CN111390750B - 晶片面型加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶片面型加工装置，涉及半导体单晶材料加工领域，所述晶片面型加工装置包括：打磨机构、第一固定机构和第二固定机构，打磨机构包括打磨盘；第一固定机构包括固定槽，固定槽的底面设置有容纳槽，固定槽和容纳槽用于容纳连接介质溶液，固定槽与容纳槽形成阶梯结构，阶梯结构用于支撑晶片的第一面，第一固定机构用于通过固化的连接介质溶液将晶片的第一面粘接在第一固定机构上，以使打磨盘能够对晶片的第二面进行打磨；第二固定机构用于与晶片上已经加工完的第二面进行连接，以使所述打磨盘能够对晶片的第一面进行打磨。

Description

晶片面型加工装置
技术领域
本发明涉及半导体单晶材料加工领域，尤其是涉及一种晶片面型加工装置。
背景技术
碳化硅（SiC）作为三代半导体材料，因其具有宽禁带，高击穿场，大热导率，电子饱和漂移速度高，抗辐射强和良好化学稳定性的优越性质，成为新一代微电子器件和电路的关键半导体材料。碳化硅与制作大功率微波、电力电子、光电器件的重要材料氮化镓（GaN）之间具有非常好的匹配度，使碳化硅成为新一代宽带半导体器件的重要衬底材料。未来将应用在节能减排、信息技术、国防三大领域催生上万亿元潜在市场，成为未来新能源发展的方向之一。
然而，碳化硅材料作为外延的衬底材料，对其表面面型具有很强的要求，需要经过一系列的加工工艺，其中SiC晶片面型的控制是SiC加工领域必不可少的一部分，主要是针对SiC晶片的翘曲度(Warp)、弯曲度（Bow）、厚度差异（TTV）等进行控制，否则将会影响到外延的品质。
传统方法加工晶片，主要是采用双面研磨方式对切割后晶片的面型进行修复，这种修复方式带有很大的局限性，主要受限于切割下来的晶片表面面型，如果切割后晶片面型不在双面研磨修复的规格内，双面打磨时会对晶片上下表面产生挤压，导致晶片变形，而加工后，晶片恢复原来的形状，导致其面型还会保持原有面型结构，导致晶片翘曲程度高，不易于修复。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶片面型加工装置，以缓解现有的晶片加工后晶片面型平整度修复效果差的技术问题。
本发明实施例提供的一种晶片面型加工装置，所述晶片面型加工装置包括：打磨机构、第一固定机构和第二固定机构，所述打磨机构包括打磨盘；
所述第一固定机构包括固定槽，所述固定槽的底面设置有容纳槽，所述固定槽和容纳槽用于容纳连接介质溶液，所述固定槽与容纳槽形成阶梯结构，所述阶梯结构用于支撑晶片的第一面，所述第一固定机构用于通过固化的连接介质溶液将所述晶片的第一面粘接在所述第一固定机构上，以使所述打磨盘能够对所述晶片的第二面进行打磨；
所述第二固定机构用于与晶片上已经加工完的第二面进行连接，以使所述打磨盘能够对晶片的第一面进行打磨。
进一步的，所述晶片面型加工装置还包括第一真空吸盘和升降驱动机构，所述升降驱动机构用于驱动所述第一真空吸盘朝向或者远离所述固定槽运动，所述第一真空吸盘用于抓取晶片，并将所述晶片转移至第一固定机构上。
进一步的，所述第一真空吸盘上设置有压力传感器，所述压力传感器用于感应所述第一真空吸盘受到的来自所述第一固定机构的压力，所述压力传感器与所述升降驱动机构连接，以使当所述压力传感器达到预设值时，所述升降驱动机构停止运动。
进一步的，所述第一固定机构上的固定槽的数量为多个。
进一步的，所述第一真空吸盘上设置有距离传感器，所述距离传感器用于感应所述第一真空吸盘的吸附面与所述阶梯结构的阶梯面之间的距离，所述距离传感器与所述升降驱动机构连接，以使当所述距离传感器达到预设值时，所述升降驱动机构停止运动。
进一步的，所述第一固定机构包括加热装置，所述加热装置用于对所述容纳槽进行加热。
进一步的，所述第一固定机构包括旋转驱动机构和固定盘，所述固定槽位于所述固定盘上，所述旋转驱动机构与所述固定盘连接，所述旋转驱动机构用于带动所述固定盘旋转，以使所述晶片的第二面在所述打磨盘上旋转摩擦。
进一步的，所述第一固定机构包括径向驱动机构，所述径向驱动机构与所述固定盘连接，用于带动所述固定盘沿所述打磨盘的径向运动。
进一步的，所述打磨机构的数量为多个，多个打磨机构上的打磨盘的粗糙程度不同。
进一步的，所述第二固定机构包括第二真空吸盘，所述第二真空吸盘能够朝向或者远离所述打磨盘运动。
本发明实施例提供的晶片面型加工装置包括：打磨机构、第一固定机构和第二固定机构，所述打磨机构包括打磨盘，用于先后对晶片的第一面和第二面进行打磨。所述第一固定机构包括固定槽，所述固定槽的底面设置有容纳槽，所述固定槽和容纳槽用于容纳连接介质溶液，所述固定槽与容纳槽形成阶梯结构，先向容纳槽内注入连接介质溶液，连接介质溶液超过阶梯结构的阶梯面，然后将晶片放置在固定槽上，阶梯结构支撑晶片的第一面，待连接介质溶液固化后，可以将晶片固定连接在固定槽内，并且，晶片的第二面露在固定槽外，以使所述打磨盘能够对所述晶片的第二面进行打磨，以将第二面打磨平整。待第二面打磨完成后，利用第二固定机构与晶片上已经加工完的第二面进行连接，然后利用打磨盘对晶片的第一面进行打磨，可以使第一面与第二面都打磨平整。通过上述装置先后打磨的晶片的第一面和第二面可以将第一面和第二面均打磨平整。使用本装置对晶片分两次进行打磨，在打磨过程中，晶片没有受到挤压而变形，对第一面和第二面只是单纯的打磨平整，所以最后得到成品晶片面型平整，避免了现有技术中双面打磨方式中因为挤压造成的晶片变形，打磨后恢复形变而造成的卷曲的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的晶片面型加工装置的固定盘的示意图；
图2为图1中A-A方向的剖视图；
图3为本发明实施例提供的晶片面型加工装置中将晶片固定到固定盘时的示意图；
图4为本发明实施例提供的晶片面型加工装置中对晶片的第二面进行打磨的示意图；
图5为本发明实施例提供的晶片面型加工装置中对晶片的第一面进行打磨的示意图。
图标：100-打磨盘；200-固定盘；210-固定槽；220-容纳槽；310-第一真空吸盘；320-压力传感器；330-距离传感器；400-加热装置；500-旋转驱动机构；600-第二真空吸盘。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图5所示，本发明实施例提供的晶片面型加工装置包括：打磨机构、第一固定机构和第二固定机构，所述打磨机构包括打磨盘100，用于先后对晶片的第一面和第二面进行打磨。所述第一固定机构包括固定槽210，所述固定槽210的底面设置有容纳槽220，所述固定槽210和容纳槽220用于容纳连接介质溶液，所述固定槽210与容纳槽220形成阶梯结构，先向容纳槽220内注入连接介质溶液，然后将晶片放置在固定槽210上，阶梯结构支撑晶片的第一面，待连接介质溶液固化后，可以将晶片固定连接在固定槽210内，并且，晶片的第二面露在固定槽210外，以使所述打磨盘100能够对所述晶片的第二面进行打磨，可以将第二面打磨平整。待第二面打磨完成后，利用第二固定机构与晶片上已经加工完的第二面进行连接，然后利用打磨盘100对晶片的第一面进行打磨，可以使第一面与第二面都打磨平整。通过上述装置先后打磨的晶片的第一面和第二面可以将第一面和第二面均打磨平整。
利用连接介质溶液先将晶片的第一面固定，对第二面进行打磨，可以将第二面打磨成与第一固定机构平行的平面，然后，利用第二固定机构连接平整的第二面，在对第一面进行打磨，可以将第一面也打磨成平整的平面，打磨结束后，晶片的第一面和第二面均为平面。使用本装置对晶片分两次进行打磨，在打磨过程中，晶片没有受到挤压而变形，对第一面和第二面只是单纯的打磨平整，所以最后得到成品晶片面型平整，避免了现有技术中因为挤压造成的晶片变形，打磨后恢复形变而造成的卷曲的问题。
打磨机构还包括转轴，转轴带动打磨盘100旋转，打磨盘100上贴覆有表面粗糙的钻石研磨垫。
本实施例中使用的连接介质溶液可以为液态蜡，但并不限于液态蜡，一切受热融化，常温下固化的介质均可以用连接晶片，均在保护范围内。
如图3所示，所述晶片面型加工装置包括第一真空吸盘310和升降驱动机构，所述升降驱动机构用于驱动所述第一真空吸盘310朝向或者远离所述固定槽210运动，所述第一真空吸盘310用于抓取晶片，并将所述晶片转移至第一固定机构上。
可以利用第一真空吸盘310机构对晶片进行转运，利用第一真空吸盘310将待加工的晶片进行吸取，然后转移到固定槽210的正上方，然后第一真空吸盘310下降，以使晶片落入到固定槽210内。
所述第一真空吸盘310上设置有压力传感器320，所述压力传感器320用于感应所述第一真空吸盘310受到来自所述第一固定机构的压力，所述压力传感器320与所述升降驱动机构连接，以使当所述压力传感器320达到预设值时，所述升降驱动机构停止运动。
第一真空吸盘310自上而下运动，随着第一真空吸盘310上的晶片与固定槽210发生接触，压力传感器320感应到的压力将逐渐增加，当压力达到预设值时，停止下降，一方面，可以防止第一真空吸盘310过度下降，导致晶片过度被挤压而变形，另一方面，可以使晶片受到一定压力，而防止因为连接介质溶液的原因导致晶片相对于阶梯结构的阶梯面倾斜。
为了增加加工的效率，所述第一固定机构上的固定槽210的数量为多个。本实施例中，固定槽210的数量为三个。
所述第一真空吸盘310上设置有距离传感器330，所述距离传感器330用于感应所述第一真空吸盘的吸附面与所述阶梯结构的阶梯面之间的距离，所述距离传感器330与所述升降驱动机构连接，以使当所述距离传感器330达到预设值时，所述升降驱动机构停止运动。
待加工的晶片的初始厚度是不相同的，通过设定第一真空吸盘310的下降距离，可以使同一第一真空吸盘310上所有晶片最高点保持在同一平面，避免某些厚度较大的晶片被挤压变形，能保证晶片原本的面型不被改变。
所述第一固定机构包括加热装置400，所述加热装置400用于对所述容纳槽220进行加热。加热装置400加热后可以使连接介质溶液维持液态，避免在晶片未放入固定槽210时固化。同时，可以通过对固化的蜡进行加热，方便晶片脱离。
如图4所示，所述第一固定机构包括旋转驱动机构500和固定盘200，所述固定槽210位于所述固定盘200上，所述旋转驱动机构500与所述固定盘200连接，所述旋转驱动机构500用于带动所述固定盘200旋转，以使所述晶片的第二面在所述打磨盘100上旋转摩擦。
固定盘200的材料可以为陶瓷，固定槽210和容纳槽220组成阶梯结构，旋转驱动机构500的活动端与固定盘200连接，本实施例中，旋转驱动机构500的活动端可以与固定盘200卡接，从而使二者连接在一起。打磨盘100旋转，而固定盘200在旋转驱动机构500的带动下也进行旋转，打磨盘100与固定盘200具有不容的旋转状态，从而可以使晶片的第二面被打磨盘100打磨。
所述第一固定机构包括径向驱动机构，所述径向驱动机构与所述固定盘200连接，用于带动所述固定盘200沿所述打磨盘100的径向运动。
本实施例中，径向驱动机构可以为直线滑动模组，其活动端与旋转驱动机构500连接，径向驱动机构可以带动旋转驱动机构500和固定盘200一起沿打磨盘100的径向进行往复的运动，可以使晶片的第二面打磨的更加均匀，避免了磨完晶片中间厚边缘薄的问题，这样磨完之后晶片表面就非常的平坦。
所述打磨机构的数量为多个，多个打磨机构上的打磨盘100的粗糙程度不同。
在打磨的过程中，可以先使用粗糙程度低一些的打磨机构对晶片的表面进行粗打磨，然后，再利用粗糙程度高一些的打磨机构对晶片的表面进行细打磨，从而得到超平坦、超光滑、低粗糙度的晶片。
如图5所示，第二固定机构可以包括第二真空吸盘600，所述第二真空吸盘600能够朝向或者远离所述打磨盘100运动。第二真空吸盘600可以对光滑的第二面进行吸附，然后，利用打磨机构对晶片的第一面进行打磨。同时，第二真空吸盘600可以带动晶片旋转，以及带动晶片沿打磨盘100的径向运动。
本发明提供了一种改善碳化硅晶片面型装置，通过保留SiC晶片原本形貌的基础上，对SiC晶片进行一面磨平，然后再将磨平的这一面吸附在超平的真空吸盘上进行SiC晶片另一面的修复，最终得到超平的SiC晶片。
本发明实施例提供的晶片加工装置的使用方法如下：
1、将固定盘200放到加热机构上进行加热。
2、往加热好的固定盘200上的固定槽210里面注满连接介质溶液。
3、将晶片吸附在第一真空吸盘310的凹孔内，第一真空吸盘310下降，下降到指定的压力或距离时，第一真空吸盘310将不在下降，此时，加热机构不进行加热，使连接介质溶液固化而不改变晶片原本的面型将晶片的第一面粘住在固定盘200上。
4、将粘好晶片的固定盘200固定到第一固定机构上。
5、设定好旋转驱动机构500的转速、径向驱动机构的往复范围和打磨盘100的转速。
6、启动装置，使晶片的固定盘200和打磨盘100相对转动，从而对晶片的第二面进行粗磨，这样磨完之后就得到一面超平坦的晶片。
7、再将粗磨好粘好晶片的固定盘200转移到另一个粗糙程度高的打磨机构进行细磨，这样磨完之后就得到一面超平坦、超光滑、低粗糙度的SiC晶片。
8、磨好一面后，将粘好晶片的固定盘200进行加热，取下并对晶片进行去蜡清洗。
9、将清洗完的晶片超平第二面吸附在第二真空吸盘600保证真空吸力在研磨石不会造成晶片出现滑移。
10、对未加工的这一面采用以上同样的方式先进行粗加工及细加工，从而得到两面超光滑、低粗糙度的SiC晶片。
从实际生产出发，新型的改善晶片面型加工装置给实际生产和晶片品质带来了巨大的产品效益。下表给出了传统的双面研磨方法与新型改善碳化硅晶片面型装置研磨后数据对比。
分类 Warp Bow TTV 原料 污染类别
传统双面研磨方法 7-15 1-7 0.5-2 钻石研磨液 化学污染
新型装置 15-60 6-15 1-4 固结钻石研磨垫、纯水 无污染
从上表可以看出，本发明实施例提供的晶片面型加工装置相比传统的双面研磨方法，Warp整体下降了15-25um，而且Warp均匀性更集中；Bow整体下降了5-7um，TTV整体下降了2-3um，从环保的角度上考虑，本发明实施例提供的装置为纯物理打磨，不需要使用钻石研磨液，更好的起到了环保的效果。
本发明实施例提供的装置可以对多种晶片进行加工，例如，蓝宝石，单晶硅，碳化硅等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种晶片面型加工装置，其特征在于，所述晶片面型加工装置包括：打磨机构、第一固定机构和第二固定机构，所述打磨机构包括打磨盘（100）；
所述第一固定机构包括固定槽（210），所述固定槽（210）的底面设置有容纳槽（220），所述固定槽（210）和容纳槽（220）用于容纳连接介质溶液，所述固定槽（210）与容纳槽（220）形成阶梯结构，所述阶梯结构用于支撑晶片的第一面，所述第一固定机构用于通过固化的连接介质溶液将所述晶片的第一面粘接在所述第一固定机构上，以使所述打磨盘（100）能够对所述晶片的第二面进行打磨；
所述第二固定机构用于与晶片上已经加工完的第二面进行连接，以使所述打磨盘（100）能够对晶片的第一面进行打磨；
所述晶片面型加工装置还包括第一真空吸盘（310）和升降驱动机构，所述升降驱动机构用于驱动所述第一真空吸盘（310）朝向或者远离所述固定槽（210）运动，所述第一真空吸盘（310）用于抓取晶片，并将所述晶片转移至第一固定机构上；
所述第一真空吸盘（310）上设置有压力传感器（320），所述压力传感器（320）用于感应所述第一真空吸盘（310）受到的来自所述第一固定机构的压力，所述压力传感器（320）与所述升降驱动机构连接，以使当所述压力传感器（320）达到预设值时，所述升降驱动机构停止运动；
所述第一固定机构上的固定槽（210）的数量为多；
所述第一真空吸盘（310）上设置有距离传感器（330），所述距离传感器（330）用于感应所述第一真空吸盘的吸附面与所述阶梯结构的阶梯面之间的距离，所述距离传感器（330）与所述升降驱动机构连接，以使当所述距离传感器（330）达到预设值时，所述升降驱动机构停止运动。
2.根据权利要求1所述的晶片面型加工装置，其特征在于，所述第一固定机构包括加热装置（400），所述加热装置（400）用于对所述容纳槽（220）进行加热。
3.根据权利要求1所述的晶片面型加工装置，其特征在于，所述第一固定机构包括旋转驱动机构（500）和固定盘（200），所述固定槽（210）位于所述固定盘（200）上，所述旋转驱动机构（500）与所述固定盘（200）连接，所述旋转驱动机构（500）用于带动所述固定盘（200）旋转，以使所述晶片的第二面在所述打磨盘（100）上旋转摩擦。
4.根据权利要求3所述的晶片面型加工装置，其特征在于，所述第一固定机构包括径向驱动机构，所述径向驱动机构与所述固定盘（200）连接，用于带动所述固定盘（200）沿所述打磨盘（100）的径向运动。
5.根据权利要求1所述的晶片面型加工装置，其特征在于，所述打磨机构的数量为多个，多个打磨机构上的打磨盘（100）的粗糙程度不同。
6.根据权利要求1所述的晶片面型加工装置，其特征在于，所述第二固定机构包括第二真空吸盘（600），所述第二真空吸盘（600）能够朝向或者远离所述打磨盘（100）运动。
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