Meta专利提出自动化高容量的晶圆抛光解决方案

　　晶圆管芯的一个或多个边缘可以抛光以用于光子学电路、激光器或波导。生产相关抛光模具的传统方法包括手动抛光每个样品至正确的层和厚度。然而，这种手动抛光耗时且依赖于操作员。每个操作员可以以不同的方式抛光模具，并抛光到不同的深度。这反过来又导致抛光剂在不同模具之间的不均匀分布。

　　Meta指出，行业已经尝试自动化这种晶圆抛光过程。然而，当前的自动化系统不允许大规模的自动化晶圆级抛光。例如，传统的自动晶圆抛光系统设计为单独拾取每个晶圆，然后一次抛光一个。尽管这个过程是自动化的，但依然耗时且效率低下。

　　所以在名为“Complex photonics circuit fabrication”的专利申请中，这家公司提出了一种自动化、高容量的抛光解决方案，并用于生产具有抛光或镜面抛光边缘的半导体管芯。

　　Meta宣称，与传统方法相比，采用发明描述的方法可以实现改进的光学性能，因为每个边缘可以抛光到相同的深度和相同的角度，并且可以减少手动过程中产生的伪影数量，可以减少每个硅片的生产时间。

　　专利描述的实施例可以包括配置为保持完整晶圆(未切割)的晶圆卡盘。系统同时可以包括将晶圆切片成列的切片组件，以及同时将所有单个列旋转90度的旋转系统。另外，系统可以包括抛光旋转晶圆柱的暴露边缘的抛光组件。在抛光之后，它可以将柱旋转回到其原始的平坦位置，并且可以在横向方向切割柱以形成各自具有至少一个抛光边缘的单个模具。

　　系统可以配置为切片基本上任何尺寸的半导体或任何类型的晶圆，并且可以配置成同时均匀地抛光大量裸片，例如数十、数百或数千(取决于芯片尺寸和晶圆尺寸)。

　　在一个实施例中，切片组件和抛光组件可以组合成相同的系统或设备。因此，切割的半导体柱不需要大距离地转移到抛光组件，从而减少传输时间并提高制造效率。这同时可以减少设备的工业占地面积，因为卡盘、切片元件和抛光元件都是同一设备的组成。

　　图1A的组合半导体晶圆切割和抛光系统100包括不同的组件，它们可以一起工作以接近半导体晶圆、将晶圆切成片、抛光晶圆片，然后进一步将抛光的晶圆片切割成裸片。其中，每个裸片具有至少一个抛光侧。

　　在晶圆切割和抛光系统100中，可以实现装载和卸载站101以将半导体晶圆存储和/或装载到卡盘102。卡盘102可以配置为在半导体晶圆切割成列或条时保持半导体晶圆。由电子控制器控制的移动臂103可以将由卡盘102保持的半导体晶圆移动到切割站或切割组件104。切割组件104可以配置为将半导体晶圆切割成多个片。

　　在晶圆被切割成列或条之后，其可以旋转到垂直位置，或者可以将条旋转到相对于水平卡盘102的某个其他指定角度。然后卡盘本身可以绕其水平轴旋转，使得(现在切割并旋转的)半导体晶圆片移动到垂直于抛光组件105的表面的位置。抛光组件105然后可以开始旋转(或继续旋转)其抛光表面。移动臂103可使卡盘102朝向抛光组件105移动，以抛光半导体晶圆带的暴露边缘。抛光可以继续进行，直到达到期望的感兴趣区域或抛光深度。

　　在一个实施例中，移动臂103然后可以围绕其水平轴旋转卡盘，使得半导体晶圆面向切割组件104。移动臂103可以再次顺时针(或逆时针)旋转卡盘102，使得晶圆片相对于切割刀片旋转90度。然后，切割组件104的切割刀片可以将晶圆片切割成小方模具。

　　图1B包括叠加的虚线，以显示组合的半导体晶圆切割和抛光系统100的每个组件的总体尺寸和定位。Meta表示，所述组件可以以众多不同的尺寸和形状制造，并且可以设计为协同工作，从而批量生产抛光的硅片。

　　图2A-2C示出了组合的半导体晶圆切割和抛光系统在不同位置之间转换。例如，组合的半导体晶圆切割和抛光系统可以处于图2A中的装载位置、图2B中的切片/切割位置以及图2C中的抛光位置。

　　例如，卡盘202(其可以与图1A的卡盘102相同或不同)可以在装载/卸载站201旁边的位置开始，其中硅晶圆(未示出)可以装载到卡盘102。组合的半导体晶圆切割和抛光系统的移动臂203然后可以将卡盘202移动到图2B中的切片位置。在切片位置，卡盘202可将半导体晶圆固定在适当位置，使得当切割装置204的切割刀片将晶圆切割成片时，切割的片或柱各自由卡盘202支撑。

　　然后，移动臂203可以旋转卡盘202，使其面朝下朝向抛光站205，并且可以将每个晶圆片旋转到与卡盘正交的90度位置。移动臂203同时可以朝着抛光站205的表面降低卡盘202。当移动臂203将卡盘202降低到抛光站205的抛光表面上时，抛光站205可以开始旋转或者可以继续旋转。

　　这种降低可能导致切割的晶圆片的暴露边缘接触抛光表面，从而可以抛光晶圆片的暴露边缘。在一个实施例中，移动臂203然后可以将卡盘移回切割位置，以进一步将(抛光的)半导体晶圆片切割成芯片或管芯。如果需要，可以通过再次旋转并降低卡盘到晶圆晶圆接触抛光站205的表面位置来进一步抛光晶圆。

　　图3A示出了具有多个组件的卡盘300。例如，卡盘300可以包括外壳302、旋转构件301和多个可旋转的晶圆板条303。每个可旋转的晶圆板条303可以配置为支撑半导体晶圆的至少一部分。卡盘300可包括用于由切割装置产生的每个晶圆片或晶圆列的一个可旋转的晶圆板条。在其他情况，一个可旋转的晶圆板条可以支撑两个、三个或更多个半导体晶圆片。

　　图3B示出了没有外壳302的卡盘300。可旋转晶圆板条303可以相对于壳体稍微凹陷。凹陷间隙可允许外壳302用作将硅晶圆保持在适当位置的支撑结构。卡盘300可以在半导体晶圆的初始放置期间提供平滑的表面，所有可旋转的晶圆板条对齐以形成平坦表面，并且可以在抛光安装到可旋转晶圆板条303的各个晶圆片的暴露边缘时提供90度的倾斜位置(或其他指定角度)。

　　图4A-4C示出了可旋转晶圆板带401从初始平坦位置旋转到90度旋转位置的过程。在图4A和4B之间，可旋转的晶圆板片已经旋转了大约45度，图4C则完全90度旋转。

　　图6A-6C示出了与图4A-4E所示的卡盘相同(或类似)的卡盘600，并添加了硅晶圆。如图6A所示，可旋转晶圆板带601可以在平坦位置开始，并且可以在粘附到可旋转晶圆板带601的不同角度时旋转，如图6B和6C所示。

　　因此，当可旋转的晶圆板带601倾斜时，切割的晶圆片605以相应的方式倾斜。当每个晶圆片相对于卡盘600绕横向或水平轴线旋转时，每个晶圆带的暴露边缘现在至少部分地面向抛光组件。图6D和6E示出了如由马达单元604控制的那样，阻挡组件602如何在支撑结构603上升起。阻挡组件602留下间隙以容纳晶圆片605。

　　然后一旦移动到位，阻挡组件602支撑晶圆片605并将晶圆片保持在适当位置，从而提供要抛光的安全位置。接下来，卡盘600可以在其移动臂上旋转180度以面对抛光组件，并且可以降低到待抛光组件的表面上。

　　在一个实施例中，抛光的晶圆片可以再次切割成芯片或管芯。如图7A所示，切割组件700A可以使用切割刀片705执行初始纵向切割。卡盘的移动臂701可以将卡盘702移动到切割组件700A下方的适当位置，并且切割组件的移动臂704可以将刀片移动到适当位置以进行纵向切割。

　　当晶圆板带旋转时，晶圆片可以保持在可旋转晶圆板带703上，并且边缘被抛光。在抛光之后，卡盘的移动臂701可以再次将卡盘702移动到切割刀片705下方的切割位置。

　　如图7B所示，切割组件700B可将切割刀片705连同其凸缘706和其他组件引导到晶圆片上，以将其切成正方形。然后，卡盘本身可以旋转以面朝下朝向抛光站，在那里可以在第二侧抛光模具。所述过程可重复多达四次，所以如果需要，对管芯的所有四个边缘进行抛光，以用于激光、波导和其他应用。

　　图10是用于切片和抛光半导体晶圆的示例流程图。在步骤1010，将半导体晶圆切片成一个或多个晶圆片，其中每个晶圆片由相应的可旋转晶圆板条支撑。每个晶圆片可以具有平坦的顶表面和一个或多个侧边缘。

　　在步骤1020，沿着水平轴旋转可旋转晶圆板条的晶圆片，以暴露晶圆片的至少一个边缘以进行抛光。然后在步骤1030，在晶圆片处于旋转的抛光位置时抛光晶圆片边缘的至少一部分。可选地，抛光的晶圆片然后可以移回到切割位置，而在所述切割位置，抛光的晶圆片切割成裸片。

　　Meta表示，专利描述了用于切片和抛光半导体晶圆的高通量、紧凑且成本高效系统。所述系统可以比传统的手动方法更快的速度输出抛光的晶圆。

　　名为“Complex photonics circuit fabrication”的Meta专利申请最初在2021年8月提交，并在日前由美国专利商标局公布。