发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种半导体晶圆硅片自旋转式高效抛光设备。本发明主要用于解决传统抛光过程中由于晶圆硅片静止不动进而造成的打磨效率低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种半导体晶圆硅片自旋转式高效抛光设备，包括外壳、转盘、放料部件、电机、主动轮、从动轮、一号齿轮、二号齿轮、安装架、支架、限位轮和打磨部件；所述外壳的上部设置有所述转盘；所述转盘与所述外壳通过轴承转动连接；所述转盘的上部设置有所述打磨部件；所述打磨部件用于打磨晶圆硅片；所述外壳的上部沿圆周方向均匀间隔设置有所述安装架；所述安装架与所述外壳固定连接；所述安装架上对称设置有所述限位轮；所述限位轮与所述安装架转动连接；所述转盘的下部设置有所述一号齿轮；所述一号齿轮与所述转盘的一端固定连接；所述外壳的内部设置有所述支架；所述支架与所述外壳固定连接；所述二号齿轮与所述支架上的转轴一端转动连接；所述一号齿轮和所述二号齿轮啮合；所述支架上的转轴的另一端设置有所述从动轮；所述从动轮与所述支架上的转轴转动连接；所述外壳的外部设置有所述电机；所述电机与所述外壳固定连接；所述电机的输出端设置有所述主动轮；所述主动轮与所述电机输出轴固定连接；所述主动轮与所述从动轮通过皮带传动；所述打磨部件的上部设置有所述放料部件；所述放料部件用于装夹晶圆硅片。

工作时，在现有的晶圆硅片的抛光设备中，主要是通过转动的打磨头和静止的晶圆硅片之间相对的滑动，进而实现两者之间的互相摩擦，进而达到晶圆硅片的表面抛光效果，但是由于晶圆硅片本身为静止状态，且打磨头的中心位置保持不变，进而在打磨的过程中，晶圆硅片上各点与打磨头中心之间的距离保持不变，进而减少了晶圆与各点在打磨头上滑动的路径，进而降低了抛光的效率；同时由于晶圆硅片保持静止，进而在抛光时，晶圆硅片上各点与打磨头的接触轨迹时始终重合的，进而使得晶圆硅片的表面平整度与打磨头表面完全一致(即当打磨头表面出现小凸起且与晶圆硅片接触时，则在转动一圈后，小凸起回到与晶圆硅片的最初接触位置，进而造成使得小凸起每转一圈在晶圆硅片上滑过的路径重合，进而造成该路径上的出现划痕)，进而降低了的打磨的均匀性；因此在本方案中，抛光前，将晶圆硅片防止在放料机构上，通过放料机构将晶圆硅片压紧在打磨部件上，随后通过设置的电机的转动，进而带动主动轮转动，进而带动从动轮转动，进而使得二号齿轮转动，进而使得一号齿轮转动，进而使得转盘转动和打磨部件转动，进而使得转盘带动上部的晶圆硅片和放料部件移动，移动一定距离后，使得放料部件与限位轮接触，由于限位轮的限制，进而使得晶圆硅片与打磨部件之间出现相对的滑动，进而使得打磨部件对晶圆硅片产生滑动摩擦力，同时在两个限位轮的支撑作用下，使得两个限位轮的作用力的交点经过晶圆硅片的中心点(即图8中的O点)，同时由于晶圆硅片的中心不与转盘的中心重合，进而使得作用晶圆硅片上各个点受到的摩擦力，为沿着转盘中心为圆心的各个同心圆的弧线上分布，其中分布在以转盘中心为圆心，O点到转盘中心距离为半径的圆弧(记此圆弧为分界圆弧)上的点的摩擦力因为过晶圆硅片的中心，进而改摩擦力不能使得晶圆硅片绕着O点旋转，而分界圆弧一侧的区域(即图8中的B区域)上的各点的摩擦力能使得晶圆硅片逆时针转动，分界圆弧另一侧区域(即图8中的A区域)上的各点产生的摩擦力能使得晶圆硅片顺时针转动，由于B区域的面积大于A区域，进而使得B区域产生摩擦力的点多与A区域，进而使得B区域摩擦力的的合力(即图8中的fb)大于A区域的摩擦力的合力(即图8中的fa)，进而使得晶圆硅片能够逆时针的旋转，进而使得在抛光的过程中，晶圆硅片能够自转，进而在增加了晶圆硅片上各点在抛光过程中相对打磨部件移动的距离，进而提高了打磨的效率，同时由于晶圆硅片的自转，进而使得转盘转动一周后，晶圆硅片上各点相对打磨部件的相对位置改变，进而防止出现由于打磨部件的不平整造成晶圆硅片局部打磨不到的情况，进而提高了抛光的均匀性。

优选的，所述放料部件包括料筒、上盖、螺杆、压板和挂钩；所述料筒上部设置有所述上盖；所述上盖的一侧与所述料筒铰接；所述上盖的上部设置有螺纹孔；所述螺纹孔内部设置与所述螺杆；所述螺杆与所述上盖螺纹连接；所述螺杆靠近所述料筒的一端设置有所述压板；所述压板与所述螺杆固定连接；所述料筒远离交接处的一侧设置有所述挂钩；所述挂钩通过销轴与所述料筒转动连接；所述挂钩与所述料筒连接处设置有扭簧；所述上盖靠近所述挂钩的一端设置有挂杆；所述挂杆与所述上盖固定连接。

工作时，由于晶圆硅片自身材质较脆弱，因此在装夹时容易造成破损，同时由于在进行抛光时，施加在晶圆硅片上的力要保持均匀，因此在本方案中，在进行晶圆硅片的装夹时，使用者要通过手动拨离挂钩和挂杆，进而通过转动上盖，使得料筒的上方打开，后将料筒放置在打磨部件上部，随后将晶圆硅片放置进料筒内部，随后转动上盖，随着上盖的关闭，进而使得挂杆靠近挂钩，进而使得挂钩偏转，随着挂杆的继续向下移动，进而使得挂杆从挂钩外侧脱离，进而在扭簧的弹力作用下，使得挂钩恢复到初始位置，进而使得挂杆位于挂钩内侧，进而实现上盖的锁定，后通过转动螺杆，进而使得压板向下移动，进而使得压板压向晶圆硅片，由于压板的面积较大，进而使得压板与晶圆硅片的接触面积大，进而使得压板作用在晶圆硅片上的作用力均匀，进而防止在压紧晶圆硅片时造成晶圆硅片的损坏；同时在使用时，通过转动螺杆，进而能够调节压板按压在晶圆硅片上的松紧；进而实现调节晶圆硅片上的压力大小，进而实现调节晶圆硅片与打磨部件之间的摩擦力的大小，进而实现不同程度的抛光效果，进而增加了抛光设备的适用范围。

优选的，所述打磨部件包括打磨布和压圈；所述转盘的上部铺设有打磨布；所述转盘的外侧设置有螺纹；所述转盘的外侧设置有所述压圈；所述压圈与所述转盘螺纹连接。

工作时，由于不同生产工艺要求的晶圆硅片所需要的表面抛光质量不同，在现有的常用的方法中，通常采用不同型号的抛光设备进行抛光，同时由于抛光设备在使用一段时间后，需要对抛光头进行更换，由于现有的抛光设备的抛光头的连接方式复杂，进而使得抛光头的更换较复杂；因此在本方案中，通过设置的压圈，进而将平铺在转盘上的抛光布一圈进行压紧，进而使得抛光布能够平整的铺设在转盘上，在需要获得不同的抛光效果时，通过转动压圈，进而使得压圈远离抛光布，进而使得抛光布放松，此时便能取下抛光布，进行更换不同需求的抛光布，进而达到不同的抛光质量目的；由于在更换抛光布的过程中，操作者只需要转动压圈急了实现，抛光布的压紧和放松，进而使得抛光布的更换简便易行，进而使得获得不同抛光效果变得简单，进而增加了抛光设备的适用范围。

优选的，所述压圈上部均匀间隔设置有凸起；所述凸起呈圆弧状结构；所述凸起倾斜设置。

工作时，由于在抛光设备中存在有电机和齿轮传动，进而使得抛光设备不可避免的会存在震动，且进而使得压圈容易松动，进而导致抛光布松动，进而造成抛光布出现褶皱，进而造成抛光质量差；因此在本方案中，通过在压圈靠近抛光布的一侧设置凸起，进而在压圈压紧在抛光布上时，由于抛光布自身的柔性的特性，进而使得凸起挤压在抛光布内部，进而增加了抛光布与压圈之间的接触面积，进而使得压圈松动时受到的阻力增大，进而使得起到防止压圈松动的效果，进而减少了抛光设备使用过程中因抛光布松动而造成的抛光质量差的问题，进而保证了抛光设备的抛光质量；同时由于凸起成螺旋倾斜设置，进而在压圈拧紧的过程中，在凸起的带动下，进而使得抛光布向着中间聚拢，进而使得抛光布被绷紧，进而使得抛光布能更平整的铺设在转盘上，进而提高了抛光效果。

优选的，所述转盘的中部中空设置；所述转盘的中部内设置有固定螺母；所述固定螺母的两端通过连接板与所述转盘固定连接；所述打磨布的上部设置有压紧球；所述压紧球上设置有锥杆；所述锥杆与所述压紧球固定连接；所述锥杆上设置有螺纹。

工作时，由于抛光布自身为柔性，且转盘的面积较大，进而在长时间的使用后，抛光布的弹性降低，进而会使得抛光布的中部出现松弛的情况，进而会造成抛光布的褶皱，进而造成抛光质量变差；因此在本方案中，通过在转盘的中部设置有压紧球，进而通过压紧球，进而在中部将抛光布绷紧，进而使得抛光布保持绷紧且平整的状态，进而保证抛光的质量；由于压紧球为球形，进而在压紧球向下移动的过程中，与抛光布的均匀的接触，进而使得压紧球作用在抛光布上的力更均匀，进而使得抛光布能够更均匀的被绷紧；进一步的保证抛光布的平整度，进一步的保证抛光的质量；同时在使用一段时间后，抛光布出现松弛时，通过转动压紧球，进而使得压紧球向下移动，进而使得抛光布的中部向下移动，再次使得抛光布呈绷紧状态，进而能够始终保持抛光布的平整，进而保证不同时段的抛光质量。

优选的，所述转盘的下部设置有循环泵；所述循环泵与所述转盘固定连接；所述转盘内部开设有循环腔；所述循环腔呈涡旋状；所述转盘的下部设置有冷却管；所述冷却管的一端与所述转盘固定连接；所述冷却管与所述循环腔内部连通；所述冷却管的另一端与所述循环泵连通；所述循环泵的另一端口与所述循环腔连通；所述循环腔和冷却管内部设置有冷却液；所述外壳的内部设置有冷却筒；所述冷却筒内部充有冷却液；所述冷却管位于所述冷却筒内部。

工作时，由于在抛光的过程中会产生大量的热量，若热量长时间不散，进而会造成晶圆硅片和抛光布的损伤，进而造成抛光质量变差，因此在本方案中通过在转盘的内部设置有循环腔，进而在循环泵的作用下，使得内部的冷却液流动，进而将打磨产生的热量，通过流动的冷却液带动到转盘以外，进而加速热量的散出，进而防止晶圆硅片的温度过高，进而保证晶圆硅片不因温度过高为损伤；同时通过将冷却管设置成螺旋状，进而增加了冷却管与外部的冷却液的接触面积，进而加快了抛光产生的热量的散出，进一步的保证晶圆硅片不出现热损伤。

优选的，所述转盘的下部设置有推力轴承；所述推力轴承的一侧与所述外壳抵触；所述推力轴承的另一侧与所述转盘抵触；所述推力轴承靠近所述转盘的边缘处。

工作时，由于转盘的面积较大，且转盘上部放置的放料部件重量也较大，且放料部件远离转盘中心放置，进而在转动的过程中，难以保证上部放置的多个放料部件之间能保持平衡，进而会导致转盘不稳定，进而造成转盘的偏斜，因此在本方案中，通过在转盘的边缘处设置有推力轴承，进而在竖直方向上能起到支撑转盘的作用，进而防止转盘竖直方向出现偏斜，进而增加了转盘的稳定性，进而保证了打磨部件的稳定和平整性，进而保证了抛光效果。

本发明的有益效果如下：

1.本发明中抛光前，将晶圆硅片防止在放料机构上，通过放料机构将晶圆硅片压紧在打磨部件上，随后通过设置的电机的转动，进而带动主动轮转动，进而带动从动轮转动，进而使得二号齿轮转动，进而使得一号齿轮转动，进而使得转盘转动和打磨部件转动，进而使得转盘带动上部的晶圆硅片和放料部件移动，移动一定距离后，使得放料部件与限位轮接触，由于限位轮的限制，进而使得晶圆硅片与打磨部件之间出现相对的滑动，进而使得打磨部件对晶圆硅片产生滑动摩擦力，同时在两个限位轮的支撑作用下，使得两个限位轮的作用力的交点经过晶圆硅片的中心点(即图8中的O点)，同时由于晶圆硅片的中心不与转盘的中心重合，进而使得作用晶圆硅片上各个点受到的摩擦力，为沿着转盘中心为圆心的各个同心圆的弧线上分布，其中分布在以转盘中心为圆心，O点到转盘中心距离为半径的圆弧(记此圆弧为分界圆弧)上的点的摩擦力因为过晶圆硅片的中心，进而改摩擦力不能使得晶圆硅片绕着O点旋转，而分界圆弧一侧的区域(即图8中的B区域)上的各点的摩擦力能使得晶圆硅片逆时针转动，分界圆弧另一侧区域(即图8中的A区域)上的各点产生的摩擦力能使得晶圆硅片顺时针转动，由于B区域的面积大于A区域，进而使得B区域产生摩擦力的点多与A区域，进而使得B区域摩擦力的的合力(即图8中的fb)大于A区域的摩擦力的合力(即图8中的fa)，进而使得晶圆硅片能够逆时针的旋转，进而使得在抛光的过程中，晶圆硅片能够自转，进而在增加了晶圆硅片上各点在抛光过程中相对打磨部件移动的距离，进而提高了打磨的效率，同时由于晶圆硅片的自转，进而使得转盘转动一周后，晶圆硅片上各点相对打磨部件的相对位置改变，进而防止出现由于打磨部件的不平整造成晶圆硅片局部打磨不到的情况，进而提高了抛光的均匀性。

2.本发明中由于晶圆硅片自身材质较脆弱，因此在装夹时容易造成破损，同时由于在进行抛光时，施加在晶圆硅片上的力要保持均匀，因此在本方案中，在进行晶圆硅片的装夹时，使用者要通过手动拨离挂钩和挂杆，进而通过转动上盖，使得料筒的上方打开，后将料筒放置在打磨部件上部，随后将晶圆硅片放置进料筒内部，随后转动上盖，随着上盖的关闭，进而使得挂杆靠近挂钩，进而使得挂钩偏转，随着挂杆的继续向下移动，进而使得挂杆从挂钩外侧脱离，进而在扭簧的弹力作用下，使得挂钩恢复到初始位置，进而使得挂杆位于挂钩内侧，进而实现上盖的锁定，后通过转动螺杆，进而使得压板向下移动，进而使得压板压向晶圆硅片，由于压板的面积较大，进而使得压板与晶圆硅片的接触面积大，进而使得压板作用在晶圆硅片上的作用力均匀，进而防止在压紧晶圆硅片时造成晶圆硅片的损坏；同时在使用时，通过转动螺杆，进而能够调节压板按压在晶圆硅片上的松紧；进而实现调节晶圆硅片上的压力大小，进而实现调节晶圆硅片与打磨部件之间的摩擦力的大小，进而实现不同程度的抛光效果，进而增加了抛光设备的适用范围。

3.本发明中由于不同生产工艺要求的晶圆硅片所需要的表面抛光质量不同，在现有的常用的方法中，通常采用不同型号的抛光设备进行抛光，同时由于抛光设备在使用一段时间后，需要对抛光头进行更换，由于现有的抛光设备的抛光头的连接方式复杂，进而使得抛光头的更换较复杂；因此在本方案中，通过设置的压圈，进而将平铺在转盘上的抛光布一圈进行压紧，进而使得抛光布能够平整的铺设在转盘上，在需要获得不同的抛光效果时，通过转动压圈，进而使得压圈远离抛光布，进而使得抛光布放松，此时便能取下抛光布，进行更换不同需求的抛光布，进而达到不同的抛光质量目的；由于在更换抛光布的过程中，操作者只需要转动压圈急了实现，抛光布的压紧和放松，进而使得抛光布的更换简便易行，进而使得获得不同抛光效果变得简单，进而增加了抛光设备的适用范围。

4.本发明中由于在抛光设备中存在有电机和齿轮传动，进而使得抛光设备不可避免的会存在震动，且进而使得压圈容易松动，进而导致抛光布松动，进而造成抛光布出现褶皱，进而造成抛光质量差；因此在本方案中，通过在压圈靠近抛光布的一侧设置凸起，进而在压圈压紧在抛光布上时，由于抛光布自身的柔性的特性，进而使得凸起挤压在抛光布内部，进而增加了抛光布与压圈之间的接触面积，进而使得压圈松动时受到的阻力增大，进而使得起到防止压圈松动的效果，进而减少了抛光设备使用过程中因抛光布松动而造成的抛光质量差的问题，进而保证了抛光设备的抛光质量；同时由于凸起成螺旋倾斜设置，进而在压圈拧紧的过程中，在凸起的带动下，进而使得抛光布向着中间聚拢，进而使得抛光布被绷紧，进而使得抛光布能更平整的铺设在转盘上，进而提高了抛光效果。

5.本发明中由于抛光布自身为柔性，且转盘的面积较大，进而在长时间的使用后，抛光布的弹性降低，进而会使得抛光布的中部出现松弛的情况，进而会造成抛光布的褶皱，进而造成抛光质量变差；因此在本方案中，通过在转盘的中部设置有压紧球，进而通过压紧球，进而在中部将抛光布绷紧，进而使得抛光布保持绷紧且平整的状态，进而保证抛光的质量；由于压紧球为球形，进而在压紧球向下移动的过程中，与抛光布的均匀的接触，进而使得压紧球作用在抛光布上的力更均匀，进而使得抛光布能够更均匀的被绷紧；进一步的保证抛光布的平整度，进一步的保证抛光的质量；同时在使用一段时间后，抛光布出现松弛时，通过转动压紧球，进而使得压紧球向下移动，进而使得抛光布的中部向下移动，再次使得抛光布呈绷紧状态，进而能够始终保持抛光布的平整，进而保证不同时段的抛光质量。