TW201700216A - 硏磨墊之修整裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種修整裝置，用來修整在研磨台上的研磨墊。該裝置包括：修整器，係組構成藉由對研磨墊的上表面進行施壓來修整研磨墊，該修整器可操作成在包含研磨墊上表面的預定範圍內擺動；以及修整器預處理裝置，係組構成用來預處理修整器，該修整器預處理裝置係設置在研磨墊上表面外側之該預定範圍的一部分。

Description

研磨墊之修整裝置
本發明係有關一種方法與裝置，用以藉由將修整器施壓頂抗於研磨墊而修整在研磨台上的研磨墊，本發明也有關一種研磨墊的輪廓量測方法、一種基板的研磨裝置、以及一種基板的研磨方法。
近來在半導體元件高度整合技術上的進步，使得互連件(interconnect)之間的佈線型樣(wiring patterns)更小並且距離更窄。光微影(photolithography)是元件製程的其中一步。在光微影製程中的步進機需要非常平的影像平面(image plane)，特別是當製作最寬只有0.5μm的互連件時，因為焦點的深度很小之故。因此便會使用實施化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing,CMP)的研磨裝置，來平面化半導體晶圓的表面。
傳統上，如第1圖所示，此種形式的研磨裝置通常包括：研磨台102，在其上表面固持用以提供研磨面之研磨墊(或是研磨布)100；頂環104，用來固持基板(例如，半導體晶圓)W，也就是要被研磨的工件。頂環104會旋轉基板W，並且以固定的壓力將基板W施壓頂抗於旋轉中的研磨 台102上的研磨墊100，同時，噴嘴106會供應研磨液到研磨墊100上面，藉此將基板W的表面磨光成平坦的鏡面。可使用的研磨液的例子包括具有研磨粒懸浮在其中的鹼性溶液，而研磨粒則諸如二氧化矽微粒。藉由採用此類研磨液，基板W係藉由鹼性溶液的化學研磨作用以及研磨粒的機械研磨作用之結合而被化學地與機械地研磨。
該研磨裝置也具有修整裝置，其係配置在研磨台102的旁邊。此修整裝置包括修整器108，用來修復經過研磨過程而劣化之研磨墊100的研磨面。修整器108被組構成以自己的軸心來旋轉，並會使其修整面接觸到旋轉中的研磨台102上之研磨墊100的研磨面，藉此移除在研磨面上的研磨液以及碎屑，並能平面化和修整研磨墊100的研磨面。通常會採用鑽石修整器來作為修整器108，以刮拭和平面化研磨墊100的研磨面。修整後的研磨面之均勻度會對後續基板研磨過程中的研磨準確度影響很大。
當以新的修整器汰換修整器108時，會發生下面的問題。因為個別的修整器其性質不同，新的修整器可能會具有不同的研磨墊切削率(cutting rate)。結果，去除率(removal rate)以及研磨輪廓也可能會改變。當以新的修整器更換修整器108之後，通常要以指定的壓力將新修整器朝研磨墊100施壓，藉此來對新修整器實施預處理。然而預處理的過程是很棘手的，這是因為其可能會在研磨基板W的開始階段對於研磨性能有不利的影響。此外於修整過程中所移除的稠漿(slurry)可能會牢牢地沈積在修整器108上，而不 利於研磨性能的穩定性。
本發明的目的係提出一種修整方法與修整裝置，可讓新更換的修整器保持在一定的研磨墊切削率；可避免去除率與研磨輪廓因為具有不同性質的個別修整器而發生變化；可預處理新安裝的修整器而不會對研磨墊產生不利的影響；以及可避免固態的稠漿沈積在修整器上。本發明的另一目的係提出一種輪廓量測方法。本發明再一目的係提出一種基板研磨裝置以及基板研磨方法，其能夠從修整器量測出的切削率來求得研磨墊輪廓。本發明又一目的係提出一種基板研磨裝置以及基板研磨方法，其能夠依照研磨墊的輪廓來對基板實施研磨。
為了解決上述弊端，本發明其中一個面向係提出一種方法，用來測量在預定的修整條件下被修整器修整過的研磨墊輪廓。該方法包括朝研磨墊的徑向(radial direction)反複在研磨墊的上表面上移動修整器，以便對研磨墊實施修整程序；在修整程序期間，量測於研磨面上之多個區域的其中一者之預定點處之研磨墊上表面的高度，而該多個區域係沿著研磨墊的徑向被配置；重複實施修整器的反複移動以及對於研磨墊上表面之高度的量測，以便量測出所有區域中之研磨墊上表面的高度。
依據如上所述之本發明，可以量測出研磨墊的輪廓，並且不需要使用昂貴的高性能資料處理裝置。
在本發明較佳的面向中，該方法尚包括進一步重複實 施修整器的反複移動以及對於研磨墊上表面之高度的量測，以便得到個別區域的測量值，並從測量值計算平均值，而每個平均值代表在各個區域中的上表面高度。
依照如上所述之本發明，可以精確地量測出研磨墊的輪廓。
本發明的另一面向提出一種方法，用來修整位於研磨台上的研磨墊。該方法包括：藉由在預定的修整條件下將修整器施壓頂抗於研磨墊而修整研磨墊；量測研磨墊的切削率；以及回饋切削率至預定的修整條件。
根據前述的本發明，即使更換新的修整器，研磨墊的切削率仍然可以保持不變。因此，可避免由於個別修整器的性質不同，導致去除率以及研磨的輪廓有所變化。
本發明的另一面向提出一種修整裝置，用來修整位於研磨台上的研磨墊。該裝置包括：修整器，係設置成藉由在預定的修整條件下對研磨墊施壓而修整研磨墊；修整器操作控制器，係設置成用來控制修整器的操作，並建立起預定的修整條件；以及切削率量測部，設置成用來量測研磨墊的切削率，並且回饋所測得的切削率至修整器操作控制器。修整器操作控制器是設置成在預定修整條件中反映切削率。
根據前述的本發明，即使更換新的修整器，研磨墊的切削率仍然可以保持不變。
根據本發明的較佳面向，切削率量測部係設置成藉由偵測下列至少一者來量測切削率：用來驅動研磨台之馬達 的轉矩電流之變化、用來驅動修整器之馬達的轉矩電流之變化、以及當修整器接觸到研磨墊時修整器之接觸表面之垂直位置的變化。
本發明的另一面向提出一種修整裝置，用來修整研磨台上的研磨墊。該裝置包括：修整器，設置成藉由對研磨墊的上表面進行施壓來修整研磨墊，該修整器可操作成在包含研磨墊上表面的預定範圍內擺動；以及修整器預處理裝置，設置成用來預處理修整器。修整器預處理裝置係設置在研磨墊的上表面外側之該預定範圍的一部分。
根據上述的本發明，可對修整器實施預處理而不會影響正在使用的研磨墊。
本發明較佳面向的修整器預處理裝置係包括切削率量測裝置，其係設置成用來量測研磨墊的切削率。
根據上述的本發明，可以偵測修整器預處理的結束時間(end point)。
本發明較佳面向的修整裝置，尚包括使用壽命判定元件，設置成根據切削率量測裝置所測得的切削率，來判定修整器的使用壽命。
根據上述的本發明，在將屆修整器的使用壽命時，可以更換修整器。如此可保持研磨墊的最佳狀況。
本發明較佳面向的修整器預處理裝置，包括：轉矩電流量測部，設置成用來測量驅動修整器之馬達的轉矩電流；以及結束時間偵測器，設置成根據由轉矩電流量測部所測得的轉矩電流，來偵測修整器預處理的結束時間。
本發明較佳面向的修整裝置尚包括清洗裝置，係組構成，當修整器的預處理裝置正在預處理修整器時，清洗修整器的修整面。
根據上述的本發明，在修整期間黏附到修整器的稠漿與固態碎屑可以被移除，並且能避免稠漿與固態碎屑沈積在修整器上。因此，修整器可保持在用來修整研磨墊的適當狀態。
本發明的另一面向提出一種修整裝置，用來修整位在研磨台上的研磨墊。該裝置包括：修整器，設置成繞著自己的軸心來旋轉，並藉由以預定力量向研磨墊的上表面施壓而修整研磨墊，並且該修整器係連接到修整器的手臂；修整器擺動機構，設置成使修整器在研磨墊的上表面上朝研磨墊的徑向擺動；修整器位置量測裝置，設置成用來測量修整器在研磨墊上表面上的徑向位置；切削率量測裝置，設置成用來測量由修整器所修整的研磨墊之切削率；研磨墊輪廓量測裝置，設置成從定義在研磨墊上表面的多個區域處測得的研磨墊切削率來得到研磨墊的輪廓，而多個區域的位置則是藉由修整器位置量測裝置來測量；以及修整器操作控制器，設置成用來控制修整器的操作。研磨墊輪廓量測裝置所測量的研磨墊輪廓，係回授給修整器操作控制器。
根據上述的本發明，研磨墊輪廓量測裝置所測量的研磨墊輪廓，係回授給修整器操作控制器。因此，可實施研磨墊的修整以便與實際的輪廓一致。換言之，實際的輪廓 可以被改變成理想的輪廓。該多個區域可沿著研磨墊的徑向來安排。
本發明較佳面向的修整器擺動機構包括馬達，作為用來擺動修整器手臂的驅動源，而修整器位置量測裝置則是設置成根據供應至馬達的脈衝數(pulse number)來測量修整器的徑向位置。該馬達可採用位置控制馬達(position control motor)或是脈衝馬達(pulse motor，像是步進馬達或伺服馬達)。
本發明的另一面向提出一種基板研磨裝置，其包括：用來支持研磨墊的研磨台；頂環，設置成用來旋轉基板，並且在旋轉基板的同時，以預定的力量將基板施壓頂抗於研磨墊；頂環操作控制器，設置成用來控制頂環的操作；修整器，設置成繞著自己的軸心來旋轉，並且藉由以預定力量對研磨墊的上表面施壓而修整研磨墊，而修整器被連接到修整器手臂；修整器擺動機構，設置成使修整器在研磨墊的上表面朝研磨墊的徑向擺動；修整器位置量測裝置，設置成用來測量修整器在研磨墊上表面上的徑向位置；切削率量測裝置，設置成用來測量由修整器所修整的研磨墊之切削率；研磨墊輪廓量測裝置，設置成從定義在研磨墊之上表面中的多個區域處測得的研磨墊切削率來得到研磨墊的輪廓，而多個區域的位置則是藉由修整器位置的量測裝置來測量；修整器操作控制器，設置成用來控制修整器的操作；以及基板輪廓量測裝置，設置成用來測量基板上之薄膜的去除輪廓(removal profile)。研磨墊輪廓量 測裝置所測量的研磨墊輪廓，係回授給修整器操作控制器，而由基板輪廓量測裝置所測量的基板上之薄膜的去除輪廓，則回授給頂環操作控制器。
根據上述的本發明，可實施基板的研磨以及研磨墊的修整，以便根據研磨墊的輪廓使實際的輪廓一致。換言之，實際的輪廓可以被改變成理想的輪廓。因此，能改善基板研磨以及研磨墊修整的準確度。再者，根據本發明可利用已經修整成研磨墊理想輪廓的研磨墊來研磨基板，以具有在基板上之薄膜的理想去除輪廓。
本發明較佳面向的修整器擺動機構包括馬達，該馬達包括作為用來擺動修整器手臂的驅動源的位置控制馬達或是脈衝馬達，而修整器位置量測裝置則是設置成根據輸進馬達的脈衝數來測量修整器的徑向位置。
本發明的另一面向提出一種基板的研磨裝置，其包括：用來支持研磨墊的研磨台；頂環，設置成用來旋轉基板，並且在旋轉基板的同時，將基板以預定的力量施壓頂抗於研磨墊，而該頂環則具有被分割成多個區域(regions)之基板固持表面；頂環操作控制器，設置成用來控制頂環的操作；修整器，設置成繞著自己的軸心來旋轉，並且藉由以預定力量對研磨墊的上表面施壓而修整研磨墊，而修整器被連接到修整器的手臂；修整器擺動機構，設置成使修整器在研磨墊的上表面上朝研磨墊的徑向擺動；修整器位置量測裝置，設置成用來測量修整器在研磨墊上表面的徑向位置；切削率量測裝置，設置成用來測量由修整器所 修整的研磨墊之切削率；研磨墊輪廓的量測裝置，設置成從定義在研磨墊上表面中的多個區域處測得的研磨墊切削率來得到研磨墊的輪廓，而多個區域的位置則是藉由修整器位置量測裝置來測量；修整器操作控制器，設置成用來控制修整器的操作；以及施壓力量控制器，係組構成依照根據研磨墊輪廓量測裝置測得的研磨墊輪廓所得到的研磨墊厚度，來控制在基板固持表面之該等區域的施壓力量。
根據上述的本發明，可依照研磨墊的輪廓來對基板實施適當的研磨。舉例來說，可以實施回授控制，使得頂環之基板固持表面之對應於研磨墊較薄部分的區域之施壓力量可以選擇性地調整成高於其他區域的施壓力量。
本發明的另一面向提出一種基板研磨方法，其包括：藉由以預定的力量將旋轉中的修整器施壓頂抗於研磨墊的上表面，來修整研磨台上之研磨墊；在研磨墊修整期間，使修整器在研磨墊的上表面上朝研磨墊的徑向擺動；測量修整器在研磨墊之上表面上的徑向位置；測量定義在研磨墊上表面中的多個區域處之研磨墊的切削率；從研磨墊的切削率求得研磨墊的輪廓；以頂環來固持基板，該頂環具有被分割成多個區域之基板固持表面；在旋轉基板的同時，將基板施壓頂抗於研磨墊的上表面；在將基板施壓頂抗於研磨墊之上表面的同時，依照依據研磨墊輪廓而得到的研磨墊厚度，來控制基板固持表面中之該等區域的施壓力量。
根據上述的本發明，可依照研磨墊的輪廓來對基板實 施適當的研磨。舉例來說，可以實施回授控制，使得頂環的基板固持表面之對應於研磨墊較薄部分的區域之施壓的力量可以選擇性地調整成高於其他區域的施壓力量。
本發明較佳面向之各個區域的研磨墊切削率，是於研磨墊各個區域的中心部分處的切削率量測值。
本發明較佳面向之各個區域的研磨墊切削率，是於各個區域中的多個部分處之切削率量測值的平均值。
1‧‧‧研磨台
1a‧‧‧支撐軸
2‧‧‧修整器手臂
3‧‧‧修整器
4‧‧‧研磨墊
5‧‧‧液體供應噴嘴
6‧‧‧擺動機構
6-1、6-2‧‧‧齒輪
7‧‧‧馬達
8‧‧‧修整器軸心
9‧‧‧金屬層
10‧‧‧渦電流感測器
11‧‧‧旋轉連接器
12‧‧‧控制器
13‧‧‧顯示單元
14‧‧‧馬達
15‧‧‧動力傳輸機構
16‧‧‧升降缸
17‧‧‧研磨墊厚度偵測監視器
18‧‧‧導線
20‧‧‧修整器預處理裝置
21‧‧‧基座
22‧‧‧修整器預處理構件
23‧‧‧修整器預處理部
24‧‧‧清洗液噴射孔
25‧‧‧修整器清洗刷
26‧‧‧清洗液槽
27‧‧‧支撐軸
28‧‧‧密封機構
29‧‧‧馬達
30‧‧‧頂環
31‧‧‧頂環本體
32‧‧‧扣環
33‧‧‧壓力片
34‧‧‧壓力片支撐構件
35‧‧‧頂環驅動軸
36‧‧‧萬向接頭
37‧‧‧軸承滾珠
38‧‧‧夾盤
39‧‧‧夾盤固持構件
41‧‧‧薄膜
41a、41b、41c、41d‧‧‧環狀薄膜
42、43、44、45、46‧‧‧流體管道
48‧‧‧壓縮空氣源
50‧‧‧控制器
52‧‧‧環狀薄膜固持件
100‧‧‧研磨墊
102‧‧‧研磨台
104‧‧‧頂環
106‧‧‧噴嘴
108‧‧‧修整器
A、B、C、D、E、F、G‧‧‧箭頭
a、b、c、d、e‧‧‧預定點
CS1、CS2、CS3、CS4、CS5‧‧‧控制訊號
D1、D2‧‧‧測量值
M1、M2、M3、M4、M5‧‧‧壓力腔
P1、P2、P3、P4、P5‧‧‧壓力控制器
Q‧‧‧清洗液
S1、S2、S3、S4‧‧‧感測器
T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7‧‧‧厚度測量值
W‧‧‧基板
Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7‧‧‧環狀區域
第1圖係顯示具有傳統式修整裝置的研磨裝置之例子；第2圖的示意剖面圖是顯示根據本發明的實施例之具有修整裝置的研磨裝置的例子；第3圖是根據本發明的實施例之具有修整裝置之研磨裝置的示意俯視圖；第4A圖的示意側視圖是顯示根據本發明的實施例之修整裝置之修整器預處理裝置的例子；第4B圖是修整器預處理裝置的示意俯視圖；第5圖是顯示根據本發明的實施例之在一般狀態下的修整器預處理裝置的剖面圖；第6圖是顯示根據本發明的實施例之當預處理修整器時之修整器預處理裝置的剖面圖；第7圖是顯示根據本發明的實施例之當清洗修整器時之修整器預處理裝置的剖面圖；第8圖是顯示根據本發明的實施例之在等待狀態下之 修整器預處理裝置的剖面圖；第9圖的俯視圖是顯示根據本發明的實施例之藉由修整裝置來測量研磨墊輪廓的過程；第10圖是根據本發明實施例之基板研磨裝置的示意圖；第11圖的垂直剖面圖是顯示根據本發明的實施例之用於基板研磨裝置之頂環的示意結構；以及第12圖是顯示基板研磨過程中反映研磨墊之修整輪廓的流程圖。
現在將佐以附圖，敘述本發明的實施例。第2圖與第3圖是根據本發明的實施例之具有修整裝置的研磨裝置。如第2圖與第3圖所示，根據該實施例的研磨裝置包括：研磨台1，在其上表面支持著研磨墊4；頂環(圖上未繪出)，係在其下表面固持諸如半導體晶圓的基板，並且將基板施壓頂抗於研磨墊4的上表面；以及修整器3，係組構成用來修整研磨墊4的上表面。研磨台1係連接到馬達7，並且會如第2圖的箭頭A所示，繞著自己的軸旋轉。
修整器3係經由像是齒輪(gear)組件的動力傳輸機構15連接到馬達14。修整器3係進一步連接到升降缸(elevating cylinder)16。修整器3可朝箭頭B指示的方向，藉由升降缸16來垂直移動。在進行修整時，升降缸16係將修整器3向下移動，而以某壓力將修整器3施壓頂抗於研磨墊4，在此同時馬達14也會使修整器3朝箭頭C指示 的方向繞著自己的軸旋轉。修整器3連接到修整器軸8，並且具有金屬層9作為修整器3的下表面。鑽石顆粒(圖上未繪出)藉由金屬鍍覆等的方式，緊密地接著到金屬層9。在研磨台1的上方，設置有修整液體供應噴嘴5，用來供應修整液體(通常為純水)到附接於研磨台1上表面的研磨墊4。馬達14與升降缸16是由修整器操作控制器(圖上未繪出)來控制，以便在所需的修整條件下操作修整器3，該修整條件包括修整器3對研磨墊4所施加的壓力，以及修整器3的轉速。
修整器3具有修整器臂2，其係藉由擺動機構6而繞著擺動軸(圖上未繪出)的中央軸心O朝箭頭D所指示的方向擺盪(擺動)。擺動機構6包括齒輪6-1、齒輪6-2以及作為驅動源的馬達29。馬達29可使用位置控制馬達或是脈衝馬達。更具體地說，馬達29可使用伺服馬達或是步進馬達。當研磨台1與修整器3繞其各自的軸心旋轉時，修整器3會被降下，將固持於金屬層9上的鑽石顆粒施壓頂抗於研磨墊4的上表面，利用研磨墊4與修整器3之間的相對運動來刮擦研磨墊4的上表面，藉此修整及回復研磨墊4的上表面。修整裝置尚包括修整器位置量測裝置(未繪出)，其係組構成根據供應至馬達29的脈衝數來偵測位於研磨墊4的上表面上之修整器3的徑向。
在本例中是使用擺動機構6朝箭頭D指示的研磨墊4的徑向來擺盪(擺動)修整器手臂2。然而，除了擺動機構6以外，任何形式的移動機構，只要能沿著研磨墊4的徑向 來移動修整器3，都可以採用。
在研磨台1中設置有渦電流感測器10。此渦電流感測器10係組構成藉由往感測器線圈通入高頻的電流而在修整器3之金屬層9中誘發渦電流，並根據在金屬層9內所感應之渦電流的量度，來量測研磨墊4的厚度。研磨墊4是由介電材料(諸如發泡聚氨基甲酸酯(foamed polyurethane))所製成。因此，如果研磨墊4較厚，則修整器3之金屬層9內感應的渦電流便較小；如果研磨墊4較薄，則金屬層9內感應的渦電流便較大。故藉由測量金屬層9內所感應的渦電流，便能決定研磨墊4的厚度。渦電流感測器10具有連接至導線18之輸出端，而導線18則穿過研磨台1、研磨台支撐軸1a、以及安裝在研磨台支撐軸1a其中一端的旋轉連接器11而延伸到控制器12。控制器12係連接至顯示單元13。渦電流感測器10、控制器12以及顯示單元13組成了渦電流式的研磨墊厚度偵測監視器17。可使用滑動環(slip ring)來代替旋轉連接器11。
本例中，係在研磨墊4下方設置單一個渦電流感測器10，如第2圖所示。另一種作法為在研磨墊4下方設置多個渦電流感測器。在此情形中，如第9圖所示，可將研磨墊4的上表面分成沿著研磨墊4的徑向配置的多個區域，並在個別區域中心部分的下方設置渦電流感測器，以便量測個別區域中心部分的厚度。
藉由使用渦電流式研磨墊厚度偵測監視器17，渦電流的感測器10可根據在修整器3之金屬層9內所產生的渦電 流，來偵測出研磨墊4的厚度變化；由渦電流感測器10所偵測到的渦電流值會顯示在顯示單元13上，且量測出研磨墊4的厚度。根據來自渦電流感測器10的訊號，控制器12便能測量修整器3切削或修整研磨墊4的切削率。此經量測之切削率會從控制器12回授給控制馬達14以及升降缸16的修整器操作控制器，故可將切削率反映在修整條件中，像是修整器3藉由升降缸16對研磨墊4所施加的壓力、修整器3在研磨墊4的上表面沿著徑向的移動速度、以及馬達14旋轉修整器3的轉速。
本實施例中，由修整器3修整之研磨墊4的切削率，是藉由渦電流感測器10來量測。另一種作法為，藉由下述方法來測量切削率：偵測驅動(旋轉)研磨台1的馬達7之轉矩電流的變化；或是偵測驅動(旋轉)修整器3的馬達14之轉矩電流的變化；或是修整器3接觸研磨墊4的接觸表面之垂直位置的變化；或是以上這些變化的組合。修整器3的接觸表面之垂直位置的變化，可藉由測量修整器3之垂直位置的變化來偵測。如上述，在研磨墊4上表面上之修整器3的徑向位置係藉由供應到馬達29(例如位置控制馬達或是脈衝馬達)的脈衝數來偵測。然而，只要是能夠偵測出研磨墊4上表面上之修整器3的徑向位置，任何裝置或手段都可以採用。
上述的研磨裝置中，由於個別的修整器之性質不同，將修整器3更換成新的修整器可能會造成研磨墊4之切削程度(即切削率)的改變，而導致去除率以及基板上薄膜的 研磨輪廓的改變。當以新的修整器更換修整器3之後，通常要以指定的壓力將新的修整器朝研磨墊4施壓，來對新的修整器實施預處理。然而預處理的過程是很棘手的，這是因為其對於研磨性能可能會有不利的影響，特別是在研磨基板W的開始階段。因此，本實施例中，研磨裝置具有修整器預處理裝置20，其係組構成在以新的修整器3汰換舊的修整器之後，對新的修整器3實施預處理，如第3圖所示。修整器的預處理裝置20配置在修整器3的閒置(idle)位置，也就是設置在研磨墊4上表面外側之修整器3擺動範圍的末端之位置。
第4A圖是顯示修整器預處理裝置20的側視圖，而第4B圖是顯示修整器預處理裝置20的俯視圖。如第4A圖與第4B圖所示，修整器預處理裝置20具有修整器預處理部23，其包括基座21以及附著在基座21的修整器預處理構件22。修整器預處理部23由支撐軸27來支撐。修整器預處理部23可藉由垂直移動機構(圖上未繪出)沿著箭頭E指示的方向垂直移動；並且可藉由馬達(圖上未繪出)沿著箭頭F指示的方向繞著自己的軸心旋轉。修整器預處理構件22的製作材料與研磨墊4相同，例如發泡聚氨基甲酸酯。修整器預處理構件22具有許多清洗液噴射孔24，其開口向上，用來噴出清洗液，而清洗液是經由設置在基座21中的清洗液供應管道(圖上未繪出)被供應。朝徑向延伸的修整器清洗刷25(像是尼龍刷)可附著到修整器預處理部23之使修整器清洗刷25通過修整器預處理構件22的中央的 位置。
通常，如第5圖所示，修整器預處理部23係浸泡在清洗液槽26的清洗液Q中，以便保持濕潤。沿著支撐軸27四周設有密封機構28，以避免清洗液Q漏出清洗液槽26外頭。當以新的修整器3汰換用過的修整器之後，修整器的預處理部23會朝向已經就定位在修整器預處理部23正上方之閒置位置的新修整器3上升，並且以預定的力量對修整器3的下表面施壓，如第6圖所示。在此狀態下，修整器預處理部23會朝箭頭F指示的方向，繞著自己的軸心旋轉，在此同時修整器3也會朝箭頭C指示的方向繞著自己的軸心旋轉，造成修整器預處理部23與修整器3之間的相對運動。由於此種相對運動，修整器3係被預處理，同時修整器預處理構件22的上表面也會被修整器3刮除。修整器預處理部23所施加的壓力以及修整器預處理部23的轉速是由(圖上未繪出的)控制器來控制。修整器的預處理部23也可以保持不動，以取代同時旋轉修整器3與修整器預處理部23。
修整器預處理裝置20具有設置在修整器預處理部23的基座21中的渦電流感測器(圖上未繪出)。該渦電流感測器和第2圖中的渦電流感測器10是相同的，並且被用來測量修整器預處理構件22的厚度變化，以及用來測量修整器預處理構件22的切削率。所測得的切削率係和修整器3在一般狀況下事先測得的切削率互相比較。如果測得的切削率為正常，便可判斷預處理程序已達預處理終點，而結 束預處理程序。如果測得的切削率不正常，那麼修整器預處理部23便會繼續預處理修整器3，以便調整切削率。
通常，修整器3對研磨墊4的切削率，會在修整器3的使用壽命期間，隨著鑽石顆粒稜角部位的磨耗而逐漸降低。然而，全新的修整器傾向於在其使用壽命的開始階段對於研磨墊4的切削率展現出快速下降的現象，直到一段時間以後切削率的下降才不會這麼劇烈。因此便有可能藉由偵測切削率的下降不會這麼劇烈的該時間點，來判斷出修整器3之預處理的結束。
修整器預處理構件22的切削率可藉由用以驅動修整器3之馬達14(見第2圖)的轉矩電流、或是用以驅動修整器預處理部23之馬達(圖上未繪出)的轉矩電流、或是這兩種轉矩電流值的組合而測量出。另一種作法是，可設置修整器垂直位置感測器(圖上未繪出)，用來在修整期間測量修整器3的垂直位置，使得修整器預處理構件22的切削率可根據該修整器垂直位置感測器的輸出訊號來量測。
在修整器3的預處理程序結束以後，修整器3與修整器預處理部23至少其中一者係朝互相遠離的方向移動，以便在修整器3的下表面與修整器預處理構件22的上表面之間形成間隙，如第7圖所示。之後，使修整器清洗刷25和牢固地固持住鑽石顆粒之金屬層9的下表面接觸。在此狀態下，令清洗液q(例如，純水、化學溶液或是純水、化學溶液及氮氣的混合物)從修整器預處理構件22的清洗液噴射孔24往金屬層9噴出，藉此清洗金屬層9的下表面。 採用這種方式，便可從金屬層9的下表面移除諸如稠漿的沈積物。
在完成預處理程序與清洗程序之後，並且當研磨裝置正在研磨基板時，金屬層9的下表面係浸泡在清洗液槽26內的清洗液Q中，如第8圖所示。在此閒置的位置，修整器3係繞著自己的軸心旋轉，同時使金屬層9的下表面接觸到修整器清洗刷25，以使金屬層9的下表面保持濕潤與清潔。修整器3的下表面係因此保持濕潤與清潔。
業已使用長時間來修整研磨墊4的修整器3，其切削率會降低。當切削率降低到預定程度時，便判斷該修整器3已屆使用壽命，而用新的修整器來更換修整器3。修整器預處理裝置20可用來決定修整器3是否已屆使用壽命。更詳細地說，修整器預處理裝置20可具有修整器使用壽命判斷部，其係根據修整器預處理構件22的切削率來判斷修整器3之使用壽命的終點。要判斷已用來修整研磨墊4的修整器3之使用壽命的終點，係將修整器3置於修整器預處理裝置20上，並且修整修整器預處理構件22。修整器使用壽命判斷部係測量修整器預處理構件22的切削率，並根據所測得的切削率判斷修整器3是否已屆使用壽命。
在由修整器預處理裝置20對新更換的修整器3實施預處理的過程中，用來驅動修整器3之馬達14的轉矩電流會隨著預處理過程的進行而改變。舉例來說，馬達14的轉矩電流會在預處理過程中逐漸降低，直到預處理過程接近完成時才會變成固定值。因此，有可能藉著監測馬達14的轉 矩電流，來偵測修整器3的預處理終點。
在每次完成一片基板的研磨之後，修整器3便會修整研磨台1上之研磨墊4的上表面。修整時，旋轉中的修整器3會以預定的壓力，對在旋轉中的研磨台1上之研磨墊4的上表面施壓。更詳細地說，如第3圖所示，當修整器3將其修整面施壓頂抗於研磨墊4的上表面時，修整器3係沿著箭頭D所指示之研磨墊4的徑向，繞著中央軸心O重複地擺盪或是擺動。研磨墊4的一個修整程序係藉由在研磨墊4上之旋轉中的修整器3之多次的擺動運動(即重複的擺動運動)來實施。修整後的研磨墊4之輪廓(上表面的形狀)的測量，是藉由測量研磨墊4在多個區域內的預定點a至e的厚度(即上表面的高度)來執行，而該多個區域是沿著研磨墊4上表面上的徑向上排列，如第9圖所示。
如果欲於修整器3之單次的擺動運動中依序測量研磨墊4在a至e五點處的厚度，則需要高速的資料處理。因此，需要能實施此種高速資料處理的昂貴資料處理器。故於本實施例中，於每次修整程序中僅測量a至e其中一點的研磨墊4之厚度。換言之，在每一次修整器3實施一個修整程序的時候，僅測量多個區域當中的一個之一個預定點的研磨墊4的厚度。舉例來說，在第一次修整過程時測量a點的研磨墊4之厚度、在第二次修整過程時測量b點、在第三次修整過程時測量c點、在第四次修整過程時測量d點、在第五次修整過程時測量e點。採用這種方式，在多次修整過程(本例中，為用於a至e點之五次修整過程) 後，測量出研磨墊4在a至e各點的研磨墊4之厚度。為了防止雜訊對測量的不良影響，研磨墊4在a至e各點的厚度會被測量多次，並計算a至e各點之測量值的平均。此經計算得到之平均值便使用做為研磨墊4在各點的厚度。舉例來說，在第9圖中，研磨墊4在a點的厚度被測量多次，而多次測量值的平均便當作是a點處的厚度。研磨墊4在b點的厚度被測量多次，而多次測量值的平均便當作是b點處的厚度。研磨墊4在c至e點的厚度也是以相同方法測量。
如上所述，重複測量研磨墊4的厚度，直到獲得多個區域中所有預定點之厚度的量測值。因此，在研磨多塊基板並多次修整研磨墊4之後，便可由量測值中測得(或決定)研磨墊4的輪廓。重複此組測量步驟數次，便可由厚度的測量結果計算出平均輪廓。最後得到的平均輪廓係作為研磨墊4的輪廓，並反映在研磨配方(recipe)。在第9圖的例子裡，於研磨五塊基板並且修整研磨墊4五次以後，測量出點a至e處之研磨墊4的厚度，從而得到研磨墊4的一個輪廓。重複此組步驟三次(即研磨基板十五次)，以將由量測結果計算出之平均輪廓用作為研磨墊4的輪廓並反映在研磨配方中。
第10圖是根據本發明實施例之基板研磨裝置的示意圖。研磨墊4的修整過程實施如下。研磨台1以箭頭A指示的方向旋轉，而修整器3以箭頭C指示的方向旋轉。修整器3係以預定的力量，對於附著在研磨台1上表面的研 磨墊4之上表面來施壓。在此狀態下，修整器3係藉由修整器手臂2的搖擺移動(參看第3圖)而沿著箭頭D指示之研磨墊4的徑向作往復運動(reciprocated)，藉此修整研磨墊4。研磨墊4的上表面係分割成沿著研磨墊4的徑向配置的環狀區域Z1至Z7。在修整過程中，當修整器3在區域Z1至Z7的中心部分上之際的位置係藉由供應到馬達29(其為位置控制馬達或是脈衝馬達)的脈衝數而偵測出來，從而測得區域Z1至Z7之中心部分的研磨墊4厚度。修整器3在研磨墊4上表面的徑向位置可藉由供應到馬達29的脈衝數而被精確地偵測。第10圖中的符號T1至T7分別表示各個區域Z1至Z7之中心部分之研磨墊4的厚度的量測值。
研磨墊4的修整輪廓是從研磨墊4在區域Z1至Z7中之厚度的測量值T1至T7所測出。輪廓係回授給修整器操作控制器，並且反映在修整條件(例如修整器3向研磨墊4施加的壓力、修整器3在研磨墊4上表面的徑向移動速度、以及修整器3的轉速)中。如此便可得到研磨墊4之理想的修整輪廓。
元件符號30表示頂環，其係組構成用其下表面固持基板W，並且以箭頭G所指示的方向繞著旋轉軸(未繪出)來旋轉基板W。此頂環30在其下方的周邊上具有扣環(retainer ring)32。在扣環32內設置有壓力腔M1至M4。此等壓力腔M1至M4是由薄膜(membrane)41所形成。此薄膜41的下表面是做為用以支持基板W的支持表面。藉由調 整壓力腔M1至M4中的壓力，透過接觸到壓力腔的基板W而向研磨墊4所施加的壓力便可得到控制。
壓力控制器是分別設置在和各壓力腔M1至M4流體連通的流體管道中。根據代表研磨墊4在區域Z1至Z7之厚度的測量值T1至T7，來控制這些壓力控制器，以調整由薄膜41所形成的壓力腔M1至M4內的壓力。藉由這些操作，壓力腔M1至M4可根據研磨墊4的厚度而提供一壓力分佈。如此可實現基板W上之薄膜的適當的研磨輪廓(或去除輪廓)，而不被研磨墊4之修整輪廓影響。在一例中，對應於具有較小之研磨墊4厚度測量值的區域(部位)之壓力腔中之壓力係選擇性地調整成高於對應於具有較大測量值之區域(部位)之其它壓力腔的壓力，使得基板W上之薄膜的研磨率(去除率)可在其整個表面上表現得平均。然而，本發明並不限於此種壓力調整方式。基本上，係實施回授控制，使得各區域的施壓力依照研磨墊4的輪廓調整，以便得到所需的研磨輪廓。當連續對基板進行研磨時，研磨墊的輪廓會隨時間而改變，故此種研磨墊輪廓的改變也可納入施壓力控制之變數的考量中。
對應到具有較小之研磨墊4厚度測量值的區域(部位)之壓力腔係被選擇性地調整成高於對應到具有較大之測量值之區域(部位)其它壓力腔的壓力。再者，研磨墊4的修整輪廓會回授給修整器操作控制器，以獲得理想的研磨墊4之修整輪廓。根據所得到的理想之研磨墊4的修整輪廓，來調整壓力腔M1至M4內的壓力。因此，可實現基板W 上之薄膜之更適當的研磨輪廓。
第11圖是顯示根據本發明實施例之基板研磨裝置中所使用之頂環的示意結構的垂直剖面圖。頂環30具有：頂環本體31，其係呈圓筒容器狀；以及扣環32，係固定在頂環本體31的下端部分。在頂環本體31內設置有環狀的壓力片33。該壓力片33插在頂環本體31以及壓力片支撐構件34之間，並由頂環本體31內部周圍的下表面來支撐著。頂環驅動軸35係配置於頂環本體31上表面的中央處上。頂環本體31與頂環驅動軸35透過萬向接頭36連接在一起。該萬向接頭36包括：球面軸承機構，其具有軸承滾珠37能讓頂環本體31與頂環驅動軸35可相對於彼此傾斜；以及沒有畫出來的旋轉傳動機構，係將頂環驅動軸35的旋轉傳動到頂環本體31。頂環本體31可相對於頂環驅動軸35來作傾斜，並且接收頂環驅動軸35的旋轉而作轉動。
在由頂環本體31與扣環32界定的內部空間中，有碟形的夾盤(chucking plate)38。夾盤38藉由夾盤固持構件39被固持在壓力片33的下表面上。頂環本體31、壓力片33以及夾盤38界定出夾盤38上的壓力腔M5。壓力片33是由諸如橡膠的彈性材料構成。隨著壓力腔M5內之壓力的上升或下降，夾盤38也會隨之下降或上升。夾盤38的下表面係做為用來固持住基板W的固持表面。
環狀薄膜41a、41b、41c與41d係配置在夾盤38的下表面上。薄膜41a的上緣係插進夾盤38與環狀薄膜固持件51之間，使得薄膜41a安裝在夾盤38下表面的中央部分。 薄膜41b的上緣係插進夾盤38與環狀薄膜固持件51之間，使得薄膜41b安裝在夾盤38下表面上。此薄膜41b配置在薄膜41a的周圍。薄膜41c與41d的上緣係插進夾盤38與環狀薄膜固持件52之間，使得薄膜41c與41d安裝在夾盤38下表面的外圍部分上。薄膜41c配置在薄膜41b的周圍，而薄膜41d配置在薄膜41c的周圍。壓力腔M1、M2、M3與M4是由薄膜41a、41b、41c與41d、基板W以及夾盤38所形成。
流體管道42、43、44、45分別連接到壓力腔M1、M2、M3、M4。此等流體管道42、43、44、45係經由壓力控制器P1、P2、P3、P4與壓縮空氣源48流體連通。流體管道46連接到壓力腔M5，並且此流體管道46亦經由壓力控制器P5連接到壓縮空氣源48。第11圖中的符號S1、S2、S3、S4代表感測器，每個感測器是用來測量流經每個流體管道42、43、44、45的流體(壓縮空氣)的速度、壓力與流量。
在上述的頂環30中，係操作壓力控制器P5以控制要從壓縮空氣源48經由流體管道46供應至壓力腔M5的氣壓，以便控制基板W整個表面上之頂抗研磨墊4的上表面的施壓力。此外，係操作壓力控制器P1、P2、P3、P4以控制要從壓縮空氣源48通過流體管道42、43、44、45而供應至壓力腔M1、M2、M3、M4的氣壓，以便控制位於壓力腔M1、M2、M3、M4下方之基板W之區域(部位)上的施壓力。
流經流體管道42、43、44、45的流體(壓縮空氣)之速 度、壓力與流量係被感測器S1、S2、S3、S4所測量，且此等測量值D1係被送達控制器50。數種型式之資料D2(包括研磨基板W所需之研磨輪廓與所量測的研磨墊輪廓)係儲存在控制器50內。該控制器50被組構成，從資料D2與測量資料D1計算出在研磨基板W的期間要在壓力腔M1、M2、M3、M4內建立的壓力，以達到目標研磨輪廓。再者，控制器50也被組構成用來計算要供應至壓力腔之壓縮空氣的速度、壓力與流量，並對壓力控制器P1、P2、P3、P4、P5發出控制訊號CS1、CS2、CS3、CS4、CS5，以便藉由控制器P1、P2、P3、P4、P5來控制要供應至壓力腔M1、M2、M3、M4、M5之壓縮空氣的速度、壓力與流量。
第12圖是顯示在基板的研磨過程中，用來反應如上述量測到之研磨墊修整輪廓的流程圖。將基板上之薄膜所需的研磨輪廓輸入到控制器50(步驟ST1)。之後實施研磨墊4的修整(步驟ST2)。在各區域處測量研磨墊4的厚度，以得到(也就是測量到)研磨墊4的厚度輪廓(步驟ST3)。在另一方面，實施基板W的研磨(步驟ST4)，並測量基板W上之薄膜的研磨率，而得到研磨輪廓資料(步驟ST5)。
比較在步驟ST3得到的研磨墊4厚度輪廓與理想的研磨墊4厚度輪廓，以及比較在步驟ST5得到的研磨輪廓與理想的研磨輪廓(步驟ST6)。接下來，由步驟ST6的比較結果判斷出得到的輪廓與理想輪廓之間的差異是否在預定值的範圍內。當該差異位於預定值之內(即「YES」)，便結束流程。另一方面，當差異超出了預定值(即「NO」)，便 進行用來改變修整條件與研磨條件的計算(步驟ST8)。
根據上述的計算結果來改變修整條件(例如，修整器3施加於研磨墊4上表面各區域Z1至Z7的施壓力、修整器3的轉速、修整器3沿著箭頭D指示方向上的移動速度)(步驟ST9)，並且實施基板的研磨。採用這種方式，將修整條件的改變回授給修整器操作控制器。此外，根據上述的計算結果來改變研磨的條件(例如，壓力腔M1至M4內的壓力)(步驟ST10)，並實施基板的研磨。採用這種方式，將研磨條件的改變回授給用來控制頂環30的操作之頂環操作控制器。
儘管只有展示本發明特定的較佳實施例，應了解的是可對其進行多種變化與修改，而不背離所附申請專利範圍的範疇。
3‧‧‧修整器
8‧‧‧修整器軸心
9‧‧‧金屬層
20‧‧‧修整器預處理裝置
21‧‧‧基座
22‧‧‧修整器預處理構件
23‧‧‧修整器預處理部
27‧‧‧支撐軸
B、C、E、F‧‧‧箭頭

Claims (5)

  1. 一種修整裝置，用來修整在研磨台上的研磨墊，該裝置包括：修整器，係組構成藉由對研磨墊的上表面進行施壓來修整研磨墊，該修整器可操作成在包含研磨墊上表面的預定範圍內擺動；以及修整器預處理裝置，係組構成用來預處理修整器，該修整器預處理裝置係設置在研磨墊上表面外側之該預定範圍的一部分。
  2. 如申請專利範圍第1項的修整裝置，其中，該修整器預處理裝置包括切削率量測裝置，其係組構成用來測量研磨墊的切削率。
  3. 如申請專利範圍第2項的修整裝置，尚包含使用壽命判定裝置，係組構成根據由該切削率量測裝置所測量的切削率，來判定前述修整器的使用壽命。
  4. 如申請專利範圍第1項的修整裝置，其中，該修整器預處理裝置包括：轉矩電流量測部，係組構成用來測量驅動該修整器之馬達的轉矩電流；以及結束時間偵測器，係組構成根據由該轉矩電流量測部所測得的轉矩電流，來偵測該修整器之預處理的結束時間。
  5. 如申請專利範圍第1項的修整裝置，尚包括：清洗裝置，係組構成在前述修整器被該修整器預 處理裝置進行預處理時，清洗該修整器的修整面。
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