CN110125794A - 晶圆平坦化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是晶圆平坦化设备，其结构包括主机架、研磨盘、研磨头旋转机构、研磨头组件、研磨垫打磨机构、研磨液喷淋机构、晶圆装载卸载平台、晶圆传送中转平台和晶圆传送机构，其中主机架中部设主台面，主台面中部设研磨盘，研磨盘底部连接旋转驱动装置，研磨头旋转机构、晶圆装载卸载平台、晶圆传送中转平台、研磨垫打磨机构和研磨液喷淋机构依次环绕研磨盘设置在主台面侧边上，晶圆装载卸载平台和晶圆传送中转平台外侧主台面侧边上设晶圆传送机构，研磨头旋转机构下端连接研磨头。本发明的优点：简化了结构，减小了体积，降低了生产成本，故障率减小，保证了生产效率，保证晶圆加工质量稳定,适合4、6寸晶元及3～5族类产品平坦化加工。
Description
技术领域
本发明涉及的是晶圆平坦化设备，属于磨削或抛光装置技术领域。
背景技术
随着移动技术和智能技术的普及和推广，芯片行业对微型芯片的需求不断扩大，对晶圆代工企业设备产能的要求越来越高。CMP(Chemical Mechanical Planarization)，即化学机械抛光设备是芯片制造工艺上的关键技术。依靠CMP设备，芯片的制造可实现从平面向立体的拓展，芯片的体积才能越做越小，因此它在晶圆加工生产链中是一个非常关键的工序。
CMP设备的生产率是CMP设备的重要指标。现有技术的CMP设备通常由十字转塔机构和四工位装置(即三个平坦化旋转工作台和一个装载工位)以及转塔机构上的四个抛光头组成。工作时，先通过抛光头将装载工位上的晶圆取出，旋转十字转塔将上一个加工完的晶圆放到空置装载位上，然后装载有晶圆的抛光头按工序放置到各个工位上，作业时通过抛光头沿十字转塔径向来回直线移动来实现整个晶圆的覆盖，加工完成后再将晶圆放置到装载工位上由机械手取走。
现有技术以上结构存在设备庞大、结构复杂、生产成本较高的缺陷。复杂的结构导致其故障率较高，维护检修时需要整机停止工作，影响生产效率，且晶圆加工质量稳定性差不足。现有技术不适合4寸、6寸晶元及3～5族类产品的平坦化加工。
发明内容
本发明提出的是晶圆平坦化设备，其目的旨在克服现有技术存在的上述不足，实现有效简化结构、降低生产成本，更适合4寸、6寸晶元及3～5族类产品针对性加工生产。
本发明的技术解决方案：晶圆平坦化设备，其结构包括主机架、研磨盘、研磨头旋转机构、研磨头组件、研磨垫打磨机构、研磨液喷淋机构、晶圆装载卸载平台、晶圆传送中转平台和晶圆传送机构，其中主机架中部设主台面，主台面中部设研磨盘，研磨盘底部连接旋转驱动装置，研磨头旋转机构、晶圆装载卸载平台、晶圆传送中转平台、研磨垫打磨机构和研磨液喷淋机构依次环绕研磨盘设置在主台面侧边上，晶圆装载卸载平台和晶圆传送中转平台外侧的主台面侧边上设晶圆传送机构，研磨头旋转机构下端连接研磨头组件。
优选的，所述的研磨垫打磨机构旋转轨迹经过研磨盘中心，研磨头旋转机构旋转轨迹经过晶圆装载卸载平台和研磨盘中心，晶圆传送机构的运行轨迹为往返晶圆装载卸载平台与晶圆中转平台。
优选的，所述的研磨头旋转机构包括旋转伺服马达、水平移动伺服马达、水平移动驱动丝杆、水平移动导轨、研磨头旋转马达和旋转平台，其中旋转伺服马达连接旋转减速机，旋转减速机驱动连接旋转平台，旋转平台上设水平移动伺服马达，水平移动伺服马达连接水平移动减速机，水平移动减速机驱动连接水平移动驱动丝杆，水平移动驱动丝杆连接研磨头组件和研磨头旋转马达，研磨头组件通过水平移动导轨与旋转平台48滑动连接，，研磨头旋转马达驱动连接研磨头组件。
优选的，所述的研磨头旋转机构上设研磨头旋转机构固定装置，研磨头旋转机构固定装置通过电机或气缸驱动销结构连接研磨头旋转机构。
优选的，所述的晶圆传送机构包括步进电机、第一同步轮、第二同步轮、安装板和传送手臂，其中安装板一端设步进电机，步进电机连接第一同步轮，第二同步轮设置在安装板另一端，第一同步轮和第二同步轮上挂设同步带，同步带上连接有传送手臂。
优选的，所述的传送手臂上设气缸或电缸，气缸或电缸输出端连接真空吸盘，真空吸盘外接真空产生单元。
本发明的优点：有效简化了结构，减小了体积，降低了生产成本，故障率得到大大减小，保证了生产效率，提高了晶圆加工质量稳定性,适合4寸、6寸晶元及3～5族类产品的平坦化加工。
附图说明
图1是本发明晶圆平坦化设备的结构示意图。
图2是图1中晶圆传送机构的结构示意图。
图3是图1中研磨头旋转机构的结构示意图。
图中的1是主机架、2是主台面、3是研磨盘、4是研磨头旋转机构、41是旋转伺服马达、42是旋转减速机、43是水平移动伺服马达、44是水平移动减速机、45是水平移动驱动丝杆、46是水平移动导轨、47是研磨头旋转马达、48是旋转平台、5是研磨头组件、6是研磨垫打磨机构、7是研磨液喷淋机构、8是晶圆装载卸载平台、9是晶圆传送中转平台、10是晶圆传送机构、101是步进电机、102是第一同步轮、103是第二同步轮、104是气缸或电缸、105是真空吸盘、106是安装板、107是同步带、108是传送手臂、11是研磨头旋转机构固定装置。
具体实施方式
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，晶圆平坦化设备，其结构包括主机架1、研磨盘3、研磨头旋转机构4、研磨头组件5、研磨垫打磨机构6、研磨液喷淋机构7、晶圆装载卸载平台8、晶圆传送中转平台9和晶圆传送机构10，其中主机架1中部设主台面2，主台面2中部设研磨盘3，研磨盘3底部连接旋转驱动装置，研磨头旋转机构4、晶圆装载卸载平台8、晶圆传送中转平台9、研磨垫打磨机构6和研磨液喷淋机构7依次环绕研磨盘3设置在主台面2侧边上，晶圆装载卸载平台8和晶圆传送中转平台9外侧的主台面2侧边上设晶圆传送机构10，研磨头旋转机构4下端连接研磨头组件5。
所述的研磨垫打磨机构6旋转轨迹经过研磨盘3中心，研磨头旋转机构4旋转轨迹经过晶圆装载卸载平台8和研磨盘3中心，晶圆传送机构10的运行轨迹为往返晶圆装载卸载平台8与晶圆中转平台9。
如图3所示，所述的研磨头旋转机构4包括旋转伺服马达41、水平移动伺服马达43、水平移动驱动丝杆45、水平移动导轨46、研磨头旋转马达47和旋转平台48，其中旋转伺服马达41连接旋转减速机42，旋转减速机42驱动连接旋转平台48，旋转平台48上设水平移动伺服马达43，水平移动伺服马达43连接水平移动减速机44，水平移动减速机44驱动连接水平移动驱动丝杆45，水平移动驱动丝杆45连接研磨头组件5和研磨头旋转马达47，研磨头组件5通过水平移动导轨46与旋转平台48滑动连接，研磨头旋转马达47驱动连接研磨头组件5。
旋转减速机42驱动旋转平台48做旋转运动，平移动伺服马达43转动驱动研磨头组件5做水平运动，研磨头组件5本身由研磨头旋转马达47驱动转动。
所述的研磨头旋转机构4上可设研磨头旋转机构固定装置11，研磨头旋转机构固定装置11通过电机或气缸驱动销结构连接研磨头旋转机构4。
如图2所示所述的晶圆传送机构10包括步进电机101、第一同步轮102、第二同步轮103、安装板106和传送手臂108，其中安装板106一端设步进电机101，步进电机101连接第一同步轮102，第二同步轮103设置在安装板106另一端，第一同步轮102和第二同步轮103上挂设同步带107，同步带107上连接有传送手臂108。
所述的传送手臂108上设气缸或电缸104，气缸或电缸104输出端连接真空吸盘105，真空吸盘105外接真空产生单元。
步进电机101转动时，可驱动传送手臂108水平运动，气缸或电机104则可驱动真空吸盘105做垂直运动，由真空产生单元产生真空驱动真空吸盘吸取晶圆，以上结构可把晶元从晶圆装载卸载平台8搬运到晶圆中转平台9。
根据以上结构，工作时，晶圆从外部机械手臂搬运到晶圆装载卸载平台8上，研磨头旋转机构4快速定位到晶圆装载卸载平台8，晶圆从晶圆装载卸载平台8装载到研磨头组件5上，然后研磨头旋转机构4快速定位到研磨盘3中心位，研磨头组件5下压并通过研磨头旋转机构4在研磨盘3上做水平运动；同时研磨盘3做圆周运动；研磨头组件5也做圆周运动；研磨液喷淋机构7喷洒研磨液；研磨垫打磨机构6对研磨盘3进行打磨，研磨结束后，研磨头旋转机构4快速定位到晶圆装载卸载平台8，将晶圆卸载到晶圆装载卸载平台8上，晶圆传送机构10再把晶元运送到晶圆传送中转平台9。
优选的，研磨头旋转机构4移动到研磨盘3中心位时可被研磨头旋转机构固定装置11固定，研磨结束后固定研磨头旋转机构固定装置11释放，可提高结构稳定性。
以上所述各部件均为现有技术，本领域技术人员可使用任意可实现其对应功能的型号和现有设计。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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。
Claims (6)
1.晶圆平坦化设备，其特征包括主机架(1)、研磨盘(3)、研磨头旋转机构(4)、研磨头组件(5)、研磨垫打磨机构(6)、研磨液喷淋机构(7)、晶圆装载卸载平台(8)、晶圆传送中转平台(9)和晶圆传送机构(10)，其中主机架(1)中部设主台面(2)，主台面(2)中部设研磨盘(3)，研磨盘(3)底部连接旋转驱动装置，研磨头旋转机构(4)、晶圆装载卸载平台(8)、晶圆传送中转平台(9)、研磨垫打磨机构(6)和研磨液喷淋机构(7)依次环绕研磨盘(3)设置在主台面(2)侧边上，晶圆装载卸载平台(8)和晶圆传送中转平台(90外侧的主台面(2)侧边上设晶圆传送机构(10)，研磨头旋转机构(4)下端连接研磨头组件(5)。
2.如权利要求1所述的晶圆平坦化设备，其特征是所述的研磨垫打磨机构(6)旋转轨迹经过研磨盘(3)中心，研磨头旋转机构(4)旋转轨迹经过晶圆装载卸载平台(8)和研磨盘(3)中心，晶圆传送机构(10)的运行轨迹为往返晶圆装载卸载平台(8)与晶圆中转平台(9)。
3.如权利要求2所述的晶圆平坦化设备，其特征是所述的研磨头旋转机构(4)包括旋转伺服马达(41)、水平移动伺服马达(43)、水平移动驱动丝杆(45)、水平移动导轨(46)、研磨头旋转马达(47)和旋转平台(48)，其中旋转伺服马达(41)连接旋转减速机(42)，旋转减速机(42)驱动连接旋转平台(48)，旋转平台(48)上设水平移动伺服马达(43)，水平移动伺服马达(43)连接水平移动减速机(44)，水平移动减速机(44)驱动连接水平移动驱动丝杆(45)，水平移动驱动丝杆(45)连接研磨头组件(5)和研磨头旋转马达(47)，研磨头组件(5)通过水平移动导轨(46)与旋转平台(48)滑动连接，研磨头旋转马达(47)驱动连接研磨头组件(5)。
4.如权利要求3所述的晶圆平坦化设备，其特征是所述的研磨头旋转机构(4)上设研磨头旋转机构固定装置(11)，研磨头旋转机构固定装置(11)通过电机或气缸驱动销结构连接研磨头旋转机构(4)。
5.如权利要求2所述的晶圆平坦化设备，其特征是所述的晶圆传送机构(10)包括步进电机(101)、第一同步轮(102)、第二同步轮(103)、安装板(106)和传送手臂(108)，其中安装板(106)一端设步进电机(101)，步进电机(101)连接第一同步轮(102)，第二同步轮(103)设置在安装板(106)另一端，第一同步轮(102)和第二同步轮(103)上挂设同步带(107)，同步带(107)上连接有传送手臂(108)。
6.如权利要求5所述的晶圆平坦化设备，其特征是所述的传送手臂(108)上设气缸或电缸(104)，气缸或电缸(104)输出端连接真空吸盘(105)，真空吸盘(105)外接真空产生单元。
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