CN220074196U - 一种晶棒棱边的磨削结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶棒棱边的磨削结构，相对设置的粗砂轮的中心高度与晶棒的对位棱边同高设置；相对设置的精砂轮的中心高度与所述晶棒的对位棱边互为非同高设置。本实用新型可以有效降低外圆粗磨时产生棱崩异常的概率，保证晶棒磨削质量，同时还可保证磨削精度，提高晶棒加工合格率；还可保证棱边加工后依然为滚圆结构，尺寸合格且精度高。

Description

一种晶棒棱边的磨削结构

技术领域

本实用新型属于单晶硅棒加工技术领域，尤其是涉及一种晶棒棱边的磨削结构。

背景技术

晶圆棒开方去边皮后，需要再经磨削侧边及棱边，才能加工成标准尺寸的方型晶棒，即是硅片的母棒。磨削加工是硅片加工的重要制程之一，现有晶棒都是磨削机上加工，其棱边的加工最难控制，其尺寸及精度直接影响四侧平面的最终尺寸和精度。

在棱边磨削加工时，粗砂轮和精砂轮的结构直接影响棱边的磨削结果；而且在粗磨加工过程中因砂轮与动力头高速旋转，晶棒的外圆粗磨过程中会出现棱崩过大，导致精磨修复不了的异常情况，极大的影响了单晶的加工品质。

发明内容

本实用新型提供一种晶棒棱边的磨削结构，解决了现有棱边磨削时容易出现棱蹦过大的技术问题。

为解决至少一个上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种晶棒棱边的磨削结构，相对设置的粗砂轮的中心高度与晶棒的对位棱边同高设置；相对设置的精砂轮的中心高度与所述晶棒的对位棱边互为非同高设置。

进一步的，所述粗砂轮的外径小于所述精砂轮的外径，且所述粗砂轮的内径大于所述精砂轮的内径；

所述粗砂轮的环径宽度小于所述精砂轮的环径宽度。

进一步的，所述粗砂轮上的磨料层的宽度小于所述精砂轮上的磨料层的宽度；且所述粗砂轮上的磨料层的厚度大于所述精砂轮上的磨料层的厚度。

进一步的，所述粗砂轮上的磨料层的宽度小于其环径宽度的1/2且大于其环径宽度的2/5，且靠近所述粗砂轮外径边设置。

进一步的，所述精砂轮上的磨料层的宽度大于其环径宽度的1/2且小于其环径宽度的3/4，且靠近所述精砂轮外径边设置。

进一步的，两侧所述精砂轮的中心高度上下构置；且其中一侧的所述精砂轮的中心位置高度高于与其同侧的所述粗砂轮的位置高度；另一侧的所述精砂轮的中心位置高度低于与其同侧的所述粗砂轮的位置高度。

进一步的，所述晶棒对位棱边的其中一个棱边与其中一侧的所述精砂轮的下段部接触；所述晶棒对位棱边的另一个棱边与另一侧的所述精砂轮的上段部接触。

进一步的，所述晶棒的轴心高度位于两侧所述精砂轮的中心高度之间；且两侧所述精砂轮的中心高度相对于所述晶棒的轴心高度对称设置；

所述晶棒对位棱边的位置位于任一所述精砂轮环径宽度的1/2位置处。

进一步的，两侧所述粗砂轮的中心高度与所述晶棒的轴心高度同高设置；且粗磨时所述晶棒的对位棱边的高度与所述粗砂轮的中心高度相等。

进一步的，所述粗砂轮的外径为210-230mm，其内径为140-160mm，且其磨削层宽度为10-15mm；所述精砂轮的外径为230-250mm，其内径为130-150mm，且其磨削层宽度为25-30mm。

采用本实用新型设计的一种晶棒棱边的磨削结构，可以有效降低外圆粗磨时产生棱崩异常的概率，保证晶棒磨削质量，同时还可保证磨削精度，提高晶棒加工合格率。可保证棱边加工后依然为滚圆结构，尺寸合格且精度高。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的一种晶棒棱边的磨削结构的侧视图；

图2是本实用新型一实施例的一种晶棒棱边的磨削结构的俯视图；

图3是本实用新型一实施例的一种晶棒棱边的磨削结构的正视图；

图4是本实用新型一实施例的粗砂轮与晶棒的配合图；

图5是本实用新型一实施例的精砂轮与晶棒的配合图；

图6是本实用新型一实施例的粗砂轮的结构图；

图7是本实用新型一实施例的精砂轮的结构图。

图中：

10、晶棒 11、棱边 20、粗砂轮

21、磨削层一 30、精砂轮 31、磨削层二

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实施例提出一种晶棒棱边的磨削结构，如图1所示，相对设置的粗砂轮20的中心高度与晶棒10的对位棱边同高设置；相对设置的精砂轮的中心高度与晶棒10的对位棱边互为非同高设置。

具体的，如图2-3所示，粗砂轮20和精砂轮30均相对设置在晶棒10的两侧，且相互对应设置。粗砂轮20和精砂轮30互为独立设置，优选地，其中一侧的粗砂轮20的中心位置高度高于与其同侧的精砂轮30的位置高度；另一侧的粗砂轮20的中心位置高度低于与其同侧的精砂轮30的位置高度。且在粗磨时，晶棒10的对位棱边11仅沿其长度方向，与粗砂轮20面接触做直线往复移动。在精磨时，晶棒10的对位棱边11沿其与两侧精砂轮30接触点的连接线为中线并以晶棒10的轴向为圆心进行上下往复旋转移动，同时还沿晶棒10的长度方向与精砂轮30进行面接触做直线往复移动。

如图4所示，两侧的粗砂轮20的中心高度与晶棒10的轴心高度同高设置，晶棒10的初始位置是四侧边分别位于水平横向设置和纵向竖直设置的结构。但在粗磨时，可控制晶棒10旋转45°，使其中任一组的对位棱边11的位置高度与粗砂轮20的中心高度相等。

由于粗砂轮20的磨削径面上，其中心位置的直径长度尺寸是最长的，进而其与晶棒10的棱边11的接触面积也是最大的，从而可以在磨削棱边11的时候，可平铺磨削的面积最大。当一组对边棱边11粗磨完全之后，即可顺向旋转90°后，使另一组对位棱边11与粗砂轮20的中心位置高度同高设置后，再继续控制粗砂轮20对棱边11进行平铺磨削。也就是，再粗磨时，仅控制晶棒10的棱边11眼其长度方向进行直线移动，且粗砂轮20是原地旋转地与棱边11进行直线接触。

因粗磨时，需要先将棱边11从尖角形状变成平角结构，则需要磨削的面积大且深度深；而且棱边11的初始结构中，尖角处的应力较集中，极易碎裂，翻转磨削会造成应力集中的位置出现大量崩边，导致后续细磨时也无法修复。所以，粗磨时仅让粗砂轮20平推棱边11进行磨削，使其先逐步磨削成一个平整的平面边后，再通过精砂轮30对其进行旋转修磨。

如图5所示，两侧的精砂轮30的中心高度为上下构置，其中一侧的精砂轮30的中心高度位于晶棒10的轴心高度的上方，另一侧的精砂轮30的中心高度位于晶棒10的轴心高度的下方。粗磨后，晶棒10的被磨削后的棱边再次旋转到其初始放置的位置处，即是其四侧边分别位于水平横向设置和纵向竖直设置的结构。再在细磨过程中，对晶棒10的两组对位的棱边11的磨削的旋转方向与粗磨时的旋转方向一致，也就是粗磨时第一组对位棱边11仍为细磨时的第一组对位棱边11；粗磨时第二组对位棱边11仍未细磨时第二组对位棱边11，其磨削的顺序是相同的。

精磨时，控制晶棒10的对位棱边11从初始位置旋转45°，使第一组的对位棱边11水平与晶棒10的中心轴线同位置高度设置，此时，晶棒10对位棱边11的其中一个棱边11与其中一侧的精砂轮30的下段部接触；晶棒10对位棱边11的另一个棱边11与另一侧的精砂轮30的上段部接触。也就是，晶棒10第一组对位棱边11中的一个棱边11与其对应侧的精砂轮30的下段部接触，晶棒10第一组对位棱边11中的另一个棱边12与其对应侧的精砂轮30的上段部接触。且在精磨时，精砂轮30是错位设置的布置，目的是使被磨的棱边11所在的平面可完全被精砂轮30上的磨削层二32所覆盖，并能完整且无缝隙地与磨削层二32接触，并能获得完整、合格且无损裂的磨削面。还有，在精磨时，晶棒10的对位棱边11边沿其轴向长度方向往返走直线移动的同时，还沿其轴向方向做设定角度的旋转，目的能在保证其宽度尺寸的基础上对其表面进行平整精磨修复。

进一步的，晶棒10的轴心高度位于两侧精砂轮30的中心高度之间，且两侧精砂轮30的中心高度相对于晶棒10的轴心高度对称设置，目的是使两侧的精砂轮30定位精准且磨削的一致性好。

优选地，精磨时，晶棒10的对位棱边的位置位于任一精砂轮30磨削层二32的1/2位置处，也就是，棱边11的中心角线沿磨削层二32的中心线对称设置，并沿该中心线做往复旋转移动。基于不同直径的晶棒10的棱边11的尺寸范围，选择晶棒10对位棱边11旋转的设定角度为1-5°，即可满足对棱边11磨削的精度和尺寸要求。

如图6-7中，粗砂轮20和精砂轮30均为环形结构的圆盘砂轮，且在径向面上都设有磨削层，也就是，在粗砂轮20的环形结构的本体上，设有与其本体同心圆设置的环形结构的磨削层一21，且磨削层一21直接与棱边11接触磨削。相应地，在精砂轮30的环形结构的本体上，设有与其本体同心圆设置的环形结构的磨削层二31。

其中，粗砂轮20的外径D1小于精砂轮30的外径D2，且粗砂轮20的内径d1大于精砂轮30的内径d2。由于粗砂轮20仅需要对其棱边11进行平磨即可，无需太大的外径尺寸，而且对于同一时间和同一速度的旋转，尺寸较小的其转速越大，更容易对晶棒10的棱边11进行粗磨。在精磨时，因棱边11所在位置为平面结构，被磨面积大，为了扩大其与精砂轮20的接触面积，优选地，设定精砂轮30的外径D2的尺寸较粗砂轮20的外径D1大，由于对于同一高度的晶棒10的棱边11进行磨削，精砂轮30的高度与粗砂轮20的高度不宜相差太大。而且，由于其中一个精砂轮30的中心高度位于与晶棒10中心高度同高设置的粗砂轮20的下方，则为了保证粗砂轮20和精砂轮30对晶棒10的磨削位置的固定，优选地，精砂轮30的外径D2较粗砂轮20的外径D1大20-50mm。

在本实施例中，以晶棒10为例，选直径尺寸是253mm，加工后的晶棒10的方形边长为182.1mm，也即是棱边11的对角线的长度尺寸为257mm。其中，粗砂轮20的外径D1为210-230mm，其内径d1为140-160mm；优选地，粗砂轮20的外径D1为230mm，其内径d1为160mm。精砂轮30的外径D2为230-250mm，其内径d2为130-150mm；优选地，精砂轮30的外径D2为250mm，其内径d2为150mm。其中，粗砂轮20的整体厚度较精砂轮30的整体厚度略小，优选地，粗砂轮20的厚度为40-50mm；精砂轮30的厚度为40-55mm。

进一步的，粗砂轮20上的环径宽度H1＝(D1-d1)小于精砂轮30的环径宽度H2＝(D2-d2)，基于粗砂轮20的内外直径之差使得其环径宽度H1较精砂轮30的环径宽度H2，H2的增加可提高其对棱边11精磨削接触的稳定性和安全性。

进一步的，粗砂轮20上的磨料层一21径面上的宽度h1小于精砂轮30上的磨料层二31径面上的宽度h2；且粗砂轮20上的磨料层一21的厚度大于精砂轮30上的磨料层二31的厚度。因粗砂轮20对棱边11的平磨需磨削掉棱边11的深度较大，则其反被磨削的摩擦力也较大，就是粗砂轮20被磨削的层深会更大；而且，磨料层二31仅仅是对棱边11的精磨修正，无需过厚的尺寸；因而，磨料层一21的厚度较磨料层二31的厚度，在本实施例中，粗砂轮20的磨料层一21宽度H1为10-15mm；精砂轮30的磨料层二31宽度H2为25-30mm；且磨料层一21的厚度为10-15mm，磨料层二31的厚度为10-12mm。优选地，粗砂轮20的磨料层一21宽度H1为15mm；精砂轮30的磨料层二31宽度H2为30mm；磨料层一21的厚度为13mm，磨料层二31的厚度为10mm。

对于磨料层一21和磨料层二31都是直接与棱边11直接接触，因对棱边11的初始磨削，其磨削的宽度面积，仅仅是直线平铺磨削；而精磨时棱边11的磨削是边平铺磨削边旋转磨削，使得其磨削的宽度范围较大；进而粗磨时磨削层一21的宽度h1小于磨料层二31的宽度h2，而且还可降低粗砂轮20的整体重力，降低其生产成本。

所有磨料层都置于相应砂轮的外径边设置，也就是磨料层一21靠近粗砂轮20的外径圆边设置；磨料层二31靠近细砂轮30的外径圆边设置。

优选的，粗砂轮20上的磨料层一21的宽度h1小于其环径宽度H1的1/2且大于其环径宽度H1的2/5。若磨料层一21的宽度h1大于其环径宽度H1的1/2，则使得磨料层一21的宽度跨过环径宽度的中心环线设置，但这一结构不利于对磨料层一21的修整，导致在后续修整时不易对靠近内径d1一侧的磨料层一21进行操作。若磨料层一21的宽度h1小于其环径宽度H1的2/5，则会导致磨料层一21的尺寸过窄，会降低其对棱边11的平磨加工，致使磨料层一21与棱边11的接触面积较小，会加速棱边11的崩边的发生。

优选的，精砂轮30上的磨料层二31的宽度h2大于其环径宽度H2的1/2且小于其环径宽度H2的3/4。这是由于，若精砂轮30上的磨料层二31的宽度h2小于其环径宽度H2的1/2，则使得其宽度h2较小，无法适应棱边11的往复旋转的接触，同时会降低其与棱边11的接触面积，会延长棱边11精磨时间，导致棱边11在沿其轴心旋转时会出现部分与磨料层二31不接触，会影响精磨的质量和效果。若磨料层二31的宽度h2大于其环径宽度H2的3/4，导致在后续修整磨料层二32时，不宜于操作修正块对磨料层二32靠近其内径一侧的面积；而且过宽的尺寸，不仅会增加其生产成本，而且存在棱边11无法接触到的宽度，利用率低。

一种晶棒棱边磨削的方法，采用如上所述的磨削结构，步骤包括：

精磨时，相对设置的粗砂轮20同高度地对晶棒10的任一组对位棱边11进行磨削，且晶棒10仅沿其轴向方向往复移动。

精磨时，相对设置的精砂轮30上下异位地对晶棒10的任一组对位棱边11进行磨削，且晶棒10边沿其轴向方向往复移动边沿其轴心以设定角度往复旋转。

进一步的，在粗砂轮20的中心高度与晶棒10的对位棱边11的高度位置调整之前，还包括

控制晶棒10的位置使其中一组对位侧平面与粗砂轮20的磨面平齐设置，也就是控制晶棒10为初始位置设置。

再控制晶棒10沿其轴向旋转45°，以获得其中一组对位棱边11的高度与晶棒10的轴心高度相同，即为粗磨时晶棒10的棱边11位置。

进一步的，当第一组对位棱边11粗磨完成后，再控制晶棒10沿其轴向順向地旋转90°，使其第二组待磨削的对位棱边11的高度与粗砂轮20的中心高度同高设置，使两组对位棱边11的高度均在同一高度上受粗砂轮20的磨削。

待第二组对位棱边11调整好位置后，再对第二组对位棱边11进行粗磨，直至粗磨完成。粗磨时，两侧粗砂轮20均相向地朝晶棒10的中心一侧进刀，并同向同速旋转；且每进刀一次，相应地晶棒10沿其轴向方向往复移动，通过粗砂轮20对晶棒10的棱边11进行平推磨削。

待两组对位棱边11粗磨结束后，再控制晶棒10順向地旋转45°，使粗磨后的晶棒棱边11的位置与其初始位置相对应。精磨时，控制晶棒10的对位棱边的位置位于任一精砂轮30磨削层二32的1/2位置处，一个棱边11是对应于位于上方的精砂轮30的下段部的磨削层二32的1/2位置处，另一个棱边11是对应于位于下方的精砂轮30的上段部的磨削层二32的1/2位置处。磨削时，两侧精砂轮30均相向地朝晶棒10的中心一侧进刀，并同向同速旋转；且每进刀一次，晶棒10的对位棱边11旋转的设定角度为1-5°，且晶棒10沿其轴向方向往复移动，直至精磨完成。

本实用新型设计的一种晶棒棱边的磨削结构，可以有效降低外圆粗磨时产生棱崩异常的概率，保证晶棒磨削质量，同时还可保证磨削精度，提高晶棒加工合格率。可保证棱边加工后依然为滚圆结构，尺寸合格且精度高。本实用新型还提出一种采用该磨削结构对晶棒棱边的磨削方法。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，相对设置的粗砂轮的中心高度与晶棒的对位棱边同高设置；相对设置的精砂轮的中心高度与所述晶棒的对位棱边互为非同高设置；

两侧所述精砂轮的中心高度上下构置；且其中一侧的所述精砂轮的中心位置高度高于与其同侧的所述粗砂轮的位置高度；另一侧的所述精砂轮的中心位置高度低于与其同侧的所述粗砂轮的位置高度；

两侧所述粗砂轮的中心高度与所述晶棒的轴心高度同高设置；且粗磨时所述晶棒的对位棱边的高度与所述粗砂轮的中心高度相等。

2.根据权利要求1所述的一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，所述粗砂轮的外径小于所述精砂轮的外径，且所述粗砂轮的内径大于所述精砂轮的内径；

所述粗砂轮的环径宽度小于所述精砂轮的环径宽度。

3.根据权利要求1或2所述的一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，所述粗砂轮上的磨料层的宽度小于所述精砂轮上的磨料层的宽度；且所述粗砂轮上的磨料层的厚度大于所述精砂轮上的磨料层的厚度。

4.根据权利要求3所述的一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，所述粗砂轮上的磨料层的宽度小于其环径宽度的1/2且大于其环径宽度的2/5，且靠近所述粗砂轮外径边设置。

5.根据权利要求3所述的一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，所述精砂轮上的磨料层的宽度大于其环径宽度的1/2且小于其环径宽度的3/4，且靠近所述精砂轮外径边设置。

6.根据权利要求1-2、4-5任一项所述的一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，所述晶棒对位棱边的其中一个棱边与其中一侧的所述精砂轮的下段部接触；所述晶棒对位棱边的另一个棱边与另一侧的所述精砂轮的上段部接触。

7.根据权利要求6所述的一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，所述晶棒的轴心高度位于两侧所述精砂轮的中心高度之间；且两侧所述精砂轮的中心高度相对于所述晶棒的轴心高度对称设置；

所述晶棒对位棱边的位置位于任一所述精砂轮环径宽度的1/2位置处。

8.根据权利要求1-2、4-5、7任一项所述的一种晶棒棱边的磨削结构，其特征在于，所述粗砂轮的外径为210-230mm，其内径为140-160mm，且其磨削层宽度为10-15mm；所述精砂轮的外径为230-250mm，其内径为130-150mm，且其磨削层宽度为25-30mm。