用于半导体用石英板的抛光上盘装置及抛光上盘方法与流程

本发明属于半导体用石英板上盘技术领域，具体涉及一种抛光上盘装置及抛光上盘方法。

背景技术：

随着半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。半导体用石英板是半导体制造的整个流程中的关键零部件。尤其是半导体用石英板的规格也随之变化，技术参数的要求也越来越高；据相关数据显示，中国芯片自给率要在未来5年内达到70％，而2019年我国芯片自给率仅为30％左右，受益于整体行业景气度提升，芯片产业也将继续保持高速发展。对于高端半导体用石英板的需求必将大幅度增长。

半导体用石英板的抛光加工，首先需要将特定铝板放置在加热电炉上加热，之后将松香蜡在铝板上融化，之后将待抛光的半导体石英板放置于融化松香蜡的铝板上，待冷却后进行抛光，抛光完成后再将粘有半导体石英板的铝板放置于加热炉上进行加热，融化松香蜡取出半导体石英板；传统的半导体石英板上盘装置主要是利用铝板导热性良好，松香蜡熔点与凝固点较低，使用加热炉加热铝板进而融化松香蜡，降温之后松香蜡凝固将半导体石英板固定，此方法由于加热炉与松香蜡，因而在操作过程中极易发生火灾、人员烫伤，加热产生的松香蜡气体严重影响工人工作环境。另外，由于铝板加热冷却极易变形，松香蜡凝固后松香蜡层厚度不均匀，加热与冷却时间较长，热能没有回收利用，因而抛光精度降低，影响抛光品质，上盘效率低，使用成本高。

技术实现要素：

本发明针对传统半导体用石英板的上盘装置使用加热炉加热松香极易发生安全事故，工作环境恶劣，在松香蜡凝固过程中松香蜡厚度不均，影响半导体石英板的面型，十分影响抛光精度的技术问题，目的在于提供一种用于半导体用石英板的抛光上盘装置及抛光上盘方法。

用于半导体用石英板的抛光上盘装置，包括底座，所述底座上设有水平移动机构，所述水平移动机构上分别设有高温恒温水箱和低温恒温水箱，所述水平移动机构带动所述高温恒温水箱和所述低温恒温水箱做水平移动；

还包括升降篮，所述升降篮内底面上设置有用于放置石英底板的升降篮卡槽，所述升降篮通过升降气缸安装在所述高温恒温水箱和所述低温恒温水箱上方，所述升降气缸带动所述升降篮做升降运动；

所述升降篮内设有加压提篮，所述加压提篮通过加压气缸安装在所述升降篮顶部的内壁上，所述加压气缸装有压力调节装置，所述加压气缸带动所述加压提篮做升降运动；

所述加压提篮内底面设有加压卡槽，所述加压卡槽上卡接吸盘装置，所述吸盘装置的底面穿过所述加压卡槽后位于所述升降篮内底面上方，所述吸盘装置的底面用于吸住半导体用石英板。

本发明使用时，高温恒温水箱和低温恒温水箱内的水为去离子水，设定高温恒温水箱内的去离子水为50℃，低温恒温水箱内的去离子水为25℃。通过升降气缸升起升降篮和加压提篮，通过水平移动机构将高温恒温水箱移动到升降篮下方，将石英底板放置在升降篮内底面上的升降篮卡槽中。通过吸盘装置将待上盘的半导体用石英板接触并吸住，将吸有半导体用石英板的吸盘装置卡接在加压提篮的加压卡槽上，且半导体用石英板位于加压提篮底面下方并位于石英底板上方。驱动升降气缸将升降篮中的石英底板没入高温恒温水箱中，此过程吸盘装置及半导体用石英板不与高温恒温水箱中的去离子水接触。待加热第一预设时间后，控制加压气缸带动吸盘装置上的半导体用石英板缓慢下降与石英底板接触并继续下降加压。驱动升降气缸带动升降篮从高温恒温水箱中提起。驱动水平移动机构将低温恒温水箱移动至升降篮下方，驱动升降气缸带动升降篮中的石英底板没入低温恒温水箱中，待第二预设时间后，驱动加压气缸带动加压提篮上升，使加压提篮对吸盘装置不再施加压力，驱动吸盘装置放开半导体用石英板，驱动加压气缸带动吸盘装置上升离开低温恒温水箱。驱动升降气缸带动升降篮从低温恒温水箱中提起，取下已经吸附上半导体用石英板的石英底板进行抛光即可。

所述底板上还设有两组净化装置，每组所述净化装置均包括待净化水池、ro反渗透净水器、热交换器、第一潜水泵和第二潜水泵，所述第一潜水泵与所述热交换器中的一组热交换管入口连接、所述热交换器中的一组热交换管出口连接所述待净化水池，所述待净化水池通过所述第二潜水泵连接ro反渗透净水器的入口，所述ro反渗透净水器的出口连接所述热交换器中的另一组热交换管入口；

一组所述净化装置中的第一潜水泵连接所述高温恒温水箱，一组所述净化装置中的所述热交换器中的另一组热交换管出口连接所述高温恒温水箱；

另一组所述净化装置中的第一潜水泵连接所述低温恒温水箱，另一组所述净化装置中的所述交换器中的另一组热交换管出口连接所述低温恒温水箱。致使高温恒温水箱和低温恒温水箱均具有独立的净化装置进行净化。净化装置工作时，通过第一潜水泵将高温恒温水箱或低温恒温水箱中的水抽出，经过热交换器与ro反渗透净水器净化后的水进行热交换后，将高温恒温水箱或低温恒温水箱中的水进入待净化水池，通过第二潜水泵将待净化水池中的水打入ro反渗透净水器进行进化，ro反渗透净水器进化后的水经过交换器进行热交换后进入高温恒温水箱或低温恒温水箱中。

所述水平移动机构包括固定在所述底座上的导轨和推力气缸，所述高温恒温水箱和所述低温恒温水箱的底部滑动连接所述导轨，所述推力气缸的伸缩杆分别连接所述高温恒温水箱的底部、所述低温恒温水箱的底部，所述推力气缸的伸缩杆伸缩带动所述高温恒温水箱和所述低温恒温水箱在所述导轨上水平滑动运动。

所述吸盘装置包括纵截面为倒t字型的吸盘外壳，所述吸盘外壳的竖段为中空圆柱形结构，所述吸盘外壳的横段为底面敞开的圆盘结构，所述吸盘外壳横段内设圆盘状的吸盘面，所述吸盘面底面与所述吸盘外壳的横段底面齐平，所述吸盘面上排列设置多个吸盘气缸，每个所述吸盘气缸中安装有气缸活塞，每个所述气缸活塞与按压柄轴连接，所述按压柄轴内置在所述吸盘外壳中且穿过所述吸盘外壳的竖段伸出于所述吸盘外壳顶部；

所述吸盘外壳的竖段外和所述按压柄轴的伸出部分外套设有圆环状手柄，所述手柄内壁上设有一圈限位凸起，所述按压柄轴的伸出部分上外表面设有一圈限位凸缘，所述按压柄轴的伸出部分外表面缠绕有压力弹簧，所述压力弹簧位于所述吸盘外壳的竖段顶部和所述限位凸缘之间，所述按压柄轴的限位凸缘限制在所述限位凸起下方；

所述吸盘外壳的竖段外表面还设有用于卡接所述加压卡槽的卡接结构。按压手柄处的按压柄轴，气缸活塞进入吸盘气缸中，压缩吸盘气缸中的空气，松开手柄处的按压柄轴，气缸活塞在吸盘气缸中运动，吸盘气缸压力降低即可吸住半导体用石英板。

所述手柄的内壁上从下至上设有内螺纹，所述吸盘外壳的竖段外表面、所述按压柄轴的伸出部分外表面分别设有与所述内螺纹螺纹连接的外螺纹。

所述吸盘外壳的竖段外表面设有一圈第一凸缘，所述第一凸缘顶部设有一圈第二凸缘，所述第一凸缘的底面连接所述吸盘外壳的横段，所述第二凸缘上方为所述手柄；

所述第二凸缘的圆周表面设置至少一个用于卡接所述加压卡槽的凸起，所述加压卡槽包括上下联通的圆形的加压通槽，所述加压通槽的内壁圆周表面向外挖设有至少一个加压卡口，所述加压卡口的长宽大于所述凸起的长宽，所述第二凸缘的直径小于所述加压通槽的直径，所述吸盘外壳的横段外径大于所述加压通槽的直径；

所述第一凸缘、所述第二凸缘和所述凸起形成所述卡接结构。致使吸盘外壳可以从加压提篮下方对准加压卡槽向上卡入加压卡槽后，转动吸盘外壳使得第二凸缘上的凸起卡在加压提篮的底面上，且在吸盘外壳的横段的限制下，吸盘装置卡在加压卡槽上。

所述吸盘外壳的横横段顶面到所述第二凸缘的底面距离大于所述加压卡槽厚度。以便于加压提篮与吸盘装置之间在卡接的前提下，还具有缓冲间隙。

所述吸盘外壳为采用铝合金材质的吸盘外壳，所述吸盘面为采用铝合金表面层包裹聚氨酯块的吸盘面，所述铝合金表面层的底面设有多个吸盘孔，所述吸盘气缸设置在所述聚氨酯块内，所述气缸活塞的底面联通所述吸盘孔。

所述升降篮内底面的中部设有所述升降篮卡槽，所述升降篮卡槽外设有用于套住石英底板的定位框；

所述升降篮底面上设有多个上下联通的排水孔，所述升降篮卡槽上也设有多个上下联通的排水孔。

所述石英底板顶面向下挖挖设有多个底板孔，每个所述底板孔内设有底板气缸，每个底板气缸中独立安装有一个膨胀活塞，所述膨胀活塞的缸体中装有无水乙醇，当加热所述膨胀活塞时，所述无水乙醇体积膨胀推动所述膨胀活塞运动，所述膨胀活塞压缩底板气缸体积，当所述膨胀活塞降温后，所述无水乙醇体积降低带动所述膨胀活塞运动，底板气缸体积增加，在半导体用石英板堵住底板孔时，底板气缸形成真空环境，进而使半导体用石英板吸附在石英底板之上。

用于半导体用石英板的抛光上盘方法，包括如下步骤：

将高温恒温水箱内的水温设置为第一预设温度，将低温恒温水箱内的水温设置为第二预设温度，升起升降篮，升起加压提篮，将所述高温恒温水箱移动至所述升降篮下方，将石英底板放置在所述升降篮底板的升降篮卡槽中，所述石英底板上套上定位框；

按下吸盘装置上的按压柄轴后，与待上盘的半导体用石英板接触，松开所述按压柄轴，吸上半导体用石英板，将吸有半导体用石英板的吸盘装置卡入加压提篮的下方加压卡槽上；

使用升降气缸将所述升降篮中的石英底板没入高温恒温水箱中，所述吸盘装置不接触高温恒温水箱中的水，待石英底板加热第一预设时间后，调节加压气缸的压力为第一预设压力值，使得加压气缸带动吸盘装置上的所述半导体用石英板与所述石英底板接触，在于所述石英底板接触后，调节加压气缸的压力至第二预设压力值，所述第一预设压力值小于所述第二预设压力值；

使用所述升降气缸带动所述升降篮从所述高温恒温水箱中提起，将低温恒温水箱移动至所述升降篮下方，使用所述升降气缸带动所述升降篮中的所述石英底板没入所述低温恒温水箱中，待第二预设时间后，调节加压气缸的压力为第三预设压力值，所述第三预设压力值小于所述第一预设压力值，所述加压气缸带动所述加压提篮提升，使得加压提篮对吸盘装置不再施加压力，此时吸盘装置由于与所述加压提篮具有缓冲间隙，因此吸盘装置未被提起，按下所述吸盘装置上的按压柄轴后，使用加压气缸带动吸盘装置上升离开所述低温恒温水箱，所述吸盘装置自动离开所述半导体用石英板，使用升降气缸带动升降篮从所述低温恒温水箱中提起，取下所述定位框，取下已经吸附所述半导体用石英板的石英底板进行抛光。

本发明的有益效果：

(1)可提高水的利用率、进行热量回收利用，减少资源浪费；

(2)可提高了操作员工的工作环境，降低安全隐患；

(3)可使石英底板与半导体用石英板直接接触，提高抛光精度；

(4)可实现多种不同规格产品进行上盘，提高了工装夹具的利用率，降低了生产成本；

(5)操作简单，可同时给多个需要上盘的半导体用石英板进行上盘，方便使用，效率高、成本低。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1的另一侧结构示意图；

图3为本发明升降篮的一种结构示意图；

图4为本发明升降篮和加压提篮的一种位置关系示意图；

图5为本发明加压提篮的一种结构示意图；

图6为本发明吸盘装置的一种结构示意图；

图7为图6的一种剖视图；

图8为本发明石英底板的一种结构示意图；

图9为图8的a-a剖视图；

图10为本发明膨胀活塞的一种结构示意图；

图11为图10的内部剖视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1和图2，用于半导体用石英板的抛光上盘装置，包括底座1，底座1上设有水平移动机构，水平移动机构上分别设有高温恒温水箱2和低温恒温水箱3，水平移动机构带动高温恒温水箱2和低温恒温水箱3做水平移动。水平移动机构包括固定在底座1上的导轨11和推力气缸12，高温恒温水箱2和低温恒温水箱3并排设置，且高温恒温水箱2和低温恒温水箱3的底部均滑动连接导轨11，推力气缸12的伸缩杆分别连接高温恒温水箱2的底部、低温恒温水箱3的底部，推力气缸12的伸缩杆伸缩带动高温恒温水箱2和低温恒温水箱3在导轨11上水平滑动运动。

还包括升降篮4，升降篮4通过升降气缸41安装在高温恒温水箱2和低温恒温水箱3上方，升降气缸41带动升降篮4做升降运动。具体的，升降气缸41的外壳固定在一个倒l字型连接杆的横段上，连接杆的竖段固定在底座1上。升降气缸41的升降活塞竖向设置且底部与升降篮4顶部固定。

参照图3，升降篮4内底面的中部设有用于放置加压提篮的升降篮卡槽42，升降篮卡槽42外设有用于套住石英底板的定位框43。升降篮4底面上设有多个上下联通的排水孔44，升降篮卡槽42上也设有多个上下联通的排水孔44。

参照图4，升降篮4的升降篮卡槽42上设有加压提篮5，加压提篮5通过加压气缸51安装在升降篮4顶部的内壁上，加压气缸51装有压力调节装置，加压气缸51通过压力调节装置调节压力后带动加压提篮5做升降运动。具体的，加压气缸51的外壳固定在升降篮4顶部中部内壁上，加压气缸51的加压活塞竖向设置且底部与加压提篮5顶部固定。

参照图5，加压提篮5内底面设有加压卡槽，加压卡槽上卡接吸盘装置6，吸盘装置6的底面穿过加压卡槽后位于升降篮4内底面上方，吸盘装置6的底面用于吸住半导体用石英板7。加压卡槽包括上下联通的圆形的加压通槽52，加压通槽52的内壁圆周表面向外挖设有至少一个加压卡口53。

参照图6和图7，吸盘装置6包括纵截面为倒t字型的吸盘外壳61，吸盘外壳61的竖段为中空圆柱形结构，吸盘外壳61的横段为底面敞开的圆盘结构，吸盘外壳61横段内设圆盘状的吸盘面62，吸盘面62底面与吸盘外壳61的横段底面齐平，吸盘面62上排列设置多个吸盘气缸63，每个吸盘气缸63中安装有气缸活塞64，每个气缸活塞64与按压柄轴65连接，按压柄轴65内置在吸盘外壳61中且穿过吸盘外壳61的竖段伸出于吸盘外壳61顶部。吸盘外壳61的竖段外和按压柄轴65的伸出部分外套设有圆环状手柄66，手柄66内壁上设有一圈限位凸起661，按压柄轴65的伸出部分上外表面设有一圈限位凸缘651，按压柄轴65的伸出部分外表面缠绕有压力弹簧67，压力弹簧67位于吸盘外壳的61竖段顶部和限位凸缘651之间，按压柄轴65的限位凸缘651限制在限位凸起661下方。手柄66的内壁上从下至上设有内螺纹，吸盘外壳61的竖段外表面、按压柄轴65的伸出部分外表面分别设有与内螺纹螺纹连接的外螺纹，通过螺纹连接的方式以方便安装压力弹簧67。按压手柄66处的按压柄轴65，气缸活塞64进入吸盘气缸63中，压缩吸盘气缸63中的空气，松开手柄66处的按压柄轴65，气缸活塞64在吸盘气缸63中运动，吸盘气缸63压力降低即可吸住半导体用石英板7。

参照图6和图7，吸盘外壳61的竖段外表面还设有用于卡接加压卡槽的卡接结构。卡接结构包括第一凸缘681、第二凸缘682和凸起683。吸盘外壳61的竖段外表面设有一圈第一凸缘681，第一凸缘681顶部设有一圈第二凸缘682，第一凸缘681的底面连接吸盘外壳61的横段，第二凸缘682上方为手柄66。第二凸缘682的圆周表面设置至少一个用于卡接加压卡槽的凸起683，如图6中所示，在第二凸缘682的圆周表面均有设置有三个凸起683。加压卡口53的长宽大于凸起683的长宽，第二凸缘682的直径小于加压通槽52的直径，吸盘外壳61的横段外径大于加压通槽52的直径。致使吸盘外壳61可以从加压提篮5下方对准加压卡槽向上卡入加压卡槽后，转动吸盘外壳61使得第二凸缘682上的凸起683卡在加压提篮5的底面上，且在吸盘外壳61的横段的限制下，吸盘装置6卡在加压卡槽上。优选，吸盘外壳61的横横段顶面到第二凸缘682的底面距离大于加压卡槽厚度。以便于加压提篮5与吸盘装置6之间在卡接的前提下，还具有缓冲间隙。

吸盘外壳61为采用铝合金材质的吸盘外壳61，吸盘面62为采用铝合金表面层包裹聚氨酯块的吸盘面62，铝合金表面层的底面设有多个吸盘孔，吸盘气缸63设置在聚氨酯块内，气缸活塞64的底面联通吸盘孔。

参照图8至图11，石英底板8顶面向下挖挖设有多个底板孔81，每个底板孔81内设有底板气缸82，每个底板气缸82中独立安装有一个膨胀活塞83，膨胀活塞83的缸体中装有无水乙醇84，如图10中所示，在缸体表面设置灌装口，该灌装口联通缸体内外，在灌装口上设有灌装密封塞塞住灌装口，通过打开灌装密封塞，在缸体内灌装无水乙醇84即可。当加热膨胀活塞83时，无水乙醇84体积膨胀推动膨胀活塞83运动，膨胀活塞83压缩底板气缸82体积，当膨胀活塞83降温后，无水乙醇84体积降低带动膨胀活塞83运动，底板气缸82体积增加，在半导体用石英板7堵住底板孔81时，底板气缸82形成真空环境，进而使半导体用石英板7吸附在石英底板8之上。如图11所示，本发明吸盘面62内的吸盘气缸63与底板气缸82结构相似，不同的是吸盘气缸63对应的气缸活塞64的缸体中没有装无水乙醇84，而是通过气缸活塞64端部与按压柄轴65连接，通过按压柄轴65的按动，实现气缸活塞64的升降，进而实现气缸活塞64对应的吸盘气缸63体积增加或减少。

参照图1和图2，底板上还设有两组净化装置，每组净化装置均包括待净化水池91、ro反渗透净水器92、热交换器93、第一潜水泵94和第二潜水泵95，第一潜水泵94与热交换器93中的一组热交换管入口连接、热交换器93中的一组热交换管出口连接待净化水池91，待净化水池91通过第二潜水泵95连接ro反渗透净水器92的入口，ro反渗透净水器92的出口连接热交换器93中的另一组热交换管入口。其中，一组净化装置中的第一潜水泵94连接高温恒温水箱2，一组净化装置中的热交换器93中的另一组热交换管出口连接高温恒温水箱2。另一组净化装置中的第一潜水泵94连接低温恒温水箱3，另一组净化装置中的交换器中的另一组热交换管出口连接低温恒温水箱3。致使高温恒温水箱2和低温恒温水箱3均具有独立的净化装置进行净化。净化装置工作时，通过第一潜水泵94将高温恒温水箱2或低温恒温水箱3中的水抽出，经过热交换器93与ro反渗透净水器92净化后的水进行热交换后，将高温恒温水箱2或低温恒温水箱3中的水进入待净化水池91，通过第二潜水泵95将待净化水池91中的水打入ro反渗透净水器92进行进化，ro反渗透净水器92进化后的水经过交换器进行热交换后进入高温恒温水箱2或低温恒温水箱3中。

用于半导体用石英板的抛光上盘方法，包括如下步骤：

s1，将高温恒温水箱2内的水温设置为第一预设温度，将低温恒温水箱3内的水温设置为第二预设温度。升起升降篮4，升起加压提篮5，将高温恒温水箱2移动至升降篮4下方，将石英底板8放置在升降篮4底板的升降篮卡槽42中，石英底板8上套上定位框43。

其中，第一预设温度优选为50℃，第二预设温度优选为25℃。

s2，按下吸盘装置6上的按压柄轴65后，与待上盘的半导体用石英板7接触，松开按压柄轴65，吸上半导体用石英板7，将吸有半导体用石英板7的吸盘装置6卡入加压提篮5的下方加压卡槽上。

s3，使用升降气缸41将升降篮4中的石英底板8没入高温恒温水箱2中，吸盘装置6不接触高温恒温水箱2中的水，待石英底板8加热第一预设时间后，调节加压气缸51的压力为第一预设压力值，使得加压气缸51带动吸盘装置6上的半导体用石英板7与石英底板8接触，在于石英底板8接触后，调节加压气缸51的压力至第二预设压力值，第一预设压力值小于第二预设压力值。致使将半导体用石英板7加压于石英底板8上。

其中，第一预设时间优选为3分钟，第一预设压力值优选为0.1mpa，第二预设压力值优选为0.3mpa。

s4，使用升降气缸41带动升降篮4从高温恒温水箱2中提起，将低温恒温水箱3移动至升降篮4下方，使用升降气缸41带动升降篮4中的石英底板8没入低温恒温水箱3中，待第二预设时间后，调节加压气缸51的压力为第三预设压力值，第三预设压力值小于第一预设压力值，加压气缸51带动加压提篮5提升，使得加压提篮5对吸盘装置6不再施加压力，此时吸盘装置6由于与加压提篮5具有缓冲间隙，因此吸盘装置6未被提起，按下吸盘装置6上的按压柄轴65后，使用加压气缸51带动吸盘装置6上升离开低温恒温水箱3，吸盘装置6自动离开半导体用石英板7，使用升降气缸41带动升降篮4从低温恒温水箱3中提起，取下定位框43，取下已经吸附半导体用石英板7的石英底板8进行抛光。

其中，第二预设时间优选为5分钟，第三预设压力值优选为0.05mpa。

本发明在抛光完成后，下盘过程中，将吸附上半导体用石英板7的石英底板8放置于升降篮4的升降篮卡槽42中，将升降篮4放入高温恒温水箱2中浸泡第三预设时间后，手动使用吸盘装置6将半导体用石英板7吸出即可。其中，第三预设时间优选为2分钟。

本发明的石英底板8的规格可以根据半导体用石英板7产品的规格参数进行调整大小，由于石英底板8上的底板孔81都是相对独立的，因此石英底板8可以作为稍小的以及异形的半导体用石英板7的底板工装。另外，本发明高温恒温水箱2内的水温的设定温度、低温恒温水箱3内水温的设定温度、加压气缸51的不同阶段的加压压力，都可根据半导体用石英板7的规格参数进行预先设定。高温恒温水箱2内的水温的设定温度和低温恒温水箱3内水温的设定温度，可以分别采用两组净化装置中热交换器93自动调节水温。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。