一种晶片边缘抛光装置的制作方法

1.本实用新型属于晶片抛光设备领域，具体涉及一种晶片边缘抛光装置。


背景技术：

2.半导体硅晶圆片是制造超大规模集成电路的主要衬底材料，随着半导体产业的飞速发展，对衬底材料的精度要求也越来越高，特别是对硅抛光片的边缘表面状态越来越严格。对于直径6英寸以上尤其是8英寸和12英寸的硅抛光片来说，一般在衬底加工时是需要对晶片的边缘表面进行抛光处理的，从而确保在外延时晶片边缘处不产生滑移线或外延层错等缺陷，进而提高外延片或器件成品率。晶片的边缘抛光一般在独立的设备上完成，采用化学抛光的方法，使用抛光液和抛光布，在一定温度和转速的工艺条件下实现化学机械抛光的过程。对晶片参考面抛光是整个晶片边缘抛光中的一步工序，晶片参考面通常也是被称为平边参考面，这种参考面是平直的，进行边缘抛光时，参考面各处的抛光程度要一致，抛光后具有相同的表面粗糙度。对晶片的边缘表面均匀抛光，使边缘表面的上部分，中间部分以及下部分抛光程度一致，这样才能保证这个参考面上各点的抛光去除量相同，具有一样的微粗糙度。如果边缘表面的某一部分抛光程度小、损伤层未完全去除，在后序的外延过程中将很容易形成多晶粒聚集的问题。
3.传统的抛光方法主要有两种：一种是晶片置于旋转吸盘上，晶片四周分别设置有上表面，端面，下表面抛光布，当晶片高速旋转的时候，晶片的边缘和四周的抛光布存在相对摩擦，从而对晶片的边缘表面进行抛光；另一种是晶片固定在吸盘上，抛头高速旋转，抛光布与晶片边缘存在相对摩擦，从而对晶片的边缘进行抛光。但无论哪种方式都需要对晶片的抛光处喷射抛光液，抛光液到处飞溅，使晶片的下表面与真空吸盘处产生吸盘痕迹，影响晶片的表面质量。
4.此外，现有的晶片边缘抛光方式是通过晶片的正向旋转和抛头组件的逆向旋转所产生的相对摩擦来对晶片边缘表面抛光，这样就造成了晶片旋转和抛头的旋转需要更高的同心度，不然很容易造成碎片现象。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种晶片边缘抛光装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的解决方案是：
7.提供一种晶片边缘抛光装置，包括晶片固定翻转组件、晶片旋转组件和抛头驱动组件；
8.晶片固定翻转组件包括推进直线模组和机座，推进直线模组安装在推进直线模组安装板上，顶紧气缸安装块固定在推进直线模组的滑块上；顶紧气缸固定在顶紧气缸安装块上，气缸活塞杆连接顶紧块，顶紧块安装在支撑座连接块上，支撑座连接块上固定安装有支撑座和摆动电机安装座；摆动电机安装座上安装有摆动电机，主动带轮安装在摆动电机
上；机座侧部设有水平直线导轨，支撑座与直线导轨的滑块相连，机座内顶部设有水平摆动转轴，从动带轮安装在摆动转轴一端，同步带轮将主动带轮和从动带轮相连；摆臂安装固定在摆动转轴的另一端，从动支撑座设于机座旁侧，从动支撑座上也设有能摆动的支撑臂，支撑臂与摆臂分设于晶片旋转组件两侧用于支撑晶片旋转组件；晶片设于晶片旋转组件上；
9.抛头驱动组件包括基座，基座固定在机架上，直线轴承安装板安装在基座上，直线轴承安装板上设有多个直线轴承，每个直线轴承内设有一根导向轴，导向轴的上端与上连接板固定，下端与下安装板固定；上安装板与升降直线模组的滑块相连，在升降直线模组的驱动下，下安装板能上下做直线运动；下安装板上安装有抛头驱动电机安装座，抛头驱动电机安装座上安装有抛头驱动电机，电机的输出轴上固定有主动齿轮，抛头组件通过轴设于下安装板下方，轴顶端设有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合；抛头组件包括抛光布，下安装板下方还设有喷嘴安装块，喷嘴安装块上设有扇形喷头，用于向抛光布上均匀喷射抛光液。
10.作为一种改进，晶片旋转组件包括旋转电机安装座，旋转电机安装在旋转电机安装座上，旋转轴安装在旋转电机上，旋转轴的上端安装有真空吸盘，下端安装有真空旋转接头；旋转电机安装座的两侧对称水平安装有两个定位气缸，导向杆的一端与气缸活塞杆相连，另一端连接定位滑块，定位滑块上设有个定位导轮。
11.作为一种改进，抛头组件包括还包括旋转接头和抛头轴承，抛头轴承通过抛头轴承座安装在下安装板上，抛头轴承内圈安装有空心抛头转轴，从动齿轮安装在抛头转轴上部，抛头转轴的上端安装有旋转接头；抛光布安装块安装在抛头转轴的下端，抛光布设于抛光布安装块上；抛光液导管设于抛头转轴内，顶端连通旋转接头，底端与抛光布安装块相连，抛光布安装块内设有液体通路，与抛光液导管连通。
12.作为一种改进，气缸活塞杆上设有顶紧螺母，用来挤压顶紧块。
13.作为一种改进，直线轴承安装板为矩形，四个直线轴承分设于直线轴承安装板四角。
14.本实用新型还提供了一种利用上述晶片边缘抛光装置进行晶片边缘抛光的方法。
15.与现有技术相比，本实用新型的技术效果是：
16.本实用新型提出的一种晶片边缘表面抛光装置采用含浸的方式使抛光布一直吸收有抛光液，并保持湿润的状态，在抛光过程中不需要喷射抛光液，防止了抛光液的到处飞溅，而且大大降低了抛光液的损耗量，最关键的是不会在晶片表面残留有抛光液，解决了晶片表面产生吸附痕迹的问题。
17.本实用新型的晶片旋转组件上设计有晶片定位结构，当晶片放置于吸盘上时，通过定位结构对晶片进行精确对心定位，保证了晶片与旋转电机的同心度，在晶片边缘抛光的过程中大大降低了碎片率。
18.本实用新型结构紧凑，简单实用。晶片在摆动电机的驱动下以不同的角度与抛光布接触，对晶片边缘的上、下两个表面进行抛光，根据不同的工艺要求，摆动角度可调，能应对不同规格的晶片。
附图说明
19.图1为本实用新型等轴测图；
20.图2为本实用新型晶片固定翻转组件结构示意图；
21.图3为本实用新型晶片固定翻转组件俯视图；
22.图4为本实用新型晶片旋转组件结构示意图；
23.图5为本实用新型晶片旋转组件侧视图；
24.图6为本实用新型中晶片旋转组件俯视图；
25.图7为本实用新型中晶片旋转组件剖视图；
26.图8为本实用新型抛头组件剖视图。
27.附图标记：1
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晶片固定翻转组件，2
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抛头驱动组件，3
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晶片，4
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推进直线模组安装板，5
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推进直线模组，6
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顶紧气缸安装块，7
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顶紧气缸，8
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顶紧螺母，9
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顶紧块，10
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支撑座连接块，11
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摆动电机安装板，12
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主动带轮，13
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摆动电机，14
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同步带，15
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直线导轨，16
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支撑座，17
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从动带轮，18
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摆动转轴，19
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摆臂，20
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从动支撑座，21
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晶片旋转组件，22
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基座，23
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直线轴承安装板，24
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直线轴承，25
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导向轴，26
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上连接板，27
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升降直线模组，28
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下安装板，29
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抛头组件，30
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升降连接块，31
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抛头驱动电机，32
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抛头驱动电机安装座，33
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主动齿轮，34
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喷嘴安装块，35
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扇形喷嘴，36
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旋转电机安装座，37
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旋转电机，38
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旋转轴，39
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真空旋转接头，40
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定位滑块，41
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定位导向杆，42
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定位气缸连接块，43
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真空吸盘，44
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定位气缸，45
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定位导轮，46
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定位导轮调节螺栓，47
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旋转接头， 48
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抛光液导管，49
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齿轮锁紧螺母，50
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从动齿轮，51
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抛头轴承座，52
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抛头轴承，53
‑ꢀ
抛头转轴，54
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抛光布安装块，55
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抛光布，56
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抛光液，57
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抛头锁紧螺母。
具体实施方式
28.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。
29.如图1所示，一种晶片边缘抛光装置，包括晶片固定翻转组件1、晶片旋转组件21 和抛头驱动组件2。
30.如图2所示，晶片固定翻转组件1包括推进直线模组安装板4和机座，推进直线模组5安装在推进直线模组安装板4上，顶紧气缸安装块6固定在推进直线模组5的滑块上，在推进直线模组5驱动下做来回直线运动。顶紧气缸7固定在顶紧气缸安装块6上，气缸活塞杆上连接有顶紧螺母8，用来挤压顶紧块9。顶紧块9安装在支撑座10上，支撑座连接块10上固定安装有支撑座16和摆动电机安装座11，机座侧部设有水平直线导轨，支撑座16与直线导轨15的滑块相连，当顶紧螺母8压紧顶紧块9时，与支撑座16 相连的组件均可以做直线运动。摆动电机安装座11上安装有摆动电机13，主动带轮12 安装在摆动电机13上，机座顶部内设有摆动转轴18，从动带轮17安装在摆动转轴18 一端，摆臂19安装固定在摆动转轴18的另一端，晶片旋转组件21安装在摆臂19，从动支撑座20设于机座旁侧，从动支撑座20上设有可摆动的支撑臂，晶片旋转组件两端与摆臂19和支撑臂相连。
31.如图3所示，抛头驱动组件2包括基座22和机架，基座22固定在机架上，矩形直线轴承安装板23安装在基座上，直线轴承安装板23四角安装有4个直线轴承24，直线轴承24设有4根导向轴25，导向轴25的上端与上连接板26固定，下端与下安装板28 固定。上安装板26通过升降连接块30与升降直线模组27的滑块相连，在升降直线模组27的驱动下，下安装板28可上下做直线运动。下安装板28上安装有抛头驱动电机安装座32，下安装板28下方设有两个抛头组件和喷嘴安装块34，抛头组件包括抛光布 55，抛头驱动电机安装座23上安装有抛
头驱动电机31，电机的输出轴上固定有主动齿轮33，与抛头组件29上的从动齿轮50啮合传动，在抛头驱动电机驱动31下，抛头可做旋转运动。此外，扇形喷嘴35安装在喷嘴安装块34上，从扇形喷嘴35喷射出来的抛光液56和纯水可以以扇形的方式喷射到抛光布55上，保证抛光布55完全被抛光液浸润。
32.如图4所示，晶片旋转组件21包括旋转电机安装座36，旋转电机37安装在旋转电机安装座36上，旋转轴38安装在旋转电机37上，旋转轴38的上端安装有真空吸盘43，下端安装有真空旋转接头39，可接真空气管，晶片3置于真空吸盘43上时，在真空力的吸附下固定在真空吸盘43上，并在旋转电机37的驱动下晶片3可实现旋转运动。此外，旋转电机安装座36的两侧对称安装有定位气缸44，定位气缸44的活塞杆与定位气缸连接块42，两根定位导向杆41的一端固定在定位气缸连接块42上，另一端则固定在定位滑块40上，随着定位气缸44活塞杆的伸缩，两侧的定位滑块40可实现开合运动。两侧的定位滑块40上各安装有两个定位导轮45，当两侧的定位气缸44活塞杆伸出时，即可夹紧晶片3，对晶片3进行定位，晶片3和旋转轴38保持理论上一致的同心度，为了提高晶片3和旋转轴38的同心度，每个定位导轮45都设计有定位导轮调节螺栓46，可调节定位导轮45的位置精度。
33.如图5所示，抛头组件29包括旋转接头47，抛光液导管48和抛光布55。其中抛头轴承座51安装在下安装板28上，抛头轴承座51内安装有抛头轴承52，抛头轴承51 内圈安装有空心抛头转轴53，抛头转轴53内设有抛光液导管48，从动齿轮50通过齿轮锁紧螺母49安装在抛头转轴53上，抛头转轴53的上端安装有旋转接头47，抛光布安装块54通过抛头锁紧螺母57安装在抛头转轴53的下端。抛光布安装块54内设有液体通路，抛光液导管48与旋转接头47和抛光布安装块54内的液体通路连通。抛光液 56从旋转接头47引入，通过抛光液导管48进入抛光布安装块54内，与抛光布55背面直接接触。
34.本实用新型的原理是：晶片3边缘的上、中、下三个表面分别与抛光布55接触，在抛光过程中，抛光布不仅能绕中心轴旋转，还能上下移动，晶片3不仅能绕中心轴旋转，还能以不同的角度与抛光布55相贴合，晶片3和抛光布55之间的相互摩擦，对晶片3边缘的上表面，端面和下表面进行抛光。对晶片3进行抛光前，扇形喷嘴35先将抛光液56均匀地喷洒在抛光布55上，使抛光布55完全吸收抛光液56。抛头在旋转的过程中，通过离心力的作用力将抛光液直接接触抛光布55，使抛光布55一直处于吸收抛光液56的状态，可直接对晶片3进行抛光。
35.利用上述装置进行晶片边缘表面抛光的方法，步骤为：
36.(1)首先，通过机械手将晶片3放置于真空吸盘43上，此时晶片旋转组件21中两侧的定位气缸44中活塞杆伸出，两侧定位滑块40在定位气缸44的驱动下闭合，4 个定位导轮45与晶片3边缘相切，即精确定位了晶片3的位置，保证了晶片3和旋转电机37的同心度。
37.(2)扇形喷嘴35向抛光布55喷射抛光液56，同时抛光布55以一定的转速旋转，使抛光液56均匀地喷射到抛光布55表面。
38.(3)晶片3的位置确定后，真空吸盘43产生的真空力将晶片3固定，在推进直线模组5的驱动下，晶片3的边缘贴紧抛光布55；同时顶紧气缸7的活塞杆伸出，使晶片 3以一定的压力顶紧抛光布55表面。
39.(4)抛头组件29在抛头驱动电机31的驱动下以一定转速旋转，同时晶片3在旋转电机37驱动下，与抛头转向相反的方向以一定转速旋转；晶片3和抛光布55之间相互摩擦，对
晶片3边缘表面进行抛光。
40.(5)首先晶片3在摆动电机13的驱动下处于水平状态，先对晶片3边缘的端面进行抛光；完成后摆动电机13旋转一个角度，使晶片3边缘的上表面与抛光布55贴合，此时对上表面进行抛光；完成后摆动电机13再旋转一个角度，使晶片3边缘的下表面与抛光布55贴合，对下表面进行抛光。
41.(6)晶片3边缘表面进行抛光的过程中，抛光布55在升降直线模组27驱动下以一定速度作上下往复运动，这样就保证了抛光布55能均匀地对晶片3的边缘进行抛光，提高了抛光布55的使用寿命。
42.(7)完成晶片3边缘表面抛光后，各运动组件停止，在推进直线模组驱动下，晶片3返回到初始位置，机械手可将晶片3搬运到下一个工位。
43.最后需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。