轮胎状的打磨轮1，所述打磨轮1上设置有轮轴2，并通过轮轴2与所述连接座8可转动地连接。

所述连接座8用于连接机械臂，通过机械臂控制打磨轮1的运动路线，实现对半导体加工技术领域的打磨工作。也就是说，当需要对一块半导体加工技术领域进行打磨时，是由机械臂控制着打磨轮1沿着半导体加工技术领域的表面移动，对半导体加工技术领域的表面进行打磨。

将所述打磨结构设置为打磨轮1，使打磨轮1能够通过转动的方式对半导体加工技术领域进行打磨。打磨轮1处于转动状态时，打磨轮1的踏面就会不停地对与打磨轮1接触的半导体加工技术领域进行摩擦打磨。

因此，采用打磨轮1作为打磨结构，通过打磨轮1的转动能实现对半导体缺陷部分的定点打磨。在需要定点打磨时打磨过程可以不需要打磨轮1平移，只需要打磨轮1转动即可。也就是说，打磨轮1能够通过定点打磨的方式缩小打磨范围来进一步提高打磨的精确度。

在所述打磨轮1的转动速度一定时，通过机械臂的移动速度、机械臂通过打磨轮1施加给半导体加工技术领域的压力和充气腔的气压都可以控制打磨效果。机械臂的打磨路线中，机械臂的移动速度越快，那么打磨轮1在半导体加工技术领域上的被打磨区域接触时间就越短，打磨时间也就越短。而机械臂对打磨工作的进给量的控制是通过打磨轮1向半导体加工技术领域施加压力来实现的，机械臂通过打磨轮1与半导体加工技术领域接触，机械臂施加给打磨轮1的压力会反应在打磨轮1与半导体加工技术领域之间的压力。机械臂施加的压力越大，那么打磨轮1与半导体加工技术领域之间的相互作用力也就越大，打磨轮1单位时间内对半导体加工技术领域的打磨效果也就越强，单位之间的打磨深度也就越深。在对同一种型号的半导体加工技术领域进行打磨时，打磨轮1的充气腔内气压越高，那么打磨轮1的柔性越低，刚性越高，不同刚柔度的打磨轮1对半导体加工技术领域的打磨效果也不同。充气腔内气压越高，那么打磨轮1与半导体加工技术领域之间的作用力也就越强，单位时间内打磨效果也更强。反之，充气腔内的气压越低，那么打磨轮1与半导体加工技术领域之间的作用力也越弱，打磨效果也就越弱。

由于打磨轮1能够转动，因此要对打磨轮1的充气腔内充气，就需要一个位置稳定的充气通道15。因此所述打磨轮1的轮轴2内设置有充气通道15，打磨轮1通过轮轴2与所述连接座8可转动地连接，因此轮轴2不会相对于连接座8发生水平方向或者竖直方向的位移，所以将充气通道15设置于轮轴2内。所述充气通道15为轮轴2内的轴向孔，该轴向孔一端连通充气腔，而充气腔设置有气门嘴16，气门嘴16位于轴向通道内。轴向孔的另一端位于轮轴2与充气接头3连接的一端的端面上，从而使该轴向孔与充气接头3连通。

优选的，充气接头3与气门嘴16进行连接，通过充气接头3对充气腔进行充气。充气接头3连接气泵，通过气泵可以向充气腔内泵入高压气体。控制充气腔内部的压力可以控制打磨轮1的柔性，从而控制对半导体加工技术领域的打磨效果。

所述充气接头3为旋转接头，所述旋转接头具有相对转动连接的两端，其中一端与连接座8固定连接，另一端与轮轴2固定连接。采用旋转接头作为充气接头3后，即使打磨轮1处于转动状态，气泵也可以随时向充气腔内充气，具有增加气压的作用。并且采用旋转接头，使得打磨轮1的转动不会影响到与气泵连接的气管的移动，因此不用每次打磨前都进行连接气管的操作。使打磨轮1能够随时启动进行打磨工作。

由于旋转接头的两端可以相对转动，因此在旋转接头的一端与打磨轮1的轮轴2连接后，另一端需要进行固定，便于与气泵通过气管进行连接。所述连接座8上设置有固定片4，所述固定片4上设置有通孔，并且使通孔部分套在旋转接头活动的一端上，使得旋转接头的活动端无法移动，实现了对旋转接头的固定。固定片4为弯折的金属片，通过螺钉固定的方式与连接座8固定连接。

打磨轮1的转动需要动力，因此所述连接座8上设置有驱动电机，所述驱动电机用于驱动打磨轮1。驱动设备安装于连接座8上，可以使驱动设备与打磨轮1之间的传动结构最简单，确保了打磨轮1工作的稳定性。所述连接座8包括一个U型板6和连接盘7，所述U型板6倒立设置，倒立设置后的U型板6的顶面与连接盘7固定连接。连接盘7为圆形盘状结构，所述连接盘7用于连接机械臂。而所述驱动电机固定于倒立设置的U型板6顶部的内侧面上，所述打磨轮1的轮轴2与所述U型板6的两个侧面可转动地连接。驱动电机的输出轴10轴线与打磨轮1的轮轴2轴线平行，便于在驱动电机与打磨轮1之间设置传动结构。

所述U型板6和连接盘7可以通过螺钉固定连接，也可以在铸造时一体成型。为了便于驱动电机的安装，因此驱动电机与所述U型板6之间通过安装板9间接连接。即驱动电机通过螺钉固定于安装板9上，而所述安装板9与U型板6固定连接。

所述驱动电机与所述打磨轮1之间的传动方式为皮带传动，即所述驱动电机通过皮带传动的方式驱动打磨轮1。为了便于皮带的安装，因此所述驱动电机的输出轴10贯穿所述U型板6的一个侧面，而所述打磨轮1的轮轴2一端需要连接充气接头3，另一端需要安装皮带轮12，因此所述打磨轮1的轮轴2两端分别贯穿所述U型板6的两个侧面。所述驱动电机的输出轴10穿过U型板6的侧面后，穿过的部分上固定有皮带轮12，打磨轮1的轮轴2与输出轴10对应的一端穿过U型板6的侧面后也安装有皮带轮12，在两个皮带轮12之间安装皮带，即可使驱动电机对打磨轮1进行驱动。

优选的，所述打磨轮1内还包括轮型骨架，轮型骨架是由钢丝组成的轮型框架结构，轮型骨架的作用是对打磨轮1的基本形状进行定型。同时也能够避免充气腔的膨胀使得打磨轮1的形状不受控制而影响打磨效果。

如图3所示，所述打磨轮1的轮轴2包括左右两段半轴14，所述打磨轮1的左右端面上设置有与半轴14连接的连接环13，所述两个半轴14均包括直径不同的两段，分别为大径段和小径段，所述大径段为中空的圆筒状结构，所述圆筒状结构与连接环13的形状相匹配。大径段的内圈套在连接环13的外圈上，并通过螺钉与连接环13固定连接。所述大径段与连接环13之间密封，可以通过在连接环13外圈上设置密封圈，用来确保充气腔内的气体不会泄露。所述半轴14通过小径段与U型板6连接，所述U型板6上设置有轴承，所述U型板6与轴承的外圈固定连接，所述小径段与轴承的内圈固定连接。所述充气通道15位于与充气接头3连接的半轴14的小径段上。

由于打磨工作环境中灰尘的含量较高，同时为了对驱动电机、U型板6、连接板和打磨轮1的连接位置进行保护，因此还包括外保护罩11，所述外保护罩11与所述连接座8固定连接，用于对打磨轮1与连接座8之间的结构进行保护。所述外保护罩11与连接盘7通过螺钉固定连接。为了便于对皮带轮12的工作进行观察，因此外保护罩11上开设有开口槽，通过开口槽可以直接观察到两个皮带轮12的位置。因此，不需要对外保护罩11进行拆卸，也可以直接观察到两个皮带轮12的工作状态。

由于U型板6倒立设置，因此所述驱动电机位于打磨轮1的上方，打磨轮1的打磨需要打磨轮1的转动来实现。因此打磨轮1转动时仍然会携带一部分打磨过程产生的粉尘向上飘，使粉尘附着在驱动电机上。而粉尘的附着会影响驱动电机的使用和寿命，因此所述连接座8上还设置有内保护罩5，所述内保护罩5罩在驱动电机上，用于对驱动电机进行保护。在安装了内保护罩5后，即使部分粉尘会随着打磨轮1的转动而向上飘，但这部分粉尘也只会接触到内防护罩，不会影响到内防护罩内的驱动电机。从而确保了驱动电机的稳定性，使驱动电机的使用寿命不会受到粉尘的影响而大幅降低。

所述打磨轮1具有打磨能力的同时又要具有一定的柔性，因此打磨轮1的材料选择为橡胶，即所述打磨轮1为橡胶轮。

在另一个实施方式中，所述驱动电机与打磨轮1之间的传动通过链传动或者齿轮传动。链传动和齿轮传动也是轴与轴之间的传动方式。链传动和齿轮传动相比皮带传动的优点在于传动精确，但是链传动和齿轮传动由于是刚性传动，因此通常会涂抹黄油进行润滑。但是在打磨工作的环境中粉尘含量较高，容易对链轮传动和齿轮传动造成影响，虽然在这种环境下的粉尘不会直接造成链轮和齿轮的直接停止工作，但是会明显缩短链轮和齿轮的使用寿命。

相对于链轮传动和齿轮传动，皮带传动依靠摩擦力实现传动。在打磨过程中，若机械臂的进给量过大，会造成打磨轮1与半导体加工技术领域之间压力过大，若此时驱动电机与打磨轮1之间采用皮带传动，那么皮带会打滑；若是此时驱动电机与打磨轮1之间采用的齿轮传动或者链传动，那么可能会导致驱动电机烧毁，或者打磨轮1保持转动，造成半导体加工技术领域损伤过大直接报废。相比于驱动电机或者半导体加工技术领域的成本，更换皮带的成本明显更低。并且对于更换难度而言，对驱动电机的更换需要拆卸更多的零部件，操作的难度和精度要求也更大，花费的时间也更多。因此，虽然采用链传动和齿轮传动也可以作为一种实施方式，链传动和齿轮传动也可以使打磨轮1的打磨工作正常运行。但是对于意外事故和维护成本而言，皮带轮12是一种更优的选择。

在进行打磨时，采用一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复工艺应用于上述装置上，所述修复工艺包括以下步骤：

S1、确定半导体缺陷的位置和缺陷的尺寸；

S2、向打磨轮1的充气腔内充气；在使用气泵进行充气时，需要根据半导体的材料选择充气腔内的压力，使打磨轮1的刚柔度适用于被打磨的半导体；

S3、根据半导体缺陷的尺寸选择定点打磨或者移动打磨；

S4、定点打磨，启动驱动电机，将打磨轮1移动至缺陷位置，并控制打磨轮1朝缺陷位置进给，对缺陷位置打磨；在半导体缺陷面水平设置的情况下，定点打磨只上下进给运动，不进行水平方向的平移运动；定点打磨的方式优点在于打磨位置精确，不会因为往复平移而导致打磨位置不精确的问题；

S5、移动打磨，启动驱动电机，将打磨轮1移动至缺陷位置，并控制打磨轮1朝缺陷位置进给，同时控制打磨轮沿半导体表面的缺陷位置处往复移动，通过往复运动对缺陷所有的位置同步打磨；在半导体缺陷面水平设置的情况下，移动打磨不仅仅进行上下方向的进给运动，还同时进行水平方向的平移运动；

S6、在步骤S4或者步骤S5结束后，检查半导体的缺陷位置；确认半导体的缺陷是否被打磨完全去除；

S7、在步骤S6检查出依然有缺陷时，重复步骤S4；在经过一次打磨后，大部分的缺陷都被打磨去除，对残余的缺陷即可通过定点打磨的方式进行打磨，而定点打磨具有打磨更精确的特点，使得残余的缺陷能够被精准地去除；

S8、在步骤S6检查出没有缺陷时，打磨结束。在打磨结束后取下充气接头，释放充气腔内部的高压气体。

其中，在所述步骤S3中选择定点打磨或者移动打磨时，根据缺陷的尺寸与打磨轮1的打磨面积进行对比，在缺陷的尺寸不大于2倍打磨面积时，选择步骤S4的定点打磨，在缺陷的尺寸大于2倍打磨面积时，选择步骤S5的移动打磨。也就是说，对于缺陷面积较小时，采用定点打磨的方式，缺陷面积较大时，采用移动打磨的方式。对于面积较小的缺陷进行定点打磨，可以避免在打磨过程中对无缺陷部分。

Claims (10)

1.一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：包括连接座（8）和打磨结构，所述打磨结构固定于连接座（8）上，所述打磨结构的表面为弧形，所述打磨结构内设置有充气腔，所述连接座（8）上设置有充气接头（3），所述充气接头（3）与所述充气腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：所述打磨结构为轮胎状的打磨轮（1），所述打磨轮（1）上设置有轮轴（2），并通过轮轴（2）与所述连接座（8）可转动地连接。

3.根据权利要求2所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：所述轮轴（2）内设置有充气通道（15），所述充气腔和充气接头（3）通过充气通道（15）连通。

4.根据权利要求3所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：所述充气接头（3）为旋转接头，所述旋转接头具有相对转动连接的两端，其中一端与连接座（8）固定连接，另一端与轮轴（2）固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：所述连接座（8）上设置有驱动电机，所述驱动电机用于驱动打磨轮（1）。

6.根据权利要求5所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：所述驱动电机通过皮带传动的方式驱动打磨轮（1）。

7.根据权利要求6所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：还包括外保护罩（11），所述外保护罩（11）与所述连接座（8）固定连接，用于对打磨轮（1）与连接座（8）之间的结构进行保护。

8.根据权利要求5所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：所述连接座（8）上还设置有内保护罩（5），所述内保护罩（5）罩在驱动电机上，用于对驱动电机进行保护。

9.一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复工艺，应用于权利要求1-8任意一项所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1、确定半导体缺陷的位置和缺陷的尺寸；

S2、向打磨轮（1）的充气腔内充气；

S3、根据半导体缺陷的尺寸选择定点打磨或者移动打磨；

S4、定点打磨，启动驱动电机，将打磨轮（1）移动至缺陷位置，并控制打磨轮朝缺陷位置进给，对缺陷位置打磨；

S5、移动打磨，启动驱动电机，将打磨轮（1）移动至缺陷位置，并控制打磨轮朝缺陷位置进给，同时控制打磨轮（1）沿半导体表面的缺陷位置处往复移动，通过往复运动对缺陷所有的位置同步打磨；

S6、在步骤S4或者步骤S5结束后，检查半导体的缺陷位置；

S7、在步骤S6检查出依然有缺陷时，重复步骤S4；

S8、在步骤S6检查出没有缺陷时，打磨结束。

10.根据权利要求9所述的一种半导体材料表面缺陷柔性高精度修复工艺，其特征在于：所述步骤S3中选择定点打磨或者移动打磨时，根据缺陷的尺寸与打磨轮（1）的打磨面积进行对比，在缺陷的尺寸不大于2倍打磨面积时，选择步骤S4的定点打磨，在缺陷的尺寸大于2倍打磨面积时，选择步骤S5的移动打磨。

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