CN116214302A - 一种用于对硅片进行双面抛光的设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于对硅片进行双面抛光的设备，所述设备包括：上定盘和下定盘，所述上定盘和所述下定盘用于以恒定的夹紧力将所述硅片夹紧的同时相对于所述硅片平移以对所述硅片进行抛光；位移传感器，所述位移传感器用于实时感测所述上定盘和所述下定盘从基准相对位置开始相对于彼此在夹紧方向上的移动距离；判定单元，所述判定单元用于当所述移动距离不断地产生增大或减小大于设定值的变化时判定所述硅片发生了破碎。

Description

一种用于对硅片进行双面抛光的设备

技术领域

本发明涉及半导体硅片生产领域，尤其涉及一种用于对硅片进行双面抛光的设备。

背景技术

直接法拉制出的单晶硅棒经多线切割后可获得硅片，硅片需要经历多个加工过程以获得成品硅片，在硅片加工过程中通常需要利用抛光设备对硅片进行抛光处理，即通过抛光液的化学作用和抛光垫与硅片表面之间的摩擦产生的机械作用来改善硅片表面的平坦度，这一处理过程通常是利用硅片双面抛光设备来完成的。

在硅片双面抛光设备中，硅片承载在承载轮中。具体地，承载轮可以设置在上下抛光垫之间并且可以形成有将承载轮贯穿的容置部，硅片可以容置在该容置部中，以随承载轮一起相对于上下抛光垫运动，由此实现使硅片的两个圆形主表面都被上下抛光垫抛光。

在上述抛光过程中，承载于承载轮的硅片可能会发生破碎，但现有的硅片双面抛光设备无法及时检测到这一情况，或者仅仅通过对驱动扭矩进行检测来判断是否有硅片破碎情况发生，但扭矩受转速以及压力影响较大，判断精度无法保证，在已出现硅片破碎但未判断出破碎发生的情况下会造成硅片的破碎加重，损伤上下定盘的盘面，导致后续大批量成品硅片的质量不合格。

随着半导体技术的不断发展，对硅片质量要求越来越高，由于上述问题的存在，常规的硅片双面抛光设备已无法满足这样的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于对硅片进行双面抛光的设备，能够及时对硅片发生破碎的情况完成判定，使设备立即停止作业，避免破裂的硅片对上下定盘的盘面造成损伤，避免造成后续大批量成品硅片的加工数据异常。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种用于对硅片进行双面抛光的设备，所述设备包括：

上定盘和下定盘，所述上定盘和所述下定盘用于以恒定的夹紧力将所述硅片夹紧的同时相对于所述硅片平移以对所述硅片进行抛光；

位移传感器，所述位移传感器用于实时感测所述上定盘和所述下定盘从基准相对位置开始相对于彼此在夹紧方向上的移动距离；

判定单元，所述判定单元用于当所述移动距离不断地产生增大或减小大于设定值的变化时判定所述硅片发生了破碎。

优选地，所述判定单元还用于当所述上定盘和所述下定盘产生所述夹紧力时的所述移动距离小于基准移动距离设定值时，判定所述上定盘或所述下定盘有在移动方向上突起的异物、或者判定所述硅片没有正确就位于所述设备的用于承载所述硅片的承载轮中、或者判定用于修整抛光垫的修整轮而不是用于承载所述硅片的承载轮被安装在了所述设备中。

优选地，所述设备还包括驱动单元，所述驱动单元包括：

杠杆，所述杠杆的第一杠杆端部相对于所述上定盘固定地设置；

杠杆支点；

气囊，所述杠杆的与所述第一杠杆端部相反的第二杠杆端部相对于所述气囊固定地设置成使得当所述气囊被充气时，所述第二杠杆端部产生移动，所述杠杆产生绕所述杠杆支点的转动，并且所述第一杠杆端部产生相应的移动，以驱动所述上定盘移动并提供所述夹紧力，

其中，所述杠杆支点与所述第一杠杆端部之间的第一距离小于所述杠杆支点与所述第二杠杆端部之间的第二距离。

优选地，所述位移传感器为包括波导管和磁环的磁致伸缩位移传感器，其中，所述波导管相对于所述杠杆支点固定地设置，所述磁环的移动由所述第二杠杆端部的移动导致。

优选地，所述设备还包括移动放大单元，所述移动放大单元包括：

连杆，所述连杆的第一连杆端部相对于所述第二杠杆端部固定地设置；

连杆支点；

所述连杆的与所述第一连杆端部相反的第二连杆端部相对于所述磁环固定地设置，使得当所述第二杠杆端部移动时，所述第一连杆端部产生与所述第二杠杆端部相同的移动，所述连杆产生绕所述连杆支点的转动，并且所述第二连杆端部产生相应的移动，以驱动所述磁环移动，

其中，所述连杆支点与所述第一连杆端部之间的第三距离小于所述连杆支点与所述第二连杆端部之间的第四距离。

优选地，当所述上定盘和所述下定盘产生所述夹紧力时，所述气囊中的气体的压强介于4.5bar至5.5bar之间。

优选地，所述设备还包括设置在所述上定盘下方的上抛光垫和设置在所述下定盘上方的下抛光垫。

优选地，所述设备还包括承载轮，所述承载轮形成有通孔以容置所述硅片，所述承载轮构造成使得所述硅片通过与所述上抛光垫和所述下抛光垫接触被夹紧。

优选地，所述承载轮呈圆盘状并且具有承载轮外齿，所述设备还包括：

内齿圈，所述内齿圈具有内齿圈外齿；

设置在所述内齿圈外围的外齿圈，所述外齿圈具有外齿圈内齿；

其中，所述承载轮外齿用于与所述内齿圈外齿以及所述外齿圈内齿啮合。

优选地，所述设备还包括用于将抛光液注入至所述上抛光垫的抛光液注入管道。

本发明实施例提供了一种用于对硅片进行双面抛光的设备，通过感测上定盘和下定盘相对于彼此的移动距离，能够及时获知移动距离发生了较大的不断地增大或减小的变化，而这是由于在硅片发生了破碎的情况下上定盘和下定盘相对于彼此的跳跃或者说振动导致的，由此能够及时对硅片发生破碎的情况完成判定，使设备立即停止作业，避免破裂的硅片对上定盘和下定盘的盘面造成损伤，避免造成后续大批量成品硅片的加工数据异常。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的用于对硅片进行双面抛光的设备的局部示意图；

图2为利用根据本发明的实施例的设备对异物进行判定的示意图；

图3为利用根据本发明的实施例的设备对硅片就位进行判定的示意图；

图4为利用根据本发明的实施例的设备对修整轮的安装进行判定的示意图；

图5为根据本发明的实施例的用于对硅片进行双面抛光的设备的驱动单元的示意图；

图6为根据本发明的实施例的用于对硅片进行双面抛光的设备的位移传感器的示意图；

图7为根据本发明的实施例的用于对硅片进行双面抛光的设备的移动放大单元的示意图；

图8为根据本发明的实施例的用于对硅片进行双面抛光的设备的正视剖面示意图；

图9为根据本发明的实施例的用于对硅片进行双面抛光的设备的承载轮、内齿圈和外齿圈的俯视图。

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。

参见图1，本发明实施例提供了一种用于对硅片W进行双面抛光的设备1，所述设备1可以包括：

上定盘11和下定盘12，所述上定盘11和所述下定盘12用于以恒定的夹紧力将所述硅片W夹紧的同时相对于所述硅片W平移以对所述硅片W进行抛光，这里，如在下文中详细描述的，上定盘11和下定盘12相对于硅片W的平移可以通过硅片W在绕图1中示出的轴线X1自转的同时绕用于承载硅片W的承载轮(图1中未示出)的中心轴线X2公转来实现，而上定盘11和下定盘12都可以是保持固定不动的；

位移传感器20，所述位移传感器20用于实时感测所述上定盘11和所述下定盘12从基准相对位置开始相对于彼此在夹紧方向上的移动距离D，这里的基准相对位置可以是上定盘11和下定盘12处于任意相对位置处，比如可以是上定盘11远离下定盘12的相对位置处，比如还可以是如在图1中示出的下定盘12保持固定不动而上定盘11从实线示出的位置处移动到了虚线示出的位置处的情况下，上定盘11和下定盘12一起将硅片W夹紧的相对位置处，另外在本发明中，夹紧方向指的是上定盘11和下定盘12彼此靠近的方向，因此，比如在上定盘11从远离下定盘12的位置处移动至邻近下定盘12的位置处时，移动距离D为正值，而如在图1中示出的当上定盘11从邻近下定盘12的实线所示的位置处移动至远离下定盘12的虚线所述的位置处时，移动距离D为负值；

判定单元30，所述判定单元30用于当所述移动距离D不断地产生增大或减小大于设定值的变化时判定所述硅片W发生了破碎，这里，在硅片W发生了破碎的情况下，经历抛光作业的硅片W的多个破碎部分会时而在夹紧方向上相互交叠在一起，如在图1中通过虚线示意性地示出的，时而在与夹紧方向垂直的平面中依次排列，而由于上定盘11与下定盘12之间的夹紧力是恒定的，因此，当硅片W的多个破碎部分相互交叠时，如图1中示出的可动的上定盘11会处于虚线所示位置处，而当硅片W的多个破碎部分依次排列时，上定盘11会处于实线所示位置处，也就是说上定盘11会相对于下定盘12不断地跳跃或者说振动，而上述的移动距离D也会不断地产生较大的突然增大或减小的变化，相反地，在硅片W没有发生破碎的情况下，上定盘11会一直处于实线所示位置处，上述的移动距离D不发生变化或者说即使由于硅片W的厚度不均匀而发生变化，变化量也会是较小的，这里，上述的设定值可以为0.1mm。

在根据本发明的上述实施例的设备1中，通过感测上定盘11和下定盘12相对于彼此的移动距离D，能够及时获知移动距离D发生了较大的不断地增大或减小的变化，而这是由于在硅片W发生了破碎的情况下上定盘11和下定盘12相对于彼此的跳跃或者说振动导致的，由此能够及时对硅片W发生破碎的情况完成判定，使设备1立即停止作业，避免破裂的硅片W对上定盘11和下定盘12的盘面造成损伤，避免造成后续大批量成品硅片W的加工数据异常。

现有的硅片双面抛光设备中是配备有接近开关的，但是，该接近开关仅能够大致判断出比如上定盘是处于邻近下定盘的加工位置还是处于远离下定盘的上升位置，而无法对比如上定盘是否正确就位以完成对硅片W的抛光做出精确的判断。对此，在本发明的优选实施例中，所述判定单元30还可以用于：当所述上定盘11和所述下定盘12产生所述夹紧力时的所述移动距离D小于基准移动距离RD设定值时，判定所述上定盘11或所述下定盘12有在移动方向上突起的异物FM，如在图2中示出的，其中，假设了下定盘12保持固定不动，为了便于理解的目的对于上述的基准相对位置而言，与图1中示出的情形不同，图2中通过上方的虚线示出了处于基准相对位置处的上定盘11，另外通过下方的虚线示出移动了基准移动距离RD的上定盘11，这里的基准移动距离RD是指设备1在正常状态下上定盘11从处于基准相对位置处移动至与下定盘12一起将硅片W夹紧的位置处的移动距离，并且通过实线示出移动了上述的移动距离D的上定盘11，另外图2中示例性地示出了异物FM存在于上定盘11的下表面上，而在这种情况下，上述的设定值可以为0.2mm，举例而言，如果基准移动距离RD为191.1mm，而上述的移动距离为190.8mm的话，则判定有异物FM，而比如上述的移动距离为191.0mm的话，则判定无异物FM，这样，当判定出有异物FM时，便可以使设备1不开始进入抛光处理，避免处理过程中硅片W破碎；或者判定所述硅片W没有正确就位于所述设备1的用于承载所述硅片W的承载轮50中，如在图3中示出的，其中，同样假设了下定盘12保持固定不动并且通过上方的虚线示出了处于基准相对位置处的上定盘11，另外通过下方的虚线示出移动了基准移动距离RD的上定盘11，这里的基准移动距离RD是指设备1在正常状态下上定盘11从处于基准相对位置处移动至与下定盘12一起将硅片W夹紧的位置处的移动距离，并且通过实线示出移动了上述的移动距离D的上定盘11，在这种情况下，可以根据承载轮50厚度设置上述的设定值，这样，当判定出硅片W没有以正确的方式被承载时，便可以使设备1不开始进入抛光处理，避免处理过程中硅片W破碎；或者判定用于修整抛光垫的修整轮40而不是用于承载所述硅片W的承载轮50被安装在了所述设备1中，如在图4中示出的，其中，同样假设了下定盘12保持固定不动并且通过上方的虚线示出了处于基准相对位置处的上定盘11，另外通过下方的虚线示出移动了基准移动距离RD的上定盘11，这里的基准移动距离RD是指设备1在正常状态下上定盘11从处于基准相对位置处移动至与下定盘12一起产生上述的夹紧力的移动距离，并且通过实线示出移动了上述的移动距离D的上定盘11，在这种情况下，由于修整轮40的厚度一般为3.5mm以上，而承载轮50的厚度区间为770μm至780μm，可以根据这样的厚度设置上述的设定值，这样，当判定出修整轮40而不是承载轮50被安装在了设备1中时，便可以使设备1不开始进入抛光处理，避免设备1的损坏以及安全事故的发生。

需要说明的是，尽管通过上述对移动距离D和基准移动距离RD进行比较，仅能够判定出可能发生了上述三种情形，而无法对三种情形进行区分，但是，例如可以通过人工查验的方式来确定出发生了三种情形中的哪一种。

现有的硅片双面抛光设备中是配备有气缸来驱动上定盘比如朝向下定盘移动并且提供所需要的夹紧力的，但是，由于气缸直接对上定盘进行驱动，所需要的气压较大，通常为约7Bar，为了在提供较小的气压下也能够使上述的上定盘11比如朝向下定盘12移动并且与下定盘12一起产生所需要的夹紧力，在本发明的优选实施例中，参见图5，所述设备1还可以包括驱动单元60，所述驱动单元60包括：

杠杆61，所述杠杆61的第一杠杆端部61A相对于所述上定盘11固定地设置；

杠杆支点62；

气囊63，所述杠杆61的与所述第一杠杆端部61A相反的第二杠杆端部61B相对于所述气囊63固定地设置成使得当所述气囊63被充气时，如在图5中气囊63从实线示出的形状转变至虚线示出的形状时，所述第二杠杆端部61B产生移动，所述杠杆61产生绕所述杠杆支点62的转动，如在图5中杠杆61从实线示出的位置转动至虚线示出的位置，并且所述第一杠杆端部61A产生相应的移动，以驱动所述上定盘11移动并提供所述夹紧力，如在图5中上定盘11从实线示出的位置转变至虚线示出的位置，

其中，所述杠杆支点62与所述第一杠杆端部61A之间的第一距离D1小于所述杠杆支点62与所述第二杠杆端部61B之间的第二距离D2。

这样，同样对于驱动上定盘11朝向下定盘12移动并且提供所需要的夹紧力而言，所述气囊63中的气体的压强可以介于4.5bar至5.5bar之间，与现有技术相比，所需要的气压得到显著减小，能够以更加省力的方式完成上定盘11和下定盘12之间的相对移动并且提供所需要的夹紧力。

在本发明的优选实施例中，参见图6，所述位移传感器20可以为包括波导管21和磁环22的磁致伸缩位移传感器，对于这种类型的位移传感器而言，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的，更具体地，波导管21所包括的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成，测量过程是由传感器20的电子室(附图中未示出)内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管21内传输，从而在波导管21外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管21上作为位置变化的磁环22产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管21内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到，由于这个应变机械波脉冲信号在波导管21内的传输时间和磁环22与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离，在这种情况下，结合图5，所述波导管21可以相对于所述杠杆支点62固定地设置，所述磁环22的移动可以由所述第二杠杆端部61B的移动导致，这样，可以理解的是，尽管位移传感器20是用于感测上定盘11的移动距离的，但在将磁环22设置成比如相对于第二杠杆端部61B固定的情况下，可以使上定盘11的移动距离得到放大，从而能够更精确地感测出上定盘11的移动距离。

尽管在上述情况下，将比如上定盘11的移动距离得到了一定程度的放大，感测能够更为精确，但放大程度可能是不够的，而且取决于气囊63的气压与所需要的夹紧力，为了上定盘11的移动距离得到所需要的更大的放大程度，在本发明的优选实施例中，参见图7，所述设备1还可以包括移动放大单元70，所述移动放大单元70包括：

连杆71，所述连杆71的第一连杆端部71A相对于所述第二杠杆端部61B固定地设置；

连杆支点72；

所述连杆71的与所述第一连杆端部71A相反的第二连杆端部71B相对于所述磁环22固定地设置成使得当所述第二杠杆端部61B移动时，如在图7中第二杠杆端部61B从实线示出的位置移动至虚线示出的位置时，所述第一连杆端部71A产生与所述第二杠杆端部61B相同的移动，所述连杆71产生绕所述连杆支点72的转动，如在图7中连杆71从实线示出的位置转动至虚线示出的位置，并且所述第二连杆端部71B产生相应的移动，以驱动所述磁环22移动，如在图7中磁环22从实线示出的位置转变至虚线示出的位置，

其中，所述连杆支点72与所述第一连杆端部71A之间的第三距离D3小于所述连杆支点72与所述第二连杆端部71B之间的第四距离D4。

这样，由于上述的第三距离D3小于上述的第四距离D4，因此，能够在磁环22的移动由第二杠杆端部61B的移动导致从而使上定盘11的移动距离得到放大的基础上，对这一移动距离进行进一步放大，从而使感测到的移动距离更为准确。

在本发明的优选实施例中，参见图8，所述设备1还可以包括设置在所述上定盘11下方的上抛光垫81和设置在所述下定盘12上方的下抛光垫82。

在本发明的优选实施例中，参见图9并结合图8，所述设备1还可以包括承载轮50，所述承载轮50形成有通孔50H以容置所述硅片W，所述承载轮50构造成使得所述硅片W通过与所述上抛光垫81和所述下抛光垫82接触被夹紧。

在本发明的优选实施例中，参见图9并结合图8，所述承载轮50可以呈圆盘状并且具有承载轮外齿50T，所述设备1还包括：

内齿圈91，所述内齿圈91具有内齿圈外齿91T；

设置在所述内齿圈91外围的外齿圈92，所述外齿圈92具有外齿圈内齿92T；

其中，所述承载轮外齿50T用于与所述内齿圈外齿91T以及所述外齿圈内齿92T啮合，这样，当内齿圈91和外齿圈92各自进行旋转时，便可以驱动承载轮50以及承载在该承载件50中的硅片W运动。

在本发明的优选实施例中，参见图8，所述设备1还可以包括用于将抛光液注入至所述上抛光垫81的抛光液注入管道100。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于对硅片进行双面抛光的设备，其特征在于，所述设备包括：

上定盘和下定盘，所述上定盘和所述下定盘用于以恒定的夹紧力将所述硅片夹紧的同时相对于所述硅片平移以对所述硅片进行抛光；

位移传感器，所述位移传感器用于实时感测所述上定盘和所述下定盘从基准相对位置开始相对于彼此在夹紧方向上的移动距离；

判定单元，所述判定单元用于当所述移动距离不断地产生增大或减小大于设定值的变化时判定所述硅片发生了破碎。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述判定单元还用于当所述上定盘和所述下定盘产生所述夹紧力时的所述移动距离小于基准移动距离设定值时，判定所述上定盘或所述下定盘有在移动方向上突起的异物、或者判定所述硅片没有正确就位于所述设备的用于承载所述硅片的承载轮中、或者判定用于修整抛光垫的修整轮而不是用于承载所述硅片的承载轮被安装在了所述设备中。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括驱动单元，所述驱动单元包括：

杠杆，所述杠杆的第一杠杆端部相对于所述上定盘固定地设置；

杠杆支点；

气囊，所述杠杆的与所述第一杠杆端部相反的第二杠杆端部相对于所述气囊固定地设置成使得当所述气囊被充气时，所述第二杠杆端部产生移动，所述杠杆产生绕所述杠杆支点的转动，并且所述第一杠杆端部产生相应的移动，以驱动所述上定盘移动并提供所述夹紧力，

其中，所述杠杆支点与所述第一杠杆端部之间的第一距离小于所述杠杆支点与所述第二杠杆端部之间的第二距离。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述位移传感器为包括波导管和磁环的磁致伸缩位移传感器，其中，所述波导管相对于所述杠杆支点固定地设置，所述磁环的移动由所述第二杠杆端部的移动导致。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还包括移动放大单元，所述移动放大单元包括：

连杆，所述连杆的第一连杆端部相对于所述第二杠杆端部固定地设置；

连杆支点；

所述连杆的与所述第一连杆端部相反的第二连杆端部相对于所述磁环固定地设置，使得当所述第二杠杆端部移动时，所述第一连杆端部产生与所述第二杠杆端部相同的移动，所述连杆产生绕所述连杆支点的转动，并且所述第二连杆端部产生相应的移动，以驱动所述磁环移动，

其中，所述连杆支点与所述第一连杆端部之间的第三距离小于所述连杆支点与所述第二连杆端部之间的第四距离。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，当所述上定盘和所述下定盘产生所述夹紧力时，所述气囊中的气体的压强介于4.5bar至5.5bar之间。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括设置在所述上定盘下方的上抛光垫和设置在所述下定盘上方的下抛光垫。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括承载轮，所述承载轮形成有通孔以容置所述硅片，所述承载轮构造成使得所述硅片通过与所述上抛光垫和所述下抛光垫接触被夹紧。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述承载轮呈圆盘状并且具有承载轮外齿，所述设备还包括：

内齿圈，所述内齿圈具有内齿圈外齿；

设置在所述内齿圈外围的外齿圈，所述外齿圈具有外齿圈内齿；

其中，所述承载轮外齿用于与所述内齿圈外齿以及所述外齿圈内齿啮合。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于将抛光液注入至所述上抛光垫的抛光液注入管道。

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