CN219747517U - 游星轮结构和双面研磨设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及碳化硅晶片加工技术领域，具体而言，涉及一种游星轮结构和双面研磨设备。游星轮结构，包括轮面，以及设置在轮面外周缘的转动齿；轮面上设置有多个流液孔和多个尺寸相同的晶片孔；多个晶片孔沿轮面的周向布置，且相邻的晶片孔之间设置有至少一个流液孔；晶片孔的数量至少为3个。如此既能有效提高双面加工效率，也能有效地降低单片加工成本。

Description

游星轮结构和双面研磨设备

技术领域

本实用新型涉及碳化硅晶片加工技术领域，具体而言，涉及一种游星轮结构和双面研磨设备。

背景技术

碳化硅(SiC)具有宽禁带、高热导率、高临界击穿场强和高饱和电子漂移速率等优点，是第三代半导体的核心材料，可用于大功率、高频、高温、抗高辐射的半导体器件及光电探测领域，是非常理想的衬底材料。但是SiC材料具有高硬度、高强度和高脆性，化学性极其稳定，使其超精密加工极其困难。SiC衬底表面的加工质量直接影响其外延层的质量及最终器件的性能，SiC衬底对晶片表面加工质量及面形参数要求非常严格：晶片表面无损伤、晶片表面超光滑以及总厚度变化(TTV)、弯曲度和翘曲度较小。

双面加工作为SiC衬底加工的一道重要工序，衔接研磨工艺与CMP工艺，主要目的是去除切割及研磨工艺中造成的表面损伤，进一步降低晶片表面粗糙度，提高晶片平整度和晶片面形质量，为下一步CMP加工打下良好基础。双面加工设备通过游星轮与内外齿圈配合转动，同时在上下盘的压力的作用下产生自转。上盘能够提供抛光液或钻石液，与下盘的研磨垫配合，以对研磨垫上的晶片进行研磨。而随着研磨抛光时间的增加，游星轮会受到不同程度的磨损，现有游星轮存在以下问题：

1)游星轮上流液孔分布数量多，空间分布不均匀，游星轮使用面积没有得到充分利用。

2)现有单个游星轮只能承载两片晶片，加工成本相对较高，加工效率有待改善。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种游星轮结构和双面研磨设备，其能够提高双面加工效率，由一个游星轮只能运载两片优化为一个游星轮能同时运载至少3片晶片，既能有效提高双面加工效率，也能有效地降低单片加工成本。

本实用新型的实施例可以这样实现：

第一方面，本实用新型提供一种游星轮结构，包括：

轮面，以及设置在所述轮面外周缘的转动齿；

所述轮面上设置有多个流液孔和多个尺寸相同的晶片孔；多个所述晶片孔沿所述轮面的周向布置，且相邻的所述晶片孔之间设置有至少一个流液孔；

所述晶片孔的数量至少为3个。

本方案的游星轮结构的轮面包括多个流液孔和多个晶片孔。晶片孔为通孔且用于容纳晶片，晶片孔能够对晶片限位，如此使得晶片能够随着游星轮在内外圈之间周向转动，以及在上下盘的作用下自转；进一步的，晶片转动的同时与研磨垫配合能够实现对晶片的研磨作业。流液孔用于钻石液或抛光液通过流液孔不断渗入到研磨垫的微孔中，从而保障研磨处理具有更好的效果。相对于现有技术只有两个晶片孔，本方案的游星轮结构具有至少三个晶片孔，如此能够提升对晶片研磨处理的效率。同时，周向布置的晶片孔，能够保障游星轮结构在周向转动和自转时，所有的晶片均能够得到均匀的研磨，如此保障晶片的研磨效果和晶片的品质。相邻晶片孔之间设置有至少一个流液孔，这样布置的流液孔能够确保相邻的晶片孔始终能够获得足够的钻石液或抛光液，以保障各个晶片孔中的晶片的研磨效果，避免不同晶片孔中的晶片研磨程度不一的情况。综上，这样的游星轮结构的结构简单，能够基于现有的游星轮进行改进，因此制造成本低，且能够提高晶片的研磨效率和研磨品质，具有出众的经济效益。

在可选的实施方式中，多个所述晶片孔的中心与所述轮面的中心的距离均相同。

在可选的实施方式中，沿所述轮面的周向方向，多个所述晶片孔均匀布置。

在可选的实施方式中，所述流液孔和所述晶片孔的数量相同；

且沿轮面的周向方向，多个所述流液孔和多个所述晶片孔间隔设置。

在可选的实施方式中，沿所述轮面的周向方向，所述流液孔位于相邻的两个所述晶片孔的中间。

在可选的实施方式中，沿所述轮面的径向方向，所述流液孔中心与所述轮面中心的距离，大于所述晶片孔中心与所述轮面中心的距离。

在可选的实施方式中，多个所述流液孔的中心与所述轮面的中心的距离均相同。

在可选的实施方式中，沿所述轮面的周向方向，多个所述流液孔周向均匀布置。

在可选的实施方式中，多个所述流液孔的尺寸均相同，且所述流液孔的直径小于所述晶片孔直径的一半。

第二方面，本实用新型提供一种双面研磨设备，包括：

游星轮结构，所述游星轮结构包括轮面，以及设置在所述轮面外周缘的转动齿；所述轮面上设置有多个流液孔和多个尺寸相同的晶片孔；多个所述晶片孔沿所述轮面的周向布置，且相邻的所述晶片孔之间设置有至少一个流液孔；

外齿圈和内齿圈，所述外齿圈和所述内齿圈同心布置且相对转动，所述游星轮结构分别与所述内齿圈、所述外齿圈啮合；

上盘和下盘，所述游星轮结构位于在所述下盘的顶部的研磨垫上，所述上盘抵持在所述游星轮结构的顶部。

本实用新型实施例的有益效果包括，例如：

游星轮结构包括轮面和转动齿；轮面设置有多个流液孔和晶片孔，晶片孔的数量至少为三个；多个晶片孔周向布置，相邻的晶片孔之间设置有至少一个流液孔。相对于现有技术仅有两个晶片孔的情况，本方案具有至少三个晶片孔，如此能够提升对晶片研磨处理的效率。同时，周向布置的晶片孔，能够保证晶片得到均匀的研磨，如此确保晶片的研磨效果和晶片的品质。相邻晶片孔之间设置有至少一个流液孔，如此能够确保相邻的晶片孔始终能够获得足够的钻石液或抛光液，以保障各个晶片孔中的晶片的具有更好的研磨效果。综上，这样的游星轮结构的结构简单、操作方便、制造成本低、研磨效率高、研磨效果出众，有利于大规模流水线生产，具有显著的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中的游星轮的结构示意图；

图2为现有技术中的研磨机的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的游星轮结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的双面研磨设备的结构示意图。

图标：10-游星轮；11-晶片孔；12-流液孔；13-中心连线；14-两组孔；15-中心连接线；20-游星轮结构；100-轮面；110-流液孔；120-晶片孔；200-转动齿；21-外齿圈；22-内齿圈；23-上盘；24-下盘；30-晶片；40-双面研磨设备。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，若出现术语“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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

图1为现有技术中的游星轮10的结构示意图，图2为现有技术中的研磨机的结构示意图。

请参阅图1和图2，从图中可以看出，现有技术中的游星轮10具有贯穿的晶片孔11和流液孔12。晶片孔11和流液孔12均为圆形。

其中晶片孔11为2个，两个晶片孔11沿游星轮10的径向方向对称布置。流液孔12为4个，以两个晶片孔11的中心连线13为基准，四个流液孔12分为两组孔14，每组孔均包括两个流液孔12；两组孔14对称布置中心连线13的两侧。且每组孔中的两个流液孔12的中心连接线15与上述中心连线13平行。

从图中还可看出，现有游星轮10流液孔12以及晶片孔11。流液孔12与晶片孔11对称分布在游星轮10面上，每一个游星轮10能放置两片晶片，随着上下盘转动从而进行加工。下盘能够容纳7个游星轮10，则一盘最多能加工14片。具体的，游星轮10夹持在内齿圈、外齿圈之间，且游星轮10位于下盘的顶面，上盘下压在游星轮10上。

游星轮10在双面加工过程中起着至关重要的作用。在双面加工过程中，游星轮10起到基片的承载作用，孔径会略大于晶片直径，受设备内外齿圈带动运行，在加工过程中不会扭曲变形导致晶片破损。游星轮10在运动中会有钻石液或抛光液通过流液孔12不断渗入到研磨垫的微孔中，游星轮由设备的内外齿圈进行固定卡紧，内外齿圈由两个电机带动，进行一定比例和方向的旋转，同时带动游星轮进行公转和自转运行。晶片的运动由游星游星轮带动，同时在上下盘的压力的作用下产生自转。因此在研磨加工过程中，晶片的运动轨迹将由自转和公转运动共同组成，做复杂的曲线运动，从而使基片得到均匀的磨削效果。而随着研磨抛光时间的增加，游星轮10会受到不同程度的磨损，现有游星轮10存在以下问题：

1)游星轮10上流液孔12分布数量多，空间分布不均匀，游星轮10使用面积没有得到充分利用。

2)现有单个游星轮10只能承载两片晶片，加工成本相对较高，加工效率有待改善。

为改善上述技术问题，在下面的实施例中提供一种游星轮10结构和双面研磨设备。

请参考图3，本实施例提供了一种游星轮结构20，包括：

轮面100，以及设置在轮面100外周缘的转动齿200；

轮面100上设置有多个流液孔110和多个尺寸相同的晶片孔120；多个晶片孔120沿轮面100的周向布置，且相邻的晶片孔120之间设置有至少一个流液孔110；

晶片孔120的数量至少为3个。

本方案的游星轮结构20的轮面100包括多个流液孔110和多个晶片孔120。晶片孔120为通孔且用于容纳晶片30，晶片孔120能够对晶片30限位，如此使得晶片30能够随着游星轮在内外圈之间周向转动，以及在上下盘24的作用下自转；进一步的，晶片30转动的同时与研磨垫配合能够实现对晶片30的研磨作业。

流液孔110用于钻石液或抛光液通过流液孔110不断渗入到研磨垫的微孔中，从而保障研磨处理具有更好的效果。相对于现有技术只有两个晶片孔120，本方案的游星轮结构20具有至少三个晶片孔120，如此能够提升对晶片30研磨处理的效率。同时，周向布置的晶片孔120，能够保障游星轮结构20在周向转动和自转时，所有的晶片30均能够得到均匀的研磨，如此保障晶片30的研磨效果和晶片30的品质。相邻晶片孔120之间设置有至少一个流液孔110，这样布置的流液孔110能够确保相邻的晶片孔120始终能够获得足够的钻石液或抛光液，以保障各个晶片孔120中的晶片30的研磨效果，避免不同晶片孔120中的晶片30研磨程度不一的情况。综上，这样的游星轮结构20的结构简单，能够基于现有的游星轮进行改进，因此制造成本低，且能够提高晶片30的研磨效率和研磨品质，具有出众的经济效益。

请进一步参阅图3和图4，以了解游星轮结构20的更多结构细节。

从图中可以看出，本实施例中，轮面100为圆柱形结构。轮面100的周向外周缘上具有矩形齿。进一步的，轮面100和矩形齿构成外齿圆结构，轮面100的外周圆即为外齿圆结构的齿根圆轮廓。

晶片孔120和流液孔110均为圆形通孔。因为主流的晶片30均为圆形，如此圆形的晶片孔120能够更好地适应更多的晶片30产品。

关于晶片孔120和流液孔110的具体形状，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制，示例地，晶片孔120和流液孔110可以为相同的形状(例如矩形、扇形、椭圆)，也可以为分别为不同的形状(例如晶片孔120为圆形、流液孔110为扇形、弧形槽等)等以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例，只要晶片孔120能够容纳晶片30，流液孔110能够便于钻石液或抛光液渗入到研磨垫的微孔即可，具体不做限定。

进一步的，本实施例中，包括3个晶片孔120。可以理解的是，在其他实施例汇中，晶片孔120还可以是4个、5个等以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例，只要晶片孔120能够容纳晶片30，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制。

从图中可以看出，在本实用新型的本实施例中，多个晶片孔120的中心与轮面100的中心的距离均相同。即多个晶片孔120的圆心均在同一个圆上，如此使得游星轮结构20上的多个晶片30能够均匀放置，从而保障游星轮结构20周向转动和自转时能够获得更好的稳定性，进而保障对晶片30进行均匀、稳定地研磨，保障研磨效果。

进一步的，在本实施例中，沿轮面100的周向方向，多个晶片孔120均匀布置。如此多个晶片孔120成中心对称分布，周向均匀的多个晶片孔120能够进一步保障研磨作业过程中，多个晶片30能够获得均匀、可靠的研磨，以使得晶片30得到充分、可靠的研磨作业。

从图中还可以看出，在本实施例中，流液孔110和晶片孔120的数量相同；且沿轮面100的周向方向，多个流液孔110和多个晶片孔120间隔设置。间隔布置的流液孔110和晶片孔120能够使得研磨作业时，晶片孔120中的晶片30都能够得到均匀的钻石液或抛光液，以确保研磨垫对晶片30的充分、高效研磨。

具体的，本实施例包括3个流液孔110。可以理解的是，在本实用新型的其他实施例中，流液孔110和晶片孔120的数量可以是不相同，流液孔110可以是4个、5个等以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计。

进一步的，沿轮面100的周向方向，流液孔110位于相邻的两个晶片孔120的中间。因为多个晶片孔120也是周向均匀布置，且流液孔110位于相邻晶片孔120周向正中央，如此使得多个流液孔110沿轮面100的周向方向均匀布置。

因为本实施例的晶片孔120和流液孔110数量均为3个，因此晶片孔120与轮面100中心的连线，该晶片孔120相邻的流液孔110与轮面100中心的连线，两个连线之间的夹角为60°。

这样的布置方式能够确保轮面100正对研磨垫能够得到更加充分的钻石液或抛光液，从而使得研磨垫能够更好地对同一游星轮结构20中的多个晶片30充分、高效地研磨。

具体的，多个流液孔110的中心与轮面100的中心的距离均相同。如此使得多个流液孔110在轮面100上的布置更加均匀，能够充分保障相邻的各个晶片孔120中的晶片30得到充分研磨。

在本实用新型的本实施例中，沿轮面100的径向方向，流液孔110中心与轮面100中心的距离，大于晶片孔120中心与轮面100中心的距离。进一步的，沿轮面100的径向方向，流液孔110位于靠近轮面100的周缘位置，这样的布置方式能够在保障钻石液或抛光液通过效率的同时，确保轮面100能够布置更多的晶片孔120，以容纳更多个晶片30，从而提高研磨游星轮结构20的研磨效率。

从图中还可以看出，多个流液孔110的尺寸均相同，且流液孔110的直径小于晶片孔120直径的一半。可选的，轮面100的直径为372.96mm，流液孔110直径60mm，晶片孔120直径150.3mm，多个晶片孔120形状的中心圆的直径为178.3mm。

尺寸均相同的流液孔110能够方便加工制造，有利于降低制作成本。而流液孔110具有更小的尺寸则有利于在保障钻石液或抛光液通过效率的同时，保障轮面100具有更好的结构强度，且使得轮面100能够布置更多的晶片孔120。

通过本实施例的所提供的游星轮结构20，在对碳化硅晶片30进行双面加工时，通过开设在该游星轮的流液孔110，能更有效的将上盘23面流下来的研磨液/抛光液更均匀的分散到研磨垫/抛光垫中，能增大整个研磨垫/抛光垫与晶片30的受力面积，从而使上下盘24面的受力更加均匀，减少上下盘24之间的磨损，能有效改善晶片30的TTV/LTV。其中，TTV表示总厚度偏差，LTV表示线性厚度变化。

为了验证本实施例所提供的游星轮结构20比普通游星轮的优越性，分别利用这两种游星轮对6inch碳化硅进行相同加工量的研磨试验，试验结果如表1所示。

表1、经不同游星轮加工后的碳化硅晶片30汇总表

通过试验表明，本实施例的游星轮结构20能够获得更好的研磨垫平面度，研磨垫的使用寿命更长，晶片30的TTV/LTV的效果更好，且每盘加工晶片30的数量更多。

第二方面，如图4所示，本实用新型提供一种双面研磨设备40，包括：

游星轮结构20，游星轮结构20包括轮面100，以及设置在轮面100外周缘的转动齿200；轮面100上设置有多个流液孔110和多个尺寸相同的晶片孔120；多个晶片孔120沿轮面100的周向布置，且相邻的晶片孔120之间设置有至少一个流液孔110；

外齿圈21和内齿圈22，外齿圈21和内齿圈22同心布置且相对转动，游星轮结构20分别与内齿圈22、外齿圈21啮合；

上盘23和下盘24，游星轮结构20位于在下盘24的顶部的研磨垫上，上盘23抵持在游星轮结构20的顶部。

这样的双面研磨设备40有效提高双面加工效率，也能有效地降低单片加工成本。在现有游星轮的基础上进行改善，将游星轮重新进行了设计，由一个游星轮只能运载两片优化为一个游星轮能同时运载至少3片晶片30，有效提高了加工效率，单片加工成本可降幅20％。

具体的，从图4中可以看出，本实施例在现有游星轮的基础上进行优化设计，在不影响其功能的情况下，使一个游星轮运载三片晶片30，一个下盘24能够布置7个游星轮结构20，则一盘能加工21片，从而能有效提高加工效率，降低单片加工成本。

本实施例提供的一种游星轮结构20和双面研磨设备40，至少具有以下优点：

在现有游星轮的基础上进行优化设计，在不影响其功能的情况下，使一个游星轮运载三片晶片30，一盘能加工21片，从而能有效提高加工效率，降低单片加工成本。

通过开设在该游星轮的流液孔110，能更有效的将上盘23面流下来的研磨液/抛光液更均匀的分散到研磨垫/抛光垫中，能增大整个研磨垫/抛光垫与晶片30的受力面积，从而使上下盘24面的受力更加均匀，减少上下盘24之间的磨损，能有效改善晶片30的品质。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种游星轮结构，其特征在于，包括：

轮面，以及设置在所述轮面外周缘的转动齿；

所述轮面上设置有多个流液孔和多个尺寸相同的晶片孔；多个所述晶片孔沿所述轮面的周向布置，且相邻的所述晶片孔之间设置有至少一个流液孔；

所述晶片孔的数量至少为3个。

2.根据权利要求1所述的游星轮结构，其特征在于：

多个所述晶片孔的中心与所述轮面的中心的距离均相同。

3.根据权利要求1所述的游星轮结构，其特征在于：

沿所述轮面的周向方向，多个所述晶片孔均匀布置。

4.根据权利要求1所述的游星轮结构，其特征在于：

所述流液孔和所述晶片孔的数量相同；

且沿轮面的周向方向，多个所述流液孔和多个所述晶片孔间隔设置。

5.根据权利要求4所述的游星轮结构，其特征在于：

沿所述轮面的周向方向，所述流液孔位于相邻的两个所述晶片孔的中间。

6.根据权利要求4所述的游星轮结构，其特征在于：

沿所述轮面的径向方向，所述流液孔中心与所述轮面中心的距离，大于所述晶片孔中心与所述轮面中心的距离。

7.根据权利要求4所述的游星轮结构，其特征在于：

多个所述流液孔的中心与所述轮面的中心的距离均相同。

8.根据权利要求4所述的游星轮结构，其特征在于：

沿所述轮面的周向方向，多个所述流液孔周向均匀布置。

9.根据权利要求1所述的游星轮结构，其特征在于：

多个所述流液孔的尺寸均相同，且所述流液孔的直径小于所述晶片孔直径的一半。

10.一种双面研磨设备，其特征在于，包括：

游星轮结构，所述游星轮结构包括轮面，以及设置在所述轮面外周缘的转动齿；所述轮面上设置有多个流液孔和多个尺寸相同的晶片孔；多个所述晶片孔沿所述轮面的周向布置，且相邻的所述晶片孔之间设置有至少一个流液孔；

外齿圈和内齿圈，所述外齿圈和所述内齿圈同心布置且相对转动，所述游星轮结构分别与所述内齿圈、所述外齿圈啮合；

上盘和下盘，所述游星轮结构位于在所述下盘的顶部的研磨垫上，所述上盘抵持在所述游星轮结构的顶部。