CN108838870B - 一种半导体晶圆研磨设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体制造技术领域，具体的说是一种半导体晶圆研磨设备，包括研磨片、研磨框、研磨盘、夹紧装置，所述夹紧装置包括固定块、铰接挡板、一号空气弹簧、夹紧块、连接块，所述固定块的一条边上设置一号矩形槽；所述一号矩形槽槽口处铰接一号空气弹簧的一端；所述一号空气弹簧的另一端固定连接铰接挡板的一端；所述铰接挡板另一端相互铰接；所述夹紧块与铰接挡板相对设置，夹紧块一端底部与连接块的一端台肩铰接，夹紧块一端顶部通过弹簧与连接块的一端顶部连接；本发明通过在压缩弹片下方设置二号空气弹簧，二号空气弹簧压缩摆动弹片，通过二号空气弹簧和弹簧配合作用，实现对晶圆进行夹持，且夹持力柔软、可靠。

Description

一种半导体晶圆研磨设备
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体的说是一种半导体晶圆研磨设备。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，晶圆是生产集成电路所用的载体，一般意义晶圆多指单晶硅圆片。晶圆是最常用的半导体材料，按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格，近来发展出12英寸甚至研发更大规格。晶圆越大，同一圆片上可生产的IC就越多，可降低成本；但对材料技术和生产技术的要求更高，例如均匀度等等的问题。晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻技术对晶圆表面的平坦程度的要求越来越高。机械研磨的研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高。
现有技术中也出现了一些半导体晶圆研磨的技术方案，如申请号为201710312993.X的一项中国专利公开了一种用于电子产品制造的晶圆研磨设备，包括有底板、左架、顶板、研磨框、研磨片、调节机构等；底板顶部左侧安装有左架，左架顶端连接有顶板，底板顶部右侧安装有旋转机构，旋转机构上连接有研磨框，研磨框底部连接有调节机构，顶板底部中间安装有升降机构，升降机构底部连接有研磨片。该技术方案能够将不同的晶圆放置于不同的调节机构中，再进行研磨。但是该方案中研磨盘上装夹晶圆的方式不便于晶圆的取出，因此影响加工效率；研磨时晶圆能够在放置槽内滑动，影响晶圆表面的研磨质量；不同直径的晶圆研磨时需要更换研磨盘，换型时间长，影响加工效率。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种半导体晶圆研磨设备，通过在固定块一侧设置铰接挡板和一号空气弹簧，在连接块一侧设置夹紧块，通过夹紧块和铰接挡板的相互配合作用，实现了对晶圆进行可靠的夹紧；通过在夹紧块的另一端顶部铰接斜板，实现了晶圆能够方便进入夹紧块内，进而实现单手装夹晶圆，且装夹效率更高；通过在夹紧块另一端下方设置一号连杆和二号连杆，实现了晶圆在研磨时夹紧块能够锁紧，进一步保证夹紧的可靠性；通过在夹紧块一端下方设置相互啮合的齿条和凸轮，凸轮压紧圆弧形齿条啮合实现快速的调整夹紧块的夹持宽度，实现适用研磨不同直径的晶圆。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种半导体晶圆研磨设备，包括研磨片、研磨框、研磨盘、夹紧装置，所述研磨片设置在研磨框上方，研磨片能够实现上下移动；所述研磨框内设有研磨盘；所述研磨盘由电机驱动旋转，研磨盘上端设有一组夹紧装置；所述夹紧装置用于在研磨时夹持晶圆，夹紧装置在研磨盘上表面呈放射状布置；所述夹紧装置包括固定块、铰接挡板、一号空气弹簧、夹紧块、连接块，所述固定块底面固定连接在研磨盘上，固定块的一条边上设置一号矩形槽；所述一号矩形槽槽口处铰接一号空气弹簧的一端，一号空气弹簧沿一号矩形槽的中心线对称设置；所述一号空气弹簧的另一端固定连接铰接挡板的一端；所述铰接挡板对称设置，两个铰接挡板端头相互铰接；所述夹紧块的一边设置V字形槽，夹紧块与铰接挡板相对设置，夹紧块与铰接挡板相互配合作用实现对晶圆的夹紧；所述夹紧块一端底部与连接块的一端台肩铰接，夹紧块一端顶部通过弹簧与连接块的一端顶部连接；所述连接块与固定块相对设置，连接块底面固定连接在研磨盘的上表面上。工作时，用手按压夹紧块另一端，把晶圆放入夹紧块的V字形槽内，松开按压夹紧块的手，弹簧拉紧夹紧块一端，夹紧块挤压晶圆向铰接挡板一侧移动，晶圆挤压铰接挡板，铰接挡板摆动，一号空气弹簧伸长，当弹簧力与一号空气弹簧的弹力平衡时，晶圆被夹紧；电机带动研磨盘转动，研磨片下降开始研磨晶圆。
优选的，所述夹紧块靠近晶圆一侧设置二号矩形槽；所述二号矩形槽底面上固定连接支撑柱一端；所述支撑柱对称设置，支撑柱另一端铰接摆动弹片的中部；所述摆动弹片对称设置两个，摆动弹片为S形，摆动弹片一端用于压住晶圆，两个摆动弹片的端头通过弹簧连接，两个摆动弹片的中部通过压缩弹片相连；所述压缩弹片为圆弧形，所述摆动弹片对应设置有二号空气弹簧；所述二号空气弹簧设置有两个，两个二号空气弹簧对称设置，二号空气弹簧一端铰接在压缩弹片中部；所述二号空气弹簧的另一端铰接摆动弹片的端头上。工作时，用手按压夹紧块另一端，把晶圆放入夹紧块内的压缩弹片上，松开按压夹紧块的手，晶圆对的反作用力挤压压缩弹片，压缩弹片变形挤压二号空气弹簧一端，二号空气弹簧另一端挤压摆动弹片另一端，摆动弹片摆动，摆动弹片一端压住晶圆，晶圆受力平衡后被夹紧；通过二号空气弹簧和弹簧配合作用，实现对晶圆进行夹持，且夹持力柔软、可靠。
优选的，所述夹紧块的一侧顶部铰接斜板。工作时，斜板用于装夹晶圆时使夹紧块摆动，方便晶圆进入夹紧块内，实现单手即可装夹晶圆，且装夹效率更高。
优选的，所述斜板中部设置三号矩形槽；所述三号矩形槽中部设置旋转轴；所述旋转轴在推杆一端的一字形槽内滑动；所述推杆的另一端铰接一号连杆一端和二号连杆一端；所述一号连杆另一端铰接在连接块上表面中部；所述二号连杆另一端铰接夹紧块另一端底部。工作时，推动晶圆沿斜板滑动，晶圆挤压推杆一端，推杆推动一号连杆和二号连杆摆动，二号连杆带动夹紧块摆动，晶圆移动到夹紧块内，夹紧块对晶圆进行夹紧，夹紧后一号连杆和二号连杆在一条直线上，保证晶圆在研磨时夹紧块能够锁紧，进一步保证夹紧的可靠性。
优选的，所述推杆一端设有滚轮；所述斜板一侧设置按压弹片；所述按压弹片覆盖在滚轮上。工作时，推动晶圆沿斜板滑动，晶圆挤压按压弹片，按压弹片变形，按压弹片挤压滚轮，滚轮推动推杆移动；按压弹片使晶圆更容易沿斜板滑动，推杆一端设置滚轮使按压弹片挤压推杆时更加省力。
优选的，所述所述夹紧块一端底部与动齿条一端铰接；所述动齿条与定齿条通过圆弧形齿啮合；所述定齿条固定连接在连接块的一端台肩上；所述动齿条光面与凸轮接触；所述凸轮转动连接在固定支架一端；所述固定支架另一端固定连接在连接块上表面上。工作时，如果研磨的晶圆直径增大，转动凸轮，使凸轮不再挤压动齿条，移动动齿条后重新与定齿条啮合，旋转凸轮锁紧动齿条；通过凸轮压紧圆弧形齿条啮合实现快速的调整夹紧块的夹持宽度，进而实现适用研磨不同直径的晶圆。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过在固定块一侧设置铰接挡板和一号空气弹簧，在连接块一侧设置夹紧块，通过夹紧块和铰接挡板的相互配合作用，实现了对晶圆进行可靠的夹紧。
2.本发明通过在压缩弹片下方设置二号空气弹簧，二号空气弹簧压缩摆动弹片，通过二号空气弹簧和弹簧配合作用，实现对晶圆进行夹持，且夹持力柔软、可靠。
3.本发明通过在夹紧块的另一端顶部铰接斜板，实现了晶圆能够方便进入夹紧块内，进而实现单手装夹晶圆，且装夹效率更高。
4.本发明通过在夹紧块另一端下方设置一号连杆和二号连杆，实现了晶圆在研磨时夹紧块能够锁紧，进一步保证夹紧的可靠性。
5.本发明通过在夹紧块一端下方设置相互啮合的齿条和凸轮，凸轮压紧圆弧形齿条啮合实现快速的调整夹紧块的夹持宽度，实现适用研磨不同直径的晶圆。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的主视图；
图2是图1中A-A处的剖视图；
图3是图2中B处的放大图及夹紧块的一种结构示意图；
图4是本发明夹紧块的另一种结构示意图；
图中：研磨片1、研磨框2、研磨盘3、夹紧装置4、固定块41、一号矩形槽411、铰接挡板42、一号空气弹簧43、夹紧块44、二号矩形槽441、连接块45、支撑柱51、摆动弹片52、压缩弹片53、二号空气弹簧54、斜板61、三号矩形槽611、旋转轴71、推杆72、一号连杆73、二号连杆74、滚轮81、按压弹片82、动齿条91、定齿条92、凸轮93、固定支架94。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种半导体晶圆研磨设备，包括研磨片1、研磨框2、研磨盘3、夹紧装置4，所述研磨片1设置在研磨框2上方，研磨片1能够实现上下移动；所述研磨框2内设有研磨盘3；所述研磨盘3由电机驱动旋转，研磨盘3上端设有一组夹紧装置4；所述夹紧装置4用于在研磨时夹持晶圆，夹紧装置4在研磨盘3上表面呈放射状布置；所述夹紧装置4包括固定块41、铰接挡板42、一号空气弹簧43、夹紧块44、连接块45，所述固定块41底面固定连接在研磨盘3上，固定块41的一条边上设置一号矩形槽411；所述一号矩形槽411槽口处铰接一号空气弹簧43的一端，一号空气弹簧43沿一号矩形槽411的中心线对称设置；所述一号空气弹簧43的另一端固定连接铰接挡板42的一端；所述铰接挡板42对称设置，两个铰接挡板42端头相互铰接；所述夹紧块44的一边设置V字形槽，夹紧块44与铰接挡板42相对设置，夹紧块44与铰接挡板42相互配合作用实现对晶圆的夹紧；所述夹紧块44一端底部与连接块45的一端台肩铰接，夹紧块44一端顶部通过弹簧与连接块45的一端顶部连接；所述连接块45与固定块41相对设置，连接块45底面固定连接在研磨盘3的上表面上。工作时，用手按压夹紧块44另一端，把晶圆放入夹紧块44的V字形槽内，松开按压夹紧块44的手，弹簧拉紧夹紧块44一端，夹紧块44挤压晶圆向铰接挡板42一侧移动，晶圆挤压铰接挡板42，铰接挡板42摆动，一号空气弹簧43伸长，当弹簧力与一号空气弹簧43的弹力平衡时，晶圆被夹紧；电机带动研磨盘3转动，研磨片1下降开始研磨晶圆。
作为本发明的一种实施方案，所述夹紧块44靠近晶圆一侧设置二号矩形槽441；所述二号矩形槽441底面上固定连接支撑柱51一端；所述支撑柱51对称设置，支撑柱51另一端铰接摆动弹片52的中部；所述摆动弹片52对称设置两个，摆动弹片52为S形，摆动弹片52一端用于压住晶圆，两个摆动弹片52的端头通过弹簧连接，两个摆动弹片52的中部通过压缩弹片53相连；所述压缩弹片53为圆弧形，所述摆动弹片52对应设置有二号空气弹簧54；所述二号空气弹簧54设置有两个，两个二号空气弹簧54对称设置，二号空气弹簧54一端铰接在压缩弹片53中部；所述二号空气弹簧54的另一端铰接摆动弹片52的端头上。工作时，用手按压夹紧块44另一端，把晶圆放入夹紧块44内的压缩弹片53上，松开按压夹紧块44的手，晶圆对的反作用力挤压压缩弹片53，压缩弹片53变形挤压二号空气弹簧54一端，二号空气弹簧54另一端挤压摆动弹片52另一端，摆动弹片52摆动，摆动弹片52一端压住晶圆，晶圆受力平衡后被夹紧；通过二号空气弹簧54和弹簧配合作用，实现对晶圆进行夹持，且夹持力柔软、可靠。
作为本发明的一种实施方案，所述夹紧块44的一侧顶部铰接斜板61。工作时，斜板61用于装夹晶圆时使夹紧块44摆动，方便晶圆进入夹紧块44内，实现单手即可装夹晶圆，且装夹效率更高。
作为本发明的一种实施方案，所述斜板61中部设置三号矩形槽611；所述三号矩形槽611中部设置旋转轴71；所述旋转轴71在推杆72一端的一字形槽内滑动；所述推杆72的另一端铰接一号连杆73一端和二号连杆74一端；所述一号连杆73另一端铰接在连接块45上表面中部；所述二号连杆74另一端铰接夹紧块44另一端底部。工作时，推动晶圆沿斜板61滑动，晶圆挤压推杆72一端，推杆72推动一号连杆73和二号连杆74摆动，二号连杆74带动夹紧块44摆动，晶圆移动到夹紧块44内，夹紧块44对晶圆进行夹紧，夹紧后一号连杆73和二号连杆74在一条直线上，保证晶圆在研磨时夹紧块44能够锁紧，进一步保证夹紧的可靠性。
作为本发明的一种实施方案，所述推杆72一端设有滚轮81；所述斜板61一侧设置按压弹片82；所述按压弹片82覆盖在滚轮81上。工作时，推动晶圆沿斜板61滑动，晶圆挤压按压弹片82，按压弹片82变形，按压弹片82挤压滚轮81，滚轮81推动推杆72移动；按压弹片82使晶圆更容易沿斜板61滑动，推杆72一端设置滚轮81使按压弹片82挤压推杆72时更加省力。
作为本发明的一种实施方案，所述所述夹紧块44一端底部与动齿条91一端铰接；所述动齿条91与定齿条92通过圆弧形齿啮合；所述定齿条92固定连接在连接块45的一端台肩上；所述动齿条91光面与凸轮93接触；所述凸轮93转动连接在固定支架94一端；所述固定支架94另一端固定连接在连接块45上表面上。工作时，如果研磨的晶圆直径增大，转动凸轮93，使凸轮93不再挤压动齿条91，移动动齿条91后重新与定齿条92啮合，旋转凸轮93锁紧动齿条91；通过凸轮93压紧圆弧形齿条啮合实现快速的调整夹紧块44的夹持宽度，进而实现适用研磨不同直径的晶圆。
工作时，推动晶圆沿斜板61滑动，晶圆挤压按压弹片82，按压弹片82变形，按压弹片82挤压滚轮81，滚轮81推动推杆72移动；按压弹片82使晶圆更容易沿斜板61滑动，推杆72一端设置滚轮81使按压弹片82挤压推杆72时更加省力；推杆72推动一号连杆73和二号连杆74摆动，二号连杆74带动夹紧块44摆动，晶圆移动到夹紧块44内；晶圆对的反作用力挤压压缩弹片53，压缩弹片53变形挤压二号空气弹簧54一端，二号空气弹簧54另一端挤压摆动弹片52另一端，摆动弹片52摆动，摆动弹片52一端压住晶圆；通过二号空气弹簧54和弹簧配合作用，实现对晶圆进行夹持，且夹持力柔软、可靠；弹簧拉紧夹紧块44一端，夹紧块44挤压晶圆向铰接挡板42一侧移动，晶圆挤压铰接挡板42，铰接挡板42摆动，一号空气弹簧43伸长，当弹簧力与一号空气弹簧43的弹力平衡时，晶圆被夹紧；夹紧后一号连杆73和二号连杆74在一条直线上，保证晶圆在研磨时夹紧块44能够锁紧，进一步保证夹紧的可靠性；电机带动研磨盘3转动，研磨片1下降开始研磨晶圆；如果研磨的晶圆直径增大，转动凸轮93，使凸轮93不再挤压动齿条91，移动动齿条91后重新与定齿条92啮合，旋转凸轮93锁紧动齿条91；通过凸轮93压紧圆弧形齿条啮合实现快速的调整夹紧块44的夹持宽度，进而实现适用研磨不同直径的晶圆。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，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 (6)

1.一种半导体晶圆研磨设备，其特征在于：包括研磨片(1)、研磨框(2)、研磨盘(3)、夹紧装置(4)，所述研磨片(1)设置在研磨框(2)上方，研磨片(1)能够实现上下移动；所述研磨框(2)内设有研磨盘(3)；所述研磨盘(3)由电机驱动旋转，研磨盘(3)上端设有一组夹紧装置(4)；所述夹紧装置(4)用于在研磨时夹持晶圆，夹紧装置(4)在研磨盘(3)上表面呈放射状布置；所述夹紧装置(4)包括固定块(41)、铰接挡板(42)、一号空气弹簧(43)、夹紧块(44)、连接块(45)，所述固定块(41)底面固定连接在研磨盘(3)上，固定块(41)的一条边上设置一号矩形槽(411)；所述一号矩形槽(411)槽口处铰接一号空气弹簧(43)的一端，一号空气弹簧(43)沿一号矩形槽(411)的中心线对称设置；所述一号空气弹簧(43)的另一端固定连接铰接挡板(42)的一端；所述铰接挡板(42)对称设置，两个铰接挡板(42)端头相互铰接；所述夹紧块(44)的一边设置V字形槽，夹紧块(44)与铰接挡板(42)相对设置，夹紧块(44)与铰接挡板(42)相互配合作用实现对晶圆的夹紧；所述夹紧块(44)一端底部与连接块(45)的一端台肩铰接，夹紧块(44)一端顶部通过弹簧与连接块(45)的一端顶部连接；所述连接块(45)与固定块(41)相对设置，连接块(45)底面固定连接在研磨盘(3)的上表面上。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆研磨设备，其特征在于：所述夹紧块(44)靠近晶圆一侧设置二号矩形槽(441)；所述二号矩形槽(441)底面上固定连接支撑柱(51)一端；所述支撑柱(51)对称设置，支撑柱(51)另一端铰接摆动弹片(52)的中部；所述摆动弹片(52)对称设置两个，摆动弹片(52)为S形，摆动弹片(52)一端用于压住晶圆，两个摆动弹片(52)的端头通过弹簧连接，两个摆动弹片(52)的中部通过压缩弹片(53)相连；所述压缩弹片(53)为圆弧形，所述摆动弹片(52)对应设置有二号空气弹簧(54)；所述二号空气弹簧(54)设置有两个，两个二号空气弹簧(54)对称设置，二号空气弹簧(54)一端铰接在压缩弹片(53)中部；所述二号空气弹簧(54)的另一端铰接摆动弹片(52)的端头上。
3.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆研磨设备，其特征在于：所述夹紧块(44)的一侧顶部铰接斜板(61)。
4.根据权利要求3所述的一种半导体晶圆研磨设备，其特征在于：所述斜板(61)中部设置三号矩形槽(611)；所述三号矩形槽(611)中部设置旋转轴(71)；所述旋转轴(71)在推杆(72)一端的一字形槽内滑动；所述推杆(72)的另一端铰接一号连杆(73)一端和二号连杆(74)一端；所述一号连杆(73)另一端铰接在连接块(45)上表面中部；所述二号连杆(74)另一端铰接夹紧块(44)另一端底部。
5.根据权利要求4所述的一种半导体晶圆研磨设备，其特征在于：所述推杆(72)一端设有滚轮(81)；所述斜板(61)一侧设置按压弹片(82)；所述按压弹片(82)覆盖在滚轮(81)上。
6.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆研磨设备，其特征在于：所述夹紧块(44)一端底部与动齿条(91)一端铰接；所述动齿条(91)与定齿条(92)通过圆弧形齿啮合；所述定齿条(92)固定连接在连接块(45)的一端台肩上；所述动齿条(91)光面与凸轮(93)接触；所述凸轮(93)转动连接在固定支架(94)一端；所述固定支架(94)另一端固定连接在连接块(45)上表面上。
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