一种抛光盘及抛光盘下盘面的冷却系统

摘要

本申请提供一种抛光盘，包括抛光垫、不锈钢盘、热电制冷板、下盘铸件、腔体、外拐角结构、内拐角结构、隔板、进水口和出水口以及旋转盘底座，抛光垫设置在不锈钢盘的上方，不锈钢盘的下方设置有热电制冷板，热电制冷板的下方设置有下盘铸件，下盘铸件与热电制冷板之间设置有腔体，进水口设置在腔体的一端下方，出水口设置在腔体的一端上方，腔体的内部设置有隔板和用于保证水流传导过程中流畅的外拐角结构以及内拐角结构，旋转盘底座设置在腔体的下方。本申请还提供一种抛光盘下盘面的冷却系统。本申请能够实现对抛光盘下盘面温度的快速、精准地调控，极大地提高了蓝宝石的抛光质量和生产效率。

说明书

技术领域

本申请涉及抛光机或研磨机的冷却技术领域，尤其涉及一种抛光盘及抛光盘下盘面的冷却系统。

背景技术

蓝宝石(a-Al2O3)具有高硬度、高强度、耐腐蚀、高光透过率等特点，蓝宝石被广泛应用于民用和军事等各个领域。在民用领域，蓝宝石用于耐磨结构件、医用材料、高温窗口、微电子行业衬底材料、激光基质材料、光学棱镜、手机窗口等。基于氮化镓的蓝/白光LED的芯片结构强烈依赖于所用的衬底材料，目前大部分采用蓝宝石作为衬底片。

在蓝宝石作为衬底片应用前，需要对其进行抛光处理，以去除表面损伤层，消除残余应力。影响抛光的因素很多，有抛光液、抛光压力、抛光盘转速等，其中抛光机下盘这个部件起到了至关重要的作用，它的散热效果、金属的热稳定性、表面的平整度都时刻影响着晶片的加工厚度偏差(TTV)。而这些影响因素中，表面平整度和平面整体凹度是影响力度最大的两个因素，表面平整度有加工决定，而平面整体凹度会在抛光过程中随工件温度的改变而变化。这种变化不利于对蓝宝石晶片TTV的控制。

现有技术中，抛光设备主要分为CMP化学机械抛光机和树脂铜盘抛光机，其中，CMP化学机械抛光机是抛光液在晶片与抛光液之间发生化学反应，然后通过磨粒的机械摩擦将反应物从蓝宝石晶片表面去除。树脂铜盘抛光机则是钻石液通过喷嘴喷到铜盘上，进入铜盘面上的沟槽内，从而使得工件、钻石液、铜盘互相产生摩擦，从而到达抛光目的，这两种抛光方式均会在摩擦过程产生大量热量，热量一方面会引起工件的热形变，进而影响晶圆的抛光质量，另一方面热量也会影响化学反应的剧烈程度从而影响抛光效果，所以必须采取制冷措施，控制住抛光盘温度，才能控制住晶圆抛光质量。

现有技术中，对于抛光机的冷却方案主要为抛光热量由铜盘表面或抛光布表面向工件内部进行传导，工件内部通过冰水机通有一定温度和流量的水，水在抛光盘腔体内部循环，通过与工件金属表面的热交换实现抛光盘的升温或降温，但是由于水的比热容很大，水的导热效果又很慢，冰水机和抛光盘腔体的总水量大，因此导致抛光盘温度控制存在滞后现象，每1分钟才能让水温上升1度，而且控制的水温波动在0.5度以上，这还仅仅是水温的滞后和波动，实际由水温制冷的工件的温度波动和滞后就更加严重，因此无法及时控制抛光盘表面的温度，因此也无法控制住抛光盘的热形变，盘型的不稳定进而导致了蓝宝石晶片TTV的不稳定，并且温度也会影响抛光的去除速率，从而导致蓝宝石晶片TTV的进一步恶化。

发明内容

本申请提供了一种抛光盘及抛光盘下盘面的冷却系统，以解决现有技术中存在的无法及时并且精准地控制抛光盘表面的温度，因此无法控制抛光盘的热形变的问题。

一方面，本申请提供一种抛光盘，所述抛光盘包括：

抛光垫、不锈钢盘、热电制冷板、下盘铸件、腔体、外拐角结构、内拐角结构、隔板、进水口和出水口以及旋转盘底座，所述抛光垫设置在所述不锈钢盘的上方，所述不锈钢盘的下方设置有所述热电制冷板，所述热电制冷板的下方设置有下盘铸件，所述下盘铸件与所述热电制冷板之间设置有所述腔体，所述进水口设置在所述腔体的一端下方，所述出水口设置在所述腔体的一端上方，所述腔体的内部设置有所述隔板和用于保证水流传导过程中流畅的所述外拐角结构以及所述内拐角结构，所述旋转盘底座设置在所述腔体的下方。

上述技术方案中，抛光垫能够实现抛光液导流以及晶体磨削反应，不锈钢盘可以通过材料热变形控制抛光的质量，热电制冷板用于实现上表面制冷，下表面产热，腔体能够吸收热电制冷板下表面产生的热量，旋转盘底座用于称重以及进行水流的分流，进水口设置在腔体最下方，出水口设置在腔体最上方，能够保证水循环过程中水流充满腔体。

在本申请的较佳实施例中，所述外拐角结构和所述内拐角结构之间形成的腔体部分用于保证水流的节流面积相同。

采用上述技术方案，外拐角结构和内拐角结构的设计，能够使得水流传导过程中流畅无死角，腔体部分水流的节流面积相同可以保证水流不走捷径，从而使得散热的温度传递均匀。

在本申请的较佳实施例中，所述外拐角结构和所述内拐角结构的最佳角度范围均为20°-40°，且所述外拐角结构和所述内拐角结构的角度差值范围为-10°-10°。

在本申请的较佳实施例中，所述进水口的水流量面积大于所述出水口的水流量面积，保证水压稳定和流速稳定。

另一方面，本申请还提供一种抛光盘下盘面的冷却系统，所述冷却系统包括：

散热机构、进水管、回水管和抛光盘，所述散热机构通过进水管以及回水管分别与所述抛光盘连接，其中，所述抛光盘包括腔体、控温机构、不锈钢盘、抛光垫，所述抛光垫设置在所述不锈钢盘的上方，所述不锈钢盘的下方设置有控温机构，所述控温机构的下方设置有腔体。

在本申请的较佳实施例中，所述控温机构为热电制冷板。

在本申请的较佳实施例中，所述散热机构为冰水机，所述冰水机通过所述进水管和所述出水管连接所述抛光盘的腔体。

在本申请的较佳实施例中，所述冷却系统还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述抛光垫的上方，用于检测所述抛光盘的盘面温度。

采用上述技术方案，通过温度传感器检测抛光盘的盘面温度，并且与预先设定的目标温度值进行比较，当温度传感器检测到的抛光盘的盘面温度大于预先设定的目标温度值时，热电制冷板根据判断结果启动制冷，当温度传感器检测到的抛光盘的盘面温度小于预先设定的目标温度值时，热电制冷板停止制冷。

本申请的一种抛光盘及抛光盘下盘面的冷却系统，相较于现有技术而言，具有以下有益效果：

(1)本申请采用热电制冷板作为控温结构，能够实现将抛光垫的高温传递到不锈钢盘上，在由不锈钢盘传递到热电制冷板的上表面，此时，热电制冷板下表面产生热量被循环的水流带走，在起到散热的同时，对抛光盘盘面的温度也没有任何影响，影响抛光盘盘面的温度的热传导的结构较少，下盘铸件的蓄热不参加温度调控，只有不锈钢盘的蓄热参加温度调控，大大减少了冷却系统的蓄热量，热传导过程简单，可以迅速进行温度调控，极大地提高了蓝宝石的抛光质量和生产效率。

(2)本申请通过利用热电制冷板的闭路温度循环原理以及热交换原理，热电制冷板的上表面产生低温，能够将温度波动精确控制在0.1度以内，进行精确控制抛光盘盘面的热量，热电制冷板的下表面产生高温，在通过腔体内部的冰水进行制冷，并且冷水只起散热作用，水温的波动也不会影响热电制冷板上表面的温度，对抛光盘下盘面的温度也无任何影响，避免了由于水的比热容较大，导致水的导热效果较慢的问题发生，同时也无其他影响抛光盘盘面的部件的温度干扰，控制温度的精确度更高。

(3)本申请采用的热电制冷板的方式控制抛光盘下盘面的温度，热电制冷板通过调节加载的直流电流的方向，调整制冷或者加热模式，因此能够及时适应抛光盘盘面的热量变化，迅速调控温度，并且能够实现热电制冷板覆盖整个抛光盘的下盘面，全方位均匀制冷，制冷无死角。

(4)本申请的控制实时响应时间为1s以内，即热电制冷版在通过温度传感器检测到抛光盘下盘面的温度过高需要制冷时，能够迅速做出响应，控制精度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种抛光盘的分解结构示意图；

图2为本申请一种抛光盘的剖面结构示意图；

图3为本申请一种抛光盘的俯视结构示意图；

图4为本申请一种抛光盘下盘面的冷却系统的整体结构示意框图；

图5为本申请的热电制冷板的原理示意图；

图6为本申请对比例1的原理示意框图；

图7为本申请对比例2的结构示意框图；

附图标记说明：

其中，1-抛光垫；2-不锈钢盘；3-热电制冷板；4-下盘铸件；5-腔体；6-外拐角结构；7-内拐角结构；8-隔板；9-进水口；10-出水口；11-旋转盘底座；12-进水管；13-回水管；14-抛光盘；15-冰水机。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“包括”和“设置有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

实施例1

参见图1，为一种抛光盘的分解结构示意图。

如图1至图3所示，本申请提供了一种抛光盘，包括：

抛光垫1、不锈钢盘2、热电制冷板3、下盘铸件4、腔体5、外拐角结构6、内拐角结构7、隔板8、进水口9和出水口10以及旋转盘底座11，所述抛光垫1设置在所述不锈钢盘2的上方，所述不锈钢盘2的下方设置有所述热电制冷板3，所述热电制冷板3的下方设置有下盘铸件4，所述下盘铸件4与所述热电制冷板3之间设置有所述腔体5，所述进水口9设置在所述腔体5的一端下方，所述出水口10设置在所述腔体5的一端上方，所述腔体5的内部设置有所述隔板8和用于保证水流传导过程中流畅的所述外拐角结构6以及所述内拐角结构7，所述旋转盘底座11设置在所述腔体5的下方。

上述技术方案中，抛光垫1能够实现抛光液导流以及晶体磨削反应，不锈钢盘2可以通过材料热变形控制抛光的质量，热电制冷板3用于实现上表面制冷，下表面产热，腔体5能够吸收热电制冷板3下表面产生的热量，旋转盘底座11用于称重以及进行水流的分流，进水口9设置在腔体5最下方，出水口10设置在腔体5最上方，能够保证水循环过程中水流充满腔体5。

需要特别说明的是，隔板8和外拐角结构6以及内拐角结构7的数量根据抛光盘14具体的尺寸大小而定，本申请不做具体限制。

在本实施例1中，进一步地，如图3所示，所述外拐角结构6和所述内拐角结构7之间形成的腔体5部分用于保证水流的节流面积相同，即在外拐角结构6和内拐角结构7之间的腔体5部分中，水流从图3中的A点流向B点再流向C点的过程中水流的节流面积相同，水流方向和图中箭头方向一致。

采用上述技术方案，外拐角结构6和内拐角结构7的设计，能够使得水流传导过程中流畅无死角，腔体5部分水流的节流面积相同可以保证水流不走捷径，从而使得散热的温度传递均匀。

在本实施例1中，进一步地，所述外拐角结构6和所述内拐角结构7的最佳角度范围均为20°-40°，且所述外拐角结构6和所述内拐角结构7的角度差值范围为-10°-10°。

在本实施例1中，进一步地，所述进水口9的水流量面积大于所述出水口10的水流量面积，保证水压稳定和流速稳定。

实施例2

如图4所示，本申请还提供了一种抛光盘下盘面的冷却系统，所述冷却系统包括：

散热机构、进水管12、回水管13和抛光盘14，所述散热机构通过进水管12以及回水管13分别与所述抛光盘14连接，其中，所述抛光盘14包括腔体5、控温机构、不锈钢盘2、抛光垫1，所述抛光垫1设置在所述不锈钢盘2的上方，所述不锈钢盘2的下方设置有控温机构，所述控温机构的下方设置有腔体5。

在本实施例2中，所述控温机构为热电制冷板3。

在本实施例2中，如图4所示，所述散热机构为冰水机15，所述冰水机15通过所述进水管12和所述出水管13连接所述抛光盘14的腔体5。

需要说明的是，在本实施例2中，抛光盘14的腔体5的两端分别设置的进水口9和出水口10分别通过进水管12和出水管13与冰水机15连接，以进行冰水的循环，并带走热电制冷板3下表面的高温，进行温度控制。

在上述具体实施方式上，进一步地，所述冷却系统还包括温度传感器(图中未示出)，所述温度传感器(图中未示出)设置在所述抛光垫1的上方，用于检测所述抛光盘14的盘面温度。

采用上述技术方案，通过温度传感器(图中未示出)检测抛光盘14的盘面温度，并且与预先设定的目标温度值进行比较，当温度传感器(图中未示出)检测到的抛光盘14的盘面温度大于预先设定的目标温度值时，热电制冷板3根据判断结果启动制冷，当温度传感器(图中未示出)检测到的抛光盘14的盘面温度小于预先设定的目标温度值时，热电制冷板3停止制冷，其中预先设定的目标温度值需要在触摸显示屏(图中未示出)上进行设置。。

如图5所示，热电制冷板3通常由若干对P、N型半导体热电偶串联而成。当接上直流电源后，热电制冷板3的一端温度降低，而另一端温度会同时升高，而此现象是完全可逆的，只要改变直流电源的电流方向，就可以使热量向相反的方向移动，在本申请中能够实现对抛光盘14盘面温度的实时、精确调控。

本申请中热电制冷的原理是：当直流电源接通，上面接头的电流方向是N-P，温度降低，并且吸热，形成冷端；下面接头的电流方向是P-N，温度上升，并且放热，形成热端，通过闭路温度循环，可将温度波动精确控制在0.1°内，并且通过调节加载的直流电流方向，调整制冷或加热模式，快速、精确控温，需要说明的是，图5只是为了说明本申请的制冷原理，因此图5中不清晰的部分对本申请的技术方案并无任何影响。

对比例1

如图6所示，抛光盘14盘面温度的热量传导方式为从抛光垫1传递到不锈钢盘2，不锈钢盘2的一部分热量再传递到腔体5内部(即腔体5内部的冰水中)，不锈钢盘2的另一部分热量传递到下盘铸件4，再由下盘铸件4将热量传递至腔体5内部的冰水中，最后由冰水循环带走热量，热量传递方向和图6中的箭头方向一致。

采用对比例1的方式进行冷却，影响抛光盘14盘面温度的结构过多，蓄热量较大，从而导致温度控制不及时。例如：若要使得抛光盘14盘面的温度降低1°，则先要把冰水机15和腔体5内部的所有水流的温度都降低1°，然后同时还要降低不锈钢盘2和下盘铸件4的温度，最后抛光盘14盘面，即抛光垫1表面温度才会降低，但是整个过程的水量很大，下盘铸件4的蓄热量大，放热吸热过程对水温的平稳会造成强干扰，而水温的波动又会引起抛光垫1调控温度的波动；因此降温过程较慢，温度的调控存在严重的滞后，调控不准确。

对比例2

如图7所示，通过将冰水机15作为控温结构，利用热交换的原理，在腔体5内部通入一定温度的水，水流在腔体5内部循环，通过水流和腔体5金属内壁的热交换使得抛光盘14下盘面的温度升高或降低。冰水从冰水机15经过进水管12流入腔体5，热交换后的水从腔体5经过回水管13流入冰水机15，如图7中的箭头方向所示，但是由于水的比热容较大，整个系统的储水量较大，水温很难迅速升高或降低，控温存在滞后，水不适合用来进行实时控温，并且热源的温度变化迅速且剧烈，水制冷不适合精密控温的要求；另外，抛光过程产热变化十分迅速和剧烈，即产热量快且变化剧烈，而水制冷慢且平缓，容易导致最终温度波动较大。

需要说明的是，本申请的附图仅是为了说明本申请的技术方案，多个附图及文字描述的结合本领域技术人员能够得出本申请的完整技术方案，因此附图中不清晰的地方或可从其他附图中印证其具体结构，或为本领域技术人员的公知常识，对本申请的保护范围不构成限制。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。