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CN112720120A - 一种12英寸硅片精密磨削加工的装置和方法 - Google Patents

一种12英寸硅片精密磨削加工的装置和方法 Download PDF

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CN112720120A
CN112720120A CN202011554850.8A CN202011554850A CN112720120A CN 112720120 A CN112720120 A CN 112720120A CN 202011554850 A CN202011554850 A CN 202011554850A CN 112720120 A CN112720120 A CN 112720120A
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China
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silicon wafer
grinding
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wafer
cleaning
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陈海滨
闫志瑞
库黎明
高立飞
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Grinm Semiconductor Materials Co Ltd
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Grinm Semiconductor Materials Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种12英寸硅片精密磨削加工的装置和方法。该装置包括：用于放置花篮的载片台、取片机械手、定位台、第一转移机械手、清洗台、旋转平台、第二转移机械手、干燥台；旋转平台上设有三个陶瓷吸盘，三个陶瓷吸盘围绕旋转平台中心以120度夹角均匀分布，并可以依次在旋转平台的等待位置、粗磨位置、精磨位置进行顺时针切换；旋转平台设有分别与粗磨位置和精磨位置对应的第一主轴和第二主轴，第一主轴和第二主轴均由步进电机控制做上下运动，第一主轴和第二主轴的底端分别安装有砂轮；在旋转平台上设有两个测厚仪，分别用于测量粗磨位置的硅片厚度和精磨位置的硅片厚度。采用本发明可以制造硅片精度更高的12英寸硅片，同时效率更高。

Description

一种12英寸硅片精密磨削加工的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种12英寸硅片精密磨削加工的装置和方法，属于半导体材料技术领域。
背景技术
随着信息时代的飞速发展，集成电路向高频，超高频，超大规模集成等方面发展，对硅片加工质量精度要求越来越高。单晶从拉制出来到变成硅片需要经历线切割(slicing)、倒角、研磨(1apping)、磨削(grinding)等流程，其中影响硅片加工质量精度要求的主要是线切割(slicing)、研磨(lapping)和磨削(grinding)等过程。
目前的磨削采用的是由步进电机控制主轴上的砂轮给进达到硅片减薄目的的单面磨削工艺。该磨削工艺所使用的单面磨削机，先加工硅片第一面，然后翻转后加工第二面，并且该单面磨削机采用单个主轴和单个测厚仪，测厚仪把硅片厚度值信号和砂轮的损耗值信号传送给步进电机，步进电机控制主轴进给，从而达到精确控制硅片厚度的效果。采用单个主轴和单个测厚仪的单面磨削工艺虽然能很好的控制硅片精度，并且加工完的硅片表面损伤非常小，但是加工效率也有待提高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种12英寸硅片精密磨削加工的装置，来提高硅片的加工效率。
本发明的另一目的在于提供一种使用所述装置对12英寸硅片精密磨削加工的方法，以制造精度更高且加工效率更高的硅片。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种12英寸硅片精密磨削加工的装置，该装置包括：用于放置花篮的载片台、取片机械手、定位台、第一转移机械手、清洗台、旋转平台、第二转移机械手、干燥台；
旋转平台上设有三个陶瓷吸盘，该三个陶瓷吸盘围绕旋转平台中心以120度夹角均匀分布，并可以依次在旋转平台的等待位置、粗磨位置、精磨位置进行顺时针切换；
旋旋转平台设有分别与粗磨位置和精磨位置对应的第一主轴和第二主轴，第一主轴和第二主轴均由步进电机控制做上下运动，第一主轴和第二主轴的底端分别安装有砂轮；
在旋转平台上设有两个测厚仪，其中一个测厚仪测量粗磨位置的硅片厚度，另一个测厚仪测量精磨位置的硅片厚度；
取片机械手从花篮取片反转后放入定位台，从干燥台取片后放入花篮；第一转移机械手负责将硅片从定位台转移到清洗台，并负责将硅片从清洗台转移到等待位置的陶瓷吸盘；第二转移机械手负责将硅片从等待位置的陶瓷吸盘转移到干燥台。
其中，所述第一主轴底端的砂轮的目数为4000#～6000#，所述第二主轴底端的砂轮的目数为8000#～10000#。
所述第一主轴和第二主轴及各自底端的砂轮通过冷却水控制变形以保证精度，冷却水温度为20-22℃。
一种使用所述装置对12英寸硅片精密磨削加工的方法，包括以下步骤：
将研磨好的硅片放入花篮，将装有硅片的花篮放入载片台，硅片先经过定位台定位，然后在清洗台用软毛刷清洗硅片下表面，同时用软毛刷清洗等待位置的陶瓷吸盘表面，之后硅片送到位于等待位置的陶瓷吸盘等待粗磨，然后硅片随陶瓷吸盘一起旋转120度进入粗磨位置进行粗磨削，粗磨削完成后硅片随陶瓷吸盘一起旋转120度进入精磨位置进行精磨削，精磨削完成后硅片随陶瓷吸盘一起旋转120度进入等待位置，用软毛刷对硅片上表面进行清洗，清洗完成后硅片送人干燥台进行干燥，之后硅片送回花篮原位置等待磨第二面；
其中，硅片在清洗台的清洗时间为30-60秒，等待位置的陶瓷吸盘清洗时间为30-60秒，干燥台干燥时间为30-60秒。
其中，硅片的粗磨削工艺参数为：
Figure BDA0002855110910000021
硅片的精磨削工艺参数为：
Figure BDA0002855110910000031
本发明的优点在于：
在本发明的装置中，第一主轴和第二主轴均由步进电机控制能精确控制砂轮的向下给进量，测厚仪把测量出的实时厚度信号反馈给步进电机，这样可以达到精确控制硅片厚度的目的。
另外，本发明在精磨之前增加一道粗磨工序，相当于增加了精磨的来片精度，提高了精磨完成后硅片的精度。由于粗磨工序砂轮粒径大，精磨工序砂轮粒径小，粗磨工序比精磨工序采用更大的给进速度，所以对同样的硅片去除厚度，采用本发明的工艺(粗磨+精磨)比传统的单独采用精磨的工艺更有效率。
附图说明
图1为本发明的12英寸硅片精密磨削加工的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
如图1所示，一种12英寸硅片精密磨削加工的装置，包括：两个用于放置花篮的载片台1、2；一个取片机械手3；一个定位台4；第一转移机械手6；一个清洗台5；一个旋转平台7，旋转平台上有三个陶瓷吸盘8，三个陶瓷吸盘围绕旋转平台中心以120度夹角均匀分布在旋转平台上，三个陶瓷吸盘可以在旋转平台的等待位置、粗磨位置、精磨位置等3个位置进行顺时针切换；位于旋转平台左上方的第一主轴9，对应于粗磨位置；位于旋转平台右上方的第二主轴10，对应于精磨位置；第一主轴9和第二主轴10均由步进电机控制做上下运动，第一主轴9和第二主轴10的底端分别安装有砂轮；位于旋转平台中间的两个测厚仪11、12，该两个测厚仪分左右排列，左边的测厚仪测量粗磨位置的硅片厚度，右边的测厚仪测量精磨位置的硅片厚度；一个第二转移机械手(未图示)；一个干燥台13。
取片机械手3从花篮取片反转后放入定位台4，从干燥台取片后放入花篮；第一转移机械手6负责将硅片从定位台4转移到清洗台5，并负责将硅片从清洗台5转移到等待位置的陶瓷吸盘；第二转移机械手负责将硅片从等待位置的陶瓷吸盘8转移到干燥台14。
实施例1
将13片研磨片放入花篮，并放入载片台，取片机械手从花篮取片后翻转放入定位台，定位完成后第一转移机械手将硅片从定位台转移到清洗台，用软毛刷对硅片下表面进行水清洗，同时软毛刷对处于等待位置的陶瓷吸盘也进行水清洗，清洗完成后第一转移机械手将硅片从清洗台转移到处于等待位置的陶瓷吸盘，硅片连同吸盘一起进入粗磨削位置进行粗磨削，然后进入精磨削位置进行精磨削，之后硅片进入等待位置，软毛刷对其上表面进行水清洗，完成后第二转移机械手将其转移到干燥台进行干燥，干燥完成后取片机械手将其放回花篮等待磨第二面。粗磨削工艺参数见下表1，精磨削工艺参数见下表2：
表1粗磨削工艺参数
Figure BDA0002855110910000041
表2精磨削工艺参数
Figure BDA0002855110910000042
对比例1
将另外13片研磨片用传统磨削进行加工，放入花篮，并放入载片台，取片机械手从花篮取片后翻转放入定位台，定位完成后第一转移机械手将硅片从定位台转移到清洗台，用软毛刷对硅片下表面进行水清洗，同时软毛刷对处于等待位置的陶瓷吸盘也进行水清洗，清洗完成后第一转移机械手将硅片从清洗台转移到处于等待位置的陶瓷吸盘，硅片连同吸盘一起进入精磨削位置进行精磨削，然后硅片进入等待位置，软毛刷对其上表面进行水清洗，完成后第二转移机械手将其转移到干燥台进行干燥，干燥完成后取片机械手将其放回花篮等待磨第二面。精磨削工艺参数见下表3：
表3精磨削工艺参数
Figure BDA0002855110910000051
通过比较以上实施例1和对比例1，用本发明(实施例1)磨削的13片用时60分钟，用传统工艺(对比例1)磨削的13片用时90分钟，本发明效率提升了三分之一，将实施例1和对比例1中分别获得的13片送去测几何参数，用本发明磨削的13片TTV(total thinknessvaration总厚度变化)都在0.5微米左右，用传统方法磨削的13片TTV都在1微米左右。
另外，将实施例1和对比例1中分别获得的13片送去双面抛光，抛光去除量均是10微米，完成后送去做氧化层错实验，实施例1和对比例1中分别获得的13片均没有发现层错，说明本发明和传统工艺磨削的硅片损伤均符合要求。

Claims (6)

1.一种12英寸硅片精密磨削加工的装置，其特征在于，该装置包括：用于放置花篮的载片台、取片机械手、定位台、第一转移机械手、清洗台、旋转平台、第二转移机械手、干燥台；
旋转平台上设有三个陶瓷吸盘，该三个陶瓷吸盘围绕旋转平台中心以120度夹角均匀分布，并可以依次在旋转平台的等待位置、粗磨位置、精磨位置进行顺时针切换；
旋转平台设有分别与粗磨位置和精磨位置对应的第一主轴和第二主轴，第一主轴和第二主轴均由步进电机控制做上下运动，第一主轴和第二主轴的底端分别安装有砂轮；
在旋转平台上设有两个测厚仪，其中一个测厚仪测量粗磨位置的硅片厚度，另一个测厚仪测量精磨位置的硅片厚度；
取片机械手从花篮取片反转后放入定位台，从干燥台取片后放入花篮；第一转移机械手负责将硅片从定位台转移到清洗台，并负责将硅片从清洗台转移到等待位置的陶瓷吸盘；第二转移机械手负责将硅片从等待位置的陶瓷吸盘转移到干燥台。
2.根据权利要求1所述的12英寸硅片精密磨削加工的装置，其特征在于，所述第一主轴底端的砂轮的目数为4000#～6000#，所述第二主轴底端的砂轮的目数为8000#～10000#。
3.根据权利要求1所述的12英寸硅片精密磨削加工的装置，其特征在于，所述第一主轴和第二主轴及各自底端的砂轮通过冷却水控制变形，冷却水温度为20-22℃。
4.一种使用权利要求1-3中任一项所述的装置对12英寸硅片精密磨削加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将研磨好的硅片放入花篮，将装有硅片的花篮放入载片台，硅片先经过定位台定位，然后在清洗台用软毛刷清洗硅片下表面，同时用软毛刷清洗等待位置的陶瓷吸盘表面，之后硅片送到位于等待位置的陶瓷吸盘等待粗磨，然后硅片随陶瓷吸盘一起旋转120度进入粗磨位置进行粗磨削，粗磨削完成后硅片随陶瓷吸盘一起旋转120度进入精磨位置进行精磨削，精磨削完成后硅片随陶瓷吸盘一起旋转120度进入等待位置，用软毛刷对硅片上表面进行清洗，清洗完成后硅片送人干燥台进行干燥，之后硅片送回花篮原位置等待磨第二面；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，硅片在清洗台的清洗时间为30-60秒，等待位置的陶瓷吸盘清洗时间为30-60秒，干燥台干燥时间为30-60秒。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，硅片的粗磨削工艺参数为：
Figure FDA0002855110900000021
硅片的精磨削工艺参数为：
Figure FDA0002855110900000022
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