CN115464552A - 一种用于化学机械抛光的承载头、抛光系统和抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于化学机械抛光的承载头，其包括承载盘、弹性膜和保持环，所述弹性膜设置于承载盘的下方，所述保持环设置于所述弹性膜的外周侧并位于承载盘的底部；所述弹性膜包括底板部、直立部和水平部，所述底板部为盘状结构，直立部沿所述底板部的外缘竖直向上延伸，所述水平部自所述直立部的顶端水平向内延伸；还包括应变检测件和位置调节件，应变检测件沿周向设置于承载盘的底部，并且，所述弹性膜加压后，所述水平部抵接于应变检测件，以测量水平部的应力信息；位置调节件与应变检测件水平相邻设置于承载盘，位置调节件能够抵接于水平部，其基于应变检测件的测量值调节水平部的应力，使得水平部构成的腔室沿圆周方向的变形均匀。
Description
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、抛光系统和抛光方法。
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。
承载头的各个器件在加工和装配过程中，尤其是弹性膜及保持环，无法保证一致性。抛光过程中，承载头抛光的晶圆存在同一圆周方向对应的材料去除速率不一致的情况。同时，抛光压力波动、抛光液供给不均匀以及抛光垫表面不平整也会影响同一圆周方向的材料去除速率。
而现有的多区压力控制技术是基于同一圆周方向的材料去除速率是均匀的这一假设来实施的，因此，现有的承载头无法解决同一圆周方向材料去除速率不均匀的问题。
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、抛光系统和抛光方法，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，包括承载盘、弹性膜和保持环，所述弹性膜设置于承载盘的下方，所述保持环设置于所述弹性膜的外周侧并位于承载盘的底部；
所述弹性膜包括底板部、直立部和水平部，所述底板部为盘状结构，直立部沿所述底板部的外缘竖直向上延伸，所述水平部自所述直立部的顶端水平向内延伸；
还包括应变检测件和位置调节件，所述应变检测件沿周向设置于承载盘的底部，并且，所述弹性膜加压后，所述水平部抵接于所述应变检测件，以测量水平部的应力信息；所述位置调节件与应变检测件水平相邻设置于承载盘，位置调节件能够抵接于所述水平部，其基于应变检测件的测量值调节所述水平部的应力，使得水平部构成的腔室沿圆周方向的变形均匀。
在一些实施例中，所述应变检测件的数量为多个，其沿所述承载盘的周向间隔均匀设置。
在一些实施例中，所述位置调节件为压电致动器，其主体部固定于所述承载盘，其抵接部朝向弹性膜的水平部设置。
在一些实施例中，所述应变检测件匹配设置有至少一个位置调节件，所述位置调节件沿所述承载盘的周向设置。
在一些实施例中，所述应变检测件与位置调节件设置在与承载盘同心的一个圆弧上，两者之间的水平间距小于或等于10mm。
在一些实施例中，所述应变检测件与位置调节件沿承载盘的半径方向设置，并且，两者设置于同一半径方向。
在一些实施例中，所述应变检测件靠近所述承载盘的中心设置，所述位置调节件设置于所述应变检测件的外侧。
在一些实施例中，所述承载头还包括电源、信号发射器和信号接收器，所述电源与应变检测件、位置调节件、信号发射器和信号接收器电性连接，以为其运行提供电能。
在一些实施例中，所述承载头还包括控制器，其设置于所述承载头的外部，其通过无线方式与信号发射器和信号接收器连接，以向所述位置调节件发送控制信号。
在一些实施例中，所述应变检测件可拆卸地连接于承载盘的底部，并且，所述位置调节件的竖向投影至少部分覆盖弹性膜的直立部。
在一些实施例中，所述应变检测件粘接固定于所述承载盘的底部，以测量由水平部所构成腔室在加压时的应力信息。
在一些实施例中，所述电源为蓄电池，其设置于承载盘的内部。
在一些实施例中，所述承载头还包括补偿应变传感器，其与所述应变检测件相邻设置并位于所述承载盘的底部。
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、修整器、供液臂和上面所述的承载头。
本发明实施例的第二方面提供了一种抛光方法，其使用上面所述的抛光系统抛光晶圆，承载头的位置调节件基于应变检测件的测量值调整位置调节件对弹性膜的水平部的位移，使得水平部构成的腔室沿圆周方向的变形均匀。
本发明的有益效果包括：
a. 在承载盘的底部配置应变检测件和位置调节件，加压后的弹性膜膨胀，其上的水平部抵接于应变检测件，以测量弹性膜在同一圆周方向的应力信息，并基于测量的应力信息控制位置调节件的抵接部的竖向位移，使得水平部构成的腔室沿圆周方向的变形均匀；
b. 每一应变检测件至少配置一个位置调节件，并且，应变检测件和位置调节件设置于承载盘的同一圆弧上，以准确调整弹性膜沿圆周方向的变形均匀性；
c. 应变检测件和位置调节件沿承载盘的同一半径方向设置，并且位置调节件的竖向投影至少部分覆盖弹性膜的直立部，使得位置调节件向下的载荷能够沿直立部传递至晶圆的缘部，以参与晶圆的抛光压力控制，提升晶圆边缘区域的压力调控能力。
d. 应变检测件与位置调节件相互组合，应变检测件选用应变片，位置调节件选用压电传感器/压电致动器，利用应变检测件测量弹性膜的静态力学性能，克服了压电传感器只能测量动态力学性能的弊端，有效提高了弹性膜周向形变检测的准确性。
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是本发明一实施例提供的应变检测件和位置调节件安装于承载盘的示意图；
图4是应变检测件和位置调节件在弹性膜上的竖向投影的示意图；
图5是本发明另一实施例提供的用于化学机械抛光的承载头的示意图；
图6是图5中B处的局部放大图；
图7至图8是本发明所述应变检测件和位置调节件在弹性膜上的竖向投影的示意图；
图9是本发明又一实施例提供的应变检测件和位置调节件安装于承载盘的示意图；
图10是本发明一实施例提供的截面形状为腰形的位置调节件和应变检测件安装于承载盘的示意图；
图11是图10对应的C处的局部放大图；
图12是本发明再一实施例提供的应变检测件和位置调节件安装于承载盘的示意图；
图13是本发明一实施例提供的弹性膜的结构示意图；
图14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。
本发明公开的实施例总体上涉及半导体器件制造中使用的承载头和化学机械抛光(CMP)系统。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的结构示意图。承载头100包括联轴盘10、承载盘20、弹性膜30和保持环40，联轴盘10通过环形膜50与承载盘20连接，弹性膜30连接于承载盘20的下方，保持环40设置于弹性膜30的外周侧并位于承载盘20的下方。
进一步地，承载盘20包括盘部和轴部，联轴盘10的中部配置有贯通孔。联轴盘10与承载盘20之间设置有平衡架，所述平衡架与联轴盘10同轴设置，其包括中轴部、底盘部、周壁部和翼缘部。其中，中轴部可滑动地插入至联轴盘10的贯通孔中并可在其中沿竖直方向移动，平衡架的翼缘部借助垫圈、夹环以及未示出的螺栓结合至承载盘20的中心阶梯孔，使得承载盘20可随平衡架一起旋转和/或沿竖直方向移动。
联轴盘10的顶部配置有未示出的连接法兰，连接法兰与外部驱动轴连接，旋转的联轴盘10经由环形膜50带动承载盘20及其上的弹性膜30一起同轴旋转。吸合有晶圆的弹性膜30抵压于旋转的抛光垫，抛光液供给至晶圆与抛光垫之间，在化学和机械的作用下，实现晶圆底面的材料去除。
图1所示的实施例中，弹性膜30配置7个可调压腔室，其分别作用于晶圆的中心区域及同心的环形区域，以保证晶圆材料去除的均匀性，实现晶圆的全局平坦化。可以理解的是，联轴盘10及承载盘20中配置有流体通道(图中未示出)，外部气源与弹性膜30的腔室连通，以调节腔室的压力，实现抛光压力的优化调整。
图2中，弹性膜30包括底板部31、直立部32和水平部33，其中，底板部31为盘状结构，直立部32沿底板部31的外缘竖直向上延伸，水平部33自直立部32的顶端水平向内延伸。此外，图1中，直立部32的内侧还配置有同心的内侧筋板，以将弹性膜30的腔室分割成为多个同心腔室，以按照预定抛光工艺实现多区压力控制。
抛光过程中，由于受到加工制造一致性的限制，尤其是保持环和弹性膜，承载头难免会存在圆周方向的加工误差；此外，安装在承载盘20底部的保持环40的底面会形成微量的倾斜面(taper)。以上这些因素会致使加压后的弹性膜对应腔室的鼓胀不均匀，使得晶圆在同一圆周方向的材料去除速率存在差异，进而影响晶圆抛光的均匀性。
为了降低晶圆在同一圆周方向材料去除速率的差异，尤其是晶圆边缘区域的去除速率，将圆周方向的去除速率的差异控制在工艺允许范围内，提升晶圆抛光的均匀性，本发明提出了解决上述问题的技术方案。
图1所示的实施例中，承载头100还包括应变检测件60和位置调节件70，应变检测件60沿周向设置于承载盘20的底部，并且，弹性膜30加压后，弹性膜30的水平部33抵接于应变检测件60，以测量水平部30的应力信息。
进一步地，位置调节件70与应变检测件60水平相邻设置于承载盘20，位置调节件70基于应变检测件60的测量值，调整设置于位置调节件70前端的抵接部的竖向位移，控制弹性膜30在圆周方向的变形均匀。
图3是本发明一实施例提供的应变检测件60设置于承载盘20的仰视图，在本实施例中，应变检测件60的数量为八件，其沿承载盘20的周向间隔均匀设置。位置调节件70与应变检测件60水平相邻设置，两者相对距离较近，以便根据该位置的应变检测件60的测量值，精确控制位置调节件70的位移量，使得加压后的弹性膜30对应的水平部33的变形相对均匀，以促进晶圆抛光的均匀性。
图4是安装于承载盘20的应变检测件60在弹性膜30的竖向投影的示意图。应变检测件的竖向投影60’位于弹性膜30的水平部33上，即应变检测件60可以测量该投影区域对应的水平部33的应力。在承载盘20的周向同时设置多个应变检测件60，以方便测量加压后的弹性膜30在周向各个区域的应力差异。可以理解的是，应变检测件60也可以为其他数量，如六件、十二件、十六件等。
图4中，位置调节件的竖向投影70’与应变检测件的竖向投影60’水平相邻设置，并且，两者位于同一个圆弧上。相应地，应变检测件60和位置调节件70设置在与承载盘20同心的一个圆弧上，以检测弹性膜30同一圆周方向的应力变化；并且，位置调节件70的抵接部在临近应变检测件60的位置，并且位于同一圆周方向朝下移动，以快速、准确调整弹性膜30的水平部33的弹性变形，使得加压后弹性膜30的水平部33的变形相对均匀，以消除或降低弹性膜和保持环自身的加工误差等带来的影响，提升晶圆抛光的均匀性。
图4所示的实施例中，应变检测件60与位置调节件70的水平间距等于10mm，以精准调整弹性膜30的周向变形的差异，保证加压后的弹性膜30的均匀变形。可以理解的是，应变检测件60与位置调节件70的水平间距也可以小于10mm，如5-8mm，以保证弹性膜30周向变形的均匀性。
图1所示的实施例中，位置调节件70为压电致动器，位置调节件70的主体部固定于承载盘20的凹槽中，位置调节件70的抵接部朝向弹性膜30的水平部33设置。位置调节件70通过逆压电效应，改变位置调节件70的抵接部的竖向位移。即通过位置调节件70的抵接部的微量移动来调整弹性膜30沿圆周方向的变形，使得弹性膜30沿同一圆周方向的变形相对均匀。
本发明中，承载头100的弹性膜30在未加压时，位置调节件70的抵接部仅抵接于水平部33的上表面，抵接部未对弹性膜施加向下的推动。当弹性膜30加压膨胀后，弹性膜30的水平部33抵压于位置调节件70的抵接部。若应变检测件60测量所得某处的应力过大或过小，可以通过改变抵接部的竖向位置，如将抵接部的竖向位置调高或降低，以调整弹性膜30在圆周方向的变形均匀性。
可以理解的是，本发明中，位置调节件70的目标是：实现加压后弹性膜变形的均匀性，而不是将弹性膜的变形量调整至某个设定值。即只要根据应变检测件60对应位置的应力信息，调整位置调节件70的抵接部的竖向位置，使得弹性膜在圆周方向的形变控制在允许范围内即可。
本发明提供的技术方案，将应变检测件60与压电传感器组合，利用应变检测件60测量弹性膜的静态力学性能，克服了压电传感器只能测量动态力学性能的弊端，有效提高了弹性膜周向形变检测的准确性。
图2是图1中A处的局部放大图，其中，承载头100还包括电源81、信号发射器82和信号接收器83，电源81与应变检测件60、位置调节件70、信号发射器82和信号接收器83电性连接，以为上述器件的运行提供电能。
图2中，电源81为蓄电池，如纽扣电池，其设置于承载盘20的内部，以为应变检测件60、位置调节件70、信号发射器82和信号接收器83的运行提供电能。
进一步地，承载头100还包括图1及图2示出的控制器90，其设置于承载头100的外部，控制器90通过无线方式与信号发射器82和信号接收器83连接，以向位置调节件70发送控制信号。控制器90调节作用于位置调节件70两端电压的大小，改变位置调节件70的抵接部的竖向位移，使得弹性膜30的周向变形相对均匀。
具体地，在化学机械抛光过程中，弹性膜30的各个腔室加压膨胀，以对晶圆的各个区域施加载荷。其中，水平部33、直立部32及承载盘20形成的图2示出的腔室C1也加压膨胀，水平部33抵接于承载盘20底部的应变检测件60，以测量水平部33的应变，进而计算水平部33的应力，获取弹性膜30在应变检测件60设置位置对应的应力状态。若测量所得的水平部33的变形不一致，则控制器90分析需要调整的位置，并计算位置调节件70两端需要加载的电压，实现弹性膜30圆周方向变形均匀性的调整及优化，使得圆周方向变形的差异性控制在允许范围内。
本发明中，每个应变检测件60需要匹配设置至少一个位置调节件70，位置调节件70沿承载盘20的周向设置，以便视需调整位置调节件70的抵接部的竖向位置，以改变抵接部对弹性膜30的水平部33的载荷，调节及控制弹性膜30的周向变形的不均匀性。
作为本发明的一个实施例，位置调节件70为压电致动器/压电传感器，利用逆压电效应，改变位置调节件70抵接部的竖向位移，调整弹性膜30的水平部33的弹性变形。作为本实施例的一个方面，位置调节件70可以选用微型压电传感器，其中，压电传感器对应的调节电压为0.1-1V。位置调节件70的启动频率与弹性膜30的周向变形均匀性有关。若周向变形均匀性超过阈值范围，则启动相应的位置调节件70，以对弹性膜30的周向变形进行调控。
图1所示的实施例中，弹性膜30的直立部32与水平部33之间设置有褶皱部，以便控制腔室C1的压缩及膨胀，调解经由直立部32向下传递的载荷，调控晶圆边缘的材料去除速率。即图1示出的实施例中，应变检测件60与位置调节件70组合，主要用于调节弹性膜30的水平部33形成的腔室的形变，调整弹性膜30周向变形，使得弹性膜在圆周方向的变形均匀，以减少或避免弹性膜的周向变形不均匀对压力调控准确性的影响。
图5是本发明另一实施例提供的承载头100的剖视图，在该实施例中，承载头100配置的弹性膜30与图1示出的弹性膜30存在差别。具体地，弹性膜30的直立部32与水平部33之间设置竖向筋36，如图6所示。竖向筋36的壁厚大于水平部33的壁厚且小于直立部32的壁厚，以利于载荷的传递。
此外，在直立部32的外侧配置外环34，在直立部32的内侧配置内环35，以增强直立部32的强度，使得由腔室C1形成的载荷能够经由直立部32有效向下传递，进而作用于晶圆的边缘区域。可以理解的是，在一些实施例中，可以增大直立部32的壁厚而省去内环35的配置；或者，在直立部32的强度满足载荷传递要求的前提下，仅在直立部32的内侧配置内环35而省去外环34的配置。
在图5示出的实施例中，位置调节件70可以通过其端部配置的抵接部的上下移动，参与弹性膜边缘位置的抛光载荷的调控。具体地，如图6中，位置调节件70向下的位移转换为一定的载荷，并沿着竖向筋36和直立部32向下传递，图6中带箭头的虚线表示载荷的传递方向，以增加抛光压力的形式作用于晶圆的边缘区域。与传统的抛光载荷调控方式相比，本发明新增了一种抛光载荷调节形式，有利于更加精准的调整抛光压力，实现晶圆的全局平坦化。
作为图5实施例的一个变体，可以将位置调节件70的抵接部预先抵压于弹性膜30的水平部33，在水平部33形成的腔室C1加压膨胀后，水平部33受到抵接部的限制，竖向筋36及直立部32受到了一定的限制。若位置调节件70的抵接部向上移动，直至抵接部失去了对水平部33的限制，弹性膜30的竖向筋36和直立部32可以进行一定程度的变形，进而更好将弹性膜30边缘腔室的载荷传递至晶圆边缘区域。
图7是安装于承载盘20的应变检测件60和位置调节件70在弹性膜30的竖向投影的示意图。由图7的示意图可知，每个应变检测件60配置一个位置调节件70；同时，应变检测件60的竖向投影60’与位置调节件70的竖向投影70’沿弹性膜30的半径方向设置，并且两者设置于同一半径方向，以准确调整弹性膜30的周向变形的不均匀。
图7对应的实施例中，应变检测件60靠近承载盘20的中心设置，相应地，位置调节件70设置于应变检测件60的外侧。进一步地，应变检测件60可拆卸地连接于承载盘20的底部，并且，位置调节件70的竖向投影至少部分覆盖弹性膜30的直立部32，以调控弹性膜30的水平部33的变形均匀性，降低或消除弹性膜30及保持环40的加工误差带来的影响，再通过控制弹性膜30的腔室压力来精准调节作用于晶圆各个区域的抛光压力。同时，位置调节件70的载荷可以通过弹性膜30的直立部32向下传递，以参与弹性膜30的多区压力调控，精准调节晶圆边缘区域对应的抛光压力，降低“边缘效应”，提升晶圆抛光的均匀性。
作为本发明的一个实施例，应变检测件60粘接固定于承载盘20的底部，以测量由弹性膜30的水平部33所构成腔室C1(图2示出)在加压膨胀时的应力信息。由于承载头100在多水多颗粒的作业环境下运行，为了防止应变检测件60在测量过程中发生短路，需要对应变检测件60进行有效防护。
在一些实施例中，应变检测件60的表面涂覆有疏水或超疏水涂层，以防止应变检测件60的表面附着流体和/或含有颗粒物的液体，实现应变检测件60的可靠防护。作为本实施例的一个方面，疏水或超疏水涂层的厚度应当控制在小于或等于0.1mm，以保证应变检测件60测量的准确性。
图8是本发明一实施例提供的应变检测件60和位置调节件70在弹性膜30上的竖向投影的示意图，本实施例中，设置在承载盘20上的每个应变检测件60均配置两件位置调节件70，并且，应变检测件60和位置调节件70位于同一圆弧上。优选地，应变检测件60与弹性膜30外沿的距离为5-8mm。本发明中，弹性膜30的外沿是指弹性膜30的直立部32的外侧壁，应变检测件60与弹性膜30外沿的距离是指应变检测件60的中心位置与弹性膜30外沿之间的距离。
图9是本发明又一实施例提供的应变检测件60和位置调节件70安装于承载盘20的示意图。本实施例中，位置调节件70沿承载盘20的圆周方向设置，并且，每个位置调节件70配置四件应变检测件60。具体地，应变检测件60以位置调节件70为中心均匀分布，以准确测量弹性膜30的水平部33在该位置的应变信息。可以理解的是，应变检测件60也可以为其他数量，如三件、五件等，但应变检测件60对应的竖向投影需要位于弹性膜30的水平部33。
图9中，位置调节件70的抵接部与弹性膜30抵接区域的形状为圆形，位置调节件70的抵接部与承载盘20中心的距离为146-148mm。优选地，位置调节件70与承载盘20中心的距离为147mm。位置调节件70的抵接部与弹性膜30抵接区域的半径为0.2-1mm，以准确调整弹性膜30在圆周方向的应变，保证弹性膜沿圆周方向的均匀变形，这可以减少或避免弹性膜周向变形不均匀对抛光载荷调控的影响，提升抛光载荷施加的合理性。
图10是图9实施例的一个变体，在该实施例中，位置调节件70的抵接部与弹性膜30抵接区域的形状为腰形。如此设置，既能够调节弹性膜30沿半径方向的形变，又能够兼顾弹性膜30在圆周方向的形变，有利于调整弹性膜在各个方向的应变，保证弹性膜应变调控的效率。
图11是图10中C处的局部放大图，位置调节件70沿承载盘20的圆周方向均匀设置，并且，每一个位置调节件70配置四件应变检测件60，以保证弹性膜变形检测的准确性。
可以理解的是，位置调节件70的抵接部与弹性膜30抵接区域也可以为其他形状，如椭圆形、梯形、半圆形和/或三角形等；只要能够控制抵接区域的面积，位置调节件70能够准确调整弹性膜30的变形即可。
在化学机械抛光过程中，弹性膜30吸附晶圆并将晶圆抵压于旋转的抛光垫，摩擦去除材料产生的热量会部分传导至弹性膜30，甚至传导至水平部33的区域，而应变检测件60对温度较为敏感性。假设应变检测件60为电阻应变式传感器，若敏感栅材料的线膨胀系数与弹性膜的线膨胀系数不相等，则当温度发生变化时，由于敏感栅与弹性膜的伸长量不相等，在敏感栅上就会受到附加的拉伸，从而会引起敏感栅电阻值的变化，进而影响应变的测量精度。
为了保证弹性膜30应变测量的准确性，在应变检测件60的相邻区域设置图12示出的补偿应变传感器61。补偿应变传感器61靠近应变检测件60设置，其不局限于对温度的补偿，还可以对影响应变检测件60测量精度的其他因素进行合理补偿，例如，应变检测件60的设置位置，以保证应变检测件60的测量精度。
图12所示的实施例中，位置调节件70与承载盘20的中心的距离为146-148mm。优选地，位置调节件70的抵接部与承载盘20的中心的距离为147mm。
在位置调节件70的抵接部与弹性膜30的水平部33接触时，可能因为水平部33表面附着水滴而影响弹性膜变形调整的效果。为了解决上述问题，图13示出了本发明一实施例提供的弹性膜的示意图，其中，弹性膜30对应的抵压区域33a的表面需要进行粗糙化处理，以防止抵接部在抵压区域33a滑动。图13中，水平部33上的虚线与水平部33的边沿之间的区域为抵压区域33a。在一些实施例中，水平部33的虚线距离弹性膜30中心的距离为140-145mm。
在一些实施例中，抵压区域33a的表面设置微型凸起，微型凸起的高度在0.1-0.3mm，微型凸起的截面形状可以为圆形、椭圆形和/或矩形。微型凸起可以通过增材制造成型，或者通过模制成型，使得位置调节件70能够对弹性膜30的水平部33的形变进行有效调节，保证弹性膜30在圆周方向变形的均匀性。
此外，本发明一实施例还提供了一种抛光系统，图14是本发明所述的抛光系统的示意图。需要说明的是，此处的抛光系统是指化学机械抛光系统。抛光系统1000包括抛光盘300、抛光垫200、修整器400、供液部500和上面所述的承载头100；抛光垫200设置于抛光盘300上表面并与其一起沿轴线Ax旋转；可水平移动的承载头100设置于抛光垫200上方，其下表面接收有待抛光的晶圆；修整器400包括修整臂及修整头，其设置于抛光盘300的一侧，修整臂带动旋转的修整头摆动以修整抛光垫200的表面；供液部500设置于抛光垫200的上侧，以将抛光液散布于抛光垫200的表面。
抛光作业时，承载头100将晶圆的待抛光面抵压于抛光垫200的表面，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。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200摩擦以进行抛光。
在化学机械抛光期间，修整器400用于对抛光垫200表面形貌进行修整和活化。使用修整器400可以移除残留在抛光垫表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从晶圆表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫200表面形变进行平整化，保证了在抛光期间抛光垫200表面形貌的一致性，进而使抛光去除速率保持稳定。
此外，本发明还提供了一种抛光方法，在使用上面所述的抛光系统1000抛光晶圆时，承载头100的位置调节件70基于应变检测件60的测量值，调整位置调节件70对弹性膜30的水平部33的作用，使得水平部33构成的腔室C1(图2示出)沿圆周方向的变形均匀，消除或弱化了弹性膜及保持环的加工装配误差对晶圆抛光的影响，以有效提升晶圆边缘区域抛光的均匀性。
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。
Claims (15)
1.一种用于化学机械抛光的承载头，其特征在于，包括承载盘、弹性膜和保持环，所述弹性膜设置于承载盘的下方，所述保持环设置于所述弹性膜的外周侧并位于承载盘的底部；
所述弹性膜包括底板部、直立部和水平部，所述底板部为盘状结构，直立部沿所述底板部的外缘竖直向上延伸，所述水平部自所述直立部的顶端水平向内延伸；
还包括应变检测件和位置调节件，所述应变检测件沿周向设置于承载盘的底部，并且，所述弹性膜加压后，所述水平部抵接于所述应变检测件，以测量水平部的应力信息；所述位置调节件与应变检测件水平相邻设置于承载盘，位置调节件能够抵接于所述水平部，其基于应变检测件的测量值调节所述水平部的应力，使得水平部构成的腔室沿圆周方向的变形均匀。
2.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述应变检测件的数量为多个，其沿所述承载盘的周向间隔均匀设置。
3.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述位置调节件为压电致动器，其主体部固定于所述承载盘，其抵接部朝向弹性膜的水平部设置。
4.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述应变检测件匹配设置有至少一个位置调节件，所述位置调节件沿所述承载盘的周向设置。
5.如权利要求4所述的承载头，其特征在于，所述应变检测件与位置调节件设置在与承载盘同心的一个圆弧上，两者之间的水平间距小于或等于10mm。
6.如权利要求4所述的承载头，其特征在于，所述应变检测件与位置调节件沿承载盘的半径方向设置，并且，两者设置于同一半径方向。
7.如权利要求6所述的承载头，其特征在于，所述应变检测件靠近所述承载盘的中心设置，所述位置调节件设置于所述应变检测件的外侧。
8.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，还包括电源、信号发射器和信号接收器，所述电源与应变检测件、位置调节件、信号发射器和信号接收器电性连接，以为其运行提供电能。
9.如权利要求8所述的承载头，其特征在于，还包括控制器，其设置于所述承载头的外部，其通过无线方式与信号发射器和信号接收器连接，以向所述位置调节件发送控制信号。
10.如权利要求7所述的承载头，其特征在于，所述应变检测件可拆卸地连接于承载盘的底部，并且，所述位置调节件的竖向投影至少部分覆盖弹性膜的直立部。
11.如权利要求10所述的承载头，其特征在于，所述应变检测件粘接固定于所述承载盘的底部，以测量由水平部所构成腔室在加压时的应力信息。
12.如权利要求8所述的承载头，其特征在于，所述电源为蓄电池，其设置于承载盘的内部。
13.如权利要求1所述的承载头，其特征在于，还包括补偿应变传感器，其与所述应变检测件相邻设置并位于所述承载盘的底部。
14.一种抛光系统，其特征在于，包括抛光盘、修整器、供液臂和权利要求1至13任一项所述的承载头。
15.一种抛光方法，其特征在于，使用权利要求14所述的抛光系统抛光晶圆，承载头的位置调节件基于应变检测件的测量值调整位置调节件对弹性膜的水平部的位移，使得水平部构成的腔室沿圆周方向的变形均匀。
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