台湾专利TW201323153A 內扣環及外扣環

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一種供化學機械研磨機所用之承載頭包括基座、基材安裝表面、環狀內環以及環狀外環。內環具有內表面、外表面以及下表面，內表面經配置以圍繞地環繞安置於基材安裝表面上之基材的邊緣，且下表面用以接觸研磨墊。內環可相對於基材安裝表面垂直地移動。外環具有內表面、外表面以及下表面，內表面圍繞地環繞內環，且下表面用以接觸研磨墊。外環可相對於基材安裝表面及內環垂直地移動並獨立於基材安裝表面及內環。內環的下表面具有第一寬度，且外環的下表面具有第二寬度大於第一寬度。
公开号:TW201323153A
申请号:TW102108272
申请日:2011-08-05
公开日:2013-06-16
发明作者:Hung Chih Chen；Samuel Chu-Chiang Hsu；Yin Yuan；Huanbo Zhang；Gautam Shashank Dandavate；Mario David Silvetti
申请人:Applied Materials Inc；
IPC主号:H01L21-00

专利说明:
內扣環及外扣環
本發明係關於供使用於化學機械研磨的承載頭。
通常藉由在矽基材上依序沉積導電層、半導體層或絕緣層，而在基材上形成積體電路。一個製造步驟涉及將填料層沉積於非平坦表面上，並平坦化填料層直到暴露出該非平坦表面為止。舉例而言，可將導電填料層沉積在經圖案化的絕緣層上，以填充絕緣層中的溝槽或孔洞。接著研磨填料層，直到暴露出絕緣層的凸起圖案為止。在平坦化之後，仍維持在絕緣層的凸起圖案之間的導電層部分形成通孔、栓塞及導線，以提供基材上的薄膜電路之間的導電路徑。就其它應用而言，如氧化物研磨，平坦化填料層直到在非平坦表面上留下預定厚度的填料層為止。此外，需要進行平坦化來平坦基材表面以供微影術所用。
化學機械研磨(CMP)是可接受的平坦化方法之一。這種平坦化方法典型需要將基材安裝於承載頭上。基材的暴露表面典型地被安置抵靠旋轉的研磨墊。承載頭提供了可受控制的負載於基材上，以推壓基材抵靠研磨墊。典型地將研磨液，如含有磨料顆粒的漿料，供應至研磨墊的表面。
承載頭提供了可受控制的負載於基材上，以推壓基材抵靠研磨墊。承載頭具有內環，內環可於研磨期間固定基材。承載頭也可具有外環，外環圍繞內環。
「邊緣除外區域(edge exclusion region)」為基材邊緣處之環狀區域，此區域的研磨速率可能與接近基材中心處之研磨速率有顯著的差異，導致此區域不適合用於產生元件，或僅能提供較低的元件產量。舉例而言，就設計來研磨300 mm晶圓的某些承載頭而言，邊緣除外區域可為大約15 mm寬。
許多技術可用來補償邊緣除外現象。就具有內環及外環二者的承載頭而言，藉由製作相對較窄的內環，可使外環移動且充份靠近基材的邊緣，以使用內環及外環二者來控制接近基材邊緣處之壓力。就具有可調整直徑的扣環之承載頭而言，可選擇扣環的直徑來提供扣環與基材之間的側向空間，以增進除外區域中的研磨均勻度。並且，某些環的幾何結構可移動研磨墊使其不接觸基材邊緣。
在一個態樣中，一種供化學機械研磨機所用的承載頭包括基座、基材安裝表面、環狀內環，以及環狀外環。內環具有內表面、外表面以及下表面，內表面經配置以圍繞地環繞基材的邊緣，基材則安置於基材安裝表面上，且下表面用以接觸研磨墊。內環可相對於基材安裝表面垂直地移動。外環具有內表面、外表面以及下表面，內表面圍繞地環繞內環，且下表面用以接觸研磨墊。外環可相對於基材安裝表面及內環垂直地移動並獨立於基材安裝表面及內環。內環的下表面具有第一寬度，且外環的下表面具有第二寬度大於第一寬度。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵。基材支持構件包含可撓性膜。第一可施壓腔室可施加第一壓力至可撓性膜，第二可施壓腔室可施加第二壓力至內環，且第三可施壓腔室可施加第三壓力至外環。第一壓力、第二壓力及第三壓力可單獨調整。外環的下表面可充分地接近基材安裝表面，使研磨墊上之外環的下表面的壓力影響基材的邊緣上之壓力。第一寬度可介於約0.04與0.20吋之間。第二寬度可達1吋。第二寬度較第一寬度大約五至十五倍。內環的外表面可包括傾斜部分，且外環的內表面可包括傾斜部分，該傾斜部分具有與內環的外表面之該傾斜部分相同的傾斜角。內環的外表面之傾斜部分可於外環的內表面之傾斜部分上延伸。外環的下表面可以較內環的下表面更具剛性的材料所形成。鄰近內環的下表面之內環的外表面之下部分所具有的外徑向直徑小於鄰近內環的上表面之內環的外表面之上部分。
在另一個態樣中，一種供化學機械研磨機所用之承載頭包括基座、基材安裝表面、環狀內環以及環狀外環。內環具有內表面、外表面以及下表面，內表面經配置以圍繞地環繞安置於基材安裝表面上之基材的邊緣，且下表面用以接觸研磨墊。內環可相對於基材安裝表面垂直地移動。外環具有內表面、外表面以及下表面，內表面圍繞地環繞內環，且下表面用以接觸研磨墊。外環可相對於基材安裝表面及內環垂直地移動並獨立於基材安裝表面及內環。外環的下表面足夠靠近基材安裝表面，使得研磨墊上之外環的下表面的壓力影響基材的邊緣上之壓力。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵結構。第一寬度可介於約0.04與0.20吋之間。
在另一個態樣中，一種供化學機械研磨機所用的承載頭包括基座、基材安裝表面、環狀內環以及環狀外環。內環具有內表面、外表面以及下表面，內表面經配置以圍繞地環繞安置於基材安裝表面上之基材的邊緣，外表面具有第一傾斜部分，且下表面用以接觸研磨墊。內環可相對於基材安裝表面垂直地移動。外環具有內表面、外表面以及下表面，內表面圍繞地環繞內環，內表面具有第二傾斜部分，第二傾斜部分具有與第一傾斜部分相同之傾斜角度，且下表面用以接觸研磨墊。外環可相對於基材安裝表面及內環垂直地移動並獨立於基材安裝表面及內環。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵。內環的外表面之第一傾斜部分可於外環的內表面之第二傾斜部分上延伸。
在另一個態樣中，一種供化學機械研磨機所用之承載頭包括基座、基材安裝表面、環狀內環以及外環。內環具有下表面、外表面以及面向內表面，下表面經配置以接觸安置於基材安裝表面上之基材的上表面，且面向內表面自下表面向下延伸並經配置以圍繞地環繞基材的邊緣，內環可相對於基材安裝表面垂直地移動。外環具有內表面、外表面以及下表面，內表面圍繞地環繞內環，且下表面用以接觸研磨墊，且外環可相對於基材安裝表面及內環垂直地移動並獨立於基材安裝表面及內環。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵。內環可具有第一寬度，且外環可具有第二寬度大於第一寬度。凸部的高度可使凸部的底表面在研磨期間不接觸研磨墊。
在另一個態樣中，一種供化學機械研磨機所用之承載頭包括基座、基材安裝表面、環狀內環、中間環以及外環。環狀內環具有內表面、外表面以及下表面，內表面經配置以圍繞地環繞安置於基材安裝表面上之基材的邊緣，且下表面用以接觸研磨墊，且內環可相對於基材安裝表面垂直地移動。中間環具有內表面、外表面以及下表面，內表面圍繞地環繞內環，且下表面用以接觸研磨墊，且中間環可相對於基材安裝表面及內環垂直地移動並獨立於基材安裝表面及內環。外環具有內表面、外表面以及下表面，內表面圍繞地環繞中間環，且下表面用以接觸研磨墊，外環可相對於基材安裝表面、內環及中間環垂直地移動並獨立於基材安裝表面、內環及中間環。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵。內環可具有第一寬度，且中間環可具有第二寬度大於第一寬度。
在另一個態樣中，一種供化學機械研磨機所用之承載頭包括基座、基材安裝表面及環狀扣環，環狀扣環具有內表面、外表面以及底部，內表面經配置以圍繞地環繞安置於基材安裝表面上之基材的邊緣，且底部具有下表面鄰近內表面，以及凸部，凸部由下表面徑向朝外安置，凸部具有底表面可接觸研磨墊。凸部之高度致使鄰近內表面之下表面不接觸研磨墊，且內環可相對於基材安裝表面垂直地移動。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵。凸部之高度使得下表面低於基材之斜角邊緣。下表面之寬度足夠小，致使研磨墊上之扣環的壓力之改變可造成基材之邊緣部分上的研磨速率之改變。
在另一個態樣中，一種研磨的方法包括下列步驟：針對承載頭之內環選擇第一壓力，並針對承載頭之外環選擇第二壓力。內環具有內表面經配置以圍繞地環繞基材之邊緣，外環具有內表面圍繞地環繞內環，內環可相對於基材安裝表面垂直地移動，外環可相對於基材安裝表面及內環垂直地移動並獨立於基材安裝表面及內環，內環的下表面具有第一寬度，且外環的下表面具有第二寬度大於第一寬度，且第一寬度足夠小而使得在研磨墊上之外環的壓力之改變造成基材之邊緣部分上的研磨速率之改變。以針對內環之第一壓力以及針對外環之第二壓力研磨基材，且第一壓力及第二壓力在基材之邊緣部分上所提供的研磨均勻度大於以至少某些其它壓力所能達成的研磨均勻度。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵。第一壓力及第二壓力可提供最佳研磨均勻度，最佳研磨均勻度超過可由承載頭針對內環及外環之壓力的組合所能達到之範圍。選擇第一壓力及第二壓力可包括下列步驟：於針對內環及外環的複數個不同壓力下研磨複數個測試基材，並測量該複數個測試基材之研磨均勻度。
在另一個態樣中，一種研磨的方法，包括下列步驟：針對承載頭的扣環的內徑選擇第一值，以提供基材的邊緣部分處之研磨均勻度大於以第二值可能達到的研磨均勻度；將扣環之內徑自該第二值調整至該第一值，其中該第一值於內徑與基材之間提供非零間隙(non-zero gap)；以及研磨基材同時將基材固持於承載頭中，承載頭含有扣環，扣環具有處於該第一值之內徑。
本發明的實施例可包括一或多個以下特徵。選擇第一值可包括下列步驟：於針對扣環的內徑之複數個不同的值下，研磨複數個測試基材，並測量該複數個測試基材的研磨均勻度。第一值可為針對複數個測試基材中具有最佳研磨均勻度之測試基材的扣環之內徑的值。
本發明的實施例可包括一或多個以下優點。內環及外環二者皆可用來控制靠近基材邊緣處之壓力。這提供了額外的可控制參數，用於調校施加至基材邊緣之壓力。因此，可改善接近基材邊緣處之研磨均勻度，減少邊緣除外現象，並提升產量。
伴隨著以下的圖式及描述提出一或多個實施例的細節。從描述、圖式及申請專利範圍可瞭解其它態樣、特徵及優點。
10‧‧‧基材
20‧‧‧研磨墊
100‧‧‧承載頭
102‧‧‧外殼
104‧‧‧基座組件
106‧‧‧平衡機構
108‧‧‧裝載腔室
110‧‧‧基材支撐組件
200‧‧‧內環/扣環
200’‧‧‧內環/扣環
200”‧‧‧內環/扣環
210‧‧‧內表面
212‧‧‧下方區域
214‧‧‧上方區域
216‧‧‧錐形區域
220‧‧‧上表面
222‧‧‧凹部
230‧‧‧下表面
232‧‧‧溝渠
240‧‧‧外表面
242‧‧‧下方區域
244‧‧‧上方區域
246‧‧‧傾斜區域
250‧‧‧唇部
252‧‧‧下表面
254‧‧‧外表面
256‧‧‧上表面
260‧‧‧下表面
262‧‧‧凸部
264‧‧‧面向內表面
266‧‧‧底表面
270‧‧‧內徑
272‧‧‧部分
274‧‧‧部分
276‧‧‧凸部
300‧‧‧可撓性膜
312‧‧‧孔洞
322‧‧‧環狀邊
324‧‧‧側壁
326‧‧‧凸部
328‧‧‧彎曲部分
350‧‧‧腔室
400‧‧‧外環
410‧‧‧內表面
412‧‧‧下方區域
414‧‧‧上方區域
420‧‧‧上表面
424‧‧‧孔洞
430‧‧‧下表面
432‧‧‧渠道
440‧‧‧外表面
442‧‧‧下方區域
443‧‧‧上方區域
444‧‧‧水平下表面
446‧‧‧下表面/傾斜表面
450‧‧‧下(環狀)部分
460‧‧‧上(環狀)部分
500‧‧‧可撓性膜
502‧‧‧表面
504‧‧‧檔板
506‧‧‧腔室
600‧‧‧中間環
第1圖顯示承載頭的概要剖面視圖。
第2圖顯示承載頭的部分透視及部分剖面之展開側視圖。
第3圖為內環的剖面側視圖。
第4圖為膜的剖面側視圖。
第5圖為外環的剖面側視圖。
第6圖為承載頭的底視圖。
第7圖顯示內環、外環及基材的概要剖面側視圖。
第8圖顯示三個環及基材的概要剖面側視圖。
第9A及9B圖顯示扣環及基材的概要剖面側視圖。
第10圖顯示扣環及基材的概要剖面側視圖。
相似的元件符號在各圖式中代表相似的元件。
參見第1圖，基材10可由具有承載頭100的化學機械研磨(CMP)設備進行研磨。CMP設備的描述可見於美國專利第5,738,574號，該專利之全文以引用方式併入本文。
承載頭100包括外殼102、基座組件104、平衡機構(gimbal mechanism)106(其可被視為基座組件104的部件)、裝載腔室108、包括內環200以及第一可撓性膜300的內環組件(其也可被稱作內環)，第一可撓性膜300經塑形而提供環狀腔室350、外環400(其也可被稱作內環)，以及基材支撐組件110，基材支撐組件110包括第二可撓性膜500，第二可撓性膜500界定複數個可施壓腔室。
外殼102通常可為圓形，且可連接至驅動軸桿以在研磨期間與驅動軸桿一起旋轉。可能有通道(未示於圖中)延伸穿過外殼102，以進行承載頭100的氣動控制。基座組件104為位在外殼102下面的可垂直地移動之組件。平衡機構106允許基座組件104相對於外殼102平衡，同時防止基座組件104相對於外殼102的側向運動。裝載腔室108位在外殼102與基座組件104之間，以施加負載(亦即，向下的壓力或重量)至基座組件104。基座組件104相對於研磨墊的垂直安置也可受裝載腔室108控制。基材支撐組件110包括可撓性膜500，可撓性膜500具下表面512，下表面512可提供安裝表面給基材10。
參見第2圖，基材10可由內環組件固定，內環組件夾持至基座組件104。內環組件可由內環200及可撓性膜300構成，可撓性膜300經塑形以提供環狀腔室350。內環200可被安置於可撓性膜300下方，且可經配置而固定至可撓性膜300。
參見第2及3圖，內環200為環狀本體，其具有內表面210、環狀上表面220、環狀下表面230以及外表面240。內表面210的下方區域212，鄰近下表面230，可為垂直柱狀表面，且可經設置以圍繞地環繞基材10的邊緣，以於研磨期間固持基材。內表面210的下方區域212可具有僅大於基材直徑的內徑，例如比基材直徑大約1至2 mm，以便容納基材裝載系統的安置公差。內表面210的上方區域214可為垂直的柱狀表面，且可相對下方區域212稍微內凹，例如，內表面210的上方區域214的內徑向直徑(radial diameter)大於內表面210的下方區域212的內徑向直徑。錐形區域216可連接下方區域212與上方區域214。
外表面240的下方區域242，鄰近下表面230，可為垂直的柱狀表面。內環介於下方區域212與下方區域242之間的部分可提供下方環狀環，例如，具0.04至0.20吋的寬度，例如，0.05至0.15吋的寬度。外表面240的上方區域244，鄰近上表面220，可為垂直的柱狀表面，且外表面240的下方區域242可相對於上方區域244內凹，例如，外表面240的上方區域244之外徑向直徑大於下方區域242之外徑向直徑。內環介於下方區域242與上方區域244之間的部分可提供上方環狀環，上方環狀環比下方環狀環寬。下方環(亦即，外表面240的下方區域242)的外徑向直徑可大於上方環(亦即，內表面210的上方區域214)的內徑向直徑。
內環200的外表面240可向外凸出以在下方區域242與上方區域244之間形成唇部250。唇部250可具有水平下表面252、垂直外表面254以及傾斜而非水平的上表面256。當內環於基材研磨期間磨損時，唇部250可為內環提供硬式擋止，使內環抵靠外環400的頂部內邊緣。當腔室350排空時，唇部250上的凹部為可撓性膜300的側壁324提供了轉動的空間。外表面240的傾斜區域246可將下方區域242連結至唇部250的水平下表面252。
環狀上表面220可具有兩個環狀同心凹部222延伸環繞整個環狀內環200。這些環狀同心凹部222的尺寸可經設定而連結可撓性膜300。
可使內環200的下表面230接觸研磨墊。內環200的至少一下部分(包括下表面230)可由諸如塑膠等在CMP製程中具化學惰性的材料所製成，例如，聚苯硫(polyphenylene sulfide；PPS)。下部分也應耐用且具有低磨損率。此外，下部分應可充分壓縮，以使基材邊緣接觸抵靠內環不會造成基材碎裂或破裂。另一方面，下部分不應過分有彈性，避免使施加在內環上的向下壓力造成下部分擠壓入基材接收凹部。
在某些實施例中，內環200可由兩個環建構，即下環狀部分及上環狀部分。內環200的上部分可由比下部分更具剛性的材料所製成。舉例而言，下部分可為塑膠(例如，PPS)，且上部分可為金屬(例如，不鏽鋼、鉬或鋁)，或陶瓷(例如，氧化鋁)。
上表面220可包括具有螺絲鞘(未繪示)的柱狀凹部或孔洞234，以接收固定件，如螺栓、螺絲或其它硬體，以將內環200固定至安置於上方的可撓性膜300。孔洞234可等間隔環繞內環，且可安置於兩個環狀同心凹部222之間。
在某些實施例中，內環200具有形成在下表面230中的一或多個漿料輸送渠道。漿料輸送渠道自下環部分的內徑延伸向外徑，以容許漿料在研磨期間自內環的外側通往內側。漿料輸送渠道可等間隔環繞內環。各漿料輸送渠道可相對於通過該渠道的半徑偏移一角度，例如，45°。渠道可具有約0.125吋的寬度。
在某些實施例中，內環200具有一或多個通孔自內表面210向外表面240延伸通過內環本體，以容許流體(例如，空氣或水)在研磨期間自內環的內側通往外側，或自內環的外側通往內側。通孔可延伸穿過上方環。通孔可等間隔環繞內環。
在某些實施例中，內環的上部分之下表面可較其上表面更寬。舉例而言，內表面210可具有在垂直區域242下方自頂部往底部向內傾斜(亦即，具有漸減的直徑)的錐形區域240。下部分的內表面可為垂直的。當內環的下部分在基材研磨期間磨損，內環較窄的上方內表面可防止提供基材安裝表面之相鄰可撓性膜的磨損。此外，在某些實施例中，內環的整個外表面可塗佈有非黏性塗層，例如，聚對二甲苯(parylene)。
內環200及可撓性膜300一起形成內環組件。可撓性膜300經配置而被向上夾持於基座組件104並向下固定於環狀內環200，而在內環上方提供環狀腔室350。當環狀腔室350被擠壓，可撓性膜可在內環上提供可獨立控制的負載。內環上的負載提供負載至研磨墊。當內環磨損時，內環上的獨立負載可容許研磨墊上的負載一致。於內環與承載頭之間安置可撓性膜可降低或消除載體變形(carrier distortion)在內環上造成的衝擊，此衝擊發生在將環直接固定至承載頭時。消除載體變形可減少內環上的不平均磨損、減少基材邊緣處的製程變化度，並容許使用較低的研磨壓力、增加環的壽命。
如第4圖所示，可撓性膜300具有同心的內與外側壁324。可撓性膜300可具有一對環狀邊322自側壁324的頂部邊緣水平且向內延伸。可用夾持環將可撓性膜夾持至基座組件104，夾持環安置在可撓性膜的環狀邊322下方。此外，可撓性膜300具有下表面。可有兩個環狀同心凸部326自可撓性膜的環狀下表面向下延伸。這些環狀同心凸部326的尺寸可經設定而安置於內環200的頂表面220中的環狀同心凹部222內，內環200安置於可撓性膜300下方。
內環組件的可撓性膜300可由具彈性而能容許膜在壓力下撓曲的材料製成。彈性材料可包括矽膠及其它示範性材料。
可撓性膜的下表面可包括圓形孔洞312。可將圓形孔洞312安置於兩個環狀同心凸部326之間，且圓形孔洞312可等間隔環繞可撓性膜的下表面。圓形孔洞312可容納固定件，如螺栓、螺絲或其它硬體，以將可撓性膜300固定至內環200。在某些實施例中，為了將可撓性膜300固定至內環200，可將黏著劑(例如，Loctite)置於凹部222中，且將單向螺絲通過可撓性膜300的孔洞312插入接收凹部222。因此，可有效而永久地結合可撓性膜300與內環200。
在某些實施例中，可撓性膜300之同心的內與外側壁324可於下方包裹環繞而形成帶有彎曲部分328的下表面。當可撓性膜固定至內環200時，彎曲部分328可延伸至低於內環的上表面處。彎曲部分328提供了轉動樞紐，使可撓性膜的底部可回應腔室350的壓縮或排空而上下移動，而使側壁324不會實質上外凸。於某些實施例中，環狀邊322可比可撓性膜的側壁324更厚。環狀同心凸部326也可比側壁324更厚。
在內環200經配置以固持基材10並提供有效的邊緣製程控制時，外環400為研磨墊的表面提供承載頭的位置或參照。此外，外環400接觸並提供內環200的側向參照。外環400經配置以圍繞地環繞內環200。類似內環，可使外環400的下表面430接觸研磨墊。
如第5圖所示，外環400為環狀本體，具有內表面410、環狀上表面420、環狀下表面430以及外表面440。內表面410的下方區域412，鄰近下表面430，可為垂直的柱狀表面，且可經配置以圍繞地環繞內環200的外表面240的下部分242。內表面410的上方區域414可為傾斜的，且可具有與內環200的傾斜區域246相同的斜度。上方區域414向下且徑向地向內傾斜，亦即，使得上方區域414的頂部處之內表面410的上方區域414的內徑向直徑大於上方區域414的底部。內環200的傾斜區域246可垂直延伸於外環400的傾斜上方區域414上。
外環400的外表面440的下方區域442，鄰近下表面430，可為垂直的柱狀表面。外表面440的上方區域443，鄰近上表面420，可為垂直的柱狀表面，且外表面440的下方區域442可相對於上方區域443內凹，例如，外表面440的上方區域443的外徑向直徑大於下方區域442的外徑向直徑。外表面440的下方區域442的外徑向直徑可大於內表面410的上方區域414之內徑向直徑。外表面440也可包括水平的下表面444及傾斜而非水平的下表面446。水平的下表面444可為外環400提供硬式擋止，使外環400抵靠基材裝載站，且當承載頭降低進入裝載站時，傾斜表面446可提供承載頭於基材裝載站中自定中心。
外環400的上表面420可固定至基座104，例如，外環400的上表面420無法相對於基座104垂直地移動。外環400的上表面420可包括具有螺絲鞘(未繪示)的柱狀凹部或孔洞424，以接收固定件，如螺栓、螺絲或其它硬體，以將外環400固定至基座組件104。孔洞424可等間隔環繞外環400。在某些實施例中，孔洞424不在水平下表面444上延伸。
外環400的下表面430的寬度(亦即，介於內表面410的下方區域412與外表面440的下方區域442之間)可大於內環200的下表面230之寬度(亦即，介於內表面210的下方區域212與外表面240的上方區域244之間)。舉例而言，下表面430之寬度可為0.04至1.0吋。
在某些實施例中，外環400可由兩個環所建構，即下環狀部分450及上環狀部分460。外環400的上部分460可由比下部分450更具剛性的材料所製成。舉例而言，下部分450可為塑膠(例如，聚二醚酮(polyetheretherketone；PEEK)、填充碳的PEEK、填充Teflon®的PEEK、聚醯胺亞胺(polyamidimide；PAI))或複合材料。上部分460可為金屬(例如，不鏽鋼、鉬或鋁)，或陶瓷(例如，氧化鋁)。
外環400包括下表面430的部分可由比內環200包括下表面230的部分更具剛性的材料所製成。這可使外環的磨損速率低於內環。舉例而言，外環400的下部分450可為比內環200的塑膠更硬之塑膠。
在某些實施例中，外環400具有一或多個通孔自內表面410延伸至外表面440，以容許液體或空氣在研磨期間自外環400的內側通往外側，或自外環400的外側通往內側。通孔可等間隔環繞外環400。在某些實施例中，通孔僅在外環400中而不在內環200中。因此，經由外環400中的通孔所噴灑之流體(例如，來自淨化系統的水)將沿著內環200的外表面向下沖洗，因而淨化了外環400與內環200之間的空間。在其它實施例中，外環400及內環200二者中皆有通孔，且通孔經對準而使流體可穿過外環400及內環200二者。在這樣的實施例中，穿過外環400的通孔之寬度可等於或大於穿過內環200的通孔之寬度。在某些實施例中(請見第2圖)，通孔450穿過環繞內環200之基座104的一部分而形成，而非穿過外環本身。
請參見第6圖，在某些實施例中，外環400具有形成在底表面430上的一或多個漿料輸送渠道432，漿料輸送渠道432自內表面410往外表面440延伸以容許漿料在研磨期間自外環的外側通往內側。漿料輸送渠道可等間隔環繞外環。各漿料輸送渠道可相對於通過該渠道的半徑偏移一角度，例如，45°。外環溝渠432可對齊內環溝渠。於某些實施例中，外環溝渠432比內環溝渠232寬，容許漿料更自由地通往內環200的內側。舉例而言，外環溝渠432可具有約0.25吋的寬度。
回到第1圖，可撓性膜500提供表面502以安裝基材10。可撓性膜500包括複數個檔板504，檔板504將可撓性膜500與基座組件104之間的容積劃分為複數個獨立的可施壓腔室506。藉由以複數個同心夾持環將檔板504夾持至基座組件104，可形成施壓腔室506。腔室可經配置而自最內側腔室往最外側腔室依序變窄。
藉由通過基座組件104及外殼102的若干通道(未繪示)可將承載頭中的各腔室流體耦接至相關的壓力源，如泵或壓縮管線或真空管線。可有一個通道供可撓性膜300的環狀腔室350所用，一個通道供裝載腔室108所用，以及一個通道供介於基座組件104與可撓性膜500之間的各個可施壓腔室506所用。藉由在裝載腔室108內側或承載頭100外側延伸的彈性管道，可將來自基座組件104的一或多個通道連結至外殼102中的通道。可獨立控制各腔室之壓縮，以及由可撓性膜500的主要部分510之相關區段施加於基材10上的力量。這允許在研磨期間將不同的壓力施加到基材的不同徑向區域，從而補償了不一致的研磨速率。
使用腔室350可相對且獨立於腔室506中的壓力而變化內環200上的壓力，腔室506中的壓力是由膜500所界定，且使用裝載腔室108可相對且獨立於內環200上的壓力及腔室506中的壓力(由膜500所界定)而變化外環400上的壓力。
承載頭的外環400可施加向下的壓力至研磨墊。如上所註記，內環200的下表面230相對較窄，允許外環400的下表面430被安置而充分靠近基材的邊緣，使外環400可被用來控制基材上靠近基材邊緣的區域中之壓力。由於內環200及外環400二者可用來控制靠近基材邊緣的壓力，所以研磨墊上來自外環400的壓力可提供額外的可控制參數，用於調校施加至基材的邊緣之壓力。因此，可改善接近基材邊緣處之研磨均勻度，減少邊緣除外現象，並提升產量。詳言之，可藉由實驗來確認針對內環200及外環400的一組壓力。舉例而言，可就各測試基材使用不同的針對內環200及外環400之壓力組合來研磨多個測試基材，但除此之外使用相同的製程參數進行元件基材的研磨。可測量接近邊緣之區域中的測試基材之均勻度，例如，使用獨立的度量單元，且可選出提供最佳研磨均勻度的壓力組合供後續研磨元件基材所用。
請參見第7圖，在另一實施例中，內環200’可經安置以依靠並圍繞基材10，而非僅環繞基材10(在其它方面則可類似於上述的實施例)。詳言之，內環200’的底部可包括水平下表面260，該水平下表面260鄰近內環200’的內徑，以及凸部262，該凸部262由水平下表面260徑向地向外安置，凸部262垂直延伸超過水平表面260。水平下表面260可接觸基材10的上表面(亦即，遠離研磨墊的基材側面)。凸部262的內徑提供了面向內表面264以固持基材。凸部262的高度可小於基材10的厚度，使得凸部262的底表面266在研磨期間不接觸研磨墊20。
請參見第8圖，在另一實施例中，承載頭可包括三個環，包括內環200、外環400以及中間環600(在其它方面則可類似於上述的實施例)。可以承載頭中的額外腔室，用類似扣環200的方式控制中間環600上的壓力。因此，內環200、外環400以及中間環600各者的壓力可被獨立控制。中間環600所提供的額外自由度可允許較好的研磨均勻度。
請參見第9A圖，在另一實施例中，承載頭可包括具有可調整內徑D之扣環200’。此類扣環描述在美國專利第6,436,228號中，該專利以引用方式併入本文。承載頭可僅包括單一扣環200’(而非內與外扣環二者)。扣環200’可經設定而具有內徑D，內徑D足夠大於基材10的直徑，以提供具有非零平均寬度G(環繞基材的圓周作平均)的間隙。當然，在研磨期間，來自研磨墊的摩擦力將傾向於驅使基材10的引導邊緣抵靠扣環200’，如第9B圖所示，而在基材10的尾部邊緣留下寬度2G的間隙。然而，由於基材10與扣環200’之間的相對旋轉運動之故，基材邊緣處的研磨速率的淨結果將為研磨墊上的不同壓縮效應之平均。
扣環200’的適當內徑D之選擇可改善接近基材邊緣處之研磨均勻度、減少邊緣除外現象，並提升產量。詳言之，可藉由實驗來確認就一組特定的研磨參數而言，針對扣環200’的較佳直徑D。舉例而言，可就各測試基材使用不同的扣環200’直徑D來研磨多個測試基材，但除此之外使用相同的製程參數進行元件基材的研磨。可測量接近邊緣之區域中的測試基材之均勻度，例如，使用獨立的度量單元，且可選出提供最佳研磨均勻度的扣環直徑供後續研磨元件基材所用。如上所註記，內徑D可充分地大於基材10的直徑，以提供具有非零平均寬度G的間隙。由於間隙的此非零寬度G，所以沿著實質上環繞整個基材周緣延伸的銜接之連續圍繞區，基材都不會接觸扣環。
請參見第10圖，在另一實施例中，承載頭可包括扣環200”，其中下表面包括台階。台階可經配置而使得扣環的內徑270鄰近並固持基材10(例如，在研磨期間，基材可受到來自研磨墊的摩擦力而驅動以接觸內徑270)。扣環的底部的部分272緊鄰著與基材接觸的內徑270，部分272提供了不與研磨墊20接觸的水平下表面，而由部分272徑向地向外的扣環底部之部分274在研磨期間不接觸研磨墊20。詳言之，扣環200”的底部可包括水平下表面272以及凸部276，水平下表面272鄰近內環200’的內徑270，凸部276由水平下表面272徑向地向外安置，凸部276垂直延伸超過水平表面272。凸部276的高度可小於基材10的厚度，例如，小於基材10厚度的一半，使得水平下表面272低於基材10的斜角邊緣。藉由選擇水平下表面272的適當寬度，可將扣環200”與研磨墊的接觸移動到能提供改善的研磨均勻度之位置。扣環200”可由低磨損材料形成，或者扣環200”在水平下表面272上方的部分可由比凸部276更快磨損的材料形成。此外，可為扣環200”在水平下表面272上方的部分提供特徵結構，以增加磨損率，例如，可減少水平下表面272的表面積之垂直孔洞。
本文已描述本發明的數個實施例。然而，可了解到在不悖離本發明的精神及範疇的情況下，可產生多種變形。舉例而言，基座組件104及外殼102可結合成單一剛性部件，且可由可垂直移動的驅動軸桿來上下移動整個承載頭100，或可於外殼102與外環之間提供可施壓腔室，致使內環及外殼二者皆可相對於相同的剛性部件移動。因此，其他實施例可落入以下申請專利範圍的範疇中。
10‧‧‧基材
100‧‧‧承載頭
102‧‧‧外殼
104‧‧‧基座組件
106‧‧‧平衡機構
108‧‧‧裝載腔室
110‧‧‧基材支撐組件
200‧‧‧內環/扣環
230‧‧‧下表面
300‧‧‧可撓性膜
350‧‧‧腔室
400‧‧‧外環
450‧‧‧下(環狀)部分
500‧‧‧可撓性膜
502‧‧‧表面
504‧‧‧檔板
506‧‧‧腔室

权利要求:
Claims (15)
[1] 一種用於固持一基材的內環，包含：一環狀本體，該環狀本體具有一內表面、一環狀下表面、一環狀上表面以及一外表面，該內表面經設置以圍繞地環繞一基材的邊緣，以於研磨期間固持該基材，且該環狀下表面經配置以接觸一研磨墊，其中該內表面包括一下方區域及一上方區域，該下方區域鄰近該下表面且為一垂直的柱狀表面，該上方區域為一垂直的柱狀表面且具有一內徑向直徑大於該內表面之該下方區域的內徑向直徑，且其中該外表面包括一下方區域、一上方區域、一向外凸出的唇部以及一傾斜區域，該下方區域鄰近該下表面且為一垂直的柱狀表面，該上方區域為一垂直的柱狀表面且具有一外徑向直徑大於該外表面之該下方區域的外徑向直徑，該向外凸出的唇部介於該外表面之該下方區域與該上方區域之間，該唇部包括一水平下表面，且該傾斜區域將該外表面之該下方區域連結至該唇部之該水平下表面。
[2] 如請求項第1項所述之內環，其中該環狀本體包含一上部分以及一下部分，該上部分介於該內表面之該上方區域與該外表面之該上方區域之間，且該下部分介於該內表面之該下方區域與該外表面之該下方區域之間。
[3] 如請求項第2項所述之內環，其中該上部分比該下部分更寬。
[4] 如請求項第2項所述之內環，其中介於該內表面之該下方區域與該下表面之間的一寬度係介於約0.04與0.20吋之間
[5] 如請求項第4項所述之內環，其中該寬度係介於0.05與0.15吋之間。
[6] 如請求項第2項所述之內環，其中該上部分係以較該下部分更具剛性的材料所形成。
[7] 如請求項第1項所述之內環，其中該內表面包括一錐形區域，該錐形區域連接該下方區域與該上方區域。
[8] 如請求項第1項所述之內環，其中該上表面包括兩個環狀同心凹部位在該環狀上表面中，以及複數個柱狀凹部，各個柱狀凹部安置於該兩個環狀同心凹部之間。
[9] 一種用作一扣環之側向參照的外環，該外環包含：一環狀本體，該環狀本體具有一內表面、一環狀下表面、一環狀上表面以及一外表面，該環狀下表面經配置以接觸一研磨墊，其中該內表面包括一下方區域及一上方區域，該下方區域鄰近該下表面且為一垂直的柱狀表面，該垂直的柱狀表面經配置以圍繞地環繞該內環，該上方區域延伸於該下方區域之間，且該上方區域為傾斜的，使得該上方區域的一頂部處之一內徑向直徑大於該上方區域的一底部處之內徑向直徑，且其中該外表面包括一下方區域、一上方區域、一水平下表面以及一傾斜區域，該下方區域鄰近該下表面且為一垂直的柱狀表面，該上方區域為一垂直的柱狀表面且具有一外徑向直徑大於該外表面之該下方區域的外徑向直徑，該水平下表面自該上方區域之該垂直的柱狀表面向內延伸，且該傾斜區域將該外表面之該下方區域連結至該水平下表面。
[10] 如請求項第9項所述之外環，其中該環狀本體包含一上部分以及一下部分，該上部分介於該內表面之該上方區域與該外表面之該上方區域之間，且該下部分介於該內表面之該下方區域與該外表面之該下方區域之間。
[11] 如請求項第10項所述之外環，其中介於該內表面之該下方區域與該下表面之間的一寬度係介於約0.04與1.0吋之間
[12] 如請求項第10項所述之外環，其中該上部分係以較該下部分更具剛性的材料所形成。
[13] 如請求項第12項所述之外環，其中該下部分係塑膠且該上部分係金屬。
[14] 如請求項第9項所述之外環，其中該上表面包括複數個孔洞，以接收固定件。
[15] 如請求項第14項所述之外環，其中該等孔洞經安置而不會延伸到該水平下表面的上方。

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法律状态:

优先权:

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