[发明专利]一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆化学机械平坦化（CMP）设备技术领域，尤其涉及一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器。

背景技术

随着大规模集成电路的发展，集成度的不断提高，线宽的不断减小，对晶圆的质量要求也越来越高，特别是对晶圆抛光片的表面质量要求越来越严格。在晶圆化学机械平坦化过程中，抛光垫是除抛光液之外的另一种重要耗材。就抛光垫的应用来说，抛光垫材料的化学特性一般要求抛光垫具备耐酸耐碱，持久稳定。但在平坦化过程中，抛光垫表面材质易发生耗损、变形，同时，表面堆积了一定量的化学反应物，如果没有适当的处理，抛光垫表面将呈现快速老化，造成去除率衰退等现象，而抛光垫的机械性能会影响到晶圆表面的平坦度及均匀度，因此为了解决抛光垫的老化问题，平坦化设备都具备抛光垫修整装置，具备与抛光过程同步修整或定时修整的功能。

发明内容

为了更好的解决抛光垫的老化问题，本发明提出了一种用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器。

本发明采用如下技术方案：

本发明的用于晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整器包括机架、底板支撑轴、支撑底板、气囊、旋转减速器、法兰盘式减速器、旋转伺服电机、摆动伺服电机、球头万向结构、摆动臂、光电传感器和接近传感器组成；机架与支撑底板通过底板支撑轴连接；气囊位于支撑底板上；接近传感器位于支撑底板上，支撑底板（103）上设有杠杆机构，摆动臂的一端与杠杆机构通过螺钉连接，另一端连接球头万向结构；旋转减速器位于摆动臂上方；旋转伺服电机位于旋转减速器上方；法兰盘式减速器位于机架顶部；光电传感器位于机架上方边缘；摆动伺服电机位于法兰盘式减速器下方，同时位于机架内部。

底板支撑轴底部设有一个挡片。

摆动臂上方靠近支撑底板的一端设有主动带轮，球头万向结构的上方设有从动带轮，主动带轮和从动带轮之间通过同步带连接，主动带轮旁边设有皮带预紧装置。

球头万向结构的下方设有修整轮。

旋转减速器下方设有减速器固定架。

杠杆机构和摆动臂的连接处设有杠杆支撑轴。

球头万向结构是由球轴承一、球轴承二、密封毡圈、球头结构和O型圈组成，球头结构与上方的球轴承二和球轴承一相连，密封毡圈包覆着球轴承二，O型圈位于球轴承一和球轴承二的外侧。

支撑底板的上方设有后罩，摆动臂的上方设有前罩。

通过杠杆机构对气囊充气以带动摆动臂抬升、下降及对抛光台施加修整力，其中接近传感器可以使控制系统自动识别摆动臂处于抬升或下降状态。

提供动力的气囊充气后在体积发生膨胀的同时气囊本身也在其中心轴线上发生了一定角度的弯曲，这符合结构设计的需要。 

采用皮带轮(主动带轮、从动带轮、同步带)传动方式将旋转伺服电机和旋转减速器远离抛光区域放置，以避免因长期暴露在抛光液环境中对旋转伺服电机和旋转减速器所造成的腐蚀。

整个抛光垫修整器外部安装有不锈钢防护罩(后罩、前罩)以进一步避免内部电子元器件的腐蚀。

为了解决修整轮与抛光台面的接触问题，在修整端设计有球头万向结构，以使修整轮在杠杆机构的作用下始终与抛光台面保持水平接触，以致获得相对均匀的修整力分布。

采用伺服电机(摆动伺服电机、旋转伺服电机)实现修整器摆动臂在抛光台上的摆动以及修整轮的转动，其中两个光电传感器和一个挡片可以实现摆动臂在抛光台边缘及在抛光台中间位置的限位作用。

本发明的积极效果如下：

本发明的抛光垫修整器可以实现结构和控制方式简单，无交叉污染，修整效果好，同时显著延长抛光垫的使用寿命。该装置采用伺服电机实现修整器摆动臂在抛光台上的摆动以及修整轮的转动，为了获得较低的摆动速度及增大修整扭矩，采用输出扭矩更大的法兰输出型减速器。本装置主要是通过杠杆机构对气囊充气以带动摆动臂抬升、下降及对抛光台施加修整力的，根据结构需要所用到的气囊充气后在体积发生膨胀的同时气囊本身也发生了一定角度的弯曲。由于抛光液具有一定的腐蚀性，长期暴露在抛光液环境中会对伺服电机和减速器造成一定的腐蚀，故采用皮带轮传动方式将电机和减速器远离抛光区域放置，同时整个修整器外部安装有不锈钢防护罩以进一步避免内部电子元器件的腐蚀。为了解决修整轮与抛光台面的接触问题，在修整端设计有球头万向结构，以使修整轮在杠杆机构的作用下始终与抛光台面保持水平接触，以致获得相对均匀的修整力分布。

附图说明

图1为本发明的抛光垫修整器的结构示意图。

图2为本发明的抛光垫修整器的结构剖面图。