CN218891685U - 一种用于化学机械抛光的弹性膜和承载头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于化学机械抛光的弹性膜和承载头，所述弹性膜包括：圆形的底板部；外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；其中，所述褶皱部为开口向内的折边结构，其朝向底板部的投影至少部分覆盖所述直立部。

Description

一种用于化学机械抛光的弹性膜和承载头

技术领域

本实用新型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弹性膜和承载头。

背景技术

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。

现有的承载头配置多腔室弹性膜，所述弹性膜具有多个可调压的腔室，以分别作用于晶圆的不同环形区域。由于弹性膜边缘腔室较为复杂，这会增加晶圆边缘区域的抛光载荷施加的控制难度；此外，承载头底部的保持环、抛光垫为易耗品，抛光过程中，保持环及抛光垫会出现不同程度的磨损，这对承载头的压力加载提出更高的要求。

因此，需要优化弹性膜的结构，提升承载头的适用功能，保证晶圆抛光的稳定性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种用于化学机械抛光的弹性膜和承载头，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种用于化学机械抛光的弹性膜，包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部为开口向内的折边结构，其朝向底板部的投影至少部分覆盖所述直立部。

在一些实施例中，所述褶皱部为开口向内的V形折边。

在一些实施例中，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接。

在一些实施例中，所述第一壁板与第二壁板的夹角小于180°。

在一些实施例中，所述第一壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第一倾斜角，所述第二壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第二倾斜角，所述第一倾斜角大于或等于所述第二倾斜角。

在一些实施例中，所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的差值为0～30°。

在一些实施例中，所述第一水平延伸部与第二壁板的结合处位于所述直立部的内侧。

在一些实施例中，所述第一壁板与第二壁板的结合处的外沿与所述直立部的外侧面之间的水平距离为-3mm～2mm。

在一些实施例中，所述直立部的顶端设置有衔接部，所述衔接部沿所述直立部的内沿向上延伸设置，所述褶皱部自所述衔接部的顶端折边而成。

在一些实施例中，所述衔接部的厚度大于所述褶皱部的厚度。

在一些实施例中，所述衔接部的内侧壁与直立部的外侧面之间的水平距离为2～8mm。

在一些实施例中，所述第二倾斜角小于10°。

在一些实施例中，所述第二倾斜角为3～5°。

在一些实施例中，所述第一倾斜角是第二倾斜角的2～5倍。

在一些实施例中，所述底板部与直立部结合处的内侧设置有凹槽部，所述底板部的边缘位置的厚度由内向外逐渐变小。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种用于化学机械抛光的弹性膜，其包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接；所述第一壁板的厚度小于所述第二壁板的厚度。

在一些实施例中，所述第二壁板的厚度小于所述第一水平延伸部的厚度。

在一些实施例中，所述第一壁板和第二壁板形成开口向内的V形折边。

在一些实施例中，所述第一壁板与第二壁板的夹角小于120°。

在一些实施例中，所述第一壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第一倾斜角，所述第二壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第二倾斜角，所述第一倾斜角大于或等于所述第二倾斜角。

在一些实施例中，所述第一水平延伸部与第二壁板的结合处位于所述直立部的内侧。

在一些实施例中，所述第一壁板与第二壁板的结合处的外沿与直立部上配置的环形卡槽的外周壁平齐。

在一些实施例中，所述直立部的顶端设置有衔接部，所述衔接部沿所述直立部的内沿向上延伸设置，所述褶皱部自所述衔接部的顶端折边而成。

在一些实施例中，所述衔接部的厚度大于所述第一壁板的厚度。

在一些实施例中，所述衔接部的厚度是第一壁板厚度的1.5～10倍。

在一些实施例中，所述衔接部的内侧壁与直立部的外侧面之间的水平距离为2～8mm。

本实用新型实施例的第三方面提供了一种用于化学机械抛光的弹性膜，其包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接；所述第一水平延伸部的厚度较第二壁板的厚度至少大10％。

本实用新型实施例的第四方面提供了一种用于化学机械抛光的弹性膜，其包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接；所述第二壁板的厚度较第一壁板的厚度至少大10％。

本实用新型实施例的第五方面提供了一种用于化学机械抛光的承载头，其包括承载盘、保持环以及上面所述的弹性膜，所述弹性膜设置于所述承载盘的底部，所述保持环设置于弹性膜的外周侧。

在一个实施例中，所述弹性膜通过环状压盘设置于承载盘的底部，所述承载盘的底部配置有同心的环状凹槽，所述弹性膜的褶皱部设置于所述环状凹槽的下侧。

本实用新型的有益效果包括：

a.弹性膜的外周壁配置的褶皱部为开口向内的折边结构，以提高褶皱部的柔性，避免弹性膜边缘部分加压膨胀而发生突变，保障载荷施加的平稳性；

b.开口向内的折边结构具有结构稳定的优点，有效保证折边结构加压膨胀的可控性，避免弹性膜与保持环的内侧壁抵接而干扰抛光载荷的施加；

c.褶皱部为V形折边结构，有利于降低磨损的保持环对压力调控的敏感性，提升承载头的压力调控能力；

d.配置褶皱部的弹性膜，使得褶皱部形成的腔室在较大的范围内产生良好的压力响应，以扩大弹性膜边缘部分的“可调压力窗口”，有效增强弹性膜的压力调控能力；

e.第一水平延伸部、第二壁板和第一壁板的厚度逐渐减小，以控制褶皱部中各个部分的压力响应顺序，提升褶皱部柔性变形的可靠性。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型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，并不限制本实用新型的保护范围，其中：

图1是本实用新型一实施例提供的一种化学机械抛光系统的示意图；

图2是本实用新型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3是图2中A处的局部放大图；

图4是现有弹性膜第一压力腔室加压膨胀的示意图；

图5是本实用新型一实施例提供的弹性膜第一压力腔室加压膨胀的示意图；

图6是本实用新型一实施例提供的褶皱部为V形折边弹性膜的局部示意图；

图7是本实用新型另一实施例提供的弹性膜的示意图；

图8是本实用新型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9是图8中B处的局部放大图；

图10是本实用新型再一实施例提供的弹性膜的局部示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本实用新型实施方式及本实用新型保护范围的限制。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，辅助说明本实用新型的构思，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实用新型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。

在本实用新型中，“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。

本实用新型公开的实施例总体上涉及半导体器件制造工业中使用的化学机械抛光(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是本实用新型一实施例提供的化学机械抛光系统1000的示意图，化学机械抛光系统1000包括承载头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。

图2是本实用新型一实施例提供的承载头100的示意图，承载头100包括：

连轴盘12，其为盘状部件，其上部配置有与驱动装置连接的法兰盘(未示出)；

承载盘13，其为盘状部件，承载盘13通过滚动隔膜21设置于连轴盘12的下方；具体地，第二夹环19和第三夹环20分别将滚动隔膜21的外缘和内缘夹紧，并结合至承载盘13和连轴盘12，使得承载盘13可随连轴盘12一体旋转；

平衡架11，其包括中轴部和翼缘部，平衡架11同轴设置于连轴盘12与承载盘13之间；具体地，平衡架11的轴部可滑动地插接至连轴盘12的中心轴孔中并能够沿竖直方向移动。平衡架11的翼缘部借助垫圈17、第一夹环18以及未示出的螺栓结合至承载盘13的中心阶梯孔，使得承载盘13可随平衡架11一起旋转和/或沿竖直方向移动；

弹性膜14，由环状压盘15夹紧并结合至承载盘13的下部，并且，可以与承载盘13一起移动和/或转动；

以及保持环16，其围绕弹性膜14设置并位于承载盘13的下部。

进一步地，弹性膜14、环状压盘15与承载盘13组合形成多个压力腔室(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7)。承载头100内设置有多个可与外部气路耦合连接的气体通道(图2未示出)，这些气体通道贯穿连轴盘12、承载盘13、环状压盘15，以分别与压力腔室连通，从而通过向这些压力腔室内通入气体或抽出气体来调节腔室压力。特别的，可以通过连轴盘12中的沿竖直方向与平衡架11的中轴部平行延伸的通孔来调节压力腔室C8的压力，实现承载盘13及弹性膜14相对于连轴盘12沿竖直方向位移。

图3是图2中A处对应的承载头100的局部放大图，其中，弹性膜14包括：

底板部141，其为圆形盘状结构，以接收待抛光的晶圆；

外周壁，沿底板部141的外沿向上延伸设置；

以及至少一个内周壁142，其为圆环状结构，并且，同心设置于外周壁的内侧。

图3所示的实施例中，外周壁包括：

直立部143，其沿底板部141的周缘向上竖直延伸而成；

褶皱部144，设置于直立部143的上侧；

以及第一水平延伸部145，其自褶皱部144的顶端朝向内侧水平延伸而成。

本实用新型中，褶皱部144为开口向内的折边结构。图3中，褶皱部144包括第一壁板144b和第二壁板144c，第一壁板144b自直立部143的顶端朝上向外延伸，第二壁板144c自第一壁板144b的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部145连接，以在弹性膜14的外周壁的上部形成开口向内的V形折边。

图3所示的实施例中，直立部143的顶部设置有衔接部144a，衔接部144a沿竖直方向朝上延伸设置，第一壁板144b自衔接部144a的顶端朝上向外延伸。衔接部144a的设置能够避免V形折边的第一壁板144b与直立部143的顶端相抵接，以保证V形折边的调节作用。

同时，衔接部144a能够调节及控制褶皱部144的整体变形量，实现晶圆的正常装载及抛光载荷施加。具体地，衔接部144a可以用于调节弹性膜14的整体高度，以便于弹性膜14的底板部141能够吸合并装载晶圆。

进一步地，衔接部144a位于弹性膜14内环的正上方，而弹性膜14的内环卡接于直立部143的内侧面，以增强直立部143的结构强度。褶皱部144构成的第一压力腔室C1充气加压形成的向下的载荷，经由衔接部144a、直立部143向下传递，以调节作用于晶圆边缘区域的压力，调控晶圆表面材料的去除速率。

图3所示的实施例中，衔接部144a的厚度大于第一壁板144b及第二壁板144c的厚度。设置厚度较大的衔接部144a，能够保证衔接部144a具有适中的强度，以防止V形折边膨胀而抵压于直立部143的顶面，保证褶皱部144的正常膨胀，调整经由弹性膜14的外周壁施加的载荷。

在一些实施例中，衔接部144a的厚度是第一壁板144b厚度的3～6倍，衔接部144a的厚度是第二壁板144c厚度的2～4倍。可以理解的是，衔接部144a的厚度不宜过大，若衔接部144a的厚度过大，甚至接近直立部143的厚度，衔接部144a就会严重影响褶皱部144的整体柔性，这不利于抛光压力的准确调控。

图3所示的实施例中，衔接部144a沿直立部143的内沿向上延伸设置，衔接部144a与直立部143的外侧面之间的水平距离为5mm，使得褶皱部144位于直立部143的上侧。优选地，衔接部144a的内侧壁与直立部143的外侧面之间的水平距离为2～8mm。

图3中，弹性膜14还包括连接筋146，其自直立部143的顶部朝向弹性膜的内侧延伸并固定于环状压盘15。与外周壁相邻的内周壁142的顶端具有朝向弹性膜14内侧水平延伸的第二水平延伸部147，外周壁、第一水平延伸部145、内周壁142、第二水平延伸部147及环状压盘15形成第二压力腔室C2。

图3所示的实施例中，衔接部144a沿直立部143的内沿向上延伸设置，以控制褶皱部144、第一水平延伸部145、连接筋146及环状压盘15形成的第一压力腔室C1的尺寸大小，同时，有利于第一压力腔室C1的加压变形。

第一压力腔室C1充气加压时，褶皱部144受压向外膨胀。由于第一壁板144b与第二壁板144c形成开口向内的V形折边，所述V形折边能够沿竖直方向朝向下侧移动；第一压力腔室C1抽真空时，所述V形折边抽气收缩，其能够沿竖直方向朝向上侧移动。即本实用新型中，朝向内侧开口的褶皱部144在加压或抽真空时，弹性膜14边缘部分的移动方向是明确的，这有利于提高压力调控的准确性。

图4是现有弹性膜14’的压力腔室C1’加压膨胀后的示意图，现有弹性膜14’配置有开口向外的折弯结构，压力腔室C1’加压膨胀后向外翻边。图4中，使用虚线表示压力腔室膨胀后的状态示意图。

现有弹性膜14’加压时，开口向外的折弯结构由内向外变形；由于开口向外的折弯结构变形幅度较大，其可控性不佳。因此，现有弹性膜14’的折弯结构极易与保持环16的内侧壁抵接而致使现有弹性膜14’失去稳定状态。

图5是弹性膜14的第一压力腔室C1加压后的示意图，使用实线表示褶皱部144处于静止状态，使用虚线表示褶皱部144处于加压膨胀状态。

图5中，第一壁板144b与第二壁板144c形成的V形折边在充气膨胀时，V形折边的变形相对较小，其处于可控状态。调节褶皱部144的结构参数，能够控制褶皱部144在弹性膜14(静止状态)与保持环16之间的间隙范围内膨胀移动，以避免褶皱部144的外沿与保持环16的内侧壁抵接，而影响弹性膜14边缘部分的载荷施加。与现有技术相比，本实用新型提供的弹性膜14配置有开口向内的V形折边，其具有结构稳定的优点。

图4中，现有弹性膜14’在加压或抽真空时，具有开口向外的折弯结构的现有弹性膜14’的移动方向是不确定的。这是因为现有弹性膜14’的折弯结构存在一个临界状态，所述临界状态是折弯结构由内向外翻折的状态。对应图4示出的现有弹性膜14’来说，在折弯结构的临界状态前后，现有弹性膜14’的移动状态是不相同的，这在一定程度上影响抛光载荷的准确施加。与现有技术的弹性膜相比，图5示出的弹性膜14配置开口向内的折边结构，该结构能够准确控制弹性膜14的上移或下移，有效提升弹性膜边缘部分的压力控制能力。

再者，现有弹性膜14’(图4示出)在使用时会形成较大的偏转扭矩，尤其是承载头由正常旋转切换为急停状态。这在一定程度上影响弹性膜的使用寿命。而本实用新型提供的弹性膜14在使用时具有较小的偏转扭矩，这有利于延长弹性膜的使用寿命，控制晶圆抛光制程的成本。

此外，现有弹性膜14’(图4示出)的压力腔室C1’在加压膨胀过程中存在突变，这在一定程度上影响现有弹性膜14’边缘部分的“可调压力窗口”。此处的突变是指现有弹性膜14’经过临界状态，折弯结构由开口向外折弯变为开口向内折弯。具体地，压力腔室C1’的压力增加至一定数值后继续加压，则会出现腔室压力不稳定的问题；或者，压力腔室C1’在减压至一定数值后继续减压，若压力腔室C1’的压力值变化不大，则减压的压力腔室C1’几乎没有任何压力响应。

而图5示出的弹性膜14不存在压力突变的问题，因此，本实用新型提供的弹性膜14，使得第一压力腔室C1在较大的范围内产生良好的压力响应，以扩大弹性膜14边缘部分的“可调压力窗口”，有效增强了弹性膜14的压力调控能力。换言之，微量调节第一压力腔室C1也能够调控晶圆边缘区域去除速率，这有利于实现晶圆的全局平坦化。

图3中，第一水平延伸部145抵接于承载盘13设置，第一水平延伸部145与第二壁板144c的结合处位于直立部143的内侧。优选地，第一水平延伸部145与第二壁板144c的结合处的竖向投影与衔接部144a重合，使得位于直立部143上侧的V形折边的膨胀处于可控状态。本实用新型中，竖向投影是指沿竖直方向的投影，具体地，第一水平延伸部145与第二壁板144c的结合处沿竖直方向的投影，即所述结合处在底板部141的投影。本申请的上下文中，内侧/外侧是以中心线和/或中间层为基准而言的。

本实用新型一实施例提供的弹性膜14中，第一壁板144b与第二壁板144c的结合处位于直立部143的上侧，并且，所述结合处的外沿与直立部143外侧面之间的水平距离为-3mm～2mm。其中，水平距离的负值是指第一壁板144b与第二壁板144c的结合处位于直立部143外侧面的内侧。需要说明的是，若所述结合处的外沿位于直立部143外侧面平齐，则结合处的外沿与直立部143外侧面之间的水平距离为零；若所述结合处的外沿位于直立部143外侧面的外侧，则结合处的外沿与直立部143外侧面之间的水平距离为正值。

图6所示的实施例中，第一壁板144b与第二壁板144c结合处的外沿位于直立部143外侧面的外侧，褶皱部144朝向底板部141的投影完全将直立部143覆盖。即V形折边的径向长度大于直立部143的径向长度，以增加褶皱部144的柔性，降低弹性膜14对保持环磨损的敏感性，提升承载头的调压性能。

可以理解的是，第一壁板144b与第二壁板144c结合处的外沿也可以与直立部143的外侧面平齐。如此设置，能够控制直立部143作用于晶圆边缘的载荷，以调控对应区域的材料去除速率。

作为本实用新型的一个实施例，第一壁板144b与第二壁板144c的夹角小于180°。即褶皱部144在静止状态至少存在开口向内的折弯，以便于褶皱部144在受压状态下朝向外侧膨胀。优选地，第一壁板144b与第二壁板144c的夹角为15～120°。

图3示出的实施例中，第一壁板144b与第二壁板144c的夹角为15～45°，第一压力腔室C1加压后，开口向内的V形折边在保持环16的内侧膨胀；同时，在第一压力腔室C1抽真空后，开口向内的V形折边沿竖直方向有效移动，以调节晶圆边缘区域的载荷施加，精确控制晶圆边缘区域的材料去除速率。

图6是本实用新型一实施例提供的弹性膜14的布局放大图，第一壁板144b与第一水平延伸部145之间的夹角为第一倾斜角α，而第二壁板144c与第一水平延伸部145之间的夹角为第二倾斜角β，其中，第一倾斜角α大于第二倾斜角β。需要说明的是，第一壁板144b与第一水平延伸部145之间的夹角以及第二壁板144c与第一水平延伸部145之间的夹角为锐角，以方便比对上述夹角的大小。

弹性膜14的上述设置，使得膨胀后的褶皱部144略微朝向下侧倾斜，以避免褶皱部144的顶部与承载盘13的底面抵接而干扰晶圆边缘区域的抛光压力的加载。

优选地，第一倾斜角α与第二倾斜角β的差值小于或等于30°，以控制弹性膜14的V形折边加压变形的平稳性。

作为图6实施例的一个变体，第一倾斜角α也可以等于第二倾斜角β。即第一倾斜角α与第二倾斜角β的差值为0°，褶皱部144沿其水平中心线形成对称的V形折边，使得褶皱部144加压膨胀的变形相对稳定。

图7是本实用新型另一实施例提供的弹性膜14的示意图，底板部141与直立部143结合处的内侧设置有凹槽部141a。其中，底板部141的边缘位置的厚度由内向外逐渐变小，以便增强底板部141边缘位置的柔性，调节晶圆边缘区域的抛光压力。

优选地，底板部141边缘位置厚度的最小值是底板部141其他位置厚度的60％～80％，以保证底板部141边缘位置的柔性。在一些实施例中，底板部141边缘位置的厚度的最小值距离弹性膜14圆心的距离为146～148mm，以准确调节晶圆边缘区域的抛光载荷。

图7示出的实施例中，底板部141边缘位置厚度渐变的长度为1～5mm，以全面覆盖晶圆边缘抛光压力骤变的区域，提升晶圆边缘压力调控的能力。

为了保证抛光载荷的正常传递，衔接部144a的厚度大于第一壁板144b的厚度，以便于褶皱部144、连接筋146等围成的第一压力腔室C1形成的载荷，经由衔接部144a和直立部143向下传递。在一些实施例中，衔接部144a的厚度是第一壁板144b厚度的1.5～10倍，以保证抛光载荷的顺畅传递，使得衔接部144a与第一水平延伸部145具有较大的刚度，而设置在两者之间的褶皱部144能够有序的发生柔性变形。

图8是本实用新型一实施例提供的承载头的示意图，图9是图8中B处的局部放大图。与图2所示的实施例相比，第二壁板144c与第一水平延伸部145之间形成的第二倾斜角小于10°，以控制第一压力腔室C1沿竖直方向的膨胀，调节第一压力腔室C1形成的载荷向下传递的程度，调控晶圆边缘区域的去除速率。优选地，第二壁板144c与第一水平延伸部145的夹角为3～5°。

在一些实施例中，第二壁板144c与第一水平延伸部145的夹角也可以等于0°。即第二壁板144c与第一水平延伸部145位于同一条水平面。该结构与弹性膜14的凹槽部141a(图10示出)相组合，以保证弹性膜14边缘部分的柔性，提升抛光压力加载的准确性。

图10是本实用新型一实施例提供的弹性膜14的局部示意图，其中，第一倾斜角α是第二倾斜角β的4倍。在一些实施例中，第一倾斜角α是第二倾斜角β的2～5倍。弹性膜14的上述设置，使得膨胀后的褶皱部144略微朝向下侧倾斜，以避免褶皱部144的顶部与承载盘13的底面抵接而干扰晶圆边缘区域的抛光压力的加载。

同时，本实用新型一实施例还提供了一种用于化学机械抛光的弹性膜14，图7是弹性膜14对应的局部示意图。

本实施例中，弹性膜14的褶皱部144具有以下特点：第一壁板144b的厚度小于第二壁板144c的厚度。即在第一压力腔室C1加压或减压时，厚度较小的第一壁板144b要优先于第二壁板144c动作，以准确控制弹性膜144的边缘部分的移动趋势，增强抛光载荷调控的准确性。

图7中，第二壁板144c的厚度要小于第一水平延伸部145的厚度，使得在第一压力腔室C1加压或减压时，第二壁板144c要优先于第一水平延伸部145动作。即第一水平延伸部145、第二壁板144c和第一壁板144b的厚度逐渐减小，进而确定了腔室加压或减压时，各个部件的动作顺序。具体地，第一壁板144b优先于第二壁板144c动作，第二壁板144c优先于第一水平延伸部145动作，以按照既定的规律控制褶皱部144的变形，保证弹性膜14边缘部分弹性变形的可控性。

作为本实用新型的一个实施例，第一水平延伸部145的厚度较第二壁板144c的厚度至少10％，以调控第二壁板144c的柔性，实现褶皱部144的有序变形。优选地，第一水平延伸部145的厚度较第二壁板144c的厚度大10％-60％，使得第一水平延伸部145与第二壁板144c的柔性存在一些差异。

作为本实用新型的一个实施例，第二壁板144c的厚度较第一壁板144b的厚度至少大10％，以调节褶皱部144的柔性，实现褶皱部144的有序变形。优选地，第二壁板144c的厚度较第一壁板144b的厚度大10％-30％，以提升第一壁板144b的柔性，使得第一壁板144b、第二壁板144c和第一水平延伸部145有序地发生伸缩变形。

图7所示的实施例中，第一壁板144b和第二壁板144c形成开口向内的V形折边，第一壁板144b与第二壁板144c的夹角小于120°，使得褶皱部144在加压时朝向外侧膨胀，避免褶皱部144发生突变，保证第一压力腔室C1加压膨胀的稳定性。

在一些实施例中，第一壁板144b与第二壁板144c的结合处的外沿与直立部143上配置的环形卡槽143a的外周壁平齐，如图7所示。图2示出的外环设置于环形卡槽143a中，外环与内环组合，保证直立部143处于竖直状态。第一压力腔室C1形成的载荷可以经由直立部143、内环和外环形成组件向下传递，以保证晶圆边缘区域载荷施加的准确性。

在一些实施例中，第二壁板144c的厚度等于第一水平延伸部145的厚度，第二壁板144c的厚度大于第一壁板144b的厚度，并且，衔接部144a的厚度大于第二壁板144c的厚度，以保证弹性膜14的边缘部分的柔性，准确调控晶圆边缘区域的抛光载荷，提升晶圆抛光的均匀性。

图8是本实用新型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包括承载盘13、保持环16以及上面所述的弹性膜14，弹性膜14设置于承载盘13的底部，保持环16设置于弹性膜14的外周侧。

图8中，弹性膜14通过环状压盘15设置于承载盘13的底部，承载盘13的底部配置有同心的环状凹槽13a，弹性膜14的褶皱部144设置于环状凹槽13a的下侧。环状凹槽13a的设置，为褶皱部144的膨胀变形提供空间，有效避免膨胀的褶皱部144抵接于承载盘13的底面而影响抛光载荷的准确调控。需要说明的是，在图2示出的实施例中，承载盘13的底部也可以配置环状凹槽13a，以为褶皱部144的膨胀变形提供空间。

本实用新型提供的弹性膜14配置向内开口的褶皱部144，以增强弹性膜边缘部分的柔性，提升晶圆边缘区域的压力调控能力。随着承载头100抛光晶圆数量的增多，保持环16会出现不同程度的磨损，而磨损的保持环16会影响晶圆边缘区域的去除速率。本实用新型提供的弹性膜14的褶皱部144为开口向内的折边结构，有效增强了弹性膜边缘压力的调控能力，以便对保持环16的磨损进行适当补偿，实现晶圆边缘区域压力的准确调控。

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实用新型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实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (30)

1.一种用于化学机械抛光的弹性膜，其特征在于，包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部为开口向内的折边结构，其朝向底板部的投影至少部分覆盖所述直立部。

2.如权利要求1所述的弹性膜，其特征在于，所述褶皱部为开口向内的V形折边。

3.如权利要求2所述的弹性膜，其特征在于，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接。

4.如权利要求3所述的弹性膜，其特征在于，所述第一壁板与第二壁板的夹角小于180°。

5.如权利要求3所述的弹性膜，其特征在于，所述第一壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第一倾斜角，所述第二壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第二倾斜角，所述第一倾斜角大于或等于所述第二倾斜角。

6.如权利要求5所述的弹性膜，其特征在于，所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的差值为0～30°。

7.如权利要求3所述的弹性膜，其特征在于，所述第一水平延伸部与第二壁板的结合处位于所述直立部的内侧。

8.如权利要求3所述的弹性膜，其特征在于，所述第一壁板与第二壁板的结合处的外沿与所述直立部的外侧面之间的水平距离为-3mm～2mm。

9.如权利要求1所述的弹性膜，其特征在于，所述直立部的顶端设置有衔接部，所述衔接部沿所述直立部的内沿向上延伸设置，所述褶皱部自所述衔接部的顶端折边而成。

10.如权利要求9所述的弹性膜，其特征在于，所述衔接部的厚度大于所述褶皱部的厚度。

11.如权利要求9所述的弹性膜，其特征在于，所述衔接部的内侧壁与直立部的外侧面之间的水平距离为2～8mm。

12.如权利要求5所述的弹性膜，其特征在于，所述第二倾斜角小于10°。

13.如权利要求12所述的弹性膜，其特征在于，所述第二倾斜角为3～5°。

14.如权利要求12所述的弹性膜，其特征在于，所述第一倾斜角是第二倾斜角的2～5倍。

15.如权利要求1所述的弹性膜，其特征在于，所述底板部与直立部结合处的内侧设置有凹槽部，所述底板部的边缘位置的厚度由内向外逐渐变小。

16.一种用于化学机械抛光的弹性膜，其特征在于，包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接；所述第一壁板的厚度小于所述第二壁板的厚度。

17.如权利要求16所述的弹性膜，其特征在于，所述第二壁板的厚度小于所述第一水平延伸部的厚度。

18.如权利要求16所述的弹性膜，其特征在于，所述第一壁板和第二壁板形成开口向内的V形折边。

19.如权利要求16所述的弹性膜，其特征在于，所述第一壁板与第二壁板的夹角小于120°。

20.如权利要求16所述的弹性膜，其特征在于，所述第一壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第一倾斜角，所述第二壁板与第一水平延伸部之间的夹角为第二倾斜角，所述第一倾斜角大于或等于所述第二倾斜角。

21.如权利要求16所述的弹性膜，其特征在于，所述第一水平延伸部与第二壁板的结合处位于所述直立部的内侧。

22.如权利要求16所述的弹性膜，其特征在于，所述第一壁板与第二壁板的结合处的外沿与直立部上配置的环形卡槽的外周壁平齐。

23.如权利要求16所述的弹性膜，其特征在于，所述直立部的顶端设置有衔接部，所述衔接部沿所述直立部的内沿向上延伸设置，所述褶皱部自所述衔接部的顶端折边而成。

24.如权利要求23所述的弹性膜，其特征在于，所述衔接部的厚度大于所述第一壁板的厚度。

25.如权利要求24所述的弹性膜，其特征在于，所述衔接部的厚度是第一壁板厚度的1.5～10倍。

26.如权利要求25所述的弹性膜，其特征在于，所述衔接部的内侧壁与直立部的外侧面之间的水平距离为2～8mm。

27.一种用于化学机械抛光的弹性膜，其特征在于，包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接；所述第一水平延伸部的厚度较第二壁板的厚度至少大10％。

28.一种用于化学机械抛光的弹性膜，其特征在于，包括：

圆形的底板部；

外周壁，其包括直立部、褶皱部和第一水平延伸部，所述直立部沿所述底板部的周缘向上竖直延伸而成，所述褶皱部位于所述直立部之上，所述第一水平延伸部自所述褶皱部顶端朝向内侧水平延伸而成；

以及至少一个内周壁，其同心设置于所述外周壁的内侧；

其中，所述褶皱部包括第一壁板和第二壁板，所述第一壁板自所述直立部的顶端朝上向外延伸，所述第二壁板自所述第一壁板的顶端朝上向内延伸并与第一水平延伸部连接；所述第二壁板的厚度较第一壁板的厚度至少大10％。

29.一种用于化学机械抛光的承载头，其特征在于，包括承载盘、保持环以及权利要求1至28任一项所述的弹性膜，所述弹性膜设置于所述承载盘的底部，所述保持环设置于弹性膜的外周侧。

30.如权利要求29所述的承载头，其特征在于，所述弹性膜通过环状压盘设置于承载盘的底部，所述承载盘的底部配置有同心的环状凹槽，所述弹性膜的褶皱部设置于所述环状凹槽的下侧。

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