化学机械式研磨装置的调节器的制作方法

本实用新型涉及化学机械式研磨装置的调节器，更具体而言，涉及一种能够一定地保持调节器的调节压力的基板处理装置。

背景技术：

一般而言，化学机械式研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)工序是以向用于制作具备研磨层的半导体所需的晶片与研磨盘之间供应了浆料的状态进行相对旋转，从而研磨晶片表面的标准工序。

图1是概略地图示以往化学机械式研磨装置的图。如图1所示，以往的化学机械式研磨装置由研磨盘10、研磨头20、调节器300构成，所述研磨盘10在上面附着有研磨垫11，所述研磨头20安装要研磨的晶片W，在接触研磨垫11上面的同时旋转，所述调节器300以预先确定的压力对研磨垫11的表面加压，进行微细切削，使得在研磨垫11表面形成的微孔在表面显现。

所述研磨盘10附着有研磨晶片W的Polytex材质的研磨垫11，随着旋转轴12被旋转驱动而旋转运动。

所述研磨头20由承载头21和研磨臂22构成，所述承载头21位于研磨盘10的研磨垫11的上面，把持晶片W，所述研磨臂22旋转驱动承载头21并按一定振幅进行往复运动。

所述调节器300细微地切削研磨垫11的表面，以便不堵塞在研磨垫11表面发挥盛装由研磨剂和化学物质混合而成的浆料的作用的大量发泡微孔，从而使填充于研磨垫11发泡气孔的浆料顺畅供应给被承载头21把持的晶片W。

调节器300包括旋转轴320、对于旋转轴320可沿上下方向移动地结合的盘支架330、配置于盘支架330底面的调节盘340，构成为沿着回旋路径对于研磨垫110进行回旋移动。

旋转轴320可旋转地安装于外壳310上，所述外壳310安装于按预定角度范围进行回旋运动的调节臂。

更具体而言，旋转轴320包括：驱动轴部322，其在原位被驱动电动机旋转驱动；传动轴部324，其与驱动轴部322啮合而被旋转驱动，对于驱动轴部322沿上下方向相对移动；以及中空型外周轴部326，其在中空部容纳驱动轴部322和传动轴部324并配置于其外周上。

盘支架330对于旋转轴320可沿上下方向移动，可与旋转轴320一同旋转并对于旋转轴320沿上下方向移动，在盘支架330的下部，结合有用于对附着于研磨盘100上的研磨垫110进行改性的调节盘340。

在旋转轴320与盘支架330之间，可以提供加压腔302，通过调节从连接于加压腔302的压力调节部303到达加压腔的空压，盘支架330对于旋转轴320可沿上下方向移动，与盘支架330对于旋转轴320的上下方向移动对应，可以改变调节盘340对研磨垫110加压的压力。

另一方面，在利用调节器300进行研磨垫11的调节工序期间，利用研磨垫11的表面状态或逆向作用于调节盘31的物理力，如果调节器的外壳34发生倾斜(对于垂线倾斜地配置)的现象，则随着调节盘31从研磨垫11部分地离开，无法均匀地调节研磨垫11。

为此，以往是在旋转轴320与盘支架330的连接部位形成万向结构体(半球形态的凸起吻合于半球形态的槽的结构物)350，使得允许盘支架330对于旋转轴320的万向(gimbal)运动，从而在外壳34倾斜时，保持调节盘31接触研磨垫11的状态。

但是，以往万向结构体350配置于旋转轴320与盘支架330的连接部位，因此，在旋转轴320对于盘支架330进行万向运动的状态(旋转轴对于垂线倾斜的状态)下，难以均匀地保持施加于调节盘31的压力。

即，只有被施加压力的旋转轴320与调节盘31(盘支架)保持垂直配置的状态，才能整体上均匀地保持施加于调节盘31的压力，但是，以往以旋转轴320对于垂线倾斜按预定角度(θ)倾斜的状态被施加压力，因而难以均匀地保持施加于调节盘31的压力。

另外，由于以往在旋转轴320与盘支架330的连接部位形成万向结构体350，盘支架330容易因意外的力(负荷或冲击等)而游动(万向运动)的问题。进一步地，由于负荷集中作用于耐久性有限的万向结构体350，万向结构体350容易受到损伤或破损，使用寿命缩短、经济性恶化。

因此，最近虽然进行了旨在均匀地保持调节压力并提高耐久性及稳定性的多样研究，但还不够，要求对此进行开发。

技术实现要素：

所要解决的技术问题

本实用新型目的在于提供一种能够均匀地保持调节压力并提高耐久性及稳定性的化学机械式研磨装置的调节器。

特别是本实用新型目的在于，在调节器的万向状态(倾斜的状态)下，能够均匀地保持施加于调节盘的压力。

另外，本实用新型目的在于能够使万向结构体的损伤及破损最少化。

另外，本实用新型目的在于能够使调节器的不必要的游动最少化，提高调节效率。

技术方案

根据旨在达成所述本实用新型目的的本实用新型的优选实施例，化学机械式研磨装置的调节器包括：调节器主体部，其用于旋转调节盘并且对其进行加压；自动调心部，其用于支撑调节器主体部的外周，并且使调节器主体部在垂线上自动调心(self-aligning)。

这是为了即使在调节工序中调节器发生倾斜，也一定地保持调节压力。

特别是自动调心部支撑调节器主体部的外周，以便进行调节器主体部的自动调心，从而，即使在调节工序中调节器发生倾斜，也能够均匀地保持施加于调节盘的压力。

即，以往万向结构体配置于旋转轴与盘支架的连接部位，因而在进行旋转轴对于盘支架的万向运动的状态(旋转轴对于垂线倾斜的状态)下，旋转轴与调节盘无法垂直配置，因此难以整体上均匀地保持施加于调节盘的压力(根据旋转轴的倾斜角度，按调节盘的不同部位，被施加不同大小的压力)。但是，在本实用新型中，即使调节器外壳发生倾斜，旋转轴和调节盘也可以始终垂直地配置，因而能够均匀地保持施加于调节盘的压力。

进一步地，以往负荷(调节器本身的负荷及调节压力)集中作用于配置在旋转轴与盘支架的连接部位的万向结构体，因而万向结构体容易受到损伤或破损，使用寿命缩短，经济性恶化。但是，在本实用新型中，利用自动调心部，不是支撑旋转轴的外侧一点，而是支撑其外周，从而能够防止负荷集中于自动调心部的一侧部位，因而能够提高驱动稳定性及可靠性，并且能够延长寿命。

另外，调节器包括用于支撑调节器主体部的调节器外壳，自动调心部支撑所述调节器主体部，以使所述调节器主体部能够对于调节器外壳进行万向(gimbal)运动。自动调心部也可以支撑旋转轴，以使所述旋转轴能够对于除了外壳以外的其他周边构成部件进行万向运动。

具体而言，调节器主体部包括：旋转轴，其可旋转地配置于调节器外壳的内部；盘支架，其结合于旋转轴，沿着旋转轴的轴线方向移动；加压部，其对盘支架施加压力。

更具体而言，旋转轴包括：驱动轴部，其可旋转地配置于调节器外壳的内部；传动轴部，其被驱动轴部带动旋转，沿着驱动轴部的轴线方向对于驱动轴部进行直线移动；盘支架结合于传动轴部。根据情况，旋转轴既可以由单一轴部构成，也可以不同于此，由3个以上的轴部结合而成。

加压部设置为对盘支架施加压力。优选地，加压部沿着旋转轴的轴线方向(垂直于盘支架的方向)，对盘支架施加压力。如上所述，通过使加压部沿着旋转轴的轴线方向对盘支架施加压力，可以整体上均匀地形成施加于盘支架(调节盘)的压力。

加压部可以以能够施加压力的多样结构形成。具体而言，加压部包括：加压腔，其形成在旋转轴与盘支架之间；压力调节部，其用于调节施加于加压腔的压力。

另外，调节器包括提供驱动力以使旋转轴旋转的非接触驱动部。此时，非接触驱动部没有由齿轮磨损导致的振动，不仅能够以非接触方式传递扭矩，而且可以使发热及噪声的发生最小化。具体而言，非接触驱动部包括：驱动磁齿轮，其结合于调节器外壳；从动磁齿轮，其与驱动磁齿轮隔开地配置，结合于旋转轴，被驱动磁齿轮旋转。

自动调心部可以采用可支撑旋转轴的多样的万向结构体，以使旋转轴能够对于调节器外壳进行万向运动。优选地，自动调心部采用自动调心轴承(self-aligning bearing)。其中，所谓自动调心轴承，定义为将通常的自动调心球轴承及自动调心滚柱轴承都包括的概念。

优选地，自动调心部配置于包括旋转轴、盘支架、加压部的调节器主体部的重心高度处。如上所述，在调节器主体部的重心高度处，支撑调节器主体部，以使调节器主体部能够对于调节器外壳进行万向运动，从而可以使调节器主体部因意外的力(负荷或冲击等)而容易游动(万向运动)的情形最少化。

另外，化学机械式研磨装置的调节器包括：调节器外壳；旋转轴，其可旋转地配置于调节器外壳的内部；盘支架，其结合于旋转轴，沿着旋转轴的轴线方向移动；加压部，其对盘支架施加压力；自动调心轴承，其配置于旋转轴的外周与调节器外壳之间，支撑旋转轴，以使旋转轴能够对于调节器外壳进行万向运动。

另外，旋转轴包括：驱动轴部，其可旋转地配置于调节器外壳的内部；传动轴部，其被驱动轴部带动旋转，沿着驱动轴部的轴线方向，对于驱动轴部进行直线移动，用于结合盘支架，自动调心轴承配置于所述驱动轴部与调节器外壳之间。

另外，加压部沿着旋转轴的轴线方向，向盘支架施加压力。

另外，加压部包括：加压腔，其形成在旋转轴与盘支架之间；压力调节部，其用于调节施加于加压腔的压力。

另外，调节器包括使旋转轴对于调节器外壳进行非接触旋转的非接触驱动部。

另外，非接触驱动部包括：驱动磁齿轮，其结合于调节器外壳；从动磁齿轮，其与驱动磁齿轮隔开地结合于旋转轴，被驱动磁齿轮旋转。

另外，自动调心轴承配置于包括旋转轴、盘支架、加压部在内的调节器主体部的重心高度处。

实用新型效果

如上所述，根据本实用新型，即使在调节工序中发生调节器的倾斜，也可以一定地保持调节压力。

特别是根据本实用新型，使得自动调心部支撑调节器主体部的外周，进行调节器主体部的自动调心，从而可以获得即使在调节工序中调节器发生倾斜，也均匀地保持施加于调节盘的压力。

即，以往万向结构体配置于旋转轴与盘支架的连接部位，因而在进行旋转轴对于盘支架的万向运动的状态(旋转轴对于垂线倾斜的状态)下，旋转轴与调节盘无法垂直配置，因此难以均匀地保持施加于调节盘的压力。但是，在本实用新型中，即使调节器外壳发生倾斜，旋转轴和调节盘也可以始终垂直地配置，因而能够均匀地保持施加于调节盘的压力。

进一步地，以往，负荷(调节器本身的负荷及调节压力)集中作用于配置在旋转轴与盘支架的连接部位的万向结构体，因而万向结构体容易受到损伤或破损，使用寿命缩短，经济性恶化。但是，根据本实用新型，利用自动调心部，不是支撑旋转轴的外侧一点，而是支撑其外周，从而能够防止负荷集中于自动调心部的一侧部位，因而能够提高驱动稳定性及可靠性，并且能够延长寿命。

另外，根据本实用新型，可以使调节器主体部因意外的外力(负荷或冲击等)而容易游动(万向运动)的情形最少化，并且可以提高调节效率。

附图说明

图1及图2是图示以往普通化学机械式研磨装置的构成的图。

图3是图示图2的调节器的图。

图4是用于说明本实用新型涉及的化学机械式研磨装置的调节器的图。

图5是用于说明图4的调节器的结构的剖面图。

图6是图5的“A”部位的放大图。

图7是用于说明图4的调节器的万向运动的图。

附图标记

100：研磨盘 110：研磨垫

200:承载头 300:调节器

310:调节器外壳 320:旋转轴

322:驱动轴部 324:传动轴部

330:盘支架 340:调节盘

350:加压部 352:加压腔

354:压力调节部 360:非接触驱动部

362:驱动磁齿轮 364:从动磁齿轮

400:自动调心部

具体实施方式

下面参照附图，详细说明本实用新型的优选实施例，但本实用新型并非由实施例所限制或限定。作为参考，在本说明中，相同的标记指称实质上相同的要素，在这种规则下，可以引用在不同附图中记载的内容进行说明，可以省略判断为本领域技术人员不言而喻或重复的内容。

图4是用于说明本实用新型涉及的化学机械研磨装置的调节器的图，图5是用于说明图4的调节器的结构的剖面图，图6是图5的“A”部位的放大图。另外，图7是用于说明图4的调节器的万向运动的图。

参照图4至图7，本实用新型涉及的化学机械式研磨装置的调节器300包括：调节器主体部301，其用于旋转调节盘340并对其进行加压；自动调心部400，其用于支撑调节器主体部301的外周，并且使调节器主体部301在垂线上自动调心(self-aligning)。

作为参考，在研磨盘100的上面配置有用于研磨基板W的研磨垫110，在从浆料供应部50供应浆料到研磨垫110上面的状态下，利用承载头200，将基板加压于研磨垫110的上面，从而可以执行化学机械式研磨工序，调节器配备用于改性研磨垫110的表面。

即，调节器300细微地切削研磨垫11的表面，以便不堵塞在研磨垫11表面发挥盛装由研磨剂和化学物质混合而成的浆料的作用的发泡微孔，从而使填充于研磨垫11发泡气孔的浆料可以顺畅供应给被承载头21把持的基板。

更具体而言，调节器主体部301用于旋转调节盘340并对其进行加压，包括：旋转轴320，其可旋转地配置于调节器外壳310的内部；盘支架330，其结合于旋转轴320，并且沿着旋转轴320的轴线方向移动；加压部350，其对盘支架330施加压力，所述调节器主体部301构成为沿着回旋路径对于研磨垫110进行回旋移动。

旋转轴320可旋转地安装于调节器外壳310上，所述调节器外壳310安装于按预定角度范围进行回旋运动的调节臂。

所述旋转轴320可以以能够在调节器外壳310上旋转的多样结构提供。作为一个示例，所述旋转轴320可以以由多个轴部结合而成的结构提供，所述旋转轴320包括：驱动轴部322，其在原位利用驱动部旋转驱动；传动轴部326，其与驱动轴部322啮合而被旋转驱动，对于驱动轴部322，沿上下方向(驱动轴的轴线方向)进行相对移动。根据情况，旋转轴既可以以单一轴部构成，也可以不同于此，由3个以上的轴部结合而成。

作为参考，传动轴部326构成为与驱动轴部322一体旋转，允许传动轴部326对于驱动轴部322的上下移动。

盘支架330对于旋转轴320可沿上下方向移动，与旋转轴320一同旋转，并可对于旋转轴320沿上下方向移动，在所述盘支架330的下部，结合有用于对附着于研磨盘100上的研磨垫110进行改性的调节盘340。

所述旋转轴320与盘支架330的结合及连接结构可以根据要求的条件及设计规格而多样地变更，本实用新型并非由旋转轴320与盘支架330的结合及连接结构所限制或限定。作为一个示例，所述传动轴部326的下端部可以与盘支架330的支架柱结合，支架柱可以在传动轴部326对于驱动轴部322沿上下方向移动时一同移动。

加压部350设置为对于盘支架330施加压力。

优选地，加压部350构成为沿着旋转轴320的轴线方向(垂直于盘支架330的方向)对盘支架330施加压力。根据情况，加压部也可以沿着并非旋转轴轴线方向的其他方向对盘支架施加压力。但是，优选加压部350沿着旋转轴320的轴线方向对盘支架330施加压力，以使施加于盘支架330的压力可以整体上均匀地形成。

作为一个示例，加压部350包括：加压腔352，其形成在旋转轴320与盘支架330之间；压力调节部354，其用于调节施加于加压腔352的压力。

更具体而言，在旋转轴320与盘支架330之间可以提供加压腔352，通过调节从连接于加压腔352的压力调节部354到达加压腔352的空压，盘支架330对于旋转轴320可沿上下方向移动，与盘支架330对于旋转轴320的上下方向移动对应，可以改变调节盘340对研磨垫110加压的压力。

即，如果从所述压力调节部354，通过空压通路(图中未示出)向加压腔352施加正压，则在加压腔352内压力升高的同时将盘支架330推向下方。因此，盘支架330可以调节调节盘340对研磨垫110加压的压力。而且，选择性地向旋转的加压腔352供应空压，这可以利用诸如旋转接头等的通常的公知结构来实现。

作为参考，在前述及图示的本实用新型的实施例中，以加压部350利用空压来形成压力为例进行了说明，但根据情况，也可以是加压部以机械方式直接施加压力。

另外，调节器包括提供驱动力以使旋转轴320旋转的的驱动部。

优选地，驱动部采用非接触驱动部360，以使旋转轴320对于调节器外壳310进行非接触旋转。非接触驱动部360没有由齿轮磨损导致的振动，不仅能够以非接触方式传递扭矩，而且可以使发热及噪声最小化。

根据要求的条件及设计规格，非接触驱动部360可以采用多样的非接触驱动部360。作为一个示例，非接触驱动部360包括：驱动磁齿轮362，其结合于调节器外壳310；从动磁齿轮364，其与驱动磁齿轮362隔开地配置，结合于旋转轴320(驱动轴部322)，被驱动磁齿轮362旋转。

驱动磁齿轮362和从动磁齿轮364分别利用磁铁形成，随着驱动磁齿轮362的旋转，从动磁齿轮364同步(耦合)旋转。

设置自动调心部400，以便支撑调节器主体部301的外周，并且使调节器主体部301在垂线上自动调心(self-aligning)。

更具体而言，设置自动调心部400，以便支撑旋转轴320能够对于调节器外壳310进行万向(gimbal)运动，并且配置于旋转轴320的外周与调节器外壳310之间。根据情况，自动调心部也可以支撑旋转轴，以使其对于除了外壳以外的其他周边构成部件进行万向运动。

即，在利用调节器300进行研磨垫110的调节工序期间，利用研磨垫110的表面状态或逆向作用于调节盘340的物理力，如果调节器外壳310发生倾斜(对于垂线倾斜地配置)的现象，则随着调节盘340从研磨垫110部分地离开，无法均匀地调节研磨垫110。为此，自动调心部400在调节器外壳310倾斜时，允许旋转轴320对于调节器外壳310的万向(gimbal)运动，从而即使调节器外壳310倾斜，也可以保持调节盘340接触研磨垫110的状态。

自动调心部400可以采用多样的万向结构体，以便支撑旋转轴320能够对于调节器外壳310进行万向运动。优选地，自动调心部400可以采用自动调心轴承(self-aligning bearing)。其中，所谓自动调心轴承，定义为将通常的自动调心球轴承及自动调心滚柱轴承都包括的概念。

如上所述，自动调心部400支撑调节器主体部301(旋转轴320的驱动轴部)的外周，保障旋转轴320对于调节器外壳310的万向运动，从而，即使在调节工序中调节器外壳310发生倾斜，也能够均匀地保持施加于调节盘340的压力。

即，以往万向结构体配置于旋转轴320与盘支架330的连接部位，因此，在旋转轴320对于盘支架330进行万向运动的状态(旋转轴320对于垂线倾斜的状态)下，旋转轴320与调节盘340无法垂直配置，因此，难以均匀地保持施加于调节盘340的压力。但是，在本实用新型中，即使调节器外壳310发生倾斜，旋转轴320与调节盘340也可以始终垂直地配置，因此，可以能够均匀地保持施加于调节盘340的压力。

进一步地，以往负荷(调节器本身的负荷及调节压力)集中作用于配置在旋转轴320与盘支架330的连接部位的万向结构体，因而万向结构体容易受到损伤或破损，使用寿命缩短，经济性恶化。但是，在本实用新型中，利用具有大致环状的自动调心轴承，支撑旋转轴320的外周，从而能够防止负荷集中于自动调心轴承的一侧部位，因而能够提高驱动稳定性及可靠性，并且能够延长寿命。

优选地，自动调心部400(例如，自动调心轴承)配置于包括旋转轴320、盘支架330、加压部350的调节器主体部301的重心高度G处。在调节器主体部301的重心高度G处，支撑调节器主体部301，以使其能够对调节器外壳310进行万向运动，从而可以使调节器主体部301因意外的力(负荷或冲击等)而容易游动(万向运动)的情形最少化。

如上所述，参照本实用新型的优选实施例进行了说明，但只要是所属技术领域的技术人员便会理解，在不超出权利要求书记载的本实用新型的思想及领域的范围内，可以多样地修订及变更本实用新型。