CN116587109A - 一种快速加工晶圆片倒角的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速加工晶圆片倒角的方法及其装置，涉及碳化硅材料加工技术领域，包括S1:将晶圆片居中放置在真空吸附载台上并进行真空吸附定位；S2:三个盘式砂轮旋转、移动并靠近真空吸附载台上固定的所述晶圆片并同时对所述晶圆片进行倒角操作，且倒角过程中需要冷却水对打磨部进行冷却。本发明放弃了利用槽式砂轮加工倒角的方式，采用盘式砂轮，避免了槽式砂轮利用率不高，单片成本过高的状态。本发明采用了三体位同时加工的方式，摒弃了原始研磨方式（T1/R研磨模式、T2研磨模式、T3研磨模式）中的先后加工方式，极大的优化了加工工艺，提高了研磨的效率，降低了倒角崩边的概率，也有效的提高了倒角工序的产量，有利于大批量的商业生产。

Description

一种快速加工晶圆片倒角的方法及其装置

技术领域

本发明涉及碳化硅材料加工技术领域，特别涉及一种快速加工晶圆片倒角的方法及其装置。

背景技术

碳化硅（SiC）单晶材料具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等性质，相比于第一代半导体材料和第二代半导体材料有着明显的优越性，一直被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、电力电子器件理想的半导体材料，广泛的应用于新能源汽车、射频器件、功率器件、光伏发电、智能电网、轨道交通等行业。

目前SiC晶片倒角普遍采用槽式砂轮进行倒角，传统的方式都是使晶片在槽式砂轮中形成一定的倒角形状，通过载台调节上下距离、前进距离，从而形成具有一定形状的SiC晶片。但该传统方式普遍存在如下问题：首先，随着倒角片数的增加，倒角砂轮的槽型存在变形且磨屑能力严重下降，导致晶片容易存在崩边、碎片的可能。第二，槽式砂轮的加工能力不高，一般不超过50片就需要修复，且槽式砂轮的修复次数太少、修复成本过高，导致单片的倒角成本过高。第三，频繁的更换砂轮，会导致机器精度的下降，影响晶片的加工精度。因此，在倒角的工序中，保证机器的稳定，减少砂轮耗材更换的频率，减少崩边、碎片的产生、降低倒角的成本才是SiC晶片倒角未来发展的趋势。

发明内容

本申请的目的在于提供一种快速加工晶圆片倒角的方法及其装置，解决现有技术中采用槽式砂轮而导致倒角成本过高、频繁的更换砂轮影响加工精度以及晶片容易存在崩边、碎片等问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种快速加工晶圆片倒角的方法，该倒角方法包括如下步骤：

S1:将晶圆片居中放置在真空吸附载台上并进行真空吸附定位；

S2:三个盘式砂轮旋转、移动并靠近真空吸附载台上固定的所述晶圆片并同时对所述晶圆片进行倒角操作，两个所述盘式砂轮在所述晶圆片的Z轴和X轴上做相对运动，从而形成一定的斜面形状；一个所述盘式砂轮在所述晶圆片的Y轴和Z轴上做相对运动，从而形成一定的截面形状，且倒角过程中需要冷却水对打磨部进行冷却。

在步骤S2）中，在所述晶圆片的Z轴和X轴上做相对运动的两个所述盘式砂轮中部与所述晶圆片中心在同一个平面上，该两个所述盘式砂轮中，一个所述盘式砂轮的下部用于研磨所述晶圆片的上斜面，另一个所述盘式砂轮的上部用于研磨所述晶圆片的下斜面；在所述晶圆片在Y轴和Z轴上做相对运动的一个所述盘式砂轮中部与所述晶圆片中心在同一个平面上，该所述盘式砂轮的中部用于研磨所述晶圆片直径截面。

在步骤S2）中，所述冷却水为纯水，并在加工过程中一直处于打开状态。

在步骤S2）中，所述盘式砂轮与所述晶圆片磨屑比不低于1：1的磨屑消耗。

一种晶圆片倒角装置，包括带有真空吸附载台的旋转平台，还包括带有密封盖的倒角桶，所述旋转平台安装在所述倒角桶底部轴心处，所述旋转平台的外围呈三角形设置有三个多轴机械手，所述多轴机械手上分别安装有用于对晶圆片上斜面进行研磨的上盘式砂轮、用于对晶圆片下斜面进行研磨的下盘式砂轮以及用于对晶圆片直径截面进行研磨的中盘式砂轮，每个所述多轴机械手上均设有出水口对对准研磨点的喷水管，多个所述喷水管均与输水管的出液口连接，且所述输水管的进液端通过泵体与纯水储存罐出液口连接，所述倒角桶的底部设置有排液管

优选的，还包括自动清洗单元，用于研磨完毕后晶圆片上表面自动冲洗操作。

优选的，所述自动清洗单元包括位于所述真空吸附载台上方的蓄水桶，所述蓄水桶的内腔设置有金属块，且所述金属块的下端固定有伸缩杆，且所述伸缩杆上呈上下固定有大气囊和小气囊，所述伸缩杆的下端固定有密封塞，所述蓄水桶上安装有穿过所述大气囊上贯穿孔的进液管，且所述进液管的进液端与所述输水管连接，所述金属块的正上方设有的磁铁，所述蓄水桶的出水端斜向下设置有出水管，且所述出水管的下端位于所述真空吸附载台的上方。

优选的，所述蓄水桶的出水端与所述出水管之间连接有斜向下设置的蛇形管。

优选的，所述蓄水桶的外壁上设置有回流管，且所述回流管的出液端与所述纯水储存罐进液口连接。

综上，本发明的技术效果和优点：

本发明结构合理，本发明放弃了利用槽式砂轮加工倒角的方式，采用盘式砂轮，避免了槽式砂轮利用率不高，单片成本过高的状态。在原先的倒角加工模式中，研磨方法主要有3种，T1/R研磨模式、T2研磨模式、T3研磨模式。本发明采用了三体位同时加工的方式，摒弃了原始研磨方式（T1/R研磨模式、T2研磨模式、T3研磨模式）中的先后加工方式，极大的优化了加工工艺，提高了研磨的效率，降低了倒角崩边的概率，也有效的提高了倒角工序的产量，有利于大批量的商业生产；

本发明中，本倒角装置设置有自动清洗单元，通过浮力、重力和磁力的配合在研磨完毕后自动对旋转的晶圆片上端进行冲洗，避免其上端研磨颗粒的残留；

本发明中，设置有蛇形管，可增加纯水的流动路程，延迟其从喷水管13中喷出，有利于转云台降速至适宜速度时对其上晶圆片进行冲洗，同时也为了因打磨时随着碰撞飞溅弥漫在空气中的微小研磨颗粒下落至晶圆片上端提供了时间；

本发明中，设置有回流管，可证冲洗时冲洗用的纯水量的充足和稳定，注入蓄水桶内多余的纯水可通过回流管回流至纯水储存罐中进行再利用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明晶圆片研磨时盘式砂轮分布图；

图2为本发明盘式砂轮研磨时运动路径示意图；

图3为本发明倒角装置结构示意图；

图4为本发明图3内部结构示意图；

图5为本发明图4中蓄水桶局部剖面结构示意图；

图6为本发明图4中冲洗时纯水运动路径示意图。

图中：1、倒角桶；2、密封盖；3、输水管；4、排液管；5、多轴机械手；6、上盘式砂轮；7、中盘式砂轮；8、下盘式砂轮；9、自动清洗单元；91、蓄水桶；92、进液管；93、磁铁；94、金属块；95、大气囊；96、小气囊；97、伸缩杆；98、密封塞；99、出水管；10、回流管；11、蛇形管；12、旋转平台；13、喷水管。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：一种快速加工晶圆片倒角的方法，该倒角方法包括如下步骤：

S1:将晶圆片居中放置在真空吸附载台上并进行真空吸附定位；

S2:三个盘式砂轮旋转、移动并靠近真空吸附载台上固定的所述晶圆片并同时对所述晶圆片进行倒角操作，两个所述盘式砂轮在所述晶圆片的Z轴和X轴上做相对运动，从而形成一定的斜面形状；一个所述盘式砂轮在所述晶圆片的Y轴和Z轴上做相对运动，从而形成一定的截面形状，且倒角过程中需要冷却水对打磨部进行冷却。

在步骤S2）中，在所述晶圆片的Z轴和X轴上做相对运动的两个所述盘式砂轮中部与所述晶圆片中心在同一个平面上，该两个所述盘式砂轮中，一个所述盘式砂轮的下部用于研磨所述晶圆片的上斜面，另一个所述盘式砂轮的上部用于研磨所述晶圆片的下斜面；在所述晶圆片在Y轴和Z轴上做相对运动的一个所述盘式砂轮中部与所述晶圆片中心在同一个平面上，该所述盘式砂轮的中部用于研磨所述晶圆片直径截面。

在步骤S2）中，所述冷却水为纯水，并在加工过程中一直处于打开状态，利用纯水对晶圆片进行降温，且纯水无其他杂质，可避免对研磨产生影响。

在步骤S2）中，所述盘式砂轮与所述晶圆片磨屑比不低于1：1的磨屑消耗，采用盘式砂轮，其不存在磨屑能力下降的问题，且磨屑比（可优选磨屑比为1:1）越低，晶片的崩边、碎片概率越低。

需要注意的是，盘式磨屑直径与晶片加工量比大于千级，则砂轮加工片数可达千片级。有效的减少了单片加工成本，大大的降低了更换砂轮对机器造成的影响。

参考图3-4，一种晶圆片倒角装置，包括带有真空吸附载台的旋转平台12，还包括带有密封盖2的倒角桶1，旋转平台12安装在倒角桶1底部轴心处，旋转平台12的外围呈三角形设置有三个多轴机械手5，多轴机械手5上分别安装有用于对晶圆片上斜面进行研磨的上盘式砂轮6、用于对晶圆片下斜面进行研磨的下盘式砂轮8以及用于对晶圆片直径截面进行研磨的中盘式砂轮7，每个多轴机械手5上均设有出水口对对准研磨点的喷水管13，多个喷水管13均与输水管3的出液口连接，且输水管3的进液端通过泵体与纯水储存罐出液口连接，倒角桶1的底部设置有排液管4，通过机械手将晶圆片放置在真空吸附载台上，进行真空吸附固定，再盖上密封盖2，通过三个多轴机械手5分别带动旋转的上盘式砂轮6、中盘式砂轮7以及下盘式砂轮8同时运动对晶圆片进行倒角操作，其上盘式砂轮6、中盘式砂轮7以及下盘式砂轮8打磨时的运动路径分别相对应的运动轨迹14对应（参考图2），本发明放弃了利用槽式砂轮加工倒角的方式，采用盘式砂轮，避免了槽式砂轮利用率不高，单片成本过高的状态。在原先的倒角加工模式中，研磨方法主要有3种，T1/R研磨模式、T2研磨模式、T3研磨模式。本发明采用了三体位同时加工的方式，摒弃了原始研磨方式（T1/R研磨模式、T2研磨模式、T3研磨模式）中的先后加工方式，极大的优化了加工工艺，提高了研磨的效率，降低了倒角崩边的概率，也有效的提高了倒角工序的产量，有利于大批量的商业生产。

需要注意的是，一，密封盖2与动力盖合单元连接，其动力盖合单元可带动密封盖2运动，实现对倒角桶的盖合和开启；二，动力盖合单元、泵体以及多个多轴机械手5与控制柜连接；三，盘式砂轮安装在角磨机上，而角磨机安装在多轴机械手5上；四，在利用本装置对晶圆片进行倒角后，其晶圆片的上端会残留有研磨颗粒（其主要集中在晶圆片上端），其由于晶圆片以及盘式砂轮的快速旋转将导致降温用的纯水（其纯水中含有研磨颗粒）被甩出，与倒角桶1或多轴机械手5发生碰撞导致飞溅，并下落至晶圆片上，快速转动的晶圆片会再次将研磨颗粒甩出，如此反复，当打磨完成后，晶圆片降速时，部分飞溅的研磨颗粒会再次下落至晶圆片上，此时晶圆片无法提供足够的离心力将研磨颗粒甩出，进而导致其上过多研磨颗粒的残留，影响后续清洗质量。

作为本实施例中的一种优选地实施方式，参考图4，还包括自动清洗单元9，用于研磨完毕后晶圆片上表面自动冲洗操作。

作为本实施例中的一种优选地实施方式，参考图4和图5，自动清洗单元9包括位于真空吸附载台上方的蓄水桶91，蓄水桶91的内腔设置有金属块94，且金属块94的下端固定有伸缩杆97，且伸缩杆97上呈上下固定有大气囊95和小气囊96，伸缩杆97的下端固定有密封塞98，蓄水桶91上安装有穿过大气囊95上贯穿孔的进液管92，且进液管92的进液端与输水管3连接，金属块94的正上方设有的磁铁93，蓄水桶91的出水端斜向下设置有出水管99，且出水管99的下端位于真空吸附载台的上方，在对晶圆片进行倒角时，其泵体工作将纯水抽送至喷水管13中的同时也通过进液管92将纯水输送至蓄水桶91中，其蓄水桶91内的水位会慢慢上升并漫过小气囊96，小气囊96会对伸缩杆97、金属块94、大气囊95以及密封塞98产生浮力作用，但是其产生的浮力较小，无法克服伸缩杆97、金属块94、大气囊95以及密封塞98的重力作用带动各部件向上运动，随着水位的继续上涨，大气囊95会因为水的浮力作用向上运动，先带动伸缩杆97的伸缩端向上运动（而小气囊96产生的浮力不足以带动密封塞98以及部分伸缩杆97向上运动，此时密封塞98不动对蓄水桶91保持密封），使得金属块94做靠近磁铁93的运动，随着距离的越来越近，磁铁对93产生的吸力作用越来越大，当伸缩杆97无法继续向上运动时，通过磁铁93的吸力作用以及完全浸没于纯水中的小气囊96的浮力作用，使得伸缩杆97、大气囊95、小气囊96以及密封塞98向上运动，金属块94与磁铁93形成吸附固定（此时泵体停止工作，相应的个多轴机械手恢复原位），此时密封塞98对蓄水桶91出液口的堵塞被解除，内部纯水从出水管99中排出，其排出的水通过重力加速的作用使得其具有一定的冲击力，其水流会对研磨完毕后的晶圆片的上表面形成冲洗作用，由于以高速进行旋转的真空吸附载台降速至不动时，需要一定的时间，在旋转的真空吸附载台降速至无法将其上端的纯水甩出并与多轴机械手5或倒角桶1内壁产生碰撞时，纯水从出水管99排出对低速旋转的晶圆片进行全面冲洗，以去除其上残留的研磨颗粒，同时旋转的晶圆片对其上的纯水具有一个离心作用（其离心力有限），可将其上端的清洗纯水甩下，但是其并不会使得纯水与部件发生碰撞（可避免因碰撞导致研磨颗粒会再次飞溅到晶圆片上端面上），当蓄水桶91中的液位下降，小气囊96吃水深度越来越浅，其受到的浮力越来越小，当磁力以及小气囊96所浮力之和小于伸缩杆97、密封塞98、大气囊95以及小气囊96的重力时，其金属块94将带动密封塞98向下运动，并最终使得密封塞98将出液口堵住（其在晶圆片停止旋转运动之前完成，此时旋转的晶圆片任有能力将其上纯水甩下，可保证冲洗后晶圆片上过多液体残留），即晶圆片上端冲洗完毕。

需要注意的是，一，多轴机械手5不工作时，其与晶圆片之间隔着一段距离，防止距离过近导致进行冲洗时，研磨颗粒与多轴机械手5发生碰撞致使研磨颗粒在飞溅到晶圆片上；二，由于单片晶圆片打磨时间一致，可通过对蓄水桶91的大小、出水管99粗细进行选择，以使得在晶圆片停止旋转运动之前完成冲洗；三，从泵体停止供水时起，旋转平台12开始做降速运动；四，冲洗在倒角过后进行，可节约用水；五，进行冲洗时，其喷水管13喷出的水呈抛物线状下落，且其下落点位于晶圆片的圆心处，且抛物线上该点处的切线方向与晶圆片的水平方向之间设置有夹角（参考图6），夹角的角度设置控制在10°至20°之间，可使得下落至晶圆片上的冲洗水沿着晶圆片上端面向外运动，其对晶圆片上的研磨颗粒具有很好地冲洗效果，配合旋转的晶圆片离心力的作用，可加快唱冲洗速度，且避免冲洗后其上过多纯水的 残留。

作为本实施例中的一种优选地实施方式，参考图4，蓄水桶91的出水端与出水管99之间连接有斜向下设置的蛇形管11，其蛇形管11可增加纯水的流动路程，延迟其从喷水管13中喷出，当旋转云台降速至适宜速度时，再使得水从喷水管13排出进行清洗，其蛇形管11可进行更换，且有不同长度的流动路程的蛇形管11，可根据实验数据选择具有合适长度的流动路程的蛇形管11。

需要注意的是，设置的蛇形管11，同时也为了因打磨时随着碰撞飞溅弥漫在空气中的微小研磨颗粒下落至晶圆片上端提供了时间，防止冲洗完晶圆片后飞溅的研磨颗粒掉落至晶圆片上造成污染。

作为本实施例中的一种优选地实施方式，参考图5，蓄水桶91的外壁上设置有回流管10，且回流管10的出液端与纯水储存罐进液口连接，为保证冲洗时冲洗用的纯水量的充足和稳定， 在泵体停止工作之前，其磁铁93与金属块94接触并被吸附固定，其后注入蓄水桶91内且多余的纯水可通过回流管10回流至纯水储存罐中进行再利用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种快速加工晶圆片倒角的方法，该倒角方法包括如下步骤：

S1:将晶圆片居中放置在真空吸附载台上并进行真空吸附定位；

S2:三个盘式砂轮旋转、移动并靠近真空吸附载台上固定的所述晶圆片并同时对所述晶圆片进行倒角操作，两个所述盘式砂轮在所述晶圆片的Z轴和X轴上做相对运动，从而形成一定的斜面形状；一个所述盘式砂轮在所述晶圆片的Y轴和Z轴上做相对运动，从而形成一定的截面形状，且倒角过程中需要冷却水对打磨部进行冷却。

2.根据权利要求1所述的一种快速加工晶圆片倒角的方法，其特征在于：在步骤S2）中，在所述晶圆片的Z轴和X轴上做相对运动的两个所述盘式砂轮中部与所述晶圆片中心在同一个平面上，该两个所述盘式砂轮中，一个所述盘式砂轮的下部用于研磨所述晶圆片的上斜面，另一个所述盘式砂轮的上部用于研磨所述晶圆片的下斜面；在所述晶圆片在Y轴和Z轴上做相对运动的一个所述盘式砂轮中部与所述晶圆片中心在同一个平面上，该所述盘式砂轮的中部用于研磨所述晶圆片直径截面。

3.根据权利要求1所述的一种快速加工晶圆片倒角的方法，其特征在于：在步骤S2）中，所述冷却水为纯水，并在加工过程中一直处于打开状态。

4.根据权利要求1所述的一种快速加工晶圆片倒角的方法，其特征在于：在步骤S2）中，所述盘式砂轮与所述晶圆片磨屑比不低于1：1的磨屑消耗。

5.适配于权利要求1所述的一种晶圆片倒角装置，包括带有真空吸附载台的旋转平台（12），其特征在于：还包括带有密封盖（2）的倒角桶（1），所述旋转平台（12）安装在所述倒角桶（1）底部轴心处，所述旋转平台（12）的外围呈三角形设置有三个多轴机械手（5），所述多轴机械手（5）上分别安装有用于对晶圆片上斜面进行研磨的上盘式砂轮（6）、用于对晶圆片下斜面进行研磨的下盘式砂轮（8）以及用于对晶圆片直径截面进行研磨的中盘式砂轮（7），每个所述多轴机械手（5）上均设有出水口对对准研磨点的喷水管（13），多个所述喷水管（13）均与输水管（3）的出液口连接，且所述输水管（3）的进液端通过泵体与纯水储存罐出液口连接，所述倒角桶（1）的底部设置有排液管（4）。

6.根据权利要求2所述的一种晶圆片倒角装置，其特征在于：还包括自动清洗单元（9），用于研磨完毕后晶圆片上表面自动冲洗操作。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆片倒角装置，其特征在于：所述自动清洗单元（9）包括位于所述真空吸附载台上方的蓄水桶（91），所述蓄水桶（91）的内腔设置有金属块（94），且所述金属块（94）的下端固定有伸缩杆（97），且所述伸缩杆（97）上呈上下固定有大气囊（95）和小气囊（96），所述伸缩杆（97）的下端固定有密封塞（98），所述蓄水桶（91）上安装有穿过所述大气囊（95）上贯穿孔的进液管（92），且所述进液管（92）的进液端与所述输水管（3）连接，所述金属块（94）的正上方设有的磁铁（93），所述蓄水桶（91）的出水端斜向下设置有出水管（99），且所述出水管（99）的下端位于所述真空吸附载台的上方。

8.根据权利要求7所述的一种晶圆片倒角装置，其特征在于：所述蓄水桶（91）的出水端与所述出水管（99）之间连接有斜向下设置的蛇形管（11）。

9.根据权利要求7所述的一种晶圆片倒角装置，其特征在于：所述蓄水桶（91）的外壁上设置有回流管（10），且所述回流管（10）的出液端与所述纯水储存罐进液口连接。