基于質(zhì)心調(diào)整的晶圓振動抑制方法

陳勝華 劉長偉 耿克濤 李朋

寧波潤華全芯微電子設(shè)備有限公司 浙江 寧波 315400

引言

作為半導(dǎo)體制程中最重要的環(huán)節(jié)之一，勻膠單元的穩(wěn)定性直接決定了產(chǎn)品的良率。如圖1所示，當(dāng)主軸電機(jī)帶動Chuck和晶圓（帶FLAT定位邊）一起高速旋轉(zhuǎn)時，晶圓定位邊的質(zhì)量缺失所導(dǎo)致的晶圓的質(zhì)心與Chuck的質(zhì)心在軸線方向上產(chǎn)生偏移，這一原因會導(dǎo)致晶圓乃至主軸電機(jī)本體產(chǎn)生很嚴(yán)重的振動現(xiàn)象[1]。

圖1 運(yùn)動示意圖

本文針對該問題從理論的角度進(jìn)行了分析，并提出了對應(yīng)的解決方案。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此方案可以有效解決因?yàn)橘|(zhì)心偏移導(dǎo)致的振動問題。

1 原因分析

Chuck部分卡槽會通過銷釘與主軸電機(jī)連接，所以該部分對質(zhì)心在軸線方向的偏移影響很小，在分析時將此部分視為對稱且均勻的結(jié)構(gòu)，且與電機(jī)主軸之間為剛性連接[2]。對帶FLAT定位邊的晶圓，建立如圖2所示的坐標(biāo)系，求解其質(zhì)心。

圖2 晶圓尺寸圖

其中，是晶圓的半徑。

晶圓密度均勻，故可以在平面上先求出其幾何中心，質(zhì)心即是在幾何中心在厚度方向偏移一半厚度。

晶圓的面積為：

定積分求解可得：

本文中采用的晶圓半徑為75mm，F(xiàn)LAT弦長為55mm，故可以求得積分的上下限分別為：

代入相關(guān)數(shù)值可以求：

經(jīng)過試驗(yàn)分析，如表1所示，當(dāng)Chuck帶不同類型的晶圓，在不同的轉(zhuǎn)速下，振動強(qiáng)度（MMI）如下：

表1 不同晶圓的振動強(qiáng)度對比

從上表可得，Notch相比FLAT而言振動強(qiáng)度明顯減小，而兩者在結(jié)構(gòu)上最大的差異就是Notch可以看作全圓晶圓，質(zhì)心不存在偏移；而FLAT卻存在明顯的質(zhì)心偏移[3-4]。

2 方案提出

針對不同類型的晶圓，本文提出采用增加材料的方法來彌補(bǔ)質(zhì)心的偏移。

由計(jì)算可知，整體質(zhì)心偏向X軸的正方向，故可以采用在X軸的負(fù)方向上增加配重的方法來調(diào)整質(zhì)心在X方向的偏移，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的Chuck結(jié)構(gòu)示意圖

在Chuck上切除配重孔，用于安裝配重片，其中配重片與Chuck之間通過一個M2×8的內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接。配重片采用厚度為0.5mm的圓環(huán)。以上螺釘和圓環(huán)的材料均為1045鋼，密度為

經(jīng)過SolidWorks仿真計(jì)算，配重片安裝孔尺寸如圖4所示。可以通過配重基本抵消X方向的質(zhì)心偏移。

圖4 配重分布圖

仿真計(jì)算結(jié)果如表2所示：

表2 改進(jìn)后質(zhì)心仿真結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)中主要對比測試了標(biāo)準(zhǔn)Chuck和改良后的Chuck在不同轉(zhuǎn)速下，帶FLAT晶圓的振動強(qiáng)度。

圖5 3000rpm時標(biāo)準(zhǔn)Chuck下振動強(qiáng)度

圖6 3000rpm時改進(jìn)Chuck下振動強(qiáng)度

主軸在3000rpm旋轉(zhuǎn)時，兩款類型的Chuck產(chǎn)生的振動都非常小。

圖7 4000rpm時標(biāo)準(zhǔn)Chuck下振動強(qiáng)度

圖8 4000rpm時改進(jìn)Chuck下振動強(qiáng)度

隨著轉(zhuǎn)速提升，振動強(qiáng)度加強(qiáng)，但是改良后的Chuck相比標(biāo)準(zhǔn)的Chuck而言，振動強(qiáng)度明顯減弱。

圖9 5000rpm時標(biāo)準(zhǔn)Chuck下振動強(qiáng)度

圖10 5000rpm時改進(jìn)Chuck下振動強(qiáng)度

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表3所示，顯然經(jīng)過改進(jìn)后的Chuck對減緩振動有較好的效果。

表3 兩種Chuck振動強(qiáng)度的對比

4 結(jié)束語

經(jīng)過理論分析和對比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了通過增加配重的方法可以有效改善晶圓在高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的振動強(qiáng)度.將Chuck和6寸晶圓作為整體去調(diào)節(jié)質(zhì)心，使其落在中軸線上可有效改善振動現(xiàn)象。