CN106471608B - 用于多区域的化学机械平坦化研磨头的可配置压力设计 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于化学机械平坦化的研磨头。该研磨头包括壳体与固定至壳体的柔性隔膜。至少第一、第二与第三可加压腔室设置于壳体中且各腔室接触柔性隔膜。第一压力传送通道与第一腔室耦接。第二压力传送通道与第三腔室耦接。第一压力馈送线路将第一压力传送通道耦接至第二腔室。第二压力馈送线路将第二压力传送通道耦接至第二腔室。第一手动可移动插塞与第一压力馈送线路接合以允许或阻隔自第一压力传送通道至第二腔室的压力。第二手动可移动插塞与第二压力馈送线路接合以允许或阻隔自第一压力传送通道至第二腔室的压力。
Description
技术领域
所公开的实施方式总体上涉及用于研磨基板(诸如半导体基板)的研磨系统。更具体地，实施方式涉及在研磨期间配置由化学机械平坦化系统的研磨头供应至基板的压力。
背景技术
化学机械平坦化(CMP)是常用于高密度集成电路制造中的一个工艺以将沉积于基板上的材料层平坦化或研磨。通过在存在有研磨流体的同时相对于研磨垫移动基板来提供基板的含特征侧与研磨垫之间的接触，有效地施用CMP。自基板的含特征侧移除材料，该基板通过化学与机械作业的组合而与研磨表面接触。当研磨基板时，研磨头用于将压力施于基板。与研磨头电机耦接的驱动轴旋转研磨头。
各类型的基板通常会需要不同的压力分布(pressure profile)以用研磨头最佳地研磨基板。研磨头可以包括多个可加压区域而将不同压力施于给定基板的不同区域上。各可加压区域与压力供应线路耦接。压力供应线路通过旋转接头(rotary union)与驱动轴而路由(route)至研磨头。当该工艺指定不同的压力分布时，压力供应线路必须时常重新路由至不同压力源。将压力供应线路重新路由是耗时且因而相当昂贵的。此外，研磨头与驱动轴中的有限空间约束了能与研磨头耦接的压力供应线路的数量。此约束限制了可包含于研磨头中的可加压区域的数量，以及研磨头可施加的压力分布的数量。
因此，存在对于改良的研磨系统的需求。
发明内容
在一个实施方式中，提供一种用于化学机械平坦化的研磨头。该研磨头包括壳体与柔性隔膜。柔性隔膜固定至壳体。柔性隔膜包括接触基板的外表面以及面向壳体内部的内表面。多个可加压腔室设置于壳体中且接触柔性隔膜的内表面。多个可加压腔室包括至少第一可加压腔室、第二可加压腔室与第三可加压腔室。设置于壳体中的第一压力传送通道与第一可加压腔室耦接。设置于壳体中的第二压力传送通道与第三可加压腔室耦接。设置于壳体中的第一压力馈送线路将第一压力传送通道耦接至第二可加压腔室。设置于壳体中的第二压力馈送线路将第二压力传送通道耦接至第二可加压腔室。第一手动可移动插塞与第一压力馈送线路接合。第一手动可移动插塞可操作为在第一位置时将第一压力传送通道流体地耦接至第二可加压腔室，以及在第二位置时将第一压力传送通道与第二可加压腔室流体地隔离。第二手动可移动插塞与第二压力馈送线路接合。第二手动可移动插塞可操作为在第一位置时将第二压力传送通道流体地耦接至第二可加压腔室，以及在第二位置时将第二压力传送通道与第二可加压腔室流体地隔离。
在另一个实施方式中，提供一种用于化学机械平坦化的研磨系统。研磨系统包括研磨组件、多个压力源与压力切换组件。研磨组件包括可旋转轴、旋转接头(rotaryunion)、研磨头与多个压力传送通道。可旋转轴具有第一端与第二端。旋转接头与可旋转轴于靠近可旋转轴的第一端处耦接。研磨头与可旋转轴的第二端耦接。研磨头可通过轴的旋转而旋转。研磨头包括壳体、接触基板的柔性隔膜与多个可加压腔室。柔性隔膜固定至壳体。多个可加压腔室设置于壳体内且各腔室接触柔性隔膜。多个压力传送通道穿过轴从第一端分布至第二端并进入研磨头。各压力传送通道将旋转接头耦接至一个可加压腔室。压力切换组件包括与两个或更多个压力源连接的输入，以及与旋转接头耦接的输出。压力切换组件可操作为在第一状态时将多个压力源中的第一压力源耦接至第一压力传送通道以及将多个压力源中的第二压力源耦接至第二压力传送通道。压力切换组件进一步可操作为在第二状态时将第二压力源耦接至第一压力传送通道以及将第一压力源耦接至第二压力传送通道。
在另一个实施方式中，提供一种用研磨头研磨基板的方法。研磨头包括：壳体；固定至壳体的柔性隔膜，该柔性隔膜包含外表面与内表面，外表面接触基板，内表面面向壳体的内部；多个可加压腔室，该多个可加压腔室包含两个或更多个单压力腔室与一或多个双压力腔室，该多个可加压腔室设置于壳体中且接触柔性隔膜的内表面；多个压力馈送线路，各压力馈送线路将一个双压力腔室耦接至一个单压力腔室；以及手动可移动插塞，手动可移动插塞设置于压力馈送线路的各者中。该方法包括以下步骤：将第一基板固定至研磨头的柔性隔膜；研磨固定于研磨头中的第一基板；通过对研磨头内的多个可加压腔室加压而在第一基板上施加第一压力分布；将第一基板从研磨头移除；改变设置于研磨头中的至少两个插塞的位置以能够在柔性隔膜上给予第二压力分布；将第二基板固定至研磨头的柔性隔膜；以及研磨固定于研磨头中的第二基板，同时将在第二基板上施加第二压力分布。
附图说明
因此，为了详细理解以上公开的实施方式的上述特征的方式，可参考以下实施方式得出以上简要概括的更具体的描述，实施方式中的一些在附图中绘示。然而，值得注意的是，所附附图仅绘示了本发明的典型实施方式，并且因此不认为是对其范围的限制而排除其他等效的实施方式。
图1是根据一个实施方式的CMP系统的侧面截面图。
图2A是根据一个实施方式的研磨头的部分侧面截面图。
图2B是根据一个实施方式的研磨头中的插塞的侧面截面图。
图2C是根据一个实施方式的研磨头中的插塞的侧面截面图。
图3是根据一个实施方式的工艺流程图。
图4是根据另一个实施方式的CMP系统的侧面截面图。
为便于理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记代表图标中相同的元素。可以构想到，一个实施方式中公开的元素可有利地用于其他实施方式中而无需赘述。
具体实施方式
所公开的实施方式总体上涉及用于例如使用CMP研磨基板(诸如半导体基板)的研磨系统。各类型的基板可以常指定不同的压力分布以用研磨头最佳地研磨基板。所公开的实施方式允许快速调整研磨期间横跨研磨头至基板表面施加的压力分布，从而可以减少设备停机时间。所公开的实施方式也可以通过能够使用额外的压力分布来改善产品质量，此额外的压力分布可更接近匹配最适合研磨各基板的压力分布。可经调整而受惠于所公开实施方式的研磨头的示范例包括TITAN HEADTM、TITAN CONTOURTM与TITAN PROFILERTM研磨头等，其可自加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司取得。
图1是根据一个实施方式的CMP系统100的侧面截面图。研磨头110固持基板50(以虚线表示)以接触研磨垫175的研磨表面180。研磨垫175设置于平台176上。平台176通过平台轴182而与电机184耦接。当CMP系统100研磨基板50时，电机184绕平台轴182的轴186旋转平台176，而因此旋转研磨垫175的研磨表面180。
研磨头110与轴108耦接，轴108与电机102耦接，电机102进而与臂170耦接。电机102相对于臂170以线性运动(X和/或Y方向)横向地移动研磨头100。研磨头110也包括致动器或电机104以相对于臂170和/或研磨垫175沿Z方向移动研磨头110。研磨头110也与旋转致动器或电机106耦接，电机106绕相对于臂170的旋转轴117旋转研磨头110。电机104、102与106相对于研磨垫175的研磨表面180定位和/或移动研磨头110。电机104与106相对于研磨表面180旋转研磨头110并提供向下的力以促使基板50于处理期间抵靠研磨垫175的研磨表面180。
研磨头110包括由固定环109外接的壳体112。柔性隔膜114固定至壳体112。柔性隔膜114包括接触基板50的外表面115以及面向壳体112的内部118的内表面116。包括至少第一可加压腔室121、第二可加压腔室122与第三可加压腔室123的多个可加压腔室设置于壳体112中。各可加压腔室121、122、123接触柔性隔膜114的内表面116并且能够在内表面116上施加压力。围绕柔性隔膜114的中心同心地布置可加压腔室121-123。最内部的可加压腔室(即可加压腔室121)接触柔性隔膜114的内表面116的圆形区域，而其他可加压腔室122、123接触柔性隔膜114的内表面的环形区域。在其他实施方式中，可使用可加压腔室相对于柔性隔膜114的不同的几何布置。
第一压力传送通道143设置于壳体112中且与第一可加压腔室121耦接。第二压力传送通道144设置于壳体112中且与第三可加压腔室123耦接。各压力传送通道143、144可以与单独的压力源耦接，如分开地供应压缩气体或其他加压流体。压力传送通道143、144可以通过将压力传送通道与通过轴108分布的压力供应线路连接而与压力源耦接。可将压力供应线路路由通过旋转接头以在轴108与壳体112旋转时维持与压力源的连接。
第一压力馈送线路145设置于壳体112中且将第一压力传送通道143耦接至第二可加压腔室122。第二压力馈送线路146设置于壳体112中且将第二压力传送通道144耦接至第二可加压腔室122。因此，第二可加压腔室122可以通过经由压力传送通道143或144提供的流体来加压。
第一手动可移动插塞147可与第一压力馈送线路145接合。第一手动可移动插塞147可操作为在第一位置时(见图2B)将第一压力传送通道143流体地耦接至第二可加压腔室122，以及在第二位置时(见图2C)将第一压力传送通道143与第二可加压腔室122流体地隔离。第二手动可移动插塞148可以与第二压力馈送线路146接合。第二手动可移动插塞148可操作为在第一位置时(见图2B)将第二压力传送通道144流体地耦接至第二可加压腔室122，以及在第二位置时(见图2C)将第二压力传送通道144与第二可加压腔室122流体隔离。研磨头110可以包括穿过壳体112的顶部111的一或多个开口151或穿过壳体112的侧113的一或多个开口152，以能够调整各手动可移动插塞147、148。在某些实施方式中，穿过壳体112的单独开口(如开口151)用于各手动可移动插塞(如插塞147)，其中各开口能够调整单独的手动可移动插塞。在其他实施方式中，一个开口允许进出以调整多个插塞。在另一个实施方式中，各插塞的部分延伸通过壳体112而实现插塞的定位调整。
在以下的描述中，下标“n”代表一群组元素中的最后一个组件，其中“n”是定义的整数(如“n”＝10)或是定义的整数范围(如“n”是介于五至十之间)。下标“i”代表一群组元素中单独但不是特定的元素，其中“i”可以保持1至“n”之间的任何值。例如，对于一群组的十个腔室，其中全部腔室使用参考数字编号50，腔室50i代表腔室1至腔室10之间的任何腔室以及腔室50n代表第十个腔室。带有下标“i”的元素没有表示于附图中。下标“iA”与下标“iB”分别代表与第i个元素连接或相关的第一子组件与第二子组件。例如，电机751A与电机751B可以代表与第一腔室501连接或相关的第一与第二电机。
图2A是根据一个实施方式的研磨头210的部分侧面截面图。研磨头210可用于CMP系统或其他研磨系统中。研磨头210包括固定环209外接的壳体212，固定环209用于将基板50固定于研磨头210中。柔性隔膜214固定至壳体212。柔性隔膜214包括接触基板50的外表面215与面向壳体212的内部218的内表面216。多个可加压腔室2201-220n与2301-230n-1设置于壳体212中。各可加压腔室220i与230i接触柔性隔膜214的内表面216。最内部的可加压腔室(即可加压腔室2201)可接触柔性隔膜214的内表面216的圆形、盘形或环形区域，而其他可加压腔室2202-220n、2301-230n-1可与腔室2201同心且可接触柔性隔膜214的内表面216的环形区域。在其他实施方式中，可使用可加压腔室相对于柔性隔膜214的不同的几何布置。
研磨头210可包括相较研磨头110更多的可加压腔室(如可加压室220i与230i)。研磨头210包括“n”个单压力腔室220i。在某些实施方式中，n是介于二至二十间的整数。在其他实施方式中，n可包括不同范围的整数。各单压力腔室220i耦接至单独的压力传送通道240i。各压力传送通道240i可从研磨头210路由出并至研磨头轴208上而到达单独的压力源，单独的压力源如上所述可以是压缩空气或其他加压流体的供应。在某些实施方式中，压力传送通道与研磨头210或轴208中的另一个线路或通道耦接，并且其他线路或通道接着耦接至压力源。所示各压力传送通道240i终止于研磨头内以维持图示清楚，但各个压力传送通道240i具有用于将通过轴208分布的另一个线路或通道的至少一连接。研磨头210也包括“n-1”个双压力腔室230i，其中“n”再度是介于二至二十之间的整数。各双压力腔室230i通过两个单独的压力馈送线路250i(A,B)而分别与两个压力传送通道240i,240i+1耦接。
手动可移动插塞260i(A,B)可与各压力馈送线路250i(A,B)接合。各手动可移动插塞260i(A)可以设定至打开的第一位置(见图2B)以将双压力腔室230i流体地耦接至压力传送通道240i，或各手动可移动插塞260i(A)可设定至关闭的第二位置262(见图2C)以将双压力腔室230i与压力传送通道240i流体地隔离。各手动可移动插塞260i(B)可以设定至打开的第一位置261(见图2B)以将双压力腔室230i流体地耦接至压力传送通道240i+1，或各手动可移动插塞260i(B)可设定至关闭的第二位置262(见图2C)以将双压力腔室230i与压力传送通道240i+1流体地隔离。研磨头210可包括穿过壳体顶部211或侧213的开口280i(A,B)而能够调整各手动可移动插塞260i(A,B)。仅两个开口2802A与2802B显示于附图中以维持清楚，但是可以有用于各插塞260i(A,B)的单独的开口。在某些实施方式中，可以有用于超过一个插塞的一个开口或用于全部插塞的一个开口。在某些实施方式中，当插塞的位置没有改变时，开口可以关闭或密封。
在某些实施方式中，双压力腔室230i邻近于各单压力腔室220i。在这些实施方式中的某些实施方式中，除了在壳体212中心与周边的单压力腔室外，如单压力腔室2201与220n，双压力腔室230i邻近于在各单压力腔室220i的其中一侧上的各单压力腔室220i。在其他实施方式中，可以有彼此相邻的多个单压力腔室220i。在其他实施方式中，可以有彼此相邻的多个双压力腔室230i。
图2B与2C是根据一个实施方式的图2A分别在打开与关闭位置中的插塞2601A的放大截面图。图1的研磨头110中的插塞147、148以及研磨头210中的剩余插塞260i(A,B)可以是与插塞2601A相同的或具有与插塞2601A相似的特征。插塞2601A包括具有螺纹266的紧固件264而与螺纹连接部268接合。插塞2601A也包括密封构件265以产生压力传送通道2401与压力馈送线路2501A间的密封，压力馈送线路2501A为馈送双压力腔室2301的两个压力馈送线路2501(A,B)中的一个。一或多个其他密封构件(未示出)也可被包括在插塞2601A中，使得压力传送通道2401或压力馈送线路2501A中的加压流体不在插塞2601A附近泄漏。
图2B绘示在打开的第一位置261的插塞2601A。在打开的第一位置261中，从压力传送通道2401移除密封构件265且来自压力源的流体可以于紧固件264的部件附近流动而保留在压力传送通道2401中以加压双压力腔室2301。图2C绘示在关闭的第二位置262的插塞2601A。在关闭的第二位置262中，将密封构件265放置在压力传送通道2401中以密封地阻隔压力传送通道2401中的加压的流体以免到达双压力腔室2301。
螺纹连接部268可以是研磨头壳体或研磨头壳体中或上的其他组件的部分。啮合插塞2601A的螺纹连接部268示于图2B与2C中的压力传送通道2401之下，但螺纹连接部268于不同实施方式中可置放于其他位置。在具有螺纹构件的插塞的一个实施方式中，螺纹构件可与位于压力传送通道上的螺纹连接部接合，且与紧固件的端部连接的密封柱塞可向下延伸通过压力传送通道以当插塞关闭时阻隔加压的流体。于压力传送通道上方具有螺纹连接部可允许插塞完全自压力传送通道移除，使得当插塞在打开位置时流体流动没有阻碍。在某些实施方式中，整个插塞2601位于研磨头壳体内。在其他实施方式中，插塞的部分可以延伸通过研磨头壳体。
使用插塞(如插塞2601A)提供诸多优点。因为插塞2601A只包括很少组件(如紧固件264与密封构件265)，所以插塞2601A具有只占了研磨头空间的一小部分的小占地面积(footprint)。该小占地面积允许多个插塞与其他控制特征被置放于研磨头内。另一方面，在研磨头内存有的有限空间中，可能没有足够的空间用于更大的流体控制或电子装置。再者，可以通过使用常用的手动工具(如螺丝起子或内六角板手)来快速且相对容易地完成插塞位置的改变。以手动操作改变插塞的位置移除如果于研磨头中使用各腔室内压力的任何自动或电子控制将需要的任何额外组件或配线的需求。最后，如螺纹固定件与密封构件的组件是相对便宜且因此几乎不增加研磨头的总体材料成本。
参考图2A-2C与图3，描述一种用于用研磨头研磨基板的方法300。虽然该方法结合图2A-2C的系统而描述，但是发明所属领域具有通常知识者将了解经配置而依任何顺序执行该等方法步骤的任何适当调整的研磨头是在所公开的实施方式的范围内。可在研磨头210上执行方法300。
在框302，第一基板(如基板50)固定于研磨头210的柔性隔膜214。在框304，研磨固定于研磨头210中的第一基板。在框306，通过对研磨头210内的多个可加压腔室2201-220n与2301-230n-1加压而将第一压力分布施加在第一基板上，同时研磨基板。在框308，从研磨头210移除第一基板。
在框310，改变设置于研磨头中的至少两个插塞260i(A,B)的位置能够在柔性隔膜214上给予第二压力分布。例如，为了将第一压力分布改变为第二压力分布，插塞2601A可自打开的第一位置261改变至关闭的第二位置262，以及插头2601B可自关闭的第二位置262改变至打开的第一位置261。在第一压力分布中，双压力腔室2301中的压力匹配单压力腔室2201中的压力，以及在第二压力分布中，双压力腔室2301中的压力匹配单压力腔室2202中的压力。当切换压力分布时，两个、更多个或全部插塞260i(A,B)的位置可被改变。压力分布可具有从正在处理的基板的中心至边缘的增加或减少的压力。对于某些压力分布，压力可在自基板中心至边缘的增加与减少的压力之间交替。
可通过插入工具(如螺丝起子)通过壳体212的顶部211或侧213中的一或多个开口280i(A,B)来改变插塞260i(A,B)的位置。开口280i(A,B)中的至少一个可以与第一插塞2601A对准。改变第一插塞2601A的位置可以进一步包括旋转工具以将第一插塞2601A自打开的第一位置261移动至关闭的第二位置262。打开的第一位置261可操作为将第一双压力腔室2301流体地耦接至第一单压力腔室2201，以及关闭的第二位置261可操作为将第一双压力腔室2301与第一单压力腔室2201流体隔离。改变剩下的插塞260i(A,B)的位置可以具有与改变插塞2601A位置相同或相似的功能。
在框312，第二基板固定至研磨头210的柔性隔膜214。在框314，研磨固定于研磨头210中的第二基板，同时在第二基板上施加第二压力分布。
图4是根据另一个实施方式的CMP系统400的侧面截面图。CMP系统400与具有诸多相同特征与组件的CMP系统100相同。CMP系统400没有包括任何双压力腔室，如CMP系统100的第二可加压腔室122。CMP系统400也没有包括任何内部插塞，如CMP系统100的插塞147、148。
CMP系统400包括研磨组件401。研磨组件401可以包括研磨头410与研磨垫475。研磨头410固持基板50(以虚线表示)以接触研磨垫475的研磨表面480。研磨垫475设置于平台476上。平台476通过平台轴482而与电机484耦接。当CMP系统400研磨基板50时，电机484绕平台轴482的轴旋转平台476，而因此旋转研磨垫475的研磨表面480。
研磨头410包括固定环409外接的壳体413。柔性隔膜414固定至壳体413。柔性隔膜414包括接触基板50的外表面415以及面向壳体413内部418的内表面416。多个可加压腔室421、422、423设置于壳体413中。各可加压腔室421、422、423接触柔性隔膜414的内表面416。多个可加压腔室至少包括第一可加压腔室421、第二可加压腔室422与第三可加压腔室423。在柔性隔膜414的中心线附近同心地布置可加压腔室421-423。最内部的可加压腔室(即可加压腔室421)接触柔性隔膜414的内表面416的圆形区域，而其他可加压腔室422、423接触柔性隔膜414的内表面416的环形区域。在其他实施方式中，可使用可加压腔室相对于柔性隔膜414的不同的几何布置。
研磨组件401进一步包括旋转接头405与具有第一端411及第二端412的旋转轴408。旋转接头405与旋转轴408于靠近旋转轴408的第一端411处耦接。旋转接头405准许流体流动以在轴408旋转时对可加压腔室421-423加压。研磨头410与旋转轴408的第二端412耦接。研磨头410可通过轴408的旋转而旋转。旋转致动器或电机406与旋转轴408于靠近第一端411处耦接。电机406绕相对于研磨垫475的研磨表面480的旋转轴旋转研磨头410。多个压力传送通道451-453穿过旋转轴408从第一端411分布至第二端412并进入研磨头410。各压力传送通道451-453将旋转接头405耦接至可加压腔室421-423中的一个。在某些实施方式中，研磨组件401可包括三个至十个之间的可加压腔室以及三个至十个之间的压力传送通道，但其他实施方式可包括少至两个或大于十个可加压腔室或压力传送通道。
靠近旋转轴408的第一端411，轴408也与电机402耦接，电机进而耦接至臂470。电机402相对于臂470以线性运动(X和/或Y方向)侧向移动研磨头410。研磨组件401也包括致动器或电机404以相对于臂470和/或研磨垫475沿Z方向移动研磨头410。电机404、402与406相对于研磨垫475的研磨表面480定位和/或移动研磨头410。电机404与406相对于研磨表面480旋转研磨头410，并提供向下的力以促使基板50于处理期间抵靠研磨垫475的研磨表面480。
CMP系统400也包括三个压力源441、442与443。各压力源441-443可以提供不同压力给研磨头410的可加压腔室421-423。CMP系统400包括三个压力源441-443，但其他实施方式可包括两个压力源或大于三个压力源。在一个实施方式中，压力源441-443包括压缩的空气，但可使用其他的加压流体。
CMP系统400也包括压力切换组件460。压力切换组件460可操作为切换施于研磨头410中的可加压腔室421-423的压力。压力切换组件包括与多个压力源441-443耦接的输入471、472、473以及分别通过旋转接头405与压力传送通道451、452、452耦接的输出461、462、463。在某些实施方式中，对于各可加压腔室421-423，有从压力切换组件460至旋转接头405的输出线路(如输出461)。压力切换组件460包括九个阀4511-4513、4521-4523与4531-4533。各群组的阀(如阀4511-4513)可以用于将压力源441-443的任何一个耦接至压力传送通道中的一个(如压力传送通道451)以及最后耦接至可加压腔室中的一个(如可加压腔室421)。在一个实施方式中，该组阀包括一数量的阀，阀的数量等于压力源的数量乘以可加压腔室的数量的乘积，以能够使各压力源被应用至各可加压腔室以及各可加压腔室可用不同压力源加压。在某些实施方式中，可有比压力源更多的可加压腔室或可有比可加压腔室更多的压力源。
当压力切换组件460可操作为在第一状态时将多个压力源441-443中的第一压力源441耦接至第一压力传送通道451以及将多个压力源441-443中的第二压力源442耦接至第二压力传送通道452。第一状态可由正打开的阀4511与4522以及正关闭的阀4512、4513与4521、4523表示。压力切换组件460还可操作为在第二状态时将第二压力源442耦接至第一压力传送通道451以及将第一压力源441耦接至第二压力传送通道452。第二状态可由正打开的阀4512与4521以及正关闭的阀4511、4513与4522、4523表示。
在一个实施方式中，压力切换组件包括与控制器490耦接的一组自动阀以允许阀的电子控制。控制器490可基于正研磨的基板的类型而自动切换阀的位置。
本说明书所述的CMP实施方式说明横跨研磨头的不同区域所施的压力分布如何可以被快速调整，从而减少设备的停机时间并增加可以用给定研磨头处理的基板类型。参照图2A，研磨头210通过允许快速切换施于双压力腔室230i的压力而减少停机时间，通过改变与腔室耦接的通道中的插塞260i(A,B)的位置来快速切换施于双压力腔室230i的压力。参照图4，CMP系统400通过允许通过使用压力切换组件460来快速切换施于压力传送通道451-453中的一或多个的压力而减少停机时间。
研磨头110与210也可通过允许探索额外的压力分布而改善产品质量。如以上所述，研磨头与可旋转轴中的受限空间在可以与研磨头耦接的压力传送通道的数量上设了约束。该约束限制了当各可加压腔室只与一个压力传送通道耦接时，可以包含于研磨头中的可加压区域的数量。研磨头110与210中的双压力腔室各自通过两个压力馈送线路而与两个压力传送通道耦接，两个压力馈送线路允许压力供应至各双压力腔室而于两个压力源间快速切换，而不需加任何额外的通道或供应线路至可旋转轴。各双压力腔室允许于两个邻近的单压力腔室间探索额外的压力分布。此外，一个研磨头中的多个双压力腔室的添加能产生的组合允许于跨基板的表面探索甚至更多的压力分布。在更多的压力分布可用的情况下，可以有更客制化的分布符合各基板，而改善产品质量。
压力切换组件460也允许研磨头中的压力快速切换而不需加入任何移动或电子组件于研磨头中。将压力切换组件放置于研磨头外也允许更简单的维护与服务，因为没有如当压力切换装置置于研磨头内时与受限空间相关的问题。压力切换组件使压力能够供应至研磨头中的不同可加压腔室以作远程调整，甚至是在研磨期间。此外，将压力切换组件保持远离研磨头允许调整压力而不需与研磨头有任何接触，从而减少损害研磨头或引入任何污染进研磨头的风险。
虽然前面所述针对特定实施方式，但可在不背离本发明的基本范围的情况下设计出其他与进一步的实施方式，并且本发明的范围由所附权利要求书确定。
Claims (20)
1.一种用于化学机械平坦化的研磨头，包括：
壳体；
柔性隔膜，所述柔性隔膜固定至所述壳体，所述柔性隔膜包含外表面与内表面，所述外表面接触基板，所述内表面面向所述壳体的内部；
多个可加压腔室，所述多个可加压腔室设置于所述壳体中且接触所述柔性隔膜的所述内表面，所述多个可加压腔室包含至少第一可加压腔室、第二可加压腔室与第三可加压腔室；
第一压力传送通道，所述第一压力传送通道设置在所述壳体中且与所述第一可加压腔室耦接；
第二压力传送通道，所述第二压力传送通道设置在所述壳体中且与所述第三可加压腔室耦接；
第一压力馈送线路，所述第一压力馈送线路设置于所述壳体中且将所述第一压力传送通道耦接至所述第二可加压腔室；
第二压力馈送线路，所述第二压力馈送线路设置于所述壳体中且将所述第二压力传送通道耦接至所述第二可加压腔室；
第一手动可移动插塞，所述第一手动可移动插塞与所述第一压力馈送线路接合，所述第一手动可移动插塞可操作为在第一位置时将所述第一压力传送通道流体地耦接至所述第二可加压腔室，以及在第二位置时将所述第一压力传送通道与所述第二可加压腔室流体地隔离；
穿过所述壳体的开口，所述开口能够实现对所述第一手动可移动插塞进行调整；以及
第二手动可移动插塞，所述第二手动可移动插塞与所述第二压力馈送线路接合，所述第二手动可移动插塞可操作为在第一位置时将所述第二压力传送通道流体地耦接至所述第二可加压腔室，以及在第二位置时将所述第二压力传送通道与所述第二可加压腔室流体地隔离。
2.如权利要求1所述的研磨头，其中所述开口穿过所述壳体的顶部。
3.如权利要求1所述的研磨头，其中所述开口穿过所述壳体的一侧。
4.如权利要求1所述的研磨头，其中所述多个可加压腔室包括：
“n”个单压力腔室和“2n-2”个压力馈送线路，各单压力腔室与单独的压力传送通道耦接；以及
“n-1”个双压力腔室，各双压力腔室通过所述“2n-2”个压力馈送线路中的两个单独的压力馈送线路而单独地与两个压力传送通道耦接，其中“n”是介于二至二十之间的整数。
5.如权利要求4所述的研磨头，其中双压力腔室邻近于各单压力腔室。
6.如权利要求4所述的研磨头，进一步包括“2n-2”个手动可移动插塞，所述“2n-2”个手动可移动插塞中的每一个与所述“2n-2”个压力馈送线路中的对应的压力馈送线路接合。
7.如权利要求6所述的研磨头，进一步包括用于所述“2n-2”个手动可移动插塞中的每一个的穿过所述壳体的单独的开口，各开口实现对单独的手动可移动插塞的调整。
8.如权利要求6所述的研磨头，其中所述“2n-2”个手动可移动插塞中的每一个包括螺纹紧固件。
9.如权利要求8所述的研磨头，其中各插塞进一步包括一或多个密封构件。
10.如权利要求9所述的研磨头，其中n为4。
11.一种用于化学机械平坦化的研磨系统，包括：
研磨组件，所述研磨组件包含：
可旋转轴，所述可旋转轴具有第一端与第二端；
旋转接头，所述旋转接头与所述可旋转轴在靠近所述可旋转轴的所述第一端处耦接；
研磨头，所述研磨头与所述可旋转轴的所述第二端耦接，所述研磨头可通过所述轴的旋转而旋转，所述研磨头包含
壳体；
柔性隔膜，所述柔性隔膜接触基板，所述柔性隔膜固定至所述壳体；以及
多个可加压腔室，所述多个可加压腔室在所述壳体内且接触所述柔性隔膜；
多个压力传送通道，所述多个压力传送通道穿过所述轴从所述第一端分布至所述第二端且进入所述研磨头，各压力传送通道将所述旋转接头耦接至一个可加压腔室；
多个压力源；以及
压力切换组件，所述压力切换组件具有与所述多个压力源连接的输入以及与所述旋转接头耦接的输出，所述压力切换组件可操作为在第一状态中时将所述多个压力源中的第一压力源耦接至第一压力传送通道且将所述多个压力源中的第二压力源耦接至第二压力传送通道，以及可操作为在第二状态中时将所述第二压力源耦接至所述第一压力传送通道且将所述第一压力源耦接至所述第二压力传送通道。
12.如权利要求11所述的研磨系统，其中所述压力切换组件包括一组四个或更多个阀。
13.如权利要求12所述的研磨系统，其中所述压力切换组件包括耦接至控制器的一组自动阀。
14.如权利要求13所述的研磨系统，其中所述一组自动阀包括一数量的阀，所述数量等于压力源的数量乘以可加压腔室的数量的积。
15.如权利要求13所述的研磨系统，其中所述研磨组件包括三个与十个之间的可加压腔室以及三个与十个之间的压力传送通道。
16.一种用研磨头研磨基板的方法，所述研磨头包括：壳体；柔性隔膜，所述柔性隔膜固定至所述壳体，所述柔性隔膜包含外表面与内表面，所述外表面接触所述基板，所述内表面面向所述壳体的内部；多个可加压腔室，所述多个可加压腔室包含两个或更多个单压力腔室与一或多个双压力腔室，所述多个可加压腔室设置于所述壳体中且接触所述柔性隔膜的所述内表面；多个压力馈送线路，各压力馈送线路将一个双压力腔室耦接至一个单压力腔室；以及手动可移动插塞，所述手动可移动插塞设置于所述压力馈送线路的每一个中，所述方法包括以下步骤：
将第一基板固定至所述研磨头的所述柔性隔膜；
研磨固定在所述研磨头中的所述第一基板；
通过对所述研磨头内的所述多个可加压腔室加压而在所述第一基板上施加第一压力分布；
从所述研磨头移除所述第一基板；
改变设置于所述研磨头中的至少两个插塞的位置以能够在所述柔性隔膜上给予第二压力分布；
将第二基板固定至所述研磨头的所述柔性隔膜；以及
研磨固定于所述研磨头中的所述第二基板，同时在所述第二基板上施加所述第二压力分布。
17.如权利要求16所述的方法，其中各手动可移动插塞是带有一或多个密封构件的螺纹紧固件。
18.如权利要求17所述的方法，其中改变设置于所述研磨头中的至少两个插塞的位置的步骤包括将工具插入通过所述壳体的顶部中的开口，其中所述开口与第一插塞对齐。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：旋转所述工具以将所述第一插塞从第一位置移动至第二位置，其中所述第一位置可操作为将第一双压力腔室流体地耦接至第一单压力腔室，以及所述第二位置可操作为将所述第一双压力腔室与所述第一单压力腔室流体地隔离。
20.如权利要求17所述的方法，其中改变设置于所述研磨头中的至少两个插塞的位置的步骤包括以下步骤：
将工具插入通过所述壳体的一侧中的开口，其中所述开口与第一插塞对齐；以及
旋转所述工具以将所述第一插塞从第一位置移动至第二位置，其中所述第一位置可操作为将第一双压力腔室流体地耦接至第一单压力腔室，以及所述第二位置可操作为将所述第一双压力腔室与所述第一单压力腔室流体地隔离。
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