一种单面研磨机压头装置的制作方法

本实用新型涉及晶圆加工领域，特别是一种单面研磨机压头装置。

背景技术：

晶圆被广泛用作半导体器件的基板材料。通过对于晶圆的依序进行如下加工来制造晶圆：1.切片2.激光标识3.倒角4.磨片5.腐蚀6.背损伤7.边缘镜面抛光8.预热清洗9..抵抗稳定——退火10.背封11.粘片12.抛光13.检查前清洗14.外观检查15.金属清洗16.擦片17.激光检查18.包装/货运。其中抛光分为单面抛光和双面抛光，而作为LED用的衬底材料则为只需对晶圆进行单面抛光。单面抛光是为消除晶圆表面的凹凸或高低起伏以提高平坦度的必要工序，而现有的单面抛光一般采用化学的机械抛光法进行镜面加工。其中作为衡量晶圆抛光质量的一个重要指标的TTV（硅片厚度变化量）取决于研磨机压头和载物盘的平整度，而现有的研磨机压头装置一般为整体式压头，通过将压头抵压在载物盘的上表面然后通过抛光膜以及抛光液对晶圆表面的研磨来达到抛光的效果。其中抛光过程中产生的大量的热量，该热量一部分被抛光液带走，一部分则通过设置在研磨机中的冷去系统带走，但是现有的冷却系统一般都设置在载物盘底部，且为轮辐状的发散设置，从而导致载物盘在冷却系统的作用下其盘面温度不均匀，表现为中间温度较低，外圈温度较高。而冷热不均又导致了载物盘发生细微的内凹现象，而该内凹现象造成布置在载物盘内外圈上的晶圆难于处在同一水平加工面上，对晶圆的抛光产生重要的影响。为了解决该内凹现象，一般通过压头对载物盘外圈加压来实现矫正，但是单纯外圈加压又会导致载物盘受力不均，发生内凸的情况。同时还因为晶圆分为内外两圈，导致内外圈的晶圆在受到压盘转动一圈的摩擦时，他们的摩擦行程并不相同，从而使得内圈晶圆的受到的抛光的行程往往小于外圈晶圆的抛光的行程，从而使得内外晶圆在抛光完成后存在厚度差，影响抛光的质量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能够有效解决载物盘因为冷热不均而导致的形变以及内外圈晶圆因为抛光的行程不同而导致内外晶圆抛光后存在TTV（硅片厚度变化量）较大的问题。

为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案为：

一种单面研磨机压头装置，包括：贴附有抛光膜的压盘装置及驱动压盘装置上下动作的第一驱动装置；压盘装置与第一驱动装置固定连接；其特征在于，所述压盘装置包括：可水平转动的安装在第一驱动装置上的第一压盘，所述第一压盘工作面上设置有凹槽；所述凹槽内设置有第二压盘，所述第二压盘工作面不突出于第一压盘工作面；第一压盘内还设置有抛光时驱动第二压盘抵压在抛光膜上的第二驱动装置。

进一步地，第一驱动装置与第一压盘之间通过调心滚子轴承相连接。

进一步地，第二驱动装置包括固定在第一驱动装置上的气缸，气缸的缸体靠近载物盘一端上设置有活塞筒；所述活塞筒中设置有与其滑动配合的活塞；所述活塞固定于第二压盘上；气缸伸缩杆穿过活塞筒抵接于活塞上端面；所述活塞的立面上开设有环向凹槽，所述环向凹槽中设置有活塞密封圈。

进一步地，所述第二压盘工作面上设置有缓冲层。

本实用新型的有益效果为：通过在压盘装置中设置第二压盘以及抛光时驱动第二压盘抵接在抛光膜上的第二驱动装置，实现了压力的区域分布，将载物盘的形变量控制在一个合理的范围内，从而使得载物盘上的内外圈晶圆在抛光后，厚度差保持在一定范围以内，提升了晶圆抛光的质量。

附图说明

图1是本实用型新的剖面示意图；

图2是压盘装置的局部放大示意图；

图3是第二驱动装置的局部放大示意图。

附图标记：100.第一驱动装置 110.第一气缸 120.连接柱 130.调心滚子轴承 200.压盘装置 210.第一压盘 211.凹槽 220.第二压盘 230.第二驱动装置 231.第二气缸 232.活塞筒 233.活塞 233a.环向凹槽 233b.O型密封圈 300.抛光膜 400.缓冲层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图3所示的一种单面研磨机压头装置，包括第一驱动装置100、安装在第一驱动装置上的压盘装置200以及贴附在压盘装置上的抛光膜300；其中，第一驱动装置包括作为动力部件的第一气缸110，第一气缸上安装有用于调节气缸输出压力的比例阀（图中未示出）；在第一气缸的伸缩杆的端部安装有一个连接柱120，连接柱为圆柱形。压盘装置200可转动的安装在连接柱120上。

在抛光过程中，载物盘的上表面（工作面）因为加工水平的原因必然存在一定的高低落差，而为了让压盘装置在抛光时能够与载物盘的上边面最大面积的贴合，从而使得贴附在压盘上的抛光膜作用于晶圆上的研磨力能够保持平稳，从而提高晶圆抛光面的质量；第一驱动装置的连接柱与压盘装置之间通过可以有一定调心能力的调心滚子轴承130相连接。其工作原理为：当抛光时第一气缸动作，驱动压盘装置抵压在载物盘的上表面上，此时载物盘与压盘装置200之间产生相对转动，而压盘装置同时根据载物盘的高低起伏作出相适应的随心摆动，从而使得载物盘与抛光膜之间的压力保持在一定的合理范围内。

为了解决载物盘冷热不均且因为受力不均而导致载物盘形变难以调节的问题；如图2所示，压盘装置200包括与连接柱120转动连接的第一压盘210，该第一压盘为圆盘状，在其面向载物盘的工作面上设置有一个向上凹陷的凹槽211，该凹槽同样为圆盘状，从而使得第一压盘的实际工作面为一个圆环状平面。在第一压盘210中心且位于凹槽211内的位置设置有一块工作面同样呈圆盘状的第二压盘220，该第二压盘的边缘直径小于凹槽的边缘直径，同时第二压盘的工作面高于或平齐与第一压盘的工作面（当抛光时，第一压盘的工作面能够先于第二压盘的工作面对载物盘施加压力）。同时第二压盘的设置在一定程度上加大了内圈晶圆受到的压力，从而补偿了内圈晶圆抛光的行程较外圈晶圆短，使得抛光后内圈晶圆磨除量较少，而导致内圈晶圆抛光后较外圈晶圆厚的问题。

而在连接柱120一端的中心还固定有一个第二驱动装置230；该第二驱动装置包括竖直安装在连接柱上的第二气缸231，在第二气缸231上设置有能够调节其输出压力的比例阀（图中未示出），在第二气缸的缸体靠近载物盘的一侧的端部设置有一个内腔为圆筒状的活塞筒232；而在活塞筒232中则安装有一个与活塞筒内壁滑动配合的活塞233，活塞233的一端伸出活塞筒232与第二压盘220固定连接。其中在活塞233立面的上部还开设有一个环形的环向凹槽233a，该环向凹槽233a中嵌装有O型密封圈233b。其中第二气缸的伸缩杆一端穿过活塞筒，抵接在活塞的上端面上。

压盘装置的工作原理为：当需要抛光时，第一驱动装置中的第一气缸110动作，带动第一压盘210向载物盘方向移动，当第一压盘到达至设定位置时，第一压盘的工作面抵压在载物盘的外圈，当第一压盘与载物盘之间的压力值达到设定值时，第一气缸110停止加压，此时位于第一压盘的凹槽211中的第二驱动装置230工作，其中第二驱动装置中的第二气缸伸缩杆伸出，推动位于活塞筒中的活塞向着载物盘移动，并最终将抛光膜中间区域抵压在载物盘上。在此期间，第二压盘对载物盘的压力通过比例阀调节，以实现将载物盘的工作面的形变减低至合适范围内。同时因为活塞与活塞筒之间通过O型密封圈实现紧密配合，使得活塞与活塞筒之间可以存在一定的间隙，因此活塞在活塞筒中可以随着第二压盘存在一定的随心摆动，第二压盘220的摆动幅度在50μm~100μm之间，以使第二压盘在转动时能够随着载物盘工作面上的落差做出随心摆动，从而使得载物盘能够均匀的受到来自第二压盘通过抛光膜对其施加的压力，最后达到提升晶圆抛光质量的效果。

如图3所示，为了更好的适应载物盘上具有一定落差的工作面，使第二压盘对载物盘上施加的压力更加均匀，在第二压盘的工作面上还设置了一层缓冲层。缓冲层的硬度低于抛光膜以及载物盘，且具有一定的弹性形变能力。