CN101274424B - 一种硅片研磨载体的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种硅片研磨载体的制作方法，通过剪板、调平、冲剪、热处理、保温冷却后检验入库完成整个制作过程。其关键之处是所述调平采用反向滚压法；冲剪齿件中，采用单片、旋转定位、分段冲剪法冲剪齿件；对坯料进行热处理时，先将多片坯料形成整体组件，再进行热处理。与现有技术相比，该发明实现了用材国产化、生产标准化、操作简单化的一整套载体制作方法，大幅度降低了生产成本，解决了国内外同行制作载体长期以来一直没有解决的技术问题。利用该方法制作载体不但材料可选用国产的轧硬带钢，而不需要依赖进口，而且具有累积误差小，平行度、翅曲度和公差稳定性好，操作技术要求低，载体加工不受直径限制，有利于国产化、标准化生产的优点。

Description

一种硅片研磨载体的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种加工方法，更具体地说是涉及一种在制作半导体材料硅单晶片工序中，用于承载硅片研磨载体的制作方法。

【背景技术】

承载硅片研磨载体(也称游星轮、载体板)，是携带硅片在磨盘上进行公转和自转的齿轮。载体结构呈圆形，其上、下两面为平面，外轮廓上设有齿件，中部开有多个用于放置被磨硅片的放片孔。使用时，多片研磨载体环布在研磨机的下磨盘上，载体齿件分别与下磨盘中部、外围的内、外齿轮的齿形壁啮合。在运动过程中，在内、外齿形壁的正、反向驱动下，以及上、下磨盘的挤压和磨料作用下，载体带着放片孔内的被磨硅片在下磨盘上作公转和自转，从而完成研磨。

载体的材质强度和制作方法是确保载体质量的关键，如此才能使被磨硅片的平行度、翅曲度、平面度等技术指标符合要求。在本发明作出之前，供大型研磨机使用的载体一般都是选用厚度均匀、经过热处理的特种兰钢，而我国目前尚无技术生产这种兰钢，因此，载体要么通过进口成品或采用进口材料制作。进口材料不但价格昂贵，而且规格、品种不全，很难满足国内企业的载体制作用材，目前，国内一般采用锡钢片、马口铁之类的材料来制作载体，而用这种材质制作的载体其强度、翅曲度、平整度都达不到使用的要求，制成的硅片精度不高，使用寿命短。再者，随着硅电子产业的不断发展，载体需要承载的被磨硅片直径越来越大，即使选用进口材料，采用现有制作方法制作大直径载体不但机械设备难以满足要求，而且制成的载体其翅曲度、平整度等也都达不到使用的要求，选用国产材料就更加成了天方夜谭。

目前，载体的制作方法有电火花线切割法和机械制造法两种。电火花线切割法虽然采用电子编程、利用电子控制系统控制进行切割，但还是存在如下缺陷：切割面粗糙度超标、齿形积累误差大，常会影响被磨硅片的质量。机械制造法，先通过剪板机获得坯料，然后在坯料的中心钻出中心孔，再用一根两端带有螺纹的芯棒经中心孔将多块坯料串叠在一起，两端配上夹板形成整体组件，然后将整体组件依次移至车床、滚齿机或铣齿机上，进行轮廓外圆、轮廓齿件加工，完毕后再回到车床或镗床上冲剪放片孔。其缺点是：1、必须选用进口材料，2、将多块坯料叠置在一起进行加工，受设备、人为因素影响累积误差大，对操作人员技术要求高，且公差稳定性差，不利于标准化加工。

【发明内容】

为解决现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种硅片研磨载体的制作方法，利用该方法制作载体不但材料可选用国产的轧硬带钢，而不需要依赖进口，而且具有累积误差小，平行度、翅曲度和公差稳定性好，操作技术要求低，载体加工不受直径限制，有利于国产化、标准化生产的优点。

实现本发明的技术方案如下：通过剪板机获得与目标载体大小相一致的轧硬带钢片，轧硬带钢片经调平机进行调平后，使卷曲状的轧硬带钢片变成一块平面型的钢片；再经冲压机及其模具，在钢片的中部冲剪出中心孔、以中心孔为定点冲剪出圆周齿件；冲剪齿件中，采用单片、旋转定位、分段冲剪法冲剪齿件，先将一片坯料经中心孔套入一根中心定位杆上，坯料外围的一定位销将坯料定位后，冲压机驱动模具的上模板下行，与下模板合模冲剪出一段齿件，开模后旋转坯料，循环冲剪完成作业；在中心孔与齿件之间的区域冲剪出放片孔和磨料通孔，制得结构及外形与目标载体相一致的坯料；然后，对坯料进行热处理，先将多片坯料经中心孔套入一开有导热孔的调整底板的定位杆中，并使齿件与齿件对齐、当层叠厚度至3-5mm时套入一块开有导热孔的间隔平板，依次层叠，直至最上部套入一块开有导热孔的压板，如此形成整体组件；再将所述整体组件移至液压机，在8-12兆帕压力下加压3-5分钟；最后，将所述整体组件移至热处理箱式炉中，在350℃-380℃温度下恒温控制8-10小时；保温冷却后检验入库。

如上所述的制作方法，具体实施时，所述调平采用反向滚压法调平，使卷曲状的轧硬带钢片变成一块平面型的钢片。

如上所述的制作方法，具体实施时，对坯料进行热处理，先将多片坯料经中心孔套入一开有导热孔底板的定位杆中，并使齿件与齿件对齐、当层叠厚度至4mm时套入一块开有导热孔的间隔平板，依次层叠，直至最上部套入一块开有导热孔的压板，如此形成整体组件；再将所述整体组件移至液压机，在10兆帕压力下加压4分钟；最后，将所述整体组件移至热处理箱式炉中，在360℃温度下恒温控制9小时。

与现有技术相比：

1、采用反向滚压调平，克服了现有装置采用上、下多轴正反滚压调平，易导致滚压后的卷带钢片产生波纹曲线的缺陷。

2、采用单片、旋转定位、分段冲剪法进行冲剪载体齿件，不但能消除累积误差，还有效地降低了对操作人员的技术要求，有利于进行标准化加工作业。将模具的底板设计成可调式，以及将上、下模板设计成可替代式结构后，制作 任意直径的载体齿件都可以在一台设备上完成，从而解决了现有加工机械难以满足需要的问题。

3、热处理前，将坯料分层叠压形成整体组件，有利于减少材料本身的厚度积累误差，整体组件加压后消除了载体与载体之间的翅曲间隙，有利于坯料热处理后的平行度和翅曲度达到最佳精度。再则，发明人通过反复试验，摸索出了热处理温度，以及与此相匹配的压力、时间的协同作用因素，使轧硬带钢热处理后达到了分子结构重组、定型、硬化，以及消除内应力的目的。

综上，该发明实现了用材国产化、生产标准化、操作简单化的一整套载体制作方法，大幅度降低了生产成本，解决了国内外同行制作载体长期以来渴望解决而一直没有解决的用材技术问题。

为加深对本发明理解，下面通过实施例并结合附图作进一步详述。

【附图说明】

图1为本发明需要制作的目标载体的平面结构示意图。

图2为本发明的制作方法工艺流程图。

图3为本发明一个实施例所涉及的调平机立体结构示意图。

图4为本发明一个实施例所涉及的旋转定位、分段冲剪模立体结构示意图。

图5为本发明一个实施例所涉及的热处理中的叠压装置。

图中序号分别表示：载体10，放片孔11，齿件12，磨料通孔13，中心孔14；支架1，调节轮2，从动滚轴3，主动滚轴301，调平工作台4，底座5，机架6；模架顶边20，连接杆21，模饼22，上模板23，底板30，底座31，底座套32，导柱杆40，导向孔41，下模板50，下齿型模51，定位销60，定位座61，中心定位杆70，转盘71；液压机80，压板81，间隔平板82，调整底板83，导热孔84，压套85，液压缸86，活塞87，工作台88。

【具体实施方式】

参见图1。该图示出了本发明制作方法所涉及的目标载体的成型结构，载体10结构呈圆形，其上、下两面为平面，中部具有中心孔14、在外轮廓上冲剪出齿件12、在中心孔14与齿件12之间的区域冲剪出放片孔11、磨料通孔13。磨料通孔13主要起释放引力、均布磨液等作用。

参见图2，该图示出了本发明的硅片载体制作方法工艺流程路线。通过剪板机获得与目标载体大小相匹配的轧硬带钢片，轧硬带钢片经调平机进行调平后，使卷曲状的轧硬带钢片变成一块平面型的钢片；再经冲压机及其模具，在钢片的中部冲剪出中心孔、以中心孔为定点冲剪出圆周齿件、在中心孔与齿件之间的区域冲剪出放片孔和磨料通孔，制得结构及外形与目标载体相一致的坯料；然后，对坯料进行热处理，先将多片坯料经中心孔套入一开有导热孔的调整底 板的定位杆中，并使齿件与齿件对齐、当层叠厚度至3-5mm时套入一块开有导热孔的间隔平板，依次层叠，直至最上部套入一块开有导热孔的压板，如此形成整体组件；再将所述整体组件移至液压机，在8-12兆帕压力下加压3-5分钟；最后，将所述整体组件移至热处理箱式炉中，在350℃-380℃温度下恒温控制8-10小时；保温冷却后检验入库。具体实施时，在液压机中可选择在10兆帕压力下加压4分钟；最后，将所述整体组件移至热处理箱式炉中，在360℃温度下恒温控制9小时

参见图3，上述方法中，采用反向滚压法调平。反向滚压法所涉及的调平机则由申请人研制而成。该机在机架6上部形成一个调平工作台4，调平工作台4两侧各设置支架1，支架1经底座5固定在机架6上。二根主动滚轴301位于同一水平面，其两端分别由两侧支架1的轴承座支撑；两根主动滚轴301伸出同侧的轴承座后，轴上分别设置一齿轮，两只齿轮与一只中间齿轮啮合，在其中一根主动滚轴301的端部上设置传动装置；从动滚轴3也经轴承座设置在主动滚轴301所在的水平面上方，并且使该从动滚轴3的中轴线位于两根主动滚轴301水平间隙的垂直平分面上。

带动两根主动滚轴301转动的传动装置可根据实际情况，可以是手动式也可以是电动式。为手动式时，传动装置为一根手摇柄，手摇柄一端固定在其中一根主动滚轴301的端部上即可。

选用电动式时，传动装置可由动力机构(如电机)、减速器、传动带及其传动轮组成，传动轮固定设置在一根主动滚轴301上即可。

从动滚轴3经轴承座设置在主动滚轴301水平面的上方，从动滚轴3的中轴线位于两根主动滚轴301之间的水平间隙的垂直平分面上，使两根主动滚轴301呈对称状布置在垂直平分面的两侧。

为适应调平不同厚度的轧硬带钢片需要，从动滚轴3两端的轴承座分别设置在支架1的一升降式导槽内，该结构类似于河道闸门，旋转调节轮2以控制从动滚轴3的轴承座在导槽内升降，从而可改变从动滚轴3与主动滚轴301之间的距离。

操作时，先通过调节轮2调节从动滚轴3的高度，使主动滚轴301与从动滚轴3的距离(或者说间隙)与需要调平的轧硬带钢片的拱度相匹配，通过滚压调试使调平后的轧硬带钢片符合硅片载体制作平整度的要求。转动主动滚轴301，将预先剪裁好的轧硬带钢片拱形朝上放入主动滚轴301与从动滚轴3的间隙入口，轧硬带钢片经主动滚轴301、从动滚轴3的反向滚压，完成调平。

参见图4。上述方法中，旋转定位、分段剪裁的模具，它包括一个“口”字型的竖直模架，以及上模板23、下模板50和一底板30，上模板23的工作面上 设有一段弧状排列的上齿型模，下模板50的工作面上设有一段弧状排列的下齿型模51；所述上模板贴置在模架顶边20的下面，模架顶边20的两侧分别设有一个导向孔41，两根模架侧边为导柱杆40，模架顶边20经导向孔41套置在导柱杆40上，模架底边呈平面状向前延伸形成底板30，下模板固定安装在上模板的正下方的底板上；在所述底板的一侧设有定位销60，定位销60位于下齿型模51齿型延伸的节圆上；在节圆中心的底板上设有一中心定位杆70。

在中心定位杆70的基部设置一个平面状的转盘71，该转盘71与中心定位杆70为整体件，行位公差一致，达到旋转角度径向零误差目的。

作业时，取一片坯料，经中心孔套入中心定位杆70，此时，坯料的外轮廓正好与定位销60相抵，上模板23下行，合模后坯料外轮廓上出现一段齿件，待上模板23开模、上行后，松开定位销60(定位销可移动)，然后将坯料旋转一个角度，使定位销60复位，重复上模板23下行，合模后坯料外轮廓上又出现一段齿件，如此循环直至坯料外轮廓形成一圈齿件，完成一片载体的加工。

该模通过左右两个底座31的上平面，用固定卡块将本模固定在压力机原有的作业平台上，并使连接杆21实现与压力机冲压头的联接(当然这种联接也可以通过其它手段来完成)。

该模具采用三点定位、旋转分段剪裁的技术方案，不但能消除累积误差，还有效地降低了对操作人员的技术要求，有利于进行标准化加工作业。在上模板23、下模板50可替代的前题下，将底板30设计成可调式结构后，加工任意大小的载体都可以在一只模具上完成。

参见图5。在对坯料进行热处理时，先将多片坯料经中心孔套入一开有导热孔的调整底板83的定位杆中，并使齿件与齿件对齐、当层叠厚度至3-5mm时套入一块开有导热孔的间隔平板，依次层叠，直至最上部套入一块开有导热孔的压板，如此形成整体组件。

将整体组件放置在一液压机80的压力工作台88上，其结构由调整底板83、压板81和定位杆组成，定位杆插在调整底板83的中心孔内定位，然后，先经载体10坯料的中心孔14将多片载体10坯料套入定位杆(每片载体10坯料的厚度一般为0.1-1mm)，叠至3-5cm时套入一片间隔平板82，依次套入载体10(每片载体上的齿件应该相互对齐)、间隔平板82，最上部套入压板81形成整体组件。在液压机压力工作台88上时，定位杆的上端伸入液压机的压套85的中孔内。压制时，液压缸86使活塞87、压力工作台88上行，对整体组件进行挤压。

由此形成的整体组件移至热处理炉后，由于压板81、间隔平板82和调整底板83上都设有相应的导热孔84(导热孔84的数量视情而定，只要有孔与放片 孔、磨料通孔相通，形成热量循环回路即可)，因此，叠置后的载体10的放片孔11、磨料通孔13都能经导热孔84与热处理炉腔室构成热循环回路，有利于热交换，达到载体内、外受热均衡；增设了间隔平板82后再进行挤压，其平行度、翅曲度、平面度等技术指标都能达到产品使用要求。

Claims (3)

1.一种硅片研磨载体的制作方法，通过剪板机获得与目标载体大小相一致的轧硬带钢片，轧硬带钢片经调平机进行调平后，使卷曲状的轧硬带钢片变成一块平面型的钢片；再经冲压机及其模具，在钢片的中部冲剪出中心孔、以中心孔为定点冲剪出圆周齿件，冲剪齿件中，采用单片、旋转定位、分段冲剪法冲剪齿件，先将一片坯料经中心孔套入一根中心定位杆上，坯料外围的一定位销将坯料定位后，冲压机驱动模具的上模板下行，与下模板合模冲剪出一段齿件，开模后旋转坯料，循环冲剪完成作业；在中心孔与齿件之间的区域冲剪出放片孔和磨料通孔，制得结构及外形与目标载体相一致的坯料；然后，对坯料进行热处理，先将多片坯料经中心孔套入一开有导热孔的调整底板的定位杆中，并使齿件与齿件对齐、当层叠厚度至3-5mm时套入一块开有导热孔的间隔平板，依次层叠，直至最上部套入一块开有导热孔的压板，如此形成整体组件；再将所述整体组件移至液压机，在8-12兆帕压力下加压3-5分钟；最后，将所述整体组件移至热处理箱式炉中，在350℃-380℃温度下恒温控制8-10小时；保温冷却后检验入库。

2.如权利要求1所述的制作方法，其特征是：所述调平采用反向滚压法调平，使卷曲状的轧硬带钢片变成一块平面型的钢片。

3.如权利要求1所述的制作方法，其特征是：对坯料进行热处理，先将多片坯料经中心孔套入一开有导热孔底板的定位杆中，并使齿件与齿件对齐、当层叠厚度至4mm时套入一块开有导热孔的间隔平板，依次层叠，直至最上部套入一块开有导热孔的压板，如此形成整体组件；再将所述整体组件移至液压机，在10兆帕压力下加压4分钟；最后，将所述整体组件移至热处理箱式炉中，在360℃温度下恒温控制9小时。

Images