TW379163B - A carrier head with a removable retaining ring for a chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

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Η 五、發明説明（） 發明領域： 本發明係有關於物質之化學機械研磨法，特別是關 於一化學機械研磨設備之一攜帶頭。 發明背景： 積體電路傳統上藉由連續地沉積導電層、半導體層 或介電層而形成於基材上，特別’是妙晶圓，於各層沉積 之後，一般蝕刻該層以產生電路特徵，而於一連串的連 續沉積與蝕刻之後，外部或最上層表面，亦即暴露的表 面逐漸地變得不平坦，此不平坦表面於積體電路製造過 程中之微影步驟會出現問題，因此，有必要週期性地平 坦化基材表面。 化學機械研磨（CMP)為一被接受之平坦化方法，此 平坦化方法傳統上需要將基材置於一晶片承載器或研磨 頭上，暴露出欲研磨之材料表面被放置觸及一旋轉研磨 塾，研磨整可為一標準塾或是一固定研磨整，標準墊有 一永久粗糙的表面，而固定研磨墊具有研磨粒子留於一 保留介質中，攜帶頭提供一可控制的負載，亦即壓力， 於基材上以將其推向研磨頭，一研磨劑包含至少一化學 反應性試劑及研磨的粒子，若使用一標準墊則供應於研 磨整表面。 攜帶頭通常包含一固定環，該固定環位於基材周圍 以確定該基材於研磨過程中被保留於攜帶頭下之凹陷 處，固定環可直接附加於攜帶頭，或可以一可變形之連 _____苎4頁 ____ ΙΓ 五、發明説明（） 接器連接該攜帶頭，例如一可變形之薄膜或波紋管。 一基材被載入攜帶頭並位於攜帶頭與研磨頭之間以 進行研磨，傳統上載入操作發生於一傳輸站，其中包含 中心設備以校準基材於固定環所定義之凹陷處。 CMP已遭遇一問題為有些攜帶頭設計固定環對於中 心點為無約束的，該點為位於研磨塾表面上之一點，於 旋轉軸上旋轉的動作會提起固定環之一側而降低另一 側，造成一不平均壓力分佈於研磨墊表面，降低研磨均 勻度。 其他問題固定環需週期地替換，然而，固定環可能 難以替換，需要完全拆開攜帶頭。 發明目的及概要： 本發明之一實施例集中於化學機械研磨設備之攜帶 頭，攜帶頭至少包含一具有一凹陷處之外殼、一基材接 收表面及一固定環位於凹陷處以環繞基材接收表面，當 固定環位於凹陷處，一封套滑動咬合固定環以於外殼與 固定環之間形成一密閉室。 本發明之其他實施例，攜帶頭至少包含一具有一凹 陷處之外殼、一基材接收表面、一固定環位於凹陷處以 環繞基材接收表面，及當固定環位於凹陷處時一真空室 形成於外殼與固定環之間，該真空室内之壓力可選擇保 留固定環於凹陷處或由外殼釋放固定環。 本發明之其他實施例，攜帶頭至少包含一外殼包括 _____苎5貰 冬印,張坟度丨4^1中««'td-i ('NS 丨.\扑:A > 210 ； A" ]Γ ,:ΐ·νϊ:部中央疗"^、，!1^消费合竹.枝印说 五、發明説明 () I 一 主 體部 分及一環狀凸 緣 圍繞 於 主 體 部 分 以 定 義 一 凹 陷 1 1 處 、 一基， 付接收表面、- -可側向 移 動 固 定 環 位 於 凹 陷 處 1 1 因 此 固定 環圍繞於基材 接 收表 面 及 - 封 套 以 形 成 -- 密 1 1 1 閉 室 於外 殼與固定環之 間 ，該 主 體 部 分 有 一 外 表 凸 出 之 \ί. 1 开 1 環 狀 邊緣 ，及固定環於研磨過程中接觸該環狀邊緣。 -V 本發 明之其他實施 例 ，攜 帶 頭 至 少 包 含 一 具 有 一 凹 1 I 陷 處 之外 殼、一基材接 收 表面 、 一 可 釋 放 之 固 定 環 位 於 rr 1 I 凹 陷 處以 圍繞該基材接 收 表面 、 及 當 固 定 環 位 於 凹 陷 處 、’.. i、 1 装 時 一 封套 以形成一真空 室 於外 殼 與 固 定 環 之 間 而 非 以 ! 1 l 機 械 性固 定該固定環於攜； 帶頭 〇 1 I 本發 明之實施包含 下 列所 示 ， 基 材 接 收 表 面 為 一 可 1 1 變 形 薄膜 耦合於外殼以 形 成一 第 二 密 閉 室 封 套 包 含 四 1 訂 個 圓 環， 首先兩個圓環 接 觸固 定 環 之 内 部 與 外 部 表 面 1 I 而 其 他兩 個圓環位於外 殼 與前 兩 個 圓 環 之 間 環 狀 邊 緣 1 1 接 近 凹陷 處之開口，及 位 於足 夠 靠 近 研 磨 表 面 以 降 低 用 1 1 於 固 定環 之轉矩。 1 線 本發 明之其他實施 例 集中 於 — 固 定 環 該 固 定 環 至 1 少 包 含 一 底部表面用以 接 觸一 研 磨 墊 、 一 内 部 表 面 用 以 1 1 抓 住 一攜 帶頭下之基材 、 及一 漸 細 的 上 端 表 面 包 含 一 向 1 I 内 傾 斜部 分用以導引基 材 進入 由 内 部 表 面 及 研 磨 所 定 1 義 之 凹陷 處。 1 本發 明之其他實施 例 集中 於 一 載 入 基 材 至 一 攜 帶 頭 1 1 之 方 法， 一攜帶頭具有 一 凹陷 處 一 基 材 接 收 表 面 及 1 1 一 可 釋放 之固定環位於 一 支撐 表 面 上 該 固 定 環 由 攜 1 1 1 第6頁 1 1 冬紙⑴中KN 家 ( (、NS : Λ·川上.、21() ' ?'.)+· · 五、 發明説明 A' ΙΓ 頭被釋放而被φ 次炎撐於該支栌本 ，， 表面被移除，— 牙面’而菽攜帶頭由該支抒 |材放置於田a +丛 牙 凹陷處，攜帶頭移至一固疋3哀與支撐表面所定義之 處内之基材。、 一位置如此基材承載表面接觸凹陪 本發明之實姑 而 -> 而—基材或1^〇下列所示，支撐表面為—研磨整， 支撑表面位於H磨過私中載至M研磨，表面， 至攜帶頭，利用—：站中’基材或固定環被可以真空拋 機械手臂釋故兮基：械手臂將基材放置於凹陷處上並由 主 Μ丞材’基材可利用固定環之一漸細上挫 表面，以傾斜基 味 丞材入凹陷處而放置於中央，增加密閉言 内之壓力可釋诂 , 固疋環’該密閉室位於固定環與一外殼 訂 《間以由攜帶頭向固定環施力，或利用中止真空操作以 將固定環抓至攜帶頭。

本發明士你-Wl_ A 设點包含下列所示’將固定環置於旋轉轴 上則研磨不i今h ώ d习度可實際地改善，此外，固定環易於移 除與替換，值私1、μ、 傅輸站又中央設備可以一簡單的支撐表面替 線 代或整體傳輸站可排除，因此CMΡ設備之成本與複雜 性。 -中央^ti'-i-JH工消费合作讧印裝 由下列詳細說明包含圖式及申請專利範圍’本發明 之其他優點與特性將變得明暸。 第1圖顯示—化學機械研磨設備之爆炸透視圖。 第圖為移除上部外殼之旋轉座上視圖。 木纸办坟度適；丨]中内1·^: 第7頁 A ) .\‘ί 丨 ι ：l〇

A 1Γ :";"-部中*样"妁爽工消资合竹社印於 五、發明説明（） 1 1 第3 圖為一沿著第2圖旋轉座之3 -3線之部分截面圖， 1 1 I 及一用於化學機械研磨設備之壓力調整器之部分 1 1 結構圖。 1 1 第4 第5 圖為一攜帶頭之結構截面圖。 圖為第4圖中攜帶頭之部分放大圖。 fy 而 之 ( 1 ! ί 第6A至第6E圖說明載入 一基材至第4圖之攜帶頭之結 it .ύ - -u、 1 1 構截面圖。 $ 再 Λ. π 1 1 装 1 圖號對照說明： I 1 10 基材 i I 20 化學機械研磨設備 22 機械基座 1 1 23 桌面 2 5a 研磨台 1 訂 25b 研磨台 25c 研磨台 i I 27 轉換台 30 旋轉盤 1 1 1 32 研磨墊 34 研磨表面 1 1 40 研磨墊調節裝置 42 旋轉臂 1 44 調節頭 46 清洗槽 1 50 研磨漿 52 研磨漿/洗劑組合臂 1 1 60 旋轉台 62 中央支柱 1 Ι 64 旋轉台轉轴 66 旋轉台支撐平台 1 1 68 蓋子 70a 攜帶頭系統 1 70b 攜帶頭系統 70c 攜帶頭系統 1 I 70d 攜帶頭系統 72 溝槽 1 1 74 攜帶頭驅動柄 76 攜帶頭旋轉馬達 1 1 1 第8頁 1 1 本紙张尺度適;?i ( CNS ) < ：10 )Γ "W^-T'^'^m工消Φ：合作权印於 五、發明説明（） 1 1 78 驅動柄外殼 80 攜帶頭支撐滑板 1 1 I 87 自由振動馬達 90 轉動連接器 1 1 92a 流體管線 92b 流體管線 1 1 92c 流體管線 93a 蘩浦 ιί· 1 93b 幫浦 93c 幫浦 而 之 1 94a 通道 94b 通道 ί: 1 1 94c 通道 96a 壓力錶 項 ή 1 1 96b 壓力錶 96c 壓力錶 νΓ »· 4' 裝 98a 控制閥 98b 控制閥 11 1 1 98c 控制閥 99 電腦 1 [ 100 攜帶頭 102 外殼 1 1 104 可變薄膜 106 支撐元件 1 訂 108 承載表面 110 固定環 1 I 112 旋轉軸 114 基材接收凹陷處 1 1 120 圓柱主體部分 122 環狀邊緣部分 1 1 124 U型間隙 126 内部環狀凹槽 1 128 外部環狀凹槽 130 通路 .小 1 132 通路 134 通路 1 1 136 環狀邊緣 140 底部表面 1 I 142 内部表面 144 外部表面 1 ! 148 頂端表面 149 向内傾斜部分 1 1 150 封閉空間 152 〇形環 1 I 154 0形環 156 〇形環 1 1 158 0形環 160 第9頁 較低表面 ! 1 1 1 1

本纸乐尺度丨 tw阈糸 d ( (.’\S ) .wnw .. 21(卜 >+·.:、t I Λ 7 1Γ 五、發明説明（） 162 膨 脹 的 密 室 164 空 隙 區 域 168 單 氣 穴 1 72 螺 紋 螺 絲 釘 176 通 道 180 突 出 邊 緣 182 環 狀 凹 槽 184 厚 的 環 狀 部分 186 可 變 薄 膜 之 一部分 190 空 隙 192 基 材 接 收 凹 陷處 195 機 械 手 臂 發明詳細說明·· 請參考第1圖，一個或更多個基材10將利用一化學 機械研磨（CMP)設備20研磨’一相似於CMP設備20之 說明詳見美國專利申請序號〇8/549,336，由Perlov等人 於 1 995 年 10 月所提之"CONTINUOUS PROCESSING SYSTEM FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING" 中，其整份之揭露說明文件在此納入參考。 CMP設備20包含一較低機械基座22，該機械基座 22具有一桌面23於其上及一可除去之上端外殼（未圖 示），桌面支撐一系列之研磨台25a、25b與25c及一轉 換台27 ’轉換台27 —般與三個研磨台25a、25b、25c成 正方形排列。轉換台2 7具有多種功能，由一負載裝置（未 圖示）接收一基材1 0 '清洗基材、將基材載入攜帶頭（如 下述）、由攜帶頭接收該基材、再次清洗該基材、及最後 將該基材傳送回負載裝置。 每一研磨台25a至25c包含一可旋轉盤3〇,該旋轉 盤上則放置一研磨墊32 ’若基材為八寸晶圓（2〇〇mm)， 一____________________頁 _ —_ 中 w孓d— ( r\s; λ.; [ ί;"Τ :!(> .7:一:.·' ----— ---------^------iT------^ ("•^間4背而之注"和項'本s ) 五 、發明説明 Λ: \\1 l-i-;"'--t央疗浓而只工消费合作H印袈

則旋轉盤3 〇與研磨 、叫®塾32約需20寸直徑，旋轉盤30利 /tJ ~~ , 圖7與一旋轉盤驅動馬達（未圖示）連接。 每—研麼厶 Ί < ^ 置4〇 σ **a-25c更包含一關連的研磨智_調節裝 抓住—每一研磨墊調節裝置40具有一可旋轉臂42用以 置可獨互的旋轉調節頭44及一清洗槽46，該調節裝 皆可：持研磨墊〈狀態’以使任何基材於研磨墊旋轉時 有效的研磨。 磨之去含有反應試劑之研磨漿50(例如，用於氧化物研 研磨之Γ水）及一化學反應催化劑（例如，用於氧化物 至所：Ϊ氧化卸)利用一研磨聚/洗劑組合臂52將其供應 磨製β表面。若-研磨墊32為一標準研磨墊，研 一 可能亦包含研磨顆粒（例如’用於氧化物_ κ —巩化矽）妲 ^ ^ ^ 32,研麻 供足约的研磨聚以完全覆蓋及漏潤研磨塾 —研 衆/洗劑组合臂52包含數個噴頭（未囷示），在每 h。與調節循環結束後提供一高壓洗劑清洗研磨餐 及—蓋：旋轉多頭旋轉台6〇包含-旋轉台支撐平台66 68，位於較低機械基座22上方，兮/姑△ + 撐平么以 刀篇旋轉台支 ° 利用—中央支柱62支撐，並由位##441 + 22中之浐鉍 叫U於機械基座 疋轉台馬達驅動，使其繞著旋轉台轉軸64^缺 多頭旋轉旋轉。 裝於旋轉：個攜帶頭系統HU安 64,其中：支撐平纟66 ·" ’以相同角度間隔圍繞轉抽 、 〜個攜帶頭系統接收並抓住基材，揣並 研磨么25 册基材壓向 ° a'2、之研磨墊以對基材進行研磨，攜帶頭系 第11頁 4?·訂^ (邛圪間讀背而之;:f.i;f項'*堉：？Ms ) Λ, !Γ 五、發明説明（） 統之一由轉換台2 7接收一基材並傳送該基材至轉換台 2 7 ’旋轉台馬達可繞著攜帶頭系統7 〇 a - 7 0 d與附於其上 之基材’以研磨台與轉換台間之旋轉台轉軸64之軌道運 行。 每一攜帶頭系統70a-70d包含一研磨或搞帶頭100， 每一攜帶頭100依各自的軸旋轉並各自橫向振動於一旋 轉台支撐平台66上之溝槽72中（詳見第2圖），攜帶頭 驅動柄74延伸穿過一驅動柄外殼78(詳見第3圖）用以連 接一攜帶頭旋轉馬達76與攜帶頭100(如除去1/4蓋子之 第1圖所示），每一攜帶頭具有一承載驅動柄及馬達。 請參考第2圖，其中已除去旋轉台60之蓋子68， 旋轉台支撐平台06頂端支撐四個攜帶頭支撐滑板8〇， 每一滑板80對齊一溝槽72並利用一自由振動馬達87驅 動沿該溝槽振動，該四個馬達8 7獨立地操作以個別地驅 動四個滑板於旋轉台支撐平台66之溝槽72中移動。 請參考第3圖，一位於驅動馬達76頂端之轉動連接 器90分別連接三個或更多個流體管線（nuid ^以）923、 92b及92c與二個或更多個驅動柄内之通道94a、94b、 及9k。三個真空或塾力源93a、93b、及，例如幫浦、 流量計、或壓力調整器（此後敘述簡稱為”幫浦”），可分別 連接流體管線92a ' 92b '及-加防 — 久92c ’二個壓力感應器或儀 錄96a、96b、及96c可公色丨'土 . t 別連接流體管線9 2 a、9 2 b、及

92c，而控制閥 98a、98b ' 及 π + g A 久9 8 c可由另一邊分別連接流 體管線92a、92b、及92c。幫洁^ t 名席93a-93c '壓力錶96a-96c 本Aik尺度嗵$中㈤丨κ rNS ； ：i() -- !---._____4-__I___丁 . ............來 {""閱-.背而之"-4'1?>項再:''".、£.頁) <'":部中夾標"AH·1消资合竹权印" A ' _____ __ΙΓ 五、發明説明（) _ ' 及控制間98a-98c適當地連接至一普通數位電腦99，該 电腦99可操作幫浦93a-93c供給氣體動力予攜帶頭100«» 於實際研磨過程中，研磨系統70a-70c之三個研磨 頭分別位於研磨台25a-25c之上，每一研磨頭1〇〇降下 一基材至接觸研磨墊’請注意，研磨漿5 0扮演化學機械 研磨基材之介質。 一般攜帶頭100抓住基材於研磨墊對面並施以一力 於基材背部’攜帶頭亦由攜帶頭驅動桿轉移一力矩至該 基材。 請參考第4圖’攜帶頭100包含一外殼102、一可 變薄膜1 04、支撐元件1 〇6、及一固定環η 〇，外殼1 〇2 可連接至驅動桿7 4用以於研磨過程中沿旋轉軸1 1 2旋 轉，其中旋轉軸112垂直於研磨墊表面，可變薄膜1〇4 可連接至外殼102且擴張外殼下方以提供一基材承載表 面108’固定環no於研磨過程中抓住基材於該承載表 面108之下，支撐元件106提供一皺摺的或崎嶇不平的 表面以使能夠固定住基材於研磨頭。 通常外殼1 02為圓形以對應於被研磨基材的圓形結 構’外殼包含一圓柱主體部分120及一環狀邊緣部分122 以擴張主體部分外圍形成一 U型間隙124，内部及外部 環狀凹槽126及128可分別形成於主體部分120之外部 表面及邊緣部分122之内部表面，即U型間隙124之兩 側上’内部及外部環狀凹槽將封住固定環於外殼。 固定環1 1 0位於間隙1 24中之主體部分1 20與邊緣 本纸张乂度適川个阀丨( C.\s ) Λ‘ί“' A ,、

#-:部中史^工消资合什杜印" Λ 7 1Γ 五、發明説明（） 部分122之間，固定環110為一普通環狀具有一底部表 面140以接觸研磨墊，該底部表面140可為平坦的，或 有凹槽或溝槽使研磨漿於研磨過程中到達基材，一固定 環110之内部表面142與可變薄膜104之承載表面108 連接以定義一基材接收凹陷處Π4’該固定環110抓住基 材於基材接收凹陷處 1 1 4並轉移側面的負載至外殼，固 定環之頂端表面1 48漸細以使固定環固定於間隙1 24， 頂端表面包含一向内傾斜部分1 4 9。 請參考第5圖，於研磨操作過程中，固定環110位 於間隙124中外殼102之主體部分120與邊緣部分122 之間，Ο形環可用於提供固定環Π 0與外殼1 0 2之間滑 動密封，該0形環亦形成一封閉空間1 5 0於固定環11 0 與外殼之間102，兩個Ο形環152與154位於内部凹陷 處126中，而兩個Ο形環156與158位於外部凹陷處128 中，於每一凹陷處中一 Ο形環比另一 0形環較可壓縮， Ο形環15 2比Ο形環15 4可壓縮，相同地，0形環15 6 較〇形環1 5 8可壓縮。0形環1 5 4滑動地咬合於固定環 110之内部表面142，0形環152封住◦形環154與主體 部分1 2 0之間的空間，而0形環1 5 8滑動地咬合於固定 環110之外部表面144，Ο形環156封住0形環158與 邊緣部分1 2 2之間的空間。Ο形環裝置使固定環11 0可 垂直移動而保持固定環與外殼之間緊密而流暢的封閉， 此外，0形環使固定環橫向移動而提供固定環與外殼之 間封閉。 __________連J仝頁 _____________ 本紙汛汶度中闽( c'ns ) do . π— —li .1-- I » - 11 - , l I- - - 1 - ill **vv^/ UK m nd HI— >1-<1· I ii \ J, . . Κ» / I- - ^l> I- - 1 "V 、-0 Av^v, (-1¾ 讀背而之注&fJri^"-H 本 πο '"邙中央疗"^只工消费合竹社印^ Λ7 --------- ΙΓ 五、發明説明（） s~~--- 0形環緊密地咬合固定環足以使空間150依+ =或成真空，然而，注意〇形環亦須足夠鬆散以二== 環垂直移動，當攜帶頭异起離開研磨墊時，◦步環與文 定環之間摩擦力使固定環被固定於間隙丨？4 一 丫，因此， 固定環由間隙124中移去須利用拉出或於空間〗5〇中增 加壓力，當攜帶頭昇起離開研磨墊時而固定環與〇形^ 之間摩擦力不足以固定固定環於間隙〗24中，則將空間 1 5 0抽真空以將固定環真空吸附於攜帶頭上。 幫浦93a(詳見第3圖）可透過驅動桿74中流體管路 92a、轉動連接頭90、通道94a以及外殼1〇2中之通路 134(詳見第4圖）連接至空間15〇, _流體，例如一氣體， 例如空氣，被打入或抽出空間〗50以控制固定環n〇， 當流體被打入空間150時，固定環11〇被往下推亦即， 若流體被抽離空間150，則空間體積減少固定環n〇因 而被向上扭。因此，2間15〇可被應用一可調整負載至 研磨墊以控制固定環之垂直位置，此外，利用將空間i 5 〇 抽空使固定環因真空而吸附於攜帶頭。 研磨過程中來自研磨墊之摩擦力趨使固定環靠向攜 帶頭，亦即，研磨整之旋轉方向，因此使固定環110内 部表面142之一側靠著由外殼102主體部分丨2〇橫向突 出之環狀邊緣1 3 6 ’環狀邊緣1 3 6與固定環π 〇之間接 觸點變成固定環之支點，若該支點位於靠近研麼墊表面， 則較少的力矩施於固定環，因此，固定環較穩固及空間 產生向下的歷力使固定環底部表面更均勻。 _—一—一 :厂,~15Ί* 本纸张尺度適用 1丨’阀IKd i C'NS ] Λ·!ί1-!ίί ^ ：:〇 ：u - ；； ' ~~ ---- (""閒讀背而之：;I-s4r3K^>.本頁) .裝.

、1T 0 Λ7 -*----- --- ίΓ 五、發明説明（） … ~- 叫連意固定環11 0係利用摩擦力或真空固定於間隙 —中，而非利用螺检、螺絲釘、黏著劑、可變連接器 或一停止部分等機械式地固定，因此，替換固定環較便 利。如上述僅依靠〇形環與固定環之間摩擦力，固定環 可fe易拉出間隙124外，或增加空間15〇之壓力而被推 出間隙124外，而且，固定環係利用真空固定於攜帶頭， 將固疋操作停止即可被釋放出來。 接著請看第4圖’支撐元件1〇6固定於外殼1〇2下 方支撐元件106具有一皺摺的或崎嶇不平的較低表面 1 60 ’特別地是該支撐元件係由一材料形成具有規則的崎 區陣列與相對·的缺口，例如，支撑元件包括一空氣袋或 膨服的密室陣列1 62利用空隙區域1 64連接，密室162 可利用通道（未圖示）連接以形成一單氣穴168於支撐元 件中’密室提供較低表面之上升區域，而密室間之空隙 區域提供較低表面之凹谷。 有關支撐元件1 06之更詳細說明及其使用方法可見 "A CARRIER HEAD INCLUDING A FLEXIBLE MEMBRANE AND A COMPLIANT BACKING MEMBER FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS, by Zuniga et al·，Express Mail Label EM202539924US"，其 整份揭露文件做為本發明之參考資料。 為連接支撐元件1 06至外殼1 02，螺絲釘或螺栓可 穿過靠近支撐元件周圍之空隙區域之螺絲孔（未圖示）， 而穿入外殼之接收凹陷處（未圖示），此外，一螺紋螺絲 _ ___—---_ __^ 16"M* _______ ________ 木印、乐尺/ί 適中 W 内 $ 代 I ( CNS ) Λ4 .仿（：I (} :. t . ----------裝------訂—^——_---線 <-;l?it間^-:1)'而之汰&'1'項再4巧本頁) Λ' ΙΓ 、襄Γ7頁 五、發明説明 釘1 7 2以一通道1 7 6穿過中心’因此可連接一密室至外 殼102之通路132。 幫浦93b(詳見第3圖）可透過驅動桿74中流體管路 92b、轉動連接頭90、通道94b以及外殼1〇2中之通路132 連接至氣穴1 6 8，若幫浦9 3 b導一流體，例如一氣體， 如空氣入氣穴168’支撐元件將膨胀及擴張，亦即，若 幫浦93b抽出氣穴168，支撐元件將收縮。 可變薄膜1 04 —般為一可變的及有彈性的材料，如 氣丁 一缔、乙綠或丙稀橡膠所形成的圓片’可變薄膜1〇4 之一突出邊緣180(詳見第4圖及第5圖）可固定於外殼ι〇2 之主體部分120之外部圓柱表面之環狀凹槽182中，可 變薄膜104亦包含一厚的環狀部分184，位於接近固定 環以保持承載表面繃緊，可變薄膜之一部分丨8 6由厚的 環狀部分184向上延伸至突出邊緣18〇。 於研磨過程中’基材位於基材接收凹陷處114而基 材者部則依靠可變薄膜1〇4之承載表面1〇8’可變薄模 與與外殼102間之空間定義為一空隙19〇 ,幫浦93c(詳 見第3圖）可透過驅動桿74中流體管路92c、轉動連接頭 9〇、通道94c以及外殼1 〇2中之通路1 3〇連接至空隙19〇 , 知背浦9 3 c導一流體’例如—氣體’如空氣入空隙19 〇， 可變薄膜將向下降，因此，空隙190將施加壓力於基材 靠向研磨墊’亦即，若幫浦9 3 c抽出空隙1 9 〇，則薄膜將 被向上拉。 固定環110可用於基材負載入攜帶頭時將基材置於 , 21(). ------------^------訂——'------線 (-(TW間请背而之注&事項4填yi頁) ί£-,,部中央-tr^^H-11消贽合作·Η印於 Λ / Η~ 五、發明説明（） 中央，如此CMP即可操作而不須一轉移站，然而負載一 基材仍可發生於一轉移站，但轉移站中之定中心機構可 被除去。 請參考第6A圖，攜帶頭100位於研磨墊32上以固 定環11 0接觸研磨表面3 4，流體被導入空間1 5 0以使固 定環1 1 0下降，外殼1 0 2則被昇起離開研磨墊3 2，例如 利用驅動桿頂端之充氣調節器（未圖示）。 請參考第6B圖，當外殼1 02被昇起離開研磨墊時， 固定環 110仍留於研磨墊上，如此，固定環内部表面之 内部體積定義為一研磨墊上之一基材接收凹陷處192。 請參考第6C圖，一機械手臂1 95利用一真空抓取 裝置承載一基材1〇,通常位於基材接收凹陷處192之上’ 機械手臂195不需精確地將基材置於基材接收凹陷處中 央，而允許一合理範圍的誤差，解除施於機械手臂1 9 5 之真空，因此基材與機械手臂分開，並利用漸細頂端表 面148之向内傾斜部分149導入基材接收凹陷處192。 如此，請參考第6D圖，機械手臂1 95被拉開之後， 基材已適當地置於固定環中央。 請參考第6E圖，基材被置於基材接收凹陷處192 之後，利用該充氣調節器降下外殼1 02，則固定環1 1 0 被插入間隙124中，然後導入流體至空隙190中施壓於 基材以利於研磨步驟，此外，幫浦 9 3 a可打入一流體至 空間1 5 0中以控制固定環1 1 0施壓於基材》 為將基材由研磨墊除去，流體被導入支撐元件1 〇 6 第 1 本紙张，中 W ( C'NS I Λ·卜丨. -ii In > . - !1--~. ....... -- --- SI I -^人^ i. 1--- 二 I 1 I. -I— : V"* - i? ---. - I----- ,'·'·κ (";1閱';;'背而之注"^^v^^-vi71:) A : jr 五、發明説明 4氣穴168中，造成支撐元件106擴張因而較低表面接 觸可變薄膜104之上部表面，然後將空隙19〇柚成真空 而吸附基材於承載表面’抽出空隙特別於支撐元件與可 變薄膜之間產生一低壓氣袋以抓住基材於承載表面，最 後，攜帶頭昇起離開研磨墊，如前述依靠〇形環與固定 環之間摩擦力，抽出空間丨50亦可，當攜帶頭昇起離開 研磨塾時’固疋環可被固定於攜帶頭上。然而固定環可 利用增加壓力於空間丨50而留於研磨墊上供下個基材使 用。 综合以上所述，可分開固定環n 〇使一基材被載入 攜帶頭而不需使用複雜且昂貴的基材轉移裝置，特別是 基材可於研磨墊上被載入攜帶頭並除去轉移站，如此得 到一明顯的成本降低及縮小CMp設備尺寸，於轉移站之 定中心裝置可以-簡單的支撐表面取代。於一較佳實施 例中，負載過程如上述參考第6A圖至第6£圖所示除 了轉移站中疋一支撐表面將用於替代研磨站之研磨表 面，此外，負載步驟之後，攜帶頭將由轉移站轉移至一 研磨站。 本發明以一較佳實施例說明如上，僅用於藉以背助 了解本發明之實施’非用以限定本發明之精神，而熟悉 此領域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明 之精神範圍内’當可作些許更動潤飾及等同之變化替換， 其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域 而定。 ：!0 . ! . - I m ·11 - I 1 I -- - - I - ......- -- - i - 丁 I l· ..... ----- -- II n uiv--口"· {^1間-:.11背而之;'i*來·ϊ?汗堉.本7!:)

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費> 作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 1. 一化學機械研磨設備之攜帶頭，至少包含： 一外殼，具有一凹陷處； 一基材接收表面； 一可釋放固定環，位於該凹陷處以圍繞該基材接收 表面；及 一封口，以滑動咬合該固定環，當該固定環位於該 凹陷處時於該外殼與該固定環之間形成一低壓空隙。 2. 如申請專利範圍第1項所述之攜帶頭，其中上述之基 材接收表面至少包含一可變薄膜耦合於上述之外殼以 於其間形成一第二低壓空隙。 3. 如申請專利範圍第1項所述之攜帶頭，其中上述之封 口至少包含一 0形環。 4. 如申請專利範圍第1項所述之攜帶頭，其中上述之封 口包含第一及第二内部 〇形環’以及第一及第二外部 0形環，其中該第一 0形環較第二0形環不具壓縮性。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之攜帶頭，其中上述之第 一内部0形環及上述之第一外部0形環分別接觸該固 定環之内部及外部表面，上述之第二内部0形環及上 述之第二外部表面則分別位於該外殼與該第一内部 〇 形環及該第一外部0形環之間。 第20頁 . 批衣 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ；Ζ97公釐） :¾濟部中央標準局員工消t合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第5項所述之攜帶頭，其中上述之外 殼包含一主體部分及一環狀邊緣圍繞該主體部分以形 成上述之凹陷處，上述之内部0形環位於該主體部分 一外部表面之一内部凹陷處而上述之外部 0形環位於 該邊緣一内部表面之一環狀外部凹陷處。 7. 如申請專利範圍第1項所述之攜帶頭，其中上述之外 殼包含一主體部分及一環狀邊緣圍繞該主體部分以形 成上述之凹陷處。 8. 如申請專利範圍第7項所述之攜帶頭，其中上述之主 體部分包含一向外突出環狀邊緣於研磨過程中接觸固 定環之一部分。 9. 如申請專利範圍第1項所述之攜帶頭，其中上述之固 定環包含一漸細的頂端表面。 1 0 .如申請專利範圍第1項所述之攜帶頭，其中上述之凹 陷處為輪狀的而上述之固定環為環形的。 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之攜帶頭，其中上述之固 定環非以機械式固定於該攜帶頭。 1 2. —化學機械研磨設備之攜帶頭，至少包含： 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） ---------i-------ir------ii (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標达局員工消費合作社印製 A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 一外殼，具有一凹陷處； 一基材接收表面； 一可釋放固定環，位於該凹陷處以圍繞該基材接收 表面；及 一可抽真空間隙，形成於該外殼與固定環之間，當 固定環位於該凹陷處時，其中間隙内之一壓力可選擇 將該固定環留於該凹陷處内或將該固定環由該外殼釋 放。 1 3 . —種負載一基材至一攜帶頭之方法，該方法至少包 含： 將一攜帶頭放置於一支撐表面上，該攜帶頭具有一 可釋放固定環及一基材承載表面； 由該攜帶頭釋放該固定環，因此該固定環被該支撐 表面支撐， 由該支撐表面移去該攜帶頭； 放置一基材至一凹陷處，該凹陷處係由該固定環及 該支撐表面所定義；及 移動該攜帶頭至一位置使該基材承載表面接觸該凹 陷處内之該基材。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中上述之支 撐表面至少包含一研磨塾。 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------雇------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之方法，更包含於研磨 過程中負載該基材觸及該研磨墊。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項所述之方法，更包含於研磨 過程中負載該固定環觸及該研磨墊。 1 7 .如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中上述之支 撐表面位於一轉移站中。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項所述之方法，更包含以真空 吸附該基材於該攜帶頭及移動該攜帶頭至一研磨站。 1 9.如申請專利範圍第1 7項所述之方法，更包含以真空 吸附該固定環於該攜帶頭及移動該攜帶頭至一研磨 站0 2 0.如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中上述之基 材被放置於中央係利用該固定環之一漸細上部表面使 該基材傾斜入該凹陷處。 2 1.如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中上述之移 動該攜帶頭至一研磨站使該基材承載表面接觸該基 材，即包含將該固定環放入該攜帶頭中之一凹陷處。 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210Χ2ζ»7公釐） ---------I-------ΐτ-------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 2 ·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中上述之放 置該基材至該凹陷處包含利用一機械手臂將該基材放 置該凹陷處上及由該機械手臂釋放該基材。 2 3 .如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中上述之釋 放該固定環包含增加該固定環與一外殼之間一空隙之 壓力以由該攜帶頭向該固定環施力。 24.如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中上述之釋 放該固定環包含停止抓住該固定環於該攜帶頭之真空 夾操作。 2 5 . —化學機械研磨設備，該設備至少包含： 一可旋轉研磨墊； 一攜帶頭，用以放置一基材於該研磨墊上，攜帶頭 包含一外殼具有一凹陷處、一基材接收表面、一可釋 放固定環位於該凹陷處以圍繞該基材接收表面、及一 封口以滑動咬合該固定環，當該固定環位於該凹陷處 時於該外殼與該固定環之間形成一低壓空隙；及 一驅動桿，連接至該外殼以旋轉該攜帶頭。 2 6.如申請專利範圍第2 5項所述之設備，更包含一幫浦 連接至該空隙以控制其中壓力。 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公廋） ---------βρ__I----訂------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標進局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 7 . —化學機械研磨設備之攜帶頭，至少包含： 一外殼，包含一主體邵分及一環狀邊緣圍繞該主體 部分以定義一凹陷處，該主體部分具有一向外突出的 環狀邊緣； 一基材接收表面； 一可橫向移動固定環，位於該凹陷處，因此該固定 環圍繞該基材接收表面且於研磨過程中該固定環接觸 該突出環狀邊緣；及 一封口 ，於該外殼與該固定環之間形成一低壓空 隙。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項所述之攜帶頭，其中上述之 環狀邊緣鄰近於該凹陷處之一開口。 2 9 .如申請專利範圍第2 7項所述之攜帶頭，其中上述之 環狀邊緣於研磨過程中之位置足夠接近一研磨表面以 降低施於該固定環之力矩。 3 0. —化學機械研磨設備之攜帶頭，至少包含： 一外殼，具有一凹陷處； 一基材接收表面； 一可釋放固定環，位於該凹陷處以圍繞該基材接收 表面；及 一封口，當該固定環位於該凹陷處時於該外殼與該 第25頁 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2K)X 297公釐1 裝J 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 固定環之間形成一可真空間隙，而該固定環非以機械 式固定於該攜帶頭。 31. —固定環，至少包含： 一底部表面，用以接觸一研磨墊； 一内部表面，用以抓住一基材靠向一攜帶頭；及 一漸細頂端表面，包含一向内傾斜部分用以導引該 基材入一凹陷處，該凹陷處係由該内部表面及該研磨 整所定義。 --------------^--ΐτ------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 第26頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210Χ 2W公釐1