本发明专利技术公开了一种承载头和化学机械抛光系统，所述承载头包括：枢轴座；承载盘，活动连接于枢轴座下方；弹性膜，设置于承载盘下方，用于装载待抛光晶圆；保持环，固定于承载盘下方并位于弹性膜的外周侧；平衡组件，包括枢轴和平衡架，所述枢轴滑动连接于枢轴座的竖向孔，所述平衡架同心设置于承载盘且其球面铰接于枢轴的下部；所述枢轴与平衡架接触球面的中心不低于保持环的底面。
1、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。
2、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。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于抛光垫上表面，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。
3、承载头是cmp系统的关键部件之一。抛光过程中，承载头通过弹性膜将晶圆抵压于抛光垫并通过保持环防止晶圆移出；具有多个腔室的弹性膜对晶圆不同区域施加压力，以实现均匀抛光。但现有的承载头至少还存在以下问题：
4、1)由于零件制造误差及装配误差，保持环的底面与抛光盘之间存在一定程度的倾斜；当施加的压力无法抵消该倾斜或保持环受力不均时，会出现滑片现象；特别是针对诸如sic和gan等第三代半导体材料的化学机械抛光，这类问题尤为突出；
>6、3)承载头与抛光垫贴合不紧密，也会影响抛光液进入量的均匀性，致使晶圆边缘抛光均匀性变差。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种承载头和化学机械抛光系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
2、本专利技术实施例的第一方面提供了一种承载头，其包括：
3、枢轴座；
4、承载盘，活动连接于枢轴座下方；
5、弹性膜，设置于承载盘下方，用于装载待抛光晶圆；
6、保持环，固定于承载盘下方并位于弹性膜的外周侧；
7、平衡组件，包括枢轴和平衡架，所述枢轴滑动连接于枢轴座的竖向孔，所述平衡架同心设置于承载盘且其球面铰接于枢轴的下部；所述枢轴与平衡架接触球面的中心不低于保持环的底面。
8、在一些实施例中，所述平衡架为盘状部件，其中部设置有朝向上侧隆起的凸起部，所述凸起部的中心配置有安装孔，使得枢轴经由安装孔抵接于平衡架。
9、在一些实施例中，所述枢轴包括轴部和位于轴部下方的限位部，所述限位部的顶部配置有枢轴外球面，所述凸起部的底部配置有平衡架内球面，所述枢轴外球面抵接于所述平衡架内球面。
10、在一些实施例中，所述枢轴的轴部滑动连接于所述平衡架的安装孔，两者之间配置有隔振件。
11、在一些实施例中，所述隔振件由硬质橡胶制成。
12、在一些实施例中，所述平衡组件还包括锁紧件，其套设于枢轴并抵压于平衡架的凸起部。
13、在一些实施例中，所述锁紧件螺纹连接于所述枢轴，其与凸起部之间配置有平衡垫；所述平衡垫的底面形状与凸起部的顶面形状相匹配。
14、在一些实施例中，所述枢轴外球面和平衡架内球面配置有润滑层，所述润滑层至少设置于枢轴外球面与平衡架内球面的接触区域。
15、在一些实施例中，所述润滑层由聚四氟乙烯和玻璃纤维复合而成。
16、在一些实施例中，所述枢轴与平衡架接触球面的中心不高于保持环沟槽的底面。
17、在一些实施例中，所述弹性膜通过固定盘设置于承载盘的下方，所述固定盘的上部配置有限位槽，所述枢轴活动连接于所述限位槽中。
18、在一些实施例中，所述枢轴的底部与限位槽的底面之间设置有间隙。
19、在一些实施例中，所述枢轴的底部与限位槽的底面之间设置有调节圈，所述调节圈由橡胶制成。
20、本专利技术实施例的第二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晶圆抵压于抛光盘上方的抛光垫，所述供液装置朝向抛光垫与晶圆之间供给抛光液，所述修整装置用于修整抛光垫的表面。
21、本专利技术的有益效果包括：
22、a.承载头配置的平衡组件能够适应性调整承载盘的位姿，使得保持环的底面平行于抛光垫的顶面，以防止保持环磨损不均匀的情况，降低了晶圆自承载头内部滑出的风险；
23、b.平衡组件的枢轴与平衡架球面铰接，并且，枢轴与平衡架接触球面的中心不低于保持环的底面，使得承载头受到的侧向力为朝向中心的向心力，该向心力不会产生偏转力矩，进而避免或抑制承载头发生倾斜；
24、c.承载头下方的保持环平行于抛光垫表面，避免了保持环局部磨损带来的抛光液进量不均匀的问题，以提升抛光的均匀性；同时，保持环相对均匀磨损，这有利于延长保持环的使用寿命；
25、d.抛光系统中各个承载头的底面能够自适应性调整，以平行于抛光垫顶面，这有利于实现各个抛光模块抛光作业的一致性。
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【技术保护点】
1.一种承载头，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述平衡架为盘状部件，其中部设置有朝向上侧隆起的凸起部，所述凸起部的中心配置有安装孔，使得枢轴经由安装孔抵接于平衡架。
3.如权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述枢轴包括轴部和位于轴部下方的限位部，所述限位部的顶部配置有枢轴外球面，所述凸起部的底部配置有平衡架内球面，所述枢轴外球面抵接于所述平衡架内球面。
4.如权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述枢轴的轴部滑动连接于所述平衡架的安装孔，两者之间配置有隔振件。
5.如权利要求4所述的承载头，其特征在于，所述隔振件由硬质橡胶制成。
6.如权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述平衡组件还包括锁紧件，其套设于枢轴并抵压于平衡架的凸起部。
7.如权利要求6所述的承载头，其特征在于，所述锁紧件螺纹连接于所述枢轴，其与凸起部之间配置有平衡垫；所述平衡垫的底面形状与凸起部的顶面形状相匹配。
8.如权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述枢轴外球面和平衡架内球面配置有润滑层，所述润滑层至少设置于枢轴外球面与平衡架内球面的接触区域。
9.如权利要求8所述的承载头，其特征在于，所述润滑层由聚四氟乙烯和玻璃纤维复合而成。
10.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述枢轴与平衡架接触球面的中心不高于保持环沟槽的底面。
11.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述弹性膜通过固定盘设置于承载盘的下方，所述固定盘的上部配置有限位槽，所述枢轴活动连接于所述限位槽中。
12.如权利要求11所述的承载头，其特征在于，所述枢轴的底部与限位槽的底面之间设置有间隙。
13.如权利要求11所述的承载头，其特征在于，所述枢轴的底部与限位槽的底面之间设置有调节圈，所述调节圈由橡胶制成。
14.一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13任一项所述的承载头，所述承载头将待抛光晶圆抵压于抛光盘上方的抛光垫，所述供液装置朝向抛光垫与晶圆之间供给抛光液，所述修整装置用于修整抛光垫的表面。
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【技术特征摘要】
1.一种承载头，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述平衡架为盘状部件，其中部设置有朝向上侧隆起的凸起部，所述凸起部的中心配置有安装孔，使得枢轴经由安装孔抵接于平衡架。
3.如权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述枢轴包括轴部和位于轴部下方的限位部，所述限位部的顶部配置有枢轴外球面，所述凸起部的底部配置有平衡架内球面，所述枢轴外球面抵接于所述平衡架内球面。
4.如权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述枢轴的轴部滑动连接于所述平衡架的安装孔，两者之间配置有隔振件。
5.如权利要求4所述的承载头，其特征在于，所述隔振件由硬质橡胶制成。
6.如权利要求2所述的承载头，其特征在于，所述平衡组件还包括锁紧件，其套设于枢轴并抵压于平衡架的凸起部。
7.如权利要求6所述的承载头，其特征在于，所述锁紧件螺纹连接于所述枢轴，其与凸起部之间配置有平衡垫；所述平衡垫的底面形状与凸起部的顶面形状相匹配。
8.如权利要求3所述的承载头，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：程子政，孟松林，温世乾，赵德文，
申请(专利权)人：华海清科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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