一种抛光头及抛光机的制作方法

1.本发明属于化学机械抛光技术领域，特别涉及一种抛光头及抛光机。


背景技术：

2.半导体行业，单晶硅晶片和镀膜后的衬底片（例如碳化硅衬底片等）是半导体器件生产的基底材料，基底材料需要通过精细的化学机械抛光工艺（chemical mechanical polishing，cmp）进行减薄抛光以满足工艺要求。
3.化学机械抛光工艺是将晶片工件固定在抛光头上，晶片工件在抛光头的带动下与抛光盘上的抛光垫相接触，抛光垫在抛光盘的带动下进行高速旋转，抛光头与抛光盘进行反向相互自转，同时，抛光介质（例如抛光液）通过导管滴到抛光垫上表面，流到晶片工件与抛光垫之间，晶片工件表面的凸起区域与抛光液中的化学物质相互反应而形成软化反应层，抛光头上设有压力装置，晶片工件在压力装置的压力作用下与抛光垫和抛光液相摩擦，抛光垫与抛光液中的磨粒将晶片工件表面形成的软化反应层磨去，并露出新的未抛光表面，重新生成软化反应层，继续磨去，如此不断重复，直到晶片工件表面被抛光修平达到工艺要求。
4.目前，晶片表面抛光的平坦度和粗糙度控制受单面抛光机抛光盘自身的平坦度影响非常大，由于抛光机的抛光盘直径较大，抛光头直径较小，抛光盘及抛光头的转速也不相同，因此，在抛光时抛光盘和抛光头上各点的线速度不同，从而使得晶片工件表面各点厚度不尽相同，尤其上晶片工件的边缘容易出现“过抛”现象，进而影响晶片工件抛光平坦度。
5.因此，现有技术有待改进和发展。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供了一种抛光头及抛光机，能够使得安装盘在电缸的驱动作用下产生向下的变形，从而改善待抛光工件的平坦度，提高抛光质量。
7.第一方面，本技术提供一种抛光头，包括用于安装待抛光工件的安装盘、用于安装所述安装盘的环形安装板、用于安装所述环形安装板的底板、用于驱动所述底板向下移动的移动驱动件、用于驱动所述底板转动的第一转动驱动件及用于驱动所述安装盘向下变形的电缸；所述环形安装板的两端分别连接所述安装盘及所述底板；所述移动驱动件的输出端连接所述底板的上表面；所述第一转动驱动件的输出端连接所述底板或所述移动驱动件；所述安装盘、所述环形安装板及所述底板形成安装空间，所述电缸设置在所述安装空间内，所述电缸的输出端连接有移动板，所述移动板抵接所述安装盘上表面的中心区域。
8.本技术提供的抛光头通过环形安装板、底板及安装盘形成安装空间，并在安装空间内设置电缸的设计，使得安装盘的中心区域能够在电缸的作用下产生向下的变形，从而改善待抛光工件的平坦度，提高抛光质量。
9.进一步地，上述安装盘上表面的边缘区域设置在所述环形安装板的下表面。
10.本技术通过将安装盘上表面的边缘区域设置在所述环形安装板的下表面的设计，
使得安装盘在电缸的驱动作用下向下变形时，安装盘与环形安装板连接牢固。
11.进一步地，上述抛光头还包括用于保证安装盘安装牢固的环形加固板；所述环形加固板设置在所述环形安装板的外侧壁上，所述安装盘的侧壁连接所述环形加固板的内侧壁。
12.本技术通过将安装盘的侧壁与环形加固板的内侧壁连接，加强安装盘的连接牢固程度，避免电缸驱动安装盘的中心区域向下变形时，安装盘与环形安装板分离。
13.进一步地，上述抛光头还包括用于对所述安装盘上表面的非中心区域进行支撑的支撑板；所述支撑板设置在所述安装空间内，所述支撑板的下表面活动抵接所述安装盘上表面的非中心区域。
14.进一步地，上述支撑板包括横板及支撑环；所述横板设置在所述安装空间内，所述横板的下表面活动抵接所述安装盘上表面的非中心区域；所述支撑环的一端连接所述底板的下表面，所述支撑环的另一端连接所述横板的上表面。
15.进一步地，上述横板为环形，环形所述横板的外侧壁抵接所述环形安装板的内侧壁，环形所述横板的内侧壁抵接所述移动板。
16.进一步地，上述底板的下表面开设有便于安装所述电缸的安装凹位，所述电缸的一端安装在所述安装凹位内。
17.进一步地，上述底板的上表面设有便于连接所述底板与所述移动驱动件的输出端的固定环，所述固定环位于所述底板上表面的中心区域，所述移动驱动件的输出端插设在所述固定环内。
18.第二方面，本发明提供的一种抛光机，包括机架、第二转动驱动件、抛光盘及上述的抛光头，所述第二转动驱动件设置在所述机架上，所述抛光盘连接所述第二转动驱动件的输出端；所述抛光头设置在所述机架上，所述抛光头与所述抛光盘相对。
19.进一步地，上述抛光机还包括用于控制抛光机的控制屏；所述控制屏设置在所述机架上，所述控制屏电性连接所述第二转动驱动件及所述抛光头。
20.由上可知，本发明的抛光头及抛光机通过环形安装板、底板及安装盘形成安装空间，并在安装空间内设置电缸的设计，使得安装盘的中心区域能够在电缸的作用下产生向下的变形，从而改善待抛光工件的平坦度，提高抛光质量。
21.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
22.图1为本技术实施例提供的一种抛光头的结构示意图。
23.图2为本技术实施例提供的一种移动板与支撑板配合的结构示意图。
24.图3为本技术实施例提供的一种抛光机的结构示意图。
25.标号说明：10、抛光头；101、安装盘；102、环形安装板；103、底板；1031、安装凹位；104、移动驱动件；105、电缸；106、安装空间；107、移动板；108、环形加固板；109、支撑板；1091、横板；1092、支撑环；110、固定环；201、机架；202、第二转动驱动件；203、抛光盘；204、控制屏；205、静压轴承。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
28.如图1所示，第一方面，本发明一种抛光头10，包括：用于安装待抛光工件的安装盘101、用于安装安装盘101的环形安装板102、用于安装环形安装板102的底板103、用于驱动底板103向下移动的移动驱动件104、用于驱动底板103转动的第一转动驱动件及用于驱动安装盘101向下变形的电缸105。环形安装板102的两端分别连接安装盘101及底板103。移动驱动件104的输出端连接底板103的上表面。第一转动驱动件的输出端连接底板103或移动驱动件104。安装盘101、环形安装板102及底板103形成安装空间106，电缸105设置在安装空间106内。电缸105的输出端连接有移动板107，移动板107抵接安装盘101上表面的中心区域。
29.具体应用中，移动驱动件104产生驱动力驱动底板103进行上下移动，当移动驱动件104驱动底板103向下移动至预定位置后，电缸105驱动移动板107向下移动，移动板107推动安装盘101的中心区域向下变形，使得安装盘101的下表面变为近似球面，第一转动驱动件产生驱动力驱动底板103转动，底板103带动通过吸盘或负压吸附在安装盘101下表面的待抛光工件转动，使得待抛光工件边缘的应力分布均匀，从而使得待抛光工件表面的抛光去除量尽可能均匀，改善待抛光工件边缘的“过抛”现象，提高待抛光工件的平坦度，进而提高抛光质量。
30.具体地，移动驱动件104可以采用气缸，气缸的活塞杆的一端连接底板103的上表面的中心区域，且气缸的活塞杆与底板103垂直，如此，保证移动驱动件104驱动底板103在竖直方向上平稳移动，避免底板103出现倾斜，对待抛光工件的平坦度造成影响。
31.具体地，第一转动驱动件为电机，电机的输出轴连接底板103或移动驱动件104，以驱动底板103进行转动，当然，电机的输出轴也可以通过皮带轮或链轮等方式连接底板103或移动驱动件104。
32.具体地，安装盘101选用陶瓷材料制成，陶瓷材料制成的安装盘101不仅机械强度高，而且化学性质温度，不易破坏磨损且不与抛光液发生化学反应，从而可以有效保证抛光的稳定性。
33.在一些优选的实施方式中，上述安装盘101上表面的边缘区域设置在环形安装板102的下表面。通过将安装盘101上表面的边缘区域设置在环形安装板102的下表面的设计，使得安装盘101在电缸105的驱动作用下向下变形时，安装盘101与环形安装板102连接牢固，避免出现安装盘101与环形安装板102分离的情况。同理，环形安装板102的上表面设置在底板103的下表面的边缘区域。
34.具体地，安装盘101上表面的边缘区域设置在环形安装板102的下表面以及环形安
装板102的上表面设置在底板103的下表面的边缘区域，可以采用可拆卸连接方式进行连接，如螺栓连接，也可以采用不可拆卸连接方式进行连接，如焊接。
35.在一些优选的实施方式中，上述抛光头10还包括用于保证安装盘101安装牢固的环形加固板108。环形加固板108设置在环形安装板102的外侧壁上，安装盘101的侧壁连接环形加固板108的内侧壁。通过将安装盘101的侧壁与环形安装板102的外侧壁连接，加强安装盘101的连接牢固程度，避免电缸105驱动安装盘101的中心区域向下变形时，安装盘101与环形安装板102分离。
36.具体地，安装盘101的下表面与环形加固板108的下表面重合，如此，使得抛光头10的下表面为平面，以便于安装待抛光工件。
37.在一些优选的实施方式中，上述抛光头10还包括用于对安装盘101上表面的非中心区域进行支撑的支撑板109。支撑板109设置在安装空间106内，支撑板109的下表面活动抵接安装盘101上表面的非中心区域。具体应用中，支撑板109对安装盘101上表面的非中心区域进行支撑，使得安装盘101对待抛光工件进行充分支撑，以保证待抛光工件表面的抛光去除量均匀，从而保证待抛光工件的平坦度。
38.在一些优选的实施方式中，支撑板109包括一体成型的横板1091及支撑环1092。横板1091设置在安装空间106内，横板1091的下表面活动抵接安装盘101上表面的非中心区域。支撑环1092的一端连接底板103的下表面，支撑环1092的另一端连接横板1091的上表面。通过该技术方案，对安装盘101上表面的非中心区域进行充分支撑，避免抛光时出现待抛光工件表面非中心区域的抛光去除量小于待抛光工件表面中心区域的抛光去除量的情况。
39.如图2所示，具体应用中，横板1091为环形，环形的横板1091的外侧壁抵接环形安装板102的内侧壁，环形的横板1091的内侧壁抵接移动板107。通过该技术方案，保证横板1091对安装盘101上表面非中心区域（除去中心区域及边缘区域以外的区域）的全面支撑。
40.具体应用中，横板1091与支撑环1092相互垂直，横板1091的内侧壁与支撑环1092的内侧壁重合设置，如此，保证支撑板109的强度，从而保证横板1091对安装盘101上表面非中心区域的有效支撑。
41.在一些优选的实施方式中，上述底板103的下表面开设有便于安装电缸105的安装凹位1031。电缸105的一端安装在安装凹位1031内。通过在底板103的下表面开设与电缸105的一端形状相适配的安装凹位1031，不仅便于快速将电缸105安装在底板103上的预定位置处，而且可有效节约安装时间。
42.在一些优选的实施方式中，上述底板103的上表面设有便于连接底板103与移动驱动件104的输出端的固定环110，固定环110位于底板103上表面的中心区域，移动驱动件104的输出端插设在固定环110内。通过该技术方案，便于快速将移动驱动件104的一端连接在底板103的预定位置。
43.如图3所示，第二方面，本发明提供的一种抛光机，包括机架201、第二转动驱动件202、抛光盘203及第一方面中的抛光头10。第二转动驱动件202设置在机架201上，抛光盘203连接第二转动驱动件202的输出端。抛光头10设置在机架201上，抛光头10与抛光盘203相对。
44.具体应用中，移动驱动件104产生驱动力驱动底板103进行上下移动，底板103带动
环形安装板102及安装盘101进行上下移动，从而带动安装盘101上安装的待抛光工件进行上下移动，当移动驱动件104驱动底板103向下移动至预定位置后，即待抛光工件的下表面与抛光盘203上设置的抛光垫的上表面抵接后，电缸105产生驱动力驱动移动板107向下移动，移动板107推动安装盘101的中心区域向下变形，使得安装盘101的下表面变为近似球面，于此同时，第一转动驱动件产生驱动力驱动底板103转动，第二转动驱动件202产生驱动力驱动抛光盘203转动，底板103的转动方向与抛光盘203的转动方向相反，实现对待抛光工件的抛光操作。
45.在一些优选的实施方式中，上述抛光机还包括用于控制抛光机的控制屏204。控制屏204设置在机架201上，控制屏204电性连接第二转动驱动件202及抛光头10。具体应用中，通过控制屏204不仅便于技术人员监控抛光机的工作状态，而且通过操作控制屏204可以根据实际需求适应性的调整抛光机的各项技术参数。
46.需要说明的是，控制屏204可以通讯连接便携控制器，便携控制器可以为手机、平板或手提电脑等，如此，可以实现对抛光机的远程控制。
47.优选地，第二转动驱动件202的输出端连接有静压轴承205，抛光盘203设置在静压轴承205上，静压轴承205是一种靠外部供给压力油，在轴承内建立静压承载油膜以实现润滑的滑动轴承，静压轴承205从起动到停止始终在润滑下工作，所以没有磨损，使用寿命长，起动功率小。此外，静压轴承205还具有旋转精度高，油膜刚度大，能抑制油膜振荡等优点，通过静压轴承205带动抛光盘203转动，有效保证抛光盘203的回转精度，同时，使得抛光盘203具有很好的轴向承载力。
48.具体地，第二转动驱动件202为电机，电机的输出轴可以直接通过联轴器连接静压轴承205的主轴，也可以采用皮带轮或链轮等方式连接静压轴承205的主轴。
49.综上所述，本发明的抛光头10及抛光机通过环形安装板102、底板103及安装盘101形成安装空间106，并在安装空间106内设置电缸105的设计，使得安装盘101的中心区域能够在电缸105的作用下产生向下的变形，从而改善待抛光工件的平坦度，提高抛光质量。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
51.以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。