CN117415730B - 减薄控制方法、系统、减薄设备 - Google Patents

减薄控制方法、系统、减薄设备 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了减薄控制方法、系统、减薄设备，其中减薄控制方法采用动态控制主轴进给速度的方式，改了现有减薄工艺采用分阶段减薄且使每个阶段以固定进给速度减薄的惯用方式，相对于现有技术，不需要确定每个阶段的进给速度，而是实时调整主轴的进给速度，有效降低了设备调试、测试的难度；在实时控制主轴的进给速度时，有效考虑了能够反映磨削力的主轴的工作电流和与磨削力紧密相关的驱动电机的电机力矩，避免基于单一参数控制易受其他因素影响的问题，能够有效地提高进给控制的精度，最大程度地保证磨削力的稳定，并且能够最大程度地保持高的进给速度从而提高减薄效率。

Description

减薄控制方法、系统、减薄设备
技术领域
本发明涉及半导体器件加工领域，尤其是减薄控制方法、系统、减薄设备。
背景技术
在晶圆减薄时，是通过主轴驱动磨轮自转并通过驱动电机驱动主轴向下进给使其上的磨轮下移与承片台上的晶圆接触并施加一定的压力从而实现磨削。
现有的减薄方法在减薄时，和申请公开号为CN115863140A的发明专利申请一样，通常会采用分阶段减薄，并使主轴在每个阶段保持固定进给速度的方式来进行主轴进给的控制。
但是在每个阶段减薄时，磨削力受到众多因素的影响，例如，磨轮与晶圆接触后，主轴继续向下进给时，承片台会因为受到压力变形，这会很大程度的影响磨削力，同时磨轮目数、晶圆材质、传动结构等众多因素都会同时对磨削力产生影响，这就造成每个阶段的进给速度的确定难度较大。而以固定的进给速度控制主轴进给时，也容易会出现在磨削力不足的情况，这就使减薄效率受到了一定限制；并且在分阶段控制时，后续阶段的进给速度会控制的更小，这就进一步降低了减薄效率。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种减薄控制方法、系统、减薄设备。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
减薄控制方法，在磨轮与晶圆接触后至完成减薄期间，根据如下步骤控制主轴的进给：
S1,在确定磨轮与晶圆接触后，使所述主轴的进给速度降低到第一速度后，再加速进给；
S2,在所述主轴加速进给的过程中，实时检测主轴工作时主轴电机的工作电流和驱动主轴进给的驱动电机的电机力矩，并确定所述工作电流是否达到第一阈值以及所述电机力矩是否达到第二阈值；
S3,在确定所述电机力矩达到第二阈值前，所述工作电流已达到所述第一阈值时，或在确定所述工作电流达到第一阈值前，所述电机力矩已 达到所述第二阈值时,使所述驱动电机控制主轴保持当前速度进给或减速进给;
S4,在所述主轴保持当前速度进给或减速进给的过程中，实时检测所述工作电流和电机力矩，并确定所述工作电流及所述电机力矩的变化情况；
S5,在确定所述工作电流小于第一阈值且所述电机力矩小于第二阈值时，使所述主轴加速进给，并执行S2；在确定所述工作电流不小于第一阈值或所述电机力矩不小于第二阈值时，使所述主轴继续保持匀速或减速进给并执行S4。
优选的，在所述驱动电机开始驱动主轴向下进给过程中，实时检测所述工作电流和/或电机力矩，并确定所述工作电流和/或电机力矩是否突然增大，若是，则确定磨轮与晶圆接触。
优选的，所述第一速度在0.1微米/秒～0.3微米/秒之间。
优选的，所述主轴加速进给时的加速度在0.01～0.05μm/s2，所述主轴减速进给时的加速度在-0.01～-0.05μm/s2。
优选的，在减薄过程中，所述主轴的转速在1000转/分钟～6000转/分钟之间。
优选的，在减薄过程中，实时确定与主轴连接的平衡气缸的状态是否正常，若确定所述平衡气缸的状态正常，则正常进行减薄；若确定所述平衡气缸的状态异常，则停止减薄。
优选的，在减薄过程中，实时检测所述平衡气缸的气压和/或驱动电机的电机负载，当确定所述平衡气缸的气压不在设定阈值范围内和/或所述电机负载超过设定值，则确定所述平衡气缸的状态异常。
优选的，在确定所述平衡气缸的气压大于设定阈值范围时，则发出第一种报警提醒；在确定所述平衡气缸的气压小于设定阈值范围时，则发出第二种报警提醒。
减薄控制系统，包括用于控制主轴进给的主轴进给控制单元，所述主轴进给控制单元包括：
降速加速模块,用于在确定磨轮与晶圆接触后，使所述主轴的进给速度降低到第一速度后，再加速进给；
第一判断模块,用于在所述主轴加速进给的过程中，实时检测主轴工作时主轴电机的工作电流和驱动主轴进给的驱动电机的电机力矩，并确定所述工作电流是否大于等于第一阈值以及所述电机力矩是否大于等于第二阈值；
匀速或降速模块,用于在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时,使所述驱动电机控制主轴保持当前速度进给或减速进给;
第二判断模块,用于在所述主轴保持当前速度进给或减速进给的过程中，实时检测所述工作电流和电机力矩，并确定所述工作电流及所述电机力矩的变化情况；
加减速控制模块,用于在确定所述工作电流小于第一阈值和/或所述电机力矩小于第二阈值时，使所述主轴加速进给，并发信号给第一判断模块；在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时，使所述主轴继续保持匀速或减速进给并发信号给第二判断模块。
减薄设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序，所述程序被执行时实现如上任一所述的减薄控制方法。
本发明技术方案的优点主要体现在：
本发明采用动态控制主轴进给速度的方式，改了现有减薄工艺采用分阶段减薄且使每个阶段以固定进给速度减薄的惯用方式，相对于现有技术，不需要确定每个阶段的进给速度，而是实时调整主轴的进给速度，有效降低了设备调试、测试的难度；在实时控制主轴的进给速度时，有效考虑了能够反映磨削力的主轴的工作电流和与磨削力紧密相关的驱动电机的电机力矩，避免基于单一参数控制易受其他因素影响的问题，能够有效地提高进给控制的精度，最大程度地保证磨削力的稳定，并且能够最大程度地保持高的进给速度从而提高减薄效率。
本发明通过对工艺参数的设计，能够有效地保证动态控制的精度，从而提高减薄的效率。
本发明在采用进给速度动态控制时，先确定平衡气缸的状态，从而避免平衡气缸失效造成的误检测问题，充分保证了动态控制的实现。
本发明在减薄的同时，通过对平衡气缸的气压检测以及驱动电机的电机负载进行检测，并将两者结合来进行平衡气缸的失效判断，能够及时准确地实现平衡气缸的失效识别，从而避免平衡气缸失效影响主轴进给的控制精度。
本发明在发现平衡气缸失效时，可以根据平衡气缸的不同状态来发出不同的报警提醒，能够最大程度地方便工作人员进行设备的维护。
附图说明
图1是本发明的减薄控制方法的过程示意图；
图2是本发明的减薄控制方法中平衡气缸的状态检测的过程示意图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
下面结合附图对本发明揭示的减薄控制方法进行阐述，所述减薄控制方法基于已知的减薄机，此处不作赘述。
如附图1所示，在每次减薄时，主轴驱动磨轮自转，同时驱动电机启动并通过丝杠等传动结构来驱动主轴开始向下进给，此时，主轴的进给速度可以相对较快，具体进给速度可以根据需要来确定，此处不作限定。在主轴开始向下进给后，主轴上的磨轮与承片台上的晶圆的间距不断缩小，而在此过程中，实时检测所述主轴工作时的工作电流和/或所述驱动电机的电机力矩，在磨轮与晶圆未接触时，所述工作电流和电机力矩相对较小；当磨轮与晶圆接触时，由于磨轮受到的摩擦力突然增大，所述工作电流会突然增大，同时，所述驱动电机受到承片台的反作用力，从而驱动电机需要输出更大的扭矩，此时，电机力矩会突然增大。检测所述工作电流和电机力矩的具体方法为已知技术，此处不作赘述。
因此，可以通过判断所述工作电流和/或电机力矩的变化来确定磨轮与承片台上的晶圆是否接触，即在确定获取的所述工作电流和/或电机力矩突然增大，则可以确定磨轮与晶圆接触。此时，磨轮不能再按照之前的进给速度继续进给。
如附图1所示，所述减薄控制方法在磨轮与晶圆接触后至完成减薄期间，根据如下步骤控制主轴的进给：
S1,在确定磨轮与晶圆接触后，使所述主轴的进给速度降低到第一速度后，再加速进给；所述第一速度在0.1微米/秒～0.3微米/秒之间；所述主轴加速进给时的加速度在0.01～0.05μm/s2。
S2,在所述主轴加速进给的过程中，工作电流和电机力矩会进一步增大，同时工作电流和电机力矩是紧密相关的，因此，在主轴加速进给的过程中，实时检测主轴工作时主轴电机的工作电流和驱动主轴进给的驱动电机的电机力矩，并确定所述工作电流是否大于等于第一阈值以及所述电机力矩是否大于等于第二阈值；所述第一阈值和第二阈值可以根据需要来设计，此处不作限定。
S3,在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时, 此时磨削力已经满足要求，不能再继续加速进给，因此使所述驱动电机控制主轴保持当前速度进给或减速进给;所述当前速度是指确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时，主轴的进给速度。在实际控制时，更优地选择控制主轴减速进给，并且，所述主轴减速进给时的加速度在-0.01～-0.05μm/s2。
S4,在所述主轴保持当前速度进给或减速进给的过程中，实时检测所述工作电流和电机力矩，并确定所述工作电流及所述电机力矩的变化情况；
S5,在确定所述工作电流小于第一阈值和/或所述电机力矩小于第二阈值时，使所述主轴加速进给，并执行S2；在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时，使所述主轴继续保持匀速或减速进给并执行S4。
进一步，在减薄过程中，所述主轴的转速在1000转/分钟～6000转/分钟之间。同时，控制所述承片台的转速在100转/分钟～300转/分钟之间。
在现有的减薄机中，会在主轴的两侧设置平衡气缸来对主轴提供支撑，从而减小驱动电机的电机负载。而平衡气缸如果状态异常，即平衡气缸失效时，则其无法对主轴提供稳定的支撑，此时，主轴由于缺少足够的支撑而会对承片台施加更大的压力，这就会造成检测出的工作电流及电机力矩不能反应平衡气缸正常时的实际情况，因此，可以增加平衡气缸的状态检测来降低误判的可能，当然，在实际进给控制时，平衡气缸的状态检测不是必须的。
如附图2所示，在减薄过程中，实时确定与主轴连接的平衡气缸的状态是否正常，若确定所述平衡气缸的状态正常，则正常进行减薄；若确定所述平衡气缸的状态异常，则停止减薄。
而在确定平衡气缸的状态是否正常时，可以通过检测平衡气缸的气压来实现，即如果平衡气缸正常，则检测其气压的气压传感器的数值会稳定在设定阈值范围内，因此，可以实时获取气压传感器检测的气压并确定气压是否在所述设定阈值范围内。
而当确定所述压力传感器检测的气压大于设定阈值范围，则可以确定主轴气缸失效，此时，停止减薄，即停止主轴及承片台的旋转，并发出第一种报警提醒。由于气压增大，平衡气缸失效可能是由气缸堵气造成的，因此，所述第一种报警提醒可以发出与此相关的提醒内容。
当然，当确定所述压力传感器检测的气压小于设定阈值范围，同样可以确定主轴气缸失效，停止主轴及承片台的旋转，并发出第二种报警提醒，此时由于气压减小，平衡气缸是处于漏气或供气管路供气不稳定的状态，因此，发出的第二种报警提醒可以是与这些状态相关的提醒内容。
由于平衡气缸失效时，所述驱动电机的电机负载会突然增大，因此，为了避免单个判断条件可能造成的误判，可以同时通过检测驱动电机的电机负载来确定平衡气缸的状态是否正常，从而可以将压力传感器检测的气压和驱动电机的电机负载结合来进行平衡气缸失效的判断，即当确定所述平衡气缸的气压不在设定阈值范围内且所述电机负载超过设定值，则确定所述平衡气缸的状态异常。这样能够有效地减少误判的情况，提高准确率，减少不必要的设备启停。当然，也可以仅检测驱动电机的电机负载来确定平衡气缸是否失效。
实施例2
本实施例揭示了一种减薄控制系统，包括用于控制主轴进给的主轴进给控制单元，所述主轴进给控制单元包括：
降速加速模块,用于在确定磨轮与晶圆接触后，使所述主轴的进给速度降低到第一速度后，再加速进给；
第一判断模块,用于在所述主轴加速进给的过程中，实时检测主轴工作时主轴电机的工作电流和驱动主轴进给的驱动电机的电机力矩，并确定所述工作电流是否大于等于第一阈值以及所述电机力矩是否大于等于第二阈值；
匀速或降速模块,用于在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时,使所述驱动电机控制主轴保持当前速度进给或减速进给;
第二判断模块,用于在所述主轴保持当前速度进给或减速进给的过程中，实时检测所述工作电流和电机力矩，并确定所述工作电流及所述电机力矩的变化情况；
加减速控制模块,用于在确定所述工作电流小于第一阈值和/或所述电机力矩小于第二阈值时，使所述主轴加速进给，并发信号给第一判断模块；在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时，使所述主轴继续保持匀速或减速进给并发信号给第二判断模块。
实施例3
本实施例揭示了一种减薄设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序，所述程序被执行时实现如上所述的减薄控制方法。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.减薄控制方法，其特征在于，在磨轮与晶圆接触后至完成减薄期间，根据如下步骤控制主轴的进给：
S1,在确定磨轮与晶圆接触后，使所述主轴的进给速度降低到第一速度后，再加速进给；
S2,在所述主轴加速进给的过程中，实时检测主轴工作时主轴电机的工作电流和驱动主轴进给的驱动电机的电机力矩，并确定所述工作电流是否大于等于第一阈值以及所述电机力矩是否大于等于第二阈值；
S3,在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时,使所述驱动电机控制主轴保持当前速度进给或减速进给;
S4,在所述主轴保持当前速度进给或减速进给的过程中，实时检测所述工作电流和电机力矩，并确定所述工作电流及所述电机力矩的变化情况；
S5,在确定所述工作电流小于第一阈值和/或所述电机力矩小于第二阈值时，使所述主轴加速进给，并执行S2；在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时，使所述主轴继续保持匀速或减速进给并执行S4；
在减薄过程中，实时确定与主轴连接的平衡气缸的状态是否正常，若确定所述平衡气缸的状态正常，则正常进行减薄；若确定所述平衡气缸的状态异常，则停止减薄；
在所述驱动电机开始驱动主轴向下进给过程中，实时检测所述工作电流和/或电机力矩，并确定所述工作电流和/或电机力矩是否突然增大，若是，则确定磨轮与晶圆接触；
所述第一速度在0.1微米/秒～0.3微米/秒之间；
所述主轴加速进给时的加速度在0.01～0.05μm/s2，所述主轴减速进给时的加速度在-0.01～-0.05μm/s2。
2.根据权利要求1所述的减薄控制方法，其特征在于：在减薄过程中，所述主轴的转速在1000转/分钟～6000转/分钟之间。
3.根据权利要求1-2任一所述的减薄控制方法，其特征在于：在减薄过程中，实时检测所述平衡气缸的气压和/或驱动电机的电机负载，当确定所述平衡气缸的气压不在设定阈值范围内和/或所述电机负载超过设定值，则确定所述平衡气缸的状态异常。
4.根据权利要求3所述的减薄控制方法，其特征在于：在确定所述平衡气缸的气压大于设定阈值范围时，则发出第一种报警提醒；在确定所述平衡气缸的气压小于设定阈值范围时，则发出第二种报警提醒。
5.减薄设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序，其特征在于：所述程序被执行时实现如权利要求1-4任一所述的减薄控制方法。
6.减薄控制系统，包括用于控制主轴进给的主轴进给控制单元，其特征在于，所述主轴进给控制单元包括：
降速加速模块,用于在确定磨轮与晶圆接触后，使所述主轴的进给速度降低到第一速度后，再加速进给；所述第一速度在0.1微米/秒～0.3微米/秒之间；所述主轴加速进给时的加速度在0.01～0.05μm/s2；
第一判断模块,用于在所述主轴加速进给的过程中，实时检测主轴工作时主轴电机的工作电流和驱动主轴进给的驱动电机的电机力矩，并确定所述工作电流是否大于等于第一阈值以及所述电机力矩是否大于等于第二阈值；
匀速或降速模块,用于在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时,使所述驱动电机控制主轴保持当前速度进给或减速进给;所述主轴减速进给时的加速度在-0.01～-0.05μm/s2；
第二判断模块,用于在所述主轴保持当前速度进给或减速进给的过程中，实时检测所述工作电流和电机力矩，并确定所述工作电流及所述电机力矩的变化情况；
加减速控制模块,用于在确定所述工作电流小于第一阈值和/或所述电机力矩小于第二阈值时，使所述主轴加速进给，并发信号给第一判断模块；在确定所述工作电流大于等于第一阈值且所述电机力矩大于等于第二阈值时，使所述主轴继续保持匀速或减速进给并发信号给第二判断模块；
在确定磨轮与晶圆是否接触时，在所述驱动电机开始驱动主轴向下进给过程中，实时检测所述工作电流和/或电机力矩，并确定所述工作电流和/或电机力矩是否突然增大，若是，则确定磨轮与晶圆接触。
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