CN110587428A - 一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于硅棒加工技术领域，特别涉及一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，包括夹持装置以及分别设置在夹持装置两侧的中心测量装置和V槽磨削装置。本发明还是一种校准方法，首先用中心测量装置与高精度中心校准棒进行中心校准，再用V槽磨削装置与高精度中心校准棒进行中心校准。本发明解决了半导体晶棒开Notch槽时，半导体磨削设备无法用工装校准的问题，且使用本发明校准装置来校准的方法方便可靠，是快速校准Notch槽的有效方法。

Description

一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置及方法
技术领域
本发明属于硅棒加工技术领域，具体地说涉及一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置及方法。
背景技术
半导体晶棒在切片前，需要对晶棒开Notch槽，半导体晶片Notch槽是指有意在硅片周边上加工成具有规定形状和尺寸的V槽。通过V槽中心的直径平行于规定的低指数晶向，用做识别标示。Notch磨削精度要求很高，要求形位公差在几丝之内。开Notch槽磨削时使用的砂轮磨削中心位置的精度，直接决定了开Notch的精度，中心校准方法至关重要。
目前，行业现有磨削设备采用试磨发进行中心校准，校准困难，导致中心校准时间很长，校准效率低，不能发挥设备最大利用价值，同时校准精度较低，不能满足磨削精度要求。
发明内容
针对现有技术的种种不足，发明人在长期实践中研究设计出一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，包括夹持装置以及分别设置在夹持装置两侧的中心测量装置和V槽磨削装置。所述中心测量装置包括检测进给驱动机构以及设置在检测进给驱动机构顶部的检测固定座。所述夹持装置包括支撑导轨以及安装在支撑导轨两端的头架顶尖组件和尾架顶尖组件。所述V槽磨削装置包括V槽底座、设在V槽底座顶部的V槽体壳、设在V槽体壳一侧的V轮旋转支架以及与V轮旋转支架相连的V轮旋转机构。
进一步地，所述测量固定座一侧设有探针高度调整机构，另一侧设有砂轮调整机构；所述探针高度调整机构包括前固定板以及设置在前固定板内侧的移动板。
进一步地，所述移动板内侧壁上设有探头导轨，所述探头导轨上设有探头滑块，所述探头滑块上设有固定测量探头的高度调整件；所述移动板后端设有驱动气缸，驱动气缸的推杆与所述探头滑块固定，驱动所述探头滑块带动所述测量探头沿所述探头导轨前后移动。
进一步地，所述头架顶尖组件包括头架体壳以及设在头架体壳顶部的头架轴承；所述头架轴承内设有头架中心轴，所述头架轴承后端连接头架减速机，所述头架减速机后端连接头架电机；所述头架中心轴内设有头架顶尖。
进一步地，所述尾架顶尖组件包括尾架体壳以及设在尾架体壳顶部的尾架轴承；所述尾架轴承内设有尾架中心轴，所述尾架轴承后端设有尾架减速机，所述尾架减速机后端连接尾架电机；所述尾架中心轴内设有尾架顶尖。
进一步地，所述尾架顶尖和所述头架顶尖之间设有中心校准工装，所述中心校准工装包括高精度中心校准棒以及设在所述高精度中心校准棒顶部的水平测量仪器。
进一步地，所述V轮旋转机构顶部设有驱动电机，底部设有V型磨轮。
进一步地，所述V槽底座顶部设有V轮进给驱动机构；所述V轮进给驱动机构包括固定在所述V槽底座顶部的第二导轨、以及设在第二导轨一端的第三伺服电机。
进一步地，所述V槽体壳与V轮旋转支架之间设有V轮高度调整机构；所述V轮高度调整机构上设有连接件。
一种使用上述的校准装置进行中心校准的方法，采用所述高精度中心校准棒和水平测量仪器，包括以下步骤：
S1、将高精度中心校准棒放在头架顶尖和尾架顶尖之间，通过头架顶尖和尾架顶尖顶紧高精度中心校准棒，将水平测量仪器放置在高精度中心校准棒上面，头架电机和尾架电机分别驱动头架顶尖和尾架顶尖转动，带动高精度中心校准棒进行旋转，旋转至水平测量仪器为数值为0时，此时，高精度中心校准棒上平面完全水平。
S2、当水平校准完成后，取下水平测量仪器，并使高精度中心校准棒中开有Notch槽的一侧旋转至中心测量装置的一侧，中心测量装置上的检测进给驱动机构驱动测量探头，测量探头移动到高精度中心校准棒开有Notch槽的位置，然后通过探针高度调整机构使测量探头调整到Notch槽的中心位置，此时，测量探头中心校准完成。
S3、测量探头中心校准后，通过检测进给驱动机构退回，头架顶尖和尾架顶尖带动高精度中心校准棒继续旋转180度，使高精度中心校准棒中开有Notch槽的一侧转到V槽磨削装置一侧，V轮旋转机构通过V轮进给驱动机构移动，使V型磨轮移动至高精度中心校准棒中开有Notch槽的一侧位置，通过V轮高度调整机构使V型磨轮的中心位置与Notch槽的中心位置在同一水平面上，此时，V轮中心校准完成，中心校准完毕。
本发明的有益效果是：
通过中心测量装置和V槽磨削装置配合使用，使测量探头和V型磨轮分别与中心校准棒进行校准，解决了半导体磨削设备无法用工装校准的问题，且此装置方便可靠，可对砂轮的中心位置和晶棒中心实现精确控制，以保证砂轮的中心位置和晶棒中心精度控制在公差范围内，校准方法有效，可快速校准Notch槽。
附图说明
图1是本发明的轴测图；
图2是本发明中心测量装置的结构示意图；
图3是本发明夹持装置的结构示意图；
图4是本发明头架顶尖组件的剖视图；
图5是本发明尾架顶尖组件的剖视图；
图6是本发明V槽磨削装置的结构示意图。
附图中：1-检测进给驱动机构、2-检测固定座、3-驱动气缸、4-探针高度调整机构、5-测量探头、6-头架顶尖、7-头架电机、8-头架减速机、9-头架体壳、10-头架轴承、11-头架中心轴、12-尾架顶尖、13-尾架电机、14-尾架减速机、15-尾架体壳、16-尾架轴承、17-尾架中心轴、18-高精度中心校准棒、19-水平测量仪器、20-V轮旋转机构、21-V轮高度调整机构、22-V轮进给驱动机构、23-V型磨轮、24-第一伺服电机、25-第二伺服电机、26-高度调整气缸、27-导轨固定座、28-第一体壳、29-防水护罩、30-砂轮安装座、31-对刀仪固定板、32-对刀仪、33-密封块、34-尾架穿线管、35-V轮旋转支架、36-连接件、37-前固定板、38-中心测量装置、39-V槽磨削装置、40-夹持装置、41-移动板、42-第一导轨、43-滚珠丝杠、44-V槽体壳、45-第三伺服电机、46-第二导轨、47-V槽底座、48-支撑导轨、49-第一护罩、50-第二护罩、51-穿线管、52-头架顶尖组件、53-尾架顶尖组件。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施方式中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
参见图1-图6，本发明的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，包括夹持装置40以及分别设置在夹持装置40两侧的中心测量装置38和V槽磨削装置39。
参见图2，中心测量装置38包括检测进给驱动机构1以及设置在检测进给驱动机构1顶部的检测固定座2。检测进给驱动机构1包括底座、设置在底座顶部的第一导轨42以及设置在底座一端的第二伺服电机25。
在第二伺服电机25的输出端设有滚珠丝杠43，在第一导轨42顶部设有第一滑块，测量固定座2底部与第一滑块连接固定并随第一滑块沿第一导轨42前后移动。
在测量固定座2一侧设有探针高度调整机构4，另一侧设有砂轮调整机构。探针高度调整机构4包括前固定板37以及设置在前固定板37内侧的移动板41。移动板41内侧壁上设有探头导轨，探头导轨上设有探头滑块，探头滑块上设有固定测量探头5的高度调整件，本实施例高度调整件为螺栓，用螺母将测量探头5固定在圆柱形螺纹的某一处，即可调节测量探头5的高度。移动板41后端设有驱动气缸3，驱动气缸3的推杆与探头滑块固定，驱动探头滑块带动测量探头5沿探头导轨前后移动。
砂轮调整机构包括第一伺服电机24、砂轮安装座30以及联通第一伺服电机24和砂轮安装座30的轴系。轴系外套设第一体壳28，第一体壳28外侧设有导轨固定座27。在砂轮安装座30外套设有防水护罩29，保护砂轮安装座30，防止水溅到其上影响其使用寿命。
在导轨固定座27顶部设有高度调整气缸26，高度调整气缸26底部的伸缩杆与第一体壳28相连。在导轨固定座27上设有砂轮导轨，砂轮导轨上设有砂轮滑块，第一体壳28与砂轮滑块连接固定。当高度调整气缸26启动，推杆伸缩带动第一体壳28上下移动，第一体壳28通过砂轮滑块沿砂轮导轨上下移动，从而带动安装在砂轮安装座30上的砂轮上下移动。砂轮可以磨平面也可以磨圆弧，磨圆弧的时候砂轮降下来，磨平面的时候砂轮升上去，用砂轮的不同位置在磨削晶棒。
本实施例晶棒校准不需要使用砂轮调整机构，只需要用到探针高度调整机构4。当需使用测量探头5时，先用驱动气缸3将测量探头5往前顶出，测量探头5走到移动板41前端的一个固定位置上，测量探头5就在该位置上不动了；然后伺服电机25驱动滚珠丝杠转动，带着检测固定座2往前走，检测固定座2随着底部的第一滑块在下面的第一导轨42上向前移动，测量探头5随着检测固定座2向前移动至待校准晶棒，进行测量。
参见图3～图5，夹持装置40包括支撑导轨48以及安装在支撑导轨28两端的头架顶尖组件52和尾架顶尖组件53。在头架顶尖组件52和尾架顶尖组件53之间设有第二护罩50，用来防止灰尘和水进入，在尾架顶尖组件53另一端还设有第一护罩49，用来防止尾架顶尖组件53和支撑导轨48末端这一节进入灰尘和水。
头架顶尖组件52包括头架体壳9以及设置在头架体壳9顶部的头架轴承10，在头架轴承10内设有头架中心轴11，头架轴承10后端连接头架减速机8，头架减速机8后端连接头架电机7。头架中心轴11内设有头架顶尖6，头架电机7驱动头架减速机8转动，从而头架轴承10转动，从而头架中心轴11转动，带动头架顶尖6转动。
头架体壳9后端上部设有对刀仪固定板31，对刀仪固定板31上设有对刀仪32，用来进行砂轮磨削补偿，校准砂轮位置，本实施例的校准晶棒工艺不需要使用对刀仪部分。
尾架顶尖组件53包括尾架体壳15以及设置在尾架体壳15顶部的尾架轴承16，在尾架轴承16内设有尾架中心轴17，尾架轴承16后端设有尾架减速机14，尾架减速机14后端连接尾架电机13。尾架中心轴17内设有尾架顶尖12，尾架电机13驱动尾架减速机14转动，从而尾架轴承16转动，从而尾架中心轴17转动，带动尾架顶尖12转动。
尾架顶尖12和头架顶尖6之间夹持一中心校准工装，中心校准工装包括高精度中心校准棒18。尾架顶尖12和头架顶尖6转动可带动高精度中心校准棒18的转动。高精度中心校准棒18顶部中间设有水平测量仪器19，用来测量高精度中心校准棒18的水平度。
在尾架体壳15后端的上部设有密封块33，在尾架体壳15后端的下部设有尾架穿线管34，尾架电机13的线缆从密封块33穿出，再穿入尾架穿线管34，尾架穿线管34后端连接穿线管51，线缆从穿线管51穿走。
参见图6，V槽磨削装置39包括V槽底座47、设置在V槽底座47顶部的V槽体壳44、设置在V槽体壳44一侧的V轮旋转支架35以及与V轮旋转支架35相连的V轮旋转机构20。V轮旋转机构20顶部设有驱动电机，底部设有V型磨轮23，用于给晶棒开Notch槽。
V槽底座47顶部设有V轮进给驱动机构22。V轮进给驱动机构22包括固定在V槽底座47顶部的第二导轨46、以及设置在第二导轨46一端的第三伺服电机45。第二导轨46上设有V轮滑块，V槽体壳44底部与V轮滑块相连，通过V轮滑块在第二导轨46上前后移动。
V槽体壳44与V轮旋转支架35之间设有V轮高度调整机构21，V轮高度调整机构21上设有连接件36，V轮旋转支架35靠近连接件36一侧开有上下孔，连接件36上开有长条螺栓孔，螺栓孔内设有可以上下滑动的导向平键。使用前，使用螺栓穿过V轮旋转支架35的上下孔，并固定在连接件36螺栓孔内某个位置后用导向平键顶住锁死，最后插上定位销，V轮旋转支架35就固定在了V轮高度调整机构21上。
当使用本发明的校准装置在半导体晶棒开Notch槽之前进行中心校准时，其Notch槽水平中心必须在V轮旋转机构20中V型磨轮23的水平中心，本发明采用中心校准工装中的高精度中心校准棒18和水平测量仪器19，按照以下步骤操作：
S1、将高精度中心校准棒18放在头架顶尖6和尾架顶尖12之间，通过头架顶尖6和尾架顶尖12顶紧高精度中心校准棒18，将水平测量仪器19放置在高精度中心校准棒18上面，头架电机7和尾架电机13分别驱动头架顶尖6和尾架顶尖12转动，带动高精度中心校准棒18往复精密小角度旋转，旋转至水平测量仪器19为数值为0时，此时，高精度中心校准棒18上平面完全水平。
S2、当水平校准完成后，取下水平测量仪器19，并使高精度中心校准棒18中开有Notch槽的一侧旋转至中心测量装置38的一侧，中心测量装置38上的检测进给驱动机构1驱动测量探头5，测量探头5移动到高精度中心校准棒18开有Notch槽的位置，然后通过探针高度调整机构4使测量探头5调整到Notch槽的中心位置，此时，测量探头5中心校准完成。
S3、测量探头5中心校准后，通过检测进给驱动机构1退回，头架顶尖和尾架顶尖带动高精度中心校准棒18继续旋转180度，使高精度中心校准棒18中开有Notch槽的一侧转到V槽磨削装置39一侧，V轮旋转机构20通过V轮进给驱动机构22移动到高精度中心校准棒18位置，使V型磨轮23移动至高精度中心校准棒18中开有Notch槽的一侧位置，通过V轮高度调整机构21使V型磨轮23的中心位置与Notch槽的中心位置在同一水平面上，此时，V轮中心校准完成。
S4、测量探头5和V型磨轮23的中心校准完成后，磨削硅棒的Notch槽的中心位置跟测量探头5中心和V型磨轮23中心在一个水平面上。
本发明解决了半导体晶棒开Notch槽时，半导体磨削设备无法用工装校准的问题，且使用本发明校准装置来校准的方法方便可靠，是快速校准Notch槽的有效方法。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，包括夹持装置(40)以及分别设置在夹持装置(40)两侧的中心测量装置(38)和V槽磨削装置(39)；所述中心测量装置(38)包括检测进给驱动机构(1)以及设置在检测进给驱动机构(1)顶部的检测固定座(2)；所述夹持装置(40)包括支撑导轨(48)以及安装在支撑导轨(28)两端的头架顶尖组件(52)和尾架顶尖组件(53)；所述V槽磨削装置(39)包括V槽底座(47)、设在V槽底座(47)顶部的V槽体壳(44)、设在V槽体壳(44)一侧的V轮旋转支架(35)以及与V轮旋转支架(35)相连的V轮旋转机构(20)。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述测量固定座(2)一侧设有探针高度调整机构(4)，另一侧设有砂轮调整机构；所述探针高度调整机构(4)包括前固定板(37)以及设置在前固定板(37)内侧的移动板(41)。
3.根据权利要求2所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述移动板(41)内侧壁上设有探头导轨，所述探头导轨上设有探头滑块，所述探头滑块上设有固定测量探头(5)的高度调整件；所述移动板(41)后端设有驱动气缸(3)，驱动气缸(3)的推杆与所述探头滑块固定，驱动所述探头滑块带动所述测量探头(5)沿所述探头导轨前后移动。
4.根据权利要求1所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述头架顶尖组件(52)包括头架体壳(9)以及设在头架体壳(9)顶部的头架轴承(10)；所述头架轴承(10)内设有头架中心轴(11)，所述头架轴承(10)后端连接头架减速机(8)，所述头架减速机(8)后端连接头架电机(7)；所述头架中心轴(11)内设有头架顶尖(6)。
5.根据权利要求4所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述尾架顶尖组件(53)包括尾架体壳(15)以及设在尾架体壳(15)顶部的尾架轴承(16)；所述尾架轴承(16)内设有尾架中心轴(17)，所述尾架轴承(16)后端设有尾架减速机(14)，所述尾架减速机(14)后端连接尾架电机(13)；所述尾架中心轴(17)内设有尾架顶尖(12)。
6.根据权利要求5所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述尾架顶尖(12)和所述头架顶尖(6)之间设有中心校准工装，所述中心校准工装包括高精度中心校准棒(18)以及设在所述高精度中心校准棒(18)顶部的水平测量仪器(19)。
7.根据权利要求1所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述V轮旋转机构(20)顶部设有驱动电机，底部设有V型磨轮(23)。
8.根据权利要求7所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述V槽底座(47)顶部设有V轮进给驱动机构(22)；所述V轮进给驱动机构(22)包括固定在所述V槽底座(47)顶部的第二导轨(46)、以及设在第二导轨(46)一端的第三伺服电机(45)。
9.根据权利要求8所述的一种半导体晶棒开Notch槽中心校准装置，其特征在于，所述V槽体壳(44)与V轮旋转支架(35)之间设有V轮高度调整机构(21)；所述V轮高度调整机构(21)上设有连接件(36)。
10.一种使用权利要求1-9所述的校准装置进行中心校准的方法，采用所述高精度中心校准棒(18)和水平测量仪器(19)，包括以下步骤：
S1、将高精度中心校准棒(18)放在头架顶尖(6)和尾架顶尖(12)之间，通过头架顶尖(6)和尾架顶尖(12)顶紧高精度中心校准棒(18)，将水平测量仪器(19)放置在高精度中心校准棒(18)上面，头架电机(7)和尾架电机(13)分别驱动头架顶尖(6)和尾架顶尖(12)转动，带动高精度中心校准棒(18)进行旋转，旋转至水平测量仪器(19)为数值为0时，此时，高精度中心校准棒(18)上平面完全水平；
S2、当水平校准完成后，取下水平测量仪器(19)，并使高精度中心校准棒(18)中开有Notch槽的一侧旋转至中心测量装置(38)的一侧，中心测量装置(38)上的检测进给驱动机构(1)驱动测量探头(5)，测量探头(5)移动到高精度中心校准棒(18)开有Notch槽的位置，然后通过探针高度调整机构(4)使测量探头(5)调整到Notch槽的中心位置，此时，测量探头(5)中心校准完成；
S3、测量探头(5)中心校准后，通过检测进给驱动机构(1)退回，头架顶尖和尾架顶尖带动高精度中心校准棒(18)继续旋转180度，使高精度中心校准棒(18)中开有Notch槽的一侧转到V槽磨削装置(39)一侧，V轮旋转机构(20)通过V轮进给驱动机构(22)移动，使V型磨轮(23)移动至高精度中心校准棒(18)中开有Notch槽的一侧位置，通过V轮高度调整机构(21)使V型磨轮(23)的中心位置与Notch槽的中心位置在同一水平面上，此时，V轮中心校准完成，中心校准完毕。
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