CN211277971U - 一种大尺寸硅片磨削用夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，包括竖直同轴设置的安装盘、定位盘和驱动盘，安装盘端面靠近内环一侧设有凹槽，定位盘和驱动盘被置于凹槽内；定位盘靠近凹槽一侧设置，驱动盘置于定位盘远离凹槽一侧设置；定位盘包括开口式卡环和与卡环开口相适配的定位环，定位环内侧圆弧设有V型凸台，V型凸台顶部朝定位盘圆心设置。本实用新型为立式夹持装置，将硅片的V槽切口与定位件的V型凸台相配合，使硅片竖直稳固地被夹持在环形定位盘上，通过齿轮传动带动夹持装置旋转，进而带动硅片旋转，实现夹持装置与硅片双侧表面零接触，使得砂轮可以对硅片双侧表面进行无阻碍磨削，进而实现对硅片两侧表面同时同步进行加工，提高磨削加工效率。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体硅片加工技术领域，尤其是涉及一种大尺寸硅片磨削用夹持装置。
背景技术
半导体硅单晶棒到硅单晶抛光片加工有很多流程和关键技术，仅硅片加工技术就包含了切割、倒角、研磨、腐蚀、表面磨削、抛光、清洗等多个工艺过程。硅片表面加工技术重点关注两大类别参数，一是硅片的表面平坦度，如TTV,SBIR等几何参数，二是硅片表面质量，如颗粒、反射率、沾污、划痕等表观质量。半导体材料的工艺设备、辅料和工艺参数对几何参数和表面质量起着关键的作用，但工装载具在整个工艺制程中有时也起着非常关键的作用，有些工装载具甚至是关键工装。
在半导体材料技术领域中减少和降低工装载具对硅片表面的接触会更加有利于保护硅片表面，例如传统的清洗方式使用花篮装在硅片进行清洗，现在已经研发出了无无花篮的清洗技术，传统的甩干机干燥方式变成了红外干燥，无花篮清洗技术增加了清洗液和硅片的接触面积，提高清洗效果，同时也降低花篮载具洁净度程度对硅片表面质量的潜在影响。红外干燥方式也降低了甩干机震动时产生的颗粒隐患，而这些技术进步都离不开工装载具的发明创造。在半导体技术领域，品质和技术指标是生产关注的重点，但产能、效率和成本也是重要关注点，提高生产效率更离不开工装载具的设计。
近年来随着半导体工艺技术的进步，硅片大直径化是未来集成电路产业和半导体材料技术的发展方向，大直径硅片对硅片的表面平整度等几何参数要求越来越严格，相应的硅片剪切磨削技术应用在硅片加工制造中，这种磨削加工方式对改善硅片表面平坦度有很大作用，但受限于工艺设计等因素，传统的剪切磨削方式是工作台上装有真空吸盘，真空吸盘吸附硅片背面，同时带动硅片高速旋转，与此同时另一个高速旋转的砂轮对硅片正面进行剪切磨削加工，通过这种方式加工后的硅片具有较好的平坦度，表面光泽度和粗糙度较好。如果需求硅片正面和背面都是磨削状态，则需要加工完一个表面后将硅片翻转，然后再加工另一个表面。此时第一次加工完成的表面变成背面吸附在吸盘上，由于硅片表面光亮，粗糙度较小，在吸附过程中有可能被硅粉和其他颗粒杂质蹭伤，影响产品质量，降低良品率。并且因为需要加工两次，对工时效率也有一定的影响。
传统的硅片剪切磨削加工技术不能实现正背面同时加工的主要原因是硅片夹持或者起到支撑作用的吸盘需要与硅片的一个表面接触，这种情况下被吸附的表面不能被剪切末学加工，必须加工完另一个硅片表面后，将硅片翻转后再加工这个表面。
将传统的吸盘吸附硅片的方式设计成夹持硅片边缘的方式可以实现不与硅片表面接触的目的，但硅片边缘被夹持时，硅片的自由旋转会被限制。本实用新型设计一种立式夹持装置，可对立放硅片进行稳固夹持和自由旋转，与硅片被磨削双侧表面零接触，从而实现双面同时磨削的技术目的，提高磨削加工效率。
实用新型内容
本实用新型提供一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，尤其是适用大尺寸硅片双面同时进行磨削加工，解决了现有技术中因夹持装置结构设计不合理无法实现双侧面同时加工的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，包括竖直同轴设置的安装盘、定位盘和驱动盘，所述安装盘端面靠近内环一侧设有凹槽，所述定位盘和所述驱动盘被置于所述凹槽内；所述定位盘靠近所述凹槽一侧设置，所述驱动盘置于所述定位盘远离所述凹槽一侧设置；所述定位盘包括开口式卡环和与所述卡环开口相适配的定位环，所述定位环内侧圆弧设有V型凸台，所述V型凸台顶部朝所述定位盘圆心设置。
进一步的，所述卡环和所述定位环内径均与硅片直径相同且大于所述安装盘内径；所述卡环和所述定位环外径与所述凹槽外径相适配。
进一步的，所述V型凸台高度为1-1.25mm，顶角为89-95°。
进一步的，所述卡环厚度与所述定位环厚度相同。
进一步的，所述定位盘置于所述安装盘轴线方向中间位置；所述驱动盘远离所述定位盘端面与所述安装盘端面平齐。
进一步的，在所述卡环端面靠近外径圆处设有第一通孔，在所述定位环端面远离所述V型凸台一侧设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔置于同一圆周上。
进一步的，所述安装盘远离所述凹槽一侧设有若干第一阶梯通孔，所述驱动盘远离所述安装盘一侧设有若干第二阶梯通孔，所述第一阶梯通孔和所述第二阶梯通孔分别与所述第一通孔和所述第二通孔相适配。
进一步的，所述驱动盘内侧设有内齿轮，所述内齿轮齿顶径大于所述卡环内径，所述内齿轮齿根径小于所述凹槽外径；所述内齿轮厚度与所述安装盘厚度之和与所述凹槽轴向深度相同。
进一步的，在所述内齿轮内部还设有外齿轮，所述外齿轮与所述内齿轮相适配，所述外齿轮齿顶径小于所述内齿轮齿根径的半径。
进一步的，还包括均匀设置在所述安装盘外壁周围的若干固定轮，所述固定轮轴线与所述安装盘轴线并行设置，所述固定轮外壁与所述安装盘外壁接触。
本实用新型根据硅片基准位置V槽切口，设计一种立式的夹持装置，将硅片的V槽切口与定位件的V型凸台相配合，使硅片竖直稳固地被夹持在环形定位盘上，通过齿轮传动带动夹持装置旋转，进而带动硅片旋转，实现夹持装置与硅片双侧表面零接触，使得砂轮可以对硅片双侧表面进行无阻碍磨削，进而实现对硅片两侧表面同时同步进行加工，提高磨削加工效率。
附图说明
图1是硅片的结构示意图；
图2是图1中A部的放大图；
图3是本实用新型一实施例的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置的结构示意图；
图4是本实用新型一实施例的B-B的剖视图；
图5是本实用新型一实施例的安装盘的结构示意图；
图6是本实用新型一实施例的定位盘的结构示意图；
图7是本实用新型一实施例的卡环的结构示意图；
图8是本实用新型一实施例的定位环的结构示意图；
图9是本实用新型一实施例的驱动盘的结构示意图。
图中：
10、硅片 11、V槽切口 20、安装盘
21、凹槽 22、第一阶梯通孔 30、定位盘
31、卡环 32、定位环 33、V型凸台
34、第一通孔 35、第二通孔 40、驱动盘
41、内齿轮 42、外齿轮 43、第二阶梯通孔
50、固定轮
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型针对如图1所示的半导体硅片10而设计的一种磨削用夹持装置，硅片10的边缘设有一基准位置V槽切口11，如图2所示，V槽切口的深度为1-1.25mm，顶角为89-95°，厚度根据磨削工艺需要而定，在此省略。针对硅片10的结构特点，设计一种立式的夹持装置，将硅片10的V槽切口11与夹持装置中的定位盘30的V型凸台33相配合，使硅片10竖直稳固地被夹持在环形定位盘30上，通过齿轮传动带动夹持装置旋转，进而带动硅片10旋转，实现夹持装置与硅片10被磨削的双侧表面的零接触，可在硅片10两侧设置垂直于硅片10侧面的砂轮(图省略)，进而可以对硅片10双侧表面进行无阻碍磨削，从而实现对硅片10两侧表面同时同步进行加工，提高磨削加工效率。
本实用新型提出的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，如图3-4所示，包括竖直同轴设置的安装盘20、定位盘30、驱动盘40和固定轮50，安装盘20用于固定定位盘30和驱动盘40，并使定位盘30和驱动盘40同轴固定在一起，安装盘20、定位盘30和驱动盘40均为环状结构。其中，定位盘30用于固定硅片10并使硅片10竖直立方且使硅片10被磨削的双侧表面与夹持装置是零接触；驱动盘30是用于驱动整个夹持装置旋转，进而带动硅片10旋转；固定轮50用于将安装盘20、定位盘30和驱动盘40一起固定在同一个位置处旋转，用于限制并固定安装盘20旋转，进而使硅片10被夹持固定在同一个竖直端面内旋转，保持硅片10位置的稳定性。
具体地，如图5所示，安装盘20为一定厚度的陶瓷环，在安装盘20端面靠近内环一侧设有凹槽21，进而使得安装盘20的横截面为L型结构，如图4所示，凹槽21垂直于安装盘20的端面设置，凹槽21沿安装盘20轴线方向的宽度即凹槽21的深度大于安装盘20的轴线方向的宽度即安装盘20的厚度，由于夹装固定硅片10的定位盘30置于安装盘20轴线方向的中间位置，可保证硅片10置于安装盘20厚度方向的中间位置，使得硅片10两侧表面距离砂轮的位置相同，进而可保证硅片10被磨削的一致性。凹槽21的环形宽度大于安装盘20环形宽度的一半，也即是安装盘20外侧的环形边的环形宽度小于凹槽21的环形宽度，安装盘20的外侧壁为隔挡台面，定位盘30和驱动盘40同轴叠放固定在凹槽21内，凹槽21的环形宽度可使得有足够的配合面积与定位盘30和驱动盘40固定安装。定位盘30靠近凹槽21一侧设置，驱动盘40固定设置在定位盘30远离凹槽21一侧的位置。在安装盘20远离凹槽21一侧设有若干第一阶梯通孔22，第一阶梯通孔22贯穿凹槽21的底面，第一阶梯通孔22的大径段位于安装盘20远离凹槽21一侧，小径段位于靠近凹槽21一侧，且第一阶梯通孔22的小径段为螺纹通孔，第一阶梯通孔22的设置是可通过螺栓将定位盘30和驱动盘40连接固定在一起，同时螺栓的端头内嵌到安装盘20远离凹槽21一侧的第一阶梯通孔22的大径段，保证安装盘20外端面的平整性，便于与外设的砂轮安装盘接触(图省略)，以免干涉砂轮的轴向进给。
如图6所示，定位盘30包括开口式卡环31和与卡环31的开口相适配的定位环32，其中，卡环31的结构如图7所示，定位环32的结构如图8所示。卡环31与定位环32的厚度相同且及卡环31与定位环32的环形宽度均相同，卡环31与定位环32的厚度与硅片10的厚度相适配，进而可带动硅片10平稳地旋转，卡环31的厚度随硅片10的厚度而定，在此不具体限制。卡环31和定位环32的内径与硅片10的直径相同且大于安装盘30的内径，卡环31和定位环32的外径与凹槽21的外径相适配。定位环32的高度为100-110mm，定位环32的内侧圆弧与外侧圆弧均与卡环31的内环和外环直径相同。在定位环32的内侧圆弧的中间位置处设有V型凸台33，V型凸台33的顶部朝定位盘30的圆心设置，且V型凸台33的高度为1-1.25mm，顶角为89-95°。V型凸台33与硅片10的V槽切口11相配合，进而使得硅片10可竖直放置在定位盘30内径环上，可知定位盘30仅与硅片10的外圆配合，与硅片10被磨损的双侧表面零接触，进而可保证置于硅片10双层表面的砂轮无阻碍接触，使得硅片10双侧表面同时被磨损，进而可提高硅片10的磨损加工效率。
进一步的，在卡环31的端面靠近外径圆处设有第一通孔34，第一通孔34均匀设置在卡环31的端面上，在定位环32的端面远离V型凸台33的一侧设有第二通孔35，第一通孔34与第二通孔35位于同一圆周上且孔径相同，第一通孔34与第二通孔35均为内螺纹通孔。优选地，定位环32的端面上设有三个第二通孔35，其中一个第二通孔35与V型凸台33的顶角所在直径上设置，另两个第二通孔35对称于V型凸台33设置，三个第二通孔35的设置可进一步保证定位环32安装的稳固性。
如图9所示，定位盘30置于安装盘20的轴线方向中间位置，即在安装盘20的轴线方向上，驱动盘40相对于定位盘30与安装盘20远离凹槽21一侧端面对称设置，且驱动盘40远离定位盘30端面与安装盘20的端面平齐，驱动盘40的外环直径与凹槽21的外环直径相同。在驱动盘40的内侧环面设有内齿轮41和与内齿轮41相啮合的外齿轮42，内齿轮41的齿顶径大于卡环31的内径，及内齿轮41的齿顶径大于硅片10的直径，避免干涉砂轮对硅片10的磨削；内齿轮41的齿根径小于凹槽21的外径，优选地，内齿轮41的齿根径与凹槽21的内径相同。砂轮直径与硅片10的半径相同，外齿轮42的齿顶径小于内齿轮41的齿根径的半径可避免影响砂轮对硅片10的磨削，进而保证砂轮对硅片10磨损的平整度和一致性。内齿轮41的厚度与外齿轮42的厚度相同，且内齿轮41的厚度即是驱动盘40的厚度，驱动盘40的厚度与安装盘30的厚度之和等于凹槽21的轴向深度。外齿轮42可与外设的马达连接，将驱动力通过外齿轮42传递给内齿轮41上，进而使内齿轮41带动安装盘20和定位盘30与驱动盘40一起旋转，进而带动硅片10进行旋转。
在驱动盘40远离安装盘30的一侧设有若干第二阶梯通孔43，第二阶梯通孔43贯穿驱动盘40的轴线方向的厚度设置，第二阶梯通孔43与第一阶梯通孔22对位设置，即第一阶梯通孔22和第二阶梯通孔43分别与第一通孔34和第二通孔35相适配。第二阶梯通孔43的大径段位于驱动盘40远离凹槽21一侧，小径段位于靠近凹槽21一侧，且第二阶梯通孔43的小径段为螺纹通孔，第二阶梯通孔43的设置是可通过螺栓将驱动盘40和安装盘20与凹槽21连接固定在一起，使与螺栓配合的螺母内嵌到驱动盘40远离凹槽21一侧的第二阶梯通孔43的大径段，保证驱动盘40外端面与安装盘20端面齐平。
如图2所示，固定轮50的轴线与安装盘20轴线并行设置，固定轮50均匀设置在安装盘20的外壁周围，固定轮50的数量至少为3个，在本实施例中，固定轮50的数量为4个，固定轮50的外壁与安装盘20的外壁接触，也可以为其它整数，但必须是均匀设置在安装盘20的外壁周围。齿轮啮合带动安装盘20旋转时，四个固定轮50也同步进行旋转并与安装盘20接触，固定轮50将安装盘20、定位盘30和驱动盘40一起固定在同一个位置处旋转，用于限制并固定安装盘20的旋转范围，进而使硅片10被夹持固定在同一个竖直端面内旋转，保持硅片10位置的稳定性。
本实施例的工作过程：将硅片10中的V槽切口11与定位盘30中的V型凸台33相配合，并使硅片10的外圆与卡环31的内径相配合，进而使得硅片10竖直被夹持在定位盘30上；外接马达向外齿轮42提供动力，外齿轮42与内齿轮41进行啮合进而将动力传递给内齿轮41，内齿轮41的旋转使得驱动盘40带动定位盘30和安装盘20一起旋转，进而带动硅片进行旋转；同时外设的四个固定轮50与安装盘20进行同向旋转，使得硅片10在定位盘30内更加平稳地在同一位置处进行旋转，保证硅片10旋转的一致性和稳定性。
与现有技术相比，本实用新型设计的夹持装置，设有与硅片相适配的定位盘，即定位盘仅与硅片边缘的立面V槽切口接触，实现了夹持装置与硅片双侧表面零接触，进而可用置于硅片两侧的机械砂轮对硅片双侧表面同时进行磨削加工。本夹持装置还设有内齿轮和外齿轮相啮合的驱动盘，外接马达可将动力传递给外齿轮，进而使动力通过外齿轮与内齿轮的啮合传递给驱动盘，进而使驱动盘带动定位盘和安装盘一起旋转，进而带动硅片旋转，实现了对硅片运行速度的精确控制。本夹持装置只与硅片立面边缘的V槽切口卡固，实现了夹持装置与硅片被磨削的双侧表面零接触，使得置于硅片两侧的机械砂轮对硅片双侧表面同步且不受任何阻碍地进行全面磨削加工，保证硅片获得一致性较好的表面平整度，达到提高磨削加工效率的目的。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，包括竖直同轴设置的安装盘、定位盘和驱动盘，所述安装盘端面靠近内环一侧设有凹槽，所述定位盘和所述驱动盘被置于所述凹槽内；所述定位盘靠近所述凹槽一侧设置，所述驱动盘置于所述定位盘远离所述凹槽一侧设置；所述定位盘包括开口式卡环和与所述卡环开口相适配的定位环，所述定位环内侧圆弧设有V型凸台，所述V型凸台顶部朝所述定位盘圆心设置。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，所述卡环和所述定位环内径均与硅片直径相同且大于所述安装盘内径；所述卡环和所述定位环外径与所述凹槽外径相适配。
3.根据权利要求2所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，所述V型凸台高度为1-1.25mm，顶角为89-95°。
4.根据权利要求3所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，所述卡环厚度与所述定位环厚度相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，所述定位盘置于所述安装盘轴线方向中间位置；所述驱动盘远离所述定位盘端面与所述安装盘端面平齐。
6.根据权利要求5所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，在所述卡环端面靠近外径圆处设有第一通孔，在所述定位环端面远离所述V型凸台一侧设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔置于同一圆周上。
7.根据权利要求6所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，所述安装盘远离所述凹槽一侧设有若干第一阶梯通孔，所述驱动盘远离所述安装盘一侧设有若干第二阶梯通孔，所述第一阶梯通孔和所述第二阶梯通孔分别与所述第一通孔和所述第二通孔相适配。
8.根据权利要求1-4、6-7任一项所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，所述驱动盘内侧设有内齿轮，所述内齿轮齿顶径大于所述卡环内径，所述内齿轮齿根径小于所述凹槽外径；所述内齿轮厚度与所述安装盘厚度之和与所述凹槽轴向深度相同。
9.根据权利要求8所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，在所述内齿轮内部还设有外齿轮，所述外齿轮与所述内齿轮相适配，所述外齿轮齿顶径小于所述内齿轮齿根径的半径。
10.根据权利要求1-4、6-7、9任一项所述的一种大尺寸硅片磨削用夹持装置，其特征在于，还包括均匀设置在所述安装盘外壁周围的若干固定轮，所述固定轮轴线与所述安装盘轴线并行设置，所述固定轮外壁与所述安装盘外壁接触。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112720119A (zh) * | 2020-12-19 | 2021-04-30 | 华中科技大学 | 一种晶圆快速定位装置及方法 |
| CN113414572A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-21 | 星河智源(深圳)科技有限公司 | 一种齿轮轴自动插装机 |
-
2019
- 2019-11-19 CN CN201922001701.8U patent/CN211277971U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112720119A (zh) * | 2020-12-19 | 2021-04-30 | 华中科技大学 | 一种晶圆快速定位装置及方法 |
| CN113414572A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-21 | 星河智源(深圳)科技有限公司 | 一种齿轮轴自动插装机 |
| CN113414572B (zh) * | 2021-07-14 | 2023-09-29 | 山东国众机械科技有限公司 | 一种齿轮轴自动插装机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: You Bailing Inventor after: Xie Yan Inventor after: Yang Chunxue Inventor after: Liu Miao Inventor after: Chang Xueyan Inventor after: Lv Ying Inventor after: Xu Rongqing Inventor after: Pei Kunyu Inventor after: Zhu Bin Inventor after: Liu Jiaolong Inventor after: Wu Wei Inventor after: Sun Chenguang Inventor after: Liu Jianwei Inventor after: Wang Juan Inventor after: Liu Yuan Inventor before: You Bailing Inventor before: Xie Yan Inventor before: Yang Chunxue Inventor before: Liu Miao Inventor before: Chang Xueyan Inventor before: Lv Ying Inventor before: Xu Rongqing Inventor before: Pei Kunyu Inventor before: Zhu Bin Inventor before: Liu Jiaolong Inventor before: Wu Wei Inventor before: Sun Chenguang Inventor before: Liu Jianwei Inventor before: Wang Juan Inventor before: Liu Yuan |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 300384 Tianjin Binhai New Area high tech Zone Huayuan Industrial Area (outside the ring) Hai Tai Road 12 inside. Patentee after: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: Zhonghuan Leading Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: No.12 Haitai East Road, Huayuan Industrial Zone, Binhai New Area, Tianjin Patentee before: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China Patentee before: Zhonghuan leading semiconductor materials Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |