CN101367200B - 一种抛光垫修整头 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种抛光垫修整头，包括可旋转式气管接头(7)、同步带轮(8)、键(5)、支撑体(9)、轴承(10)、转动环(6)，转动环(6)上安装有两个轴承(10)，还包括第二转动块(14)、第一气缸缸体(15)、第一气缸活塞(16)、密封圈(19)。本发明克服了现有修整头由于橡皮碗的破损造成的可靠性、稳定性较差的问题，提高了修整头的可靠性、稳定性，并延长了修整头的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及芯片制程中的化学机械抛光领域，尤其是指一种抛光垫修整头(Pad Conditioner Head)。
背景技术
在化学机械抛光(Chemical Mechanical Polish，CMP)机器中，修整头用于固定修整轮(Disk)，并带动修整轮对抛光垫(Pad)进行修整。抛光垫表面的小孔用于传输磨料和提高抛光均匀性。抛光垫属于易损件(Consumable parts)，在抛光一些芯片之后，其表面会变得平坦和光滑，达到一种称为光滑表面的状态。处于该状态的抛光垫不能保持抛光磨料，从而会显著降低抛光速率。因此，需对抛光垫进行定期的修整，保证其一致的抛光性能。修整轮在修整头的带动下，压在抛光垫表面上，以一定的速度转动，同时配合研磨液或者去离子水，完成对抛光垫的修整。
现有的抛光垫修整头的结构如图1所示，包括橡皮碗1(Diaphragm)、大螺母2、芯轴3、第一转动块4、键5、转动环6、可旋转式气管接头7、同步带轮8、支撑体9、轴承10。其中，可旋转式气管接头6用于连接第一气管通路11，所述可旋转式气管接头6可外接气管，并可快速插拔外接气管，所述可旋转式气管接头7的根部可作360度旋转，不会影响气密性。同步带轮8采用同步带传动，在马达的带动下，带动第一转动块4转动。支撑体9即为修整头的外壳。大螺母2将橡皮碗1的内圈紧固于芯轴3上，第一转动块4通过螺栓连接将橡皮碗1的外圈紧固于转动环6上，从而使橡皮碗1在修整头的内部形成一个气囊，通过为气囊提供压力或真空，可使芯轴3进行上下运动。而芯轴3与修整轮固定架12相连，修整轮固定架12将修整轮13与其固定为一体。因此，芯轴3的上下运动将带动修整轮13的上下运动。
图2是沿A--A剖面线的剖面示意图。如图2所示，芯轴3与第一转动块4通过键5连接，以保证芯轴3随第一转动块4同步转动而不影响芯轴3的上下运动。所述抛光垫修整头的材质为铝合金或不锈钢。
现有的抛光垫修整头的不足之处在于：
1、现有的抛光垫修整头在使用一段时间后，橡皮碗1由于疲劳破损、老化，容易破裂，导致芯轴3无法进行上下运动，则修整轮13无法对抛光垫进行修整；
2、橡皮碗1破裂后，气囊漏气，气压不稳，导致修整轮13对抛光垫的压力不稳，影响修整轮13对抛光垫的修整效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抛光垫修整头，内置气缸，极大地提高了修整头的可靠性、稳定性，并延长了修整头的使用寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抛光垫修整头，包括可旋转式气管接头7、同步带轮8、键5、支撑体9、轴承10、转动环6，转动环6上安装有两个轴承10，还包括第二转动块14、第一气缸缸体15、第一气缸活塞16、密封圈19，所述同步带轮8、第二转动块14、第一气缸活塞16、转动环6连接成一体；所述第二转动块14与第一气缸活塞16的内部开有第二气管通路20；所述键5固定于第一气缸缸体芯轴17上，第一气缸活塞16的内侧开有键槽18，键5沿键槽18作上下运动，带动第一气缸缸体芯轴17，也即第一气缸缸体15作上下运动；所述密封圈19安装于第一气缸缸体15的内壁上；所述第一气缸缸体15与修整轮固定架12连接成一体。
进一步地，所述第一气缸缸体15内的气压为-100psi～100psi。
进一步地，所述抛光垫修整头的材质是铝合金或不锈钢。
进一步地，所述支撑体9的最大外径尺寸为80～150mm，最大高度尺寸为30～80mm。
本发明的另一技术方案如下：
一种抛光垫修整头，包括可旋转式气管接头7、同步带轮8、支撑体9、轴承10，还包括第三转动块21、第二气缸缸体22、连杆23、第二气缸活塞24，所述第三转动块21内部开有第三气管通路25，与第二气缸缸体22上腔连通；所述轴承10安装于第二气缸缸体22外侧；第二气缸缸体22通过轴承10安装于支撑体9内；所述连杆23和第二气缸活塞24连接成一体，沿第三转动块21上下运动，并在第三转动块21的带动下与第二气缸缸体22同步转动；所述连杆23和修整轮固定架12连接成一体；所述同步带轮8、第三转动块21和第二气缸缸体22连接成一体。
进一步地，所述第三转动块21与连杆23配合处的横截面是非圆截面。
较佳地，所述非圆截面是方形、椭圆形或菱形。
进一步地，所述第三转动块21与连杆23配合处采用键连接。
进一步地，所述连杆23和第二气缸活塞24采用键或方孔连接。
进一步地，所述第二气缸缸体22内的气压为-100psi～100psi。
较佳地，所述抛光垫修整头还包括一个弹簧26，安装于所述抛光垫修整头内部的第二气缸缸体22中。
进一步地，所述抛光垫修整头的材质是铝合金或不锈钢。
进一步地，所述支撑体9的最大外径尺寸为80～150mm，最大高度尺寸为30～80mm。
本发明的优点在于：
本发明的气缸不易破损、老化，极大地提高了抛光垫修整头的使用寿命。
另外，本发明由于内置气缸，不受橡皮碗弹性系数的影响，可保证压力的稳定，从而保证修整轮对抛光垫的修整效果。
此外，本发明可在气缸中安装弹簧，依靠弹簧的弹性完成修整轮的上下运动，而不需要依靠真空提升气缸活塞，进而提升修整轮。
附图说明
图1是现有的抛光垫修整头的装配示意图；
图2是沿图1中A--A剖面线的剖面示意图；
图3是本发明的第一具体实施例的抛光垫修整头的装配示意图；
图4是沿图3中B--B剖面线的剖面示意图；
图5是本发明的第二具体实施例的抛光垫修整头的装配示意图；
图6是沿图5中C--C剖面线的剖面示意图；
图7是图5中的抛光垫修整头加装弹簧后的装配示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图，对本发明作进一步说明。
如图3和图4所示，本发明的第一具体实施例的抛光垫修整头，包括可旋转式气管接头7、同步带轮8、第二转动块14、键5、支撑体9、轴承10、第一气缸缸体15、第一气缸活塞16、两个转动环6。所述同步带轮8、第二转动块14、第一气缸活塞16、转动环6连接成一体；每个转动环6上安装有2个轴承10，因此，转动环6和第一气缸活塞16可在同步带轮8的带动下转动；所述第二转动块(14)与第一气缸活塞(16)的内部开有第二气管通路(20)；键5固定于第一气缸缸体芯轴17上，第一气缸活塞16的内侧开有键槽18，键5配合键槽18作上下运动，带动第一气缸缸体芯轴17，也即第一气缸缸体15作上下运动。因此，第一气缸缸体15可沿着第一气缸活塞16作上下运动，并可在第一气缸活塞16的带动下转动；第一气缸活塞16的侧面(和第一气缸缸体15的接触面)需要进行热处理和精加工，以保证良好的硬度和粗糙度，确保第一气缸活塞16和第一气缸缸体15内壁的密封良好(图3为将示意图显示清楚，两者之间绘制有空隙，实际上，两者配合紧密)；在第一气缸缸体15内壁上装有密封圈19，以保证第一气缸活塞16和第一气缸缸体15的密封；第一气缸缸体15与修整轮固定架12连接成一体。
本具体实施例通过可旋转式气管接头7完成充气和抽气的动作，从而实现修整头第一气缸缸体15内气体压力的变化。所述第一气缸缸体15中的气体为空气或氮气，气压一般保持在-100psi～100psi。当通过第二气管通路20充气时，第一气缸缸体15内部的气压逐渐增大，第一气缸缸体15沿活塞16向下运动，修整轮13也随之向下运动；抽气时，第一气缸缸体15内部的气压逐渐减小，第一气缸缸体15沿键槽18向上运动，则修整轮13随之向上运动。修整轮13在本具体实施例的修整头的带动下，对抛光垫进行修整。
图5是本发明的第二具体实施例的抛光垫修整头的装配示意图。如图5所示，本具体实施例的抛光垫修整头，包括可旋转式气管接头7、同步带轮8、第三转动块21、支撑体9、轴承10、第二气缸缸体22、连杆23、第二气缸活塞24。第三转动块21用于确保第二气缸缸体22和连杆23同步转动，所述第三转动块21内部开有第三气管通路25，与第二气缸缸体22上腔连通；轴承10安装于第二气缸缸体22外侧，使第二气缸缸体22能够转动。第二气缸活塞24随着第二气缸缸体22的上腔气压的变化，完成其上升或下降。第二气缸缸体22在第三转动块21的带动下，与连杆23同步转动；连杆23和第二气缸活塞24连为一体，依靠键或方孔等连接，沿第三转动块21上下运动，并在第三转动块21的带动下与第二气缸缸体22同步转动；所述连杆23和修整轮固定架12连接成一整体；所述同步带轮8、第三转动块21和第二气缸缸体22连接成一整体；第二气缸缸体22通过轴承10安装于支撑体9内。本具体实施例通过第二气缸活塞24和连杆23的上下运动实现对修整轮13的压下和提升；通过同步带轮8的转动，带动第三转动块21转动，进而带动连杆23和第二气缸缸体22转动，从而实现修整轮13的同步转动。
本具体实施例的工作原理为：当充气时，充气至第二气缸缸体22上腔的气压大于下腔的气压，第二气缸活塞24和连杆23则向下运动，修整轮13也随之向下运动；抽气时，抽气至第二气缸缸体22上腔的气压小于下腔的气压，第二气缸活塞24和连杆23向上运动，则修整轮13随之向上运动。修整轮13在本具体实施例的修整头的带动下，对抛光垫进行修整。
请参阅图6，图6是沿C--C剖面线的剖面示意图。如图6所示，第三转动块21与连杆23配合处的横截面是方形，保证了连杆23随第三转动块21同步转动的同时，也能做上下运动。当然，所述横截面并不限于方形，所述第三转动块21与连杆23配合处的横截面也可以是椭圆形、菱形等其它非圆截面，或采用键连接，只需保证连杆23既能随第三转动块21同步转动，也能做上下运动即可。
图7是本发明的第二具体实施例的抛光垫修整头加装弹簧后的装配示意图。如图7所示，可在第二具体实施例的抛光垫修整头的第二气缸缸体22中安装弹簧26，依靠弹簧26的弹性完成对修整轮13的提升，而不再需要依靠真空提升第二气缸活塞24，进而提升修整轮13。通过可旋转式气管接头7向第二气缸缸体22内充气，当充气至第二气缸缸体22上腔内的气体对活塞24的压力大于第二气缸缸体22的下腔的弹簧26的向上弹力时(忽略修整轮固定架12、修整轮13、连杆23和第二气缸活塞24的重力)，第二气缸活塞24和连杆23向下运动，压缩弹簧26；当第二气缸缸体22的上腔气体释放，弹簧26向上弹起，将第二气缸活塞24提起。因此，不需要通过可旋转式气管接头7从第二气缸缸体22内抽气形成真空，即可通过弹簧26的弹力提升第二气缸活塞24，进而提升修整轮13。
在本发明中，第一转动块4、第二转动块14、第三转动块21的材质和作用相同，但形状不同。同样地，第一气缸缸体15、第二气缸缸体22；第一气缸活塞16、第二气缸活塞24；第一气管通路11、第二气管通路20、第三气管通路25皆是材质和作用相同，但形状不同。本发明中的支撑体9的最大外径尺寸为80～150mm，最大高度尺寸为30～80mm。
以上介绍的仅仅是基于本发明的较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的装置作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。
Claims (13)
1.一种抛光垫修整头，包括可旋转式气管接头(7)、同步带轮(8)、键(5)、支撑体(9)、轴承(10)、转动环(6)，转动环(6)上安装有两个轴承(10)，
其特征在于，还包括第二转动块(14)、第一气缸缸体(15)、第一气缸活塞(16)、密封圈(19)，
所述同步带轮(8)、第二转动块(14)、第一气缸活塞(16)、转动环(6)连接成一体；
所述第二转动块(14)与第一气缸活塞(16)的内部开有第二气管通路(20)；
所述键(5)固定于第一气缸缸体芯轴(17)上，第一气缸活塞(16)的内侧开有键槽(18)，键(5)沿键槽(18)作上下运动，带动第一气缸缸体芯轴(17)，也即第一气缸缸体(15)作上下运动；
所述密封圈(19)安装于第一气缸缸体(15)的内壁上；
所述第一气缸缸体(15)与修整轮固定架(12)连接成一体。
2.如权利要求1所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述第一气缸缸体(15)内的气压为-100psi～100psi。
3.如权利要求1所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述抛光垫修整头的材质是铝合金或不锈钢。
4.如权利要求1所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述支撑体(9)的最大外径尺寸为80～150mm，最大高度尺寸为30～80mm。
5.一种抛光垫修整头，包括可旋转式气管接头(7)、同步带轮(8)、支撑体(9)、轴承(10)，
其特征在于，还包括第三转动块(21)、第二气缸缸体(22)、连杆(23)、第二气缸活塞(24)，
所述第三转动块(21)内部开有第三气管通路(25)，与第二气缸缸体(22)上腔连通；
所述轴承(10)安装于第二气缸缸体(22)外侧；第二气缸缸体(22)通过轴承(10)安装于支撑体(9)内；
所述连杆(23)和第二气缸活塞(24)连接成一体，沿第三转动块(21)上下运动，并在第三转动块(21)的带动下与第二气缸缸体(22)同步转动；
所述连杆(23)和修整轮固定架(12)连接成一体；
所述同步带轮(8)、第三转动块(21)和第二气缸缸体(22)连接成一体。
6.如权利要求5所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述第三转动块(21)与连杆(23)配合处的横截面是非圆截面。
7.如权利要求6所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述非圆截面是方形、椭圆形或菱形。
8.如权利要求5所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述第三转动块(21)与连杆(23)配合处采用键连接。
9.如权利要求5所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述连杆(23)和第二气缸活塞(24)采用键或方孔连接。
10.如权利要求5所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述第二气缸缸体(22)内的气压为-100psi～100psi。
11.如权利要求5所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述抛光垫修整头还包括一个弹簧(26)，安装于所述抛光垫修整头内部的第二气缸缸体(22)中。
12.如权利要求5所述的抛光垫修整头，其特征在于：所述抛光垫修整头的材质是铝合金或不锈钢。
13.如权利要求5所述的抛光垫修整头，所述支撑体(9)的最大外径尺寸为80～150mm，最大高度尺寸为30～80mm。
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