[實用新型]一種護圈裝置及研磨頭

有效

• 申請號: 201320865754.4
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN203622179U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 劉宏偉;陳嵐
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: B24B37/34
• 分類號: B24B37/34;B24B37/32;B24B37/11
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術領域

本實用新型涉及化學機械研磨技術領域，特別涉及一種護圈裝置及研磨頭。

背景技術

化學機械研磨（CMP，Chemical?Mechanical?Polishing）是當前半導體加工技術的主流平坦化工藝，是芯片制造工藝中重要步驟之一。在CMP工藝制程中，硅片表面形貌的均勻性非常重要，硅片表面的幾何形貌將會影響到電子器件的電性能參數，厚度不均勻性會使同一硅片上制造出的器件性能產生差異，影響芯片成品率。

如圖1和圖2所示，現有的研磨頭一般包括傳動軸101，具有固定和支撐作用的上蓋盤102、保持環103和基盤104。其中，在整個CMP工藝裝置中，保持環（retaining?ring）是有效改善硅片表面形貌均勻性的主要部件之一。它的作用是用于防止硅片在CMP工藝制程中滑出研磨頭，同時給研磨墊施加一定的壓力，有效改善硅片與研磨墊接觸過程中表面接觸壓力的均勻性，以提高CMP工藝的整體均勻度。保持環在使用過程中會被不斷磨損，其厚度逐漸變薄，當保持環底部墊片的厚度減薄到一定程度時，需要更換新的墊片，以保證保持環在CMP研磨過程中可以很好地控制硅片橫向移動，防止硅片在研磨過程中擺脫研磨頭的控制，造成滑片。在CMP工藝中，保持環在研磨過程中與研磨墊保持一定的接觸壓力，在研磨工藝中，保持環會逐漸消耗導致墊片厚度減少，此時保持環相對于研磨頭承載硅片的膜墊片要保持一定高度差。隨著保持環底部墊片的厚度出現變化，保持環對研磨墊的實際壓力會出現一定的波動，進而影響CMP工藝的整體均勻度。為了改善CMP工藝制程的實際平坦化效果，改善硅片表面形貌的均勻度，優化現有護圈設計已經成為候選的技術方案。

中國專利CN201283537Y公開了一種CMP邊緣壓敷環設計方案，其CMP邊緣壓敷環的外側設計了可以肉眼觀察的標記，它的作用是提供表征CMP邊緣壓敷環壽命的參考標準。當CMP邊緣壓敷環在使用中被磨損，其厚度逐漸變薄，一旦磨損至相應的標記時，即可認為該CMP邊緣壓敷環已經不能繼續使用，需要及時更換。該專利存在的主要缺陷是僅僅實現了保持環使用壽命的監控功能，沒有提供延長保持環壽命的改進方案，沒有提供更為合理的技術改造方案優化研磨頭裝置，沒有提出減少磨損的技術方案。

因此，如何減少保持環的研磨磨損，降低工藝成本，改善CMP工藝的全局平坦化效果，提高芯片產品良率，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種護圈裝置，以減少保持環的研磨磨損，降低工藝成本，改善CMP工藝的全局平坦化效果，提高芯片產品良率；

本實用新型的另一目的在于提供一種具有上述護圈裝置的研磨頭。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種護圈裝置，用于化學機械研磨設備的研磨頭，包括：

固定環，用于固定套設于所述研磨頭的上蓋盤或保持環上；

設置于所述固定環上的萬向輪裝置，所述萬向輪裝置至少為兩個，且用于與所述化學機械研磨設備的研磨墊接觸。

優選地，在上述護圈裝置中，所述萬向輪裝置通過固定環延伸翼設置于所述固定環上；

所述固定環延伸翼設置于所述固定環的外側邊緣。

優選地，在上述護圈裝置中，所述萬向輪裝置包括：

安裝在滾輪支架上的滾輪；

設置于所述滾輪支架上的軸承，所述滾輪支架與所述軸承的內圈和外圈中的一個相連；

與所述軸承的內圈和外圈中的另一個相連的安裝座，所述安裝座與所述固定環延伸翼通過螺栓相連。

優選地，在上述護圈裝置中，所述固定環延伸翼上具有用于插設所述萬向輪裝置的安裝桿的安裝孔。

優選地，在上述護圈裝置中，所述固定環延伸翼的安裝孔內嵌設有軸承；

所述萬向輪裝置插設于所述軸承的內圈。

優選地，在上述護圈裝置中，所述固定環延伸翼的安裝孔為螺紋孔；

所述萬向輪裝置包括：

安裝在滾輪支架上的滾輪；

設置于所述滾輪支架上的軸承，所述滾輪支架與所述軸承的內圈和外圈中的一個相連；

與所述軸承的內圈和外圈中的另一個相連的安裝桿，所述安裝桿為螺桿，所述螺桿與所述螺紋孔螺紋配合。

優選地，在上述護圈裝置中，所述固定環延伸翼為至少三個，且均勻地布置于所述固定環的外側邊緣。

優選地，在上述護圈裝置中，所述固定環的外部輪廓為圓形或矩形。

優選地，在上述護圈裝置中，所述萬向輪裝置的滾輪為圓柱形滾輪或球形滾輪。