专利名称：一种用于研磨抛光的晶圆粘片机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于晶圆研磨抛光的辅助设备，尤其是涉及一种用于研磨抛光的晶圆粘片机。
背景技术：
在集成电路制造中，由于晶圆半导体材料资源丰富，制造成本低，工艺性好，因此是集成电路的重要基体材料。晶圆的尺寸精度、几何精度、表面洁净度以及表面微晶格结构直接决定了集成电路制造工艺的好坏。近年来，随着集成电路制造技术日新月异的发展，工业生产中对通过研磨抛光来减薄晶圆的厚度均匀性的要求越来越高，特别是在MEMS微小高精度的芯片制造工艺中，该要求则更为严格。夹持晶圆即将晶圆附着在载样盘的表面，作为研磨抛光的准备工序，其表 面的平整程度直接影响到晶圆研磨抛光厚度的均匀性。目前，国内半导体实验室采用的可获取较高精度要求的晶圆夹持技术主要有4种(I)真空吸附晶圆的夹持技术。主要包括普通的多孔陶瓷式真空吸盘、与晶圆接触部分为橡胶的真空吸盘、活塞式真空吸盘等。而活塞式真空吸盘又分为单活塞和多活塞两种。这种技术需要创造真空环境，操作复杂，所需设备庞大，价格昂贵，不能实现晶圆的平行度量化控制。(2)水表面张力吸附的夹持技术。具体方法为将网状泡沫聚氨酯布粘在不锈钢载样盘表面，利用泡沫聚氨酯表面水的张力将晶圆吸附住。用多孔挡板和外圆导向来定位晶圆以防止晶圆在抛光加工中脱落和滑动。在水中将晶圆置于夹具上，施加一定压力使晶圆与载样盘紧密结合，然后将夹具置于干燥皿中，直至形成水分子膜。再以熔化的浙青及石蜡等油性物质隔离在晶圆的周围进行防水处理。该技术同样操作复杂，所需设备价格昂贵，不能量化控制晶圆的平行度。(3)静电吸盘夹持技术。目前，静电吸盘主要分为两类一类是“平板电容式静电吸盘”，晶圆本身也被通上高电压，另一类是“整体电极式静电吸盘”，不对晶圆直接加压，也无需对晶圆通电，但吸附力较小。该技术比较适于对小尺寸的晶圆进行夹持，应用范围较窄，不能满足各种规格晶圆的夹持要求。(4)传统的石蜡粘片技术。该技术先将晶圆置于夹具加热，然后将熔化的石蜡渗入晶圆和夹具之间，施加一定的压力使石蜡将晶圆粘到平整的载样盘上。该技术当前还不能将石蜡的厚度做得非常均匀，晶圆粘片的平行度差。在实验室中，多数依靠人的经验进行手动粘片，精度更差，石蜡层厚度误差一般在KTSOiim以上，用其减薄后的晶圆误差达70微米以上，如此大的误差，已很难保证MEMS器件结构层的均匀性。综上所述，现有的4种晶圆夹持技术都存在所需设备体积庞大、成本较高、操作复杂、晶圆夹持的平行度差等问题，特别是操作过程中不能实现对其平行度量化控制。发明内容本实用新型的目的是针对现有的石蜡粘片技术在机构上存在的不足，提供一种可在同一工作台上进行晶圆加热、粘装、测量、调节，可实现粘片过程一体化，在简化操作的同时，可保证粘片精度的用于研磨抛光的晶圆粘片机。本实用新型设有气缸、3个调节螺杆、压盘轴、3个数显千分表、压盘、晶圆、气缸活塞杆、基板、施力盘、压盘盖、载样盘、圆形加热平台和钢球；所述气缸设在水平工作台上，所述3个调节螺杆、3个数显千分表和基板组成调节机构，所述3个调节螺杆与3个数显千分表均勻设在压盘上的同一个圆上；基板套在气缸活塞杆上，基板沿气缸活塞杆的上下方向自由活动；基板上设有3个螺纹孔，所述3个螺纹孔与3个调节螺杆螺纹连接；施力盘固定在气缸活塞杆下端，设于施力盘上的螺纹孔与压盘轴螺纹连接，施力盘下端设有3个横杆并用螺丝夹紧固定3个数显千分表；所述压盘轴为倒T型结构，所述压盘盖套在压盘轴上，并用螺栓固定连接，压盘轴、压盘盖、钢球和压盘组成可以自由旋转的球状万向节结构；所述载样盘插入圆形加热平台的中心孔，载样盘上端面粘贴晶圆；圆形加热平台固定在支撑架的水平工作台上。·与现有常用的晶圆夹持设备相比，由于现有常用的晶圆夹持设备存在体积庞大、成本较高、操作复杂、粘片平行度差等缺点，因此不能实现粘片厚度量化控制；而本实用新型不仅实现了对晶圆进行石蜡粘片一体化操作，而且可闭环式调节石蜡层的均匀性，实现了对晶圆粘片平行度量化精确的控制。本实用新型通过闭环系统反馈调节的方式提高粘片精度，为通过研磨抛光工艺获取厚度均匀的高精度晶圆器件奠定良好的基础，尤其在MEMS实验室中具有广泛的应用价值。本实用新型为粘片的过程提供一种不仅具有反馈功能的闭环调节方式，而且可对系统进行升级，进行自动化调节。另外，本实用新型的操作简单，得到的晶圆粘贴精度高，粘贴平行度即石蜡层厚度均匀性误差可以控制在±1 Pm之内，满足了各种科研机构在制备MEMS器件时对结构层厚度精度的要求。
图I为一种用于研磨抛光的晶圆粘片机的机构示意图。图2为压盘5安装至气缸活塞杆7下端的施力盘9的示意图。图3为压盘5与载样盘12完全贴合后数显千分表4调零的示意图。图4为压盘5上升后进行粘片的示意图。图5为粘片后对晶圆6施压并下旋调节螺杆2，使其接触压盘5的上表面的示意图。图6为下旋调节螺杆2，对粘片的平行度进行微调的示意图。图7为由压盘5、压盘盖10、钢球14组成的球形万向节结构的剖面图。
具体实施方式
参见图I 7，本实用新型实施例设有气缸1、3个调节螺杆2、压盘轴3、3个数显千分表4、压盘5、晶圆6、气缸活塞杆7、基板8、施力盘9、压盘盖10、石蜡11、载样盘12、圆形加热平台13和钢球14 ;所述气缸I设在水平工作台上，所述3个调节螺杆2、3个数显千分表4和基板8组成调节机构，所述3个调节螺杆2与3个数显千分表4均匀设在压盘5上的同一个圆上；基板8套在气缸活塞杆7上,基板8沿气缸活塞杆7的上下方向自由活动；基板8上设有3个螺纹孔，所述3个螺纹孔与3个调节螺杆2螺纹连接；施力盘9固定在气缸活塞杆7下端，设于施力盘9上的螺纹孔与压盘轴3螺纹连接，施力盘9下端设有3个横杆并用螺丝夹紧固定3个数显千分表4 ;所述压盘轴3为倒T型结构，所述压盘盖10套在压盘轴3上，并用螺栓固定连接，压盘轴3、压盘盖10、钢球14和压盘5组成可以自由旋转的球状万向节结构；所述载样盘12插入圆形加热平台13的中心孔，载样盘12上端面粘贴晶圆6 ;圆形加热平台13固定在支撑架的水平工作台上。本实用新型的工作流程如下打开圆形加热平台13的电源开关，将载样盘12的上下表面清洗干净后，放置在加热平台12上，对载样盘12进行预热，为之后的石蜡11粘片做准备；沿着气缸活塞杆7的光滑表面向上移动调节机构，将压盘5安装至气缸活塞杆7下端的施力盘9上，如图2所示；下放调节机构，将其基板8与气缸活塞杆7下端的施力盘9用螺钉锁紧；打开气缸I，控制气缸活塞杆7的行程，使压盘5与载样盘12完全接触，打开调节机构上均匀分布的3个数显千分表4，待有数值显示后，将3个数显千分表4清零，此时3个 测量点构成的平面称为调节基准面，如图3所示；调节气缸I的行程，使压盘5缓慢上升至适当的高度，在载样盘12上进行粘片，如图4所示；粘片后，调节气缸活塞杆7的行程，使压盘5缓慢下降，对晶圆6施加压力，并将调节螺杆2下旋，使其与压盘5的上表面接触，如图5所示；保持施力状态，分别读取3个数显千分表4上的稳定示数hphyhy输入电脑上的软件中，根据附录中调节算法可知各个调节螺杆2的下端相对调节基准面的高度h' ph' 2、h/ 3以及各自需要下旋的距离Ah' pAh' 2、Ah' 3，显示到软件的数据界面上，由此分别下旋3个调节螺杆2，然后继续读取3个数显千分表的示数，输入电脑，重复上述操作，直至数据界面上表征晶圆6粘片的平行度参数(hmax-hmin)不超过2 u m,即可停止调节，如图6所示。为了能方便且精确获取表征晶圆6粘片的平行度参数，本实用新型采用由压盘5、压盘盖10、钢球14组成的球形万向节结构，如图7所示。该结构可以根据晶圆6上表面的倾斜程度，调整压盘轴3与压盘5下表面垂直度的偏差，使晶圆6与压盘5下表面紧密贴合。由于压盘5上下表面之间平行度高，在施力状态下，测量压盘5上表面的倾斜程度可直接反映出晶圆6粘片的平行度。通过测量压盘5上表面三点相对于调节基准面的高度，便能精准地获取表征晶圆6粘片的平行度参数。为了实现对晶圆6粘片平行度有效而精确的调节，调节机构中的基板8上刻有精细的表示调节螺杆2升降高度的刻度，调节螺杆2的下端采用点面接触的方式，通过手动旋转调节螺杆2，可间接地对晶圆6表面产生局部压力，从而实现对晶圆6粘片的平行度精确可控的调节。为了防止机构在气缸I工作时产生振动而造成较大的系统误差，本实用新型所涉及到的调节机构与气缸活塞杆7下端的施力盘9间需用螺钉锁紧。本实用新型中最关键的结构是具有精准的反馈式调节环节，得到压盘5上正三角形分布的3个测量点相对于调节基准面的高度之后，通过数学演算，可以得到压盘5上正三角形分布的3个调节点相对于调节基准面的高度h' ph' 2、h' 3以及3个调节点构成平面的最低点P高度hmin，并依据各调节点与点P之间高度的差值Dh' 1,Dh/ 2,Dh/ 3，通过下旋调节螺杆2，对晶圆6粘片的平行度进行小量程的精确调节，继续读取3个数显千分表4的示数，输入电脑软件中，重复上述操作，判断软件上表征晶圆6粘片的平行度参数(hfflax-hfflin>是否满足精度要求，从而实现了对晶圆6粘片平行度的量化控制。如图I所示，本实用新型建立在一个弓型支撑架上。支撑架的下部是一个水平工作台，上部的横杆上用螺栓固定着气缸I ;气缸活塞杆7上套着一个平行度较高的基板8，孔轴之间采用间隙配合，可使基板8沿气缸活塞杆7的上下方向自由活动；基板8上的一个适当圆周上均匀地分布着3个规格相同的螺纹孔，与3个规格相同的调节螺杆2进行螺纹连接；气缸活塞杆7的下端用螺纹固定连接着一个平行度较高的施力盘9 ;施力盘9开有螺纹孔，与压盘轴3进行螺纹连接，其下端是有均匀分布的3个横杆，螺丝夹紧固定3个数显千分表4 ;压盘轴3是一个倒T型结构，将压盘盖10套在压盘轴3上，并用螺栓固定连接，由压盘轴3、压盘盖10、钢球14、压盘5组成可以自由旋转的球状万向节结构；将T型载样盘12插入圆形加热平台13的中心孔，孔轴之间采用过盈配合；载样盘12上端面平整光滑，用 于粘贴晶圆6 ;圆形加热平台13用螺栓固定在支撑架的水平工作台上。装置的整体剖面图如图9所示。如图2所示，打开圆形加热平台13的电源开关，进行预热；将载样盘12的上下表面清洗干净后，放置在圆形加热平台13上；顺着气缸活塞杆7的光滑表面向上移动调节机构，将压盘5安装至气缸活塞杆7下端的施力盘9上；如图3所示，下放调节机构，将其基板8与气缸活塞杆7下端的施力盘9用螺钉锁紧；打开气缸I，控制气缸I的行程，使压盘5与载样盘12完全贴合,打开调节机构上均勻分布的3个数显千分表4，待有数值显示后，将3个数显千分表4清零，此时3个数显千分表4的测量点所构成的平面记为调节基准面；如图4所示，控制气缸I的行程，使压盘5缓慢上升至适当的高度，进行粘片；如图5所示，粘片后，控制气缸活塞杆7的行程，使压盘5缓慢下降，对晶圆6施加压力，并将调节螺杆2下旋，使其与压盘5的上表面接触；如图6所示，停止施力后，分别读取3个数显千分表4上的稳定示数hp h2、h3，即为压盘5的上表面的3个测量AAp A2、A3相对于调节基准面的高度，将这些数据输入软件中，可计算出调节螺杆2与压盘5的接触点B2, B3的相对于调节基准面的高度为h' ph' 2、h' 3，以及3个调节点所构成平面上的最低点P的相对高度
h_ = k + Yh-+ hl + kl ■ hA ■响■ ;计算出各调节点、B- &与点P之间高
度的差值Dh' 1,Dh/ 2,Dh/ 3，即为各调节螺杆2应分别向下调节的距离，显示在机构的数据界面上，手动旋转调节螺杆2，对压盘5继续施力，实现对晶圆6粘片平行度小量程的调节。继续读取3个数显千分表4的示数，输入电脑软件中，重复上述操作，直至数据界面上表征晶圆6粘片的平行度参数不超过2 u m,即可停止调节。
权利要求1.一种用于研磨抛光的晶圆粘片机，其特征在于设有气缸、3个调节螺杆、压盘轴、3个数显千分表、压盘、晶圆、气缸活塞杆、基板、施力盘、压盘盖、载样盘、圆形加热平台和钢球；所述气缸设在水平工作台上，所述3个调节螺杆、3个数显千分表和基板组成调节机构，所述3个调节螺杆与3个数显千分表均匀设在压盘上的同一个圆上；基板套在气缸活塞杆上，基板沿气缸活塞杆的上下方向自由活动；基板上设有3个螺纹孔，所述3个螺纹孔与3个调节螺杆螺纹连接；施力盘固定在气缸活塞杆下端，设于施力盘上的螺纹孔与压盘轴螺纹连接，施力盘下端设有3个横杆并用螺丝夹紧固定3个数显千分表；所述压盘轴为倒T型结构，所述压盘盖套在压盘轴上，并用螺栓固定连接，压盘轴、压盘盖、钢球和压盘组成自由旋转的球状万向节结构；所述载样盘插入圆形加热平台的中心孔，载样盘上端面粘贴晶圆。
专利摘要一种用于研磨抛光的晶圆粘片机，涉及一种用于晶圆研磨抛光的辅助设备。提供一种可在同一工作台上进行晶圆加热、粘装、测量、调节，可实现粘片过程一体化，在简化操作的同时，可保证粘片精度的用于研磨抛光的晶圆粘片机。设有气缸、3个调节螺杆、压盘轴、3个数显千分表、压盘、晶圆、气缸活塞杆、基板、施力盘、压盘盖、载样盘、圆形加热平台和钢球。
文档编号B24B37/27GK202572123SQ201220224588
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者王凌云, 席凯伦, 杨争雄, 左文佳, 孙道恒 申请人:厦门大学