CN115431169B - 真空连接转换装置、载片抛光方法及抛光机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种真空连接转换装置、载片抛光方法及抛光机，属于半导体技术领域，包括：轴套、内套筒、轴承以及分体端盖，轴套具有上连接段和下连接段，上连接段内的上通孔的孔径大于下连接段的下通孔的孔径，上通孔和下通孔的相接处构成支撑平台；内套筒设置于上通孔内；其中，上连接段上设有用于真空管路的安装孔，内套筒上设有抽气孔；轴承设置于支撑平台上，用于连接载片轴；分体端盖封装于上通孔的上端，对内套筒内的真空腔构成密封。本发明提供的真空连接转换装置，利用轴承保证载片轴转动的速度的均匀性，能够提升载片抛光面的均匀性，避免后序制作的产品报废，提高产品的加工质量。

Description

真空连接转换装置、载片抛光方法及抛光机
技术领域
本发明属于半导体设备技术领域，具体涉及一种用于载片头与真空***连接的真空连接转换装置、载片抛光方法及抛光机。
背景技术
化学平坦化是一种表面全局平坦化技术，它通过晶圆和一个抛光头之间的相对运动来平坦化晶圆表面，在晶圆和抛光头之间有磨料，并同时施加压力。此类设备也常称为抛光机，其主要结构示意图如图1，晶圆被真空吸附在一个载片头上，上方载片轴通过连接装置与设备真空***连接，提供需要的真空。抛光垫放在抛光转盘上，晶圆和抛光垫之间为相对旋转运动，而连接装置连接载片轴和设备真空***，在研磨过程中既要保证晶圆的旋转，又要保证真空吸附的可靠性。这对连接装置提出了很高的要求。
目前连接装置主要采用直接在载片轴上安装真空接头，载片轴与抛光转盘存在相对运动，管路的连接容易影响载片的旋转，使得晶圆抛光不均匀，达不到均匀性要求。
具体是，由于载片轴与抛光转盘有相对运动，上面抽真空的管路的连接会阻碍相对运动，如果相对运动不均匀，晶圆抛光一般都是几个微米，容易造成同一个晶圆几个位置厚度差距很大，晶圆达不到要求，一个晶圆要制作上万个管芯，晶圆是制作管芯的基础，从基础工序制备的晶圆不平坦，会导致后序各环节的累计误差越来越大，最终导致产品的报废不合格。
发明内容
本发明实施例提供一种真空连接转换装置、载片抛光方法及抛光机，旨在解决管路连接阻碍载片轴的相对转动的稳定性，造成载片抛光不均匀，导致产品报废的问题。
第一方面，为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种真空连接转换装置，包括：
轴套，具有上连接段和下连接段，所述上连接段内的上通孔的孔径大于所述下连接段的下通孔的孔径，所述上通孔和所述下通孔的相接处构成支撑平台；
内套筒，设置于所述上通孔内；其中，所述上连接段上设有用于真空管路的安装孔，所述内套筒上设有抽气孔；
轴承，设置于所述支撑平台上，用于连接载片轴；以及
分体端盖，封装于所述上通孔的上端，对所述内套筒内的真空腔构成密封。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述轴承的内径大于所述内套筒的内径，以使所述内套筒的下端面构成所述载片轴的止挡面。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述内套筒的下端设有法兰盘，所述法兰盘的侧面抵接所述上通孔的内壁，所述法兰盘通过所述分体端盖抵压所述轴承。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述内套筒的外壁与所述上通孔的内壁之间构成真空缓冲腔。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述下通孔内设有用于安装密封圈的凹槽。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述下通孔的下端还设有轴封。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括用于采集所述真空腔内压力的真空传感器，所述真空传感器安装于所述分体端盖上。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括安装于所述下连接段外壁上的磁力开关，用于检测所述载片轴的转速。
本发明提供的真空连接转换装置，与现有技术相比，有益效果在于：与真空***连接的真空管路连接在轴套上，轴套内设有轴承，载片轴装配在轴承内，在载片轴相对运动时，轴套及真空管路不会阻碍载片轴的转动，不会对载片轴的转动造成影响，载片轴在抛光盘的作用下，可以以轴承为基点平稳顺畅的相对转动，进而保证载片相对运动的均匀性，保证载片抛光面的平坦化。
本实施例通过轴套为载片轴提供稳定的支撑，利用轴承保证载片轴转动的速度的均匀性，能够提升载片抛光面的均匀性，避免后序制作的产品报废，提高产品的加工质量。
第二方面，本发明实施例还提供了一种载片抛光方法，基于所述的真空连接转换装置，所述方法包括：
将载片轴装入轴套内，真空传感器安装在轴套上端的分体端盖上，真空传感器连接蜂鸣报警器，磁力开关安装在轴套的外壁上；
利用真空传感器获取真空腔内的实测真空值；
比较所述实测真空值与预设真空值的大小；
当实测真空值在预设真空值的范围内时，进行载片抛光作业；
当实测真空值在预设真空值的范围外时，蜂鸣报警器发出报警，停机停止抛光作业；
在载片作业时，利用磁力开关获取载片轴的实测转速；
比较所述实测转速与预设转速的大小；
当所述实测转速在所述预设转速的范围内时，进行载片抛光作业；
当所述实测转速在所述预设转速的范围外时，蜂鸣报警器发出报警，停机停止抛光作业。
本发明实施例提供的载片抛光方法，通过真空传感器实现装置内真空的测量，当真空腔内的实测真空值在预设真空值范围外时，连接蜂鸣器发出报警声音，使操作人员能及时发现问题，提前更换受损部件，避免抛光晶圆的损坏；通过加装磁力开关提前判断内轴承与载片轴运动位置情况，及时预警进行维护，避免磨抛的不均匀，提高产品加工质量。
第三方面，本发明实施例还提供了一种抛光机，包括所述的真空连接转换装置。
附图说明
图1为本发明实施例提供的真空连接转换装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的载片轴的结构示意图；
附图标记说明：
1、真空传感器；2、分体端盖；3、真空缓冲腔；4、轴套；41、凹槽；42、安装孔；5、轴承；6、轴封；7、磁力开关；8、内套筒；81、法兰盘；82、抽气孔；83、真空腔；9、载片轴；10、载片；11、抛光盘。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的真空连接转换装置进行说明。所述真空连接转换装置，包括：轴套4、内套筒8、轴承5以及分体端盖2，轴套4具有上连接段和下连接段，上连接段内的上通孔的孔径大于下连接段的下通孔的孔径，上通孔和下通孔的相接处构成支撑平台；内套筒8设置于上通孔内；其中，上连接段上设有用于真空管路的安装孔42，内套筒8上设有抽气孔82；轴承5设置于支撑平台上，用于连接载片轴9；分体端盖2封装于上通孔的上端，对内套筒8内的真空腔83构成密封。
本发明提供的真空连接转换装置，与现有技术相比，有益效果在于：与真空***连接的真空管路连接在轴套4上，轴套4内设有轴承5，载片轴9装配在轴承5内，在载片轴9相对运动时，轴套4及真空管路不会阻碍载片轴9的转动，不会对载片轴9的转动造成影响，载片轴9在抛光盘11的作用下，可以以轴承5为基点平稳顺畅的相对转动，进而保证载片10(例如晶圆)相对运动的均匀性，保证载片10抛光面的平坦化。
本实施例通过轴套4为载片轴9提供稳定的支撑，利用轴承5保证载片轴9转动的速度的均匀性，能够提升载片10抛光面的均匀性，避免后序制作的产品报废，提高产品的加工质量。
其中，分体端盖2的侧面设有外螺纹，轴套4上端设有内螺纹，分体端盖2与轴套4螺纹连接，在载片轴9磨损或装置出现其他故障时，便于拆卸维修更换，提高维修效率，降低设备停机时间。
载片轴9穿过下通孔与轴承5连接，下连接段对载片轴9的平稳转动也能够起到导向和限位的作用，避免载片轴9的窜动和晃动。
在一些实施例中，如图1所示，轴承5的内径大于内套筒8的内径，以使内套筒8的下端面构成载片轴9的止挡面。内套筒8对载片轴9的轴向实现限位的作用，可避免载片轴9轴向窜动，吸附的载片10忽高忽低，造成抛光面不均匀不平坦的问题。
如图1所示，在一些实施例中，内套筒8的下端设有法兰盘81，法兰盘81的侧面抵接上通孔的内壁，法兰盘81通过分体端盖抵压轴承5。由于法兰盘81具有较大的表面积，通过法兰盘81的轴向限位轴承5，能够保证轴承5安装位置的稳定性，避免轴承5轴向窜动，因为轴承5的轴向窜动，也会带动载片轴9的轴向窜动，进而导致吸附的载片10忽高忽低，造成抛光面不均匀不平坦的问题。
通过法兰盘81对轴承5轴向位置进行精准定位，通过止挡面对载片轴9轴向的精准对位，最终保证载片轴9在轴向位置的精准定位，避免载片轴9在抛光过程中，由于与抛光盘11之间的相互作用而发生轴向窜动，导致载片10忽高忽低，抛光面不均匀的问题。
如图1所示，在一些实施例中，内套筒8的外壁与上通孔的内壁之间构成真空缓冲腔3。内套筒8由于法兰盘81的结构设计，形成真空缓冲腔3，也即内套筒8的内部为真空腔83，外部为真空缓冲腔3，抽真空时，气流先从抽气孔82排入真空缓冲腔3，在真空缓冲腔3内得到分散，可保证真空吸附的平稳性。
其中，抽气孔82与安装孔42在径向为错位设置，两个孔不在同一直径上。
如图1所示，在一些实施例中，下通孔内设有用于安装密封圈的凹槽41。
在一些实施例中，如图1所示，下通孔的下端还设有轴封6。
本实施例中，分体端盖2通过螺纹与轴套4相连，内套筒8既实现了拆装维修的方便，又固定了内部轴承5，端面加装轴封6，提高轴封6对载片轴9真空密封的可靠性，与轴套4内密封圈起双重保护作用，轴封6也提高了密封装置的寿命，增加可维修性。
本发明提供的真空连接转换装置，还包括用于采集真空腔83内压力的真空传感器1，所述真空传感器1安装于所述分体端盖2上。设置时时检测的真空传感器1，时时判断真空腔83内的真空值，发现实测真空值低于预设真空值时，及时停机维修止损，这样既降低了载片10报废，抛光机本身资源浪费的问题，同时也降低了真空***增大功率支撑吸附力造成的无谓浪费。这种提前预判提前维修更换的方式，相比损坏后再进行维修的方式，能够将损失降低到最低。
本发明提供的真空连接转换装置，还包括安装于下连接段外壁上的磁力开关7，用于检测载片轴9的转速。磨抛过程中，磨抛液容易通过载片轴9与轴套4之间的缝隙进入轴承5中造成轴承5损坏，通过加装磁力开关7，提前判断轴承5情况，不符合设计要求后及时更换，避免影响载片10的抛光。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
如图1所示，本实施例提供的真空连接转换装置的安装过程如下：
(1)选择合适的轴承5型号，轴承5内径与载片轴9外径相配合。
(2)将轴承5安装到轴套4内部，轴承5外径与轴套4内部相配合。
(3)将内套筒8安装到轴套4内部，内套筒8中空与载片轴9真空相通，内套筒8侧方中间开设抽气孔82，与轴套4外侧真空***相通，内套筒8底部与轴承5相抵，内套筒8内孔径小于载片轴9直径。
(4)分体端盖2与轴套4上部螺纹孔相连接，分体端盖2中心有螺纹孔，与内套筒8架以及轴套4中心相通，分体端盖2上设有通孔，用于真空传感器1采集真空腔83内的真空。
(5)轴套4外侧有的安装孔42未螺纹孔，外接真空***的变径接头，可以与外部真空***相连接。
(6)轴套4内部开设环形的凹槽41，用专用工具安装合适的密封圈，密封真空腔83，防止真空泄露达不到真空要求。
(7)轴套4下方有沉槽，安装合适的轴封6，使轴封6内径与载片轴9紧配合，轴封6耐旋转摩擦，可以提高使用寿命，并且与密封圈相配合双重密封可以提供更好的真空度。
(8)将载片轴9装入轴套4中，载片轴9上部与轴承5内圈配合，顶端与内套筒8下端相抵，载片轴9下端与密封圈及轴封6抵接。
(9)分体端盖2上部安装真空传感器1，真空传感器1与蜂鸣报警器相连，调整真空传感器1真空范围，满足载片轴9真空度要求。真空度过低吸不住晶圆，会导致晶圆掉落在飞速旋转的抛光盘11上碎裂。
当实测真空度低于预设真空值的最低值时，真空传感器1发出信号，设备报警器报警，操作人员停止设备避免晶圆损坏。
维修时直接更换密封圈以及轴封6，并测试设备真空度是否符合设备要求。
(10)轴套4外侧安装磁力开关7，磁力开关7实时检测载片轴9的转速，转速过高或过低，超过预设转速，都会造成晶圆抛光的不平坦，磁力开关7与报警器相连，载片轴9与轴套4相对转动发出信号，当磁力开关7长时间接不到信号时，说明轴承5卡顿，报警器报警，通过拆装分体端盖2以及内套筒8及时更换轴承5，避免载片轴9与抛光盘11没有相对转动导致晶圆磨抛不均匀的问题。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种本发明实施例还提供了一种载片10抛光方法，基于所述的真空连接转换装置，所述方法包括：
将载片轴9装入轴套4内，真空传感器1安装在轴套4上端的分体端盖上，真空传感器1连接蜂鸣报警器，磁力开关7安装在轴套4的外壁上；
利用真空传感器1获取真空腔83内的实测真空值；
比较所述实测真空值与预设真空值的大小；
当实测真空值在预设真空值的范围内时，进行载片10抛光作业；
当实测真空值在预设真空值的范围外时，蜂鸣报警器发出报警，停机停止抛光作业；
在载片10作业时，利用磁力开关7获取载片轴9的实测转速；
比较所述实测转速与预设转速的大小；
当所述实测转速在所述预设转速的范围内时，进行载片10抛光作业；
当所述实测转速在所述预设转速的范围外时，蜂鸣报警器发出报警，停机停止抛光作业。
由于在轴套4内设有密封圈，以保证真空腔83的密封，但是随着载片轴9的旋转，密封圈在载片轴9高速旋转的过程中，不可避免的磨损，而造成真空泄露，真空度降低，真空吸盘的吸附力降低，吸附不住载片10，就容易造成载片10，到达故障极限，此时，不仅正在抛光的载片10存在不均匀问题，而在吸附力持续下降的过程中，由于吸附的不稳定及吸附力逐渐降低时载片10在高度上的差异，都会导致之前载片10也存在抛光不均匀的问题，需要溯源追踪，导致载片10的报废，浪费人力物力和财力，造成经济损失。因此，设置时时检测的真空传感器1，时时判断真空腔83内的真空值，发现实测真空值低于预设真空值时，及时停机维修止损，这样既降低了载片10报废，抛光机本身资源浪费的问题，同时也降低了真空***增大功率支撑吸附力造成的无谓浪费。这种提前预判提前维修更换的方式，相比损坏后再进行维修的方式，能够将损失降低到最低。
本发明实施例提供的载片10抛光方法，通过真空传感器1实现装置内真空的测量，当真空腔83内的实测真空值在预设真空值范围外时，连接蜂鸣器发出报警声音，提前预判是否有故障，使操作人员能及时发现问题，提前更换受损部件，减小损失，避免抛光晶圆的损坏；通过加装磁力开关7提前判断内轴承5与载片轴9运动位置情况，及时预警进行维护，避免磨抛的不均匀，提高产品加工质量。
第三方面，本发明实施例还提供了一种抛光机，包括所述的真空连接转换装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种载片抛光方法，利用一种真空连接转换装置，其特征在于，所述真空连接转换装置包括：
轴套(4)，具有上连接段和下连接段，所述上连接段内的上通孔的孔径大于所述下连接段的下通孔的孔径，所述上通孔和所述下通孔的相接处构成支撑平台；
内套筒(8)，设置于所述上通孔内；其中，所述上连接段上设有用于真空管路的安装孔(42)，所述内套筒(8)上设有抽气孔(82)；
轴承(5)，设置于所述支撑平台上，用于连接载片轴(9)；以及
分体端盖(2)，封装于所述上通孔的上端，对所述内套筒(8)内的真空腔(83)构成密封；
还包括用于采集所述真空腔(83)内压力的真空传感器(1)，所述真空传感器(1)安装于所述分体端盖(2)上；
还包括安装于所述下连接段外壁上的磁力开关(7)，用于检测所述载片轴(9)的转速；
所述方法包括：
将载片轴(9)装入轴套(4)内，真空传感器(1)安装在轴套(4)上端的分体端盖上，真空传感器(1)连接蜂鸣报警器，磁力开关(7)安装在轴套(4)的外壁上；
利用真空传感器(1)获取真空腔(83)内的实测真空值；
比较所述实测真空值与预设真空值的大小；
当实测真空值在预设真空值的范围内时，进行载片(10)抛光作业；
当实测真空值在预设真空值的范围外时，蜂鸣报警器发出报警，停机停止抛光作业；
在载片(10)作业时，利用磁力开关(7)获取载片轴(9)的实测转速；
比较所述实测转速与预设转速的大小；
当所述实测转速在所述预设转速的范围内时，进行载片(10)抛光作业；
当所述实测转速在所述预设转速的范围外时，蜂鸣报警器发出报警，停机停止抛光作业。
2.如权利要求1所述的载片抛光方法，其特征在于，所述轴承(5)的内径大于所述内套筒(8)的内径，以使所述内套筒(8)的下端面构成所述载片轴(9)的止挡面。
3.如权利要求1所述的载片抛光方法，其特征在于，所述内套筒(8)的下端设有法兰盘(81)，所述法兰盘(81)的侧面抵接所述上通孔的内壁，所述法兰盘(81)通过所述分体端盖抵压所述轴承(5)。
4.如权利要求3所述的载片抛光方法，其特征在于，所述内套筒(8)的外壁与所述上通孔的内壁之间构成真空缓冲腔(3)。
5.如权利要求1所述的载片抛光方法，其特征在于，所述下通孔内设有用于安装密封圈的凹槽(41)。
6.如权利要求1所述的载片抛光方法，其特征在于，所述下通孔的下端还设有轴封(6)。
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