CN205057763U - 一种可快速更换研磨圈的研磨头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可快速更换研磨圈的研磨头，通过将连接机构的套管装在研磨头本体内部，套管中的压杆可上下活动，在连接研磨头本体与研磨圈时，只要压下压杆，当压杆下端的倒锥形侧面向下挤压使套管下方的胀块张开与研磨圈内部的凹槽卡口形成挤压时，胀块外侧的倒钩即可勾住研磨圈，实现既可以快速连接研磨头本体和研磨圈，又可以有效避免现有因材料关系或者操作不当引起的螺栓滑丝现象，进而缩短了研磨头的重组时间，提高了重组成功率，从而可提高CMP的有效运行时间和产能，并可降低作业人员的心理压力。

Description

一种可快速更换研磨圈的研磨头

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电路设备技术领域，更具体地，涉及一种可快速更换研磨圈的研磨头。

背景技术

在半导体领域，化学机械研磨(CMP)是半导体工艺流程中不可或缺的一环。在化学机械研磨工艺中，通过研磨台面带动研磨垫旋转，通过研磨液分配臂向研磨垫喷射研磨液；同时，以研磨头保持待研磨的晶圆，将晶圆的待研磨面按压在研磨垫上并作相对转动，对晶圆进行研磨处理并使其平坦化。其中，研磨头包括本体和安装在其下方的研磨圈，研磨圈用于固定晶圆。

由于技术关系，CMP和其前、后站工艺设备比起来产量是比较低的，这一点在后道铜制程尤其明显。为改变这一现状、提高产量，以及顺应未来450mm晶圆量产的趋势，目前CMP主设备已开始逐渐大型化和多研磨头化。研磨头逐渐大型化和复杂化，导致研磨头的重组变得更复杂、花费时间更长。与此相对应的研磨台面也变得更大，研磨垫的尺寸也随之增加到了42英寸乃至更大。为了更好地使研磨液在研磨台面上分布得更均匀，研磨液分配臂的数量也越来越多，让空间管理变得更加复杂。同时，由于CMP的产能与前一个站点镀铜制程比起来较低，而2个站点之间又只有8～24小时的排队时间，这会给制造部门排货造成很大压力。

CMP已在一定程度通过压缩周期维护时间、提高周期维护效率的方式增加产能。但由于现有的研磨头本体与研磨圈之间是采用螺栓连接的方式进行安装的，且需要环绕研磨头本体圆周安装多个，这对安装精度及力度的把握要求较高。因此，体现在研磨头重组上的工时也较长，影响了周期维护的效率。同时，由于需要人工作业，不同工程师之间在经验以及工作效率上都存在一定差异，体现在研磨头的重组上也会造成一定的失误率，带来作业人员相当的心理压力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种可快速更换研磨圈的研磨头，通过采用新型连接机构，可以缩短重组时间、减少失误率、提高重组效率，从而可提高CMP的有效运行时间和产能，并可降低作业人员的心理压力。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种可快速更换研磨圈的研磨头，所述研磨头包括：

本体，其近边部轴对称贯通设有若干安装孔；

研磨圈，设有与安装孔对应的凹槽，所述凹槽上部设有与安装孔对应的卡口；

连接机构，用于连接本体和研磨圈，包括：

套管，配合设于安装孔内；

压杆，配合穿过套管设置，所述压杆下端具有倒锥形侧面，所述压杆上端具有起出结构；

多片活动胀块，与套管下端形成活动连接，并环绕设于凹槽内，所述胀块的内侧面具有与压杆下端倒锥形侧面相对应的斜面，其外侧面具有钩形突起，所述胀块在所述压杆压下时受挤压向外胀开，带动其钩形突起向上顶住凹槽卡口。

优选地,所述连接机构中至少压杆及胀块包裹有弹塑性材料。

优选地,所述胀块上端与套管下端通过铰链连接。

优选地,所述胀块的侧断面为具有上小下大的锥形，其锥形外侧接有三角形的钩形突起。

优选地,所述起出结构包括在压杆上端面设置拉手或螺旋起出孔。

优选地,所述起出结构包括在压杆顶端设置一大于杆身的平头，并在套管上端设置相配合的缺口，所述缺口底面低于平头下端面。

优选地,所述压杆下端面与凹槽底面之间设有定位机构。

优选地,所述定位机构为相配合的定位销和定位孔，分别设于压杆下端面与凹槽底面。

优选地,所述压杆包裹有弹塑性材料，在压杆下端面的弹塑性材料设置一定位孔，在凹槽底面突出设置一相配合的定位销，组成所述定位机构。

优选地,所述定位销具有与定位孔相配合的球体头部。

从上述技术方案可以看出，本实用新型采用具有胀紧功能并可快速压下及起出的新型连接机构，通过将连接机构的套管装在研磨头本体内部，套管中的压杆可上下活动，在连接研磨头本体与研磨圈时，只要压下压杆，当压杆下端的倒锥形侧面向下挤压使套管下方的胀块张开与研磨圈内部的凹槽卡口形成挤压时，胀块外侧的倒钩即可勾住研磨圈。与现有技术相比，本实用新型通过改变现有研磨头本体与研磨圈之间的螺栓连接方式，使之更有效地组合在一起。其优点在于：既可以快速连接研磨头本体和研磨圈，又可以有效避免因材料关系或者操作不当引起的螺栓滑丝现象，进而缩短了研磨头的重组时间，提高了重组成功率，从而可提高CMP的有效运行时间和产能，并可降低作业人员的心理压力。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的一种可快速更换研磨圈的研磨头结构示意图；

图2是本实用新型一较佳实施例的一种可快速更换研磨圈的研磨头结构俯视图；

图3是胀块与套管的一种连接结构示意图；

图4是压杆与套管的上端俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本实用新型的实施方式时，为了清楚地表示本实用新型的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本实用新型的限定来加以理解。

在以下本实用新型的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本实用新型一较佳实施例的一种可快速更换研磨圈的研磨头结构示意图，其显示研磨头近图示左侧的局部结构。如图1所示，本实用新型的一种可快速更换研磨圈的研磨头，包括上、下安装的本体20和环形研磨圈10，本体和研磨圈通过连接机构30进行安装连接并固定。在靠近本体边部的位置，环绕本体的圆周以轴对称形式加工有若干贯通的安装孔21。在研磨圈的与本体安装孔对应位置，加工有数量相一致的开口凹槽11。在凹槽上部的开口部加工有向内侧突出的一圈卡口111，形成断面为近似倒T形的开口凹槽11。卡口111的位置与安装孔21相对应。

请参阅图2，图2是本实用新型一较佳实施例的一种可快速更换研磨圈的研磨头结构俯视图。如图2所示，在靠近本体20边部的位置，环绕本体的圆周以轴对称形式加工有8～16个贯通的安装孔21，其下方连接的研磨圈(被遮盖)与本体安装孔对应位置加工有数量相同的凹槽。每个安装孔和凹槽中对应装有一个连接机构30。

请继续参阅图1。连接机构30用于连接本体20和研磨圈10，其包括套管31、压杆32以及多片活动胀块33。套管31可与安装孔21相配合，并固定装入安装孔内，例如可采用一定的过盈配合方式压入安装孔内，或采用黏结方式等。

压杆32可与套管31相配合，并穿过套管设置。在压杆的下端具有倒锥形的侧面322。在实际的制作时，可以将压杆的下端加工出一个图示倒梯形的锥体323形式。也可以利用较粗的压杆直接在其下端侧面加工出一圈斜面来形成倒锥形的侧面。在压杆的上端加工有起出结构321，以在进行连接机构30拆卸时可将压杆32向上迅速拔出。

在套管31下方布置有多片可活动的胀块33，每个胀块的上端与套管下端形成活动连接，并环绕一圈设于凹槽11内。胀块的内侧面加工成与压杆下端倒锥形侧面相对应的斜面331；在外侧面加工有倒钩形的突起332。

请继续参阅图1。为了增强固定效果，减少磨损及避免产生磨屑，作为一优选地实施方式，可以将连接机构套管31、压杆32及胀块33中的至少压杆和胀块包裹一层弹塑性材料34。例如，套管、压杆及胀块的材质可采用不锈钢，并可在压杆及胀块外包裹一层工程塑料34。套管31内壁也可以同时包裹一层工程塑料。

请参阅图3，图3是胀块与套管的一种连接结构示意图。如图3所示，胀块33上端与套管31下端之间可通过例如铰链35进行活动连接，以便在胀块受到压杆挤压时能向外侧转动胀开。

请继续参阅图1和图3。作为一优选地实施方式，可将胀块33加工成侧断面为具有上小下大的锥形形状，并在其锥形外侧加工出例如三角形的倒钩形突起332。此钩形突起332也可利用胀块外包裹的工程塑料34来成型。当压杆32压下时，胀块33的内侧面331将受到压杆下端锥形面322结构的挤压而使胀块绕铰链35向外侧方向胀开，带动其倒钩形突起332向上转动，直到顶住凹槽卡口111，从而使研磨头本体20和研磨圈10连接在一起。同时，胀块表面的工程塑料34可与研磨圈凹槽11的内壁产生一个摩擦力，使研磨头本体和研磨圈更好地固定在一起。

请参阅图4，图4是压杆与套管的上端俯视结构示意图。如图4所示，在压杆上端设置的起出结构，可包括在压杆顶端设置一大于杆身的平头321(请参考图1结构加以理解)，并在套管31上端设置相配合的缺口311，缺口311底面应低于平头321的下端面。缺口311可自套管31上端向下对称加工2～4个，以便可使用例如一字螺丝起子从缺口处撬动压杆平头321，将压杆起出。起出结构也可以通过包括在压杆上端面设置拉手或螺旋起出孔等的方式构成。在安装连接机构时，通常会使压杆上端不露出本体的上表面，可以此标准进行连接机构各部件的配合安装。

请继续参阅图1。为了增强本体与研磨圈的固定效果，还可以在压杆32下端面与凹槽11底面之间增加设置定位机构。作为一优选地实施方式，定位机构可以采用相配合的定位销112和定位孔324形式，并分别设于压杆下端面与凹槽底面。其中，可按图示的方式，在凹槽11底面加工向上突出的定位销112、在压杆32下端面加工相应内凹的定位孔324。并且，如果压杆包裹有弹塑性材料例如工程塑料34，可在图示压杆下端面的工程塑料34直接加工出定位孔324，与凹槽底面突出的定位销112相配合，组成定位机构。同时,为了增强配合效果，可进一步将定位销112的头部加工出可与定位孔324更好配合的球体形状。

在进行研磨头本体20与研磨圈10的重组安装时，先将套管31装入研磨头本体的各安装孔21，使连接机构30整体安装在研磨头本体上，并使压杆32处于拔起状态。当研磨圈从下方与研磨头本体对准之后，胀块33即容于研磨圈凹槽11内。此时，可使用工具按压压杆32顶部，使压杆下端的锥形部323向下挤压胀块33，胀管受到挤压即向外膨胀，与研磨圈凹槽挤压在一起，直至胀块的倒钩332勾住研磨圈凹槽卡口111，使研磨头本体和研磨圈快速、牢固地固定在一起。当压杆下端的定位孔324与研磨圈凹槽底部的定位销112连接起来时，表明连接机构已安装连接到位，定位机构可辅助增强连接机构的固定作用。在研磨圈使用周期到期需要拆除时，可使用一字螺丝刀对准套管31上的缺口311撬动压杆平头321，将压杆32起出，胀块33受自重作用将绕铰链35回转，以解除研磨头本体与研磨圈之间的固定，从而可快速完成研磨圈的拆除。

从上述技术方案可以看出，本实用新型采用具有胀紧功能并可快速压下及起出的新型连接机构，通过将连接机构的套管装在研磨头本体内部，套管中的压杆可上下活动，在连接研磨头本体与研磨圈时，只要压下压杆，当压杆下端的倒锥形侧面向下挤压使套管下方的胀块张开与研磨圈内部的凹槽卡口形成挤压时，胀块外侧的倒钩即可勾住研磨圈。与现有技术相比，本实用新型通过改变现有研磨头本体与研磨圈之间的螺栓连接方式，使之更有效地组合在一起。本实用新型既可以快速连接研磨头本体和研磨圈，又可以有效避免因材料关系或者操作不当引起的螺栓滑丝现象，进而缩短了研磨头的重组时间，提高了重组成功率，从而可提高CMP的有效运行时间和产能，并可降低作业人员的心理压力。

以上所述的仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用以限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述研磨头包括：

本体，其近边部轴对称贯通设有若干安装孔；

研磨圈，设有与安装孔对应的凹槽，所述凹槽上部设有与安装孔对应的卡口；

连接机构，用于连接本体和研磨圈，包括：

套管，配合设于安装孔内；

压杆，配合穿过套管设置，所述压杆下端具有倒锥形侧面，所述压杆上端具有起出结构；

多片活动胀块，与套管下端形成活动连接，并环绕设于凹槽内，所述胀块的内侧面具有与压杆下端倒锥形侧面相对应的斜面，其外侧面具有钩形突起，所述胀块在所述压杆压下时受挤压向外胀开，带动其钩形突起向上顶住凹槽卡口。

2.根据权利要求1所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述连接机构中至少压杆及胀块包裹有弹塑性材料。

3.根据权利要求1或2所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述胀块上端与套管下端通过铰链连接。

4.根据权利要求1或2所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述胀块的侧断面为具有上小下大的锥形，其锥形外侧接有三角形的钩形突起。

5.根据权利要求1所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述起出结构包括在压杆上端面设置拉手或螺旋起出孔。

6.根据权利要求1所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述起出结构包括在压杆顶端设置一大于杆身的平头，并在套管上端设置相配合的缺口，所述缺口底面低于平头下端面。

7.根据权利要求1所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述压杆下端面与凹槽底面之间设有定位机构。

8.根据权利要求7所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述定位机构为相配合的定位销和定位孔，分别设于压杆下端面与凹槽底面。

9.根据权利要求8所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述压杆包裹有弹塑性材料，在压杆下端面的弹塑性材料设置一定位孔，在凹槽底面突出设置一相配合的定位销，组成所述定位机构。

10.根据权利要求8或9所述的可快速更换研磨圈的研磨头，其特征在于，所述定位销具有与定位孔相配合的球体头部。