一种用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置的制作方法

1.本发明涉及硅片抛光技术领域，特别涉及一种用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置。


背景技术：

2.现有的单晶碳化硅双面抛光装置主要用于批量化生产单晶碳化硅衬底，抛光时上面的磨盘和下面的磨盘一起对单晶碳化硅衬底的两面进行打磨，该打磨方式仅能打磨两面为平面的单晶碳化硅衬底，而大口径的单晶碳化硅往往厚度要比单晶碳化硅衬底的厚度大，且大口径的单晶碳化硅的一面为曲面、大口径的单晶碳化硅的另一面为平面，整个大口径的单晶碳化硅为平曲面。对于大口径的单晶碳化硅的打磨，目前的单晶碳化硅双面抛光装置无法满足。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置，旨在解决现有的单晶碳化硅双面抛光装置无法打磨大口径的单晶碳化硅的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出的用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置，其中，包括：夹具，所述夹具用于固定所述大口径的单晶碳化硅；
5.机器人，所述机器人具有移动部；
6.磨盘，所述磨盘与所述移动部连接，所述移动部带动所述磨盘移动，用于对所述大口径的单晶碳化硅的曲面进行打磨；
7.抛光部，所述抛光部对应于所述大口径的单晶碳化硅的平面设置，所述抛光部能够转动用于对所述大口径的单晶碳化硅的平面进行打磨，且所述抛光部的面积大于所述大口径的单晶碳化硅的平面的面积。
8.优选的，所述机器人包括能够转动的第一机械臂，第二机械臂、第三机械臂和转动部；所述移动部与所述转动部连接，所述移动部具有六个自由度，能够使所述移动部带动所述磨盘对所述大口径的单晶碳化硅的曲面进行打磨。
9.优选的，所述第一机械臂能够绕所述底座的轴线相对于所述底座转动，所述第二机械臂能够绕第一机械部的端部转动，所述第三机械臂能够绕所述第二机械臂的端部转动；所述转动部能够绕所述第三机械臂的轴线转动，所述移动部能够绕所述转动部的端部转动，且所述移动部能够绕所述转动部的轴线转动。
10.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括与所述移动部连接的带动组件，所述带动组件包括第一驱动装置和弹性件，所述第一驱动装置通过所述弹性件与所述磨盘连接，所述磨盘的压力过大时带动所述弹性件收缩向靠近所述第一驱动装置的方向移动。
11.优选的，所述弹性件为弹簧连接杆，所述弹簧连接杆包括弹簧上壳、弹簧和下壳，所述上壳与所述第一驱动装置连接，所述下壳与所述磨盘连接，所述上壳和所述下壳在所
述弹簧受到力时相对移动。
12.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括传感器和控制器，所述传感器设置于所述下壳与所述弹簧之间，所述控制器根据所述传感器的信号控制所述第一驱动装置关闭。
13.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括抛光台，所述抛光部为抛光垫，所述抛光垫固定于所述抛光台上靠近所述夹具的一侧，所述抛光台能够转动带动所述抛光垫转动进行抛光。
14.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置包括第二电机和第二齿轮箱，所述第二电机通过第二齿轮箱带动所述抛光台转动。
15.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括抛光液回收系统，所述抛光液回收系统包括回收池、回收管路和抛光液箱，所述回收池对应于所述抛光部设置，所述回收管路用于连通所述回收池和所述抛光液箱。
16.优选的，所述抛光液回收系统还包括与所述抛光液箱连通的供给管路，所述抛光液箱内设置有水泵，通过所述水泵和所述供给管路能够给所述抛光部供给抛光液。
17.本发明技术方案通过移动部带动所述磨盘移动，用于对所述大口径的单晶碳化硅的曲面进行打磨，所述抛光部能够转动用于对所述大口径的单晶碳化硅的平面进行打磨。机器人带动磨盘对大口径的单晶碳化硅的曲面打磨，抛光部转动对大口径的单晶碳化硅的平面打磨，能够满足双面抛光；同时所述抛光部的面积大于所述大口径的单晶碳化硅的平面的面积能够提高对大口径的单晶碳化硅的的打磨效率，能够满足对大口径的单晶碳化硅的打磨条件。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本发明用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置一实施例的结构示意图；
20.图2为本发明用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置一实施例中机器人的结构示意图；
21.图3为本发明用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置一实施例中弹簧连接杆的内部结构示意图。
22.附图标号说明：
23.10、机器人；101、第一机械臂；102、第二机械臂；103、第三机械臂；104、转动部；105、移动部；106、底座；121、法兰；122、第一连接板；123、第二连接板；131、第一电机；132、减速器；133、第一齿轮箱；134、弹簧连接杆；135、传感器；136、传动轴承；1341、弹簧；1342、限位部；1343、上壳；1344、下壳；20、磨盘；30、抛光垫；301、抛光台；302、第二齿轮箱；303、第二电机；40、夹具；501、回收池；502、供给管路；503、回收管路；504、抛光液箱；505、第三电机。
24.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
26.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
27.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
28.参照图1和图2，本发明提出一种用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置，包括：夹具40、机器人10，磨盘20和抛光部；所述夹具40用于固定所述大口径的单晶碳化硅；所述机器人10具有移动部105；所述磨盘20与所述移动部105连接，所述移动部105带动所述磨盘20移动，用于对所述大口径的单晶碳化硅的曲面进行打磨；所述抛光部对应于所述大口径的单晶碳化硅的平面设置，所述抛光部能够转动用于对所述大口径的单晶碳化硅的平面进行打磨，且所述抛光部的面积大于所述大口径的单晶碳化硅的平面的面积。
29.本技术中，移动部105带动所述磨盘20移动，用于对所述大口径的单晶碳化硅的曲面进行打磨，所述抛光部能够转动用于对所述大口径的单晶碳化硅的平面进行打磨。机器人10带动磨盘20对大口径的单晶碳化硅的曲面打磨，抛光部转动对大口径的单晶碳化硅的平面打磨，能够满足双面抛光；同时所述抛光部的面积大于所述大口径的单晶碳化硅的平面的面积能够提高对大口径的单晶碳化硅的的打磨效率，能够满足对大口径的单晶碳化硅的打磨条件。
30.进一步的，转动的所述抛光部和移动部105带动磨盘20同时对一侧为平面，另一侧为曲面的单晶碳化硅的上下两面进行抛光，能够提高抛光效率。同时抛光台301的尺寸是大于被抛光件的尺寸，例如大口径的单晶碳化硅的直径为300mm，抛光部的直径为350mm，所以能够提高大口径的单晶碳化硅的抛光效率。
31.更进一步地，夹具40通过抱夹的方式固定大口径的单晶碳化硅，考虑到单晶碳化硅的硬脆特性，抱夹方式是最安全的。夹具40通过延长杆固定在地面或安装板上。
32.优选的，所述机器人10包括能够转动的转动部104、第一机械臂101，第二机械臂102、第三机械臂103和底座106；所述移动部105与所述转动部104连接，所述移动部105具有六个自由度，能够使所述移动部105带动所述磨盘20对所述大口径的单晶碳化硅的曲面进行打磨。
33.由于单晶碳化硅材料属于硬脆材料，加工过程又会施加较大抛光压力，很容易产
生碎裂。所以本实施例中采用具有六个自由度的的移动部105带动磨盘20对单晶碳化硅的曲面进行抛光，由于具有多个自由度在抛光时磨盘20能够朝单晶碳化硅曲面的法线进行抛光，防止对单晶碳化硅造成太大的抛光压力，能够防止对单晶碳化硅造成损伤。
34.更进一步地，因此大口径的单晶碳化硅的曲面朝向磨盘20方向，由机器人10配合第一电机131构成的单元完成曲面的加工，加工时，机器人10由自身运动使磨盘20始终朝向曲面法线方向。
35.优选的，所述第一机械臂101能够绕所述底座106的轴线相对于所述底座106转动，所述第二机械臂102能够绕第一机械部的端部转动，所述第三机械臂103能够绕所述第二机械臂102的端部转动；所述转动部104能够绕所述第三机械臂103的轴线转动，所述移动部105能够绕所述转动部104的端部转动，且所述移动部105能够绕所述转动部104的轴线转动。
36.具体地，由于移动部105与转动部104连接，第一机械臂101转动、第二机械臂102转动、第三机械臂103转动、转动部104转动均能够带动移动部105转动，移动部105本身能够绕转动部104的端部转动，同时也能够绕转动部104的轴线转动，所以移动部105具有六个自由度能够带动磨盘20移动。
37.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括与所述移动部105连接的带动组件，所述带动组件包括第一驱动装置和弹性件，所述第一驱动装置通过所述弹性件与所述磨盘20连接，所述磨盘20的压力过大时带动所述弹性件收缩向靠近所述第一驱动装置的方向移动。
38.具体地，第一驱动装置包括第一电机131、第一齿轮箱133和传动轴承136，第一电机131通过减速器132与第一齿轮箱133传动连接，第一齿轮箱133与传动轴承136传动连接，弹性件一端与传动轴承136的转子连接，弹性件的另一端与磨盘20连接，设置弹性件，当磨盘20的压力过大可以克服弹性件的弹力能够防止对大口径的单晶碳化硅造成损坏。
39.本实施例中第一电机131为伺服电机，伺服电机通过安装面与减速器132相连，通过参数选择与配比，该装置加工转速范围固定，减速器132通过基面与第一齿轮箱133连接，第一齿轮箱133的结构决定了本装置的运动方式(自转动、平转动还是行星运动)，第一齿轮箱133通过轴承组向末端传动。
40.如图3所示，优选的，所述弹性件为弹簧连接杆134，所述弹簧连接杆134包括弹簧1341上壳1343、弹簧1341和下壳1344，所述上壳1343与所述第一驱动装置连接，所述下壳1344与所述磨盘20连接，所述上壳1343和所述下壳1344在所述弹簧1341受到力时相对移动。
41.具体地，下壳1344在磨盘20的压力过大时克服弹簧1341带动下壳1344向上移动，在下壳1344上设置有限位部1342，弹簧1341套设于限位部1342外，设置弹簧1341能够防止对大口径的单晶碳化硅造成损坏。
42.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括传感器135和控制器，所述传感器135设置于所述下壳1344与所述弹簧1341之间，所述控制器根据所述传感器135的信号控制所述第一驱动装置关闭。
43.具体地，弹簧1341设置于下壳1344上，且位于下壳1344和弹簧1341底部之间。弹簧1341移动时，传感器135感应到压力值，当压力值超过第一预设压力值，控制器控制所述第
一电机131关闭，防止对大口径的单晶碳化硅造成损坏。
44.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括连接件，所述连接件包括相互连接的第一连接板122和第二连接板123，所述第一连接板122与所述移动部105连接，所述第一驱动装置通过所述第二连接板123与所述移动部105连接。
45.具体地，连接件包括相互垂直连接的第一连接板122和第二连接板123，第一连接板122与法兰121连接，法兰121与移动部105连接。
46.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括抛光台301，所述抛光部为抛光垫30，所述抛光垫30固定于所述抛光台301上靠近所述夹具40的一侧，所述抛光台301能够转动带动所述抛光垫30转动进行抛光。
47.具体地，抛光台301上通过压敏胶固定抛光垫30，抛光垫30与单晶碳化硅工件接触抛光。
48.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置包括第二电机303和第二齿轮箱302，所述第二电机303通过第二齿轮箱302带动所述抛光台301转动。
49.具体地，第二电机303为直驱电机，大口径的单晶碳化硅的平面朝向抛光垫30，根据平面要求及去除速率要求，设定第二齿轮箱302的参数，从而决定抛光台301的运动方式。
50.优选的，所述用于抛光大口径的单晶碳化硅的抛光装置还包括抛光液回收系统，所述抛光液回收系统包括回收池501和回收管路503，所述回收池501对应于所述抛光部设置，所述回收管路503用于与所述回收池501连通。
51.具体地，设置抛光液回收系统能够对抛光液进行回收，回收管路503将抛光液回收到需要收集的地方进行二次利用。
52.优选的，所述抛光液回收系统还包括抛光液箱504，所述回收管路503与所述抛光液箱504连通。
53.具体地，回收管路503将抛光液回收到抛光液箱504进行二次利用。
54.优选的，所述抛光液回收系统还包括与所述抛光液箱504连通的供给管路502，所述抛光液箱504内设置有水泵，通过所述水泵和所述供给管路502能够给所述抛光部供给抛光液。
55.具体地，抛光液箱504内设置有水泵，通过水泵和所述供给管路502能够给抛光部供给抛光液，抛光回收系统还包括用于带动水泵转动的第三电机505，在抛光液箱504内可以设置有用于过滤杂质的滤网，滤网靠近回收管路503的进口处设置。
56.考虑到平面抛光时是全口径加工，因此为了保证抛光效率以及抛光液分布的均匀性，需要配置以供给管路502、回收管路503、回收池501、抛光液箱504及第三电机505组成的抛光液回收供给系统。抛光液箱504内抛光液通过第三电机505和水泵，水泵给到供给管路502内，从而随着抛光台301的运动均匀供给到抛光垫30上，多余的或参与完加工的抛光液流入回收池501内通过回收管路503回流至抛光液箱504内。
57.装置工作时，由于机器人10的移动部105具备6自由度，因此单晶碳化硅光学元件的曲面朝向磨盘20方向，由机器人10配合第一电机131等构成的单元完成曲面的加工，加工时，机器人10由自身运动使磨盘20始终朝向曲面法线方向。单晶碳化硅光学元件的平面朝向抛光垫30，根据平面要求及去除速率要求，设定运动齿轮箱2的参数，从而决定抛光台301
的运动方式。工作时，传感器135实时反馈力监测数据，保证加工过程中的安全性。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。