CN1792553A - 抛光垫修整装置及修整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抛光垫修整装置及修整方法，该装置利用双头抛光机上立柱安装孔固定在抛光机上，修整装置的支撑主体采用框架结构，支撑主体的横梁上水平安装驱动电机、导轨，安装在导轨内的滚动丝杠通过联轴器与驱动电机相连；滑块安装在垂直方向导轨上，滚动丝杠带动垂直方向导轨和滑块左右移动，驱动电机固定在滑块下端部，通过联轴器与修整器相连，压力调节螺杆通过下自锁螺母、上自锁螺母安装在滑块上且与垂直方向导轨相连；本发明提供的抛光垫修整方法和装置具有旋转运动和直线往复运动两种修整运动，能实现抛光垫表面全局修整，旋转运动和直线往复运动的速度和修整压力大小可调，可满足不同抛光垫材料的修整要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶片化学机械抛光，更具体地涉及抛光垫修整装置及修整方法。
背景技术
随着IC技术的进步，集成电路芯片不断向高集成化、高密度化及高性能化方向发展。为了获得电子元件的高性能，要求半导体晶片全局平坦化和表面无损伤。化学机械抛光(CMP)技术是半导体晶片表面加工的关键技术之一，广泛用于集成电路制造过程的各阶段表面平整化。作为CMP***关键部件之一的抛光垫对抛光效率和加工质量有着重要影响。在CMP过程中，抛光垫具有以下功能：(1)能贮存抛光液，并把它运送到工件的整个加工区域，使抛光均匀；(2)从工件抛光表面除去抛光过程产生的残留物质(如抛光碎屑、抛光垫碎片等)；(3)传递材料去除所需的机械载荷；(4)维持抛光过程所需的机械和化学环境。目前，常用的抛光垫材料有聚亚安脂等聚合物。
在传统的CMP***中，保持环相对于相同方向转动的抛光垫表面保持晶片并使晶片转动。在抛光过程中，在抛光压力和热作用下，与晶片接触的抛光垫环形区域被磨损，抛光垫表面轮廓发生变化。同时，抛光垫表面材料由于被磨损与挤压，表面气孔将会被封闭而成为光滑釉面，抛光垫存储、传输磨料的能力降低，材料去除率和工件抛光表面质量下降。此外，抛光垫表面气孔中镶嵌的磨粒颗粒和反应产物颗粒，也使其抛光能力进一步降低。
因此，抛光垫必须适当的修整，以恢复抛光垫表面的平面度，去除表面的冷胶合面或光滑釉面和镶嵌物，恢复抛光垫表面粗糙度。有效解决途径是：采用可同时旋转和直线往复运动的修整装置去除抛光垫表面变形和变质层，而且根据不同抛光垫材料可调整修整器的运动轨迹、运动速度和修整压力等修整参数，获得所要求的抛光垫平面度和粗糙度。
发明内容
本发明提供一种抛光垫表面全局修整的方法和修整装置，以实时恢复抛光垫的平面度和表面粗糙度。所述方法能方便地实现抛光垫的在线修整修整和离线修整，并可根据需要调整修整器的运动轨迹、运动速度和修整压力等修整参数。
本发明提供的一种抛光垫修整装置，利用双头抛光机上立柱安装孔固定在抛光机上，修整装置的支撑主体采用框架结构，支撑主体的横梁6上水平安装驱动电机4、导轨9，安装在导轨9内的滚动丝杠8通过联轴器5与驱动电机4相连接；滑块14安装在垂直方向导轨13上，滚动丝杠8带动垂直方向导轨13和滑块14左右移动，驱动电机15固定在滑块14下端部，通过联轴器与修整器16相连接，压力调节螺杆12通过下自锁螺母10、上自锁螺母11安装在滑块14上且与垂直方向导轨13相连接。
上述支撑主体由下支撑1、底座支柱2、支撑块3、横梁6和上底板7组成，底座支柱2安装在下支撑1上，其上面安装有上底板7，上底板7上有支撑块3，支撑块3上面安装有横梁6。上述支撑主体采用铝合金材料。上述横梁6两端且与导轨9长度相当的位置上各装有行程开关。上述修整器16可以是盘形砂轮或毛刷。上述滑块14与垂直方向导轨13通过燕尾槽结构相互连接。上述驱动电机4、驱动电机15可以变向、调速。上述压力调节螺杆12采用小螺距螺杆。上述驱动电机4、驱动电机15、横梁6两端部的行程开关与接触器组成控制电路，其中行程开关控制直线往复运动的行程，接触器控制电机的起动、停止和换向运动，实现修整器在预定的行程区间自动直线往返运动。
本发明提供抛光垫修整装置的修整方法，有以下步骤：(1)按下行程开关ST1，接触器KM1线圈通电，KM1常开触点1、2均闭合，驱动电机4正转起动，滑块带动修整器按预定的速度向左移动；(2)当滑块移动到一定位置时，滑块碰撞行程开关ST2，导致ST1动断触点断开，接触器KM1线圈断电，驱动电机4停止转动；与此同时，行程开关ST2的动合触点闭合，接触器KM2线圈通电，KM2常开触点1、2均闭合，驱动电机4反转起动，滑块带动修整器按预定的速度向右移动；(3)当滑块向右移动到一定位置时，滑块碰撞行程开关ST1，ST1的动断触点断开，接触器KM2线圈断电，驱动电机4停止转动，同时ST1的动合触点闭合，接触器KM1线圈又通电，驱动电机4又正转，滑块带动修整器按预定的速度向左移动；4)上述修整器在预定的行程区间做自动直线往返运动同时驱动电机15也带动修整器转动，改变修整器的转动速度和直线往复运动速度的组合，结合调整修整压力的大小，满足不同抛光垫材料的修整要求。
本发明提供的抛光垫修整装置的技术及其特点包括：抛光垫修整装置采用框架结构形式，并利用双头抛光机上立柱安装孔固定在抛光机上，安装简易；修整装置支撑主体采用铝合金材料，在保证强度的条件下，降低总重量，易于拆卸。装置中修整器16由驱动电机4通过滚动丝杠8驱动，沿导轨在直径方向上做直线往复运动，全局修整抛光垫表面；修整器16通过螺杆12调整修整压力；修整器16由驱动电机15带动转动；通过改变驱动电机4、驱动电机15的转速，改变修整器16的转动速度和直线往复运动速度的组合，以改变修整器的修整运动轨迹，结合调整修整压力的大小，满足不同抛光垫材料的修整要求。
本发明提供的抛光垫修整方法和装置具有旋转运动和直线往复运动两种修整运动，能实现抛光垫表面全局修整。旋转运动和直线往复运动的速度和修整压力大小可调，可满足不同抛光垫材料的修整要求。可根据需要选择在线修整或离线修整抛光垫。压力调节螺杆12采用小螺距螺杆，以提高压力调节精度；
附图说明
本发明采用的方案如附图所示。
图1是抛光垫修整装置的正视图。其中1是下支撑，2是底座支柱，3是支撑块，4是驱动电机(可调速和正反转)，5是联轴器，6是横梁，7是上底板，8是滚动丝杠，9是导轨；
图2是抛光垫修整装置的侧视图。说明了抛光垫修整装置的抛光压力调整机构。其中10是下自锁螺母，11是上自锁螺母，12是压力调节螺杆，13是垂直方向导轨，14是滑块，15是修整器旋转运动的驱动电机，16是修整器。
图3是抛光垫修整装置图2的俯视图示意图。说明了抛光垫17旋转运动、修整器16的旋转运动和直线往复运动。
图4是抛光垫修整装置中修整器的直线往复运动控制电路图。其中行程开关ST1、ST2控制直线往复运动的行程，接触器KM1、KM2控制电机的起动、停止和换向运动，实现修整器在预定的行程区间自动直线往返运动。
具体实施方式
本发明提供的抛光垫修整方法和装置具有旋转运动和直线往复运动，实现抛光垫表面全局修整。旋转运动和直线往复运动的速度大小和修整压力大小可调。
本发明提供的一种抛光垫修整装置，利用双头抛光机上立柱安装孔固定在抛光机上，修整装置的支撑主体采用框架结构，支撑主体的横梁6上水平安装驱动电机4、导轨9，安装在导轨9内的滚动丝杠8通过联轴器5与驱动电机4相连接；滑块14安装在垂直方向导轨13上，滚动丝杠8带动垂直方向导轨13和滑块14左右移动，驱动电机15固定在滑块14下端部，通过联轴器与修整器16相连接，压力调节螺杆12通过下自锁螺母10、上自锁螺母11安装在滑块14上且与垂直方向导轨13相连接。
上述支撑主体由下支撑1、底座支柱2、支撑块3、横梁6和上底板7组成，底座支柱2安装在下支撑1上，其上面安装有上底板7，上底板7上有支撑块3，支撑块3上面安装有横梁6。上述支撑主体采用铝合金材料。上述横梁6两端且与导轨9长度相当的位置上各装有行程开关。上述修整器16可以是盘形砂轮或毛刷。上述滑块14与垂直方向导轨13通过燕尾槽结构相互连接。上述驱动电机4、驱动电机15可以变向、调速。上述压力调节螺杆12采用小螺距螺杆。上述驱动电机4、驱动电机15、横梁6两端部的行程开关与接触器组成控制电路，其中行程开关控制直线往复运动的行程，接触器控制电机的起动、停止和换向运动，实现修整器在预定的行程区间自动直线往返运动。
本发明提供抛光垫修整装置的修整方法，有以下步骤：(1)按下行程开关ST1，接触器KM1线圈通电，KM1常开触点1、2均闭合，驱动电机4正转起动，滑块带动修整器按预定的速度向左移动；(2)当滑块移动到一定位置时，滑块碰撞行程开关ST2，导致ST1动断触点断开，接触器KM1线圈断电，驱动电机4停止转动；与此同时，行程开关ST2的动合触点闭合，接触器KM2线圈通电，KM2常开触点1、2均闭合，驱动电机4反转起动，滑块带动修整器按预定的速度向右移动；(3)当滑块向右移动到一定位置时，滑块碰撞行程开关ST1，ST1的动断触点断开，接触器KM2线圈断电，驱动电机4停止转动，同时ST1的动合触点闭合，接触器KM1线圈又通电，驱动电机4又正转，滑块带动修整器按预定的速度向左移动；4)上述修整器在预定的行程区间做自动直线往返运动同时驱动电机15也带动修整器转动，改变修整器的转动速度和直线往复运动速度的组合，结合调整修整压力的大小，满足不同抛光垫材料的修整要求。
Claims (10)
1.一种抛光垫修整装置，利用双头抛光机上立柱安装孔固定在抛光机上，其特征在于：修整装置的支撑主体采用框架结构，支撑主体的横梁(6)上水平安装驱动电机(4)、导轨(9)，安装在导轨(9)内的滚动丝杠(8)通过联轴器(5)与驱动电机(4)相连接；滑块(14)安装在垂直方向导轨(13)上，滚动丝杠(8)带动垂直方向导轨(13)和滑块(14)左右移动，驱动电机(15)固定在滑块(14)下端部，通过联轴器与修整器(16)相连接，压力调节螺杆(12)通过下自锁螺母(10)、上自锁螺母(11)安装在滑块(14)上且与垂直方向导轨(13)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述支撑主体由下支撑(1)、底座支柱(2)、支撑块(3)、横梁(6)和上底板(7)组成；底座支柱(2)安装在下支撑(1)上，其上面安装有上底板(7)，上底板(7)上有支撑块(3)，支撑块(3)上面安装有横梁(6)。
3.根据权利要求1或2所述一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述支撑主体采用铝合金材料。
4.根据权利要求1所述的一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述横梁(6)两端且与导轨(9)长度相当的位置上各装有行程开关。
5.根据权利要求1所述的一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述修整器(16)可以是盘形砂轮或毛刷。
6.根据权利要求1所述的一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述滑块(14)与垂直方向导轨(13)通过燕尾槽结构相互连接。
7.根据权利要求1所述的一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述驱动电机(4)、驱动电机(15)可以变向、调速。
8.根据权利要求1所述的一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述压力调节螺杆(12)采用小螺距螺杆。
9.根据权利要求4所述的一种抛光垫修整装置，其特征在于：上述驱动电机(4)、横梁(6)两端部的行程开关与接触器组成控制电路，其中行程开关控制直线往复运动的行程，接触器控制电机的起动、停止和换向运动，实现修整器在预定的行程区间自动直线往返运动。
10.一种根据权利要求1所述抛光垫修整装置的修整方法，其特征在于有以下步骤：1)按下行程开关ST1，接触器KM1线圈通电，KM1常开触点1、2均闭合，驱动电机(4)正转起动，滑块带动修整器按预定的速度向左移动；2)当滑块移动到一定位置时，滑块碰撞行程开关ST2，导致ST1动断触点断开，接触器KM1线圈断电，驱动电机(4)停止转动；与此同时，行程开关ST2的动合触点闭合，接触器KM2线圈通电，KM2常开触点1、2均闭合，驱动电机(4)反转起动，滑块带动修整器按预定的速度向右移动；3)当滑块向右移动到一定位置时，滑块碰撞行程开关ST1，ST1的动断触点断开，接触器KM2线圈断电，驱动电机(4)停止转动，同时ST1的动合触点闭合，接触器KM1线圈又通电，驱动电机(4)又正转，滑块带动修整器按预定的速度向左移动；4)上述修整器在预定的行程区间做自动直线往返运动同时驱动电机(15)也带动修整器转动，改变修整器的转动速度和直线往复运动速度的组合，结合调整修整压力的大小，满足不同抛光垫材料的修整要求。
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