TWI248386B

TWI248386B - Carrier head with pressurizable bladder

Info

Publication number: TWI248386B
Application number: TW089112327A
Authority: TW
Inventors: Hung Chih Chen; Steven M Zuniga; Frank Bose
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2006-02-01
Also published as: EP1066922A3; JP2001054854A; EP1066922A2; US6241593B1

Description

1248386

五、發明說明（） I明領域：_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發月係有關於基板之化學機械研磨，特別是一種化學機械研磨之戴具頭。登明背景積體電路一般是依沉積導體、半導體或絕緣層之順序形成於基板（特別是矽晶圓）上。在每一膜層沉積之後，將八餘刻以升y成電路之特徵結構。當一連申之膜層沉積及蚀刻之後’基板之外部及最上層（例如基板之曝露表面）會逐漸變得不平坦。此不平坦表面會對積體電路製程之微影步驟會造成問題’因此必須定期地平坦化該基板表面。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製化學機械研磨（CMP)是種可接受之平坦化方法，此種平坦化方法典型需要將基板固定於一載具或研磨頭上。將基板之曝露表面緊貼於一轉動之研磨墊，該研磨墊可為，，標準式”或固定式研磨墊。一種標準式研磨墊具有耐磨之粗輪化表面·，反之，固定式研磨墊具有固定於固定媒介中之研磨顆粒。該載具頭對基板提供一可控制之負載（例如壓力）以推動基板緊貼該研磨墊。某些载具頭具有彈性膜狀物，該彈性膜狀物可施加壓力於基板上以使基板緊貼於研磨墊。彈性膜狀物後之壓力或抽氣可控制基板上之負載。將研漿（至少包含一種化學反應劑）及研磨顆粒（如果是使用標準式研磨墊）施加於該研磨墊之表面。可以研磨速率量測一化學機械研磨之效果、所得之最終結果（無小的粗糙）及平坦度（無大的起伏）。研磨速率、第頂本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ ------— 1248386

五、發明說明（） s終結果及平坦度係由研磨墊及研漿、基板與研磨塾間之相對速度以及壓迫基板緊鄰研磨墊之施力所決定。 (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 目的及概述：本發明之一態樣係有關於一種載具頭，該载具頭具有一底座、一彈性膜狀物、一支撐結構以及一支撐結構。其中該彈性膜狀物，延伸於該底座之下而形成一可加壓腔體；該支撐結構位於該腔體中；該可加壓氣囊形成於該底座與該彈性膜狀物之間以控制該支撐結構上之下壓力，該彈性膜狀物之下表面具有一基板可置於其上之固定表面，該支撐結構之下表面可移動觸及該彈性膜狀物之上表面。氣囊與支撐結構之一於該支撐結構與該氣囊之間提供大致恆定的接觸面積。線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明之實施包含一或多個下列特徵：該支撐結構包含一向上延伸之突起，該突起具有一與上述氣囊之底面接觸的上表面。該突起之上表面充分地小於上述氣囊之底面’當上述支撐結構垂直移動時該氣嚢仍觸及整個上表面。該氣囊延伸於上述突起之上而形成一迴旋。該氣囊包含一厚部，當該氣囊膨脹觸及該支撐結構時，該厚部大致上無變形。該氣囊更包含連結於具有迴旋部份（例如摺痕部份）之底座的兩侧壁。該厚部之底面及該支撐結構上表面具有溝槽，用以提供流體流通至可加壓腔體。該厚部包含一凹陷’且支推結構包含一突起，該突起套入該凹陷中。該氣囊連結於該彈性膜狀物。該氣囊之一底面具有一第3頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 1248386 A7 五、發明說明（）剛性環，以提供與該支撐結構間恆定之释觸面積。本發明之另一態樣係一種化學機《研磨設備之載具頭，該載具頭具有一底座、一第一可 J加壓腔體、一支撐結構以及一第二可加壓腔體。其中哕馀丁邊第一可加壓腔體位於該底座下方，該支撲結構位於該第— 該第二可加壓腔體對該支撐結構施加— 第一可加壓腔體具有一第一腔體壁，由— 彈性膜狀物所構成，且該下表可加壓腔體中向下之壓力。該經濟部智慧財產局員工消費合作社印製具有一下表面之提供—基板之固定面；該支撐結構觸及該彈性膜狀物之上表面· ，孩第二可加壓腔體具有'第一腔體壁’用以觸及一值定垃金班疋钱觸面積上之該支撐結構。本發明之實施包含-或多個下列特徵··該支撑結構之上表面充分地小於該第二腔體壁之底面，當該支撐結構垂直移動時該第二腔體壁仍觸及整個該上表面；該第二腔體壁之一下表面包含觸及該支撐結構之一厚部，當該第二腔體加壓時’該厚部大致上無變形；該第二腔體具有摺痕側壁’且該第二腔體壁係由一剛性環所構成；該第一腔體壁及該第二腔體壁係為一彈性膜狀物之部份。本發明之另一態樣係一種化學機械研磨設備之載具頭，該載具頭包含一底座、一固定環、一彈性膜狀物、一支撐結構以及一施力裝置。其中該固定環耦合於該底座，該彈性膜狀物延伸於該底座之下而形成一可加壓腔體，該支撐結構位於該腔體中，當該固定環磨損時該施力裝置對該支撐結構之上表面施加一大致懷定之向下壓力。第4頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先¾讀背面之注意事項再填寫本頁) 1=0· •線-

五、發明說明（ 1248386 該彈性膜狀物之一下表面可提供置放一基板之一固定面，該支撐結構之-下表面可移動以觸及_性媒狀物之一上表面。本發明之實施包含一或多個下列特徵：該施力包含一迴旋膜以提供一高度可繞摺性；該施力裝置包^一氣囊，該氣囊具有對上述支撐結構之上表面提供大致怪定之接觸面積的裝置。該提供大致怪定之接觸面積的裝置包含該氣囊之一厚部，當該氣囊加壓時，該厚部大致上無變形。或者是包含-剛性部份，當該氣囊加㈣該剛性部份大致上無變形。本發明之優點具有-或多個下列特徵：該可加壓氣囊提供一可產生穩定負載至晶圓之輔助壓力控制。施加至支撐裝置之壓力係、為㈣壓力之線性函^。所施之壓力不會隨著固定環之磨損而改變。本發明之其他優點及特徵在閲讀下列包含圖示及專利申請範圍之詳細說明後將會更加明圖式簡單說明：第1圖係一化學機械研磨設備之爆炸立體圖。第2圖係本發明之一實施例之载具頭的示意剖面。第3圖係f 2圖之載具頭的放大圖，其顯示一可加壓氣囊，其支撐結構之間與具有恆定的接觸面積。第4圖係載具頭之不意剖面，其中膜狀物形成—具有突起之氣囊。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ts· --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第5頁 5張尺度適用中_豕標準議A4規格⑽χ - !248386

、發明說明（第5圖係一載且通夕；，、頻之不意剖面，其中膜狀物產生兩個可壓腔體。第6A圖係一載且遛夕-土執〃項之不意剖面，其中氣囊管線具有摺痕側壁。第6B圖係一具有摺示意圖。加痕侧壁氣囊管線之另一實施例的放大不同圖不中之相同圖號係標示相同元件，原始圖號或是予尾有加子母之圖號係表示所標示之元件較之於前圖元件在功月b、操作及結構上有所良。與本發明無關之實施例間的微小差異並未標有字尾字母或是原始圖號。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製凰號齎照說明： 10 基板 20 化學機械研磨設備 25 研磨站 27 移轉站 30 平台 32 研磨墊 52 研漿/沖洗臂 60 多頭旋轉台 62 中央支柱 64 旋轉台轉轴 66 支撐平板 68 旋轉台蓋 70 載具頭系統 72 狹縫 74 載具頭驅動軸 76 載具頭轉動馬達 100 载具頭 102 外殼 104 底座 106 平衡機構 107 轉軸 108 载入室第6頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公^ ) ------— — — — — — · I------^-----— II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1248386 A7 B7 五、發明說明（）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1.10 固定環 112 基板支撐組件 114 支撐結構 1 14a-c 支撐結構 116 間隔環 118 彈性膜狀物 11 8 a - c 彈性膜狀物 120 可加壓腔體 124 底面 126 内表面 128 螺栓 130 鑽孔 132 通道 134 通道 136 柱狀軸承 138 0形環 140 膜狀物 142 夾環 144 氣囊 1 44ac 氣嚢 146 螺栓 149 固定器 150 平衡桿 152 彎曲環 154 第一通道 158 啟動閥門感應器 160 隔板 162 内夾環 164 外夾環 170 碟狀板部 172 狹縫 174 凸緣部份 174 凸緣部份 176 孔洞 176 孔洞 180 中央部份 182 周圍部份 184 邊緣部份 186 唇部 302 突起 304 外部體積 501 幫浦 502 突起 506 薄部 508 上表面 510 環狀凹陷 601 管線 603 摺痕第7頁 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： -線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1248386 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（） 606 強化環 608 彈性材料 610 夾環 612 彎曲部份 614 外彎曲夾環 616 内彎曲夾環 616 内彎曲夾環 620 強化環發明詳細説明：請參閱第1圖，以一化學機械研磨（CMP)設備20研磨一或多個基板1 0。類似之化學機械研磨設備的說明可見於美國專利第5,738,574號中，本文在此將其引入以作為參考。該化學機械研磨設備20包含數個研磨站25以及一移轉站27，用以載入及載出該基板。每一研磨站25包含一可轉動平台30，其置於一研磨表面上（例如一研磨墊32)。如果基板1 0是一 8对（2 0 0公厘）或1 2忖（3 〇〇公厘）直經之碟形物，則平台3 0及研磨墊3 2之直徑必須分別約為12 或是13吋。如果基板10是一 6吋（150公厘）直徑之碟形物’則平台30及研磨藝32之直徑仍可為12对。對於大部分的研磨製程而言，一平台驅動馬達（未顯示）以每分鐘 30或200之轉速轉動該平台30，但亦可使用更低或更高的轉速。每一研磨站25更可包含一伴隨之研磨墊調節設備40以維持該研磨墊之研磨物狀況。可藉由一研衆/沖洗臂52施加一具有反應劑（例如研磨氧化物之去離子水）及化學反應催化劑（例如研磨氧化物之氫氧化鉀）之研漿至研磨墊32之表面上。如果研磨墊是一標準式研磨塾，則研第8頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ϋ n ·1 ϋ ϋ ί ϋ ·1 n i ϋ n I n i ί ί I n n 一 δν t n n ·ϋ ϋ a— ·1 1 I ϋ (請先-¾讀背面之注意事項再填寫本頁)

1248386 五、發明説明（）漿可包含研磨顆粒（例如研磨氧化物之二氧化矽）。典型上係提供足夠的研漿以覆蓋及濕潤整個研磨墊3 2。該研漿/ 沖洗臂5 2包含數個噴嘴（未顯示）以在研磨及調節終了時以高壓沖洗研磨墊32。一可轉動之多頭旋轉台60,以一中央支柱62支撐之，並於其上藉由一旋轉台馬達組件（未顯示）繞一旋轉台轉軸64旋轉。該多頭旋轉台6〇包含4個載具頭系統7〇 , 該載具頭系統70係固定於一支撐平板66上，且在該旋轉台轉軸64四周以相同角度間隔分佈。其中三個載具頭用以將基板置於研磨站上；其中一個載具頭用以自該移轉台接收基板或是將基板移至移轉台。該旋轉台馬達以研磨站與移轉台間之旋轉台轉轴64繞著該载具頭系統7〇移動，且該基板附於其上。每一載具頭系統70包含一載具頭或載具頭1〇〇，每一載具頭100獨立地繞著自己的軸旋轉，且獨立地在旋轉台支#平板66上之一徑向狹縫72中水平地擺動。一載具頭驅動軸74經由狹縫72延伸而使一載具頭轉動馬達76(以移除四分之一之旋轉台蓋68來顯示）連結於載具頭1〇〇。每個載具頭具有一個載具頭驅動軸以及一馬達。每個馬達及驅動軸以一滑座（未顯示）支撐之，該滑座以一徑向驅動馬達沿著狹縫線性地驅動以擺動該載具頭。在實際研磨時，三個載具頭被置於三個研磨站及上方，每一載具頭100將基板降至觸及一研磨墊32。通常，載具頭100握持該基板使其緊貼研磨墊並在基板之背面施熱頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ...................Φ........、玎.........亨· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 1248386 五、發明説明（）力u該載具頭100亦將驅動軸之力矩移轉至該基板。 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 請參閱第2圖，載具頭100包含一外殼102、一底座 104、一平衡機構1〇6、一载入室1〇8、一固定環11〇以及一基板支標組件1 12。類似載具頭之描述可見於Zuniga等人於1997年5月21曰申請之美國專利第〇8/861，260號申請案中，其名稱為"A CARRIER HEAD WITH A FLEXIBLE MEMBRANE FOR A CHEMICAL POLISHING SYSTEM丨丨，且該篇申請案已讓與本發明之所有權人。在此引入該篇申請案之全部揭露以作為參考。外殼102可連接至驅動軸74，以在研磨時繞轉軸1〇7 旋轉，且研磨時該轉軸1〇7大致上垂直於該研磨墊之表面。外殼1 02通常為圓形，以對應於圓形之待研磨基板。一垂直鑽孔130穿過該外殼形成，且兩個經由該外殼延伸之通道132及134可氣動控制該載具頭。一柱狀軸承136 套合於鑽孔130中。可以一〇形環138於外殼中之通道與驅動軸中對應之通道間形成一液密狀態。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製底座1 04通常為位於外殼1 〇2下方之一剛性環狀物或是碟狀物。可以夾環142將一彈性及可繞折之膜狀物14〇貼附於底座1〇4之下表面以定義出一氣囊144。該氣囊144 包含氣丁二烯、丙乙烯橡膠以及矽樹脂，或是結構強化彈性體。夾環142可藉由螺絲或是螺栓146(僅在第2圖之左側顯示一螺栓）。一通道148延伸於夾環與底座間，並且兩個固定器149可提供附著點，使外殼1〇2與底座1〇4間之一彈性管線（未顯示）可使通道134耦合於氣囊144。一第10頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） ' '細 A7 B7 1248386 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 第一幫浦（未顯示）可連接至該氣囊1 44，以導引一流體（例如空氣之氣體）進入或離開該氣囊144。一啟動閥門感應器 158可置於通道148中，以提供如1997年5月23日之美國專利第08/862,350號申請案中所描述的基板感應能力’該案已讓與本發明之所有人並且引入作為參考。平衡機構1〇6(可視為底座1〇4之部份）可使底座相對於外殼1 02旋轉，以便使底座可大致維持平行於研磨墊之表面。平衡機構106包含一平衡桿150以及一彎曲環152，其中δ亥平衡桿150套入該柱狀軸承136中，該彎曲環152 固定於該底座104。該平衡桿15〇可垂直地沿著鑽孔13〇滑動以提供底座104之垂直運動，但其亦可避免底座ι〇4 相對於外殼1 02之任何的水平運動。該平衡桿丨5〇可包含延伸平衡桿150長度之一第一通道154。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製通常為環狀之旋轉隔板160的内緣，可藉由一内炎環162夾於外殼102之上，並且一外夾環ι64使該旋轉隔板160的外緣夾於底座104之上。藉此，旋轉隔板160可使外殼1 02與底座1 〇4,間之間隙密合。一第二幫浦可藉由通道132以不固定之方式連結於載入室ι〇8，以控制載入至中之壓力及施加至底座1Q4之負載。通常為環狀之固定環110係固定於（例如藉由螺栓128) 底座104之外緣。當流體被抽入載入室108且底座104被向下推動時’固定環1丨〇亦被向下推動以施加負載於該研磨塾32。該固定環11〇之底面124大致為平坦，或是其具有複數個通道以自固定環的外部輸送研漿至基板。該固定 __ 第11頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ297公爱 A7 B7 1248386 五、發明説明（）環110之内表面126可避免基板自載具頭之下方脫離。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製基板支撐組件11 2包含一支撐結構114、一彈性元件或是氣囊1 1 8以及一間隔環11 6。該彈性膜狀物1 1 8係以可繞折及彈性物質（例如氯丁二烯、丙乙烯橡膠或是矽樹脂）所形成之圓形片狀物。該彈性膜狀物118之中央部份 180延伸至支撐結構114之下以提供一基板之固定面。該彈性膜狀物1 1 8之周圍部份1 82延伸於一支撐結構114與間隔環1 1 6間之彎曲路徑中，以固定於載具頭之上，例如底座104或固定環110。該彈性膜狀物118之一端具有一邊緣部份184，該邊緣部份184被夾於底座1〇4與固定環 11 0之間以形成一流體不會漏出之密合狀態。彈性膜狀物 11 8與底座1 04間之間隙定義出一可加壓腔體120。一幫浦（未顯示）以不固定之方式經由通道154連接於腔體120 以控制腔體120中之壓力以及基板之固定表面的下壓力。底座104相對於研磨墊132之垂直位置亦是以載入室1〇8 控制之。並且，可對腔體1 20抽氣以將彈性膜狀物u 8向上拉動並以真空將基板吸附於該載具頭上。該彈性膜狀物 118亦包含一唇部186以及一厚部188，以如1998年9月 8曰申請之美國專利第09/149,806號申請案所述改善真空吸附之可靠度。該案已讓與本發明之所有人並在此引入以作為參考。支撐結構11 4係位於腔體1 20之内部以在吸附基板時提供基板一剛性支撐’當腔體12 0抽氣時限制基板與彈性氣囊之向上運動以及將彈性膜狀物1丨8維持於想要之形第1頂本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2〗0χ 297公釐） '

1248386 五、發明説明（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 狀 '特別的是，支撐結構114通常為具碟狀板部17〇以及一環狀凸緣部份1 7 4之剛性元件，其中該碟狀板部丨7 〇具有複數個孔洞176,該凸緣部份174自板部17〇向下延伸。支樓元件可為”非浮動式"’例如非固定於载具頭之其餘部份，並且以該彈性氣囊定位之。間隔環11 6係固定於固定環11 〇與支撐結構114間之一般的環狀元件。特別的是該間隔環11 6可位於支稽結構 114徑向向外延伸且超出凸緣部份174之部份的上方。運作時，將流體抽入腔體120以控制藉由彈性膜狀物 118施加至基板之向下壓力。當研磨終了時，對載入室ι〇8 抽氣以將底座104及支撐結構114舉離該研磨墊。並且，因為間隔環116平躺於支樓結構114之上，所以其亦被舉遠該研磨墊》經濟部智慧財產局員工消費合作社印製此外，在研磨時可自氣囊144排出流體或是注入。當流體被導入該氣囊144時，氣囊144將會向下膨脹而產生一下壓力於該支撐結構114及該彈性膜狀物118上。支撐結構114上之向下壓力會使支撐結構之底面緊貼於彈性膜狀物118之上表面以如1997年8月8日申請之美國專利第08/907,810號申請案所述控制基板之局部區域的壓力。該案已讓與本發明之所有人並在此引入以作為參考。並且在研磨之後，該氣囊144可壓迫彈性膜狀物118使其緊貼於基板1 0以產生一流體不會洩露之密合狀態，並且確保當時腔體120抽氣時基板係真空吸附於該彈性膜狀物上。若幫浦對氣囊144抽氣，氣囊144將會收縮及鬆開與第1頂本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1248386 A7 ------ B7 五、發明説明（）支樓結構11 4之接觸。化學機械研磨一再遇到的問題是使基板緊貼研磨墊之下壓力不穩定。不穩定之力會導致不是最佳的研磨結 •果’且若施力隨著基板而改變，則不同的輔助壓力將會在不同基板上產生不同的研磨結果。假設氣囊144之壓力由所連接之幫浦維持恆定，則氣囊1 44施加於支撐結構1 i 4 之下壓力可維持恆定，其前提是氣嚢與支撐結構間之接觸面積不隨時間改變。並且，若此接觸面積維持恆定同時氣囊144之壓力改變，則支撐結構上的下壓力將為氣囊ι44 之壓力的線性函數。維持氣囊與支撐結構間之接觸面積恆定的目的可以數種組態達成之，例如第3至6圖所示。請參閱第3圖，可以氣囊M4下壓凸緣部份174之上方的突起302。該突起3 02可提供一大致恆定之氣囊與支撐結構間的接觸面積。特別的是，該突起302充分地小於氣囊144，氣囊會接觸整個突起之上表面、支撐結構之獨立垂直部份》 . 在一實施例中’該突起302之尺寸約為膜狀物1 40之下表面徑向寬度的50%至60%。特別的是，該突起之徑向寬度約為0.22至0.23英吋，表面積約為4.5平方英吋。支撐結構1 14具有狹縫或是孔洞172，流體可在氣嚢144 之外部體積304與腔體120之其餘部份間流通。每次施力維持恆定之係藉由大致維持恆定之氣囊與支撐結構間的接觸面積，以及使用一非常柔軟（低硬度）的氣囊。特別的是’當氣囊被加壓時膜狀物140會形成一迴第14頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ...............Φ........、耵…......,· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 [248386 五、發明説明（旋，該迴旋作為一使膜狀物之拉伸最小的滾動中心。在多次研磨之後，固定環之底面會逐漸磨損而導致固定環之厚度的改變。這種改變會使底座1 〇4及氣囊丨44更接近研磨墊32。因為支撐結構114係平躺於基板之上，基板又平躺於研磨墊之上，所以當固定環磨損時氣囊i 44與支撐結構1 1 4間之間隙會減少。然而，因為膜狀物丨4〇係包覆整個突起302，所以其可維持一恆定之接觸面積，即使疋當支撐結構產生相對於該氣囊之垂直偏移時。因為接觸面積維持恆定且膜狀物非常柔軟，所以當固定環磨損時氣囊壓力與施加至支撐結構之壓力間的關係幾乎不會改變。請參閱第4圖，在另一實施例中，可聚集彈性膜狀物 140a於其底面以形成一具恆定尺寸之突起4〇1。即使彈性膜狀物係以彈性物質所製成的，當質量如第4圖所示般形成時，突起401仍可維持其恆定尺寸之固定形狀，例如當氣嚢144a之壓力建立時其不會改變。複數個形成於突起 4〇1底部之狹縫402可使空氣通過氣囊與支撐結構之間。此種配置可使體積304與腔體之其他部份間維持流體流通，如此可降低突起401水平移動之可能性。藉此，突起 4〇1可維持水平穩定且與支撐結構丨丨牦間之接觸面積維持怪定。或者是，突& 4G1可為-外加於彈性膜狀物u〇a 之底面的外部結構，且可為任意之剛性材料所製成的。如此’突起4G1與支禮結構114a間之接觸面積可隨時間維持怪定以確保施加於支樓結才聋n4a之下壓力的穩定。並第15頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本Ϊ 訂· 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1248386 A7 A7 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 且，，彈性膜狀物140a包含一内建之迴旋404以使臈狀物壁之拉伸最小。如此可確保膜狀物非常柔軟，所以當迴旋及支撐結構相對於底座偏移時下壓力可大致維持不變。在第5圖所示之另一實施例中，以一幫浦501維持支撐結構1 14b與氣囊144b間恆定之接觸面積，以作為彈性膜狀物1 1 8b之延伸。在此實施例中，沒有封閉氣囊1 44b 之膜狀物，相反地，膜狀物11 8 b之周圍部份環繞著支標結構114b且向下延伸至與氣囊連結。膜狀物118c中之幫浦501係置於支撐結構之上表面508上，薄部506自幫浦 501向上延伸以形成氣囊144b之側壁。一環狀凹陷5 1 0，形成於幫浦501之下表面中。一環狀突起502，形成於支撐結構114b之上表面508 上，此突起502套入凹陷510之中以導引支撐結構i14b 觸及幫浦501。突起5 02之徑向寬度約為幫浦501之徑向寬度的25%至30°/^突起502可避免幫浦501相對於支撐結構114b之水平移動。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第6A圖係顯示本發明之另一實施例，其中氣囊U4c 之側壁係以一具摺痕603之彈性管線601形成之。該管線 601可以數種具彈性之物質構成之，例如橡膠之彈性體。該管線601之功能非常類似一蛇腹管，藉由摺疊及展開摺痕來伸長及縮短。該摺痕可使氣囊向下延伸而不會使氣囊之底面的形狀扭曲或是拉伸管線。當氣囊144c加壓時，管線601之壁會伸長且氣囊144c之底面會觸及支樓結構 11 4c。此彈性管線60 1垂直地定向，且一剛性頂環602及第16頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1248386 A7 B7 五、發明説明（）一刪性底環604分別結合於管線之上、下開口。在一實施方法中，該環係為鋼製。剛性底環604可確保支撐結構1 1 4c 與氣囊144c之間有大致恆定的接觸面積。此載具頭可包含一夾環610以及一分離之彎曲部份612,其中該夾環610 使膜狀物1 1 8固定於支撐結構114，該彎曲部份61 2使支撐結構114連結至底座。彎曲部份6 12之一端可以固定環 11 〇與底座1 04間之一外彎曲夾環614握持，並且彎曲部份612之另一端可夾於内彎曲夾環6 1 6與支撐結構1 4的凸緣部份174之間。第6B圖係管線601*之另一實施方法的近視圖，其中底環604’包含一嵌於底部之彈性材料608中的強化環 606，並且，頂環602’包含一夾環620，可將氣囊固定於底座。本發明已以特定實施例描述之，這些實施例僅是用以說明而非限定。其他實施例包含於下列之申請專利範圍中。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第1頂本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐)

Claims

A8B8C8D8 1248386 申請專利範圍 1· 一種載具頭，至少包含：一底座；一彈性膜狀物’延伸於該底座之下而形成一可加虔腔體，該彈性膜狀物之一下表面可提供置放一基板之一固定面（mounting surface); 一支撐結構，位於該腔體中，該支撐結構之一下表面可移動觸及該彈性膜狀物之一上表面；及一可加壓氣囊，形成於該底座與該彈性膜狀物之間，以控制該支撐結構上之下壓力，其中該氣囊與該支撐結構之至少一者於該支撐結構與該氣囊間提供大致恆定的接觸面積；其中該支撐結構包括一向上延伸之突起，該突起具有一與上述氣囊之一底面接觸的上表面。 2.如申請專利範圍第i項所述之載具頭，其中上述支撐結構係用以於上述支撐結構與上述氣囊之間提供一大致怪定的接觸面積。 3·如申請專利範圍第1項所述之載具頭，其中上述突起之上表面充分地小於上述氣囊之底面，當上述支撐結構垂直移動時該氣囊仍觸及整個上表面。 4.如申睛專利範圍第3項所述之載具頭，其中上述氣囊延伸於上述突起之上而形成一迴旋（c〇nv〇luti〇n)。第18頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------MW-I (請先·Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) · -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A8 B8 C8 D8 1248386 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第丨項所述之載具頭，其中上述氣囊係用以於上述支撐結構與上述氣囊之間提供一大致恆定的接觸面積。 6. 如申請專利範圍第1項所述之載具頭，其中上述氣囊連結於上述彈性膜狀物。 7·如申請專利範圍第1項所述之載具頭，其中一第二彈性膜狀物係延伸於該底座下方以形成該可加壓氣嚢。 8·—種載具頭，其至少包含：一底座；一彈性膜狀物，延伸於該底座之下而形成一可加壓腔體’該彈性膜狀物之一下表面可提供置放一基板之一固定面；一支撐結構，位於該腔體中，該支撐結構之一下表面可移動觸及該彈性膜狀物之一上表面；及一可加壓氣囊，形成於該底座與該彈性膜狀物之間，以控制該支撐結構上之下壓力，其中該氣囊與該支撐結構之至少一者係於該支撐結構與該氣囊間提供大致恆定的接觸面積；其中上述氣囊包含一厚部，當上述氣囊膨脹觸及上述支撐結構時’該厚部大致上無變形。 ^_ 一 — 第19 頁本^中國 ^Kl^s)A4 規格（21〇 ^ (請先朋讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1248386 -—— --—/、、申清專利範圍 AaB8c8D8 9·如申請專利範圍第8項所述之載具頭，其中上述氣囊更包含連結於上述底座之兩側壁。 10.如申請專利範圍第9項所述之載具頭，其中上述兩侧壁包含一迴旋部。 11·如申請專利範圍第8項所述之載具頭，其中數個溝槽係形成於上述厚部之一底面及上述支撐結構之一上表面的至少一者中，用以提供流體流通至上述可加壓腔體。 ^----------ι!Μψί (請先朋讀背面之注意事項再填寫本頁) 12·如申請專利範圍第8項所述之载具頭，其中上述厚部包含一凹陷，且上述支撐結構包含一突起，該突起套入該凹陷中。 13 ·如申請專利範圍第10項所述之載具頭，其中上述凹陷及上述突起係為環狀0 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14·如申請專利範圍第7項所述之載具頭，其中上述氣囊連結於上述彈性膜狀物。 15·如申請專利範圍第7項所述之載具頭，其中一第二彈性膜狀物係延伸於該底座下方以形成該可加壓氣囊。第20頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）經濟部智慧財產局員工消費合作社印制机 1248386 I __ D8 六、申請專利範圍 16·—種载具頭，其至少包含：一底座；一彈性膜狀物，延伸於該底座之下而形成一可加壓腔體’該彈性膜狀物之一下表面可提供置放一基板之一固定面；一支撐結構，位於該腔體中，該支撐結構之一下表面可移動觸及該彈性膜狀物之一上表面；及一可加壓氣囊，形成於該底座與該彈性臈狀物之間，以控制該支撐結構上之下壓力，其中該氣囊與該支撐結構之至夕者係於該支撐結構與該氣囊間提供大致丨互定的接觸面積；其中上述氣囊包含形成於側邊之摺痕。 17·如申請專利範圍第16項所述之載具頭，其中上述氣嚢之一底面具有一剛性環，以提供與上述支撐結構間恆定之接觸面積。 18·如申請專利範圍第16項所述之載具頭，其中一第二彈性膜狀物延伸至上述底座下方以形成上述可加壓氣囊。 19·一種化學機械研磨設備之載具頭，至少包含：一底座；一第一可加壓腔體，位於該底座下方，該第一可加壓腔體具有一第一腔體壁，該第一腔體壁由一具有一了第21頁 i紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公ΐ) " — ' --------------------訂 ί MM MM· Μ·· > MB 雇 ί _ φ (請先-Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 1248386 § D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣六、申請專利範圍表面之彈性膜狀物所構成，且該下表面提供一基板之固定面；一支稽結構，位於該第一可加壓腔體中以觸及該彈性膜狀物之上表面；以及一第二可加壓腔體，對該支撐結構施加一向下之壓力，該第二可加壓腔體具有一第二腔體壁，用以觸及一恆定接觸面積上之該支撐結構；其中該支撐結構包括一向上延伸之突起，諒突起具有一與該第二腔體壁之一底面接觸且小於該底面的上表面。 20·如申請專利範圍第19項所述之載具頭，其中上述支撐結構之上表面充分地小於上述第二腔體壁之底面，當上述支撐結構垂直移動時上述第二腔體壁仍觸及整個該上表面。 21·如申請專利範圍第19項所述之载具頭，其中該第一腔體壁及該第二腔體壁係一單一彈性膜狀物的部分。 22·如申請專利範圍第19項所述之载具頭，其中該第二腔體壁係由一剛性環所構成。 23· —種用於化學機械研磨設備之載具頭，其至少包含：一底座；一第一可加壓腔體，位於該底座下方，該第一可加第22頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）----- (請先-M讀背面之注意事項再填寫本頁) · 訂·· -線-

、申請專利範 1248386 壓腔體具有一第一腔體壁，該第一腔體壁由一具有一下 <請先！^讀背面之注意事項再填寫本頁) 表面之彈性膜狀物所構成，且該下表面提供一基板之固定面；一支偉結構，位於該第一可加壓腔體中以觸及該彈性獏狀物之上表面；以及一第二可加壓腔體，對該支撐結構施加一向下之壓力’該第二可加壓腔體具有一第二腔體壁，用以觸及一十互定接觸面積上之該支撐結構；其中上述第二腔體壁之一下表面包含觸及上述支撐結構之一厚部，當上述第二腔體被加壓時，該厚部大致上無變形。 24·如申請專利範圍第23項所述之載具頭，其中該第一腔體壁及該第二腔體壁係一單一彈性膜狀物的部分。 •線· 25 ·如申請專利範圍第23項所述之載具頭，其中該第二腔體壁係由一剛性環所構成。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26.—種用於一化學機械研磨設備之載具頭，其至少包含：一底座；一第一可加壓腔體，位於該底座下方，該第一可加壓腔體具有一第一腔體壁，該第一腔體壁由一具有一不表面之彈性膜狀物所構成，且該下表面提供一基板之固第23頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Aa B8 C8 D8 1248386 六、申請專利範圍定面；一支撐結構，位於該第一可加壓腔體中以觸及該彈性膜狀物之上表面；以及一第二可加壓腔體，對該支推結構施加一向下之壓力，該第二可加壓腔體具有一第二腔體壁，用以觸及一恨定接觸面積上之該支撐結構；其中上述第二腔體具有摺痕側壁。 27·如申請專利範圍第26項所述之載具頭，其中上述第二腔體壁係由一剛性環所構成。 28·如申請專利範圍第26項所述之載具頭，其中上述第一腔體壁及上述第二腔體壁係為一彈性膜狀物之部份。 29·—種化學機械研磨設備之載具頭，至少包含：一底座；一固定環，耦合於該底座；一彈性膜狀物，延伸於該底座之下而形成一可加壓腔體，該彈性膜狀物之一下表面可提供置放一基板之一固定面；一支撐結構，位於該腔體中，該支撐結構之一下表面可移動觸及該彈性膜狀物之一上表面；及一施力裝置，當該固定環磨損時對該支撐結構之上表面施加一大致恆定之向下壓力。第24頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先朋讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剔衣 1248386 夂、申請專利範圍 3 0·如申請專利範圍第29項所述之載具頭，其中上述施力裝置包含一迴旋膜以提供一高度可繞摺性。 31.如申請專利範圍第29項所述之载具頭，其中上述用以施加一大致橫定之下向壓力的施力裝置包含一氣囊，該氣囊具有對上述支撐結構之上表面提供大致恆定之接觸面積的一裝置。 32·如申請專利範圍第31項所述之載具頭，其中上述提供大致恨定之接觸面積的裝置包含上述氣囊之一厚部，當上述氣囊被加壓時，該厚部大致上無變形。 33·如申請專利範圍第31項所述之载具頭，其中上述提供大致怪定之接觸面積的裝置包含上述氣囊之一剛性部份，當上述氣囊被加壓時，該剛性部份大致上無變形。 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製頁 5 2 舞本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） μ η[( 號蔚膝申請曰期 f 案號類別 (以上各攔由本局填註）月修ΙΕ—糾年c明 1248386 夂谨汪本 Α4 C4 專利説明書 -、5名稱中文具可加壓氣囊之載具頭英文 CARRIER HEAD WITH PRESSURIZABLE BLADDER 姓名國籍 U東宏馳 2. 史帝文M.努尼佳 3. 法蘭克波塞 1.中華民國2.美國3.瑞士裝發明人住、居所 1. 美國加州聖荷西市歐亞瑪庭園1530號 2. 美國加州蘇蓋爾市洛杉羅貝兒斯路351號 3. 美國俄勒岡州希爾波羅亞希福特圓環NW3079號訂姓名 (名稱）美商·應用材料股份有限公司線經濟部智总时/i^7g(工消費合作社印製國籍美國三、申請人住、居所 (事務所）代表人姓名美國加州聖大克勞拉市波爾斯大道3050號瓊西J.史維尼本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210Χ 297公釐）