CN110509132A - 晶棒治具及晶棒研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶棒治具及晶棒研磨方法，涉及晶棒研磨相关设备的技术领域，该晶棒治具包括底座，底座上设置有多个高度调节机构，每个高度调节机构的一端设置有安装部，安装部用于安装晶棒。本发明通过在底座上设置多个高度调节机构，且多个高度调节机构能够对其各自的安装部的高度进行调节，相应的，可通过调节每个高度调节机构使得安装部上的晶棒的端面处于同一高度，如此，可将多根晶棒的端面同时与砂轮研磨面调整到合适位置，因此在端面研磨机上，进行一次治具的安装后，可进行多根晶棒的研磨，提高了端面研磨机的磨削效率。

Description

晶棒治具及晶棒研磨方法

技术领域

本发明涉及晶棒研磨相关设备的技术领域，尤其是涉及一种晶棒治具及晶棒研磨方法。

背景技术

碳化硅是继第一代半导体Si(硅)、第二代半导体GaAs(砷化镓)，InP(磷化铟)等之后发展起来的重要的第三代半导体材料，具有禁带宽度大，热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高和相对介电常数低等的特点，在高温、高频、大功率、微电子器件等方面和航天、军工、核能等极端环境应用中有着不可替代的优势，因此，碳化硅是微电子、电力电子和光电子等高新技术持续发展的重要半导体材料之一。近年来迅速渗透到照明，电力器件，微波射频等，其中，在功率器件的制造和外延生长中，对碳化硅单晶材料最终的表面质量有严格的要求，想得到一片完整的碳化硅衬底，需要经过很多道工序进行加工，因此，切割前对碳化硅晶棒端面进行磨削是必不可少的。

然而由于碳化硅晶棒很短(8mm-25mm)，采用传统治具装夹到碳化硅晶棒时，一方面容易导致晶棒边缘出现崩角或夹不住状况，另一方面由于一次只能装夹一根碳化硅晶棒，导致在端面研磨机上一次只能磨削一根碳化硅晶棒，磨削效率低。

现有通常采用安装有砂轮的端面研磨机等对碳化硅的晶棒端面进行研磨，在研磨前需要先定位砂轮与碳化硅的晶棒端面的位置，现有技术寻找碳化硅端面与砂轮端面的方法，主要是以碳化硅晶棒底面为基准，然后通过三爪卡盘将碳化硅晶棒夹住，而后进行定位。但是由于碳化硅本身晶棒较短(8mm-25mm)，采用三爪卡盘固定碳化硅晶棒圆边，一方面很难将晶棒有效夹住；另一方面在夹住的过程由于碳化硅晶棒很硬，容易在夹紧的过程中造成崩边，影响碳化硅晶棒的品质；同时，采用三爪卡盘固定碳化硅晶棒时，一次通常只能夹住一根碳化硅晶棒，并且由于晶棒的长短不同，即使能够同时夹住多根碳化硅晶棒，也难以将多根碳化硅晶棒的端面与砂轮研磨面同时调整到合适位置，因此在端面研磨机上，一次也只能磨削一根碳化硅晶棒，限制了端面研磨机的磨削效率。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种治具，以缓解现有技术中，由于晶棒的长短不同，即使采用夹具能够同时夹住多根碳化硅晶棒，也难以将多根碳化硅晶棒的端面同时与砂轮研磨面调整到合适位置，因此在端面研磨机上，一次也只能磨削一根碳化硅晶棒，限制了端面研磨机的磨削效率的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种晶棒研磨方法，以缓解现有技术中，由于晶棒的长短不同，即使采用夹具能够同时夹住多根碳化硅晶棒，也难以将多根碳化硅晶棒的端面同时与砂轮研磨面调整到合适位置，因此在端面研磨机上，一次也只能磨削一根碳化硅晶棒，限制了端面研磨机的磨削效率的技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供的晶棒治具，包括底座，所述底座上设置有多个高度调节机构，每个所述高度调节机构的一端设置有安装部，所述安装部用于安装晶棒，所述高度调节机构用于调节所述安装部相对所述底座的高度，以使多个所述安装部上安装的晶棒的端面处于同一高度。

进一步地，所述高度调节机构为带有螺帽的调节螺栓，所述螺帽远离螺纹柱的一端具有用于粘结晶棒的平面，所述调节螺栓的螺帽形成所述安装部；

所述底座上设置有螺纹孔，所述调节螺栓的螺纹柱螺接在所述螺纹孔内。

进一步地，所述晶棒治具还包括砂轮修整块，所述砂轮修整块安装在所述底座上，且所述砂轮修整块能够相对所述底座进行高度调节。

进一步地，多个所述高度调节机构排列成两行；

所述砂轮修整块包括两块，每块所述砂轮修整块与所述高度调节机构的每行的方向平行设置，其中一块所述砂轮修整块设置在所述高度调节机构的其中一行的远离另一行的一侧，另一块所述砂轮修整块设置在所述高度调节机构的另一行的远离其中一行的一侧。

进一步地，所述底座上设置有安装槽，所述砂轮修整块安装在所述安装槽内，且所述砂轮修整块能够沿所述安装槽移动，以进行高度调节；

所述底座上的对应所述安装槽的位置上设置有限位件，所述限位件用于在所述砂轮修整块移动到位时，将所述砂轮修整块与所述底座相对固定。

进一步地，所述限位件为限位螺栓，且所述限位螺栓的螺杆部能够穿入所述安装槽内与所述砂轮修整块抵接。

进一步地，所述晶棒治具还包括定位板，所述定位板与所述安装部上安装的晶棒的端面抵接，以检测多个所述安装部上安装的晶棒的端面。

进一步地，所述晶棒治具还包括多根调高杆，所述多根调高杆安装在所述底座上，所述多根调高杆的顶端用于支撑所述定位板，并调节所述定位板的平面度。

进一步地，所述调高杆包括上套杆和下套杆，所述上套杆与所述下套杆通过螺纹部螺纹套接；

且所述螺纹部上设置有刻度。

基于本发明的第二目的，本发明还提供一种晶棒研磨方法，基于本发明提供的晶棒治具，所述晶棒研磨方法包括：

将多个晶棒分别采用粘结的形式固定在治具的高度调节机构的安装部上，且每个高度调节机构至多设置一个晶棒；

调整高度调节机构，使多个晶棒的端面位于同一高度；

使用端面研磨机对多个晶棒的端面进行研磨。

本发明提供的晶棒治具，通过在底座上设置多个高度调节机构，由于多个高度调节机构能够对其各自的安装部的高度进行调节，相应的，可通过调节每个高度调节机构使得安装部上的晶棒的端面处于同一高度，如此，可将多根晶棒的端面同时与砂轮研磨面调整到合适位置，因此在端面研磨机上，进行一次治具的安装后，可进行多根碳化硅等晶棒的研磨，提高了端面研磨机的磨削效率。

本发明提供的晶棒研磨方法，其基于本发明提供的晶棒治具，具有与本发明提供的晶棒治具相同的有益效果，该效果可通过对晶棒治具效果的描述获得；其次，本发明晶棒研磨方法通过粘结的形式固定在治具的安装部，相比现有采用夹具的方式，本发明晶棒研磨方法固定牢固，能够将晶棒进行有效固定，并且粘结的方式不会对晶棒造成崩边，保证了碳化硅等晶棒的品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的晶棒治具的俯视示意图(省略定位板)；

图2为本发明实施例提供的晶棒治具安装有定位板时的侧视示意图；

图3为本发明实施例提供的晶棒治具的底座的示意图；

图4为图3省略限位螺栓的侧视示意图；

图5为本发明实施例提供的晶棒治具的定位板的示意图；

图6为本发明实施例提供的晶棒治具的高度调节机构的示意图；

图7为图6的俯视示意图；

图8为本发明实施例提供的晶棒治具的调高杆的示意图。

图标：100-底座；110-螺纹孔；120-安装槽；130-固定孔；140-边角孔；200-高度调节机构；210-安装部；220-螺纹柱；300-砂轮修整块；400-限位螺栓；500-定位板；600-调高杆；610-上套杆；620-下套杆；630-螺纹部；700-螺母；800-晶棒。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1～图8所示，本发明实施例提供一种晶棒治具，包括底座100，底座100上设置有多个高度调节机构200，每个高度调节机构200的一端设置有安装部210，安装部210用于安装晶棒800。

其中，高度调节机构200可以是下端与底座100固定连接或可拆卸等连接形式，高度调节机构200能够进行高度的调节，这个高度的调节指的是，高度调节机构200能够对安装部210进行高度调节。安装部210用于安装晶棒800，具体的本实施例以碳化硅晶棒为例进行说明，碳化硅晶棒可以通过粘结的形式安装在安装部210上，自然也可以通过在安装部210上设置卡槽等形式进行固定。

本实施例晶棒治具通过在底座100上设置多个高度调节机构200，且多个高度调节机构200能够对其各自的安装部210的高度进行调节，相应的，可通过调节每个高度调节机构200使得安装部210上的晶棒800的端面处于同一高度，如此，可将多根晶棒800的端面同时与砂轮研磨面调整到合适位置，因此在端面研磨机上，进行一次治具的安装后，可进行多根碳化硅等晶棒的研磨，提高了端面研磨机的磨削效率。

为了方便高度调节机构200的调节以及简化整体结构，作为本发明的一个优选实施例，高度调节机构200为带有螺帽的调节螺栓，螺帽远离螺纹柱220的一端具有用于与晶棒粘结的平面，调节螺栓的螺帽形成安装部210，底座100上设置有螺纹孔110，调节螺栓的螺纹柱220螺接在螺纹孔110内。

如图3所示，本实施例中，底座100大致为矩形，底座100上呈行列预留有多个安装槽120，具体的在本实施例中安装槽120的数量为6个，底座100沿其长度方向(图1中所示的左右方向)设置有3列螺纹孔110，沿其宽度方向(图1中所述的上下方向)设置有两行螺纹孔110。对应螺纹孔110分别一一对应螺接一个螺纹柱220，螺纹柱220的上端一体构造连接有螺帽形式的安装部210。

其中，螺帽可以是六角平面螺帽，相应的高度调节机构200为六角平面螺栓，优选的，六角平面螺栓的六角平面螺帽的端面约等于碳化硅晶棒的端面。

可以理解的是，采用带有螺帽的调节螺栓作为高度调节机构200，首先通过旋转调节螺栓，可方便的调节安装部210的高度，其次，螺纹柱220可与底座100在任意高度上进行固定，且只需要依靠螺纹即可，不需要额外设置限制高度调节机构200与底座100相对固定的构件，结构简单。

需要说明的是，螺纹孔110应当具有一定的延伸长度，以方便调节螺栓在其内部的固定以及调节螺栓深入螺纹孔110的深入量的调节。

为了进一步保证，高度调节机构200调节到位时的稳定固定，本实施例底座100上对应每个螺纹孔的上端还设置有螺母700，螺母700可在高度调节机构200调节到位时，将调节螺栓的螺纹柱220与螺纹孔110进一步锁紧。

本实施例中，高度调节机构200的数量以及布置形式仅仅是其中一种具体的设置方式，根据端面研磨机能够匹配的底座100的大小，高度调节机构200可设置为2个、3个、4个、5个以及大于6个等等。多个高度调节机构200也可以是其他规则的行列布置，例如一行多列，也可以是不规则的布置等等。

高度调节机构200不限于调节螺栓的形式，只要能够实现调节部的高度调节即可，例如升缩杆的一端设置限位部的形式。

为了避免端面研磨机的砂轮在研磨晶棒过程中钝化，在上述实施例的基础上，本实施例晶棒治具还包括砂轮修整块300，砂轮修整块300安装在底座100上，且砂轮修整块300能够相对底座100进行高度调节。

作为一种具体实现形式，如图3所示，底座100上设置有安装槽120，如图1所示，砂轮修整块300安装在安装槽120内，且砂轮修整块300能够沿安装槽120移动，以进行砂轮修整块300的高度调节；底座100上的对应安装槽120的位置上设置有限位件，限位件用于在砂轮修整块300移动到位时，将砂轮修整块300与底座100相对固定。

具体的，限位件可以是限位螺栓400，限位螺栓400与底座100螺纹连接，且限位螺栓400能够穿入安装槽120内与砂轮修整块300抵接。也即，如图3或4所示，底座100上设置有与安装槽120连通的固定孔130，固定孔130内螺纹连接有限位螺栓400。

可以理解的是，通过旋转限位螺栓400使其向安装槽120方向移动，限位螺栓400可将砂轮修整块300压紧在底座100上，从而将砂轮修整块300固定在底座100上。在需要调节砂轮修整块300的高度时，通过旋转限位螺栓400使其背离安装槽120方向移动，此时，限位螺栓400与砂轮修整块300分离，可自由调节高度；移动到位时，再通过旋转限位螺栓400将砂轮修整块300压紧在底座100上即可。

本实施例采用限位螺栓400对砂轮修整块300进行固定的方式，操作方便。

本实施例中，每块砂轮修整块300通过三个位置连线呈等腰三角形的限位螺栓400进行定位。可以理解，这种固定形式，更加牢固。

需要说明的是，本实施例中砂轮修整块300为现有形式的砂轮修整块300，其表面粗糙，能够对砂轮上的研磨碎屑进行清理，或对砂轮进行研磨，以使砂轮保持对晶棒端面的研磨性能。

通常端面研磨机的砂轮一次会对一个晶棒800研磨，也即，砂轮一般较小，并会相对多个晶棒800进行移动，以分别对多个晶棒800进行研磨。对应于本实施例的多个高度调节机构200排列成两行的形式，为了确保砂轮在对每个晶棒800进行研磨时，都可以被修整，砂轮修整块300包括两块，每块砂轮修整块300与高度调节机构200的每行的方向平行设置，其中一块砂轮修整块300设置在高度调节机构200的其中一行的远离另一行的一侧，另一块砂轮修整块300设置在高度调节机构200的另一行的远离其中一行的一侧。

如图1或2所示，两块砂轮修整块300分别设置在高度调节机构200的两侧。可以理解的是，每行高度调节机构200分别对应设置一块砂轮修整块300，这样在砂轮对任意一行的高度调节机构200上的晶棒800进行研磨时，都可以通过砂轮修整块300对砂轮进行清理，以防止砂轮钝化。

为了方便的对高度调节机构200上的晶棒800的端面进行校正，本实施例晶棒治具还包括定位板500，定位板500与安装部210上安装的晶棒的上端面抵接，以调平多个安装部210上安装的晶棒800的端面。

如图2或5所示，定位板500为平面板。晶棒治具还包括多根调高杆600，多根调高杆600安装在底座100上，多根调高杆600的顶端用于支撑定位板500。

例如，调高杆600的数量为四根，四根调高杆600分别固定安装在矩形底座100的四个边角部的边角孔140内。调高杆600的高度可调，以调整其上的定位板500的平面度。需要说明的是，平面度指的是水平度，也即使定位板500水平设置。

在具体使用时，可先将定位板500放置在调高杆600的顶部，然后调节四根调高杆600使定位板500水平设置，然后调节高度调节机构200，使各个安装部210上的晶棒800的顶端面与定位板500抵接，此时由于定位板500水平，相应的各个安装部210上的晶棒的顶部端面处于高一高度。

调高杆600的数量不限于4根，可根据需要设置2根、3根、5根等等，一般而言，至少设置3根，以保证定位板500的稳定性。但是在调高杆600的顶部较宽时，相对设置的两根调高杆600也能够维持定位板500的稳定。

通常调高杆600的高度变化不大，调高杆600可以是套杆的形式，具体的，如图8所示，调高杆600包括上套杆610和下套杆620，上套杆610与下套通过螺纹部630螺纹套接，螺纹部上优选设置有刻度。

可以理解的是，螺纹部630上的刻度是沿套杆的周向进行设置的，相应的，可通过螺纹部630上的刻度将多根调高杆600调节为高度一致。其中螺纹部630的刻度原理大致是，在上套杆610上设置有标记位，螺纹部630固定在下套杆620上，螺纹部630可带动下套杆620相对标记位转动，且转动时，标记位会对应不同的刻度，也即通过标记位对应的刻度，可推断上套杆610和下套杆620的转动角度。结构形式完全相同的调高杆600，转动到相同的刻度时，相应的高度调节一般相同。

自然，螺纹部630的刻度原理，也可以是在下套杆620上设置有标记位，螺纹部630固定在上套杆610上的形式。

本发明实施例晶棒治具的使用过程为：

用胶水将高度调节机构200的安装部210粘住碳化硅晶棒的底面，放置一段时间使其固化；然后将砂轮修整块300安装在底座100的安装槽120。然后将粘好碳化硅晶棒的高度调节机构200通过螺纹柱220的螺牙分别旋转到治具底盘的6个螺纹孔110内。将调高杆600固定到治具底座100的四个边角孔140内，将定位板500固定到调高杆600顶端，并通过调高杆600调整定位板500的平面度，可以用杠杆千分表测量定位板500调整后的水平度(水平度≤5微米～20微米，也即水平度根据需要进行设定，一般最大值介于5微米～20微米)。然后分别调整每个高度调节机构200的安装部210和砂轮修整块300，使每个碳化硅晶棒顶部和砂轮修整块300顶面全部接触到定位板500。全部定完位置后，通过螺母700进一步将每个高度调节机构200锁住，再通过安装槽120旁边的三个限位螺栓400将砂轮修整块300固定在安装槽120内。全部固定完成之后，将定位板500从调高杆600顶部取下来。将组装好的整套晶棒治具(如图1所示)，拿到端面研磨机上，开启端面研磨机进行端面研磨。

本实施例晶棒治具，在治具内安装有砂轮修整块300，研磨碳化硅晶棒的同时可进行砂轮修整，保证了砂轮的磨削能力，再通过调高杆600可以轻松调整定位板500水平度，保证了所有碳化硅晶棒和砂轮修整块300在同一水平面，避免了高度不一，出现磨不到或砂轮与晶棒被撞到问题；并实现了多根晶棒的同时研磨，提高了生产效率。

本发明实施例还提供一种晶棒研磨方法，基于本发明实施例的晶棒治具，该方法包括：

步骤1：将多个晶棒800分别采用粘结的形式固定在治具的高度调节机构200上，且每个高度调节机构200至多设置一个晶棒800。步骤2：调整高度调节机构200的高度，使多个晶棒800的端面位于同一高度。

步骤3：使用端面研磨机对多个晶棒的端面进行研磨。

该晶棒研磨方法的具体细节，可参考本发明实施例晶棒治具的使用过程。

下表给出的是本实施例晶棒研磨方法与传统夹持碳化硅晶棒端面的方法的数据对比：

从上表可以看出，利用本实施例晶棒研磨方法进行晶棒的研磨时，不仅避免了夹持过程中出现崩角，提高了产品的品质和良率，崩角比率下降了10％；同时提高了端面研磨机的磨削效率，端面研磨机的磨削效率提高了6倍，而且夹持碳化硅晶棒厚度区间也得到了明显的提高，可以针对任何碳化硅晶棒长度进行固定。

综上所述，本发明提供的晶棒研磨方法，其基于本发明提供的晶棒治具，具有与本发明提供的晶棒治具相同的有益效果，在此不再赘述；其次，本发明晶棒研磨方法通过粘结的形式固定在治具的安装部210，相比现有采用夹具的方式，本发明晶棒研磨方法固定牢固，能够将晶棒进行有效固定，并且粘结的方式不会对晶棒造成崩边，保证了碳化硅等晶棒的品质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种晶棒治具，其特征在于，包括底座，所述底座上设置有多个高度调节机构，每个所述高度调节机构的一端设置有安装部，所述安装部用于安装晶棒，所述高度调节机构用于调节所述安装部相对所述底座的高度，以使多个所述安装部上安装的晶棒的端面处于同一高度。

2.根据权利要求1所述的晶棒治具，其特征在于，所述高度调节机构为带有螺帽的调节螺栓，所述螺帽远离螺纹柱的一端具有用于粘结晶棒的平面，所述调节螺栓的螺帽形成所述安装部；

所述底座上设置有螺纹孔，所述调节螺栓的螺纹柱螺接在所述螺纹孔内。

3.根据权利要求1或2所述的晶棒治具，其特征在于，所述晶棒治具还包括砂轮修整块，所述砂轮修整块安装在所述底座上，且所述砂轮修整块能够相对所述底座进行高度调节。

4.根据权利要求3所述的晶棒治具，其特征在于，多个所述高度调节机构排列成两行；

所述砂轮修整块包括两块，每块所述砂轮修整块与所述高度调节机构的每行的方向平行设置，其中一块所述砂轮修整块设置在所述高度调节机构的其中一行的远离另一行的一侧，另一块所述砂轮修整块设置在所述高度调节机构的另一行的远离其中一行的一侧。

5.根据权利要求3所述的晶棒治具，其特征在于，所述底座上设置有安装槽，所述砂轮修整块安装在所述安装槽内，且所述砂轮修整块能够沿所述安装槽移动，以进行高度调节；

所述底座上的对应所述安装槽的位置上设置有限位件，所述限位件用于在所述砂轮修整块移动到位时，将所述砂轮修整块与所述底座相对固定。

6.根据权利要求5所述的晶棒治具，其特征在于，所述限位件为限位螺栓，且所述限位螺栓的螺杆部能够穿入所述安装槽内与所述砂轮修整块抵接。

7.根据权利要求1或2所述的晶棒治具，其特征在于，所述晶棒治具还包括定位板，所述定位板用于与所述安装部上安装的晶棒的端面抵接，以检测多个所述安装部上安装的晶棒的端面。

8.根据权利要求7所述的晶棒治具，其特征在于，所述晶棒治具还包括多根调高杆，所述多根调高杆安装在所述底座上，所述多根调高杆的顶端用于支撑所述定位板，并调节所述定位板的平面度。

9.根据权利要求8所述的晶棒治具，其特征在于，所述调高杆包括上套杆和下套杆，所述上套杆与所述下套杆通过螺纹部螺纹套接；

且所述螺纹部上设置有刻度。

10.一种晶棒研磨方法，基于权利要求1-9任一项所述的晶棒治具，其特征在于，所述晶棒研磨方法包括：

将多个晶棒分别采用粘结的形式固定在治具的高度调节机构的安装部上，且每个高度调节机构至多设置一个晶棒；

调整高度调节机构，使多个晶棒的端面位于同一高度；

使用端面研磨机对多个晶棒的端面进行研磨。