CN110919295A - 晶圆托盘的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种晶圆托盘的加工方法，将毛坯件放入数控机床中，采用全周夹具将所述毛坯件固定后，通过特别的全周夹具设置保证后续精加工后的所述毛坯件的平面度；然后将经过精加工后的所述毛坯件从所述数控机床中取出，并放入精铣加工中心，采用铣孔夹具将所述毛坯件固定，进行精铣加工，铣出晶圆托盘的细节，从而形成初级晶圆托盘；随后，对所述初级晶圆托盘进行抛光以保障平面的光洁度；最后对抛光后的所述初级晶圆托盘部分区域进行阳极氧化以提高所述晶圆托盘的耐磨性能。在加工的过程中给每一步的加工都对应设置相应的夹具，使得加工出来的晶圆托盘平面度与平行度有保障。

Description

晶圆托盘的加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种晶圆托盘的加工方法。

背景技术

在半导体加工工艺中，晶圆在镀膜过程通常固定放置在晶圆托盘上，LED是一种固态的半导体器件，在制造过程中需要用到LED晶圆托盘。Al6061是一种Al-Mg-Si铝合金，这种合金抗腐蚀性强且具有优良的焊接特点以及电镀性，所以，使用Al6061铝合金作为所述晶圆托盘的加工原材料成为客户的需求。

LED晶圆托盘的表面平面度需满足技术要求不大于0.05mm，两个平面的平行度需满足技术要求不大于0.2mm。若是平面度或平行度达不到技术要求，则容易使得晶圆倾斜，导致晶圆表面镀膜不均匀，从而降低晶圆的品质，影响晶圆的使用。

由于加工过程中使用的Al6061铝合金薄片的面积较大，厚度较薄，在加工过程中极易变形，平面度与平行度上都很难满足技术要求。因此，极需提供一种加工方法能够加工所述Al6061铝合金，使得能够加工出满足晶圆托盘的平面度或平行度的技术要求。

发明内容

本发明解决的问题是：在加工过程中，待加工的铝合金薄片容易变形，平面度与平行度难以满足技术要求。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆托盘的加工方法，包括：待加工毛坯件，将所述毛坯件放入数控机床中，采用全周夹具将所述毛坯件固定后，进行精加工；将经过精加工后的所述毛坯件从所述数控机床中取出，并放入精铣加工中心，采用铣孔夹具将所述毛坯件固定，进行精铣加工，形成初级晶圆托盘；对所述初级晶圆托盘进行抛光；对抛光后的所述初级晶圆托盘部分区域进行阳极氧化。

可选的，所述全周夹具腔体内壁上具有凹陷。

可选的，所述铣孔夹具为圆盘形，所述铣孔夹具厚度方向上具有若干通孔。

可选的，所述毛坯件原材料为铝合金。

可选的，所述毛坯件在经过精加工之前，还包括：对所述毛坯件进行热处理。

可选的，所述初级晶圆托盘背部具有环形台阶面，所述环形台阶面相对所述初级晶圆托盘的背部平面凸起。

可选的，在对所述初级晶圆托盘进行阳极氧化之前，还包括步骤：采用耐高温胶带覆盖所述环形台阶面。

可选的，还包括贴胶带工装夹具，所述贴胶带工装夹具套设在所述环形台阶面上。

可选的，提供测量仪，在所述毛坯件经过精加工后、精铣加工后、阳极氧化处理后分别进行工艺测试。

可选的，在加工过程中设置自动刀具补偿。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

由于精加工的过程中会受到车床夹具的压力、刀具的挤压会使得所述毛坯件变形，在精加工之前使用适当的全周夹具固定并给所述毛坯件向所述毛坯件将要变形方向的反方向施加力，使得所述毛坯件有轻微变形，此时当所述毛坯件经过精加工之后，所述毛坯件的轻微变形会被抵消，通过这样的方式使得所述毛坯件被精加工之后的平面变形量的最小；在精铣加工的过程中，使用对应的精铣夹具固定所述毛坯件，利用平行度高的精铣夹具衬托所述毛坯件，进而对所述毛坯件进行加工使得所述毛坯件的两个平面的平行度有保障；对精铣加工而成的初级晶圆托盘进行打磨抛光，使得所述初级晶圆表面平整有光泽。经过此种方法加工Al6061铝合金，克服了Al6061铝合金薄片容易变形的特点，加工出的晶圆托盘平面度与平行度均能够达到并且超出技术要求。

附图说明

图1是本发明具体实施例晶圆托盘加工方法的工艺流程图；

图2是本发明具体实施例提供的数控车床全周夹具的示意图；

图3是图2全周夹具沿A-A的剖视图；

图4是本发明具体实施例提供的加工中心铣孔夹具的示意图；

图5是本发明具体实施例初级晶圆托盘经精铣加工后，托盘的反面示意图；

图6是本发明具体实施例初级晶圆托盘经精铣加工后，托盘的正面示意图

图7是本发明具体实施例提供的贴胶带工装夹具的示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，Al6061铝合金是LED晶圆托盘的优良原材料，但是加工过程中所用的铝合金的厚度很小，非常容易变形。

分析发现，现有的加工技术在加工铝合金薄片的过程中，采用普通的夹具对铝合金薄片进行固定和夹紧，然后对铝合金薄片进行加工时，在加工的过程中不能保障铝合金薄片的平面度与平行度。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆托盘的加工方法，首先，提供待加工毛坯件，将所述毛坯件放入数控机床中，采用全周夹具将所述毛坯件固定后，进行精加工；然后，将经过精加工后的所述毛坯件从所述数控机床中取出，并放入精铣加工中心，采用铣孔夹具将所述毛坯件固定，进行精铣加工，铣出晶圆托盘的细节，从而形成初级晶圆托盘；对所述初级晶圆托盘进行抛光；对抛光后的所述初级晶圆托盘部分区域进行阳极氧化。在加工的过程中给每一步的加工都对应设置相应的夹具，使得加工出来的晶圆托盘平面度与平行度变形最小。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1，示出了晶圆托盘的加工过程。

执行步骤S1，提供待加工的铝合金原材料。

所述原材料是一种AL-Mg-Si铝合金，初始的所述原材料是体积较大的圆柱体，表面不平整且非常粗糙。要得到合格的晶圆托盘需要对该铝合金原材料进行进一步加工。

执行步骤S2，对原材料进行热处理，并粗加工成为毛坯件。

本实施例中，在对所述原材料进行后续的加工之前，首先要经过热处理；在机械加工过程中对所述原材料进行的热处理，目的是改变所述原材料的力学性能和消除内应力，从而使得所述原材料的硬度提高。

经过热处理后的所述原材料放在普通车床上进行粗加工，经过粗加工之后形成的毛坯件为圆盘型，所述毛坯件的尺寸接近产品的最终要求。需要说明的是，所述毛坯件平面的直径经过粗加工之后应达到产品的最终要求，但是所述毛坯件的表面不平整且非常粗糙。

在本实施例中，粗加工后的所述毛坯件的直径为440mm，厚度为15±2mm。

在本实施例中，提供三坐标测量机对所述毛坯件进行粗侧，尺寸合格的所述毛坯件进行下一步加工。

在其他实施例中，根据客户的需求，所述原材料粗加工后的直径根据客户要求而定。

执行步骤S3，将毛坯件固定在全周夹具上，并放进数控机床进行精加工。

参考图2与图3，为本实施例提供的数控车床全周夹具的示意图，所述全周夹具10为圆柱形，材料为AL6016铝合金并经过热处理，以便所述全周夹具10具有一定的韧性。需要说明的是，AL6016铝合金在厚度较薄的时候平面上容易变形，所述全周夹具的最大直径为480±0.1mm，厚度为57±0.1mm，体积较大，硬度稳定，不会产生变形。

所述全周夹具10包括本体部11与夹持部12，所述夹持部12环绕所述本体部11，且所述本体部11表面凹陷；所述夹持部12相对所述本体部11为台阶凸起，所述夹持部12为圆环状，夹持所述毛坯件时，所述夹持部的径向内端与所述毛坯件的外周紧密贴合；所述本体部11的平面有略微凹陷，可以看成一个锥面，所述锥面的锥角是利用车刀车出来的，锥角的范围为160°-170°。

所述本体部11具有所述锥面的目的是：当所述毛坯件被固定在所述全周夹具10上，具体的利用所述夹持部12夹紧所述毛坯件，然后给所述毛坯件一个指向所述锥面的预紧力，所述毛坯件就会朝向所述锥面的方向上产生变形，其变形为朝向所述锥面的凸起；原因是在后续的精加工中所述毛坯件会受到车床夹具的压力以及车刀的挤压力，这些力会使所述毛坯件向所述凸起的反方向变形，所以所述全周夹具步骤中产生凸起是为抵消后续过程中的变形，从而使得加工后所述毛坯件的平面度在技术要求数值之内。

在本实施例中，所述全周夹具10在周向上可分成三份，且每一份的大小与形状都相同。具体的，虚线a、虚线b、虚线c将所述全周夹具10分为均等的三部分，目的是，所述全周夹具10的每部分向径向外端移动，即可调节所述夹持部12的直径，就可以固定并夹紧更大面积的毛坯件。

在其他实施例中，所述全周夹具10材料可以为钛合金或者不锈钢。此外，所述全周夹具10可以由两份或任意份组成，能够对应的夹持住不同尺寸的毛坯件即可。

当所述毛坯件在精加工阶段，采用金刚石车刀，金刚石车刀具有极高的硬度，适于精密加工，在车削的过程中，能够避免所述毛坯件发生变形，同时，能够使所述毛坯件正面更加光洁，具有更好的表面粗糙度，从而获得非常平整的所述正面，在加工过程中要设置自动刀具补偿，使得加工过程中的车刀可按工件轮廓尺寸进行加工，自动调整到刀具的运动轨迹，以保障加工的精密性。经过精加工之后的所述毛坯件厚度应该达到成品厚度要求，本实施例要求所述毛坯件的厚度为3.3mm，并且加工之后要使用三坐标测量机进行平面度、平行度以及厚度的测量，达到要求之后，方可进入下一步加工。

需要说明的是，由于所加工的所述毛坯件是AL6016铝合金，此种材料本身容易被加工，所以在加工过程中，对车刀材料的要求不需过高。

执行步骤S4，将精加工后的毛坯件，固定在铣孔夹具上，并进行精铣加工成为初级晶圆托盘。

参考图4，本实施例提供的加工中心铣孔夹具的示意图。

所述铣孔夹具20为圆柱状，其中两个相互平行的两个面的直径不小于待加工的所述毛坯件的直径。所述铣孔夹具20厚度方向上具有第一通孔21以及第二通孔22，所述第一通孔21的位置以及数量应与所述毛坯件将要加工出的台阶圆的位置及数量位置对应，所述第二通孔22的位置及数量与所述毛坯件边缘要加工出的孔对应。

参考图5与图6，是所述毛坯件经加工后的晶圆托盘成品的正面与背面示意图。所述晶圆托盘为圆饼状，包括正面与背面，以及正面与背面之间的侧面，所述晶圆托盘的正面具有台阶圆31，所述台阶圆31的数量为7，大小与形状相同；所述晶圆托盘边缘部还具有第三通孔32，所述第三通孔32均匀分布在所述晶圆托盘的边缘处。

继续参考图6，所述晶圆托盘的背部需要通过铣加工出环形台阶面33，所述环形台阶面33相对所述初级晶圆托盘的背部平面凸起。本实施例中，所述铣孔夹具20上的第一通孔21的位置与所述台阶圆31对应，且所述第一通孔21直径比所述台阶圆31最大直径扩大15mm-25mm，所述第二通孔22直径比所述第三通孔32的直径扩大2mm-5mm。

需要说明的是，在加工过程中所述晶圆托盘的正面与背面的平行度要达到技术要求，所述晶圆托盘平行面的平行度应该达到0.05mm。

在所述毛坯件精铣加工的过程中就要将所述台阶圆31、所述第三通孔32以及背部的所述环形台阶面33铣出，以使得所述毛坯件达到基本的成品形状。在精铣加工的过程中，由于所述毛坯件表面面积大但是厚度较薄，所述毛坯件无法避免的会被铣具或者其他力所影响，使得所述毛坯件会发生变形，难以保障加工后的平面度；由于对所述铣孔夹具20的厚度不设限制，所以所述铣孔夹具20不会轻易发生弯曲变形，所以本实施例提供的所述铣孔夹具20具有较高的平面度。

在加工过程中，将所述铣孔夹具20覆盖在所述毛坯件上方，然后穿过所述铣孔夹具20对所述毛坯件进行加工，目的是防止所述毛坯件变形。具体的，加工时，所述铣孔夹具20上具有所述第一通孔21、第二通孔22，铣具穿过所述第一通孔21、第二通孔22从而对所述毛坯件上铣出所述台阶圆31与第三通孔32以及环形台阶面33。

在其他实施例中，所述铣孔夹具20的材料为不锈钢或者钛合金，需要注意的是，一定要保证所述铣孔夹具20的平面度，才可以固定住所述毛坯件以使得所述毛坯件的平面不会发生任何角度的变形。

需要说明的是，在精铣加工的过程中要设置自动刀具补偿，使得加工过程中的车刀可按工件轮廓尺寸进行加工，自动调整到刀具的运动轨迹，以保障加工的精密性。经过精铣加工之后的初级晶圆托盘已基本达到所述晶圆托盘的成品要求，要经过三坐标测试机的测量，所述初级晶圆托盘的数据应达到所述环形台阶面的直径406mm，所述环形台阶面的高度为0.3mm，所述台阶圆深度为0.9mm，所述初级晶圆托盘高度3.3mm，并且要测试平面度、平行度是否符合要求。

执行步骤S5，对初级晶圆托盘表面进行人工打磨、抛光。

经过精铣加工后的毛坯件成为初级晶圆托盘，要使得所述初级晶圆托盘能够进行后续的阳极氧化处理，所述初级晶圆托盘要经过打磨与抛光处理。

本实施例中，提供气动打磨机，人工进行操控，分别对所述初级晶圆托盘背部和正面以及所述台阶圆的内表面分别进行打磨抛光处理，以使托盘的表面更加光洁，具有更好表面平整度。

执行步骤S6，提供贴胶带工装夹具，对初级晶圆托盘进行阳极氧化处理。

参考图7，所述贴胶带工装夹具40为环形，材料为钛合金，所述贴胶带工装夹具40的内径与所述晶圆托盘背部的环形台阶面33的直径匹配，目的是使得所述贴胶带工装夹具40要套设在所述环形台阶面33的外侧。

需要说明的是，所述初级晶圆托盘在进行最后一步阳极氧化处理工艺要求中，需要保证氧化膜的厚度，并且，所述初级晶圆托盘不是所有部位都需要被氧化。继续参考图5与图6，所述初级晶圆托盘中环形台阶面33不需要经过阳极氧化处理，包括所述环形台阶面33的上表面以及环形侧面。所以在进行阳极氧化处理工艺之前，要使用耐高温胶带将不需要被阳极氧化处理的部位进行覆盖，并且要将所述耐高温胶带覆盖的区域非常精准，以保障后续阳极氧化处理工艺生成的氧化膜厚度均匀。

本实施例中，首先，将所述环形台阶面33的上表面以及环形侧面使用所述耐高温胶带进行贴合覆盖，然后使用所述贴胶带工装夹具40套在所述环形台阶面33的环形侧面，并且使用裁剪工具将超出范围的所述耐高温胶带切除，由于所述贴胶带工装夹具40对所述环形台阶面的保护，可以确保多余的所述耐高温胶带可以被轻松切除的同时，不会影响到所述初级晶圆托盘。

然后，对所述初级晶圆托盘进行阳极氧化处理，此时阳极氧化后，氧化膜的厚度均匀，不会出现某些部位因受到影响而无法处理到。

本实施例中，阳极氧化的参数控制为电压38V，电流40A，时间50min中处理所得氧化膜层厚度为29um，使得所述晶圆托盘的表面耐磨性能达到最佳。

在其他实施例中，阳极氧化的参数控制为电压38V，电流38A-40A，时间为20min-60min处理所得的氧化膜的厚度在25um-30um，当氧化膜的厚度范围为25um-30um时，其氧化膜的性能佳，若是膜厚太大或者太小，会使得氧化膜不够均匀，或者致密度不够，从而使得加工出的所述晶圆托盘的耐磨性能不够理想。

经过阳极氧化的后所述初级晶圆托盘需要最后经过测试，且严格对所有之前测试的数据进行最终测试，以保证加工出的所述晶圆托盘合格。

本发明提供的晶圆托盘的加工方法中，每一步加工过程都保障被加工件的平面度与平行度，使得最终的所述晶圆托盘具有优良的实用性能，其中，本实施例所加工所得的所述晶圆托盘的两个平面之间的平行度为0.132，平面度为0.025，满足技术要求。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种晶圆托盘的加工方法，其特征在于，包括：

提供待加工毛坯件，将所述毛坯件放入数控机床中，采用全周夹具将所述毛坯件固定后，进行精加工；

将经过精加工后的所述毛坯件从所述数控机床中取出，并放入精铣加工中心，采用铣孔夹具将所述毛坯件固定，进行精铣加工，形成初级晶圆托盘；对所述初级晶圆托盘进行抛光；

对抛光后的所述初级晶圆托盘部分区域进行阳极氧化。

2.如权利要求1所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，所述全周夹具包括本体部与夹持部，所述夹持部环绕所述本体部，所述本体部表面凹陷。

3.如权利要求1所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，所述铣孔夹具为圆盘形，所述铣孔夹具厚度方向上具有若干通孔。

4.如权利要求1所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，所述毛坯件原材料为Al6061铝合金。

5.如权利要求1所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，所述毛坯件在经过精加工之前，还包括：对所述毛坯件进行热处理。

6.如权利要求1所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，所述初级晶圆托盘背部具有环形台阶面，所述环形台阶面相对所述初级晶圆托盘的背部平面凸起。

7.如权利要求6所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，在对所述初级晶圆托盘进行阳极氧化之前，还包括步骤：采用耐高温胶带覆盖所述环形台阶面。

8.如权利要求7所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，还包括贴胶带工装夹具，所述贴胶带工装夹具套设在所述环形台阶面上。

9.如权利要求1所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，对抛光后的阳极氧化处理工艺中，阳极氧化的参数控制为电压38V，电流38A-40A，时间为20min-60min。

10.如权利要求1所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，提供测量仪，在所述毛坯件经过精加工后、精铣加工后、阳极氧化处理后分别进行工艺测试。

11.如权利要求10所述的晶圆托盘加工方法，其特征在于，在精加工与精铣加工过程中设置自动刀具补偿。

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