TWI820968B - 一種拋光墊修整裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種拋光墊修整裝置，包括：連接臂，水平延伸；修整頭單元，設於連接臂的一端，用於修整拋光墊；基座單元，設於連接臂的另一端，與連接臂活動連接，用於驅動連接臂帶著修整頭單元垂直上下移動，以使得修整頭單元沿趨於垂直的方向靠近或遠離拋光墊。本發明可以穩定實現修整過程中的均勻穩定的正壓力，保證了拋光修整過程的一致性；不是一個運動放大機構，可以有效減輕修整頭單元在運動至拋光墊過程中對拋光墊的衝擊作用；無放大作用，更容易保證修整頭單元工位狀態的一致性。
Description
本發明屬於半導體集成電路芯片製造領域，尤其是涉及一種拋光墊修整裝置。
化學機械拋光平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)設備中晶圓在粗糙的拋光墊表面拋光晶圓，隨著拋光時間的延長，拋光墊表面被磨平，失去拋光的效果，需要有帶有金剛石砂輪盤的修整器對拋光墊表面修整，使拋光墊表面粗糙有摩擦力，使之繼續擁有拋光的功能；為了完成整個拋光過程，拋光墊修整器需要有一個在高度方向上接近拋光墊的過程，目前拋光墊修整器的這種UP/Down的過程基本通過槓桿的原理實現，動力裝置通過控制槓桿的短力臂一端來實現槓桿的長力臂一端的俯仰，如圖1所示，即實現拋光墊修整器修整頭UP/Down的過程。
此種方式有幾個缺陷：首先，在拋光墊磨損的過程中，由於拋光墊高度的變化，支撐拋光墊修整器的機械臂的空間角度α是一個不斷變化的過程，換而言之，拋光墊修整器施加給拋光墊的
壓力方向F2在不斷變化，這就導致修整後的拋光墊狀態無法保證在一個相對穩定的狀態，最終導致在拋光墊上完成拋光的晶圓也就無法保證一致性；其次，由於槓桿原理本身的特性，α角大多數情況下不為零，拋光墊修整器給拋光墊的壓力大多情況下並不為正壓力，即拋光墊修整器不同區域的拋光壓力不一致，而拋光墊修整器工作過程中的擺動速度有限，這就導致了拋光墊不同區域的修整程度不一致，即無法保證拋光墊形貌的一致性，影響完成拋光的晶圓的一致性；再者，此槓桿原理的UP/Down實現方式實際上是一個運動放大機構，將動力裝置的位移放大以實現拋光墊修整器頭部的運動，但同時也大大降低了拋光墊修整器的空間位置穩定性，容易把動力裝置的波動加倍放大然後傳遞到拋光墊修整器的修整頭上，帶來的結果就是在拋光墊修整器接近拋光墊的過程中的運動衝擊被放大，加大拋光墊被沖擊損傷的可能；最後，拋光墊修整器在UP/Down運動過程中存在UP/Down的極限位置，需要設定硬限位，而硬限位在加工、安裝、調試過程中的誤差都會被槓桿機構放大，從而無法保證不同工位上拋光墊修整器的一致性。
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種動力方向和運動方向一致，使得連接臂帶著修整頭單元以平動的方式實現拋光墊的修整，修整壓力更加均勻的拋光墊修整裝置。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種拋光
墊修整裝置，包括：連接臂，水平延伸；修整頭單元，設於連接臂的一端，用於修整拋光墊；基座單元，設於連接臂的另一端，與連接臂活動連接，用於驅動連接臂帶著修整頭單元垂直上下移動，以使得修整頭單元沿趨於垂直的方向靠近或遠離拋光墊。
本發明利用基座單元驅動連接臂垂直上下移動，以使得修整頭單元垂直向下對拋光墊進行修整，保證了動力方向和運動方向的一致性，通過平動的方式實現修整頭單元的上下運動，實現修整過程中均勻的、穩定的拋光壓力，解決了現有技術槓桿原理存在的修整頭單元施加給拋光墊的壓力不斷變化的問題，也沒有作用力的放大問題，保證拋光墊形貌的一致性。
進一步的，所述連接臂以水平的姿態帶著修整頭單元垂直上下移動。
進一步的，所述修整頭單元垂直上下移動以與拋光墊面接觸，並保持面接觸的狀態完成拋光墊的修整。
進一步的，所述基座單元至少包括，安裝座；接頭，可相對安裝座垂直上下活動，其與連接臂相連；活動連接板，與連接臂相連，在連接臂的帶動下可沿安裝座垂直上下活動。
活動連接板可以承受修整頭單元與連接臂帶來的彎矩，
保證整個結構的穩定性。
進一步的，所述基座單元還包括調節組件，其穿過連接臂與活動連接板頂面相抵，以調節連接臂和活動連接板之間的間隙大小，保證連接臂處於水平的姿態。調節組件的設置可以輔助調節實現連接臂的水平姿態，可以相對降低零部件的加工精度。
進一步的，所述調節組件包括至少兩個第一調節件，該第一調節件沿著連接臂的長度方向間隔佈設，至少兩個第一調節件配合形成連接臂和活動連接板之間的第一夾角，以克服連接臂長度方向上的傾斜姿態。
進一步的，所述調節組件包括至少兩個第二調節件，該第二調節件沿著連接臂的寬度方向間隔佈設，至少兩個第二調節件配合形成連接臂和活動連接板之間的第二夾角，以克服連接臂寬度方向上的傾斜姿態。
進一步的，所述第一調節件和第二調節件相互垂直佈設。
進一步的，所述第一調節件和第二調節件的總數量為六個，其分為以連接臂的中心軸線對稱設置的兩組。
進一步的，所述連接臂和活動連接板之間通過緊固件相連，該緊固件靠近所述第一調節件和第二調節件。
進一步的，所述安裝座上設有垂直延伸的導向機構，所述活動連接板沿導向機構垂直上下活動。
進一步的，所述導向機構和修整頭單元分別設於所述安裝座的兩側。修整頭單元、接頭和導向機構從左往右依次佈設，接
頭設置在修整頭單元和導向機構之間，在工作過程中，動力機構對接頭的推力可以一定程度上克服修整頭單元自重對導向機構的彎矩，減小導向機構的負荷，增加導向機構的壽命。
進一步的，所述導向機構的上下兩端分別形成限位塊，以限制活動連接板的上下活動行程。限位塊在整個UP/Down運動過程中起限位作用，保證修整頭單元的安全工作範圍。
進一步的，所述接頭與活動連接板分體設置，或者，所述接頭與活動連接板一體設置。
進一步的，所述接頭在動力機構的驅動下上下活動，所述接頭和動力機構之間形成活動間隙；或者，所述接頭與動力機構一體連接。
活動間隙的存在可以對接頭和動力機構之間形成保護作用，增加兩者的靈活性；接頭和動力機構一體連接則使得整體結構更加簡單。
進一步的，所述動力機構為氣缸。
進一步的，所述連接臂的端部形成下部開口的罩體，所述接頭、活動連接板分別與罩體的內頂面相連；所述罩體頂面形成鏤空部。
進一步的，所述修整頭單元包括驅動單元和修整片。
進一步的，所述基座單元與擺動單元相連，擺動單元與固定座相連，該擺動單元用於帶動基座單元、連接臂和修整頭單元整體周向擺動。
本發明的有益效果是，1)相對於原轉動UP/Down結構，平動UP/Down結構可以穩定實現修整過程中的均勻穩定的正壓力，保證了拋光修整過程的一致性；2)相對於原轉動UP/Down結構，平動UP/Down結構不是一個運動放大機構，可以有效減輕修整頭單元在運動至拋光墊過程中對拋光墊的衝擊作用；3)相對於原轉動UP/Down結構，在硬限位結構位置誤差上，平動UP/Down結構無放大作用，更容易保證修整頭單元工位狀態的一致性。
1:連接臂
2:修整頭單元
3:基座單元
4:擺動單元
5:固定座
11:罩體
21:驅動單元
22:修整片
31:安裝座
32:接頭
33:活動連接板
34:調節組件
35:緊固件
36:動力機構
37:活動間隙
111:鏤空部
311:導向機構
312:限位塊
341:第一調節件
342:第二調節件
α:角/角度
A:支點
D:截面
圖1為現有技術的作用機制示意圖，此時修整頭單元以A為支點實現上下運動。
圖2為本發明的作用機制示意圖，此時修整頭單元上下平移。
圖3為本發明的結構示意圖。
圖4為本發明的基座單元的立體圖一。
圖5為本發明的基座單元的立體圖二。
圖6為本發明的基座單元局部透視圖。
圖7為本發明的基座單元的俯視圖。
圖8為本發明的第一調節件工作原理示意圖。
圖9為本發明的俯視圖。
圖10為圖9中的截面D-D剖視圖。
為了使本技術領域的人員更好的理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。
如圖2、圖3所示，一種拋光墊修整裝置，包括水平延伸的連接臂1，設置在連接臂1的一端、用於修整拋光墊的修整頭單元2，及設置在連接臂1的另一端的基座單元3，該基座單元3與連接臂1活動連接，用於驅動連接臂1帶著修整頭單元2垂直上下移動，以使得修整頭單元2沿著趨於垂直拋光墊的方向靠近或遠離拋光墊，當然也可以說是沿著垂直拋光墊的方向靠近或遠離拋光墊。上述修整頭單元2不僅在上下移動接觸拋光墊的過程與拋光墊面接觸，而且在接觸後的整個修整過程也是以面接觸的狀態，即修整頭單元與拋光墊保持面接觸的狀態完成拋光墊的修整。
而且連接臂1是以水平的姿態帶著修整頭單元2垂直上下移動，即上下移動的過程連接臂1不會發生傾斜。
如圖4、圖5所示，基座單元3包括安裝座31，接頭32，活動連接板33，及調節組件34。
安裝座31相對固定，其負責其他零件的安裝固定，為一體式零件構成，可避免多體零件安裝過程中帶來的安裝誤差，保證修整頭單元2工作過程中的精度需求。
接頭32與連接臂1通過螺栓固定連接，且可以相對安裝座31垂直上下活動，即接頭32帶著連接臂1垂直上下活動；接頭32在動力機構36的驅動下上下活動，接頭32和動力機構36之間形成活動間隙37，如圖5所示，上述活動間隙37包括橫向活動的間隙，包括豎直方向活動的間隙，也包括周向旋轉活動的間隙。在本實施例中，動力機構36選用氣缸，其垂直安裝以實現接頭32的垂直上下平移。當然，接頭32和動力機構36也可以設置為一體結構。
活動連接板33與連接臂1相連，具體是活動連接板33連接在連接臂1的下方，其在連接臂1的帶動下可以沿著安裝座31垂直上下活動；活動連接板33可以是與接頭32分體設置，也可以是兩者連接為一體結構；為了保證活動連接板33的垂直上下平移，在安裝座31上設置有垂直延伸的導向機構311，活動連接板33沿著該導向機構311垂直上下活動。為了防止活動連接板33脫離導向機構311，在導向機構311的上下兩端分別形成限位塊312，從而可以限制活動連接板33的上下活動行程。在本實施例中，導向機構311採用平行設置的雙導軌四滑塊結構，保證穩定性和強度。
而且導向機構311和修整頭單元2分別設置在安裝座31的兩側，即修整頭單元2、接頭32和導向機構311從左往右依次佈設。
調節組件34穿過連接臂1與活動連接板33頂面相抵，從而調節連接臂1和活動連接板33之間的間隙大小，保證連接臂1一直是處於水平的姿態。當然在理想狀態下，保證各個工件的加工精度的前提下，連接臂1也能一直處於水平的姿態，此時調節組件34也可以省略。
具體的，如圖6、圖7所示，調節組件34包括至少兩個第一調節件341，該第一調節件341沿著連接臂1的長度方向間隔佈設，而且第一調節件341最好是位於連接臂1的中心軸線方向上。從而至少兩個第一調節件341配合形成連接臂1和活動連接板33之間的第一夾角，從而克服連接臂1長度方向上的傾斜姿態。如圖8所示的α角即為上述的第一夾角，以圖2所示方向為例進行說明，在連接臂1的自重作用下，其有逆時針旋轉的趨勢，通過將第一調節件341向下旋轉抵接活動連接板33的頂面，使得連接臂1的右端將其左端相對向上翹起，以克服連接臂1的自重帶來的傾斜，即克服連接臂1長度方向上的傾斜姿態，保證連接臂1軸向的水平姿態。
調節組件34還包括至少兩個第二調節件342，該第二調節件342沿著連接臂1的寬度方向間隔佈設，而且第二調節件342最好是位於連接臂1寬度方向的一條水平線上，從而至少兩個第二調節件342配合形成連接臂1和活動連接板33之間的第二夾角，從而克服連接臂1寬度方向上的傾斜姿態，具體原理與長度方向相同，不再贅述。
為了方便調節，也為了第一調節件341和第二調節件342配合使得連接臂1達到一個水平的姿態，第一調節件341和第二調節件342相互垂直佈設，即將所有第一調節件341的中心連線，將所有第二調節件342的中心連線，兩個連線相互垂直。
在本實施例中，如圖7所示，第一調節件341和第二調節件342的總數量為六個，其分為以連接臂1的中心軸線對稱設置的兩組，每組三個，此時第一調節件341和第二調節件342沒有明確的分界，部分調節件既可以作為調整長度方向姿態的第一調節件341用，也可以作為調整寬度方向姿態的第二調節件342用。
連接臂1和活動連接板33之間通過緊固件35相連，該緊固件35靠近上述的第一調節件341和第二調節件342設置，在本實施例中，緊固件35的數量為四個，佈設在調節組件34的外圍。具體裝配時可以先裝配調節組件34，再裝配緊固件35。
連接臂1的端部形成下部開口的罩體11，接頭32、活動連接板33分別與罩體11的內頂面相連，從而接頭32、活動連接板33、安裝座31、動力機構36、導向機構311都被罩設在罩體11內；在罩體11的頂面形成鏤空部111，以減輕連接臂1的重量。
如圖9、圖10所示，修整頭單元2為修整過程的執行機構，其包括驅動單元21和修整片22，修整片22在驅動單元21的驅動下垂直上下活動，通過修整片22自轉實現拋光墊的修整。
如圖3所示，基座單元3與擺動單元4相連，擺動單元
4與固定座5相連，該擺動單元4用於帶動基座單元3、連接臂1和修整頭單元2整體周向擺動，以實現拋光墊各處的修整。
上述具體實施方式用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
1:連接臂
2:修整頭單元
3:基座單元
4:擺動單元
5:固定座
31:安裝座
32:接頭
33:活動連接板
34:調節組件
Claims (17)
- 一種拋光墊修整裝置，其特徵在於：連接臂(1)，水平延伸；修整頭單元(2)，設於所述連接臂(1)的一端，用於修整拋光墊；基座單元(3)，設於所述連接臂(1)的另一端，與所述連接臂(1)活動連接，用於驅動所述連接臂(1)帶著所述修整頭單元(2)垂直上下移動，以使得所述修整頭單元(2)沿趨於垂直的方向靠近或遠離所述拋光墊；所述基座單元(3)至少包括，安裝座(31)；接頭(32)，可相對所述安裝座(31)垂直上下活動，其與所述連接臂(1)相連；活動連接板(33)，與所述連接臂(1)相連，在所述連接臂(1)的帶動下可沿所述安裝座(31)垂直上下活動；所述基座單元(3)與擺動單元(4)相連，所述擺動單元(4)與固定座(5)相連，所述擺動單元(4)用於帶動所述基座單元(3)、所述連接臂(1)和所述修整頭單元(2)整體周向擺動。
- 如請求項1所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述連接臂(1)以水平的姿態帶著所述修整頭單元(2)垂直上下移動。
- 如請求項1所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述修整頭單元(2)垂直上下移動以與所述拋光墊面接觸，並保持面接觸的狀態完成所述拋光墊的修整。
- 如請求項1所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述基座單元(3)還包括調節組件(34)，其穿過所述連接臂(1)與所述活動連接板(33)頂面相抵，以調節所述連接臂(1)和所述活動連接板(33)之間的間隙大小，保證所述連接臂(1)處於水平的姿態。
- 如請求項4所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述調節組件(34)包括至少兩個第一調節件(341)，所述第一調節件(341)沿著所述連接臂(1)的長度方向間隔佈設，至少兩個所述第一調節件(341)配合形成所述連接臂(1)和所述活動連接板(33)之間的第一夾角，以克服所述連接臂(1)長度方向上的傾斜姿態。
- 如請求項5所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述調節組件(34)包括至少兩個第二調節件(342)，所述第二調節件(342)沿著所述連接臂(1)的寬度方向間隔佈設，至少兩個所述第二調節件(342)配合形成所述連接臂(1)和所述活動連接板(33)之間的第二夾角，以克服所述連接臂(1)寬度方向上的傾斜姿態。
- 如請求項6所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述第一調節件(341)和所述第二調節件(342)相互垂直佈設。
- 如請求項6所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述第一調節件(341)和所述第二調節件(342)的總數量為六個，其分為以所述連接臂(1)的中心軸線對稱設置的兩組。
- 如請求項6所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述連接臂(1)和所述活動連接板(33)之間通過緊固件(35)相連，所述緊固件(35)靠近所述第一調節件(341)和第二調節件(342)。
- 如請求項1所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述安裝座(31)上設有垂直延伸的導向機構(311)，所述活動連接板(33)沿所述導向機構(311)垂直上下活動。
- 如請求項10所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述導向機構(311)和所述修整頭單元(2)分別設於所述安裝座(31)的兩側。
- 如請求項10所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述導向機構(311)的上下兩端分別形成限位塊(312)，以限制所述活動連接板(33)的上下活動行程。
- 如請求項1所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述接頭(32)與所述活動連接板(33)分體設置，或者，所述接頭(32)與所述活動連接板(33)一體設置。
- 如請求項1所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述接頭(32)在動力機構(36)的驅動下上下活動，所述接頭(32)和所述動力機構(36)之間形成活動間隙(37)； 或者，所述接頭(32)與所述動力機構(36)一體連接。
- 如請求項14所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述動力機構(36)為氣缸。
- 如請求項1所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述連接臂(1)的端部形成下部開口的罩體(11)，所述接頭(32)、所述活動連接板(33)分別與所述罩體(11)的內頂面相連；所述罩體(11)頂面形成鏤空部(111)。
- 如請求項1至3任一項所述的拋光墊修整裝置，其特徵在於：所述修整頭單元(2)包括驅動單元(21)和修整片(22)。
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