一种基板磨削方法

技术领域

本发明属于基板磨削技术领域，具体而言，涉及一种基板磨削方法。

背景技术

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磨削，磨削后的芯片厚度甚至可以达到初始厚度的5％以下。

基板磨削技术主要应用于基板的背面磨削，所谓背面是指基板未铺设有器件的一面，一般为硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝宝石等衬底。基板磨削时，砂轮与磨削工作台需要完全平行，才可以将基板磨削平整。这需要调整磨削工作台的倾斜度，满足基板平整度及面形的工艺要求。

现有技术中，通常采用三点支撑方式调节磨削工作台的倾斜度，即一点固定支撑、两点调节支撑。其中，两个调节支撑点通过螺纹升降，实现磨削工作台的倾斜度调整。

现有磨削工作台倾斜角度调整方案存在调节范围小、调节精度不高的问题，不能实时反馈磨削力对磨削工作台倾斜角度调整的影响，无法对磨削力这一影响因素进行补偿，一定程度上影响了基板磨削的加工质量。

发明内容

本发明实施例提供了一种基板磨削方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种基板磨削方法，包括：

S1，实时检测磨削基板受到的磨削力；

S2，计算磨削力引起的磨削工作台的倾斜角度变化；

S3，根据基板的已加工面形和目标面形，确定磨削工作台的倾斜角度调整方案，以补偿磨削力引起的倾斜角度变化。

进一步地，步骤S1中，磨削力F为：

其中，F

进一步地，步骤S2中，磨削力引起的磨削工作台的倾斜角度变化：

/>

其中，△α

进一步地，步骤S3中，磨削工作台的倾斜角度变化：

其中，△α为磨削工作台的轴线围绕x轴的角度变化；△β为磨削工作台的轴线围绕y轴的角度变化；T

在一些实施例中，所述磨削工作台的调节点配置有检测模块，所述检测模块包括压电传感器，以测量磨削过程中基板受到的磨削力。

在一些实施例中，所述磨削工作台的调节点还配置有微动调节模块，所述微动调节模块包括螺杆、伺服电机和螺母，所述伺服电机的输出轴与螺杆连接，螺母螺纹连接于所述螺杆，旋转的螺杆带动其上的螺母移动，以调节磨削工作台的倾斜度。

在一些实施例中，所述磨削工作台的调节点还配置有精密调节模块，所述精密调节模块包括压电致动器，其根据磨削工作台的倾斜角度调整方案，确定精密调节模块对应的调节电压。

进一步地，步骤S3中，先使用微动调节模块对磨削工作台实施调节，再使用精密调节模块对磨削工作台实施调节。

本发明实施例的第二方面提供了一种控制设备，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上面所述基板磨削方法的步骤。

本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上面所述基板磨削方法的步骤。

本发明的有益效果包括：

a.通过位姿调节机构中的检测模块，实时测量磨削过程中基板受到的磨削力，计算磨削力对磨削工作台倾斜度的影响；

b.位姿调节机构中配置微动调节模块和精密调节模块，分别实现um级和nm级的调整，以补偿因磨削力而产生的倾角误差，提高基板磨削的平坦度；c.位姿调节机构中的检测模块能够实时测量基板受到的磨削力，基于磨削力的测量值，适应性调整砂轮进给速度及进给量等磨削参数，有利于提升基板磨削的加工质量。附图说明

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：

图1是本发明一实施例提供的基板磨削装置的示意图；

图2是本发明一实施例提供的磨削工作台的示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种基板磨削方法的流程图；

图4是本发明一实施例提供的位姿调节机构的示意图；

图5是砂轮在磨削工作台上形成的磨削痕对应的坐标系的示意图；

图6是本发明一实施例提供的基板凸凹度和饱满度定义的示意图；

图7是本发明另一实施例提供的一种基板磨削方法的流程图；

图8是本发明一实施例提供的控制设备的示意图。

具体实施方式

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申请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。

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，磨削也称减薄(Grinding)，基板(Substrate)也称基板(Wafer,W)，其含义和实际作用等同。

目前半导体行业采用在半导体晶圆的表面上形成有IC(Integrated Circuit，集成电路)或LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)等电子电路来制造半导体芯片。晶圆在被分割为半导体芯片之前，通过基板磨削装置来磨削形成有电子电路的器件面的相反侧的背面，从而将基板磨削至预定的厚度。

本发明涉及基板磨削装置，以按照工艺要求去除基板表面的材料。图1是本发明一实施例提供的基板磨削装置100的示意图。基板磨削装置100包括：

基座1；

转台2，设置于基座1的上方，并能够在驱动装置的带动下，绕转台2的中轴线旋转；转台2的上部配置有磨削工作台3，用于保持基板并带动基板旋转；

磨削模块4，设置于基座1并位于磨削工作台3的上方；磨削模块4底部配置的砂轮抵接于基板表面，以磨削基板表面，实现材料去除。

磨削模块4包括粗磨部41和精磨部42，粗磨部41设置有用于对基板进行粗磨削的粗磨砂轮，精磨部42设置有用于对基板进行精磨削的精磨砂轮。磨削过程是将磨削用砂轮按压在基板表面并旋转，以研磨去除一定厚度的材料层。

粗磨部41包括形状为杯形结构的粗磨砂轮、粗磨主轴、粗磨主轴座和粗磨进给机构。粗磨砂轮连接在粗磨主轴的底部以使粗磨主轴带动粗磨砂轮旋转从而实现粗磨砂轮对基板表面旋转磨削，粗磨主轴通过粗磨主轴座与粗磨进给机构连接以实现上下移动，通过粗磨进给机构控制粗磨砂轮相对于基板接近或远离以进行轴向切入式进给磨削。粗磨砂轮可以为金刚石砂轮，其表面较粗糙以实现快速的基板磨削，减少基板磨削时间。在粗磨削时，粗磨砂轮相对于基板的进给速度为2～10μm/s，从而实现高速进给，粗磨砂轮的转速为2000～4000rpm。

精磨部42包括形状为杯形结构的精磨砂轮、精磨主轴、精磨主轴座和精磨进给机构。精磨砂轮连接在精磨主轴的底部以使精磨主轴带动精磨砂轮旋转从而实现精磨砂轮对基板表面旋转磨削，精磨主轴通过精磨主轴座与精磨进给机构连接以实现上下移动，通过精磨进给机构控制精磨砂轮相对于基板接近或远离以进行轴向切入式进给磨削。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。在精磨削时，精磨砂轮相对于基板的进给速度为0.1～1μm/s，从而实现低速进给来提高磨削精度，精磨砂轮的转速为2000～4000rpm。

图1所示的实施例中，转台2的上部均匀配置有三件磨削工作台3，具体地，三件磨削工作台3的中心与转台2的中心连线互成120°夹角。三件吸盘工作台1在粗磨工位、精磨工位和装卸工位进行轮转，其中，与磨削模块4相对的两个工位分别进行粗磨削和精磨削，剩下一个工位用于基板的装卸和清洗。

图2是本发明一实施例提供的磨削工作台3的示意图，磨削工作台3配置三个支撑点3A、3B和3C，以调节磨削工作台3的位置和姿态。其中，支撑点3A为固定支撑点，支撑点3B和3C为调节支撑点，下面简称调节点。

同时，本发明还提供了一种基板磨削方法，其流程图，如图3所示。一种基板磨削方法包括：

S1，实时检测磨削基板受到的磨削力；

S2，计算磨削力引起的磨削工作台3的倾斜角度变化；

S3，根据基板的已加工面形和目标面形，确定磨削工作台3的倾斜角度调整方案，以补偿磨削力引起的倾斜角度变化。

本发明中，支撑点3B和3C配置有图4示出的位姿调节机构30。位姿调节机构30包括检测模块31，检测模块31能够实时测量磨削过程中，基板受到的磨削力。

进一步地，检测模块31包括压电传感器，以测量磨削过程中基板受到的磨削力。

进一步地，位姿调节机构30还包括微动调节模块32，微动调节模块32包括螺杆32a、伺服电机32b和螺母32c，其中，伺服电机32b的输出轴与螺杆32a连接，螺母32c螺纹连接于螺杆32a，旋转的螺杆32a带动其上的螺母32c沿竖直方向上下移动，以调节磨削工作台3的倾斜度，满足磨削工艺的要求。

图4中，位姿调节机构30还包括精密调节模块33，精密调节模块33包括压电致动器，其根据磨削工作台3的倾斜角度调整方案，确定精密调节模块对应的调节电压，以适应性调节磨削工作台3的倾斜度。

步骤S1中，磨削力F为：

其中，F

图5是砂轮在磨削工作台3上形成的磨削痕对应的坐标系的示意图，其中，砂轮使用虚线表示。图6是本发明一实施例提供的基板凸凹度和饱满度定义的示意图。

图6中，r轴表示各个测量点与起始测量点的距离，t轴表示基板的实测厚度。根据本发明，凸凹度δ

进一步地，饱满度δ

本发明中，基板磨削加工时，先将吸附基板的磨削工作台3加工成具有一定高度的锥面；接着，将基板吸附于磨削工作台3，通过绕x轴旋转α角来调整基板表面的凸凹度，通过绕y轴旋转β角来调整基板表面的饱满度，实现基板目标面形的磨削加工。

图2所示的实施例中，支撑点3B和3C配置有图4示出的位姿调节机构30。位姿调节机构30配置的检测模块31，能够测量磨削过程中基板受到的磨削力。

进一步地，步骤S2中，磨削力F引起的磨削工作台3的倾斜角度变化：

其中，△α

步骤S3中，磨削工作台3的倾斜角度变化：

其中，△α为磨削工作台的轴线围绕x轴的角度变化；△β为磨削工作台的轴线围绕y轴的角度变化；T

图7是本发明另一实施例提供的一种基板磨削方法的流程图，其包括：

S10，根据基板磨削的目标厚度及面形，计算并调整磨削工作台3的位置和姿态；

S20，磨削基板并通过检测模块31实时测量基板受到的磨削力；

S30，计算磨削力引起的磨削工作台3的倾斜角度变化；

S40，根据基板的已加工面形和目标面形，确定磨削工作台3的倾斜角度调整方案；

S50，使用微动调节模块32和微动调节模块33对磨削工作台3实施调节。

具体地，先使用微动调节模块32对磨削工作台3实施调节，再使用精密调节模块33对磨削工作台3实施调节。其中，微动调节模块32由螺杆32a及螺母32c通过螺纹升降进行调节，其能够实现um级的调节精度；精密调节模块33通过压电传感器实现位移调整，其能够实现nm级的调节精度。

即在基板磨削过程中，通过配置的检测模块31实现了磨削力的实时监控，并补偿由于基板所受磨削力而产生的倾角误差，有利于提高基板的平坦度。

此外，位姿调节机构30中的检测模块31能够实时测量基板受到的磨削力；基板磨削系统的控制模块能够基于磨削力的测量值，适应性调整砂轮进给速度和进给量等磨削参数，这有利于提升基板磨削的加工质量，提高基板磨削的平坦度。即基板磨削系统可以根据磨削力的变化，适应性调整砂轮的进给参数，以保证基板磨削的加工质量。

图8是本发明一实施例提供的控制设备的示意图。该实施例中，所述控制设备包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行计算机程序时实现如上述方法实施例中的各实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现如上述系统实施例中的各实施例中的各模块/单元的功能。

控制设备是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(PDA)、智能电视(Smart TV)等。

控制设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是控制设备的示例，并不构成对控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

存储器可以是控制设备的内部存储单元，例如控制设备的硬盘或内存。存储器也可以是控制设备的外部存储设备，例如控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括控制设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及控制设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

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。

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。