本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)是半導(dǎo)體工藝不可或缺的一環(huán)。但是由于技術(shù)關(guān)系，CMP和其前后站點(diǎn)的工藝設(shè)備比起來(lái)產(chǎn)量又是比較低的，這一點(diǎn)在后道銅制程尤其明顯。

為改變這一現(xiàn)狀，CMP主設(shè)備開(kāi)始往大型化和多研磨頭(pol ish head)化方向發(fā)展。與此相對(duì)應(yīng)的，研磨臺(tái)面(platen)也變得更大，研磨墊(pad)的尺寸也隨之增加到了42英寸乃至更大，讓空間管理變得更加復(fù)雜。

同時(shí)，CMP的產(chǎn)能與前一個(gè)站點(diǎn)ECP(電鍍)比起來(lái)較低，而2個(gè)站點(diǎn)之間又只有8～24小時(shí)的等待時(shí)間(Q-time)，會(huì)給制造部門(mén)排貨造成很大壓力。

由于研磨頭逐漸大型化和復(fù)雜化，且研磨頭、研磨臺(tái)面的數(shù)量越來(lái)越多，其承載方式已經(jīng)由過(guò)去安裝在固定支架上，變?yōu)榘惭b在軌道上，這不可避免地導(dǎo)致線纜的增加，從而提升機(jī)械設(shè)計(jì)上的難度和控制軟件編寫(xiě)的難度。但是由于線纜的限制，其數(shù)量和活動(dòng)范圍仍然受到了限制。

現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，都是在若干個(gè)研磨頭控制總成上鋪設(shè)供電用的電纜，并連接到機(jī)臺(tái)頂部。線纜在機(jī)臺(tái)頂部留有一定的余量并盤(pán)成螺旋形的線盤(pán)，當(dāng)研磨頭移動(dòng)時(shí)，線纜會(huì)從機(jī)臺(tái)頂部線盤(pán)內(nèi)抽出。這種布置方式的其中一個(gè)缺點(diǎn)是，研磨頭無(wú)法往一個(gè)方向連續(xù)移動(dòng)，即研磨頭的移動(dòng)距離無(wú)法超過(guò)線纜長(zhǎng)度。當(dāng)研磨頭的移動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，就必須回歸原點(diǎn)重新進(jìn)行移動(dòng)，其中可能存在的問(wèn)題就是每一個(gè)研磨頭每隔一段時(shí)間都會(huì)有一段空載運(yùn)行以回到原點(diǎn)，日積月累對(duì)產(chǎn)能也會(huì)有影響。第二個(gè)缺點(diǎn)是機(jī)臺(tái)頂部空間對(duì)線纜鋪設(shè)的限制，線纜鋪設(shè)要求避免線纜之間的相互干涉和具有足夠的拉伸空間，導(dǎo)致目前研磨頭數(shù)量的一般都在4個(gè)左右，最多6個(gè)。同時(shí)，如果由于誤操作，還可能導(dǎo)致研磨頭過(guò)度移動(dòng)，使線纜受損和發(fā)生邏輯錯(cuò)亂，最終引發(fā)停機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，可以通過(guò)縮短機(jī)臺(tái)閑置時(shí)間或因限制時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的暖機(jī)時(shí)間，來(lái)縮短晶圓與晶圓之間的工藝等待時(shí)間，提高產(chǎn)能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，包括：

研磨頭承載機(jī)構(gòu)，包括：環(huán)形軌道，其通過(guò)支架與立柱固定；

研磨頭控制總成，滑動(dòng)設(shè)于環(huán)形軌道外側(cè)，其內(nèi)部設(shè)有控制其及研磨頭運(yùn)行的研磨頭控制單元；

非接觸式供電系統(tǒng)，包括沿環(huán)形軌道設(shè)置的供電部以及相對(duì)間隙設(shè)于研磨頭控制總成中的受電部；

其中，通過(guò)向所述供電部供電以產(chǎn)生磁場(chǎng)，使所述受電部產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，并輸出到研磨頭控制單元，以驅(qū)動(dòng)研磨頭在研磨臺(tái)面上完成研磨，以及驅(qū)動(dòng)研磨頭控制總成沿環(huán)形軌道往特定方向作持續(xù)性移動(dòng)。

優(yōu)選地，所述供電部沿環(huán)形軌道設(shè)有供電線圈，所述受電部設(shè)有受電線圈，所述非接觸式供電系統(tǒng)通過(guò)外部電源向供電線圈輸入電流，使受電線圈產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，以向研磨頭控制單元進(jìn)行非接觸式輸電。

優(yōu)選地，所述供電部依次連接設(shè)有供電部整流單元、變換單元、供電線圈，所述受電部依次連接設(shè)有受電線圈、受電部整流單元，所述非接觸式供電系統(tǒng)通過(guò)外部電源向供電部輸入電流，經(jīng)供電部整流單元整流、變換單元斬波、逆變變換之后進(jìn)入供電線圈，并通過(guò)電磁感應(yīng)方式和磁場(chǎng)共振方式由受電線圈接受產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，經(jīng)受電部整流單元整流后，通過(guò)設(shè)于研磨頭控制總成中的受電單元輸出到研磨頭控制單元。

優(yōu)選地，所述外部電源通過(guò)鋪設(shè)于立柱及支架中的電纜連接所述供電部。

優(yōu)選地，所述供電部還設(shè)有供電部控制單元，用于控制供電部啟閉，所述供電部控制單元通過(guò)供電部通信單元接受外部的指令。

優(yōu)選地，所述受電部還設(shè)有受電部通信單元，用于向外部傳輸供電信息。

優(yōu)選地，所述供電部和受電部外部設(shè)有防止磁場(chǎng)泄漏的磁通屏蔽部。

優(yōu)選地，所述研磨頭控制單元設(shè)有控制研磨頭下壓、抬升、旋轉(zhuǎn)的第一電機(jī)、控制研磨頭控制總成沿軌道移動(dòng)的第二電機(jī)。

優(yōu)選地，所述研磨頭控制總成通過(guò)分設(shè)于環(huán)形軌道內(nèi)側(cè)和底部的滑輪安裝在環(huán)形軌道外側(cè)，所述滑輪受研磨頭控制單元驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)研磨頭控制總成沿軌道移動(dòng)。

優(yōu)選地，所述軌道的內(nèi)側(cè)和底部分設(shè)有用以防止滑輪滑脫的護(hù)板和對(duì)滑輪進(jìn)行側(cè)向限定的凹槽。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過(guò)將現(xiàn)有采用電纜連接的電源傳輸方式改為非接觸式的輸電方式，使得研磨頭的移動(dòng)不再受到線纜長(zhǎng)度的影響，可以無(wú)限制地沿一個(gè)方向持續(xù)移動(dòng)，避免了研磨頭空載現(xiàn)象，使化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)的利用效率更高。其優(yōu)點(diǎn)在于：由于沒(méi)有線纜的束縛，不會(huì)發(fā)生因?yàn)榫€纜過(guò)度拉伸斷裂引起的不必要停機(jī)，可以減少因?yàn)榫€纜長(zhǎng)度問(wèn)題導(dǎo)致必須回歸起始點(diǎn)的動(dòng)作，以及在將來(lái)機(jī)臺(tái)更大型化時(shí)可以不斷增加研磨頭而不需要增加線纜，從而大大減少了設(shè)計(jì)難度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置供電部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置非接觸式供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；

圖中：1、立柱，2、外部電源，3、環(huán)形軌道，4、供電部，5、受電部，6、受電單元，7、研磨頭控制單元，8、研磨頭控制總成，9、研磨頭，10、磁通屏蔽部，11、研磨臺(tái)面，12、滑輪，41、供電部整流單元，42、變換單元，43、供電部控制單元，44、供電部通信單元，45、供電線圈，51、受電線圈，52、受電部整流單元，53、受電部通信單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

需要說(shuō)明的是，在下述的具體實(shí)施方式中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說(shuō)明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來(lái)加以理解。

在以下本發(fā)明的具體實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，包括：研磨頭承載機(jī)構(gòu)3和1、研磨頭控制總成8、非接觸式供電系統(tǒng)4和5幾個(gè)主要部分。

請(qǐng)參閱圖1。研磨頭承載機(jī)構(gòu)水平設(shè)有一個(gè)環(huán)形軌道3，例如可以采用橢圓形狀的環(huán)形軌道。環(huán)形軌道3可通過(guò)支架與位于化學(xué)機(jī)械研磨裝置中部的立柱1連接固定。

研磨頭控制總成8可通過(guò)滑動(dòng)連接方式安裝在環(huán)形軌道3的外側(cè)，可以沿環(huán)形軌道移動(dòng)。研磨頭控制總成8的下方安裝有研磨頭9，研磨頭下方水平設(shè)有研磨臺(tái)面。研磨頭控制總成8內(nèi)部設(shè)有控制研磨頭控制總成以及研磨頭運(yùn)行的研磨頭控制單元。

非接觸式供電系統(tǒng)包括間隙設(shè)置的供電部4和受電部5兩部分；其中，供電部4沿研磨頭承載機(jī)構(gòu)的環(huán)形軌道3設(shè)置，受電部5安裝在研磨頭控制總成8中，并相對(duì)設(shè)于供電部4的外側(cè)；研磨頭控制總成中受電部5的內(nèi)側(cè)與環(huán)形軌道上供電部4的外側(cè)之間沒(méi)有硬連接。當(dāng)將供電部4與外部電源2連接時(shí)，非接觸式供電系統(tǒng)即可通過(guò)向所述供電部4供電，使供電部產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，以使所述受電部5產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，并輸出到研磨頭控制單元，以驅(qū)動(dòng)研磨頭9在研磨臺(tái)面上完成研磨，以及驅(qū)動(dòng)研磨頭控制總成8沿環(huán)形軌道3往特定方向作持續(xù)性移動(dòng)。

請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。如圖2所示，為了使供電部4產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，并使受電部5產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，所述供電部4沿環(huán)形軌道設(shè)有供電線圈45，所述受電部5相對(duì)供電線圈設(shè)有受電線圈，受電線圈的內(nèi)側(cè)與供電線圈的外側(cè)之間沒(méi)有硬連接，中間可留有4～5mm的空隙。所述非接觸式供電系統(tǒng)通過(guò)外部電源2向供電線圈45輸入電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，使受電線圈產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，從而可以向研磨頭控制單元7進(jìn)行非接觸式輸電。

請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置供電部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。如圖3所示，供電部4沿整個(gè)環(huán)形軌道3設(shè)有一圈供電線圈45，環(huán)形軌道3圍繞立柱1設(shè)置，并通過(guò)支架與立柱進(jìn)行安裝固定。這樣，當(dāng)研磨頭控制總成在環(huán)形軌道上移動(dòng)時(shí)，可使得供電部與受電部之間始終建立非接觸的磁感應(yīng)供電關(guān)系，從而可持續(xù)對(duì)研磨頭控制總成進(jìn)行輸電，使研磨頭控制總成帶動(dòng)研磨頭可一直沿軌道往特定方向作持續(xù)性移動(dòng)。只要此非接觸的磁感應(yīng)供電關(guān)系存在，研磨頭的旋轉(zhuǎn)工作就不會(huì)停止，也無(wú)須回歸起始點(diǎn)重新開(kāi)始工作，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明化學(xué)機(jī)械研磨裝置結(jié)構(gòu)研磨頭無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的功能。

請(qǐng)參閱圖4，圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置非接觸式供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。如圖4所示，所述供電部4可依次連接設(shè)有供電部整流單元41、變換單元42、供電線圈45，所述受電部5可依次連接設(shè)有受電線圈51、受電部整流單元52。所述非接觸式供電系統(tǒng)通過(guò)外部電源2向供電部4輸入電流，經(jīng)供電部整流單元41的整流、變換單元42的斬波、逆變變換之后進(jìn)入供電線圈45，并通過(guò)電磁感應(yīng)方式和磁場(chǎng)共振方式由受電線圈51接受產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，經(jīng)受電部整流單元52整流后，通過(guò)設(shè)于研磨頭控制總成8中的受電單元6輸出到研磨頭控制單元7。

所述供電部4還可設(shè)有供電部控制單元43，用于控制供電部啟閉。所述供電部控制單元43可由外部電源2供電，并可通過(guò)供電部通信單元44接受外部的指令。

所述受電部5還可設(shè)有受電部通信單元53，用于接受來(lái)自受電部整流單元52的供電信息，并向外部傳輸。

請(qǐng)參閱圖2。所述外部電源2可通過(guò)鋪設(shè)于立柱1及支架中的電纜連接所述供電部4。

所述研磨頭控制總成8可通過(guò)分別定位于環(huán)形軌道3頂部?jī)?nèi)側(cè)和底部的滑輪12來(lái)安裝在環(huán)形軌道外側(cè)；所述滑輪12可受研磨頭控制單元7驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)研磨頭控制總成8沿軌道移動(dòng)。在所述軌道3的內(nèi)側(cè)頂部和底部還分別裝有用以防止滑輪滑脫的護(hù)板和對(duì)滑輪進(jìn)行側(cè)向限定的凹槽。

可在所述供電部和受電部外部設(shè)置磁通屏蔽部10，用以防止磁場(chǎng)泄漏。可在軌道背向研磨頭的一側(cè)和整個(gè)非接觸式供電系統(tǒng)外部都裝有磁通屏蔽部。所述供電部可安裝在軌道的型材結(jié)構(gòu)非軌道面的內(nèi)陷空檔部位。

研磨頭控制總成8的下方安裝有研磨頭9，研磨頭下方水平設(shè)有研磨臺(tái)面11。研磨頭控制總成8內(nèi)部設(shè)有控制研磨頭控制總成以及研磨頭運(yùn)行的研磨頭控制單元7。

所述研磨頭控制單元7可設(shè)有控制研磨頭下壓、抬升、旋轉(zhuǎn)的第一電機(jī)，第一電機(jī)可包括用于研磨頭下壓、抬升的分電機(jī)，以及用于研磨頭旋轉(zhuǎn)的分電機(jī)。所述研磨頭控制單元還可設(shè)有控制研磨頭控制總成沿軌道移動(dòng)的第二電機(jī)，所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可帶動(dòng)研磨頭控制總成沿軌道移動(dòng)。研磨頭控制單元接受受電單元輸入的來(lái)自非接觸式供電系統(tǒng)的電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一、第二電機(jī)的控制。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)將現(xiàn)有采用電纜連接的電源傳輸方式改為非接觸式的輸電方式，使得研磨頭的移動(dòng)不再受到線纜長(zhǎng)度的影響，可以無(wú)限制地沿一個(gè)方向持續(xù)移動(dòng)，避免了研磨頭空載現(xiàn)象，使化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)的利用效率更高。其優(yōu)點(diǎn)在于：由于沒(méi)有線纜的束縛，不會(huì)發(fā)生因?yàn)榫€纜過(guò)度拉伸斷裂引起的不必要停機(jī)，可以減少因?yàn)榫€纜長(zhǎng)度問(wèn)題導(dǎo)致必須回歸起始點(diǎn)的動(dòng)作，以及在將來(lái)機(jī)臺(tái)更大型化時(shí)可以不斷增加研磨頭而不需要增加線纜，從而大大減少了設(shè)計(jì)難度。本發(fā)明的無(wú)旋轉(zhuǎn)終結(jié)點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置基于SEMI國(guó)際產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可滿(mǎn)足國(guó)際通用的關(guān)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。