一種用于基片加工的研磨與拋光兩用柔性加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及單晶硅片等功能晶體基片的超精密研磨與拋光自動(dòng)化加工。
【背景技術(shù)】
[0002]以單晶娃晶體所制成的功能晶體基片作為集成電路的主要襯底材料，其表面加工工藝代表了超精密加工中最先進(jìn)的制造技術(shù)。目前，通過切片得到的基片需要經(jīng)過超精密磨削和化學(xué)機(jī)械拋光方法才能達(dá)到所需的精度要求?，F(xiàn)有的超精密磨削方法均采用硬質(zhì)砂輪研磨方法，并且拋光后還需要增加腐蝕去除的步驟，來得到超光滑低損傷的基片表面。由于基片本身具有硬脆的特點(diǎn)，加上加工過程中殘余應(yīng)力的存在，基片很容易出現(xiàn)翹曲變形，極端情況下甚至發(fā)生基片崩裂，使得大尺寸晶體基片加工效率、加工質(zhì)量的進(jìn)一步提高受到了極大的制約。同時(shí)，機(jī)械化學(xué)拋光時(shí)，所使用的化學(xué)腐蝕液需要與基片產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)材料去除，所以會產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液，也造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。此外，不同的加工工藝需要多臺加工機(jī)床相互配合，并需要多次安裝與物料輸送，增加了時(shí)間成本和人力成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有硬式砂輪研磨拋光方法在對晶體基片進(jìn)行表面加工時(shí)的容易翹曲變形、易崩裂等諸多弊端，機(jī)械化學(xué)拋光對環(huán)境造成的污染，并實(shí)現(xiàn)高效，低損，清潔的晶體基片超精密加工，本發(fā)明提供一種用于基片加工的研磨與拋光兩用柔性加工裝置，氣動(dòng)研磨工具和氣動(dòng)拋光工具采用柔軟的彈性性能良好的橡膠圈作為柔性支撐，并通過控制調(diào)節(jié)橡膠圈內(nèi)部充氣壓力改變加工工具的硬度，從而可以降低基片加工后的表面殘余應(yīng)力，以提高基片研磨與拋光加工成品率。同時(shí)，將研磨與拋光兩道加工工藝集成于一體，提高加工效率，并且達(dá)到綠色環(huán)保的加工。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種用于基片加工的研磨與拋光兩用柔性加工裝置，包括加工系統(tǒng)主機(jī)1、工裝吸盤工具2、氣動(dòng)研磨工具3、氣動(dòng)拋光工具4，其特征在于:所述的加工系統(tǒng)主機(jī)I，包括機(jī)架本體101、軸承座102、電機(jī)108、滾珠絲桿103、滑臺104、驅(qū)動(dòng)連桿105、轉(zhuǎn)臺106、控制箱107、同步帶輪109、同步帶110和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)111，其中，所述的加工系統(tǒng)主機(jī)I的核心部件是機(jī)架本體1I，所述的機(jī)架本體1I頂部安裝有進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)111，所述的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)111輸出軸上安裝同步帶輪109和同步帶110，所述的機(jī)架本體101兩側(cè)面安裝四個(gè)軸承座102，所述的軸承座102上安裝滾珠絲桿103，所述的滾珠絲桿103上安裝滑臺104，所述的滑臺104上安裝驅(qū)動(dòng)連桿105，所述的驅(qū)動(dòng)連桿105上安裝有氣動(dòng)研磨工具3和氣動(dòng)拋光工具4，所述的機(jī)架本體1I中間位置安裝有轉(zhuǎn)臺106，所述的機(jī)架本體101底部安裝有電機(jī)108，所述的電機(jī)108的輸出軸和轉(zhuǎn)臺106相連從而能夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺106轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的機(jī)架本體101底部安裝有控制箱 107。
[0005]所述的工裝吸盤工具2安裝在加工系統(tǒng)主機(jī)(I)上的轉(zhuǎn)臺106上，所述的轉(zhuǎn)臺106上有六個(gè)工位用于安裝六個(gè)工裝吸盤工具2，所述的氣動(dòng)研磨工具3安裝在加工系統(tǒng)主機(jī)I上的驅(qū)動(dòng)連桿105上的工位A和工位D，所述的氣動(dòng)拋光工具4安裝在加工系統(tǒng)主機(jī)I上的驅(qū)動(dòng)連桿105上的工位B和工位C。
[0006]進(jìn)一步，所述的工裝吸盤工具2，包括吸盤201、定位圈202、旋轉(zhuǎn)電機(jī)203，所述的吸盤201上安裝所述的定位圈202用于定位待加工的基片，所述的工裝吸盤2下側(cè)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)203的輸出軸相連，所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)203安裝在轉(zhuǎn)臺106上，所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)203運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)吸盤201旋轉(zhuǎn)。
[0007]進(jìn)一步，所述的氣動(dòng)研磨工具3，包括研磨底座301、研磨轉(zhuǎn)盤302、研磨環(huán)形橡膠圈303、軟固結(jié)磨粒層304和研磨電機(jī)305，所述的研磨底座301上部安裝研磨電機(jī)305，所述的研磨電機(jī)305驅(qū)動(dòng)所述的研磨轉(zhuǎn)盤302，所述的研磨環(huán)形橡膠圈303安裝在轉(zhuǎn)盤上，研磨環(huán)形橡膠圈303內(nèi)部有空腔從而可以充入氣壓P以達(dá)到調(diào)控功能，所述的研磨環(huán)形橡膠圈303外側(cè)通過強(qiáng)力粘結(jié)劑將所述的軟固結(jié)磨粒層304固著在研磨環(huán)形橡膠圈303上，所述的軟固結(jié)磨粒層304是由金剛石磨粒和玻璃膠混合而壓制成的，具有一定的柔性。
[0008]再進(jìn)一步，所述的氣動(dòng)拋光工具4，包括拋光底座401、拋光轉(zhuǎn)盤402、拋光環(huán)形橡膠圈403、纖維層406、噴管404和拋光電機(jī)405，所述的拋光底座401上部安裝拋光電機(jī)405，所述的拋光電機(jī)405驅(qū)動(dòng)所述的拋光轉(zhuǎn)盤402，所述的拋光環(huán)形橡膠圈403安裝在轉(zhuǎn)盤上，拋光環(huán)形橡膠圈403內(nèi)部通過所述的拋光轉(zhuǎn)盤402可以充氣P，所述的拋光環(huán)形橡膠圈403外側(cè)通過強(qiáng)力粘結(jié)劑將所述的纖維層406固著在拋光橡膠圈403上，纖維層用于附著研磨拋光液407，所述的噴管404安裝在機(jī)架本體101上，噴管404噴出拋光所需的研磨拋光液407。
[0009 ]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:
本發(fā)明是根據(jù)基片加工中容易出現(xiàn)翹曲變形，極端情況下甚至發(fā)生基片崩裂的問題而提出的。在研磨加工階段，通過利用柔軟的彈性性能良好的橡膠圈作為支撐，并在橡膠圈表面利用粘結(jié)劑固結(jié)上磨粒層，因此磨粒在彈性支撐的作用下表現(xiàn)出一定的柔軟性，能夠減小研磨過程中基片的殘余應(yīng)力。通過控制橡膠圈內(nèi)部的充氣壓力P，又可以調(diào)節(jié)橡膠圈的軟硬，從而實(shí)現(xiàn)研磨加工的壓力可控，進(jìn)一步改善加工的條件。在拋光加工階段，所用的是氣動(dòng)拋光工具，噴管噴出研磨拋光液至氣動(dòng)拋光工具的纖維層上，附著在纖維層上的拋光液對基片進(jìn)行拋光加工。此外，由于都是橡膠圈支撐結(jié)構(gòu)，提高了加工接觸面，有利于提高加工效率。由于兩個(gè)加工階段是在一套加工系統(tǒng)內(nèi)完成的，因此減少了基片安裝次數(shù)和時(shí)間，提高了安裝精度，也提高了加工效率。
[0010]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
采用橡膠作為研磨和拋光加工的基體材料，利用其柔性和內(nèi)部氣壓調(diào)控，實(shí)現(xiàn)與單晶娃基片的柔性接觸，有效降低晶體基片表面殘余應(yīng)力，減少基片翅曲、崩裂的幾率，提尚成品率。
[0011]通過對柔性氣動(dòng)拋光盤內(nèi)部的氣場調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)與基片的大面積接觸，增加加工接觸面積，提高拋光加工效率。
[0012]拋光加工中省去了腐蝕去除的步驟，有效避免了化學(xué)廢液的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了綠色清潔的基片表面超精密加工。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的整體加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的氣動(dòng)研磨工具和氣動(dòng)拋光工具的工位分布示意圖圖3是本發(fā)明的工裝吸盤工具結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本發(fā)明的氣動(dòng)研磨工具結(jié)構(gòu)示意圖圖5是本發(fā)明的氣動(dòng)拋光工具結(jié)構(gòu)示意圖
圖6是本發(fā)明的氣動(dòng)研磨工具或氣動(dòng)拋光工具與工裝吸盤工具的位置示意圖圖中:I.加工系統(tǒng)主機(jī),101.機(jī)架本體，102.軸承座，103.滾珠絲桿，104.滑臺，105.驅(qū)動(dòng)連桿，106.轉(zhuǎn)臺，107.控制箱，108.電機(jī)，109.同步帶輪，110.同步帶,111.進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，
2.工裝吸盤工具，201.吸盤，202.定位圈，203.旋轉(zhuǎn)電機(jī)，3.氣動(dòng)研磨工具，301.研磨底座，302.研磨轉(zhuǎn)盤，303.研磨環(huán)形橡膠圈，304.軟固結(jié)磨粒層，305.研磨電機(jī)，4.氣動(dòng)拋光工具，401.拋光底座，402.拋光轉(zhuǎn)盤，403.拋光環(huán)形橡膠圈，404.噴管，405.拋光電機(jī)，406.纖維層，407.研磨拋光液。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0015]—種用于基片加工的研磨與拋光兩用柔性加工裝置，包括加工系統(tǒng)主機(jī)1、工裝吸盤工具2、氣動(dòng)研磨工具3、氣動(dòng)拋光工具4，其特征在于:所述的加工系統(tǒng)主機(jī)I，包括機(jī)架本體101、軸承座102、電機(jī)108、滾珠絲桿103、滑臺104、驅(qū)動(dòng)連桿105、轉(zhuǎn)臺106、控制箱107、同步帶輪109、同步帶110和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)111，其中，所述的加工系統(tǒng)主機(jī)I的核心部件是機(jī)架本體101，所述的機(jī)架本體101頂部安裝有進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)111，所述的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)111輸出軸上安裝同步帶輪109和同步帶110，所述的機(jī)架本體101兩側(cè)面安裝四個(gè)軸承座102，所述的軸承座102上安裝滾珠絲桿103，所述的滾珠絲桿103上安裝滑臺104，所述的滑臺104上安裝驅(qū)動(dòng)連桿105，所述的驅(qū)動(dòng)連桿105上安裝有氣動(dòng)研磨工具3和氣動(dòng)拋光工具4，所述的機(jī)架本體101中間位置安裝有轉(zhuǎn)臺106，所述的機(jī)架本體101底部安裝有電機(jī)108，所述的電機(jī)108的輸出軸和轉(zhuǎn)臺106相連從而能夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺106轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的機(jī)架本體101底部安裝有控制箱107。
[0016]所述的工裝吸盤工具2安裝在加工系統(tǒng)主機(jī)(I)上的轉(zhuǎn)臺106上，所述的轉(zhuǎn)臺106上有六個(gè)工位用于安裝六個(gè)工裝吸盤工具2，所述的工裝吸盤工具2用于裝夾待