CN110281101A - 一种边缘研磨装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种边缘研磨装置及方法，涉及晶圆研磨领域，该边缘研磨装置包括：基座；研磨轮，包括圆柱状的磨轮轴心以及设于磨轮轴心外表面且沿磨轮轴心周向设置的螺纹状研磨槽，从磨轮轴心的一端至另一端，螺纹状研磨槽的形状和尺寸保持不变；设置在基座上的磨轮支撑机构，用于竖直固定研磨轮并控制研磨轮旋转以及在竖直方向上移动；设置在基座上的载台机构，用于倾斜放置待加工工件，并控制待加工工件旋转和移动。本发明实施例解决了倒角加工过程中，由于研磨装置与工件之间的接触点难以冷却使得工件出现烧伤和硬币纹的问题。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆研磨领域，尤其涉及一种边缘研磨装置及方法。
背景技术
在半导体级晶圆片加工工艺中，倒角工艺承担着修正边缘损伤，实现需求轮廓，释放内应力的重要作用，是瓶颈工艺之一，因此对倒角研磨设备的产能及品质的要求是不可或缺的。倒角研磨装置通过研磨机构与晶圆片的相对运动对晶圆片进行研磨，在加工过程中，研磨机构位置固定并高速旋转，通过研磨轮与晶圆片之间的相对位移完成边缘的磨削效果。目前，常见的倒角研磨设备的加工行程有限，磨削部位难以及时冷却，使得晶圆片出现烧伤和硬币纹的问题，同时磨削过程中产生的碎屑也难以清除，堆积的碎屑会导致研磨设备的加工效率降低，大颗粒碎屑也会对晶圆片边缘造成二次损伤。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种边缘研磨装置及方法，用于解决倒角加工过程中，由于磨削部位难以冷却使得晶圆片出现烧伤和硬币纹的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种边缘研磨装置，包括：
基座；
研磨轮，包括圆柱状的磨轮轴心以及设于所述磨轮轴心外表面且沿所述磨轮轴心周向设置的螺纹状研磨槽，从所述磨轮轴心的一端至另一端，所述螺纹状研磨槽的形状和尺寸保持不变；
设置在所述基座上的磨轮支撑机构，用于竖直固定所述研磨轮并控制所述研磨轮旋转以及在竖直方向上移动；
设置在所述基座上的载台机构，用于倾斜放置待加工工件，并控制所述待加工工件旋转和移动。
可选的，所述磨轮支撑机构包括：
夹持部，设置于所述研磨轮的两端，用于固定所述研磨轮；
驱动机构，用于控制所述研磨轮进行旋转以及在竖直方向上移动，所述驱动机构一端与所述夹持部相接，另一端与所述基座相接。
可选的，所述驱动机构包括内芯和外壳，所述内芯固定在所述基座上，所述外壳与所述夹持部相接，所述外壳能够相对于所述内芯移动。
可选的，所述内芯的外表面设有外螺纹，所述外螺纹的螺纹结构与所述螺纹状研磨槽的螺纹结构相同；
所述外壳的内表面设有内螺纹，所述内螺纹的螺纹结构与所述螺纹状研磨槽的螺纹结构相同；
所述外螺纹和所述内螺纹相咬合。
可选的，所述载台机构包括：
倾斜载台，所述倾斜载台与水平方向呈一定角度，用于倾斜放置所述待加工工件，并控制所述待加工工件旋转；
载台支架，用于支撑所述倾斜载台，并控制所述倾斜载台移动。
可选的，所述倾斜载台与水平方向之间的夹角角度等于所述螺纹状研磨槽与水平方向之间的夹角角度。
另外，本发明实施例还提供了一种边缘研磨方法，应用于上述实施例中任一项所述的边缘研磨装置，包括：
将待加工工件倾斜固定在载台机构上，所述待加工工件的边缘与研磨轮的螺纹状研磨槽对准；
控制所述研磨轮进行旋转，并沿竖直方向做往返运动，同时控制载台机构带动所述待加工工件旋转。
可选的，所述沿竖直方向做往返运动时，所述研磨轮的往返频率值采用以下公式计算：
其中，F为所述研磨轮的往返频率值，H为所述研磨轮的长度，S为所述研磨轮的相邻槽口之间的间距，R为所述研磨轮进行旋转的速度值。
可选的，所述研磨轮的旋转速度值大于所述待加工工件的旋转速度值。
可选的，所述研磨轮的旋转方向与所述待加工工件的旋转方向相反。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：提供了一种基于螺纹状研磨轮的边缘研磨装置，加工过程中通过研磨轮的移动来延长加工行程，从而降低了磨削部位中的每一点与工件的接触频率，提供了充足的冷却时间，降低了工件被烧伤以及产生硬币纹的风险，此外，倾斜的研磨槽有利于加工碎屑的清理，提高了研磨装置的工作效率，降低了大颗粒碎屑对工件边缘造成损伤的风险。
附图说明
图1为现有技术中的边缘研磨装置的结构示意图；
图2为利用现有技术中的研磨轮加工的工件的成分示意图；
图3为本发明一实施例中的边缘研磨装置的结构示意图；
图4为本发明一实施例中的磨轮支撑机构的结构示意图；
图5为本发明一实施例中的载台机构的结构示意图；
图6为使用本发明一实施例中的边缘研磨装置加工时研磨轮与工件的结构示意图；
图7为使用本发明另一实施例中的边缘研磨装置加工时研磨轮与工件的结构示意图；
图8为本发明一实施例中的边缘研磨方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为现有技术中的边缘研磨装置的结构示意图，现有技术中的边缘研磨装置101呈圆柱状，外表面周向设置单圈研磨槽，在高速磨削的情况下，工件102持续与边缘研磨装置101接触，由于高速摩擦而产生的热量无法及时散去，使得工件102的边缘极易出现如图2所示的硬币纹形损伤层200。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种边缘研磨装置，延长了加工行程，从而增加了研磨接触点的冷却时间，避免工件在加工过程中出现烧伤和硬币纹的问题。
请参考图3，图3为本发明一实施例中的边缘研磨装置的结构示意图，所述边缘研磨装置包括：
基座301；
研磨轮302，包括圆柱状的磨轮轴心以及设于所述磨轮轴心外表面且沿所述磨轮轴心周向设置的螺纹状研磨槽，从所述磨轮轴心的一端至另一端，所述螺纹状研磨槽的形状和尺寸保持不变；
设置在所述基座上的磨轮支撑机构303，用于竖直固定所述研磨轮302并控制所述研磨轮302旋转以及在竖直方向上移动；
设置在所述基座上的载台机构304，用于倾斜放置待加工工件305，并控制所述待加工工件305旋转和移动。
在本发明的上述实施例中，提供了一种基于螺纹状研磨轮的边缘研磨装置，通过控制研磨轮在竖直方向上移动来保证研磨轮的凹槽与工件始终对准，加工过程中装置的加工行程为螺纹状研磨槽的长度，螺纹状研磨槽的长度可以用一下公式计算：
其中，L为螺纹状研磨槽的长度，H为研磨轮的长度，S为研磨轮的相邻槽口之间的间距，D为磨轮轴心的直径；
现有技术中的边缘研磨装置的加工行程为πD，因此，本发明的上述实施例有效地延长了加工行程，为接触点的冷却提供了足够的时间，避免工件出现烧伤和产生硬币纹的问题。
在本发明的一些实施例中，可选的，所述研磨轮302还包括位于所述磨轮轴心两端的挡块；
其中，所述挡块可以是树脂挡块或橡胶挡块。
在本发明的上述实施例中，在磨轮轴心两端设置挡块，防止在加工过程中工件超过加工行程，起到了限制行程，保护研磨轮和工件的作用。
在本发明的一些实施例中，可选的，如图4所示，图4为本发明一实施例中的磨轮支撑机构的结构示意图，所述磨轮支撑机构303包括：
夹持部3031，设置于所述研磨轮的两端，用于固定所述研磨轮；
驱动机构3032，用于控制所述研磨轮进行旋转以及在竖直方向上移动，所述驱动机构一端与所述夹持部相接，另一端与所述基座相接。
在本发明的上述实施例中，夹持部用于固定研磨轮，避免在加工过程中研磨轮发生错位或脱落，夹持部连接驱动机构，驱动机构用于控制研磨轮旋转，从而对工件进行磨削，同时用于控制研磨轮在竖直方向上移动，从而保证研磨轮凹槽与工件保持对准状态。
在本发明的一些实施例中，可选的，所述驱动机构3032包括内芯和外壳，所述内芯固定在所述基座上，所述外壳与所述夹持部相接，所述外壳能够相对于所述内芯移动。
在本发明的上述实施例中，通过外壳在内芯上的移动实现驱动机构的移动，从而带动研磨轮在竖直方向上的移动，保持研磨轮凹槽与工件之间的对准状态。
在本发明的一些实施例中，可选的，所述内芯的外表面设有外螺纹，所述外螺纹的螺纹结构与所述螺纹状研磨槽的螺纹结构相同；
所述外壳的内表面设有内螺纹，所述内螺纹的螺纹结构与所述螺纹状研磨槽的螺纹结构相同；
所述外螺纹和所述内螺纹相咬合。
在本发明的上述实施例中，驱动机构的内芯和外壳分别设有与螺纹状研磨槽相同的螺纹结构，在控制驱动机构带动研磨轮运动时，仅需要一个驱动力就可以为完成旋转和竖直方向移动两个行为提供动力，方便操作，防止旋转行为与移动行为不配合的情况出现。
在本发明的一些实施例中，可选的，如图5所示，图5为本发明一实施例中的载台机构的结构示意图，所述载台机构304包括：
倾斜载台3041，所述倾斜载台与水平方向呈一定角度，用于倾斜放置所述待加工工件，并控制所述待加工工件旋转；
载台支架，用于支撑所述倾斜载台3041，并控制所述倾斜载台移动。
在本发明的上述实施例中，载台支架能够使倾斜载台移动，以实现工件和研磨轮的对准，倾斜载台使得在加工过程中工件倾斜放置，与研磨轮的螺纹形凹槽形成的夹角角度较小，为大颗粒碎屑的冲洗留出了空间。
在本发明的一些实施例中，可选的，所述倾斜载台3041与水平方向之间的夹角角度等于所述螺纹状研磨槽与水平方向之间的夹角角度。
在本发明的上述实施例中，如图6所示，图6为使用本发明一实施例中的边缘研磨装置加工时研磨轮与工件的结构示意图，由于用于装置工件305的载台的倾斜角度与螺纹状研磨槽的倾斜角度相同，因此工件305的倾斜角度也是与螺纹状研磨槽的倾斜角度相同的，使得工件305和研磨轮302之间平行接触；
如图7所示，图7为使用本发明另一实施例中的边缘研磨装置加工时研磨轮与工件的结构示意图，该图为俯视图，工件305的上沿和下沿均与研磨轮302接触于A点，在平行接触的情况下，工件305不会妨碍冲洗研磨碎屑时碎屑的滑落，有效地保证了研磨装置的整洁，降低了大颗粒碎屑对工件边缘造成二次损伤的风险。
在本发明的一些实施例中，可选的，如图5所示，所述载台支架包括：
第一支架3042，设于所述倾斜载台3041下方，用于控制所述倾斜载台3041在竖直方向上移动；
第二支架3043，设于所述第一支架3042下方，用于控制所述倾斜载台3041在第一水平方向上移动，所述第一水平方向为能够远离或靠近所述研磨轮302的方向；
第三支架3044，设于所述第二支架3043下方，用于控制所述倾斜载台3041在第二水平方向上移动，所述第二水平方向垂直于所述第一水平方向。
在本发明的上述实施例中，通过三个支架组成载台支架，能够控制倾斜载台在三个方向进行移动，保证加工过程中工件能够与研磨轮的凹槽对准。
基于同一发明思路，本发明实施例还提供了一种边缘研磨方法，应用于上述任一实施例中的边缘研磨装置，请参考图8，图8为本发明一实施例中的边缘研磨方法的流程示意图，该边缘研磨方法包括：
步骤801：将待加工工件倾斜固定在载台机构上，所述待加工工件的边缘与研磨轮的螺纹状研磨槽对准；
步骤802：控制所述研磨轮进行旋转，并沿竖直方向做往返运动，同时控制载台机构带动所述待加工工件旋转；
其中，所述研磨轮的旋转速度值与所述待加工工件的旋转速度值不同；
其中，所述步骤801中包括通过调整第一支架，第二支架以及第三支架中的至少一个使得所述待加工工件的边缘与所述研磨轮的螺纹状研磨槽对准。
在本发明的上述实施例中，利用具有螺纹状研磨槽的研磨轮对工件进行加工，在研磨轮旋转的同时控制研磨轮在竖直方向上运动，保证研磨轮与工件始终处于对准状态，防止损伤工件，延长加工行程，使磨削部位得到充分的冷却，避免工件被灼伤，出现硬币纹损伤。
在本发明的一些实施例中，可选的，所述步骤802中，所述研磨轮沿竖直方向做往返运动时的往返频率值采用以下公式计算：
其中，F为所述研磨轮的往返频率值，H为所述研磨轮的长度，S为所述研磨轮的相邻槽口之间的间距，R为所述研磨轮进行旋转的速度值。
在本发明的上述实施例中，根据研磨轮的旋转速度计算出研磨轮做竖直运动的往返频率，使得研磨轮的旋转行为和移动行为相配合，避免研磨轮的凹槽与工件脱离，造成工件损伤的情况。
在本发明的一些实施例中，可选的，所述步骤802中，所述研磨轮的旋转速度值大于所述待加工工件的旋转速度值。
在本发明的上述实施例中，研磨轮高速旋转，保证研磨轮与工件之间产生高速的相对移动，从而达到磨削效果，工件以较慢的速度旋转，从而避免殷旋转速度过快产生的损伤。
在本发明的一些实施例中，可选的，所述步骤802中，所述研磨轮的旋转方向与所述待加工工件的旋转方向相反。
在本发明的上述实施例中，研磨轮与待加工工件的旋转方向相反，使研磨轮与工件之间进行相位移动时速度更快，从而有效地提高对工件的磨削效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种边缘研磨装置，其特征在于，包括：
基座；
研磨轮，包括圆柱状的磨轮轴心以及设于所述磨轮轴心外表面且沿所述磨轮轴心周向设置的螺纹状研磨槽，从所述磨轮轴心的一端至另一端，所述螺纹状研磨槽的形状和尺寸保持不变；
设置在所述基座上的磨轮支撑机构，用于竖直固定所述研磨轮并控制所述研磨轮旋转以及在竖直方向上移动；
设置在所述基座上的载台机构，用于倾斜放置待加工工件，并控制所述待加工工件旋转和移动。
2.根据权利要求1所述的边缘研磨装置，其特征在于，所述磨轮支撑机构包括：
夹持部，设置于所述研磨轮的两端，用于固定所述研磨轮；
驱动机构，用于控制所述研磨轮进行旋转以及在竖直方向上移动，所述驱动机构一端与所述夹持部相接，另一端与所述基座相接。
3.根据权利要求2所述的边缘研磨装置，其特征在于，所述驱动机构包括内芯和外壳，所述内芯固定在所述基座上，所述外壳与所述夹持部相接，所述外壳能够相对于所述内芯移动。
4.根据权利要求3所述的边缘研磨装置，其特征在于，所述内芯的外表面设有外螺纹，所述外螺纹的螺纹结构与所述螺纹状研磨槽的螺纹结构相同；
所述外壳的内表面设有内螺纹，所述内螺纹的螺纹结构与所述螺纹状研磨槽的螺纹结构相同；
所述外螺纹和所述内螺纹相咬合。
5.根据权利要求1所述的边缘研磨装置，其特征在于，所述载台机构包括：
倾斜载台，所述倾斜载台与水平方向呈一定角度，用于倾斜放置所述待加工工件，并控制所述待加工工件旋转；
载台支架，用于支撑所述倾斜载台，并控制所述倾斜载台移动。
6.根据权利要求5所述的边缘研磨装置，其特征在于，所述倾斜载台与水平方向之间的夹角角度等于所述螺纹状研磨槽与水平方向之间的夹角角度。
7.一种边缘研磨方法，应用于权利要求1至6中任一项所述的边缘研磨装置，其特征在于，包括：
将待加工工件倾斜固定在载台机构上，所述待加工工件的边缘与研磨轮的螺纹状研磨槽对准；
控制所述研磨轮进行旋转，并沿竖直方向做往返运动，同时控制载台机构带动所述待加工工件旋转。
8.根据权利要求7所述的边缘研磨方法，其特征在于，所述沿竖直方向做往返运动时，所述研磨轮的往返频率值采用以下公式计算：
其中，F为所述研磨轮的往返频率值，H为所述研磨轮的长度，S为所述研磨轮的相邻槽口之间的间距，R为所述研磨轮进行旋转的速度值。
9.根据权利要求7所述的边缘研磨方法，其特征在于，所述研磨轮的旋转速度值大于所述待加工工件的旋转速度值。
10.根据权利要求7所述的边缘研磨方法，其特征在于，所述研磨轮的旋转方向与所述待加工工件的旋转方向相反。
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