CN116475934A - 静压垫、研磨设备及硅片 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种静压垫、研磨设备及硅片，静压垫用于在硅片双面研磨设备中成对地夹持硅片的两侧，静压垫包括基板、调节板和驱动模块，基板具有朝向硅片的固定平面；调节板通过驱动模块安装在固定平面上，调节板具有朝向硅片的第一平面，第一平面用于通过流体向硅片提供静压力以对硅片一侧进行非接触地支撑；驱动模块用于驱动调节板发生倾斜，驱动模块经配制成当第一平面不与硅片所在的目标平面平行时，驱动模块驱动调节板倾斜，以使得第一平面与目标平面平行。通过实时调整静压垫与硅片的间距，确保研磨过程的稳定性，提升产品品质。

Description

静压垫、研磨设备及硅片

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及静压垫、研磨设备及硅片。

背景技术

半导体硅片的生产工艺通常包括拉晶、线切割、研磨、抛光等处理过程。双面研磨作为一种研磨工艺用于同时对硅片的两个主表面进行研磨以使硅片具有高度平整表面。在双面研磨过程中，需要使用专用装置来保持硅片，以便于研磨轮对硅片的两个主表面同时进行研磨。通常，这种保持装置包括对向设置的一对流体静压支撑件，硅片沿竖向方向设置在两个流体静压支撑件之间，流体静压支撑件可以在其自身与硅片的主表面之间形成流体屏障，以便使硅片能够在不与两个流体静压支撑件接触的情况下被保持竖立，与此同时，可以利用对置的研磨轮对硅片的两个主表面进行研磨。相比于物理夹持，流体静压支撑件的流体夹持方式减少了对硅片的损伤，并使得硅片以较小的摩擦相对于流体静压支撑件表面在切向上移动(转动)。

然而，在双面研磨设备中需要调整对置的一对研磨轮的角度，以对硅片的平坦度进行修整，在调节研磨轮的过程中，当左右一对研磨轮的偏转角太大时，在研磨轮直接接触硅片的情况下导致硅片发生倾斜，又或者当使用上述专用装置来保持硅片时也会因为机械结构的不稳定性导致硅片发生倾斜，在这种情况下，由于一对静压支撑件之间的间距固定，单侧的静压支撑件与硅片之间的距离固定，因此硅片会与静压支撑件发生接触，导致硅片和静压支撑件进行摩擦，使得硅片的平坦度恶化，甚至碎片的发生。

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静压垫、研磨设备及硅片，通过在双面研磨过程中实时调整所述静压垫与所述硅片的间距，用以确保研磨过程的稳定性，提升产品品质。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种静压垫，所述静压垫用于在硅片双面研磨设备中成对地夹持所述硅片的两侧，所述静压垫包括基板、调节板和驱动模块：所述基板具有朝向所述硅片的固定平面；所述调节板通过所述驱动模块安装在所述固定平面上，所述调节板具有朝向所述硅片的第一平面，所述第一平面用于通过流体向所述硅片提供静压力以对所述硅片一侧进行非接触地支撑；所述驱动模块用于驱动所述调节板发生倾斜，所述驱动模块经配制成当所述第一平面不与所述硅片所在的目标平面平行时，所述驱动模块驱动所述调节板倾斜，以使得所述第一平面与所述目标平面平行。

优选地，所述驱动模块包括多个能够独立控制的驱动杆，所述驱动杆经构造成能够沿着垂直于所述固定平面的方向伸缩，所述驱动杆凸出所述固定平面的端部与所述调节板铰接。

优选地，至少两个所述驱动杆沿竖直方向均匀地设置在所述基板上，所述驱动杆铰接至所述调节板远离所述硅片的一侧。

优选地，所述驱动模块还包括用于驱动所述驱动杆伸缩的液压驱动单元或气压驱动单元。

优选地，所述静压垫还包括感测器和控制器，所述感测器用于感测所述硅片的空间姿态以获得所述目标平面的空间位置，所述控制器经配置成根据所述目标平面的空间位置控制所述驱动杆伸缩，以使得所述第一平面与所述目标平面平行。

优选地，所述感测器为压力感测器，所述压力感测器用于感测所述硅片受到所述静压力的变化，从而获得所述硅片的空间姿态。

优选地，所述感测器为距离感测器，所述距离感测器用于感测所述硅片与所述第一平面之间的间距，从而获得所述硅片的空间姿态。

优选地，所述第一平面均匀地设置有多个通孔，所述通孔用于供所述流体流出，所述调节板经构造成每个所述通孔中流出的所述流体能够以大小相等、方向相同的静压的力支撑所述硅片。

第二方面，本发明提供了一种研磨设备，所述研磨设备用于对硅片进行双面研磨，所述研磨设备包括：用于沿竖直方向承载所述硅片的承载件；关于所述承载件对称设置的两个研磨轮；关于所述承载件对称设置的两个上述静压垫。

第三方面，本发明提供了一种硅片，所述硅片通过使用上述研磨设备获得。

本发明实施例提供了一种静压垫、研磨设备及硅片，所述静压垫包括固定的基板、设置在所述基板上的调节板和驱动模块，所述调节板用于通过流体向所述硅片上的每一处受力点提供大小相等的支撑力，所述调节板在所述驱动模块的驱动下能够发生倾斜，以使得所述调节板与所述硅片一直处于平行的状态，从而保证所述硅片发生较大的倾斜的情况下，所述静压垫不会与所述硅片发生触碰，避免导致碎片和/或静压垫损坏的情况发生。

附图说明

图1为现有技术中一种立式研磨设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种研磨垫的结构示意图；

图3为使用本发明实施例中一种研磨垫夹持倾斜的硅片的示意图；

图4为使用本发明实施例中一种研磨垫夹持硅片的示意图；

图5为本发明实施例中一种研磨垫的形状示意图。

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。

随着硅片直径越来越大的同时集成电路特征尺寸越来越小，硅片表面的平坦度及洁净度有了更高的要求，同时硅片表面损伤度也提出了更高的要求。双面研磨是指同时对硅片两面进行研磨，从而产出具有高度平整表面的硅片，在使用立式研磨设备进行双面研磨的期间，需要使用硅片夹持装置将硅片保持直立，所述夹持装置通常包括一对流体静压垫，所述一对流体静压垫设置成用于向放置于二者之间的所述硅片的两个侧面同时施加流体压力，从而以非接触的方式支承所述硅片，在所述立式研磨设备中用于打磨所述硅片的研磨装置包括对向设置的一对研磨轮，所述一对研磨轮在硅片被所述一对流体静压垫支承的情况下按照预定的研磨轨迹同时对硅片的两个侧面进行研磨。

在使用立式研磨设备对硅片进行双面研磨时，所述硅片会发生期望地或者不期望地发生倾斜，例如，需要对所述硅片的平坦度进行修整，则通过将所述一对研磨轮进行偏转角调整实现对所述硅片表面平坦度的修整，具体地，参见附图1，其示出了现有技术中立式研磨设备的示意图，其中，所述立式研磨设备30包括一对研磨轮31和一对流体静压垫32，所述一对流体静压垫32通过流体L对所述硅片W进行非接触支撑，所述一对研磨轮31需要沿着同一方向进行设定偏转角度的偏转以调节所述硅片的表面平坦度，在这种情况下，所述一对研磨轮31会带动所述硅片W同样发生角度为所述设定偏转角度的偏转，此时，所述硅片W会与所述一对流体静压垫32的表面发生触碰，影响所述硅片W的质量或者导致碎片的发生。

为了解决上述技术问题，参见附图2至附图4，本发明提供了一种静压垫10，所述静压垫10能够根据所述硅片W的空间姿态确定出所述硅片W正处于的目标平面C，并基于所述目标平面C调节所述静压垫10的姿态以使得所述静压垫10与所述目标平面C保持平行，通过实时调节所述静压垫10的姿态避免当所述硅片W发生倾斜时所述硅片W质量受影响或者碎片的发生。具体地，所述静压垫10包括基板11、调节板12和驱动模块13，其中，所述调节板12通过所述驱动模块13安装在所述基板11上，所述调节板12在所述驱动模块13的驱动下能够发生倾斜。

所述基板11朝向所述硅片W一侧具有一固定平面A，所述调节板12通过所述驱动模块13安装在所述固定平面A上，所述固定平面A位于竖直平面内，所述固定平面A能够作为调节所述调节板12倾斜的基准面。所述调节板12朝向所述硅片W的一侧具有第一平面B，所述第一平面B能够向所述硅片W提供流体静压力作为保持所述硅片W的支撑力，以使得所述硅片W在轴向方向上在不与任何固定装置接触的情况下也能够实现被支承以便于研磨的进行。所述调节板12通过所述驱动模块13安装在所述固定平面A上。参见附图2，在研磨初始，所述调节板12与所述固定平面A平行，所述第一平面B也位于竖直平面内，所述第一平面B上流出的流体沿垂直于所述第一平面B水平地支承所述硅片W的一侧。所述驱动模块13经配置成驱动所述调节板12相对于所述基板11并以所述硅片W处于的平面作为目标平面C进行倾斜，以使得当所述第一平面B不与所述目标平面C平行时，所述调节板12在所述驱动模块13的驱动下倾斜，所述第一平面B与所述目标平面C平行。

优选地，参见附图2至附图4，所述驱动模块13包括多个能够独立控制的驱动杆131，在多个所述驱动杆131配合下驱动所述调节板12倾斜以实现所述第一平面B移动至与所述目标平面C平行。所述驱动杆131一端设置在所述基板11内部，另一端铰接至所述调节板12远离所述硅片W的一侧，所述驱动杆131能够沿着垂直于所述固定平面A的方向伸缩，参见附图3和附图4，多个所述驱动杆131通过沿垂直于所述固定平面A的方向伸缩不同的距离使得所述调节板12能够沿不同的方向倾斜不同的角度，其中，所述驱动杆131伸出所述基板11的一端为第一端，所述第一端与所述调节板12铰接，当所述第一端沿水平方向延伸能够带动所述调节板12上与所述第一端连接的部分沿水平方向靠近所述硅片W，当所述第一端沿水平方向收缩能够带动所述调节板12上与所述第一端连接的部分沿水平方向远离所述硅片W，通过上述铰接的结构当所述第一端带动所述调节板12移动时，所述调节板12与所述驱动杆131的夹角发生改变，实现所述调节板12的倾斜。在本发明实施例中实现所述调节板12倾斜的驱动杆131的个数为至少两个。在本发明另一实施例中，所述第一端经构造成球状结构，所述调节板上与所述第一端对应的部位设置有球形凹槽，当所述球状结构安装在所述球形槽内时，所述球状结构能够相对于所述球形凹槽朝向任一方向旋转。

示意性地，参见附图3和附图4，多个所述驱动杆131的数量为4个，四个所述驱动杆131沿竖直方向间距相等的均匀设置在所述固定平面A上，四个所述驱动杆131一端固定至所述基板11，另一端铰接至所述调节板12远离所述硅片W的一侧。参见附图3和附图4，其示出了当所述硅片W在一对研磨轮20的驱动下沿顺时针方向发生了角度为β的倾斜，四个所述驱动杆131由上至下依次各自独立地伸缩，使得所述调节板12同样沿着顺时针的方向倾斜β角度，从而实现所述调节板12的第一平面B与所述硅片W平行。所述驱动模块13还包括用于驱动每个所述驱动杆131伸缩的驱动单元，所述驱动单元可选用液压驱动装置或气压驱动装置或其他能够实现所述驱动杆131伸缩的驱动装置。

需要注意的是，在双面研磨装置中，硅片W的不同侧都设置有静压垫10提供流体静压以支撑所述硅片W。对于本领域技术人员来说，容易理解的是，当所述硅片W两侧的静压垫10需要发生倾斜时，两个静压垫10的倾斜方向和倾斜角度都一致，但是分别用于实现上述倾斜的驱动机构中的驱动杆131的伸缩状态是不同的，示意性地，参见附图3和附图4，设置在所述硅片W右侧的调节板12沿着顺时针的方向倾斜β角度，设置在所述硅片W左侧的调节板12同样沿着顺时针的方向倾斜β角度，但是分别用于实现两个调节板12倾斜的驱动机构中的驱动杆131的伸缩状态是不同的。

为了精确获得所述目标平面C的具体位置以作为所述驱动杆131移动的基准，所述静压垫10还包括感测器(未示出)和控制器(未示出)，所述感测器用于感测所述硅片W的空间姿态以获得所述目标平面C的具体位置信息，所述控制器用于依据所述目标平面C的位置信息向所述驱动模块13发送控制信号，以使得所述驱动模块13中的每个驱动杆131伸缩，从而实现所述调节板12的倾斜，使得所述第一平面B和所述目标平面C平行。

具体地，所述感测器为压力感测器，所述压力感测器用于感测所述硅片W受到的静压力，所述静压力由所述调节板12稳定提供即所述调节板12流出的流体向所述硅片W施加大小相等、方向相同的静压力。当所述调节板12与所述硅片W平行时，所述硅片W上每一处所受到的静压力大小相等、方向相同；当所述硅片W发生倾斜时，所述调节板12仍提供大小相等、方向相同的静压力，但是所述硅片W由于倾斜其受到的静压力会发生变化，所述压力感测器通过感测所述静压力的变化识别所述硅片W上受到不同大小静压力的分布，判断所述硅片W发生了倾斜，并得知所述硅片W相对于之前位置的变化，获得所述硅片W倾斜后的新的目标平面C，所述控制器基于所述新的目标平面C向所述驱动模块13发送控制信号，所述驱动模块13基于所述控制信号控制所述驱动杆131伸缩使得所述调节板12倾斜，以使得所述第一平面B倾斜至与所述目标平面C平行。

在本发明的另一实施例中，所述感测器为距离感测器，所述距离感测器用于直接测量所述硅片W处的目标平面C与所述调节板12的第一平面B之间的距离，在这里，所述距离指的是所述目标平面C与所述第一平面B之间的直线距离。当所述目标平面C上的任一个感测点与所述第一平面B之间的距离不一致时，便判断所述硅片W发生了倾斜，依据所述第一平面B上各个监测点与所述第一平面B之间的距离获得所述目标平面C的空间位置，从而获得新的目标平面C，基于所述新的目标平面C所述控制器向所述驱动模块13发送控制信号，所述驱动模块13基于所述控制信号控制所述驱动杆131伸缩以驱动所述调节板12倾斜，以使得所述第一平面B倾斜至与所述目标平面C平行。

优选地，参见附图5，所述第一平面B上均匀地设置有多个通孔T，所述通孔T用于使流体在压力的作用下穿过所述第一平面B流动至硅片W与所述第一平面B之间，使得所述硅片W能够通过流体静压被支承以便进行研磨，事实上在立式双面研磨装置中，硅片W的不同侧都提供有流体静压，如在附图3和附图4中示出的，根据本发明的实施例的静压垫10与另一静压垫分别设置在硅片W的不同侧并共同为硅片W提供流体静压。

本发明的实施例公开了一种静压垫10，所述静压垫10包括基板11、调节板12和驱动模块13，所述调节板12上设置有通孔T，所述通孔T用于使流体流出以大小相等、方向相同的静压力支撑硅片W，所述驱动模块13包括至少两个驱动杆131，所述驱动杆131设置在所述基板11的固定平面A上，所述驱动杆131能够沿水平方向伸缩以驱动所述调节板12上与所述驱动杆131连接的相应部位靠近或远离所述硅片W，所述静压垫10还包括感测器和控制器，当所述硅片W发生倾斜，其表征为所述硅片W在空间中所述的目标平面C发生改变，所述感测器获得新的目标平面C，所述控制器基于所述新的目标平面C向所述驱动模块13发送控制信号，所述驱动模块13基于所述控制信号调节至少两个所述驱动杆131伸缩，以使得所述调节板12发生倾斜，直至所述调节板12的第一平面B与所述目标平面C平行，其用于表征所述调节板12与所述硅片W平行。

通过上述静压垫10能够实时调整静压垫10与硅片W之间的间距，时刻保持所述静压垫10与所述硅片W平行，从而确保研磨过程的稳定性，提升产品品质。需要注意的是，在使用上述静压垫10时，所述硅片W的不同侧均设置有所述静压垫10提供流体静压以支撑所述硅片W，位于所述硅片W两侧的静压垫10的调节原理相同，其最终实现的技术效果均能够使得所述静压垫10与所述硅片W平行。

基于上述静压垫10，本发明实施例还提供了一种研磨设备，所述研磨设备用于对硅片W进行双面研磨，所述研磨设备包括承载件、一对研磨轮和一对上述的静压垫10。所述承载件用于沿竖直方向保持所述硅片W；所述一对研磨轮关于所述承载件对称设置在所述硅片W两侧；一对上述的静压垫10关于所述承载件对称设置在所述硅片W两侧。具体地，参见附图5，所述静压垫10外形经构造成月牙状，这是为了在硅片W双面研磨装置中将磨轮设置在圆形的缺口处，所述一对磨轮通过绕公共旋转轴线旋转对被所述承载件承载并且通过一对静压垫10支承的硅片W的两个主表面进行研磨，磨轮可以在不对硅片W进行研磨时缩回到研磨垫的圆形的缺口中。

基于上述一种研磨设备，本发明实施例还提供了一种硅片，所述硅片通过使用上述的一种研磨设备获得。

需要注意的是，所述静压垫10能够基于所述目标平面C的变化调节所述第一平面B的空间位置，从而使得所述第一平面B与所述目标平面C平行，避免所述硅片W与所述静压垫10接触的同时向所述硅片W提供更加均匀的支撑力，其中，由所述研磨轮的调整导致所述硅片W倾斜并非唯一的触发所述硅片W倾斜的条件，在任何情况下，随着所述硅片W倾斜，所述目标平面C发生变化，所述静压垫10都能够实时调节所述第一平面B的空间位置，保证所述第一平面B和所述目标平面C平行，从而实现所述静压垫10与所述硅片W平行。

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)

1.一种静压垫，所述静压垫用于在硅片双面研磨设备中成对地夹持所述硅片的两侧，其特征在于，所述静压垫包括基板、调节板和驱动模块：

所述基板具有朝向所述硅片的固定平面；

所述调节板通过所述驱动模块安装在所述固定平面上，所述调节板具有朝向所述硅片的第一平面，所述第一平面用于通过流体向所述硅片提供静压力以对所述硅片一侧进行非接触地支撑；

所述驱动模块用于驱动所述调节板发生倾斜，所述驱动模块经配制成当所述第一平面不与所述硅片所在的目标平面平行时，所述驱动模块驱动所述调节板倾斜，以使得所述第一平面与所述目标平面平行。

2.根据权利要求1所述的静压垫，其特征在于，所述驱动模块包括至少两个能够独立控制的驱动杆，所述驱动杆经构造成能够沿着垂直于所述固定平面的方向伸缩，所述驱动杆凸出所述固定平面的端部与所述调节板铰接。

3.根据权利要求2所述的静压垫，其特征在于，至少两个所述驱动杆沿竖直方向均匀地设置在所述基板上，所述驱动杆铰接至所述调节板远离所述硅片的一侧。

4.根据权利要求2所述的静压垫，其特征在于，所述驱动模块还包括用于驱动所述驱动杆伸缩的液压驱动单元或气压驱动单元。

5.根据权利要求2所述的静压垫，其特征在于，所述静压垫还包括感测器和控制器，所述感测器用于感测所述硅片的空间姿态以获得所述目标平面的空间位置，所述控制器经配置成根据所述目标平面的空间位置控制所述驱动杆伸缩，以使得所述第一平面与所述目标平面平行。

6.根据权利要求5所述的静压垫，其特征在于，所述感测器为压力感测器，所述压力感测器用于感测所述硅片受到所述静压力的变化，从而获得所述硅片的空间姿态。

7.根据权利要求5所述的静压垫，其特征在于，所述感测器为距离感测器，所述距离感测器用于感测所述硅片与所述第一平面之间的间距，从而获得所述硅片的空间姿态。

8.根据权利要求1所述的静压垫，其特征在于，所述第一平面均匀地设置有多个通孔，所述通孔用于供所述流体流出，所述调节板经构造成每个所述通孔中流出的所述流体能够以大小相等、方向相同的静压力支撑所述硅片。

9.一种研磨设备，所述研磨设备用于对硅片进行双面研磨，其特征在于，所述研磨设备包括：

用于沿竖直方向承载所述硅片的承载件；

关于所述承载件对称设置的两个研磨轮；

关于所述承载件对称设置的两个根据权利要求1至8中的任一项所述的静压垫。

10.一种硅片，其特征在于，所述硅片通过使用根据权利要求9所述的研磨设备获得。