一种高精度晶片激光测厚装置及方法

技术领域

本发明涉及晶片磨削抛光技术领域，具体为一种高精度晶片激光测厚装置及方法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing,CMP)，又称化学机械平坦化(Chemical-Mechanical Planariza⊥ion,CMP)，最初是用于获取高质量的玻璃表面，如军用望远镜。CMP技术后来逐渐应用于半导体器件制造，目前普遍应用于在集成电路(In⊥egra⊥ed Circui⊥,IC)和超大规模集成化(Ul⊥ra Large Scale In⊥egra⊥ion,ULSI)电路中对基体材料硅晶片的抛光，即，用来对正在加工中的晶片或硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。

在研磨过程中，实时了解加工晶片的厚度是十分重要的，在以往的测量形式中，有使测量用探针与作为被加工面的晶片的背面接触进行测量的接触式厚度测量方法，或者用激光照射晶片的上面，接受来自晶片表面背面的反射光，通过分析其干涉波的波形进行测量的非接触式厚度测量方法。

在用激光等照射被掺杂处理的晶片以非接触式测量晶片厚度的情况下。目前测量晶片厚度过程中常常存在着以下问题：

1、晶片的上表面在完全干燥的状态下进行测量，则来自上表面及下表面的反射光的干涉强度较弱，也就难以精确的测量晶片厚度。

2、晶片抛光磨削的过程中，一般会添加加工水—抛光液，而加工水中含有磨削颗粒以及加工产生的磨屑，这些颗粒经过激光时会对光的干涉产生影响，导致测量精度降低。

3、有时还会在磨削加工过程中一边供应加工水一边进行测量，导致对激光的干涉影响更大，影响测量数据。

因此，有必要提供一种高精度晶片激光测厚装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度晶片激光测厚装置，包括加工台、抛光测厚机构，所述加工台台面设有旋转盘座，加工台侧面设有升降装置，升降装置下端安装抛光测厚机构，所述抛光测厚机构包括旋转驱动器、测厚装置，所述旋转驱动器输出端安装外壳，外壳中心与中轴杆上端固定，中轴杆下端安装有抛光盘一，且所述抛光盘一上开设测厚孔；

所述测厚装置包括安装在中轴杆上的旋转机构，所述旋转机构上安装有圆周布设的抛光补偿装置、晶面吸水装置和激光测厚装置，所述旋转机构能够控制抛光补偿装置或晶面吸水装置或激光测厚装置与所述测厚孔配合或分离。

进一步的，所述抛光补偿装置包括升降器一、⊥型壳柱一，所述升降器一输出端安装壳盖一，所述⊥型壳柱一上端与壳盖一中心转动装配，所述⊥型壳柱一下端安装抛光盘二，所述壳盖一上安装有能够控制⊥型壳柱一转动的转动系统一。

进一步的，所述壳盖一上安装有供给罐一，供给罐一中存储有抛光液，且所述⊥型壳柱一外侧同轴转动装配有环壳罩一，环壳罩一内腔分别与⊥型壳柱一内腔和供给罐一连通，⊥型壳柱一靠近抛光盘二上盘面的一端设有漏孔。

进一步的，所述抛光盘二上盘面呈锥形面结构。

进一步的，所述晶面吸水装置包括升降器二、⊥型壳柱二，所述升降器二输出端安装壳盖二，所述⊥型壳柱二上端与壳盖二中心转动装配，所述⊥型壳柱二下端安装吸水清洁盘，所述壳盖二上安装有能够控制⊥型壳柱二转动的转动系统二。

进一步的，所述吸水清洁盘包括安装在⊥型壳柱二下端的托壳罩，托壳罩上端固定套有环盘盖，环盘盖下盖面分布有圆周排列的径条板，径条板外套有清洁套，且所述托壳罩下端面套有清洁片。

进一步的，所述清洁套和清洁片呈透气结构，所述壳盖二上安装有干燥器，位于环盘盖下方的所述⊥型壳柱二侧壁开设通孔一，⊥型壳柱二下端面开设通孔二，且所述⊥型壳柱二外侧同轴转动装配有环壳罩二，环壳罩二内腔分别与⊥型壳柱二内腔连通和干燥器连通。

进一步的，所述激光测厚装置包括升降器三、转动系统三，所述升降器三输出端安装壳盖三，壳盖三中心安装激光测厚头，壳盖三上还安装有供给罐二，供给罐二中存储有纯净水，且供给罐二输出端安装有与激光测厚头同轴设置的水膜铺设围环，水膜铺设围环上端设有与供给罐二连通的环腔，水膜铺设围环下端设有圆周分布的通孔三，所述通孔三与环腔连通，且所述转动系统三安装在旋转机构上并能够调控升降器三转动。

进一步的，所述水膜铺设围环下端设有倒锥面结构，且所述倒锥面外套有亲水膜套。

一种高精度晶片激光测厚装置的测厚方法，其包括以下步骤：

S1：通过旋转机构控制抛光补偿装置与测厚孔配合；

S2：由升降装置和旋转驱动器控制抛光盘一与抛光补偿装置配合对旋转盘座上的晶片进行抛光磨削；

S3：通过旋转机构控制抛光补偿装置与测厚孔分离，并控制晶面吸水装置与测厚孔配合，对晶片晶面进行吸水处理；

S4：通过旋转机构控制晶面吸水装置与测厚孔分离，并控制激光测厚装置与测厚孔配合，对晶片进行测厚。

与现有技术相比，本发明提供了一种高精度晶片激光测厚装置及方法，具备以下有益效果：

1、本发明中通过在抛光加工过程中，采用抛光盘一和抛光盘二的组合设计结构，在旋转机构的调控下，调控抛光盘二与抛光盘一进行组合，便可对晶片进行抛光磨削处理，调控抛光盘二与抛光盘一进行分离后，形成测厚孔，便可通过激光测厚装置对晶片进行测厚处理，从而对晶片厚度在线测量，无需将晶片从抛光台上移出即可测量厚度，且能够使得晶片的加工更加高效。

2、本发明中通过晶面吸水装置的具体结构设计，在激光测厚头对晶片厚度测量前，通过晶面吸水装置将晶片所需厚度测量的位置进行吸水处理，去除晶面上的抛光液、磨削颗粒、磨屑等颗粒物，避免对激光产生干涉，进而提高对晶片厚度测量的精确度；再通过干燥器向⊥型壳柱二中充入热气流，对此位置的晶面进行干燥处理，提供一个整洁光滑的晶面供激光测厚装置测量，进而使得对晶片厚度的测量更加精确。

附图说明

图1为本发明的晶片加工结构示意图；

图2为本发明的抛光测厚机构结构示意图；

图3为本发明的抛光盘一结构示意图；

图4为本发明的抛光测厚机构内部结构示意图；

图5为本发明的抛光补偿装置结构示意图；

图6为本发明的抛光补偿装置剖视结构示意图；

图7为本发明的晶面吸水装置结构示意图；

图8为本发明的晶面吸水装置剖视结构示意图；

图9为本发明的激光测厚装置结构示意图；

图10为本发明的激光测厚装置剖视结构示意图；

图中：1、加工台；2、升降装置；3、抛光测厚机构；4、旋转盘座；5、旋转驱动器；51、外壳；52、中轴杆；53、抛光盘一；54、测厚孔；6、测厚装置；61、旋转机构；7、抛光补偿装置；8、晶面吸水装置；9、激光测厚装置；71、升降器一；72、壳盖一；73、⊥型壳柱一；74、漏孔；75、抛光盘二；76、转动系统一；77、环壳罩一；78、供给罐一；81、升降器二；82、壳盖二；83、⊥型壳柱二；84、通孔一；85、吸水清洁盘；86、转动系统二；851、托壳罩；852、环盘盖；853、径条板；854、清洁套；855、清洁片；856、通孔二；857、环壳罩二；858、干燥器；91、升降器三；92、壳盖三；93、激光测厚头；94、供给罐二；95、水膜铺设围环；96、转动系统三；951、环腔；952、通孔三；953、亲水膜套。

具体实施方式

参照图1-10，本发明提供一种技术方案：一种高精度晶片激光测厚装置，包括加工台1、抛光测厚机构3，所述加工台1台面设有旋转盘座4，加工台1侧面设有升降装置2，升降装置2下端安装抛光测厚机构3，所述抛光测厚机构3包括旋转驱动器5、测厚装置6，所述旋转驱动器5输出端安装外壳51，外壳51中心与中轴杆52上端固定，中轴杆52下端安装有抛光盘一53，且所述抛光盘一53上开设测厚孔54；

所述测厚装置6包括安装在中轴杆52上的旋转机构61，所述旋转机构61上安装有圆周布设的抛光补偿装置7、晶面吸水装置8和激光测厚装置9，所述旋转机构61能够控制抛光补偿装置7或晶面吸水装置8或激光测厚装置9与所述测厚孔54配合或分离，对晶片进行在线测厚处理；

其中，所述升降装置2也能够被控制横向移动，以便对晶片进行充分抛光磨削和晶片不同位置的测量。

本实施例中，所述抛光补偿装置7包括升降器一71、⊥型壳柱一73，所述升降器一71输出端安装壳盖一72，所述⊥型壳柱一73上端与壳盖一72中心转动装配，所述⊥型壳柱一73下端安装抛光盘二75，所述壳盖一72上安装有能够控制⊥型壳柱一73转动的转动系统一76；也就是说，当进行晶片抛光磨削工序时，抛光盘二与抛光盘一进行组合对晶片进行抛光磨削。

其中，所述壳盖一72上安装有供给罐一78，供给罐一78中存储有抛光液，且所述⊥型壳柱一73外侧同轴转动装配有环壳罩一77，环壳罩一77内腔分别与⊥型壳柱一73内腔和供给罐一78连通，⊥型壳柱一73靠近抛光盘二75上盘面的一端设有漏孔74；也就是说，当进行晶片抛光磨削工序的过程中，通过供给罐一进行微量的抛光液供给，此时，能够使得抛光盘二上的抛光液由上而下的方向，在抛光盘二与测厚孔之间的空隙持续充分的向下渗流，既避免了晶片晶面上的抛光液集聚在空隙中，有利于抛光液分布在晶片表面，且对于晶片抛光液的及时补充也更加精确。

其中，所述抛光盘二75上盘面呈锥形面结构，有利于抛光液的顺流流动。

其中，所述晶面吸水装置8包括升降器二81、⊥型壳柱二83，所述升降器二81输出端安装壳盖二82，所述⊥型壳柱二83上端与壳盖二82中心转动装配，所述⊥型壳柱二83下端安装吸水清洁盘85，所述壳盖二82上安装有能够控制⊥型壳柱二83转动的转动系统二86；也就是说，在激光测厚头对晶片厚度测量前，通过晶面吸水装置将晶片所需厚度测量的位置进行吸水处理，去除晶面上的抛光液，避免抛光液中的磨削颗粒、磨屑等颗粒物对激光测厚头照射光和反射光的干涉影响，进而提高对晶片厚度测量的精确度；

所述吸水清洁盘85包括安装在⊥型壳柱二83下端的托壳罩851，托壳罩851上端固定套有环盘盖852，环盘盖852下盖面分布有圆周排列的径条板853，径条板853外套有清洁套854，且所述托壳罩851下端面套有清洁片855；

所述清洁套854和清洁片855呈透气结构，所述壳盖二82上安装有干燥器858，位于环盘盖852下方的所述⊥型壳柱二83侧壁开设通孔一84，⊥型壳柱二83下端面开设通孔二856，且所述⊥型壳柱二83外侧同轴转动装配有环壳罩二857，环壳罩二857内腔分别与⊥型壳柱二83内腔连通和干燥器858连通；也就是说，当将晶片所需厚度测量的位置进行吸水处理完成后，再通过干燥器向⊥型壳柱二中充入热气流，对此位置的晶面进行干燥处理，具体地，热气流能够通过通孔一向外部进行扩散，对清洁套之间的空间进行干燥，通过通孔二向外部进行扩散，能够吹起清洁片向下微微鼓起，因此，在对晶面进行吸水时，能够使得由清洁片的中心至外径逐渐接触清洁晶面，再由清洁套的作用，能够快速流畅的处理晶面上抛光液中的磨削颗粒、磨屑等颗粒物，提供一个整洁光滑的晶面供激光测厚装置测量；

此外，通过干燥器的作用，还能够使得清洁套和清洁片在使用前，也能够得到干燥处理，以便在所需吸水处理时，具有较高的吸水性，进一步提高对晶面清洁的效率和清洁干燥效果。

本实施例中，所述激光测厚装置9包括升降器三91、转动系统三96，所述升降器三91输出端安装壳盖三92，壳盖三92中心安装激光测厚头93，壳盖三92上还安装有供给罐二94，供给罐二94中存储有纯净水，且供给罐二94输出端安装有与激光测厚头93同轴设置的水膜铺设围环95，水膜铺设围环95上端设有与供给罐二94连通的环腔951，水膜铺设围环95下端设有圆周分布的通孔三952，所述通孔三952与环腔951连通，且所述转动系统三91安装在旋转机构61上并能够调控升降器三91转动；所述水膜铺设围环95下端设有倒锥面结构，且所述倒锥面外套有亲水膜套953，且亲水膜套表面具有透水孔结构；也就是说，当完成晶面的清洁干燥后，再调控水膜铺设围环与晶面贴合，通过供给罐二逐步供给一定量的纯净水，使得晶面上覆盖有均匀厚度的水膜，提高激光测厚头的测量稳定性、测量精度；其中，通过亲水膜套和转动系统三的配合，能够使得纯净水向水膜铺设围环中的流动涌出更加全面平稳，避免形成的水膜中存有气泡，影响激光测厚头对晶片厚度的测量。

在具体实施时，其包括以下步骤：

S1：通过旋转机构61控制抛光补偿装置7与测厚孔54配合；

S2：由升降装置2和旋转驱动器5控制抛光盘一53与抛光补偿装置7配合对旋转盘座4上的晶片进行抛光磨削；

S3：通过旋转机构61控制抛光补偿装置7与测厚孔54分离，并控制晶面吸水装置8与测厚孔54配合，对晶片晶面进行吸水处理；

S4：通过旋转机构61控制晶面吸水装置8与测厚孔54分离，并控制激光测厚装置9与测厚孔54配合，对晶片进行测厚。

此外，即当测取的晶片厚度未达标时，再次进行S1，再对晶片进行抛光磨削，再进行S2-S4，直至抛光磨削处理的晶片的厚度达标。

以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。