CN101708593B - 化学机械抛光心轴传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学机械抛光心轴传动装置，涉及化学机械抛光设备技术领域。包括心轴自转机构，心轴升降机构和心轴公转机构，心轴的座套和转动架间设有四连杆机构，四连杆机构的上下相对的两杆件间装有可控制四连杆机构开合的气囊机构，所述的转动架固定在公转轴上。本发明克服了已有技术之不足，具有结构简单、紧凑、使用方便、工作效率高、心轴力易精确控制、有利于提高工作质量的特点；尤其适用于化学机械抛光设备上，也可适于其它具有与CMP相似工艺要求的其他半导体设备上。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光设备技术领域。
背景技术
化学机械抛光(CMP)是一种对半导体材料或是其它类型的材料的衬底进行平坦化或是抛光的方法。在化学机械抛光过程中，抛光头起着拾取晶圆和带动晶圆旋转在抛光垫上进行抛光的作用，晶圆拾取和晶圆旋转通过晶片运载器(carrier)实现，晶圆运载器与心轴系统上的运载器法兰通过真空固定，晶圆拾取和晶圆旋转通过心轴系统提供动力。晶片由晶片运载器保持，晶片的背侧面面对晶片运载器，晶片的前侧面面对抛光垫，抛光垫放在台板上，台板通常放在晶片运载器上，晶片运载器和台板旋转，从而抛光垫抛光晶片前侧面。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学机械抛光心轴传动装置，具有结构简单、紧凑、使用方便、工作效率高、心轴力易控制、有利于提高工作质量的特点；用途广，尤其适用于化学机械抛光设备上，也可适于其它具有与CMP相似工艺要求的其他半导体设备上。
本发明的主要技术方案是：一种化学机械抛光心轴传动装置，包括心轴自转机构，其特征在于具有心轴升降机构和心轴公转机构，结构为：心轴的座套和转动架间设有四连杆机构，四连杆机构的上下相对的两杆件间装有可控制四连杆机构开合的伸缩机构，所述的转动架固定在公转轴上。
所述的伸缩机构可为气囊机构。也可为气缸、油缸或电动丝杠等。
所述的四连杆机构的竖板上固定有固定板，压簧和气囊机构分别固定在固定板的上下面上，压簧和气囊机构另一端分别与上活动板、下活动板连接，上活动板、下活动板分别安装在的上下相对的两杆件间。
所述的四连杆机构装有压力传感器，并设有心轴压力闭环控制电路。
所述的公转轴上装有传动带轮，公转轴装在轴座上。
所述的心轴自转机构为：伺服电机通过减速器和心轴连接，心轴装在低摩擦力的滚动轴承上。
所述的心轴为多孔空心轴，可与水路气嘴、气路气嘴、真空气嘴连接的通道流体装置与该多孔空心轴轴相连，轴与运载器法兰及运载器相连。
本发明具有突出的有益效果：它克服了已有技术之不足，很好解决了现有技术中长期以来存在的并一直未能解决的问题，具有结构简单、紧凑、使用方便、工作效率高、心轴力易精确控制、有利于提高工作质量的特点；可实现抛光过程中分区域背压控制。多空心轴结构，为实现抛光头通真空、水路、气路提供了平台。采用此项技术对晶圆进行抛光时，可实现抛光头旋转、升降及对心轴力的精确控制。用途广，尤其适用于化学机械抛光设备上，也可适于其它具有与CMP相似工艺要求的其他半导体设备上。
以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1的的装配示意图。
图3是图1中心轴20的横、纵剖面图。
图4是图1中心轴20的纵剖面图。
图5是图1中心轴20滚动轴承安装结构示意图。
图6是心轴力控制系统框图。
图中标号说明：1-减速器 2-旋转接头法兰 3-气嘴 4-旋转接头 5-连接件 16-上活动板 7-压力传感器 8-传感器支架 9-转动架 10-螺钉11-公转轴(或塔轴) 12-转动架2 13-轴座 14-螺母1 15-带轮 16-四连杆机构 17-下活动板 18-气囊机构 19-运载器法兰 20-心轴 21-螺母2 22-连杆 23-固定板 24-压簧 25-(心轴)座套 26-轴承杆 27-轴承 28-连接件2 29-伺服电机 30-联轴器 31-轴承1 32-轴承2。
具体实施方式
参见图1～图4，心轴升降：固定板23固定在竖板16上，压簧24和气囊机构18分别固定在固定板23的上下面上，压簧24和气囊机构18另一端分别与上活动板6、下活动板17连接，上、下活动板6、17分别安装在四连杆机构上，四连杆机构与心轴20相连，心轴20在压簧24和气囊机构18上保持平衡，通过气压的变化，实现心轴20的升降。
心轴自转：伺服电机29通过减速器1带动心轴20旋转，心轴与圆锥滚子轴承安装如附图4所示。
心轴公转：电机通过同步带带动带轮15旋转，带轮15带动塔轴11旋转，塔轴11分别通过上下两个转动架9、12带动心轴20独立旋转，从而实现心轴20绕塔轴11进行公转。
精确心轴力控制：选用压力传感器，采用闭环控制技术，实现心轴力精确控制。如图1所示：当抛光头偏离抛光台时，压力传感器7不与上面的连杆22接触，当抛光头与抛光台接触，压力传感器7才感应到力的变化，利用压力传感器7反馈的数据实现对心轴力的精确控制。
心轴流体控制：水路气嘴、气路气嘴、真空气嘴分别安装在5通道流体装置4上，5通道流体装置4与多孔空心轴20相连(多孔空心心轴20如附图3所示)，水路、气路、真空通过流体装置4、心轴20、运载器法兰19与carrier相连，其中4路氮气产生3区域背压和一路保持环力，2路真空实现吸附晶圆硅片和心轴与carrier的固定功能，其中产生背压的一路氮气与吸附硅片的一路真空公用一个通道，由一个电磁阀实现控制。心轴系统与carrier组成整个抛光头系统，在功能上具有硅片夹持、下压力产生、背压产生、压力调整、旋转、工位传递等多种功能。水路气嘴、真空气嘴、氮气气嘴通过流体装置、空心心轴、心轴法兰后与carrier连接，在抛光过程中起到产生背压、吸附晶圆、清洗晶圆等作用(气嘴包括水路气嘴、真空气嘴、氮气气嘴共计五个)。水路实现晶圆清洗和将晶圆安全从运载器上放下。
Claims (4)
1.一种化学机械抛光心轴传动装置，包括心轴自转机构，其特征在于具有心轴升降机构和心轴公转机构，结构为：心轴(20)的座套(25)和转动架(9、12)间设有四连杆机构(16)，四连杆机构(16)的上下相对的两杆件间装有可控制四连杆机构开合的伸缩机构，所述的转动架(9、12)固定在公转轴(11)上；所述的伸缩机构为气囊机构(18)；所述的四连杆机构(16)的竖板(16)上固定有固定板(23)，压簧(24)和气囊机构(18)分别固定在固定板(23)的上下面上，压簧(24)和气囊机构(18)另一端分别与上活动板(6)、下活动板(17)连接，上活动板(6)、下活动板(17)分别安装在的上下相对的两杆件间；所述的心轴(20)为多孔空心轴，与水路气嘴、气路气嘴、真空气嘴连接的通道流体装置(4)与该多孔空心轴(20)相连，心轴(20)与运载器法兰(19)及运载器相连。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光心轴传动装置，其特征在于所述的四连杆机构(16)装有压力传感器(7)，并设有心轴压力闭环控制电路。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光心轴传动装置，其特征在于所述的公转轴(11)上装有传动带轮(15)，公转轴(11)装在轴座(13)上。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光心轴传动装置，其特征在于所述的心轴自转机构为：伺服电机(29)通过减速器(1)和心轴(20)连接，心轴(20)装在低摩擦力的滚动轴承上。
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