CN110883696B - 一种上抛光盘水冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上抛光盘水冷却系统，包括：上抛光盘；设置于上抛光盘一侧的旋转轴；沿着旋转轴的延伸方向层叠套设于旋转轴上的第一水冷盘和第二水冷盘，第一水冷盘嵌设于上抛光盘上，第二水冷盘上设置有多个进水口，第一水冷盘设置有出水口，出水口与设置于旋转轴内的出水通道连通，第一水冷盘和第二水冷盘之间通过导流管连通。解决上抛光盘在抛光过程中温度升高以及径向温度分布不均的问题，且第一水冷盘嵌入上抛光盘，增加了水冷盘与上抛光盘的接触面积，且第一水冷盘内的腔体是一没有被分隔的整体结构，相对于传统的冷却盘内设置较多分割筋结构，本发明增大了冷却盘的腔体体积，使能容纳的冷却水相应增加，大大增加了冷却效果。

Description

一种上抛光盘水冷却系统

技术领域

本发明涉及硅片抛光技术领域，尤其涉及一种上抛光盘水冷却系统。

背景技术

化学机械抛光(CMP)是一种化学腐蚀与机械磨削相结合的平坦化技术，其工作原理是将待抛光的硅片放在抛光头内，抛光垫粘贴在上抛光盘表面，通过抛光头对硅片施加一定压力，使硅片压在抛光垫表面，依靠硅片与抛光垫之间的相对运动，并借助于抛光液中的磨粒实现对硅片的平坦化。抛光过程中，由于硅片与抛光垫之间的摩擦，将会产生大量的热，使得抛光垫和上抛光盘温度升高。如果上抛光盘温度过高并且各部分温度严重不均匀，将使得上抛光盘在热应力的作用下产生微小形变，影响硅片表面的平整度。因此，需要将上抛光盘工作区域温度控制在一定范围，以提高硅片加工的质量。

考虑到抛光过程中，抛光头在抛光垫的圆心至抛光垫的外边缘的半径范围内运动，因此，抛光垫的圆心至抛光垫的外边缘的半径范围内的中间区域会一直被研磨，从而导致这部分区域的温度高于其他区域的温度，由此会导致径向温度分布不均。传统的上抛光盘水冷却方式虽然对上抛光盘整体进行降温，但由于进出水流运动路径较长，仍然会存在上抛光盘温度分布不均匀的情况，也就是上抛光盘的圆心至上抛光盘的外边缘的半径范围内的温度始终相差较大，且传统的水冷结构采用通过分割筋结构分割形成的多个扇形区域对冷却水进行引流，分割筋的分布大大减小了冷却结构容纳冷却水的腔体的容积，能够容纳的冷却水也相应减少，削弱了冷却效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种上抛光盘水冷却系统，解决上抛光盘在抛光过程中温度升高以及径向温度分布不均的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种上抛光盘水冷却系统，包括：

上抛光盘；

设置于所述上抛光盘一侧的旋转轴；

沿着所述旋转轴的延伸方向层叠套设于所述旋转轴上的第一水冷盘和第二水冷盘，所述第一水冷盘嵌设于所述上抛光盘上，所述第二水冷盘上设置有多个进水口，所述第一水冷盘设置有出水口，所述出水口与设置于所述旋转轴内的出水通道连通，所述第一水冷盘和所述第二水冷盘之间通过导流管连通。

可选的，所述第二水冷盘在所述上抛光盘上的正投影落入所述第一水冷盘在所述上抛光盘上的正投影内，所述第一水冷盘的厚度小于所述第二水冷盘的厚度。

可选的，所述第二水冷盘具有远离所述第一水冷盘的第一表面，所述第一表面对应于所述导流管的区域向远离所述第一水冷盘的方向凸起形成鼓包，所述导流管面向所述第一表面的一端与所述第一表面之间的距离小于预设距离。

可选的，还包括套设于所述旋转轴上的固定盘，所述固定盘位于所述第二水冷盘远离所述第一水冷盘的一侧以对所述第一水冷盘和所述第二水冷盘进行固定。

可选的，所述固定盘上设置有与所述多个进水口一一对应的通孔，每个所述进水口向外延伸并穿过所述通孔形成外露于所述固定盘的进水通道。

可选的，所述进水通道和所述出水通道的出口处均设置有温度传感器，所述进水通道上设置有用于根据所述温度传感器的信息调节冷却水流量的节流阀。

可选的，所述第一水冷盘和所述第二水冷盘之间的导流管位于所述第一水冷盘的边缘。

可选的，所述第一水冷盘嵌入所述上抛光盘的深度为所述第一水冷盘的厚度的1/2。

可选的，还包括设置于所述第一水冷盘和所述第二水冷盘之间的第三水冷盘，所述第一水冷盘和所述第三水冷盘之间、所述第三水冷盘和所述第一水冷盘之间均设有导流管，所述第三水冷盘和所述第一水冷盘之间的导流管位于所述第一水冷盘的边缘。

可选的，所述第一水冷盘、所述第三水冷盘、所述第二水冷盘的厚度依次增加。

本发明的有益效果是：通过层叠设置的水冷盘对上抛光盘进行冷却，解决上抛光盘在抛光过程中径向温度不均的问题，且第一水冷盘嵌入上抛光盘，增加了水冷盘与上抛光盘的接触面积，且第一水冷盘内的腔体是一没有被分隔的整体结构，相对于传统的冷却盘内设置较多的分割筋结构的设置，增大了腔体体积，能容纳的冷却水相应增加，大大增加了冷却效果。

附图说明

图1表示本发明实施例中上抛光盘水冷却系统示意图一；

图2表示本发明实施例中上抛光盘水冷却系统示意图二；

图3表示本发明实施例中上抛光盘水冷却系统示意图三。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员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。

针对上抛光盘在抛光过程中，工作区域温度高于其他区域导致上抛光盘径向温度不均的问题，本实施例提供一种上抛光盘水冷却系统，采用上抛光盘和水冷盘的复合式结构，通过水冷盘对上抛光盘进行冷却，且第一水冷盘嵌入上抛光盘，增加了第一水冷盘与上抛光盘之间的接触面积，尤其是增加了上抛光盘的边缘与第一水冷盘的接触面积，大大增强了上抛光盘整体的冷却效果；进一步地，减小了上抛光盘温度分布不均匀的情况，且本实施例中，采用层叠式的第一水冷盘和第二水冷盘，相对于呈螺旋式分布于上抛光盘上的冷却水管道的冷却结构缩短了进出水流路径长度。本实施例中的第一水冷盘内没有分割筋的设置，即第一水冷盘内的用于容纳冷却水的腔体是完整的整体，增大了冷却水的容量，增加了冷却效果。

具体的，如图1、图2和图3所示，本实施例中提供一种上抛光盘1水冷却结构，包括：

上抛光盘1；

设置于所述上抛光盘1一侧的旋转轴6；

沿着所述旋转轴6的延伸方向层叠套设于所述旋转轴6上的第一水冷盘2和第二水冷盘3，所述第一水冷盘2嵌设于所述上抛光盘1上，所述第二水冷盘3上设置有多个进水口，所述第一水冷盘2设置有出水口7，所述出水口7与设置于所述旋转轴6内的出水通道13连通，所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间通过导流管9连通。

如图1和图2所示，冷却水从所述第二水冷盘3上的进水口进入、通过所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间的导流管9进入到所述第一水冷盘2，并从所述旋转轴6内的出水通道13流出，所述旋转轴6带动所述上抛光盘1以及所述第一水冷盘2、所述第二水冷盘3旋转，层状堆叠结构的所述第一水冷盘2、所述第二水冷盘3中的冷却水在离心力、重力及进水端压力的共同作用下，实现冷却水的快速循环，增强冷却效果。

所述第一水冷盘2的远离所述上抛光盘1的一侧设置所述出水口7，所述第一水冷盘2与所述上抛光盘1接触的部分对所述上抛光盘1进行冷却，从图1可获得，所述第一水冷盘2内用于容纳冷却水的腔体是一没有任何分隔的完整的腔体，相对于传统的设置分割筋的水冷却结构，保证了冷却水流的均匀性以及保证腔体最大限度充满冷却水，增加了冷却效果。

所述第一水冷盘2嵌入上抛光盘1设置，增加了所述第一水冷盘2与所述上抛光盘1之间的接触面积，尤其是所述第一水冷盘2与所述上抛光盘1的边缘的面积，增强了所述上抛光盘1的边缘的冷却效果，增强所述上抛光盘1整体的冷却效果，改善所述上抛光盘1的径向温度分布不均的现象。

所述出水通道13设置于所述旋转轴6内，带走了旋转轴6产生的热量。既能保证机床精度不变，又保证了抛光效率的提高，同时使抛光机的使用范围扩大，可满足不同材质的抛光，还延长了机床的寿命，保证了机床精度。

需要说明的是，所述第一水冷盘2在垂直于所述旋转轴6的延伸方向上的面积可以根据实际需要设定，但为了更好的实现对所述上抛光盘1的冷却，所述第一水冷盘2在所述上抛光盘1上的正投影与所述上抛光盘1在垂直于所述旋转轴6的延伸方向上的面积的差值小于预设值，该预设值尽可能的小，使得所述第一水冷盘2对所述上抛光盘1整体进行冷却，本实施例的一具体实施方式中，所述第一水冷盘2在所述上抛光盘1上的正投影与所述上抛光盘1在垂直于所述旋转轴6的延伸方向上的面积相同，即所述第一水冷盘2的半径与所述上抛光盘1的半径相同，但并不以此为限。

本实施例中，所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3的半径的差值应易使导流管9贴近设置于第一水冷盘2边缘部分，且所述第一水冷盘2在所述上抛光盘1上的正投影大于所述第二水冷盘3在所述上抛光盘1上的正投影，即所述第二水冷盘3在所述上抛光盘1上的正投影落入所述第一水冷盘2在所述上抛光盘1的正投影内，所述第一水冷盘2的厚度小于所述第二水冷盘3的厚度。

所述第一水冷盘2的厚度减薄，可以使得冷却水快速注满所述第一水冷盘2，从而减小所述上抛光盘1在抛光过程中的径向温度温度分布不均。

本实施例中，所述第二水冷盘3具有远离所述第一水冷盘2的第一表面，所述第一表面对应于所述导流管9的区域向远离所述第一水冷盘2的方向凸起形成鼓包8，所述导流管9面向所述第一表面的一端与所述第一表面之间的距离小于预设距离。

所述鼓包8的设置使得所述导流管9的高度(即所述导流管9的进水口端插入所述第二水冷盘3的深度)增加，从而，可以使得所述第二水冷盘3内的水的高度为预设高度后，再流入所述第一水冷盘2，避免冷却水走捷径，增强抛光过程中的冷却效果。

所述预设距离可根据实际需要设定，本实施例中，所述预设距离与所述第二水冷盘3的厚度的比值为1：3～1：5，或者，所述预设距离与所述第二水冷盘3的厚度的比值小于1/3，使得所述第二水冷盘3内的水需要达到2/3以上，保证进入所述第一水冷盘2内的冷却水的容量。

本实施例的一具体实施方式中，所述导流管9面向所述第一表面的一端与所述第一表面之间的距离为零，即所述导流管9面向所述第一表面的一端与所述第一表面除鼓包8之外的区域位于同一平面上，使得冷却水注满所述第二水冷盘3后再流入所述第一水冷盘2。

所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间的距离可以根据实际需要设定，所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间的距离大，会造成所述导流管9的整体的长度过长，会延长冷却水的注入时间，也会增加上抛光盘冷却系统整体的的体积，本实施例中，所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间的距离为所述第一水冷盘2的厚度的0.8-1.2倍，但并不以此为限。

本实施例中，所述上抛光盘1冷却结构还包括套设于所述旋转轴6上的固定盘5，所述固定盘5位于所述第二水冷盘3远离所述第一水冷盘2的一侧以对所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3进行固定。

所述固定盘5的设置，防止在抛光过程中，所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3的松动，避免影响冷却效果。

本实施例中，所述固定盘5通过螺丝12与所述第二水冷盘3进行固定，但并不以此为限。

本实施例中，所述固定盘5上设置有与所述多个进水口一一对应的通孔，每个所述进水口向外延伸并穿过所述通孔形成外露于所述固定盘5的进水通道11。

采用上述技术方案，增强了所述第二水冷盘3与所述固定盘5之间的连接稳定性，并进一步的保证了所述第一水冷盘2、所述第二水冷盘3和所述上抛光盘1之间的稳固。

本实施例中，所述进水通道11和所述出水通道13的出口处均设置有温度传感器，所述进水通道11上设置有用于根据所述温度传感器的信息调节冷却水流量的节流阀。

位于所述进水通道11和所述出水通道13的出口处的温度传感器可以感应进入所述第二水冷盘3的冷却水的温度、以及从所述出水通道13流出的冷却水的温度，从而可以通过所述节流阀调节进入所述第二水冷盘3的冷却水的流量，以保证冷却效果。

本实施例中，所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间的导流管9位于所述第一水冷盘2的边缘。

所述导流管9设置于所述第一水冷盘2的边缘，从而冷却水是先流入所述第一水冷盘2的边缘，然后由所述第一水冷盘2的边缘流入所述第一水冷盘2的中心区域，减小了所述上抛光盘1的在抛光过程中边缘区域和中心区域的温度差，抵消了上抛光盘1边缘部分由于线速度快而产生的较多的热量，最大限度保证了上抛光盘1径向整体上温度分布的均匀性。

所述导流管9的数量可以设置多个，以使得冷却水可以快速的注满所述第一水冷盘2，本实施例的一具体实施方式中，所述导流管9设置了6个，6个导流管9均匀分布于所述第一水冷盘2的边缘，但并不以此为限。

本实施例中，所述第一水冷盘2嵌入所述上抛光盘1的深度为所述第一水冷盘2的厚度的1/2，但并不以此为限。

所述第一水冷盘2下沉至所述上抛光盘1内部，嵌合深度约为所述第一水冷盘2的高度的1/2，所述第一水冷盘2与上抛光盘1边缘部分接触面积增加，大大增强了上抛光盘1边缘部分的冷却效果。

本实施例中，所述上抛光盘1水冷却结构还包括设置于所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间的第三水冷盘4，所述第一水冷盘2和所述第三水冷盘4之间、所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间均设有导流管9，所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9位于所述第一水冷盘2的边缘。

所述第二水冷盘3上设置有进水口，由于进水口存在水压不稳的情况，所述第二水冷盘3起到稳流的作用，所述第一水冷盘2和所述第二水冷盘3之间增设所述第三水冷盘4进一步的起到缓冲作用，保证冷却水匀速进入所述第一水冷盘2。

本实施例中，所述第一水冷盘2、所述第三水冷盘4、所述第二水冷盘3的厚度依次增加。

采用上述技术方案，使得冷却水匀速且快速的进入所述第一水冷盘2，且从图1和图2中可获得，所述第二水冷盘3、所述第三水冷盘4在所述第一水冷盘2上的正投影依次增大，也就是说，所述第三水冷盘4的边缘更靠近所述第一水冷盘2的边缘，从而可以使得所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9更靠近所述第一水冷盘2的边缘，从而可以有效的改善所述上抛光盘1在抛光过程中径向温度分布不均的情况。

需要说明的是，所述第一水冷盘2、所述第三水冷盘4、所述第二水冷盘3的厚度依次增加，可以抵消一部分由于所述第二水冷盘3、所述第三水冷盘4、所述第一水冷盘2的半径依次减小，导致容纳对的冷却水不足的问题(即所述第二水冷盘3内的冷却水没有及时充满，而影响冷却效果)，但所述第一水冷盘2、所述第三水冷盘4、所述第二水冷盘3的厚度的增加幅度不宜过大，应与所述上抛光盘1之间的比例协调，避免所述第二水冷盘3的厚度过大，增加影响冷却水的注入时间，增加所述第二水冷盘3的比重，导致影响上抛光盘水冷却系统整体的稳定性。

所述第三水冷盘4具有远离所述第一水冷盘2的第二表面，所述第二表面对应于所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9的区域向远离所述第一水冷盘2的方向凸起形成鼓包8，所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9面向所述第二表面的一端与所述第二表面之间的距离小于预设距离。

所述鼓包8的设置使得所述导流管9的高度(即所述导流管9的进水口端插入所述第三水冷盘4的深度)增加，从而可以使得所述第三水冷盘4内的水的高度为预设高度后，再流入所述第一水冷盘2，避免冷却水走捷径，增强抛光过程中的冷却效果。

所述预设距离可根据实际需要设定，本实施例中，所述预设距离与所述第二水冷盘3的厚度的比值为1：3～1：5，或者，所述预设距离与所述第三水冷盘4的厚度的比值小于1/3，使得所述第三水冷盘4内的水需要达到2/3以上，保证进入所述第一水冷盘2内的冷却水的容量，使得冷却水可以快速的注满所述第一水冷盘2。

本实施例的一具体实施方式中，所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9面向所述第二表面的一端与所述第二表面之间的距离为零，即所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9面向所述第二表面的一端与所述第二表面除鼓包8之外的区域位于同一平面上，使得冷却水注满所述第三水冷盘4后再流入所述第一水冷盘2。

所述第一水冷盘2和所述第三水冷盘4之间的第一距离与所述第三水冷盘4和所述第二水冷盘3之间的第二距离可以相同可以不同，本实施例中，所述第一距离和所述第二距离均为所述第一水冷盘2的厚度的0.8-1.2倍，避免冷却水注入时间过长，但并不以此为限。

本实施例的一具体实施方式中，所述第一距离和所述第二距离相同。

需要说明的是，为了使得冷却水可以快速注入所述第一水冷盘2，所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9的数量可以根据实际需要设定，本实施例的一具体实施方式中，所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的导流管9设置了6个，6个导流管9均匀分布于所述第一水冷盘2的边缘，但并不以此为限。

需要说明的是，所述第二水冷盘3和所述第三水冷盘4之间的导流管9的数量与所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的数量可以相同也可以不同，但为了保证冷却水可以匀速的进入所述第一水冷盘2，本实施例的一具体实施方式中，所述第二水冷盘3和所述第三水冷盘4之间的导流管9的数量与所述第三水冷盘4和所述第一水冷盘2之间的数量相同。

本实施例中，所述第一水冷盘2、所述第三水冷盘4、所述第二水冷盘3的外部罩设有保护罩10。

以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种上抛光盘水冷却系统，其特征在于，包括：

上抛光盘；

设置于所述上抛光盘一侧的旋转轴；

沿着所述旋转轴的延伸方向层叠套设于所述旋转轴上的第一水冷盘和第二水冷盘，所述第一水冷盘嵌设于所述上抛光盘上，所述第二水冷盘上设置有多个进水口，所述第一水冷盘设置有出水口，所述出水口与设置于所述旋转轴内的出水通道连通，所述第一水冷盘和所述第二水冷盘之间通过导流管连通；

所述第二水冷盘具有远离所述第一水冷盘的第一表面，所述第一表面对应于所述导流管的区域向远离所述第一水冷盘的方向凸起形成鼓包，所述导流管面向所述第一表面的一端与所述第一表面之间的距离小于预设距离。

2.根据权利要求1所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，所述第二水冷盘在所述上抛光盘上的正投影落入所述第一水冷盘在所述上抛光盘上的正投影内，所述第一水冷盘的厚度小于所述第二水冷盘的厚度。

3.根据权利要求1所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，还包括套设于所述旋转轴上的固定盘，所述固定盘位于所述第二水冷盘远离所述第一水冷盘的一侧以对所述第一水冷盘和所述第二水冷盘进行固定。

4.根据权利要求3所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，所述固定盘上设置有与所述多个进水口一一对应的通孔，每个所述进水口向外延伸并穿过所述通孔形成外露于所述固定盘的进水通道。

5.根据权利要求4所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，所述进水通道和所述出水通道的出口处均设置有温度传感器，所述进水通道上设置有用于根据所述温度传感器的信息调节冷却水流量的节流阀。

6.根据权利要求1所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，所述第一水冷盘和所述第二水冷盘之间的导流管位于所述第一水冷盘的边缘。

7.根据权利要求1所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，所述第一水冷盘嵌入所述上抛光盘的深度为所述第一水冷盘的厚度的1/2。

8.根据权利要求1所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，还包括设置于所述第一水冷盘和所述第二水冷盘之间的第三水冷盘，所述第一水冷盘和所述第三水冷盘之间、所述第三水冷盘和所述第一水冷盘之间均设有导流管，所述第三水冷盘和所述第一水冷盘之间的导流管位于所述第一水冷盘的边缘。

9.根据权利要求8所述的上抛光盘水冷却系统，其特征在于，所述第一水冷盘、所述第三水冷盘、所述第二水冷盘的厚度依次增加。

Images