CN113021115A - 一种用于晶圆打磨的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于晶圆打磨的装置，包括：独立安装的打磨机构以及驱动机构。打磨机构包括矩形框，矩形框底部设有下传动轴，下传动轴设有的支撑圆盘，矩形框顶部设有上传动轴，上传动轴滑动设有压紧圆盘，压紧圆盘转动设有连接盘，上传动轴与连接盘之间具有间隙，矩形框顶部向下设有一对伸缩气缸，伸缩气缸的推杆与连接盘相连。矩形框两侧均设有打磨轮组，打磨轮组包括下打磨片和上打磨片，分别用于打磨晶圆的上表面和下表面的边沿，下打磨片和上打磨片之间的间距可调，打磨轮组与下传动轴之间的间距可调。驱动机构包括转动轴，转动轴与下传动轴以及上传动轴之间采用同步带传动。用于不同厚度的晶圆打磨，具有良好的稳定性，夹持结构可有效避免晶圆打滑。

Description

一种用于晶圆打磨的装置

技术领域

本发明属于半导体晶圆生产技术领域，尤其涉及一种用于晶圆打磨的装置。

背景技术

晶圆是通过将多晶硅融解，在融液里种入籽晶，然后慢慢拉出，形成圆柱体的单晶硅晶棒。硅晶棒再经过滚磨、切片、倒角、抛光、光刻，最终形成晶圆。硅晶棒经过切割形成的晶圆边沿十分锋利，在后期的生产过程中十分容易划伤操作者，同时在粘贴蓝膜时也容易导致蓝膜划破，因此需要对切片后的晶圆两面的边沿进行倒角打磨，使晶圆的边沿更加光滑。

现有的打磨装置主要存在以下几个问题：（1）同一个打磨轮只能用于打磨相同厚度的晶圆边沿，针对不同厚度的晶圆需要配备各种不同的打磨轮，导致备件较多，生产成本上升；（2）现有的打磨装置振动较大，打磨后的晶圆边沿形状不规整；（3）用于晶圆的夹持机构，通常包括一对同轴设置的压盘，现有的打磨装置多数仅将其中一个压盘作为驱动轮提供旋转力使晶圆旋转，而将另一个压盘作为随动轮，利用压紧晶圆时的压力随着晶圆一起转动，采用此种结构，在对晶圆边沿进行打磨时容易出现晶圆与压紧机构之间发生相对转动，即打滑的现象，十分容易损坏晶圆。

发明内容

为同时解决上述现有技术的不足，本发明提供一种用于晶圆打磨的装置，可用于不同厚度的晶圆边沿打磨，具有良好的稳定性，打磨质量高，夹持结构可有效避免晶圆打滑，防止晶圆损坏。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种用于晶圆打磨的装置，包括：独立安装的打磨机构以及驱动机构。

打磨机构包括竖直设置的矩形框，矩形框底部向上转动设有下传动轴，下传动轴的顶部设有的支撑圆盘，下传动轴带动支撑圆盘一同旋转，矩形框顶部向下转动穿设有上传动轴，上传动轴下段沿轴线方向滑动设有压紧圆盘，上传动轴带动压紧圆盘一同旋转，压紧圆盘转动设有连接盘，上传动轴穿过连接盘，上传动轴与连接盘之间具有间隙，矩形框顶部向下设有一对伸缩气缸，伸缩气缸的推杆与连接盘相连，伸缩气缸的推杆与上传动轴平行。

矩形框两侧均设有打磨轮组，打磨轮组的旋转轴线与下传动轴平行，打磨轮组包括下打磨片和上打磨片，分别用于打磨晶圆的上表面和下表面的边沿，下打磨片和上打磨片之间的间距可调，下打磨片和上打磨片沿打磨轮组旋转线轴方向的位置可调，打磨轮组与下传动轴之间的间距可调。

驱动机构包括转动轴以及与转动轴相连的驱动电机，转动轴与下传动轴以及上传动轴 平行，转动轴与下传动轴之间采用同步带传动，转动轴与上传动轴之间采用同步带传动。

进一步的，打磨轮组还包括连接轴，连接轴上段为矩形杆，下打磨片与上打磨片均滑动套设与矩形杆，下打磨片与上打磨片均穿设有锁紧螺钉用于将下打磨片与上打磨片压紧于连接轴，连接轴底部连接于一电机的主轴，连接轴的旋转方向与支撑圆盘的旋转方向相反。

进一步的，打磨轮组设于滑动杆，滑动杆截面为矩形结构，滑动杆滑动穿过矩形框的侧壁，滑动杆的滑动垂直于下传动轴的轴线，滑动杆沿滑动方向配合设有丝杆，丝杆转动设于矩形框外侧，丝杆的轴线延长线与下传动轴的轴线垂直相交，丝杆采用电机控制。

进一步的，滑动杆位于矩形框外侧的一端设有限位块，限位块始终处于矩形框外侧。

进一步的，压紧圆盘顶部同轴设有连接圆管，连接圆管上段加工有花键孔，上传动轴下段为花键轴，压紧圆盘与上传动轴之间通过花键孔与花键轴实现滑动配合。连接圆管上段外周连接有轴承，轴承外圈安装于连接盘底部，轴承采用深沟球轴承。

进一步的，矩形框中段设有支撑环，支撑环呈环形结构，并且与上传动轴同轴，支撑环的内壁与连接圆管之间具有间隙，压紧圆盘位于支撑环下方，连接盘位于支撑环上方，支撑环圆周均匀穿设有至少三颗限位螺钉，限位螺钉的轴线延长线与连接圆管的轴线垂直相交，限位螺钉前端设有滚动的钢珠，钢珠与连接圆管的外壁滚动接触。

进一步的，支撑圆盘底部与下传动轴的上段之间采用花键连接，以便于拆卸更换支撑圆盘，下传动轴的顶部与支撑圆盘的底部之间通过圆锥配合。

本发明的有益效果在于：

1、本发明将传统的一体式打磨轮进行分体设计成上打磨轮和下打磨轮，根据不同的晶圆厚度调节上打磨轮和下打磨轮之间的间距进行匹配，以适应不同厚度的晶圆打磨，减少打磨轮的备件，降低采购及管理成本。

2、将用于驱动晶圆旋转的驱动机构单独设置在打磨机构之外，因为驱动机构采用的电机功率较大，工作时产生的振动较大，通过单独隔离设置，可减小驱动机构振动对打磨机构的影响，从而提高打磨机构的稳定性，提高打磨质量，保证晶圆的规整型。

3、通过支撑圆盘对晶圆进行支撑，利用压紧圆盘对晶圆进行压紧，支撑圆盘与压紧圆盘通过同一根传动轴进行传动，使支撑圆盘与压紧圆盘同时旋转，压紧圆盘对晶圆压紧的同时还提供主动的旋转，可防止支撑圆盘与压紧圆盘之间存在相对转动，进而避免晶圆与支撑圆盘以及压紧圆盘之间发生相对转动，保证对晶圆夹紧的稳定性，防止晶圆打滑，防止损坏晶圆。

4、通过丝杆驱动打磨轮组移动，丝杆采用电机控制，通过丝杆与电机配合使用可精确控制打磨轮组的进给量以及移动位置，精确控制晶圆打磨后的直径尺寸，保证晶圆打磨质量。

5、支撑圆盘采用可拆卸方方式安装于下传动轴，以便于打磨不同直径的晶圆时进行更换，以提供相应足够的支撑面，保证支撑效果，支撑圆盘与下传动轴之间具有圆锥配合机构，可有效保证二者之间的同轴度，提高旋转时的稳定性。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了本申请的整体构造图；

图2示出了图1中A处的局部放大图；

图3示出了图1中B处的局部放大图；

图4示出了本申请的一种实施例；

图5示出了图4中C处的局部放大图；

图6示出了本申请一种实施例的正面视图；

图7示出了图6中D处的局部放大图；

图8示出了打磨轮组的构造及连接结构；

图9示出了压紧圆盘与连接盘之间的连接结构；

图10示出了限位螺钉的结构；

图11示出了下传动轴与支撑圆盘的连接结构。

图中标记：打磨机构-100、矩形框-110、支撑环-111、下传动轴-120、支撑圆盘-130、上传动轴-140、花键轴-141、压紧圆盘-150、连接圆管-151、花键孔-1511、连接盘-160、伸缩气缸-170、打磨轮组-180、下打磨片-181、上打磨片-182、连接轴-183、锁紧螺钉-184、滑动杆-190、限位块-191、丝杆-210、轴承-220、限位螺钉-230、钢珠-231、驱动机构-300、转动轴-310。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。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。

如图1至图9所示，一种用于晶圆打磨的装置，包括：独立安装的打磨机构100以及驱动机构300，将打磨机构100与驱动机构300进行独立设置可有效减少驱动机构300的驱动电机工作时振动对打磨机构100造成的影响，减小打磨机构100的振动，提高打磨机构100工作时的稳定性，从而提高打磨质量。

具体的，打磨机构100包括竖直设置的矩形框110，矩形框110底部向上转动设有下传动轴120，下传动轴120的顶部设有的支撑圆盘130用于支撑晶圆，晶圆原料可采用机械手臂直接放置于支撑圆盘130上，通过机械手臂的为移动位置控制晶圆的安放位置及精度，保证晶圆与支撑圆盘130的同心度。下传动轴120带动支撑圆盘130一同旋转，支撑圆盘130位于矩形框110的环形内部。矩形框110顶部向下转动穿设有上传动轴140，上传动轴140与下传动轴120同轴，上传动轴140下段沿轴线方向滑动设有压紧圆盘150，利用压紧圆盘150对支撑圆盘130上的晶圆进行压。并且上传动轴140带动压紧圆盘150一同旋转，旋转速度及旋转方向与支撑圆盘130相同。压紧圆盘150转动设有连接盘160，连接盘160与压紧圆盘150沿轴线方向的位置保持固定，上传动轴140穿过连接盘160，上传动轴140与连接盘160之间具有间隙，矩形框110顶部向下设有一对伸缩气缸170，伸缩气缸170的推杆与连接盘160相连，伸缩气缸170的推杆与上传动轴140平行，伸缩气缸170呈180°对称设于上传动轴140的两侧，以提对连接盘160移动的稳定性。通过伸缩气缸170带动连接盘160沿上传动轴140的轴线移动，连接盘160带动压紧圆盘150移动，从而实现对晶圆的压紧或松开。在压紧晶圆的同时压紧圆盘150可相对于连接盘160旋转。

具体的，矩形框110两侧均设有打磨轮组180，打磨时两边的打磨轮组180可同时对晶圆进行打磨，也可选择其中一组打磨轮组180对晶圆进行打磨。也可将其中一组设计为粗磨，首先对晶圆进行快速去除边角料的打磨；将另一组设计为精磨，对晶圆边沿进行最终的的打磨抛光，提高光滑度。打磨轮组180的旋转轴线与下传动轴120平行，打磨轮组180包括下打磨片181和上打磨片182，下打磨片181顶部圆周加工有朝上的弧形槽，上打磨片182底部圆周加工有朝下的弧形槽，分别用于打磨晶圆的上表面和下表面的边沿，下打磨片181和上打磨片182之间的间距可调，下打磨片181和上打磨片182沿打磨轮组180旋转线轴方向的位置可调，以便于打磨不同厚度的晶圆，打磨轮组180与下传动轴120之间的间距可调，以便于打磨不同直径的晶圆，另一方面可通过移动打磨轮组180从晶圆的边沿逐步向晶圆的中心移动，缓慢形成预定的晶圆尺寸。

具体的，驱动机构300包括转动轴310以及与转动轴310相连的驱动电机，转动轴310与下传动轴120以及上传动轴140 平行，转动轴310与下传动轴120之间采用同步带传动，转动轴310与上传动轴140之间采用同步带传动，用同步带可以防止打滑，保证传递效率，下传动轴120与上传动轴140通过同一根转动轴310进行传动，转动轴310与下传动轴120之间的传动比等于转动轴310与上传动轴140之间的传动比，因此下传动轴120与上传动轴140的转速相同，同时对晶圆提供相同的旋转速度，防止晶圆产生打滑现象。带传动与齿轮传动以及链条传动相比，所传递出的振动更小，有利于减小打磨机构100的振动。采具有相同的主动转速。

优选的，如图7、图8所示，打磨轮组180还包括连接轴183，连接轴183上段为矩形杆，下打磨片181与上打磨片182均滑动套设与矩形杆，，通过矩形杆结构防止下打磨片181以及上打磨片182与连接轴183之间发生相对转动，下打磨片181与上打磨片182均穿设有锁紧螺钉184用于将下打磨片181与上打磨片182压紧于连接轴183，连接轴183底部连接于一电机的主轴，通过电机带动连接轴183旋转，连接轴183的旋转方向与支撑圆盘130的旋转方向相反。

优选的，如图2、图8所示，打磨轮组180设于滑动杆190，滑动杆190截面为矩形结构，滑动杆190滑动穿过矩形框110的侧壁，采用矩形截面的滑动杆190可以利用滑动杆本身的结构防止转动，提高滑动时的稳定性，滑动杆190的滑动垂直于下传动轴120的轴线，滑动杆190沿滑动方向配合设有丝杆210，丝杆210转动设于矩形框110外侧，丝杆210的轴线延长线与下传动轴120的轴线垂直相交，丝杆210采用电机控制，以便于精确控制打磨轮组180的移动速度以及移动位置，精确控制晶圆最终打磨直径。

进一步优选的，如图2、图8所示，滑动杆190位于矩形框110外侧的一端设有限位块191，限位块191始终处于矩形框110外侧，用于限定滑动杆190向矩形框110内部移动的极限位置，以防止打磨轮组180与支撑圆盘130发生碰撞，提高设备安全性。

优选的，如图3、图5以及图9所示，压紧圆盘150顶部同轴设有连接圆管151，连接圆管151上段加工有花键孔1511，上传动轴140下段为花键轴141，压紧圆盘150与上传动轴140之间通过花键孔1511与花键轴141实现滑动配合，不仅使压紧圆盘150可在上传动轴140上滑动，同时保证旋转力矩的传动。连接圆管151上段外周过盈连接有轴承220，轴承220外圈过盈安装于连接盘160底部，轴承220采用深沟球轴承以便于承受压紧晶圆时轴向的压力。

优选的，如图3、图5以及图10所示，矩形框110中段设有支撑环111，支撑环111呈环形结构，并且与上传动轴140同轴，支撑环111的内壁与连接圆管151之间具有间隙，压紧圆盘150位于支撑环111下方，连接盘160位于支撑环111上方，支撑环111圆周均匀穿设有至少三颗限位螺钉230，限位螺钉230的轴线延长线与连接圆管151的轴线垂直相交，限位螺钉230前端设有滚动的钢珠231，钢珠231与连接圆管151的外壁滚动接触。利用限位螺钉230对连接圆管151进行固定，减小压紧圆盘150的摆动，提高稳定性，通过钢珠231与连接圆管151外壁接触，在对连接圆管151进行加固的同时还可避免影响连接圆管151的旋转以及升降。

优选的，如图11所示，支撑圆盘130底部与下传动轴120的上段之间采用花键连接，以便于拆卸更换支撑圆盘130从而适应支撑不同直径的晶圆，同时保证可靠的传利旋转力矩，下传动轴120的顶部与支撑圆盘130的底部之间通过圆锥配合，以提高支撑圆盘130与下传动轴120之间的同轴度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于，包括：独立安装的打磨机构（100）以及驱动机构（300）；

打磨机构（100）包括竖直设置的矩形框（110），矩形框（110）底部向上转动设有下传动轴（120），下传动轴（120）的顶部设有的支撑圆盘（130），下传动轴（120）带动支撑圆盘（130）一同旋转，矩形框（110）顶部向下转动穿设有上传动轴（140），上传动轴（140）下段沿轴线方向滑动设有压紧圆盘（150），上传动轴（140）带动压紧圆盘（150）一同旋转，压紧圆盘（150）转动设有连接盘（160），上传动轴（140）穿过连接盘（160），上传动轴（140）与连接盘（160）之间具有间隙，矩形框（110）顶部向下设有一对伸缩气缸（170），伸缩气缸（170）的推杆与连接盘（160）相连，伸缩气缸（170）的推杆与上传动轴（140）平行；

矩形框（110）两侧均设有打磨轮组（180），打磨轮组（180）的旋转轴线与下传动轴（120）平行，打磨轮组（180）包括下打磨片（181）和上打磨片（182），分别用于打磨晶圆的上表面和下表面的边沿，下打磨片（181）和上打磨片（182）之间的间距可调，下打磨片（181）和上打磨片（182）沿打磨轮组（180）旋转线轴方向的位置可调，打磨轮组（180）与下传动轴（120）之间的间距可调；

驱动机构（300）包括转动轴（310）以及与转动轴（310）相连的驱动电机，转动轴（310）与下传动轴（120）以及上传动轴（140） 平行，转动轴（310）与下传动轴（120）之间采用同步带传动，转动轴（310）与上传动轴（140）之间采用同步带传动。

2.根据权利要求1所述的一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于，打磨轮组（180）还包括连接轴（183），连接轴（183）上段为矩形杆，下打磨片（181）与上打磨片（182）均滑动套设与矩形杆，下打磨片（181）与上打磨片（182）均穿设有锁紧螺钉（184）用于将下打磨片（181）与上打磨片（182）压紧于连接轴（183），连接轴（183）底部连接于一电机的主轴，连接轴（183）的旋转方向与支撑圆盘（130）的旋转方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于，打磨轮组（180）设于滑动杆（190），滑动杆（190）截面为矩形结构，滑动杆（190）滑动穿过矩形框（110）的侧壁，滑动杆（190）的滑动垂直于下传动轴（120）的轴线，滑动杆（190）沿滑动方向配合设有丝杆（210），丝杆（210）转动设于矩形框（110）外侧，丝杆（210）的轴线延长线与下传动轴（120）的轴线垂直相交，丝杆（210）采用电机控制。

4.根据权利要求3所述的一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于，滑动杆（190）位于矩形框（110）外侧的一端设有限位块（191），限位块（191）始终处于矩形框（110）外侧。

5.根据权利要求1所述的一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于，压紧圆盘（150）顶部同轴设有连接圆管（151），连接圆管（151）上段加工有花键孔（1511），上传动轴（140）下段为花键轴（141），压紧圆盘（150）与上传动轴（140）之间通过花键孔（1511）与花键轴（141）实现滑动配合。

6.根据权利要求5所述的一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于,连接圆管（151）上段外周连接有轴承（220），轴承（220）外圈安装于连接盘（160）底部，轴承（220）采用深沟球轴承。

7.根据权利要求5所述的一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于，矩形框（110）中段设有支撑环（111），支撑环（111）呈环形结构，并且与上传动轴（140）同轴，支撑环（111）的内壁与连接圆管（151）之间具有间隙，压紧圆盘（150）位于支撑环（111）下方，连接盘（160）位于支撑环（111）上方，支撑环（111）圆周均匀穿设有至少三颗限位螺钉（230），限位螺钉（230）的轴线延长线与连接圆管（151）的轴线垂直相交，限位螺钉（230）前端设有滚动的钢珠（231），钢珠（231）与连接圆管（151）的外壁滚动接触。

8.根据权利要求1所述的一种用于晶圆打磨的装置，其特征在于，支撑圆盘（130）底部与下传动轴（120）的上段之间采用花键连接，以便于拆卸更换支撑圆盘（130），下传动轴（120）的顶部与支撑圆盘（130）的底部之间通过圆锥配合。

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