CN218254534U - 用于cmp研磨的保持环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于CMP研磨的保持环，包括金属环和磨损树脂环，所述金属环与磨损树脂环采用燕尾槽式结构连接，本实用新型的化学机械抛光设备的保持环同时满足粘结型环和整体包覆型环的优点，而且还满足了金属环回收的问题，还可以防止渗漏，通过燕尾槽结构与燕尾结构扣合一起，成本低、工艺简单。

Description

用于CMP研磨的保持环

技术领域：

本实用新型涉及一种化学机械抛光装置的挡圈，更具体地，涉及用于CMP 研磨的保持环。

背景技术：

在半导体晶片制造过程中，通过化学机械抛光设备(Chemical MechanicalPolishing，CMP)对半导体晶片进行表面平坦化操作。

化学机械抛光装置是利用化学作用和物理作用涂覆在半导体晶片上的氧化膜。它是一种通过磨削使金属薄膜变平或去除的装置。

在现有技术中，如图1所示，化学机械抛光设备具有用于容纳半导体晶片7 的下部晶片容纳部，抛光头5形成于表面，连接电机旋转，设置在抛光头5下方，抛光垫6，用于抛光容纳在5中的半导体晶片7的表面，以及涂敷在抛光垫 6上的化学抛光剂，抛光头5配备有保持环，该保持环在下表面上形成晶片接收部分。半导体晶片7的外周面在研磨头5的承接部的化学机械研磨作业中被卡在挡圈的内周面而不会脱离。由研磨剂供给部向研磨垫供给的作为化学研磨剂的浆料通过接触环体1b的研磨剂供给槽供给到半导体收容部内，对半导体晶片的表面进行氧化。化学机械抛光装置是通过浆料的化学氧化作用，使抛光头和抛光垫旋转。一边反复对半导体晶片的表面进行抛光动作，一边重复抛光与抛光垫接触的半导体晶片的表面的抛光动作均匀地压平；现有技术CMP保持环的主要设计分为粘合型和整体包覆型，在图1中，粘合型是用粘合剂把1a金属环和1b磨损树脂层粘合，CMP环在磨损过程中会旋转或移动，1b会受到剪切力的影响，当受到的压力或者速度过高，剪切增大，粘合界面有脱离的风险；

粘合剂同时有固化不良或者泄露的风险，泄漏的接合材料在抛光操作过程中硬化和分离，并且晶片表面被弄脏，而且同时因为采用粘合剂，其很难去除， 1a金属环很难回收利用；在1a和8之间的间隙，研磨液也会飞溅到，间隙狭小，1a 金属环因为金属是亲水材料，清洗也很难清洗干净，有存在残留研磨液的风险，当有干燥后跌落就会在晶圆表面造成划痕。

另外整体包覆型，金属嵌件由树脂层包覆，其确实减少了粘合剂泄露和粘接不良的情况，而且树脂层本身是疏水材料，也使得划痕减少。但是其金属环被完全包裹，而且是异形，很难取出再利用，而且树脂的用量比粘合层多出许多，这些树脂都是高性能树脂，价格昂贵，使得其成本高昂。

实用新型内容：

针对现有技术存在的不足，本实用新型实施例的目的在于提供用于CMP研磨的保持环，以解决上述背景技术中的传统保持环粘合界面有脱离的风险，以及粘合剂泄露和粘接不良的情况。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

用于CMP研磨的保持环，包括金属环和磨损树脂环，所述金属环与磨损树脂环采用燕尾槽式结构连接。

作为本实用新型进一步的方案，所述金属环的内外圈表面涂覆有一层疏水涂层，其中疏水涂层的表面能不大于100mJ/m²。

作为本实用新型进一步的方案，所述磨损树脂环设有用于研磨液流动的凹槽，设有与金属环连接限制左右移动的燕尾槽结构和设有均匀分布插入金属环中限制旋转移动的凸起限位。

作为本实用新型进一步的方案，所述凸起限位的数量不小于3个。

作为本实用新型进一步的方案，所述金属环设有与研磨头连接的螺钉孔，设有与磨损树脂环连接限制左右移动的燕尾结构和设有均匀分布使磨损树脂环插入限制旋转移动的定位槽，定位槽的数量不小于3。

作为本实用新型进一步的方案，所述燕尾槽结构与所述燕尾结构连接构成所述燕尾槽式结构，所述凸起限位与所述定位槽卡合。

作为本实用新型进一步的方案，所述金属环由SUS不锈钢材料制成。

作为本实用新型进一步的方案，所述疏水涂层的材质为聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、聚苯并咪唑(PBI)、聚四氟乙烯(PTFE)、环氧树脂(EP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种。优选，疏水涂层包括过渡层和疏水外层，其中过渡层由PEEK加30％PTFE的共混物组成，疏水外层为PTFE组成，上述组合可以使疏水涂层达到较低的表面能，在研磨过程中可以尽量减少研磨液的粘连，以及该组合方式使疏水涂层与金属环也有较好的粘结性。

作为本实用新型进一步的方案，所述树脂环采用聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚碳酸酯、乙缩醛、聚醚酰胺(PEI)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中至少一种。

本实用新型具有以下有益效果：根据本实用新型的化学机械抛光设备的保持环同时满足粘结型环和整体包覆型环的优点，而且还满足了金属环回收的问题，还可以防止渗漏，通过燕尾槽结构与燕尾结构扣合一起，成本低、工艺简单。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。

附图说明：

图1是现有技术中化学机械抛光设备的结构示意图。

图2是本实用新型提供的用于CMP研磨的保持环结构示意图。

图3和图4分别是图2的A-A、B-B截面示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图和有关知识对本实用新型作出进一步的说明，进行清楚、完整地描述，显然，所描述的应用仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图2-图4所示，用于CMP研磨的保持环，包括金属环24和磨损树脂环 22，金属环24与磨损树脂环22采用燕尾槽式结构连接；如图3所示，金属环和磨损树脂环通过燕尾槽式结构连接，成本低、工艺简单，满足了金属环回收的问题，还可以防止渗漏。

其中，磨损树脂环22结构设有用于研磨液流动的凹槽27，含有与金属环24 连接限制左右移动的燕尾槽结构25和含有均匀分布插入金属环中限制旋转移动的凸起限位26，凸起限位的数量不小于3；

金属环结构含有与研磨头连接的螺钉孔，含有与磨损树脂环连接限制左右移动的燕尾结构和含有均匀分布使磨损树脂环插入限制旋转移动的定位槽23，定位槽的数量不小于3，金属环的内外圈表面有一层疏水涂层21，疏水涂层21 的表面能不大于100mJ/m2。

本实用新型安装在化学机械抛光设备上，其中容纳有晶片和围绕晶片的化学机械抛光设备连接的保持环有关。参照图3和图4，CMP保持环包含金属环24 和树脂环22两部分，其中金属环24，由金属材料制成，优先由SUS不锈钢材料制成，其表面有疏水涂层21，安装在头部，并通过相应的化学机械连接，确保能够保证设备所要求的标准的精度和刚度。此外，金属环24的下部具有树脂环22，其下表面与化学机械抛光设备的抛光垫接触。树脂环22底部有供给磨料的磨料供给槽，用于研磨液流动。

以下提供一具体的实施例

实施例1

参照图2-图4所示，用于CMP研磨的保持环，先机械加工出金属环24，金属环采用不锈钢304，金属环24顶部上有与研磨头相连的螺钉孔和定位销20，金属环24底部上有燕尾槽25和限制树脂环左右移动的定位槽23，燕尾槽25沿着内外圆周加工，燕尾槽角度不大于90°，优选45°，定位槽均匀的分布在圆周表面，然后在金属环24的表面进行喷涂出一层疏水涂层21，疏水涂层21的材质可以为聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、聚苯并咪唑 (PBI)、聚四氟乙烯(PTFE)、环氧树脂(EP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如任何一种已知的工程塑料或者为碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氧化铝 (Al2O3)、氧化硅(Si3O4)任何一种已知的陶瓷材料。

待涂层固化后放入模具中，注射树脂，在金属环的表面形成树脂环22后，冷却后取出。树脂环22采用聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚碳酸酯、乙缩醛、聚醚酰胺(PEI)、聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如任何一种已知的工程塑料以及其他材料改性的工程塑料。其他改性材料可以为玻纤、碳纤维、矿粉等无机物，也可以为芳纶、相容剂、共混合金材料等有机物。

实施例2

参照图2-图4所示，用于CMP研磨的保持环，先机械加工出金属环24，金属环采用不锈钢304，金属环24顶部上有与研磨头相连的螺钉孔和定位销20，金属环24底部上有燕尾槽25和限制树脂环左右移动的定位槽23，燕尾槽25非均匀的铺设在圆周上，分段分布，燕尾槽的夹角也更加接近90°优选85°，然后在金属环24的表面进行喷涂出一层疏水涂层21，疏水涂层21的材质可以为聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、聚苯并咪唑(PBI)、聚四氟乙烯(PTFE)、环氧树脂(EP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如任何一种已知的工程塑料或者为碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(Si3O4)任何一种已知的陶瓷材料。

待涂层固化后放入模具中，利用树脂管材加工树脂环22，树脂环22上有与金属环24对应的卡扣位置，通过一定程度加热树脂环22，使其扣件略微软化后，压配进金属环24中。树脂环22采用聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚碳酸酯、乙缩醛、聚醚酰胺(PEI)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如任何一种已知的工程塑料以及其他材料改性的工程塑料。其他改性材料可以为玻纤、碳纤维、矿粉等无机物，也可以为芳纶、相容剂、共混合金材料等有机物。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理，仅是本实用新型的优选实施方式。本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于CMP研磨的保持环，其特征在于，包括金属环和磨损树脂环，所述金属环与磨损树脂环采用燕尾槽式结构连接；所述磨损树脂环设有用于研磨液流动的凹槽，设有与金属环连接限制左右移动的燕尾槽结构和设有均匀分布插入金属环中限制旋转移动的凸起限位。

2.如权利要求1所述的用于CMP研磨的保持环，其特征在于，所述凸起限位的数量不小于3个。

3.如权利要求2所述的用于CMP研磨的保持环，其特征在于，所述金属环设有与研磨头连接的螺钉孔，设有与磨损树脂环连接限制左右移动的燕尾结构和设有均匀分布使磨损树脂环插入限制旋转移动的定位槽，定位槽的数量不小于3。

4.如权利要求3所述的用于CMP研磨的保持环，其特征在于，所述燕尾槽结构与所述燕尾结构连接构成所述燕尾槽式结构，所述凸起限位与所述定位槽卡合。

5.如权利要求4所述的用于CMP研磨的保持环，其特征在于，所述金属环由SUS不锈钢材料制成。

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