基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及晶圆减薄技术领域，更具体地，涉及一种基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置和方法，其中装置包括工作台、横向移动机构、均可上下移动的磨削机构及抛光机构、可自转的回转装夹机构、控制系统，横向移动机构与回转装夹机构均装设于工作台上，磨削机构与抛光机构并排设置且均与横向移动机构滑动连接，控制系统分别与横向移动机构、磨削机构、抛光机构、回转装夹机构信号连接。本发明专利技术提供一种基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，将磨削及抛光两个设备集成于一个装置中，可使工件经过一次装夹即完成两道不同工序的加工，降低晶圆在不同的加工工序转运过程中造成碎裂的风险，而且集成后的装置体积较小，结构相对简单。结构相对简单。结构相对简单。

【技术实现步骤摘要】
基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置和方法


[0001]本专利技术涉及晶圆减薄
，更具体地，涉及一种基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置和方法。

技术介绍

[0002]晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。伴随着器件微型化的趋势，三维堆叠密度的增加对晶圆的厚度提出了更薄的要求。在三维集成技术中，将加工好的晶圆背面减薄至50μm以下是无可避免的，而晶圆减薄过程的效率和良率又直接影响芯片加工的产量和成本。
[0003]目前最常用的晶圆减薄方法是先进行机械磨削，然后进行化学机械抛光或刻蚀。作为两种截然不同的加工方法，一般都是在两台设备上分两步进行，这种分两步进行的减薄方法造成设备投资过大，且增加了超薄晶圆在运输过程中破碎的风险。
[0004]传统的磨削减薄主要是基于恒定进给方式进行，但此方式存在由于机床性能稳定性，特别是轴向进给装置精度不够高引起的进给速度变动，使得磨削力的过大变动从而导致晶圆破损的风险。为了避免这种风险，需要采用进给速度和工件转速稳定性极高的超精密磨床，这又进一步导致设备投资的过大。此外，轴向进给装置的精度也限制了超细金刚石砂轮的应用。在晶圆磨削减薄的过程中，磨粒的切深受转速和进给速度的影响，一方面，对于实现塑性域去除所需的小切深需要主轴进给精度很高，带来了成本的提高。另一方面，反过来受进给机构精度的影响，限制了超细金刚石磨粒使用，造成了磨削损伤层无法精确控制，导致后续的化学机械抛光过程去除量增加，整体加工效率大大降低。
[0005]化学机械抛光一般使用含有游离磨粒的磨浆，通过化学反应和机械作用协同来实现材料去除，磨浆中的化学成分首先与晶圆表面发生化学反应产生软化层，软化层随后被磨粒通过机械作用去除，进而实现近乎原子尺度的光滑表面。但产生的良好的表面质量是以牺牲材料去除速率为代价的，基于游离磨粒的化学机械抛光材料去除效率每分钟只有几十或几百纳米，大量游离磨粒被证明没有参与到材料去除过程，效率远低于机械磨削。此外，基于游离磨粒加工还会带来诸如面型精度差、晶圆厚度偏差（TTV）大以及边缘破环严重及质量差等缺点。
[0006]由于磨削及抛光的加工原理的不同，采用游离磨粒进行抛光时需要采用的抛光垫体积较大，如果将磨削与抛光集成于一体，会造成设备体积过大，装置复杂，且同样会增加晶圆输送和装夹的次数，增大了晶圆在加工或装夹过程中破碎的风险。
[0007]中国专利公开了一种超声振动辅助磨削与磁力抛光的复合加工系统及方法，其超声振动使得金刚石砂轮或工件存在强迫往复振动，促使工作液中悬浮磨粒冲蚀被加工表面与修锐砂轮表面。当砂轮因振动离开接触工件时，磁流变液在流经砂轮与工件的间隙时，因受磁场力作用而发生磁流变效应，迅速固化而形成“弹性抛光膜”，磁流体里容纳的硬质磨粒均匀分布在“弹性抛光膜”表面，实现工件光整加工与砂轮修锐。当砂轮因振动恢复接触
工件时，又直接参与磨削工件表面，砂轮的强迫往复振动，使得其与工件之间存在频繁的脉冲切削作用。先磨削后抛光属于次序加工，不同方法各司其职，工艺流程明确，自动化程度高，适合于工厂大规模加工。而上述专利属于将磨削和抛光放到一个工序中，属于典型的复合加工，设备复杂、成本高，而且这种复合加工，从严格意义上来说，是无法使工件达到单独的抛光工序的精度及质量要求的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，将磨削及抛光两个设备集成于一个装置中，可使工件经过一次装夹即完成两道不同工序的加工，降低晶圆在不同的加工工序转运过程中造成碎裂的风险，而且集成的装置体积较小，结构相对简单。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，包括工作台、横向移动机构、均可上下移动的磨削机构及抛光机构、可自转的回转装夹机构、控制系统，所述横向移动机构与所述回转装夹机构均装设于所述工作台上，所述磨削机构与所述抛光机构并排设置，且均与横向移动机构滑动连接，所述控制系统分别与横向移动机构、磨削机构、抛光机构、回转装夹机构信号连接。
[0010]本专利技术的工作台用于对横向移动机构及回转装夹机构进行支撑，横向移动机构可使磨削机构及抛光机构在横向上进行位置移动，以便于调整磨削机构与抛光机构的位置，使其在磨削或抛光时位于回转装夹机构的上方；磨削机构用于执行磨削操作，抛光机构用于执行抛光操作；回转装夹机构用于对工件进行固定，同时可带动工件旋转，以满足加工需求；磨削机构及抛光机构均可进行上下移动，以满足对工件进行磨削或抛光；控制系统用于对各机构进行统一调配，以有序地完成整个工件的自动化加工过程。此处的工件指晶圆，本专利技术的基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置应用于晶圆减薄加工，将磨削减薄和应力消除的抛光工序集成在同一台装置上，通过一次装夹就可将晶圆无损的减薄到指定厚度，兼顾磨削和化学机械抛光过程，在磨削过程中具有极其优越的材料去除速率。化学机械抛光利用化学反应来实现晶圆的有效去除，可以提供超光滑表面且表面无明显加工应力，有效地用于超薄硅晶圆的制备，展现了优越的应用前景。在本领域技术人员的认知范围内，本专利技术针对的硬脆性晶圆材料包括但不限于单晶硅、石英玻璃、碳化硅、氮化镓和蓝宝石等。
[0011]优选地，所述磨削机构包括磨削移动机架、磨削组件、恒压控制的磨削移动组件，所述磨削移动机架与横向移动机构滑动连接，所述恒压控制的磨削移动组件装设于磨削移动机架且与磨削组件连接，恒压控制的磨削移动组件还与控制系统信号连接。
[0012]优选地，在磨削移动机架上还装设有第一纵向移动组件，所述恒压控制的磨削移动组件装设在所述第一纵向移动组件上且与其滑动连接，第一纵向移动组件还与控制系统信号连接。
[0013]优选地，所述恒压控制的磨削移动组件包括磨削配重块、磨削传动件、至少两个磨削滑轮、磨削导轨，所述磨削导轨装设于所述第一纵向移动组件上且与磨削组件滑动连接；两个磨削滑轮分别装设于横向移动机构顶部两侧，所述磨削配重块放置于横向移动机构远
离磨削机构的侧部，所述磨削传动件分别绕过两个磨削滑轮且两端分别与磨削配重块及磨削组件连接。
[0014]优选地，所述第一纵向移动组件包括第一螺母座、第一丝杆、第一电机、第一导轨，所述第一丝杆装设于所述第一电机输出轴，所述第一螺母座与第一丝杆组成丝杆螺母传动副，第一螺母座与所述第一导轨滑动连接，所述磨削导轨装设于第一螺母座，所述第一电机与控制系统信号连接。
[0015]优选地，所述抛光机构包括抛光移动机架、抛光组件、恒压控制的抛光移动组件，所述抛光移动机架与所述磨削移动机架并排设置，且与横向移动机构滑动连接，在抛光移动机架上还装设有第二纵向移动组件，所述恒压控制的抛光移动组件装设在所述第二纵向移动组件上且与其滑动连接，所述抛光组件与恒压控制的抛光移动组件连接，抛光移动机架、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，其特征在于，包括工作台（1）、横向移动机构（2）、均可上下移动的磨削机构（3）及抛光机构（4）、可自转的回转装夹机构（5）、控制系统，所述横向移动机构（2）与所述回转装夹机构（5）均装设于所述工作台（1）上，所述磨削机构（3）与所述抛光机构（4）并排设置且均与横向移动机构（2）滑动连接，所述控制系统分别与横向移动机构（2）、磨削机构（3）、抛光机构（4）、回转装夹机构（5）信号连接。2.根据权利要求1所述的基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，其特征在于，所述磨削机构（3）包括磨削移动机架（31）、磨削组件（32）、恒压控制的磨削移动组件（61），所述磨削移动机架（31）与横向移动机构（2）滑动连接，所述恒压控制的磨削移动组件（61）装设于磨削移动机架（31）且与磨削组件（32）连接，恒压控制的磨削移动组件（61）还与控制系统信号连接。3.根据权利要求2所述的基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，其特征在于，在磨削移动机架（31）上还装设有第一纵向移动组件（71），所述恒压控制的磨削移动组件（61）装设在所述第一纵向移动组件（71）上且与其滑动连接，第一纵向移动组件（71）还与控制系统信号连接。4.根据权利要求3所述的基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，其特征在于，所述恒压控制的磨削移动组件（61）包括磨削配重块（611）、磨削传动件（612）、至少两个磨削滑轮（613）、磨削导轨（614），所述磨削导轨（614）装设于所述第一纵向移动组件（71）上且与磨削组件（32）滑动连接；两个磨削滑轮（613）分别装设于横向移动机构（2）顶部两侧，所述磨削配重块（611）放置于横向移动机构（2）远离磨削机构（3）的侧部，所述磨削传动件（612）分别绕过两个磨削滑轮（613）且两端分别与磨削配重块（611）及磨削组件（32）连接。5.根据权利要求4所述的基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，其特征在于，所述抛光机构（4）包括抛光移动机架（41）、抛光组件（42）、恒压控制的抛光移动组件（62），所述抛光移动机架（41）与所述磨削移动机架（31）并排设置，且与横向移动机构（2）滑动连接，在抛光移动机架（41）上还装设有第二纵向移动组件（72），所述恒压控制的抛光移动组件（62）装设在所述第二纵向移动组件（72）上且与其滑动连接，所述抛光组件（42）与恒压控制的抛光移动组件（62）连接，抛光移动机架（41）、抛光组件（42）、恒压控制的抛光移动组件（62）、第二纵向移动组件（72）均与控制系统信号连接。6.根据权利要求5所述的基于恒压复合固结磨粒的硬脆性晶圆材料减薄装置，其特征在于，所述恒压控制的抛光移动组件（62）包括抛光配重块（621）、抛光传动件（622）、至少两个抛光滑轮（623）、抛光导轨（624），所述抛光导轨（624）装设于所述第二纵向移动组件（72）上且与抛光组件（42）滑动连接；两个抛光滑轮（623）分别装设于横向移动机构（2）顶部两侧，所述抛光配重块（621）放置于横向移动机构（2）远离抛光机构（4）的侧部，所述抛光传动件（622）分别绕过两个抛光滑轮（623）且两端分别与抛光配重块（621）及抛光组件（42）连接。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泓，刘跃财，王富全，杨兴，林豪，陈威，
申请(专利权)人：深圳迈菲精密有限公司，
类型：发明
国别省市：