專利名稱：一種拋光墊修整頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芯片制程中的化學機械拋光領(lǐng)域，尤其是指一種拋光墊修整
頭(Pad Conditioner Head)。
背景技術(shù)：
在化學機械拋光(Chemical Mechanical Polish, CMP)機器中，修整頭 用于固定修整輪(Disk),并帶動修整輪對拋光墊(Pad)進行修整。拋光墊 表面的小孔用于傳輸磨料和提高拋光均勻性。拋光墊屬于易損件 (Consumable parts),在拋光一些芯片之后，其表面會變得平坦和光滑， 達到一種稱為光滑表面的狀態(tài)。處于該狀態(tài)的拋光墊不能保持拋光磨料，從 而會顯著降低拋光速率。因此，需對拋光墊進行定期的修整，保證其一致的 拋光性能。修整輪在修整頭的帶動下，壓在拋光墊表面上，以一定的速度轉(zhuǎn) 動，同時配合研磨液或者去離子水，完成對拋光墊的修整。
現(xiàn)有的拋光墊修整頭的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括橡皮碗1 (Diaphragm)、 大螺母2、芯軸3、第一轉(zhuǎn)動塊4、鍵5、轉(zhuǎn)動環(huán)6、可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7、同 步帶輪8、支撐體9、軸承10。其中，可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭6用于連接第一氣 管通路11 ，所述可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭6可外接氣管，并可快速插拔外接氣管， 所述可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7的根部可作360度旋轉(zhuǎn)，不會影響氣密性。同步帶 輪8采用同步帶傳動，在馬達的帶動下，帶動第一轉(zhuǎn)動塊4轉(zhuǎn)動。支撐體9 即為修整頭的外殼。大螺母2將橡皮碗1的內(nèi)圈緊固于芯軸3上，第一轉(zhuǎn)動
塊4通過螺栓連接將橡皮碗1的外圈緊固于轉(zhuǎn)動環(huán)6上，從而使橡皮碗1在 修整頭的內(nèi)部形成一個氣囊，通過為氣嚢提供壓力或真空，可使芯軸3進行 上下運動。而芯軸3與修整輪固定架12相連，修整輪固定架12將修整輪13 與其固定為一體。因此，芯軸3的上下運動將帶動修整輪13的上下運動。
圖2是沿A—A剖面線的剖面示意圖。如圖2所示，芯軸3與第一轉(zhuǎn)動塊 4通過4定5連接，以保證芯軸3隨第一轉(zhuǎn)動塊4同步轉(zhuǎn)動而不影響芯軸3的 上下運動。所述拋光墊修整頭的材質(zhì)為鋁合金或不銹鋼。
現(xiàn)有的拋光墊〗務整頭的不足之處在于
1、 現(xiàn)有的拋光墊修整頭在使用一段時間后，橡皮碗1由于疲勞破損、老 化，容易破裂，導致芯軸3無法進行上下運動，則修整輪13無法對拋光墊進 行修整；
2、 橡皮碗1破裂后，氣嚢漏氣，氣壓不穩(wěn)，導致修整輪13對拋光墊的 壓力不穩(wěn)，影響修整輪13對拋光墊的修整效果。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種拋光墊修整頭，內(nèi)置氣釭，極大 地提高了修整頭的可靠性、穩(wěn)定性，并延長了修整頭的使用壽命。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種拋光墊修整頭，包括可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7、同步帶輪8、 4定5、支撐 體9、軸承10、轉(zhuǎn)動環(huán)6，轉(zhuǎn)動環(huán)6上安裝有兩個軸承10，還包括第二轉(zhuǎn)動 塊14、第一氣缸缸體15、第一氣缸活塞16、密封圈19,所述同步帶輪8、 第二轉(zhuǎn)動塊14、第一氣缸活塞16、轉(zhuǎn)動環(huán)6連接成一體；所述第二轉(zhuǎn)動塊 14與第一氣缸活塞16的內(nèi)部開有第二氣管通路20;所述鍵5固定于第一氣 缸缸體芯軸17上，第一氣缸活塞16的內(nèi)側(cè)開有鍵槽18,鍵5沿鍵槽18作200710044852.0
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上下運動，帶動缸體芯軸17,也即第一氣缸缸體15作上下運動；所述密封
圈19安裝于第一氣缸缸體15的內(nèi)壁上；所述第一氣缸缸體15與修整輪固定
架12連接成一體。
進一步地，所述第一氣缸缸體15內(nèi)的氣壓為-100psi 100psi。
進一步地，所述拋光墊修整頭的材質(zhì)是鋁合金或不銹鋼。
進一步地，所述支撐體9的最大外徑尺寸為80~150mm，最大高度尺寸
為30~80mm。
本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下
一種拋光墊修整頭，包括可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7、同步帶輪8、支撐體9、 軸承10,還包括第三轉(zhuǎn)動塊21、第二氣缸缸體22、連桿23、第二氣缸活塞 24，所述第三轉(zhuǎn)動塊21內(nèi)部開有第三氣管通路25，與第二氣缸缸體22上腔 連通；所述軸承10安裝于第二氣缸缸體22外側(cè)；第二氣缸缸體22通過軸7 義 10安裝于支撐體9內(nèi)；所述連桿23和第二氣缸活塞24連接成一體，沿第三 轉(zhuǎn)動塊21上下運動，并在第三轉(zhuǎn)動塊21的帶動下與第二氣缸缸體22同步轉(zhuǎn) 動；所述連桿23和修整輪固定架12連接成一體；所述同步帶輪8、第三轉(zhuǎn) 動塊21和第二氣缸缸體22連接成一體。
進一步地，所述第三轉(zhuǎn)動塊21與連桿23配合處的橫截面是非圓截面。 較佳地，所述非圓截面是方形、橢圓形或菱形。 進一步地，所述第三轉(zhuǎn)動塊21與連桿23配合處采用鍵連接。 進一步地，所述連桿23和第二氣缸活塞24釆用鍵或方孔連接。 進一步地，所述第二氣缸缸體22內(nèi)的氣壓為-100psi 100psi。 較佳地，所述拋光墊修整頭還包括一個彈簧26，安裝于所述拋光墊修整 頭內(nèi)部的第二氣缸缸體22中。
進一步地，所述拋光墊修整頭的材質(zhì)是鋁合金或不4秀鋼。
進一步地，所述支撐體9的最大外徑尺寸為80~150mm，最大高度尺寸 為30~80mm。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
本發(fā)明的氣缸不易破損、老化，極大地提高了拋光墊修整頭的使用壽命。 另外，本發(fā)明由于內(nèi)置氣缸，不受橡皮碗彈性系數(shù)的影響，可保證壓力
的穩(wěn)定，從而保證修整輪對拋光墊的修整效果。
此外，本發(fā)明可在氣缸中安裝彈簧，依靠彈簧的彈性完成〗務整輪的上下
運動，而不需要依靠真空提升氣缸活塞，進而提升修整輪。


圖1是現(xiàn)有的拋光墊《務整頭的裝配示意圖2是沿圖1中A—A剖面線的剖面示意圖3是本發(fā)明的第一具體實施例的拋光墊^f'務整頭的裝配示意圖4是沿圖3中B—B剖面線的剖面示意圖5是本發(fā)明的第二具體實施例的拋光墊修整頭的裝配示意圖6是沿圖5中C—C剖面線的剖面示意圖7是圖5中的拋光墊修整頭加裝彈簧后的裝配示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步說明。 如圖3和圖4所示，本發(fā)明的第一具體實施例的拋光墊修整頭，包括可 旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7、同步帶輪8、第二轉(zhuǎn)動塊14、鍵5、支撐體9、軸承10、 第一氣缸缸體15、第一氣缸活塞16、兩個轉(zhuǎn)動環(huán)6。所述同步帶4侖8、第二 轉(zhuǎn)動塊14、第一氣釭活塞16、轉(zhuǎn)動環(huán)6連接成一體；每個轉(zhuǎn)動環(huán)6上安裝有2個軸承10,因此，轉(zhuǎn)動環(huán)6和第一氣缸活塞16可在同步帶輪8的帶動下轉(zhuǎn) 動；所述第二轉(zhuǎn)動塊(14)與第一氣缸活塞(16)的內(nèi)部開有第二氣管通路 (20);鍵5固定于第一氣缸缸體芯軸17上，第一氣缸活塞16的內(nèi)側(cè)開有鍵 槽18,鍵5配合鍵槽18作上下運動，帶動第一氣缸缸體芯軸17，也即第一 氣缸缸體15作上下運動。因此，第一氣缸缸體15可沿著第一氣缸活塞16 作上下運動，并可在第一氣缸活塞16的帶動下轉(zhuǎn)動；第一氣缸活塞16的側(cè) 面(和第一氣釭缸體15的接觸面)需要進行熱處理和精加工，以保證良好的 硬度和粗糙度，確保第一氣缸活塞16和第一氣缸缸體15內(nèi)壁的密封良好(圖 3為將示意圖顯示清楚，兩者之間繪制有空隙，實際上，兩者配合緊密)；在 第一氣缸缸體15內(nèi)壁上裝有密封圏19，以保證第一氣缸活塞16和第一氣缸 缸體15的密封；第一氣缸缸體15與修整輪固定架12連接成一體。
本具體實施例通過可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7完成充氣和抽氣的動作，從而實 現(xiàn)修整頭第一氣缸缸體15內(nèi)氣體壓力的變化。所述第一氣釭缸體15中的氣 體為空氣或氮氣，氣壓一般保持在-100psi-100psi。當通過第二氣管通^各20 充氣時，第一氣缸缸體15內(nèi)部的氣壓逐漸增大，第一氣缸缸體15沿活塞16 向下運動，修整輪13也隨之向下運動；抽氣時，第一氣釭缸體15內(nèi)部的氣 壓逐漸減小，第一氣缸缸體15沿鍵槽18向上運動，則修整輪13隨之向上運 動。修整輪13在本具體實施例的修整頭的帶動下，對拋光墊進行修整。
圖5是本發(fā)明的第二具體實施例的拋光墊修整頭的裝配示意圖。如圖5 所示，本具體實施例的拋光墊修整頭，包括可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7、同步帶輪8、 第三轉(zhuǎn)動塊21、支撐體9、軸承10、第二氣缸缸體22、連桿23、第二氣釭 活塞24。第三轉(zhuǎn)動塊21用于確保第二氣缸缸體22和連桿23同步轉(zhuǎn)動，所 述第三轉(zhuǎn)動塊21內(nèi)部開有第三氣管通路25，與第二氣缸缸體22上腔連通； 軸承10安裝于第二氣缸缸體22外側(cè)，使第二氣缸缸體22能夠轉(zhuǎn)動。第二氣
缸活塞24隨著第二氣缸缸體22的上腔氣壓的變化，完成其上升或下降。第 二氣缸缸體22在第三轉(zhuǎn)動塊21的帶動下，與連桿23同步轉(zhuǎn)動；連桿23和 第二氣缸活塞24連為一體，依靠鍵或方孔等連接，沿第三轉(zhuǎn)動塊21上下運 動，并在第三轉(zhuǎn)動塊21的帶動下與第二氣缸缸體22同步轉(zhuǎn)動；所述連桿23 和修整輪固定架12連接成一整體；所述同步帶輪8、第三轉(zhuǎn)動塊21和第二 氣缸缸體22連接成一整體；第二氣缸缸體22通過軸承10安裝于支撐體9 內(nèi)。本具體實施例通過第二氣缸活塞24和連桿23的上下運動實現(xiàn)對修整4侖 13的壓下和提升；通過同步帶輪8的轉(zhuǎn)動，帶動第三轉(zhuǎn)動塊21轉(zhuǎn)動，進而 帶動連桿23和第二氣缸缸體22轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)修整輪13的同步轉(zhuǎn)動。
本具體實施例的工作原理為當充氣時，充氣至第二氣缸缸體22上腔的 氣壓大于下腔的氣壓，第二氣缸活塞24和連桿23則向下運動，修整輪13 也隨之向下運動；抽氣時，抽氣至第二氣缸缸體22上腔的氣壓小于下腔的氣 壓，第二氣缸活塞24和連桿23向上運動，則修整輪13隨之向上運動。修整 輪13在本具體實施例的修整頭的帶動下，對拋光墊進行^^整。
請參閱圖6，圖6是沿C—C剖面線的剖面示意圖。如圖6所示，第三轉(zhuǎn) 動塊21與連桿23配合處的橫截面是方形，保證了連桿23隨第三轉(zhuǎn)動塊21 同步轉(zhuǎn)動的同時，也能做上下運動。當然，所述橫截面并不限于方形，所述 第三轉(zhuǎn)動塊21與連桿23配合處的橫截面也可以是橢圓形、菱形等其它非圓 截面，或采用鍵連接，只需保證連桿23既能隨第三轉(zhuǎn)動塊21同步轉(zhuǎn)動，也 能做上下運動即可。
圖7是本發(fā)明的第二具體實施例的拋光墊修整頭加裝彈簧后的裝配示意 圖。如圖7所示，可在第二具體實施例的拋光墊修整頭的第二氣缸缸體22中 安裝彈簧26，依靠彈簧26的彈性完成對修整輪13的提升，而不再需務農(nóng)靠 真空提升第二氣缸活塞24,進而提升修整輪13。通過可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭7向
第二氣缸缸體22內(nèi)充氣，當充氣至第二氣缸缸體22上腔內(nèi)的氣俸對活塞24 的壓力大于第二氣缸缸體22的下腔的彈簧26的向上彈力時(忽略修整輪固 定架12、修整輪13、連桿23和第二氣缸活塞24的重力)，第二氣缸活塞 24和連桿23向下運動，壓縮彈簧26;當?shù)诙飧赘左w22的上腔氣體釋放， 彈簧26向上彈起，將第二氣缸活塞24提起。因此，不需要通過可旋轉(zhuǎn)式氣 管接頭7從第二氣缸缸體22內(nèi)抽氣形成真空，即可通過彈簧26的彈力提升 第二氣缸活塞24，進而提升修整輪13。
在本發(fā)明中，第一轉(zhuǎn)動塊4、第二轉(zhuǎn)動塊14、第三轉(zhuǎn)動塊21的材質(zhì)和作 用相同，但形狀不同。同樣地，第一氣缸缸體15、第二氣缸缸體22;第一氣 缸活塞化、第二氣缸活塞24;第一氣管通路11、第二氣管通路20、第三氣 管通路25皆是材質(zhì)和作用相同，但形狀不同。本發(fā)明中的支撐體9的最大外 徑尺寸為80 150mm，最大高度尺寸為30~80mm。
以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的較佳實施例，并不能以此來限定本發(fā)明 的范圍。任何對本發(fā)明的裝置作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的部件的替換、組合、分 立，以及對本發(fā)明實施步驟作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出 本發(fā)明的揭露以及保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種拋光墊修整頭，包括可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭(7)、同步帶輪(8)、鍵(5)、支撐體(9)、軸承(10)、轉(zhuǎn)動環(huán)(6)，轉(zhuǎn)動環(huán)(6)上安裝有兩個軸承(10)，其特征在于，還包括第二轉(zhuǎn)動塊(14)、第一氣缸缸體(15)、第一氣缸活塞(16)、密封圈(19)，所述同步帶輪(8)、第二轉(zhuǎn)動塊(14)、第一氣缸活塞(16)、轉(zhuǎn)動環(huán)(6)連接成一體；所述第二轉(zhuǎn)動塊(14)與第一氣缸活塞(16)的內(nèi)部開有第二氣管通路(20)；所述鍵(5)固定于第一氣缸缸體芯軸(17)上，第一氣缸活塞(16)的內(nèi)側(cè)開有鍵槽(18)，鍵(5)沿鍵槽(18)作上下運動，帶動缸體芯軸(17)，也即第一氣缸缸體(15)作上下運動；所述密封圈(19)安裝于第一氣缸缸體(15)的內(nèi)壁上；所述第一氣缸缸體(15)與修整輪固定架(12)連接成一體。
2、 如權(quán)利要求1所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述第一氣缸缸體 (15)內(nèi)的氣壓為-100psi-100psi。
3、 如權(quán)利要求1所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述拋光墊修整頭 的材質(zhì)是鋁合金或不銹鋼。
4、 如權(quán)利要求1所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述支撐體(9) 的最大外徑尺寸為80~150mm，最大高度尺寸為30~80mm。
5、 一種拋光墊修整頭，包括可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭(7)、同步帶輪(8)、支 撐體(9)、軸承(10)，其特征在于，還包括第三轉(zhuǎn)動塊(21 )、第二氣缸缸體(22)、連桿(23)、第二氣缸活塞(24)，所述第三轉(zhuǎn)動塊(21 )內(nèi)部開有第三氣管通^各(25),與第二氣缸缸體(22 ) 上腔連通；所述軸承(10)安裝于第二氣缸缸體(22)外側(cè)；第二氣缸缸體(22) 通過軸承(10)安裝于支撐體(9)內(nèi)；所述連桿(23)和第二氣缸活塞(24)連接成一體，沿第三轉(zhuǎn)動塊(21 ) 上下運動，并在第三轉(zhuǎn)動塊(21 )的帶動下與第二氣缸缸體(22)同步轉(zhuǎn)動；所述連桿(23)和修整輪固定架(12)連接成一體；所述同步帶輪(8)、第三轉(zhuǎn)動塊(21 )和第二氣缸缸體(22)連接成一體。
6、 如權(quán)利要求5所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述第三轉(zhuǎn)動塊(21 ) 與連桿(23)配合處的橫截面是非圓截面。
7、 如權(quán)利要求6所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述非圓截面是方 形、橢圓形或菱形。
8、 如權(quán)利要求5所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述第三轉(zhuǎn)動塊(21 ) 與連桿(23)配合處采用鍵連接。
9、 如權(quán)利要求5所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述連桿(23)和 第二氣缸活塞(24)采用^:或方孔連接。
10、 如權(quán)利要求5所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述第二氣缸缸 體(22)內(nèi)的氣壓為-100psi 100psi。
11、 如權(quán)利要求5所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述拋光墊修整 頭還包括一個彈簧(26 )，安裝于所述拋光墊修整頭內(nèi)部的第二氣缸缸體(22 )中
12、 如權(quán)利要求5所述的拋光墊修整頭，其特征在于所述拋光墊修整頭的材質(zhì)是鋁合金或不銹鋼。
13、 如權(quán)利要求5所述的拋光墊修整頭，所述支撐體(9)的最大外徑尺 寸為80~150mm,最大高度尺寸為30~80mm。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種拋光墊修整頭，包括可旋轉(zhuǎn)式氣管接頭(7)、同步帶輪(8)、鍵(5)、支撐體(9)、軸承(10)、轉(zhuǎn)動環(huán)(6)，轉(zhuǎn)動環(huán)(6)上安裝有兩個軸承(10)，還包括第二轉(zhuǎn)動塊(14)、第一氣缸缸體(15)、第一氣缸活塞(16)、密封圈(19)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有修整頭由于橡皮碗的破損造成的可靠性、穩(wěn)定性較差的問題，提高了修整頭的可靠性、穩(wěn)定性，并延長了修整頭的使用壽命。
文檔編號B24B53/12GK101367200SQ20071004485
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者黨國鋒, 張偉光, 王懷鋒, 趙鐵軍 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司