一种半导体用石英圆环一次成型加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，尤其是涉及一种半导体用石英圆环一次成型加工设备及其加工工艺。

背景技术

在芯片制造过程中，主要进行的是外延以及扩散工艺，而外延以及扩散工艺需要用到的设备为外延设备和扩散设备，在这些设备之中，应用到大量石英零部件。在半导体设备中，对于石英部件精度要求非常高，否则会对芯片的加工精度产生非常大的影响。

而石英零部件的种类涵盖石英环、石英支架、石英穹顶、石英翅片等等，其中，对于石英环的加工，主要是先切出一块石英圆柱，然后再第二次切割，去除石英圆柱的中心部分，得到石英管状结构，随后可能还需要沿横向再切一刀，使得石英管状结构分解呈单个石英圆环，这样的加工方式需要重复装夹至少两次，且需要经过多次切割，因此存在着加工效率低的缺陷。

发明内容

为了提高石英圆环的加工效率，本发明的第一目的是提供一种半导体用石英圆环一次成型加工设备。

本发明提供的一种半导体用石英圆环一次成型加工设备采用如下的技术方案：

一种半导体用石英圆环一次成型加工设备，包括机箱、升降安装于机箱内的升降头、转动安装于升降头上的旋转主轴、固定于旋转主轴上的环切刀头，所述环切刀头包括用于与旋转主轴相连接的连接段、与连接段相固定的外环刀以及内环刀，所述外环刀与内环刀之间呈同心环套设分布。

通过采用上述技术方案，当需要加工石英圆环时，升降头带动环切刀头下降，并与石英块相接触，在接触的过程中，由于环切刀头具有呈同心环分布的内环刀以及外环刀，因此在环切刀头下行的过程中，能够在石英块上裁切出石英圆环的形状，随后只需要沿着横向再切一刀，即可得到石英环，这种结构的环切刀头，可以只进行一次装夹，并且只需要两次切割就能够获得石英圆环，因此能够减少石英圆环的加工步骤，提高石英圆环的加工效率。并且由于这种设备可以通过增加横向切割刀片，实现仅一次装夹就完成加工的目的，因此还能够提高石英圆环的加工精度。

可选的，所述内环刀的长度大于外环刀的长度。

通过采用上述技术方案，将内环刀的长度设置得大于外环刀，使得在加工的过程中，内环刀会先与石英块相接触，随着内环刀的切割深入，内环刀对外环刀的切割位置会有定位作用，使得外环刀在切割石英块时，能够保持与内环刀之间的同心度，从而进一步提高石英圆环的加工精度。

可选的，所述连接段呈空心状，所述连接段和内环刀之间的连接部位开设有将连接段和内环刀导通的切液口，所述内环刀的侧壁上开设有沿内环刀的轴向延伸且将内环刀和外环刀的内腔导通的溢液孔。

通过采用上述技术方案，由于连接段呈空心状，因此在切割石英块的过程中，切削液会先在环切刀头的内部流动，从而在内环刀切割石英块的过程中，能够对内环刀进行润滑；同时内环刀上的溢液孔能够让切削液溢出，使得外环刀在切割石英块的过程中也能够得到润滑，从而降低环石英块在切割过程中发生崩裂的概率，以进一步提高加工精度。

可选的，所述旋转主轴上一体设置有连接套，所述连接套的中心形成有用于供环切刀头的连接段插入的插接腔，且所述连接套上设置有用于固定连接段的锁定机构。

通过采用上述技术方案，连接套用于供环切刀头的连接段插接，并对环切刀头的安装过程进行引导定位，使得环切刀头能够更方便快捷地安装到旋转主轴上，而借助锁定机构则能够将环切刀头与旋转主轴进行固定，从而实现力矩的传递，以方便对石英块进行切割。

可选的，所述连接套的内壁上开设有锁块槽，所述锁定机构包括安装于锁块槽内的弹性件、安装于锁块槽内且对弹性件形成挤压的锁定块，所述连接段的侧壁上开设有位置与锁块槽一一对应的锁定槽，所述锁定块在弹性件的驱使下部分嵌入锁定槽内。

通过采用上述技术方案，当环切刀头的连接段插入连接套内，并使缩块槽与锁定槽相对准时，锁定块在弹性件的推动下嵌入锁定槽内，由于锁定块的伸缩方向在连接套的约束下只能沿连接套的直径方向，因此锁定块能够限制环切刀头在连接套上产生轴向转动以及轴向运动，从而达到将环切刀头和旋转主轴进行固定的目的。

可选的，所述连接套的外侧壁上开设有启块槽，所述启块槽的内壁上开设有将启块槽和锁定槽连通的启块口，所述锁定机构还包括转动安装于启块口内的开启块、伸缩安装于启块槽内的按压块，所述锁定块朝向启块口一侧的表面开设有开启槽，所述开启块的一端经由启块口嵌入开启槽内且抵触在开启槽靠近弹性件一侧的内壁上，所述按压块抵压在开启块位于启块槽内的一端上。

通过采用上述技术方案，由于开启块的一端嵌入锁定块上的开启槽内且另一端受按压块的抵压，故而此时的按压块和开启块对于锁定块来说既是开关，也是防脱结构，即，在环切刀头未安装时，弹性件对锁定块施加的弹力经由开启块传递给按压块，借助按压块对锁定块实现约束，防止锁定块从缩块槽内掉落，另一方面，当需要连接环切刀头时，通过推压按压块，借助开启块作为杠杆，能够撬动锁定块朝向缩块槽内收缩，从而使得连接段能够伸入连接套内并实现缩块槽和锁定槽之间的对准，而当需要拆除环切刀头时，同样借助推压按压块，能够很方便地将环切刀头从旋转主轴上拆下，从而加快环切刀头的安装与拆卸过程。

可选的，所述锁定机构还包括转动安装于启块槽内且位于按压块和启块槽的槽底之间的止位柱，所述止位柱的侧壁上设置有防缩块，所述锁定块朝向启块口一侧的表面开设有缩块槽，所述止位柱上套设有施力于防缩块且驱使止位柱转动以促使防缩块经由启块口嵌入缩块槽的扭力件，同时所述按压块上设置有用于促使防缩块从缩块槽转出的联动结构。

为了降低旋转主轴在旋转的过程中锁定块因离心力而从锁定槽内脱出的概率，通过采用上述技术方案，当锁定块嵌入连接段上的锁定槽内后，止位柱在扭力件的驱动下会产生旋转，促使防缩块从垂直于缩块槽深度的方向嵌入锁定块上的缩块槽内对锁定块的运动进行约束，从而使得锁定块不容易从连接段内脱出，以确保环切刀头加工时的安全性。

可选的，所述联动结构包括固定于按压块上且所在位置与防缩块相对应的联动块，所述联动块朝向防缩块的一端设置有斜推面，所述防缩块朝向联动块的一侧设置有用于与斜推面相配合的斜抵面，所述斜推面与斜抵面相接触，且所述联动块距离按压块最远的端部位于防缩块和锁定块之间。

通过采用上述技术方案，当需要安装或拆卸环切刀头时，推压按压块，由于联动块与防缩块相抵触，因此按压块在被按下的过程中，会推挤止位柱旋转，使防缩块脱离锁定块，同时按压块会借助开启块对锁定块施加拉力，将锁定块拉入缩块槽内，进而使连接段能够插入连接套或从连接套内取出。同时在环切刀头装好后，放开按压块，此时弹性件和扭力件分别驱使锁定块和止位柱复位，使得锁定块重新露出缩块槽，并且防缩块重新嵌入锁定块上的缩块槽，从而使得锁定块又被锁定。

综上所述，内、外环刀同心分布的双刀头式的环切刀头能够通过一次加工获得同心度较好的石英圆环，既实现石英圆环加工精度的提高，又实现石英圆环加工效率的提升，并且联动形式的锁定机构能够方便快捷地对环切刀头进行拆装，从而提高环切刀头的更换效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的旋转主轴和环切刀头的剖面结构示意图；

图3是本发明的锁定机构结构展示图；

图4是本发明止位柱的结构示意图。

附图标记说明：

1、机箱；2、升降头；3、旋转主轴；31、连接套；311、锁块槽；312、启块槽；313、启块口；32、插接腔；4、环切刀头；41、连接段；411、锁定槽；42、外环刀；43、内环刀；44、切液口；45、溢液孔；5、锁定机构；51、弹性件；52、锁定块；521、开启槽；522、缩块槽；53、开启块；54、按压块；541、螺丝；55、止位柱；551、防缩块；552、扭力件；553、斜抵面；6、联动块；61、斜推面。

具体实施方式

以下结合附图1至4对本发明作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种半导体用石英圆环一次成型加工设备，参照图1，包括机箱1、升降头2、旋转主轴3以及环切刀头4，升降头2借助丝杆滑块机构升降安装于机箱1内，旋转主轴3转动安装于升降头2上，并可借助电机等动力源进行旋转驱动。

参照图2，环切刀头4包括连接段41、外环刀42以及内环刀43三部分，连接段41和外环刀42一体同轴固定，内环刀43位于外环刀42的内部，内环刀43和外环刀42之间同心分布，且内环刀43同样与连接段41一体固定，同时内环刀43的长度大于外环刀42。为了方便切削液的供应，将连接段41设置为空心结构，同时连接段41和内环刀43之间的连接部位开设有将连接段41和内环刀43导通的切液口44，并且内环刀43的侧壁上开设有沿内环刀43的轴向延伸且将内环刀43和外环刀42的内腔导通的溢液孔45。

为了方便环切刀头4的安装，在旋转主轴3的下端固定有一连接套31，连接套31的中心形成有一插接腔32，安装时环切刀头4的连接段41对准连接套31上的插接腔32装入，同时借助连接套31上设置的锁定机构5对连接套31进行固定。

参照图2和图3，锁定机构5至少设置有两组，对称设置于连接套31的两侧，锁定机构5具体包括弹性件51、锁定块52、开启块53、按压块54以及止位柱55，连接套31两侧的内壁上对称开设有锁块槽311，弹性件51选择弹簧，并且弹性件51安装于锁块槽311内。锁定块52同样安装于锁块槽311内，并对弹性件51形成挤压，于是弹性件51对锁定块52施加朝向连接套31的插接腔32中心运动的弹性推力。

为了方便开启块53和按压块54的安装，在连接套31的外侧壁上开设有启块槽312，启块槽312呈阶梯状，同时将启块槽312和锁块槽311进行打通，以形成启块口313，开启块53的中部转动安装于启块口313内，锁定块52朝向启块口313一侧的表面开设有开启槽521，同时开启块53的一端经由启块口313嵌入开启槽521内且抵触在开启槽521靠近弹性件51一侧的内壁上。

止位柱55转动安装于启块槽312内，在止位柱55的侧壁上一体设置有防缩块551，并且止位柱55上套设有扭力件552，扭力件552选择扭簧，扭力件552的一端抵紧在防缩块551背对锁定块52一侧的表面，进而驱使防缩块551朝向锁定块52转动，同时锁定块52朝向启块口313一侧的表面开设有缩块槽522，防缩块551在扭力件552的驱使下嵌入该缩块槽522内，进而对锁定块52的运动进行约束。

按压块54的形状呈与启块槽312匹配的阶梯块状，按压块54通过两颗螺丝541安装于连接套31的启块槽312内，并且两颗螺丝541没有压死按压块54，使得按压块54能够在启块槽312内伸缩。按压块54装好后抵触在开启块53位于启块槽312内的一端上，此时开启块53作为按压块54和锁定块52之间的杠杆，使得按压块54下压时，能够通过开启块53将锁定块52拉入锁块槽311内，以使得环切刀头4的连接段41能够插入连接套31内，同时在按压块54上设置有将按压块54和止位柱55进行联动的联动结构。

参照图3和图4，该联动结构具体包括联动块6，联动块6一体固定于按压块54朝向止位柱55一侧的表面并与防缩块551所在位置相对应。为了方便联动块6和防缩块551配合，在联动块6朝向防缩块551的一端设置有斜推面61，防缩块551朝向联动块6的一侧设置有用于与斜推面61相配合的斜抵面553，同时斜推面61与斜抵面553相接触，并且联动块6距离按压块54最远的端部位于防缩块551和锁定块52之间，这样当按压块54下压时，联动块6对防缩块551施加的推力方向就会背对锁定块52，从而使得防缩块551能够从对锁定块52进行解锁。

参照图2，为了实现锁定块52对环切刀头4的固定，在连接段41上开设有位置与锁块槽311一一对应的锁定槽411，当安装时，首先压下按压块54，使防缩块551对锁定块52进行解锁，同时使锁定块52缩入锁块槽311内，随后将连接段41插入连接套31的插接腔32内，此时锁块槽311与锁定槽411相对准，放开按压块54之后，锁定块52便会在弹性件51的推动下嵌入锁定槽411内，并且防缩块551会对锁定块52进行锁止，从而实现环切刀头4与旋转主轴3之间的固定。

本申请实施例一种半导体用石英圆环一次成型加工设备的实施原理为：加工时，由升降头2带动环切刀头4下行，对石英块进行切割，由于内环刀43和外环刀42同心分布，因此在切割的过程中，内环刀43对外环刀42具有定位找准作用，使得通过一次装夹，就能够加工获得同心度较高的石英圆环，从而既提高加工效率，又提升加工精度。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。