一种用于衬底研磨的固定治具的制作方法

本发明涉及衬底加工技术领域，尤其是涉及一种用于衬底研磨的固定治具。

背景技术：

半导体材料(semiconductormaterial)是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。在第三代半导体材料中最为常见的材料为碳化硅和氮化镓，其中碳化硅的制作工艺过程复杂，需经过长晶、晶体加工、切割晶片、研磨、倒角、铜抛、抛光、检验包装。而在晶体加工过程中，主要以晶片缺陷，粗糙度，平坦度等着手，却常忽略了晶向的偏角问题，且目前对偏向角的容许度也偏大(0.25°)，这也间接影响最终外延客户的外延参数调整与表面均匀度。

在现有技术中，以碳化硅为例，碳化硅晶体从晶体加工开始会以x-ray进行晶体角度定位，再进行端面研磨，使角度能符合客户规格，晶体加工完成为晶棒会进行晶棒切割，这也是决定最后晶片角度的工艺站，切割前会先x-ray确认晶棒晶格角度，在将晶棒粘贴在载台治具上，并做角度的微调整，使最终晶片可以符合需求角度。目前，角度的微调整为了维持稳定主要采用以下两种方式：1.固定作业员做定装作业；因此常会有人为差异存在；2.在线切作业前，微调载台治具角度，使晶片达到需求偏向。这也需要熟悉机台工程人员才可有效调整，且每次不同晶棒切割都需要重新做微调，费时费力进而影响生产。

但是，以上两种方式都无法兼顾品质与成本，易导致晶片偏向异常而报废。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于衬底研磨的固定治具，以改善现有技术中存在的晶片角度微调无法兼顾品质和成本，易导致晶片偏向异常而报废的技术问题。

本发明提供的用于衬底研磨的固定治具，包括承载机构、底座以及角度调整机构；承载机构用于放置衬底晶片，且承载机构安装固定在角度调整机构上；角度调整机构用于带动承载机构和衬底晶片相对于底座产生摆动。

进一步的，角度调整机构包括蜗轮、蜗杆轴以及连接轴；蜗轮穿设在连接轴上，且蜗轮与连接轴固定连接；蜗轮与蜗杆轴相配合；蜗杆轴能够进行正转和反转；连接轴与蜗杆轴分别安装在底座上，且连接轴与蜗杆轴分别与底座转动连接。

进一步的，底座上设置有刻度盘和与刻度盘相配合的指示针；刻度盘与连接轴固定连接；指示针与底座固定连接。

进一步的，角度调整机构包括调整轴、固定轴以及设置在底座上的螺纹孔；底座上设置有用于容纳调整轴的凹槽，螺纹孔与凹槽连通；固定轴穿设于螺纹孔内；固定轴的外壁上设置有与螺纹孔相配合的外螺纹；且固定轴能够与调整轴的外壁抵接；调整轴与承载机构固定连接，且调整轴能够轴向旋转。

进一步的，角度调整机构包括转动轴、设置在转动轴上的啮合齿、齿轮以及转动杆；底座上设置有用于容纳转动轴的限位槽；转动轴能够轴向旋转，且转动轴与承载机构固定连接；齿轮与转动杆固定连接，且齿轮与啮合齿相配合。

进一步的，承载机构包括支撑件和容置件；容置件安装固定在角度调整机构上；容置件上设置有容置槽，容置槽用于容纳支撑件；支撑件上设置有承载平面，承载平面用于放置衬底晶片。

进一步的，支撑件和容置槽均为长方体或者正方体；支撑件的侧壁与容置槽的侧壁抵接。

进一步的，支撑件和容置件通过连接机构固定连接。

进一步的，连接机构包括固定螺栓、设置在支撑件上的第一螺栓孔以及在容置件上的第二螺栓孔；固定螺栓穿设于第一螺栓孔和第二螺栓孔中，以令支撑件和容置件固定连接。

进一步的，支撑件的材质为陶瓷。

本发明提供的衬底角度调整装置，其包括承载机构、底座以及角度调整机构。在使用过程中，工作人员首先对衬底晶片进行角度定位，从而确认衬底晶片的偏向角度；然后将衬底晶片固定放置在承载机构上；接着根据确认好的偏向角度，令角度调整机构摆动以使承载机构和衬底晶片相对于底座产生摆动，即调整衬底晶片与水平面之间的角度，以令该角度与衬底晶片的偏向角度进行补偿；最后对衬底晶片研磨到量。

由上可知，上述衬底角度调整装置的设置能够针对不同晶面方向均可进行加工修复；将角度超规的衬底晶片依照不同的超规角度进行微调整补偿，使原本超规降档的衬底晶片经过调整后返回正规片规格，提高衬底晶片价值与外延表面良率。该装置能够减少人为差异的存在，并且省事省力，提高生产效率；同时还能够兼顾品质和成本，减少衬底晶片的报废率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构简图；

图2为本发明第一个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的主视图；

图3为本发明第一个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构示意图；

图4为本发明第二个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构示意图；

图5为本发明第三个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的衬底晶片放置在支撑件上的主视图；

图7为本发明实施例提供的衬底晶片放置在支撑件上的俯视图。

图标：1-承载机构；2-底座；3-角度调整机构；4-衬底晶片；5-蜗轮；6-蜗杆轴；7-连接轴；8-刻度盘；9-指示针；10-调整轴；11-固定轴；12-转动轴；13-啮合齿；14-齿轮；15-转动杆；16-支撑件；17-容置件；18-承载平面；19-固定螺栓；20-第一螺栓孔；21-摆动件；22-转动手柄。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构简图；如图1所示，本实施例提供的用于衬底研磨的固定治具，包括承载机构1、底座2以及角度调整机构3；承载机构1用于放置衬底晶片4，且承载机构1安装固定在角度调整机构3上；角度调整机构3用于带动承载机构1和衬底晶片4相对于底座2产生摆动。

其中，承载机构1可以与角度调整机构3为焊接或者可拆卸地固定连接。

较佳的，角度调整机构3可数位化，角度调整精度为0.01°，也可根据实际情况进行调整。

上述用于衬底研磨的固定治具可应用于不同尺寸的单晶碳化硅、蓝宝石、氮化镓与单晶硅等衬底材料。

图2为本发明第一个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的主视图；图3为本发明第一个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构示意图；如图2和图3所示，在第一个实施例中，角度调整机构3包括蜗轮5、蜗杆轴6以及连接轴7；蜗轮5穿设在连接轴7上，且蜗轮5与连接轴7固定连接；蜗轮5与蜗杆轴6相配合；蜗杆轴6能够进行正转和反转；连接轴7与蜗杆轴6分别安装在底座2上，且连接轴7与蜗杆轴6分别与底座2转动连接。在使用过程中，工作人员确认好衬底晶片4的偏向角度后，将衬底晶片4放置在承载机构1上；接着根据确认好的偏向角度，正向或者反向转动蜗杆轴6以带动蜗轮5转动，从而带动连接轴7以及承载机构1转动；当承载机构1的摆动角度与衬底晶片4的偏向角度补偿时，工作人员停止转动蜗杆轴6；最后对衬底晶片4进行研磨到量。当需要调整补偿角度时，工作人员继续转动蜗杆轴6以调节承载机构1的摆动角度即可。

具体的，底座2上设置有刻度盘8和与刻度盘8相配合的指示针9；刻度盘8与连接轴7固定连接；指示针9与底座2固定连接。在使用过程中，由于蜗轮5、连接轴7、摆动件21以及刻度盘8同步转动，转动角度相同，因此当摆动件21带动承载机构1转动时，刻度盘8随之转动，指示针9对应的标识即为转动的角度。

较佳地，底座2上设置有摆动件21和用于容纳摆动件21的安装槽，摆动件21分别与连接轴7和承载机构1固定连接。安装槽用于限制摆动件21的移动范围并对摆动件21起支撑作用，以令承载机构1在操作过程中更加稳定。

当摆动件21与安装槽的接触时，二者的接触面均为弧形。

蜗杆轴6远离涡轮的一侧设置有转动手柄22，工作人员可手握转动手柄22来控制蜗杆轴6的转动。

图4为本发明第二个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构示意图；如图4所示，在第二个实施例中，角度调整机构3包括调整轴10、固定轴11以及设置在底座2上的螺纹孔；底座2上设置有用于容纳调整轴10的凹槽，螺纹孔与凹槽连通；固定轴11穿设于螺纹孔内；固定轴11的外壁上设置有与螺纹孔相配合的外螺纹；且固定轴11能够与调整轴10的外壁抵接；调整轴10与承载机构1固定连接，且调整轴10能够轴向旋转。在使用过程中，工作人员确认好衬底晶片4的偏向角度后，将衬底晶片4放置在承载机构1上；接着根据确认好的偏向角度轴向转动调整轴10，从而调整衬底晶片4与水平面之间的角度，此时凹槽能够起到限位的作用，当该角度与衬底晶片4的偏向角度补偿时，工作人员将固定轴11旋入螺纹孔中，直至固定轴11与调整轴10的内壁抵接，使调整轴10与底座2相对固定；最后对衬底晶片4进行研磨到量。当需要调整补偿角度时，工作人员将固定轴11从螺纹孔中旋出，令固定轴11与调整轴10分离，待调整好角度后，在将固定轴11旋紧与调整轴10抵接，以固定调整轴10。

具体的，固定轴11和螺纹孔可以均为多个，且多个螺纹孔可分别设置在底座2的两侧和/或底面。

当固定轴11设置在底面时，固定轴11的长度应小于相配合的螺纹孔的长度，这样能够防止固定轴11凸出与底座2的底面，影响其他操作。

调整轴10的外壁上可设置有磨砂层，这样能够增大固定轴11与调整轴10之间的摩擦力，从而令调整轴10设置的更加稳定。

图5为本发明第三个实施例提供的用于衬底研磨的固定治具的结构示意图；如图5所示，在第三个实施例中，角度调整机构3包括转动轴12、设置在转动轴12上的啮合齿13、齿轮14以及转动杆15；底座2上设置有用于容纳转动轴12的限位槽；转动轴12能够轴向旋转，且转动轴12与承载机构1固定连接；齿轮14与转动杆15固定连接，且齿轮14与啮合齿13相配合。在使用过程中，工作人员确认好衬底晶片4的偏向角度后，将衬底晶片4放置在承载机构1上；接着转动转动杆15，从而带动齿轮14转动，齿轮14与啮合齿13啮合以令转动轴12转动；转动轴12带动衬底晶片4同步转动，从而调整衬底晶片4与水平面之间的角度，此时限位槽能够起到限位的作用；当该角度与衬底晶片4的偏向角度补偿时，停止转动转动杆15，从而令转动轴12保持稳定；最后对衬底晶片4进行研磨到量。

具体的，转动杆15、啮合齿13以及齿轮14可设置在底座2的内部，转动杆15的一端与旋钮固定连接，旋钮设置在底座2的外部；底座2上设置有角度标识，工作人员可通过将旋钮转动至预设的角度标识，来控制转动轴12的转动角度。

进一步的，角度调整机构3还可以包括编码器和显示器。编码器可以与连接轴7或者调整轴10或者转动轴12连接。显示器与编码器连接。在使用过程中，在连接轴7或者调整轴10或者转动轴12转动的同时，编码器将角位移转换成电信号，以将角位移信息显示在显示器上，从而令工作人员能够实时观察到连接轴7或者调整轴10或者转动轴12转动的角度。令角度调整的更加精确。

在对衬底角度进行加工的过程中，可以采用以下步骤：

将衬底晶片4进行角度定位，确认衬底晶片4的偏向角度；

将衬底晶片4固定在所述承载机构1上；

根据偏向角度，通过角度调整机构3来调节承载机构1与水平面之间的角度，以完成角度补偿；

对衬底晶片4研磨到量。

具体的，利用x射线对衬底晶片4进行角度定位。

进一步的，将衬底晶片4固定在承载机构1上的步骤包括：

测量衬底晶片4的平坦度；

向衬底晶片4上蜡；

将上蜡后的衬底晶片4放置在承载机构1上压合冷却。

如果衬底晶片4的厚度差大或是贴片厚度不均匀可能会造成研磨不准确，平坦度测量的步骤能够避免上述情况发生；另外，上蜡的步骤能够令衬底晶片4与治具贴合，从而令衬底晶片4在调整角度和研磨的过程中设置的更加稳定。

具体的，上蜡的蜡厚小于2um。

上蜡时刻使用甩干式贴片机来控制蜡甩出。甩干式贴片机选用可控转速(±30rpm)与可控温度(±2℃)，以便于上蜡均匀。

利用千分表对衬底晶片4进行5点平坦度测量。

进一步的，在将衬底晶片4固定在承载机构1上的步骤之前包括：

对衬底晶片4进行清洗甩干。

具体的，利用超声波清洗槽对衬底晶片4进行清洗甩干。

本实施例提供的衬底角度调整装置，其包括：承载机构1、底座2以及角度调整机构3；承载机构1用于放置衬底晶片4，且承载机构1安装固定在角度调整机构3上；角度调整机构3用于带动承载机构1和衬底晶片4相对于底座2产生摆动。在使用过程中，工作人员首先对衬底晶片4进行角度定位，从而确认衬底晶片4的偏向角度；然后将衬底晶片4固定放置在承载机构1上；接着根据确认好的偏向角度，令角度调整机构3摆动以使承载机构1和衬底晶片4相对于底座2产生摆动，即调整衬底晶片4与水平面之间的角度，以令该角度与衬底晶片4的偏向角度进行补偿；最后对衬底晶片4研磨到量。

由上可知，上述衬底角度调整装置的设置能够针对不同晶面方向均可进行加工修复；将角度超规的衬底晶片4依照不同的超规角度进行微调整补偿，使原本超规降档的衬底晶片4经过调整后返回正规片规格，提高衬底晶片4价值与外延表面良率。该装置能够减少人为差异的存在，并且省事省力，提高生产效率；同时还能够兼顾品质和成本，减少衬底晶片4的报废率。

图6为本发明实施例提供的衬底晶片放置在支撑件上的主视图；

图7为本发明实施例提供的衬底晶片放置在支撑件上的俯视图；如图1、图3-图7所示，在上述实施例的基础上，进一步的，承载机构1包括支撑件16和容置件17；容置件17安装固定在角度调整机构3上；容置件17上设置有容置槽，容置槽用于容纳支撑件16；支撑件16上设置有承载平面18，承载平面18用于放置衬底晶片4。

其中，支撑件16的材质可以为不锈钢或者铸铁等等。

较佳的，支撑件16的材质为陶瓷。公差在3μm以内，陶瓷材质能够避免支撑件16在加热的过程中发生形变。

较佳的，支撑件16为平面治具。平面治具的设置能够令工作人员在调整补偿角度时更加方便。

如图1、图3-图7所示，进一步的，支撑件16和容置槽均为长方体或者正方体；支撑件16的侧壁与容置槽的侧壁抵接。

本实施例中，容置槽的设置能够令支撑件16与容置件17分离，在放置衬底晶片4时能够更方便工作人员进行操作。另外，当支撑件16和容置槽均为长方体或者正方体时，支撑件16能够完全能契合在容置槽中，这种设置能够对支撑件16起到限位的作用，令支撑件16在操作过程中更加稳定。

在上述实施例的基础上，进一步的，支撑件16和容置件17通过连接机构固定连接。

较佳的，支撑件16和容置件17通过连接机构可拆卸地固定连接。

具体的，连接机构可以为固定卡扣和固定卡槽；固定卡扣设置在支撑件16上，固定卡槽设置在容置件17上；或者固定卡扣设置在容置件17上，固定卡槽设置在支撑件16上。在使用过程中，工作人员将支撑件16放置在容纳槽中以后，将固定卡扣卡设在固定卡槽中，以令二者固定连接；当需要取出支撑件16时，将固定卡扣从卡槽中分离即可。

如图1-图7所示，进一步的，连接机构包括固定螺栓19、设置在支撑件16上的第一螺栓孔20以及在容置件17上的第二螺栓孔；固定螺栓19穿设于第一螺栓孔20和第二螺栓孔中，以令支撑件16和容置件17固定连接。在使用过程中，工作人员将支撑件16放置在容纳槽中以后，将固定螺栓19旋入第一螺栓孔20和第二螺栓孔中，以令支撑件16和容置件17螺栓连接；当需要取出支撑件16时，将固定螺栓19旋出第一螺栓孔20和第二螺栓孔即可。

本实施例中，在使用过程中，工作人员将支撑件16和容置件17通过连接机构固定连接，这样能够提高支撑件16设置的稳定性，从而令衬底晶片4设置的更加稳定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。