CN102161179B - 晶片研磨装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于蓝宝石衬底晶片的晶片研磨装置。本发明提供了一种研磨效率高，减少产品塌边现象的晶片研磨装置，其包括用于支撑研磨装置的元件的基台；用于固定保持晶片的晶片载具；用于支撑晶片载具并安装于基台上的工作台，其包括用以驱动其产生径向往复运动和前后往复运动的第一驱动机构和用以驱动晶片载具自旋的第二驱动机构；位于工作台的上方，用于研磨晶片的研磨机构，其包括研磨头、设置于研磨头上方并用于驱动其自旋的驱动电机和用于固定研磨头的联接部件；位于研磨机构上方，用于对研磨头施加压力的加压机构。本发明基本上消除了产品塌边的现象，且采用单研磨头单晶片的方式代替多晶片粘附在晶片载具上的方式，大大提高了研磨效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电子信息技术领域，特别涉及一种用于蓝宝石衬底晶片的晶片研磨装置。
背景技术
蓝宝石晶片用作衬底材料的优越性：蓝宝石是一种氧化铝单晶材料，具有非常高的硬度，是目前LED行业的普遍采用的衬底材料，用作氮化镓等外延生长的基质以生产蓝光等发光二极管。衬底加工是LED产业链中的一个主要难题，不仅需要达到非常高的精度，特别是用于制作图形化晶片的衬底，要求平整度(TTV)小于5微米，边缘环小于30微米，同时，也要达到较高的加工效率和一定的经济性。
蓝宝石由于其硬度高且脆性大，机械加工困难，而蓝宝石是最为普遍应用的一种衬底材料。作为衬底材料对晶体表面的表面光滑度有很高要求。研究表明器件的质量很大程度上依赖于衬底的表面加工。尤其对用于GaN生长的蓝宝石衬底晶片精密加工技术更加复杂，是目前重点研究的难题。质量不好，光滑度不够的蓝宝石衬底晶片，在其上长不出满足发光二极管(LED)所需的GaN薄膜。
传统晶片研磨装置加工的晶片普遍存在的一个问题就是晶片边缘容易塌边的问题。造成这个问题的原因是研磨路径规则造成了边缘磨损大于内部而容易形成塌边。现有技术的蓝宝石衬底的研磨装置得到的成品的合格率低，加工时间长造成高效差和成本高，而且表面粗糙度、平整度、晶片厚度公差等指标都不能达到加工图形化衬底晶片的要求。
随着光电技术的飞速发展，光电产品对蓝宝石衬底材料的需求量的日益增加，为了满足蓝宝石光学器件发展的需求，急需一种工作效率高、废品率低、产品平滑度高、成本低的研磨装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种晶片研磨装置，其工作效率高、产品平滑度高、产品塌边现象大大减少。
本发明的技术方案是：一种晶片研磨装置，包括用于支撑研磨装置的元件的基台1；用于固定保持所述晶片201的晶片载具2；用于支撑所述晶片载具2并安装于所述基台1上的工作台3，其包括用以驱动其产生径向往复运动和前后往复运动的第一驱动机构310和用以驱动所述晶片载具2产生旋转运动的第二驱动机构320；位于所述工作台3的上方，用于研磨所述晶片201的研磨机构4，其包括研磨头401、设置于所述研磨头401上方并用于驱动其产生旋转运动的驱动电机402和用于固定所述研磨头401的联接部件403；位于所述研磨机构4上方，用于对所述研磨头401施加压力的加压机构5，优选气压装置。其中，研磨头401的覆盖范围略小于晶片201表面，使得边缘研磨时间稍少于内部，这样整个晶片表面的研磨均匀，减少塌边的产生。
所述晶片载具2上设置气孔202，用以真空吸附晶片。采用真空吸附的方式保持晶片，可以避免因蜡粘结方式所造成的平坦度的恶化的问题和蜡的清洗问题。
所述联接部件403包括活动支架404和支臂405，支臂405的一端固定连接于活动支架404上，支臂405上分布设置所述研磨头401。
所述第一驱动机构310为两根垂直交叉设置的丝杠机构，位于工作台3的底部，包括用以驱动工作台3产生径向往复运动第一丝杠311和用以驱动工作台3产生前后往复运动的第二丝杠312。第一丝杠311驱动工作台3产生径向往复运动时，带动设置在工作台3上的晶片载具2做径向往复运动；第二丝杠312驱动工作台3产生前后往复运动时，带动设置在工作台3上的晶片载具2做前后往复运动。
所述第二驱动机构320包括电机321和传动部件，电机321通过传动部件连接晶片载具2，并带动其旋转。
所述传动部件为齿轮和转轴，其中齿轮包括输出齿轮322、调速齿轮323和从动齿轮，输出齿轮322连接电机321的输出轴328，调速齿轮323与输出齿轮322啮合，调速齿轮323与第一从动齿轮324上下设置于第一转轴325上，第一从动齿轮324分别与第二从动齿轮326和第三从动齿轮327啮合。也可以用皮带轮来代替齿轮传动。其中调速齿轮323与输出齿轮322的直径不同，用以改变转速，调速齿轮323与各从动齿轮的直径都相同，使得各晶片载具2具有相同的转速。
本发明的有益效果在于：传统研磨技术由于晶片内部与边缘研磨量差别大，造成了塌边现象的频发；还有就是研磨过程时间长，使得工效低下。本发明采用不规则的“8”字型研磨路径，均衡了衬底内部和边缘的研磨时间，基本上消除了塌边的现象；另外本发明的研磨机构采用单研磨头单晶片的方式代替传统的多晶片粘附在晶片载具上的方式，大大提高了研磨效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中研磨机构4与工作台3的位置示意图；
图3是本发明中晶片载具2的结构示意图；
图4是本发明中晶片载具2在工作台3上的分布示意图；
图5是本发明中联接机构403的结构示意图；
图6是本发明中第二驱动机构320的结构示意图；
图7是本发明中研磨头401与晶片载具2的相对运动示意图。
其中，1-基台，2-晶片载具，3-工作台，4-研磨机构，5-加压机构，201-晶片，202-气孔，310-第一驱动机构，311-第一丝杠，312-第二丝杠，320-第二驱动机构，321-电机，322-输出齿轮，323-调速齿轮，324-第一从动齿轮，325-第一转轴，326-第二从动齿轮，327-第三从动齿轮，328-电机321的输出轴，401-研磨头，402-驱动电机，403-联接部件，404-活动支架，405-支臂。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明。
参见图1，本发明包括基台1，其用于支撑研磨装置的元件；晶片载具2，其用于固定保持晶片201；工作台3，其用于支撑所述晶片载具2并安装于基台1上；研磨机构4，其用于研磨晶片201，位于工作台3的上方；加压机构5，其用于对所述研磨头401施加压力，位于所述研磨机构4上方，加压机构5采用气压装置。
参见图2和图5，研磨机构4包括研磨头401、设置于所述研磨头401上方并用于驱动其产生旋转运动的驱动电机402和用于固定所述研磨头401的联接部件403。其中联接部件403包括活动支架404和支臂405，支臂405的一端固定连接于活动支架404上，支臂405上分布设置所述研磨头401。其中，研磨头401的覆盖范围小于晶片201表面，使得边缘研磨时间稍少于内部，这样整个晶片表面的研磨均匀，减少塌边的产生。
参见图1和图6，工作台3包括用以驱动其产生径向往复运动和前后往复运动的第一驱动机构310和用以驱动所述晶片载具2产生旋转运动的第二驱动机构320；所述第一驱动机构310为两根垂直交叉设置的丝杠机构，位于工作台3的底部，包括用以驱动工作台3产生径向往复运动第一丝杠311和用以驱动工作台3产生前后往复运动的第二丝杠312。第一丝杠311驱动工作台3产生径向往复运动时，带动设置在工作台3上的晶片载具2做径向往复运动；第二丝杠312驱动工作台3产生前后往复运动时，带动设置在工作台3上的晶片载具2做前后往复运动。所述第二驱动机构320包括电机321和传动部件，电机321通过传动部件连接晶片载具2，并带动其旋转。传动部件采用齿轮和转轴，其中齿轮包括输出齿轮322、调速齿轮323和从动齿轮，输出齿轮322连接电机321的输出轴328，调速齿轮323与输出齿轮322啮合，调速齿轮323与第一从动齿轮324上下设置于第一转轴325上，第一从动齿轮324分别与第二从动齿轮326和第三从动齿轮327啮合。也可以用皮带轮来代替齿轮传动。其中调速齿轮323与输出齿轮322的直径不同，用以改变转速，调速齿轮323与各从动齿轮的直径都相同，使得各晶片载具2具有相同的转速。
参见图3，晶片载具2上设置气孔202，用以真空吸附晶片。采用真空吸附的方式保持晶片，可以避免因蜡粘结方式所造成的平坦度的恶化的问题和蜡的清洗问题。
参见图4，工作台3上均匀分布多个晶片载具2。
参见图1-图6，将晶片201通过气孔202真空吸附到晶片载具2上。启动第二驱动机构320的电机321，带动输出齿轮322转动，通过调速齿轮323调节转速，通过第一转轴325带动第一从动齿轮324转动，从而带动安装在第一转轴325上的晶片载具2旋转。第一从动齿轮324分别于第二从动齿轮326和第三从动齿轮327啮合，其他从动齿轮有分别与这三个从动齿轮啮合，从而实现安装在工作台3上的多个晶片载具2以相同的转速旋转。在晶片载具2带动其上吸附的晶片201自转的同时，工作台3通过第一驱动机构310带动晶片载具2及其上吸附的晶片201进行径向往复运动和前后往复运动。研磨机构4的多个研磨头401在驱动电机402的作用下自转，研磨头401的转向与其配套晶片载具2的转向相反，转速相同。加压机构5驱使研磨头401以一定的压力压住晶片载具2上的晶片201。如图7所示，研磨头401从晶片201的一处边缘开始，研磨头401和晶片201呈逆向转动；开始研磨头401向下方运动，同时晶片载具2及其上的晶片201向右运动，使得运动途中研磨头401和晶片201左边边缘相碰；然后研磨头401进行向下运动，而晶片载具2及其上的晶片201向左运动，然后研磨头401向上运动，晶片载具2及其上的晶片201向右运动，循环往复，晶片201上的某一点相对于研磨头401呈现不规则的“8”字形运动路径，以避免因研磨路径规则而引起的晶片塌边问题。
Claims (5)
1.一种晶片研磨装置，其特征在于，包括
用于支撑研磨装置的元件的基台（1）；
用于固定保持所述晶片（201）的晶片载具（2）；
用于支撑所述晶片载具（2）并安装于所述基台（1）上的工作台（3），其包括用以驱动其产生径向往复运动和前后往复运动的第一驱动机构（310）和用以驱动所述晶片载具（2）产生旋转运动的第二驱动机构（320）；
位于所述工作台（3）的上方，用于研磨所述晶片（201）的研磨机构（4），其包括研磨头（401）、设置于所述研磨头（401）上方并用于驱动其产生旋转运动的驱动电机（402）和用于固定所述研磨头（401）的联接部件（403）；
位于所述研磨机构（4）上方，用于使所述研磨头（401）压向所述晶片（201）的加压机构（5）；
所述第二驱动机构（320）包括电机（321）和传动部件，电机（321）通过传动部件连接所述晶片载具（2），并带动其旋转；
所述传动部件为齿轮和转轴，其中齿轮包括输出齿轮（322）、调速齿轮（323）和从动齿轮，输出齿轮（322）连接电机（321）的输出轴（328），调速齿轮（323）与输出齿轮（322）啮合，调速齿轮（323）与第一从动齿轮（324）上下设置于第一转轴（325）上，第一从动齿轮（324）分别与第二从动齿轮（326）和第三从动齿轮（327）啮合。
2.根据权利要求1所述的晶片研磨装置，其特征在于，所述晶片载具（2）上设置气孔（202），真空吸附晶片。
3.根据权利要求1所述的晶片研磨装置，其特征在于，所述联接部件（403）包括活动支架（404）和支臂（405），支臂（405）的一端固定连接于活动支架（404）上，支臂（405）上分布设置所述研磨头（401）。
4.根据权利要求1所述的晶片研磨装置，其特征在于，所述第一驱动机构（310）为两根垂直交叉设置的丝杠机构，位于所述工作台（3）的底部，包括用以驱动所述工作台（3）产生径向往复运动第一丝杠（311）和用以驱动所述工作台（3）产生前后往复运动的第二丝杠（312）。
5.根据权利要求1所述的晶片研磨装置，其特征在于，所述加压机构（5）采用气压装置。
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