CN111136579A - 一种导向机构及抛光设备 - Google Patents

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沈思情
张俊宝
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Abstract

本发明公开了一种导向机构及抛光设备，涉及晶圆片制造技术领域。该导向机构包括底座、轴承以及设置于底座顶部的支撑杆，轴承套接于支撑杆上，导向机构还包括抵接部件，抵接部件固定连接于支撑杆的顶部，并将轴承的内圈夹持固定于抵接部件和底座之间。当将导向机构的底座和轴承外圈分别连接于两个相对旋转部件时，通过导向机构作为两部件间的相对旋转介质，能够实现两个旋转部件的旋转导向，保证两部件的稳定旋转。抛光设备包括导向机构，还包括抛光轮、抛光组件和连接组件。通过将导向机构的底座和轴承外圈分别连接相对旋转的抛光轮和连接组件，实现抛光轮与连接组件的旋转导向，进而保证抛光组件在连接组件的限制下稳定旋转。

Description

一种导向机构及抛光设备
技术领域
本发明涉及晶圆片制造技术领域，尤其涉及一种导向机构及抛光设备。
背景技术
化学机械抛光工艺(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是一种利用化学腐蚀和机械加工方式对晶圆片或其他衬底材料进行平滑处理，CMP工艺包括物理过程和化学过程。其中，化学过程是研磨液中的化学品和晶圆片发生化学反应，并在晶圆片表面生成比较容易去除的物质，而物理过程则利用研磨液中的磨粒与晶圆片表面进行物理摩擦，通过去除其表面物质而形成光滑的晶圆片。但在进行物理摩擦过程中，易出现抛头晃动的问题，导致晶圆片表面抛光不均匀，从而影响产品质量。
因此，如何对现有的导向机构及抛光设备进行改进，使其克服上述问题是本领域技术人员亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导向机构，该导向机构能够实现两个相对旋转部件之间的旋转导向，保证其旋转的稳定性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种导向机构，所述导向机构包括：
底座；
支撑杆，设置于所述底座的顶部；
轴承，所述轴承套接于所述支撑杆上；及
抵接部件，所述抵接部件固定连接于所述支撑杆的顶部，并将所述轴承的内圈夹持固定于所述抵接部件和所述底座之间。
可选地，所述支撑杆沿轴线方向的尺寸不大于所述轴承的轴向尺寸；
所述抵接部件沿径向的尺寸不大于所述轴承的外圈滚道直径。
可选地，所述底座包括：
第一圆台；
锥台，所述锥台的大径端与所述第一圆台连接；及
第二圆台，与所述锥台的小径端连接，所述第二圆台的直径大于所述支撑杆的直径，所述轴承的底面支撑于所述第二圆台的上端。
本发明的另一个目的在于提供一种包括上述导向机构的抛光设备，该导向机构能够可拆卸连接于抛光设备内，实现抛光头的稳定旋转，保证待抛光件的抛光效果。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种抛光设备，所述抛光设备包括上述的导向机构，还包括：
抛光轮，所述抛光轮能够绕自身轴线旋转，所述抛光轮中心设置有凹槽，所述底座固定于所述凹槽内，且所述轴承至少部分露出所述凹槽；
抛光组件，所述抛光组件设置于所述抛光轮上方，用于将待抛光件压至所述抛光轮表面；
连接组件，所述连接组件底端套接于所述轴承外侧，且所述连接组件的底端的外侧与所述抛光组件配合，以实现所述抛光组件的定位。
可选地，所述抛光组件包括：
抛光头，所述抛光头能够将待抛光件压至所述抛光轮表面；
第一驱动机构，输出端与所述抛光头连接，所述第一驱动机构能够驱动所述抛光头沿竖直方向运动，并绕所述抛光头自身轴线以相对所述抛光轮反向旋转。
可选地，所述连接组件包括：
加工轮，套设于所述轴承的外圈，所述加工轮外侧与所述抛光头抵接；
第二驱动机构，输出端与所述加工轮连接，所述第二驱动机构能够驱动所述加工轮相对抛光头的反向旋转，以使所述加工轮配合所述抛光头旋转。
可选地，所述加工轮的外侧设置为弹性部，所述弹性部外侧能够与所述抛光头抵接。
可选地，所述抛光组件还包括：
承载盘，设置于所述抛光头的底面，所述承载盘能够固定所述待抛光件，以通过所述抛光头实现待抛光件的抛光。
可选地，所述抛光设备还包括顶板，所述连接组件顶端固定于所述顶板底面的中心位置，所述抛光组件设置多个，多个所述抛光组件围绕所述连接组件的周向间隔排列并连接于所述顶板底面。
可选地，所述抛光设备还包括冲洗组件，所述冲洗组件能够冲洗所述抛光轮表面。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种导向机构及抛光设备，该导向机构包括底座、轴承以及设置于底座顶部的支撑杆，轴承套接于支撑杆上，导向机构还包括抵接部件，抵接部件固定连接于支撑杆的顶部，并将轴承的内圈夹持固定于抵接部件和底座之间。当将导向机构的底座和轴承外圈分别连接于两个相对旋转部件时，通过导向机构作为两部件间的相对旋转介质，能够实现两个旋转部件的旋转导向，保证两部件的稳定旋转。
抛光设备包括导向机构，还包括抛光轮，导向机构的底座固定于抛光轮中心的凹槽内，且轴承至少部分露出凹槽，抛光轮能够绕自身轴线旋转，从而带动导向机构沿自身轴线旋转。抛光设备还包括抛光组件和连接组件，抛光组件设置于抛光轮上方，用于将待抛光件压至抛光轮表面。由于轴承至少部分露出凹槽，因此连接组件的底端套接于轴承外侧，且连接组件的底端的外侧与抛光组件配合。通过将导向机构的底座和轴承外圈分别连接相对旋转的抛光轮和连接组件，实现抛光轮与连接组件的旋转导向，而连接组件外侧与抛光组件配合，抛光组件即可在连接组件的限制下稳定旋转。
同时，连接组件和抛光组件均在驱动部件的作用下相对反向旋转，因此连接组件和抛光组件能够协同旋转，避免出现抛光组件不旋转的情况时，保证了待抛光件的平滑抛光，提高抛光质量。
附图说明
图1为本发明实施例中的导向机构的爆炸图；
图2是本发明实施例中的导向机构中部分结构的俯视图；
图3是本发明实施例中的导向机构中部分结构的剖视图；
图4是本发明实施例中的装设有导向机构的抛光轮的结构示意图；
图5是本发明实施例中的抛光设备的结构示意图；
图6是图5的部分剖视图；
图7是图6中B的局部放大图。
图中：
1、导向机构；2、抛光轮；3、顶板；4、连接组件；5、抛光组件；6、冲洗组件；
11、底座；12、支撑杆；13、轴承；14、抵接部件；41、加工轮；51、抛光头；52、承载盘；61、供液口；62、集液室；63、出液口。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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；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。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。
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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
CMP工艺包括的物理过程需要通过研磨液中的磨粒与晶圆片表面发生物理摩擦，来去除其表面物质而形成光滑的晶圆片。但在物理摩擦的过程中，易出现抛光头晃动等问题，导致晶圆片表面抛光不均匀，从而影响产品质量。
为解决上述问题，本发明实施例提出了一种导向机构1，如图1-3所示，该导向机构1能够设置于抛光设备内，实现抛光轮2与抛光头间的旋转定位，避免抛光头晃动等问题。具体地，导向机构1包括底座11、轴承13以及设置于底座11顶部的支撑杆12，轴承13套接于支撑杆12上，导向机构1还包括抵接部件14，抵接部件14固定连接于支撑杆12的顶部，并将轴承13的内圈夹持固定于抵接部件14和底座11之间。当将导向机构1的底座11和轴承13外侧分别连接于两个相对旋转部件时，通过导向机构1作为两部件间的相对旋转介质，能够实现两个旋转部件的旋转导向，保证两部件的稳定旋转。
具体地，如图1所示，底座11包括第一圆台、锥台以及第二圆台，锥台的大径端与第一圆台连接，第二圆台与锥台的小径端连接，第二圆台的直径大于支撑杆12的直径，轴承13的底面支撑于第二圆台的上端。通过将底座11设置成第一圆台直径较大、第二圆台直径较小的形式，一方面能够保证底座11重心较低，提高导向机构1的稳定性，同时当将导向机构1通过第一圆台可拆卸连接于抛光设备时，连接更为稳固，另一方面也便于在将轴承13套接于支撑杆12时，第二圆台不接触轴承13的外圈，避免因阻碍轴承13外圈转动而影响导向机构1中心传动的情况。
可选地，抵接部件14可以设置为固定压块，如图1所示，该固定压块能够抵压轴承13的内圈，以与支撑杆12配合保证轴承13的稳定旋转，固定压块和支撑杆12对应设置有螺纹孔，可通过将六角螺丝拧入该螺纹孔内实现固定压块和支撑杆12的可拆卸连接，以便于实现导向机构1内轴承13的更换，即根据待转动件的内径可适应性的选择相应型号的轴承13，提高导向机构1的通用性。
为保证轴承13的内外圈分别与两个相对旋转部件同步转动，同时避免其他部件对轴承13的内外圈的转动产生干涉。本实施例中，支撑杆12沿轴向方向的尺寸不大于轴承13的轴向尺寸，使得当将轴承13套接于支撑杆12上时，支撑杆12不凸出于轴承13，保证抵接部件14能够抵接轴承13的内圈，实现轴承13的内圈能够与其连接的部件同步转动。同时，抵接部件14沿径向的尺寸不大于轴承13的外圈滚道的内径，避免抵接部件14同时抵接到轴承13的外圈并对轴承13的外圈转动产生干涉。
与导向机构1相配合地，本发明实施例提出了一种抛光设备，如图4-7所示，抛光设备包括导向机构1，还包括抛光轮2，导向机构1的底座11固定于抛光轮2中心的凹槽内，且轴承13至少部分露出凹槽，抛光轮2能够绕自身轴线旋转，从而带动导向机构1沿自身轴线旋转。抛光设备还包括抛光组件5和连接组件4，抛光组件5设置于抛光轮2上方，连接组件4顶端固定，由于轴承13至少部分露出凹槽，因此连接组件4的底端套接于轴承13外侧，且连接组件4的底端的外侧与抛光组件5配合。通过将导向机构1的底座11和轴承13外侧分别连接相对旋转的抛光轮2和连接组件4，实现抛光轮2与连接组件4的旋转导向，而连接组件4外侧与抛光组件5配合，抛光组件5即可在连接组件4的限制下稳定旋转。可选地，抛光轮2的中心下端连接有动力轴，该动力轴的另一端与电机的输出端相连，抛光轮2在电机的驱动下绕自身轴线转动。抛光轮2的中心上端凹槽内可拆卸固定有导向机构1，导向机构1的底座11和抛光轮2的中心凹槽内对应设置有螺纹孔，该导向机构1可通过六角螺丝可拆卸地连接于抛光轮2上，实现导向机构1的及时更替，延长抛光设备的使用寿命。
为通过抛光设备实现待抛光件的抛光，如图5-7所示，抛光组件5包括抛光头51和第一驱动机构，抛光头51能够将待抛光件压至抛光轮2表面，抛光轮2表面设置有抛布，以通过抛布实现待抛光件的抛光，第一驱动机构的输出端与抛光头51连接，一方面驱动抛光头51沿竖直方向运动，以实现待抛光件与抛光轮2的接触和脱离。另一方面驱动抛光头51绕自身轴线以相对抛光轮2的反向旋转，以通过抛光头51与抛光轮2反向旋转，增强待抛光件的抛光强度，提高抛光效果。可选地，第一驱动机构形式有多种，比如液压传动和机械传动等，以带动抛光头51运动。
具体地，为实现抛光头51的稳定旋转，以提高待抛光件的抛光效果，连接组件4包括加工轮41和第二驱动机构，加工轮41外侧与抛光头51抵接，第二驱动机构的输出端与加工轮41连接，第二驱动机构能够驱动加工轮41相对抛光头51的反向旋转，以使加工轮41配合抛光头51旋转。由于加工轮41在导向机构1的作用下能够沿自身轴线稳定旋转，因此，当加工轮41外侧与抛光头51抵接时，能够限制抛光头51沿水平方向的位置，保证抛光头51的稳定旋转，同时加工轮41与抛光头51的旋转方向相反，在抛光头51因轻微故障卡住时能够带动抛光头51旋转，避免出现抛光头51不旋转或晃动的情况，保证抛光头51的稳定旋转，进而提高待抛光件的抛光效果。可选地，第二驱动机构也可以设置为电机，以带动加工轮41旋转，第二驱动机构的具体设置形式可根据实际情况选择，在此不作具体限定。
本实施例中，加工轮41的外侧设置为弹性部，弹性部外侧能够与抛光头51抵接，以保证加工轮41与抛光头51配合的稳定性。当抛光头51与加工轮41抵接旋转时，不可避免的会产生微小的挤压碰撞，因此将加工轮41外侧设置为弹性部，能够防止损坏抛光头51和加工轮41，还能提高延长抛光设备的使用寿命。弹性部可以设置由聚氨酯或橡胶制成，聚氨酯弹性圈具有优异的耐磨性、耐热性以及高强度，适用于旋转机构接触连接，具有较长的使用寿命。
具体地，如图6-7所示，本实施例提出的抛光头51底部设置有承载盘52，承载盘52能够固定待抛光件，以通过抛光头51实现待抛光件的抛光。即通过第一驱动机构驱动抛光头51沿竖直方向运动，带动其底部设置的承载盘52上固定的待抛光件与抛光轮2接触，实现待抛光件表面的抛光，承载盘52也可实现不同尺寸待抛光件的贴附，提高通用性。可选地，待抛光件可以设置为晶圆片，为保证承载盘52对晶圆片的固定同时不在晶圆片表面产生划痕，晶圆片可通过粘接或吸附固定于承载盘52上，即可通过热剥离双面胶带将晶圆片手动粘接到承载盘52上，也可通过在承载盘52底部表面设置吸附垫，通过手动将晶圆片贴附于吸附垫上即可实现晶圆片的固定，该种固定方式可以减少晶圆片表面划道，提高抛光效果。此外，承载盘52可以设置为陶瓷盘，陶瓷盘具有耐磨、稳定等优点，适用于在其上贴附晶圆片。
本实施例中，抛光设备还包括顶板3，连接组件4顶端固定于顶板3底面的中心位置，抛光组件5设置多个，多个抛光组件5围绕连接组件4的周向间隔排列并连接于顶板3的底面。由于抛光组件5设置为多个，因此可以通过将多个待抛光件分别贴附于不同的抛光头51底部，实现多个待抛光件的同时抛光，提高抛光效率。同时，多个抛光组件5可同步抵接加工轮41，协同配合实现多个抛光头51的稳定旋转。本实施例中，抛光组件5设置为四个，四个抛光组件5以90°为间隔环形排列，以避免抛光组件5间发生干涉，而影响抛光设备运行。
为进一步提高抛光效率和抛光设备的可控度，抛光设备还包括PLC控制系统，该控制系统与驱动机构连接，能够控制抛光头51的抵压力道、抛光时间以及转速控制，同时该控制系统能够检测承载盘52内是否设置有待抛光件，若贴附有待抛光件则控制该抛光组件5的驱动部件带动抛光头51沿竖直方向运动，来进行对应待抛光件的抛光。针对PLC控制系统中抛光时间的控制，可利用控制系统内部时钟，通过自身的定时器来对抛光时间实现定时控制，当定时器达到所要求的抛光时间后抛光设备自动停止抛光。此外，该PLC控制系统还能够根据不同的材料、不同的形状进行相应的分段速度调节，具体地，当驱动机构设置为电机时，可通过控制驱动机构两端的电压，来达到控制电机转速的目的。
值得注意的是，有关PLC控制系统的编程，属于本领域的常规设置，在此不再赘述。此外，PLC控制系统及其与驱动部件的连接关系、具体结构以及具体控制方式均为本领域较常规的手段，本实施例可以采用现有技术中任一种PLC控制系统与驱动部件的连接关系、具体结构以及具体控制方式即可，本申请不再对其进行详细说明。
本实施例中，如图6所示，抛光设备还包括冲洗组件6，冲洗组件6能够冲洗抛光轮2表面。具体地，冲洗组件6包括设置于顶板3上方的供液口61、抛光轮2外侧的集液室62以及与集液室62连接的出液口63。冷却液能够从供液口61排出，并冲洗抛光轮2表面，一方面能够冲洗抛光轮2表面上待抛光件的磨屑，提高抛光轮2对待抛光件的抛光效果，另一方面能够降低抛光轮2表面温度，避免设备因运转温度过高而出现意外状况。冷却液经由抛光轮2表面甩出至集液室62内，集液室62的高度高于抛光轮2表面，以避免冷却液甩出至抛光设备外，进而冷却液经由集液室62下方的出液口63流出，完成整个抛光设备的清洗降温。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种导向机构，其特征在于，所述导向机构(1)包括：
底座(11)；
支撑杆(12)，设置于所述底座(11)的顶部；
轴承(13)，所述轴承(13)套接于所述支撑杆(12)上；及
抵接部件(14)，所述抵接部件(14)固定连接于所述支撑杆(12)的顶部，并将所述轴承(13)的内圈夹持固定于所述抵接部件(14)和所述底座(11)之间。
2.根据权利要求1所述的导向机构，其特征在于，所述支撑杆(12)沿轴线方向的尺寸不大于所述轴承(13)的轴向尺寸；
所述抵接部件(14)沿径向的尺寸不大于所述轴承(13)的外圈滚道直径。
3.根据权利要求1所述的导向机构，其特征在于，所述底座(11)包括：
第一圆台；
锥台，所述锥台的大径端与所述第一圆台连接；及
第二圆台，与所述锥台的小径端连接，所述第二圆台的直径大于所述支撑杆(12)的直径，所述轴承(13)的底面支撑于所述第二圆台的上端。
4.一种抛光设备，其特征在于，所述抛光设备包括如权利要求1-3中任一项所述的导向机构(1)，还包括：
抛光轮(2)，所述抛光轮(2)能够绕自身轴线旋转，所述抛光轮(2)中心设置有凹槽，所述底座(11)固定于所述凹槽内，且所述轴承(13)至少部分露出所述凹槽；
抛光组件(5)，所述抛光组件(5)设置于所述抛光轮(2)上方，用于将待抛光件压至所述抛光轮(2)表面；
连接组件(4)，所述连接组件(4)底端套接于所述轴承(13)外侧，且所述连接组件(4)的底端的外侧与所述抛光组件(5)配合，以实现所述抛光组件(5)的定位。
5.根据权利要求4中所述的抛光设备，其特征在于，所述抛光组件(5)包括：
抛光头(51)，所述抛光头(51)能够将待抛光件压至所述抛光轮(2)表面；
第一驱动机构，输出端与所述抛光头(51)连接，所述第一驱动机构能够驱动所述抛光头(51)沿竖直方向运动，并绕所述抛光头(51)自身轴线以相对所述抛光轮(2)反向旋转。
6.根据权利要求5所述的抛光设备，其特征在于，所述连接组件(4)包括：
加工轮(41)，套设于所述轴承(13)的外圈，所述加工轮(41)外侧与所述抛光头(51)抵接；
第二驱动机构，输出端与所述加工轮(41)连接，所述第二驱动机构能够驱动所述加工轮(41)相对抛光头(51)的反向旋转，以使所述加工轮(41)配合所述抛光头(51)旋转。
7.根据权利要求6中所述的抛光设备，其特征在于，所述加工轮(41)的外侧设置为弹性部，所述弹性部外侧能够与所述抛光头(51)抵接。
8.根据权利要求5所述的抛光设备，其特征在于，所述抛光组件(5)还包括：
承载盘(52)，设置于所述抛光头(51)的底面，所述承载盘(52)能够固定所述待抛光件，以通过所述抛光头(51)实现待抛光件的抛光。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的抛光设备，其特征在于，所述抛光设备还包括顶板(3)，所述连接组件(4)顶端固定于所述顶板(3)底面的中心位置，所述抛光组件(5)设置多个，多个所述抛光组件(5)围绕所述连接组件(4)的周向间隔排列并连接于所述顶板(3)底面。
10.根据权利要求5-8中任一项所述的抛光设备，其特征在于，所述抛光设备还包括冲洗组件(6)，所述冲洗组件(6)能够冲洗所述抛光轮(2)表面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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