CN116197751B - 一种空白硅片的全面打磨校验一体机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅片打磨校验设备技术领域，提出了一种空白硅片的全面打磨校验一体机及使用方法，包括基座及设置在所述基座上的旋转工作台，所述旋转工作台上具有若干个圆周设置的硅片吸附工位，还包括设置在所述旋转工作台上方的砂轮组件，所述砂轮组件包括砂轮支架、引导轨及打磨砂轮，所述引导轨设置在所述砂轮支架上，若干个所述打磨砂轮沿所述引导轨的引导方向移动，所述引导轨具有打磨段，所述打磨段的导向轨迹与所述硅片吸附工位的运行轨迹的圆心角相同。通过上述技术方案，解决了现有技术中硅片的打磨设备提高打磨效率时易存在硅片打磨崩边、表面质量降低的技术问题。

Description

一种空白硅片的全面打磨校验一体机及使用方法

技术领域

本发明涉及硅片打磨校验设备技术领域，具体的，涉及一种空白硅片的全面打磨校验一体机及使用方法。

背景技术

单晶硅片是制造集成电路芯片最广泛使用的衬底材料，其加工质量直接决定了集成电路芯片的品质。在整个制造工艺过程中，经过多线切割的硅片表面及亚表面存在较大损伤，工业中通常使用磨削和研磨加工来去除损伤。

现有技术中，工业中通常使用研磨加工来去除线切割损伤，以减小亚表面损伤层深度，同时提高面形精度。研磨加工可以使硅片表面获得较高的面型精度，但仍然会在硅片的表面产生划痕、凹坑和微裂纹，目前针对研磨存在硅片自转磨削技术和旋转工作台式磨削技术，其中自转磨削技术的磨削力稳定，加工的面型精度高，但是磨削加工一次只能加工一个硅片，加工效率低，而旋转工作台的磨削方式，由于砂轮与硅片的相对位置总是处于变化的状态，因而其杯型砂轮磨削硅片的切入角和磨削宽度亦处于变化的状态，导致其磨削力并不恒定，硅片的面形精度、强度和表面质量因此受到影响，并且有可能出现崩边、塌边等缺陷，因此加工效果也并不理想，基于以上问题，亟需一种能够高效率并且加工质量可靠的硅片打磨装置。

发明内容

本发明提出一种空白硅片的全面打磨校验一体机及使用方法，解决了现有技术中硅片的打磨设备提高打磨效率时易存在硅片打磨崩边、表面质量降低的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种空白硅片的全面打磨校验一体机，包括基座及设置在所述基座上的旋转工作台，所述旋转工作台上具有若干个圆周设置的硅片吸附工位，还包括设置在所述旋转工作台上方的砂轮组件，所述砂轮组件包括砂轮支架、引导轨及打磨砂轮，所述引导轨设置在所述砂轮支架上，若干个所述打磨砂轮沿所述引导轨的引导方向移动，所述引导轨具有打磨段，所述打磨段的导向轨迹与所述硅片吸附工位的运行轨迹的圆心角相同。

所述打磨段的弧长大于所述硅片吸附工位运行轨迹的弧长，所述引导轨还包括维修段，所述维修段位于所述旋转工作台的外侧。

所述引导轨包括导轨底板、导轨侧板及导轨托板，所述导轨底板与所述砂轮支架固定连接，两个所述导轨侧板与所述导轨底板垂直连接，两个所述导轨托板与所述导轨侧板垂直连接，所述导轨托板与所述导轨底板平行设置，所述导轨托板、所述导轨侧板及所述导轨底板之间形成运动空间，两个所述导轨托板之间形成间隙。

所述打磨砂轮包括砂轮座、驱动端及打磨端，所述驱动端设置在所述砂轮座的一端，所述驱动端移动设置在所述引导轨上，所述打磨端设置在所述砂轮座的另一端，所述打磨端可拆卸设置在所述砂轮座上。

所述砂轮座一端伸入所述运动空间内，所述砂轮座与所述导轨托板抵接，所述驱动端包括行进驱动装置及设置在所述行进驱动装置驱动端的驱动齿轮，所述行进驱动装置设置在所述砂轮座上，任意一个所述导轨侧板的内侧具有啮合齿，所述驱动齿轮与所述啮合齿啮合。

所述打磨端包括杯形砂轮，还包括打磨驱动装置，所述杯形砂轮与所述打磨驱动装置的输出端连接。

还包括厚度校验装置及崩边防护装置，所述厚度校验装置设置在所述基座上，所述厚度校验装置位于所述硅片吸附工位上方，所述厚度校验装置的信号输出端与所述崩边防护装置的驱动端连接，所述崩边防护装置包括防护环，所述防护环升降设置在所述基座上，所述防护环套设在所述硅片吸附工位上。

所述防护环外侧具有过渡斜面，还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置的驱动端与所述厚度校验装置的信号输出端连接。

一种空白硅片的全面打磨校验一体机的使用方法，包括以下步骤：

S01：将切割后的空白硅片放置在旋转工作台的硅片吸附工位上，并进行吸附固定；

S02：旋转工作台进行旋转，硅片吸附工位将空白硅片移动至厚度校验装置下进行厚度检测；

S03：根据S02中的厚度检测反馈结果，崩边防护装置调整防护环的高度对硅片进行保护；

S04：打磨砂轮在引导轨上移动至硅片吸附工位初始进行的打磨位置，在防护环的导向下与空白硅片进行接触并进入打磨过程；

S05：打磨砂轮在引导轨的引导下跟随旋转工作台上的硅片吸附工位的运动轨迹同步运动，保持打磨砂轮与硅片接触；

S06：一次打磨后进行厚度再检测，重复步骤S02～S05，直至打磨至规定厚度，形成打磨成品。

本发明的工作原理及有益效果为：

本发明中，公开了一种空白硅片的全面打磨校验一体机，通过改进旋转工作台磨削设备，采用了与旋转工作台上的硅片吸附工位旋转的运行轨迹具有相同圆心角的引导轨，而引导轨上安装有沿着引导轨移动的打磨砂轮，而打磨砂轮在引导轨的引导下，能够与旋转工作台上的硅片吸附工位形成同步运动，从而让打磨砂轮与硅片吸附工位上的硅片在打磨过程中始终保持相同的接触面，那么旋转工作台上的每一个硅片吸附工位的打磨方式也就可以同工件自转磨削方式达到相同的打磨效果，基于以上工作原理，本发明中的打磨校验一体机能够实现在提高相应打磨效率的同时，还能够让每一个硅片保持稳定的磨削力，硅片的面型精度也会提高，由于相应磨削力的均匀稳定，空白硅片出现崩边、塌边的缺陷也会得到相应的改善，降低缺陷的产生，提高产品质量的同时，良品率也得到相应的提升。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明整体结构轴测图一；

图2为本发明整体结构轴测图二；

图3为本发明打磨轨迹示意图；

图4为本发明整体结构俯视图；

图5为图4中沿A-A方向的剖视图；

图6为图5中B处的局部放大图；

图7为本发明引导轨结构示意图；

图中：1、基座，2、旋转工作台，3、硅片吸附工位，4、砂轮支架，5、引导轨，6、打磨砂轮，7、打磨段，8、维修段，9、导轨底板，10、导轨侧板，11、导轨托板，12、砂轮座，13、行进驱动装置，14、驱动齿轮，15、啮合齿，16、杯形砂轮，17、打磨驱动装置，18、厚度校验装置，19、防护环，20、渡斜面，21、升降驱动装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

如图1～图7所示，本实施例提出了一种空白硅片的全面打磨校验一体机，包括基座1及设置在所述基座1上的旋转工作台2，所述旋转工作台2上具有若干个圆周设置的硅片吸附工位3，还包括设置在所述旋转工作台2上方的砂轮组件，所述砂轮组件包括砂轮支架4、引导轨5及打磨砂轮6，所述引导轨5设置在所述砂轮支架4上，若干个所述打磨砂轮6沿所述引导轨5的引导方向移动，所述引导轨5具有打磨段7，所述打磨段7的导向轨迹与所述硅片吸附工位3的运行轨迹的圆心角相同。

本实施例中，公开了一种空白硅片的全面打磨校验一体机，其结构主体为带动硅片吸附工位3旋转工作台2和对空白硅片进行打磨的砂轮组件为两大主要部分，其中硅片吸附工位3对硅片进行吸附固定，并在旋转工作台2公转的过程中，能够带动硅片实现自转，其中硅片吸附工位3采用真空陶瓷吸盘，基座1对旋转工作台2进行支撑及稳定，而砂轮组件是安装在旋转工作台2的上方，砂轮组件的砂轮支架4是将整体悬吊在旋转工作台2的上方的，而引导轨5是安装在砂轮支架4上，其中引导轨5具有打磨段7，打磨段7的导向轨迹和硅片吸附工位3在经过打磨段7下方时的运行轨迹是具有相同的圆心角，打磨砂轮6是在引导轨5上移动的，在进行打磨时，打磨砂轮6与旋转工作台2上的硅片能够始终保持相同的重合位置，也就是砂轮与硅片之间位置相对固定，砂轮的切入角α及磨削宽度L始终保持不变，也是与现有技术中单纯旋转工作台2磨削技术主要区别点，能够实现旋转工作台2磨削技术与工件自转磨削技术有机结合。

基于以上结构，工作原理为通过改进旋转工作台2磨削设备，采用了与旋转工作台2上的硅片吸附工位3旋转的运行轨迹具有相同圆心角的引导轨5，而引导轨5上安装有沿着引导轨5移动的打磨砂轮6，而打磨砂轮6在引导轨5的引导下，能够与旋转工作台2上的硅片吸附工位3形成同步运动，从而让打磨砂轮6与硅片吸附工位3上的硅片在打磨过程中始终保持相同的接触面，那么旋转工作台2上的每一个硅片吸附工位3的打磨方式也就可以同工件自转磨削方式达到相同的打磨效果，基于以上工作原理，本发明中的打磨校验一体机能够实现在提高相应打磨效率的同时，还能够让每一个硅片保持稳定的磨削力，硅片的面型精度也会提高，由于相应磨削力的均匀稳定，空白硅片出现崩边、塌边的缺陷也会得到相应的改善，降低缺陷的产生，提高产品质量的同时，良品率也得到相应的提升。

所述打磨段7的弧长大于所述硅片吸附工位3运行轨迹的弧长，所述引导轨5还包括维修段8，所述维修段8位于所述旋转工作台2的外侧。

本实施例中，打磨段7轨迹的弧长大于硅片吸附工位3轨迹的弧长，那么安装的打磨砂轮6就能够安装磨削面相对更大的砂轮，从而对硅片进行更全面的打磨，引导轨5除了打磨段7之外，还设置有维修段8，其中维修段8是在旋转工作台2的外侧，将打磨砂轮6移动至工作台的外侧，一方面能够对打磨砂轮6表面进行常规维护，另一方面也便于维修，维修段8与打磨段7之间可以根据实际使用情况设置过渡段，从而让打磨砂轮6能够保持稳定的运行状态。

所述引导轨5包括导轨底板9、导轨侧板10及导轨托板11，所述导轨底板9与所述砂轮支架4固定连接，两个所述导轨侧板10与所述导轨底板9垂直连接，两个所述导轨托板11与所述导轨侧板10垂直连接，所述导轨托板11与所述导轨底板9平行设置，所述导轨托板11、所述导轨侧板10及所述导轨底板9之间形成运动空间，两个所述导轨托板11之间形成间隙。

本实施例中，引导轨5对打磨砂轮6的运行轨迹进行限制，引导轨5为三部分，固定在砂轮支架4上的导轨底板9，在导轨底板9的两侧安装有导轨侧板10，两侧的导轨侧板10之间形成导轨槽，与两侧的导轨侧板10连接的是导轨托板11，导轨托板11与导轨底板9之间平行设置，两侧的导轨托板11之间具有检测，打磨砂轮6能够穿过检测安装在导轨槽内，从而实现对打磨砂轮6的悬吊。

所述打磨砂轮6包括砂轮座12、驱动端及打磨端，所述驱动端设置在所述砂轮座12的一端，所述驱动端移动设置在所述引导轨5上，所述打磨端设置在所述砂轮座12的另一端，所述打磨端可拆卸设置在所述砂轮座12上。

本实施例中，打磨砂轮6分为砂轮座12、打磨端及驱动端，其中驱动端在砂轮座12的上端，打磨端在另一端，也就是在下端，靠近硅片的一端，驱动端是移动设置在引导轨5上的，带动着砂轮座12及打磨端绕着引导轨5做循环移动，其中打磨端是可拆卸安装在砂轮座12上的，在维修段8可以对其进行维护及更换维修。

所述砂轮座12一端伸入所述运动空间内，所述砂轮座12与所述导轨托板11抵接，所述驱动端包括行进驱动装置13及设置在所述行进驱动装置13驱动端的驱动齿轮14，所述行进驱动装置13设置在所述砂轮座12上，任意一个所述导轨侧板10的内侧具有啮合齿15，所述驱动齿轮14与所述啮合齿15啮合。

本实施例中，砂轮座12的一端伸入到引导轨5内的运动空间内，砂轮座12的一端与导轨托板11抵接，导轨托板11之间起到主要承重的作用，而砂轮座12的一端也主要起到承载重量的作用，在砂轮座12上端的驱动端为行进驱动装置13及安装在其驱动端的驱动齿轮14，行进驱动装置13为旋转驱动装置，可以采用伺服电机及驱动马达，在导轨侧板10上设置有啮合齿15，啮合齿15在两侧的导轨侧板10的任意一侧的导轨侧板10上，驱动齿轮14与啮合齿15啮合，行进驱动装置13带动驱动齿轮14转动，驱动齿轮14则在导轨侧板10的啮合齿15的作用下，能够带动着齿轮座绕着引导轨5移动。

所述打磨端包括杯形砂轮16，还包括打磨驱动装置17，所述杯形砂轮16与所述打磨驱动装置17的输出端连接。

本实施例中，打磨端采用杯形砂轮16，杯形砂轮16采用金刚石砂轮，另外采用打磨驱动装置17驱动杯形砂轮16转动，打磨驱动装置17可以采用伺服电机或者驱动马达。

还包括厚度校验装置18及崩边防护装置，所述厚度校验装置18设置在所述基座1上，所述厚度校验装置18位于所述硅片吸附工位3上方，所述厚度校验装置18的信号输出端与所述崩边防护装置的驱动端连接，所述崩边防护装置包括防护环19，所述防护环19升降设置在所述基座1上，所述防护环19套设在所述硅片吸附工位3上。

本实施例中，在对空白硅片进行全面打磨的过程中，还需要对硅片进行校验，在基座1安装厚度校验装置18，硅片厚度校验装置18在硅片吸附工位3的上方，就硅片吸附工位3的移动轨迹方向而言，是在硅片吸附工位3进入打磨段7前，在硅片吸附工位3出打磨段7后，根据厚度校验装置18对硅片进行检测的结果，反馈崩边防护装置上，崩边防护装置的防护环19是套设在硅片吸附工位3上的，并且能够在基座1上实现升降，测量完成硅片的厚度后，防护环19会调整高度，从而让打磨砂轮6在于硅片接触之前，会首先与防护环19接触，避免了打磨砂轮6直接与硅片边缘接触，造成硬碰撞造成崩边缺陷。

所述防护环19外侧具有过渡斜面20，还包括升降驱动装置21，所述升降驱动装置21的驱动端与所述厚度校验装置18的信号输出端连接。

本实施例中，防护环19的侧边设置有过渡斜面20，防护环19是通过升降驱动装置21实现高度调整的，升降驱动装置21可以为高精度的液压缸、气缸甚至是高精度丝杠与丝母配合实现，过渡斜面20是从外侧为最低，内侧为高端，杯形砂轮16与打磨驱动装置17之间通过高静压空气动力轴承进行连接，从而能够实现平稳过渡接触打磨。

一种空白硅片的全面打磨校验一体机的使用方法，包括以下步骤：

S01：将切割后的空白硅片放置在旋转工作台2的硅片吸附工位3上，并进行吸附固定；

S02：旋转工作台2进行旋转，硅片吸附工位3将空白硅片移动至厚度校验装置18下进行厚度检测；

S03：根据S02中的厚度检测反馈结果，崩边防护装置调整防护环19的高度对硅片进行保护；

S04：打磨砂轮6在引导轨5上移动至硅片吸附工位3初始进行的打磨位置，在防护环19的导向下与空白硅片进行接触并进入打磨过程；

S05：打磨砂轮6在引导轨5的引导下跟随旋转工作台2上的硅片吸附工位3的运动轨迹同步运动，保持打磨砂轮6与硅片接触；

S06：一次打磨后进行厚度再检测，重复步骤S02～S05，直至打磨至规定厚度，形成打磨成品。

本实施例中，提出一种空白硅片的全面打磨校验一体机的使用方法，本使用方法是建立在空白硅片的全面打磨校验一体机的基础之上，设备调试无问题后，首先是对硅片进行安装，进行吸附固定，之后旋转工作台2对硅片移动至厚度校验装置18的下方进行校验厚度，根据反馈结果，调整防护环19的高度，旋转工作台2继续带着已经调整好的防护环19准备进入打磨段7，与此同时，打磨砂轮6会在引导轨5上调整位置，在硅片进行打磨阶段前就在打磨段7的初始端待机等待，之后随着旋转工作台2的旋转，在防滑环的导向下，空白硅片会与打磨砂轮6进行接触，此时旋转工作台2继续旋转，而打磨砂轮6沿着引导轨5的引导进行移动，硅片与相应的打磨砂轮6对应，始终保持稳定的接触及打磨，完成打磨段7的打磨后，会再次进行厚度校验，之后循环进行打磨，直至形成成品，硅片的全面打磨及校验最终完成。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空白硅片的全面打磨校验一体机，包括基座（1）及设置在所述基座（1）上的旋转工作台（2），所述旋转工作台（2）上具有若干个圆周设置的硅片吸附工位（3），还包括设置在所述旋转工作台（2）上方的砂轮组件，其特征在于，所述砂轮组件包括砂轮支架（4）、引导轨（5）及打磨砂轮（6），所述引导轨（5）设置在所述砂轮支架（4）上，若干个所述打磨砂轮（6）沿所述引导轨（5）的引导方向移动，所述引导轨（5）具有打磨段（7），所述打磨段（7）的导向轨迹和所述硅片吸附工位（3）在经过所述打磨段（7）下方时的运行轨迹是具有相同的圆心角，在进行打磨时，所述打磨砂轮（6）与所述旋转工作台（2）上的硅片能够始终保持相同的重合位置。

2.根据权利要求1所述的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，所述打磨段（7）的弧长大于所述硅片吸附工位（3）运行轨迹的弧长，所述引导轨（5）还包括维修段（8），所述维修段（8）位于所述旋转工作台（2）的外侧。

3.根据权利要求2所述的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，所述引导轨（5）包括导轨底板（9）、导轨侧板（10）及导轨托板（11），所述导轨底板（9）与所述砂轮支架（4）固定连接，两个所述导轨侧板（10）与所述导轨底板（9）垂直连接，两个所述导轨托板（11）与所述导轨侧板（10）垂直连接，所述导轨托板（11）与所述导轨底板（9）平行设置，所述导轨托板（11）、所述导轨侧板（10）及所述导轨底板（9）之间形成运动空间，两个所述导轨托板（11）之间形成间隙。

4.根据权利要求3所述的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，所述打磨砂轮（6）包括砂轮座（12）、驱动端及打磨端，所述驱动端设置在所述砂轮座（12）的一端，所述驱动端移动设置在所述引导轨（5）上，所述打磨端设置在所述砂轮座（12）的另一端，所述打磨端可拆卸设置在所述砂轮座（12）上。

5.根据权利要求4所述的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，所述砂轮座（12）一端伸入所述运动空间内，所述砂轮座（12）与所述导轨托板（11）抵接，所述驱动端包括行进驱动装置（13）及设置在所述行进驱动装置（13）驱动端的驱动齿轮（14），所述行进驱动装置（13）设置在所述砂轮座（12）上，任意一个所述导轨侧板（10）的内侧具有啮合齿（15），所述驱动齿轮（14）与所述啮合齿（15）啮合。

6.根据权利要求4所述的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，所述打磨端包括杯形砂轮（16），还包括打磨驱动装置（17），所述杯形砂轮（16）与所述打磨驱动装置（17）的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，还包括厚度校验装置（18）及崩边防护装置，所述厚度校验装置（18）设置在所述基座（1）上，所述厚度校验装置（18）位于所述硅片吸附工位（3）上方，所述厚度校验装置（18）的信号输出端与所述崩边防护装置的驱动端连接，所述崩边防护装置包括防护环（19），所述防护环（19）升降设置在所述基座（1）上，所述防护环（19）套设在所述硅片吸附工位（3）上。

8.根据权利要求7所述的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，所述防护环（19）外侧具有过渡斜面（20），还包括升降驱动装置（21），所述升降驱动装置（21）的驱动端与所述厚度校验装置（18）的信号输出端连接。

9.一种空白硅片的全面打磨校验一体机的使用方法，包括权利要求1~权利要求8任意一项的空白硅片的全面打磨校验一体机，其特征在于，包括以下步骤：

S01：将切割后的空白硅片放置在旋转工作台的硅片吸附工位上，并进行吸附固定；

S02：旋转工作台进行旋转，硅片吸附工位将空白硅片移动至厚度校验装置下进行厚度检测；

S03：根据S02中的厚度检测反馈结果，崩边防护装置调整防护环的高度对硅片进行保护；

S04：打磨砂轮在引导轨上移动至硅片吸附工位初始进行的打磨位置，在防护环的导向下与空白硅片进行接触并进入打磨过程；

S05：打磨砂轮在引导轨的引导下跟随旋转工作台上的硅片吸附工位的运动轨迹同步运动，保持打磨砂轮与硅片接触；

S06：一次打磨后进行厚度再检测，重复步骤S02~S05，直至打磨至规定厚度，形成打磨成品。