本發明涉及半導體集成電路設備技術領域，更具體地，涉及一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置。

背景技術：

在半導體領域，化學機械研磨(CMP)是半導體工藝不可或缺的一環。但是由于技術關系，CMP和其前后站點的工藝設備比起來產量又是比較低的，這一點在后道銅制程尤其明顯。

為改變這一現狀，CMP主設備開始往大型化和多研磨頭(pol ish head)化方向發展。與此相對應的，研磨臺面(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雜。

同時，CMP的產能與前一個站點ECP(電鍍)比起來較低，而2個站點之間又只有8～24小時的等待時間(Q-time)，會給制造部門排貨造成很大壓力。

由于研磨頭逐漸大型化和復雜化，且研磨頭、研磨臺面的數量越來越多，其承載方式已經由過去安裝在固定支架上，變為安裝在軌道上，這不可避免地導致線纜的增加，從而提升機械設計上的難度和控制軟件編寫的難度。但是由于線纜的限制，其數量和活動范圍仍然受到了限制。

現有的化學機械研磨裝置，都是在若干個研磨頭控制總成上鋪設供電用的電纜，并連接到機臺頂部。線纜在機臺頂部留有一定的余量并盤成螺旋形的線盤，當研磨頭移動時，線纜會從機臺頂部線盤內抽出。這種布置方式的其中一個缺點是，研磨頭無法往一個方向連續移動，即研磨頭的移動距離無法超過線纜長度。當研磨頭的移動距離過長時，就必須回歸原點重新進行移動，其中可能存在的問題就是每一個研磨頭每隔一段時間都會有一段空載運行以回到原點，日積月累對產能也會有影響。第二個缺點是機臺頂部空間對線纜鋪設的限制，線纜鋪設要求避免線纜之間的相互干涉和具有足夠的拉伸空間，導致目前研磨頭數量的一般都在4個左右，最多6個。同時，如果由于誤操作，還可能導致研磨頭過度移動，使線纜受損和發生邏輯錯亂，最終引發停機。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置，可以通過縮短機臺閑置時間或因限制時間過長而產生的暖機時間，來縮短晶圓與晶圓之間的工藝等待時間，提高產能。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置，包括：

研磨頭承載機構，包括：環形軌道，其通過支架與立柱固定；

研磨頭控制總成，滑動設于環形軌道外側，其內部設有控制其及研磨頭運行的研磨頭控制單元；

非接觸式供電系統，包括沿環形軌道設置的供電部以及相對間隙設于研磨頭控制總成中的受電部；

其中，通過向所述供電部供電以產生磁場，使所述受電部產生磁感應電流，并輸出到研磨頭控制單元，以驅動研磨頭在研磨臺面上完成研磨，以及驅動研磨頭控制總成沿環形軌道往特定方向作持續性移動。

優選地，所述供電部沿環形軌道設有供電線圈，所述受電部設有受電線圈，所述非接觸式供電系統通過外部電源向供電線圈輸入電流，使受電線圈產生磁感應電流，以向研磨頭控制單元進行非接觸式輸電。

優選地，所述供電部依次連接設有供電部整流單元、變換單元、供電線圈，所述受電部依次連接設有受電線圈、受電部整流單元，所述非接觸式供電系統通過外部電源向供電部輸入電流，經供電部整流單元整流、變換單元斬波、逆變變換之后進入供電線圈，并通過電磁感應方式和磁場共振方式由受電線圈接受產生磁感應電流，經受電部整流單元整流后，通過設于研磨頭控制總成中的受電單元輸出到研磨頭控制單元。

優選地，所述外部電源通過鋪設于立柱及支架中的電纜連接所述供電部。

優選地，所述供電部還設有供電部控制單元，用于控制供電部啟閉，所述供電部控制單元通過供電部通信單元接受外部的指令。

優選地，所述受電部還設有受電部通信單元，用于向外部傳輸供電信息。

優選地，所述供電部和受電部外部設有防止磁場泄漏的磁通屏蔽部。

優選地，所述研磨頭控制單元設有控制研磨頭下壓、抬升、旋轉的第一電機、控制研磨頭控制總成沿軌道移動的第二電機。

優選地，所述研磨頭控制總成通過分設于環形軌道內側和底部的滑輪安裝在環形軌道外側，所述滑輪受研磨頭控制單元驅動，帶動研磨頭控制總成沿軌道移動。

優選地，所述軌道的內側和底部分設有用以防止滑輪滑脫的護板和對滑輪進行側向限定的凹槽。

從上述技術方案可以看出，本發明通過將現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，使得研磨頭的移動不再受到線纜長度的影響，可以無限制地沿一個方向持續移動，避免了研磨頭空載現象，使化學機械研磨機臺的利用效率更高。其優點在于：由于沒有線纜的束縛，不會發生因為線纜過度拉伸斷裂引起的不必要停機，可以減少因為線纜長度問題導致必須回歸起始點的動作，以及在將來機臺更大型化時可以不斷增加研磨頭而不需要增加線纜，從而大大減少了設計難度。

附圖說明

圖1是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置結構俯視圖；

圖2是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置結構側視圖；

圖3是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置供電部結構側視圖；

圖4是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置非接觸式供電系統結構原理圖；

圖中：1、立柱，2、外部電源，3、環形軌道，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。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本發明的實施方式時，為了清楚地表示本發明的結構以便于說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，并進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本發明的限定來加以理解。

在以下本發明的具體實施方式中，請參閱圖1，圖1是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置結構俯視圖。如圖1所示，本發明的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置，包括：研磨頭承載機構3和1、研磨頭控制總成8、非接觸式供電系統4和5幾個主要部分。

請參閱圖1。研磨頭承載機構水平設有一個環形軌道3，例如可以采用橢圓形狀的環形軌道。環形軌道3可通過支架與位于化學機械研磨裝置中部的立柱1連接固定。

研磨頭控制總成8可通過滑動連接方式安裝在環形軌道3的外側，可以沿環形軌道移動。研磨頭控制總成8的下方安裝有研磨頭9，研磨頭下方水平設有研磨臺面。研磨頭控制總成8內部設有控制研磨頭控制總成以及研磨頭運行的研磨頭控制單元。

非接觸式供電系統包括間隙設置的供電部4和受電部5兩部分；其中，供電部4沿研磨頭承載機構的環形軌道3設置，受電部5安裝在研磨頭控制總成8中，并相對設于供電部4的外側；研磨頭控制總成中受電部5的內側與環形軌道上供電部4的外側之間沒有硬連接。當將供電部4與外部電源2連接時，非接觸式供電系統即可通過向所述供電部4供電，使供電部產生感應磁場，以使所述受電部5產生磁感應電流，并輸出到研磨頭控制單元，以驅動研磨頭9在研磨臺面上完成研磨，以及驅動研磨頭控制總成8沿環形軌道3往特定方向作持續性移動。

請參閱圖2，圖2是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置結構側視圖。如圖2所示，為了使供電部4產生感應磁場，并使受電部5產生磁感應電流，所述供電部4沿環形軌道設有供電線圈45，所述受電部5相對供電線圈設有受電線圈，受電線圈的內側與供電線圈的外側之間沒有硬連接，中間可留有4～5mm的空隙。所述非接觸式供電系統通過外部電源2向供電線圈45輸入電流產生感應磁場，使受電線圈產生磁感應電流，從而可以向研磨頭控制單元7進行非接觸式輸電。

請參閱圖3，圖3是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置供電部結構側視圖。如圖3所示，供電部4沿整個環形軌道3設有一圈供電線圈45，環形軌道3圍繞立柱1設置，并通過支架與立柱進行安裝固定。這樣，當研磨頭控制總成在環形軌道上移動時，可使得供電部與受電部之間始終建立非接觸的磁感應供電關系，從而可持續對研磨頭控制總成進行輸電，使研磨頭控制總成帶動研磨頭可一直沿軌道往特定方向作持續性移動。只要此非接觸的磁感應供電關系存在，研磨頭的旋轉工作就不會停止，也無須回歸起始點重新開始工作，從而實現本發明化學機械研磨裝置結構研磨頭無旋轉終結點的功能。

請參閱圖4，圖4是本發明一較佳實施例的一種無旋轉終結點的化學機械研磨裝置非接觸式供電系統結構原理圖。如圖4所示，所述供電部4可依次連接設有供電部整流單元41、變換單元42、供電線圈45，所述受電部5可依次連接設有受電線圈51、受電部整流單元52。所述非接觸式供電系統通過外部電源2向供電部4輸入電流，經供電部整流單元41的整流、變換單元42的斬波、逆變變換之后進入供電線圈45，并通過電磁感應方式和磁場共振方式由受電線圈51接受產生磁感應電流，經受電部整流單元52整流后，通過設于研磨頭控制總成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，并可通過供電部通信單元44接受外部的指令。

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

請參閱圖2。所述外部電源2可通過鋪設于立柱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可通過分別定位于環形軌道3頂部內側和底部的滑輪12來安裝在環形軌道外側；所述滑輪12可受研磨頭控制單元7驅動，帶動研磨頭控制總成8沿軌道移動。在所述軌道3的內側頂部和底部還分別裝有用以防止滑輪滑脫的護板和對滑輪進行側向限定的凹槽。

可在所述供電部和受電部外部設置磁通屏蔽部10，用以防止磁場泄漏?？稍谲壍辣诚蜓心ヮ^的一側和整個非接觸式供電系統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構非軌道面的內陷空檔部位。

研磨頭控制總成8的下方安裝有研磨頭9，研磨頭下方水平設有研磨臺面11。研磨頭控制總成8內部設有控制研磨頭控制總成以及研磨頭運行的研磨頭控制單元7。

所述研磨頭控制單元7可設有控制研磨頭下壓、抬升、旋轉的第一電機，第一電機可包括用于研磨頭下壓、抬升的分電機，以及用于研磨頭旋轉的分電機。所述研磨頭控制單元還可設有控制研磨頭控制總成沿軌道移動的第二電機，所述第二電機驅動滑輪轉動，從而可帶動研磨頭控制總成沿軌道移動。研磨頭控制單元接受受電單元輸入的來自非接觸式供電系統的電流，從而實現對第一、第二電機的控制。

綜上所述，本發明通過將現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，使得研磨頭的移動不再受到線纜長度的影響，可以無限制地沿一個方向持續移動，避免了研磨頭空載現象，使化學機械研磨機臺的利用效率更高。其優點在于：由于沒有線纜的束縛，不會發生因為線纜過度拉伸斷裂引起的不必要停機，可以減少因為線纜長度問題導致必須回歸起始點的動作，以及在將來機臺更大型化時可以不斷增加研磨頭而不需要增加線纜，從而大大減少了設計難度。本發明的無旋轉終結點的化學機械研磨裝置基于SEMI國際產業標準進行設計，并可滿足國際通用的關于半導體產業技術標準的規定

以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例并非用以限制本發明的專利保護范圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。