TW493228B - Polishing pad component exchange device and polishing pad component exchange method - Google Patents

Description

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案號 89105130 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明係關於晶圓之研磨塾之交換裝置及研磨墊之交換 方法。 [以往之技術] 一種使用被軸承於主軸之研磨頭之研磨墊（P a d )，以邊 對該研磨墊面供給研磨漿液邊壓接保持在夾具之晶圓，並 使研磨塾與晶圓向同一方向或逆向旋轉，將晶圓加以研磨 或CMP(化學機械拋光）研磨之研磨裝置，已為眾人所知（曰 本國專利特開平6 - 2 1 0 2 8號、特開平7 - 2 6 6 2 1 9號、特開平 8 - 1 9 2 3 5 3號、特開平8 - 2 9 3 4 7 7號公報等）。 其研磨墊係使用硬質發泡聚胺酯片，聚酯纖維不織布、 毛數、聚乙烯醇纖維不織布、尼龍纖維不織布、將發泡性 聚胺酯樹脂溶液洗注於這些不織布上，使之發泡、硬化者 等。 由於研磨墊會因研磨晶圓而磨耗，經研磨一片或複數片 晶圓後，研磨墊須以研磨墊調節（pad condi t ion ing)裝置 加以修整（dressing)、洗淨、整形（set f i 1 1 ing)。 研磨墊調節裝置，曾經揭露者，有諸如：修整盤與洗淨 水之組合，高壓洗淨液注射式噴嘴（日本專利特開平 3-10769 號、同10-202502 號、同1〇— 235549 號、同 1 〇 - 2 4 4 4 5 9號）、修整盤與洗淨刷之組合，（特開平 1 0 - 2 4 44 5 8號）、杯形砂輪型修整磨輪與加壓洗淨液注射式 喷嘴與洗淨刷之組合（特開平1 〇 - 2 4 4 4 5 8號）。 當因反覆對研磨墊實施調節措施以致過度磨耗時，則須 把研磨墊更換為新的研磨墊。研磨墊固為在鋁、不銹鋼之

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案號 89105130 五、發明說明（2) 安裝板貼裝研磨布或聚胺酯製片材（以下，兩者統稱 磨布）而成，但這些研磨布之更換作業欲需由作業員=岍 研磨裝置内下以手工作業實行，由於將研磨布剝下或入 於安裝板之作業費時費工，且需熟練技術，以致研磨^上 使用效率不佳，因此逐漸為一種預先備要眾多的已在 板上貼好未經使用之新研磨布之研磨墊，而 =， 墊交換之方法所取代。 吾巧研磨 然而三該方法，仍然需要依賴作業員進入研磨裝置 手工進订，故為交換研磨墊所需之螺絲裝及 需工作之情形，並無兩樣。 A W4 特開平8 - 1 7440 6號、特開平丨〇 —23〇 44 9號公報係揭露— 種自，，換研磨墊之裝置，但其係一種工作台直徑係相對 於晶圓直徑為大，且自動交換裝置構造之規模既大且 雜’造成裝置成本昂貴之結果。 記載於上述公報之CMP裝置，由於其晶圓之研磨面朝下 方、，致難於以目視方式觀察研磨進行狀態，所以，採取以 監視轉，之電流或電壓來估計研磨終點之方法，或採取在 工作台a又置雷射光之透過窗，以對於正在研磨之晶圓研磨 面照射雷射光來測定晶片之研磨狀態，以估定其研磨終點 之方法（特開平6 - 2 1 6 0 9 5號、特開平8 -丨7 2 1 1 8號、特開平 9 - 262743 號、特開平1〇_199951 號）。 對於這些CMP裝置，也曾被揭露一種使晶圓吸附在設在 分度盤（index table)上之晶圓夾持機構，並使之旋轉， 而由上方以破轴承在主軸之研磨墊推壓晶圓，使晶圓與研 磨墊旋轉而研磨之CMp裝置，並己達實用之境地（特開平

493228 _案號89105130_年月曰 修正_ 五、發明說明（3) 1 0 - 3 0 3 1 5 2 號、特開平 1 1 - 1 5 6 7 1 1 號）。 這些C Μ P裝置，其相對於晶圓徑之研磨墊之直徑較小， 具有研磨時能看到晶圓研磨狀態之優點，且由於研磨墊之 直徑較之以往之CMP裝置之研磨墊為小，因此具有交換作 業容易之優點。 於圖9及圖10顯示該CMP裝置。 於圖9及圖10所示分度型（index type)CMP裝置1中，2係 研磨頭，2 a係粗磨用研磨頭，2 b係精磨用研磨頭，3係旋 轉軸，3a係電動機，3b係齒輪，3c係皮帶輪，3d係齒輪， 4係研磨塾、5係研磨塾調節機構、5 a係修整盤（d r e s s i n g d i s c )，5 b係注射式喷嘴，6係可旋轉之洗淨刷，7係研磨 頭之移動機構，7 a係渠執，7 b係進給螺桿，7 c係螺合於進 給螺桿之移動體，可供安裝研磨頭之用。7 d、7 e係齒輪， 7 f係電動機，9係晶圓W之收納匣架，1 0係上料搬送用機器 臂，1 1係晶圓暫放台，1 2係具有以軸1 2 e為軸心等距設在 同一圓周上且可旋轉之四具晶圓夾具機構12a、12b、 1 2 c、1 2 d之分度型工作台，工作台1 2係區分為S 1之晶圓上 料區’ S 2之粗磨區’ S 3之精磨區’以及S 4之晶圓卸料區。 此外，研磨頭2設置有圖中未示之氣缸。 13係卸料用搬送機器臂，14a係夾具（chuck)修整器， 1 4b係夾具洗淨機構，1 5係晶圓暫放台，1 6係帶式輸送 機，1 7係晶圓洗淨機構。 收納匣架9内之晶圓W，經由搬送用機器臂1 0擺放在晶圓 暫放台1 1，經予洗淨裏面後，以搬送機器臂1 0擺放於分度 型工作台1 2之上料區S 1之晶圓夾具機構1 2 a，接著分度型

O:\63\63057.ptc 第8頁 493228 _案號 89105130_年月日__ 五、發明說明（4) 工作台1 2即向時針方向轉動9 0度使晶圓移動於粗磨區S2。 然後軸承在主軸3之研磨頭2 a就下降，使研磨墊4推壓晶 圓，接著，使晶圓和主軸旋轉，以進行粗磨。 其次，分度型工作台1 2再向時針方向轉動9 0度，晶圓就 向精磨區S 3移動。然後，被軸承在主軸3之研磨頭2 b即下 降，使晶圓和主軸旋轉以進行精磨。 接著，分度型工作台1 2向時針方向轉動9 0度，使晶圓移 動於卸料區S 4。於此，由搬送機器臂1 3將經精磨之晶圓移 送至帶式輸送機1 6上，以晶圓洗淨機構1 7予以洗淨後，移 送於後續工序。 分度型工作台1 2每按9 0度轉動一次，新的晶圓就被擺放 於上料區S 1，並依序經過粗磨、精磨、卸料、洗淨之過 程。 另外，在S2及S3區進行研磨時，晶片之上料，卸料有空 擋之時間内，則由夾具洗淨機構1 4 a、1 4 b來洗淨夾具機 再者，研磨墊若有磨耗，則使主軸3向左右方向（X軸方 向）後退，使研磨墊旋轉以進行研磨墊之修復（參照圖 8)， [欲解決之問題] 就後者之相對於晶圓徑之研磨墊徑為較小之CMP裝置而 言，其用在研磨墊的研磨布直徑係約為以前之相對於晶圓 徑研磨墊為大的CMP裝置的研磨布之1 / 2，面積則只有 1 / 4，因此，會使研磨墊之交換時期更為提前。 鑑於此，本發明之目的乃在於提供一種容易交換研磨墊

O:\63\63057.ptc 第9頁 493228 _案號89105130_年月曰 修正_ 五、發明說明（5) 之交換裝置及研磨塾之交換方法。 [解決問題方法] 本發明之申請專利範圍第1項係提供一種研磨墊之交換 裝置，其係包括：研磨墊，其係在其外周具有環狀溝槽， 並將研磨墊貼裝於裏面具有定位用嵌合具的安裝板之表面 所成；研磨頭，其係被軸承在具有垂直方向軸心之主軸， 可以真空吸附上述研磨墊；該主軸之升降機構；可將該主 軸向左右方向移動之移送機構；搬送用機械人，其係設在 安裝在主軸之研磨頭之研磨墊中心點的左右方向移動執道 之延長上，用以以機械臂從被移送過來之主軸的研磨頭卸 下研磨墊，經轉動使研磨墊搬入收納匣架或從收納匣架搬 出研磨墊，經轉動使研磨墊搬入主軸之研磨頭；以及上述 收納匣架，其係對於上述搬送用機械人之旋轉軸隔離而設 置，可向前後方向往復移動。 本發明之申請專利範圍第2項係提供一種研磨墊之交換 方法，其特徵為：使用申請專利範圍第1項記載之研磨墊之 交換裝置，而經由下列（1 )至（1 2)之工序，將外周具有環 狀溝槽，並將研磨墊貼裝於裏面具有定位用嵌合具的安裝 板之表面所成之研磨墊，裝上於被軸承在主軸之研磨頭， 或予以卸下者。 (1 )使機器人之機械臂上升至對研磨頭的研磨墊卸下高 度之位置，接著，使機械臂向研磨頭方向轉動9 0度。 (2 )將以真空吸附在被具有垂直方向軸心之主軸所軸承 之研磨頭之研磨墊，藉移送機構移動至設在研磨墊中心點 之左右方向移送執道之延長上之搬送機器臂側，並使其停

O:\63\63057.ptc 第10頁 493228 _案號89105130_年月日__ 五、發明說明（6) 止於交換位置。 (3 )縮小搬送機器臂之機械臂之爪寬，使裝設在機械臂 上之兩對滾輪插入設在研磨墊安裝板外周之環狀溝槽，並 夾持研磨塾。 (4 )接著，解除研磨頭之真空吸附，對研磨頭供給壓縮 空氣，俾容易從研磨頭卸下研磨墊。 (5 )使搬送機器臂之機械臂逆向轉動9 0度，接著使機械 臂上升或下降至收納匣架之供擺放研磨墊的板高度之位 置。 (6 )使收納匣架向搬送機器臂側前進，使搬送機器臂之 機械臂爪寬擴開；以使研磨墊擺放在收納匣架之_板上。 (7 )使收納匣架後退。 (8 )使搬送機器臂之機械臂上升或下降至能夾持新的研 磨墊之高度位置。 (9 )使收納匣架向搬送機器臂側前進，縮小搬送機器臂 之機械臂爪寬，以使將裝在機械臂之兩對滾輪插入設在新 的研磨墊安裝板外周之環狀溝槽，以夾持研磨墊。 (1 0 )使收納匣架後退。 (1 1 )使搬送機器臂之機械臂向研磨頭方向轉動9 0度，接 著，使研磨頭呈真空，以使研磨墊吸附於研磨頭。 (1 2 )擴開搬送機器臂之機械臂爪寬，使主軸向遠離搬送 機器臂之左右方向移動。 (1 3 )往後，若因研磨頭磨耗致須把研磨墊交換成新的研 磨墊時則反覆上述（2 )至（1 2 )之工序。 使用如上述之研磨墊交換裝置便可自動交換研磨墊，不

O:\63\63057.ptc 第11頁 493228 _案號89105130_年月日__ 五、發明說明（7) 再需要熟練作業員。而且，CMP裝置亦可設計成更小型 化。 [實施形態] 以下，使用圖面詳細說明本發明。 圖1係顯示CΜP裝置之一例子俯視圖，圖2係圖1中由A- A 線看之側視圖，圖3係圖1中由B - B線看之側視圖，圖4係搬 送機器臂之俯視圖，圖5係搬送機器臂之側面剖視圖，圖6 係研磨墊之斜視圖，圖7係顯示組裝於研磨頭之狀態之研 磨墊剖視圖，圖8係組裝在為主軸所軸承研磨頭之研磨墊 之側視圖。 圖1及圖8戶序示之度變型CMP裝置1中，2係研磨頭，2a係 粗磨用研磨頭，2 b係半精加工研磨頭，2 c係精磨研磨頭， 3係主軸（s p i n d 1 e )，3 a係電動機，3 b係齒輪，3 c係皮帶 輪，3 d係齒輪，4係研磨墊，5係研磨墊調節機構，5 a係修 整盤，5 b係注射式喷嘴，6係可旋轉的洗淨刷，7係研磨頭 之移送機構，7 a係導執，7 b係進給螺桿，7 c係螺合於進給 螺桿之移動體，用以供安裝研磨頭2之用。7 d、7 e係齒 輪，7 f係電動機，8係作為研磨頭之升降機構之氣缸，1 2 係分度型工作台，1 2 a、1 2 b、1 2 c、1 2 d係夾具機構，1 8係 研磨墊搬送用機器臂，1 8 a係機械臂，1 8 b係旋轉軸， 1 8 c、1 8 c係組裝在機械臂之滾輪，1 9係研磨墊收納匣架， 19a係板。 研磨墊收納匣架1 9，如圖2及圖3所示，具有可供擺放研 磨墊之複數個_板1 9 a，以區分各小區。研磨墊收納匣架 1 9之上部設有可使該收納匣架1 9向前後方向（Y軸方向）往

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復輸送之移送機構 滑動構件1 9 d構件。 此移送機構係由氣缸1 9 b 渠軌1 9 c、 支=严架19之頭部係介以構件19e固定於滑動構件19d之 因此’以氣缸19b使滑動構件i9d前後移動於導執19c上 即可使收納匣架1 9作前後移動。 用以藉真空吸附接合研磨塾4之研磨頭2，如圖7中以剖 面所示’係在其内部具有流路2 a，可連通於設在主軸3内 之流路3 a，且在供研磨墊4接合之下面部設有與流路2 a相 連通之凹部2b，而使研磨墊4接合於研磨頭2，啟動與上述 主軸3的流路3a相連通之真空泵使流路3a、流路2a減壓， 即可把研磨墊4吸附於研磨頭2。 研磨頭下面之2 c係突部，用以定位接合於研磨頭之研磨 墊位置，同樣地，其下面也設有定位用之銷2 d、2 d。 研磨塾4，如圖6所不，係在外周具有壞狀溝槽40a之不 銹鋼或鋁等金屬製安裝板4 Ob之下面貼上研磨布40c所構成 者，安裝板40b之上面係供作與研磨頭2接合之接合面部之 用，而在該面内設有供研磨頭之定位突部2c插入之凹部 40d與供研磨頭之定位用銷2d、2d插入之凹部40e、40e。 研磨頭與研磨墊之定位用之凹部與突部’可倒過來設 置，例如Y使定位用突部，定位用銷位於研磨塾上面部， 而使供這些嵌入之凹部設在研磨頭面部 欲自研磨頭2卸下研磨墊4時，則予以停止真空泵之運 轉，切換為由空氣壓縮機來加壓流路3 a及流路2 a，便可更 容易地自研磨頭2卸下研磨墊4 °

493228 —案號 89105130 一年 月 曰 修正 五、發明說明（9) 研磨墊搬送用機器臂1 8，如圖4及圖5所示，具備將滾輪 1 8 c、1 8 c裝上於一對爪（機械手）丨8 a而成之并列滾輪平行 機械手。該滾輪丨8c、1 8c可插入研磨墊之安裝板外周環狀 f槽4 0a並予以夾持。另外，該機械手之爪係以空氣壓力 操作其開閉。18d為空氣軟管，收納在小隔區（booth)18e 内’而被導至中空旋轉軸l8t)，並與未圖示之空氣壓縮機 相連接。 18b為旋轉軸，旋轉致動器18f之旋轉係經由齒輪18g及 18h傳達於旋轉轴igb。 ^旋轉轴18b係藉螺合於滾珠絲桿（baU screw)之移動體 f作上下方向（Z軸方向）之升降輸送。該滾珠絲桿由為升 枰構之驅動源之伺服馬達丨8 i所驅動之皮帶輪丨8〕·帶動。 讲圖1所示之CMP裝置1 ，舉以半精（medium)加工用 =為例，說明從已磨糕之研磨墊交換備妥於收納匡架 之新的研磨墊之方法。 ^研磨墊之交換，係按下列（1)至（12)之工序進行。 (j)使機器人之機械臂丨8a上升至對研磨頭2的研磨墊卸 度了叉之位置，接著，使機械臂向研磨頭方向轉動 2 ^ ^將1真空吸附在被具有垂直方向軸心之主軸3所軸承 Πίΐ研磨墊4.藉移送機構7移動至設在研磨墊中 使k f μ ^方向移达β道之延長上之搬送機器臂1 8側，並 ^其停止於位於比調節機構5稍微離遠的墊交換位 置〇 (3)對軟管18d供給壓缩空氣，縮小搬送機器臂之機械臂

493228 _案號 89105130___年月日_修正 五、發明說明（10) 18a之爪寬’使裝設在機械臂上之兩對滾輪igc、18c、 1 8 c、1 8 c插入設在研磨墊安裝板外周之環狀溝槽4 〇a，並 夾持研磨墊4。 (4 )接著，解除對於研磨頭2流路2 a之真空吸附，對研磨 頭供給Μ縮空氣，俾容易從研磨頭卸下研磨墊。 (5 )使搬送機器臂之機械臂1 8 a逆向轉動9 0度，接著使機 械臂上升或下降至收納匣架1 9之供擺放研磨墊4的板1 9 a 高度之位置。 β

(6 )使收納匣架1 9向搬送機器臂1 8側前進，停止對軟管 1 8 d之壓縮空氣供給，並釋放空氣，使搬送機器臂之機械 臂爪寬擴開；以使研磨墊成為自由俾擺放在收納匣架之;^ 板1 9 a上。 (7 )使收納匣架1 9後退。 (8 )使搬送機器臂之機械臂1 8 a上升或下降至能夾持新的 研磨墊之高度位置。 (9 )使收納匣架向搬送機器臂1 8側前進，縮小搬送機器 臂之機械臂爪寬，以使將裝在機械臂之兩對滾輪插入設在 新的研磨墊安裝板外周之環狀溝槽，以夾持研磨墊。 (1 0 )使收納匣架1 9後退。 (1 1 )使搬送機器臂之機械臂向研磨頭2方向轉動9 〇度， 接著，使研磨頭之流路2a呈真空，以使研磨墊4吸附於研

磨頭2。 (1 2 )擴開搬送機器臂之機械臂爪寬，使主軸3向遠離搬 送機器臂1 8之左右方向移動。 (1 3 )往後，若因研磨頭磨耗致須把研磨墊交換成新的研

第15頁 493228 _案號89105130_年月曰 修正_ 五、發明說明（11) 磨墊時則反覆上述（2 )至（1 2 )之工序。 上述CMP裝置之形態，只不過是一例子而已，CMP裝置也 可為將本發明之研磨墊交換裝置組裝於圖9所示之CMP裝置 上者，也可使分度型工作台上之加工區區分成晶圓上料/ 晶圓卸料區（S 1 )，粗磨區（S2 )，精磨區（S 3 )之三區，而使 分度型工作台之旋轉每次轉動120度者。 再者’將分度型工作台之加工區分成晶圓上料/晶圓卸 料區（S 1 )，晶圓裏面粗磨削區（S2 )，晶圓裏面精磨削區 (S 3 )，以及晶圓拋光區（S 4 )之四區，並對應於用來吸附來 回於拋光區（S4)之研磨墊之研磨頭而予以加設本發明之研 磨墊交換裝置之方式，亦屬可採用者。 [發明之效果] 與以往之研磨墊交換裝置相較，由於研磨墊直徑小，裝 置可望小型化。且研磨墊之交換係利用真空吸附來進行， 不再需要如以往之裝卸螺絲或鎖緊作業，可以短時間完成 交換作業。 [圖式之簡單說明] 圖1係具備研磨墊交換裝置之CMP裝置之俯視圖。 圖2係圖1中由A-A線所看之側視圖。 圖3係圖1中由B - B線所看之側視圖。 圖4係研磨墊搬送機器臂之俯視圖。 圖5係搬送機器臂之側視剖面圖。 圖6係研磨墊之斜視圖。 圖7係表示組裝在研磨頭之狀態的研磨墊之剖視圖。 圖8係組裝在為主軸所軸承之研磨頭之研磨墊側視圖。

O:\63\63057.ptc 第16頁 493228 _案號89105130_年月日_ 五、發明說明（12) 圖9係C Μ P裝置之斜視圖。 圖1 0係圖9之CMP裝置之俯視圖。 [符號之說明] 1 CMP裝置 W 晶圓 2 研磨頭 3 主軸 4 研磨塾 5 調節機構 7 研磨頭移送機構 8 研磨頭升降機構 12 分度型工作台 18 研磨墊搬送機器臂 18a 機械手 19 研磨墊收納匣架

O:\63\63057.ptc 第17頁 493228 _案號891Q5130_年月日 修正 圖式簡單說明 O:\63\63057.ptc 第18頁

Claims (1)

1. 493228 案號 89105130 屬 修正 六、申請專利範圍 1 . 之上 轉前 匣架 一種研 方，以 述研磨 ，收納 前述移 研磨頭 如申請 對於前 前述2. 構係 述研磨頭之 之上 轉前 之研 前述 4. 移送 磨位 送手 述交 5. 磨塾 磨前 一種研方，以 述研磨 磨墊； 研磨頭 前述移 如申請 手段中 置與前 段，另 磨裝 支持 墊之 以前 送機 ，並 專利 述研 心幸由 磨裝 支持 墊之 移送 ，其 送機 專利 一方 述交 一方 換位置間移 一種研磨墊 磨頭 磨物 旋轉 ，該研 述被研 與具有 置，其具備：研磨頭，配置於被研磨物體 研磨前述被研磨物體之研磨墊，並具有旋 心軸；移送機構，移送前述研磨頭；收納 述移送機構移送之研磨墊，其特徵為： 構可於數個方向上移送支持前述研磨墊之 移送至前述研磨頭之交換位置。 範圍第1項之研磨裝置，其中前述移送機 磨頭可於不同之方向上移動，且可於沿前 方向移動。 置，其具備：研磨頭，配置於被研磨物體 研磨前述被研磨物體之研磨墊，並具有旋 心軸；收納匣架，收納固定於前述研磨頭 機構，於前述收納匣架與研磨位置間移送 特徵為： 構具有多數個移送手段。 範圍第3項之研磨裝置，其中前述多數個 之移送手段，係可於前述被研磨物體之研 換位置間與前述研磨頭一同移送之第1移 之前述移送手段為可於前述收納匣架與前 送前述研磨塾之第2移送手段。 之交換方法，其係交換安裝於研磨頭之研 係配置於被研磨物體之上方，具有旋轉研 體之研磨墊之心軸，其特徵為： 前述研磨墊之心軸之研磨頭共同移送至前

   O:\63\63057.ptc 第19頁 493228 _案號89105130_年月日__ 六、申請專利範圍 述研磨墊之交換位置時，於對心軸為不同方向及沿前述心 軸之方向的兩方向上移動而移送。 6 . —種研磨墊之交換方法，其係交換研磨裝置上之研磨 墊，該研磨裝置具有：配置於被研磨物體上方以研磨前述 被研磨物體之研磨墊構件，及具有旋轉前述研磨墊構件之 心軸之研磨頭，其特徵為： 以第1移送手段，於前述被研磨物體之研磨位置與前 述研磨墊之交換位置間移送前述研磨塾，以第2移送手 段，於前述交換位置與前述收納匣架間移送前述研磨墊。

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