TWI574780B - 用於化學機械拋光系統的載具頭 - Google Patents

Description

用於化學機械拋光系統的載具頭

本發明涉及一種化學機械拋光系統，具體的涉及在化學機械拋光過程中施加拋光壓力於基板的載具頭。

當生產半導體或玻璃基板，和製造積體電路時，以特定的步驟拋光或平整基板表面的需求已增加。作為滿足這個需求的技術，化學機械拋光（CMP）已被廣泛的使用。
通常，基板的CMP通過在拋光盤上附著拋光墊，將基板安裝於稱作載具頭的基板接收單元進行，然後，當應用拋光液到拋光墊上時，同時旋轉拋光盤和載具頭以產生拋光墊和基板之間的摩擦力。
基本上，載具頭包括接收來自驅動軸的動力的基座和提供載具頭部件可被安裝的空間，基板可被安裝的基板接收構件，和在拋光過程中阻止基板從載具頭下方滑落的支撐基板的側面的扣環。在CMP過程中，基板被通過基板接收構件施加拋光壓力。然而，即使拋光壓力被均勻的施加於整個基板，基板的特定區域（例如基板的邊緣區域）可根據拋光層的性質具有與其他區域不同的拋光速率。在這種情況下，為了保持好的拋光速率均勻性，需要通過獨立的控制施加於基板的每個預定區域的拋光壓力調整特定區域的拋光速率。

本發明的技術方案在於：
本發明目的在於提供用於化學機械拋光系統在化學機械拋光過程中能夠獨立施加拋光壓力於基板的每個預定區域的載具頭。
一方面，本發明針對用於化學機械拋光系統中使用的載具頭。所述載具頭包括：基座；連接於基座的下側部分的基板接收構件，其具有外表面倚靠所述外表面基板可被安裝；位於基板接收構件內側並與基座的下側部分連接的至少兩個氣囊，其中所述至少兩個氣囊可通過膨脹和接觸內表面獨立的施加壓力於基板接收構件的內表面的預定區域；和連接於基座的下側部分的至少一個牆壁結構，其中所述至少一個牆壁結構可限制所述至少兩個氣囊的橫向膨脹。
在另一方面，所述載具頭包括：基座；連接於基座的下側部分的基板接收構件，其具有外表面倚靠所述外表面基板可被安裝；位於基板接收構件內側並與基座的下側部分連接的氣囊，其中所述氣囊可通過膨脹和接觸內表面獨立的施加壓力於基板接收構件的內表面的預定區域；和連接於基座的下側部分的至少一個牆壁結構，其中所述至少一個牆壁結構可限制所述氣囊的橫向膨脹。

100、150、160、170．．．基座

110．．．驅動軸

120、124．．．扣環

150．．．基座

152、154、162、172、180、184．．．連接構件

172．．．夾持連接構件

173、175、177、186、614．．．孔

174．．．第一連接構件

176．．．第二連接構件

200、300、370、380、384、390、396、400、500．．．氣囊

202．．．碟形底部

204．．．牆形側部

206．．．環形頂部

212、312、412、512、614、612．．．流體通道

220、320、420、520．．．氣囊夾具

222、322．．．夾具流體通道

224、324、71．．．槽

226、326、704、714．．．螺孔

250、550．．．中心氣囊腔

302．．．環形底部

304、304’．．．側部

306、306’．．．頂部

312、320．．．邊緣氣囊流體通道

322、422、522．．．夾具流體通道

340．．．氣囊腔

370、376、376’、394、399．．．外側部分

370、650．．．基板接收構件腔

370．．．邊緣夾具

372．．．內側固定部分

373．．．外側固定部分

374、374’．．．內側部分

378、382、388．．．底部

380．．．外側夾具

386．．．褶

392、398．．．內側部分

400．．．中間氣囊

420．．．中間氣囊夾具

50．．．基板

600、620、630、640．．．基板接收構件

602、626、634、642．．．平板部分

604、644．．．週邊部分

606．．．固定部分

608、64．．．外表面

610．．．內表面

622．．．第一平板

624．．．第二平板

636．．．氈型安裝膜

645．．．傾斜週邊部分

646．．．固定部分

650．．．基板接收構件腔

70、700、706、710、700’、740、750、760、730、730'、740’、750’、760’、740”、750”、760”．．．牆壁結構

702．．．凸緣

716．．．外側

730、740．．．邊緣牆壁結構

750．．．中間牆壁結構

760．．．中心牆壁結構

760．．．其中中心牆壁結構

770．．．內側夾具

900、904、906、908、910、920、922、924、926、940、942、944、948、960、962、964、966、970、972．．．載具頭

A2、A3、N、M．．．區域

d．．．距離

e．．．間隔距離

h1、h2、h3．．．間隙

P1、P2、P3．．．壓力

R．．．半徑

W．．．間隙

θ．．．傾斜週邊部分向外延伸與垂直週邊部分形成角

圖1為根據本發明優選實施例的載具頭的截面示意圖。
圖2為示出中心氣囊的典型實施例的透視圖。
圖3為示出邊緣氣囊的典型實施例的透視圖。
圖4為示出用於固定中心氣囊的氣囊夾具的典型實施例的俯視圖。
圖5為示出用於固定邊緣氣囊的氣囊夾具的典型實施例的俯視圖。
圖6為示出牆壁結構的典型實施例的透視圖。
圖7為示出了牆壁結構的另一個典型實施例的透視圖。
圖8為根據另一個典型實施例具有外部夾持的邊緣氣囊的載具頭的截面示意圖。
圖9為示出圖8中所示邊緣氣囊的典型實施例的透視圖。
圖10為沿圖9的線AA’的剖面圖。
圖11為示出具有圓形底部的邊緣氣囊的典型實施例的剖面圖。
圖12為示出具有包括褶的側部的邊緣氣囊的典型實施例的剖面圖。
圖13和14為示出具有不對稱邊緣氣囊的典型實施例的剖面圖。
圖15為示出基板接收構件的另一個典型實施例的剖面圖。
圖16仍為示出基板接收構件的另一個典型實施例的剖面圖。
圖17仍為示出基板接收構件的另一個典型實施例的剖面圖。
圖18為示出具有至少兩個週邊部分的基板接收構件的典型實施例的剖面圖。
圖19為示出了載具頭的截面示意圖其中圖18的基板接收構件被安裝。
圖20為示出根據本發明另一個典型實施例的載具頭的剖面示意圖。
圖21仍為示出根據本發明的另一個典型實施例的載具頭的示意圖。
圖22仍為示出根據本發明的另一個典型實施例的載具頭的截面示意圖。
圖23和24為解釋根據本發明優選實施例的載具頭的操作的截面示意圖。
圖25，26和27為解釋中心和邊緣氣囊根據它們腔壓的不同橫向的膨脹，和解釋牆壁結構的作用的截面示意圖。
圖28和29為解釋進一步包括邊緣牆壁結構的載具頭的結構和操作的截面示意圖。
圖30仍為根據本發明的另外一個典型實施例的載具頭的截面示意圖。
圖31仍為根據本發明的另外一個典型實施例的載具頭的截面示意圖。
圖32仍為根據本發明的另外一個典型實施例的載具頭的截面示意圖。
圖33為示出根據本發明的另一個典型實施例的進一步包括中間氣囊的載具頭的截面示意圖。
圖34，35和36為解釋圖33的載具頭的操作的截面示意圖。
圖37為示出牆壁結構和根據本發明的載具頭的內表面之間的間隙的截面示意圖。
圖38仍為根據本發明的另一個典型實施例的載具頭的截面示意圖。
圖39仍為根據本發明的另一個典型實施例的載具頭的截面示意圖。
圖40為示出無中心氣囊的載具頭的典型實施例的截面示意圖。
圖41為示出無中間氣囊的載具頭的典型實施例的截面示意圖。
圖42為示出根據本發明的實施例包括邊緣氣囊的載具頭的截面示意圖。
圖43為示出進一步包括邊緣牆壁結構的載具頭的截面示意圖。
圖44為示出包括外部夾持的邊緣氣囊的載具頭的截面示意圖。
圖45為示出包括也作為牆壁結構的連接構件的載具頭的截面示意圖。
圖46為示出根據本發明的另一個典型實施例包括中心氣囊的載具頭的截面示意圖。
圖47為示出包括也作為牆壁結構的連接構件的載具頭的截面示意圖。

在下文中，本發明優選的實施例將根據附圖被描述。進一步的，本發明的這些實施例為了對那些本領域技術人員全面的解釋本發明而提供。因此，在附圖中，元件的形狀可能為了清晰被誇大，同樣的標號將被貫穿使用用以指定同樣或類似的元件。
圖1為根據本發明優選實施例的載具頭900的截面示意圖。所述載具頭900被配置為，作為基礎元件，包括接受來自驅動軸110的動力的基座100。扣環120，其被安裝於基座100的下側部分，用於阻止基板（未示出）在CMP時從載具頭900的下方滑落。在扣環120的內側，基板接收構件600被連接於基座100的下側部分。
基板接收構件600包括平板部分602，週邊部分604，和固定部分606。平板部分602提供分別被定義為外表面608和內表面610的基板接收構件600的兩個表面。平板部分602的尺寸和形狀符合待拋光的基板的尺寸和形狀。外表面608為基板接收表面基板可倚靠其被安裝。與外表面608相對的內表面610為壓力通過流體或通過氣囊200、300的擴張接觸被施加的表面。週邊部分604為從平板部分602向外延伸的牆形部分以使週邊部分602連接固定部分606。固定部分606為連接基座100的部分，其可包括側翼或O型環。固定部分606從外側密封基板接收構件600的內側部分以形成基板接收構件腔650。基板接收構件腔650可包括通過基板接收構件流體通道612提供的流體以保持預定的壓力，其可作為通過平板部分602提供給基板（未示出）的拋光壓力。作為流體，氣體或液體可被使用，空氣或氮氣可被優選的使用。基板接收構件600可如圖1所示被單獨材料整體製作，且柔性材料可被用於基板接收構件。橡膠可作為柔性材料，優選的，具有良好耐水性和耐化學性的橡膠，例如矽橡膠和三元乙丙橡膠（EPDM），可被使用。由柔性材料製成的基板接收構件600可使用造模法裝配，通過這種方式平板部分602可具有0.5mm到3.0mm的厚度。
如圖1所示，基板接收構件600內部，位於基板接收構件600內表面610的中心區域之上的中心氣囊200被連接於基座100的下側部分。在基板接收構件600的內表面610的邊緣區域之上的邊緣氣囊300也被連接於基座100的下側部分。
內表面610的中心區域可被定義為包括內表面610的中心的區域，中心區域的尺寸可如圖1所示被自內表面610的中心的半徑R代表。在內表面為圓形的情況下，R可具有內表面的半徑的20-90%間的值。在內表面為矩形的情況下，中心區域可被定義為包括內表面的中心的區域，且中心區域的尺寸可為內表面的在長度上20-90%縮小的尺寸。
邊緣區域可被如圖1所示的自內表面610的末端的距離d代表。在圓形內表面的情況下距離d可具有直徑的1-20%間的值。例如，在內表面610具有300mm直徑的情況下，邊緣區域可為具有從內表面610的末端向內3mm或從末端向內60mm的範圍的區域。在矩形內表面的情況下，d可具有內表面的對角線長度的1-20%間的值。在某種環境下，內表面的一些位置可屬於中心區域或邊緣區域。在這種情況下，當位於其上的氣囊也施加壓力與內表面的中心時所述位置可被認為屬於中心區域，當其上的氣囊為邊緣氣囊時屬於邊緣區域。此外，在中心和邊緣區域之間的區域可被下述的中間區域解釋。
圖2和3示出中心氣囊200和邊緣氣囊300的典型實施例的透視圖。如圖2所示中心氣囊200包括碟形底部202、牆形側部204，和環形頂部206。為了安全的密封，O型圈可被成形於頂部206。如圖3所示邊緣氣囊300可包括環形底部302和側部304、304’，和頂部306、306’。 為了安全的密封O型圈也可被成形於頂部306、306’。氣囊200、300可由柔性材料製成。橡膠為合適的柔性材料，所述橡膠包括天然橡膠，矽橡膠，EPDM橡膠，氯丁二烯橡膠和類似物。氣囊200、300的表面可覆蓋有高分子材料且氣囊200、300可通過附著具有到底部202、302的內或外表面0.05mm到0.3mm的塑膠或金屬片保護。
關於圖1，中心和邊緣氣囊200、300與內表面610間隔距離e，其中當施加於氣囊200、300的壓力與施加於基板接收構件600的壓力相同時e可具有0mm-5mm的值，例如當所有的壓力為大氣壓。也就是說，當兩個壓力相同，氣囊200、300不需要如圖1所示的與內表面610間隔，相反地，可進一步向內表面610延伸以接觸內表面610，這樣e為0mm。
在連接中心和邊緣氣囊200、300到基座100時，氣囊夾具220、320可如圖1被使用。氣囊夾具220、320首先被分別的插入氣囊200、300，然後被夾緊於基座100的下側部分，因此氣囊200、300被密封。
圖4和5分別為示出用於固定中心和邊緣氣囊200、300的氣囊夾具220、320的典型實施例的俯視圖。其所有的代表安裝於圖1中示出的基座100的下側部分上的表面。首先，關於圖4，中心氣囊夾具220可為碟形，並具有螺孔226用於連接基座100，和流體可通過的夾具流體通道222。在O型環部件在中心氣囊200內的情況下，槽224可被成形於中心氣囊夾具220的頂部用於安全的密封。關於圖5，邊緣氣囊夾具320可為環形並具有流體可通過的夾具流體通道322。此外，氣囊夾具320可具有螺孔326這樣它可被連接到基座100。在O型環部件在邊緣氣囊300的情況下，槽324可被成形於邊緣氣囊夾具的頂部用於密封。鐵合金、鋁合金、或塑膠可被用做氣囊夾具220、320的材料。氣囊200、300可由通過圖1中氣囊流體通道212、312和夾具流體通道提供的流體的壓力膨脹。作為流體、氣體或液體可被使用，且空氣或氮氣可被優選的使用。
圖6和7為示出了牆壁結構700、710的典型實施例的透視圖。關於圖6，牆壁結構700可具有中空的圓柱形。牆壁結構700可在頂部包括凸緣702其被連接於基座100。在頂部，螺孔704可被成形用於連接基座100。此外，牆壁結構流體通道706可自牆壁結構700的頂部表面到底部表面被成形。儘管未示出，凸緣702可具有槽用於O型環在連接牆壁結構到基座100時安全密封。牆壁結構流體通道706可被連接到用於提供給基板接收構件腔650的流體的基板接收構件流體通道612。關於圖7，牆壁結構710在頂部具有螺孔714用以連接基座100，槽718可被成形於內側和外側716的表面，這樣通過基板接收構件流體通道612提供的流體可容易的釋放入基板接收構件腔650。牆壁結構700、710用於限制氣囊200、300的膨脹，因此，它們可優選的由具有保持硬度性能的材料製成以不易被這碗，例如鋁合金或鐵合金。
圖8為根據另一個典型實施例具有邊緣氣囊370的載具頭的截面示意圖，其中邊緣氣囊370從外部被夾緊使得在內部無需夾具。同時，如圖8所示，邊緣夾具370被外側夾具380和內側夾具770夾緊。這裏，內側夾具770可具有朝向內表面610延伸的下側部分使得它可同時被用做牆壁結構，其中可注意的是夾具和牆壁結構可被成型為一體。內側夾具770可具有流體通道（未示出）這樣流體可在該處通過。邊緣氣囊370形成從基板接收構件腔370分離的氣囊腔340，並由通過氣囊流體通道312提供的流體膨脹並通過真空縮小。圖8中邊緣氣囊370的底部被描述為與內表面610分離。然而，當施加於邊緣氣囊370的壓力與施加於基板接收構件600的壓力相同時，邊緣氣囊370不需要與內表面610分離，可相反的具有朝向內表面610延伸的形狀使其接觸內表面610。　　　
圖9為示出上述邊緣氣囊的典型實施例的透視圖，其中當邊緣氣囊370被連接於基座100時在內側部分374和外側部分370之間的環隙形成氣囊腔340。
圖10為沿圖9的線AA’的剖面圖，其中邊緣氣囊370也包括內側固定部分372，外側固定部分373，和底部378。內側和外側固定部分372、373自內側和外側部分374、376向外延伸以使得邊緣氣囊370在外部被夾持。圓滑表面，被指示為R，可被成形於側部374和376和底部378之間。邊緣氣囊370可具有2mm到30mm的內部寬度W和10mm到40mm的內部深度H。
圖11到14仍為邊緣氣囊的其他典型實施例的剖面圖。關於圖11，邊緣氣囊380可具有包括整體圓表面的底部382。關於圖12，邊緣氣囊384可包括具有褶386的內側部分374’和外側部分376’.當褶386被平滑化，內部深度H可比沒有褶更容易增加。此外，在邊緣氣囊384由於不同壓力縮小時，褶386可幫助底部388向上移動。關於圖13，邊緣氣囊390可具有內側部分392和外側部分394相對於中心線CC’不對稱的結構這樣內側部分392和外側部分394可以以不同的角度被延長。例如，外側部分394可被成形為長於內側部分392使得外側部分394可被延長長於內側部分392。關於圖14，在邊緣氣囊396中，內側部分398的褶的數量與外側部分399的不同使得它們可被以不同的角度延長。
圖15為示出基板接收構件620的另一個典型實施例的剖面圖，其中平板部分626包括有如同週邊部分604的柔性材料製成的第一平板622和由具有比第一平板622更高硬度的材料製成的第二平板624。優選的第二平板624的尺寸類似於第一平板622的尺寸，更優選的它們的直徑或邊長的區別小於1%。第一平板622可由具有好的耐化學性的橡膠製成，例如矽橡膠或EPDM橡膠，第二平板624可由塑膠製成例如聚碳酸酯或聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。第一平板622可具有0.5mm到2.5mm之間的厚度，第二平板624可具有0.2mm到1.0mm的厚度。第二平板624可使用粘著劑被連接於第一平板622的上部表面，或週邊部分604可具有槽（未示出）以插入第二平板624借此使得能夠連接第二平板624與第一平板622。當第二平板624被連接於第一平板622的上部表面時，然後第二平板624的上部表面628變為基板接收構件620的內部表面其為氣囊可接觸的。儘管上述典型實施例已描述了平板部分626被兩個平板622、624所成形，平板部分可被成形為具有多於兩個板。
圖16示出仍為基板接收構件630的另一個典型實施例的剖面圖，其中平板部分634由具有比週邊部分604和固定部分606更高強度的材料製成。通過增加平板部分634的強度，基板（未示出）不需過於敏感的回饋局部的拋光壓力。平板部分634可由塑膠製成，例如聚碳酸酯或PET，並具有0.5mm到2.5mm的厚度。關於圖17，基板接收構件630’可包括附著於平板部分634的底部表面的氈型安裝膜636（例如，來自Nitta Haas的R301安裝膜）。
圖18為示出具有至少兩個週邊部分的基板接收構件640的典型實施例的剖面圖。基板接收構件640可包括提供外表面641用於接收基板的平板部分642，和自平板部分642延伸的垂直週邊部分644其中垂直週邊部分形成相對於平板部分642有84° 到96°的角，和自垂直週邊部分644延伸的傾斜週邊部分645其中所述傾斜週邊部分向外延伸形成相對於垂直週邊部分644有6°到40°的角（圖18中的θ）。固定部分646也包被包括用於連接基板接收構件640。儘管未示出，在傾斜週邊部分645與垂直週邊部分644的交叉處的角可以平滑的成形使得其可具有圓滑的表面。形成圓滑表面的曲率半徑可具有0.5mm到5mm的值。基板接收構件640可有柔性材料製成，但垂直週邊部分644可比傾斜週邊部分645更硬。例如，垂直週邊部分644的硬度可為60到90的硬度計值的邵氏A硬度，傾斜週邊部分645可為30到60的邵氏A硬度。固定部分646可包括O型環結構用於安全的密封。儘管上述典型實施例僅描述了兩個週邊部分，更多的週邊部分可被包括與上述垂直-傾斜週邊結構。
圖19為示出了載具頭904的截面示意圖其中上述基板接收構件640被安裝。載具頭904包括具有傾斜上部的扣環124為了容易的接受基板接收構件640的傾斜週邊部分645。
如上所述，在本發明的典型實施例中，基板接收構件600、620、630、640，其由不同的方式製成，可被使用。然而，為簡單起見，基板接收構件如圖1所示的全部由同樣的柔性材料製成將被描述。
圖20為根據本發明另一個典型實施例示出載具頭906的剖面圖。無需直接的連接到基座150，氣囊220、320和牆壁結構700可首先被夾持到連接構件152，然後連接構件152通過螺絲（未示出）被固定到基座150，或類似的，借此使得能夠連接中心和邊緣氣囊200、300和牆壁結構700到基座150的下側部分。連接構件152可具有流體通過孔153用以連接氣囊流體通道212、312到夾具流體通道222、322，和連接基板接收構件流體通道612到形成於牆壁結構700內的流體通道（未示出）。
圖21為示出仍然根據本發明的另一個典型實施例的載具頭908的示意圖。氣囊夾具220、320首先被夾持到連接構件162上其中牆壁結構700’被整體的成形於一體。連接構件162通過螺絲（未示出）或類似物被固定於基座160以連接中心和邊緣氣囊200、300到基座的下側部分。連接構件162可具有流體通過孔用以連接氣囊流體通道212、312到夾具流體通道222、322，和連接基板接收構件流體通道612到形成於牆壁結構700’內的流體通道（未示出）。
圖22為示出仍然根據本發明的另一個典型實施例的載具頭910的截面示意圖。基板接收構件腔650需要的流體可通過基板接收構件流體通道612然後由形成於基座100下側部分的孔614提供。這裏，當氣囊200、300膨脹，孔614可被阻塞。因此，氣囊200、300的外表面可具有槽形結構（未示出）使得流體即使在氣囊200、300阻塞孔614之後仍可流動。
圖23和24為解釋上述載具頭900的操作的截面示意圖。關於圖23，提供給基板接收構件流體通道612，中心氣囊流體通道212，和邊緣氣囊流體通道312的壓力分別被指定為P1、P2和P3。壓力P1、P2和P3可被獨立的控制，且流體通道612、212、312不僅可被提供相對於大氣壓的正壓力，也可以為負壓力，也就是說，真空。此外，當每個流體通道向大氣壓開啟，P1、P2和P3可為通風狀態即其與大氣壓相同。在圖23總，正壓力P1被施加給基板接收構件流體通道612，真空或大氣壓（通風狀態）被施加給中心和邊緣氣囊流體通道212、213。因此，基板接收構件腔650可保持P1的壓力，P1的壓力可通過基板接收構件600的平板部分602被施加給基板50。關於圖24，正壓力P2和P3被分別的施加給中心氣囊流體通道212和邊緣氣囊流體通道312，大氣壓被施加給基板接收構件流體通道612。被施加正壓力P2的中心氣囊200膨脹並在接觸到內表面610時停止向下膨脹並也在接觸到牆壁結構700時停止橫向膨脹。被中心氣囊200接觸的內表面610可為由牆壁結構700定義的內表面610的中心區域。這裏，對內表面610施加的壓力可為在中心氣囊腔250內的壓力P2。更精確的，提供的壓力被通過減少或增加膨脹或縮小中心氣囊200所需的壓力而保持。然而，由於減少或增加的壓力遠小於中心氣囊腔250內的壓力，提供給內表面610的壓力為了方便被認為與中心氣囊腔250相同。此外，壓力P2被通過平板部分602施加給基板50的中心區域。同樣的，被邊緣氣囊300接觸的基板接收構件600的內表面610可為由牆壁結構700定義的內表面610的邊緣區域。這裏，被施加給內表面610的邊緣區域的壓力可為在邊緣氣囊腔350內的壓力P3。壓力P3被通過平板部分602施加給基板50的邊緣區域。因此，通過調整獨立可控的P2和P3，更高的拋光壓力可被施加給基板50的中心區域或邊緣區域，借此能夠保持好的拋光速率均勻性。
因此，關於圖24，根據本發明的優選實施例的載具頭900包括：基座100；連接於基座100的下側部分的基板接收構件600，其具有外表面608倚靠所述外表面基板50可被安裝；位於基板接收構件600內側並與基座100的下側部分連接的兩個氣囊200、300，其中兩個氣囊200、300可通過膨脹和接觸內表面610獨立的施加壓力於基板接收構件600的內表面610的預定區域；和連接於基座100的下側部分的牆壁結構700，其中牆壁結構700可限制兩個氣囊200、300橫向的膨脹。
圖25到27為解釋中心和邊緣氣囊200、300根據它們腔壓的不同橫向的膨脹，和解釋牆壁結構700如何產生作用的截面示意圖。首先，關於無牆壁結構的圖25，當中心氣囊腔250內的壓力P2與邊緣氣囊腔350內的壓力P3相同時，在兩個氣囊200、300和基板接收構件600彼此相遇的區域M內在氣囊200、300之間無重疊存在因為力的平衡被保持。因此，壓力可被均勻的施加給基板接收構件600。然而，如圖26所示，在中心氣囊腔250內的壓力P2高於壓力P3的情況下，中心氣囊200推動邊緣氣囊300且邊緣氣囊300被在兩個氣囊200、300和基板接收構件600彼此相遇的區域N內折疊。施加給基板接收構件600的壓力可受到邊緣氣囊300被折疊和其折疊的位置的影響，結果，壓力可在區域N內被不規則的施加給基板接收構件600。
同時，圖27示出橫向膨脹被牆壁結構700阻止的示例。中心氣囊200不能繼續如同圖26中所示的膨脹，膨脹可被牆壁結構700限制，壓力P2僅被施加給基板接收構件600的內表面610的區域A2。此外，被施加壓力P3（小於P2）的邊緣氣囊300不會被中心氣囊200推回且反而可向上膨脹到牆壁結構700限制的區域，這樣壓力P3可被施加給內表面610的區域A3。牆壁結構700被連接於基座100並與內表面610間隔h。縫隙h可在CMP時具有1mm到10mm的範圍。中心氣囊200可僅通過間隙h接觸邊緣氣囊300。通過間隙的膨脹程度與間隙的尺寸成比例。通過控制間隙h的尺寸，中心氣囊200可被允許部分的接觸邊緣氣囊300，或可被完全的阻止與邊緣氣囊300的接觸。當兩個氣囊200、300膨脹，小於P2和P3的正壓力可通過連接於基板接收構件流體通道612的牆壁結構流體通道（未示出）被施加於兩個氣囊200、300之間的空間。
圖28和29為解釋進一步包括邊緣牆壁結構730的載具頭920的結構和操作的截面示意圖。關於圖28，載具頭920包括連接於基座100的下側部分並位於邊緣氣囊300和基板接收構件600的週邊部分604之間的邊緣牆壁結構730。邊緣牆壁結構730可限制邊緣氣囊300向外的橫向膨脹這樣可限制週邊部分604和邊緣氣囊300之間的接觸。邊緣牆壁結構730也可具有中空圓柱形。關於圖29，當邊緣氣囊300膨脹，邊緣牆壁結構730限制與週邊部分604的接觸。根據邊緣牆壁結構730和內表面630之間的間隙的尺寸，在圖29中由w表示，邊緣氣囊300可被允許部分的接觸週邊部分604，或被完全的阻止與週邊部分604的接觸。基板接收構件流體通道612可被連接於邊緣牆壁結構730這樣流體可通過牆壁結構流體通道（未示出）或形成於邊緣牆壁結構730的槽（未示出）被提供。
圖30到32仍為根據本發明的另外典型實施例的載具頭922、924、926的截面示意圖。關於圖30，通過邊緣牆壁結構730供應給基板接收構件腔650的流體可通過牆壁結構流體通道614被分別的控制。關於圖31，在沒有直接的連接到基座150的情況下，氣囊夾具220、320和牆壁結構700、730可首先被夾持到連接構件154然後連接構件154被通過螺絲（未示出）或類似物固定於基座150，借此能夠連接中心和邊緣氣囊200、300和牆壁結構700、730到基座150的下側部分。連接構件154可具有流體通過孔155以連接氣囊流體通道212，312到夾具流體通道222、322，且連接基板接收構件流體通道612到形成於牆壁結構700、730的流體通道（未示出）。關於圖32，氣囊夾具220、320首先被夾持到連接構件164在其中牆壁結構700’、730’被整體的成形為一體。連接構件，或整體的牆壁結構，164被通過螺絲（未示出）或類似物固定到基座160以連接中部和邊緣氣囊200、300到基座160的下側部分。連接構件164可具有流體通過孔165以連接氣囊流體通道212、312到夾具流體通道222、322，和連接基板接收構件流體通道612到成形於牆壁結構700’、730’的流體通道（未示出）。
圖33到36為示出根據本發明的另一個典型實施例的載具頭940的截面示意圖，並解釋其操作。關於圖33，載具頭940進一步包括中心氣囊400以獨立的控制中間區域內的壓力。中間區域可被定義為在邊緣和中心氣囊300、500之間的區域與氣囊的數量無關。在沒有中心氣囊即沒有氣囊壓迫內表面610的中間的情況下，邊緣氣囊和沒有中心氣囊的區域之間的區域可被定義為中間區域。中心氣囊500和邊緣氣囊300可分別的由通過中心氣囊流體通道512和邊緣氣囊流體通道312提供的流體膨脹。在膨脹過程中，中心氣囊500通過中心牆壁結構760被限制橫向膨脹。借此中心氣囊500僅接觸基板接收構件600的全部內表面610內的內表面610的中心區域。邊緣氣囊300的橫向膨脹被中間牆壁結構750和邊緣牆壁結構740限制，借此邊緣氣囊300僅接觸全部內表面610內的邊緣區域。類似的，中間氣囊400的橫向膨脹被中間牆壁結構750和中心牆壁結構760限制，借此中間氣囊400僅接觸全部內表面610內的中間區域。中間氣囊400可具有同邊緣氣囊300的環形。流體壓力，真空或大氣壓可通過中間氣囊流體通道412被施加給中間氣囊400。中間氣囊也可通過插入中間氣囊夾具420到中間氣囊400內然後夾持中間氣囊夾具420到基座100被連接到基座100的下側部分。夾具流體通道422被成形於中間氣囊夾具420內以連接中間氣囊流體通道412。
關於圖34，當壓力P3被施加於邊緣氣囊流體通道312時，在P3壓力下形成邊緣氣囊腔350時邊緣氣囊300膨脹並接觸基板接收構件600的內表面610。被邊緣氣囊接觸的內表面610可為有邊緣牆壁結構740和中間牆壁結構750定義的內表面610的邊緣區域。施加到內表面610的壓力可為在邊緣氣囊腔350內的壓力P3。此外，這個壓力通過基板接收構件600的平板部分602被施加到基板50的邊緣區域。類似的，在壓力P4被施加的中間氣囊400形成具有壓力P4的中間氣囊腔並接觸內表面610的中間區域借此壓力P4被傳送到基板50的中間區域。同樣的，在壓力P5被施加的中心氣囊500形成具有壓力P5的中心氣囊腔550並接觸內表面610的中心區域借此壓力P5被傳送到基板50的中心區域。這裏，大氣壓或小於P3、P4和P5的正壓力可被施加給基板接收構件流體通道612。因此，通過單獨調整壓力P3、P4和P5，在基板50的中心，中間和邊緣區域的拋光速率可被控制。
關於圖35，具有壓力P3的邊緣氣囊300膨脹並接觸內表面610的邊緣區域，但壓力P4被施加的中間氣囊400和壓力P5被施加的中心氣囊500收縮。基板50的中心和中間區域接收直接來自壓力P1被施加的基板接收構件腔650的壓力。在這種情況下，P1具有比P4和P5更高但比P3更小的壓力。當對於中心和中間區域需要同樣的壓力而邊緣區域需要更高的壓力時這樣的組合是可行的。同樣如圖34所示在中心氣囊500和中間氣囊400膨脹和接觸內表面610的情況下，類似的壓力分佈可通過調整P1、P3、P4或P5獲得。
關於圖36，具有壓力P5的中心氣囊500膨脹和接觸內表面610的中心區域但壓力P4被施加的中間氣囊400和壓力P3被施加的邊緣氣囊300收縮。基板50的中間和邊緣區域接收直接來自壓力P1被施加的基板接收構件腔650的壓力。在這種情況下，P1具有比P3和P4更高但比P5更小的值。當對於中間和邊緣區域需要同樣的壓力而中心區域需要更高的壓力時這樣的組合是可行的。
因此，關於圖34，根據本發明另一個典型實施例的載具頭940包括：基座100；連接於基座100的下側部分的基板接收構件600，其具有外表面608倚靠所述外表面基板50可被安裝；位於基板接收構件600內部並連接到基座100的下側部分的三個氣囊300、400、500，其中三個氣囊300、400、500可通過膨脹和接觸內表面610單獨的施加壓力於基板接收構件600的內表面610的預定區域；和連接於基座100的下側部分的三個牆壁結構740、750、760，其中三個牆壁結構740、750、760可限制三個氣囊300、400、500的橫向膨脹。
上述示例示出了三個氣囊300、400、500可如何控制在基板的邊緣，中間和中心區域的拋光速率。然而，氣囊的數量不被限制為3個。反而只要基座100的空間數量允許可以增長。例如，用於450mm矽晶圓的載具頭可具有多達12個氣囊而用於300mm矽晶圓的載具頭可具有多達8個載具頭。
圖37示出牆壁結構740、750、760和上述載具頭940的內表面610之間的間隙的截面示意圖。這裏，間隙h1，h2和h3可被調整使得基板從拋光墊的去除可被安全的實施。當其朝向基板接收構件600的中心區域時間隙變大是有利的，即h1 < h2 < h3。這使得當真空被施加於基板接收構件600以移除基板時平板部分602具有吸盤的形式。
圖38和39為根據仍然為本發明的其他典型實施例示出載具頭942、944的截面示意圖。關於圖38，氣囊夾具320、420、520首先被夾持連接構件172在其中牆壁結構740’、750’、760’被整體的成形為一體。連接構件，或整體牆壁結構，172被通過螺絲（未示出）或類似物固定到基座170以連接氣囊300、400、500到基座170的下側部分。連接構件172可具有流體通過孔173以分別連接氣囊流體通道312、412、512到夾具流體通道322、422、522，和連接基板接收構件流體通道612到形成於牆壁結構740’、750’、760’的流體通道（未示出）。圖39代表若干連接構件174、176的示例其各自都與牆壁結構740”、750”、760”整體的成形。在邊緣氣囊300被夾持到第一連接構件174上後，其中邊緣牆壁結構740’和中間牆壁結構750’為整體的成形，第一連接構件174被固定到第二連接構件176其中中心牆壁結構760’被整體的成型，在中間和中心氣囊400、500被夾持到第二連接構件176後，第二連接構件被通過螺絲（未示出）或類似物固定到基座170以連接氣囊300、400、500和牆壁結構740”、750”、760”到基座170的下側部分。第一和第二連接構件174、176可具有流體通過孔175、177以分別的連接氣囊流體通道312、412、512到夾具流體通道322、422、522，和連接基板接收構件流體通道612到成形於牆壁結構740”、750”、760”的流體通道（未示出）。
圖40和41為示出氣囊被移除的載具頭946，948的截面示意圖。首先，圖40示出上述中心氣囊500和操作中心氣囊所需要的構件被移除的載具頭946。這裏，在基板接收構件腔650內的壓力被施加於內表面610的中心區域。這時，若壓力即將通過中間氣囊400的膨脹被施加給內表面610的中間區域，在基板接收構件腔650內的壓力需要小於施加給中間氣囊400的壓力。圖41示出上述中間氣囊400和操作中間氣囊所需的構件被移除的載具頭948。這裏，在基板接收構件腔650內的壓力被施加給內表面610的中間區域。這時，若中心和邊緣氣囊500、300即將膨脹和施加壓力給內部表面610，在基板接收構件腔650內的壓力需要小於施加給中心和邊緣氣囊500、300的壓力。
如上所述，根據本發明的典型實施例的載具頭包括若干氣囊，但在CMP過程中來自氣囊的壓力不需要被施加給基板接收構件的內表面的全部區域。因此，對應區域的氣囊可被縮小或移除。
圖42到47為示出包括單獨一個氣囊的載具頭960、962、964、966、970、972的截面示意圖。這裏，所述構件的術語和所有構件的材料與上述包括若干氣囊的載具頭相同。同樣的組件將被以同樣的序號描述，重疊的描述將被省略。
首先，關於圖42，根據本發明的實施例的載具頭960包括：基座100；連接於基座100的下側部分的基板接收構件600，其具有外表面608倚靠所述外表面基板可被安裝；位於基板接收構件600內側並與基座100的下側部分連接的邊緣氣囊300，其中邊緣氣囊300可通過膨脹和接觸內表面610施加壓力於基板接收構件600的內表面610的邊緣區域；和連接於基座100的下側部分的牆壁結構70，其中牆壁結構可限制邊緣氣囊300向內的膨脹。
本發明實施例的牆壁結構70可具有與上述牆壁結構700同樣的形式。然而，牆壁結構70可沒有如同在上述牆壁結構700中流體可通過的流體通道。
關於圖43，載具頭962進一步包括連接於基座100的下側部分並位於邊緣氣囊300和基板接收構件600的週邊部分604之間的邊緣牆壁結構72。邊緣牆壁結構72可限制邊緣氣囊300向外的橫向擴張這樣可限制在週邊部分604和邊緣氣囊300之間的接觸。
關於圖44，載具頭964包括從外部夾緊的邊緣氣囊370這樣在內側部分無需夾具。同時，邊緣氣囊370被通過外側夾具76和內側夾具74夾持。這裏，內側夾具74可具有朝向內表面610延伸的下側部分使得它可同時被用做牆壁結構。邊緣氣囊370形成從基板接收構件腔370分離的氣囊腔340，並由通過氣囊流體通道312提供的流體膨脹並通過真空縮小。圖44中邊緣氣囊370的底部與內表面610分離。然而，當施加於邊緣氣囊370的壓力與施加於基板接收構件600的壓力相同時，邊緣氣囊370不需要與內表面610分離，可具有朝向內表面610延伸的形狀使其接觸內表面610。
關於圖45，載具頭966包括連接構件180。無需直接連接到基座100，氣囊夾具320可首先被夾持到連接構件180然後連接構件180被通過螺絲（未示出）或類似物固定到基座100，借此使得能夠連接邊緣氣囊300到基座100的下側部分。這裏，如同所示，連接構件180的中心部分可朝向內表面610延伸用以作為牆壁結構來限制邊緣氣囊300向內的膨脹。連接構件180可具有流體通過孔182以連接基板接收構件流體通道612到基板接收構件腔650，並連接氣囊流體通道312到夾具流體通道322。
關於圖46，根據本發明的另一個實施例的載具頭970包括：基座100；連接於基座100的下側部分的基板接收構件600，其具有外表面608倚靠所述外表面基板可被安裝；位於基板接收構件600內側並與基座100的下側部分連接的中心氣囊200，其中中心氣囊200可通過膨脹和接觸內表面610施加壓力於基板接收構件600的內表面610的中心區域；和連接於基座100的下側部分的牆壁結構70，其中牆壁結構可限制中心氣囊200向外的膨脹。
關於圖47，載具頭972包括連接構件184。無需直接連接到基座100，氣囊夾具220可首先被夾持到連接構件184然後連接構件184被通過螺絲（未示出）或類似物固定到基座100，借此使得能夠連接中心氣囊200到基座100的下側部分。這裏，如同所示，連接構件184的邊緣部分可朝向內表面610延伸用以作為牆壁結構來限制中心氣囊200向外的膨脹。連接構件184可具有流體通過孔186以連接基板接收構件流體通道612到基板接收構件腔650，並連接氣囊流體通道212到夾具流體通道222。
如前所示，用於化學機械拋光系統的載具頭可在CMP過程中獨立的控制施加於每個基板的預定區域的拋光壓力，借此使得能夠容易的控制拋光速率的均勻性。
儘管本發明的實施例已為說明的目的被公開，需領會的是本發明並不被其限制，那些本領域技術人員可領會不同的修改，附加和替換是可能的，沒有脫離本發明的範圍和精神。
因此，任何和所有的修改，變化或等價的佈置應該被人做在本發明的範圍內，且本發明的具體範圍將被隨同的權利要求所公開。

100．．．基座

110．．．驅動軸

120．．．扣環

172．．．夾持連接構件

200、300．．．氣囊

202．．．碟形底部

204．．．牆形側部

206．．．環形頂部

212．．．流體通道

220．．．氣囊夾具

222．．．夾具流體通道

312、320．．．邊緣氣囊流體通道

322．．．夾具流體通道

600．．．基板接收構件

602．．．平板部分

604．．．週邊部分

606．．．固定部分

608．．．外表面

610．．．內表面

612．．．流體通道

650．．．基板接收構件腔

700．．．牆壁結構

900．．．載具頭

d．．．距離

e．．．間隔距離

R．．．半徑

Claims (12)

1. 一種用於化學機械拋光系統的載具頭，包括：一基座；連接於該基座的一下側部分的一基板接收構件，該基板接收構件具有一外表面倚靠該外表面該基板可被安裝；位於該基板接收構件內側並與該基座的該下側部分連接的至少兩個柔性氣囊，其中該至少兩個氣囊為二個互相分離的實體並且可以各自獨立的對該二氣囊加壓，當該二氣囊加壓膨脹時，將接觸該基板接收構件的一內表面的一個預定區域，當該二氣囊減壓收縮時，該脫離該內表面的該預定區域；以及連接於該基座的該下側部分的至少一個牆壁結構，其中該至少一牆壁結構係由實質上堅固材料所製成的，並且可限制該至少兩個氣囊的橫向膨脹。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該基板接收構件包括一平板部分，一週邊部分，和一固定部分。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該平板部分包括一第一平板和連接於該第一平板上部表面的一第二平板。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該第二平板由具有比該第一平板更高硬度的材料製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該預定區域可被劃分為內表面的一中心區域和一邊緣區域每一集在該中心區域和該邊緣區域之間的一中間區域。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該至少兩個氣囊分別的通過至少一氣囊夾具連接於該基座的該下側部分。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該至少一個氣囊夾具和該至少一個牆壁結構為整體的成形為一體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該至少兩個氣囊通過在該至少兩個氣囊被夾持於該連接構件之後固定，該連接構件到該基座來被連接至該基座的該下側部分。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，進一步包括可限制該基板接收構件的該週邊部分和位於該至少兩個氣囊之中的該內表面的該邊緣區域上的該氣囊之間的接觸的該牆壁結構。
10. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該至少一個牆壁結構通過在該至少一個牆壁結構被夾持於該連接構件之後固定該連接構件到該基座被連接於該基座的該下側部分。
11. 如申請專利範圍第10項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其特徵在於該至少一個牆壁結構和連接構件被整體的成形為一體。
12. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學機械拋光系統的載具頭，其中，該至少一個牆壁結構可進一步限制在該至少兩個氣囊之中的兩個毗鄰氣囊之間的接觸。