一种晶圆抛光主轴的密封结构的制作方法

本发明属于磨削或抛光装置技术领域，具体涉及一种半导体晶圆抛光主轴的旋转密封结构。

背景技术：

随着半导体工艺制程的不断进步,集成电路特征尺寸不断缩小。化学机械抛光(chemicalmechanicalplanarization,cmp)技术是化学作用和机械作用相结合的技术。其工作原理是，首先工件表面材料与抛光液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层,然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除该软质层,使工件表面重新裸露出来，随后再进行化学反应,藉此在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件表面抛光。

目前，化学机械抛光技术已经发展成集在线量测、在线终点检测、清洗等技术于一体的化学机械抛光技术是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物。同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。

一个典型的化学机械平坦化设备通常包括多个抛光单元以及清洗、晶圆运输、干燥等辅助装置。现有抛光单元的抛光主轴，由于在抛光的工作环境下会有酸碱性的气体腐蚀抛光轴内部，所以需要对主轴进行密封。如果对旋转部位直接进行接触式密封，旋转密封圈和密封面就会因相对摩擦而析出杂质，摩擦颗粒会直接掉落到抛光晶圆的表面，由于这些杂质颗粒的不可控，会给晶圆加工带来隐患，甚至导致晶圆的报废。

技术实现要素：

本发明针对上述问题提供一种稳定可靠的密封结构，来隔绝外部加工环境的酸碱气体对主轴内部结构进行侵蚀，析出的杂质不会直接掉落在抛光头和晶圆表面上。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种晶圆抛光主轴的密封结构，包含主轴转子，其端部有旋转法兰与主轴转子同步转动，旋转法兰内部设有旋转密封圈，主轴定子与旋转法兰同侧的端面上设置倒置法兰，倒置法兰中含有吸气通道，所述旋转法兰与所述倒置法兰通过旋转密封圈贴合密封。

作为密封的一种可行性方案，贴合密封可以是通过o型圈预紧。

贴合密封可以是端面密封或径向密封。

旋转密封圈和倒置法兰的间隙保持在0.15mm-0.25mm范围，作为优选，以0.2为最优方案。

理论上，密封圈材料的选择范围很广，作为优选采用聚四氟乙烯。

为显著增加密封材料的使用寿命，作为优选，倒置法兰和旋转密封圈的接触面硬度不低于hrc50，倒置法兰和旋转密封圈的光洁度不低于ra0.1。

与现有晶圆抛光主轴旋转密封结构技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

1，本发明通过在主轴定子的端面上设置倒置法兰，旋转法兰与倒置法兰通过旋转密封圈贴合密封，可以形成一种稳定可靠的密封结构，以隔绝外部加工环境的酸碱气体对主轴内部结构进行侵蚀。

2，由于倒置法兰的内部设有气路，形成吸气通道，可以吸走间隙部位的气体和杂质，使得旋转密封圈因摩擦而析出的杂质不会直接掉落在抛光头和晶圆表面上。

3，密封圈材料的选择范围很广，有利于本发明晶圆抛光主轴密封结构的维修或者保养。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构剖视示意图；

图2为本发明实施例二的结构剖视示意图；

图3为本发明实施例三的结构剖视示意图；

图中的附图标记的含义：1.主轴转子，2.旋转法兰，3.旋转密封圈，4.倒置法兰，5.主轴定子，6.端面密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

鉴于现有技术中抛光主轴结构在对主轴进行密封时，一般采用对旋转部位进行接触式密封。这样旋转密封圈和密封面就会因相对摩擦而析出杂质，如果直接掉落到抛光晶圆的表面，会导致晶圆加工的报废。

本发明提出的晶圆抛光主轴的密封结构中，主轴转子的端部设有旋转法兰与主轴转子同步转动，旋转法兰内部设有旋转密封圈，主轴定子与旋转法兰同侧的端面上设置倒置法兰。

旋转法兰与倒置法兰通过旋转密封圈贴合密封。另外，倒置法兰中含有吸气通道，为确保密封效果，对倒置法兰的和旋转密封圈接触部位的硬度和光洁度有特殊要求,具体而言，需通过离子渗氮技术将接触面的硬度提高到hrc55以上,然后通过强力磨削将表面粗糙度达到ra0.1左右,使之的旋转接触面的摩擦系数降到最小,同时强化耐磨性。

为便于本领域的技术人员实施本发明，现提供以下三个实施例。

实施例一：

该主轴实施例一的主要结构剖视示意图如图1所示，旋转法兰2安装于主轴1转子的端面，通过配合公差和装配使旋转法兰2的内圆和主轴1转子保持较高的同轴度。

将旋转密封圈3装入后，再安装倒置法兰4，通过加工和安装使旋转密封圈和倒置法兰的间隙保持在0.15mm-0.25mm范围，其中以0.2mm左右为最佳密封状态。密封圈材料采用聚四氟乙烯，利用o型圈的弹性使耐磨材料聚四氟乙烯环保持一定的预紧后，使之和密封面贴合。

实施例二：

该主轴实施例二的主要结构剖视示意图如图2所示，主轴转子1上安装旋转法兰2，旋转法兰2通过安装端面密封圈6，最后轴向安装倒置法兰4，通过轴向将端面密封圈6压紧，来起到密封效果，o型圈可以起到使聚四氟乙烯密封材料在轴向保持一定的预紧压力，把径向密封方式转变为轴向密封方式。同上，通过加工和安装使旋转密封圈和倒置法兰的间隙保持在0.15mm-0.25mm范围，其中以0.2mm左右为最佳密封状态。

实施例三：

该主轴实施例三的主要结构剖视示意图如图3所示，主轴转子1上安装旋转法兰2，旋转法兰2内装旋转密封圈3，然后通过倒置法兰4内部的真空吸气通道，将密封圈外部的气体和摩擦通过真空吸气通道吸走。同上，通过加工和安装使旋转密封圈和倒置法兰的间隙保持在0.15mm-0.25mm范围，其中以0.2mm左右为最佳密封状态。

本发明通过在主轴定子的端面上设置倒置法兰，而且倒置法兰中含有吸气通道，旋转法兰与倒置法兰通过旋转密封圈贴合密封，以提供一种稳定可靠的密封结构，隔绝外部加工环境的酸碱气体对主轴内部结构进行侵蚀。由于倒置法兰的内部设有气路，因此可以吸走间隙部位的气体和杂质，使得旋转密封圈因摩擦而析出的杂质不会直接掉落在抛光头和晶圆表面上。

以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种晶圆抛光主轴的密封结构，包含主轴转子，其端部有旋转法兰与主轴转子同步转动，旋转法兰内部设有旋转密封圈，主轴定子与旋转法兰同侧的端面上设置倒置法兰，倒置法兰中含有吸气通道，所述旋转法兰与所述倒置法兰通过旋转密封圈贴合密封，比如通过O型圈预紧。旋转密封圈和倒置法兰的间隙保持在0.15mm‑0.25mm范围。本发明通过在主轴定子的端面上设置倒置法兰，旋转法兰与倒置法兰通过旋转密封圈贴合密封，可以形成一种稳定可靠的密封结构，以隔绝外部加工环境的酸碱气体对主轴内部结构进行侵蚀。由于倒置法兰的内部设有气路，可以吸走间隙部位的气体和杂质，使得旋转密封圈因摩擦而析出的杂质不会直接掉落在抛光头和晶圆表面上。

技术研发人员：顾海洋;古枫;杨思远;张志军
受保护的技术使用者：杭州众硅电子科技有限公司
技术研发日：2018.12.03
技术公布日：2019.02.15