一种晶圆打磨、抛光处理一体装置

文档序号:123892 发布日期:2021-10-22 浏览:38次 >En<

阅读说明:本技术 一种晶圆打磨、抛光处理一体装置 (Integrated device for wafer polishing and polishing ) 是由 贺贤汉 佐藤泰幸 原英樹 杉原一男 于 2021-07-28 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种晶圆打磨、抛光处理一体装置,涉及半导体制造技术领域,包括机柜,机柜内设有闭环结构的磨抛机构;磨抛机构包括上载台和下载台和输送盘,上载台和下载台的内环上设有传送通道,上载台和下载台位于传送通道上沿周向贯穿设有多个腔体;输送盘位于传送通道内,输送盘的周向上设有与多个腔体对应的转送位;腔体开口的两侧分别设有盘体,腔体包括等距分布的初磨腔、上精磨腔、下精磨腔、上抛光腔、下抛光腔和等距分布在上述各个腔体之间的清洗腔。本发明通过闭环传动的方式实现晶圆打磨、抛光一体化处理,处理效率高,且装置结构简单,投入以及后续维修成本均较低,适合规模化投产使用。(The invention discloses a wafer polishing and burnishing integrated device, which relates to the technical field of semiconductor manufacturing and comprises a cabinet, wherein a polishing and burnishing mechanism with a closed-loop structure is arranged in the cabinet; the grinding and polishing mechanism comprises an upper loading platform, a lower loading platform and a conveying disc, wherein conveying channels are arranged on inner rings of the upper loading platform and the lower loading platform, and a plurality of cavities are arranged on the upper loading platform and the lower loading platform on the conveying channels in a penetrating manner along the circumferential direction; the conveying disc is positioned in the conveying channel, and transfer positions corresponding to the plurality of cavities are arranged on the circumferential direction of the conveying disc; the two sides of the opening of the cavity body are respectively provided with a disk body, and the cavity body comprises a primary grinding cavity, an upper fine grinding cavity, a lower fine grinding cavity, an upper polishing cavity, a lower polishing cavity and a cleaning cavity which are distributed among the cavity bodies at equal intervals. The invention realizes the integrated processing of wafer grinding and polishing by a closed-loop transmission mode, has high processing efficiency, simple device structure and lower investment and subsequent maintenance cost, and is suitable for large-scale production.)

一种晶圆打磨、抛光处理一体装置

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域,具体涉及一种晶圆打磨、抛光处理一体装置。

背景技术

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,备受人们关注。

硅晶片在制造过程中,需要对晶圆进行打磨和抛光修整。而现有对晶圆进行打磨和抛光,往往采用分步的方式进行处理,由工作人员按照操作规范将上一工序加工好的晶圆转移至下一工序内,其操作较为繁琐,且在转移过程中易造成晶圆的损伤,比如,造成刮痕或磕碰崩边现象的发生,另外,晶圆打磨或抛光处理时,由于受到加工工艺的限制,晶圆在打磨或抛光中往往采用单面处理,大大降低了晶圆处理效率,虽然采用晶圆双面打磨或抛光设备进行处理可以相对提供效率,但其设备结构较为复杂,设备昂贵,增加了生成投入成本。为此,基于现有问题,势必需要一种可以提供晶圆打磨和抛光的设备。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在无法高效处理晶圆打磨和抛光工序,设备成本高昂的缺点,而提出的一种晶圆打磨、抛光处理一体装置,通过设置闭环结构的环形传送通道,实现多个晶圆同步完成不同的工序,通过闭环传动的方式实现晶圆打磨、抛光一体化处理,有效加快晶圆在打磨和抛光工序上的处理效率,且装置结构简单,投入以及后续维修成本均较低,适合规模化投产使用。

为了实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:

设计一种晶圆打磨、抛光处理一体装置,包括机柜,所述机柜内通过立柱固定设有闭环结构的磨抛机构;

所述磨抛机构包括上下对称设置的上载台和下载台和输送盘,所述上载台和下载台呈环形结构,其周向上间隔设有用于上、下载台、固定的连接板;所述上载台和下载台的内环上设有呈环形状,且嵌入的传送通道;所述上载台和下载台位于传送通道上沿周向贯穿设有多个腔体;所述输送盘位于传送通道内,所述输送盘的轴线位置固定设有用于驱动旋转的传送电机,所述输送盘的周向上设有与多个腔体对应的转送位;所述腔体开口的两侧分别设有用于晶圆处理的盘体,所述盘体与对应的腔体内径相适配,所述腔体的侧部均设有用于驱动盘体上下做直线运动的伸缩气缸和用于驱动高速转动的旋转电机;所述腔体包括等距分布的初磨腔、上精磨腔、下精磨腔、上抛光腔、下抛光腔和等距分布在上述各个腔体之间的清洗腔;所述清洗腔的下方设有用于晶圆清洗的箱体。

与现有技术相比,采用了上述技术方案的晶圆打磨、抛光处理一体装置,具有如下有益效果:

一、采用本发明的晶圆打磨、抛光处理一体装置,通过对接的上、下载台,在其内部形成一个嵌入式的闭环传送通道,并在通道上设置对晶圆打磨、抛光的一系列连续处理工序,实现晶圆在通过一个闭环通道处理后,便可实现晶圆的打磨和抛光所有处理,中途无需人工转移晶圆,从而减少转移带来的损伤,同时也降低工作人员的工作量,提供对晶圆打磨、抛光处理的效率。

二、本发明采用闭环连续的处理方式,在运行正常的情况下,装置在每运转完成一个处理工序后,便可完成一个打磨和抛光后的晶圆成品,从而提供了晶圆打磨和抛光的效率,其效率是传统打磨和抛光的4-5倍。

三、整个装置结构上简单,避免了采用较为复杂的打磨抛光设备,大大降低投入以及后续维修成本,适合规模化投产使用。

进一步的,所述初磨腔对应的盘体包括对称设置的两个初磨盘,初磨盘的盘面上固定有用于晶圆双面粗磨的磨垫,初磨盘起到对切片后,表面较为粗糙的晶圆进行初步的打磨,打磨去除较为粗糙的表面层,方便后续精细打磨时,非打磨面的固定和减少因表面粗糙造成的打磨厚度误差。

进一步的,所述上精磨腔对应的盘体包括对称设置的上精磨盘和下固定盘,所述上精磨盘位于上精磨腔的上方,上精磨盘的盘面上固定有用于晶圆上表面细磨的磨垫,所述下固定盘的盘面上固定有用于晶圆下表面固定的定位垫。

进一步的,所述下精磨腔对应的盘体包括对称设置的上固定盘和下精磨盘,所述下精磨盘位于下精磨腔的下方,所述上固定盘的盘面上固定有用于晶圆下表面固定的定位垫,所述下精磨盘的盘面上固定有用于晶圆上表面细磨的磨垫。

在打磨阶段采用顶面和底面的单面分步打磨,一方面是为了简化设备的复杂结构,另一方面可降低设备本身以及后续维修的成本,虽然采用的是晶圆单面的打磨,但相对两片同步进行单面打磨,实质是进行了晶圆的双面打磨,其打磨效率不亚于同一晶圆的双面打磨效率。在这个打磨过程中,首先采用晶圆顶面精细打磨的好处在于,可以减少底面打磨时,微小打磨颗粒对已经打磨好的晶圆面造成影响,如果先对晶圆底面进行精细打磨,在打磨晶圆顶面时,顶面打磨下的微小颗粒便容易落入在晶圆底面上,在进入下一工序时,这些落入的细小颗粒,便会对打磨好的晶圆底面造成损伤,而先打磨顶面再进行打磨底面,便可大大减少这种情况的发生。

进一步的,所述上抛光腔对应的盘体包括对称设置的上抛光盘和下抛光吸盘,所述上抛光盘位于上抛光腔的上方,所述上抛光盘的盘面上固定设有用于晶圆上表面抛光的抛光垫。

进一步的,所述下抛光腔对应的盘体包括对称设置的上抛光吸盘和下抛光盘,所述下抛光盘位于下抛光腔的下方,所述下抛光盘的盘面上固定设有用于晶圆下表面抛光的抛光垫。

如上述晶圆打磨方式一样,晶圆的抛光同样采用顶面和底面的单面分步抛光,一方面是为了简化设备的复杂结构,另一方面可降低设备本身以及后续维修的成本,同时,又保留了双面抛光设备的高效性。在抛光工序中,晶圆同样采用先进行上表面抛光,然后再进行下表面抛光,依然是为了避免残留的微小打磨颗粒对,抛光面造成损伤。

进一步的,所述清洗腔对应的盘体包括对称设置的上清洗盘和下清洗盘,上清洗盘由所述伸缩气缸和旋转电机驱使,所述下清洗盘设置在所述箱体内,所述箱体的轴线位置上设有用于弹性支撑下清洗盘的伸缩支撑臂,所述伸缩支撑臂内设有用于下清洗盘复位的弹簧,所述箱体的侧部还设有用于流动更换清洗液的进水口和出水口。

在晶圆的初磨腔、上精磨腔、下精磨腔、上抛光腔、下抛光腔后方均设有清洗腔,其目的是对加工后的晶圆进行清洗作业,去除晶圆表面残留的微小颗粒,从而降低微小颗粒对打磨和抛光后的晶圆表面造成损伤。

进一步的,所述传送通道的外延周向上对应初磨腔、上精磨腔和下精磨腔的位置设有除尘口,除尘口外接吸尘设备,在初磨腔、上精磨腔和下精磨腔上设置有除尘口,其目的是为了及时将打磨下的微小颗粒进行清除。

进一步的,所述传送通道的外延周向上对应上抛光腔和下抛光腔的位置设有供油口,所述供油口外接抛光油泵,供油口用于向上、下抛光腔内送入抛光油液,有利提供晶圆的抛光。

进一步的,所述传送通道的外延周向上对应清洗腔的位置设有烘干口,所述烘干口外接热风风机,设置烘干口的目的,是为了对清洗后的晶圆进行烘干处理,去除表面附着的水,避免附着的水对后续工序带来不必要的麻烦。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1是本发明的结构示意图;

图2是本发明关于磨抛机构的分解结构示意图;

图3是本发明关于磨抛机构内部的结构示意图;

图4是本发明中关于点A的放大示意图;

图5是本发明中关于初磨腔的内部结构示意图;

图6是本发明中关于上精磨腔的内部结构示意图;

图7是本发明中关于下精磨腔的内部结构示意图;

图8是本发明中关于上抛光腔的内部结构示意图;

图9是本发明中关于下抛光腔的内部结构示意图;

图10是本发明中关于清洗腔的内部结构示意图;

图中标记为:机柜1、磨抛机构2、初磨盘201、上精磨盘202、下固定盘203、上固定盘204、下精磨盘205、上抛光盘206、下抛光吸盘207、上抛光吸盘208、下抛光盘209、上清洗盘210、下载台21、初磨腔211、上精磨腔212、下精磨腔213、上抛光腔214、下抛光腔215、清洗腔216、上载台22、连接板23、传送通道24、输送盘25、转送位251、出尘口252、传送电机253、除尘口261、供油口262、烘干口263、伸缩气缸27、旋转电机28、箱体29、进水口291、出水口292、下清洗盘293、伸缩支撑臂294、弹簧295、立柱3。

具体实施方式

下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设有”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现结合说明书附图,详细说明本发明的结构特点。

参见图1,一种晶圆打磨、抛光处理一体装置,包括机柜1,机柜1采用顶部为玻璃或有机玻璃制成的透明结构柜体,方便机柜1内部进行观察,机柜1内通过立柱3固定设有闭环结构的磨抛机构2,磨抛机构2包括上下对称设置的上载台22和下载台21和输送盘25,上载台22和下载台21呈环形结构,其周向上间隔设有用于上、下载台22、21固定的连接板23,上载台22和下载台21采用拼装的方式进行组合,可降低设备生产加工工艺,也方便后去设备的内部维护。

参见图2-4,上载台22和下载台21的内环上设有呈环形状,且嵌入的传送通道24,上载台22和下载台21位于传送通道24上沿周向贯穿设有多个腔体,输送盘25位于传送通道24内,输送盘25的轴线位置固定设有用于驱动旋转的传送电机253,输送盘25的周向上设有与多个腔体对应的转送位251,输送盘25在传送电机253的驱动下可实现间歇式运动,使输送盘25上的转送位251间歇式的对应到下一个腔体位置上,实现转送位251对晶圆的连续间歇式传送,在每完成一道工序后,进行一次传递。

参见图2-3,腔体开口的两侧分别设有用于晶圆处理的盘体,盘体与对应的腔体内径相适配,腔体的侧部均设有用于驱动盘体上下做直线运动的伸缩气缸27和用于驱动高速转动的旋转电机28,伸缩气缸27实现盘体的上下位移,使上、下载台22、21两侧的盘体对接。

参见图2,腔体包括等距分布的初磨腔211、上精磨腔212、下精磨腔213、上抛光腔214、下抛光腔215和等距分布在上述各个腔体之间的清洗腔216,上述设置可实现对晶圆的双面粗打磨、清洗、上单面细打磨、清洗、下单面打磨、清洗、上单面抛光、清洗、下单面抛光、清洗,多个工序在闭环内实现同步完成,可有效提高对晶圆打磨和抛光的效率。

参见图5,初磨腔211对应的盘体包括对称设置的两个初磨盘201,初磨盘201的盘面上固定有用于晶圆双面粗磨的磨垫。初磨盘211起到对切片后,表面较为粗糙的晶圆进行初步的打磨,打磨去除较为粗糙的表面层,方便后续精细打磨时,非打磨面的固定和减少因表面粗糙造成的打磨厚度误差。

参见图6-7,上精磨腔212对应的盘体包括对称设置的上精磨盘202和下固定盘203,上精磨盘202位于上精磨腔212的上方,上精磨盘202的盘面上固定有用于晶圆上表面细磨的磨垫,上精磨盘202上的磨垫采用内凹的形式,这样设计可对晶圆的边缘进行有效的打磨,下固定盘203的盘面上固定有用于晶圆下表面固定的定位垫。下精磨腔213对应的盘体包括对称设置的上固定盘204和下精磨盘205,下精磨盘205位于下精磨腔213的下方,上固定盘204的盘面上固定有用于晶圆下表面固定的定位垫,下精磨盘205的盘面上固定有用于晶圆上表面细磨的磨垫。在打磨阶段采用晶圆顶面和底面的单面分步打磨,一方面是为了简化设备的复杂结构,另一方面可降低设备本身以及后续维修的成本。在打磨过程中,首先采用晶圆顶面精细打磨,可以减少底面打磨时,微小打磨颗粒对已经打磨好的晶圆面造成影响,如果先对晶圆底面进行精细打磨,在打磨晶圆顶面时,顶面打磨下的微小颗粒便容易落入在晶圆底面上,在进入下一工序时,这些落入的细小颗粒,便会对打磨好的晶圆底面造成损伤,而先打磨顶面再进行打磨底面,便可大大减少这种情况的发生,在进行精细打磨阶段,无论是晶圆的上面精细打磨还是晶圆的下面精细打磨,都是采用上下两个电机进行同步异向驱动,这样可有效提高打磨的转速,进而提高打磨效率,并且具有很好的节能效果。

参见图8-9,上抛光腔214对应的盘体包括对称设置的上抛光盘206和下抛光吸盘207,上抛光盘206位于上抛光腔214的上方,上抛光盘206的盘面上固定设有用于晶圆上表面抛光的抛光垫,上抛光盘206的抛光垫作内凹设计,在进行晶圆上面抛光时,可对晶圆的边缘进行有效的抛光处理。下抛光腔215对应的盘体包括对称设置的上抛光吸盘208和下抛光盘209,下抛光盘209位于下抛光腔215的下方,下抛光盘209的盘面上固定设有用于晶圆下表面抛光的抛光垫。在晶圆抛光阶段采用如上述晶圆打磨方式一样,晶圆的抛光同样采用顶面和底面的单面分步抛光,一方面是为了简化设备的复杂结构,另一方面可降低设备本身以及后续维修的成本,同时,又保留了双面抛光设备的高效性。在抛光工序中,晶圆同样采用先进行上表面抛光,然后再进行下表面抛光,依然是为了避免残留的微小打磨颗粒对,抛光面造成损伤。在进行抛光阶段,同样采用上下两个电机进行同步异向驱动,这样可有效提高抛光的转速,进而提高抛光效率,并且具有很好的节能效果。

参见图10,清洗腔216的下方设有用于晶圆清洗的箱体29,清洗腔216对应的盘体包括对称设置的上清洗盘210和下清洗盘293,上清洗盘210由伸缩气缸27和旋转电机28驱使,下清洗盘293设置在箱体29内,箱体29的轴线位置上设有用于弹性支撑下清洗盘293的伸缩支撑臂294,伸缩支撑臂内294设有用于下清洗盘293复位的弹簧295,箱体29的侧部还设有用于流动更换清洗液的进水口291和出水口292,在对晶圆清洗时,通过晶圆在输送盘25的驱动下进入到清洗腔216,此时,下清洗盘293保持与传送通道24的下表面齐平,以便晶圆的顺利进出,晶圆入位后,上清洗盘210下压,使晶圆夹持在上清洗盘210和下清洗盘293之间,并进入到箱体29内部,此时,伸缩支撑臂294被压缩,箱体29内具有循环流动的清洗液,上清洗盘210在旋转电机28的带动下高速旋转,上清洗盘210和下清洗盘293对应晶圆的一面设有软质的清洗面,实现对晶圆的双面清洗,此清洗面应具备一定的凸点支撑结构,以便清洗后晶圆表面的烘干作业。

参见图5-7,传送通道24的外延周向上对应初磨腔211、上精磨腔212和下精磨腔213的位置设有除尘口261,除尘口261外接吸尘设备,在初磨腔211、上精磨腔212和下精磨腔213上设置有除尘口261,其目的是为了及时将打磨下的微小颗粒进行清除。

参见图8-9,传送通道24的外延周向上对应上抛光腔214和下抛光腔215的位置设有供油口262,供油口262外接抛光油泵。供油口262用于向上、下抛光腔214和215内送入抛光油液,有利提供晶圆的抛光。

参见图10,传送通道24的外延周向上对应清洗腔216的位置设有烘干口263,烘干口263外接热风风机。通过烘干口263可以外接烘干设备,比如,热风机,是为了对清洗后的晶圆进行烘干处理,去除表面附着的水,避免附着的水对后续工序带来不必要的麻烦,通过烘干口263的设置可确保进入到每个工位上的晶圆都是干燥的。

本发明的晶圆打磨、抛光处理一体装置,通过对接的上、下载台21和22,在其内部形成一个嵌入式的闭环传送通道24,并在通道上设置对晶圆打磨、抛光的一系列连续处理工序,实现晶圆在通过一个闭环通道处理后,便可实现晶圆的打磨和抛光所有处理工序,中途无需人工转移晶圆,从而减少转移带来的损伤,同时也降低工作人员的工作量,提供对晶圆打磨、抛光处理的效率。另外,采用闭环连续的处理方式,在运行正常的情况下,装置在每运转完成一个处理工序后,便可完成一个打磨和抛光后的晶圆成品,从而提供了晶圆打磨和抛光的效率,其效率是传统打磨和抛光的4-5倍。并且,整个装置结构上简单,避免了采用较为复杂的打磨抛光设备,大大降低投入以及后续维修成本,适合规模化投产使用。

具体地,使用时,装置在每完成一个工序后,通过人工或自动投料的方式,将晶圆从初磨腔211投入,同时取出位于最后一个清洗腔216内完成打磨和抛光后的晶圆,初次投入后晶圆会依次经过双面粗打磨、清洗、上单面细打磨、清洗、下单面打磨、清洗、上单面抛光、清洗、下单面抛光、清洗,十道工序在完成晶圆的打磨和抛光处理。

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。

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