一种用于化学机械抛光的承载头和抛光系统的制作方法

本申请实施例涉及半导体制造，尤其涉及一种用于化学机械抛光的承载头和抛光系统。

背景技术：

1、在半导体加工技术中，化学机械抛光(chemical mechanical polishing,cmp)是半导体制造中实现晶圆全局平坦化的关键工艺。在该工艺中，承载头(也称为抛光头)用于在抛光过程中夹持并向下施压晶圆，使其与旋转的抛光垫接触，同时在抛光液的作用下实现材料的精准去除。承载头的性能直接决定了晶圆表面的抛光均匀性、缺陷率以及工艺的稳定性与重复性，是cmp设备的核心部件之一。

2、典型的承载头结构主要包括基座、位于基座下方用于承载晶圆的弹性膜，以及环绕于弹性膜外周侧的保持环。弹性膜通过其下方形成的压力腔室向晶圆背面施加可调控的压力分布，是实现区域压力控制的关键。保持环则主要承担两大功能：其一是在物理上限制晶圆的位置，防止晶圆在高速抛光过程中滑出；其二是通过接触并下压抛光垫，抵消晶圆边缘区域的应力集中现象，从而改善晶圆边缘的抛光均匀性。

3、为了兼顾强度、耐磨性与成本，目前业界广泛采用的保持环结构多为金属基体与高性能工程塑料(如聚苯硫醚、聚醚醚酮等)的复合件。其中，塑料部分构成与抛光垫直接接触的底面，以利用其优良的耐化学腐蚀性和相对较低的磨损成本。然而，在长时间的抛光过程中，保持环塑料底面持续承受着下压力和抛光液中磨粒的剪切与冲击，不可避免地会发生磨损，导致其整体厚度逐渐减小。即使采用耐磨性能优异的特种工程塑料，其磨损速率虽可降低，但在大批量、高强度的生产环境中，累积磨损量依然十分可观，成为一个不可忽视的工艺变量。

4、保持环高度的持续降低会引发一系列负面效应。由于保持环通常与承载头的基座或相关支撑结构刚性或半刚性连接，其下移会连带改变其与下方弹性膜之间的相对竖向位置关系。具体表现为，磨损后的保持环会相对更靠近抛光垫，从而对其外侧的弹性膜区域形成向上的挤压。这种挤压会导致弹性膜预设的形态发生畸变，严重时可能引发膜侧壁的“压溃”，即被过度折叠或压缩。

5、弹性膜“压溃”的根本危害在于，这直接干扰了弹性膜向晶圆背面传递的压力分布，使得实际作用于晶圆上的压力响应特性随保持环的磨损进程而动态变化、无法保持稳定。这种压力响应特性的不一致性，会导致抛光工艺的重复性变差。同一承载头在不同使用寿命阶段，或同一机台不同承载头之间因磨损状态不同，其抛光均匀性，尤其是边缘区域的抛光结果，将产生显著差异。这不仅增加了工艺调试与维护的复杂性，更可能对晶圆的最终良率构成直接影响。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种用于化学机械抛光的承载头和抛光系统，以至少部分解决上述问题。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种用于化学机械抛光的承载头，其包括：

3、基座；

4、弹性膜，设置于基座下方，用于装载待抛光的晶圆；

5、保持环，设置于基座下方并位于弹性膜的外周侧；

6、还包括调节组件，设置于保持环的上方，用于调节保持环的竖向位置以补偿其底面的磨损，进而维持保持环相对于弹性膜的竖向位置；

7、所述调节组件与保持环的连接处设置有相互匹配的楔形结构，使得调节组件推动保持环沿竖向移动。

8、在一些实施例中，所述调节组件包括外滑块、内滑块和驱动件，所述驱动件设置于外滑块与内滑块之间，以间接通过外滑块及内滑块推动所述保持环移动。

9、在一些实施例中，所述保持环的顶面配置有楔形槽，所述外滑块及内滑块的外侧匹配设置有倾斜面，其滑动设置于所述楔形槽中。

10、在一些实施例中，所述调节组件的数量为多个，其沿保持环的周向间隔设置。

11、在一些实施例中，承载头还包括安装盘，用于辅助固定弹性膜，所述安装盘的外沿配置有第一限位槽；所述保持环的内沿配置有向内延伸的第一限位台，其与所述第一限位槽匹配设置，使得保持环卡接于安装盘的第一限位槽。

12、在一些实施例中，所述第一限位槽的数量为多个，其位于安装盘的顶面并沿安装盘的周向均匀设置。

13、在一些实施例中，所述驱动件为气囊，其设置于外滑块与内滑块之间并形成密封腔室；所述外滑块和/或内滑块的内部设置有通气孔道，以将气体通入气囊的密封腔室来改变其膨胀程度，进而推动所述保持环移动。

14、在一些实施例中，所述驱动件的至少部分为永磁体，其通过磁斥力推动外滑块及内滑块，使得所述保持环沿竖向移动。

15、在一些实施例中，所述驱动件为环形结构，其与外滑块及内滑块的相邻段为永磁体，并且，永磁体的磁极沿径向设置。

16、在一些实施例中，所述保持环的顶面配置有楔形凸台，所述外滑块及内滑块的内侧匹配设置有倾斜面，其滑动设置于所述楔形凸台的两侧。

17、在一些实施例中，所述保持环的外周侧配置有第二限位台，其朝向外侧延伸设置并沿周向间隔设置；所述基座匹配设置有第二限位槽，所述第二限位台卡接于所述第二限位槽中。

18、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种化学机械抛光系统，其包括抛光盘、供液装置、修整装置和上面所述的承载头，所述承载头将待抛光基板抵压于抛光盘上方的抛光垫，所述供液装置朝向抛光垫与基板之间供给抛光液，所述修整装置用于修整抛光垫的表面。

19、本实用新型的有益效果包括：

20、a.有效补偿保持环磨损，维持关键部件相对位置恒定：通过设置包含楔形结构的调节组件，能够实时或定期对保持环的竖向位置进行主动调节，直接补偿其底面的磨损量。该设计确保了在整个保持环使用寿命周期内，其底面与弹性膜底面之间的相对竖向距离基本保持不变，从根本上消除了因保持环磨损下移而对弹性膜造成的挤压与干涉，保障了弹性膜形态与压力传递功能的稳定性。

21、b.稳定压力响应特性，提升抛光工艺一致性与均匀性：由于弹性膜的工作形态免受保持环磨损进程的干扰，其向晶圆背面施加的压力分布特性得以保持长期稳定。这显著提高了同一承载头在不同抛光周期、以及不同承载头之间的工艺重复性，使得晶圆全局，尤其是边缘区域的抛光均匀性(去除速率与平整度)不再随保持环的磨损状态而发生漂移，从而提升了整体工艺的稳定性和产品良率。

22、c.延长核心部件使用寿命，降低综合维护成本：该可调节设计允许承载头在保持环发生显著磨损后，通过调整位置而非立即更换来恢复其功能精度。这大幅延长了价格较高的保持环的使用寿命，减少了因频繁更换保持环导致的耗材成本与设备停机时间。同时，结构设计兼容气囊驱动或磁力驱动等多种可靠且易控的调节方式，维护与调节操作简便，有利于降低设备的长期运维成本与复杂度。

1.一种用于化学机械抛光的承载头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述调节组件包括外滑块、内滑块和驱动件，所述驱动件设置于外滑块与内滑块之间，以间接通过外滑块及内滑块推动所述保持环移动。

3.根据权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述保持环的顶面配置有楔形槽，所述外滑块及内滑块的外侧匹配设置有倾斜面，其滑动设置于所述楔形槽中。

4.根据权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述调节组件的数量为多个，其沿保持环的周向间隔设置。

5.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，还包括安装盘，用于辅助固定弹性膜，所述安装盘的外沿配置有第一限位槽；所述保持环的内沿配置有向内延伸的第一限位台，其与所述第一限位槽匹配设置，使得保持环卡接于安装盘的第一限位槽。

6.根据权利要求5所述的承载头，其特征在于，所述第一限位槽的数量为多个，其位于安装盘的顶面并沿安装盘的周向均匀设置。

7.根据权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述驱动件为气囊，其设置于外滑块与内滑块之间并形成密封腔室；所述外滑块和/或内滑块的内部设置有通气孔道，以将气体通入气囊的密封腔室来改变其膨胀程度，进而推动所述保持环移动。

8.根据权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述驱动件的至少部分为永磁体，其通过磁斥力推动外滑块及内滑块，使得所述保持环沿竖向移动。

9.根据权利要求8所述的承载头，其特征在于，所述驱动件为环形结构，其与外滑块及内滑块的相邻段为永磁体，并且，永磁体的磁极沿径向设置。

10.根据权利要求7所述的承载头，其特征在于，所述保持环的顶面配置有楔形凸台，所述外滑块及内滑块的内侧匹配设置有倾斜面，其滑动设置于所述楔形凸台的两侧。

11.根据权利要求10所述的承载头，其特征在于，所述保持环的外周侧配置有第二限位台，其朝向外侧延伸设置并沿周向间隔设置；所述基座匹配设置有第二限位槽，所述第二限位台卡接于所述第二限位槽中。

12.一种化学机械抛光系统，其特征在于，包括抛光盘、供液装置、修整装置和权利要求1至11任一项所述的承载头，所述承载头将待抛光基板抵压于抛光盘上方的抛光垫，所述供液装置朝向抛光垫与基板之间供给抛光液，所述修整装置用于修整抛光垫的表面。