CN116652791B - 一种硅电极表面抛光设备及抛光方法 - Google Patents

Abstract

一种硅电极表面抛光设备及抛光方法，属于硅电极加工技术领域，包括机体，机体上设有抛光平台，抛光平台上设有用于夹持硅电极的夹持组件，夹持组件的上方设有用于对硅电极表面抛光的抛光组件；夹持组件包括重力传感器以及转动设于抛光平台上的底座，底座的中间位置设有用于支撑硅电极的支撑座，支撑座的上方设有夹持安装环，夹持安装环内端面设有伸缩夹持件，且底座的上阵列设有多组支撑件，且支撑件中有一组和夹持安装环的下端面铰接，在初始状态时，多组支撑件的上表面均触接于夹持安装环的下表面；本发明保障了硅电极的重心与夹持安装环或支撑座中心轴的重合精度，提高硅电极的抛光面加工的稳定性，从而有效的使硅电极表面机加工达到镜面效果。

Description

一种硅电极表面抛光设备及抛光方法

技术领域

本发明属于硅电极加工技术领域，特别涉及一种硅电极表面抛光设备及抛光方法。

背景技术

一般在制造半导体集成电路的时候，需要对硅晶片上形成的层间绝缘层(SiO2)进行刻蚀工艺。为了对带有绝缘层的硅片进行刻蚀，要使用等离子刻蚀装置。在该等离子刻蚀装置中，刻蚀气体通过设置于硅电极板的贯穿细孔朝向硅片并同时施加高频电压，从而在等离子体刻蚀用硅电极板和硅片之间产生了等离子体，该等离子体作用于硅片，从而实现对硅片表面绝缘层的刻蚀。

随着硅片刻蚀工艺要求的不断提高，故对硅电极的表面粗糙度也提出了更高的要求，即硅电极的表面存在损伤的话，在刻蚀过程中会产生各种杂质，对待刻蚀的硅片造成沾污，影响最终产品的良率现在大多数硅电极在机加工后，其表面刀纹和表面破损层难以去除，从而以至于未达到镜面效果的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅电极表面抛光设备及抛光方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硅电极表面抛光设备，包括机体，所述机体上设有抛光平台，所述抛光平台上设有用于夹持硅电极的夹持组件，所述夹持组件的上方设有用于对硅电极表面抛光的抛光组件；所述夹持组件包括重力传感器以及转动设于所述抛光平台上的底座，所述底座的中间位置设有用于支撑硅电极的支撑座，所述支撑座的上方设有夹持安装环，所述夹持安装环内端面设有伸缩夹持件，且所述底座的上阵列设有多组支撑件，且所述支撑件中有一组和所述夹持安装环的下端面铰接，在初始状态时，多组所述支撑件的上表面均触接于所述夹持安装环的下表面。

采用本发明的有益效果：

本发明通过重力传感器来确定硅电极的中心和夹持安装环或支撑座中心轴的重合精度，提高镜面抛光硅电极的抛光面加工的稳定性，在避免硅电极机加工后表面出现刀纹和破损层的同时，能够有效的使硅电极表面机加工达到镜面效果。

作为优选，还包括设有对抛光组件在XYZ轴进行调整的安装件，所述安装件包括立柱、以及对立柱在XY轴进行调整的滑轨组件、以及设于所述立柱上的升降组件，所述升降组件的升降端和所述抛光组件连接。

作为优选，所述滑轨组件包括弧形滑轨，所述弧形滑轨的上端面开设有滑槽，所述滑槽内设有滑动件，所述滑动件远离所述滑槽的一端与所述立柱相适配连接。

作为优选，所述升降组件包括转动设于所述立柱上的驱动螺杆，且所述立柱上还设有一横梁，所述横梁朝向所述立柱的一端螺纹连接于所述驱动螺杆上。

作为优选，所述横梁上设有辅助升降加强筋，所述辅助升降加强筋和所述立柱相接触处设有辅助滑槽。

作为优选，所述抛光组件包括转动轴，所述转动轴的一端动力连接于安装件上，另一端动力连接有毛刷盘，所述毛刷盘上设有用于感应毛刷压力的压力传感器。

作为优选，所述机体由若干块实心板材共同围设成一开口向前的箱体，且在所述开口处设置有活动门。

作为优选，所述支撑件包括调整底座，所述调整底座的下端面铰接有支撑连杆，所述支撑连杆上开设有调整槽，所述调整槽的侧壁上开设有滑动槽，所述滑动槽内滑动设有滑杆，所述滑杆上套设有调整杆，所述调整杆远离所述滑杆的一端贯穿设有腰形槽，且所述调整杆远离所述滑杆的一端铰接于所述调整底座的下端面，该铰接处所采用的铰接销滑动设于所述腰形槽内，其中，所述调整杆远离所述滑杆的端面和所述调整底座下端面接触的点与所述调整底座的重心错位。

作为优选，支撑座通过万向节接头设于所述底座上表面的中间位置。

本发明海工开了一种基于上述任一方案所述的硅电极表面抛光设备的抛光方法，包括如下步骤：

步骤一：硅电极的夹持以及抛光组件的位置调整；

步骤二：调整底座以及毛刷盘的转速，然后，进行抛光；

步骤三：根据重力传感器以及压力传感器，实时进行调整毛刷的压力以及硅电极夹持的位置。

附图说明

图1是本发明中抛光设备的整体结构第一示意图；

图2是本发明中抛光设备的整体结构第二示意图；

图3是本发明中机体的结构第一示意图；

图4是本发明中机体的结构第二示意图；

图5是图2中“A”处结构放大第一示意图；

图6是图2中“A”处结构放大第二示意图；

图7是本发明中支撑件的结构放大示意图；

图8是本发明中局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，而不是全部实施例。

实施例：

如图1所示的一种硅电极表面抛光设备，包括机体1、所述机体1的上端面设置为抛光平台，所述抛光平台上设有用于夹持硅电极的夹持组件2、用于对硅电极表面进行抛光的抛光组件3以及用于实现抛光组件3在XYZ三轴方向进行调整的安装件，其中，所述安装件包括滑轨组件6、与滑轨组件6连接的立柱5、以及设于立柱5上的升降组件4，且所述升降组件4的升降端和所述抛光组件3的安装端固定连接；

值得一提的是，在本实施例中，参考图5-6，所述滑轨组件6包括弧形滑轨60，所述弧形滑轨60的上端面开设有滑槽61，所述滑槽61内设有滑动件62，所述滑动件62远离所述滑槽61的一端与所述立柱5相适配连接，具体来说，所述滑动件62包括滑动装配于所述滑槽61内的滑块623，所述滑块623向上延伸至外界固设有连接块621，所述连接块621水平设置于所述弧形滑轨60的上方，且所述连接块621的其中一端固设有安装轴620，所述安装轴620的下端面触接于所述抛光平台上，且所述安装轴620的周向端面和所述弧形滑轨60位于内侧的外表面触接，同时，所述安装轴620的上端通过轴承座转动连接于所述立柱5的下端面，也即是说所述连接块621其中一端表示为在正投影视图时，延伸至弧形滑轨60圆心所在之处，采用该设置的目的在于，可实现抛光组件3在XY轴方向的移动，同时，相较于传统的直线滑轨来说，能够预留出更多的操作空间，方便操作人员在操作时候安装硅电极，或者在对设备进行局部维护时不容易发生碰撞的风险；

而当安装轴620和立柱5通过轴承座转动连接时，为了避免在工作过程中，二者发生相对转动的问题，在本实施例中，所述立柱5的下端面设置有若干个插孔（图中未画出），与所述插孔装配设有插销624，所述插销624的下端固定连接有拨杆622，所述拨杆622远离所述安装轴620轴心的一端铰接于所述连接块621上，且该铰接处设有扭簧，即在工作时，若需要调整立柱5的方位，此时，操作人员按压拨杆622，将插销624从此时的插孔中拔出，然后进行对立柱5的方位调整，需注意的是，此时，拨杆622仍处于受压状态，在调整完毕后，释放对拨杆622的按压，从而使插销624插入相应的插孔实现对立柱5的锁付。

另外，本实施例中弧形滑轨60和滑块623的相对滑动可以是自动也可以是手动完成，但在实际中，为了降低电器元件的使用，往往采用手动滑动，也即是说滑块623上还螺纹连接有锁付螺杆，该锁付螺杆穿插于所述弧形滑轨60的侧壁，在本实施例中主要为左端面或右端面这两个端面。

在图1的基础上结合图4可知，所述夹持组件2包括驱动电机20，所述驱动电机20的驱动端动力连接有驱动轴，所述驱动轴的上端穿过所述抛光平台设有底座21，在本实施例中，为了降低底座21下端面和抛光平台的摩擦力，即底座21的下端面设有滚珠组，滚珠组的表面触接于所述抛光平台的表面，所述底座21的上端面阵列设置有有支撑件22，在初始状态时，所述底座21的上方水平设置有夹持安装环24，所述夹持安装环24的内表面设有伸缩夹持件25，且所述夹持安装环24的下表面触接于所述支撑件22的上表面；

另外，需要注意的是，所述底座21的中间位置固设有触接于待加工硅电极下表面的支撑座23，所述支撑座23上设有用于感应硅电极重量的重力传感器（图中未画出），由于抛光组件3对硅电极的表面进行抛光处理后，硅电极整体的重量必然会发生变化，而为了增强抛光精度，在本实施例中，通过将硅电极的重心始终控制在支撑座23的中心轴线上，通过支撑件22调整夹持安装环24的位置状态来实现对硅电极的重心调整。

具体来说，参考图7可知，所述支撑件22包括调整底座220，所述调整底座220的下端面铰接有支撑连杆221，所述支撑连杆221上开设有调整槽2210，所述调整槽2210的侧壁上开设有滑动槽2211，所述滑动槽2211内滑动设有滑杆2220，所述滑杆2220上套设有调整杆222，所述调整杆222远离所述滑杆2220的一端贯穿设有腰形槽2221，且所述调整杆222远离所述滑杆2220的一端铰接于所述调整底座220的下端面，该铰接处所采用的铰接销滑动设于所述腰形槽2221内，同时，结合附图4可知，所述调整杆222远离所述滑杆2220的端面和所述调整底座220下端面接触的点与所述调整底座220的重心错位，从而以达到在调整杆222位置发生变化时能够对调整底座220进行调整；

值得注意的是，在本实施例中，阵列设置有三组支撑件22，而该三组支撑件22中的其中一组铰接于所述夹持安装环24的下表面，另外两组仅需要在初始状态能够保持和所述夹持安装环24下表面触接状态即可；

另外，为了确保装置的灵活性以及智能化，在本实施例中，所述滑动槽2211内设有驱动所述滑杆2220滑动的驱动件，常用的有液压或气动驱动的伸缩杆（图中未画出）。

在另一实施例中，所述支撑座23通过万向节接头设于所述底座21上表面的中间位置，此时，重力传感器设于所述夹持安装环24上，而为了确保硅电极重心位于所述夹持安装环24的中心轴线上，此时，伸缩夹持件25适当放松，即能够使硅电极在外力下发生转动即可，然后，通过万向节接头调整支出座23的支撑位置，从而以到达对硅电极重心调整的目的。

需要注意的是，上述重力传感器设置方式有两种，为了进一步阐述工作原理，至于重力传感器如何实现重心测量可以参考期刊《衡器》于2012年出版的第8期中的一篇《基于力矩平衡原理的物体重量重心测量系统的研究及应用》，下面还是针对重力传感器的设置以及调整过程进行介绍：

1、重力传感器设置于支撑座23上

结合图1和图4来说，该重力传感器设置于所述支撑座23用于放置硅片的端面上，而为了实现重力传感器的作用，在本实施例中，将重力传感器嵌设于所述支撑座23的顶部，在放置有硅片时，该重力传感器会受压，从而测得硅片的重量，此时，重力传感器电连接的PC端计算出该硅片此时的重心位置，当然，由于初始状态时，支撑座23是竖直设置于底座21的上端面，该硅片的重心和支撑座23的重心位于同一轴线上，而随着对硅片的抛光，硅片受力，会发生一定量的位置偏移，从而导致重心发生偏移，影响抛光的精度，即由于抛光组件3中抛光部件角度不发生偏移，而硅片抛光表面和水平面之间的夹角发生变化从而导致抛光面变的不平整，而随着这个夹角的变化，重力传感器所感受到的力也会发生变化，再将其所测得的数据输送至PC端计算此时的硅片重心，从而驱动夹持安装环24下对应的支撑件22，调整夹持安装环24上表面和水平面的角度，从而以达到对硅片重心调整的目的；

2、重力传感器设置于夹持安装环24上

图1-8中均为画出，此时，重力传感器设置于下文所表述的伸缩夹持件25的夹持端，此处和方案1不同的点在于，方案1是测量硅片本身的重力以及抛光时的抛光组件3对硅片的压力，而方案2是测量伸缩夹持件25对硅片的夹持力，采用该设计时，重力传感器的设置和方案1的设置结构一致，在抛光组件3的作用下，若硅片发生位置偏移的话，位于伸缩夹持件25夹持端的重力传感器能够第一时间监测到，从而驱动支撑座23调整硅片的位置。

另外，在这两种实施例中，所述伸缩夹持件25用于夹持硅电极的端面均设有摩擦层，所述摩擦层采用橡胶材料制成，一方面提高摩擦力，另一方面避免对硅电极的表面造成损伤，

进一步来说，本实施例中的机体1由若干块实心板材10共同围设成一开口向前的箱体，且在所述开口处设置有活动门11，在图1中展示的是活动门11铰接于所述箱体的前端面，但在实际中不局限于这一种方式，例如：推拉式的活动门11设置方式；

而采用围设的方式必然能够得到一个具备内部空腔的箱体，而为了提高对箱体内部空腔的利用率，在本实施例中，通过竖向设置第一分隔板12将空腔分隔成左右两个腔体，然后，又在右边的腔体内横向设置第二分隔板13将其分隔成上下两个腔体，驱动电机20容置于右腔体的上部分，下部分的腔体用来放置一些维修工具，而左腔体内置有液压泵或气动泵用于提供伸缩夹持件25、驱动件、万向节接头的动力。

进一步来说，结合图8可知，所述升降组件4包括转动设于所述立柱5上的驱动螺杆43，且所述立柱5上还设有一横梁40，所述横梁40朝向所述立柱5的一端螺纹连接于所述驱动螺杆43上，为了增强升降过程中的稳定性，所述横梁40上设有辅助升降加强筋41，所述辅助升降加强筋41和所述立柱5相接触处设有辅助滑槽42，所述辅助滑槽42向上延伸贯穿所述立柱5的上端面，而为了避免超过行程，所述立柱5的上端面螺纹连接有一限位块44。

另外，所述横梁40远离所述立柱5一端的下端面设有抛光组件3，所述抛光组件3包括转动设于所述横梁40下端面的转动轴，所述转动轴远离所述横梁40的一端设有毛刷盘，在本实施例中，所述毛刷盘上还设有用于感应毛刷压力的压力传感器（图中均为画出），通过压力传感器时刻监测作用于硅电极表面上的正压力，从而确保抛光时所需的最佳抛光压力，另外，为了增强抛光过程中的抛光效果，所述毛刷盘内部中空且管道连接有吸尘装置，同时，所述毛刷盘外部设有抛光液输出管路，用于在抛光过程中提供抛光液。

本实施例还公开了利用该抛光设备进行抛光的方法，具体步骤如下：

步骤一：硅电极的夹持以及抛光组件3的位置调整；

步骤二：调整底座220以及毛刷盘的转速，然后，进行抛光；

步骤三：根据重力传感器以及压力传感器，实时进行调整毛刷的压力以及硅电极夹持的位置。

具体来说，当毛刷对硅电极表面进行抛光后，相当于磨削掉一层硅电极表层材料，也相当于毛刷盘下表面和硅电极上表面的间隔逐渐会变大，从而导致对毛刷的压力逐渐降低，而此时这些数据就可以被压力传感器监测到，从而传输个PC，然后，根据实际工作需求所要的压力值进行人工或者自动调节，即通过升降毛刷盘，从而调节毛刷盘和硅电极之间的间隙实现压力输出的调节。

在具体操作过程中，硅电极的抛光工艺中,硅电极实现镜面时,表面粗糙度要求是小于Ra0.1,为高效实现表面粗糙度的要求,故对设备参数进行调整，调整参数如下：

情况1：在相同转台转速和毛刷压力的前提下,调整毛刷转速:

情况2：在相同转台转速和毛刷转速的前提下,调节毛刷压力:

情况3：相同毛刷转速和毛刷压力的前提下,调节转台转速:

通过上述控制变量法得出,当转台转速接近20(RPM/min) ,毛刷转速接近45(RPM/min) 和毛刷压力接近300(N)时可以得到效率的最优解。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种硅电极表面抛光设备，包括机体（1），所述机体（1）上设有抛光平台，所述抛光平台上设有用于夹持硅电极的夹持组件（2），所述夹持组件（2）的上方设有用于对硅电极表面抛光的抛光组件（3）；其特征在于：所述夹持组件（2）包括重力传感器以及转动设于所述抛光平台上的底座（21），所述底座（21）的中间位置设有用于支撑硅电极的支撑座（23），所述支撑座（23）的上方设有夹持安装环（24），所述夹持安装环（24）内端面设有伸缩夹持件（25），且所述底座（21）的上阵列设有多组支撑件（22），且所述支撑件（22）中有一组和所述夹持安装环（24）的下端面铰接，在初始状态时，多组所述支撑件（22）的上表面均触接于所述夹持安装环（24）的下表面；所述支撑件（22）包括调整底座（220），所述调整底座（220）的下端面铰接有支撑连杆（221），所述支撑连杆（221）上开设有调整槽（2210），所述调整槽（2210）的侧壁上开设有滑动槽（2211），所述滑动槽（2211）内滑动设有滑杆（2220），所述滑杆（2220）上套设有调整杆（222），所述调整杆（222）远离所述滑杆（2220）的一端贯穿设有腰形槽（2221），且所述调整杆（222）远离所述滑杆（2220）的一端铰接于所述调整底座（220）的下端面，该铰接处所采用的铰接销滑动设于所述腰形槽（2221）内，其中，所述调整杆（222）远离所述滑杆（2220）的端面和所述调整底座（220）下端面接触的点与所述调整底座（220）的重心错位;

还包括设有对抛光组件（3）在XYZ轴进行调整的安装件，所述安装件包括立柱（5）、以及对立柱（5）在XY轴进行调整的滑轨组件（6）、以及设于所述立柱（5）上的升降组件（4），所述升降组件（4）的升降端和所述抛光组件（3）连接;所述滑轨组件（6）包括弧形滑轨（60），所述弧形滑轨（60）的上端面开设有滑槽（61），所述滑槽（61）内设有滑动件（62），所述滑动件（62）远离所述滑槽（61）的一端与所述立柱（5）相适配连接;所述升降组件（4）包括转动设于所述立柱（5）上的驱动螺杆（43），且所述立柱（5）上还设有一横梁（40），所述横梁（40）朝向所述立柱（5）的一端螺纹连接于所述驱动螺杆（43）上；所述横梁（40）上设有辅助升降加强筋（41），所述辅助升降加强筋（41）和所述立柱（5）相接触处设有辅助滑槽（42）；该抛光设备的抛光方法具体步骤如下：步骤一：硅电极的夹持以及抛光组件（3）的位置调整；步骤二：调整底座（220）以及毛刷盘的转速，然后，进行抛光；步骤三：根据重力传感器以及压力传感器，实时进行调整毛刷的压力以及硅电极夹持的位置。

2.如权利要求1所述的一种硅电极表面抛光设备，其特征在于：所述抛光组件（3）包括转动轴，所述转动轴的一端动力连接于安装件上，另一端动力连接有毛刷盘，所述毛刷盘上设有用于感应毛刷压力的压力传感器。

3.如权利要求2所述的一种硅电极表面抛光设备，其特征在于：所述机体（1）由若干块实心板材（10）共同围设成一开口向前的箱体，且在所述开口处设置有活动门（11）。

4.如权利要求1所述的一种硅电极表面抛光设备，其特征在于：支撑座（23）通过万向节接头设于所述底座（21）上表面的中间位置。