CN115533722A - 一种半导体晶圆双面抛光设备及工艺 - Google Patents

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CN115533722A CN202211167043.XA CN202211167043A CN115533722A CN 115533722 A CN115533722 A CN 115533722A CN 202211167043 A CN202211167043 A CN 202211167043A CN 115533722 A CN115533722 A CN 115533722A
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Abstract

本申请公开了一种半导体晶圆双面抛光设备及工艺，该设备包括底座、滑动座、上抛盘、下抛盘、太阳轮、行星盘和内齿圈；下抛盘固定连接在底座上；滑动座沿竖直方向滑动连接在底座上；上抛盘固定连接在滑动座上；滑动座上转动连接有连杆一，连杆一为伸缩杆，太阳轮固定连接在连杆一的伸缩端；滑动座上沿竖直方向滑动连接有连杆二，内齿圈与连杆二固定连接；行星盘同时与内齿圈及太阳轮啮合；内齿圈设有防脱环一，太阳轮设有防脱环二；防脱环一防脱环二同时抵接行星盘；该工艺包括：上料、抛光、分离、回收和安装；本申请通过连杆一与连杆二的设置，使回收晶圆时不必拆除行星盘，简化了工序，节省了时间，提高了工作效率。

Description

一种半导体晶圆双面抛光设备及工艺
技术领域
本申请涉及机械加工领域，尤其是涉及一种半导体晶圆双面抛光设备及工艺。
背景技术
为了能在晶圆上良好的刻制线路，一般需要将晶圆抛光；晶圆的抛光又分为双面抛光与单面抛光，其中双面抛光主要目的是为了将刚切割下来的晶圆加工成上下表面相互平行的圆柱体，并削减厚度，为粗加工；单面抛光为精加工，需要抛光成非常平坦的晶圆；现采用抛光机对晶圆进行双面抛光；抛光机包括两个用于夹紧晶圆的抛光盘、驱动晶圆在两抛光盘之间移动的行星盘、内齿圈和太阳轮；行星盘齿轮啮合在内齿圈与太阳轮之间，行星盘上开设有直径略大于晶圆的通孔，将晶圆放置在通孔中，行星盘在两抛光盘之间转动，通过摩擦的方式来对晶圆进行抛光。
上述抛光机中，抛光盘分为上抛光盘和下抛光盘，下抛光盘安装在一底座，底座上设有转轴，转轴穿过下抛光盘向上伸出，太阳轮安装在转轴的伸出端，内齿圈固定在底座上，行星盘啮合在太阳轮与内齿圈之间。上抛光盘通过驱动机构与下抛光盘靠近或远离。
为了使晶圆被抛光的表面获得更好的平坦度；通常会加入特殊的抛光液来进行辅助的化学抛光；此类抛光液通常具有一定粘度，因此，在晶圆抛光完成后，由于表面过于平坦晶圆通常会在大气压的作用下被吸附在下层抛光盘的表面上；为了能将晶圆取下，现一般在收取晶圆时会用起子或其他工具将其撬起以破坏晶圆下表面与下层抛光盘上表面之间的真空状态，从而更方便的回收晶圆。
针对上述相关技术，发明人认为，使用起子或其他工具取走晶圆需要先将行星盘拆除以方便起子操作。晶圆取出后，后续在重新安装行星盘时需要重新啮合齿轮，导致操作流程繁琐，费时费力，而现有抛光机为了运行稳定以提高抛光精度，往往采用斜齿的行星齿轮，这也导致在重新安装行星盘时更为麻烦；且在安装行星盘后很难保证行星盘之间的间距相等，若不相等，则会导致行星盘在转动时由于内齿圈与太阳轮受力不对称而产生晃动，影响抛光精度。
发明内容
为了在回收晶圆完成后，不需要再次安装行星盘，简化操作流程，节省时间，本申请提供一种半导体晶圆双面抛光设备及工艺。
第一方面，本申请提供的一种半导体晶圆双面抛光设备，采用如下的技术方案：
一种半导体晶圆双面抛光设备，包括底座、滑动座、上抛盘、下抛盘、太阳轮、行星盘和内齿圈；所述下抛盘固定连接在所述底座上；所述滑动座沿竖直方向滑动连接在所述底座上；还包括有用于驱动所述滑动座滑动的驱动机构；所述上抛盘固定连接在所述滑动座上；
所述滑动座上转动连接有连杆一，所述连杆一的转动轴线沿竖直方向设置；所述连杆一为伸缩杆，所述连杆一伸缩以从所述滑动座底面伸出；所述太阳轮固定连接在所述连杆一的伸缩端；所述滑动座上设有用于驱动连杆一转动的动力机构；
所述滑动座上沿竖直方向滑动连接有连杆二，所述内齿圈与所述连杆二固定连接；所述行星盘上开设有用于放置晶圆的通孔；所述行星盘同时与所述内齿圈及所述太阳轮啮合；
所述内齿圈设有防脱环一，所述太阳轮设有防脱环二；所述防脱环一所述防脱环二的上表面同时抵接所述行星盘的下底面以防止所述行星盘脱离所述太阳轮与所述内齿圈。
通过采用上述技术方案，当需要收取完成抛光后的晶圆时，将滑动座上移，内齿圈与太阳轮会分别在连杆二与连杆一的作用下升起，从而脱离下抛盘表面，行星盘在防脱环一与防脱环二的作用下也被抬起，且始终与内齿圈及太阳轮保持啮合；分离，因此，在回收晶圆完成后，不需要再次安装行星盘，简化了操作流程，节省了时间。
可选的，所述滑动座上沿竖直方向滑动连接有连杆三，所述连杆三沿所述滑动座周向方向等距设置有多个；多个所述连杆三靠近所述底座的一端可拆卸连接有同一个剥离环，所述剥离环设于所述内齿圈的下方；所述剥离环内孔孔壁上设有用于托起晶圆的呈网状的网线，所述下抛盘上表面开设有容纳所述网线容纳槽，所述网线落入所述容纳槽以低于所述下抛盘的上表面。
通过采用上述技术方案，当上移滑动座时，剥离环上的网线会将晶圆剥离下抛盘，当剥离环升起至一定高度后，可以将剥离环整体从连杆三上拆除，从而一次性回收所述的晶圆；而在正常抛光工作时，网线插入容纳槽中以没入下抛盘的上表面，从而不会影响晶圆的抛光。
可选的，所述连杆三上设有连接组件，所述连接组件包括插销和弹簧，所述插销沿所述剥离环径向方向滑动连接在所述连杆三上，所述剥离环外侧壁上开设有供所述插销插入的凹槽；所述弹簧用于驱使所述插销插入所述凹槽；所述凹槽侧壁上设有导向面一,所述导向面一供所述剥离环转动以驱使所述插销没入所述连杆三侧壁；所述插销靠近所述凹槽的一端设有导向面二，所述导向面二供所述剥离环沿竖直方向向上滑动以驱使所述插销没入所述连杆三侧壁。
通过采用上述技术方案，当需要拆卸剥离环的时候，转动剥离环，插销在导向面一的作用下沿剥离环径向方向滑动以没入连杆三侧壁，从而将剥离环从连杆三上拆下；同时该拆卸方式较为平稳，晶圆不会从网线上掉落；当需要将剥离环安装回连杆三时，将凹槽置于插销下方，向上滑动剥离环，插销在导向面二的作用下没入连杆三侧壁，当凹槽对齐插销后，插销在弹簧的作用下插入凹槽从而完成连接，该连接方式较为迅速便捷。
可选的，所述滑动座上沿竖直方向滑动连接有定位杆，所述定位杆靠近所述底座的一端通过所述连接组件与所述剥离环连接；所述定位杆位于相邻两所述连杆三之间。
通过采用上述技术方案，考虑到如果剥离环旋转了一定角度后被安装至连杆三上，则有可能导致网线无法没入容纳操中；因此在滑动座上沿竖直方向滑动连接有定位杆，单独通过定位杆来判断此时剥离环的姿态是否正确。
可选的，所述网线上设有封板；所述网线位于所述容纳槽中时，所述封板封闭所述容纳槽。
通过采用上述技术方案，封板可以填补容纳槽的缝隙，保持下抛盘的抛光效果。
可选的，所述底座上开设有供所述防脱环一沿竖直方向滑动以插入的让位槽一，所述下抛盘上开设有供所述防脱环二沿竖直方向滑动以插入的让位槽二；所述让位槽一上开设有供所述剥离环和所述连杆三插入的让位槽三。
通过采用上述技术方案，通过让位槽一、让位槽二与让位槽三，可以减小内齿圈距离下抛盘表面的距离，从而可以抛光厚度更小的晶圆。
可选的，所述连杆一可伸缩的长度等于所述连杆二可滑动的长度。
通过采用上述技术方案，可以保证内齿圈与太阳轮被抬起后处于同一高度，从而避免行星盘的倾斜；而行星盘的倾斜会导致内齿圈与太阳轮抵接底座时会与行星盘产生磕碰。
第二方面，本申请提供的一种半导体晶圆双面抛光工艺，采用如下技术方案：
一种半导体晶圆双面抛光工艺，包括如下步骤：
步骤一：上料，通过驱动机构使所述滑动座往下滑动，当所述剥离环抵接所述底座、所述内齿圈抵接所述剥离环，所述滑动座停止，此时所述行星盘与所述上抛盘具有一定间隙，将待抛光晶圆放置在所述行星盘的通孔中；
步骤二：抛光，继续降下所述滑动座，所述连杆一缩回，使所述上抛盘与晶圆上表面抵接，所述滑动座停止，此时所述上抛盘与所述下抛盘分别与晶圆上下两面接触；启动动力机构驱使所述太阳轮转动完成对晶圆的抛光；
步骤三：分离，抬升所述滑动座，直至所述网线脱离所述容纳槽，网线将晶圆托起；
步骤四：回收，将所述剥离环从所述连杆三上拆除，回收所述剥离环上晶圆；
步骤五：安装，将所述剥离环重新安装至所述连杆三上。
通过采用上述技术方案，可以快速且便捷的完成晶圆的回收。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
1.本申请通过连杆一与连杆二的设置，使回收晶圆使不必将行星盘从内齿圈与太阳轮中拆除，方便了下一批次的晶圆抛光，节省了时间，提高了工作效率；
2.本申请通过连杆三与剥离环的设置，使完成抛光的晶圆可以整批次的从下抛盘上取下，提高了工作效率。
附图说明
图1是本申请一种半导体晶圆双面抛光设备的整体结构图。
图2是图1中的结构剖视图。
图3是为凸显图1中连接组件的部分结构爆炸图。
附图标记说明：
1、底座；11、丝杆；12、滑动电机；13、让位槽一；14、让位槽三；2、滑动座；21、连杆一；22、连杆二；23、连杆三；231、插销；232、弹簧；233、导向面二；24、伺服电机；241、转盘；25、定位杆；3、上抛盘；4、下抛盘；41、容纳槽；42、让位槽二；5、太阳轮；51、防脱环二；6、行星盘；61、通孔；7、内齿圈；71、防脱环一；81、剥离环；811、凹槽；812、导向面一；82、网线；821、封板。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种半导体晶圆双面抛光设备。参照图1和图2，该装置包括底座1、滑动座2、上抛盘3、下抛盘4、太阳轮5、行星盘6和内齿圈7；下抛盘4固定连接在所述底座1上，底座1两侧沿竖直方向分别设有两丝杆11，丝杆11固定连接有用于驱动自身转动的滑动电机12，两丝杆11通过丝杆11螺母同时连接有一滑动座2，滑动座2上通过螺丝固定连接有上抛盘3。
滑动座2上转动连接有两连杆一21，两连杆一21关于滑动座2的中心轴呈轴对称；连杆一21的转动轴线沿竖直方向设置，且连杆一21为伸缩杆；上抛盘上开始有供连杆一21转动的环槽。两连杆一21的伸缩端同时固定连接在太阳轮5上；两连杆一21的另一端同时连接有一转盘241，，伺服电机24驱动转盘转动从而带动太阳轮5转动；滑动座2上还设有用于驱动转盘转动的伺服电机24。
滑动座2上沿竖直方向滑动连接有两连杆二22，两连杆二22靠近底座1的一端同时与内齿圈7固定连接；行星盘6同时与内齿圈7以及太阳轮5啮合，行星盘6上设置有用于放置晶圆的通孔61，行星盘6的厚度小于加工完成后晶圆的厚度。
内齿圈7的下表面上设有防脱环一71，太阳轮5的下表面上设有防脱环二51；当内齿圈7及太阳轮5随滑动座2的提升而升起时，防脱环一71与防脱环二51抵接在行星盘6的下表面上，从而带动行星盘6一起提升。
滑动座2上沿竖直方向滑动连接有连杆三23，连杆三23的长度大于连杆二22得长度，且当连杆二22和连杆一21能伸出滑动座2的长度小于连杆三23能伸出滑动座2的长度；且连杆三23沿内齿圈7周向方向设置有两个；两连杆三23靠近底座1的一端同时通过连接组件连接有同一个剥离环81，剥离环81内设有网状的网线82，下抛盘4上设有供网线82沿竖直方向滑动以插入的容纳槽41。
参照图2和图3，为了减小容纳槽41对抛光效果的影响，在网线82上设有封板821，当网线82位于容纳槽41中时，封板821封闭容纳槽41，且封板821的材质与下抛盘4的材质一致。
连接组件包括插销231与弹簧232，插销231沿剥离环81径向方向滑动连接在连杆三23上，剥离环81外壁上开设有供插销231插入的凹槽811，弹簧232用于驱使插销231插入凹槽811。
为了能更快更平稳的拆除剥离环81，凹槽811侧壁设有导向面一，导向面一将凹槽811内壁与内齿圈7外壁圆滑的连接起来，当剥离环81转动时，插销231抵接着导向面，在导向面一的作用下没入连杆三23侧壁中，从而达到旋转剥离环81即可拆卸剥离环81的效果。
为了能更快的安装剥离环81，在插销231靠近凹槽811的一端设置有导向面二，当剥离环81上表面抵接导向面二并继续沿竖直方向向上滑动时，插销231逐渐没入连接杆三的内壁；当凹槽811对齐插销231后，插销231在弹簧232的作用下再次弹出并插入凹槽811完成连接。
考虑到剥离环81有可能会被绕自身中心轴线旋转180°并错误的安装在连杆三23上；此时网线82可能无法插入容纳槽41中；因此在滑动座2上沿竖直方向滑档连接有定位杆25，定位杆25本质上是另一根连杆三23，也通过连接组件与剥离环81连接，但是其位置位于上述的两连杆之间；当安装剥离环81时即可通过观察剥离环81上凹槽811位置与定位杆25的位置关系即可准确无误的将剥离环81安装在连杆三23上。
考虑到若剥离环81抵接底座1而防脱环一71抵接剥离环81，则内齿圈7相对于上抛盘3之间始终会保持一个剥离环81厚度的高度，从而无法将晶圆抛光至较薄的状态；因此，在底座1上开设有供防脱环一71竖直方向滑动以插入的让位槽一13，让位槽一13侧壁上开设有供剥离环81竖直方向滑动以插入的让位槽三14；上抛盘3上开设有供防脱环二51沿竖直方向滑动以插入的让位槽二42。
为了保证内齿圈7与太阳轮5随滑动座2上升而被提起时能保证在同一高度，防止行星盘6倾斜；连杆一21的可伸缩长度等于连杆二22可滑动的长度。
本申请实施例一种半导体晶圆双面抛光设备及工艺的实施原理为：通过连杆一21与连杆二22，在滑动座2向上滑动的同时将太阳轮5、行星盘6与内齿圈7一起提起，从而使回收晶圆使不用拆卸行星盘6；同时通过连杆三23连接一个带有网线82的剥离环81，滑动座2上升的过程中，晶圆会随剥离环81脱离下抛盘4表面；此时整体拆下剥离环81即可将本批次抛光的晶圆取下，而连接组件的设置可以使剥离环81平稳且快速的拆下；在需要进行下批次的抛光时也可以通过连接组件快速的将剥离环81安装回连杆三23上。
本申请实施例还公开了一种半导体晶圆双面抛光工艺。该工艺包括如下步骤：
步骤一：上料，通过丝杆11与滑动电机12驱动滑动座2滑动，直至剥离环81完全插入让位槽三14，网线82插入容纳槽41中，且需保持封板821不会突出下抛盘4的上表面，若封板821突出，则需清理容纳槽41中或让位槽一13中的杂质；内齿圈7完全插入让位槽一13，太阳轮5完全插入让位槽二42；此时再将晶圆放置再通孔61中；再在晶圆的上表面与下抛盘4上表面上加入抛光液。
步骤二：抛光，启动伺服电机24，使太阳轮5转动，从而驱使行星盘6转动以对晶圆抛光；在行星盘6转动的过程中，不定时的上移滑动座2以观察晶圆的抛光程度，也可以补充抛光液。
步骤三：分离，缓慢上移滑动座2，直至剥离环81完全脱离让位槽三14，网线82完全脱离容纳槽41；此时晶圆会位于网线82上。
步骤四：回收，转动剥离环81，从而将其从连杆三23上拆除。
步骤五：根据定位杆25调整好剥离环81的姿态后，将其沿竖直方向滑动，直至插销231插入凹槽811中，完成剥离环81与连杆三23的连接。
在步骤四与步骤五之间还可以实行清理步骤，清理上抛盘3、下抛盘4与剥离环81；尤其注意让位槽一13、让位槽二42与让位槽三14的清洗
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半导体晶圆双面抛光设备，包括底座(1)、滑动座(2)、上抛盘(3)、下抛盘(4)、太阳轮(5)、行星盘(6)和内齿圈(7)；所述下抛盘(4)固定连接在所述底座(1)上；其特征在于：所述滑动座(2)沿竖直方向滑动连接在所述底座(1)上；还包括有用于驱动所述滑动座(2)滑动的驱动机构；所述上抛盘(3)固定连接在所述滑动座(2)上；
所述滑动座(2)上转动连接有连杆一(21)，所述连杆一(21)的转动轴线沿竖直方向设置；所述连杆一(21)为伸缩杆，所述连杆一(21)伸缩以从所述滑动座(2)底面伸出；所述太阳轮(5)固定连接在所述连杆一(21)的伸缩端；所述滑动座(2)上设有用于驱动连杆一(21)转动的动力机构；
所述滑动座(2)上沿竖直方向滑动连接有连杆二(22)，所述内齿圈(7)与所述连杆二(22)固定连接；所述行星盘(6)上开设有用于放置晶圆的通孔(61)；所述行星盘(6)同时与所述内齿圈(7)及所述太阳轮(5)啮合；
所述内齿圈(7)设有防脱环一(71)，所述太阳轮(5)设有防脱环二(51)；所述防脱环一(71)所述防脱环二(51)的上表面同时抵接所述行星盘(6)的下底面以防止所述行星盘(6)脱离所述太阳轮(5)与所述内齿圈(7)。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双面抛光设备，其特征在于：所述滑动座(2)上沿竖直方向滑动连接有连杆三(23)，所述连杆三(23)沿所述滑动座(2)周向方向等距设置有多个；多个所述连杆三(23)靠近所述底座(1)的一端可拆卸连接有同一个剥离环(81)，所述剥离环(81)设于所述内齿圈(7)的下方；所述剥离环(81)内孔孔壁上设有用于托起晶圆的呈网状的网线(82)，所述下抛盘(4)上表面开设有容纳所述网线(82)容纳槽(41)，所述网线(82)落入所述容纳槽(41)以低于所述下抛盘(4)的上表面。
3.根据权利要求2所述的一种半导体晶圆双面抛光设备，其特征在于：所述连杆三(23)上设有连接组件，所述连接组件包括插销(231)和弹簧(232)，所述插销(231)沿所述剥离环(81)径向方向滑动连接在所述连杆三(23)上，所述剥离环(81)外侧壁上开设有供所述插销(231)插入的凹槽(811)；所述弹簧(232)用于驱使所述插销(231)插入所述凹槽(811)；所述凹槽(811)侧壁上设有导向面一,所述导向面一供所述剥离环(81)转动以驱使所述插销(231)没入所述连杆三(23)侧壁；所述插销(231)靠近所述凹槽(811)的一端设有导向面二，所述导向面二供所述剥离环(81)沿竖直方向向上滑动以驱使所述插销(231)没入所述连杆三(23)侧壁。
4.根据权利要求3所述的一种半导体晶圆双面抛光设备，其特征在于：所述滑动座(2)上沿竖直方向滑动连接有定位杆(25)，所述定位杆(25)靠近所述底座(1)的一端通过所述连接组件与所述剥离环(81)连接；所述定位杆(25)位于相邻两所述连杆三(23)之间。
5.根据权利要求2所述的一种半导体晶圆双面抛光设备，其特征在于：所述网线(82)上设有封板(821)；所述网线(82)位于所述容纳槽(41)中时，所述封板(821)封闭所述容纳槽(41)。
6.根据权利要求2所述的一种半导体晶圆双面抛光设备，其特征在于：所述底座(1)上开设有供所述防脱环一(71)沿竖直方向滑动以插入的让位槽一(13)，所述下抛盘(4)上开设有供所述防脱环二(51)沿竖直方向滑动以插入的让位槽二(42)；所述让位槽一(13)上开设有供所述剥离环(81)和所述连杆三(23)插入的让位槽三(14)。
7.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双面抛光设备，其特征在于：所述连杆一(21)可伸缩的长度等于所述连杆二(22)可滑动的长度。
8.一种半导体晶圆双面抛光工艺，应用有权利要求2至6任意一项所述的一种半导体晶圆双面抛光设备，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：上料，通过驱动机构使所述滑动座(2)往下滑动，当所述剥离环(81)抵接所述底座(1)、所述内齿圈(7)抵接所述剥离环(81)，所述滑动座(2)停止，此时所述行星盘(6)与所述上抛盘(3)具有一定间隙，将待抛光晶圆放置在所述行星盘(6)的通孔(61)中；
步骤二：抛光，继续降下所述滑动座(2)，所述连杆一(21)缩回，使所述上抛盘(3)与晶圆上表面抵接，所述滑动座(2)停止，此时所述上抛盘(3)与所述下抛盘(4)分别与晶圆上下两面接触；启动动力机构驱使所述太阳轮(5)转动完成对晶圆的抛光；
步骤三：分离，抬升所述滑动座(2)，直至所述网线(81)脱离所述容纳槽(41)，网线(81)将晶圆托起；
步骤四：回收，将所述剥离环(81)从所述连杆三(23)上拆除，回收所述剥离环(81)上晶圆；
步骤五：安装，将所述剥离环(81)重新安装至所述连杆三(23)上。
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