一种用于基板减薄的主轴组件及基板减薄装置的制作方法

1.本发明属于基板制造技术领域，具体而言，涉及一种用于基板减薄的主轴组件及基板减薄装置。


背景技术：

2.在集成电路/半导体(integrated circuit,ic)制造的后道制程阶段，为了降低封装贴装高度，减小芯片封装体积，改善芯片的热扩散效率、电气性能、机械性能，以及减轻芯片的加工量，基板在后续封装之前需要进行基板减薄，减薄后的芯片厚度甚至可以达到初始厚度的5％以下。
3.基板减薄技术也称基板磨削技术，其主要应用于基板的背面减薄，所谓背面是指基板未铺设有器件的一面，一般为如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝宝石等材料的衬底。
4.主轴组件是基板减薄装置的重要部件，通常磨削液通过主轴组件供给至主轴组件底部的砂轮盘，实现基板材料的去除。主轴组件的顶部通常配置旋转接头，以实现供液管路与旋转的磨屑主轴之间的连接。而旋转接头的配置会给主轴组件带来不必要的振动，这些振动会干扰基板磨削参数的调整，影响基板磨削的平整度。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.为此，本发明实施例的提供了一种用于基板减薄的主轴组件，其包括主体部，所述主体部的上端配置有输液座；所述主体部的中心配置有输液孔，其沿长度方向贯通设置；所述输液座密封连接于主体部的定子的顶部，其配置有输液管；所述输液管的一端与外部的磨削液源连接，其另一端插接于所述输液孔中，以将磨削液经由输液孔输送至主体部的下端。
7.作为优选实施例，所述输液管的下部配置有束气部，其可拆卸地连接于所述输液管的外周侧；所述主体部的转子相对于束气部转动时，所述束气部的上侧形成由上至下的压力逐渐变大的压力梯度，以防止磨削液沿所述输液孔倒流至所述输液座的上部。
8.作为优选实施例，所述输液座与所述转子之间设置有间隙，在输液管通入磨削液之前所述转子旋转，以对所述束气部及其上的空间抽空处理。
9.作为优选实施例，所述输液座还配置有与所述间隙连通的气孔，所述气孔与外部的高压气源连通，以在所述束气部形成低压区，实现所述输液座与所述转子之间的动密封。
10.作为优选实施例，所述输液座还配置有漏液传感器，其配置于所述输液座的安装孔并与所述间隙相连通，以检测是否有磨削液倒流至输液座。
11.作为优选实施例，所述束气部为管状结构，其外周侧配置有螺纹槽，所述螺纹槽的旋向与所述转子的旋转方向相同。
12.作为优选实施例，所述束气部能够沿所述输液管的长度方向移动，以调节形成的压力梯度与所述输液座的距离。
13.作为优选实施例，所述输液座还配置有排液部，其与所述间隙相连通以排出倒流的磨削液。
14.作为优选实施例，所述输液管的下部设置有管壁螺纹槽，所述管壁螺纹槽的螺旋方向与转子的旋转方向相同。
15.同时，本发明还公开了一种基板减薄装置，其包括上面所述的主轴组件。
16.本发明的有益效果包括：主轴组件无需配置旋转接头，以方便消除了旋转接头带来的振动，保证主轴组件运行的稳定性；此外，在供液管的外周侧设置能够调节压力的束气部，旋转的转子在输液孔形成压力梯度，有效实现运动部件的密封，防止磨削液的倒流，保证磨削液的可靠供给。
附图说明
17.通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
18.图1是本发明所述一种用于基板减薄的主轴组件的结构示意图；
19.图2是本发明所述一种用于基板减薄的主轴组件另一个实施例的示意图；
20.图3是图2对应主轴组件及输液孔内部的压力梯度分布图；
21.图4是本发明所述主轴组件另一个实施例的示意图；
22.图5是本发明所述主轴组件再一个实施例的示意图；
23.图6是本发明所述一种基板减薄装置的示意图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
25.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。在本发明中，基板(substrate)也称晶圆(wafer，w)，其含义和实际作用等同。
26.本发明所述一种用于基板减薄的主轴组件100的示意图，如图1所示。主轴组件100包括主体部10，主体部10的上端配置有输液座20。主体部10的下端安装有磨削部30，磨削部30可以为粗磨砂轮或精磨砂轮，以去除基板顶面的材料。
27.进一步地，主体部10包括转子11和定子12，定子12通常固定于设备基座，转子11同心设置于定子12内部。磨削部30设置于转子11的下端，转子11旋转带动磨削部30转动。具体地，粗磨砂轮的表面较粗糙以实现快速的基板磨削，减少基板减薄时间。精磨砂轮可以为金刚石砂轮，其表面粗糙度低于粗磨砂轮，由于粗磨快速去除基板表面材料会产生严重的表面缺陷和损失，利用精磨砂轮的细致表面进行低速磨削，以降低基板表面损伤层厚度并提
高基板表面质量。
28.图1中，主体部10的中心配置有连通磨削部30的输液孔10a，其沿主体部10的长度方向贯通设置。磨削液经由输液孔10a由主体部10顶部的输液座20输送至主体部10下端的磨削部30。
29.进一步地，输液座20为盘状结构，其罩设于转子11上侧并固定于定子12的上端面。输液座20配置有输液管21，其同心设置于输液孔10a中。输液管21的一端与外部的磨削液源连接，输液管21的另一端插接于所述输液孔10a中，以将磨削液经由输液孔10a输送至磨削部30，以为基板的磨削作业提供磨削液。
30.为防止主轴组件外部的杂物和输液孔10a中的磨削液倒流，需要实现转子11与输液座20之间的动密封。通常的技术方案是为主轴组件的上部配置旋转接头，以实现磨削液的稳定供给。然而配置的旋转接头增加了主轴组件的振动源，不利于主轴组件的稳定运转。
31.为了解决上述技术问题，在输液座20与转子11之间设置间隙20a，以防止输液座20与旋转的转子11发生干涉，保证转子11的平稳转动。同时，输液管21的下部配置有束气部40，如图2所示，以实现转子11相对于输液座20的动密封。
32.在图2所示的实施例中，束气部40可拆卸地连接于输液管21的外周侧，束气部40为管状结构，其外周侧配置有螺纹槽，螺纹槽能够改变输液孔10a内部的气流，形成压力梯度。具体地，束气部40的螺纹槽对应的旋向与转子11的旋转方向相同，以在输液孔10a中形成压力梯度。
33.主体部10的转子11相对于束气部40转动时，束气部40的上侧形成由上至下的压力逐渐变大的压力梯度，如图3所示。由于束气部40的螺纹槽的设置，束气部40能够对其上部空间抽空处理。即对输液孔10a及输液座20与转子11之间的间隙20a抽真空，使得间隙20a中形成不大于零的压力，以实现转子11与输液座20的动密封，防止磨削液沿输液孔10a倒流至输液座20的上部，保证磨削液的稳定供给。
34.图2中，输液管21的外部配置有束气部40，为了实现输液座20与转子11之间的密封，在输液管21通入磨削液之前，转子11需要预先旋转，以抽空处理，在间隙20a中形成较小的压力，防止磨削液倒流。
35.进一步地，束气部40与输液孔10a之间的缝隙小于0.1mm，以保证束气部40的抽空功能及效果。优选地，束气部40与输液孔10a之间的缝隙为0.05-0.08mm。
36.作为本发明的一个实施例，束气部40能够沿输液管21的长度方向移动，以调节形成的压力梯度与输液座20的距离，保证密封的稳定性。束气部40的抽空速度与其设置位置有关。束气部40可以尽量靠近输液座20与转子11之间的间隙20a设置，以缩短抽空时间。可以理解的是，束气部40与间隙20a之间的距离也不宜过小，这是因为束气部40的下部逐渐与供给磨削液压力平衡，存在溢流至间隙20a的风险。优选地，束气部40与间隙20a之间的距离未100mm-200mm。
37.作为本实施例的一个变体，输液管21的外周侧也可以设置管壁螺纹槽，以在转子11旋转时，以对管壁螺纹槽上部的空间抽空处理形成压力梯度，防止磨削液倒流至输液座20，保证主轴组件的平稳转动。
38.图3右侧示出了转子11内部的输液孔10a对应的压力分布，输液管21通过管路与外部的磨削液源连接，供给磨削液的压力为p0，如0.1-0.5mpa，经过压力平衡后，输液管21下
部的压力逐渐与供给磨削液的压力一致。而束气部40及其上部的空间对应的压力也逐渐形成稳定的压力梯度，间隙20a处的压力为p1，其可以为负压，以防止磨削液倒流影响磨削液的正常输送。
39.由于输液座20与转子11之间的间隙20a为0.1-2mm，输液孔10a内部压力的稳定，能够防止磨削液进入间隙20a而保证转子11的正常转动，减少主轴组件不必要的振动，保障转子11下部的磨削部30的正常旋转，提升基板材料去除的准确性。
40.图2所示的实施例中，输液座20还配置有漏液传感器50，其配置于输液座20的安装孔并与间隙20a相连通，以检测是否有磨削液倒流至输液座20。
41.若输液座20与转子11之间的间隙20a存在磨削液，则需要及时将磨削液排出。输液座20还配置有排液部60，其与间隙20a相连通以排出倒流的磨削液。排液部60上配置有电磁阀，所述电磁阀与漏液传感器50信号连接，若漏液传感器50检测值超过阈值，则电磁阀被触发，排液部60将间隙20a中的磨削液排出。
42.为了实现输液座20与转子11之间的动密封，也可以在输液座20配置与外部的高压气源连通的气孔22，如图4所示。该实施例中，气孔22与输液座20及转子11之间的间隙20a连通，以为间隙20a及输液孔10a内部供给高压气体。
43.在束气部40和高压气源的组合作用下，转子11的输液孔10a内部的压力分布如图4的右侧所示。束气部40抽空形成低压区，束气部40上侧空间的压力逐渐与外部链接的高压气源(p2)压力相平衡，束气部40下侧空间的压力逐渐与供给的磨削液压力相平衡。该种结构能够有效保证输液座20与转子11之间的动密封，防止磨削液倒流，保证主轴组件运行的稳定性。
44.可以理解的是，本发明所述的主轴组件100也可以仅在输液座20配置与外部的高压气源连通的气孔22，而在输液管21的外侧不配置束气部40，如图5所示。高压气体的压力为p3，其经由气孔22输送至输液座20与转子11之间的间隙20a，在间隙20a与外部形成稳定的压力，也能够防止磨削液倒流。
45.作为本发明的一个实施例，束气部40可以有非金属材料制成，如聚四氟乙烯、聚氯乙烯等，其外周侧的粗糙度为r0.8，以保证束气部40与输液孔10a之间的缝隙尺寸。同时，束气部40采用非金属材料，也能够防止束气部40与输液孔10a接触而产生硬度较大的颗粒，保证基板磨削的稳定性。
46.同时，本发明还公开了一种基板减薄装置1000，其包括上面所述的主轴组件100，其结构示意图，如图6所示。基板减薄装置1000还包括吸盘工作台200，用于保持基板并带动基板旋转；还包括旋转工作台300，用于承载预设数量的吸盘工作台200。旋转工作台300带动全部吸盘工作台200整体旋转，使得主轴组件100下部的磨削部30与吸盘工作台200相对，主轴组件100的上端配置输液座20，以从顶部供给磨削液，实现基板的稳定磨削。
47.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
48.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不
脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。