CN107457702A - 抛光垫修整器及修整设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抛光垫修整器及修整设备，属于化学抛光设备技术领域，该抛光垫修整器包括转动底座、转动轴和壳体组件；转动底座与转动轴的端部连接，壳体组件通过轴承组件与所述转动轴转动连接。通过改变壳体组件的质量，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。具有结构简单、控制难度低、下压力可调、维护和维修简易便利的特点，并且无需外加其他动力源的方式对抛光垫进行修整。该修整设备包括导向装置、连接杆和上述的抛光垫修整器；导向装置起到对抛光垫修整器移动方向的引导作用，以便于操作者对抛光垫修整器再抛光垫上的移动位置进行精准调节，进而对抛光垫表面进行修整。

Description

抛光垫修整器及修整设备
技术领域
本发明涉及抛光设备技术领域，具体涉及一种抛光垫修整器及修整设备。
背景技术
化学机械抛光工艺过程中，抛光垫在使用一段时间后，其自身的磨损消耗和形变，以及磨屑物和抛光液研磨颗粒对抛光垫表面微孔的填充,会造成抛光垫表面釉化，抛光垫留存、分配磨料的能力降低，导致材料去除率下降，晶圆平面度变差及最终被抛光表面出现质量问题。因此，在化学机械平坦化工艺中或者空闲时间对抛光垫进行适当修整，对于获得稳定的去除率非常重要，此外，通过对抛光垫的修整，可以保证抛光垫使用寿命和晶圆片间均匀性。
化学机械抛光设备是集成电路制造流程中能够实现多种材料全局平坦化的关键工艺设备，其中抛光垫修整器作为设备主要功能结构之一，其功能和稳定性会直接影响化学机械抛光工艺的最终结果。因此随着工艺关键性的不断突出，设备生产商都在此结构的设计上花费更多人力和财力。
现有修整器的结构主要是自动修整、压力可调，修整器摆动轨迹及时间可调。因此在抛光盘上方及周围空间都会占用一部分位置以保证所需硬件正常安装，这就从设备整体结构上加大了设备的外形尺寸，软件和电器控制上也会更加复杂，作为关键工艺设备其运行过程中各部件工作的稳定性要求更高，设计及后期维护维修成本较高。
因此以上修整器工作方式具有控制难度高、部件结构复杂、维护和维修需要时间长，并且需要整机停工等缺点。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种抛光垫修整器，该抛光垫修整器具有部件结构简单、控制难度低、下压力可调、维护和维修简易便利的特点，并且无需外加其他动力源的方式对抛光垫进行修整。
本发明的第二目的在于提供一种修整设备，该修整设备具有抛光垫修整器的优点；同时，利用导向装置起到对抛光垫修整器移动方向的引导作用，以便于操作者对抛光垫修整器再抛光垫上的移动位置进行精准调节，进而对抛光垫表面进行修整。
基于上述第一目的，本发明提供的抛光垫修整器，包括：转动底座、转动轴和壳体组件；
所述转动底座与转动轴的端部连接，以使所述转动底座与所述转动轴能够同步转动；该转动底座在应用时，放置在抛光垫上，抛光垫转动过程中由于摩擦力和相对线速度不同会带动转动底座和转动轴自由转动；
所述壳体组件通过轴承组件与所述转动轴转动连接，所述壳体组件能够相对于转动轴转动。由于壳体组件与转动轴采用转动连接方式，底座和转动轴转动时，壳体组件不会产生转动，通过改变壳体组件的质量，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
进一步的，所述壳体组件包括外壳和固定盖；
所述外壳通过轴承组件与所述转动轴转动连接；
所述固定盖与所述外壳远离所述转动底座的端部连接。
外壳一方面起到保护转动轴的作用，并且采用轴承组件与转动轴装配，不随转动轴同步转动；另一方面，外壳起到支撑固定盖的作用。
固定盖与外壳共同起到对设置在两者组成的内部空间的转动轴、轴承组件等部件起到保护作用；同时，通过改变固定盖的质量，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
进一步的，所述固定盖与所述外壳可拆卸连接，以便更换不同质量的固定盖。上述固定盖与外壳之间可拆卸连接，更便于操作者根据不同的下压力的工艺要求，更换不同质量的固定盖，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
进一步的，还包括轴承外端盖，该轴承外端盖位于外壳和固定盖组成空间内，所述轴承外端盖装配在所述外壳的内壁和所述轴承组件上。
该轴承外端盖具体与轴承组件的外转动圈连接，轴承外端盖能够与壳体同步转动，同时，起到稳定轴承组件的作用。
进一步的，还包括轴承内端盖，该轴承内端盖位于外壳和固定盖组成空间内，所述轴承内端盖装配在转动轴和所述轴承组件上。
该轴承内端盖具体与轴承组件的内转动圈连接，轴承内端盖能够与转动轴同步转动，同时，起到稳定轴承组件的作用。
进一步的，还包括手持部，所述手持部与所述固定盖连接。该手持部便于操作者对抛光垫修整器进行移动。
进一步的，所述轴承组件包括第一轴承、第二轴承、以及设置在所述第一轴承和所述第二轴承之间的轴承内隔套和轴承外隔套；
所述第一轴承和第二轴承自下至上套接所述转动轴上；
所述轴承内隔套分别与所述第一轴承和所述第二轴承的内转动圈相接触。
以使第一轴承和所述第二轴承的内转动圈以及轴承内隔套能够同步转动。
所述轴承外隔套分别与所述第一轴承和所述第二轴承的外转动圈相接触。
以使第一轴承和所述第二轴承的外转动圈以及轴承外隔套能够同步转动。
进一步的，所述转动底座包括转动轴底盘、研磨座、圆盘和底座压盖；
所述转动轴底盘靠近转动轴的一端与所述转动轴连接，所述转动轴底盘远离所述转动轴的一端与所述研磨座连接；转动轴底盘起到连接转动轴和研磨座的作用，能够使转动轴、转动轴底盘和研磨座同步进行转动；
所述圆盘底面与抛光垫相接触，所述圆盘与所述研磨座远离所述转动轴底盘的一端连接；以使圆盘能够与研磨座同步转动；
所述底座压盖设置在所述研磨座上，所述底座压盖通过销钉分别连接所述研磨座、转动轴底盘和底座压盖；以使转动轴底盘、研磨座、圆盘和底座压盖和转动轴能够同步转动。底座压盖同时还起到对转动轴底盘的保护作用。
基于上述第二目的，本发明提供的一种修整设备，包括导向装置、连接杆和上述的抛光垫修整器；
所述导向装置通过连接杆与所述抛光垫修整器相连接。导向装置起到对抛光垫修整器移动方向的引导作用，以便于操作者对抛光垫修整器再抛光垫上的移动位置进行精准调节，进而对抛光垫表面进行修整。
进一步的，所述导向装置包括导轨和滑块，所述滑块套接在所述导轨上，所述滑块能够沿所述导轨长度方向移动，所述滑块通过连接杆与所述抛光垫修整器相连接。该导向装置具有结构简单、操作方便的特点。
本发明提供的抛光垫修整器包括转动底座、转动轴和壳体组件；转动底座与转动轴的端部连接，以使转动底座与所述转动轴能够同步转动；该转动底座在应用时，放置在抛光垫上，抛光垫转动过程中由于摩擦力和相对线速度不同会带动转动底座和转动轴自由转动；
壳体组件通过轴承组件与所述转动轴转动连接，所述壳体组件能够相对于转动轴转动。由于壳体组件与转动轴采用转动连接方式，底座和转动轴转动时，壳体组件不会产生转动，通过改变壳体组件的质量，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
针对现有技术中自动化修正方式机械结构复杂、控制难、维护和维修困难，并且需要整机停工等缺点的问题，该抛光垫修整器采用手动方式，具有部件结构简单、控制难度低、下压力可调、维护和维修简易便利的特点，并且无需外加其他动力源的方式对抛光垫进行修整。
本发明提供的修整设备，包括导向装置、连接杆和上述的抛光垫修整器；导向装置通过连接杆与抛光垫修整器相连接。该修整设备具有抛光垫修整器的优点；同时，导向装置起到对抛光垫修整器移动方向的引导作用，以便于操作者对抛光垫修整器再抛光垫上的移动位置进行精准调节，进而对抛光垫表面进行修整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的抛光垫修整器的结构示意图；
图2为为本发明实施例二提供的修整设备的结构示意图；
图3为本发明抛光垫修整器的修整运动参数分析图；
图4为抛光垫修整器相对于抛光垫的运动轨迹与抛光垫转速、滑块往复运动频率之间的关系图。
图标：100-转动底座；110-转动轴底盘；120-研磨座；130-圆盘；140-底座压盖；150-万向销；151-销套；160-球面销；200-转动轴；300-壳体组件；310-外壳；320-固定盖；330-轴承外端盖；340-轴承内端盖；350-手持部；400-轴承组件；410-第一轴承；420-第二轴承；430-轴承内隔套；440-轴承外隔套；10-导向装置；11-导轨；12-滑块；20-连接杆；30-抛光垫修整器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
请参照图1所示；本实施例中提供的抛光垫修整器包括：转动底座100、转动轴200和壳体组件300；
转动底座100与转动轴200的端部连接，以使转动底座100与转动轴200能够同步转动；该转动底座100在应用时，放置在抛光垫上，抛光垫转动过程中由于摩擦力和相对线速度不同会带动转动底座100和转动轴200自由转动；
壳体组件300通过轴承组件400与转动轴200转动连接，壳体组件300能够相对于转动轴200转动。由于壳体组件300与转动轴200采用转动连接方式，底座和转动轴200转动时，壳体组件300不会产生转动，通过改变壳体组件300的质量，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
作为一个优选实施方案，壳体组件300包括外壳310和固定盖320；
外壳310通过轴承组件400与转动轴200转动连接；
固定盖320与外壳310远离转动底座100的端部连接。
外壳310一方面起到保护转动轴200的作用，并且采用轴承组件400与转动轴200装配，不随转动轴200同步转动；另一方面，外壳310起到支撑固定盖320的作用。
固定盖320与外壳310共同起到对设置在两者组成的内部空间的转动轴200、轴承组件400等部件起到保护作用；同时，通过改变固定盖320的质量，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
作为一个优选实施方案，固定盖320与外壳310可拆卸连接，以便更换不同质量的固定盖320。上述固定盖320与外壳310之间可拆卸连接，更便于操作者根据不同的下压力的工艺要求，更换不同质量的固定盖320，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
作为一个优选实施方案，还包括轴承外端盖330，该轴承外端盖330位于外壳310和固定盖320组成空间内，轴承外端盖330装配在外壳310的内壁和轴承组件400上。
该轴承外端盖330具体与轴承组件400的外转动圈连接，轴承外端盖330能够与壳体同步转动，同时，起到稳定轴承组件400的作用。
作为一个优选实施方案，还包括轴承内端盖340，该轴承内端盖340位于外壳310和固定盖320组成空间内，轴承内端盖340装配在转动轴200和轴承组件400上。
该轴承内端盖340具体与轴承组件400的内转动圈连接，轴承内端盖340能够与转动轴200同步转动，同时，起到稳定轴承组件400的作用。
作为一个优选实施方案，还包括手持部350，手持部350与固定盖320连接。该手持部350便于操作者对抛光垫修整器进行移动。
作为一个优选实施方案，轴承组件400包括第一轴承410、第二轴承420、以及设置在第一轴承410和所述第二轴承420之间的轴承内隔套430和轴承外隔套440。
第一轴承410和第二轴承420自下至上套接所述转动轴200上；
轴承内隔套430分别与所述第一轴承410和所述第二轴承420的内转动圈相接触。以使第一轴承410和所述第二轴承420的内转动圈以及轴承内隔套430能够同步转动。
轴承外隔套440分别与第一轴承410和所述第二轴承420的外转动圈相接触。以使第一轴承410和所述第二轴承420的外转动圈以及轴承外隔套440能够同步转动。
作为一个优选实施方案，转动底座100包括转动轴底盘110、研磨座120、圆盘130和底座压盖140。
转动轴底盘110靠近转动轴200的一端与转动轴200连接，转动轴底盘110远离转动轴200的一端与研磨座120连接；具体实施时，两者通过球面销160连接；转动轴底盘110起到连接转动轴200和研磨座120的作用，能够使转动轴200、转动轴底盘110和研磨座120同步进行转动。
圆盘130底面与抛光垫相接触，圆盘130与研磨座120远离转动轴底盘110的一端连接；以使圆盘130能够与研磨座120同步转动。
底座压盖140设置在所述研磨座120上，底座压盖140通过销钉分别连接研磨座120、转动轴底盘110和底座压盖140；以使转动轴底盘110、研磨座120、圆盘130和底座压盖140和转动轴200能够同步转动。底座压盖140同时还起到对转动轴底盘110的保护作用。
上述销钉采用万向销150和销套151组成。
本发明提供的抛光垫修整器具体应用时，该手持修整器除固定盖320外的其他部件总重量为3.5磅，该固定盖320可根据下压力的工艺要求选择1.5磅、2.5磅、3.5磅、4.5磅、5.5磅、6.5磅、7.5磅等不同规格，从而实现抛光垫修整器下压5、6、7、8、9、10、11磅力的可调节。
本发明提供的抛光垫修整器包括转动底座100、转动轴200和壳体组件300；转动底座100与转动轴200的端部连接，以使转动底座100与所述转动轴200能够同步转动；该转动底座100在应用时，放置在抛光垫上，抛光垫转动过程中由于摩擦力和相对线速度不同会带动转动底座100和转动轴200自由转动。
壳体组件300通过轴承组件400与转动轴200转动连接，壳体组件300能够相对于转动轴200转动。由于壳体组件300与转动轴200采用转动连接方式，底座和转动轴200转动时，壳体组件300不会产生转动，通过改变壳体组件300的质量，来调节该抛光垫修整器的下压力，以对抛光垫表面进行修整。
针对现有技术中自动化修正方式机械结构复杂、控制难、维护和维修困难，并且需要整机停工等缺点的问题，该抛光垫修整器采用手动方式，具有部件结构简单、控制难度低、下压力可调、维护和维修简易便利的特点，并且无需外加其他动力源的方式对抛光垫进行修整。
实施例二
如图2所示，本发明提供的一种修整设备，包括导向装置10、连接杆20和上述的抛光垫修整器30。
导向装置10通过连接杆20与抛光垫修整器30相连接。导向装置10起到对抛光垫修整器30移动方向的引导作用，以便于操作者对抛光垫修整器30在抛光垫上的移动位置进行精准调节，进而对抛光垫表面进行修整。
作为一个优选实施方案，导向装置10包括导轨11和滑块12，滑块12套接在导轨11上，滑块12能够沿导轨11长度方向移动，滑块12通过连接杆20与抛光垫修整器30相连接。具体实施时，在抛光垫修整器30中的手持部350上开设孔，用以连接上述的连接杆20，该导向装置10具有结构简单、操作方便的特点。
如图2所示，在人手拖动下，抛光垫修整器可沿着导轨11实现直线往复运动，设定滑块12在导轨11上移动AB间距离，因为连接杆20与滑块12之间为固定连接，所以抛光垫修整器在抛光台上移动位置A＇B＇间的距离固定。
对于修整运动参数分析：
如图3所示，抛光垫修整器30在抛光垫上的轨迹可分为随着滑块12平动的匀速V1和随着抛光垫相对转动的角速度ω，因此修整器上每一点的运动方式是两个速度的和速度即并且根据滑块12的滑动周期往复运动频率，通过软件模拟合成抛光垫修整器相对于抛光垫的运动轨迹与抛光垫转速，滑块12往复运动频率之间的关系图，即图4。
其中，抛光台直径为24inch、扫描距离中心为3-10inch、抛光垫转速为30RPM、修整器往复频率为1次/min、模拟显示时长为60S。
并且，由图4得出，当抛光垫修整器往复运动频率固定时，抛光垫转速越大对于抛光垫表面的修整越均匀。当抛光垫转速固定时，修整器往复频率越大抛光垫表面修整越不均匀。
另外，本方案已在实际工艺制程中得到验证，如下表1为8寸SiO2材质在自动和手动修整抛光垫的情况下得出最终工艺结果：
表1
从表1中的抛光工艺实例数据结果可发现，手持抛光垫修整器能够完全到达全自动化修整器达到的修整效果，降低了用户采购成本和后期维护及可能发生的停机维修成本，修整流程更加简便，提高了用户对设备的使用效率和工艺的灵活性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种抛光垫修整器，其特征在于，包括：转动底座、转动轴和壳体组件；
所述转动底座与转动轴的端部连接，以使所述转动底座与所述转动轴能够同步转动；
所述壳体组件通过轴承组件与所述转动轴转动连接，所述壳体组件能够相对于转动轴转动。
2.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述壳体组件包括外壳和固定盖；
所述外壳通过轴承组件与所述转动轴转动连接；
所述固定盖与所述外壳远离所述转动底座的端部连接。
3.根据权利要求2所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述固定盖与所述外壳可拆卸连接，以便于更换不同质量的固定盖。
4.根据权利要求2所述的抛光垫修整器，其特征在于，还包括轴承外端盖，所述轴承外端盖装配在所述外壳的内壁和所述轴承组件上。
5.根据权利要求2所述的抛光垫修整器，其特征在于，还包括轴承内端盖，所述轴承内端盖装配在转动轴和所述轴承组件上。
6.根据权利要求2所述的抛光垫修整器，其特征在于，还包括手持部，所述手持部与所述固定盖连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述轴承组件包括第一轴承、第二轴承、以及设置在所述第一轴承和所述第二轴承之间的轴承内隔套和轴承外隔套；
所述第一轴承和第二轴承自下至上套接所述转动轴上；
所述轴承内隔套分别与所述第一轴承和所述第二轴承的内转动圈相接触；
所述轴承外隔套分别与所述第一轴承和所述第二轴承的外转动圈相接触。
8.根据权利要求1-6任一项所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述转动底座包括转动轴底盘、研磨座、圆盘和底座压盖；
所述转动轴底盘靠近转动轴的一端与所述转动轴连接，所述转动轴底盘远离所述转动轴的一端与所述研磨座连接；
所述圆盘与所述研磨座远离所述转动轴底盘的一端连接；
所述底座压盖设置在所述研磨座上，所述底座压盖通过销钉分别连接所述研磨座、转动轴底盘和底座压盖。
9.一种修整设备，其特征在于，包括导向装置、连接杆和权利要求1-8任一项所述的抛光垫修整器；
所述导向装置通过连接杆与所述抛光垫修整器相连接。
10.根据权利要求9所述的修整设备，其特征在于，所述导向装置包括导轨和滑块，所述滑块套接在所述导轨上，所述滑块能够沿所述导轨长度方向移动，所述滑块通过连接杆与所述抛光垫修整器相连接。
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