一种用于半导体晶圆背面打磨的装置的制作方法

1.本发明属于半导体晶圆加工技术领域，尤其涉及一种用于半导体晶圆背面打磨的装置。


背景技术：

2.用于半导体器件生成的晶圆，其制作工艺主要包括结晶成型、整形、切片、打磨等。半导体生产厂家在制造之前需要对上游提供的晶圆进行减薄加工，以达到半导体产品设计的要求厚度，目前主要通过打磨的方式对晶圆减薄。
3.打磨时需要不同向晶圆喷洒打磨液体，液体不仅用于冲刷清洁晶圆，同时打磨液液体中含有添加成分用于保护晶圆的化学稳定性。现有的打磨装置通常将各个机构统一设置在密封箱体内，包括各类采用电气驱动的部件，例如驱动晶圆及打磨盘旋转的电机等。这种结构的设备需要对各类电气元件做特殊的防水处理，导致成本增高，同时也难以避免电气元件收到液体的侵蚀，造成损坏。另一方面，现有的打磨设备，其打磨盘通常与晶圆同轴设置，利用相对旋转实现对晶圆的打磨，此种结构单次仅能加工一块晶圆，效率较低。


技术实现要素：

4.为解决现有技术不足，本发明提供一种用于半导体晶圆背面打磨的装置，具有较高的使用安全性，同时便于维修检查；可同时对多块晶圆进行打磨减薄，具有较高的加工效率。
5.为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：一种用于半导体晶圆背面打磨的装置，其特征在于，包括：运转机构、承载盘、第一驱动部件、进料机构以及打磨机构。
6.运转机构包括可旋转的安装盘，安装盘顶面沿圆周阵列开设有至少三个安装孔。
7.承载盘数量与安装孔相同，承载盘转动设于安装孔内，承载盘沿圆周设有多个沉孔，用于放置晶圆片，承载盘底部设有连接部。
8.第一驱动部件位于安装盘下方，第一驱动部件包括驱动泵，驱动泵利用水驱动旋转，沿驱动泵转轴的轴线方向移动设有驱动轴，驱动泵的转轴带动驱动轴旋转，打磨晶圆片时，驱动轴与承载盘的连接部相连。
9.进料机构包括对位台及吸盘，对位台用于对晶圆片定位，吸盘设于对位台上方，吸盘用于吸附并转移晶圆片。
10.打磨机构对应第一驱动部件设于安装盘上方，打磨机构设有打磨盘，安装盘的上方及下方对应打磨机构的位置设有密封罩。
11.进一步的，还包括第二驱动部件，对应进料机构设于安装盘下方，第二驱动部件包括电机，电机的转轴滑动设磁板，磁板与电机的转轴端面之间设有分隔板，磁板用于吸附连接承载盘的连接部。
12.进一步的，驱动泵的转轴设有连接杆，连接杆位于驱动泵的外侧，连接杆同轴穿设
于驱动轴下段的连接孔内，连接孔底面与连接杆前端之间设有弹簧；驱动轴外周套设有密封套，密封套底面与驱动泵密封连接，驱动轴下段设有法兰，法兰位于密封套内，密封套侧壁连通设有导管，导管位于法兰与密封套底面之间，导管用于向密封套内部加压，加压介质可以使液体或是气体。
13.进一步的，连接部底部具有圆锥孔，圆锥孔的侧壁沿圆周开设有多处条形槽，条形槽的顶端位于圆锥孔的锥顶，条形槽的底端位于圆锥孔的锥底，驱动轴顶部为圆锥台，圆锥台外壁沿圆周设有多处凸条，当驱动轴与连接部相连时，圆锥台与圆锥孔贴合，凸条嵌合于条形槽内。
14.进一步的，承载盘的沉孔周侧均开设有环形槽，环形槽底部开设有通孔，安装孔底部为镂空结构，以便于打磨时的液体从安装盘底部排出，通孔位于环形槽内距离承载盘轴线最远的位置。
15.进一步的，还包括检测开关，承载盘的沉孔中心位置的底部均开设有贯穿孔，检测开关位于安装盘下方，当进料机构向承载盘放置晶圆片时，检测开关与承载盘其中一个沉孔的贯穿孔对齐。
16.进一步的，对位台开设有四条呈“十”字结构的滑槽，滑槽均沿对位台的法线方向开设，滑槽均滑动设有滑块，对位台同轴设有十字拨叉，十字拨叉的各分支通过连杆分别与滑块相连，连杆与十字拨叉以及滑块均采用铰接连接，滑块设有拨杆，拨杆均凸出于对位台的顶面。
17.进一步的，运转机构设于工作台上，工作台顶面设有环形罩，安装盘转动设于环形罩内，安装盘采用同步带驱动，同步带设于工作台下方。
18.本发明的有益效果在于：1、采用利用水力驱动的驱动泵对驱动承载盘旋转，从而实现带动晶圆转动，减少使用电气的零部件，从根本上避免电气的防水及易受损坏的问题，并且将驱动打磨盘的电机设置于装置外侧，防止与液体接触同时便于检修，针对液体较多的打磨工位设有密封罩，以减小液体对其他工位的影响。
19.2、本技术通过承载盘放置晶圆，一块承载盘可同时放置多块晶圆，并且可同时进行打磨，并通过安装板同时安装多块承载盘，以便于同时进行多工位操作，可同时进行晶圆打磨、取出晶圆、清洁承载盘以及放置晶圆，极大的提高了晶圆打磨减薄的效率。
附图说明
20.本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。
21.图1示出了本技术的整体结构图。
22.图2示出了打磨机构的构造及安装示意图。
23.图3示出了安装盘的结构以及与打磨机构、进料机构的位置关系示意图。
24.图4示出了图3中a处的放大图。
25.图5示出了安装盘底部一侧的示意图。
26.图6示出了安装盘底部另一侧的示意图。
27.图7示出了图6中b处的放大图。
28.图8示出了图6中c处的放大图。
29.图9示出了安装盘的结构以及与承载盘的连接关系图。
30.图10示出了承载盘的结构图。
31.图11示出了承载盘的结构剖视图。
32.图12示出了第一驱动部件的构造图。
33.图13示出了第一驱动部件的结构爆炸图。
34.图14示出了第一驱动部件的结构剖视图。
35.图15示出了对位台的顶部视图。
36.图16示出了对位台的底部视图。
37.图中标记：运转机构
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10、安装盘
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11、安装孔
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111、密封罩
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12、承载盘
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20、沉孔
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21、环形槽
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211、通孔
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212、贯穿孔
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213、连接部
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22、圆锥孔
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221、条形槽
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222、第一驱动部件
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30、驱动泵
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31、壳体
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311、叶轮
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312、连接杆
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313、驱动轴
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32、法兰
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321、圆锥台
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322、凸条
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323、密封套
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33、导管
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331、弹簧
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34、进料机构
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40、对位台
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41、滑槽
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411、吸盘
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42、滑块
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43、十字拨叉
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44、连杆
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45、打磨机构
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50、打磨盘
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51、第二驱动部件
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60、电机
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61、磁板
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62、分隔板
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63、检测开关
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70、作台
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80、环形罩
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81、清洗管
‑
90。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。
41.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.如图1至图3以及图5、图6所示，一种用于半导体晶圆背面打磨的装置，包括：运转机构10、承载盘20、第一驱动部件30、进料机构40以及打磨机构50。
43.具体的，运转机构10包括可旋转的安装盘11，安装盘11顶面沿转轴的圆周阵列开设有至少三个安装孔111，以便于实现多工位同时工作。
44.作为本技术优选的实施例，如图3、图4、图5以及图9所示，安装盘11顶面沿圆周阵列设有四个安装孔111，在工作时，可对应四个安装孔111依次进行晶圆上料、晶圆打磨、晶圆出料以及清洗承载盘20四项工作。
45.进一步优选的，如图3所示对应进料机构40之前的溢出安装孔111上方设有清洗管
90，清洗管90设有多根倾斜的支管，用于冲洗承载盘20。为防止清洗时的液体四处溅射，因此安装板11的上下面对应清洗承载盘20的工位均设有密封罩12。
46.具体的，承载盘20数量与安装孔111相同，承载盘20转动设于安装孔111内，承载盘20与安装孔111均为圆形结构。如图10、图11所示承载盘20沿圆周阵列设有多个沉孔21，用于放置晶圆片，承载盘20底部设有连接部22。连接部22外周套设有轴承，用于连接安装盘11。
47.具体的，第一驱动部件30位于安装盘11下方，第一驱动部件30包括驱动泵31，驱动泵31的转轴利用水驱动旋转，沿驱动泵31转轴的轴线方向移动设有驱动轴32，驱动泵31的转轴带动驱动轴32旋转。驱动泵31采用水力驱动，避免在液体流出的下方使用电气设备，现有设备多数采用电机驱动，而本技术则从根源上避免使用电气元件，减少使用中可能存在的液体侵蚀电气的情况。
48.具体的，进料机构40包括对位台41及吸盘42，对位台41用于对晶圆片定位，吸盘42设于对位台41上方，吸盘42用于吸附并转移晶圆片。如图1至图3所示，吸盘42安装于一气缸的推杆，该气缸移动设置于一直线移动机构，直线移动机构可采用电极丝杆模块，也可直接采用直线伺服电机模块。吸盘42将对位台41上的晶圆片吸附，然后通过气缸带动向上提升，之后便通过直线移动机构带动转移至承载盘20的沉孔21上方，然后再将晶圆放置在沉孔21内。如图3所示，本实施例中安装盘11呈逆时针旋转，进料机构40位于第一驱动部件30上一个工位。
49.具体的，打磨机构50对应第一驱动部件30设于安装盘11上方，打磨机构50设有打磨盘51，用于打磨承载盘20内放置的晶圆片。安装盘11的上方及下方对应打磨机构50的位置设有密封罩12，防止打磨时液体四处溅射；密封罩12位置保持固定，通过安装盘11转动，将装有待打磨晶圆片的承载盘20转移至打磨机构50下方，在密封罩12内进行打磨加工，打磨机构50的驱动电机设于安装盘11上方密封罩12的顶部，以防止进水，同时便于日常维护。
50.打磨晶圆片时，通过转动安装盘11，两装满晶圆片的承载盘20移动至打磨盘51下方。此时驱动轴32向上伸出，驱动轴32顶部与承载盘20的连接部22相连，驱动泵3带动驱动轴32旋转，从而使承载盘20转动，使晶圆收到打破盘51旋转打磨的同时进行旋转，可同时对多块晶圆片进行打磨，提高打磨效率。
51.优选的，如图6、图7所示，用于半导体晶圆背面打磨的装置，还包括第二驱动部件60，对应进料机构40设于安装盘11下方，第二驱动部件60包括电机61，电机61的转轴滑动设磁板62，磁板62与电机61的转轴端面之间设有分隔板63，分隔板63采用塑料或橡胶或是木质材料制作，用于减小磁板62与电机61的转轴之间的吸附力，磁板62用于吸附连接承载盘20的连接部22。通过设置分隔板63，使得磁板62与连接部22之间的磁吸力大于磁板62与电机61的转轴之间的吸力。
52.当安装盘11带动承载盘20转动至第二驱动部件60上方时，在吸力作用下，磁板62将沿着电机61的转轴向上移动，直至磁板62吸附在连接部22底部，利用吸附力使电机61通过磁板62带动承载盘20转动，以便于使空位的沉孔21处于晶圆片唯一进料的位置，方便吸盘42将晶圆片放置于沉孔21内。
53.步优选的，连接部22底部具有圆锥孔，磁板62为圆形，其顶面为圆锥结构，磁板62电机61的转轴同轴，从而保证电机61的主轴与承载盘20同轴，同时利用磁板62顶部的圆锥
结构，使磁板62与连接部22的结合及分离更加顺畅。通过安装盘11旋转使磁板62与连接部22逐步错位，从而使其二者分离。因为磁板62与电机61的转轴之间任然存在吸力，所以当磁板62与连接部22分离之后，磁板62将再次被吸附下降。
54.优选的，如图12至图14所示，驱动泵31的转轴设有连接杆313，连接杆313位于驱动泵31的外侧，连接杆313同轴穿设于驱动轴32下段的连接孔内，连接孔底面与连接杆313前端之间设有弹簧34。弹簧34呈自然状态时驱动轴32处于收回状态，此时驱动轴32于连接部22分离。
55.更具体的，如图13、图14所示，驱动泵31包括壳体311以及设于壳体311内的叶轮312，壳体311一侧设有进水管，另一侧设有出水管，水流从壳体311内通过，从而带动叶轮312旋转，连接杆313与叶轮312的转轴同轴，且连接杆313截面为矩形结构，驱动轴32用于穿设连接杆313的孔为矩形孔。
56.驱动轴32外周套设有密封套33，密封套33底面与驱动泵31密封连接，驱动轴32下段设有法兰321，法兰321位于密封套33内，密封套33侧壁连通设有导管331，导管331位于法兰321与密封套33底面之间，导管331用于向密封套33内部加压，加压介质为液体或气体。通过对密封套33内部加压使驱动轴32向上伸出，此时弹簧34被拉伸，驱动轴32伸出之后便可与连接部22相连。通过加压的方式与弹簧34配合控制驱动轴32的伸缩，避免使用电气控制，从根源上避免发生电气故障。
57.优选的，如图8、图11所示，连接部22底部具有圆锥孔221，圆锥孔221的侧壁沿圆周开设有多处条形槽222，条形槽222的顶端位于圆锥孔221的锥顶，条形槽222的底端位于圆锥孔221的锥底。如图8、图13、图14所示，驱动轴32顶部为圆锥台322，圆锥台322外壁沿圆周设有多处凸条323，当驱动轴32与连接部22相连时，圆锥台322与圆锥孔221贴合，以保证驱动轴32与承载盘20同轴，凸条323嵌合于条形槽222内，防止打磨晶圆片时驱动轴32与驱动轴32之间产生相对转动，提高打磨的平稳性。
58.优选的，如图10所示，承载盘20的沉孔21周侧均开设有环形槽211，使打磨加工时的液体排入环形槽211，环形槽211底部开设有通孔212，用于排水，安装孔111底部为镂空结构，以便于打磨时的液体从安装盘11底部排出。
59.进一步优选的，如图10、图11所示，通孔212位于环形槽211内距离承载盘20轴线最远的位置，以便于利用承载盘20转动时的离心力将液体顺利从通孔212排出。
60.优选的，还包括检测开关70，承载盘20的沉孔21中心位置的底部均开设有贯穿孔213，检测开关70位于安装盘11下方，当进料机构40向承载盘20放置晶圆片时，检测开关70与承载盘20其中一个沉孔21的贯穿孔213对齐。
61.工作原理，当安装盘11带动承载盘20移动至放置晶圆片的位置时，通过第二驱动部件60带动承载盘20转动，此时检测开关70开始工作，承载盘20转动过程中，当第一个贯穿孔213与检测开关70对齐时，则停止转动承载盘20，之后便可开始利用吸盘42向沉孔21内放置晶圆片，晶圆片放置完成之后第二驱动部件60再次带动承载盘20转动，直至下一个贯穿孔213与与检测开关70对齐，便可向空的沉孔21内放置晶圆片，当承载盘20转动至少一圈之后，检测开关70再无法检测到贯穿孔213时，便完成晶圆片的放置工作。检测开关70可采用接近开关或光电开关，利用感应区域穿过贯穿孔213作为信号判断的依据。
62.优选的，如图15、图16所示，对位台41开设有四条呈“十”字结构的滑槽411，滑槽
411均沿对位台41的法线方向开设，且延伸轨迹与对位台41的轴线相交，滑槽411均滑动设有滑块43，对位台41同轴设有十字拨叉44，十字拨叉44的各分支通过连杆45分别与滑块43相连，连杆45与十字拨叉44以及滑块43均采用铰接连接，滑块43设有拨杆，拨杆均凸出于对位台41的顶面，拨杆用于推动晶圆片以及限定晶圆片的位置，转动十字拨叉44可使四条滑槽411内的滑块43同时沿对位台41的法线方向移动相同的距离，以便于实现对放置于对位台41上的晶圆片进行定位及固定，使晶圆片准确的处于吸盘42吸附位置的下方，以使得晶圆片可精确的放入沉孔21内，十字拨叉44采用电机驱动旋转。
63.优选的，如图1至图3以及图6所示，运转机构10设于工作台80上，工作台80顶面设有环形罩81，安装盘11转动设于环形罩81内，环形罩81用于防止打磨时的液体外溢，安装盘11采用同步带驱动，以便于将驱动电机设于运转机构10外侧，同步带设于工作台80下方，防止沾染液体。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。