TW201603949A - 用於多區域化學機械平坦化研磨頭的可配置壓力設計 - Google Patents

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    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Abstract

提供一種用於化學機械平坦化的研磨頭。該研磨頭包括殼體與固定至殼體的彈性膜。至少第一、第二與第三可加壓腔室設置於殼體中且各腔室接觸彈性膜。第一壓力傳送通道與第一腔室耦接。第二壓力傳送通道與第三腔室耦接。第一壓力進給線路將第一壓力傳送通道耦接至第二腔室。第二壓力進給線路將第二壓力傳送通道耦接至第二腔室。第一手動可移動插座與第一壓力進給線路以介面連接而允許或阻斷自第一壓力傳送通道至第二腔室的壓力。第二手動可移動插座與第二壓力進給線路以介面連接而允許或阻斷自第一壓力傳送通道至第二腔室的壓力。

Description

用於多區域化學機械平坦化研磨頭的可配置壓力設計
所揭露的實施一般係關於用於研磨基板的研磨系統，如半導體基板。更具體言之，該等實施係關於在研磨期間配置由化學機械平坦化系統的研磨頭供應至基板的壓力。
化學機械平坦化(CMP)係常用於高密度積體電路製造中的一個製程以將沉積於基板上的材料層平坦化或研磨。藉由提供基板的含特徵側與研磨墊之間的接觸，及於存在有研磨流體的同時藉由將基板相對於研磨墊移動而有效地施用CMP。材料自基板的含特徵側移除，該基板通過化學與機械作業之組合而與研磨表面接觸。當研磨基板時，研磨頭用於將壓力施於基板。與研磨頭馬達耦接的驅動軸旋轉研磨頭。
各類型的基板通常會需要不同壓力分佈(pressure profile)以用研磨頭作最佳的研磨基板。研磨頭可以包括多個可加壓區域而將不同壓力施於給定基板的不同區域上。各可加壓區域與壓力供應線路耦接。壓力供應線路繞線(route)通過旋轉 管套節(rotary union)與驅動軸而至研磨頭。當該製程指定不同壓力分佈時，壓力供應線路必須時常重新繞線至不同壓力源。將壓力供應線路重新繞線係耗時且因而相當昂貴。此外，研磨頭與驅動軸中的有限空間限制了能與研磨頭耦接的壓力供應線路之數量。此限制限制了可包含於研磨頭中的可加壓區域之數量，以及研磨頭可施的壓力分佈之數量。
因此，對於改良研磨系統的需求係存在的。
在一個實施中，提供一種用於化學機械平坦化的研磨頭。該研磨頭包括殼體與彈性膜。彈性膜固定至殼體。彈性膜包括接觸基板的外表面以及面向殼體內部的內表面。複數個可加壓腔室設置於殼體中且接觸彈性膜的內表面。複數個可加壓腔室包括至少第一可加壓腔室、第二可加壓腔室與第三可加壓腔室。設置於殼體的第一壓力傳送通道與第一可加壓腔室耦接。設置於殼體的第二壓力傳送通道與第三可加壓腔室耦接。設置於殼體的第一壓力進給線路將第一壓力傳送通道耦接至第二可加壓腔室。設置於殼體中的第二壓力進給線路將第二壓力傳送通道耦接至第二可加壓腔室。第一手動可移動插座與第一壓力進給線路以介面連接。第一手動可移動插座在第一位置時可操作性地將第一壓力傳送通道流體耦接至第二可 加壓腔室，以及在第二位置時可操作性地將第一壓力傳送通道與第二可加壓腔室流體隔離。第二手動可移動插座與第二壓力進給線路以介面連接。第二手動可移動插座在第一位置時可操作性地將第二壓力傳送通道流體耦接至第二可加壓腔室，以及在第二位置時可操作性地將第二壓力傳送通道與第二可加壓腔室流體隔離。
在另一個實施中，提供一種用於化學機械平坦化的研磨系統。研磨系統包括研磨組件、複數個壓力源與壓力切換組件。研磨組件包括可旋轉軸、旋轉管套節(rotary union)、研磨頭與複數個壓力傳送通道。可旋轉軸具有第一端與第二端。旋轉管套節與可旋轉軸於靠近可旋轉軸的第一端處耦接。研磨頭與可旋轉軸的第二端耦接。研磨頭可由軸的旋轉而旋轉。研磨頭包括殼體、接觸基板的彈性膜與複數個可加壓腔室。彈性膜固定至殼體。複數個可加壓腔室設置於殼體內且各腔室接觸彈性膜。複數個壓力傳送通道穿過軸而自第一端至第二端並進入研磨頭而分佈。各壓力傳送通道將旋轉管套節耦接至一個可加壓腔室。壓力切換組件包括與兩個或兩個以上的壓力源連接之輸入，以及與旋轉管套節耦接的輸出。壓力切換組件在第一狀態時，可操作性地將複數個壓力源中的第一壓力源耦接至第一壓力傳送通道以及將複數個壓力源中的第二壓力源耦接至第二壓力傳送通 道。壓力切換組件在第二狀態時，進一步可操作性地將第二壓力源耦接至第一壓力傳送通道以及將第一壓力源耦接至第二壓力傳送通道。
在另一個實施中，提供一種以研磨頭研磨基板的方法。研磨頭包括殼體；固定於殼體的彈性膜，該彈性膜包含外表面與內表面，外表面接觸基板，內表面面向殼體的內部；複數個可加壓腔室，該複數個可加壓腔室包含兩個或兩個以上的單一壓力腔室與一或多個雙壓力腔室，該複數個可加壓腔室設置於殼體中且接觸彈性膜的內表面；複數個壓力進給線路，各壓力進給線路將一個雙壓力腔室耦接至一個單壓力腔室；及手動可移動插座，手動可移動插座設置於壓力進給線路的各者。該方法包括以下步驟：將第一基板固定至研磨頭的彈性膜；研磨固定於研磨頭中的第一基板；藉由對研磨頭內的複數個可加壓腔室加壓而施第一壓力分佈於第一基板上；將第一基板自研磨頭移除；改變設置於研磨頭中的至少兩個插座之位置而能夠將第二壓力分佈施於彈性膜上；將第二基板固定於研磨頭的彈性膜；及研磨固定於研磨頭中的第二基板而同時將第二壓力分佈施於第二基板上。
50‧‧‧基板
100‧‧‧CMP系統
102‧‧‧馬達
104‧‧‧馬達
106‧‧‧馬達
108‧‧‧軸
109‧‧‧固定環
110‧‧‧研磨頭
111‧‧‧頂部
112‧‧‧殼體
113‧‧‧側
114‧‧‧彈性膜
115‧‧‧外表面
116‧‧‧內表面
117‧‧‧旋轉軸
118‧‧‧內部
121‧‧‧第一可加壓腔室
122‧‧‧第二可加壓腔室
123‧‧‧第三可加壓腔室
143‧‧‧第一壓力傳送通道
144‧‧‧壓力傳送通道
145‧‧‧第一壓力進給線路
146‧‧‧第二壓力進給線路
147‧‧‧第一手動可移動插座
148‧‧‧第二手動可移動插座
151‧‧‧開口
152‧‧‧開口
170‧‧‧臂
175‧‧‧研磨墊
176‧‧‧平臺
180‧‧‧研磨表面
182‧‧‧平臺軸
184‧‧‧馬達
186‧‧‧軸
208‧‧‧研磨頭軸
209‧‧‧固定環
210‧‧‧研磨頭
211‧‧‧頂部
212‧‧‧殼體
213‧‧‧側
214‧‧‧彈性膜
215‧‧‧外表面
216‧‧‧內表面
218‧‧‧內部
2201‧‧‧單壓力腔室
2202‧‧‧單壓力腔室
220n‧‧‧單壓力腔室
2301‧‧‧雙壓力腔室
230n‧‧‧雙壓力腔室
2401‧‧‧壓力傳送通道
2501‧‧‧壓力進給線路
2601‧‧‧插座
2601A‧‧‧插座
2601B‧‧‧插座
261‧‧‧打開的第一位置
262‧‧‧關閉的第二位置
264‧‧‧固定件
265‧‧‧密封構件
266‧‧‧螺紋
268‧‧‧螺紋連接部
2802A‧‧‧開口
2802B‧‧‧開口
300‧‧‧方法
302‧‧‧方塊
304‧‧‧方塊
306‧‧‧方塊
308‧‧‧方塊
310‧‧‧方塊
312‧‧‧方塊
314‧‧‧方塊
400‧‧‧CMP系統
401‧‧‧研磨組件
402‧‧‧馬達
404‧‧‧馬達
405‧‧‧旋轉管套節
406‧‧‧馬達
408‧‧‧可旋轉軸
409‧‧‧固定環
410‧‧‧研磨頭
411‧‧‧第一端
412‧‧‧第二端
413‧‧‧殼體
414‧‧‧彈性膜
415‧‧‧外表面
416‧‧‧內表面
418‧‧‧內部
421‧‧‧第一可加壓腔室
422‧‧‧第二可加壓腔室
423‧‧‧第三可加壓腔室
441‧‧‧第一壓力源
442‧‧‧第二壓力源
443‧‧‧第三壓力源
451‧‧‧壓力傳送通道
452‧‧‧壓力傳送通道
453‧‧‧壓力傳送通道
4511‧‧‧閥
4512‧‧‧閥
4513‧‧‧閥
4521‧‧‧閥
4522‧‧‧閥
4523‧‧‧閥
4531‧‧‧閥
4532‧‧‧閥
4533‧‧‧閥
460‧‧‧壓力切換組件
461‧‧‧輸出
462‧‧‧輸出
463‧‧‧輸出
470‧‧‧臂
471‧‧‧輸入
472‧‧‧輸入
473‧‧‧輸入
475‧‧‧研磨墊
476‧‧‧平臺
480‧‧‧研磨表面
482‧‧‧平臺軸
484‧‧‧馬達
490‧‧‧控制器
本發明揭露之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本發明實施例以作瞭解。然而，值得注意的是， 所附圖式只繪示了本發明的典型實施例，而由於本發明可允許其他等效之實施例，所附圖式並不會視為本發明範圍之限制。
第1圖係根據一個實施的CMP系統之側面截面圖。
第2A圖係根據一個實施的研磨頭之部分側面截面圖。
第2B圖係根據一個實施的研磨頭中的插座之側面截面圖。
第2C圖係根據一個實施的研磨頭中的插座之側面截面圖。
第3圖係根據一個實施的處理流程圖。
第4圖係根據另一個實施的CMP系統之側面截面圖。
為便於理解，在可能的情況下，已使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。可以考慮，一個實施例中揭露的元件可有利地用於其它實施例中而無需贅述。
所揭露的實施一般係關於用於如使用CMP研磨基板(如半導體基板)的研磨系統。各類型的基板可以常指定不同壓力分佈以研磨頭作最佳研磨基板。所揭露的該等實施允許快速調整研磨期間將壓力分佈施於橫跨研磨頭至基板表面，其可以減少設 備停機時間。所揭露的實施亦可以藉由能夠使用額外的壓力分佈而改善產品品質，此額外的壓力分佈可更接近匹配最適合研磨各基板的壓力分佈。可經調整而受惠於所揭露實施之研磨頭的示範例包括TITAN HEAD TM、TITAN CONTOUR TM與TITAN PROFILERTM研磨頭等，其可自加州聖塔克拉拉的應用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,California)取得。
第1圖係根據一個實施的CMP系統100之側面截面圖。研磨頭110夾持基板50(以虛線表示)以接觸研磨墊175的研磨表面180。研磨墊175設置於平臺176上。平臺176藉由平台軸182而與馬達184耦接。當CMP系統100研磨基板50時，馬達184繞平臺軸182的軸186旋轉平臺176，而因此研磨研磨墊175的表面180。
研磨頭110與軸108耦接，軸108與馬達102耦接，接著馬達102與臂170耦接。馬達102相對於臂170以線性運動(X與(或)Y方向)將研磨頭100側向移動。研磨頭110亦包括致動器或馬達104以將研磨頭110以相對於臂170與(或)研磨墊175的Z方向移動。研磨頭110亦與旋轉致動器或馬達106耦接，馬達106繞相對於臂170的旋轉軸117而旋轉研磨頭110。馬達104、102與106將研磨頭110相對於研磨墊175的研磨表面180定位與(或) 移動。馬達104與106將研磨頭110相對於研磨表面180旋轉並提供向下的力以促使基板50於處理期間抵靠研磨墊175的研磨表面180。
研磨頭110包括由固定環109外接的殼體112。彈性膜114固定至殼體112。彈性膜114包括接觸基板50的外表面115以及面向殼體112的內部118之內表面116。複數個可加壓腔室包括設置於殼體112中的至少第一可加壓腔室121、第二可加壓腔室122與第三可加壓腔室123。各可加壓腔室121、122、123接觸彈性膜114的內表面116以及能夠施一壓力於內表面116上。可加壓腔室121-123於彈性膜114的中心附近以同心排列。最內部的可加壓腔室(即可加壓腔室121)接觸彈性膜114的內表面116之圓形區域，而其他可加壓腔室122、123接觸彈性膜114的內表面之環形區域。在其他實施中，可使用相對於彈性膜114不同的可加壓腔室幾何排列。
第一壓力傳送通道143設置於殼體112中且與第一可加壓腔室121耦接。第二壓力傳送通道144設置於殼體112中且與第三可加壓腔室123耦接。各壓力傳送通道143、144可以與個別壓力源耦接，如壓縮氣體或其他加壓流體的個別供應。壓力傳送通道143、144可以藉由將壓力傳送通道與通過軸108分佈的壓力供應線路連接而與壓力源耦接。可將 壓力供應線路繞線通過旋轉管套節以當軸108與殼體112旋轉時維持與壓力源之連接。
第一壓力進給線路145設置於殼體112中且將第一壓力傳送通道143耦接至第二可加壓腔室122。第二壓力進給線路146設置於殼體112中且將第二壓力傳送通道144耦接至第二可加壓腔室122。因此，第二可加壓腔室122可以藉由通過壓力傳送通道143或144提供之流體加壓。
第一手動可移動插座147可與第一壓力進給線路145以介面連接。第一手動可移動插座147在第一位置時(見第2B圖)，可操作性地將第一壓力傳送通道143流體耦接至第二可加壓腔室122，以及在第二位置時(見第2C圖)，可操作性地將第一壓力傳送通道143與第二可加壓腔室122流體隔離。第二手動可移動插座148可以與第二壓力進給線路146以介面連接。第二手動可移動插座148在第一位置時(見第2B圖)，可操作性地將第二壓力傳送通道144流體耦接至第二可加壓腔室122，以及在第二位置時(見第2C圖)，可操作性地將第二壓力傳送通道144與第二可加壓腔室122流體隔離。研磨頭110可以包括穿過殼體112頂部111之一或多個開口151或穿過殼體112之側113的一或多個開口152，而能夠調整各手動可移動插座147、148。在某些實施中，穿過殼體112的個別開口(如開口151)用於各手動可 移動插座(如插座147)，其中各開口能夠調整個別手動可移動插座。在其他實施中，一個開口允許進出調整多個插座。在另一個實施中，各插座的部分延伸通過殼體112而能夠調整插座的定位。
在以下的描述中，下標「n」代表一群組元件中的最後一個元件，其中「n」係定義的整數(如「n」=10)或係定義的整數範圍(如「n」係介於五至十之間)。下標「i」代表一群組元件中個別但不是特定的元件，其中「i」可以夾持1至「n」之間的任何值。例如，對於一群組的十個腔室，其中全部腔室使用參考數字編號50，腔室50i代表腔室1至腔室10之間的任何腔室以及腔室50n代表第十個(10th)腔室。帶有下標「i」的元件沒有表示於圖示中。下標「iA」與下標「iB」分別代表與第i個(ith)元件連接或相關的第一子元件與第二子元件。例如，馬達751A與馬達751B可以代表與第一腔室501連接或相關的第一與第二馬達。
第2A圖係根據一個實施的研磨頭210之部分側面截面圖。研磨頭210可用於CMP系統或其他研磨系統中。研磨頭210包括固定環209外接的殼體212，固定環209用於固定基板50於研磨頭210中。彈性膜214固定至殼體212。彈性膜214包括接觸基板50的外表面215與面向殼體212內部218的內表面216。複數個可加壓腔室2201-220n與 2301-230n-1設置於殼體212中。各可加壓腔室220i與230i接觸彈性膜214的內表面216。最內部的可加壓腔室(即可加壓腔室2201)可接觸彈性膜214的內表面216的圓形、碟形或環形區域，而其他可加壓腔室2202-220n、2301-230n-1可與腔室2201同心且可接觸彈性膜214內表面216的環形區域。在其他實施中，可使用可加壓腔室相對於彈性膜214的不同幾何排列。
研磨頭210可包括相較研磨頭110更多的可加壓腔室(如可加壓室220i與230i)。研磨頭210包括「n」個單壓力腔室220i。在某些實施中，n係介於二至二十間的整數。在其他實施中，n可包括不同範圍的整數。各單壓力腔室220i耦接個別壓力傳送通道240i。各壓力傳送通道240i可繞出研磨頭210並繞上研磨頭軸208至個別壓力源，個別壓力源如上所述可係壓縮空氣或其他加壓流體的供應。在某些實施中，壓力傳送通道與研磨頭210或軸208中的另一個線路或通道耦接，而接著其他線路或通道耦接至壓力源。所示各壓力傳送通道240i終止於研磨頭內以維持圖示清楚，但各個壓力傳送通道240i具有用於將通過軸208分佈的另一個線路或通道之至少一連接。研磨頭210亦包括「n-1」雙壓力腔室230i，其中「n」再度係介於二至二十之間的整數。各雙壓力腔室230i通過兩個個別的壓力進給線路 250i(A,B)而分別與兩個壓力傳送通道240i,240i+1耦接。
手動可移動插座260i(A,B)可與各壓力進給線路250i(A,B)以介面連接。各手動可移動插座260i(A)可以設定至打開的第一位置(見第2B圖)以將雙壓力腔室230i流體耦接至壓力傳送通道240i，或各手動可移動插座260i(A)可設定至關閉的第二位置262(見第2C圖)以將雙壓力腔室230i與壓力傳送通道240i流體隔離。各手動可移動插座260i(B)可以設定至打開的第一位置261(見第2B圖)以將雙壓力腔室230i流體耦接至壓力傳送通道240i+1，或各手動可移動插座260i(B)可設定至關閉的第二位置262(見第2C圖)以將雙壓力腔室230i與壓力傳送通道240i+1流體隔離。研磨頭210可包括穿過殼體頂部211或側213的開口280i(A,B)而能夠調整各手動可移動插座260i(A,B)。只有兩個開口2802A與2802B顯示於圖示中以維持清楚，但是可以有用於各插座260i(A,B)的個別開口。在某些實施中，可以有用於超過一個插座的一個開口或用於全部插座的一個開口。在某些實施中，當插座的位置沒有改變時，開口可以關閉或密封。
在某些實施中，雙壓力腔室230i鄰近於各單壓力腔室220i。在此等實施中的某些實施，除了在殼體212中心與周邊的單壓力腔室外，如單壓力 腔室2201與220n，雙壓力腔室230i鄰近於在各單壓力腔室220i的其中一側之各單壓力腔室220i。在其他實施中，可以有彼此相鄰的多個單壓力腔室220i。在其他實施中，可以有彼此相鄰的多個雙壓力腔室230i。
第2B與2C圖係根據一個實施的第2A圖分別在打開與關閉位置中的插座2601A之放大截面圖。第1圖的研磨頭110中之插座147、148以及研磨頭210中的其他插座260i(A,B)可係跟插座2601A相同的或具有跟插座2601A相似的特徵。插座2601A包括具有螺紋266的固定件264而與螺紋連接部268以介面連接。插座2601A亦包括密封構件265以產生壓力傳送通道2401與壓力進給線路2501A間的密封件，壓力進給線路2501A係為雙壓力腔室2301進給之兩個壓力進給線路2501(A,B)中的一個。一或多個其他密封構件(未圖示)亦可包括有插座2601A，使得壓力傳送通道2401或壓力進給線路2501A中的加壓流體沒有於插座2601A附近洩漏。
第2B圖繪示在打開的第一位置261的插座2601A。在打開的第一位置260中，密封構件265自壓力傳送通道2401移除且來自壓力源的流體可以於固定件264元件附近流動而保留在壓力傳送通道2401中以加壓雙壓力腔室2301。第2C圖繪示在關閉的第二位置262的插座2601A。在關閉的第二 位置262中，放置密封構件265入壓力傳送通道2401以密封地阻斷壓力傳送通道2401中的加壓的流體以免到達雙壓力腔室2301。
螺紋連接部268可以係研磨頭殼體或研磨頭殼體中或上的其他元件之部分。嚙合插座2601A的螺紋連接部268示於第2B與2C圖中的壓力傳送通道2401之下，但螺紋連接部268於不同實施中可置放於其他位置。在具有螺紋構件的插座之一個實施中，螺紋構件可與位於壓力傳送通道上的螺紋連接部以介面連接，且與固定件的端部連接之密封柱塞可向下延伸通過壓力傳送通道以當插座關閉時阻斷加壓的流體。於壓力傳送通道之上具有螺紋連接部可允許插座完全自壓力傳送通道移除，使得當插座在打開位置時流體流動沒有阻礙。在某些實施中，整個插座2601位於研磨頭殼體內。在其他實施中，插座的部分可以延伸通過研磨頭殼體。
使用插座(如插座2601A)提供諸多優點。因為插座2601A只包括很少元件(如固定件264與密封構件265)，所以插座2601A具有只佔了研磨頭空間的一小部分之小佔地面積(footprint)。該小佔地面積允許多個插座與其他控制特徵被置放於研磨頭內。另一方面，在研磨頭內存有的有限空間中，可能沒有足夠的空間用於更大的流體控制或電子裝置。再者，可以藉由使用常用的手動工具(如螺絲 起子或內六角板手)來快速且相對容易地完成插座位置的改變。以手動操作改變插座的位置移除如果於研磨頭中使用各腔室內壓力的任何自動或電子控制將需要的任何額外元件或配線之需求。最後，如螺紋固定件與密封構件的元件係相對便宜且因此對於研磨頭的整體材料加了少許成本。
參考第2A-2C圖與第3圖，描述一種用於以研磨頭研磨基板的方法300。雖然該方法結合第2A-2C圖的系統而描述，但是發明所屬領域具有通常知識者將瞭解經配置而依任何順序執行該等方法步驟的任何適當調整之研磨頭係在所揭露的實施之範圍內。可執行方法300於研磨頭210上。
在方塊302，第一基板(如基板50)固定於研磨頭210的彈性膜214。在方塊304，研磨固定於研磨頭210中的第一基板。在方塊306，藉由對研磨頭210內的複數個可加壓腔室2201-220n與2301-230n-1加壓而將第一壓力分佈施於第一基板上，而同時研磨基板。在方塊308，第一基板自研磨頭210移除。
在方塊310，改變設置於研磨頭中的至少兩個插座260i(A,B)的位置能夠將第二壓力分佈施於彈性膜214上。例如，為了將第一壓力分佈改變為第二壓力分佈，插座2601A可自打開的第一位置261改變至關閉的第二位置262，以及插頭2601B可 自關閉的第二位置262改變至打開的第一位置261。在第一壓力分佈中，雙壓力腔室2301中的壓力匹配單壓力腔室2201中的壓力，以及在第二壓力分佈中，雙壓力腔室2301中的壓力匹配單壓力腔室2202中的壓力。當切換壓力分佈時，兩個、兩個以上或全部插座260i(A,B)的位置可被改變。壓力分佈可自正在處理的基板的中心至邊緣增加或減少壓力。對於某些壓力分佈，壓力可於自基板中心至邊緣增加與減少壓力之間交替。
可藉由插入工具(如螺絲起子)通過殼體212的頂部211或側213中的一或多個開口280i(A,B)來改變插座260i(A,B)的位置。開口280i(A,B)中的至少一個可以與第一插座2601A對準。改變第一插座2601A的位置可以進一步包括旋轉工具以將第一插座2601A自打開的第一位置261移動至關閉的第二位置262。打開的第一位置261係可操作性地將第一雙壓力腔室2301流體耦接至第一單壓力腔室2201，以及關閉的第二位置261係可操作性地將第一雙壓力腔室2301自第一單壓力腔室2201流體隔離。改變剩下的插座260i(A,B)的位置可以具有與改變插座2601A位置相同或相似的功能。
在方塊312，第二基板固定至研磨頭210的彈性膜214。在方塊314，研磨固定於研磨頭 210中的第二基板，而同時第二壓力分佈施於第二基板上。
第4圖係根據另一個實施的CMP系統400之側面截面圖。CMP系統400與具有諸多相同特徵與元件的CMP系統100相同。CMP系統400沒有包括任何雙壓力腔室，如CMP系統100的第二可加壓腔室122。CMP系統400亦沒有包括任何內部插座，如CMP系統100的插座147、148。
CMP系統400包括研磨組件401。研磨組件401可以包括研磨頭410與研磨墊475。研磨頭410夾持基板50(以虛線表示)以接觸研磨墊475的研磨表面480。研磨墊475設置於平臺476上。平臺476藉由平台軸482而與馬達484耦接。當CMP系統400研磨基板50時，馬達484繞平臺軸482的軸旋轉平臺476，而因此旋轉研磨墊475的研磨表面480。
研磨墊410包括固定環409外接的殼體413。彈性膜414固定至殼體413。彈性膜414包括接觸基板50的外表面415以及面向殼體413內部418之內表面416。複數個可加壓腔室421、422、423設置於殼體413中。各可加壓腔室421、422、423接觸彈性膜414的內表面416。複數個可加壓腔室包括至少第一可加壓腔室421、第二可加壓腔室422與第三可加壓腔室423。可加壓腔室421-423 於彈性膜414的中心線附近以同心排列。最內部的可加壓腔室(即可加壓腔室421)接觸彈性膜414的內表面416之圓形區域，而其他可加壓腔室422、423接觸彈性膜414的內表面416之環形區域。在其他實施中，可使用相對於彈性膜414不同的可加壓腔室幾何排列。
研磨組件401進一步包括旋轉管套節405與具有第一端411及第二端412的旋轉軸408。旋轉管套節405與旋轉軸408於靠近旋轉軸408的第一端411處耦接。旋轉管套節405准許流體流動以對可加壓腔室421-423加壓，而軸408同時旋轉。研磨頭410與旋轉軸408的第二端412耦接。旋轉致動器或馬達406與旋轉軸408於靠近第一端411處耦接。馬達406繞相對於研磨墊475的研磨表面480之旋轉軸而旋轉研磨頭410。複數個壓力傳送通道451-453穿過旋轉軸408而自第一端411至第二端412並進入研磨頭410而分佈。各壓力傳送通道451-453將旋轉管套節405耦接至可加壓腔室421-423中的一個。在某些實施中，研磨組件401可包括三至十之間的可加壓腔室以及三至十之間的壓力傳送通道，但其他實施可包括少如兩個或大於十個可加壓腔室或壓力傳送通道。
靠近旋轉軸408的第一端411，軸408亦與馬達402耦接，馬達接著耦接至臂470。馬達 402相對於臂470以線性運動(X與(或)Y方向)將研磨頭410側向移動。研磨組件401亦包括致動器或馬達404以將研磨頭410以相對於臂470與(或)研磨墊475的Z方向移動。馬達404、402與406將研磨頭410相對於研磨墊475的研磨表面480定位與(或)移動。馬達404與406將研磨頭410相對於研磨表面480旋轉，並提供向下的力以促使基板50於處理期間抵靠研磨墊475的研磨表面480。
CMP系統400亦包括三個壓力源441、442與443。各壓力源441-443可以提供不同壓力給研磨頭410的可加壓腔室421-423。CMP系統400包括三各壓力源441-443，但其他實施可包括兩個壓力源或大於三個壓力源。在一個實施中，壓力源441-443包括壓縮的空氣，但可使用其他的加壓流體。
CMP系統400亦包括壓力切換組件460。壓力切換組件460係可操作性地切換施於研磨頭410中的可加壓腔室421-423之壓力。壓力切換組件包括與複數各壓力源441-443耦接的輸入471、472、473以及與壓力傳送通道451、452、452耦接的輸出461、462、463，壓力傳送通道451、452、452個別通過旋轉管套節405。在某些實施中，有從壓力切換組件460至旋轉管套節405的輸出線路(如輸出461)係用於各可加壓腔室 421-423。壓力切換組件460包括九個閥4511-4513、4521-4523與4531-4533。各群組閥(如閥4511-4513)可以用於將壓力源441-443的任何一個耦接至壓力傳送通道中的一個(如壓力傳送通道451)以及最後耦接至可加壓腔室中的一個(如可加壓腔室421)。在一個實施中，該組閥包括一數量的閥，該等閥的數量等於壓力源的數量乘以可加壓腔室的數量之乘積，而能夠使各壓力源施於各可加壓腔室以及各可加壓腔室可用不同壓力源加壓。在某些實施中，可有比壓力源更多的可加壓腔室或可有比可加壓腔室更多的壓力源。
當壓力切換組件460在第一狀態時，可操作性地將複數個壓力源441-443中的第一壓力源441耦接至第一壓力傳送通道451以及將複數個壓力源441-443中的第二壓力源442耦接至第二壓力傳送通道452。第一狀態可由正打開的閥4511與4522以及正關閉的閥4512、4513與4521、4523表示。壓力切換組件460在第二狀態時，可操作性地將第二壓力源442耦接至第一壓力傳送通道451以及將第一壓力源441耦接至第二壓力傳送通道452。第二狀態可由正打開的閥4512與4521以及正關閉的閥4511、4513與4522、4523表示。
在一個實施中，壓力切換組件包括與控制器490耦接的一組自動閥以允許閥的電子控制。控 制器490可基於正研磨的基板之類型而自動切換閥的位置。
本說明書所述的CMP實施說明橫跨研磨頭不同區域所施的壓力分佈如何可以快速調整，其減少設備的停機時間以及增加可以用給定研磨頭處理的基板類型。參照第2A圖，研磨頭210藉由允許快速切換施於雙壓力腔室230i的壓力而減少停機時間，藉由改變與腔室耦接的通道中的插座260i(A,B)的位置來快速切換施於雙壓力腔室230i的壓力。參照第4圖，CMP系統400藉由允許透過使用壓力切換組件460來快速切換施於壓力傳送通道451-453中的一或多個之壓力而減少停機時間。
研磨頭110與210亦可藉由允許探索額外的壓力分佈而改善產品品質。如以上所述，研磨頭的受限空間與可旋轉軸在可以與研磨頭耦接的壓力傳送通道的數量上設了限制。該限制(constraint)限制了當各可加壓腔室只與一個壓力傳送通道耦接時，可以包含於研磨頭中的可加壓區域的數量。研磨頭110與210中的雙壓力腔室各自通過兩個壓力進給線路而與兩個壓力傳送通道耦接，兩個壓力進給線路允許壓力供應至各雙壓力腔室而於兩個壓力源間快速切換，而不需加任何額外的通道或供應線路至可旋轉軸。各雙壓力腔室允許於兩個鄰近單壓力腔室間探索額外的壓力分佈。此外，一個研磨頭中複數個雙 壓力腔室的相加能產生的組合允許於跨基板的表面探索甚至更多的壓力分佈。隨著有更多可用的壓力分佈，可以有更客製化的分佈符合各基板，而改善產品品質。
壓力切換組件460亦允許研磨頭中的壓力快速切換而不需加入任何移動或電子元件於研磨頭中。將壓力切換組件放置於研磨頭外亦允許更簡單的維護與服務，因為沒有如當壓力切換裝置置於研磨頭內時與受限空間相關的問題。壓力切換組件使壓力能夠供應至研磨頭中的不同可加壓腔室以作遠端調整，甚至係在研磨期間。此外，將壓力切換組件遠離研磨頭允許調整壓力而不需與研磨頭有任何接觸，而減少損害研磨頭或引入任何污染進研磨頭的風險。
雖然前面所述係針對特定實施例，但在不違背本發明的基本範圍下，可設計其他與進一步的實施例，而本發明之範圍由以下的專利申請範圍決定。
50‧‧‧基板
100‧‧‧CMP系統
102‧‧‧馬達
104‧‧‧馬達
106‧‧‧馬達
108‧‧‧軸
109‧‧‧固定環
110‧‧‧研磨頭
111‧‧‧頂部
112‧‧‧殼體
113‧‧‧側
114‧‧‧彈性膜
115‧‧‧外表面
116‧‧‧內表面
117‧‧‧旋轉軸
118‧‧‧內部
121‧‧‧第一可加壓腔室
122‧‧‧第二可加壓腔室
123‧‧‧第三可加壓腔室
143‧‧‧第一壓力傳送通道
144‧‧‧壓力傳送通道
145‧‧‧第一壓力進給線路
146‧‧‧第二壓力進給線路
147‧‧‧第一手動可移動插座
148‧‧‧第二手動可移動插座
151‧‧‧開口
152‧‧‧開口
170‧‧‧臂
175‧‧‧研磨墊
176‧‧‧平臺
180‧‧‧研磨表面
182‧‧‧平臺軸
184‧‧‧馬達
186‧‧‧軸

Claims (20)

  1. 一種用於化學機械平坦化的研磨頭，包括：一殼體；一彈性膜，該彈性膜固定於該殼體，該彈性膜包含一外表面與一內表面，該外表面接觸一基板，該內表面面向該殼體的一內部；複數個可加壓腔室，該複數個可加壓腔室設置於該殼體中且接觸該彈性膜的該內表面，該複數個可加壓腔室包含至少一第一可加壓腔室、一第二可加壓腔室與一第三可加壓腔室；一第一壓力傳送通道，該第一壓力傳送通道設置在該殼體中且與該第一可加壓腔室耦接；一第二壓力傳送通道，該第二壓力傳送通道設置在該殼體中且與該第三可加壓腔室耦接；一第一壓力進給線路，該第一壓力進給線路設置於該殼體中且將該第一壓力傳送通道耦接至該第二可加壓腔室；一第二壓力進給線路，該第二壓力進給線路設置於該殼體中且將該第二壓力傳送通道耦接至該第二可加壓腔室；一第一手動可移動插座，該第一手動可移動插座與該第一壓力進給線路以介面連接，該第一手動可移 動插座可操作性地在一第一位置時將該第一壓力傳送通道流體耦接至該第二可加壓腔室，以及在一第二位置時將該第一壓力傳送通道與該第二可加壓腔室流體隔離(fluidly isolate)；及一第二手動可移動插座，該第二手動可移動插座與該第二壓力進給線路以介面連接，該第二手動可移動插座可操作性地在一第一位置時將該第二壓力傳送通道流體耦接至該第二可加壓腔室，以及在一第二位置時將該第二壓力傳送通道與該第二可加壓腔室流體隔離。
  2. 如請求項1所述之研磨頭，進一步包括穿過該殼體的一頂部之一開口，該開口能夠調整該第一手動可移動插座。
  3. 如請求項1所述之研磨頭，進一步包括穿過該殼體的一側之一開口，該開口能夠調整該第一手動可移動插座。
  4. 如請求項1所述之研磨頭，其中該複數個可加壓腔室包括：「n」個單壓力腔室，各單壓力腔室與一個別的壓力傳送通道耦接；及「n-1」個雙壓力腔室，各雙壓力腔室透過兩個個別的壓力進給線路而個別地與兩個壓力傳送通道耦接，其中「n」係介於二至二十之間的一整數。
  5. 如請求項4所述之研磨頭，其中一雙壓力腔室鄰近於各單壓力腔室。
  6. 如請求項4所述之研磨頭，進一步包括一手動可移動插座，該手動可移動插座與各壓力進給線路以介面連接。
  7. 如請求項6所述之研磨頭，進一步包括用於各手動可移動插座的穿過該殼體之一個別開口，各開口能夠調整一個別的手動可移動插座。
  8. 如請求項6所述之研磨頭，其中各手動可移動插座包括一螺紋緊固件。
  9. 如請求項8所述之研磨頭，其中各插座進一步包括一或多個密封構件。
  10. 如請求項9所述之研磨頭，其中n係四。
  11. 一種用於化學機械平坦化的研磨系統，包括：一研磨組件，該研磨組件包含：一可旋轉軸，該可旋轉的軸具有一第一端與一第二端；一旋轉管套節(rotary union)，該旋轉管套節與該可旋轉軸於靠近該可旋轉軸的該第一端處耦接；一研磨頭，該研磨頭與該可旋轉軸的該第二端耦 接，該研磨頭可由該軸的旋轉而旋轉，該研磨頭包含一殼體；一彈性膜，該彈性膜接觸一基板，該彈性膜固定於該殼體；及複數個可加壓腔室，該複數個可加壓腔室係在該殼體中且接觸該彈性膜；複數個壓力傳送通道，該複數個壓力傳送通道穿過該軸而自該第一端至該第二端且進入該研磨頭分佈，各壓力傳送通道將該旋轉管套節耦接至一個可加壓腔室；複數個壓力源；及一壓力切換組件，該壓力切換組件具有與該複數個壓力源連接的一輸入以及與該旋轉管套節耦接的一輸出，該壓力切換組件在一第一狀態時可操作地將該複數個壓力源中的一第一壓力源耦接至一第一壓力傳送通道及將該複數個壓力源中的一第二壓力源耦接至一第二壓力傳送通道，以及在一第二狀態時可操作地將該第二壓力源耦接至該第一壓力傳送通道及將該第一壓力源耦接至該第二壓力傳送通道。
  12. 如請求項11所述之研磨系統，其中該壓力切換組件包括一組四個或四個以上閥。
  13. 如請求項12所述之研磨系統，其中該 壓力切換組件包括一組自動閥，該組自動閥與一控制器耦接。
  14. 如請求項13所述之研磨系統，其中該組閥包括一數量的閥，該等閥的數量等於該等壓力源的數量乘以該等可加壓腔室的數量之一乘積。
  15. 如請求項13所述之研磨系統，其中該研磨組件包括三至十個之間的可加壓腔室以及三至十個之間的壓力傳送通道。
  16. 一種以一研磨頭研磨一基板的方法，該研磨頭包括一殼體；一彈性膜，該彈性膜固定於該殼體，該彈性膜包含一外表面與一內表面，該外表面接觸該基板，該內表面面向該殼體的一內部；複數個可加壓腔室，該複數個可加壓腔室包含兩個或兩個以上的單一壓力腔室與一或多個雙壓力腔室，該複數個可加壓腔室設置於該殼體中且接觸該彈性膜的該內表面；複數個壓力進給線路，各壓力進給線路將一個雙壓力腔室耦接至一個單壓力腔室；及一手動可移動插座，該手動可移動插座設置於該等壓力進給線路的各者中，該方法包括以下步驟：將一第一基板固定至該研磨頭的該彈性膜；研磨固定於該研磨頭中的該第一基板； 藉由對該研磨頭內的該複數個可加壓腔室加壓而施一第一壓力分佈於該第一基板上；將該第一基板自該研磨頭移除；改變設置於該研磨頭中的至少兩個插座之一位置而能夠將一第二壓力分佈施於該彈性膜上；將一第二基板固定於該研磨頭的該彈性膜；及研磨固定於該研磨頭中的該第二基板而同時將該第二壓力分佈施於該第二基板上。
  17. 如請求項16所述之方法，其中各手動可移動插座係帶有一或多個密封構件的一螺紋緊固件。
  18. 如請求項17所述之方法，其中改變設置於該研磨頭中的至少兩個插座之一位置的該步驟包括將一工具插入通過該殼體的一頂部中的一開口，其中該開口與一第一插座對齊。
  19. 如請求項18所述之方法，進一步包括以下步驟：旋轉該工具而將該第一插座自一第一位置移動至一第二位置，其中該第一位置係可操作性地將一第一雙壓力腔室流體耦接至一第一單壓力腔室，以及該第二位置係可操作性地將該第一雙壓力腔室自該第一單壓力腔室流體隔離。
  20. 如請求項17所述之方法，其中改變設置於該研磨頭中的至少兩個插座之一位置的該步 驟包括以下步驟：將一工具插入通過該殼體的一側中的一開口，其中該開口與一第一插座對齊；及旋轉該工具而將該第一插座自一第一位置移動至一第二位置，其中該第一位置係可操作性地將一第一雙壓力腔室流體耦接至一第一單壓力腔室以及該第二位置係可操作性地將該第一雙壓力腔室自該第一單壓力腔室流體隔離。
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