TW407312B - Method and apparatus for polishing semiconductor wafers - Google Patents

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A7 B7 > ·| 部 屮 JA Jl sr 消 f'. 厶 n 五、發明説明 發明背景 本發明係關於使用化學機械平面化技術平面化半導體 晶圓。特別本發明係關於於單一整合製程路徑上一致且有 效地平面化半導體晶圓之改良系統及方法。 半導體晶圓典型係以預定積體電路設計之多套複本製 造，隨後被分開並製造成個別晶片。常用於半導體晶圓上 形成電路之技術為微影術。部份微影術製程需要特殊攝影 機聚焦於晶圓上而投射電路影像於晶圓上。攝影機聚焦於 晶圓表面能力經常受到晶圓表面之不一致或不均勻的負面 影響。此種靈敏度隨著電流驅動朝向更小且更高度積體的 設計而加劇。晶圓之構造通常為成層構造，此處部份電路 形成於第一階上及導電通孔係製造成可聯結於電路之次一 階。於晶圓上各層電路被蝕刻後，設置氧化物層允許通孔 貫穿通過但覆蓋其餘先前電路階。各層電路可能促成或增 添曰曰圓之不均勻度，而於形成次一層電路層前需要平順之 。晶圓製造是一種精緻製程，其對微粒敏感，因此傳統上 係於 ''潔淨室〃之經過高度控制的環境下進行。 化學機械拋光（CMP)技術用於平面化粗晶圓及隨後增 加之各層材料。可利用CMP之系統，俗稱晶圓拋光機常 使用旋轉式晶圓套圈，其使晶圓接觸於待平面化晶圓面平 面旋轉中之拋光墊。拋光墊例如化學拋光劑或含微磨料料 漿施加於拋光墊而拋光晶圓。然後晶圓套圈壓迫晶圓牴住 旋轉中之拋光塾並旋轉而拋光及平面化晶圓。 雖然此種主要晶圓拋光製程對晶圓製造相當要緊，但 本紙張尺度適川屮囤囤家標率（rNS ) Λ4規格（21〇>< 297公尨） .IT------ (誚先閲讀背而之注意事項再楨·!ϊ?本頁) -4 . *- --- Wi 一-一 -· ____ 五、發明説明（2) ^ 單獨主要晶圓抛光僅構成CMP製程之一部份，CMP製程 乃晶圓可送返潔淨至之則必須完成的製程。於晶圓可送返 潔淨室之前必須完成的CMP製程步驟包括由晶圓清潔及 清洗拋光流體接著乾燥。其他於最終洗滌、清洗及乾燥前 之步驟包括利用仔自初步抛光製程之不同非相容化學品及 料漿進行額外拋光’額外拋光製程係去除前一拋光墊步驟 留下的細微刮痕。二步驟間之中間清洗步驟也需要。先由 平面化晶圓裝置經常為個別分立機器及佔據大量空間且需 手動或半自動，由一機器輸送晶圓至次一機器。晶圓由一 機器輸送至次一機器之延遲可能使化學料漿開始乾燥因而 促成晶圓拋光或擦光上之極大困難。介於各製程或各機器 間晶圓轉送的延遲也使化學料漿之化學作用持續時間過長 而對拋光製程造成不良影響。現有拋光機器及擦光機具有 不同晶圓處理時間。拋光製程通常所耗時間比擦洗或擦光 製程更長。為獲得最佳晶圓處理時間及最大設備利用率， 部诊CMP處理計劃將利用多部晶圓拋光機，其各自僅完 成單一平面化步驟。隨後由個別拋光機所得晶圓各自於同 一部擦洗機或擦光機上處理。此種技術之問題為各批晶圓 係於不同抛光站加工處理，因而更可能發生晶圓間抛光不 -一致情形。為了使不一致減至最低，現有CMP系統需具 有極南設備公差且需於各拋光機4切再現製程條件。不同 晶圓套圈於夾持晶圓牴住拋光機時必須可以相同角度夾持 /晶圓且施加等量壓力於晶圓。拋光機必須以等速旋轉且提 供相同-致性及等量拋光劑。若未審慎處理公差，可 本纸张尺度成川中制，规格（21GX297公釐） '------1T------^ I - ' (誚先閱讀背面之注意事項再硪$本頁〕 五 、發明説明（二） -402312. A7 B7 ^浐部屮^^蜱^·' '*I» - /T« J— • /1 Γ ΤΙ CMP製程不一致，結果對由晶圓形成的半導體電 能或產率造成有害影響。 因此需要有一種可以有效且一致方式對複數半導體晶 圓執行CMP之系統及方法。 發明概述 根據本發明之第一方面，揭示一種於單一製程路徑上 均勻平面化及清潔至少一半導體晶圓表面之方法。該方法 包括下列步驟，設置-半導體晶圓及半導體晶圓抛光系統 女裝半導體aB圓於半導體晶圓拋光系統，及輸送半導體 晶圓至晶圓載荷站。晶圓由晶圓載荷站轉運至第一主要拋 光站並執行第-拋光程序而部份平面化半導體晶圓。晶圓 被轉达至第二拋光站及第二拋絲序可完成半導體晶圓之 平面化。對全部接受處理之晶圓重複此等步驟。替代具體 例中，各拋光站利用不同的化學拋光劑及製程。 根據本發明之另-方面，一種執行複數半導體晶圓之 化學機械平面化之裝置可對各該複數半 製程路徑，該裝置包括第-晶圓輸送機構用於體 晶圓由載荷站至轉運m圓輸送機構設置於田比鄰 轉運站，設計成可移動半導體晶圓由轉運站至半導體晶圓 載何裝置。晶圓載荷褒置可載荷個別晶圓於—晶圓輸送哭 上。晶圓輸送器具有多個晶圓容納區且可旋轉運動而接納 -半導體晶圓於各該複數晶圓容納區。晶圓輸送器之設置 方式允許晶圓沿預定製程路徑連續封閉式迴路運動，、、x上 整為最適化以避免任何沿製程路徑需要逆向回溯。第= I讀先聞讀背而之注意事項再楨衿本頁

、1T -m I - I . 才、纸張尺度適ji] 1丨'困丨4]家標率（C.NS ) Λ4規格（2丨〇 X 297公楚 6- ) -— 拋光站設置沿製程路徑用於以預定時間平面化半導體晶圓 而產生部份平面化之半導體晶圓。_ 弟一主拋光站係設置 衣程路徑而完成該被部份平面化之半導體之平面化。— 修整拋光機擦光被平面化的晶圓而去除任何由第一及第二 主㈣站留下的任何微量刮痕。較佳晶圓也於晶圓輸㈣ 載何器上清洗及於晶圓擦光裝置擦洗及乾燥而完全去除料 漿及微粒。各該半導體晶圓係於單_製程路經前進。 較佳具體例中，揭示介於晶圓輪送器與晶圓處理點間 輸送半導體晶圓至半導體晶圓轉運機構。轉運機構包括一 旋轉式可軸向移動心轴。一拉桿臂附接於心轴，其具有— 端聯結於活動機架及第二端聯結於附接於活動機架上之細 調整心軸傳動器。粗調整心軸傳動器附接於固定機架並聯 結於活動機架，故粗調整心軸傳動器可於心轴轴向方向相 對固定機架移動活動機架。半導體晶圓轉運機構較佳與可 卸式晶圓載架頭及旋轉式晶圓輸送器共同合作而移動晶圓 "於晶圓輸送器與抛光站或晶圓輸送器載荷器間。粗及細 調整心軸傳動器提供對晶圓於拋光站夾持牴住拋光墊壓力 的額外控制程度。 圖式之簡單說明 - 第1圖為根據本發明之較佳具體例之半導體拋光系統 之透視圖。 苐2圖為第1圖之晶圓拋光系統之左側視平面圖。 第3圖為第1及2圖之晶圓拋光系統之較佳晶圓製程流 程路徑之示意說明圖。 本紙张尺度述/i]中國國家標率（CNS ) Λ4%格（210X 297公龙） A7 ---—-—._______ B7 五、發明説明（5) " —' -- 第4圖為用於第认2圖之系統之較佳分度臺之透視圖 〇 对先閱讀背而之注意事項再硝{"本頁 第5圖為用於第！及2圖之系統之分度臺之第二較佳且 體例之透視圖。 第6圖為晶圓頭總成之底視透視圖。 第7圖為第6圊之晶圓頭總成之頂視透視圖。 第8圖為用於第i圖之晶圓拋光系統之頭止動器總成及 頭總成之頂視圖。 第9圖為第6圖之頭止動器總成及頭配接器沿第8圖線 9-9所取之剖面圖。

、1T 第10圖為設置毗鄰第4圖分度臺上之頭止動器機構之 頭止動器操作活塞之部分頂視圖。 第11圖為用於第1圖之系統之第二較佳頭止動器機構 之頂視平面圖。 第12圖為用於第u圖之頭止動器機構之第二較佳工具 配接聯桿之頂視平面圖。 第13圖為安裝於第11圖之頭止動器之頭總成之剖面圖 〇 第14圖為用於第.1圖之晶圓抛光系統之較佳頭載荷号 總成之側視平面圖。 苐15圖為用於第1圖之晶圓抛光系統之較佳心轴傳動 總成之透視圖。 第16圖為第1 5圖之心軸傳動總成之側視平面圖。 第17圖為沿第16圖線17-17所取之心軸傳動總成之剖 本紙張尺度適州屮囡囤家標隼（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） '"'-'"^JM N-T^T * 彳 V* A7 「―—________________4ms 12~~—__ 五、發明説明（6) 面圖。 第18圖為較佳心軸傳動總成之電力及氣力控制電路之 示意圖。 第19圖為用於第1圖系統之較佳頭載荷器心軸傳動總 成之側視平面圖。 第20圖為用於第1及2圖之晶圓拋光系統之較佳晶圓拋 光裝置之頂視透視圖。 第21圖為沿第20圖線21-21所取之剖面圖。 第22圖為第20圖之主要晶圓拋光裝置之部分透視圖。 第23圖為沿第20圖線23-23所取之剖面圖。 第24圖為第20圖之主要拋光裝置之較佳電力及氣力控 制電路之示意圖。 第25圖為用於第20圖之主要拋光裝置之較佳偏轉輥之 透視圖。 第26圖為用於第20圖之主要拋光裝置之較佳平臺總成 之透視圖。 第27圖為第26圖之平臺總成之分解視圖。 第28圖為用於第20圖之主要拋光裝置之較佳平臺調整 升降機之透視圖。 • 第29圖為用於第1圖之晶圓拋光系統之較佳修整拋光 機之頂視平面圖。 第30圖為第29圖之修整拋光機之前視圖。 第3 1圖為用於第1及2圖之晶圓拋光系統之控制電路與 通訊路徑之方塊圖。 本紙乐尺度適( CNS ) ( 210X297^« ) ^ -- (許先閱讀背面之注意事項再填寫本頁

、1T A7 ——----------------------407312 b7_ 五、發明説明（7) ~ _~~-- 較佳具體例之詳細說明 晶圓拋光系統10之較佳具體例示例說明於第丨_3圖。 系統10具有一前端機架總成12及一後端機架總成丨4聯結至 則端機架總成12。系統典型係用於半導體晶圓製造廠，系 統接納來自設置於前端機架總成12末端之至少一晶圓夹具 如卡匣16或卡匣夾具（如Erg〇載荷器得自海因（Hine)設計公 司）之半導體晶圓。容後詳述，半導體晶圓由完全處理後 之卡匣16撤出及於籍系統1〇清潔、乾燥及均勻平面化條件 下被送返至卡匣16之相同或預定不同位置。 前端機架總成12之尺寸可接受預定大小之晶圓卡匣16 。各卡匣16含有多晶圓。卡匣16可以人工載荷於輸入/輪 出佇列或使用標準模組介面（SMIF)載架18自動載荷。任何 數目之卡匣16皆可用於較佳晶圓拋光系統，卡£可由塑膠 如承丙烯鐵氟龍材料或任何其他適合夾持晶圓之材料製 成。乾燥環境機械人20設置於前端機架總成丨2内側毗鄰卡 匣16。乾機械人20較佳設計成可由卡匣丨6取出及送返晶圓 。適合用於前端總成12之機械人20為海因（Hine)設計公司 製造之型號04300-038。位於前端總成12内部’介於乾機 械人2 0與後端總成14間之晶圓轉運站2 2可於製程期間接收 •來自乾機械人之晶圓。轉運站22較佳包括一晶圓接受平臺 其適合接文來自乾機械人2〇之半導體晶圓。轉運站22預 先對正晶圓而其配置中允許接近位於後端總成14之濕環境 機械人24。適當技運生22可得自 前端總成12也含有一顯示器拋 本紙张尺度適州屮1¾¾家標车（CNS ) Λ4規格（210X297^^ (硝先閲讀、背而之注意事項再硝寫本頁)

10 ---—: ----- 五、發明说明（8) 系統10之使用者圖形介面（GUI)28。GUI較佳位置毗鄰於 前端總成凸進潔淨室部份之卡匣】6。GUI較佳允許使用者 與系統10互動而改變製程參數及監控製程之進展。顯示器 26可為標準陰極射線管、液晶顯示器或其他適當視訊顯示 裝置。 過濾器30較佳為高效率微粒稀薄器（HEpA)過濾器， 女裝於則4總成12以防微粒污染晶圓。又擦光器總成μ係 疋位於則端總成12，其一端係此鄰後端總成14 ’及另一端 係毗鄰乾機械人20。擦光機以機械及化學方式清洗已經於 後端總成製程處理的晶圓，然後於乾機械人2〇將晶圓送返 卡匣16之前清洗及乾燥晶圓。由後端總成送出之晶圓經常 需要機械擦光俾便測定去除於後端總成14進行的拋光或擦 光製程所留下的化學料漿粒子。適當擦光機為〇nTrak系 統公司製造之雙邊擦光機（DSS®)。目前較佳方法及系統 之優點為、'乾入-乾出〃製程處理晶圓，此處晶圓係於乾 燥無微粒條件下置於系統内及由系統取出。 如前述，半導體晶圓係透過濕機械人24由前端總成12 轉送至後:¾¾總成14。 濕以此表示機械人係工作於满環 境。濕環境係由於晶圓於後端總成14拋光及擦光期間存在 ,有化學品、使用及產生的水氣及濕度形成。雖然單一機械 人可用於系統10處理晶圓於卡匣16與各製程站間之轉運， 但以二機械人20、24為佳，俾便改進化學料漿及微粒之由 卡ϋ及任何處理後晶圓上分立。適合使用之濕機械\24 -----—---------------------- 海因(mne)設計公乱笔及的皇劍供 本紙张尺度適圯中囤國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -11 - A7 B7 五、發明説明（9) 於後端總成14巾，«械人24與„#||34共同合作 ，如第3圖最明白顯示。頭載荷器34可裝載及卸載半導體 尤 閲 讀 背 而 之 注 意 事 項 再 % 本 頁 晶圓於晶圓輸送裝置’較佳為如第4圖所示之旋轉分度臺36 。分度臺36可脫離式夹持多個晶圓，各晶圓彼此獨立夹持 。分度臺36於單-方向前進’載運各晶圓通過加工站之完 整路徑隨後返回頭載荷器34，於此處全然拋光之半導體晶 圓對卸載並、..k由則端總成12移送回卡£ π。於後端總成μ 洽分度臺36路之第—及第二製程站為主要晶圓拋光裝置 較佳為可進行化學機械平面化CMp之線性晶圓拋光 機雄然以線性抱光機為較佳，但其他類型抛光裝置如旋 轉抛光機也發現於晶圓拋光系統10之模組設計執行。用於 1 丁 本揭示内容之目的，主要晶圓抛光裝置表示配置成可以至 V每刀釦1 ’000埃（埃/分鐘）示於由晶圓去除物質的拋光機 〇 崠 於刀度臺輸送一晶圓至各主要晶圓拋光裝置後，分度 臺36輸送晶圓至第三製程站較佳為修整抛光裝置4〇如旋轉 擦光機。適當修整拋光裝置40為得自Guard公司之軌道拋 光機。可使用多種旋轉式或線性修㈣光裝置之任一者。 供本揭不目的之用’修整拋光裝置以此表示可於低於1,000 埃/分鐘及最佳50-500埃/分鐘速率去除由主拋光步驟殘留 於晶圓面上之殘餘刮痕。前文後端總成14各組件之概咚說 明合後詳述。後文使用製程站以此概略指示頭載荷器34 ' 主要抛光裝置48及修整拋光裝置4〇。 晶圓輪送器 -12- A7 -----------.^07^12 β7 五、發明説明（10) ~ ---~~~ 第4圖最明白顯示分度臺36之第一較佳具體例，分度 臺係安裝於後端機架總成Μ於全部主要及修整㈣裝置^ 、40上方。如前述，分度臺36作動而輸送半導體晶圓至各 製程站，故全部半導體晶圓通過相同製程站上之相同製程 步驟。分度臺36較佳具有複數頭接納器 臺周圍。分度㈣有_中較44，+毅44透過安裝：：分2 36上方或下方之馬達傳動分度器45聯結至轉轴46(第2圖） 。分皮臺36較佳安裝於馬達傳動分度器45下方。此種分度 臺36與分度器45之配置允許製程站更緊密群集於分度臺下 方。此種配置也可防止可能之污染由分度臺滴落至分度器 或承托總成。分度臺36係於單向以精確遞增藉聯結於馬達 傳動分度器45之馬達連續進行36〇度旋轉。聯結於分度純 之馬達47於所示具體例係傳動分度器旋轉卯度。其他具體 例中可使用適當選用之分度器而執行更小或更大的旋轉增 量。例如若有多於四個晶圓接納區’因而有多於四個晶圓 係設置於分度臺36上，旋轉增量可成比例設計俾確保各.晶 圓精確定位於分度臺下方之一製程站上。分度㈣於晶圓 拋光過程較佳於單一方向前進而不會逆向前進。 旋轉反饋系統49監控分度臺36位置。旋轉反饋系統係 •由旋轉編碼器51藉編碼器傳動鏈輪5 3及編碼器傳動鍵$ $聯 結於轉軸46組成。來自旋轉編碼器51之信號路由至輸送模 組控制1§ 316(參考第3 1圖），其監控晶圓的進展及控制傳 動分度器45之馬達47。塑膠塗層鋁或不鏽鋼乃分度臺之適 當材料。馬達傳動分度器如Camco 902IU)M4h32_330可用 本紙张尺度適川中阄國家標率（CNS ) Λ4規格（210X297公趁） ，13- A 7 ----------------4〇7_3ΐ2 β7 __ 五、發明説明（u) 於準確旋轉分度臺。 另一較佳具體例中，晶圓輸送器可為配置重量較輕之 分度臺436 ’如第5圖所示。此具體例中，分度臺㈣使用 由中較444延伸出之支承臂桃製成的機架而非使用實心材 料。晶圓接納區442係設置於支承臂448末端。設置於周邊 之支座450可增添分度臺436之強度及剛性。如業界人士顯 然易知，可實現其他分度臺配置。 頭總成及頭止動總成 半導體晶圓當沿分度板界定的製程路徑前進時，各自 由不同頭總成52夾持。如第6及7圖所示，各頭總成52夾持 一晶圓。第6圖顯示頭總成52之晶圓容納板54。頭總成52 當夾持一晶圓時可制動晶圓牴住晶圓容納板54位於由止動 裱56界定之邊界内部，止動環包圍且延伸超出晶圓容納板 5 4之平面。複數鑽孔或流體管路5 8分佈環繞晶圓容納板5 4 。流體管路58可透過表面張力或介於晶圓與容納板54間形 成的部份真空而輔助頭總成52止動晶圓。外環6〇及頭配接 器66將頭總成52之下部夹持在一起。如第7圖所示，長槽64 及同心凸環62設置於頭配接器66上。 長槽64及環62允許頭配接器66活動式聯結於工具更換 -器配接器80。頭總成配接器與工具更換器配接器間之互聯 顯示於第8及9圖。頭配接器66設計成可聯結頭。工具更換 器配接器80較佳設計成一邊可匹配頭配接器66及另一邊匹 配標準二件式工具交換器之母半部。適當二件式工具更換 .'......'-· 器可m亥俾州提普城之Robotic附接公司。頭總成52 本紙依尺度過州屮囤國家標準（cNs ) Λ4規格（2丨〇><297公釐） ------II-------I ~ - (諸先閱讀背面之注意事項再硝朽本頁} -14- ίίr;ΓJ^,Γ中JJ;^綷而',JίJ消扎A=^:^-ϊ:;ί,^¾', 407312 at _ ^ - - —— —.. 一- 7 五、發明説明（！2) 之優點為多種常用晶圓夾持頭及工具更換器之任一者皆可 藉由扣接適當頭配接器板或工具更換器配接 器80使用。 參照第4、8及9圖，工具更換器配接器8〇也可脫離式 聯結至附接於分度臺36之各頭容納區42之頭止動總成68， 如此聯結頭總成52至分度臺36。頭止動總成68係由環形壁 70以螺絲72安裝於分度臺36组成。雖然第4圖僅顯示-個 頭止動器供舉例說明之用，㈣止動總成68較佳安裝於分 度臺36之各晶圓容納器42。較佳具體例中，開槽環科固定 設置於環形壁70,此處環74係由金屬材料製成，而壁_ 由塑膠材料製成以減輕重量。環形壁7〇聯結於由環形壁7〇 伸出之二凸部76。凸部76移動而旋轉壁7〇及附接環74。旋 轉回縮夾持頭總成之工具更換器配接器部8〇之滾珠軸承％ 。開槽環74之長槽容納滾珠轴承78，及允許心軸傳動總成 1〇8(第16圖)齧合並向下移動頭總成至製程站。當晶圓由 製程站被容納於分度臺時，頭總成52再被聯結至頭止動機 構68。此聯結再度係藉推至凸部76而旋轉環形壁7〇及開槽 環74，及使滾珠軸承接觸頭總成52之工具更換器配接器部 80之環形切槽75達成。 頭止動總成68也設置用於晶圓於分度臺上旋轉期間以 •去離子水清洗晶圓及頭總成。頭止動總成外側之去離子水 埠口 69可接受來自分度臺36管路（圖中為顯示）之去離子水 。參照第9圖’去離子水埠D 69聯結周邊槽道71而提供去 離子水給頭總成。頭止動總成之通道73於介於頭總成^與 頭止動總成68間之清洗間隙75向上敞開。去離子水或其他 本紙張尺度述州中闽囤家標準（CNS ) Λ4規格（ 2J0X 297 公沒 ---- — —— 111 士^-----丁 --° (誚先閱讀背面之注意事項再楨巧本頁) -15-

407312 a7 ----------- B7 五、發明説明（13) ' 預定清潔劑可餵至去離子水埠口 69内部並流至晶圓及頭總 成52上而去除殘留清潔劑。清潔過程係於晶圓介於各製程 站間前進之同時進行，如此有助於不同製程站使用化學不 相容的抛光劑。 如第10圖所示，一對頭止動操作活塞59與頭止動總成 6 8之凸部7 6共同合作而鎖定或釋放頭總成與頭止動總成。 一對頭止動作動活塞59係設置於後端總成機架上毗鄰系統 1〇之各製程站。活塞由托架61扣接於機架而不會於分度臺 上移動。活塞於分度臺之增量旋轉運動使安裝於分度臺上 之各個晶圓位於個別次一製程站時，活塞對正各頭止動機 構。活塞59於軸65末端各有一接觸頭63設計成可推靠凸部 76,因而鎖定或釋放頭總成與分度臺％。可使用多種市售 氣力或液力活塞之任-者。活塞59較佳由輪送模組控制器 316(第31圖）控制與心軸傳動總成1〇8、1〇9(參考第圖 )協調而鎖定或釋放頭總成5 2。 第1 M 3圖示例說明頭止動器總成4 6 8之第二較佳具體 例。本具體例中無需個別頭止動器作動活塞。如第u圖所 不，頭止動器總成468包括—頭總成聯結環彻，其係附接 於％形壁470位於分度臺之頭容納區。環469具有一内凸緣 • 47卜其具有複數工具更換器配接器通過以對稱樣式設置 於内凸緣471周圍之長槽472。通過長槽472設計為可接受 由附接於頭總成之工具更換器配接器彻之外周邊於徑向 方向延伸之销4 7 4。各次通過長槽4 7 2與銷止動灣4 7 3間間 隔預定圓周距離。各銷止動灣係由内Λ緣471上之凹部界 本紙张尺度通 (#先閱讀背而之注意事項4难"本頁)

-16- 407312 A7 B7 發明説明（14) 定。 容後詳述，心軸傳動總成於各製程站鎖定第1丨_丨3圖 之頭止動機制之頭總成，鎖定方式係經由對正工具更換器 配接器之銷474與貫穿長槽472，升高頭總成至銷474通過 貫穿長槽472，及旋轉然後下降頭總成至銷停靠於銷止動 灣473。長槽及對應銷之非對稱樣式提供偏極化嵌合俾確 保頭總成每次移動於分度臺與製程站間係於相同取向載於 刀度$上。第Π -13圖所示頭止動器總成之優點為無需個 別活塞來鎖定或釋放頭止動器總成。反而心軸傳動總成可 執行所需對正及鎖定頭總成於分度臺之步驟。 頭栽荷器 第14圖示例說明於裝載/卸載操作過程中頭載荷器％ 與頭總成52及分度臺36之交互作用。為簡化起見，第㈣ 未顯示整個頭總成5 2或頭載荷器心轴傳動總成i 〇 9 (第i 9圖 )聯結於頭總成52。頭載荷器34設計成可於抛光前將預先 對正晶圓置於頭總成上，及於抛光及擦光後移出晶圓。此 外頭載荷器作為清洗站而於卸載晶圓時以去離子水 水由頭總成及晶圓清洗去降讲» φ.| U* 古除過篁科襞。其他清潔化學品包 =個別或與去離子水合併可藉喷嘴施用於頭載荷器34。頭 :荷器34係由可垂直移動之清潔容納㈣環繞晶圓轉運總 成92組成。轉運總成92包括一 ι估茼形支承環94與對正環96同 軸對正。由安裝於機架99 ^ 飞缸98傳動之汽缸軸102聯結 於盆90。汽缸98升降盆。較#、令 缸98可升高盆90至分度臺 36底部而與分度板形成 才為頭載％器與分度板間交互 210X297 公浼） (誚先閱讀背面之注意事項再禎寫本頁) 本紙张尺度4 標準（CNS) -17- 407312 a7 B7 — —— --—···· — - I — 五、發明説明（15;> ~~ ~ 期間允許晶圓與頭總成齊平所需。封可為0形環91設置環 繞盆90開口。 於盆内部頭對正環及晶圓支承環96、94可透過升降桿 1〇1藉線性引動器97與盆獨立運動。線性引動器97可移動 對正環96及晶圓支承環94二者。線性引動器97升高頭對正 環96及晶圓支承環94至頭對正環96齧合且對正附有頭總成 52之晶圓支承環94。一旦於頭總成52達成對正，第二引動 杰121獨立升高晶圓支承環94而轉運晶圓至頭總成。或接 納來自頭總成的晶圓。晶圓及頭總成接受設置於支座1〇3 赴鄰頭對正環及晶圓支承環94·、96之喷灑噴嘴1〇〇之清洗 。較佳喷嘴喷灑去離子水及額外清潔化學品如介面活性劑 而清洗拋光後之晶圓同時也清洗頭隨後將待處理之未拋光 晶圓轉運至頭上。 心軸傳動總成 除了頭載％器升降晶圓至分度臺3 6外，心軸傳動總成 可由分度臺下降頭總成52。兩型心軸傳動總成較佳用於較 佳系統10。第一型心軸傳動總成位置與頭載荷器34相對。 第二型心軸傳動總成係位於沿分度臺界定的製程路徑上之 其餘各分度臺。兩型心軸傳動總成使用機器人工具交換器 一由分度臺上方可卸式聯結心軸至頭總成，該交換器具有一 公部81係聯結至心軸U0及母部83係聯結至各頭總成52。 第1及2圖最明白顯示用於晶圓拋光系統10之主要拋光 機及修整拋光機之心軸傳動總成1 〇8所在位置。雖然於頭 載荷器34之心軸傳動總成較佳為於其他製程站之心軸傳動 本紙张尺度適川中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填Ή本頁 *1Τ 線 -18- A7 B7 «07312 五、發明説明（16) 總成10 8之簡化版本，作於通哉朴1 於頭載何益可使用更複雜的心軸 傳動總成10 8。如前述，頭蛐成$ ^i < , 頌〜成52错頭止動器總成68活動 式附接於方疋轉分度臺。於产八央表 於/口刀度臺路徑之各製程站，心軸 傳動總成108齧合頭绝忐，+ & _= & 項〜成，夾持頭總成52同時由分度臺36 之頭止動器總成上釋放，β at 及向下移動被釋放的頭總成52及 晶圓至製程站。於製程站虚理士士、 免里凡成後，心軸傳動總成j〇8 升高頭總成及晶圓返回分度臺，鎖定晶圓與頭總成於頭止 動機構’及由頭總成脫離。然後分度臺自由旋轉至次一分 度點，同時於晶圓拋光系統1〇之各製程站重複進行由分度 臺脫離晶圓及頭總成過程。 另外，若使用第11-13圖之頭止動機構，則心轴傳動 總成108可直接釋放或鎖定頭總成。心、軸傳動總成⑽旋轉 頭總成至銷474對正貫穿槽472。，然後心轴傳動總成略微升 高頭總成’及旋轉至銷停靠於凸緣471上之鎖止動灣4乃為 止。然後心軸傳動總成藉由從工具交換器之母部脫離聯結 而釋放頭總成。當於次—製程站，頭總成再度被心轴傳動 總成抓住且下降接受處理時過程逆轉。本較佳系統1〇之優 點為使用可卸式頭總成，接受處理的晶圓可同時於各製程 站間移動，而無需嘗試移動整個心軸傳動總成重量與龐大 〇 較佳心轴傳動總成108之細節顯示於第15-18圖。心軸 傳動總成108包括一心軸110垂直延伸貫穿總成1〇8。心軸 110係於一對設置成朝向心轴丨丨〇之兩相對端的軸承總成 112上旋轉滑動。軸承總成較佳為滾珠花鍵軸承，其允許 本祕尺度適準（CNS) Λ4規格（2ΙΟχ 297公趦） (誚先閱讀背面之注意事項再功朽太二 、1T~~— .~~— -II I -- '4' 部 中 头 41 乂〕 ]； —τ 消 f- ΐί -19- A7 B7 407312 五、發明説明（17 心軸110沿其軸滑動及以其軸為軸旋轉。適當滾珠花鍵轴 承為得自ΤΉΚ公司之型號LTR軸承。 如第17圖所示’心軸11〇有一中空搪孔延伸於心軸 110全長。複數流道116設置於中空搪孔114。流道116可容 納空氣或液體或容納真空。依據該系統使用之頭總成52類 型而定’將利用部分或全部流道116。轉子聯結器11 8係附 接於心軸110之頭總成52反端。軟管（圖中未顯示）載運任 何預定流體或真空，附接於轉子聯結器1丨8及聯結至心軸 110之流道116 » 心軸110藉固定於心軸傳動總成108之框架之伺服齒輪 馬達120旋轉。伺服齒輪馬達120轉動皮帶（圖中未顯示）， 而其又旋轉聯結於心轴11 〇之配接器傳動滑車丨22。心軸〗^〇 之軸向移動係由粗調節機構124及細調節機構126控制。粗 調節機構124較佳為螺桿傳動引動器，例如得自八“办此之 BC35螺桿傳動引動器。粗調節機構移動心軸11〇，細調節 機構126，軸承總成112及其餘心軸傳動總成1〇8於附接於 固定機架132之軌130。粗調節機構124附接於固定機架132 ，及有一傳動部附接於滑動軸承，該滑動軸承係滑動式聯 結心轴傳動總成108之其餘部分至軌13〇。較佳具體例中， 粗調節機構124設計成可連同心軸傳動總成1〇8之其餘部分 移動心軸约3-4吋，故頭總成52向下通過分度臺毗鄰主要 晶圓拋光裝置38或修整拋光裝置。 旦頭總成52透過粗調節機構124向下到達製程區， 細調節機構U6移動晶圓經過其餘距離及控制施加於晶圓 本紙人度過州中國國家標率（CNS ) Λ4規格（2! 0 χ 297公趕） (誚先閎讀背而之注意事項再蛸荇本頁 ------訂 -20、 407312 A? --—____________________ B7 五、發明説明（18) ~~ ~~~·-- 之向下方向力。較佳細調節機構126係由附接於拉桿臂ΐ36 之隔膜雙重作動缸134作動。拉桿臂之一端附接於缸轴138 ，及另一端附接於固定於軌130之樞軸點14〇。推出軸承u2 係聯結於拉桿臂136介於拖軸點14〇與缸轴138間。推出轴 承142具有一軸向固定的旋轉式聯結於心軸u()，故缸η# 可於心軸U0旋轉時上下移動心轴11〇。拉桿臂可使用較小 較輕且較非強力缸或其他類型引動器同時也可增高紅之轴 向解析度或細調整能力之優點。較佳替代例中，高解析度 '速動型導螺桿可取代細調整機構126上之雙重作動缸13又4 。適當隔膜雙重作動缸為得自Bell〇fram之型號d“2_e· BP-UM雙重作動缸。 由於於各晶圓拋光裝置38維持經過控制之向下方向力 於BB圓的重要性，細調整機構較佳可控制於〇.5磅/平方吋 (p.s_丨.）及2至1〇 p.s.i•之範圍。用作細調整機構之另外較佳 裝置為高解析度線性引動器。安裝於固定機架132上之線 I·生位移感測器141提供電反饋至控制電路，指示粗調整機 構124之移動及位置°缸延伸感測器143係位置細調整機構 好 I26，提供電力信號給控制電路，指示拉桿臂136相對於缸 I； 134之位置。較佳指示拉桿臂及缸之位置之電信號用於維 I -持缸軸138於其運動範圍中心。此外於主要抛光及擦光(修 | 整拋光）程序期間心軸係以約5至50 r.p.m.旋轉晶圓，同時 ί· 心軸傳動總成維持預定向下方向力。 | 為了維持適當控制心軸及於心軸傳動總成108上施加 % 於S曰圓之向下方向力’使用閉路控制電路144，如第18圖 ___ 姆尺度追州中關家—— -

-21 - 部 屮 A V, 導 又:] 消 f: 合 η 407312 Α7 ------:-------------------- Β7__ 五、發明説明（19) 所示。控制電路144包括粗運動控制電路146，心軸旋轉控 制電路148及頭向下力控制電路150。粗運動控制電路146 電聯結至粗調整機構124馬達而控制運動速度及時間。下 限感測器152及上限感測器154與粗運動控制電路146通訊 而於到達極端位置時切斷粗調整機構124。線性位移感測 器141及缸延伸感測器143與控制電路通訊。複數控制線路 156也與系統1〇之GUI 28通訊而傳播來自製程模組控制器 314之指令（第31圖）。心軸旋轉控制電路148透過皮帶及配 接器控制聯結於心軸110之馬達12〇。複數馬達控制線路158 被致能及指令馬達12 0以預定速度於預定方向旋轉心轴。 細調整機構126係由頭向下力控制電路丨5〇控制。較佳 具體例中，為了獲得最佳控制壓力，控制電路15〇監控於 壓力轉換器160之雙重作動缸134之隔膜兩邊的壓差，及作 動控制閥162而由隔膜任一邊增減壓力。較佳缸為汽缸但 也可使用油缸。個別頭向下力感測器例如載荷單元也可用 於測量由細調整機構126施加之絕對壓力。施加於控制閥 162之氣力壓力透過加壓管線164輸送，於粗調整機構完成 其形成後透過電磁閥開關166使壓力管線被激發。控制管 線168指令頭向下力電路150升降心轴11〇及基於透過⑽ -2 8接收自使用者的指令指示施加多少力。 ㊣佳具體例中’頭載荷器心軸傳動總成1〇9係設置於 頭載荷器34上方。如第19圖所示，頭載荷器心轴傳動總成 109乃第15-17圖之心軸傳動總成之簡化版本。頭載荷器心 輛傳動總成109包括-心軸！ i i旋轉式安裝於轴承座⑴。 本紙张尺度適州中囤國家標苹（CNS ) Λ4規格(210X 297公釐j ~~--~ -22- 嘯 I 先I 閲 I 讀 f I 面 | 之I I | 事I 項 I 再 镇I % 本 「 訂 407312 A7 __ B7 ------------- - 1— .......-________ 五、發明説明（2〇) 轴承座113滑動式架設於固定於支柱117之垂直取向軌115 。支柱117透過扣件附接於晶圓拋光系統1〇之機架。 頭載荷器心轴傳動總成109使用單一線性引動器119移 動心軸111，轴承座113並附接於垂直分度臺平面的軸承座 。不似第15-17圖之心軸傳動總成1 〇8，由於頭載荷器未執 行拋光故無需細調整機構。另外，頭載荷器心軸傳動總成 109僅旋轉頭總成+/_360度。由於頭載荷器無需於單一方 向連續迴轉’故頭載荷器心軸傳動總成109未使用轉子聯 結器來將流體或真空向下導引通過心軸1 1 1。反而任何流 體或真空流道草純繞徑於心軸1 1 1外側並提供足量寬鬆而 允許心軸高達+/-360度轉動。伺服馬達127透過齒輪箱125 傳動皮帶及滑車系統123而轉動心轴111。如前述，心軸i i i 旋轉而允許頭載荷器之喷嘴清洗晶圓及/或頭總成。本較 佳頭載荷器心軸傳動總成109比較主及修整拋光機3 8、4〇 所需心轴傳動總成108提供成本下降及複雜度減低之優點 〇 主晶圓拋光裝置 心軸傳動總成108與設置於沿分度臺所界定之製程路 徑各點的製程站共同合作。如第1-3圖所示，其中二製程 •站為主晶圓拋光裝置38。較佳主晶圓拋光裝置38為設計用 於CMP處理半導體晶圓之線性拋光機。晶圓拋光系統1〇 於另一例中可合併旋轉式拋光機。較佳線性晶圓拋光裝置 38顯示於第20-25圖。主晶圓拋光裝置38包括一皮帶Π8套 於傳動輥丨80及惰輥182周圍。帶較佳由高抗拉強度材料如 本紙張尺度逆]11^國家掠半（(：奶）八4規格（210'_<297公尨 -23 - 奸浐部中-^^^cn Jivi於合 A7 B7 五、發明说明（21) 聚合物或不鏽鋼材料製成。帶178用於拋光直徑12吋或以 下之晶圓時寬約13-14吋。吸收墊Π9覆蓋帶178且與拋光 流體如化學機或含微磨料量漿共同合作而由晶圓面去除物 質。較佳晶圓拋光系統使用之主晶圓拋光機38係構造成可 以每分鐘至少1000埃（埃/分鐘）之速率由晶圓面去除物質 。此外拋光機38較佳合併墊調理器（圖中未顯示）來粗化墊 179表面’提供料漿輸送用之微槽道及去除cmp過程產生 的碎屑。可使用多種已知之墊調理器。 輥180、182係安裝於内襯鋼機架184。機架184較佳由 不鏽鋼板製成，具有由塑膠或塑膠塗層材料製成之内襯186 。由於化學料漿亦即磨蝕物質用於晶圓拋光機38，故拋光 機之内侧及外側因儘可能密封以防磨料及拋光過程產生之 微粒接觸精緻軸承總成或污染後端總成丨4。防護罩丨88遮 蔽輥180、182兩端。二輥180、182具有由不鏽鋼或其他非 腐蝕性高強度材料製成之管形中心190。橡膠塗層192成形 於管形中心190上而提供帶178與輥〗8〇、182間之拖曳力。 較佳帶178外伸於輥180 ' 182末端以防水及化學料漿滲流 於帶Π8與輥180、182間。此外橡膠塗層可具有切槽面而 防止水或料漿確實滲流於帶與輥間時之水上滑行效應。排 -放過量水及料漿之洩放口 194係位於機架丨84底部。 輥傳動齒輪馬達196設置於機架184外側之傳動輥1 下方。馬達196轉動傳動皮帶198，皮帶聯結馬達至輥18〇 之傳動軸200。傳動軸旋轉式安裝於機架184之密封軸承總 成202上。輥180之管形中心19〇剛性附接於傳動轴2〇〇。 本崎尺度適 ( CNS ) ( 210X297^t")~~—'~ {誚先閱讀背面之注意事項再填i:ii本頁}

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> .1 Α\ 部 中 i’J 消 f: 407312 a7--------------------—__________B7___五、發明説明（22) 不似傳動輥180，惰輥182有一軸204，轴204不會旋轉 。惰輕182之管形中心19〇以位於管形中心19〇與軸2〇4間之 在、封軸承206之軸204為軸被動旋轉。惰輥182之帶178之張 力與傳動輥180同步轉動惰輥。惰輥182上軸204之各端係 摇接式附接於滑動式安裝於機架184上之滑桿206，如第22 圖所示。滑桿2〇6構成拋光件38之轉向與張緊機構208之部 件，容後詳述。 如第21-22圖最明白顯示，輥18〇、182上帶178之張緊 與對正可以轉向與張緊機構208自動調整。轉向與張緊機 構208係由汽缸2 1 〇(例如得自STARC YL之多階汽缸）透過 連才干總成212聯結於各滑桿206組成。連桿總成212較佳罩 住一載荷單元2 14而監控惰輥1 82兩邊之載荷。滑桿206各 自固定於捲帶殼體216内，捲帶殼體係安裝於機架184各邊 毗鄰惰輥軸204末端。捲帶殼體係由二密封線性軸承總成 218安裝於軸204殼體開口之兩相對邊組成。軸承總成較佳 對正而允許滑桿206於平行輥180、182平面之直線方向運 動。 如第21圖所示，滑桿及惰輥軸共同合作而允許惰輥軸 末知彼此獨立移動。為了調整帶17 8之總張力，活塞21 〇可 將滑桿206移離或移向傳動報18〇。此種調整可自動進行而 無需任何手動調整或拆卸輥。與張緊調整同時，轉向與張 緊機構208可相對於傳動輥轉向惰輥，故帶保持妥為對正 輥而不會偏離一端。轉向係透過獨立移動滑桿與活塞21〇 而當Π 8環繞棍周圍旋轉時對正帶完成。轉向調整係根 本紙张尺度適川中囤國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公^ ~ (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝丨 、-0 -25- 23 ‘ 恕#部中4'(4;-^^,,;1:;5;7;於合；^.^^^ A7 B7 五、發明説明 據設置帶178-緣或雙緣之對正感測器244(第24圖）接收得 之信號進行。多種感測器之任一種皆可用於完成閉路電路 其控制惰輥之相對運動與轉向。 如第21-22圖最明白顯示，惰輥軸2〇4任一端之長槽 可容納滑桿206並於旋轉式接合聯結於滑桿，較佳為一銷 220貫穿滑桿206及轴204。軸204之長槽219底部與滑桿2〇6 邊緣間隙222於轉向與張緊機構2〇8要求惰棍叱末端彼此 獨立移動時提供餘隙供惰輥軸2〇4環繞各銷22〇之枢轉運動 。撓性環形封224密封軸204與機架丨84之軸開口間之間隙 。撓性封224也提供於轉向與張緊調整期間軸之直線運動 。有關78之張緊與轉向之額外資訊來源，帶張緊與轉 向包括一線性位移感測器226位於惰輥軸2〇4各端。感測器 226之固定部228較佳附接於捲帶殼體216，及活動部23〇附 接於滑桿206。 指示各滑桿2 0 6與已知起點相對位置之電信號係由各 感測器發送給轉向與張緊控制電路232 ,如第24圖所示。 各拋光機3 8之轉向與張緊控制電路232管理加壓空氣於加 壓空氣f線234之分布。當拋光機被作動時電磁閥236由資 料信號遙控觸發。壓力開關238監控空氣壓力確保存在有 _預定足夠空氣壓力。來自連桿總成2丨2之載荷單元214之資 料信號由中央處理器（圖中未顯示）用於調整壓力控制閥 240。壓力控制閥240可改變由汽缸21〇壓諸帶上之張力。 結果帶示蹤控制器242接收透過放大器電路246來自帶緣位 置感測器244較佳為感應近處感測器之資訊。較佳具繼例 本紙張尺度4川屮丨吳囤家標苹（CNS > Λ4規格（21〇χ297公釐）

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26 Γ—_______— 407312 Β7 五、發明説明（24) 中，ΤΤ緣位置感測器可為光學感測器例如視訊攝影機設置 於可監控帶緣位置並提供帶位置的相關電信號給帶示蹤控 制器。 帶示蹤控制器242電控帶示縱控制閥248。控制閥248 根據由帶示蹤控制器指示的轉向需求分配空氣壓力給各汽 虹210。較佳由帶緣位置感測器244之帶示蹤控制器242之 反饋迴路可提供4-20 mA範圍之調整信號給帶示蹤控制器 而靜止而度或f中心向度設定於此範圍的中點。於氣壓 管線上介於汽缸210與控制閥248間之壓力錶250允許人工 檢視壓力設定值。 除張力及轉向方面外，當晶圓藉心軸傳動總成1〇8由 分度臺下降時，帶178必須儘可能保持平坦。如前述，心 軸傳動總成10 8對晶圓迫牴帶17 8之向下方向壓力提供審慎 控制。此種壓力將導致帶介於傳動輥與惰輥丨8〇、丨82間之 向下彎弓。重要地跨越晶圓面必須呈現平坦帶面，故可一 致進行拋光程序，一對帶偏轉輥252較佳設置於帶178之晶 圓接納側上。 如第22、23及25圖最明白顯示’帶偏轉輥252係設置 成平行傳動輥及惰輥180、182且介於其間。帶偏轉輥於傳 *動輥及惰輥平面上方略微向上凸起。較佳帶偏轉輥偏轉帶 南於傳動輥及惰輥平面0.06-0.13吋範圍。如第22及25圖所 不，各帶偏轉輥252藉輥支座254固定於拋光機38之機架184 ’輥支座懸吊輥252之軸256於任一端。 較佳具體例中，輥252有一固定軸256及旋轉式套筒258 本紙张人H州中丨侧家標率（CN‘S ) Λ4規格（Yig x 297公楚） ' 一 _ -27- "妒、^中^,?^7^,'^了-;/1'5^";^.^印：^ ； A 7 ________________ β7 五、發明説明（25)^ ' ' ： 一 女裝於套於該轴上之密封軸承上。旋轉式套筒258較佳比 帶Π8更寬。可使用可支持數百磅分配壓力之多種目前可 得之輥總成作為偏轉輥252。 平臺總成 再χ參照第23圖，拋光機38也包括一平臺總成260。 平$總成結合平臺高度調節器262控制帶178背側與平臺 264間之間隙。本較佳平臺總成之優點為平臺總成可作高 度調整而無需拆卸整個拋光機。平臺總成26〇可於拋光期 間調整尚度及維持跨越晶圓極為準確的壓力分布。如第23 圖所示，平臺總成260活動式附接於拋光機38之機架184上 介於二帶偏轉輥252間。 如第26-27圖所示，平臺總成26〇包括一可置換盤形平 臺264安裝於盤形平臺套圈266上。於盤形平臺套圈266下 方之歧管總成2 6 8設計成可以準確量分配流體至盤形平臺 。盤形平臺套圈266較佳包括一列前濕潤噴嘴267設置沿垂 直帶178運動方向之至少—緣。流體由歧管總成M之前濕 潤歧管271導引至前濕潤喷嘴267。前濕潤噴嘴藉由提供小 量流體於帶初步通過平臺總成26〇時潤滑帶’而減少帶相 對於盤形平臺總成套圈邊緣之摩擦。較佳使用流體為空氣 一，歧官總成268有複數氣力快速解除聯結口 27〇，其容易接 合及拆除空氣之供給平臺總成26〇。平臺盤形襯塾π提供 平臺264與平臺套圈266間之封。同理，平臺套圈襯墊μ 供給介於歧管總成26績平臺套圈266間之封。複數扣件w 將平臺總成260固定在-# ’四連接器孔278與扣件（ 本紙张尺度適川屮1¾¾家標準（CNS )八4规$717^<297公釐1------ #------1T (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本好) -28- Μ' * «ΐ ;Γ· 部 屮 _τ 消 f Μ 407312 at -------—------------------------^__ 五、發明説明（26) —~ 未顯不）共同合作而可由拋光機38裝卸平臺總成26〇。 工作時’平臺總成260接受設置於系統10後端總成M 之平臺流體質量流量控制器28〇(第1圖）之經控制的空氣或 其他流體供給。其他流體流動控制裝置也可用於本較佳平 臺總成。來自質量流量控制器28〇之經控制流體流接納於 歧官總成268並分布於盤形平臺264之複數空氣分布通風口 282。空氣或其他流體由分布通風口 2 82送出，而以精確可 控制的方式形成流體承牦器，其加壓於帶丨78，同時減少 當帶連續移動通過空氣承托器時的摩擦。另一較佳具體例 中，可刪除歧管總成，各軟管或管可分布流體至平臺總成 之適當喷嘴或通風口。 拋光機38之另一主要方面為平臺高度調整器262 ’用 於調整平臺260相對帶178之高度，以及維持平臺26〇與帶 之平行對正。平臺高度調整器262較佳由三個獨立作動升 降機構284組成。如第21及23圖所示，升降機構284係間隔 為二角形樣式，故平臺總成262可調整至與帶178之任何夹 角。升降機構284設置於傳動輥與惰輥18〇、182間，恰位 於機架184之密封腔室之平臺總成26〇下方。 第28圖最明白顯示較佳升降機構284之構造。升降機 構284係由編碼器288透過資料線290控制的馬達286傳動。 馬達2 86透過配接器294傳動行星齒輪箱292。齒輪箱較佳 具有極高齒輪比，故可作精細調整。一種適當齒輪比為1〇〇 ·· 1。凸輪機構295可將步進器馬達286之旋轉運動轉成升 降軸296之垂直運動。環形軸承298具有公球面及母球面（ 本紙張尺度適州ta國家標牟（CNS ) Λ4规格（210X 297公釐） 請先閲讀背面之注意事項再"寫本瓦) ‘裝 *1Τ -29- 407312 A7 B7 五、發明説明（27) 參考第23圊）可提供多種運動程度允許平臺高度調整器262 上之升降機構284升降而當平臺於三個接觸點調整時不會 造成平臺安裝板300與軸296間之過高應力。軸296各自以 螺栓302及墊圈304聯結於安裝板。伸縮節座306及夾具308 於平臺高度調整器262透過安裝板300聯結於平臺總成260 時，於安裝板300形成密封接合。 修整拋光裝置 修整拋光機40安裝於分度臺下方（第1圖），與安裝於 系統10於分度臺36反側的心軸傳動總成1〇8共同合作而形 成沿製程路徑前進的各晶圓之最末拋光步驟。用於晶圓拋 光系統10之修整拋光機可為多種已知旋轉拋光裝置之任一 者’例如得自Engis公司。一具體例中修整拋光裝置40可 為類似前述主晶圓拋光機38之線性拋光裝置，適合藉由以 低於1000(埃/分鐘）速率由晶圓去除物質而擦光平面化晶 圓。 另一種用於晶圓拋光系統10之修整拋光機40顯示於第 29-30圖。此修整拋光機4〇具體例執行拋光板330之同時旋 轉與線性擺動運動。拋光板330支持拋光墊332，拋光墊用 於由各半導體晶圓面去除細微到痕及痕跡。拋光墊3 3 2較 -佳利用拋光流體如含微磨料之料漿供給而以低於1 〇〇〇埃/ 分鐘速率由晶圓去除物質。心軸傳動總成於晶圓被炎持抵 住旋轉同時線性擺動之修整拋光機40時旋轉晶圓。 旋轉板330透過轴336聯結於馬達338。一具體例中， 方疋轉板係以每分鐘10-200轉（r.p.m.)控制於+/- 1 r.p.m.之速 本紙张A度適财®國家標率（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） "先閲讀背面之注意事項再堉ft?本頁}

、1T *1» 'Λ\ 部 中 而 ii .τ ί»1) f: A 印 t -30- Μ Β7 407312 五、發明説明（28) 度旋轉。馬達338，轴336及旋轉板330滑動式安裝於線性 導件總成340上，該導件總成係設置平行旋轉板33〇表面。 線性導件總成固定於修整拋光機4〇之機架346 ^聯結於線 性導件總成340之線性引動器344擺動安裝板及附件，故旋 轉板330沿線性導件總成340於直線方向來回運動，而旋轉 板3j〇同時旋轉。線性引動器344可以每分鐘60-600衝程速 率沿線性導件總成擺動旋轉板及附件，此處一衝程為單一 方向之最大行程。衝程可為2吋，線性引動器沿線性導件 總成距基本位置移動+/_ 1对。 線性引動器可為任一型可以預定速率線性移動旋轉板 及聯結附件的任一型線性引動器。旋轉拋光機構例如Engis 公司製造者可用作較佳修整拋光機4〇之旋轉板部。雖然第 29-30圖所示修整拋光機具體例可作動而同時旋轉旋轉板 與於直線方向擺動旋轉板，但修整拋光機也可控制為僅以 直線方向移動旋轉板而未同時旋轉旋轉板。相反地，晶圓 也可藉僅旋轉旋轉板而未於直線方向擺動旋轉板適當擦光 控制架構 第31圖示例說明管理晶圓拋光系統1〇之工作之較佳通 訊網路與控制架構。較佳用於前端機架總成12之顯示器28 之使用者圖形介面30允許使用者與叢集工具控制器 (CTC)310間之直接交互作用。CTC 310為系 統之主處理器 。適當叢集工具控制器為執行微軟NT 4.0之小型基於PCI 之龟知。使用者圖形介面30較佳使用Wonderware InTouch 本紙iR尺度適刑中囤國家標苹（CNS ) Λ4规格（210X 297公f ) 訂 I--踩 - 一 ' (誚先閱讀背面之注意事項再楨{:si本5 ) Η 部 屮

«* η >/ί A -31 - » ,1 >r. ih 41 A7 —~:、一, …·. -- 五、發明説明（29) 工具寫。SECS/GEM介面使用GW Associates工具寫並透過 RS-232聯結埠312工作用與其他裝置通訊。CTC 310較佳 透過乙太網路3 18與製程模組控制器（PMC)3 14及輪送模組 控制器（PMC)316通訊。 卩1^€314根據來自（：丁€310之指令控制晶圓處理裝置 之工作（亦即主拋光機38，修整拋光機4〇及擦光機總成32) 。PMC 314較佳為執行pS0S+軟體之小型基於PCI之電腦 且可透過乙太網路318與TMC 316及其他PMC 314通訊。 TMC 316也較佳為執行ps〇s+軟體之小型基於pci之 電腦。TMC控制頭載荷器34，乾及濕機械人20、24及分 度臺36 ^ TMC 316較佳也含有排程軟體俾確保半導體晶圓 可適當通過系統1〇前進。 製程之概略說明 使用前述系統10處理晶圓之較佳方法說明如後。填充 以複數半導體晶圓之卡匣16安裝於前端總成12而開始製程 。乾機械人20移動晶圓將各晶圓置於轉運站22。轉運站藉 由旋轉as圓至特徵參考記號例如凹痕或扁平妥為對正而對 正晶圓。濕機械人24接近轉運站22移動並顛倒晶圓故有電 路侧（若有）面向下。濕機械人24載運晶圊進入後端機架總 成14並沉積於頭載荷器34上。然後頭載荷器升高晶圓至頭 總成52。 由頭載何為轉運晶圓至頭總成之步驟係透過於頭載荷 器34及設置於頭載荷器上方之㈣“心 之同'動作達成。於頭載荷器，濕機械人僅設定晶圓於升 本紙張尺度適 --- (¾先閱讀背面之注意事項再Μ巧本育 訂 -32- 、發明説明 407312 A7 __ B7 30) °承晨94對正環94向上移動而對正晶圓於支承環94。 、人頭載荷器升高盆9〇並濕潤背側而輔助頭總成W使用真 工或流體之表面張力抓住晶圓。由於晶圓事先顛倒，故晶 圓老面面朝頭總成52。於濕潤完成後盆90下降。對正環與 支承環向上移動而會合頭總成與轉運晶圓。 田日日圓之背側被濕潤時’心軸傳動總成向下移動而抓 住頭總成。於心軸與頭總成上之工具更換器之公部及母部 個別鎖疋。然後頭止動機構68由分度臺36釋放頭總成52。 現在心軸傳動總成下降頭總成通過分度臺而會合晶圓。支 承環9 4移動濕晶圓向上至通過晶圓容納板5 4之空氣通道5 8 之空氣抽取力抓住晶圓為止。頭總成升高至分度臺，鎖定 於頭止動機構並由心轴釋放。 分度臺旋轉晶圓至第一主晶圓拋光機3 8開始拋光。如 前述，夾持晶圓之頭總成聯結至心軸並向下調整至主晶圓 抛光機38。主晶圓拋光機之心軸傳動總成〗〇8由分度臺下 移晶圓約4吋’同時以恆速旋轉晶圓，以經過測量之向下 力向下壓迫晶圓於移動中之帶178之拋光墊。心軸傳動總 成108 ’平臺總成260及平臺高度調整器262接受來自支承 模組控制器3 14之指令且共同合作維持晶圓與帶之適當壓 力與對正。又化學拋光劑如1 〇%微磨料料漿連續或間歇餵 送至帶上之拋光墊並開始晶圓拋光過程。晶圓僅部分拋光 ’較佳於第一主抛光裝置3 8僅半抛光。心轴總成於部分拋 光晶圓後將晶圓拉回分度臺’頭總成再聯結至分度臺而心 軸脫離後’分度臺輸送晶圓至次一主晶圓拋光裝置38。移 本纸张尺度通j|]中國國家標牟（CNS ) Λ4規格（210乂 297公1 ) -- - —^1 I - I - n I I I I I T 574 、-'口 (誚先閱讀背面之注意事項再硪寫本石；) -33- Γ7Τ --------------------411731¾ π? 五、發明説明（31 ) " --- 動與拋光晶圓步驟重複而完成晶圓的抛光。 "晶圓再聯結於分度臺並移動至修整裝置用於去除主拋 光步驟留下之任何到痕或瑕疲。於修整拋光機擦光後，晶 圓再度藉/刀度臺輸送並送返頭載荷器。頭載荷器於卸載動 2期間執仃右干步驟。盆9〇升高並相對分度臺密封。頭載 肓器之喷嘴喷，麗去離子水於晶圓表面。晶圓支承環％升高 至頭總成，頭總成以溫和喷送氣體或液體推離晶圓。對正 環9曰6升高而套住支承環對正晶圓，然後支承環與對正環下 降:曰圓。盆仍相對於分度臺密封情況下，喷嘴⑽清洗晶 圓背面及頭總成之晶圓扣住部分。清洗後盆下降，濕機械 人由頭載何器移出晶圓，顛倒晶圓然後將平面化晶圓置於 擦洗器内進行最終清潔與乾燥。然後濕機械人即刻由晶圓 轉運站拾取未抛光晶圓並置於頭載荷器上。乾機械人接受 來自擦光機之已被清潔與乾燥晶圓並將其置回卡g。 此等步驟對各晶圓重複而使晶圓以相同裝置處理。當 系統全然作動時分度臺上四個頭接納區皆全部被晶圓佔據 。頭載荷器由頭總成移離已拋光之晶圓後 ^總成上。較佳具體例中，每次分度臺旋轉= 人衣私站之新位置’分度臺停止，心轴傳動總成移動位 * =其下方之頭總成（及附接之晶圓）進行處理。全部製程站 皆可同時執行其個別任務。較佳系統及方法之優點 於同-製程路徑上處理各晶圓改良一致性而防止各晶圓平 面化之歧異。又系統藉由將拋光步驟於二或多拋光裝置上 打斷為多步驟而更有效處理晶圓。沿拋光路徑上架設最佳 )續格了2獻297公着--------_____-- -34- Η Λ- 部 中 ，失 而 h 消 厶 η _ 407312 -------- - — _ -- ------— — ------- ----- 五、發明説明（32) 數目拋光機38、4〇可使晶圓連續流沿製程路徑輸送而達到 提高通量。前述具體例中’假定拋光總時間為擦光與乾燥 步驟之兩倍’故設置兩部抛光機而各自執行半部拋光。如 此分度臺可以恆定間隔由一製程站旋轉至一製程站。如所 見，依據製程站之限制或執行之拋光類型而定可使用其他 多種拋光裝置或其他製程站。 替代具體例中，本較佳系統可修改成沿同一製程路# 執行分開拋光過程。例如若晶圓係使用二或多化學不相容 之抛光處理最佳抛光’則系統1 〇配置成沿製程路徑隔開各 個拋光裝置並於二拋光步驟間清洗晶圓。另一替代具體例 中’可毗鄰頭載荷器增加濕晶圓保留區而於擦洗器總成故 障時存放已處理的濕晶圓。藉此方式至擦洗器之問題校正 為止料漿化合物將保持濕潤。 前文已經說明拋光半導體晶圓之改良系統及方法。該 方法包括於單一製程路徑處理全部晶圓之步驟，及將拋光 步驟拆開於至少二拋光機進行之步驟俾提高一致性與通量 。系統包括利用分度臺輸送器可沿單一製程路徑存取之整 合式抛光、擦洗及擦光裝置。系統包括可卸式頭總成用於 分度臺與設置於各製程站之心轴傳動總成間更換頭總成。 頭載荷器設計成可裝貞、卸載及冑洗移至及移離分度臺的 晶圓。線性晶圓抛光裝置包括自動氣力帶張緊與轉向。此 外，拋光裝置包括氣動平臺有一歧管而可免除不必要的管 路。平臺係活動式安裝於平臺高度調整器，該調整器可於 拋光期間準麵正平臺及帶與晶圓。也設置利用二階式垂 本紙張尺讀)~---- (誚先閱讀背而之注意事項再填巧本頁 裝· 、1Τ -35- :、 A7 _ R7 --——-----——»—.-—.- -- ' 五、發明説明（33) 直調整及準破控制向下方向力之心軸傳動總成。 刖文詳細說明意圖視為供舉例說明而非限帝丨性，須瞭 解後文申請專利範圍包括全部相當例意圖用於界定本發明 之範圍。 本紙張尺度適州中闽國家標隼（CNS ) Λ4現格（210X297公釐） - n^n —^ϋ I 1^1 11-^, — —I - n^i 1^1^1 -- -I ^~~V (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本s ) -36- 五、發明説明 34 407312 a? B7 元件標號對照 -,1 部 屮 Ι.ί 卑 X) j 消 fr 々 $ 10...晶圓抛光系統 49...旋轉反饋系統 12...前端機架總成 51...旋轉編碼器 14...後端機架總成 52...頭總成 16...卡 Ε 53...編碼器傳動鏈輪 18...標準模組介面載架 5 4...晶圓容納板 20...乾環境機械人 5 5...編碼器傳動鏈 22...晶圓轉運站 5 6...止動環 24...濕環境機械人 58...流體管路 26...顯示器 59...活塞 28...使用者圖形介面 6 0...外環 3 0...過濾器 61...托架 32...擦光器總成 62...凸環 34...頭載荷器 63...接觸頭 36...分度臺 64...長槽 38...主晶圓拋光裝置 6 5…車由 40...修整拋光裝置 66...頭配接器 42...頭容納區 68...頭制動總成 44...中心轂 69...去離子水埠口 45...馬達傳動分度器 70...環形壁 46...轉轴 72...螺絲 47...馬達 73...通路 48...主拋光裝置 74...開槽環 誚先閱讀背面之注意事項再Μ^?本育 裝_

、1T 本紙张尺度適州十围國家標丰（CNS ) Λ4规格（210X 297公釐） -37- A7 ——____________________407312 B7 五、發明説明（35) 75...清洗間隙 115 ".軌 76...凸部 116...流道 78.滾珠轴承 117...支柱 79...環形切槽 Π8…轉子聯接器 80...工具更換器配接器 119…線性引動器 90...清洗容納盆 120...伺服齒輪馬達 91...0形環 121...引動器 92...晶圓轉運總成 122...配接器傳動滑車 94...筒形支承環 123...帶與滑車系統 96...對正環 124...粗調整機構 97...線性引動器 125...齒輪箱 98...汽缸 126...細調整機構 99...機架 127…伺服馬達 100...喷嘴 130...軌 101...升降桿 132...固定機架 102…缸軸 134...雙重作動缸 103...支座 13 6...拉桿臂 108...心軸傳動總成 138...缸軸 109...頭載荷器心軸傳動總成 140...枢轴點 110...心柏 141...線性位移感測器 111…心軸 142...推出軸承 112...麵承總成 143...缸延伸感測器 113...軸承座 144...控制電路 114...中空搪孔 146...粗動作控制電路 ----------------、1T---；--1^- . r (誚尤閲讀背面之注意事項再磧寫本瓦} 本紙張尺度適川中围國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -38- 407312 五、'發明説明（36) 148...心軸旋轉控制電路 202...密封抽承總成 150...頭向下力控制電路 204".軸 152…下限感測器 206...密封轴承 154…上限感測器 208…轉向與張緊機構 156...控制線路 210...汽缸 158...馬達控制線路 212...連桿總成 160···壓力轉換器 214...載荷單元 162...控制閥 216...帶殼體 16 4...加壓管線 21 8...線性軸承總成 166...電磁閥開關 219...長槽 168...控制線路 220...銷 178…帶 222...間隙 179...吸收墊 224...環形封 180...傳動輥 226...線性位移感測器 182...惰輥 228...固定活塞 184...内襯鋼架 230...活動部 186...内襯 232...轉向與張緊控制電路 188…防護罩 2 3 4...加壓空氣管線 190...管形中心 2 3 6...電磁闕 192...橡膠塗層 238.··壓力開關 194...洩放口 240...壓力控制閥 196...輥傳動齒輪馬達 242...帶示蹤控制器 198...傳動帶 244…對正感測器 2 0 0...傳動軸 244...帶緣位置感測器 "先閱讀背而之注意事項再填寫各百ί 裝.

、1T 本紙張尺度適州中囤囤家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -39- 407312 at B7 五、發明説明（37) 246...放大器電路 292...齒輪頭 248...帶示蹤控制閥 294...配接器 250...壓力錶 295...凸輪機構 252...帶偏轉輥 296...升降機軸 254...輥支座 298...環形轴承 256...轴 300...平臺安裝板 258...轉套筒 302...螺拴 260...平臺總成 304...墊圈 264...平臺 306...伸縮節座 266...平臺套圈 308...夾具 267...前濕潤喷嘴 310...叢集工具控制器 268...歧管總成 3 12...聯結 270...解除聯結埠口 314...製程模組控制器 271...前濕潤歧管 314…製程模組控制器 272...平臺圓盤襯墊 316...輸送模組控制器 274...平臺套圈襯墊 316...輸送模組控制器 276...扣件 318...乙太網路 278...聯結器孔 3 3 0...拋光板 2 8 0...質量流量控制器 332...拋光墊 282...通風口 336··.轴 284...升降機構 338...馬達 286...馬達 340...線性導件總成 2 8 8…編碼益 344...線性引動器 290...資料線 346...機架 (誚先閲讀背面之注意事項再楨寫本頁 "

'1T 本纸张尺度適州中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -40- 407312 A7 五、發明説明（38 436.. .分度臺 442.. .晶圓容納區 444…中心轂 448.. .支承臂 450.. .支座 468.. .頭制動總成 469.. .聯結環 470.. .環形壁 471.. .内凸緣 472.. .長槽 473.. .銷止動灣 474.. .銷 誚先閱讀背面之注意事項再填，¾本哲

、1T 本紙张尺度退州屮1¾¾家標苹（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -41 -

Claims (1)

1. 407312 ABCD +請專利範圍 工 作 •—種晶圓拋光站’其係用於使用磨蝕性拋光劑執行半 導體晶圓之化學機械平面化，該晶圓拋光站包含： 一拋光件可相對於半導體晶圓表面於直線方向移 動； 一拋光件傳動總成用於於直線方向移動拋光件； 及 氣力轉向與張緊調整機構用於控制拋光件之 2 •如申請專利範圍第1項之晶圓拋光站，其中該拋光件傳 動總成包含一傳動輥及一惰輥，該傳動輥係旋轉式聯 結於傳動馬達。 3·如申請專利範圍第2項之晶圓拋光站，其進一步包含一 對偏向輥設置於拋光件下方及傳動輥與惰輥間，偏向 輥各自寬度係大於拋光件寬度。 4·如申請專利範圍第丨項之晶圓拋光站，其進一步包含一 平3：總成其具有流體歧管聯結至盤形平臺，平臺總成. 係設置於拋光件下方及傳動輥與惰輥間。 5·如申請專利範圍第4項之晶圓拋光站，其中該平臺總成 係活動式安裝於具有複數平臺升降機之平臺高度調整 器上。 正 6·如申μ專利範圍第4項之晶圓拋光站，其中該平臺總成 上之盤形平臺進—步包含複數分配通風口用於提供接 納自流體歧管之流體至拋光件底部。 7.如申β專利範圍第6項之晶圓拋光站，其進一步包含複 良紙張尺度適财_家鱗（ ---------衣------1T (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央椟準局員工消費合作社印製 T -42- 407312 A8 B8 C8