CN115365922B - 研磨轮、研磨设备及硅片 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了研磨轮、研磨设备及硅片，所述研磨轮包括：具有中心轴线的基座；沿周向方向分布在所述基座的与所述中心轴线垂直的一个表面上并且从所述表面伸出的多个研磨齿，所述多个研磨齿设置成能够与所述基座一起绕所述基座的中心轴线旋转，以通过每个研磨齿的末端对硅片的处于目标平面中的表面进行研磨；驱动模块，所述驱动模块设置成：当所述基座的中心轴线不与所述目标平面垂直时，所述驱动模块使每个研磨齿沿所述中心轴线移动，以使得每个研磨齿的末端总是处于所述目标平面中。

Description

研磨轮、研磨设备及硅片
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及研磨轮、研磨设备及硅片。
背景技术
半导体硅片的生产工艺通常包括拉晶、线切割、研磨、抛光等处理过程。双面研磨作为一种研磨工艺用于同时对硅片的两个主表面进行研磨以使硅片具有高度平整表面。在双面研磨过程中，需要使用专用装置来保持硅片，以便于研磨轮对硅片的两个主表面同时进行研磨。通常，这种保持装置包括对向设置的一对流体静压支撑件，硅片沿竖向方向设置在两个流体静压支撑件之间，流体静压支撑件可以在其自身与硅片的主表面之间形成流体屏障，以便使硅片能够在不与两个流体静压支撑件相接触的情况下被保持竖立，与此同时，可以利用对置的研磨轮对硅片的两个主表面进行研磨。相比于物理夹持，流体静压支撑件的流体夹持方式减少了对硅片的损伤，并使得硅片以较小的摩擦相对于流体静压支撑件表面在切向上移动（转动）。
然而，对于上述双面研磨工艺而言，随着设备的连续操作及研磨水的持续供应，研磨室温度会不断发生变化，导致金属磨床的床体发生一定的形变，由于左、右研磨轮通过支撑杆固定在磨床上，一旦磨床发生形变，将导致左、右研磨轮相对于硅片的接触位置随之发生变化，也就是说研磨位置发生了变化，当实际研磨位置没有达到预期要求时，不仅会影响研磨效率，还可能降低研磨后的硅片的平坦度。
因此，在双面研磨过程中，实时调整研磨轮的研磨齿相对于硅片的位置关系，以确保左、右研磨轮持续保持在能够实现较佳研磨效果的位置范围内，对提升研磨效率和研磨效果而言非常重要。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供研磨轮、研磨设备及硅片，通过使用该研磨轮能够调整研磨轮、特别是研磨轮的研磨齿相对于硅片的待研磨表面的位置，使得即使研磨轮因磨床的形变而发生位置变化，研磨轮的研磨齿仍持续保持在能够实现较佳研磨效果的位置范围内，从而保证研磨效率和研磨效果。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种研磨轮，所述研磨轮包括：
具有中心轴线的基座；
沿周向方向分布在所述基座的与所述中心轴线垂直的一个表面上并且从所述表面伸出的多个研磨齿，所述多个研磨齿设置成能够与所述基座一起绕所述基座的中心轴线旋转，以通过每个研磨齿的末端对硅片的处于目标平面中的表面进行研磨；
驱动模块，所述驱动模块设置成：当所述基座的中心轴线不与所述目标平面垂直时，所述驱动模块使每个研磨齿沿所述中心轴线移动，以使得每个研磨齿的末端总是处于所述目标平面中。
第二方面，本发明实施例提供了一种研磨设备，所述研磨设备用于对硅片进行双面研磨，所述研磨装置包括：
对向设置在硅片的两侧的两个静压支撑件，所述两个静压支撑件用于通过提供流体静压以非接触的方式支撑硅片；
对向设置在所述硅片的两侧的两个根据第一方面的研磨轮。
第三方面，本发明实施例提供了一种硅片，所述硅片通过使用根据第二方面的研磨设备获得。
本发明实施例提供了研磨轮、研磨设备和硅片；所述研磨轮包括驱动模块，所述驱动模块设置成当所述研磨轮的基座的中心轴线不与目标平面垂直时，所述驱动模块使每个研磨齿沿所述中心轴线移动，由此，如果研磨轮因受工作环境中的关联部件或其他因素的影响发生位置偏移或偏转而导致研磨轮、特别是研磨轮的研磨齿未达到预设研磨位置，则可以凭借驱动模块使各个研磨齿沿中心轴线移动，即凭借驱动模块调整各个研磨齿从基座伸出的长度，从而使各个研磨齿的末端总是处于目标平面中、即硅片的待研磨表面上，以始终同时对硅片的待研磨表面进行研磨，进而保证研磨效率和研磨效果，使研磨后的硅片表面具有较好的平坦度。
附图说明
图1为常规的双面研磨设备的示意图；
图2为常规的双面研磨设备的另一示意图，其示出了双面研磨设备受温度影响发生变形的状态；
图3为常规的双面研磨设备的又一示意图，其示出了双面研磨设备受温度影响发生变形的另一状态；
图4为常规的研磨轮在对硅片执行研磨操作时的示意图；
图5为本发明实施例提供的研磨轮的示意图；
图6为本发明实施例提供的研磨轮的另一示意图；
图7为本发明的另一实施例提供的研磨轮的示意图；
图8为本发明的又一实施例提供的研磨轮的示意图；
图9为本发明实施例提供的研磨设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，其示出了用于对硅片S进行研磨的常规双面研磨装置1，双面研磨装置1包括对向设置的第一静压支撑件11和第二静压支撑件12，以及对向设置的第一研磨轮13和第二研磨轮14，第一静压支撑件11和第二静压支撑件12设置成用于向放置于二者之间的硅片S的两个侧面同时施加流体压力，从而以非接触的方式支承硅片S，第一研磨轮13和第二研磨轮14在硅片S被静压支撑件支承的情况下按照预定的研磨轨迹同时对硅片S的两个侧面进行研磨，双面研磨装置1还包括：第一水平支撑杆15、第二水平支撑杆16、第一竖向支撑杆17、第二竖向支撑杆18、基台19，其中，第一静压支撑件11和第一研磨轮13以及第二静压支撑件12和第二研磨轮14分别经由第一水平支撑杆15和第一竖向支撑杆17以及第二水平支撑杆16和第二竖向支撑杆18支撑在基台19上。
为了对双面研磨装置的各部件进行稳定支撑以使双面研磨操作能够稳定执行，基台19通常由金属制成，并且在研磨期间，还需要对研磨轮和硅片提供研磨水以减少对硅片的不必要损伤。然而，随着设备连续加工及研磨水的持续供应，研磨室温度会不断发生变化，导致金属基台19发生一定的形变，由于研磨轮和静压支撑件通过支撑杆被支撑在基台上，基台发生形变会导致研磨轮的研磨位置随之发生变化，最终导致加工硅片精度恶化。例如，参见图2，当基台19受到温度影响使得其上表面发生向上的膨胀时，设置在基台19上的第一水平支撑杆15、第二水平支撑杆16、第一竖向支撑杆17、第二竖向支撑杆18分别相对于各自的初始竖直位置发生了偏转，支撑杆的偏转致使第一静压支撑件11和第一研磨轮13以及第二静压支撑件12和第二研磨轮14也分别相对于它们各自的初始位置发生了偏转，甚至不再与硅片S的待研磨的侧面平行，类似地，参见图3，当基台19受到温度影响使得其上表面发生向下的收缩时，支撑杆连同静压支撑件、研磨轮分别相对于它们各自的初始位置发生了偏转，研磨轮的偏转将导致实际的研磨平面与硅片表面无法重合，而是相对于彼此形成一定的角度，当该角度超出一定范围时将导致在任何时刻，仅研磨轮的一部分能够执行研磨操作，如在图4中示意性示出的，研磨轮的仅一部分研磨齿能够与硅片相接触，而且这一部分研磨齿相对于硅片的研磨深度通常将高于预设值，在这情况下不仅研磨效率明显降低，研磨出的硅片的平坦度将无法达到预期要求。
为了解决上述问题，参见图5，本发明实施例提出了一种研磨轮100，所述研磨轮100包括：具有中心轴线X的基座101；多个研磨齿102，所述多个研磨齿102沿周向方向分布在所述基座101的与所述中心轴线X垂直的一个表面上并且从所述表面伸出，在图5中所示出的实施例中，所述多个研磨齿102沿周向方向分布在所述基座101的表面103上并且从表面103伸出，其中，表面103与中心轴线X垂直，所述多个研磨齿102设置成能够与所述基座101一起绕所述基座101的中心轴线X旋转，以通过每个研磨齿的末端对硅片S的处于目标平面A-A中的待研磨表面S1进行研磨；驱动模块104，所述驱动模块104设置成：当所述基座101的中心轴线X不与所述目标平面A-A垂直时，所述驱动模块104使每个研磨齿102沿所述中心轴线X移动，以使得每个研磨齿的末端总是处于所述目标平面A-A中。
如图5中所示，研磨轮100例如受关联部件的影响而发生了偏转，致使研磨轮100的基座101的中心轴线X并不与硅片S的待研磨表面S1垂直，为了在研磨轮100发生偏转的情况下仍保证研磨效率和研磨效果，不同于包括固定的研磨齿的常规研磨轮，本发明实施例提供的研磨轮100的研磨齿102以可伸缩的方式设置在研磨轮100的基座101中，具体而言，研磨轮100的研磨齿102设置成能够通过驱动模块104沿基座101的中心轴线X进行移动，从而改变研磨齿102从表面103伸出的长度，在图5示出的研磨轮100的状态中，研磨齿102A至102G相对于表面103的伸出长度逐渐增大，使得研磨齿102A至102G的末端都处于目标平面A-A中，在实际应用中，目标平面A-A例如可以是竖直平面，以能够与被保持竖直的硅片S的待研磨表面S1重合，从而研磨齿102A至102G可以同时经由各自的端面对硅片S的待研磨表面S1进行研磨。由于研磨轮100在研磨操作中将绕中心轴线X旋转，因此，研磨轮100的各个研磨齿102相对于中心轴线X的位置也在发生变化，驱动模块104则可以在研磨过程中持续使每个研磨齿102沿所述中心轴线X移动，以使得每个研磨齿102的末端总是处于所述目标平面A-A中，例如在研磨轮100从图5的状态绕中心轴线X向图6的状态旋转的过程中，驱动模块104持续使研磨齿102A至102G沿中心轴线X移动，当研磨轮100旋转至图6示出的状态中时，研磨齿102A至102G相对于表面103的伸出长度已变化为是逐渐减小的，使得研磨齿102A至102G的末端始终处于目标平面A-A中，从而始终同时对硅片S的待研磨表面S1进行研磨。
本发明实施例提供了一种研磨轮100；所述研磨轮100包括驱动模块104，所述驱动模块104设置成当所述研磨轮100的基座101的中心轴线X不与目标平面A-A垂直时，所述驱动模块104使每个研磨齿102沿所述中心轴线X移动，由此，如果研磨轮100因受工作环境中的关联部件或其他因素的影响发生位置偏移和/或偏转而导致研磨轮、特别是研磨轮的研磨齿未达到预设研磨位置，例如仅部分研磨齿的末端能够与硅片相接触，则可以凭借驱动模块104使各个研磨齿102沿中心轴线X移动，即凭借驱动模块104调整各个研磨齿102从基座101伸出的长度，从而使各个研磨齿102的末端总是处于目标平面A-A中、即硅片的待研磨表面S1上，以始终同时对硅片的待研磨表面S1进行研磨，进而保证研磨效率和研磨效果，使研磨后的硅片表面具有较好的平坦度。
为了能够更精准地基于研磨轮的旋转来驱动研磨齿102沿中心轴线X的移动，所述研磨轮100还包括多个距离检测单元105，所述多个距离检测单元105用于在所述研磨轮100对硅片S进行研磨时分别实时检测每个研磨齿102在所述基座101的所述表面103上的位置相对于所述目标平面的距离，并且所述驱动模块104设置成能够根据所述距离驱动每个研磨齿102沿所述中心轴线X移动，以使得每个研磨齿102的末端总是处于所述目标平面A-A中。
具体地，参见图7，所述研磨轮100包括多个距离检测单元105，为了简便起见，图7中仅示出了距离检测单元105A和105B，然而，本领域技术人员应当理解的是，距离检测单元105可以具有与研磨齿102相应的数目并且可以在研磨轮100的基座101的表面103上相邻于各个研磨齿102设置，例如，距离检测单元105A相邻于研磨齿102A设置在表面103上，以实时测量研磨齿102A在基座101的表面103上的位置距目标平面A-A的距离W1，类似地，距离检测单元105B相邻于研磨齿102B设置在表面103上，以实时测量研磨齿102B在基座101的表面103上的位置距目标平面A-A的距离W2，驱动模块104则可以将由各个距离检测单元105实时测量的距离与初始距离进行比较，然后通过例如电动机、连杆机构等使各个研磨齿沿中心轴线X移动相应的量，使得在研磨轮的旋转研磨操作过程中，每个研磨齿的末端总是处于所述目标平面A-A中，以始终同时参与研磨操作。本领域技术人员能够理解的是，驱动模块104也可以通过的其他常规技术手段驱动研磨齿沿中心轴线X移动，在此不做赘述。
为了实现对每个研磨齿102的精准驱动，参见图8，根据本发明的另一优选实施例，所述驱动模块包括多个流体压力驱动单元106，所述多个流体压力驱动单元106构造成当所述研磨轮100对硅片S进行研磨时分别对每个研磨齿102施加沿所述中心轴线的力，以使得每个研磨齿102始终对所述硅片S的处于所述目标平面A-A中的待研磨表面S1施加恒定的力。
在图8示出的实施例中，针对每个研磨齿设置有一个液压流体驱动单元，为了清楚起见，仅示出了流体压力驱动单元106A、106B、106C和106D，在研磨轮100对硅片S执行研磨操作时，各个流体压力驱动单元分别向每个研磨齿102提供沿中心轴线X的力，一旦研磨轮100相对于硅片发生偏转和/或偏移使得所述基座101的中心轴线X不与所述目标平面A-A垂直或者仅部分研磨齿的末端能够与硅片相接触，各个流体压力驱动单元可以分别调整对与其关联的研磨齿施加的力，以使得每个研磨齿102沿中心轴线X始终向硅片S的待研磨表面S1施加恒定的力，由此每个研磨齿都能够在整个研磨操作中同时对硅片S的待研磨表面S1进行研磨并且所施加的研磨力始终是一致的，使得研磨后的硅片具有更好的平坦度。
对于流体压力驱动单元的具体实现方式，优选地，参见图8，每个流体压力驱动单元106包括：用于容纳流体的流体压力缸107、能够在所述流体压力缸107内进行往复运动的活塞108、压力感测器109和控制器110，其中，所述活塞108与研磨齿102固定连接，所述压力感测器109设置成用于感测硅片S对研磨齿102的反作用力，并且所述控制器110设置成能够根据所述压力感测器109的感测结果控制所述活塞108在所述流体压力缸107内进行往复运动，以使得每个研磨齿始终对所述硅片的处于所述目标平面中的表面施加恒定的力。
如图8所示，活塞108沿中心轴线X的方向设置在流体压力缸107内，并且活塞108的一端连接至研磨齿102，使得当活塞108在流体压力缸107内进行往复运动时能够带动研磨齿102沿中心轴线X的方向进行移动。在研磨操作中，如果研磨轮100相对于硅片S发生偏转和/或偏移使得所述基座101的中心轴线X不与所述目标平面A-A垂直或者仅部分研磨齿的末端能够与硅片相接触，那么硅片S反作用于各个研磨齿102的力将发生变化，该力的变化能够从研磨齿102通过活塞108传递至流体压力缸107中的流体，因此能够被压力感测器109感测到，压力感测器109可以将该感测结果发送至控制器110，控制器110可以根据感测结果通过向流体压力缸107注入流体或从流体压力缸107排出流体来调节流体压力缸107中的流体压力，而流体压力缸107中的流体压力的变化可以引起活塞108在流体压力缸107中的运动，进而带动研磨齿102沿中心轴线X移动，由此实现每个研磨齿102始终对所述硅片S的处于目标平面A-A中的待研磨表面S1施加恒定的力。在整个研磨过程中，压力感测器109可以实时检测流体压力缸107中的流体压力的变化，并且控制器110也可以基于检测结果实时控制研磨齿102沿中心轴线X的移动，以在研磨轮100旋转的情况下仍能够保持每个研磨齿102作用于硅片S的待研磨表面S1的力始终是恒定的。
作为本发明的示例性而非限制性的示例，所述流体压力驱动单元106可以包括液压驱动单元或气压驱动单元。
根据本发明另一优选实施例，所述流体压力驱动单元106可以包括与流体压力驱动单元连通的流体压力源（图中未示出），用于为所述流体压力驱动单元106提供流体压力。
对于研磨齿102的材料，优选地，所述研磨齿由金刚石和结合剂制成。进一步优选地，所述结合剂为陶瓷结合剂或树脂结合剂，其中，采用陶瓷结合剂的研磨齿具有热稳定好，对磨粒的把持度好，使用寿命长的优点；采用树脂结合剂的研磨齿具有自锐性好，磨削发热少的优点且具有一定的弹性，有利于改善硅片表面的粗糙度。
本发明实施例还提供了一种研磨设备10，所述研磨设备10用于对硅片进行双面研磨，所述研磨装置10包括：
对向设置在硅片的两侧的两个静压支撑件11、12，所述两个静压支撑件用于通过提供流体静压以非接触的方式支撑硅片S；
对向设置在所述硅片S的两侧的两个根据上文所述的研磨轮100。
本发明实施例还提供了一种硅片，所述硅片通过使用上文所述的研磨设备10获得。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种研磨轮，其特征在于，所述研磨轮包括：
具有中心轴线的基座；
沿周向方向分布在所述基座的与所述中心轴线垂直的一个表面上并且从所述表面伸出的多个研磨齿，所述多个研磨齿设置成能够与所述基座一起绕所述基座的中心轴线旋转，以通过每个研磨齿的末端对硅片的处于目标平面中的表面进行研磨；
驱动模块，所述驱动模块设置成：当所述基座的中心轴线不与所述目标平面垂直时，所述驱动模块使每个研磨齿沿所述中心轴线移动，以使得每个研磨齿的末端总是处于所述目标平面中，
其中，所述驱动模块包括多个流体压力驱动单元，所述多个流体压力驱动单元构造成当所述研磨轮对硅片进行研磨时分别对每个研磨齿施加沿所述中心轴线的力，以使得每个研磨齿始终对所述硅片的处于所述目标平面中的表面施加恒定的力，
每个流体压力驱动单元包括：用于容纳流体的流体压力缸、能够在所述流体压力缸内进行往复运动的活塞、压力感测器和控制器，其中，所述活塞与研磨齿固定连接，所述压力感测器设置成用于感测硅片对研磨齿的反作用力，并且所述控制器设置成能够根据所述压力感测器的感测结果控制所述活塞在所述流体压力缸内进行往复运动，以使得每个研磨齿始终对所述硅片的处于所述目标平面中的表面施加恒定的力。
2.根据权利要求1所述的研磨轮，其特征在于，所述研磨轮还包括多个距离检测单元，所述多个距离检测单元用于在所述研磨轮对硅片进行研磨时分别实时检测每个研磨齿在所述基座的所述表面上的位置相对于所述目标平面的距离，并且所述驱动模块设置成能够根据所述距离驱动每个研磨齿沿所述中心轴线移动，以使得每个研磨齿的末端总是处于所述目标平面中。
3.根据权利要求1所述的研磨轮，其特征在于，所述流体压力驱动单元还包括与流体压力驱动单元连通的流体压力源，用于为所述流体压力驱动单元提供流体压力。
4.根据权利要求1或3所述的研磨轮，其特征在于，所述流体压力驱动单元包括液压驱动单元或气压驱动单元。
5.根据权利要求1或2所述的研磨轮，其特征在于，所述研磨齿由金刚石和结合剂制成。
6.根据权利要求5所述的研磨轮，其特征在于，所述结合剂为陶瓷结合剂或树脂结合剂。
7.一种研磨设备，所述研磨设备用于对硅片进行双面研磨，其特征在于，所述研磨设备包括：
对向设置在硅片的两侧的两个静压支撑件，所述两个静压支撑件用于通过提供流体静压以非接触的方式支撑硅片；
对向设置在所述硅片的两侧的两个根据权利要求1至6中的任一项所述的研磨轮。
8.一种硅片，其特征在于，所述硅片通过使用根据权利要求7所述的研磨设备获得。
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