一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构及其运行方法技术

技术编号:15369880 阅读:112 留言:0更新日期:2017-05-18 11:10
一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构,包括轴承组件、动力臂组件、传动组件和气路组件;轴承组件中的两个球轴承端面之间套装有轴承隔套;气缸缸体的下端面的轴承内端盖与活塞轴之间设密封防损套;转动轴的法兰盘与气缸缸体的上端面的结合端面之间设密封圈进行密封;活塞轴的内腔体内有与转动轴导向键配合的导向毂孔,外端面上嵌设有O型密封圈和开口磁环,下端面上固连有水平设置的砂轮盘,轴承座上固连有压力传感器。本发明专利技术转动轴、气缸缸体和活塞轴配合密封圈、O型密封圈形成密闭腔体,替代了传统的气囊腔体,节约资源,降低成本,损耗小,寿命长,可靠性好,精度高,保证压力可控,提高晶圆的良品率。

Polishing pad activator pressure mechanism for CMP equipment and operation method thereof

An activation device pressing mechanism polishing pad for CMP equipment, including bearing assembly, power arm assembly, transmission assembly and gas path components; set between the two ball bearing end bearing assembly in the bearing sleeve; cylinder bearing on the lower end surface of the inner end cover and the piston shaft is arranged between the sealing sleeve and the sealing ring; seal is arranged between the rotating shaft flange and the cylinder body of the upper end of the cavity body with end face; a piston shaft and a guide hub hole rotating shaft with the guide key, is embedded on the outer surface of O type sealing ring and ring opening, the lower end is fixedly connected with a grinding wheel arranged horizontally, bearing seat is fixedly connected with a pressure sensor. The invention is a rotating shaft, cylinder head and piston shaft sealing ring, O ring to form a sealed cavity, instead of the traditional air cavity, save resources, reduce costs, low loss, long service life, good reliability, high precision, to ensure the pressure control, improve the yield rate of wafer.

【技术实现步骤摘要】
一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构及其运行方法
本专利技术涉及一种抛光垫施压机构,特别涉及一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构及其运行方法。
技术介绍
在半导体集成电路制造行业里,晶圆在前道工序制造器件过程中需要多次化学气相淀积形成介质层,每次淀积都会在原有基础上加剧介质层表面起伏;在后端制造中也需要多次化学及物理气相淀积形成金属层,当达到3层以上,基本上无法形成有效光刻,因此需要对各层的表面光洁度进行平坦化。传统的集成电路平坦化方法包括:热流法、旋涂式玻璃法,回蚀法,电子环绕式共振法。通过上述工艺方法只能获得晶圆的局部平坦化。而化学机械抛光(CMP)技术是化学腐蚀作用和机械磨削作用的组合技术,是唯一可以提供全局平坦化技术,它能够将整个晶圆上的高低起伏全部磨成理想厚度。用于研磨晶圆的抛光液和抛光垫是CMP设备工作时最重要的两大组件。参与工作的抛光液主要是由超细颗粒,化学氧化剂和液体介质组成的混合液,抛光液被填充在抛光垫的空隙中,工作中会有部分旧浆液残存在抛光垫的缝隙内,有些地方无抛光液,导致新的抛光液无法正常流动更替,从而影响晶圆的全局平坦化。因此,修整抛光垫表面精度的活化器被广泛应用在CMP抛光工艺过程中。现有技术中,常用活化器施压机构主要由非金属材料组成的气囊腔体实现对抛光垫的压力调整。气囊在频繁上下运动的过程中,损耗大,寿命短,易变形,位置不稳定,导致不稳定的下压力供给,影响晶圆成片率,大大提高了抛光工艺的成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构及其运行方法,解决现有技术中采用气囊腔体实现对抛光垫的压力调整时,气囊在频繁上下运动的过程中,损耗大,寿命短,易变形,位置不稳定,导致不稳定的下压力供给,影响晶圆成片率,大大提高了抛光工艺的成本的技术问题。为实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案,一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构,其特征在于:包括轴承组件、动力臂组件、传动组件和气路组件;所述轴承组件包括气缸缸体、活塞轴、转动轴和套设在气缸缸体外、中间带圆柱腔体的轴承座;所述轴承座圆柱腔体的内壁面与气缸缸体的外壁面之间套装有用于实现砂轮盘旋转动作的一对球轴承,两个球轴承上下并行设置,在两个球轴承靠近的端面之间套装有轴承隔套;所述气缸缸体的下端面上固连有轴承内端盖,所述轴承内端盖与活塞轴之间的环形间隙内设有密封防损套;所述轴承座的下端面上固连有轴承外端盖;所述转动轴设于活塞轴的内腔腔体内,为顶部带有进气通孔的法兰轴,其法兰盘与气缸缸体的上端面固定,结合端面之间设密封圈进行密封,中间的轴体上固定有用于实现活塞轴上下往复运动的导向键;所述活塞轴的内腔体内有与导向键配合的导向毂孔,外端面上嵌设有O型密封圈和开口磁环,下端面上固连有水平设置的砂轮盘;所述转动轴、气缸缸体和活塞轴配合密封圈、O型密封圈形成密闭腔体;所述轴承座上固连有压力传感器,压力传感器连接数据处理设备;所述动力臂组件包括基座和旋转座;所述基座为中空腔体,内设动力供给装置;所述旋转座设于基座之上,与动力供给装置的输出端固连;所述传动组件包括摆臂、主动带轮、从动带轮和气管,所述摆臂设于旋转座之上,其一端固连在底部的旋转座上,另一端与轴承座固连,间接地带动轴承座实现摆动功能;所述主动带轮设在靠近旋转座一端的摆臂之上,与动力供给装置的输出端固连;所述从动带轮固连在转动轴的顶端;所述主动带轮和从动带轮之间通过同步带实现传动;所述气路组件包括气管,所述气管的一端通过气管接头一与气源控制回路相连,另一端通过气管接头二与转动轴的顶部的进气通孔连通形成气路通道,所述气管接头二旋紧在转动轴的顶部法兰端面的螺纹孔内,从而间接地带动砂轮盘实现转动功能。其中,作为本专利技术的优选技术方案,所述转动轴轴体的轴向和径向分别带有通气孔。进一步优选的,所述气缸缸体为抗磁性干扰材料的缸体。进一步优选的,所述活塞轴为抗磁性干扰材料的活塞轴,且活塞轴的内腔在底部封闭形成盲孔。进一步优选的,所述轴承隔套包括轴承内隔套和轴承外隔套,所述轴承内隔套沿球轴承的内边沿设置,所述轴承外隔套沿球轴承的外边沿设置。进一步优选的,所述转动轴的中间部分设有导向键槽,两个导向键用螺钉固连在转动轴的导向键槽内。进一步优选的,所述导向键的个数为两个。进一步优选的,所述活塞轴的外端面上设有密封圈定位槽和磁环定位沟槽,分别用于嵌设O型密封圈和插装开口磁环。进一步优选的,所述活塞轴的下端面设有用于安装砂轮盘的定位凸台。本专利技术还涉及上述用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构的运行方法,其特征在于:基座内的动力供给装置启动后,相应的动力装置驱动摆臂以一定的速度在持续输送研磨抛光液的抛光垫工作区域摆动,另一动力装置带动主动带轮旋转,将力矩传递给转动轴上的从动带轮,借助传动轴实现固连在活塞轴底部端面的砂轮盘相对于抛光垫作同向连续旋转运动;同时,外部气路控制系统通过气管、气管接头一、气管接头二和转动轴的进气通孔将气源充满在由转动轴、密封圈、气缸缸体、O型密封圈和活塞轴组成的密闭腔体内,当腔体内气体压力逐渐升高,密闭腔体重心将沿转动轴轴线方向向下膨胀,从而驱动活塞轴以导向键侧面为导向工作面向下运动,产生的下压力直接作用在抛光垫的工作区域;整个过程中,通过压力传感器在线监测压力值,并对反馈结果进行修正,控制外部气路控制系统调整气源的驱动力;当淀积在抛光垫蜂窝孔中研磨液量少时,给予小的下压力,当淀积在抛光垫蜂窝孔中研磨液量大时,给予大的下压力。与现有技术相比,本专利技术利用密封圈、O型密封圈配合独特的转动轴、气缸缸体和活塞轴涉及,形成密闭腔体,替代传统的气囊腔体,有效解决了解决现有技术中采用气囊腔体实现对抛光垫的压力调整时,气囊在频繁上下运动的过程中,损耗大,寿命短,易变形,位置不稳定,导致不稳定的下压力供给,影响晶圆成片率,大大提高了抛光工艺的成本的技术问题,即使长周期工作情况下活塞也能够在缸体内恒定移动,提供持续稳定的下压力;活塞密封圈更换所耗用的时间成本低,损耗小,寿命长,基本上每半年更换一次;可靠性好,精度高,保证压力可控,节约资源,降低成本,提高晶圆的良品率。附图说明通过结合以下附图所作的详细描述,本专利技术的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解,这些附图只是示意性的,并不限制本专利技术,其中:图1为本专利技术的一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构的整体结构示意图;图2为图1的俯视示意图;图3为图1中A-A剖面的剖面结构示意图。附图标记:1-基座、2-旋转座、3-摆臂、4-主动带轮、5-气管接头一、6-同步带、7-气管、8-气管接头二、9-从动带轮、10-轴承座、11-压力传感器、12-气缸缸体、13-球轴承、14-轴承内隔套、15-轴承外隔套、16-轴承内端盖、17-轴承外端盖、18-砂轮盘、19-转动轴、20-密封圈、21-螺钉、22-磁环、23-O型密封圈、24-活塞轴、25-导向键、26-螺钉、27-密封防损套。具体实施方式在下文中,将参照附图描述本专利技术的用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构及其运行方法的实施例。在此记载的实施例为本专利技术的特定的具体实施方式,用于说明本专利技术的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本专利技术实施方式及本专利技术范围的限制。除在此记载的实施例外,本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构,其特征在于:包括轴承组件、动力臂组件、传动组件和气路组件;所述轴承组件包括气缸缸体(12)、活塞轴(24)、转动轴(19)和套设在气缸缸体外、中间带圆柱腔体的轴承座(10);所述轴承座(10)圆柱腔体的内壁面与气缸缸体(12)的外壁面之间套装有用于实现砂轮盘(18)旋转动作的一对球轴承(13),两个球轴承(13)上下并行设置,在两个球轴承(13)靠近的端面之间套装有轴承隔套;所述气缸缸体(12)的下端面上固连有轴承内端盖(16),所述轴承内端盖(16)与活塞轴(24)之间的环形间隙内设有密封防损套(27);所述轴承座(10)的下端面上固连有轴承外端盖(17);所述转动轴(19)设于活塞轴(24)的内腔腔体内,为顶部带有进气通孔的法兰轴,其法兰盘与气缸缸体(12)的上端面固定,结合端面之间设密封圈(20)进行密封,中间的轴体上固定有用于实现活塞轴(24)上下往复运动的导向键(25);所述活塞轴(24)的内腔体内有与导向键(25)配合的导向毂孔,外端面上嵌设有O型密封圈(23)和开口磁环(22),下端面上固连有水平设置的砂轮盘(18);所述转动轴(19)、气缸缸体(12)和活塞轴(24)配合密封圈(20)、O型密封圈(23)形成密闭腔体;所述轴承座(10)上固连有压力传感器(11),压力传感器(11)连接数据处理设备;所述动力臂组件包括基座(1)和旋转座(2);所述基座(1)为中空腔体,内设动力供给装置;所述旋转座(2)设于基座(1)之上,与动力供给装置的输出端固连;所述传动组件包括摆臂(3)、主动带轮(4)、从动带轮(9)和气管(7),所述摆臂(3)设于旋转座(2)之上,其一端固连在底部的旋转座(2)上,另一端与轴承座(10)固连,间接地带动轴承座(10)实现摆动功能;所述主动带轮(4)设在靠近旋转座(2)一端的摆臂(3)之上,与动力供给装置的输出端固连;所述从动带轮(9)固连在转动轴(19)的顶端;所述主动带轮(4)和从动带轮(9)之间通过同步带(6)实现传动;所述气路组件包括气管(7),所述气管(7)的一端通过气管接头一(5)与气源控制回路相连,另一端通过气管接头二(8)与转动轴(19)的顶部的进气通孔连通形成气路通道,所述气管接头二(8)旋紧在转动轴(19)的顶部法兰端面的螺纹孔内,从而间接地带动砂轮盘(18)实现转动功能。...

【技术特征摘要】
1.一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构,其特征在于:包括轴承组件、动力臂组件、传动组件和气路组件;所述轴承组件包括气缸缸体(12)、活塞轴(24)、转动轴(19)和套设在气缸缸体外、中间带圆柱腔体的轴承座(10);所述轴承座(10)圆柱腔体的内壁面与气缸缸体(12)的外壁面之间套装有用于实现砂轮盘(18)旋转动作的一对球轴承(13),两个球轴承(13)上下并行设置,在两个球轴承(13)靠近的端面之间套装有轴承隔套;所述气缸缸体(12)的下端面上固连有轴承内端盖(16),所述轴承内端盖(16)与活塞轴(24)之间的环形间隙内设有密封防损套(27);所述轴承座(10)的下端面上固连有轴承外端盖(17);所述转动轴(19)设于活塞轴(24)的内腔腔体内,为顶部带有进气通孔的法兰轴,其法兰盘与气缸缸体(12)的上端面固定,结合端面之间设密封圈(20)进行密封,中间的轴体上固定有用于实现活塞轴(24)上下往复运动的导向键(25);所述活塞轴(24)的内腔体内有与导向键(25)配合的导向毂孔,外端面上嵌设有O型密封圈(23)和开口磁环(22),下端面上固连有水平设置的砂轮盘(18);所述转动轴(19)、气缸缸体(12)和活塞轴(24)配合密封圈(20)、O型密封圈(23)形成密闭腔体;所述轴承座(10)上固连有压力传感器(11),压力传感器(11)连接数据处理设备;所述动力臂组件包括基座(1)和旋转座(2);所述基座(1)为中空腔体,内设动力供给装置;所述旋转座(2)设于基座(1)之上,与动力供给装置的输出端固连;所述传动组件包括摆臂(3)、主动带轮(4)、从动带轮(9)和气管(7),所述摆臂(3)设于旋转座(2)之上,其一端固连在底部的旋转座(2)上,另一端与轴承座(10)固连,间接地带动轴承座(10)实现摆动功能;所述主动带轮(4)设在靠近旋转座(2)一端的摆臂(3)之上,与动力供给装置的输出端固连;所述从动带轮(9)固连在转动轴(19)的顶端;所述主动带轮(4)和从动带轮(9)之间通过同步带(6)实现传动;所述气路组件包括气管(7),所述气管(7)的一端通过气管接头一(5)与气源控制回路相连,另一端通过气管接头二(8)与转动轴(19)的顶部的进气通孔连通形成气路通道,所述气管接头二(8)旋紧在转动轴(19)的顶部法兰端面的螺纹孔内,从而间接地带动砂轮盘(18)实现转动功能。2.根据权利要求1所述的一种用于CMP设备的抛光垫活化器施压机构,其特征在于:所述转动轴(19)轴体的轴向和径向分别带有通气孔。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜家宏李伟王铮熊朋
申请(专利权)人:北京半导体专用设备研究所中国电子科技集团公司第四十五研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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