一种护圈装置及研磨头制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种护圈装置，用于化学机械研磨设备的研磨头，包括：固定环，用于固定套设于所述研磨头的上盖盘或保持环上；设置于所述固定环上的万向轮装置，所述万向轮装置至少为两个，且用于与所述化学机械研磨设备的研磨垫接触。本实用新型专利技术提出的护圈装置一旦在CMP工艺设备中得到应用，不仅具有节约成本、优化工艺和提高芯片良率的预期效果，同时可以有效推进代工企业的技术改造能力，增强工艺线的精细化制造能力。本实用新型专利技术还公开了一种具有上述护圈装置的研磨头。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

A retainer device and a grinding head

The utility model discloses a retainer device for grinding head, chemical mechanical polishing apparatus includes a fixed ring for fixing sleeve is arranged on the grinding head of the upper cover plate or retaining ring; the universal wheel is arranged on the fixed ring, wherein the universal wheel is at least two, and abrasive pad for contact with the chemical mechanical polishing equipment. Retainer device provided by the utility model once in the CMP process equipment in application, not only has the expected effect of saving cost, optimizing process and improving chip yield, and can effectively promote the technical innovation ability of foundry enterprises, enhance the ability of fine manufacturing process line. The utility model discloses a grinding head with the retainer device.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及化学机械研磨
，特别涉及一种护圈装置及研磨头。
技术介绍
化学机械研磨（CMP，ChemicalMechanicalPolishing）是当前半导体加工技术的主流平坦化工艺，是芯片制造工艺中重要步骤之一。在CMP工艺制程中，硅片表面形貌的均匀性非常重要，硅片表面的几何形貌将会影响到电子器件的电性能参数，厚度不均匀性会使同一硅片上制造出的器件性能产生差异，影响芯片成品率。如图1和图2所示，现有的研磨头一般包括传动轴101，具有固定和支撑作用的上盖盘102、保持环103和基盘104。其中，在整个CMP工艺装置中，保持环（retainingring）是有效改善硅片表面形貌均匀性的主要部件之一。它的作用是用于防止硅片在CMP工艺制程中滑出研磨头，同时给研磨垫施加一定的压力，有效改善硅片与研磨垫接触过程中表面接触压力的均匀性，以提高CMP工艺的整体均匀度。保持环在使用过程中会被不断磨损，其厚度逐渐变薄，当保持环底部垫片的厚度减薄到一定程度时，需要更换新的垫片，以保证保持环在CMP研磨过程中可以很好地控制硅片横向移动，防止硅片在研磨过程中摆脱研磨头的控制，造成滑片。在CMP工艺中，保持环在研磨过程中与研磨垫保持一定的接触压力，在研磨工艺中，保持环会逐渐消耗导致垫片厚度减少，此时保持环相对于研磨头承载硅片的膜垫片要保持一定高度差。随着保持环底部垫片的厚度出现变化，保持环对研磨垫的实际压力会出现一定的波动，进而影响CMP工艺的整体均匀度。为了改善CMP工艺制程的实际平坦化效果，改善硅片表面形貌的均匀度，优化现有护圈设计已经成为候选的技术方案。中国专利CN201283537Y公开了一种CMP边缘压敷环设计方案，其CMP边缘压敷环的外侧设计了可以肉眼观察的标记，它的作用是提供表征CMP边缘压敷环寿命的参考标准。当CMP边缘压敷环在使用中被磨损，其厚度逐渐变薄，一旦磨损至相应的标记时，即可认为该CMP边缘压敷环已经不能继续使用，需要及时更换。该专利存在的主要缺陷是仅仅实现了保持环使用寿命的监控功能，没有提供延长保持环寿命的改进方案，没有提供更为合理的技术改造方案优化研磨头装置，没有提出减少磨损的技术方案。因此，如何减少保持环的研磨磨损，降低工艺成本，改善CMP工艺的全局平坦化效果，提高芯片产品良率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种护圈装置，以减少保持环的研磨磨损，降低工艺成本，改善CMP工艺的全局平坦化效果，提高芯片产品良率；本技术的另一目的在于提供一种具有上述护圈装置的研磨头。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种护圈装置，用于化学机械研磨设备的研磨头，包括：固定环，用于固定套设于所述研磨头的上盖盘或保持环上；设置于所述固定环上的万向轮装置，所述万向轮装置至少为两个，且用于与所述化学机械研磨设备的研磨垫接触。优选地，在上述护圈装置中，所述万向轮装置通过固定环延伸翼设置于所述固定环上；所述固定环延伸翼设置于所述固定环的外侧边缘。优选地，在上述护圈装置中，所述万向轮装置包括：安装在滚轮支架上的滚轮；设置于所述滚轮支架上的轴承，所述滚轮支架与所述轴承的内圈和外圈中的一个相连；与所述轴承的内圈和外圈中的另一个相连的安装座，所述安装座与所述固定环延伸翼通过螺栓相连。优选地，在上述护圈装置中，所述固定环延伸翼上具有用于插设所述万向轮装置的安装杆的安装孔。优选地，在上述护圈装置中，所述固定环延伸翼的安装孔内嵌设有轴承；所述万向轮装置插设于所述轴承的内圈。优选地，在上述护圈装置中，所述固定环延伸翼的安装孔为螺纹孔；所述万向轮装置包括：安装在滚轮支架上的滚轮；设置于所述滚轮支架上的轴承，所述滚轮支架与所述轴承的内圈和外圈中的一个相连；与所述轴承的内圈和外圈中的另一个相连的安装杆，所述安装杆为螺杆，所述螺杆与所述螺纹孔螺纹配合。优选地，在上述护圈装置中，所述固定环延伸翼为至少三个，且均匀地布置于所述固定环的外侧边缘。优选地，在上述护圈装置中，所述固定环的外部轮廓为圆形或矩形。优选地，在上述护圈装置中，所述万向轮装置的滚轮为圆柱形滚轮或球形滚轮。优选地，在上述护圈装置中，所述万向轮装置的滚轮为外周面带有条纹的滚轮。优选地，在上述护圈装置中，所述万向轮装置的滚轮的内芯为不锈钢材质，外部为工程塑料材质。一种研磨头，包括上盖盘和保持环，还包括如上任一项所述的护圈装置；所述固定环固定套设于所述研磨头的上盖盘或保持环上。优选地，在上述研磨头中，所述固定环与所述上盖盘或保持环为一体式结构。优选地，在上述研磨头中，所述固定环与所述上盖盘或保持环为过盈配合结构。优选地，在上述研磨头中，所述上盖盘或保持环的外表面设置有第一配合部；所述固定环的内表面上设置有与所述第一配合部凹凸配合的第二配合部。优选地，在上述研磨头中，所述第一配合部为凸出部，所述第二配合部为与所述凸出部配合的凹陷部；或者，所述第一配合部为凹陷部，所述第二配合部为与所述凹陷部配合的凸出部。从上述的技术方案可以看出，本技术提供的护圈装置，利用万向轮装置在CMP工艺中灵活变向，滚动摩擦代替应力磨损的技术特点，通过与保持环共同分压的物理机制，有效降低保持环的磨损速率，节省工艺耗材成本，减少更换保持环垫片的工艺线停工时间，进而节省工艺成本。该护圈装置结构简单，易于集成于现有的研磨头装置，从而在设备成本少量增加的基础上，实现CMP工艺制程的有效技术改造，进而改善CMP工艺的整体平坦化效果，提高芯片成品率。本技术提出的护圈装置一旦在CMP工艺设备中得到应用，不仅具有节约成本、优化工艺和提高芯片良率的预期效果，同时可以有效推进代工企业的技术改造能力，增强工艺线的精细化制造能力。因此，在上述有益效果的基础上，能够实现代工企业和电路设计者的良性互动，增强电路设计人员对代工企业的信赖感和忠诚度，进一步提高代工企业的业界知名度和荣誉感，增强代工企业与国际上其它顶级制造厂商的竞争能力。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种护圈装置，用于化学机械研磨设备的研磨头，其特征在于，包括：固定环（201），用于固定套设于所述研磨头的上盖盘（100）或保持环（300）上；设置于所述固定环（201）上的万向轮装置（203），所述万向轮装置（203）至少为两个，且用于与所述化学机械研磨设备的研磨垫接触。

【技术特征摘要】
1.一种护圈装置，用于化学机械研磨设备的研磨头，其特征在于，包括：
固定环（201），用于固定套设于所述研磨头的上盖盘（100）或保持环
（300）上；
设置于所述固定环（201）上的万向轮装置（203），所述万向轮装置（203）
至少为两个，且用于与所述化学机械研磨设备的研磨垫接触。
2.根据权利要求1所述的护圈装置，其特征在于，所述万向轮装置（203）
通过固定环延伸翼（202）设置于所述固定环（201）上；
所述固定环延伸翼（202）设置于所述固定环（201）的外侧边缘；
所述固定环延伸翼（202）为至少三个，且均匀地布置于所述固定环（201）
的外侧边缘。
3.根据权利要求2所述的护圈装置，其特征在于，所述万向轮装置（203）
包括：
安装在滚轮支架上的滚轮；
设置于所述滚轮支架上的轴承，所述滚轮支架与所述轴承的内圈和外圈
中的一个相连；
与所述轴承的内圈和外圈中的另一个相连的安装座，所述安装座与所述
固定环延伸翼（202）通过螺栓相连。
4.根据权利要求2所述的护圈装置，其特征在于，所述固定环延伸翼（202）
上具有用于插设所述万向轮装置（203）的安装杆的安装孔。
5.根据权利要求4所述的护圈装置，其特征在于，所述固定环延伸翼（202）
的安装孔内嵌设有轴承；
所述万向轮装置（203）插设于所述轴承的内圈。
6.根据权利要求4所述的护圈装置，其特征在于，所述固定环延伸翼（202）...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，陈岚，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11