用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供应设备的制作方法

专利名称：用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供应设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于半导体晶片抛光系统的载具(carrier)的多流体供 应设备。更具体地说，本发明涉及一种用于半导体晶片抛光系统的载具的多 流体供应设备，其中，至少安装有一个载具的化学机械式抛光(CMP)机具 具有双系统结构，即动力传送系统和操作流体供应系统是独立分离的，并能 够固定地支撑旋转部件，从而能够阻止当动力传送轴旋转时，该动力传送轴 两末端之间的细微滚动所造成的密封性能的下降，同时，操作流体可平稳地 地供应至各个载具，因此，旋转体和非旋转体之间的接触部分被简化成单层 密封结构，而仍然保持着该旋转体和非旋转体之间的高密封特性。
背景技术：
一般而言，化学机械式抛光(CMP)机具是一种主要应用于半导体制造 过程的机具，并且被认为是一种用于高精细平化过程的抛光机具，用于通过 机械抛光和化学反应移除晶片表面多布线层之间的台阶。
现就CMP机具的普通结构简述如下，CMP机具包括台板(抛光台)，
该台板上附着有抛光垫(弹性抛光纸)；抛光载具(抛光头)，所述抛光载具 用于在其夹紧晶片时往下压及旋转，以使抛光垫和晶片表面之间相互接触； 研磨剂供应喷嘴，所述研磨剂供应喷嘴用于将研磨剂供应到抛光垫上；和调 节器载具，所述调节器载具用于夹紧和旋转修整用调节器，该修整用调节器 具有防止抛光垫表面变形或污染的发生的功能，所以，抛光垫的抛光性能可 被连续地保持。在晶片与抛光垫表面接触的情况下，通过台板与抛光载具的 相对移动，同时供应研磨剂到晶片表面上而使研磨剂与晶片表面起化学反 应，使得C M P机具的设计具有物理平化晶片表面的凹凸部分的功能。
目前，CMP机具的研发着重于其每一部件性能的改良。针对此目的，
本申请的申请人在韩国笫2003-39627号专利申请案(下文称之为'627申请) 中提出了名称为"a multiple fluid supplying apparatus for polishing and conditioner carriers of a polishing system of semiconductor wafer"的申请，其
中，在非旋转体和旋转体各个部件的相对移动过程中，旋转管套节(rotary union)被应用于研磨剂的流动，同时仍能保持非旋转体和旋转体之间的高度
气密性。
在、27申请案中所提出的多流体供应设备的结构包括位于驱动端的 旋转管套节，其中的中空旋转轴形成有多个通孔，该中空旋转轴安装并旋转 于形成有流体通道的不能旋转的中心固定轴上，安装有用于支撑的不能旋转 的密封罩套，该密封罩套在该中空旋转轴外圆周上支撑该中空旋转轴并将操 作流体排出，并且设置有堆叠式(stack-type)结构双密封杆，所述密封杆紧 密地以堆叠方式分别插入该中空旋转轴的内外侧，用于保持中心固定轴、中 空旋转轴和密封罩套三者之间的气密性；心轴，所述心轴与中空旋转轴相结 合，在不相互干涉的情况下，该心轴能够绕着该中空旋转轴的外圆周旋转； 用于支撑该心轴的心轴罩套；驱动装置，所述驱动装置用于分别旋转该中空 旋转轴和该心轴位于从动端(following side)的旋转管套节，其中的密封 罩套形成有多个通孔，该密封罩套安装在中心旋转轴上，该中心旋转轴形成 有多个流体通道，该多个流体通道与多个载具连接部件的载具轴结合为一 体，所述多个载具连接部件以对称的方式安装在该心轴中的该中心固定轴周 围，以便将操作流体供应给载具连接部件，使得位于从动端的旋转管套节通 过连接于位于驱动端的旋转管套节的密封罩套的托架，在非旋转的状态下被 支撑，设置有具有单层结构的堆叠式密封杆，该堆叠式密封杆紧密地以堆叠 的方式插在中心旋转轴和密封罩套之间，用于保持它们之间的气密性多个 用于将通孔连接在一起的管道，所述通孔形成于位于驱动瑞的旋转管套节和
位于从动端的旋转管套节的各个密封罩套之中；和动力传送部件，所述动力 传送部件具有将旋转力从位于驱动端的旋转管套节传送至各个载具连接部 件的功能。
但是，公开在'627申请案中的该旋转管套节结构具有若干问题。也就
是说，在位于驱动端的旋转管套节结构中，该形成有流体通道的中心固定轴 的一端通过托架支撑在该心轴罩套的上方，而该中心固定轴的另一端通过中 空旋转轴的内圆周表面支撑，而动力通过驱动皮带与该中空旋转轴的外圆周 的接合来传送，所以用于流动流体的该中心固定轴的支撑状态不稳定。当旋 转力传送至该中空旋转轴时，该不稳定状态将造成该中心固定轴或该中空旋 转轴的两末端之间的滚动(或振摆)，使得旋转体和非旋转体之间的密^J"部分 部分地分离或以不规则的方式彼此过分地接触，上述现象的重复发生将由于 密封部件本身不均匀的磨损而导致操作流体渗漏的风险。由于位于驱动端的 旋转管套节和位于从动端的旋转管套节的各个密封罩套是通过托架简单连 接的脆弱结构，所以严重的滚动现象将造成上述渗漏的发生。
位于驱动端的旋转管套节结构的另一问题为中空旋转轴的内外圆周面 与要密封的旋转体和非旋转体的接触部分相应，由于中空旋转轴的内外圆周 面被双重密封，所以该旋转管套节的结构变得复杂，同时，由于与单层密封 结构相比，此种密封结构具有更大的用于保持气密性的面积，因此操作流体 发生渗漏的可能性很高。
位于驱动端或从动端的旋转管套节结构的旋转体和非旋转体之间的接
触部分的密封结构里尚存有另一问题，即在'627申请案公开的该多流体供 应设备中，如同一般的现有技术，由于密封部件的物理摩擦，该密封部件由 于摩擦热而变形，并且持续地磨损，因此该密封部件的气密性逐渐地减弱。
另一个问题为由于各个载具连接部件的载具轴容纳在心轴的内部空间
中，因此当各个载具连接部件的载具轴需要保养时，该设备必须全部被拆卸，
所以非常地不方便和麻烦。

发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题及提供一种用于半导体晶片 抛光系统的载具的多流体供应设备，用于防止密封性能恶化，该密封性能恶 化是由当动力传送轴旋转时出现在该动力传送轴两末端间的一细微滚动现 象造成的；用于通过提供具有双系统的结构而使操作流体平稳地供应至各个 载具，该结构通过将动力传送系统从操作流体供应系统分离的方式而能够稳 固地支撑旋转部分；并且用于保持高度的密封性能，同时在旋转体和非旋转
体间的接触部分中设立简化的单层密封结构。
本发明的另一目的在于提供一种用于半导体晶片抛光系统的载具的多 流体供应设备，用于使各个载具稳定旋转，且用于通过提供位于驱动端和从 动端的旋转管套节稳定地固定在心轴上的结构而改善密封性能。
本发明的另一目的在于提供一种用于半导体晶片抛光系统的载具的多 流体供应设备，通过防止因为摩擦热所造成的密封部件的变形，该多流体供 应设备可长时间地保持密封部件的密封性能。即使该密封部件被磨损到一定 的程度，同时在没有安装单独的冷却循环装置的情况下，通过提供用于支撑 具有弹性压力的密封部件的装置和提供能将该心轴内部所产生的热量稳定 地排放到该心轴外部的冷却结构，也能防止因为摩擦热所造成的密封部件的 变形。
本发明的另一目的在于提供一种用于半导体晶片抛光系统的载具的多 流体供应设备，其中，通过将各个载具连接部件的载具轴与其驱动装置容纳 于位于心轴外部的单独空间中，而使各个载具连接部件的载具轴和其驱动装 置独立地构造，所以在不拆卸整个设备的情况下，通过部分的拆卸和组装， 便能简单地进行各个载具连接部件的载具轴和其驱动装置的保养。 为了达到上述目的，根据本发明的用于半导体晶片抛光系统的载具的多 流体供应设备包括驱动源，所述驱动源用于产生特定的旋转力；位于驱动 端的旋转管套节，所述旋转管套节包括中心旋转轴、流体供应管体、歧管板、 密封罩套和密封单元，所述中心旋转轴被可旋转地支撑，用于将从驱动源传 送的特定旋转力向外部传送，所述流体供应管体被与所述中心旋转轴同轴地 设置，被固定地支撑，并且其内部形成有多个流体通道，所述歧管板用于固 定流体供应管体，并设置有多个与形成于流体供应管体中的流体通道相通的 流体通道，所述密封罩套同轴地设置在所述流体供应管体的外圆周上，被可 旋转地支撑，形成有与外部相通的通孔，所述通孔与外部相通的位置对应于 流体供应管体的各个流体通道的位置，并且所述密封罩套形成有多个^C孔， 所述多个流孔能沿着各个通孔的内圆周表面流动操作流体，所述密封单元相 互堆叠且有效地插在所述流体供应管体和所述密封罩套之间，用于保持流体
供应管体和密封罩套间的气密性；心轴，所述心轴可旋转地安装在流体供应
管体的外侧面上，具有用于在其中容纳特定装置的空间，并且独立于中心旋
转轴连接到驱动源，以用于将旋转力从所述驱动源传送出来不可旋转的心 轴罩套，该心轴罩套用于支撑在心轴的外圆周上；至少一个载具连接轴，所
述至少一载具连接轴在接受来自位于驱动端的旋转管套节的中心旋转轴的
旋转力之后以一特定的速率旋转，且在其中形成有多个流体通道载具，所
述载具固定地连接于载具连接轴的底部；至少一个位于从动端的旋转管套
节，该旋转管套节包括中心旋转轴、非旋转密封罩套和密封单元，所述中心 旋转轴与载具连接轴的顶端一体结合且通过从载具连接轴传送的旋转力转 动，并且形成有多个流体通道，所述多个流体通道用于使流体流至形成于载 具连接轴内部的流体连通通道处，所述非旋转密封罩套以同轴方式沿着中心 旋转轴的圆周设置，其一个末端固定于心轴的内部，以支撑中心旋转轴，使 中心旋转轴稳定旋转，所述非旋转密封罩套形成有通孔，所述通孔在对应于
中心旋转轴的各个流体通道的位置与外部相通，所述非旋转密封罩套同时形 成有多个流孔，所述多个流孔能将操作流体沿着各个通孔的内圆周表面流 动，所述密封单元相互堆叠且有效地插在中心旋转轴和密封罩套之间，以用 于保持中心旋转轴和密封罩套间的气密性；以及多个管道，所述多个管道用 于将形成于驱动瑞的旋转管套节和从动端的旋转管套节的各个密封罩套中 的通孔连接起来。
另外，优选地，位于驱动端的旋转管套节的密封单元包括 一对内堆叠 支撑圈，该对内堆叠支撑圈分别环绕流体供应管体的外圆周紧密地堆叠，并 且形成有用于流动流体的通孔；去离子水循环圈，所述去离子水循环圈插在 所述内堆叠支撑圈之间，并且连通流体供应管体和各个相邻的密封罩套之间
的通孔 一对密封环(packing ring)，该对密封环与去离子水循环圈的上下圆 周表面相接触，以用于气密性的保持 一对垫密环(gasketring)，该对垫密环 设置在各个密封环的上下外侧上； 一对伸縮圈，该对伸縮圈作为弹性压缩装 置设置在各个垫密环的上下外侧，用于提供压力，以将各个密封环压向去离 子水循环圈的上下圆周表面；和一对外堆叠支撑圈，该对外堆叠支撑圈紧密 地堆叠在各个密封罩套的内圆周表面上，用于固定和支撑垫密环和伸縮圈， 其中，密封环、去离子水循环圈、外堆叠支撑圈、密封环、垫密环以及伸縮 圈皆以多数的状态分别堆叠在流体供应管体和各个密封罩套之间的空间中， 同时彼此相互结合。
根据本发明用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供应设备实现了 如下效果通过减少当中心旋转轴旋转时中心旋转轴两末端之间的滚动现象 的发生而使得密封性能得到改善；通过提供具有双系统的结构而使操作流体 能够平稳地供应到每个载具，该结构是通过将动力传送系统从操作流体供应 系统分离的方式来实现的；能够通过至少安装有一个载具的CMP机具中的 心轴和心轴罩套稳固地支撑旋转部分；以及通过在旋转体和非旋转体之间设
立接触部分的简化的单层密封结构而保持了较高的密封性能。


图1是表示根据本发明的多流体供应设备应用于CMP机具的整体组装 结构的概略垂直横截面视图。
图2是表示位于驱动端的旋转管套节和位于从动端的旋转管套节的部分 切离内部结构的概略底部透视图，其目的在于解释根据本发明的位于驱动端 的旋转管套节和位于从动端的旋转管套节之间的动力传送原理。
图3是表示位于驱动端的旋转管套节的结构和插入应用于本发明的旋转
管套节内部的密封单元的堆叠式结构的横截面视图和部分放大视图。
图4是表示应用于图3中位于驱动瑞的旋转管套节的流体供应管体的流 体通道结构的透视图。
图5是表示应用于图3中位于驱动端的旋转管套节的密封罩套的俯视图。
图6是沿着图5中的线VI-VI剖开的横截面视图。
图7是表示应用于本发明的插入位于驱动端的旋转管套节的流体供应管 体和密封罩套之间或插入位于从动端的旋转管套节的中心旋转轴和密封罩 套之间的部分切离的密封单元的主要部分的分解概略视图。
图8是表示应用于本发明的用于固定流体供应管体的歧管板的结构的俯 视图。
图9是表示应用于本发明的位于从动端的旋转管套节和载具连接轴的结 合结构的垂直横截面视图。
图10是表示应用于图9中的位于从动端的旋转管套节的中心旋转轴的 流体通道结构的底部透视图。
图11是应用于图9中的位于从动端的旋转管套节的密封罩套的俯视图。
图12是沿着图9中的XII-XII线剖开的横截面视图。
具体实施例方式
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明具体实施方式
的用于半导体 晶片抛光系统的载具的多流体供应设备。
图1至图12表示根据本发明的用于半导体晶片抛光系统的载具的多流
体供应设备的各个零件的整体结构和详细结构。更明确地说，图1是表示根
据本发明的多流体供应设备应用于CMP机具的整体组装结构的概略垂直横 截面视图。图2是表示位于驱动端D的旋转管套节和位于从动端F的旋转管 套节的部分切离的内部结构的概略底部透视图，目的在于解释根据本发明的 位于驱动端的旋转管套节和位于从动端的旋转管套节之间的动力传送原理。 图3是表示位于驱动瑞D的旋转管套节的结构和插入应用于本发明的旋转管 套节的内部的密封单元30的堆叠式结构的横截面视图和部分放大视图。图4 是表示应用于图3中位于驱动端D的旋转管套节的流体供应管体20的流体 通道23结构的透视图。图5是表示应用于图3中位于驱动端D的旋转管套 节的密封罩套31的俯视图。图6是沿着图5中的线VI-VI剖开的横截面视 图。图7是表示应用于本发明的插入位于驱动端D的旋转管套节的流体供应 管体20和密封罩套31之间或插入位于从动端F的旋转管套节的中心旋转 轴和密封罩套61之间的部分切离的密封单元30的主要部分的分解概略视 图。图8是表示应用于本发明的用于固定流体供应管体20的歧管板27的结 构的俯视图。图9是表示应用于本发明的位于从动端F的旋转管套节和载具 连接轴的结合结构的垂直横截面视图。图10是表示应用于图9中的位于从 动端F的旋转管套节的中心旋转轴50的流体通道51结构的底部透视图。图 11是应用于表示在图9中的位于从动端F的旋转管套节的密封罩套61的俯 视图。图12是沿着表示于图9中的线XII-Xn剖开的横截面视图。
如图1所示，根据本发明的用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供 应设备包括驱动源(未表示)、位于驱动端D的旋转管套节、心轴40、心轴
罩套42、载具连接轴52、抛光载具和调节器载具(未表示)、位于从动端F 的旋转管套节和管道62。这里，连接抛光载具和调节器载具的轴和它们的驱 动装置在结构上彼此相类似，所以它们在附图中具有相同的参考数字。
更详细地，根据本发明的用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供应 设备包括驱动源，所述驱动源包括减速电机1、载具驱动皮带轮2和心轴 驱动皮带轮3;位于驱动端D的旋转管套节；心轴40，心轴40以其能围绕 流体供应管体20旋转而不与流体供应管体20发生干涉的方式与位于驱动端 D的旋转管套节的流体供应管体20相结合；心轴罩套42，心轴罩套42用于 支撑在心轴40的外圆周上；载具连接轴52、 52，当旋转力从位于驱动端D 的旋转管套节的中心旋转轴IO往外传送时，载具连接轴52， 52以一特定速 率旋转；载具(未表示)，所述载具固定地连接于载具连接轴52、 52的底部末 端；位于从动端F的旋转管套节，该位于从动端F的旋转管套节安装在位于 驱动端D的旋转管套节的外圆周上；以及多个管道62，多个管道62用于将 通孔31a、 31b、 61a、 61b相互连接起来，所述通孔31a、 31b、 61a、 61b形 成于驱动端D的旋转管套节和从动端F的旋转管套节的各个密封罩套31、 61上。
这里，位于驱动端D和从动端F的旋转管套节的各个中心旋转轴10、 50、各个载具连接轴52、位于驱动端D的旋转管套节的密封罩套31和心轴 40为旋转体，而位于驱动端D的旋转管套节的流体供应管体20、位于从动 端F的旋转管套节的密封罩套61和心轴罩套42为非旋转体。在不相互干涉 的情况下，旋转体和非旋转体通过它们之间的各个轴承13、 14、 15、 16、 38a、 38b、 44有效地支撑。
首先，如图3所示，位于驱动瑞D的旋转管套节包括中心旋转轴IO，
中心旋转轴10用于将动力朝向各个载具传送，当旋转力从驱动源传送至载 具从动皮带轮17时，中心旋转轴10与载具从动皮带轮17 —起被可旋转地
驱动；不可旋转的流体供应管体20，其与中心旋转轴10同轴地设置；歧管 板27，其用于固定流体供应管体20而使之不可旋转，且其设置有用于供应 操作流体的流体通道29;密封罩套31，其与流体供应管体20同轴设置，用 于将操作流体排放到外部，因为密封罩套31的底部末端固定于心轴40，所 以当动力传送到心轴从动皮带轮41时，密封罩套31被可旋转地驱动；以及 密封单元30，其插在流体供应管体20和密封罩套31之间，用于保持流体供 应管体20和密封罩套31之间的气密性。
在下文中，将更加详细地描述各个部件的结构。首先，中心旋转轴10 形成有穿过其内部的流体通道。中心旋转轴10的两个圆周末端通过轴承13、 16被可旋转地支撑，支撑方式为中心旋转轴10的一个末端被连接于心轴罩 套42的托架12所支撑，而另一末端被心轴40所支撑。中心旋转轴10接受 来自驱动源的动力，且通过载具驱动齿轮18将旋转力传送至每一载具。如 果需要的话，流体通道ll可直接供应操作流体，载具驱动齿轮18与载具从 动齿轮54相啮合，载具从动齿轮54与每一载具的载具连接轴52相结合。
另外，如图3和图4所示，流体供应管体20被在轴承14、 15之间与中 心旋转轴10的圆周同轴地支撑。去离子水通道21、去离子水返回通道22 和多个流体通道23形成于流体供应管体20的内部。
为了用于参考，在图1和图3中，由于表示它们的准确位置的限制，去 离子水通道21 、去离子水返回通道22和多个流体通道23是以沿着中心切割 面的垂直横截面视图来概略地表示的，因此主要参考图4来把握它们的结构。 在这些附图中，去离子水通道21另外用"圈数字①"表示，用于说明随后 的去离子水或操作流体等的流动，去离子水返回通道22另外用"圈数字⑨" 表示，流体通道23顺序地用"圈数字 到 "表示。
去离子水通道21是用于去离子水(冷却水)的进入的通道，去离子水是通过歧管板27的去离子水通道28来供应的。去离子水返回通道22是通道， 去离子水沿着一特定流体通道循环，接着重新进入流体供应管体29，然后返 回歧管板27的另一去离子水通道28。流体通道23是用于将操作流体供应给 各个连接到密封罩套31的各个通孔31b的流孔31c的通道。也就是说，流 体通道23以特定的间隔沿着管体的圆周设置，并且在每一设置位置上分别 穿过管体的纵向形成，其中位于各个流体通道23末端处的通孔31b的位置 是以阶梯样式形成的。
此外，如图1和图8所示，歧管板27通过形成于歧管板27中心的孔以 插入方式容纳中心旋转轴10。歧管板27紧密地连接于流体供应管体20的一 端，从而固定了流体供应管体20。歧管板27形成有一对去离子水通道28 和多个流体通道29，所述歧管板27连通去离子水通道21、去离子水返回通 道22和位于歧管板27内侧的流体供应管体20的流体通道23。
另外，如图3、图5和图6所示，密封罩套31以同轴的方式沿着介于轴 承38a、 38b之间的流体供应管体20的圆周设置，且可旋转地支撑在流体供 应管体20上。密封罩套31形成有各个通孔31a、 31b，所述通孔31a、 31b 在对应于去离子水通道21 、去离子水返回通道22和流体供应管体20的流体 通道23的各个位置与外部相通。密封罩套31同时形成有多个流孔31c，所 述流孔31c可沿着通孔31a、 31b的内表面流动操作流体。连接管33连接于 通孔31a，以连接通孔31a之间的流动管道。
为了简述用于将流体如上述般地从歧管板27供应至流体供应管体20， 再到密封罩套31的流动通道连接结构，歧管板27分别形成有一对去离子水 通道28和多个流体通道29，用于将去离子水从外部供入及输送回去。流体 供应管体20形成有分别与相应的去离子水通道28、去离子水返回通道22 和多个流体通道23相通的去离子水通道21 。密封罩套31形成有与相应的去
离子水通道28、去离子水返回通道22和与多个流体通道23相通的多个通孑L 31a、 31b相通的去离子水通道21。多分支型连接管33与密封罩套31的外 部相结合，多分支型连接管33在各个通孔31a、 31b之间连通而使去离子水 通过各个通孔31a、 31b循环。
另外，如图3和图7所示，密封单元30具有插入结构，在该结构中， 密封单元30与流体供应管体20和密封罩套31相互地且有效地堆叠，以用 于保持流体供应管体20和密封罩套31之间的气密性。
密封单元30包括 一对内堆叠支撑圈25，其环绕流体供应管体20的外 圆周紧密地堆叠；去离子水循环圈26，其插在内堆叠支撑圈25之间且形成 有通孔26a，通孔26a选择性地在流体供应管体20的通孔24和密封罩套31 的通孔31b之间连通； 一对密封环35，其与去离子水循环圈26的上下圆周 表面相接触，用于保持气密性 一对垫密环36，其设置在各个密封环35的 上下外侧； 一对伸縮圈37，其作为弹性压縮装置设置在各个垫密环36的上 下外侧，用于提供压力，以将各个密封环25压向去离子水循环圈26的上下 圆周表面以及一对外堆叠支撑圈34，其紧密地堆叠在密封罩套31的内圆 周表面上，用于固定和支撑垫密环36和伸縮圈37。各个部件25、 26、 34、 35、 36、 37以多数的方式堆叠在流体供应管体20和密封罩套31之间的空间 中，同时彼此又相互地结合。密封单元30同样地应用于密封单元，该密封 单元作为用于保持中心旋转轴50和位于从动端的旋转管套节F的密封罩套 61之间的气密性的装置，将在下文中对其进行描述。
此外，心轴40形成有位于其上部的心轴从动皮带轮41 ，且通过驱动皮 带6与驱动源的心轴驱动皮带轮3接合。这里，驱动源包括固定于心轴罩套 42—侧的减速电机1。由于减速电机l，伺服电机能够控制向前旋转、反向 旋转和旋转的圈数等等。载具驱动皮带轮2和心轴驱动皮带轮3分别连接于 减速电机1的转轴。用于控制张力的皮带张紧装置4安装在载具驱动皮带轮 2和心轴驱动皮带轮3的驱动皮带5、 6的一侧。
同时，如图1和图9至图12所示，位于从动端的旋转管套节F具有用 于将操作流体供应给各个载具的结构。位于从动端的旋转管套节F包括中心 旋转轴50，其与位于其上的各个载具的载具连接轴52结合为一体，并以对 称的形状围绕位于驱动端的旋转管套节D的中心旋转轴10设置在心轴40 的内部空间中，以便通过从各个载具连接轴52传送过来的旋转力转动，同 时通过心轴40的旋转力而与位于驱动瑞的旋转管套节D的中心旋转轴10 一起旋转，又中心旋转轴50形成有多个与各个载具连接轴52的内部流体通 道53相通的流体通道52;非旋转密封罩套61，其以同轴的方式沿着轴承(未 表示)之间的中心旋转轴50的圆周设置，其一末端固定于心轴40的内部， 以便支撑中心旋转轴50，使中心旋转轴50稳定地旋转，非旋转密封罩套61 形成有通孔61a、 61b，所述通孔61a、 61b在对应于中心旋转轴50的各个流 体通道51的位置与外部相通，非旋转密封罩套61同时形成有多个流孔61c， 所述流孔61c能够将操作流体沿着各个通孔61a、 61b的内圆周表面流动； 和密封单元30，其与中心旋转轴50和非旋转密封罩套61相互地且有效地堆 叠，用于保持中心旋转轴50和非旋转密封罩套61之间的气密性。
这里，中心旋转轴50和载具连接轴52通过连接销55组装成一体旋转 的结构，且通过0型环56结合在一起，以保证它们之间的密封性。
另外，多个管道62与形成于位于驱动端D的旋转管套节和位于从动端 F的旋转管套节的各个密封罩套31、 61上的通孔31a、 31b、 61a、 61b结合， 从而将它们相互连接起来。关于各个通孔之间的连接，如图1所示，各个管 道62的两末端在相同的"圈数字"之间连接。
如上所述，通过将动力传送系统和操作流体供应系统分隔为中心旋转轴 10和流体供应管体20的分离型态，使得用于半导体晶片抛光系统的载具的 多流体供应设备具有双系统，并且多流体供应设备构造成通过心轴40和心
轴罩套42稳固地支撑旋转零件。因此，当中心旋转轴10旋转时，降低了中 心旋转轴10的两末端之间的滚动现象的发生，使得密封性能得到改善，操 作流体稳定地供应至各个载具，以及通过将旋转体和非旋转体之间的接触部 分简化成单层密封结构，而使得高密封特性得到保持。
在下文中，将说明密封单元30对操作流体的密封原理。操作流体的供 应通道以使得操作流体通过流体供应管体20的各个流体通道23和内堆叠支 撑圈25的通孔24朝向密封罩套31的通孔31b排放的方式形成。当操作流 体通过内堆叠支撑圈25的通孔24和密封罩套31的通孔31b排放时，泄漏 进入密封罩套31内部的流体被O型环切断，而去离子水循环圈26的外表面 和密封环35之间的紧密接触所形成的密封使得泄漏进入流体供应管体20外 部的流体被切断，其中摩擦力出现在非旋转体和旋转体之间。即，通过歧管 板27的去离子水通道28和流体供应管体20的去离子水通道21，冷却水(去 离子水)渗入介于去离子水循环圈26的外表面和密封环35之间的接触表面， 在该接触表面处摩擦力产生于非旋转体和旋转体之间，从而冷却水冷却下来 并且润滑摩擦表面，使得密封环35的磨损显著地减少。因为密封环35处于 伸縮圈37所施加的压力之下，所以甚至在长时间使用后发生一定程度的磨 损时，密封环35也能借助伸縮圈37的压力而保持与去离子水循环圈26外 表面的紧密接触.使得去离子水不会渗入该设备的内部当中。
此外，本领域的技术人员应当理解当去离子水不循环时，根据本发明 的冷却循环装置的结构可应用于气冷式冷却结构；当去离子水通过歧管板27 的去离子水通道28供应时，根据本发明的冷却循环装置的结构可应用于水 冷式冷却结构。
工业实用性
如上所述，根据本发明的用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供应
设备实现了以下效果通过减少中心旋转轴旋转时其两末端之间的滚动现象 的发生而使密封性能得到改善；通过提供具有双系统的结构，操作流体能够 稳定地供应至每一载具，所述结构是通过将动力传送系统与操作流体供应系 统分离的方式来实现的；通过至少安装有一个载具的CMP机具中的心轴和 心轴罩套而能够稳定地支撑旋转部分；及通过旋转体与非旋转体之间的接触 部分的简化的单层密封结构的设立而保持了较高的密封性能。
另外，本发明实现了以下效果通过提供位于驱动瑞和从动端的旋转管 套节稳定地固定于心轴上的结构，每一载具皆能稳定地转动，从而改善了密 封性能。
此外，本发明实现了以下效果通过防止摩擦热所造成的密封部件的变 形，而使密封部件的密封性能能够长时间地保持。即使密封部件已经磨损到 一定程度，并且在没有安装单独的冷却循环装置的情况下，也能够通过提供 用于支撑具有弹性压力的密封部件的装置和提供能够将在心轴内部产生的 热稳定地排放到外部的冷却结构来防止摩擦热所造成的密封部件的变形。
更进一步地，本发明实现了以下效果通过将各个载具连接部件的载具 轴和其驱动装置容纳在位于心轴外部的独立的空间中，而使各个载具连接部 件的载具轴和其驱动装置独立地构造，所以，无需拆卸整个设备，通过部分 拆卸和装配便能简单地进行各个载具连接部件的载具轴和其驱动装置的保 养。
虽然参考表示在附图中的具体实施方式
描述了本发明，但是这应当被认 为是解释性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员而言，显然 可以想到各种修改和等价替换，并且这些修改和等价替换落入本发明的保护 范围之内。因而，本发明的广度和范围应当由附属权利要求限定。
权利要求
1、一种用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供应设备，该设备包括驱动源，所述驱动源用于产生特定的旋转力；位于驱动端的旋转管套节，该驱动端的旋转管套节包括中心旋转轴，所述中心旋转轴被可旋转地支撑，用于将从所述驱动源传送的特定旋转力向外部传送；流体供应管体，所述流体供应管体与所述中心旋转轴同轴地设置，被固定地支撑，并且在其内部形成有多个流体通道；歧管板，所述歧管板用于固定所述流体供应管体，并且设置有多个与形成于所述流体供应管体中的流体通道相通的流体通道；密封罩套，所述密封罩套同轴地设置在所述流体供应管体的外圆周上，被可旋转地支撑，形成有在对应于所述流体供应管体的所述各个流体通道的位置与外部相通的通孔，并且形成有多个流孔，所述多个流孔能使操作流体沿着所述各个通孔的内圆周表面流动；和密封单元，所述密封单元相互地堆叠，且有效地插在所述流体供应管体和所述密封罩套之间，以用于保持所述流体供应管体和所述密封罩套之间的气密性；心轴，所述心轴可旋转地安装在所述流体供应管体的外侧面上，具有用于在其中容纳特定装置的空间，并且独立于所述中心旋转轴连接到所述驱动源，用于将旋转力从所述驱动源传送出来；不可旋转的心轴罩套，该心轴罩套用于支撑在所述心轴的外圆周上；至少一个载具连接轴，所述载具连接轴在接受来自位于所述驱动端的旋转管套节的中心旋转轴的旋转力之后，以一特定的速率旋转，并且在其中形成有多个流体通道；载具，所述载具固定地连接于所述载具连接轴的底部；至少一个位于从动端的旋转管套节，该从动端的旋转管套节包括中心旋转轴，所述中心旋转轴与所述载具连接轴的顶端结合为一体，且通过从所述载具连接轴传送的旋转力转动，并且形成有多个流体通道，所述多个流体通道用于使流体流至形成于所述载具连接轴内部的流体连通通道；非旋转密封罩套，所述非旋转密封罩套以同轴的方式沿着所述中心旋转轴的圆周设置，所述非旋转密封罩套的一个末端固定于所述心轴的内部，以支撑所述中心旋转轴，使所述中心旋转轴稳定地旋转，所述非旋转密封罩套形成有在对应于所述中心旋转轴的各个流体通道的位置与外部相通的通孔，所述非旋转密封罩套同时形成有多个流孔，所述多个流孔能够将操作流体沿着所述各个通孔的内圆周表面流动；和密封单元，所述密封单元相互地堆叠，且有效地插在所述中心旋转轴和所述密封罩套之间，以用于保持所述中心旋转轴和所述密封罩套之间的气密性；以及多个管道，所述多个管道用于将形成于所述驱动端的旋转管套节和所述从动端的旋转管套节的各个密封罩套中的通孔连接在一起。
2、根据权利要求1所述的用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供 应设备，其中，位于驱动端的旋转管套节的密封单元包括 一对内堆叠支撑圈，该对内堆叠支撑圈分别环绕所述流体供应管体的外圆周紧密地堆叠，并且形成有用于流动流体的通孔；去离子水循环圈，所述去离子水循环圈插在所述 内堆叠支撑圈之间，并且连通所述流体供应管体和各个相邻的密封罩套之间 的通孔； 一对密封环，该对密封环与所述去离子水循环圈的上下圆周表面接 触，用于保持气密性； 一对垫密环，该对垫密环设置在各个密封环的上下外 侧； 一对伸縮圈，该对伸縮圈作为弹性压縮装置设置在各个垫密环的上下外 侧，用于提供压力，以将各个密封环压向所述去离子水循环圈的上下圆周表 面；和一对外堆叠支撑圈，该对外堆叠支撑圈紧密地堆叠在各个密封罩套的 内圆周表面上，用于固定和支撑所述垫密环和伸縮圈；并且，其中，所述密封环、去离子水循环圈、外堆叠支撑圈、密封环、垫密环和伸縮圈皆以多数的状态分别堆叠在所述流体供应管体和各个密封罩套之 间的空间中，同时彼此相互结合。
全文摘要
本发明涉及一种用于半导体晶片抛光系统的载具的多流体供应设备，该设备包括位于驱动端的旋转管套节和位于从动端的旋转管套节。所述驱动端的旋转管套节包括中心旋转轴；流体供应管体，所述流体供应管体以与中心旋转轴同轴的方式设置，被固定地支撑，并且在其内部形成有多个流体通道；密封罩套，所述密封罩套以同轴的方式设置在所述流体供应管体的外圆周上，以被可旋转地支撑；和密封单元，所述密封单元用于保持所述流体供应管体和所述密封罩套之间的气密性。所述从动端的旋转管套节包括中心旋转轴；密封罩套，所述密封罩套沿着所述中心旋转轴的圆周同轴地设置，其一末端固定于所述心轴的内部，从而支撑所述中心旋转轴，使所述中心旋转轴稳定旋转；和密封单元，所述密封单元用于保持所述中心旋转轴和所述密封罩套之间的气密性。根据本发明1)防止了当中心旋转轴旋转时，所述中心旋转轴两末端之间的滚动现象所造成的密封性能的下降；2)操作流体可平稳地供应至每一载具；以及3)旋转体和非旋转体之间的接触部分简化成单层密封结构，同时保持着高密封性能。
文档编号H01L21/304GK101208780SQ200580050264
公开日2008年6月25日 申请日期2005年6月28日 优先权日2005年6月28日
发明者徐盛范 申请人:斗山Mecatec株式会社