CN115026663A - 研磨装置和研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种研磨装置，包括相对设置的上研磨盘和下研磨盘，下研磨盘具有研磨腔，研磨腔的中心设置有中心轮，研磨腔的内侧壁设置有齿形成第一齿圈，第一齿圈和中心轮之间设置有多个游星轮，游星轮上设置有多个用于容纳待研磨硅片的容纳腔，研磨装置还包括多个与游星轮一一对应的驱动电机，驱动电机通过传动轴与游星轮的中心的中心孔传动连接，以控制相应的游星轮旋转，上研磨盘上设置有环形通孔以供传动轴穿过；研磨装置还包括位于上研磨盘远离下研磨盘的一侧的驱动结构，用于控制多个驱动电机沿着环形通孔的周向方向旋转，以使得对应的游星轮沿着第一齿圈旋转。本发明还涉及一种研磨方法。

Description

研磨装置和研磨方法
技术领域
本发明涉及硅片研磨技术领域，尤其涉及一种研磨装置和研磨方法。
背景技术
半导体硅片经线切割呈片状后需使用研磨设备对表面进行减薄，同时去除表面的损伤层，研磨工序常涉及粗研磨及精研磨两次加工，其中粗研磨多采用行星式双面研磨工艺，研磨装置一般包括上下两块大尺寸球墨铸铁研磨盘，上下研磨中心对齐上下分离，下盘由电机驱动进行自转，下盘中心掏空呈圆环状，中心位置设置中心齿轮也称为Inner Gear，外周设置环形齿圈也称为Sun Gear，环形齿圈齿轮向内径方向，加工时将多个外周有齿的游星轮放置与下研磨盘上，游星轮为圆形设有与硅片尺寸一致的空洞，并在空洞内放置硅片，游星轮直径大小为中心齿轮与环形齿轮间距，使得游星轮可完美啮合在中心齿轮和环形齿轮之间。通过驱动中心齿轮，环形齿圈可间接驱动游星轮及硅片围绕中心公转，通过驱动下盘自转，使得硅片与下研磨盘之间产生相对位移，配合加工过程中持续供应的研磨砂达到硅片减薄的目的。
硅片在游星轮空洞区域内呈自由状态，加工过程中自由运转，方向及转速不固定，游星轮受内外齿轮差速而自转和公转，运行轨迹差异大，孔内每个硅片的运动轨迹不规则，导致表面去除效果差异大，且随着加工的进行，外周环形齿轮出现磨损，游星轮驱动的平稳性下降，容易出现游星轮跳动情况，硅片受游星轮跳动影响易出现破损或平坦度下滑。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种研磨装置和研磨方法，解决在研磨过程中由于外周环形齿轮发生磨损而导致游星轮平稳性下降，进而影响硅片研磨质量的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种研磨装置，包括相对设置的上研磨盘和下研磨盘，所述下研磨盘具有研磨腔，所述研磨腔的中心设置有中心轮，所述研磨腔的内侧壁设置有齿形成第一齿圈，所述第一齿圈和所述中心轮之间设置有多个游星轮，所述游星轮上设置有多个用于容纳待研磨硅片的容纳腔，
所述研磨装置还包括多个与所述游星轮一一对应的驱动电机，所述驱动电机通过传动轴与所述游星轮的中心的中心孔传动连接，以控制相应的所述游星轮旋转，所述上研磨盘上设置有环形通孔以供所述传动轴穿过；
所述研磨装置还包括位于所述上研磨盘远离所述下研磨盘的一侧的驱动结构，用于控制多个所述驱动电机沿着所述环形通孔的周向方向旋转，以使得对应的所述游星轮沿着所述第一齿圈旋转。
可选的，所述游星轮的中心设置有所述中心孔，所述中心孔的内侧面设置有齿形成第二齿圈，所述第二齿圈与所述传动轴上的齿相啮合。
可选的，所述驱动结构包括环形轨道和控制所述环形轨道自转的驱动部，所述环形轨道所在的平面与所述环形通孔所在的平面平行设置，所述驱动电机固定于所述环形轨道上，可随着所述环形轨道的自转进行旋转运动。
可选的，所述环形轨道在所述上研磨盘上的正投影与所述环形通孔重合。
可选的，所述环形轨道的中心点与所述环形通孔的中心点的连线与所述环形轨道所在的平面垂直。
可选的，还包括升降结构，用于控制所述上研磨盘和/或所述下研磨盘升降以使得所述上研磨盘和所述下研磨盘相向或相背移动。
可选的，所述研磨装置还包括基座，所述下研磨盘设置于所述基座上，且所述研磨装置还包括位于所述基座内的旋转结构，所述旋转结构位于所述下研磨盘远离所述上研磨盘的一侧，用于控制所述下研磨盘的旋转。
本发明实施例还提供一种研磨方法，采用上述的研磨装置对硅片进行研磨，所述研磨方法具体包括以下步骤：
将硅片放置于游星轮上的容纳腔内；
移动上研磨盘和/或下研磨盘，使得所述上研磨盘和所述下研磨盘相向移动，以使得所述上研磨盘与硅片接触；
通过驱动电机控制所述游星轮绕其中心旋转的同时，控制驱动电机沿着环形轨道旋转，以使得所述游星轮沿着下研磨盘的第一齿圈旋转。
可选的，在研磨过程中，控制所述上研磨盘和/或所述下研磨盘进行旋转。
可选的，所述研磨方法还包括在研磨过程中在硅片上喷射研磨砂浆。
本发明的有益效果是：通过驱动电机控制游星轮自转，通过驱动结构控制游星轮绕第一齿圈公转，从而实现游星轮的自主旋转运动，避免了由于外周环形齿轮发生磨损而导致游星轮平稳性下降，进而影响硅片研磨质量的问题。
附图说明
图1表示本发明实施例中的研磨装置的结构示意图一；
图2表示本发明实施例中的研磨装置的结构示意图二；
图3表示本发明实施例中的下研磨盘的结构示意图；
图4表示本发明实施例中驱动结构的示意图；
图5表示本发明实施例中驱动电机示意图；
图6表示本发明实施例中游星轮结构示意图。
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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参考图1-图6，本实施例提供一种研磨装置，包括相对设置的上研磨盘002和下研磨盘006，所述下研磨盘006具有研磨腔，所述研磨腔的中心设置有中心轮004，所述研磨腔的内侧壁设置有齿形成第一齿圈005，所述第一齿圈005和所述中心轮004之间设置有多个游星轮007，所述游星轮007上设置有多个用于容纳待研磨硅片的容纳腔008，
所述研磨装置还包括多个与所述游星轮007一一对应的驱动电机101，所述驱动电机101通过传动轴102与所述游星轮007的中心的中心孔103传动连接，以控制相应的所述游星轮007旋转，所述上研磨盘002上设置有环形通孔以供所述传动轴102穿过；
所述研磨装置还包括位于所述上研磨盘002远离所述下研磨盘006的一侧的驱动结构，用于控制多个所述驱动电机101沿着所述环形通孔的周向方向旋转，以使得对应的所述游星轮007沿着所述第一齿圈005旋转。
相关技术中，游星轮007啮合于中心轮004和第一齿圈005之间，中心轮004转动从而带动游星轮007在第一齿圈005和中心轮004之间旋转，游星轮007是被动运动，无自主驱动，在研磨过程中，由于第一齿圈005磨损，游星轮007的稳定性下降，容易造成游星轮007跳动，从而造成硅片研磨质量下降的问题。针对上述问题，本实施例中增设控制游星轮007旋转(自转)的驱动电机101，以及控制驱动电机101旋转进而带动游星轮007在第一齿圈005和中心轮之间的环形区域旋转(公转)的驱动结构，实现游星轮007的自主自转的同时实现游星轮007沿着第一齿圈005的公转，避免了第一齿圈005磨损导致游星轮007平稳性下降，进而导致游星轮007发生跳动降低研磨质量的问题。
相关技术中，游星轮间接受到内外齿轮(中心轮和第一齿圈)的转速差驱动，转速设置过程复杂，不利于工艺能力提升；本实施例中直接设定游星轮自转及公转转速，点对点控制，提升控制效率，利于工艺管理。
示例性的实施方式中，所述游星轮007的中心设置有所述中心孔103，所述中心孔103的内侧面设置有齿形成第二齿圈，所述第二齿圈与所述传动轴102上的齿相啮合。
通过所述传动轴102和所述中心孔103的啮合，驱动电机101控制所述游星轮007进行旋转运动。
示例性的，所述中心孔103与所述传动轴102同轴设置，即所述中心孔103的中心点位于所述传动轴102的轴向中心线的延长线上，避免偏心旋转以影响游星轮007的平稳性。
示例性的实施方式中，所述驱动结构包括环形轨道104和控制所述环形轨道104自转的驱动部，所述环形轨道104所在的平面与所述环形通孔所在的平面平行设置，所述驱动电机101固定于所述环形轨道104上，可随着所述环形轨道104的自转进行旋转运动。
所述游星轮007啮合于所述第一齿圈005和所述中心轮004之间，所述驱动电机101控制所述游星轮007自转的同时，所述游星轮007会沿着所述第一齿圈005进行旋转运动，此时所述驱动部驱动所述环形轨道104进行旋转，从而带动固定于所述环形轨道104上的驱动电机101进行旋转，从而实现所述游星轮007沿着所述第一齿圈005进行旋转运动。
示例性的实施方式中，所述环形轨道104在所述上研磨盘002上的正投影与所述环形通孔重合。
所述传动轴102穿过所述环形通孔与相应的游星轮007连接，且在所述游星轮007沿着所述第一齿圈005进行旋转时，所述传动轴102在所述环形通孔内旋转，为了边缘所述游星轮007的运动，所述环形轨道104在所述上研磨盘002上的正投影与所述环形通孔重合，避免干涉
示例性的实施方式中，所述环形轨道104的中心点与所述环形通孔的中心点的连线与所述环形轨道104所在的平面垂直。
采用上述方案，使得所述传动轴102穿过所述环形通孔后，所述传动轴102的延伸方向与所述游星轮007相垂直，利于控制所述游星轮007的旋转。
示例性的实施方式中，所述研磨装置还包括升降结构003，用于控制所述上研磨盘002和/或所述下研磨盘006升降以使得所述上研磨盘002和所述下研磨盘006相向或相背移动。
所述升降结构003可以为气缸，但并不以此为限。所述升降结构003用于控制所述上研磨盘002和/或所述下研磨盘006升降，在研磨过程中硅片施加压力，进而利于研磨。
示例性的实施方式中，所述研磨装置还包括基座001，所述下研磨盘006设置于所述基座001上，且所述研磨装置还包括位于所述基座001内的旋转结构，所述旋转结构位于所述下研磨盘006远离所述上研磨盘002的一侧，用于控制所述下研磨盘006的旋转。
控制所述游星轮007旋转(自转)的所述驱动电机101以及用于控制所述驱动电机101旋转，以带动所述游星轮007沿着所述第一齿圈005旋转的驱动结构的设置，相对于游星轮007无自主驱动，在中心轮004的带动下被动运动的结构形式，避免了第一齿圈005被磨损，影响游星轮007的稳定性，导致游星轮007跳动，从而降低硅片研磨质量的问题。
示例性的实施方式中，所述研磨装置还包括研磨砂浆提供结构009，用于对硅片提供研磨砂浆，以增强研磨效果。
需要说明的是，连接于所述研磨砂浆提供结构009和升降结构003之间的箭头仅表示所述研磨砂浆提供结构009用于提供砂浆，并不表示实际砂浆提供位置。
示例性的，所述上研磨盘002上设置有通孔，可以通过喷嘴直接对上研磨盘002进行喷射，并通过所述上研磨盘002上的通孔进入到所述上研磨盘和硅片之间。
示例性的实施方式中，所述游星轮007进行自转和沿所述第一齿圈005进行公转的同时，所述上研磨盘002和/或所述下研磨盘006旋转，以提供研磨效果。
需要说明的是，在所述上研磨盘002和所述下研磨盘006同时旋转时，所述上研磨盘002和所述下研磨盘006的旋转方向相反。
需要说明的是，所述游星轮007的数量可以根据需要设定，在一实施方式中，均匀设置了五个相同的游星轮007，但并不以此为限。对应的，所述研磨装置设置了五个驱动电机101，五个驱动电机101均匀设置于所述环形轨道104上。
需要说明的是，每个所述游星轮007上用于容纳硅片的容纳腔008的数量可以根据实际需要设定，一实施方式中，一个游星轮007上设置了四个容纳腔008，但并不以此为限。
同一个游星轮007上的多个容纳腔008的尺寸可以相同，也可以部分相同，也可以完全不同，不同的游星轮007上的多个容纳腔008的尺寸可以相同，也可以部分相同，也可以完全不同，在一实施方式中，所有游星轮007上的容纳腔008的尺寸相同，但并不以此为限。
本发明实施例还提供一种研磨方法，采用上述的研磨装置对硅片进行研磨，所述研磨方法具体包括以下步骤：
将硅片放置于游星轮007上的容纳腔008内；
移动上研磨盘002和/或下研磨盘006，使得所述上研磨盘002和所述下研磨盘006相向移动，以使得所述上研磨盘002与硅片接触；
通过驱动电机101控制所述游星轮007绕其中心旋转的同时，控制驱动电机101沿着环形轨道104旋转，以使得所述游星轮007沿着下研磨盘006的第一齿圈005旋转。
示例性的实施方式中，在研磨过程中，控制所述上研磨盘002和/或所述下研磨盘006进行旋转。
示例性的实施方式中，所述研磨方法还包括在研磨过程中在硅片上喷射研磨砂浆。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种研磨装置，包括相对设置的上研磨盘和下研磨盘，所述下研磨盘具有研磨腔，所述研磨腔的中心设置有中心轮，所述研磨腔的内侧壁设置有齿形成第一齿圈，所述第一齿圈和所述中心轮之间设置有多个游星轮，所述游星轮上设置有多个用于容纳待研磨硅片的容纳腔，其特征在于，
所述研磨装置还包括多个与所述游星轮一一对应的驱动电机，所述驱动电机通过传动轴与所述游星轮的中心的中心孔传动连接，以控制相应的所述游星轮旋转，所述上研磨盘上设置有环形通孔以供所述传动轴穿过；
所述研磨装置还包括位于所述上研磨盘远离所述下研磨盘的一侧的驱动结构，用于控制多个所述驱动电机沿着所述环形通孔的周向方向旋转，以使得对应的所述游星轮沿着所述第一齿圈旋转。
2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述游星轮的中心设置有所述中心孔，所述中心孔的内侧面设置有齿形成第二齿圈，所述第二齿圈与所述传动轴上的齿相啮合。
3.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述驱动结构包括环形轨道和控制所述环形轨道自转的驱动部，所述环形轨道所在的平面与所述环形通孔所在的平面平行设置，所述驱动电机固定于所述环形轨道上，可随着所述环形轨道的自转进行旋转运动。
4.根据权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，所述环形轨道在所述上研磨盘上的正投影与所述环形通孔重合。
5.根据权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，所述环形轨道的中心点与所述环形通孔的中心点的连线与所述环形轨道所在的平面垂直。
6.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，还包括升降结构，用于控制所述上研磨盘和/或所述下研磨盘升降以使得所述上研磨盘和所述下研磨盘相向或相背移动。
7.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，还包括基座，所述下研磨盘设置于所述基座上，且所述研磨装置还包括位于所述基座内的旋转结构，所述旋转结构位于所述下研磨盘远离所述上研磨盘的一侧，用于控制所述下研磨盘的旋转。
8.一种研磨方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的研磨装置对硅片进行研磨，所述研磨方法具体包括以下步骤：
将硅片放置于游星轮上的容纳腔内；
移动上研磨盘和/或下研磨盘，使得所述上研磨盘和所述下研磨盘相向移动，以使得所述上研磨盘与硅片接触；
通过驱动电机控制所述游星轮绕其中心旋转的同时，控制驱动电机沿着环形轨道旋转，以使得所述游星轮沿着下研磨盘的第一齿圈旋转。
9.根据权利要求8所述的研磨方法，其特征在于，在研磨过程中，控制所述上研磨盘和/或所述下研磨盘进行旋转。
10.根据权利要求8所述的研磨方法，其特征在于，还包括在研磨过程中在硅片上喷射研磨砂浆。
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