集成式晶圆抛光主轴的制作方法

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装置，包括内部的气路结构和内置旋转驱动。

技术背景

随着半导体行业的飞速发展,集成电路的特征尺寸不断趋于微细化,因此半导体薄膜表面的高平坦化对器件的高性能、低成本、高成品率有着重要的影响。

化学机械平坦化(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。抛光单元通常包括工作台、抛光盘、抛光头、抛光臂、修整器、抛光液臂等，抛光盘、抛光头、抛光臂、修整器、抛光液臂按照工艺加工位置布置在工作台上。

在抛光晶圆作业时，需频繁地用一个专用的抛光头对晶圆进行吸取和分区域施压，并带动晶圆旋转。这样就需要有一个旋转轴并且内部须要有输气通道。

现有技术中，主轴是用弹性联轴器连接旋转轴端面和主轴上端的电机，旋转轴通过轴承嵌套在主轴壳体中，带动主轴旋转。但这种主轴结构不够紧凑，因为旋转驱动位于主轴的上部，这样的传动结构会导致主轴上部空间机构庞大而使设备整体高度增加。而且旋转驱动内含的轴承会和主轴所装载的轴承重复，这样就会造成结构的重复。

另外，由于现有主轴的转子和法兰通常是一体化设计，所以法兰和主轴转子而法兰直径大于主轴转子直径,导致在加工时会造成材料的浪费，同时这种一体式设计会导致内部气路通道加工工艺复杂，加工成本也比较高。

技术实现要素：

本发明针对上述主轴结构不够紧凑以及转子和法兰一体化设计带来的内部气路通道加工工艺复杂问题提出一种紧凑的晶圆抛光主轴结构，同时内部又有传输的气路，以简化主轴加工工艺，压缩主轴成本。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为一种集成式晶圆抛光主轴，包括壳体、位于壳体内部的转轴、位于转轴两端的轴承、旋转驱动装置。转轴通过抛光头过渡法兰将转矩传递到抛光头上，旋转驱动装置位于壳体的内部，旋转驱动装置可以传递转矩带动转轴旋转，转轴的内部含输气通道，以输送抛光头内部需要的气体。

其中，上述输气通道和转轴以及抛光头过渡法兰是分离的。

转轴顶部设置旋转接头，其通过输气通道和抛光头过渡法兰输送抛光头内部需要的压缩空气。

上述输气通道可以是刚性结构或柔性结构。

如果是刚性结构，可以采用诸如内部含有通道的轴或独立的钢性管道的方式。

如果是柔性结构，可以选用气管。

上述旋转驱动装置可以通过键、法兰或抱紧的方式或其他本领域常见的技术带动转轴旋转。

为限制轴承的轴向窜动，在轴承的上方设置轴承上压盖。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

1，本发明的旋转驱动装置位于主轴壳体的内部，通过键、法兰或抱紧的方式带动转轴旋转，主轴结构紧凑，因此可以克服通常采用的因为旋转驱动位于主轴的上部而导致的主轴上部空间机构庞大而使设备整体高度增加的缺陷。

2，旋转接头通过柔性输送方式或者刚性输送方式将压缩空气输送到抛光头过渡法兰相应的气孔，输气通道和转轴以及抛光头过渡法兰是分离的，因此可以有效克服法兰和主轴转子一体式设计造成的材料浪费，避免内部气路通道加工工艺的复杂化。

3，可以根据实际的需要选择柔性通道或刚性通道，向抛光头内部输送需要的压缩空气，系统的配置更加灵活。

说明书附图

图1为本发明主轴实施例一的主要结构剖视示意图；

图2为本发明主轴实施例二的主要结构剖视示意图；

图中使用的附图标记的含义：1.转轴，2.轴承，3.壳体，4.旋转驱动装置，5.抛光头过渡法兰，6.轴承上压盖，7.输气通道，8.旋转接头，9.柔性通道旋转接头过渡法兰，10.刚性通道旋转接头过渡法兰，11.气管，12.气管接头。

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。

如图1和2所示，本发明的主轴的结构包含转轴1、轴承2、壳体3、旋转驱动装置4、抛光头过渡法兰5、轴承上压盖6、输气通道7、旋转接头8、柔性通道旋转接头过渡法兰9、刚性通道旋转接头过渡法兰10。

本发明的旋转驱动装置4位于主轴的壳体3的内部，通过键、法兰或抱紧的方式带动转轴1旋转，即旋转驱动装置4通过键、法兰配合与转轴1连接，以带动转轴1旋转，或者旋转驱动装置4通过抱紧转轴1与其连接，以带动转轴1旋转。本发明主轴结构紧凑，因此可以克服通常采用的因为旋转驱动装置位于主轴的上部而导致的主轴上部空间机构庞大而使设备整体高度增加的缺陷。

旋转接头8通过端面螺钉连接柔性通道旋转接头过渡法兰9，或通过端面螺钉连接刚性通道旋转接头过渡法兰10。柔性通道旋转接头过渡法兰9或刚性通道旋转接头过渡法兰10通过螺纹或者螺钉和转轴1连接，旋转接头8通过采用柔性输送方式或者采用刚性输送方式的输气通道7将压缩空气输送到抛光头过渡法兰5相应的气孔，其中该输气通道7设置在转轴1的内部。

本发明中的输气通道7、转轴1和抛光头过渡法兰5，三者之间并非如现有技术采用一体化设计，而是相互独立设置并通过连接后组合构成。具体的，输气通道7设置在转轴1的内部，且与抛光头过渡法兰5的气孔连接。

为便于本领域的技术人员实施本发明，现提供以下两个实施例。

实施例一：如图1所示，本主轴的结构由旋转驱动装置4通过键、法兰或抱紧的方式带动转轴1旋转，转轴1通过抛光头过渡法兰5将转矩传递到抛光头上。旋转接头8置于转轴1的顶部，通过柔性通道旋转接头过渡法兰9向设置在转轴1内部的气管11和气管接头12输送压缩空气，并经由抛光头过渡法兰5输送至抛光头内部，提供抛光头内部需要的压缩空气。壳体3的两端安装有轴承，并通过轴承上压盖6限制轴承2的轴向窜动来保证转轴1的刚性。

在本实施例中，所述的输气通道7采用柔性结构实现，例如采用上述的气管11并配合气管接头12实现。

实施例二：如图2所示，本主轴的结构由旋转驱动装置4通过键、法兰或抱紧的方式传递转矩带动转轴1旋转，然后转轴1通过抛光头过渡法兰5将转矩传递到抛光头上，置于转轴1顶部的旋转接头8通过刚性通道旋转接头过渡法兰10向设置在转轴1内部的输气通道7输送压缩空气，并经由抛光头过渡法兰5输送至抛光头内部,提供抛光头内部所需的压缩空气。壳体3的两端安装有轴承2，并通过轴承上压盖6限制轴承2的轴向窜动来保证转轴1的刚性。

在本实施例中，所述的输气通道7采用刚性结构实现，例如采用内部含有通道的轴或独立的钢性管道实现。

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。