CN109773640A - 一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，包括：S1：半导体晶棒上料，并将半导体晶棒状态改变为竖立；S2：将半导体晶棒由上料平台转运至竖向定位装置；S3：对半导体晶棒实施竖向定位；S4：将半导体晶棒由竖向定位装置中转运至磨削装置处进行磨削加工；S5：对磨削完成的半导体晶棒进行内部晶向分析；S6：对完成内部晶向分析的半导体晶棒进行割槽加工；S7；卸载加工完成的半导体晶棒。通过本加工方法有效的简化了半导体晶棒加工前的定位步骤，减少了定位所需的约束数量，从而提升了加工效率，减少了误差的累计；同时该种加工方法还能有效的提升半导体晶棒的利用率，降低生产成本。

Description

一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，特别是一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法。

背景技术

半导体晶棒滚圆、开槽是半导体加工过程中非常重要的一步加工步骤。而在对半导体晶棒加工前，半导体晶棒能否精准定位将极大的影响到后续滚圆过程中半导体晶棒的利用率高低。现有的半导体滚圆开槽机采用卧式加工的方式，而该种加工方式在精准定位半导体晶棒时往往需要校准半导体晶棒的X轴及Y轴状态，该种精准方式操作反锁，效率低下。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆、开槽方法，以达成半导体晶棒高效、准确的滚圆、割槽加工。

为实现上述目的及其他相关目的，一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，包括：

S1：半导体晶棒上料，并将半导体晶棒状态改变为竖立；

S2：将半导体晶棒由上料平台转运至竖向定位装置；

S3：对半导体晶棒实施竖向定位；

S4：将半导体晶棒由竖向定位装置中转运至磨削装置处进行磨削加工；

S5：对磨削完成的半导体晶棒进行内部晶向分析；

S6：对完成内部晶向分析的半导体晶棒进行割槽加工；

S7；卸载加工完成的半导体晶棒。

在本实施例中，当需要连续对多个半导体晶棒进行滚圆开槽作业时，重复上述S1～S7步骤即可。

本发明通过上述加工方法，有效的简化了半导体晶棒加工前的定位步骤，减少了定位所需的约束数量，从而提升了加工效率，减少了误差的累计；同时该种加工方法还能有效的提升半导体晶棒的利用率，降低生产成本。

详细的，在上述步骤S1中半导体晶棒上料，并将半导体晶棒状态改变为竖立的步骤包括：

S11：备料，并调整半导体晶棒至可推入上料平台状态；

S12：导入半导体晶棒至上料平台并使其一端端面与上料平台托架相接触；

S13：将导入的半导体晶棒固定在上料平台上；

S15：整体90°翻转上料平台并带动半导体晶棒由横卧至竖立状态。

详细的，在上述S2步骤中将半导体晶棒由上料平台转运至竖向定位装置的步骤包括：

S21：驱动转运装置至上料平台处准备夹取半导体晶棒；

S22：驱动转运装置微调进入转运装置并使转运装置的万向承载台、压紧装置处于半导体晶棒上下两端；

S23：下降压紧装置，对半导体晶棒实施夹紧作业；

S24：上料平台松开半导体晶棒；

S25：转运装置将半导体晶棒带离上料平台；

S26：上料平台回复至初始水平位置；

S27：半导体晶棒在转运装置带动下送入至竖向定位装置中。

详细的，在上述S3步骤中对半导体晶棒实施竖向定位的步骤包括：

S31：上夹紧装置在在夹爪调节装置驱动下实现竖向升降并通过上夹紧装置上的对射传感器测出半导体晶棒长度，并调整上夹紧装置位置高度以适应不同长度的半导体晶棒；

S32：上夹紧装置、下夹紧装置同步合拢对半导体晶棒进行强迫性矫正，时半导体晶棒轴线与竖向定位装置的中心轴线高度重合，以达到磨削所需定位要求；

S33：压紧装置上升脱离半导体晶棒上部端面；

S34：锁止装置动作锁死锁定链轮使下夹紧装置与传动链条之间能够同步升降；

S35：夹爪调节装置动作，带动上夹紧装置、下夹紧装置及被上夹紧装置、下夹紧装置夹持的半导体晶棒同步上升至一定高度；

S36：夹爪调节装置动作，传动链条快速反向转动，带动被竖向定位装置夹持的半导体晶棒快速下降并重击在万向承载台上，从而迫使万向承载台的万向调节部分作出适应半导体晶棒下部端面倾斜角度的角度改变；

S37：压紧装置下降使压紧盘抵压在半导体晶棒上部端面上并通过较大的压力迫使压紧盘的万向调节部分作出适应半导体晶棒上部端面的角度调整，此时竖向定位完成。

详细的，上述步骤S4中将半导体晶棒由竖向定位装置中转运至磨削装置处进行磨削加工的步骤包括：

S41：将半导体晶棒转运至磨削装置附近；

S42：通过调整转运装置，实现半导体晶棒粗磨前的对刀；

S43：转动半导体晶棒、组合砂轮，驱动转运装置沿X轴方向进刀，驱动磨头升降装置实现组合砂轮的升降，从而进行粗磨加工；

S44：粗磨加工完成后，驱动转运装置进行精磨加工前对刀；

S45：转动半导体晶棒、组合砂轮，驱动转运装置沿X轴方向进刀，驱动磨头升降装置实现组合砂轮的升降，从而进行精磨加工。

详细的，上述S6步骤中对完成内部晶向分析的半导体晶棒进行割槽加工的步骤包括：

S61：驱动转运装置，实现半导体晶棒割槽前的对刀；

S62：根据所测得晶向数据转动半导体晶棒至所需切割位置；

S63：转动砂轮驱动电机并带动组合砂轮转动；

S64：驱动转运装置实现半导体晶棒割槽所需的Y轴方向进刀；驱动驱动磨头升降装置实现组合砂轮的升降，从而进行割槽加工。

详细的，上述S7步骤中，卸载加工完成的半导体晶棒的步骤包括：

S71：驱动转运装置并带动半导体晶棒至卸料平台处；

S72：翻转卸料平台90°至竖立状态；

S73：调整转运装置位置以将半导体晶棒送入至卸料平台中；

S74：驱动旋转气缸动作以将半导体晶棒固定在卸料平台上；

S75：抬升压紧装置使转运装置与半导体晶棒脱离接触，随后转运装置移出卸料平台；

S76：整体翻转卸料平台90°至水平；

S78：驱动旋转气缸回复至初始状态，半导体晶棒脱离卸料平台的固定；

S79：将半导体晶棒从卸料平台上推入至运料小车中。

附图说明

图1是本发明的带有护罩的立体结构示意图；

图2是本发明去除护罩后的立体结构示意图；

图3是本发明去除护罩后的另一视角的结构示意图；

图4是本本发明的正视图；

图5是本发明的左视图；

图6是本发明的俯视图；

图7是竖向固定装置的结构示意图；

图8是竖向固定装置另一视角的结构示意图；

图9是半导体晶棒装夹在竖向固定装置上时的状态示意图；

图10是半导体晶棒装夹在竖向固定装置上时的俯视图；

图11是夹爪调节装置的结构示意图；

图12是夹爪调节装置的后视图；

图13是半导体晶棒装夹在转运装置上时的状态示意图；

图14是半导体晶棒装夹在转运装置上时的另一视角的状态示意图；

图15是组合砂轮的结构示意图；

图16是组合砂轮的剖面示意图；

图17a～17c是组合砂轮的剖面示意图以及作用在半导体晶棒上时与半导体晶棒之间的相对位置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

参阅图1至图6所示，本发明的一种半导体晶棒立式滚圆开槽机，包括机座1000，在机座上则沿X轴方向依序的设置有上料平台2000、竖向定位装置3000、晶向定位仪4000、磨削装置5000、卸料平台6000以及将半导体晶棒在各个工作区内转运并驱动半导体晶棒在滚圆时转动的转运装置7000。

参阅图2、图3所示，上料平台包括一翻转机构2100，该翻转机构与机座铰接并在液压缸(图中未示出)的驱动下实现90°翻转。同时，在该翻转机构2100上设置有两排X轴方向延伸的转动轮组2200以便于将半导体晶棒9000导入至上料平台中。在翻转机构的侧旁设置有两个固定装置2300，该固定装置包括一根压紧杆2310以及一个固定在翻转机构2100上的旋转气缸2320组成，上料时旋转气缸驱动压紧杆转动至翻转机构2100上方，并驱动压紧杆回缩转动到位后的压紧杆至抵压在半导体晶棒9000上以将半导体晶棒固定在上料平台上，同时在翻转机构的下方还设置有托架2110，用于承托被竖立起来的半导体晶棒防止其从上料平台2000下方掉落，以及限定半导体晶棒在被竖立起来后其下端面的最低下限位，优选的，该托架上设置有一半圆形凹口，以便于转运时转运装置7000对半导体晶棒9000下端面的承托。

当半导体晶棒翻转90°后，转运装置7000动作，移动至上料平台处夹紧位于半导体晶棒两端，于此同时，上料平台2000中的固定装置2300回复至初始位置以松开半导体晶棒。然后半导体晶棒9000被带离上料平台；上料平台翻转90°回复至初始位置。

参阅图图2、图3、图13及图14所示；转运装置7000包括，能够在机座上实施XY平面内水平移动的XY平面驱动装置7100，该XY平面驱动装置由一个与机座1000滑动连接并可在机座上沿X轴方向移动的X轴滑台7110以及设置在X轴滑台上并可沿Y轴方向移动的Y轴滑台7120组成。第一机架7200固定在Y轴滑台上，通过XY平面驱动装置7100调整其位于XY平面内的精确坐标。万向承载台7300可转动的设置在第一机架7100的底部。同时，在本实施例中，上述的万向承载台中的万向调节部分与其本体之间存在较大的阻尼(即万向调节部分必须在半导体晶棒重压下才会发生适应半导体晶棒端面角度的偏转，而在随半导体晶棒转动时则不会在半导体晶棒与万向承载台本体之间的相对转动)。

在万向承载台的上部设置有一压紧装置7400，用于将落位在万向承载台7200上的半导体晶棒9000夹紧。该压紧装置的详细结构为：一个设置在万向承载台上方的且同样具有端面万向调节功能的压紧盘7410，压紧盘与下方的万向承载台共轴线，且在与其连接的旋转驱动7420的驱动下带动半导体进帮转动。同时该旋转驱动固定在可沿Z轴轴向升降的压紧机构7430上，以实现对半导体晶棒9000的夹紧固定。在具体实施方式中，旋转驱动可以为伺服电机、步进电机等。

详细的，该压紧机构包括具体结构包括，固定设置在第一机架7200顶部的压紧驱动机构7430，该压紧驱动机构由一伺服电机7431及一第二减速机7432组成，在该第二减速机的输出轴上则固定连接有一随输出轴转动的丝杆7433，该丝杆纵向设置。同时在第一机架7200上还水平的设置有一压紧臂梁7434，其一端与丝杆螺接，并可在转动的丝杆驱动下实现精准的上下移动，一端固定的上表面固定安装有旋转驱动7420，并带动与旋转驱动7420固定连接的压紧盘7410同步升降。在本实施例中，优选的，为了保证压紧臂梁在被丝杆驱动的过程中自身不会发生旋转，压紧臂梁与第一机架之间通过滑槽与滑轨形式。

在实际使用中，万向承载台和压紧盘在安装过程中难免会出现同心度不够的情况，而为了能够改善该种情况以使其能够在使用时能够随时保持万向承载台7300与压紧盘7410共轴转动，在万向承载台的底部设置有一调节平台7500。该调节平台包括：Y轴调节台7510，该Y轴调节台与第一机架的底部滑动连接通过T形滑槽实现滑动连接，用于调节其与第一机架之间在Y轴方向上的相对位置；以及一滑动安装在Y轴调节台7510上的X轴调节台7520，该X轴调节台与Y轴调节台之间同样通过T形槽滑动连接并且X轴滑台可在Y轴滑台上进行X轴方向位置的调节。同时在第一机架的底部设置有至少四个调节螺钉7530，分设在调节平台的四周，通过旋转拧转调节螺钉实现轴伸长度的改变，进而起到对X轴滑台和Y轴滑台定位调节。

已知，半导体晶棒截断时因为工艺及加工方式问题，必然会出现其两端的端面与自身的中心轴线垂直度不够，从而使得转运装置在装夹半导体晶棒时必然存在Z轴方向的偏转。因此在滚圆半导体晶棒前为了提升半导体晶棒的利用率，必然要对其进行Z轴方向的精确定位。

如上述所述，当半导体晶棒9000被转运装置7000带离上料平台后，通过调节XY平面驱动装置7100的位置，将半导体晶棒送入至竖向定位装置中，竖向定位装置随即对该半导体晶棒9000进行定位。

结合图2、图3、图7～图10所示，竖向定位装置3000包括：第二机架3100、竖向固定装置3200以及夹爪调节装置3300。其中，第二机架固定设置在机座1000上，竖向固定装置则包括可在夹爪调节装置驱动下各自独立升降的上夹紧装置3210和下夹紧装置3220。

详细的，上夹紧装置包括与第二机架3100滑动连接的第一刀架3211。该第一刀架呈凹字型，其开口面向转运装置以方便半导体晶棒的进入。在第一刀架凹口两侧的悬臂上相正对的安装有两个用于定位以及夹紧半导体晶棒的夹爪3212,以及两个相正对的用于测量半导体晶棒上部端面位置的对射传感器3215,。其中，为了更加准全的定位半导体晶棒，使之能够在定位后与转运装置7000中的万向承载台以及压紧盘的转轴同轴度更高，两个夹爪的想对面上设置有一用于引导半导体晶棒趋向两个夹爪中心的V形凹槽3212a。优选的，该V形凹槽3212a的两条斜边为对称设置，且与V形凹槽的槽底之间的夹角范围在120°～150°。而该角度的最优选择则为135°，此时两条斜边之间的夹角为90度，则可保证半导体晶棒的周圈上能够均匀的受到四个互为九十度均衡的径向推力，从而提升半导体晶棒定位的精度。同时在第一刀架上还固定的安装有一夹爪驱动装置3213，该夹爪驱动装置能够驱动与之连接的两个夹爪作同步的相对运动，即同步张开或者同步合拢。在本实施例中，对射传感器用于后续半导体晶棒高度的测量以及检测半导体晶棒是否进入至竖向定位装置中；

而下夹紧装置3220则包括一与第二机架3100滑动连接的第二刀架3221，该第二刀架位于第一刀架下方且水平设置，同时该第二刀架结构同样呈开口面向转运装置7000的“凹”字形。在第二刀架的两个伸出的悬臂上同样相正对的安装有两个用于定位以及夹紧半导体晶棒的夹爪3212,以及两个相正对的用于测量半导体晶棒上部端面位置的对射传感器3215,。并且在第二刀架上也同样安装有夹爪驱动装置3213，用于驱动两个夹爪同步的张开或者合拢。在本实施例中，对射传感器用于检测半导体晶棒是否进入至竖向定位装置中。

在本实施例中，当半导体晶棒被转运装置送入到位后，上夹紧装置上升，并通过对射传感器测得半导体晶棒的上端坐标数值，并通过所测得数据换算出半导体晶棒长度以确定下一步上夹紧位置定位和固定半导体晶棒时的夹持位置。

当半导体晶棒的长度测得，且上、下夹紧装置的夹持位置确定后，上夹紧装置3210、下夹紧装置3220工作，二者的两个夹爪3212同步的合拢。当合拢至一定位置时，上夹紧装置中的一个夹爪以及下夹紧装置中的一个夹爪必然与半导体晶棒一侧的倾斜面先行接触并对接触处施加一个持续的径向推力，随着上、下夹紧装置中夹爪组的持续合拢，半导体晶棒被慢慢矫正，直至上、下夹紧装置中的夹爪组合拢到位后(即两个夹爪中的四个斜面全都夹持在半导体晶棒的侧立面上)，此时半导体晶棒中线轴线的Z轴精确定位完成。

在本实施例的基础上，为了防止在定位校准的过程中夹爪组3212合拢时碰伤半导体晶棒，在夹爪3212a的两个斜面上分别设计有一块压紧块3214，该压紧块的材质为聚氨酯材质。(聚氨酯具有较大的刚性，在夹爪组与半导体晶棒的挤压下不会发生较大的形变，从而影响半导体晶棒的定位校准精度，且聚氨酯与半导体晶棒之间可产生较大的摩擦力，使的竖向固定装置能够较好的固定半导体晶棒。防止其出现滑动等现象。

结合图7和图12所示，在本实施例中，夹爪驱动装置3213包括：第一驱动单元3213a(具体实施方式中，该第一驱动单元可以为伸缩气缸、液压缸等具有轴向伸缩功能的驱动装置)。以伸缩气缸为例，伸缩气缸的伸缩杆的端部与两个夹爪3212中的其中一个固定连接，并将该夹爪作为主动夹爪，而伸缩气缸的缸体则分别固定在相应的第一刀架3211、第二刀架3221上。同时在两个夹爪上均水平的设置有一传动齿条3213b，在这两条传动齿条之间则设置有分别与这两条传动齿条相啮合的传动齿轮3213c。当需要夹住组合拢时，伸缩气缸的伸缩杆伸出，驱动与之连接的夹爪相另一夹爪靠拢，此时作为主动的夹爪通过两条传动齿条及传动齿轮的传动，带动另一从动的夹爪3212向主动夹爪靠拢以实现夹爪组的同步合拢。而当两个夹爪需要张开时，只需反向操作，即缩回伸缩气缸的伸缩杆即可完成。在本实施例中，优选的，为了保证传动的稳定性以及传动齿条3213b与传动齿轮采用斜齿结构。

在上述实施例的基础上，优选的，为了保证上夹紧装置3210及下夹紧装置3220在第二机架3100上的升降时的稳定性，在第二机架上纵向的设置有至少一条的纵向滑轨3110，而在第一刀架3211及第二刀架3221上则分别设置有与之相适配的纵向滑槽3211a；

进一步地，为了能够保证夹爪3212在第一刀架、第二刀架上的稳定，防止出现被半导体晶棒过重而导致的夹爪变形，第一刀架3211、第二刀架3221上分别水平的设置有至少一条的水平滑轨3211b，而在夹爪3212上则设置有与之适配的水平滑轨相适配的水平滑槽3212b。

上述半导体晶棒定位过程中为半导体晶棒长度测量而所需的上夹紧装置3210升降、下夹紧装置3220升降功能均通过夹爪调节装置3300实现。

结合图11、图12所示，夹爪调节装置3300包括：升降装置3310、锁止装置3320。

其中，升降装置的详细结构为，一台安装在第二机架3100顶部的驱动电机3311、与驱动电机连接的第一减速机3312；一条纵向设置的传动链条3313，该传动链条绕设在上下分布的两个链轮上。上述两个链轮中位于上方的链轮固定在第一减速机输出轴的轴端上，而下方的链轮则可转动的固定在第二机架3100的底部。在具体实施方式上，驱动电机3311可以为实施精确传动的步进电机、伺服电机等。

而锁止装置3320则包括锁定链轮3321和锁止机构3322，其中锁定链轮可转动的安装在第二刀架3221上，且与传动链条相啮合。锁止机构则同样固定在第二刀架上并通过与锁定链轮之间的结合、脱离来控制锁定链轮与传动链条之间的相对状态(即锁定链轮锁止在传动链条上或锁定链轮可相对传动链条转动)。

在具体实施方式上，锁止机构3322的详细结构为：包括一台固定安装在第二刀架上的锁紧气缸3323，该锁紧气缸的伸缩杆可沿锁定链轮的径向伸缩，同时在锁紧气缸的伸缩杆的端部上固定有一锁止部3324，该锁止部外部轮廓为矩形块结构，在该锁止部靠近锁定链轮一侧设置有一插销，当锁止部被锁紧气缸带动伸入锁定链轮时，锁定链轮卡死锁定链轮，使之与传动链条之间不再产生相对转动。此时，下夹紧装置随传动链条同步的升降。

同时，在具体实施过程中，因为锁止部3324在进入锁定链轮后，其所受的来自锁定链轮的作用力较大，容易导致锁紧气缸的伸缩杆在长时间的受力过程中产生形变，影响锁紧气缸的使用寿命。为了解决该问题，在第二刀架3221上还固定的设置有一保持部3325，该保持部由两块压板构成，分设在锁止部的两侧，且与第二刀架之间形成一平行于锁止气缸伸缩方向的滑动通道，锁止部可滑动的设置在该滑动通道中。当锁止部受到来自锁定链轮的较大作用力而要改变锁紧气缸的伸缩杆形态时，保持部压制在锁止部上方，起到一个稳定作用。

在其他可实现方式中，该保持部3325还可以是一沿着锁止部运动轨迹方向设置的长方块，在该长方块中设置有一滑槽，锁止部滑动设置在该滑槽中，并沿着锁定链轮径向的运动。

进一步地，已知，在某些情况下，传动链条在传动过程中可能会出现抖动情况，导致传动链条与锁定链轮之间脱离啮合，从而使得下夹紧装置与传动链条之间脱离连接。为了消除该种情况出现的可能。锁止机构中还设置了一个防脱离机构3326，该防脱离机构为U型结构，其两条平行侧边固定在第二刀架3221上以使防脱离机构能够随下夹紧装置同步升降，而位于底部的防脱离机构3326的槽底则与传动链条相贴近。当传动链条抖动而即将与锁定链轮脱离啮合时，防脱离机构的槽底则必然对传动链条施加一个朝向锁定链轮径向的作用力，从而阻挡挡传动链条从锁定链轮上脱离。

由上述可知，当半导体晶棒被上夹紧装置3210、下夹紧装置3220夹持并定位完成后，转运装置7000中的压紧装置7400上升与半导体晶棒的上端面脱离接触，而后半导体晶棒在竖向定位装置的作用下先整体抬升至离开万向承载台7300台面一定距离，然后再在竖向竖向定位装置驱动下快速下落到万向承载台上，从而对万向承载台中的万向调节部分产生一个较大的冲击力，从而强迫该万向调节部分发生适应半导体晶棒下部端面切斜角度的角度转换，最后压紧装置中的压紧盘在压紧驱动装置作用的强压下，压紧盘的万向调节部分也发生适应半导体晶棒上部端面切斜角度的角度转换。此时转运装置夹紧半导体晶棒9000完成，可进行下一步的半导体磨削作业。

结合图3、图15所示，磨削装置5000包括：固定设置在机座1000上的魔头升降装置5100、固定在魔头升降装置上并在魔头升降装置的驱动下实现升降功能的砂轮驱动电机5200，以及固定安装在砂轮驱动电机的输出端上并随其共同升降的组合砂轮5300。在本实施例中，组合砂轮具有粗磨、精磨、开槽功能；当需要对半导体晶棒实时粗磨、精磨作业时，通过转运装置7000调整半导体晶棒与组合砂轮5300之间的相对位置，使得转动的半导体晶棒与转动且上下移动中的组合砂轮中的粗磨工作区及精磨工作区相接触，以达到组合砂轮5300对半导体晶棒9000的外侧壁产生磨削作业。

而当需要割槽时，则需先将粗磨和精磨完毕的半导体晶棒转运至径向定位仪4000处进行内部晶相结构的测定，并在测定后转动半导体晶棒至所需割槽位置，而后通过转动的组合砂轮进行纵向的割槽作业。

具体的，结合图17a～17c所示，为使组合砂轮具有上述的粗磨、精磨、割槽功能，如图15所示，组合砂轮5300依次包括直径依序增大的精磨砂轮本体5310、粗磨砂轮本体5320、切割砂轮本体5330。其中，精磨砂轮本体和精磨砂轮本体都安装在切割砂轮本体上，且精磨砂轮本体轴向突出于粗磨砂轮本体，三者呈阶梯状排布。而切割砂轮本体则与砂轮驱动电机的输出端固定连接。与此同时，精磨砂和粗磨砂轮面向半导体晶棒的一面上分别设置有相对应的精磨砂圈5340、粗磨砂圈5350；而在切割砂轮本体的轮缘上则设置有切割砂圈5360。

在实际使用过程中，因为半导体晶棒9000硬度较高，容易造成组合砂轮的中精磨砂轮本体5310与切割砂轮本体5330之间，粗磨砂轮本体5320与切割砂轮本体5330之间，均通过螺栓实现可拆卸连接。从而方便工人对使用过程中磨损严重的部分作出更换。同时上述组合砂轮整体可拆卸的安装在砂轮驱动电机5200的输出端上。

在上述实施例的基础上，为了能够保证组合砂轮中的精磨砂轮本体、粗磨砂轮本体、切割砂轮本体在装配在一起后的同心度，在切割砂轮本体与精磨砂轮本体及粗磨砂轮本体相接处的一面上，分别设置有第一定位圈5331和第二定位圈5332。这两个定位圈均凹设与切合砂轮本体上，且与切割砂轮本体同心设置。同时在精磨砂轮本体面向切割砂轮本体的一侧则设置有与精磨砂轮本体同心的第一定位台阶5311，安装时，第一定位台阶嵌套在第一定位圈中，以保证精磨砂轮本体与切割砂轮本体之间的同心度。而粗磨砂轮本体面向切割砂轮本体的一侧则设置有与粗磨砂轮本体同心的第二定位台阶5321，安装时，该第二定位台阶嵌套在第二定位圈中，以保证粗磨砂轮本体与切割砂轮本体的同心度。同时上述结构也有利于工更换部件是的快速找准。在本实施例中，第一定位圈、第一定位台阶；第二定位圈、第二定位台阶的轮廓为圆形，但是上述组合的轮廓并不仅仅局限于圆形，也可以是规则的多边形等。

在上述实施例的基础上，在精磨砂圈5340、粗磨砂圈5350上均呈轮辐状的均设有若干个排屑槽5370，以用于组合砂轮磨削半导体晶棒是被摩除的废料能够快速的从该排屑槽中排出，防止出现废料无法快速排出而滞留在半导体晶棒与组合砂轮之间而降低磨削精度。优选的，排屑槽为U型凹槽。

在上述实施例的基础上，精磨砂圈5340、粗磨砂圈5350、切割砂圈5360中用于对半导体晶棒9000产生磨削的有效成分为金刚砂。

在实际的磨削过程中，为了防止出现半导体晶棒表面出现阴阳面(组合砂轮在磨削半导体晶棒是有多个同时在半导体晶棒表面磨削产生)，组合砂轮5300与半导体晶棒的轴线之间存在一定夹角。

进一步地，在磨削半导体晶棒外表面时，为了提升磨削的精准度，提升半导体晶棒整体的利用率。在竖向定位装置对半导体晶棒完成定位以及转运装置完成夹持后，竖向定位装置还可对半导体晶棒的外径进行测量。

而该测量动作则可通过分别安装在上夹紧装置3210和下夹紧装置3220上的外径测量装置3216完成。该外径测量装置沿半导体晶棒径向设置，当需要测量半导体晶棒时，转运装置转动半导体晶棒，外径测量装置3216通过接触半导体晶棒周圈测算出其外径数值，并将数值发送至PLC控制单元，PLC控制单元则根据所测得的半导体进晶棒外径数据换算出所需的进刀量。

当半导体晶棒磨削和切割完成后，转运装置将半导体转运至卸料平台处，卸料平台6000接受半导体晶棒9000，而后通过卸载至运料小车上。

其中，上述卸料平台的结构与上料平台相同，其卸料过程为上料过程的返现操作。

同时，在本发明外部还设置有以将本发明全部封闭的安全护罩8000，用于保护外部工作人员，而在安全护罩上则设置有多个可开闭的观察门。

以下详细介绍一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，包括：

S1：半导体晶棒上料，并将半导体晶棒状态改变为竖立；

S2：将半导体晶棒由上料平台转运至竖向定位装置；

S3：对半导体晶棒实施竖向定位；

S4：将半导体晶棒由竖向定位装置中转运至磨削装置处进行磨削加工；

S5：对磨削完成的半导体晶棒进行内部晶向分析；

S6：对完成内部晶向分析的半导体晶棒进行割槽加工；

S7；卸载加工完成的半导体晶棒。

下面本发明结合图2和17a～17c，对本发明的加工方法做出详细的说明；

步骤S1的详细过程为：先通过运料小车将待加工的半导体晶棒运送至上料平台一侧使半导体晶棒整体处于X轴方向的横卧状态，同时将半导体晶棒抬升至于于上料平台中的转动轮组等高或略高的水平高度。然后通过工人手动或者采用机械的方式将半导体晶棒推送进入至上料平台上，当半导体晶棒一端的端面与上料平台中的托架相接触时，半导体晶棒导入到位。半导体晶棒导入到位后，工人驱动旋转气缸动作，并带动与旋转气缸连接的压紧杆旋转90°，此时压紧杆与半导体晶棒垂直且位于半导体晶棒上方。当压紧杆转动到位后，旋转气缸的伸缩杆收缩并带动与之固定连接的压紧杆向下压紧在半导体晶棒的表面，从而达到将半导体晶棒固定在上料平台上的效果。其后，安装在翻转机构底部的液压杆的伸缩杆伸出，驱动翻转机构向上翻转90°至竖立状态并带动固定在上料平台上的半导体晶棒同步翻转90°至竖立状态。

步骤S2的详细过程为：当半导体晶棒竖立后，转运装置在XY平面驱动装置的带动下移动至上料平台处，具体的，即转运装置中的万向承载台进入至托架的凹口中。此时转运装置中的万向承载台、压紧装置分别位于半导体晶棒的下部端面和上部端面且上述二者基本处于半导体晶棒上下两个端面的竖向沿生区间内，以保证在夹取半导体晶棒时的稳定性。当转运装置位置调节完成后，压紧驱动机构中的私服电机启动并通过连接的第二减速机带动纵向设置的丝杆转动，从而驱使安装在丝杆上的压紧臂梁向下移动，当压紧臂梁下降至一定高度后，安装在压紧臂梁上的压紧盘与半导体晶棒的上端面相接触并对半导体晶棒产生一个压力，此时半导体晶棒上部的压紧装置与下部的万向承载台相互作用，对半导体晶棒实施牢固的夹持。当半导体晶棒两端被夹紧后，上料平台中的旋转气缸动作，旋转气缸的伸缩杆伸出，将压紧在半导体晶棒表面的压紧杆带离，然后反向伸缩杆反向旋转90°至初始位置，并带动压紧杆也回复至初始状态，即压紧杆与翻转机构平行，此时半导体晶棒脱离上料平台舒束缚。然后转运装置中的XY平面驱动装置动作，将转运装置以及被转运装置夹持的半导体晶棒同步移出上料平台。然后，安装在翻转机构下方的液压杆动作，其伸缩杆缩回并带动上料平台整体翻转90°至初始的水平状态。于此同时，转运装置通过XY平面驱动装置，实现在机座上的水平移动，并带动半导体晶棒进入至竖向定位装置中。在上述转运装置对半导体晶棒实施夹持的过程中，压紧驱动装置中设置有压力阀值，当压紧装置达到设定压力阀值时，其中的伺服电机停止转动，以防止转运装置对半导体晶棒造成损伤。

步骤S3的详细过程为：当半导体晶棒进入竖向定位装置时，安装在上夹紧装置和下夹紧装置上的对射传感器感测到进入的半导体晶棒并通过PLC控制装置向夹爪调节装置发出动作指令；当夹爪调节装置接到来自PLC控制装置的指令后，且内部的第一驱动单元动作，带动于夹爪调节装置固定连接的上夹紧装置升降，并通过对射传感器测量半导体晶棒上端的位置数据，从而换算出半导体晶棒的整体长度。当长度测量完毕后，夹爪调节装置再次动作，对上夹紧装置所在位置进行高度调节，保证其能够夹持住半导体晶棒的上端。当上夹紧装置位置调整完毕后，上夹紧装置动作，带动与之连接的其中一个夹爪朝向半导体晶棒水平移动，同时另一个夹爪在传动齿条即传动齿轮的传导作用下实现与主动夹爪的同步相向移动，从而保证半导体晶棒在与两个夹爪同时接触时，其轴线与两个夹爪的对称中心即竖向定位装置的定位中心相重合，其中当上夹紧装置动作时，下夹紧装置同步的对半导体晶棒实施合拢夹紧。当竖向定位装置对半导体晶棒的竖向定位完成后，压紧装置上升，压紧盘离开半导体晶棒上部端面。然后锁止装置工作，锁止装置中的锁止机构水平伸出至锁定链轮中，将锁定链轮锁止在传动链条上，从而达到下夹紧装置固定在传动链条上的目的。此时升降装置动作驱动传动链条转动，从而带动此时固定在传动链条上的上夹紧装置、下夹紧装置以及二者所夹持的半导体晶棒同步上升。当半导体晶棒上身一定高度后，升降装置停转。然后在反向转动，竖向定位装置所夹持的半导体晶棒快速下落至万向承载台上。此时万向承载台中的万向调节部分在半导体晶棒的冲击下发生适应半导体晶棒下部端面切斜角度的角度改变。当万向承载台的万向调节部分角度调整完成后，压紧装置下压，带动压紧盘抵压在半导体晶棒的上部端面上，期间，当压紧盘与半导体晶棒上部端面接触后，压紧装置持续加大压力直至压紧盘的万向调节部分在压紧装置较大压力下发生适应半导体晶棒上部端面倾角的角度调整。此时则半导体晶棒的竖向定位完成。在上述操作步骤中，为了简化竖向定位的步骤，在转运装置将半导体晶棒送入至竖向定位装置时，转运装置中的万向承载台、压紧盘与竖向定位装置的中心轴线同轴。

步骤S4的详细过程为：首先通过驱动XY平面驱动装置将夹持在转运装置中的半导体晶棒运送至磨削装置附近准备半导体晶棒实施加工作业。然后微调转运装置位置，使半导体晶棒的侧立面与组合砂轮中的粗磨砂圈工作面相贴近，达到加工前的对刀目的。当对刀完成后，转运装置中的旋转驱动转动并带动半导体晶棒转动，同时砂轮驱动电机同时转动并带动组合砂轮高速转动。然后磨头升降装置带动磨削组合砂轮竖向升降，于此同时，转运装置在XY平面驱动装置驱动下沿X轴方向移动完成半导体晶棒磨削时所需的进刀步骤。而半导体晶棒则在竖向升降的组合砂轮磨削下实现粗磨加工。当粗磨加工完成后，半导体晶棒及组合砂轮停转，XY平面驱动装置动作，调整半导体晶棒位置至其侧立面与组合砂轮的精磨砂圈的加工面相贴近，此时精磨加工前对刀完成。当精磨对刀完成后，半导体晶棒在旋转驱动的作用下转动，同时XY平面驱动装置驱动半导体晶棒沿X轴向移动，实现精磨时的X轴方向进刀，同时组合砂轮在砂轮驱动装置下同步转动，并在磨头升降装置作用下竖向往复升降，当半导体晶棒侧立面被精磨砂圈磨削完整后，精磨加工完成。其中，在上述过程中组合砂轮在对半导体晶棒进行粗磨、精磨时在磨削处添加有切削液。

步骤S5的详细过程为，转运装置将精磨完成后的半导体晶棒已送至晶向定位仪处进行半导体晶棒的晶向分析，并对检测所得的半导体晶棒晶向做定位。

步骤S6的详细过程为，首先转运装置将检测后的半导体晶棒运送至磨削装置处。然后，对半导体晶棒的位置进行微调，时组合砂轮中切割砂轮本体与半导体晶棒处于同一平面内(即割槽时切割砂圈可沿半导体径向进刀)。当半导体进帮位置调整完成后，旋转驱动转动半导体晶棒至所需割槽位置正对切割砂圈。角度调整完成后，砂轮驱动电机带动组合砂轮旋转，准备对半导体晶棒实施割槽作业。同时，XY平面驱动装置动作，带动固定在转运装置上的半导体晶棒沿Y轴方向进刀；同时磨头升降装置动作带动组合砂轮在半导体晶棒侧立面上反复升降，从而使切割砂圈实现对半导体晶棒的开槽作业。

步骤S7的详细过程为：首先，XY平面驱动装置动作，将半导体晶棒转运至靠近卸料平台处。然后安装在卸料平台中的液压缸动作，其伸缩杆伸出驱动翻转机构翻转90°至竖立状态。然后，XY平面驱动装置动作，带动固定在转运装置中的半导体晶棒进入至卸料平台中。随手卸料平台中的旋转气缸的伸缩杆转动并带动与之连接的压紧杆旋转90°至于半导体晶棒轴线垂直状态。随后缩回旋转气缸的伸缩杆，使得压紧杆压紧在半导体晶棒的侧立面上，实现对半导体晶棒的固定；固定后，抵压在半导体晶棒上部端面上的压紧装置上升，与半导体晶棒脱离，于此同时脱离后的转运装置在XY平面驱动装置的驱动下移出卸料平台。随后位于卸料平台中的液压缸的伸缩杆收缩，带动卸料平台整体翻转90°至水平。随后驱动旋转气缸，使压紧杆回复至初始状态，半导体晶棒与卸料平台脱离固定；最后工作人员将半导体晶棒从卸料平台上推入至运料小车中。整个加工过程完成。

其中，在步骤S41前，可对半导体晶棒的外径进行测量，其测量方式为：转运装置夹紧竖向定位后的半导体晶棒两端，并在旋转驱动的作用下转动，此时安装在第一刀架和第二刀架上的外径测量装置对所在平面的半导体晶棒做出外径测量；然后将测量所得数值经过换算得出半导体晶棒的变化趋势，并以此为依据规划处最少切削量，最终达到提升半导体晶棒利用率侧效果。

本发明一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆、开槽方法，采用用相对传统卧式滚圆时定位步骤较少的竖向定位，提升了加工效率。同时竖向滚圆相较于传统的卧式滚圆，无需在加工过程中队半导体晶棒做出切削补偿。简化了加工程序。

Claims (8)

1.一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，包括：

S1：半导体晶棒上料，并将半导体晶棒状态改变为竖立；

S2：将半导体晶棒由上料平台转运至竖向定位装置；

S3：对半导体晶棒实施竖向定位；

S4：将半导体晶棒由竖向定位装置中转运至磨削装置处进行磨削加工；

S5：对磨削完成的半导体晶棒进行内部晶向分析；

S6：对完成内部晶向分析的半导体晶棒进行割槽加工；

S7；卸载加工完成的半导体晶棒。

2.如权利要求1所述的一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：备料，并调整半导体晶棒至可推入上料平台状态；

S12：导入半导体晶棒至上料平台并使其一端端面与上料平台托架相接触；

S13：将导入的半导体晶棒固定在上料平台上；

S15：整体90°翻转上料平台并带动半导体晶棒由横卧至竖立状态。

3.如权利要求1所述的一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21：驱动转运装置至上料平台处准备夹取半导体晶棒；

S22：驱动转运装置微调进入转运装置并使转运装置的万向承载台、压紧装置处于半导体晶棒上下两端；

S23：下降压紧装置，对半导体晶棒实施夹紧作业；

S24：上料平台松开半导体晶棒；

S25：转运装置将半导体晶棒带离上料平台；

S26：上料平台回复至初始水平位置；

S27：半导体晶棒在转运装置带动下送入至竖向定位装置中。

4.如权利要求1所述的一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31：上夹紧装置在在夹爪调节装置驱动下实现竖向升降并通过上夹紧装置上的对射传感器测出半导体晶棒长度，并调整上夹紧装置位置高度以适应不同长度的半导体晶棒；

S32：上夹紧装置、下夹紧装置同步合拢对半导体晶棒进行强迫性矫正，时半导体晶棒轴线与竖向定位装置的中心轴线高度重合，以达到磨削所需定位要求；

S33：压紧装置上升脱离半导体晶棒上部端面；

S34：锁止装置动作锁死锁定链轮使下夹紧装置与传动链条之间能够同步升降；

S35：夹爪调节装置动作，带动上夹紧装置、下夹紧装置及被上夹紧装置、下夹紧装置夹持的半导体晶棒同步上升至一定高度；

S36：夹爪调节装置动作，传动链条快速反向转动，带动被竖向定位装置夹持的半导体晶棒快速下降并重击在万向承载台上，从而迫使万向承载台的万向调节部分作出适应半导体晶棒下部端面倾斜角度的角度改变；

S37：压紧装置下降使压紧盘抵压在半导体晶棒上部端面上并通过较大的压力迫使压紧盘的万向调节部分作出适应半导体晶棒上部端面的角度调整，此时竖向定位完成。

5.如权利要求1所述的一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41：将半导体晶棒转运至磨削装置附近；

S42：通过调整转运装置，实现半导体晶棒粗磨前的对刀；

S43：转动半导体晶棒、组合砂轮，驱动转运装置沿X轴方向进刀，驱动磨头升降装置实现组合砂轮的升降，从而进行粗磨加工；

S44：粗磨加工完成后，驱动转运装置进行精磨加工前对刀；

S45：转动半导体晶棒、组合砂轮，驱动转运装置沿X轴方向进刀，驱动磨头升降装置实现组合砂轮的升降，从而进行精磨加工。

6.如权利要求1所述的一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，所述步骤S41实施前还实施了测量半导体晶棒外径的步骤。

7.如权利要求1所述的一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

S61：驱动转运装置，实现半导体晶棒割槽前的对刀；

S62：根据所测得晶向数据转动半导体晶棒至所需切割位置；

S63：转动砂轮驱动电机并带动组合砂轮转动；

S64：驱动转运装置实现半导体晶棒割槽所需的Y轴方向进刀；驱动驱动磨头升降装置实现组合砂轮的升降，从而进行割槽加工。

8.如权利要求1所述的一种利用半导体晶棒立式滚圆开槽机的晶棒滚圆开槽方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

S71：驱动转运装置并带动半导体晶棒至卸料平台处；

S72：翻转卸料平台90°至竖立状态；

S73：调整转运装置位置以将半导体晶棒送入至卸料平台中；

S74：驱动旋转气缸动作以将半导体晶棒固定在卸料平台上；

S75：抬升压紧装置使转运装置与半导体晶棒脱离接触，随后转运装置移出卸料平台；

S76：整体翻转卸料平台90°至水平；

S78：驱动旋转气缸回复至初始状态，半导体晶棒脱离卸料平台的固定；

S79：将半导体晶棒从卸料平台上推入至运料小车中。