CN111496670A - 沟槽式化学机械抛光保持环及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学机械保持环的技术领域，具体是沟槽式化学机械抛光保持环及其制造方法，用于解决现有技术中金属环和塑料环通过粘合剂粘接在一起，从而导致了粘合剂可能外溢，粘合剂破碎后掉落出渣状颗粒，以及使金属环和保持环连接强度比较弱的问题。本发明包括金属环和塑料环，所述金属环包括安装面和结合面，所述结合面上开有沟槽，所述塑料环上设有通过注塑与沟槽卡接的凸缘。本发明中在注塑的过程中塑料环的凸缘直接与沟槽形成一体，从而可以极大的提高金属环和塑料环间的结合强度；金属环和塑料环间不需要通过粘合剂粘接在一起，不会存在粘合剂可能外溢和粘合剂破碎后掉落出渣状颗粒的问题。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械保持环的技术领域，更具体的是涉及沟槽式化学机械抛光保持环及其制造方法。
背景技术
半导体芯片制造过程中的一种关键工艺是化学机械抛光，又称为化学机械平坦化。在化学机械抛光过程中，硅晶圆被面朝下以一定的压力压在抛光垫表面，两者做相对旋转运动、同时引入抛光液，进行化学机械抛光。硅晶圆可以保持在其位置转动并相对抛光垫运动，而不会被转动产生的离心力和相对运动的摩擦力带离其位置，这是依赖环绕在硅晶圆周围的保持环的作用而实现的。
现有技术中化学机械抛光保持环包括：一个具有较高刚性模量的不锈钢金属环和一个由比较耐磨耐化学腐蚀材料制作的塑料环。塑料环是由横向切割塑料管材而得到一片一片的塑料圆环。金属环和塑料环两个环上下叠层并通过粘合剂粘接固定在一起，塑料环表面一般需要额外工序处理后进行粘接以增强粘接强度。
使用粘合剂将金属环和塑料环粘接在一起，存在粘合剂外溢，并在抛光过程中粘合剂破碎掉落出渣状颗粒的风险，而且金属环与塑料环间的粘接强度也比较弱。因此，需要一种可以降低粘合剂外溢和破碎风险，且可以提高金属环和塑料环连接强度的保持环以及其制造方法。
发明内容
基于以上问题，本发明提供了沟槽式化学机械抛光保持环及其制造方法，用于解决现有技术中金属环和塑料环通过粘合剂粘接在一起，从而导致了粘合剂可能外溢，粘合剂破碎后掉落出渣状颗粒，以及使金属环和保持环连接强度比较弱的问题。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
沟槽式化学机械抛光保持环，包括金属环和塑料环，所述金属环包括安装面和结合面，所述结合面上开有沟槽，所述塑料环上设有通过注塑与沟槽卡接的凸缘。
作为一种优选的方式，所述沟槽的数量为至少一个。
作为一种优选的方式，相邻两个所述沟槽间形成沟槽墙壁，所述沟槽墙壁上开有豁口。
作为一种优选的方式，所述豁口连通相邻两个沟槽。
作为一种优选的方式，所述豁口的横截面形状为方形或矩形或梯形或倒T形。
作为一种优选的方式，所述沟槽内开有凹陷结构。
作为一种优选的方式，所述凹陷结构为螺纹孔或光滑孔。
作为一种优选的方式，所述沟槽的横截面形状为梯形或倒T形。
沟槽式化学机械抛光保持环的制造方法，制造方法为：
步骤1：在金属环的结合面上加工出连接槽组件；
步骤2：将步骤1中的金属环放入模具型腔的底部，并使金属环的结合面与注塑料流入的方向对应；
步骤3：加热融化注塑料并在压力作用下推动熔融的注塑料流动进入模具型腔内，使注塑料填充结合面上的连接槽组件；
步骤4：将注塑料冷却后原位形成塑料环，使得塑料环和金属环直接结合在一起后，使塑料环和金属环脱模，形成塑料环和金属环直接结合在一起的叠层结构；
步骤5：步骤4中的叠层结构通过精密机械加工得到保持环成品，并在塑料环的表面刻出斜槽
作为一种优选的方式，所述连接槽组件为多个沟槽与豁口的结构或多个豁口与、沟槽、凹陷结构的结合或一个沟槽与凹陷结构的结合。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中通过在金属环的结合面上开有沟槽，并将金属环和保持环注塑在一起，注塑的过程中塑料环的凸缘直接与沟槽形成一体，从而可以极大的提高金属环和塑料环间的结合强度；金属环和塑料环间不需要通过粘合剂粘接在一起，因此就不会存在粘合剂可能外溢和粘合剂破碎后掉落出渣状颗粒的问题了。
(2)本发明中沟槽的数量为至少一个，多个沟槽可以使金属环和塑料环间连接的强度更大。
(3)本发明中相邻两个沟槽间形成沟槽墙壁，沟槽墙壁上开有豁口；豁口连通相邻两个沟槽。当沟槽沿结合面的周向设置时，注塑料填充豁口冷却后会在沿金属环的径向形成连接的结构，此结构被豁口四周的金属所卡紧，以上两种情况都可以极大的增加金属环和塑料环间的连接强度；当沟槽沿结合面的径向设置时，注塑料填充豁口冷却后会在沿金属环的周向形成连接的结构，此结构被豁口四周的金属所卡紧。
(4)本发明中沟槽内开有螺纹孔或光滑孔，螺纹孔或光滑孔坑口的面积可以大于、等于或小于坑底的面积，注塑的时候注塑料也可以进入螺纹孔或光滑孔中，冷却后注塑料在螺纹孔或光滑孔内直接与金属环形成一体，这样可以进一步的增加金属环和塑料环间的连接强度。
(5)本发明中简化了生产保持环的制造工艺，从而降低了保持环的生产成本，提高了保持环的生产效率。
附图说明
图1为本发明的正面剖视结构简图；
图2为本发明的俯视结构简图；
图3为本发明中金属环的结合面上开有两条沟槽时的俯视结构简图；
图4为本发明沟槽的横截面形状为梯形时金属环的局部剖视结构简图；
图5为本发明沟槽的横截面形状为倒T形时金属环的局部剖视结构简图；
图6为本发明中沟槽墙壁上开有豁口时金属环的俯视结构简图；
图7为本发明图6中A-A处的剖视结构简图；
图8为本发明豁口的形状为梯形时金属环沟槽墙壁上豁口处的局部剖视结构简图；
图9为本发明豁口的形状为倒T形时金属环沟槽墙壁上豁口处的局部剖视结构简图；
图10为本发明中沟槽内开有凹陷结构时金属环的俯视结构简图；
图11为本发明图10中B-B处的剖视结构简图；
图12为本发明图10中C-C处的剖视结构简图；
图13为本发明中沟槽数量为一个且在沟槽内开有凹陷结构时金属环的俯视结构简图；
图14为本发明图13中D-D处的剖视结构简图；
附图标记：1金属环，101沟槽，102豁口，103凹陷结构，104沟槽墙壁，2塑料环， 201凸缘，202斜槽。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1-3所示，沟槽式化学机械抛光保持环，包括金属环1和塑料环2，金属环1包括安装面和结合面，结合面上开有沟槽101，塑料环2上设有通过注塑与沟槽101卡接的凸缘201，其中沟槽101优选沿结合面的周向设置。
沟槽式化学机械抛光保持环的制造方法，包括上述沟槽101，制造方法为：
步骤1：在金属环1的结合面上加工出连接槽组件：
步骤2：将步骤1中的金属环1放入模具型腔的底部，并使金属环1的结合面与注塑料流入的方向对应；
步骤3：加热融化注塑料并在压力作用下推动熔融的注塑料流动进入模具型腔内，使注塑料填充结合面上的连接槽组件；
步骤4：将注塑料冷却后原位形成塑料环2，使得塑料环2和金属环1直接结合在一起后，使塑料环2和金属环1脱模，形成塑料环2和金属环1直接结合在一起的叠层结构；
步骤5：步骤4中的叠层结构通过精密机械加工得到保持环成品，并在塑料环2的表面刻出斜槽202。
工作原理：在制造该保持环的时候，先在金属环1的结合面上开出连接槽组件，然后通过注塑的形式将注塑料注塑在沟槽101中，注塑料优选聚苯硫醚树脂料，这样注塑料冷却后就直接形成塑料环2了，而塑料环2在沟槽101中的那部分就形成了凸缘201，这样凸缘201与沟槽101直接注塑形成为一体，从而使金属环1和塑料环2也直接成型为一体，这样直接避免了用粘合剂将金属环1和塑料环2粘接在一起，一方面可以使金属环1和塑料环2 接间的强度更好，另一方面不会存在粘合剂可能外溢和粘合剂破碎后掉落出渣状颗粒的问题，因此通过在金属环1的结合面上开沟槽101，以及通过注塑将塑料环2和金属环1连接在一起具有非常积极的意义。
实施例2：
如图4所示，在上述实施例1的基础上，沟槽101的横截面形状为梯形，梯形的沟槽101便于加工。
实施例3：
如图5所示，在上述实施例1的基础上，沟槽101的横截面形状为倒T形，当注塑料注入倒T形的沟槽101的沟槽时，可以使金属环1和塑料环2间连接的强度更好。
实施例4：
如图6-7所示，在上述实施例1的基础上，沟槽101的数量为多个，相邻两个沟槽101间形成沟槽101墙壁，沟槽101墙壁上开有豁口102，豁口102连通相邻两个沟槽101。
沟槽式化学机械抛光保持环的制造方法，制造方法为：
步骤1：在金属环1的结合面上加工出多个沟槽101，并在相邻两个沟槽101间加工出豁口102；
步骤2：将步骤1中的金属环1放入模具型腔的底部，并使金属环1的结合面与注塑料流入的方向对应；
步骤3：加热融化注塑料并在压力作用下推动熔融的注塑料流动进入模具型腔内，使注塑料填充结合面上的沟槽101和豁口102；
步骤4：将注塑料冷却后原位形成塑料环2，使得塑料环2和金属环1直接结合在一起后，使塑料环2和金属环1脱模，形成塑料环2和金属环1直接结合在一起的叠层结构；
步骤5：步骤4中的叠层结构通过精密机械加工得到保持环成品，并在塑料环2的表面刻出斜槽202。
当沟槽101沿结合面的径向设置时，注塑料填充豁口102冷却后会在沿金属环1的周向形成连接的结构，此结构被豁口102四周的金属所卡紧；当沟槽101沿结合面的周向设置时，注塑料填充豁口102冷却后会在沿金属环1的径向形成连接的结构，此结构被豁口102四周的金属所卡紧，以上两种情况都可以极大的增加金属环1和塑料环2间的连接强度。
实施例5：
如图8所示，在实施例4的基础上，豁口102的横截面形状为梯形，梯形的豁口102便于加工。
实施例6：
如图9所示，在实施例4的基础上，豁口102的横截面形状为倒T形，当注塑料注入倒T形的豁口102的沟槽时，可以进一步使金属环1和塑料环2间连接的强度更好。
实施例7：
如图10-12示，在上述实施例4的基础上，沟槽101的底部开有凹陷结构103，该凹陷结构103为螺纹孔或光滑孔。
沟槽式化学机械抛光保持环的制造方法，制造方法为：
步骤1：在金属环1的结合面上加工出多个沟槽101，并在相邻两个沟槽101间加工出豁口102，然后在沟槽101内开出凹陷结构103；
步骤2：将步骤1中的金属环1放入模具型腔的底部，并使金属环1的结合面与注塑料流入的方向对应；
步骤3：加热融化注塑料并在压力作用下推动熔融的注塑料流动进入模具型腔内，使注塑料填充结合面上的沟槽101、豁口102和凹陷结构103；
步骤4：将注塑料冷却后原位形成塑料环2，使得塑料环2和金属环1直接结合在一起后，使塑料环2和金属环1脱模，形成塑料环2和金属环1直接结合在一起的叠层结构；
步骤5：步骤4中的叠层结构通过精密机械加工得到保持环成品，并在塑料环2的表面刻出斜槽202。
螺纹孔或光滑孔坑口的面积可以大于、等于或小于坑底的面积，注塑的时候注塑料也可以进入螺纹孔或光滑孔103中，冷却后注塑料在螺纹孔或光滑孔103内直接与金属环1形成一体，这样可以进一步的增加金属环1和塑料环2间的连接强度。
实施例8：
如图13-14所示，在上述实施例1的基础上，沟槽101的数量为一个，且在沟槽101的底部开有凹陷结构103，凹陷结构103为螺纹孔或光滑孔。
沟槽式化学机械抛光保持环的制造方法，制造方法为：
步骤1：在金属环1的结合面上加工出一个沟槽101，并在沟槽101内开出凹陷结构103；
步骤2：将步骤1中的金属环1放入模具型腔的底部，并使金属环1的结合面与注塑料流入的方向对应；
步骤3：加热融化注塑料并在压力作用下推动熔融的注塑料流动进入模具型腔内，使注塑料填充结合面上的沟槽101和凹陷结构103；
步骤4：将注塑料冷却后原位形成塑料环2，使得塑料环2和金属环1直接结合在一起后，使塑料环2和金属环1脱模，形成塑料环2和金属环1直接结合在一起的叠层结构；
步骤5：步骤4中的叠层结构通过精密机械加工得到保持环成品，并在塑料环2的表面刻出斜槽202。
加工的这条沟槽101最好与金属环1的外缘呈同心圆，这样便于加工沟槽101，且可以增加沟槽101的长度，便于使金属环1和塑料环2全方为的结合在一起。同时在减少沟槽101数量的情况下，选择在沟槽101底部开有螺纹孔或光滑孔，注塑料会填充沟槽101和凹陷结构103，因此在减少加工难度的情况下，不会影响到金属环1和塑料2的粘接强度。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.沟槽式化学机械抛光保持环，包括金属环(1)和塑料环(2)，其特征在于：所述金属环(1)包括安装面和结合面，所述结合面上开有沟槽(101)，所述塑料环(2)上设有通过注塑与沟槽(101)卡接的凸缘(201)。
2.根据权利要求1所述的沟槽式化学机械抛光保持环，其特征在于：所述沟槽(101)的数量为至少一个。
3.根据权利要求2所述的沟槽式化学机械抛光保持环，其特征在于：相邻两个所述沟槽(101)间形成沟槽墙壁(104)，所述沟槽墙壁(104)上开有豁口(102)。
4.根据权利要求3所述的沟槽式化学机械抛光保持环，其特征在于：所述豁口(102)连通相邻两个沟槽(101)。
5.根据权利要求4所述的沟槽式化学机械抛光保持环，其特征在于：所述豁口(102)的横截面形状为方形或矩形或梯形或倒T形。
6.根据权利要求2-4任一项所述的沟槽式化学机械抛光保持环，其特征在于：所述沟槽(101)内开有凹陷结构(103)。
7.根据权利要求6所述的沟槽式化学机械抛光保持环，其特征在于：所述凹陷结构(103)为螺纹孔或光滑孔。
8.根据权利要求2所述的沟槽式化学机械抛光保持环，其特征在于：所述沟槽(101)的横截面形状为梯形或倒T形。
9.沟槽式化学机械抛光保持环的制造方法，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的金属环(1)，制造方法为：
步骤1：在金属环(1)的结合面上加工出连接槽组件；
步骤2：将步骤1中的金属环(1)放入模具型腔的底部，并使金属环(1)的结合面与注塑料流入的方向对应；
步骤3：加热融化注塑料并在压力作用下推动熔融的注塑料流动进入模具型腔内，使注塑料填充结合面上的连接槽组件；
步骤4：将注塑料冷却后原位形成塑料环(2)，使得塑料环(2)和金属环(1)直接结合在一起后，使塑料环(2)和金属环(1)脱模，形成塑料环(2)和金属环(1)直接结合在一起的叠层结构；
步骤5：步骤4中的叠层结构通过精密机械加工得到保持环成品，并在塑料环(2)的表面刻出斜槽(202)。
10.根据权利要求9所述的沟槽式化学机械抛光保持环的制造方法，其特征在于：所述连接槽组件为多个沟槽(101)与豁口(102)的结合或多个沟槽(101)与豁口(102)、凹陷结构(103)的结合或一个沟槽(101)与凹陷结构(103)的结合。
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|---|---|---|---|---|
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| CN114147624A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-03-08 | 北京子牛亦东科技有限公司 | 一种用于化学机械研磨设备的研磨头的挡圈 |
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