解析化学机械抛光机机械本体设计

解析化学机械抛光机机械本体设计

彭虎

彭虎

中石化河南油建工程有限公司

摘要：在科技发展的推动下，我国集成电路制造技术也进入了一个全新的发展阶段，不断的提升了晶圆直径，不断缩小了特征线宽，进而将更高的要求抛向了全局平坦和局部的平坦，因此，为了有效额解决这样的问题，将机械抛光机技术应用到其中是非常必要的。

关键词：化学机械；抛光机；机械本体设计

为了有效的将晶圆表面全局和局部的平整度予以实现，将化学机械抛光技术应用到其中是非常必要的，但是，这为一项技术含量较高的技术内容，对于其中的机械本体设计内容，我们必须要高度的重视起来，对此，文章通过下文就对相关方面的内容进行了分析与阐述。

一、技术原理分析

以一定的压力将旋转的工件控制在旋转的抛光垫上，通过化学溶液和纳米磨粒/亚微米构成的抛光液，在抛光垫和工件上面流动，在抛光液的影响下，工件表面会产生一定的化学反应，通过磨粒作用去除了形成的化学反应物之后，在机械去膜和化学成膜的交替进行中，对超精密的表面抛光予以实现，所谓的游离磨料化学机械抛光就是通过这种抛光技术展现出来的。在化学机械抛光工作中，对壁工件软的磨粒进行选择，在机械和化学反应的共同影响下，将非常薄的一层材料从工件的外表去除掉，进而将无加工损伤层、高精度层、低表面粗糙层中其中有效的去除掉，在结合了机械研磨和化学腐蚀技术的优点之后，出现了CMP这种全新的技术方式，这种技术对于实现零亚表面损伤和高质量的表面都会带来非常巨大的帮助。

二、化学机械抛光机机械本体设计的相关阐述

1、设计依据

在化学机械实际抛光的时候，有抛光液的作用存在于抛光垫和工件之间，摩擦系数会随着抛光盘和抛光头相对系数的变化而不断的改变，所以，在设计的时候，应该将摩擦系数确定出来，将摩擦转柜和摩擦力的值要努力的求解出来，进而满足实际工作的需要。

2、设计抛光盘部件结构

下图为抛光盘支撑部件结构图。为了有效的控制抛光盘工作过程中的回转精度和抛光盘的面型精度，用轴承单元来支承高精度数控加工中心，并且将中间的连接部件要尽可能的减少，努力将中间的尺寸链减少，将中间配合误差最大限度的降低下来，确保在满足精度规定的基础上，来提升轴承座，将装配的难度降低下来。

3、设计抛光盘动力提供机构

传动系统的设计、降速系统的设计和动力源的选择为抛光盘动力提供机构中的主要构成部分。抛光垫和工件之间的摩擦力是抛光过程中的主要切削力来源，因为在高压低速抛光的时候，有着很大的摩擦系数会存在于工件和抛光垫之间，所以，有着很大的摩擦转柜和摩擦力会存在于抛光盘中，因此，在选用抛光盘电机时，对于转柜条件和功率应该综合的进行考虑和分析，努力使二者能够协调一致的完成运转。在设计抛光盘的转动系统时，不但对结构尺寸限制的条件要努力的给予满足，此外，对于有转矩的条件和传递功率的条件也需要给予满足。

4、设计抛光头部部件

①、设计加压结构部件

加压部件和抛光头传动部件的主要作用是实现抛光压力的自动调控和抛光头的自旋转运动。在对加工工件表面的质量带来影响的众多因素中，抛光过程中的压力在其中占据着非常大的比例。在加工的时候发挥着重要的作用，为对工艺的需要上给予满足，在设计抛光机的时候，对于化学机械抛光工艺的压力调整工作应该充分的进行考虑和分析，对大范围的压力调整进行选择，为了能够有效的进行控制，是绝对不能使用调整块加压的调整方式的，同时，还有着非常有限的压力调整范围，为了将这些不利之处解决掉，在设计结构的过程中可以对气缸加压调整的方式进行选择和使用。

在进行抛光时，通过皮带降速，将抛光的主轴带动起来，完成旋转和运动，因为需要在较大的范围内实现抛光头转速五级调速，同时，电机会较大范围内的进行降速，因此，可变频调速的减速电机应该是我们的首要选择，对气缸的推拉行程进行应用，对于抛光头的抬起和落下就能够非常有效的予以实现。

②、选择抛光头加压部件型号

调整抛光头的下压力，主要是通过气缸来完成。我们是绝对不能忽视抛光头部件重量带来的压力的。

如果在调整压力的时候应用了一个加压气缸，单项的完成气缸的供气调控时，对于低于4psi开始的无级调压是很难实现的，双向供气在调整压力的过程中，这样就应该有一个中间段的压力存在于其中，就是对气缸最小使用压力中的某个压力段要合理的进行考虑，没有办法非常有效的调整气缸。此外，有着一定的复杂性存在于气缸的调压控制系统设计环节中，所以，采用气缸和弹性元件结合应用的方式来处理这一问题，对于抛光头接触抛光盘中，抛光头部件的重力相等和弹性元件的支反力都能够有效的给予实现，有0psi的力被抛光头试压在抛光盘上面，进而对于从零到最大加工压力下的压力调整，气缸的调压都能够给予实现。

③、动力提供和传动装置分析

抛光对于转速的要求一般不会过高，并且空间在某种程度上会较为严重的限制到电机的安装，所以，对减速电机进行选择。在传动时，会有着较大的摩擦转矩，所以，在对电机进行选择时，输出转矩和电机的功率会严重的不匹配，为了将电机的型号降低，在对摩擦转矩和功率的要求给予满足的基础上，将减速比要尽可能的增大。但是，对于抛光头位置压力的局部调整问题在设计抛光机的过程中是应该着重进行考虑的内容，所以可以将空心轴的抛光头主轴设计出来，进而对电机的直接联动确保能够有效的予以实现，此外，为了将抛光的头的振动降低下来，最后将传动利用一级传动的方式带动起来。

结语

综上所述，进入21世纪以来，在科技发展的推动下，一些先进的技术不断的被应用到了集成电路的发展中，然而，通过上文的论述我们能够发现，还有一些不足之处存在于传统平坦化设计中，进而对于设备设施的正常运转就会起到阻碍作用，所以，我们应该将一种全新的技术方式研究出来应用到其中，那么，化学机械抛光机的出现，就有效的解决这方面的问题，因此，对于这方面的技术方式我们需要认真的进行掌握。

参考文献：

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