一种用于电化学机械抛光的承载头和抛光装置的制作方法

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

背景技术：

1、在半导体加工技术中，相较于传统化学机械抛光(cmp)加工方式，电化学机械抛光(ecmp)在sic晶圆抛光加工方面有着更高的材料去除率(mrr)，ecmp主要利用电化学改性作用在sic表面生成硬度低于sic基体的氧化层，再通过机械作用进行去除。为实现对晶圆施加电化学作用，现有技术均采用对抛光垫进行打孔，通过孔内电解抛光液进行导电，由抛光头、晶圆、过孔电解液和抛光台形成导电通路，从而在电化学作用下实现对碳化硅晶圆表面的氧化。

2、现有ecmp技术，为对碳化硅晶圆施加电化学作用，均采用抛光垫打孔方式，此方式存在以下不足之处：

3、(1)电流经过抛光盘，抛光盘需要与其他金属件间绝缘，但抛光盘与其他金属件的连接固定处无法保证绝缘，这致使设备存在安全隐患。具体而言，在高速旋转和长期使用过程中，绝缘层易磨损或老化，导致短路风险增加，可能引发设备故障或晶圆损坏。

4、(2)抛光垫打孔处理后，打孔处无法正常参与机械研磨，影响材料的去除速率，同时影响抛光垫的使用寿命。此外，打孔会导致抛光垫表面不平整，引起抛光不均匀，产生晶圆表面缺陷，降低产品良率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种用于电化学机械抛光的承载头和抛光装置，通过将导电体直接集成在承载头的保持环中，与弹性膜协同形成导电回路，避免了抛光垫打孔的需要，从而从根本上消除了绝缘安全隐患，并提高了抛光均匀性和效率。本实用新型还通过优化导电体的结构和材料，增强了耐磨性和导电稳定性，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，提供了一种用于电化学机械抛光的承载头，其包括承载头主体，其下方设置有弹性膜和保持环，所述保持环设置于弹性膜的外周侧，保持环的下方配置有导电体；所述弹性膜为导电的气膜，其和导电体与电化学机械抛光所需电源部的电极连通，以与抛光液形成导电回路，使得待抛光晶圆处于所述导电回路中。

3、在一些实施例中，所述承载头主体的顶部配置有一对导电端子，其分别与所述弹性膜和导电体连通；弹性膜配置的导电端子连接于弹性膜内侧的中心处。

4、在一些实施例中，所述保持环包括保持环主体，其底面配置有环形的安装槽，所述导电体为环状结构，其同心设置于所述安装槽中。

5、在一些实施例中，所述导电体由耐磨性的基材制成，其内部掺杂处理而具有导电性；所述保持环主体的制造材料与所述导电体的基材相同，其由聚苯硫醚、聚醚醚酮、增强级的聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺-酰亚胺制成。

6、在一些实施例中，所述导电体为杆状结构，其竖向设置于保持环内部贯通的放置槽中；所述导电体的外周侧配置有第一弹簧，以向下抵压导电体，使得其下端穿过放置槽的下端口。

7、在一些实施例中，所述导电体的数量为多个，其沿所述保持环的周向间隔设置；多个导电体以等间距分布，使得导电回路形成的电流在晶圆边缘均匀分布。

8、在一些实施例中，所述保持环的底面配置有输液槽，以传输电化学机械抛光的抛光液；所述放置槽与所述输液槽交错设置，以防止安装的导电体影响抛光液的供给。

9、根据本申请实施例的第二方面，提供了一种电化学机械抛光装置，其包括：

10、抛光盘，其顶面设置有抛光垫；

11、上面所述的承载头，以装载待处理的晶圆；

12、供液部，用于朝向抛光垫供给抛光液；

13、电源部，其通过转接组件与所述承载头电连接，使得晶圆处于承载头的弹性膜、保持环及抛光液形成的导电回路中。

14、在一些实施例中，所述转接组件设置于抛光轴的下部，其包括竖向设置的一对导电件；所述导电件与承载头顶部的导电端子连通，以导通所述导电回路。

15、在一些实施例中，所述转接组件还包括弹性加载结构，其设置于导电件的上方，以带动导电件沿竖直方向移动，进而补偿承载头与转接组件之间的位置偏差，使得导电件始终抵接于导电端子的表面。

16、在一些实施例中，所述弹性加载结构包括防护套和第二弹簧，所述第二弹簧套设于导电件的外周侧，所述第二弹簧与导电件形成的组件设置于防护套中；所述第二弹簧的下端抵接于导电件的卡止台，其上端抵接于防护套的顶壁。

17、在一些实施例中，所述防护套为单端开孔的筒状结构，其内侧配置有限位台，所述限位台的设置尺寸与卡止台的设置尺寸相匹配。

18、本实用新型的有益效果包括：

19、a.本实用新型通过将导电体集成于承载头保持环，与导电的弹性膜协同形成导电回路，摒弃了现有技术中在抛光垫上打孔的方案。这使得电流无需经过抛光盘及其连接固定处，从而彻底避免了因绝缘层磨损或老化导致的短路风险，显著提高了设备的安全性与长期运行的可靠性；

20、b.由于无需对抛光垫进行打孔，保持了抛光垫表面的完整性与平整度，确保了机械研磨作用的均匀性。同时，通过环状或多点均布的导电体设计，实现了电流在晶圆边缘的均匀分布，结合完整的抛光垫研磨面共同作用，从而提高了抛光均匀性与材料去除率，并有效延长了抛光垫的使用寿命；

21、c.本实用新型采用复合碳材料掺杂的聚合物基导电体，通过特定的配比与分散工艺，形成了稳定的三维导电网络。该设计在保证优异耐磨性的同时，避免了金属离子的引入，从而从根本上防止了晶圆污染。结合弹性加载结构，确保了在动态抛光过程中电连接的持续稳定，综合保障了高质量的抛光效果。

1.一种用于电化学机械抛光的承载头，其特征在于，包括承载头主体，其下方设置有弹性膜和保持环，所述保持环设置于弹性膜的外周侧，保持环的下方配置有导电体；所述弹性膜为导电的气膜，其和导电体与电化学机械抛光所需电源部的电极连通，以与抛光液形成导电回路，使得待抛光晶圆处于所述导电回路中。

2.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述承载头主体的顶部配置有一对导电端子，其分别与所述弹性膜和导电体连通；弹性膜配置的导电端子连接于弹性膜内侧的中心处。

3.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述保持环包括保持环主体，其底面配置有环形的安装槽，所述导电体为环状结构，其同心设置于所述安装槽中。

4.根据权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述导电体由耐磨性的基材制成，其内部掺杂处理而具有导电性；所述保持环主体的制造材料与所述导电体的基材相同，其由聚苯硫醚、聚醚醚酮、增强级的聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺-酰亚胺制成。

5.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述导电体为杆状结构，其竖向设置于保持环内部贯通的放置槽中；所述导电体的外周侧配置有第一弹簧，以向下抵压导电体，使得其下端穿过放置槽的下端口。

6.根据权利要求5所述的承载头，其特征在于，所述导电体的数量为多个，其沿所述保持环的周向间隔设置；多个导电体以等间距分布，使得导电回路形成的电流在晶圆边缘均匀分布。

7.根据权利要求5所述的承载头，其特征在于，所述保持环的底面配置有输液槽，以传输电化学机械抛光的抛光液；所述放置槽与所述输液槽交错设置，以防止安装的导电体影响抛光液的供给。

8.一种电化学机械抛光装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的电化学机械抛光装置，其特征在于，所述转接组件设置于抛光轴的下部，其包括竖向设置的一对导电件；所述导电件与承载头顶部的导电端子连通，以导通所述导电回路。

10.根据权利要求9所述的电化学机械抛光装置，其特征在于，所述转接组件还包括弹性加载结构，其设置于导电件的上方，以带动导电件沿竖直方向移动，进而补偿承载头与转接组件之间的位置偏差，使得导电件始终抵接于导电端子的表面。

11.根据权利要求10所述的电化学机械抛光装置，其特征在于，所述弹性加载结构包括防护套和第二弹簧，所述第二弹簧套设于导电件的外周侧，所述第二弹簧与导电件形成的组件设置于防护套中；所述第二弹簧的下端抵接于导电件的卡止台，其上端抵接于防护套的顶壁。

12.根据权利要求11所述的电化学机械抛光装置，其特征在于，所述防护套为单端开孔的筒状结构，其内侧配置有限位台，所述限位台的设置尺寸与卡止台的设置尺寸相匹配。