抛光垫清洗装置的制作方法

本实用新型涉及硅片研磨的技术领域，尤其涉及一种抛光垫清洗装置。

背景技术：

单晶硅作为一种重要的半导体材料，具有良好的电学性能和热稳定性，自被人们发现和利用后很快替代其它半导体材料。硅材料因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别适用于制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，集成电路半导体器件大多数硅材料制成的。在制造性能良好的硅单晶方法中，直拉法生长硅单晶具有设备和工艺相对简单、容易实现自动控制。直拉单晶硅棒从单晶炉中拉制出来以后需要进行一系列的工序，前期包括截断、开方、圆角研磨和平面研磨等机械加工；中期还需要将单晶硅棒进行滚磨、切片、清洗、倒角、研磨和再清洗等工；后期将硅片进行制绒、扩散、结晶和烧结等工序后才能制造成半导体器件或用于光伏发电的太阳能电池片。

其中，在中期研磨工序中，硅片与研磨盘属于干摩擦，容易使研磨盘表面发热而损坏，同时热量还会烧伤硅片。抛光垫上有异物，加工时对硅片造成划伤或者掉落在硅片上，影响硅片的性能。硅片加工后，盘面抛光垫会有少量磨损，会出现少量高低不平。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种抛光垫清洗装置，以及时清洁修整抛光垫，避免抛光垫污损造成的硅片的损伤。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种抛光垫清洗装置，该装置能利用盘面毛刷冲洗清洁、保湿抛光垫，利用压力清洗结构修整抛光垫，防止抛光垫脏污和磨损造成新硅片的损伤。

本实用新型的目的是这样实现的，一种抛光垫清洗装置，包括毛刷结构，所述毛刷结构包括能周向旋转的盘面毛刷，所述盘面毛刷用于抵靠接触且旋转清洁抛光垫；所述盘面毛刷安装于能上下移动且能在水平方向上摆动的毛刷臂上，所述毛刷臂的一端连接于能带动所述毛刷臂上下移动的升降部上，所述升降部上设置能驱动所述毛刷臂在水平方向上摆动和能驱动所述盘面毛刷周向旋转的旋转驱动部；所述盘面毛刷的一侧设置压力清洗结构，所述压力清洗结构用于修复抛光垫；所述抛光垫清洗装置还包括控制部，所述控制部用于所述盘面毛刷旋转状态、所述毛刷臂旋转状态、所述升降部升降状态和所述压力清洗结构清洗状态的控制。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述升降部包括呈竖直设置在第一底板上的升降气缸，所述升降气缸的底端固定且顶端能伸缩升降，所述升降气缸的顶端设置第二底板，所述第二底板上设置所述旋转驱动部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第二底板上架设马达基座，所述旋转驱动部包括吊设于所述马达基座上的第一伺服马达，所述第一伺服马达的输出端与竖直的第一转轴传动连接，所述第一转轴的底端轴向固定且能周向转动地设置于所述马达基座上，所述第一转轴的顶部固定连接呈c型设置的旋转支架的底部，所述毛刷臂的一端向下延伸设置空心的连接筒，所述旋转支架的顶部与所述连接筒的底部固定连接，所述第一伺服马达通过所述第一转轴、所述旋转支架和所述连接筒驱动所述毛刷臂在水平方向上摆动；所述升降气缸通过所述第二底板、所述马达基座、所述第一转轴、所述旋转支架和所述连接筒带动所述毛刷臂升降；所述第一伺服马达与所述控制部电连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述毛刷臂包括中空的壳体，所述壳体的底部一端向下连通所述连接筒，所述盘面毛刷的旋转中心处设置第三转轴，所述第三转轴轴向固定且能周向转动地穿设于所述壳体的底部另一端；

所述旋转驱动部包括设置于所述马达基座上的第二伺服马达，所述第二伺服马达的输出端与竖直的第二转轴传动连接，所述第二转轴轴向固定且能转动地密封穿设通过所述连接筒，所述壳体内设置第一传动带，所述第二转轴的顶部设置第一同步带轮，所述第三转轴的顶部设置第二同步带轮，所述第一传动带的两端分别绕设于所述第一同步带轮和所述第二同步带轮上；所述第二伺服马达通过所述第二转轴、所述第一传动带和所述第三转轴驱动所述盘面毛刷周向旋转；所述第二伺服马达与所述控制部电连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述抛光垫清洗装置还包括用于调节所述盘面毛刷刷洗压力的加压结构；所述加压结构的入口与空压装置连通，所述加压结构的出口朝向所述盘面毛刷的顶部且能向所述盘面毛刷施加空压；所述加压结构与所述控制部电连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第二转轴上轴向贯通设置第二轴孔，所述第三转轴上轴向贯通设置第三轴孔；所述加压结构包括所述第二轴孔内密封穿设的第一空压管，所述第一空压管的底部密封连通第一接头，所述第一接头的入口端与空压装置连通；所述第一空压管的顶部密封连通第二接头，所述第二接头的出口端连通位于所述第一同步带轮上方的第二空压管，所述第二空压管的出口端连通第三接头；所述第三轴孔内密封穿设第三空压管，所述第三空压管的入口端与所述第三接头的出口端连通，所述第三空压管的出口朝向所述盘面毛刷的顶部且能向所述盘面毛刷施加空压。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一传动带的一侧沿纵向间隔地抵靠设置第一惰轮和第二惰轮，所述第一惰轮和所述第二惰轮分别通过惰轮架连接于所述壳体内。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第三转轴的侧壁下部设置外齿轮部，所述第三转轴的底部套设毛刷支架，所述毛刷支架上设置与所述外齿轮部匹配啮合的内齿轮部，所述盘面毛刷通过法兰连接于所述毛刷支架的底部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一伺服马达的输出端设置第三同步带轮，所述第一转轴上设置第四同步带轮，所述第三同步带轮和所述第四同步带轮上套设第二传动带；第四同步带轮上设置位置指示尺，所述马达基座上设有传感器架，所述传感器架上装有限位传感器，所述限位传感器能感应所述位置指示尺的位置，所述限位传感器与所述控制部电连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述连接筒的顶部固定连接开口向下的机壳，所述机壳的顶端与所述壳体底部固定连接。

由上所述，本实用新型提供的一种抛光垫清洗装置具有如下有益效果：

本实用新型提供的抛光垫清洗装置，用于硅片加工前或者硅片加工后再次加工前的清洁修整；本实用新型的抛光垫清洗装置中，升降部与旋转驱动部共同作用，实现毛刷臂的上下移动和水平方向上的来回摆动，使得安装于毛刷臂上的盘面毛刷快速定位并能沿水平方向上扫磨抛光面，旋转驱动部也能为盘面毛刷自旋提供动力；本实用新型的抛光垫清洗装置，利用旋转盘面毛刷刷洗掉硅片加工后残留在抛光垫上的物质，防止加工时残留颗粒对新硅片造成划伤；在硅片加工后，抛光垫会有少量磨损导致少量高低不平，利用压力清洗结构通过高压冲洗起到修整抛光垫的作用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型的抛光垫清洗装置的主视图。

图2：为本实用新型的抛光垫清洗装置的俯视图。

图3：为图1中a-a剖视图。

图4：为图3中c向视图。

图5：为图1中b-b剖视图。

图6：为图5中d向视图。

图7：为图1中ⅰ处放大图。

图中：

100、抛光垫清洗装置；

1、毛刷结构；

11、盘面毛刷；12、毛刷支架；13、法兰；14、毛刷支架外壳；

2、毛刷臂；

20、壳体；201、毛刷臂盖；21、连接筒；

3、升降部；

30、升降气缸；31、第一底板；32、第二底板；33、马达基座；331、传感器架；34、旋转支架；35、导向柱；36、支撑杆；37、限位固定杆；38、六角支柱；

4、旋转驱动部；

41、第一伺服马达；411、第三同步带轮；42、第二伺服马达；421、第五同步带轮；

5、压力清洗结构；

61、第一转轴；611、第四同步带轮；612、位置指示尺；62、第二转轴；621、第一同步带轮；622、第六同步带轮；63、第三转轴；631、第二同步带轮；641、第一传动带；642、第二传动带；643、第三传动带；651、第一惰轮；652、第二惰轮；

71、第一空压管；72、第二空压管；73、第三空压管；741、第一接头；742、第二接头；743、第三接头；

81、机壳；82、防护筒结构。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图7所示，本实用新型提供一种抛光垫清洗装置100，包括毛刷结构1，毛刷结构1包括能周向旋转的盘面毛刷11，盘面毛刷11用于抵靠接触且旋转清洁抛光垫；盘面毛刷11安装于能上下移动且能在水平方向上摆动的毛刷臂2上，毛刷臂2的一端连接于能带动毛刷臂2上下移动的升降部3上，升降部3上设置能驱动毛刷臂2在水平方向上摆动和能驱动盘面毛刷11周向旋转的旋转驱动部4；盘面毛刷11的一侧设置压力清洗结构5(高压冲洗结构，高压喷水冲洗抛光垫，通过压力冲洗对抛光垫表面进行修复)，压力清洗结构5用于修复抛光垫；抛光垫清洗装置100还包括控制部，控制部用于盘面毛刷11旋转状态、毛刷臂2旋转状态、升降部3升降状态和压力清洗结构5清洗状态的控制。

本实用新型提供的抛光垫清洗装置，用于硅片加工前或者硅片加工后再次加工前的清洁修整；本实用新型的抛光垫清洗装置中，升降部与旋转驱动部共同作用，实现毛刷臂的上下移动和水平方向上的来回摆动，使得安装于毛刷臂上的盘面毛刷快速定位并能沿水平方向上扫磨抛光面，旋转驱动部也能为盘面毛刷自旋提供动力；本实用新型的抛光垫清洗装置，利用旋转盘面毛刷刷洗掉硅片加工后残留在抛光垫上的物质，防止加工时残留颗粒对新硅片造成划伤；在硅片加工后，抛光垫会有少量磨损导致少量高低不平，利用压力清洗结构通过高压冲洗起到修整抛光垫的作用。

进一步，如图1、图4、图6所示，升降部3包括呈竖直设置在第一底板31上的升降气缸30，升降气缸30的底端固定且顶端能伸缩升降，升降气缸30的顶端设置第二底板32，第二底板32上设置旋转驱动部4。

进一步，如图1、图4、图5、图6所示，第二底板32上架设马达基座33，第二底板32与马达基座33之间设置导向柱35、支撑杆36和限位固定杆37，第二底板32与马达基座33通过六角支柱38相连；

如图1所示，旋转驱动部4包括吊设于马达基座33上的第一伺服马达41，第一伺服马达41的输出端能双向旋转，第一伺服马达41的输出端与竖直的第一转轴61传动连接，第一转轴61的底端轴向固定且能周向转动地设置于马达基座33上，在本实施方式中，马达基座33上设置贯通的第一转轴安装孔，马达基座33上位于第一转轴安装孔处固定设置第一轴承座，第一轴承座内设置第一轴承组，第一转轴61的底端轴向固定地转动穿设通过第一轴承组，实现第一转轴61的底端轴向固定且能周向转动地与马达基座33连接；

第一转轴61的顶部固定连接呈c型设置的旋转支架34的底部，毛刷臂2的一端向下延伸设置空心的连接筒21，旋转支架34的顶部与连接筒21的底部固定连接，第一伺服马达41通过第一转轴61、旋转支架34和连接筒21驱动毛刷臂2在水平方向上摆动；升降气缸30通过第二底板32、马达基座33、第一转轴61、旋转支架34和连接筒21带动毛刷臂2升降；第一伺服马达41与控制部电连接。在本实施方式中，c型设置的旋转支架34包括顶板、立板和底板，底板的顶面和底面设置内凹的固定槽，第一转轴61的顶端抵靠于底板底面的固定槽内，自底板顶面的固定槽内向下穿设固定螺钉，实现第一转轴61的顶部与旋转支架34的底部的固定连接。

进一步，如图1、图2、图7所示，毛刷臂2包括中空的壳体20，壳体20的底部一端向下连通连接筒21，盘面毛刷11的旋转中心处设置第三转轴63，第三转轴63轴向固定且能周向转动地穿设于壳体20的底部另一端；在本实施方式中，为了便于毛刷臂内部的结构安装，壳体20的顶部设置能拆卸且能密封的毛刷臂盖201；壳体20的底部另一端设置毛刷结构安装孔，毛刷结构安装孔处固定设置第三轴承座，第三轴承座内设置第三轴承，第三转轴63轴向固定地转动穿设通过第三轴承；

旋转驱动部4包括设置于马达基座33上的第二伺服马达42，第二伺服马达42的输出端能双向旋转，第二伺服马达42的输出端与竖直的第二转轴62传动连接，第二转轴62轴向固定且能转动地密封穿设通过连接筒21，在本实施方式中，连接筒21构成第二轴承座，连接筒21的内侧两端分别设置一第二轴承组，第二转轴62轴向固定地转动穿设通过两个第二轴承组；

壳体20内设置第一传动带641，第二转轴62的顶部设置第一同步带轮621，第三转轴63的顶部设置第二同步带轮631，第一传动带641的两端分别绕设于第一同步带轮621和第二同步带轮631上；第二伺服马达42通过第二转轴62、第一传动带641和第三转轴63驱动盘面毛刷11周向旋转；第二伺服马达42与控制部电连接。

进一步，抛光垫清洗装置100还包括用于调节盘面毛刷11刷洗压力的加压结构；加压结构的入口与空压装置(现有技术，车间内空压机即可，可由控制部电信号控制)连通，加压结构的出口朝向盘面毛刷11的顶部且能向盘面毛刷11施加空压；加压结构与控制部电连接。

进一步，如图1、图2、图7所示，第二转轴62上轴向贯通设置第二轴孔，第三转轴63上轴向贯通设置第三轴孔；加压结构包括第二轴孔内密封穿设的第一空压管71，第一空压管71的底部密封连通第一接头741，第一接头741的入口端与空压装置连通；第一空压管71的顶部密封连通第二接头742，第二接头742的出口端连通位于第一同步带轮621上方的第二空压管72，第二空压管72的出口端连通第三接头743；第三轴孔内密封穿设第三空压管73，第三空压管73的入口端与第三接头743的出口端连通，第三空压管73的出口朝向盘面毛刷11的顶部且能向盘面毛刷11施加空压。

在本实施方式中，如图1、图2所示，第一传动带641的一侧沿纵向间隔地抵靠设置第一惰轮651和第二惰轮652，第一惰轮651和第二惰轮652分别通过惰轮架连接于壳体20内。第一惰轮651和第二惰轮652能够保证第一传动带641的传动更加平稳可靠。

进一步，如图7所示，第三转轴63的侧壁下部设置外齿轮部，第三转轴63的底部套设毛刷支架12，毛刷支架12上设置与外齿轮部匹配啮合的内齿轮部，盘面毛刷11通过法兰13连接于毛刷支架12的底部。

在本实施方式中，毛刷臂2的底部另一端(即毛刷端)还装有毛刷支架外壳14，毛刷支架外壳14对毛刷支架12、内齿轮部、外齿轮及第三转轴63的下部进行有效保护，避免冲刷的残留颗粒进入盘面毛刷11的上方。

进一步，如图1、图2、图3、图4所示，第一伺服马达41的输出端设置第三同步带轮411，第一转轴61上设置第四同步带轮611，第三同步带轮411和第四同步带轮611上套设第二传动带642；在本实施方式中，第一伺服马达41穿设通过马达基座33，其输出端位于马达基座33的上方，第一转轴61的中部设置第四同步带轮611；

第四同步带轮611上设置位置指示尺612，马达基座33上设有传感器架331，传感器架331上装有限位传感器，限位传感器能感应位置指示尺612的位置，限位传感器与控制部电连接。当位置指示尺自顺时针方向或逆时针方向旋转到达限位传感器处，限位传感器能实时感应到位置指示尺并将感应信号传送给控制部，以实现控制部对毛刷臂2在水平方向上的摆动进行控制。

进一步，如图1所示，第二伺服马达42的输出端设置第五同步带轮421，第二转轴62的底端穿过旋转支架34的顶板且位于其下方，第二转轴62的底端套设第六同步带轮622，第五同步带轮421和第六同步带轮622上套设第三传动带643。

控制部能够控制第一伺服马达41和第二伺服马达42的启动和关闭，并能精确控制转速；第一转轴61、第二转轴62和第三转轴63的转动均通过同步带轮和传动带实现，运行更平稳可靠；控制部能控制升降气缸30顶端的伸出或缩回，通过毛刷臂2的升降实现盘面毛刷11的升降。控制部通过控制加压结构连通的空压装置通断与输出压力，实现盘面毛刷11的顶部压力调节，从而改变盘面毛刷11清洗的力度。

进一步，如图1所示，连接筒21的顶部固定连接开口向下的机壳81，机壳81的顶端与毛刷臂2的壳体20底部固定连接，机壳81能对其内部的连接筒21、第二转轴62及其之间的轴承组进行保护。为了对连接筒21的升降及转动进行进一步防护，连接筒21的外侧同轴套设防护筒结构82，防护筒结构82呈固定设置(底部固定连接于机架上，机架为现有技术)，连接筒21的外壁与防护筒结构82的内壁之间设置转动轴承组，使得连接筒21能相对防护筒结构82转动和上下滑动。

本实用新型的抛光垫清洗装置100的使用方法如下：

步骤a、装置组装；此时升降气缸30的顶端(第二底板32)处于最低行程点，毛刷臂2位于最低点；

步骤b、控制部控制升降气缸30上升，毛刷臂2随之上升并将盘面毛刷11推至工作高度，升降气缸30停止上升保持在工作位置；

步骤c、控制部控制第一伺服马达41启动，第三同步带轮411通过第二传动带642带动第四同步带轮611转动，再通过第一转轴61、旋转支架34和连接筒21驱动毛刷臂2在水平方向上摆动，限位传感器反馈转动位置直至毛刷臂2带动盘面毛刷11旋转至工作位置，第一伺服马达41关闭；

步骤d、在盘面毛刷11清洗前对抛光垫喷水保湿；

步骤e、控制部控制第二伺服马达42启动，第二伺服马达42的输出端正转，第五同步带轮421通过第三传动带643带动第六同步带轮622转动，再通过第二转轴62、第一传动带641和第三转轴63驱动盘面毛刷11周向旋转，盘面毛刷11转动并对抛光垫进行清洗；

步骤f、控制部控制第一伺服马达41启动，并进行来回正反转动，实现毛刷臂2在水平方向上来回摆动，盘面毛刷11自转的同时随毛刷臂2摆动，控制部开启加压结构，高压气体经过第一接头741、第一空压管71、第二接头742、第二空压管72、第三接头743和第三空压管73喷向盘面毛刷11，对其进行加压改变毛刷清洗的力度，将抛光垫上残留的抛光液、加工后硅片残留颗粒冲洗掉，防止残留颗粒加工时对新硅片造成划伤；

步骤g、抛光垫达到磨损界限后，控制部控制压力清洗结构5开始向抛光垫高压喷水，修复抛光垫；

步骤h、清洗结束后，控制部控制各结构恢复初始状态。

由上所述，本实用新型提供的一种抛光垫清洗装置具有如下有益效果：

本实用新型提供的抛光垫清洗装置，用于硅片加工前或者硅片加工后再次加工前的清洁修整；本实用新型的抛光垫清洗装置中，升降部与旋转驱动部共同作用，实现毛刷臂的上下移动和水平方向上的来回摆动，使得安装于毛刷臂上的盘面毛刷快速定位并能沿水平方向上扫磨抛光面，旋转驱动部也能为盘面毛刷自旋提供动力；本实用新型的抛光垫清洗装置，利用旋转盘面毛刷刷洗掉硅片加工后残留在抛光垫上的物质，防止加工时残留颗粒对新硅片造成划伤；在硅片加工后，抛光垫会有少量磨损导致少量高低不平，利用压力清洗结构通过高压冲洗起到修整抛光垫的作用。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。