專利名稱：一種化學機械研磨裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體設備領域，特別涉及一種化學機械研磨裝置。
背景技術：
隨著超大規(guī)模集成電路ULSI (Ultra Large Scale Integration)的飛速發(fā)展，集成電路制造工藝變得越來越復雜和精細。為了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(Feature Size)不斷變小，芯片單位面積內(nèi)的元件數(shù)量不斷增加，平面布線已難以滿足元件高密度分布的要求，只能采用多層布線技術利用芯片的垂直空間，進一步提高器件的集成密度。但多層布線技術的應用會造成襯底表面起伏不平，對圖形制作極其不利。為此，常需要對襯底進行表面平坦化處理。目前，在平坦化技術中，優(yōu)選采用化學機械研磨 (ChemicalMechanical Polishing，CMP)，尤其在半導體制作工藝進入亞微米(sub-micron) 領域后，其已成為一項不可或缺的制作工藝技術。因此化學機械研磨裝置也成為了半導體工藝中重要的設備之一。中國專利號為99100796. 4的專利中公開了一種化學機械研磨裝置，如圖1所示， 包括承載機構、旋轉機構、研磨機構和漿料輸送機構。所述承載機構包括承載臺23、卡環(huán) (未示出)和連接裝置(未示出)，所述承載臺23中央具有圓形槽；所述卡環(huán)位于承載臺 23承載面上，且位于圓形槽頂部。所述旋轉機構包括旋轉軸M、旋轉軸承(未示出)和驅動器觀，所述旋轉軸M與承載臺23底面連接；所述旋轉軸承位于圓形槽內(nèi)，由卡環(huán)固定； 所述旋轉軸M通過驅動器觀的驅動旋轉，并帶動承載臺23繞著旋轉軸轉動，進而帶動旋轉軸承旋轉，由旋轉軸承控制研磨墊相應轉動。所述研磨機構包括研磨頭沈、與研磨頭沈連接的研磨旋轉軸27和研磨墊四，所述研磨墊四通過承載機構上的連接裝置與承載臺23 相連，所述研磨頭26用于吸附晶圓25，在工作過程中將晶圓25夾于研磨墊四和研磨頭沈之間。所述漿料輸送機構包括漿料源30和漿料輸送口 21，工作時漿料源30出漿，漿料通過漿料輸送口 21輸送到研磨墊四上。在晶圓25被研磨墊四研磨時，研磨漿料22在研磨墊四和晶圓25之間圍繞晶圓 25的周邊輸送；晶圓25繞著研磨旋轉軸27軸心線旋轉，承載臺23和研磨墊四繞著旋轉軸M的軸心線旋轉，所述旋轉軸M的軸心線沿著弧形路徑運動(即從研磨旋轉軸27的軸心線方向看，旋轉軸M的軸心線繞著研磨旋轉軸27的軸心線旋轉)。目前用于研磨晶圓片的化學機械研磨裝置上驅動承載臺旋轉的研磨墊軸承是機械軸承，由于機械零件固有的缺陷，在機器運轉過程中，機械軸承與研磨墊之間難免會產(chǎn)生一定的機械摩擦。當發(fā)生摩擦時，往往會造成機械零件的磨損、機器運轉時能量的損耗，還常常會發(fā)出噪音，而當發(fā)生嚴重摩擦時，被研磨的產(chǎn)品(例如晶圓等)還可能會掉片，并造成報廢。這樣不僅會影響工藝制造的效率，還會帶來大量財力和時間上的損耗。因此，半導體工藝領域的工程師們希望能研發(fā)一種軸承來替代現(xiàn)有的機械軸承， 從而使上述問題可以得到改善，但是目前還沒有一種較好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種化學機械研磨裝置，防止旋轉軸承的磨損導致影響工藝制造的效率。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種化學機械研磨裝置，包括研磨機構、承載機構和旋轉機構。所述旋轉機構包括旋轉軸，所述旋轉軸與承載機構連接，旋轉軸上具有旋轉軸承，所述旋轉軸承位于承載機構的承載臺內(nèi)且其中一個表面與承載臺承載面在同一平面內(nèi)，其特征在于，所述旋轉軸承為磁懸浮軸承。優(yōu)選地，所述磁懸浮軸承是一圓環(huán)狀的電磁鐵。優(yōu)選地，所述磁懸浮軸承與旋轉軸之間由承載臺間隔。優(yōu)選地，所述研磨機構包括研磨頭、與研磨頭連接的研磨旋轉軸和連接于承載機構上的研磨墊。優(yōu)選地，所述承載機構還包括卡環(huán)，設置于承載臺承載面上，與所述磁懸浮軸承配合連接。優(yōu)選地，所述承載機構還包括連接裝置，用于將研磨墊同承載臺相連。優(yōu)選地，所述承載機構上還包括位置傳感器，所述位置傳感器位于承載機構兩側，用于檢測所述研磨墊的位移變化。優(yōu)選地，所述旋轉機構還包括驅動器，驅動旋轉軸旋轉的同時帶動承載機構繞著旋轉軸旋轉。優(yōu)選地，所述驅動器包括傳送帶、齒輪箱以及馬達，所述馬達驅動齒輪箱轉動，所述齒輪箱通過傳送帶與所述旋轉軸連接。優(yōu)選地，還包括中央處理器，其通過電子線路與所述化學機械研磨裝置相連接，并控制所述化學研磨裝置中各個部件的運轉。優(yōu)選地，所述中央處理器包括控制器和功率放大器，用于向所述磁懸浮軸承提供磁懸浮力。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點使用磁懸浮軸承作為旋轉軸承，在工作過程中，在磁懸浮力的作用下，研磨墊會懸浮于所述磁懸浮軸承之上進行轉動，與承載臺之間出現(xiàn)空隙；避免了旋轉軸承與研磨墊之間產(chǎn)生機械接觸，避免了旋轉軸承與研磨墊之間接觸產(chǎn)生的磨損，也降低了機臺運轉時的噪音，同時也在很大程度上減少了由于軸承問題造成晶圓報廢所帶來的損失。


圖1是現(xiàn)有技術中一種化學機械研磨裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明所述一種化學機械研磨裝置中所述磁懸浮軸承的工作原理示意圖；圖3是本發(fā)明所述的一種化學機械研磨裝置的示意圖；圖4是根據(jù)圖3所示的一種化學機械研磨裝置的變化裝置示意圖；圖5是本發(fā)明所述的一種化學機械研磨裝置中所述磁懸浮軸承的局部側視圖。
具體實施例方式發(fā)明人在半導體行業(yè)領域中對軸承結構進行充分的研究，并積累了大量的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，針對存在的問題，提出本發(fā)明所述的一種化學機械研磨裝置研磨墊的技術方案，與現(xiàn)有技術不同的是，本發(fā)明利用了磁懸浮軸承作為研磨墊軸承，其主要原理是通過在所述磁懸浮軸承上產(chǎn)生磁懸浮力將研磨墊懸浮于所述磁懸浮軸承的上方，使其與磁懸浮軸承之間沒有機械接觸，進而能使研磨墊可以更加平穩(wěn)地運轉，由此減小了機械磨損、能量損耗、 并且降低了噪音。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。參考圖3所示的是本發(fā)明所述的一種化學機械研磨裝置的研磨墊示意圖。具體地，如圖3所示，所述研磨裝置包括研磨機構3、承載機構5和旋轉機構6及漿料輸送機構 (未示出)。所述研磨機構3包括研磨頭31、研磨墊32和研磨旋轉軸33，所述研磨旋轉軸33 與研磨頭31連接，在工作過程中，所述研磨頭31用于吸附晶圓4，在工作過程中將晶圓4夾于研磨墊32和研磨頭31之間。所述承載機構5包括承載臺、卡環(huán)及連接裝置(未示出)，所述承載臺中央具有圓形槽，所述卡環(huán)卡于圓形槽頂部；所述連接裝置位于承載臺的承載面邊緣，所述連接裝置可調(diào)節(jié)高度，可使研磨墊32沿其高度方向上下運動。所述旋轉機構6包括旋轉軸61、旋轉軸承62和驅動器63，所述旋轉軸61與承載臺底部連接，且位于承載臺底部中間位置；所述旋轉軸承62置于承載臺的圓形槽內(nèi)，由卡環(huán)固定，所述旋轉軸承62為磁懸浮軸承；所述驅動器63由馬達633驅動齒輪箱632轉動， 所述齒輪箱632通過傳送帶631與所述旋轉軸61連接，這樣所述旋轉軸61將通過驅動器 63的驅動旋轉，并帶動承載臺轉動，并繞著旋轉軸承62旋轉；所述旋轉軸承62在旋轉過程中，通過中央處理器(未示出)提供磁懸浮力，使研磨墊32懸浮在所述旋轉軸承62之上， 并與承載臺之間形成間隙。本實施例中，還包括中央處理器，其通過電子線路與所述化學機械研磨裝置相連接，并控制所述化學研磨裝置中各個部件的運轉。具體地，所述中央處理器位于如圖3中所示標號7所在位置，通過電子線路(電纜)與所述化學研磨裝置相連接。進一步地，所述中央處理器至少包括控制器和功率放大器，其用于向所述磁懸浮軸承提供磁懸浮力，具體工作原理可以參考圖2所示的工作原理圖以及下文中關于圖2所述實施例的描述。本實施例中，所述連接裝置可以是若干個螺絲、梢鎖等機械零部件，其均勻分布在所述承載臺承載面的邊緣并與所述研磨墊32相連接。本實施例中，所述旋轉軸61上還具有齒輪結構，所述傳送帶631將置于所述齒輪結構上，防止傳送帶631打滑，這樣當所述傳送帶631運轉時，將帶動所述旋轉軸61 —起轉動。結合圖3所示的化學機械研磨裝置，在實際應用中，其具體工作方式如下首先， 將待研磨的晶圓4放在所述研磨頭31和所述研磨墊32之間，并通過所述研磨頭31來吸附所述待研磨的晶圓4。然后，所述旋轉機構6將通過驅動器6中的馬達633帶動齒輪箱632 內(nèi)的齒輪旋轉，并由所述傳送帶631來帶動所述旋轉軸61—起轉動，進而帶動承載臺轉動， 并繞著旋轉軸承62旋轉。所述旋轉軸承62在旋轉過程中，通過中央處理器(未示出)提供磁懸浮力，使研磨墊32懸浮在所述旋轉軸承62之上，并與承載臺之間形成間隙。另一方面，所述中央處理器還將控制所述研磨頭31繞著研磨旋轉33旋轉，其中所述研磨頭31 將和所述研磨墊32作同方向但不同轉速的旋轉，這樣通過所述研磨墊32與所述研磨頭31 之間的相對運動，所述研磨墊32將對所述晶圓4進行研磨。同時，在實際應用中，整個機臺還可以通過一個漿料輸送機構(圖3中未示出，可參考圖1中所示)向研磨墊輸送漿料。具體地，所述漿料輸送機構包括漿料源和漿料輸送口，工作時漿料源出漿，漿料通過漿料輸送口輸送到研磨墊上，漿料在研磨墊和晶圓之間圍繞晶圓的周邊輸送。在上述實施例的一個變化例中，所述化學機械研磨裝置中還可以包括位置傳感器，其用于檢測所述研磨墊的位移變化。具體地，參考圖4所示的化學機械研磨裝置，與上述圖3中所示的研磨裝置不同的是，如圖4所示，在所述承載機構5的承載臺上還分布著若干個位置傳感器51，所述位置傳感器51可以通過固定連接裝置安裝在所述承載臺上。更為具體地，所述位置傳感器51可以安裝在承載臺的兩側，也可以安裝在所述承載臺的承載面上，還可以安裝在所述承載臺的底部等，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要來選擇所述位置傳感器51的安裝位置，在此不予贅述。根據(jù)圖4所示的化學機械研磨裝置，在一個實施例中，這里假設在一個參考位置 (或者說平衡位置)上，所述研磨墊32受到一個向下的擾動，就會偏離所述參考位置，這時位于承載臺上的位置傳感器51可以檢測出所述研磨墊32偏離該參考位置的位移。接著，所述中央處理器可以通過控制器將檢測到的位移距離轉換成控制信號，并由中央處理器(未示出)中的功率放大器將這一控制信號轉換成控制電流，控制電流在所述旋轉軸承62中產(chǎn)生磁懸浮力，從而驅動所述研磨墊32返回到原來平衡位置。換句話說，根據(jù)上述工作原理， 在研磨晶圓過程中，無論所述研磨墊32受到向下或向上的擾動，通過所述旋轉軸承62與所述研磨墊32間磁懸浮力的作用，所述研磨墊32能夠始終處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。進一步地，在上述實施例中所述旋轉軸承62 (即磁懸浮軸承)的工作原理可參考圖2所示的工作原理示意圖。具體地，如圖2所示，電磁鐵組14包括上下、左右兩對電磁鐵， 通過與其相對應的傳感器15檢測所述電磁鐵14與轉軸16之間氣隙的大小，然后將位移信號經(jīng)傳感器信號變送電路13傳送至控制器11中，再由所述控制器11進行判斷并控制輸出電流的大小，經(jīng)功率放大器12輸出至各個電磁鐵內(nèi)(可參考圖2中所示的電路線)，從而實現(xiàn)對各方位上電磁鐵的磁力大小的實時控制，以確保轉軸16在徑向上的位置不變，使其始終懸浮在如圖2中所示的中心位置上進行轉動。需要說明的是，上述是磁懸浮軸承的工作原理，根據(jù)本發(fā)明所述的化學機械研磨裝置，相對應地，其中所述控制器、功率放大器位于中央處理器內(nèi)，所述旋轉軸承62 (磁懸浮軸承)即所述的電磁鐵組，所述位置傳感器分布在承載機構5的承載臺上，所述研磨墊32 即所述轉軸。更為具體地，本領域技術人員可以結合圖3或者圖4中所示的化學機械研磨裝置示意圖來理解。圖5是本發(fā)明所述的一種化學機械研磨裝置研磨墊中所述磁懸浮軸承的局部側視圖。本領域技術人員理解，本發(fā)明所述的磁懸浮軸承在結構上是與現(xiàn)有機械軸承相類似的，其主要特點是通過機臺中的中央處理器向所述旋轉軸承提供磁懸浮力從而形成一種磁懸浮軸承。所述磁懸浮軸承可以使其與轉子(本發(fā)明中指所述研磨墊)之間沒有機械接觸， 并保持所述研磨墊在運轉過程中處于平衡狀態(tài)，這樣就可以避免因為使用機械軸承必須頂住所述研磨墊作旋轉而造成的機械磨損和噪音等問題。
如圖5所示的是一種滾珠軸承的局部側視圖。具體地，可以這樣理解，如果將所述滾珠軸承看成一個平面圖形，其就是一個中空的圓環(huán)，在圓環(huán)上分布著若干個圓孔(即滾珠)，那么如圖所示的就是這個圓環(huán)外環(huán)的半徑。具體地，所述滾珠軸承的各個主要參數(shù)，例如厚度、內(nèi)半徑、外半徑、相對應位置上兩個滾珠的圓心距、四個邊角的切線參數(shù)等可以根據(jù)實際應用中所述化學機械研磨裝置的大小和結構來確定，在此不予贅述。需要說明的是，在實際應用中并不局限于圖5中所示的滾珠軸承，本領域技術人員還可以利用其他結構的磁懸浮軸承作為所述旋轉軸承。例如，滑動軸承、角接觸軸承、球軸承等，這并不影響本發(fā)明的實質，在此不予贅述。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種化學機械研磨裝置，包括研磨機構、承載機構和旋轉機構；所述旋轉機構包括旋轉軸，所述旋轉軸與承載機構連接，旋轉軸上具有旋轉軸承，所述旋轉軸承位于承載機構的承載臺內(nèi)且其中一個表面與承載臺承載面在同一平面內(nèi)，其特征在于，所述旋轉軸承為磁懸浮軸承。
2.根據(jù)權利要求1所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述磁懸浮軸承是一圓環(huán)狀的電磁鐵。
3.根據(jù)權利要求2所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述磁懸浮軸承與旋轉軸之間由承載臺間隔。
4.根據(jù)權利要求1所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述研磨機構包括研磨頭、 與研磨頭連接的研磨旋轉軸和連接于承載機構上的研磨墊。
5.根據(jù)權利要求1所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述承載機構還包括卡環(huán)，設置于承載臺承載面上，與所述磁懸浮軸承配合連接。
6.根據(jù)權利要求1或3或4任一項所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述承載機構還包括連接裝置，用于將研磨墊同承載臺相連。
7.根據(jù)權利要求5所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述承載機構上還包括位置傳感器，所述位置傳感器位于承載機構兩側，用于檢測所述研磨墊的位移變化。
8.根據(jù)權利要求1所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述旋轉機構還包括驅動器，驅動旋轉軸旋轉的同時帶動承載機構繞著旋轉軸旋轉。
9.根據(jù)權利要求8所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，所述驅動器包括傳送帶、 齒輪箱以及馬達，所述馬達驅動齒輪箱轉動，所述齒輪箱通過傳送帶與所述旋轉軸連接。
10.根據(jù)權利要求1所述的化學機械研磨裝置，其特征在于，還包括中央處理器，其通過電子線路與所述化學機械研磨裝置相連接，并控制所述化學研磨裝置中各個部件的運轉。
11.根據(jù)權利要求10所述化學機械研磨裝置，其特征在于，所述中央處理器包括控制器和功率放大器，用于向所述磁懸浮軸承提供磁懸浮力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學機械研磨裝置，包括研磨機構、承載機構和與承載機構相連的旋轉機構。所述旋轉機構包括驅動器，所述承載機構至少包括旋轉軸承，所述旋轉軸承為磁懸浮軸承。本發(fā)明主要利用磁懸浮軸承作為研磨墊軸承，通過磁懸浮力將研磨墊懸浮于所述磁懸浮軸承之上，使其與磁懸浮軸承之間沒有機械接觸。本發(fā)明旨在將所述磁懸浮軸承技術應用于半導體工藝行業(yè)來代替現(xiàn)有的機械軸承，從而改進了使用機械軸承時帶來的缺陷，例如，機械摩擦損耗、能量損耗、油污、噪音等問題。通過本發(fā)明所述的磁懸浮軸承除上述優(yōu)點外，壽命比機械軸承更長，在很大程度上減少了由于軸承問題造成晶圓報廢所帶來的損失。
文檔編號B24B37/27GK102476349SQ201010567640
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者唐強 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司