一种自动研磨装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造领域，具体地说，本实用新型涉及一种自动研磨装置。


背景技术：

2.一般来说，芯片在研发和生产过程中出现错误是不可避免的。随着人们对芯片产品的质量要求越来越高，芯片的失效分析工作也显得越来越重要。然而，对芯片进行失效分析工作前，需要对完整封装的芯片进行开封处理，在去除封装胶体的同时，还要保持芯片功能的完整无损。
3.现有技术中，通常采用自动研磨(auto
‑
polish)装置对封装芯片的正面进行开封处理，然而，受限于其z轴精度，当研磨到接近于晶片(die)表面时，需要采用光学镜头观察对封装芯片的研磨过程是否完成，以避免过度研磨导致晶片的表面受到损伤。由于研磨过程中，样品承载槽中注有冷却液，而使用中的冷却液的透光性极差，因此，每次进行光学观察前需要将冷却液从样品承载槽中去除，确保能够准确观察到晶片表面。
4.然而，现有的研磨装置中，无法快速、简单地去除冷却液，以实现对半导体芯片的开封处理中研磨进程的检测。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种能够快速、简便地抽出/注入冷却液的自动研磨装置。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种自动研磨装置，所述自动研磨装置包括：样品承载槽和抽吸部；其中，
8.所述样品承载槽具有容纳待研磨样品和冷却液的槽部；所述样品承载槽底部设有一开口；
9.所述抽吸部通过所述开口与所述样品承载槽连接，用于将冷却液抽出/注入所述样品承载槽。
10.根据本实用新型的一种实施方式，所述样品承载槽的底部开设有排液槽；所述排液槽与所述开口连通，所述排液槽的底部最低点与所述开口的最低点位于相同的水平面上。
11.根据本实用新型的一种实施方式，所述排液槽沿所述样品承载槽设有开口的一个侧壁开设。
12.根据本实用新型的一种实施方式，所述排液槽沿所述样品承载槽的侧壁开设；所述排液槽在所述样品承载槽底部的投影呈环形。
13.根据本实用新型的一种实施方式，所述排液槽沿所述冷却液抽出/注入方向的截面为三角形或四边形。
14.根据本实用新型的一种实施方式，所述自动研磨装置还包括与所述抽吸部连接的储液箱，所述储液箱用于储存冷却液。
15.根据本实用新型的一种实施方式，所述储液箱和所述样品承载槽的开口之间通过软管连通。
16.根据本实用新型的一种实施方式，所述储液箱的冷却液容量大于所述样品承载槽的冷却液容量。
17.根据本实用新型的一种实施方式，所述自动研磨装置还包括：研磨头；其中，所述研磨头与所述样品承载槽相对设置，用于对待研磨样品进行研磨。
18.根据本实用新型的一种实施方式，所述自动研磨装置还包括：光学测量部；其中，所述光学测量部与所述样品承载槽相对设置，用于检测待研磨样品的研磨进程。
19.与现有技术相比，本实用新型的自动研磨装置的有益效果在于能够快速、简便地抽出/注入冷却液，从而能够实现对待研磨样品研磨进程的检测。
附图说明
20.图1为传统研磨装置在工作状态下的剖面结构示意图；
21.图2为传统研磨装置在非工作状态下的剖面结构示意图；
22.图3为本实用新型第一种实施方式的自动研磨装置在注入冷却液的条件下的剖面结构示意图；
23.图4为本实用新型第一种实施方式的自动研磨装置在抽出冷却液的条件下的剖面结构示意图；
24.图5为本实用新型第一种实施方式的自动研磨装置的平面简图；
25.图6为本实用新型第二种实施方式的自动研磨装置在注入冷却液的条件下的剖面结构示意图；
26.图7为本实用新型第二种实施方式的自动研磨装置在抽出冷却液的条件下的剖面结构示意图；
27.图8为本实用新型第二种实施方式的自动研磨装置的平面简图；
28.图9为本实用新型第三种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的剖面结构示意图；
29.图10为本实用新型第三种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的平面简图；
30.图11为本实用新型第四种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的平面简图；
31.图12为本实用新型第五种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的平面简图；
32.图13为本实用新型第六种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的平面简图；
33.图14为本实用新型第七种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的剖面结构示意图；
34.图15为本实用新型第八种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的剖面结构示意图；
35.图16为本实用新型第九种实施方式的自动研磨装置的样品承载槽的剖面结构示意图；和
36.图中包括：1
‑
底座；2
‑
支架；3
‑
光学镜头；4
‑
研磨工具；5
‑
样品；6
‑
样品承载槽；7
‑
可伸缩部件；8
‑
胶头滴管；111
‑
底座；112
‑
支架；113
‑
光学测量部；114
‑
研磨头；115
‑
待研磨样品；116
‑
样品承载槽；117
‑
高度调节件；118
‑
开口；119
‑
排液槽；120
‑
抽吸部；121
‑
储液箱。
具体实施方式
37.下面将结合本实用新型实施方式及附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
38.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
39.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
40.在附图中，为了清楚，槽、部、开口的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
41.在本技术实施例中，术语“a与b连接”包含a、b两者相互接触地a与b连接的情形，或者a、b两者之间还间插有其他部件而a非接触地与b连接的情形。
42.应当明白，空间关系术语例如“在
……
下”、“在
……
下面”、“下面的”、“在
……
之下”、“在
……
之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在
……
下面”和“在
……
下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
43.需要说明的是，本技术实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
44.以下参考附图所示的示意性的示例，进一步说明本实用新型。通过以下说明，本实用新型的各方面优点将更加明显。附图中相同的附图标记指代相同的部件。示意性附图中各部件的形状和尺寸仅用于示意，并不能被认为体现了实际的形状、尺寸和绝对的位置。
45.在图1所示的传统研磨装置中，样品承载槽6固定于研磨装置的底座1上，研磨工具4经由可伸缩部件7，连接至研磨装置的支架2上。研磨工具4和样品承载槽6相对设置，用于对样品进行研磨。光学镜头3也布置在支架2上，和样品承载槽6相对设置，用于检测样品的研磨进程。当研磨装置处于工作状态下，将样品5固定在样品承载槽6中，向样品承载槽6中注入冷却液，利用研磨工具4的自转，与样品的表面产生相对运动以实现研磨的目的。
46.当需要观察样品的研磨进程时，可将样品承载槽6从底座1上拆卸下来，将冷却液直接倒出后，再将样品承载槽6放回至底座上，通过光学镜头3对样品表面进行观察。这种去除冷却液的方法涉及到对样品承载槽6的拆卸与安装，可能导致样品承载槽6的水平发生变化，从而导致样品的研磨不均匀，更严重的甚至导致样品损伤。
47.另一种去除冷却液的方法如图2所示，当需要观察样品的研磨进程时，将样品承载槽6仅从研磨位置挪出，用胶头滴管8将样品承载槽6中的冷却液吸出后，再将样品承载槽6
固定于研磨装置的底座1上。这种方法不涉及对样品承载槽6的拆卸与安装，但是需要采用胶头滴管8重复操作多次才能够去除冷却液，整体操作时间较长。
48.由上述分析可知，现有技术中的研磨装置，无法快速去除冷却液，以实现对封装芯片的开封处理中研磨进程的观察。因此，急需一种能够快速、简便地抽出/注入冷却液的自动研磨装置。
49.本技术的自动研磨装置，如图3所示，样品承载槽116固定于自动研磨装置的底座111上，研磨头114经由高度调节件117，连接至自动研磨装置的支架112上。研磨头114和样品承载槽116相对设置，用于对待研磨样品115进行研磨。光学测量部113也设置在支架112上，和样品承载槽116相对设置，用于检测待研磨样品115的研磨进程。
50.在本技术实施例中，所述待研磨样品115可以是半导体芯片，所述待研磨样品也可以是在形成半导体芯片过程中的任意中间形态的半导体结构。
51.在本技术实施例中，所述样品承载槽116的槽部的形状可为正方体、长方体或其他任何能容纳待研磨样品和冷却液的立体形状。
52.在本技术实施例中，所述研磨进程指的是待研磨样品115的研磨程度，可以采用厚度进行计量。例如：在研磨操作开始前，预先测量得到待研磨样品115的厚度为h0。在执行研磨操作一段时间后，再次测量得到待研磨样品115的厚度为h1，那么在该段时间内，通过研磨去除待研磨样品115的高度为(h0‑
h1)。每隔一段研磨操作时间，便测量得到待研磨样品115的厚度，通过厚度变化进行判断。如果待研磨样品115的厚度已经满足需求，则停止研磨操作；如果待研磨样品115的厚度仍然不满足需求，则继续研磨直至满足需求为止。
53.当然，研磨进程的检测也可以测量待研磨样品15的表面粗糙度。与上述测量测量待研磨样品115的厚度的方法类似，同样地，在研磨操作开始前，预先测量得到待研磨样品115的表面粗糙度μ0。在每研磨一段时间后，测量得到待研磨样品115的表面粗糙度，直至待研磨样品115的表面粗糙度满足需求即可。待研磨样品115的研磨程度的表征并不局限于上述测量厚度和表面粗糙度，也可以根据实际待研磨样品的后续检测需求进行确定。
54.进一步参考图3，当自动研磨装置处于工作状态下，首先，将待研磨样品115通过样品固定件(图中未示出)固定在样品承载槽116中。其中，对样品固定件的结构并无特殊限制，只要能够将待研磨样品115固定于样品承载槽116中即可，并且在自动研磨过程中，确保待研磨样品115的位置固定不变，以避免由于待研磨样品115位置的挪动导致待研磨样品115损伤。接着，通过抽吸部120，经由设置于样品承载槽116底部的开口118，将储液箱121中储存的冷却液注入至样品承载槽116中至预设高度。其中，冷却液的作用在于对待研磨样品115和研磨头114进行降温，避免研磨过程中，摩擦运动产生的热量过高，从而导致待研磨样品115被灼伤。向样品承载槽116中注入的冷却液的高度一般至少应该高于待研磨样品115与所述研磨头相对的表面的高度，至多不超过样品承载槽116的槽部的高度的三分之二，以避免在研磨过程中冷却液溅出。这里，预设高度为高于所述待研磨样品115与所述研磨头114相对的表面，且低于所述样品承载槽116的槽部的高度的三分之二的高度。
55.如图3所示，所述样品承载槽116底部设置的开口118可以为圆柱形的通孔，开口118的一端朝向所述样品承载槽116的槽部，另一端与抽吸部120(或与连向抽吸部120的软管)连接，以使所述样品承载槽116中的冷却液从所述开口118抽出/注入。
56.仍参考图3，通过调整高度调节件117的高度，确保研磨头114的下端伸入冷却液
中，与待研磨样品115的表面接触。并且，通过研磨头114与待研磨样品115之间的摩擦，以实现对待研磨样品115表面的研磨。这里的待研磨样品115可以是半导体芯片，对半导体芯片的局部进行研磨处理，去除半导体芯片外部的封装材料，但仍然保持芯片功能的完整，以便于后续进行失效分析工作。半导体芯片表面需要研磨去除的封装材料层非常薄，因此，每研磨一段时间后，需要暂停研磨，以观察半导体芯片表面的研磨进程，避免过度研磨。在实际应用时，所述高度调节件117与所述支架112的连接处可以设置有滑轨(图中未示出)，从而使得高度调节件117能够带动所述研磨头114沿各个方向进行移动。
57.在对待研磨样品115研磨的过程中，如果需要对待研磨样品115的研磨进程进行检测，则需要排出样品承载槽116中的冷却液。这是由于光学测量部113是利用光学检测待研磨样品115的表面，如果不预先抽出冷却液，很容易导致光学检测结果不准确，进而导致对待研磨样品115的研磨程度判断不准确。如果光学测量部113提前判断待研磨样品115已经完成研磨，然而，实际上待研磨样品115表面仍然残留封装材料，那么后续对芯片进行失效性分析的结果必然不准确。如果光学测量部113延迟判断待研磨样品115完成研磨，然而，实际上待研磨样品115表面已经被过度研磨，那么芯片的功能受到损伤，无法进行失效性分析。
58.如图4和5所示，停止研磨头114的转动后，通过抽吸部120，经由开口118将样品承载槽116中的冷却液抽出，将抽出的冷却液储存至储液箱121。最后通过光学测量部113，观察待研磨样品115的表面，以确认待研磨样品115的研磨进程。其中，光学测量部113可将光发射到待研磨样品115的表面，检测反射光谱波长，并且通过检测到的反射光谱波长之间的光谱干涉信号的变化来获得待研磨样品115的厚度。光学测量部113也可将光发射到待研磨样品115的表面，利用两个检测器分别检测反射光和散射光，并且通过反射光和散射光的光强度来判断待研磨样品115的表面粗糙度。
59.在本技术的实施例中，抽吸部120可为吸筒结构，在研磨过程中，将储液箱121中的冷却液注入样品承载槽116中，在检测过程中，将冷却液抽出，储存于储液箱内。吸筒可采用手动吸筒，也可采用电动真空吸筒，电动真空吸筒不仅可以节省人力，实现自动化，还能够控制抽出/注入冷却液的速率。需要说明的是，本技术实施例中以抽吸部为吸筒结构为例进行说明。
60.当然，抽吸部120的结构不仅限于吸筒，抽吸部120也可为泵，例如真空泵、流速泵、机械泵、分子泵，并且通过泵与储液箱121连接。在研磨过程中，泵将储液箱121中的冷却液注入样品承载槽116中，在检测过程中，泵将冷却液抽出，储存于储液箱121中。
61.进一步地，设置储液箱121中的冷却液容量大于样品承载槽116中的冷却液容量，这样一次即可将储液箱121中的冷却液注入样品承载槽116中，或者一次即可将样品承载槽116中的冷却液抽出，储存至储液箱121中。这种设置能够提高抽出/注入冷却液的效率，节省操作时间。
62.仍参考图4和5，储液箱121与开口118之间可通过软管连接。当抽吸部120为吸筒结构时，储液箱121与开口118之间通过软管直接连接；当抽吸部120为泵时，泵的一端与开口118连接，泵的另一端与储液箱121连接，此时泵与开口118、储液箱121之间也可通过软管连接。与储液箱121和开口118之间刚性连接相比较而言，通过软管连接可以有效地避免储液箱121在抽出/注入冷却液的过程中，将抽吸部120的振动传递到样品承载槽116。尤其是当
抽吸部120为泵时，通过软管连接可有效地避免将泵的振动传递至样品承载槽116，进而避免对样品承载槽116的水平方向地振动影响，从而避免后续的研磨损伤待研磨样品115的表面。
63.因此，本技术的自动研磨装置，通过在样品承载槽116的底部设置开口，可快速、简便地向样品承载槽116中抽出/注入冷却液。
64.本实用新型的自动研磨装置的另一种实施方式可参考图6至8，在样品承载槽116的底部开设有排液槽119，排液槽119沿着样品承载槽116的侧壁开设，排液槽119在样品承载槽116底部的投影呈环形。排液槽119与开口118连通，样品承载槽116中的冷却液可经过排液槽119、开口118排出至储液箱121中。为了确保冷却液能够顺利地从样品承载槽116中完整地排出，排液槽119的底部最低点与开口118的最低点位于相同的水平面上。
65.在本实用新型的第一种实施方式中，由于待研磨样品115的研磨过程中，必然会产生固体残余物，在排出冷却液的过程中，固体残余物可能沉积在样品承载槽116的底部，甚至可能会沉积在待研磨样品115上，进而影响后续光学观察。然而，在本实用新型的第二种实施方式中，在样品承载槽116的底部开设排液槽119后，由于样品承载槽116的底部与排液槽119的底部存在高度差，固体残余物更容易沉积在排液槽119的底部，从而可以避免固体残余物沉积在待研磨样品115上，有利于提高光学检测结果的准确性。
66.由上述分析可知，将冷却液抽出至储液箱121，冷却液中可能携带有研磨产生的固体残余物。因此，储液箱12内部可设置过滤器(图中未示出)，用于对由样品承载槽116排出的冷却液进行过滤，将已经去除固体残余物后的冷却液储存至储液箱121内。等待下一次向样品承载槽116内注入冷却液时，将已经过滤的冷却液注入样品承载槽116中。通过设置过滤器，有效地提高了冷却液重复利用的次数，并且可避免开口118堵塞。储液箱121还可设置出液口(图中未示出)，所述出液口用于排出废弃的冷却液。对于已经重复利用多次、甚至经过过滤器也无法清洁的冷却液，通过所述出液口排出。
67.本实用新型的自动研磨装置的又一种实施方式可参考图9和10，排液槽119可仅沿样品承载槽116的一个侧壁开设。一般来说，排液槽119可沿着样品承载槽116的任意一个侧壁开设，当然此时开口118也开设在该侧壁上。在样品承载槽116排出冷却液时，冷却液依次经过排液槽119和开口118后排出。参考图11，排液槽119还可沿着样品承载槽116的任意两个相邻的侧壁开设，排液槽119在样品承载槽116的底部的投影呈l型。此时，开口118可开设在上述两个相邻的侧壁中任意一个。同样地，在样品承载槽116排出冷却液时，冷却液依次经过排液槽119和开口118后排出。进一步参考图12，排液槽119还可沿着样品承载槽116的三个侧壁开设，排液槽119在样品承载槽116的底部的投影呈u型。此时，开口118则可开设在上述三个侧壁中任意一个。
68.当然，本实用新型的自动研磨装置的排液槽的侧壁在样品承载槽116的底部投影形状不仅限于上述的直线型(如图10～12)。本实用新型的自动研磨装置的另一种实施方式可参考图13，排液槽119的侧壁在样品承载槽116的底部投影形状设置为波浪型。当然，排液槽119的侧壁在样品承载槽116的底部投影形状还可为折线型或者弧线型等等。
69.本实用新型的自动研磨装置的排液槽119的底部形状没有特殊限定。参考图14，排液槽119沿着冷却液抽出/注入方向的截面为三角形(如图14中虚线所示)，即，排液槽119的剖面呈现斜坡状。进一步参考图15，排液槽119的剖面呈现弧形。还可参考图16，排液槽119
沿着冷却液抽出/注入方向的截面为多边形(如图16中虚线所示)，即排液槽119的剖面呈现阶梯状。当然，排液槽119的底部形状不限于此，只要排液槽119底部的最低点与开口118的最低点处于相同的水平面上，冷却液可依次经过排液槽119和开口118排出样品承载槽116即可。
70.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。