一种用于化学机械抛光的承载头和抛光系统

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体而言，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

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及集成电路设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光属于晶圆制造工序中的五大核心制程之一。

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。化学机械抛光通常将晶圆吸合于承载头的底面，晶圆具有沉积层的一面抵接抛光垫上表面，承载头在驱动组件的致动下与抛光垫同向旋转并给予晶圆向下的载荷；抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在晶圆与抛光垫之间，使得晶圆在化学和机械的共同作用下完成晶圆的化学机械抛光。

抛光过程中，抛光液及抛光产生的颗粒物会随着承载头的外侧壁向上延伸，并传输至基座与承载盘的连接处。抛光液及颗粒物在所述连接处长期积聚，会对零部件造成损伤，进而影响相应零部件的使用寿命。

发明内容

本发明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，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面，提供了一种用于化学机械抛光的承载头，包括：

基座；

承载盘，设置于所述基座的下方；

弹性膜，设置于所述承载盘下方；

保持环，设置于承载盘的下方并位于弹性膜的外周侧；

压盖，设置于所述承载盘的上方；

防护罩，连接于所述基座并罩设于所述压盖的外周侧；

所述压盖的外周侧配置有阻液结构，以防止液体经由防护罩与压盖之间的间隙向上传输。

在一些实施例中，所述阻液结构为阻液槽，所述阻液槽倾斜向下设置。

在一些实施例中，所述阻液槽的数量至少一个，其沿所述压盖的高度方向间隔设置。

在一些实施例中，所述阻液槽的纵切面为朝向外侧开口的四边形。

在一些实施例中，所述阻液槽的横向及纵向宽度大于或等于所述防护罩与压盖之间的间隙。

在一些实施例中，所述阻液结构为阻液槽，所述阻液槽朝向外侧水平设置。

在一些实施例中，所述阻液槽为开口向外的缺口结构，其包括倾斜面，所述倾斜面自所述压盖的侧壁倾斜向上延伸而成。

在一些实施例中，所述倾斜面与水平面的夹角为30-60°。

在一些实施例中，所述防护罩的内侧壁配置有阻液结构，所述阻液结构为朝向压盖的外侧壁延伸设置的凸起结构。

本发明实施例的第二方面，提供了一种抛光系统，其包括抛光盘、修整部、供液部和上面所述的承载头。

本发明的有益效果包括：

a.承载头的内部配置有阻液结构，以有效防止抛光液等流体经由防护罩与压盖之间的间隙进入承载头的内部；

b.阻液结构可以设置在压盖的内侧壁和/或防护罩的外侧壁，以形成组合的阻液效果。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明一实施例提供的一种用于化学机械抛光的承载头的示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明另一实施例提供的承载头的示意图；

图4是图3中B处的局部放大图；

图5是本发明再一实施例提供的承载头的示意图；

图6是图5中C处的局部放大图；

图7是本发明一实施例提供的抛光系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本发明中，“化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)”也称为“化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)”，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。

本发明公开内容的实施例，总体上涉及在半导体器件制造工业中使用的化学机械抛光(CMP)单元。

化学机械抛光时，由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆与抛光垫之间流动，抛光液在抛光垫的传输和旋转离心力的作用下均匀分布，以在晶圆和抛光垫之间形成一层液体薄膜，液体中的化学成分与晶圆产生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质，然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从晶圆表面去除，溶入流动的液体中带走，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中去除表面材料实现表面平坦化处理，从而达到全局平坦化的目的。

图1是本发明一实施例提供的一种用于化学机械抛光的承载头100的示意图，承载头100包括：

基座10，基座10的上部配置有连接法兰，以连接旋转驱动装置并带动承载头10绕其轴线旋转；

承载盘20，设置于基座10的下方；具体地，承载盘20通过隔膜70同心连接于基座10的下方，并且，承载盘20的中间位置配置有轴部，所述轴部滑动连接于基座10中心位置的孔部，使得承载盘20与基座10能够相对竖向移动，以调节承载盘20的竖向位置；

弹性膜30，设置于承载盘20下方，用于装载待抛光的晶圆；

保持环40，设置于承载盘20的下方并位于弹性膜30的外周侧，以限定晶圆的位置，避免抛光的晶圆自承载头100的内部飞出而引起碎片；

压盖50，设置于承载盘20的上方；压盖50为环状结构，其设置于承载盘20的外周侧；

防护罩60，连接于基座10并罩设于压盖50的外周侧，以对承载头100的内部结构进行防护，避免抛光液以及抛光过程中产生的颗粒物进入承载头100的内部。

化学机械抛光时，抛光液及抛光形成的颗粒物会顺着保持环40的外侧壁，进入防护罩60与压盖50之间的间隙，并沿压盖50的外侧壁传输至承载盘20的上方。抛光液及抛光形成的颗粒物可能会在承载盘20与基座10之前的隔膜70附近积聚。由于抛光液具有一定的腐蚀性，其会对隔膜70及其连接的零部件造成损伤，一定程度上影响承载头100的使用寿命。

为了解决上述问题，本发明中，压盖50的外周侧配置有阻液结构，如图1所示，以防止液体经由防护罩60与压盖50之间的间隙向上传输。

图2是图1中A处的局部放大图，设置于压盖50外侧壁的阻液结构为阻液槽51，以阻止抛光液等液体沿着压盖50的外侧壁向上传输。

进一步地，阻液槽51为环状沟槽，其开口倾斜向下设置。具体地，阻液槽51的纵切面为朝向外侧开口的四边形，使得沿压盖50的外侧壁进入阻液槽51的液体在阻液结构的内部调转方向而向下传输，以防止液体顺着压盖50进入承载头100的内部。

图2中，阻液槽51的数量为一对，其沿压盖50的高度方向间隔设置。如此设置，能够对经由防护罩60与压盖50之间的间隙进入的液体形成多层阻隔，避免或减少液体进入承载头100的内部。

需要说明的是，阻液槽51的数量至少一件，以阻止液体进入承载头100的内部。可以理解的是，阻液槽51也可以为三件、四件等其他数量。

作为本发明的一个实施例，阻液槽51的横向及纵向的宽度大于或等于防护罩60与压盖50之间的间隙，使得阻液槽51能够缓存部分液体，并且，液体在阻液槽51的内部调转方向而向下传输。

图3是本发明另一个实施例提供的承载头100的示意图，其与图1示出的承载头的结构类似，下面仅说明两者不同之处。

压盖50的外周侧配置有阻液结构，阻液结构为阻液槽51，阻液槽51朝向外侧水平设置。

进一步地，阻液槽51为开口向外的缺口结构，使得进入防护罩60与压盖50之间的液体进入阻液槽51后朝向下侧流淌。

图4中，阻液槽51包括倾斜面51a，倾斜面51a自压盖50的侧壁倾斜向上延伸而成。

进一步地，倾斜面51a与水平面的夹角为30-60°。优选地，倾斜面51a与水平面的夹角为45°，使得液体能够经由倾斜面51a进入阻液槽51的内部，并且，液体在阻液槽51的内部改变传输方向而避免液体进入承载头100的内部。

图5是本发明一实施例提供的承载头100的示意图，承载头100包括：

基座10；

承载盘20，设置于基座10的下方；

弹性膜30，设置于承载盘20下方，用于装载待抛光的晶圆；

保持环40，设置于承载盘20的下方并位于弹性膜30的外周侧；

压盖50，设置于承载盘20的上方；压盖50的外周壁配置有阻液槽51；

防护罩60，连接于基座10并罩设于压盖50的外周侧，以对承载头100的内部结构进行防护。

进一步地，防护罩60的内侧壁配置有阻液结构，所述阻液结构为朝向压盖50的外侧壁延伸设置的凸起结构61，如图6所示。

图6中，设置于防护罩60内侧壁的凸起结构61的数量为一对，其间隔设置在阻液槽51的下方。本实施例中，凸起结构61与阻液槽51相互组合，以对经由防护罩60与压盖50之间的流体形成阻隔作用，减少或避免流体经由所述间隙进入承载头100的内部，防止抛光液大量在基座10与承载盘20之间的连接处积聚，延长承载头100相应部件的使用寿命，保证承载头100使用的稳定性。

需要说明的是，凸起结构61的横向尺寸与防护罩60与压盖50之间的间隙尺寸有关，以避免凸起机构61形成毛细效应而朝向承载头100的内部输送液体。

可以理解的是，承载头100可能未配置压盖50，上面所述的阻液结构可以设置在承载盘20的外侧壁，以防止或减少流体经由防护罩60与承载盘20之间的间隙进入承载头100的内部。

图7是本发明一实施例提供的抛光系统1000的示意图，抛光系统1000包括：上面所述的承载头100、抛光盘300、抛光垫200、修整部400以及供液部500。

其中，抛光垫200设置于抛光盘300上表面，抛光垫200与抛光盘300绕Ax轴一起旋转；可水平移动的承载头100设置于抛光垫200上方，承载头100的底部吸合有待抛光的晶圆；修整部400绕固定点摆动，其上配置的修整头自身旋转并施加向下的载荷，以修整抛光垫200表面；供液部500设置于抛光垫200上方，以将抛光液散布于抛光垫200表面。

抛光作业时，承载头100将晶圆的待抛光面抵接抛光垫200表面，承载头100做旋转运动以及沿抛光盘300的径向往复移动，使得与抛光垫200接触的晶圆表面被逐渐抛除；同时抛光盘300旋转，供液部500向抛光垫200表面喷洒抛光液，以将抛光液供给至晶圆与抛光垫200之间。在抛光液的化学作用下，通过承载头100与抛光盘300的相对运动，使晶圆与抛光垫摩擦以实现全局抛光。

由于承载头100的内部配置有阻液结构，以有效防止抛光液等流体经由防护罩与压盖之间的间隙进入承载头的内部。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。