利用扣环的基板边缘调节

摘要

一种用于化学机械抛光机的载具头包括底座、基板安装表面、环形内环和环形外环。内环具有配置为圆周地环绕定位于基板安装表面上的基板的边缘的内表面、外表面和接触抛光垫的下表面。内环相对于基板安装表面而可垂直移动。外环具有圆周地环绕内环的内表面、外表面和接触抛光垫的下表面。外环相对于且独立于基板安装表面和内环而可垂直移动。内环的下表面具有第一宽度，且外环的下表面具有大于第一宽度的第二宽度。

权利要求

1.一种用于化学机械抛光机的载具头，所述载具头包括：

底座；

基板安装表面；

内环，所述内环具有：内表面，所述内表面配置为圆周地环绕定位于所述基板安装表面上的基板的边缘；外表面；接触抛光垫的下表面；在所述外表面向外突出的唇部，所述唇部包括水平下表面；和倾斜区域，所述倾斜区域将所述外表面的下区域连接到所述唇部的所述水平下表面，所述内环相对于所述基板安装表面而能垂直移动，所述内环的所述下表面具有第一宽度；以及外环，所述外环具有圆周地环绕所述内环的内表面、外表面、环形上表面和接触所述抛光垫的下表面，所述外环相对于所述基板安装表面和所述内环且独立于所述基板安装表面和所述内环而能垂直移动，所述外环的所述下表面具有大于所述第一宽度的第二宽度，其中所述外环的内表面具有倾斜部分，所述倾斜部分具有与所述倾斜区域相同的倾角，并且其中所述唇部配置为向与所述外环的顶部内边缘相抵靠的所述内环提供硬止挡。

2.如权利要求1所述的载具头，其特征在于，所述外环的所述下表面足够接近于所述基板安装表面以使得所述外环的所述下表面在抛光垫上的压力影响在所述基板的所述边缘上的压力。

3.如权利要求2所述的载具头，其特征在于，所述第一宽度在0.04英寸与0.20英寸之间。

4.如权利要求1所述的载具头，其特征在于，所述第二宽度可长达1英寸。

5.如权利要求1所述的载具头，其特征在于，所述内环的所述倾斜区域在所述外环的所述内表面的所述倾斜部分上延伸。

6.如权利要求1所述的载具头，其特征在于，所述外环的所述下表面是由比所述内环的所述下表面更坚硬的材料形成。

7.如权利要求1所述的载具头，其特征在于，邻近所述内环的所述下表面的所述内环的所述外表面的下部分具有比邻近所述内环的所述上表面的所述内环的所述外表面的上部分更小的外径向直径。

8.一种用于化学机械抛光机的载具头，所述载具头包括：

底座；

基板安装表面；

环形内环，所述环形内环具有：内表面，所述内表面配置为圆周地环绕定位于所述基板安装表面上的基板的边缘；外表面；接触抛光垫的下表面；在所述外表面向外突出的唇部，所述唇部包括水平下表面；和倾斜区域，所述倾斜区域将所述外表面的下区域连接到所述唇部的所述水平下表面，所述内环相对于所述基板安装表面而能垂直移动；以及环形外环，所述环形外环具有圆周地环绕所述内环的内表面、外表面、环形上表面和接触所述抛光垫的下表面，所述外环相对于所述基板安装表面和所述内环且独立于所述基板安装表面和所述内环而能垂直移动，其中所述外环的所述下表面足够接近于所述基板安装表面以使得所述外环的所述下表面在抛光垫上的压力影响在所述基板的边缘上的压力，其中所述外环的内表面具有倾斜部分，所述倾斜部分具有与所述倾斜区域相同的倾角，并且其中所述唇部配置为向与所述外环的顶部内边缘相抵靠的所述内环提供硬止挡。

9.一种用于化学机械抛光机的载具头，所述载具头包括：

底座；

基板安装表面；

环形内环，所述环形内环具有：内表面，所述内表面配置为圆周地环绕定位于所述基板安装表面上的基板的边缘；外表面，所述外表面具有第一倾斜部分；接触抛光垫的下表面；

在所述外表面向外突出的唇部，所述唇部包括水平下表面，其中所述内环的所述第一倾斜部分将所述外表面的下区域连接到所述唇部的所述水平下表面，所述内环相对于所述基板安装表面而能垂直移动；以及环形外环，所述环形外环具有圆周地环绕所述内环的内表面、外表面、环形上表面和接触所述抛光垫的下表面，所述外环相对于所述基板安装表面和所述内环且独立于所述基板安装表面和所述内环而能垂直移动，其中所述外环的内表面具有第二倾斜部分，所述第二倾斜部分具有与所述第一倾斜部分相同的倾角，并且其中所述唇部配置为向与所述外环的顶部内边缘相抵靠的所述内环提供硬止挡。

10.一种抛光的方法，所述方法包括以下步骤：

选择载具头的内环的第一压力且选择所述载具头的外环的第二压力，其中所述内环具有配置为圆周地环绕基板的边缘的内表面，所述外环具有圆周地环绕所述内环的内表面，所述内环相对于所述基板安装表面而能垂直移动，所述外环相对于所述基板安装表面和所述内环且独立于所述基板安装表面和所述内环而能垂直移动，所述内环的下表面具有第一宽度且所述外环的下表面具有大于所述第一宽度的第二宽度，且所述第一宽度为足够小以使得所述外环于抛光垫上的压力改变导致在所述基板的边缘部分上的抛光速率的改变；以及以所述内环的所述第一压力和所述外环的所述第二压力抛光所述基板，其中所述第一压力和所述第二压力在所述基板的所述边缘部分上提供的抛光一致性大于以至少一些其他压力实现的抛光一致性。

说明书

利用扣环的基板边缘调节

技术领域

[0001] 本发明涉及供化学机械抛光使用的载具头。

背景技术

[0002] 集成电路通常通过导电层、半导体层或绝缘层在硅基板上的连续沉积而形成于基板上。一个制造步骤涉及沉积填料层于非平坦表面上和平面化填料层直到暴露非平坦表面。举例来说，可将导电填料层沉积于图案化绝缘层上以填充绝缘层中的沟槽或孔。随后抛光填料层直到暴露绝缘层的凸起图案。在平面化之后，保留在绝缘层的凸起图案之间的导电层的部分形成穿孔、插头和接线，所述穿孔、插头和接线提供基板上薄膜电路之间的导电路径。对于其他应用(诸如氧化物抛光)，将填料层平面化直到在非平坦表面上留下预定厚度为止。此外，需要平面化来平面化基板表面以供光刻。

[0003] 化学机械抛光(CMP)为平面化的一个已接受方法。这种平面化方法通常要求将基板安装于载具头上。通常将基板的暴露表面与旋转抛光垫相抵靠而放置。载具头提供可控制负载于基板上，以推动所述基板与抛光垫相抵靠。通常将抛光液体(诸如具有磨料颗粒的泥浆)供应给抛光垫的表面。

[0004] 载具头提供可控制负载于基板上，以推动所述基板与抛光垫相抵靠。载具头具有在抛光期间将基板保持在适当位置的内环。载具头也可具有环绕内环的外环。

发明内容

[0005] “边缘排除区域”为处于基板边缘的环形区域，此处抛光速率可显著偏离在基板中心附近的抛光速率，致使这一区域不适合于装置或提供较低的装置产率。举例来说，对于为抛光300mm晶圆而设计的一些载具头，边缘排除区域可为约15mm宽。

[0006] 可使用各种技术补偿边缘排除。对于既具有内环又具有外环的载具头，通过使内环相对窄，可移动外环足够地接近于基板的边缘，使得内环和外环两者都可用来控制在基板边缘附近的压力。对于具有有可调整直径的扣环的载具头，可选择直径来提供在扣环与基板之间的侧向间距，所述侧向间距改善排除区域内的抛光一致性。同样，一些环几何形状可从基板边缘移走垫接触。

[0007] 在一个方面，用于化学机械抛光机的载具头包括底座、基板安装表面、环形内环和环形外环。内环具有：内表面，配置为圆周地环绕定位于基板安装表面上的基板的边缘；外表面；和接触抛光垫的下表面。内环相对于基板安装表面而可垂直移动。外环具有圆周地环绕内环的内表面、外表面和接触抛光垫的下表面。外环相对于基板安装表面和内环且独立于基板安装表面和内环而可垂直移动。内环的下表面具有第一宽度，且外环的下表面具有大于第一宽度的第二宽度。

[0008] 本发明的实施可包括一个或更多个下列特征。基板支持构件包含柔性隔膜。第一可增压腔室可施加第一压力到柔性隔膜，第二可增压腔室可施加第二压力到内环，且第三可增压腔室可施加第三压力到外环。第一压力、第二压力和第三压力为独立可调整的。外环的下表面可足够接近于基板安装表面，使得外环的下表面在抛光垫上的压力影响在基板边缘上的压力。第一宽度可在约0.04英寸与0.20英寸之间。第二宽度可多达1英寸。第二宽度可为第一宽度的约五倍到十五倍大。内环的外表面可包括倾斜部分且外环的内表面可包括具有与内环的内表面的倾斜部分相同的倾角的倾斜部分。内环外表面的倾斜部分可在内环内表面的倾斜部分上延伸。外环的底部表面可由比内环的底部表面更坚硬的材料形成。邻近内环下表面的内环外表面的下部分可具有比邻近内环上表面的内环外表面的上部分更小的外径向直径。

[0009] 在另一方面，用于化学机械抛光机的载具头包括底座、基板安装表面、环形内环和环形外环。内环具有：内表面，配置为圆周环绕定位于基板安装表面上的基板的边缘的；外表面；和接触抛光垫的下表面。内环相对于基板安装表面而可垂直移动。外环具有圆周地环绕内环的内表面、外表面和接触抛光垫的下表面。外环相对于基板安装表面和内环且独立于基板安装表面和内环而可垂直移动。外环的下表面为足够接近于基板安装表面，使得外环的下表面在抛光垫上的压力影响在基板边缘上的压力。

[0010] 本发明的实施可包括一个或更多个下列特征。第一宽度可在约0.04英寸与0.20英寸之间。

[0011] 在另一方面，用于化学机械抛光机的载具头包括底座、基板安装表面、环形内环和环形外环。内环具有：内表面，配置为圆周环绕定位于基板安装表面上的基板的边缘；具有第一倾斜部分的外表面；和接触抛光垫的下表面。内环相对于基板安装表面而可垂直移动。外环具有圆周环绕内环的内表面、具有第二倾斜部分的外表面和接触抛光垫的下表面，所述第二倾斜部分具有与第一倾斜部分相同的倾角。外环相对于基板安装表面和内环且独立于基板安装表面和内环而可垂直移动。

[0012] 本发明的实施可包括一个或更多个下列特征。内环外表面的第一倾斜部分可在内环内表面的第二倾斜部分上延伸。

[0013] 在另一方面，用于化学机械抛光机的载具头包括底座、基板安装表面、环形内环和外环。内环具有下表面、外表面和面向内的表面，所述下表面配置为接触定位于基板安装表面上的基板的上表面，所述面向内的表面从下表面向下延伸且配置为圆周地环绕基板的边缘，内环相对于基板安装表面而可垂直移动。外环具有圆周地环绕内环的内表面、外表面和接触抛光垫的下表面，且外环相对于基板安装表面和内环且独立于基板安装表面和内环而可垂直移动。

[0014] 实施可包括一个或更多个下列特征。基板安装表面可为柔性隔膜。在面向内的表面与内环的外直径之间的内环的底部表面可具有第一宽度，且外环具有大于第一宽度的第二宽度。突出部分的高度可为使得突出部分的底部表面在抛光期间不接触抛光垫。外环的下表面可足够接近于基板安装表面，使得外环的下表面在抛光垫上的压力影响在基板边缘上的压力。在面向内的表面与内环的外直径之间的内环的底部表面的宽度可在约0.04英寸与0.20英寸之间。

[0015] 在另一方面，用于化学机械抛光机的载具头包括底座、基板安装表面、环形内环、中间环和外环。环形内环具有内表面、外表面和接触抛光垫的下表面，所述内表面配置为圆周地环绕定位于基板安装表面上的基板的边缘，且内环相对于基板安装表面而可垂直移动。中间环具有圆周地环绕内环的内表面、外表面和接触抛光垫的下表面，且中间环相对于基板安装表面和内环且独立于基板安装表面和内环而可垂直移动。外环具有圆周地环绕中间环的内表面、外表面和接触抛光垫的下表面，外环相对于基板安装表面、内环和中间环且独立于基板安装表面、内环和中间环而可垂直移动。

[0016] 实施可包括一个或更多个下列特征。基板安装表面可为柔性隔膜。内环可具有第一宽度且中间环可具有大于第一宽度的第二宽度。外环可具有大于第二宽度的第三宽度。第一宽度可在约0.04英寸与0.20英寸之间。中间环的下表面可足够接近于基板安装表面，使得外环的下表面在抛光垫上的压力影响在基板边缘上的压力。外环的下表面为足够接近于基板安装表面，使得外环的下表面在抛光垫上的压力影响在基板边缘上的压力。

[0017] 在另一方面，用于化学机械抛光机的载具头包括底座、基板安装表面和环形扣环，所述环形扣环具有：内表面，配置为圆周地环绕定位于基板安装表面上的基板的边缘；外表面；和底部，所述底部具有邻近内表面的下表面和突出部分，所述突出部分径向定位在下表面的外部且底部表面接触抛光垫。突出部分的高度为使得邻近内表面的下表面不接触抛光垫，且内环相对于基板安装表面而可垂直移动。

[0018] 实施可包括一个或更多个下列特征。基板安装表面可为柔性隔膜。下表面的宽度可足够小以使得扣环在抛光垫上的压力改变导致在基板的边缘部分上的抛光速率的改变。内环的下表面可具有第一宽度且突出部分的底部表面可具有大于第一宽度的第二宽度。第一宽度可在约0.04英寸与0.20英寸之间。突出部分的高度可为使得下表面低于基板的斜边。

[0019] 在另一方面，抛光的方法包括选择第一压力用于载具头的内环和选择第二压力用于载具头的外环。内环具有经配置为圆周地环绕基板边缘的内表面；外环具有圆周地环绕内环的内表面；内环相对于基板安装表面而可垂直移动；外环相对于基板安装表面和内环且独立于基板安装表面和内环而垂直可移动；内环的下表面具有第一宽度且外环的下表面具有大于第一宽度的第二宽度且第一宽度为足够小以使得外环在抛光垫上的压力改变导致在基板的边缘部分上的抛光速率的改变。以用于内环的第一压力和用于外环的第二压力抛光基板，且第一压力和第二压力提供的在基板边缘部分上的抛光一致性大于以至少一些其他压力实现的抛光一致性。

[0020] 本发明的实施可包括一个或更多个下列特征。第一压力和第二压力可提供通过载具头可实现的内环和外环压力组合产生的最佳抛光一致性。选择第一压力和第二压力可包括在对于内环和外环的多个不同压力下抛光多个测试基板和测量多个测试基板的抛光一致性。

[0021] 在另一方面，抛光的方法包括：选择第一值用于载具头的扣环的内直径以使得在基板边缘部分提供的抛光一致性大于以第二值实现的抛光一致性；将扣环的内直径从第二值调整到第一值，其中第一值提供在内直径与基板之间的非零间隙；和抛光基板同时利用具有第一值的内直径的扣环将基板保持在载具头中。

[0022] 本发明的实施可包括一个或更多个下列特征。选择第一值可包括在用于扣环内直径的多个不同值处抛光多个测试基板并测量多个测试基板的抛光一致性。第一值可为针对多个测试基板中的测试基板具有最佳抛光一致性的扣环内直径的值。

[0023] 本发明的实施可包括一个或更多个下列优势。内环和外环两者都可用来控制在基板边缘附近的压力。这为调节施加到基板边缘的压力提供额外的可控制参数。因此，可改善在基板边缘附近的抛光一致性，可降低边缘排除且可提高产率。

[0024] 下文在附图及描述中阐述一个或更多个实施的细节。其他方面、特征和优势将从描述和附图且从权利要求书显而易见。

附图说明

[0025] 图1图示载具头的示意性横截面图。

[0026] 图2图示载具头的展开侧视图(部分是立体的且部分是横截面的)。

[0027] 图3为内环的横截面侧视图。

[0028] 图4为隔膜的横截面侧视图。

[0029] 图5为外环的横截面侧视图。

[0030] 图6为载具头的仰视图。

[0031] 图7图示内环、外环和基板的示意性横截面侧视图。

[0032] 图8图示三个环和基板的示意性横截面侧视图。

[0033] 图9A和图9B图示扣环和基板的示意性横截面侧视图。

[0034] 图10图示扣环和基板的示意性横截面侧视图。

[0035] 在各个附图中的相似附图标号指示相似的元件。

具体实施方式

[0036] 参考图1，基板10将通过具有载具头100的化学机械抛光(CMP)设备抛光。CMP设备的描述可见于美国专利第5,738,574号中，所述美国专利的全文公开内容通过引用的方式合并入本文。

[0037] 载具头100包括外壳102、底座组件104、平衡环机构106(可将所述平衡环机构106认为是底座组件104的部分)、装载腔室108、包括内环200的内环组件(所述内环组件也可称为扣环)和成形为提供环形腔室350的第一柔性隔膜300、外环400和基板支持组件110，所述基板支持组件110包括界定多个可增压腔室的第二柔性隔膜500。

[0038] 外壳102可在外形上为大体圆形且可连接至驱动轴以在抛光期间利用所述驱动轴旋转。可存在延伸通过外壳102的通道(未图示)以用于载具头100的气动控制。底座组件104为定位在外壳102下方的垂直可移动组件。平衡环机构106允许底座组件104相对于外壳102平衡，同时防止底座组件104相对于外壳102的侧向运动。将装载腔室108定位在外壳102与底座组件104之间以施加负载(即向下压力或重量)到底座组件104。底座组件104相对于抛光垫的垂直位置也通过装载腔室108来控制。基板支持组件110包括具有下表面512的柔性隔膜500，下表面512可提供基板10的安装表面。

[0039] 参考图2，基板10可通过夹紧到底座组件104的内环组件来保持。内环组件可由内环200和成形为提供环形腔室350的柔性隔膜300构造。可将内环200定位在柔性隔膜300下方且配置为固定于柔性隔膜300。

[0040] 参考图2和图3，内环200为环形体，所述环形体具有内表面210、环形上表面220、环形下表面230和外表面240。内表面210的下区域212(邻近于下表面230)可为垂直圆柱状表面，且可经配置为圆周地环绕基板10的边缘以在抛光期间保持基板。内表面210的下区域212可具有恰好大于基板直径的内直径，例如，大于基板直径约1mm到2mm，以便适应基板装载系统的定位公差。内表面210的上区域214可为垂直圆柱状表面，且可相对于下区域212而稍微凹陷，例如，内表面210的上区域214的内径向直径大于内表面210的下区域212的内径向直径。锥形区域216可将下区域212连接到上区域214。

[0041] 外表面240的下区域242(邻近于下表面230)可为垂直圆柱状表面。在下区域212与下区域242之间的内环部分可提供下环形环，例如，具有0.04英寸到0.20英寸的宽度，例如0.05英寸到0.15英寸。外表面240的上区域244(邻近于上表面220)可为垂直圆柱状表面，且外表面240的下区域242可相对于上区域244而凹陷，例如，上区域244的外径向直径大于外表面240的下区域242的外径向直径。在上区域214与上区域244之间的内环部分可提供比下环形环宽的上环形环。下环的外径向直径(也就是，外表面240的下区域242)可大于上环(也就是，内表面210的上区域214)的内径向直径。

[0042] 内环200的外表面240可向外突出以在下区域242与上区域244之间形成唇部250。唇部250可具有水平下表面252、垂直外表面254和倾斜的非水平上表面256。当内环在基板抛光期间磨损时，唇部250可为与外环400的顶部内边缘相抵靠的内环提供硬止挡。当抽空腔室350时，在唇部250上方的凹陷246提供空间以供柔性隔膜300的侧壁324卷曲。外表面
240的倾斜区域246可将下区域242连接到唇部250的水平下表面252。

[0043] 环形上表面220可具有完全延伸在环形内环200周围的两个环形同中心凹陷222。这些环形同中心凹陷222可经调节大小以与柔性隔膜300互锁。

[0044] 可使内环200的下表面230与抛光垫接触。包括下表面230的内环200的至少下部分可由在CMP工艺中为化学惰性的材料形成，诸如塑料，例如，聚苯硫醚(polyphenylene sulfide；PPS)。下部分也应是耐用的且具有低磨损率。此外，下部分应为足够可压缩的以便基板边缘与内环相抵靠的接触不使基板产生碎片或裂纹。另一方面，下部分不应有弹性以致内环上的向下压力使得下部分挤压到基板接收凹陷内。

[0045] 在一些实施中，内环200可由两个环构造，下环形部分和上环形部分。内环200的上部分可由比下部分更坚硬的材料形成。举例来说，下部分可为塑料，例如，PPS，且上部分可为金属，例如，不锈钢、钼或铝或陶瓷，例如，氧化铝。

[0046] 上表面220可包括具有螺丝鞘(未图示)的圆柱状凹陷或孔224以接收紧固件，诸如螺栓、螺丝或其他五金件，以固定内环200于定位在内环200上方的柔性隔膜300。可将孔224均匀地间隔在内环周围且可将孔224定位在两个环形同中心凹陷222之间。

[0047] 在一些实施中，内环200具有形成在下表面230中的一个或更多个泥浆运输通道。泥浆运输通道从下环部分的内直径延伸到外直径，以允许泥浆在抛光期间从内环的外部传递到内部。可将泥浆运输通道均匀地间隔在内环周围。每一泥浆运输通道可相对于通过通道的半径偏移成一定角度，例如，45°。通道可具有约0.125英寸的宽度。

[0048] 在一些实施中，内环200具有一个或更多个通孔，所述通孔从内表面210延伸穿过内环主体到外表面240，以允许流体(例如，空气或水)在抛光期间从内环的内部传递到外部或从内环的外部传递到内部。通孔可延伸穿过上环。可将通孔均匀地间隔在内环周围。

[0049] 在一些实施中，内环的上部分244的下表面可比内环的上部分244的上表面更宽。举例来说，内表面210可具有在垂直区域214下方从上到下向内倾斜(也就是，具有逐渐减小的直径)的锥形区域216。下部分212的内表面可为垂直的。当内环的下部分在基板抛光期间磨损时，内环的较狭窄的上内表面防止在提供基板安装表面的邻近柔性隔膜上的磨损。此外，在一些实施中，内环的整个外表面可涂覆有非粘涂层，例如，聚对二甲苯。

[0050] 内环200和柔性隔膜300一起形成内环组件。将柔性隔膜300配置为夹紧在底座组件104上方且固定在环形内环200下方，从而提供在内环上方的环形腔室350。当使环形腔室350增压时，柔性隔膜提供在内环上的独立可控制的负载。内环上的负载提供负载到抛光垫。随着环磨损，内环上的独立装载可允许垫上的一致装载。将柔性隔膜定位在内环与载具头之间可降低或消除载具变形对内环的影响，所述载具变形发生在将环直接固定于载具头时。这一载具变形的消除降低内环上的不均匀磨损、降低基板边缘处的工艺可变性且使得能够使用较低的抛光压力，从而提高环寿命。

[0051] 如图4所示，柔性隔膜300具有同中心的内外侧壁324。柔性隔膜300可具有从侧壁324的顶部边缘水平且向内延伸的一对环形轮缘322。可通过定位在柔性隔膜的环形轮缘
322下方的夹紧环将柔性隔膜夹紧于底座组件104。另外，柔性隔膜300具有下表面。可能存在从柔性隔膜的环形下表面向下延伸的两个环形同中心突出部分326。这些环形同中心突出部分326可经调节大小以装配在定位在柔性隔膜300下方的内环200的顶部表面220中的环形同中心凹陷222中。

[0052] 内环组件的柔性隔膜300可由有弹性的材料形成以允许隔膜在压力下弯曲。弹性材料可包括硅酮和其他示例性材料。

[0053] 柔性隔膜的下表面可包括圆孔312。可将圆孔312定位在两个环形同中心突出部分326之间且可使圆孔312均匀地间隔在柔性隔膜的下表面周围。圆孔312可容纳紧固件，诸如螺栓、螺丝或其他五金件，以固定柔性隔膜300到内环200上。在一些实施中，为固定柔性隔膜300到内环200，将粘合剂(例如，Loctite)放置在孔224中，且将单向螺丝穿过柔性隔膜
300中的孔312而插入接收孔224内。因此，可将柔性隔膜300有效地永久接合到内环200。

[0054] 在一些实施中，柔性隔膜300的同中心的内外侧壁324可包覆在下方周围以形成具有弯曲部328的下表面。当将柔性隔膜固定到内环200时，弯曲部328可在内环的上表面下方延伸。弯曲部328提供滚动铰链，所述滚动铰链允许柔性隔膜的底部响应于腔室350的增压或抽空而上下移动且无侧壁324的显著膨胀。在一些实施例中，环形轮缘322可比柔性隔膜的侧壁324厚。环形同中心突出部分326也可比侧壁324厚。

[0055] 当将内环200配置为保持基板10且提供有效的边缘工艺控制时，外环400提供载具头对抛光垫的表面的定位或参考。此外，外环400接触且提供内环200的侧向参考。将外环400配置为圆周地环绕内环200。类似内环，可使外环400的下表面433与抛光垫接触。外环
400的下表面433可为平滑且耐磨的表面；下表面433未经配置为研磨抛光垫。

[0056] 如图5所示，外环400为环形体，所述环形体具有内表面410、环形上表面420、环形下表面430和外表面440。内表面410的下区域412(邻近于下表面430)可为垂直圆柱状表面，且可配置为圆周地环绕内环200的外表面240的下部分242。内表面410的上区域414可为倾斜的，且可具有与内环200的倾斜区域246相同的倾角。使上区域414向下且径向向内倾斜，即使得内表面410的上区域414的内径向直径在上区域414的顶部处大于底部处。内环200的倾斜区域246可垂直延伸于外环400的倾斜上区域414上。

[0057] 外环400的外表面440的下区域442(邻近于下表面430)可为垂直圆柱状表面。外表面440的上区域444(邻近于上表面420)可为垂直圆柱状表面，且外表面440的下区域442可相对于上区域444而凹陷，例如，上区域444的外径向直径大于外表面440的下区域442的外径向直径。外表面440的下区域442的外径向直径可大于内表面410的上区域414的内径向直径。外表面440也可包括水平下表面445和倾斜的非水平下表面446。水平下表面445可为与基板装载站相抵靠的外环400提供硬止挡，且当将载具头下降到装载站内时，倾斜表面446可提供载具头在基板装载站中的自动对准中心。

[0058] 可将外环400的上表面420固定到底座104，例如，所述外环400的上表面420相对于底座104不可垂直移动。外环400的上表面420可包括具有螺丝鞘(未图示)的圆柱状凹陷或孔424以接收紧固件，诸如螺栓、螺丝或其他五金件，以固定外环400到底座组件104。可将孔424均匀地间隔在外环400周围。在一些实施中，孔424不延伸于水平下表面445上。

[0059] 外环400的下表面430的宽度，也就是，在内表面410的下区域412与外表面440的下区域442之间的宽度，可大于内环200的下表面230的宽度，也就是，在内表面210的下区域212与外表面240的下区域242之间的宽度。举例来说，宽度可为0.04英寸到1.0英寸。

[0060] 在一些实施中，外环400可由两个环构造而成：下环形部分450和上环形部分460。外环400的上部分460可由比下部分450更坚硬的材料形成。举例来说，下部分450可为塑料，例如，聚醚醚酮(PEEK)、碳填充的PEEK、 填充的PEEK、聚酰胺酰亚胺(PAI)或复合材料。上部分460可为金属，例如，不锈钢、钼或铝或陶瓷，例如，氧化铝。

[0061] 包括下表面430的外环400的部分可由比包括下表面230的内环200的部分更坚硬的材料形成。这可导致外环以低于内环的速率磨损。举例来说，外环400的下部分450可为塑料，所述塑料比内环200的塑料更硬。

[0062] 在一些实施中，外环400具有一个或更多个通孔，所述通孔从内表面410延伸到外表面430，以允许液体或空气在抛光期间从外环400的内部传递到外部或从外部传递到内部。可使通孔均匀地间隔在外环400周围。在一些实施中，在外环400内存在通孔但在内环200内不存在通孔。因此，穿过外环400中的通孔喷射的流体(例如，来自清洗系统的水)将沿着内环200的外表面向下冲洗，因此清洗在外环400与内环200之间的空间。在其他实施中，在外环400和内环200两者中都存在通孔，且将通孔对准以便流体将通过外环400和内环200两者。在这些实施中，穿过外环400的通孔可与穿过内环200的通孔具有相同的宽度或更宽。
在一些实施中(见图2)，通孔450经形成为穿过环绕内环200的底座104的部分而非穿过外环本身。

[0063] 参考图6，在一些实施中，外环400具有在底部表面430上的一个或更多个泥浆运输通道432，所述泥浆运输通道432从内表面410延伸到外表面440以允许泥浆在抛光期间从外环的外部传递到内部。可将通道均匀地间隔在外环周围。每一泥浆运输通道可相对于通过通道的半径而偏移成一定角度，例如，45°。外环通道432可与内环通道对准。在一些实施例中，外环通道432比内环通道232更宽，以允许泥浆更自由地传递到内环200的内部。举例来说，外环通道432可具有约0.25英寸的宽度。

[0064] 回到图1，柔性隔膜500提供安装基板10的表面502。柔性隔膜500包括多个档板504，所述档板504将位于柔性隔膜500与底座组件104之间的容积划分成为多个单独可增压腔室506。可增压腔室506可通过以多个同中心夹紧环将档板504夹紧于底座组件104来形成。可将腔室配置为从最里面腔室到最外面腔室依次变窄的。

[0065] 载具头中的每一腔室可通过穿过底座组件104和外壳102的通道(未图示)流体耦接到关联的压力源(诸如泵或压力或真空管线)。在底座组件104与柔性隔膜500之间可能存在用于柔性隔膜300的环形腔室350的一个通道、用于装载腔室108的一个通道和用于每一可增压腔室506的一个通道。可将来自底座组件104的一个或更多个通道通过软管连接到外壳102中的通道，所述软管在装载腔室108内部或载具头100外部延伸。可独立控制每一腔室的增压和通过柔性隔膜500的主要部分510的关联区段施加于基板10上的力。这允许在抛光期间将不同的压力施加到基板的不同径向区域，从而补偿不均匀的抛光速率。

[0066] 可使用腔室350相对于且独立于隔膜500定义的腔室506中的压力而改变内环200上的压力，且可使用装载腔室108相对于且独立于内环200上的压力和隔膜500定义的腔室506中的压力而改变外环400上的压力。

[0067] 载具头的外环400可施加向下压力到抛光垫。如上所说明，内环200的下表面230相对较窄，以允许将外环400的下表面430定位成足够地接近于基板的边缘，使得外环400可用来在基板边缘附近的区域中控制基板上的压力。由于内环200和外环400两者都可用来控制在基板边缘附近的压力，所以抛光垫上来自外环400的压力提供额外的可控制参数以用于调节施加到基板边缘的压力。因此，可改善在基板边缘附近的抛光一致性，可降低边缘排除且可提高产率。详细来说，可通过实验找到内环200和外环400的一组压力。举例来说，可针对每一测试基板使用内环200和外环400的不同的压力组合抛光多个测试基板，但却使用相同的工艺参数抛光器件基板。例如，使用单独度量衡单元，可测量测试基板在边缘附近的区域中的一致性，且可选择提供最佳抛光一致性的压力的组合用于以后抛光器件基板。

[0068] 参考图7，在另一实施中(所述实施可类似于上文所论述的实施)，内环200’可既停留在基板10上且外接基板10，而非定位为环绕基板10。详细来说，内环200’的底部可包括：邻近内环200’的内直径的水平下表面260；及突出部分262，径向定位在水平下表面260外部，所述突出部分262垂直延伸越过水平面260。水平下表面260可接触基板10的上表面(也就是，基板远离抛光垫的侧)。突出部分262的内直径提供面向内的表面264，所述面向内的表面264保持基板。突出部分262的高度可小于基板10的厚度以使得突出部分262的底部表面266在抛光期间不接触抛光垫20。

[0069] 参考图8，在另一实施中(所述实施可类似于上文所论述的实施)，载具头可包括三个环，包括内环200、外环400和中间环600。可利用载具头中的额外腔室以类似于扣环200的方式控制中间环600上的压力。因此，内环200、外环400和中间环600中的每一者的压力可为独立可控制的。中间环600提供的额外自由度可允许优良的抛光一致性。

[0070] 参考图9A，在另一实施中，载具头可包括具有可调整内直径D的扣环200’。在美国专利第6,436,228号中描述这样的扣环，所述美国专利通过引用的方式合并入本文。载具头可仅包括单个扣环200’(而非内扣环和外扣环两者)。可用比基板10的直径足够大的内直径D设置扣环200’以提供具有非零平均宽度G(在基板的圆周周围平均)的间隙。当然，在抛光期间，来自抛光垫的摩擦将趋向于驱动基板10的前缘与扣环200’相抵靠，如图9B所示，从而在基板10的后缘上留下宽度2G的间隙。然而，由于在基板10与扣环200’之间的相对旋转运动，在基板边缘处的抛光速率的净结果将为对抛光垫不同的压缩效应的平均。

[0071] 扣环200’的适当内直径D的选择可改善在基板边缘附近的抛光一致性、降低边缘排除且提高产率。详细来说，可通过实验识别对于特定集合的抛光参数的扣环200’的优选直径D。举例来说，可对于每一测试基板使用扣环200’的不同直径D来抛光多个测试基板，但却使用相同的工艺参数来抛光器件基板。可测量测试基板在边缘附近的区域中的一致性，例如，使用单独度量衡单元，且可选择提供最佳抛光一致性的扣环直径用于以后抛光器件基板。如上所说明，内直径D可足够大于基板10的直径以提供具有非零平均宽度G的间隙。由于间隙的这一非零宽度G，基板不沿着实质上延伸在整体基板周长周围的连续啮合圆周地带接触扣环。

[0072] 参考图10，在另一实施中，载具头可包括扣环200”，在扣环200”中下表面包括台阶。可配置台阶以使得扣环的内直径270为邻近的且保持基板10(例如，在抛光期间通过来自抛光垫的摩擦驱动基板与内直径270接触)。接触基板的直接邻近内直径270的扣环的底部的部分272提供不接触抛光垫20的水平下表面，然而在部分272的径向外部的扣环的底部的部分274在抛光期间接触抛光垫20。详细来说，扣环200”的底部可包括：邻近内环200’的内直径270的水平下表面272；及突出部分276，径向定位在水平下表面272的外部，所述突出部分276垂直延伸越过水平面272。突出部分276的高度可小于基板10的厚度，例如，小于基板10的厚度的一半，以使得水平下表面272低于基板10的斜边。通过选择水平下表面272的适当宽度，可将扣环200”与抛光垫的接触移动到提供改善的抛光一致性的位置。扣环200”可由低磨损材料形成，或者扣环200”在水平下表面272上方的部分可由比突出部分276磨损更快速的材料形成。此外，扣环200”在水平下表面272上方的部分可设置有增大磨损率的特征，例如，减小水平下表面272的表面面积的垂直孔。

[0073] 已描述本发明的许多实施例。然而，将理解的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。举例来说，可将底座组件104和外壳102组合为单个刚性部件，且可通过垂直可移动的驱动轴上下移动整体载具头100，或者可在外壳102与外环之间提供可增压腔室以便内环和外壳都相对于相同的刚性部件可移动。因此，其他实施在以上权利要求书的范围内。