CN109623629A - 一种用于硬质材料自动化抛光生产线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硬脆材料加工领域，具体涉及一种用于硬质材料自动化抛光生产线。包括抛光机组件；抛光机组件包括多台抛光机，彼此有一定间距且“一”字排列，每台抛光机上放置多个陶瓷盘，每两台抛光机之间通过一个机械手相连；在第一台抛光机之前和最后一台抛光机之后各增设一个机械手，用于上料和下料；抛光液组件包括冷水机及抛光液桶，冷水机连接两道管路，其中一管路与抛光盘的水道相连，另一管路连接抛光液桶，抛光液桶还通过磁力泵连接中心轮组件。本发明结构紧凑，简单实用。保证了抛光布与硅片外圆表面在相对运动时始终处于相切状态，从而使硅片参考面各部位的抛光程度均匀一致，不会出现不规则划伤，能够有效地提高硅片外圆表面的抛光质量。

Description

一种用于硬质材料自动化抛光生产线

技术领域

本发明涉及硬脆材料加工领域，具体涉及一种用于硬质材料自动化抛光生产线。

背景技术

半导体晶片、蓝宝石硅片是广泛用于集成电路、液晶行业等原料。硬脆材料制程工艺分许多步骤，其中化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization简称CMP) 用于从硬脆材料表面去除各种物质。常规的CMP方法使用抛光垫(polishingpad)与待平坦化的硬脆材料旋转接触，同时在硬脆材料和抛光垫之间引入合适的CMP研磨剂，以促进物质的去除在硬脆材料加工的过程中有一道抛光的工序，硬脆材料经过抛光之后会大幅度提升其表面光洁度和表面质量。

近两年由于国内对硬脆材料的抛光设备供不应求，且前期国内抛光设备过于依赖进口，国外为了制约中国抛光设备的发展，对前沿技术都进行了封锁，因此，硬脆材料抛光设备的国产化已经刻不容缓。其次，部分已经国产化抛光设备陶瓷盘上下料均是人工搬运，工作效率低，对工人身体素质要求较高；且抛光机之间是独立运行工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于硬质材料自动化抛光生产线。

为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：

一种用于硬质材料自动化抛光生产线，包括抛光机组件、机械手组件和抛光液组件；

抛光机组件包括多台抛光机，彼此有一定间距且“一”字排列，每台抛光机上放置多个陶瓷盘，陶瓷盘用于放置硬脆材料。每两台抛光机之间通过一个机械手相连；在第一台抛光机之前和最后一台抛光机之后各增设一个机械手，用于上料和下料；

抛光机结构一致，根据硬脆材料平坦度要求，设置不同的工艺参数。抛光机包括通过螺钉连接为一个整体的上、中、下机架，下机架上端面设有抛光盘；抛光盘外缘圆周上的下机架上设有导轮组件、喷水导轮组件和高压清洗单元；抛光盘正上方的上机架下端面上设有抛光组件和通过电机驱动中心轮组件；下机架内设有支撑组件用于对抛光盘进行支撑，设有电机用于对抛光盘进行驱动，上机架内设有固定组件，用于对抛光组件进行固定；

抛光液组件包括冷水机及抛光液桶，冷水机连接两道管路，其中一管路与抛光盘的水道相连，另一管路连接抛光液桶，抛光液桶还通过磁力泵连接中心轮组件。

作为一种改进，导轮组件包括安装座，安装座上设有竖向移动气缸；竖向移动气缸与悬臂安装块相连，悬臂安装块通过悬臂连接导轮头部。

作为一种改进，喷水导轮组件包括导轮结构与设于导轮结构上的万向管，导轮结构与导轮组件的结构相同。

作为一种改进，高压清洗单元包括安装块，安装块下部设置伺服电机；伺服电机上设置连接轴，连接轴上设置摆臂，摆臂头部安装有喷头。

作为一种改进，抛光组件包括抛头，抛头通过固设于上机架内的气缸驱动，使得抛头能沿竖直方向运动。

作为一种改进，中心轮组件包括中心轴，中心轴靠近抛光盘的端部设置塑料导轮。

作为一种改进，机械手组件包括由底板和竖直支撑部组成的L形的支撑架，支撑部上沿竖直方向固设有丝杆，丝杆由电机驱动，丝杆滑块上连接支撑架，支撑架上方通过旋转减速电机连接有横置的机械臂，机械臂前端为通过气缸驱动的头部，头部上连接有吸盘，机械臂后端连接翻转减速电机。

作为一种改进，抛光液桶还连接有PH控制系统。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

1、本发明提出的一种硅片外圆表面抛光装置及抛光方法利用抛光装置自转产生的离心力使抛光布均匀地作用在硅片外圆表面，同时可以通过改变抛光装置的自转速度改变施加在硅片外圆表面的作用力，有利于抛光工艺的调节，大大提升了硅片外圆表面的抛光效率。

2、本发明结构紧凑，简单实用。三种可摆动抛头的抛头分别接触硅片外圆表面的上部分，中间部分和下部分，这种全接触的方式保证了抛光布与硅片外圆表面在相对运动时始终处于相切状态，从而使硅片参考面各部位的抛光程度均匀一致，不会出现不规则划伤，能够有效地提高硅片外圆表面的抛光质量。

附图说明

图1是本发明的抛光生产线布局图。

图2是本发明的工艺流程图。

图3是本发明抛光机轴测图。

图4是本发明抛光过程工作示意图。

图5是本发明的机械手轴测图。

图6是本发明的抛光液系统局部图。

图7是本发明的喷水导轮组件主视图。

图8是本发明的高压清洗主视图。

图9是本发明的中心轮组件主视图。

附图标记：1-机械手组件；2、3、4、5-抛光机；6-抛光液组件；7-下机架；8-中机架；9-上机架；10-抛光盘；11-导轮组件；12-喷水导轮组件；13-高压清洗单元；14- 中心轮组件；15-抛光组件；16-吸盘；17-头部；18-支撑部；19-电机；20-丝杆；21- 旋转减速电机；22-翻转减速电机；23-冷水机；24-磁力泵；25-抛光液桶；26-PH控制系统；27-冷水管。28-安装座；29-竖直气缸；30-悬臂安装块；31-悬臂；32-导轮头部； 33-万向管；34-安装块；35-伺服电机；36-连接轴；37-摆臂；38-喷头；39-中心轴； 40-塑料导轮。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示：一种用于硬质材料自动化抛光生产线，包括五个陶瓷盘搬运机械手1、四台抛光机2、3、4、5和抛光液系统6。四台抛光机2、3、4、5根据硬脆材料平坦度要求，设置不同的工艺参数。抛光机2、3负责粗抛，抛光机4负责中抛，抛光机5负责精抛。机械手1装配于每台抛光机上；抛光机和抛光液系统通过软管相连。

以抛光机2为例，如图2所示，抛光机2包括通过螺钉连接为一个整体的上、中、下机架9、8、7，下机架7上端面设有抛光盘10；抛光盘10外缘圆周上的下机架7上设有导轮组件11、喷水导轮组件12和高压清洗单元13；抛光盘10正上方的上机架9 下端面上设有通过气缸驱动的抛光组件15和通过电机驱动中心轮组件14；下机架7内设有支撑组件用于对抛光盘10进行支撑，设有电机用于对抛光盘10进行驱动，上机架 9内设有固定组件，用于对抛光组件15进行固定；

如图8所示，高压清洗单元13包括安装块34，安装块34下部设置伺服电机35；伺服电机35上设置连接轴36，连接轴36上设置摆臂37，摆臂37头部安装有喷头38；高压清洗单元13的喷嘴喷出高压水幕用于抛光盘10盘面清洗。抛光组件15安装在上机架9下平台上。抛光组件15包括抛头，抛头通过固设于上机架9内的气缸驱动，使得抛头能沿竖直方向运动。中心轮组件14设于抛光盘中心。当四个陶瓷盘在抛光盘10 上，抛光盘10逆时针旋转，抛光组件15气缸驱动抛头向下运动，到达下极限位置压住陶瓷盘，此时抛光组件15上配重块和中间得压缩空气同时将力施加在陶瓷盘上，使抛光的过程中，陶瓷盘上的硬脆材料受力均匀；中心轮组件15电机带动驱动齿轮使中心轮组件外圈顺时针旋转，从而使得塑料导轮旋转。塑料导轮、抛头、导轮组件11和喷水导轮组件12两两相切，抛头依靠和塑料导轮之间的摩擦力、定盘和陶瓷盘之间的摩擦力逆时针旋转，中心轮组件14内部通抛光液，根据工艺参数设置，抛光液以一定速度向抛光盘10盘面供给抛光液，硬质材料在抛光液和摩擦力的作用下，实现抛光减薄功能。

导轮组件11包括安装在安装座28上的竖向移动气缸29；安装座28上设置悬臂安装块30；旋转臂31两端分别与悬臂安装块30和导轮头部32连接。如图7所示，喷水导轮组件12在导轮组件11的基础上增设了万向管33。高压清洗单元13包括安装块34，安装块34下部设置伺服电机35；伺服电机上设置连接轴36，连接轴36上设置摆臂37，摆臂头部安装有喷头38。中心轮组件14包括中心轴39，中心轴39外部设置塑料导轮 40。

如图5所示，机械手组件1包括由底板和竖直支撑部18组成的L形的支撑架，底板底部四角设有万向轮。支撑部18上沿竖直方向固设有丝杆，丝杆端部连接电机19，丝杆滑块上连接支撑架，支撑架上方通过旋转减速电机21连接有横置的机械臂，机械臂前端为通过气缸驱动的头部17，头部17上连接有吸盘16，机械臂后端连接翻转减速电机22。

机械手组件1工作流程如下：机械手头部17和吸盘16由电机19驱动丝杆20实现头部17和吸盘16上下运动，使吸盘16能到达工艺设定高度；机械手头部17水平伸缩气缸前后运动，使吸盘16能到达陶瓷盘所在位置，机械手头部17和吸盘16在丝杆的驱动下向下运动，吸盘16靠近陶瓷盘并抓取陶瓷盘；吸盘16和陶瓷盘上升一定高度后，旋转减速电机21带动吸盘16和陶瓷盘逆时针旋转一定角度；翻转减速电机22实现陶瓷盘180°翻转；旋转减速电机21将翻转之后的陶瓷盘再逆时针旋转一定角度，到达抛光盘10上指定的位置，两次旋转的角度总和为180°，吸盘16下降一定高度并破真空后，陶瓷盘依靠缓冲作用，平稳降落在抛光盘10上；抛光盘10和陶瓷盘之间的摩擦力带动陶瓷盘逆时针运动，四周边导轮下压，实现陶瓷盘定位。

如图6所示，抛光液组件6包括冷水机23及抛光液桶25，冷水机23连接抛光液桶 25里的冷水管27管路，冷水管27与抛光盘10的水道相连，抛光液桶25还通过磁力泵24连接中心轮组件14。抛光液桶25还连接有PH控制系统26。PH控制系统26时时监控抛光液的PH值，当PH值低于工艺设定参数时，会自动调和抛光液PH值。磁力泵24 将抛光液通过管道传送至抛光机中心轮组件14，中心轮组件14向抛光盘10喷洒抛光液。

以上列举的仅是本发明的具体实施例子。对于N台抛光机：一台抛光机上放置n个陶瓷盘，1个陶瓷盘上放置x片硬质材料(N≥2；n≥2；且x≥2)、N+1台机械手及抛光液系统组成的硬脆材料自动化抛光生产线，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于硬质材料自动化抛光生产线，其特征在于，包括抛光机组件、机械手组件和抛光液组件；

所述抛光机组件包括多台抛光机，彼此有一定间距且“一”字排列，每台抛光机上放置多个陶瓷盘，每两台抛光机之间通过一个机械手相连；在第一台抛光机之前和最后一台抛光机之后各增设一个机械手，用于上料和下料；

所述抛光机包括通过螺钉连接为一个整体的上、中、下机架，下机架上端面设有抛光盘；抛光盘外缘圆周上的下机架上设有导轮组件、喷水导轮组件和高压清洗单元；抛光盘正上方的上机架下端面上设有抛光组件和通过电机驱动中心轮组件；下机架内设有支撑组件用于对抛光盘进行支撑，设有电机用于对抛光盘进行驱动，上机架内设有固定组件，用于对抛光组件进行固定；

所述抛光液组件包括冷水机及抛光液桶，所述冷水机连接两道管路，其中一管路与抛光盘的水道相连，另一管路连接抛光液桶，抛光液桶还通过磁力泵连接所述中心轮组件。

2.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，导轮组件包括安装座，安装座上设有竖向移动气缸；竖向移动气缸与悬臂安装块相连，悬臂安装块通过悬臂连接导轮头部。

3.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述喷水导轮组件包括导轮结构与设于导轮结构上的万向管，导轮结构与所述导轮组件的结构相同。

4.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述高压清洗单元包括安装块，安装块下部设置伺服电机；伺服电机上设置连接轴，连接轴上设置摆臂，摆臂头部安装有喷头。

5.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述中心轮组件包括中心轴，中心轴靠近抛光盘的端部设置塑料导轮。

6.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述抛光组件包括抛头，抛头通过固设于上机架内的气缸驱动，使得抛头能沿竖直方向运动。

7.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述机械手组件包括由底板和竖直支撑部组成的L形的支撑架，支撑部上沿竖直方向固设有丝杆，丝杆由电机驱动，丝杆滑块上连接支撑架，支撑架上方通过旋转减速电机连接有横置的机械臂，机械臂前端为通过气缸驱动的头部，头部上连接有吸盘，机械臂后端连接翻转减速电机。

8.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述抛光液桶还连接有PH控制系统。