CN101214625A - 硅片边缘的磨角装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅片边缘磨角装置，包括：磨头和磨盘，磨头下表面为圆形平面，并且磨头的内部具有真空管道，真空管道可将硅片吸附在磨头的圆形下表面外层；磨头还包括磁铁层和缓冲层，磁铁层与磨盘产生磁力吸引，使硅片受力均匀；缓冲层使硅片和磨头紧密结合，并且不受磕碰损伤。所述磨盘的上表面具有一个凹曲面，在磨角的工作过程中，磨头吸附住硅片与磨盘的凹曲面接触，磨头和磨盘做相对转动，同时硅片的边缘在磨盘上磨角。本发明避免了传统手工磨角操作过程不精确，容易出现误差，磨出来的台面不均匀的问题，使得操作简单，精确度提高，大大节省了成本，提高了效率。

Description

硅片边缘的磨角装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种硅片边缘的磨角装置。

背景技术

随着功率器件制造技术的进步，电力晶闸管和整流管也朝着大电流高电压的方向发展。为了提高器件的工作电压，就必须同时提高芯片的体内击穿电压和表面击穿电压。在芯片体内击穿电压确定的情况下，如何提高表面击穿电压，使其不小于体内击穿电压是非常重要的。在现阶段的技术领域中，国际、国内普遍采用的方法是，在芯片的硅片边缘上磨一个或多个角度，用来降低芯片硅边缘的表面电场强度，从而提高芯片的表面击穿电压。

传统的磨角方式是采用手工完成，即用手固定硅片将其按在磨盘上来进行。由于手工操作精确度有限，而且人为的控制使硅片整体受力不均匀，因此采用这种方法磨出来的硅片台面非常不均匀，同时由于某些类型的晶闸管和整流管硅片非常薄，很容易就会被人为的压破，所以该方法已经逐渐地被这一行业所淘汰。

发明内容

本发明的目的是解决手工操作过程不精确，容易出现误差，磨出来的硅片台面不均匀的问题。

为了达到上述目的，本发明采用一种硅片边缘磨角装置。所述硅片边缘磨角装置包括磨头和磨盘，所述磨头下表面为圆形平面，并且磨头的内部具有真空管道，所述真空管道纵向贯穿磨头，真空管道可将待磨硅片吸附在磨头的圆形下表面外层；所述磨盘的上表面具有一个凹曲面；在磨角的工作过程中，磨头吸附住硅片，与磨盘的凹曲面接触，磨头和磨盘做相对转动，同时硅片的圆周边缘在磨盘上磨角。

在一个优选方案中，所述磨头包括磁铁层，磁铁层与磨头下表面平行放置在磨头与硅片之间，所述磁铁层具有一个垂直于磁铁层表面纵向延伸的通孔，所述通孔与磨头的真空管道相通。

在另一个优选方案中，所述磨头包括缓冲层，缓冲层与磨头下表面平行放置在硅片与磨头之间，所述缓冲层位于磨头的最外层，所述缓冲层具有一个垂直于缓冲层表面纵向延伸的通孔，所述通孔与磨头的真空管道相通。

优选的所述缓冲层的通孔包含中心的一个圆形通孔和从通孔向四周辐射的条形通孔。

优选的所述磨头的缓冲层是橡胶层。

优选的所述磨盘的上表面的凹曲面为凹球面的一部分。

在一个优选方案中，硅片边缘磨角装置还包括支撑臂、支撑架和底座，所述支撑臂一端与磨头相连，另一端与支撑架旋转连接，所述支撑架与底座相连，所述底座用于支撑磨盘，并带动磨盘旋转。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明利用具有真空管道的磨头吸附住硅片，利用硅片表面边缘和磨盘的曲面的夹角磨制硅片，从而避免了传统手工磨角操作过程中人为的造成硅片破裂等情况的发生，大大节省了成本。

2)本发明采用在磨头上增加磁铁层，利用磁力吸附磨盘，和传统的手工磨角方式相比，使磨角过程中硅片整体受力均匀，因此硅片磨角后角度非常均匀。

3)本发明采用磨头上增加缓冲层，利用缓冲层的弹性和伸缩性，可以把硅片很好的吸附在磨头表面，并且保护硅片不受磕碰的损伤。

4)本发明采用自动化的磨角方式代替了手工的磨角方式，使得操作简单，精确度提高，效率大大的提高。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明一个实施例的硅片边缘磨角装置磨角过程中磨头与磨盘的结构示意图；

图2是第一种实施方式的磨头结构及真空吸附硅片示意图；

图3是第二种实施方式的磨头结构及真空吸附硅片示意图；

图4是第三种实施方式的磨头结构及真空吸附硅片示意图；

图5是本发明一个实施例的磨头缓冲层的结构示意图；

图6是本发明一个优选实施例的硅片边缘磨角装置示意图；

图7是本发明一个优选实施例的硅片边缘磨角装置磨角过程中磨头与磨盘的位置示意图；

图8是本发明一个优选实施例的硅片边缘磨角装置磨角过程中磨头与磨盘俯视图；

图9是硅片台面磨角区示意图，(a)是硅片台面磨角区俯视图，(b)是硅片台面磨角区侧视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此，本发明不受下面公开的具体实施的限制。

图1是本发明一个实施例的硅片边缘磨角装置磨角过程中磨头与磨盘的结构示意图。如图1所示，本发明的硅片边缘磨角装置包括磨头110和磨盘140。

磨头110的下表面150为圆形平面，用来与待磨角硅片130连接。并且，磨头的下表面150的面积与待磨角硅片130的面积相当，这样，当待磨角硅片吸附在磨头的下表面150上时，恰好硅片的圆周边缘和磨头下表面的圆周边缘重合。

在磨头110的内部具有真空管道120，所述真空管道120纵向贯穿磨头110，真空管道120为从磨头上端到磨头下表面贯通的一个管道。在硅片边缘磨角装置开始工作时，利用外部的真空设备与真空管道120的磨头上端的一端相连，开启真空设备将真空管道120抽真空。这样放到磨头的下表面150上的待磨角硅片由于一面为真空，另一面有大气压，因此两面的气压差就使硅片被吸附在磨头的下表面150外层。

磨盘140上表面包含一个凹曲面160。在磨角的工作过程中，磨头110利用真空管道120，把待磨角硅片吸附在磨头的下表面外层，待磨角硅片130被磨头110带动与磨盘140的凹曲面160接触。由于硅片表面为平面，磨盘表面为曲面，因此待磨角硅片边缘和磨盘形成一个夹角。利用这个夹角，在磨盘140上磨制硅片，在硅片边缘就可以磨制出具有所需角度的台面。

图2是第一种实施方式的磨头结构及真空吸附硅片示意图。如图2所示，在一个优选方案中，磨头110包括磁铁层210。磁铁层210与磨头的下表面平行放置在磨头110和待磨角硅片130之间。由于磁铁具有磁性，与铁材料具有吸引力。当待磨角硅片被吸附在磨头下表面与磨盘接触时，磁铁层210与磨盘140距离足够近，这样磁铁层210就会与铁材料制成的磨盘140产生吸引力。在磨角的工作过程中，磨头110相对磨盘140转动，被夹在磁铁层和磨盘之间的硅片由于受到两边压力的作用，与磁盘紧密的接触，并且整个硅片受力均匀，因此这样磨出来的台面就非常的均匀。

在磁铁层210中，具有一个垂直于磁铁层210的表面，纵向延伸的通孔220。所述通孔220与磨头的真空管道120相通。在本方案中，磁铁层210直接和硅片130的表面接触，因此和真空管道120相通的通孔220就可以借助真空和大气压差把待磨角硅片吸附在磁铁层210的表面。

图3是第二种实施方式的磨头结构及真空吸附硅片示意图。如图3所示，在一个优选方案中，磨头110包括缓冲层310。缓冲层310与磨头下表面平行放置在磨头110和待磨角硅片130之间。当硅片130被吸附在磨头下表面时，与缓冲层310接触，由于缓冲层用柔软有弹性，收缩力强的材料制成，这样待磨角硅片可以紧密的和缓冲层接触，把待磨角硅片很好的结合在磨头的下表面外层。而且由于缓冲层柔软有弹性，这样硅片通过直接和缓冲层接触，结合在磨头的下表面的外层，因此不会受磕碰的损伤。

在缓冲层310内具有一个垂直于缓冲层表面纵向延伸的通孔320，所述通孔与磨头110的真空管道120相通。在本方案中，缓冲层直接和待磨角硅片的表面接触，因此和真空管道120相通的通孔320就可以借助真空和大气压差把硅片吸附在缓冲层310的表面。

图4是第三种实施方式的磨头结构及真空吸附硅片示意图。如图4所示，在本实施例中采用优选的方案，磨头110包括磁铁层210，在磁铁层的外层还包括缓冲层220，缓冲层直接与待磨角硅片接触。

磁铁层210与磨头的下表面平行放置在磨头110和待磨角硅片130之间。由于磁铁具有磁性，与铁材料具有吸引力。当硅片被吸附在磨头下表面与磨盘接触时，磁铁层210与磨盘140距离很近，这样磁铁层210就会与铁材料制成的磨盘140产生吸引力。在磨角的工作过程中，磨头110相对磨盘140转动，被夹在磁铁层和磨盘之间的硅片由于受到两边压力的作用，与磁盘紧密的接触，并且整个硅片受力均匀，因此这样磨出来的台面就非常的均匀。

在磁铁层210中，具有一个垂直于磁铁层210的表面，纵向延伸的通孔220。所述通孔220与磨头的真空管道120相通。

缓冲层310与磨头下表面平行放置在磁铁层210和硅片130之间。当硅片130被吸附在磨头下表面时，与缓冲层310接触，由于缓冲层用柔软有弹性，收缩力强的材料制成，这样待磨角硅片可以紧密的和缓冲层接触，把硅片很好的结合在磨头的下表面的外层。而且由于缓冲层柔软有弹性，这样硅片通过直接和缓冲层接触，结合在磨头下表面外层，因此不会受磕碰的损伤。

在缓冲层310内具有一个垂直于缓冲层表面纵向延伸的通孔320，所述通孔与磁铁层的通孔210、磨头110的真空管道120都相通。

在本方案中，缓冲层310直接和硅片130表面接触，因此和磁铁层的通孔210、磨头110的真空管道120相通的通孔320，就可以借助真空和大气压之间的压力差把硅片吸附在缓冲层310的表面。

图5是本发明一个实施例的磨头缓冲层的结构示意图。如图5所示，在上述实施例的优选方案中，所述缓冲层的通孔包括中心的一个圆形通孔510和从圆形通孔向四周辐射的条形通孔520。条形通孔和圆形通孔相连通，在圆形通孔周围对称分布。圆形通孔510和大气压在待磨角硅片两面形成的压力差，把待磨角硅片吸附在缓冲层表面。和真空管道相通的向四周辐射的条形通孔520，把硅片所受的力从圆形通孔510向四周辐射，增大了硅片表面的受力面积。由于条形通孔和圆形通孔相连，在圆形通孔周围对称分布，本实施例中为4个条形通孔在圆形通孔周围对称分布，这样使硅片表面受力更均匀，避免了因硅片局部受力不均造成的损坏的作用，结合更牢固。

同时，由于缓冲层310是用柔软有弹性，收缩力强的材料制成，这样缓冲层310的收缩力把硅片更牢固的吸附在缓冲层表面。

在本实施例中，优选的缓冲层是橡胶层。除此之外，缓冲层还可以是其它柔软有弹性，收缩力强的材料。

在本实施例中，优选的磨盘上表面具有的凹曲面为凹球面的一部分。由于硅片为平面，因此硅片与磨盘接触时，硅片的圆周边缘与凹球面形成特定夹角；磨盘的上表面为凹球面，球面具有对称性，因此硅片平面与磨盘接触时，在硅片圆周边缘与凹球面形成的夹角都相同；并且硅片相对磨盘转动时，硅片圆周边缘与凹球面形成的夹角不变，这样就保证了硅片在磨盘上磨制出特定角度的角

图6是本发明一个优选实施例的硅片边缘磨角装置示意图。如图6所示，在一个优选方案中，硅片边缘磨角装置还包括支撑臂610、支撑架630和底座640。

所述支撑臂610一端与磨头110相连，另一端与支撑架620旋转连接。支撑臂支撑起磨头，并且对磨头进行位置调节。在本实施例中，支撑臂610与支撑架630通过一个可旋转的轴620连接，因此，可以通过支撑臂一端的绕轴转动，调节与支撑臂连接的磨头的位置。

所述支撑架630与底座640相连。支撑架支撑起支撑臂，并且支撑架固定在底座上。

所述底座640用于支撑磨盘140，并带动磨盘旋转。在本实施例中，底座与电机相连，因此电机的转动可以带动底座旋转，同时底座640带动磨盘140一起旋转。

下面结合硅片边缘磨角装置优选实施方式的磨角的工作过程，对本发明做更详细的说明。如图6所示。

步骤1：根据要磨角硅片130的大小和造型要求，选择特定尺寸的磨头110和具有特定曲率的曲面的磨盘140。待磨角硅片的直径和磨头110的下表面的圆面直径相当，待磨角的硅片边缘角度和磨盘140上表面的凹球面的曲率相关联。

步骤2：将磨头110安装在支撑臂610上，将磨盘140安装在底座640上。

步骤3：根据磨角需求配置磨角所需的金刚砂，均匀散布在磨盘140上。

步骤4：将真空设备(未图示)连接到磨头110的真空管道上，开启真空设备，将真空管道抽成真空。这样由于真空管道和外界存在的气压差作用在待磨角硅片表面，硅片被牢固的吸附在磨头110的下表面外层。

步骤5：借助支撑臂610的绕轴620旋转，调整磨头110的位置和倾斜角度。

图7是本发明一个优选实施例的硅片边缘磨角装置磨角过程中磨头与磨盘的位置示意图。如图7所示，将磨头110靠近磨盘140。并且将待磨角硅片的圆周边缘，与磨盘的凹球面一侧的靠近圆周边缘处接触，并且使硅片的整个圆周边缘都和磨盘的曲面接触上。

步骤6：按照工艺要求设置磨角时间，接通电源启动硅片边缘磨角装置。在本实施例中，底座630和电机相连(未图示)。因此启动硅片边缘磨角装置，电机就可带动底座640转动，因此被固定在底座上的磨盘也被带动，一起转动。

图8是本发明一个优选实施例的硅片边缘磨角装置磨角过程中磨头与磨盘俯视图。如图8所示，固定在底座上的磨盘140，绕磨盘的部分凹球面的中心轴转动。

同时由于磨头110和磨盘140接触产生摩擦力，在所述摩擦力的作用下磨头110相对磨盘，绕磨头下表面的中心轴转动。

图9是硅片台面磨角区示意图，(a)是硅片台面磨角区俯视图，(b)是硅片台面磨角区侧视图。如图(a)所示，在硅片台面磨角区910处，磨制出所需角度的台面。如图(b)所示，硅片台面磨角区910的倾斜角度即为在硅片台面磨角区910磨制出的角度。

步骤7：磨角完毕后，关闭磨角机，关闭真空设备，将真空管道恢复大气压。从磨头上取下硅片，因为硅片是靠大气压吸附在磨头上，所以真空管道跟外界大气压相同时硅片很容易被取下，而且对硅片没有任何损伤。

步骤8：取下硅片之后，采用超声波清洗硅片表面，将金刚砂颗粒和其他杂质去处干净。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种硅片边缘磨角装置，其特征在于包括：磨头和磨盘，所述磨头下表面为圆形平面，并且磨头的内部具有真空管道，所述真空管道纵向贯穿磨头，真空管道可将硅片吸附在磨头的圆形下表面外层；所述磨盘的上表面具有一个凹曲面；在磨角的工作过程中，磨头吸附住硅片与转动的磨盘的凹曲面接触，磨头和磨盘做相对旋转运动，同时硅片的圆周边缘在磨盘上磨角。

2.如权利要求1所述的硅片边缘磨角装置，其特征在于：所述磨头包括磁铁层，磁铁层与磨头下表面平行放置在磨头与硅片之间，所述磁铁层具有一个垂直于磁铁层表面纵向延伸的通孔，所述通孔与磨头的真空管道相通。

3.如权利要求1或2所述的硅片边缘磨角装置，其特征在于：所述磨头包括缓冲层，缓冲层与磨头下表面平行放置在磨头与硅片之间，所述缓冲层位于磨头的最外层，所述缓冲层具有一个垂直于缓冲层表面纵向延伸的通孔，所述通孔与磨头的真空管道相通。

4.如权利要求3所述的硅片边缘磨角装置，其特征在于：所述缓冲层的通孔包括中心的一个圆形通孔和从圆形通孔向四周辐射的条形通孔。

5.如权利要求4所述的硅片边缘磨角装置，其特征在于：所述缓冲层是橡胶层。

6.如权利要求1所述的硅片边缘磨角装置，其特征在于：所述凹曲面为凹球面的一部分。

7.如权利要求1所述的硅片边缘磨角装置，其特征在于：还包括支撑臂、支撑架和底座，所述支撑臂一端与磨头相连，另一端与支撑架旋转连接，所述支撑架与底座相连，所述底座用于支撑磨盘，并带动磨盘旋转。

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