CN107363717A - 具有自适应性的抛光头和具有其的化学机械抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自适应性的抛光头和具有其的化学机械抛光装置，所述抛光头包括：枢轴组件，所述枢轴组件包括轴体和转盘，所述转盘与所述轴体相连且与所述轴体同轴设置，所述转盘的外周壁设有缘板；夹片组件，所述夹片组件上设有适于与所述转盘配合的凹槽，所述转盘配合在所述凹槽内且所述缘板的外周面与所述凹槽的内周壁接触。根据本发明实施例的具有自适应性的抛光头，在抛光头旋转时，防止枢轴组件发生径向方向的移动，有效降低枢轴组件上的周向摆动，以保证抛光头的定心功能，提高抛光头稳定性和自适应性，提高基片的平行度，进而改善基片的抛光特性。

Description

具有自适应性的抛光头和具有其的化学机械抛光装置

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及具有自适应性的抛光头和具有其的化学机械抛光装置。

背景技术

抛光头(Carrier head)是化学机械抛光单元的重要组成部分，相关技术的抛光头相当于一个万向节，枢轴组件只能吸收夹片组件与基座之间的上下方向振动，在旋转驱动机构的带动下，枢轴组件相对于基座做高速旋转运动，使得枢轴组件在会出现一定偏转，会产生周向的摆动，存在定心功能不足、自适应性差的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有自适应性的抛光头，能够有效降低枢轴组件的摆动，使得稳定性和自适应性提高

本发明还提出了一种具有所述抛光头的化学机械抛光装置。

根据本发明第一方面实施例的具有自适应性的抛光头，包括：枢轴组件，所述枢轴组件包括轴体和转盘，所述转盘与所述轴体相连且与所述轴体同轴设置，所述转盘的外周壁设有缘板；夹片组件，所述夹片组件上设有适于与所述转盘配合的凹槽，所述转盘配合在所述凹槽内且所述缘板的外周面与所述凹槽的内周壁接触。

由此，根据本发明实施例的具有自适应性的抛光头，缘板的外周面与凹槽的内周壁接触，这样，在抛光头旋转时，防止枢轴组件发生径向方向的移动，有效降低枢轴组件上的周向摆动，以保证抛光头的定心功能，提高抛光头稳定性和自适应性，提高基片的平行度，进而改善基片的抛光特性。

另外，根据本发明实施例的具有自适应性的抛光头还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述缘板的外周面与所述凹槽的内周壁线接触。

可选地，所述缘板的外周面在所述转盘过所述中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,所述外轮廓线线a为弧形。

可选地，所述缘板的外周面在所述转盘过所述中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,所述外轮廓线线a包括至少一条弧形段和至少一条直线段。

可选地，所述缘板的外周面在所述转盘过所述中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,所述外轮廓线线a包括多条直线。

根据本发明的一些实施例，所述缘板的上方和所述缘板的下方分别设有吸振环。

可选地，所述缘板与所述吸振环配合的一侧上设有通孔。

根据本发明的一些实施例，所述转盘与所述轴体之间限定出内腔，所述内腔内设有若干肋板，所述肋板分别与所述轴体的外周壁和所述内腔的内周壁相连。

可选地，所述肋板沿所述内腔的径向延伸，且若干肋板沿所述内腔的周向间隔开设置。

根据本发明的一些实施例，所述具有自适应性的抛光头还包括：基体，所述基体具有轴孔，所述枢轴组件设在所述基体和所述夹片组件之间且所述轴体配合在所述轴孔内。

可选地，所述基体与所述夹片组件之间设有弹性件，所述弹性件、所述基体和所述夹片组件之间限定出密封腔。

可选地，所述基体设有通气孔，所述通气孔连通气源和所述密封腔。

可选地，所述具有自适应性的抛光头还包括：缓冲件，所述缓冲件设在所述夹片组件上且位于所述基体和所述夹片组件之间。

可选地，所述缓冲件为缓冲柱，所述缓冲柱为多个。

可选地，多个所述缓冲柱沿所述夹片组件的周向间隔开设置。

根据本发明的一些实施例，所述具有自适应性的抛光头还包括：盖体，所述盖体固定在所述夹片组件上且与所述夹片组件之间设有盖体密封圈。

根据本发明的一些实施例，所述具有自适应性的抛光头还包括保持环，所述保持环安装在所述夹片组件的下端，基片位于所述夹片组件的下方且位于所述保持环内。

根据本发明第二方面实施例的化学机械抛光装置具有上述实施例的具有自适应性抛光头。

根据本发明第二方面实施例的化学机械抛光装置包括：抛光盘，所述抛光盘上设有抛光垫；抛光头，所述抛光头为根据权利要求1-17中任一项所述的具有自适应性的抛光头，所述抛光头设在所述抛光盘的上方，基片安装在所述抛光头和所述抛光垫之间。

由于根据本发明上述实施例的具有自适应性的抛光头具有上述技术效果，因此，本发明实施例的化学机械抛光装置也具有上述技术效果，即根据本发明实施例的化学机械抛光装置，通过设置上述实施例的具有自适应性的抛光头，夹片组件上的基片与抛光垫能够保持一定的平行度，从而可保证化学机械抛光装置良好的抛光特性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的具有适应性抛光头的枢轴组件的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的具有适应性抛光头的枢轴组件的剖视意图；

图3是图2中A的放大图；

图4是根据本发明另一个实施例的具有适应性抛光头的枢轴组件的缘板部分的结构示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的具有适应性抛光头的枢轴组件的缘板部分的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的具有自适应抛光头的转盘的通孔处的放大图；

图7是根据本发明实施例的具有适应性抛光头的结构示意图；

图8是图7中B部的放大图；

图9是根据本发明实施例的化学机械抛光装置的结构示意图。

附图标记：

1000：化学机械抛光装置；

100：具有自适应性的抛光头；

10：枢轴组件；11：轴体；12：转盘；13：内腔；14：肋板；15：缘板；16：通孔；

20：夹片组件，21：凹槽；

30：基体，31：轴孔，32：通气孔；

40：弹性件,41：密封腔，42：压板，43：压盖；

50：缓冲件，51：螺纹紧固件；

60：盖体，61：盖体密封圈，62：安装腔；

70：保持环，71：上吸振环，72：下吸振环；

80：压环；

200：抛光盘；210：抛光垫；

300：基片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考附图描述根据本发明实施例的具有自适应性的抛光头100。

如图1-图8所示，根据本发明实施例的具有自适应性的抛光头100可以包括枢轴组件10和夹片组件20。

具体地，枢轴组件10包括轴体11和转盘12，转盘12与轴体11相连且与轴体11同轴设置，转盘12的外周壁设有缘板15，夹片组件20上设有适于与转盘12配合的凹槽21，转盘12配合在凹槽21内且缘板15的外周面与凹槽21的内周壁接触。

如图7和图9所示，枢轴组件10固定在夹片组件20上，待抛光的基片300可固定在夹片组件20上，枢轴组件10包括轴体11和转盘12，转盘12设在轴体11的下部且与轴体11同轴设置，可选地，转盘12与轴体11可一体成型。

转盘12的外周壁上设有缘板15，缘板15可由转盘12的外周壁沿径向方向向外延伸形成，且缘板15沿转盘12的周向延伸，夹片组件20上凹槽21，转盘12配合在凹槽21内且缘板15适于与凹槽21配合，如图7所示，凹槽21的上部形成为阶梯状，凹槽21的内周壁上形成有阶梯部，缘板15适于与阶梯部配合。

其中，缘板15的外周面与凹槽21内周壁接触，换言之，转盘12配合在凹槽21内时，缘板15的外周壁与夹片组件20接触配合以防止枢轴组件10发生晃动，即通过缘板15适于配合在凹槽21内且通过凹槽21的内周壁可对缘板15进行限位，进而可对转盘12进行限位，防止枢轴组件10发生晃动。

由此，根据本发明实施例的具有自适应性的抛光头100，缘板15的外周面与凹槽21的内周壁接触，这样，在抛光头100旋转时，防止枢轴组件10发生径向方向的移动，有效降低枢轴组件10上的周向摆动，以保证抛光头100的定心功能，提高抛光头100稳定性和自适应性，提高基片300的平行度，进而改善基片300的抛光特性。

在本发明的一些实施例中，缘板15的外周面与凹槽21的内周壁可以线接触。由此，不仅能够有效降低了枢轴组件10上的周向摆动，提高基片300与抛光垫210的平行度，进而提高基片300的平坦化质量，改善基片300的抛光特性，也可降低转盘12与夹片组件20之间的摩擦，以进一步地降低枢轴组件10的摆动，提高枢轴组件10整体的稳定性。对于凹槽21的内壁面和缘板15外周面的形状而言，只要能够实现凹槽21的内壁面和缘板15的外周面线接触即可，

在如图1和图2所示的示例中，在转盘12的过中心轴线的横截面上，缘板15的外周面显示为外轮廓线a，在抛光头100的过轴体11中心轴线的横截面上，凹槽21与缘板15配合的内周壁为沿竖直方向延伸的直线，可通过对缘板15的外周面结构进行改善以使得缘板15的外周面与凹槽21的内壁面线接触配合，从而不仅有利于抛光头100的部件的生产制造，且也有利于转盘12和夹片组件20的装配。对于缘板15的外周面的形状而言，只要能够实现与凹槽21的内壁面线接触即可。

在本发明的一些示例中，如图1和图2所示，缘板15的外周面在转盘12过中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,外轮廓线a可以为弧形。即缘板15的外周面形成为弧形面，由此，不仅能够实现缘板15的外周面与凹槽21的内壁面的线接触，而且可使得缘板15的外周更加光滑美观，也有利于缘板15的生产制造，简化制造工艺。

在本发明的另一些示例中，缘板15的外周面在转盘12过中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,外轮廓线a可以包括至少一条弧形段和至少一条直线段，也就是说，缘板15的外周面包括曲面和斜面的结合。在如图4所示的示例中，外轮廓线a可以包括两条轴线段和一条弧线段，其中缘板15外周面的弧形段部分可适于与凹槽21的外周壁线接触。

在本发明又一些示例中，缘板15的外周面在转盘12过中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,外轮廓线a可以包括多条直线。如图5所示，缘板15的外周面可以形成为大体锥形，其中锥形的尖端可朝向凹槽21的外周面以实现与凹槽21的外周面的线接触配合。

在本发明的一些实施例中，缘板15的上方和缘板15的下方分别设有吸振环。通过吸振环从而可吸收枢轴组件10和夹片组件20沿上下方向的振动，以进一步地提高抛光头100的整体稳定性。在如图7和图8所示的示例中，缘板15的上方设有上吸振环71，缘板15的下方设有下吸振环72，下吸振环72设在缘板15和夹片组件20之间。

可选地，如图6所示，缘板15与吸振环配合的一侧上设有通孔16。通孔16可以作为一个工艺孔设计，从而可以方便拆卸吸振环，保障枢轴组件10的后期维护的便捷性，

如图7所示，具有自适应性的抛光头100还可以包括压环80，压环80固定在转盘12的缘板15上，从而实现转盘12与夹片组件20的连接固定。在如图8所示的示例中，压环80形成为圆环状且压环80设在上吸振环71的上方，并至少一部分覆盖上吸振环71且另一部分与夹片组件20连接固定。可选地，压环80可通过螺纹紧固件51固定在夹片组件20上以实现转盘12与夹片组件20的连接固定。

在本发明的一些实施例中，转盘12与轴体11之间可限定出内腔13，内腔13内设有若干肋板14，肋板14分别与轴体11的外周壁和内腔13的内周壁相连。如图1、图2和图7所示，转盘12设在轴体11的下部，轴体11与转盘12同轴设置，转盘12的内壁面与轴体11的外壁面之间限定出内腔13，多个肋板14连接在轴体11和转盘12之间且位于内腔13内，从而可增强枢轴组件10的结构强度，

可选地，每个肋板14可沿内腔13的径向延伸，且若干肋板14沿内腔13的周向间隔开设置。从而可进一步地提高枢轴组件的强度。如图1所示，内腔13内设有多个肋板14，每个肋板14的两端分别与轴体11和转盘12相连，且沿内腔13的径向方向延伸，多个肋板14沿内腔13的周向均匀间隔开设置。

在本发明的一些实施例中，抛光头100还可以包括：基体30，基体30具有轴孔31，枢轴组件10设在基体30和夹片组件20之间且轴体11配合在轴孔31内。由此，轴体11限制在轴孔31内，转盘12限制在夹片组件20的凹槽21内，通过轴体11与基体30的配合以及转盘12与夹片组件20的配合，从而实现了枢轴组件10的有效定心，提高枢轴组件10的自适应性。枢轴组件10在吸收夹片组件20上下方向振动的同时，能够有效降低枢轴组件10的周向的摆动，有效提高基片300与抛光垫210的平行度，保证基片300的全局化平坦效果。

可选地，基体30与夹片组件20之间可设有弹性件40，弹性件40、基体30和夹片组件20之间限定出密封腔41。如图7所示，基体30的下部通过弹性件40与夹片组件20相连，弹性件40的一端固定在夹片组件20上，弹性件40、基体30、夹片组件20和枢轴组件10之间限定出密封腔41，通过控制密封腔41内的压力，从而可控制夹片组件20的上下移动。在如图7所示的示例中，弹性件40的上端可通过压板42固定在基体30上，弹性件40的下端通过压盖43固定在夹片组件20上。

进一步地，基体30可设有通气孔32，通气孔32连通气源和密封腔41，通过控制通气孔32的开合，以实现对密封腔41室的内部压力的控制，从而实现夹片组件20上基片300的拿取。如图7所示，机体的上部有通气孔32，通气孔32沿在上下方向上贯穿基体30，通气孔32可通过管路与通气源相连，通气源通过通气孔32以向密封腔41内通入气体，进而控制密封腔41内的压力。

在本发明的一些示例中，具有自适应性的抛光头100还可以包括缓冲件50，缓冲件50设在夹片组件20上且位于基体30和夹片组件20之间。由此，基体30的下端与缓冲件50接触，从而可有效避免基体30与夹片组件20的硬接触，保证基体30和夹片组件20的缓冲效果，减少夹片组件20和基体30的损坏。

进一步地，缓冲件50可以为缓冲柱，缓冲柱可以为多个。由此，基体30的下端可与多个缓冲柱接触配合，从而可增强了基体30和夹片组件20之间的缓冲效果，进一步地提高抛光头100的自适应性。而且通过设置多个缓冲柱也可进一步地提高缓冲效果，可选地，多个缓冲柱可沿夹片组件20的周向间隔开设置。由此，使得基体30与夹片组件20之间的缓冲效果更加均匀，使得抛光头100结构更加稳定。进一步地，缓冲柱可以由工程塑料制作而成，工程塑料具有很好的弹性，能够有效避免基体30和夹片组件20的硬接触。

在如图7和图8所示的示例中，转盘12的上方设有上吸振环71和压环80，通过压环80可将上吸振环71固定在夹片组件20上，缓冲柱设在压环80上方，并可通过螺钉进行固定，其中，螺钉可穿过压环80、上吸振环71与夹片组件20相连，由此，通过一个螺钉从而能够实现对压环80、上吸振环71和缓冲柱的固定，结构简单且装配方便。

在本发明的一些实施例中，具有自适应性的抛光头100还可以包括盖体60，盖体60固定在夹片组件20上且与夹片组件20设有盖体密封圈61。如图7所示，盖体60固定在夹片组件20的上方，且与夹片组件20共同限定出安装腔62，盖体60的上端部分敞开，基体30和枢轴组件10至少部分位于容纳腔内，盖体密封圈61设在盖体60和夹片组件20之间，通过盖体密封圈61从而可防止抛光液进入抛光头100内，

在本发明的一些实施例中，具有自适应性的抛光头100还可以包括保持环70，保持环70安装在夹片组件20的下端，基片300位于夹片组件20的下方且位于保持环70内。通过保持环70从而可对基片300进行限位，以防止基片300偏离或飞出。在如图7和图9所示的示例中，夹片组件20的下部具有安装槽，保持环70安装在安装槽内且保持环70的下端面超出夹片组件20的下端面，基片300吸附在夹片组件20上且位于保持环70。

本发明还提出了一种化学机械抛光装置1000。

如图9所示，根据本发明实施例的化学机械抛光装置1000可以包括抛光盘200和抛光头100。

具体地，抛光盘200上设有抛光垫210，抛光头100为上述实施例的具有自适应性的抛光头100，抛光头100设在抛光盘200的上方，基片300安装在抛光头100和抛光垫210之间。

其中，基片300可以压合在抛光垫210与夹片组件20之间，抛光盘200旋转，同时抛光头100自传及抛光头100的前后移动，基片300与抛光垫210之间供应适量的抛光液，以完成基片300的化学机械抛光。

在化学机械抛光过程中，抛光头100在驱动机构的带动下高速旋转，带动夹片组件20上的基片300旋转，相关技术的化学机械抛光装置1000，抛光头100在外界因素及内部因素的影响下，抛光头100会出现不同程度的振动，即而影响夹片组件20上的基片300与抛光垫210的平行度，而本发明实施例的化学机械抛光装置1000，通过设置上述实施例的抛光头100，夹片组件20上的基片300与抛光垫210能够保持一定的平行度，从而可保证化学机械抛光装置1000良好的抛光特性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种具有自适应性的抛光头，其特征在于，包括：

枢轴组件，所述枢轴组件包括轴体和转盘，所述转盘与所述轴体相连且与所述轴体同轴设置，所述转盘的外周壁设有缘板；

夹片组件，所述夹片组件上设有适于与所述转盘配合的凹槽，所述转盘配合在所述凹槽内且所述缘板的外周面与所述凹槽的内周壁接触。

2.根据权利要求1所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述缘板的外周面与所述凹槽的内周壁线接触。

3.根据权利要求2所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述缘板的外周面在所述转盘过所述中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,所述外轮廓线线a为弧形。

4.根据权利要求2所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述缘板的外周面在所述转盘过所述中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,所述外轮廓线线a包括至少一条弧形段和至少一条直线段。

5.根据权利要求2所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述缘板的外周面在所述转盘过所述中心轴线的横截面上的正投影为外轮廓线a,所述外轮廓线线a包括多条直线。

6.根据权利要求1所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述缘板的上方和所述缘板的下方分别设有吸振环。

7.根据权利要求6所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述缘板与所述吸振环配合的一侧上设有通孔。

8.根据权利要求1所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述转盘与所述轴体之间限定出内腔，所述内腔内设有若干肋板，所述肋板分别与所述轴体的外周壁和所述内腔的内周壁相连。

9.根据权利要求8所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述肋板沿所述内腔的径向延伸，且若干肋板沿所述内腔的周向间隔开设置。

10.根据权利要求1所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，还包括：基体，所述基体具有轴孔，所述枢轴组件设在所述基体和所述夹片组件之间且所述轴体配合在所述轴孔内。

11.根据权利要求10所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述基体与所述夹片组件之间设有弹性件，所述弹性件、所述基体和所述夹片组件之间限定出密封腔。

12.根据权利要求11所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述基体设有通气孔，所述通气孔连通气源和所述密封腔。

13.根据权利要求10所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，还包括：缓冲件，所述缓冲件设在所述夹片组件上且位于所述基体和所述夹片组件之间。

14.根据权利要求13所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，所述缓冲件为缓冲柱，所述缓冲柱为多个。

15.根据权利要求14所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，多个所述缓冲柱沿所述夹片组件的周向间隔开设置。

16.根据权利要求1所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，还包括：盖体，所述盖体固定在所述夹片组件上且与所述夹片组件之间设有盖体密封圈。

17.根据权利要求1所述的具有自适应性的抛光头，其特征在于，还包括保持环，所述保持环安装在所述夹片组件的下端，基片位于所述夹片组件的下方且位于所述保持环内。

18.一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括：

抛光盘，所述抛光盘上设有抛光垫；

抛光头，所述抛光头为根据权利要求1-17中任一项所述的具有自适应性的抛光头，所述抛光头设在所述抛光盘的上方，基片安装在所述抛光头和所述抛光垫之间。