一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器，主要由机架、电机、减速器、气囊、同步带和带轮、摆动臂、支撑轴、支撑底板、球头万向结构、检测传感器等部件组成。本装置主要是通过杠杆机构对气囊充气以带动摆动臂抬升、下降及对抛光台施加修整力的。采用皮带轮传动方式将电机和减速器远离抛光区域放置，同时整个修整器外部安装有不锈钢防护罩以避免内部电子元器件的腐蚀。为了解决修整轮与抛光台面的接触问题，在修整端设计有球头万向结构。本发明的抛光垫修整器可以实现结构和控制方式简单，无交叉污染，修整效果好，同时显著延长抛光垫的使用寿命。
【专利说明】—种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶圆化学机械平坦化(CMP)设备【技术领域】，尤其涉及一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器。
【背景技术】
[0002]随着大规模集成电路的发展，集成度的不断提高，线宽的不断减小，对晶圆的质量要求也越来越高，特别是对晶圆抛光片的表面质量要求越来越严格。在晶圆化学机械平坦化过程中，抛光垫是除抛光液之外的另一种重要耗材。就抛光垫的应用来说，抛光垫材料的化学特性一般要求抛光垫具备耐酸耐碱，持久稳定。但在平坦化过程中，抛光垫表面材质易发生耗损、变形，同时，表面堆积了一定量的化学反应物，如果没有适当的处理，抛光垫表面将呈现快速老化，造成去除率衰退等现象，而抛光垫的机械性能会影响到晶圆表面的平坦度及均匀度，因此为了解决抛光垫的老化问题，平坦化设备都具备抛光垫修整装置，具备与抛光过程同步修整或定时修整的功能。
【发明内容】
[0003]为了更好的解决抛光垫的老化问题，本发明提出了一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器。
[0004]本发明采用如下技术方案:
本发明的用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器包括机架、底板支撑轴、支撑底板、气囊、旋转减速器、法兰盘式减速器、旋转伺服电机、摆动伺服电机、球头万向结构、摆动臂、光电传感器和接近传感器组成；机架与支撑底板通过底板支撑轴连接；气囊位于支撑底板上；接近传感器位于支撑底板上，支撑底板(103)上设有杠杆机构，摆动臂的一端与杠杆机构通过螺钉连接，另一端连接球头万向结构；旋转减速器位于摆动臂上方；旋转伺服电机位于旋转减速器上方；法兰盘式减速器位于机架顶部；光电传感器位于机架上方边缘；摆动伺服电机位于法兰盘式减速器下方，同时位于机架内部。
[0005]底板支撑轴底部设有一个挡片。
[0006]摆动臂上方靠近支撑底板的一端设有主动带轮，球头万向结构的上方设有从动带轮，主动带轮和从动带轮之间通过同步带连接，主动带轮旁边设有皮带预紧装置。
[0007]球头万向结构的下方设有修整轮。
[0008]旋转减速器下方设有减速器固定架。
[0009]杠杆机构和摆动臂的连接处设有杠杆支撑轴。
[0010]球头万向结构是由球轴承一、球轴承二、密封毡圈、球头结构和O型圈组成，球头结构与上方的球轴承二和球轴承一相连，密封毡圈包覆着球轴承二，O型圈位于球轴承一和球轴承二的外侧。
[0011]支撑底板的上方设有后罩，摆动臂的上方设有前罩。
[0012]通过杠杆机构对气囊充气以带动摆动臂抬升、下降及对抛光台施加修整力，其中接近传感器可以使控制系统自动识别摆动臂处于抬升或下降状态。
[0013]提供动力的气囊充气后在体积发生膨胀的同时气囊本身也在其中心轴线上发生了一定角度的弯曲，这符合结构设计的需要。
[0014]采用皮带轮(主动带轮、从动带轮、同步带)传动方式将旋转伺服电机和旋转减速器远离抛光区域放置，以避免因长期暴露在抛光液环境中对旋转伺服电机和旋转减速器所造成的腐蚀。
[0015]整个抛光垫修整器外部安装有不锈钢防护罩(后罩、前罩)以进一步避免内部电子元器件的腐蚀。
[0016]为了解决修整轮与抛光台面的接触问题，在修整端设计有球头万向结构，以使修整轮在杠杆机构的作用下始终与抛光台面保持水平接触，以致获得相对均匀的修整力分布。
[0017]采用伺服电机(摆动伺服电机、旋转伺服电机)实现修整器摆动臂在抛光台上的摆动以及修整轮的转动，其中两个光电传感器和一个挡片可以实现摆动臂在抛光台边缘及在抛光台中间位置的限位作用。
[0018]本发明的积极效果如下:
本发明的抛光垫修整器可以实现结构和控制方式简单，无交叉污染，修整效果好，同时显著延长抛光垫的使用寿命。该装置采用伺服电机实现修整器摆动臂在抛光台上的摆动以及修整轮的转动，为了获得较低的摆动速度及增大修整扭矩，采用输出扭矩更大的法兰输出型减速器。本装置主要是通过杠杆机构对气囊充气以带动摆动臂抬升、下降及对抛光台施加修整力的，根据结构需要所用到的气囊充气后在体积发生膨胀的同时气囊本身也发生了一定角度的弯曲。由于抛光液具有一定的腐蚀性，长期暴露在抛光液环境中会对伺服电机和减速器造成一定的腐蚀，故采用皮带轮传动方式将电机和减速器远离抛光区域放置，同时整个修整器外部安装有不锈钢防护罩以进一步避免内部电子元器件的腐蚀。为了解决修整轮与抛光台面的接触问题，在修整端设计有球头万向结构，以使修整轮在杠杆机构的作用下始终与抛光台面保持水平接触，以致获得相对均匀的修整力分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的抛光垫修整器的结构示意图。
[0020]图2为本发明的抛光垫修整器的结构剖面图。
[0021]图3为本发明的抛光垫修整器的球头万向结构剖面图。
[0022]图4为本发明的抛光垫修整器的外罩结构示意图。
[0023]机架-101，底板支撑轴-102，支撑底板-103，气囊-104，旋转减速器-105，旋转伺服电机-106,球头万向结构-107,摆动臂-108,挡片-109,光电传感器-110,摆动伺服电机-201，法兰盘式减速器-202，接近传感器-203，主动带轮-204，同步带-205，从动带轮-206，修整轮-207，皮带预紧装置-208，减速器固定架-209，杠杆支撑轴-210，球轴承一 -301，球轴承二 -302，密封毡圈-303，球头结构-304，O型圈-305，后罩-401，前罩-402。
【具体实施方式】
[0024]下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。[0025]下面结合附图描述本发明的结构和应用方法。首先上端气囊104缓慢充气，通过杠杆机构使得摆动臂108抬升一定高度，在摆动伺服电机201和摆动减速器202作用下将修整头(球头万向结构107)从抛光台边缘旋转到抛光台中心，此时旋转伺服电机106和旋转减速器105通过同步带轮(204和206)和同步带(205)带动修整轮(钻石轮)207旋转，之后上端气囊104缓慢放气，下端气囊104缓慢充气，使得修整钻石轮207在球头万向结构107的驱动下紧紧压在抛光台(抛光垫)上，同时保证修整钻石轮207正面(修整面)与抛光台(抛光垫)保持平行状态，对下端气囊104充以适当的压缩空气就可以实现该修整装置对抛光垫的压力修整，从而完成摆动臂108抬升一旋转一下降一摆动修整一抬升一旋转一下降的整个抛光垫修整过程。其中光电传感器110和挡片109可以实现摆动臂在抛光台边缘及在抛光台中间位置的限位作用，接近传感器203可以使控制系统自动识别摆动臂108处于抬升还是下降状态。
[0026]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器，其特征在于:该抛光垫修整器是包括机架(101 )、底板支撑轴(102)、支撑底板(103)、气囊(104)、旋转减速器(105)、法兰盘式减速器(202)、旋转伺服电机(106)、摆动伺服电机(201)、球头万向结构(107)、摆动臂(108)、光电传感器(110)和接近传感器(203)组成；机架(101)与支撑底板(103)通过底板支撑轴(102)连接；气囊(104)位于支撑底板(103)上；接近传感器(203)位于支撑底板(103)上，支撑底板(103)上设有杠杆机构，摆动臂(108)的一端与杠杆机构通过螺钉连接，另一端连接球头万向结构(107);旋转减速器(105)位于摆动臂(108)上方；旋转伺服电机(106)位于旋转减速器(105)上方；法兰盘式减速器(202)位于机架(101)顶部；光电传感器(110)位于机架(101)上方边缘；摆动伺服电机(201)位于法兰盘式减速器(202)下方，同时位于机架(101)内部。
2.如权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于:底板支撑轴(102)底部设有一个挡片(109)。
3.如权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于:摆动臂(108)上方靠近支撑底板(103)的一端设有主动带轮(204)，球头万向结构(107)的上方设有从动带轮(206)，主动带轮(204 )和从动带轮(206 )之间通过同步带(205 )连接，主动带轮(204 )旁边设有皮带预紧装置(208)。
4.如权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于:球头万向结构(107)的下方设有修整轮(207)。
5.如权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于:旋转减速器(105)下方设有减速器固定架(209)。
6.如权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于:杠杆机构和摆动臂(108)的连接处设有杠杆支撑轴(210)。
7.如权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于:球头万向结构(107)是由球轴承一(301)、球轴承二( 302 )、密封毡圈(303 )、球头结构(304 )和O型圈(305 )组成，球头结构(304)与上方的球轴承二(302)和球轴承一(301)相连，密封毡圈(303)包覆着球轴承二(302)，O型圈(305)位于球轴承一 (301)和球轴承二 (302)的外侧。
8.如权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于:支撑底板(103)的上方设有后罩(401)，摆动臂(108)的上方设有前罩(402)。
9.如权利要求8所述的抛光垫修整器，其特征在于:后罩(401)和前罩(402)是由不锈钢材料制成。
【文档编号】B24B53/017GK103506956SQ201310443621
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】柳滨, 高文泉, 陈威, 郭强生 申请人:中国电子科技集团公司第四十五研究所