[发明专利]一种用于化学机械抛光的承载头及其使用方法

说明书

一种用于化学机械抛光的承载头，包括：连轴盘、平衡架、承载盘、环状弹性膜、第一夹环和第二夹环；所述第一夹环将所述环状弹性膜的外缘夹紧结合至所述承载盘并且所述第二夹环将所述环状弹性膜的内缘夹紧结合至所述连轴盘；所述平衡架的中轴部滑动密封地设置于所述连轴盘的中心通孔内并可以通过其底盘部及翼缘部带动承载盘相对于连轴盘上下移动；所述承载盘由非导电材料制成并且其上方固定有配重。

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种用于化学机械抛光的承载头及其使用方法。

背景技术

化学机械抛光是一种在芯片制造领域的主流基板抛光方法。这种抛光方法通常将基板吸合在承载头的下部，基板具有沉积层的一面抵接于旋转的抛光垫上，承载头在驱动部件的带动下与抛光垫同向旋转并给予基板向下的载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在基板与抛光垫之间，使得基板在化学和机械的综合作用下完成全局抛光。

承载头是化学机械抛光装置的重要组成部分，其作业性能直接关系到基板的化学机械抛光效果。美国专利US20130065495A1公开了一种承载头，其包括承载盘及柔性膜，柔性膜可拆卸地设置在承载盘的下部；承载盘包括第一部分及第二部分，第一部分可移动地同心设置在第二部分的上部凹槽中使得第一部分和第二部分彼此之间可沿垂直于承载盘底面的方向运动。第二部分下部安装有柔性膜使得第二部分与柔性膜之间形成多个气腔以通过调节每个独立气腔的压力实现对基板压力轮廓的调节。现有技术中，外部空气经由第一部分上表面的气孔进入第一部分内部的通道并从第一部分侧壁上的气孔流出，然后经由气管输送至分别与独立气腔连通的第二部分的上表面的气孔。

承载头的下部设置有保持环，其在基板的化学机械抛光中发挥重要作用。一方面，其可以防止抛光过程的基板从承载头的底部滑脱或飞出；另一方面，保持环的底部设置有沟槽，其可以为更新基板与抛光垫之间的抛光液提供流体通道；再者，保持环抵压于抛光垫参与基板边缘压力的调整，有利于实现基板的全局平坦化并改善平坦化的一致性。

在化学机械抛光过程中，为了实时调节材料去除速率，需要在线测量待去除材料层的厚度，当待去除材料为金属时，电涡流膜厚测量方法比较适用。现有的电涡流膜厚测量装置通过信号发生器产生交变电磁场信号，使基板的金属膜中形成电涡流，通过传感器检测由所述金属膜中的电涡流引起的电感变化信号，并由此确定金属膜的厚度。

化学机械抛光终点检测的检测精度要求随着特征结构尺寸的不断缩小而提高，由于传统的化学机械抛光承载头的保持环等部件内包含金属部件或金属材料，在电涡流膜厚测量中所述金属部件内也会产生电涡流，从而会对传感器获取的信号造成干扰，影响终点检测的精度。因此，希望能够在测量基板的金属结构特征厚度以判断化学机械抛光终点时保证承载头的金属结构尽量少地干扰所述测量信号。

为了减轻电磁干扰，可采用塑料制造用于抛光金属层的承载头的主体。这又带来两个方面的影响：承载头的重量减轻，抛光时的下压力减小，抛光结果受到影响；承载头的转动惯量减小，电机惯量与负载惯量不匹配，稳定性变差。从而，对抛光金属和非金属的两种承载头需要设计两套不同的软硬件。

发明内容

本发明提供了一种化学机械抛光承载头的配重方法，旨在一定程度上解决上述技术问题之一，其技术方案如下：一种用于化学机械抛光的承载头，包括：连轴盘、平衡架、承载盘、环状弹性膜、第一夹环和第二夹环；所述第一夹环将所述环状弹性膜的外缘夹紧结合至所述承载盘并且所述第二夹环将所述环状弹性膜的内缘夹紧结合至所述连轴盘；所述平衡架的中轴部滑动密封地设置于所述连轴盘的中心通孔内并可以通过其底盘部及翼缘部带动承载盘相对于连轴盘上下移动；所述承载盘由非导电材料制成并且其上方固定有配重。

进一步的，所述第一夹环由金属材料制成。

进一步的，所述承载盘的上表面可拆卸地连接有第一配重环，所述第一配重环由金属材料制成。

进一步的，所述连轴盘上固定有配重。