CN1383198A

CN1383198A - 作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法

Info

Publication number: CN1383198A
Application number: CN 01109788
Authority: CN
Inventors: 林启发
Original assignee: Winbond Electronics Corp
Current assignee: Winbond Electronics Corp
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-12-04

Abstract

本发明为一种作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法,是在压力零件及晶片组合体中覆盖压力感测薄膜,利用压力感测薄膜的受压成像原理通过数字影像仿真分析产生数字资料,以分析各种晶片表面压力零件在各种操作条件下的压力分布,由此可用来建立数据库以便于各种压力相关零件的产品开发、检测诊断、更新维护,以提高晶片的成品质量。

Description

作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法

本发明是关于一种晶片表面压力分布数据测量、回馈与修正方法，且特别是有关于一种压力零件(如：化学机械研磨装置的晶片夹持装置及研磨垫、传送晶片用的机械手臂等)的压力分布测量回馈与修正的方法。

本发明利用压力感测薄膜的受压成像原理以数字影像仿真分析产生数字资料，藉以分析各种晶片表面压力相关零件在各种操作条件下的压力分布，因此可用来建立数据库以便于各种压力相关零件的产品开发、检测诊断、更新维护。

在超大规模集成电路芯片(ULSI chip)的化学机械研磨制造工艺中，各种相关压力零件，如化学机械研磨装置的施压零件(pressurecomponent)、抗静电夹头(electro-static-chuck)、机械手臂(mechanical arm)、晶片夹具(wafer clamp)在晶片阶段的压力分布均会对晶片制作过程的质量、成品率造成极大影响。不过，IC业界却没有能力直接绘图(mapping)、计算(numerate)、仿真(simulate)、预测(forecasting)、修正这些压力零件在各种操作条件下的压力分布，但这的确能够帮助IC产品制作过程中晶片表面平坦性及晶片生产成品率的改善。

第1图即是现有化学机械研磨装置的示意图。如第1图所示，欲进行化学机械研磨制作过程的晶片10会放置在晶片夹持装置(holder)12的表面，并推向涂有研浆(图中未示)的研磨垫14以进行化学机械研磨。晶片夹持装置12的主体是由钢体构成，其周围设置有橡圈16以环绕放置其上的晶片10，中央则设置有气孔18以透过气压原理将晶片10吸附在晶片夹持装置12的表面。研磨垫14则是由复合材料组成，其表面设置有各种线路(如：格子状、同心圆、辐射状等)以改善研磨垫14的压力分布。在这个例子中，无论是设置在晶片夹持装置12周围的橡圈16、自晶片夹持装置12中央气孔18施加的吸附力、研磨垫14的材质(如：纤维种类、弹性系数、纤维粗细、重量百分比...)、研磨垫14表面的图案等均可能对化学机械研磨工艺的结果造成重要影响。因此，只要能够建立一个有关于各种压力零件在各种操作条件下压力分布的数据库，便可以帮助各种压力零件进行产品开发、检测诊断、维护、控制。

另外，第2图的A图及B图则是现有晶片传送装置的示意图。如第2A图及B图所示，晶片传送装置可以是抗静电夹头或晶片夹，用以将晶片传送于各反应室之间。以传送晶片的机械手臂为例，机械手臂的主体是由钢体22所构成，其中央设置有气孔24或吸盘24′以吸附欲传送的晶片20，四周则会设置有固定尖爪26或固定橡圈26′以防止欲传送晶片20的偏移。在A图中，主体中央及四周是由气孔24及固定尖爪26固定放置其上的晶片20。在第2B图中，主体中央及四周则是由吸盘24′及固定橡圈26′固定放置其上的晶片20。与第1图相同，气孔24或吸盘24′的吸力、自固定尖爪26或固定橡圈26′施加的压力等均会影响到欲传送晶片20的表面压力分布。当吸盘24′或气孔24的吸力过小，欲传送的晶片20可能会松脱。当吸盘24′或气孔24的吸力过大，欲传送的晶片20可能会变形或断裂。当固定橡圈26′或固定尖爪26的抓力过小，欲传送的晶片20可能会松脱。当固定橡圈26′或固定尖爪26的抓力过大，欲传送的晶片20则可能会变形或断裂。

本发明的主要目的就是提供一种作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈方法，通过该方法得到压力零件在各种操作条件下的压力资料，其可以针对不同操作条件选定合适的压力控制参数，以改善制作过程的效率及成品率，且可用来建立数据库以便于各种压力零件的产品开发、检测诊断、维护与控制。

本发明的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法是首先将压力感测薄膜覆盖于压力零件与晶片的组合中；接着，使压力相关零件在不同条件下动作，以对压力感测薄膜进行不同程度的施压，进而得到对应不同条件的压力图像数据；压力零件在不同条件下的压力分布的图像数据的数字化由数字仿真器产生获得。

本发明提供另一种作用于晶片表面压力零件的压力分布数据测量与回馈的方法，其步骤包括，在晶片表面相关零件、晶片及在上述组合中设置一层压力感测薄膜；接着，使上述组合操作于不同条件下，以对上述压力感测薄膜施行不同程度的压力，进而得到对应各种条件的图像数据；将这些图像数据数字化，即通过数字仿真器产生该压力零件在不同条件下的压力分布；对不同条件下的压力分布分别运算其压力平均值分布图，即取得不同条件之压力平均值分布图的变化曲线，由仿真处理器计算出最佳补偿值。

在本发明的作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈的方法中，压力感测薄膜可以由两个聚合物薄膜接合而成，其表面分别覆盖有显色材料层及感色材料层，且两个聚合物薄膜是由覆盖有显色材料层及感色材料层的两个表面彼此接合。或者，压力感测薄膜亦可以由一个聚合物薄膜组成，其表面依序覆盖有感色材料层及显色材料层。其中，显色材料层可以由微泡胶材料所组成。

另外，在本发明的作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈的方法中压力零件可以是化学机械研磨装置的晶片夹持装置、化学机械研磨装置的研磨垫、传送晶片的机器手臂。

在本发明的方法中的图像数据可以通过扫描仪或数字相机获取，由影像处理装置数字化，并利用仿真处理器进行比对，以仿真上述压力零件在各种操作条件下的压力分布数据，由此量化的数据回馈到控制系统以开发新机械零件，调整压力输出参数，检测诊断异常问题等。

本发明的作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈的方法的优点是：

1、可直接测量各种压力零件的压力分布，因此各种压力零件的更换与维护能够更为方便，有利于产品开发及检测诊断；

2、提高晶片的生产质量及生产效率。

附图简要说明：

第1图是现有化学机械研磨装置的示意图；

第2图是现有晶片传送装置的示意图；

第3图是本发明化学机械研磨装置中晶片夹持装置及研磨垫的压力分布测量方法的示意图；

第4图是本发明晶片传送装置的压力相关零件的示意图；

第5图是本发明压力感测薄膜的剖面图；

第6图是本发明晶片表面压力零件的压力数据分布测量方法的流程图。

下面配合附图举例对本发明的作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈的方法作详细说明

实施例：

参考第3图，此为本发明化学机械研磨装置中晶片夹持装置的压力分布测量方法的示意图。如第3图中A图所示，欲进行化学机械研磨制作过程的晶片30会放置在晶片夹持装置(holder)32的表面，并推向涂有研浆(图中未示)的研磨垫34以进行化学机械研磨。晶片夹持装置32的主体是由钢体构成，其周围设置有橡圈36以环绕放置其上的晶片30，中央则设置有气孔38以透过气压原理将晶片30吸附在晶片夹持装置32的表面。研磨垫34则是由复合材料组成，其表面设置有各种线路(如：格子状、同心圆、辐射状等)以改善研磨垫34的压力分布。为测量晶片夹持装置在各种操作条件下的压力分布，如：设置在晶片夹持装置32周围的橡圈36、自晶片夹持装置32中央气孔38施加的吸附力、研磨垫34的材质(如：纤维种类、弹性系数、纤维粗细、重量百分比...)、研磨垫34表面的图案等，晶片夹持装置32的表面会贴上一层压力感测薄膜PSF1。

压力感测薄膜PSF1如第5图中A图所示，可以由两层聚合物薄膜(Polyester base)A1、C1所接合而成。聚合物薄膜A1的表面覆盖有显色材料层(Color-forming layer)B1。聚合物薄膜C1的表面则覆盖有感色材料层(Color-developing layer)D1。聚合物薄膜A1、C1则是利用覆盖显色材料层B1、感色材料层D1的表面彼此接合。另外，如第5图中B图所示，压力感测薄膜PSF1亦可以由聚合物薄膜A2所组成，其表面依序覆盖有感色材料层D2及显色材料层B2。在第5图的A图及B图中，显色材料层B1、B2可以由许多含有显色材料的微色囊(Microcapsule)所组成。当压力感测薄膜PSF1承受压力时，显色材料层B1、B2的微色囊便会破裂并释放其中的显色材料，使释放的显色材料则与感色材料层D1、D2反应，以产生不同程度的颜色。利用粒子尺寸控制(PSC)技术，微色囊可设计成根据承受压力释放不同浓度或颜色的显色材料。由此，压力感测薄膜PSF1的压力分布可直接由施压后得到的图像颜色或浓度判读。

接着，晶片夹持装置32便可以放置欲进行化学机械研磨制作过程的晶片30，并如现有方法进行化学机械研磨制作过程。如此，晶片夹持装置32在各种操作条件下的压力分布便可以利用压力感测薄膜PSF1的受压成像特性，直接从其受压得到的图像数据中测量获得。

类似地，第3图中B图则是本发明化学机械研磨装置中研磨垫的压力分布测量方法的示意图。与第3图中A图不同的是，在这个例子里，压力感测薄膜PSF2是贴在研磨垫34的表面，使研磨垫34在各种操作条件下的压力分布便可以利用压力感测薄膜PSF2的受压成像特性，直接从其受压得到的图像数据中测量得到。

第4图即本发明测量晶片传送装置的示意图。与第2图相似，晶片传送装置(如机械手臂)的主体是由钢体42所构成，其中央设置有气孔44或吸盘44′以吸附欲传送的晶片40，四周则会设置有固定尖爪46或固定橡圈46′以防止欲传送晶片20的偏移。第4图中的A图是在晶片传送装置的主体42中央及四周设置气孔44及固定尖爪46，第4图中的B图则是在晶片传送装置的主体42中央及四周设置吸盘44′及固定橡圈46′。在第4图的A图及B图，为测量晶片传送装置在各种操作条件下的压力分布，其表面会贴上一层压力感测薄膜PSF3，如上所述。如此，晶片传送装置便可调整至各种条件下操作，如自气孔44施加的吸力及自固定尖爪46施加的支撑力，以统计晶片传送装置在各种操作条件下的压力分布。

第6图即本发明的作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈方法的流程图。

首先，在步骤1中，提供一压力零件，如：化学机械研磨装置中的压力零件(如：晶片夹持装置、研磨垫)及用来传送晶片的晶片传送装置(如：机械手臂)。

接着，在步骤2中，利用压力零件夹持欲进行化学机械研磨或传送的晶片。例如，以晶片夹持装置或晶片传送装置夹持欲进行处理的晶片。

然后，在步骤3中，将压力感测薄膜PSF贴在欲测量压力的压力零件(如化学机械研磨装置中的晶片夹持装置、研磨垫34及用于传送晶片的机械手臂)的表面。

接着，在步骤4中，将覆盖有压力感测薄膜PSF的压力零件操作于各种条件下，例如：自晶片夹持装置32中央设置的气孔38施加不同大小的吸力、...。并且，在步骤5中，对覆有压力感测薄膜的组合体施加压力，以得到各种对应的图像数据。

接着，在步骤6中，分解上述组合，并利用影像处理器(如扫描仪、数字相机)抓取压力感测薄膜PSF上的图像数据。

接着，在步骤7中，利用仿真处理器比对图像数据的颜色或浓度分布，以将压力相关零件在各种的压力分布数字化，进而得到晶片阶段的压力分布，如步骤8所示。

接着，在步骤9中，将上述步骤所得到的对应结果(各种电路图案及压力分布的关连)储存于数据库，提供给电路设计者或电路分析者以有助于压力零件的开发或建立相关制作过程的模型或准则，如步骤10所示。

综上所述，本发明所提压力相关零件的压力分布测量方法是利用压力感测薄膜的受压成像原理以推测压力相关零件在各种操作条件下的压力分布情形，因此可用来建立数据库以便于各种压力相关零件的产品开发、检测诊断、更换维护。

另外，本发明所提供的作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈方法可针对不同操作条件选定合适的压力零件，以改善制作过程的效率及生产成品率。

再者，本发明所提供的作用于晶片表面压力零件的压力数据分布测量与回馈方法可直接测量各种压力零件的压力分布，因此各种压力零件的更换与维护能够更为方便。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟知本领域技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书结合说明书和附图的范围所界定者为准。

Claims

1.一种作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征是：

提供一作用于晶片的压力零件及晶片；

将一压力感测薄膜覆盖在作用于一晶片的压力零件及晶片组合中；

使该压力零件在不同条件下动作，以对该压力感测薄膜进行不同程度的施压，进而得到对应不同条件的压力图像数据；

将该些图像数据数字化，由数字仿真器产生该压力零件在不同条件下的压力分布。

2.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力感测薄膜具有两聚合物薄膜，其表面分别覆盖有一显色材料层及一感色材料层，且两聚合物薄膜是以该两覆盖层表面彼此接合的。

3.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力感测薄膜具有一聚合物薄膜，其表面依次覆盖有一感色材料层及一显色材料层。

4.根据权利要求2或3所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：显色材料层是由许多含有显色材料的微色囊所组成。

5.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力零件为化学机械研磨装置的晶片夹持装置。

6.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力零件为化学机械研磨装置的研磨垫。

7.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力零件为晶片传送装置。

8.根据权利要求7所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：晶片传送装置为机器手臂。

9.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：图像数据是由一扫描仪扫描该压力感测薄膜得到的。

10.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：图像数据是由一数字相机对该压力感测薄膜照相得到的。

11.根据权利要求1所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：图像数据是由一影像处理装置数字化。

12.根据权利要求11所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：数字化压力分布资料是由一仿真处理器以模糊比对，回归分析等方法获得。

13.一种作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征是：

设一组件和晶片；

使压力零件在不同条件下动作，以对该压力感测薄膜进行不同程度的施压，进而得到对应不同条件的压力图像数据；

将这些图像数据数字化，通过数字仿真器产生该压力零件在不同条件下的压力分布；

对不同条件下的压力分布分别运算其压力平均值分布图，以取得不同条件的压力平均值分布图的变化曲线，由仿真处理器计算出最佳补偿值。

14.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力感测薄膜具有两聚合物薄膜，其表面分别覆盖有一显色材料层及一感色材料层，且两聚合物薄膜是以该两覆盖层表面彼此接合的。

15.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力感测薄膜具有一聚合物薄膜，其表面依次覆盖有一感色材料层及一显色材料层。

16.根据权利要求14或15所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：显色材料层是由许多含有显色材料的微色囊所组成。

17.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力零件为化学机械研磨装置的晶片夹持装置。

18.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力零件为化学机械研磨装置的研磨垫。

19.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：压力零件为晶片传送装置。

20.根据权利要求19所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：晶片传送装置为机器手臂。

21.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：图像数据是由一扫描仪扫描该压力感测薄膜得到的。

22.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：图像数据是由一数字相机对该压力感测薄膜照相得到的。

23.根据权利要求13所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：图像数据是由一影像处理装置数字化。

24.根据权利要求23所述的作用于晶片表面压力零件的压力分布测量与回馈方法，其特征还在于：数字化压力分布资料是由一仿真处理器以模糊比对，回归分析方法获得。