504763 A7 五、發明説明（/ ) [發明之背景] 1. 發明之領域 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本發明關於工件之表面處理，特別關於在半導體晶圓 上執行之磨光及類似之表面處理作業。 2. 相關技術之敘述 高品質半導體晶圓已被用在積體電路裝置之商業生產 ，每一晶圓最後被分割以提供相當大數量之該裝置。在積 體電路生產期間需要重複之細節處理。半導體晶圓空白之 固有値相當高，在額外之作業於其上執行時更劇烈增加。 積體電路生產成本降低之優點之一特性，爲可自一特殊半 導體晶圓上獲得之積體電路裝置之數目。由於電子組件之 持續小型化，積體電路裝置之完成型尺寸越來越小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 據此，當半導體晶圓上之電路數目（或電路密度）增加 時，相鄰電子結構（即導電線路）間之空隙之大小亦劇烈降 低。吾人發現以多級大量作業在半導體晶圓上之作業非常 方便，在單一作業中，每一級在整個晶圓中發展出電路之 一層。此種作業典型利用照相技術。但由於電子裝置之相 對尺寸降低，用在積體電路生產上之影像處理之電場聚焦 及深度對半導體晶圓基底之表面變化變爲更加敏感。因此 增加了半導體晶圓應具有改進之表面，此一需要已日趨增 加，特別是希望具有改進之平坦表面。在構造過程期間， 各層加到或合倂於半導體晶圓表面，並以導體及電介質結 構設在下面層之頂部。吾人發現在每一此種作業之後，必 須恢復最後暴露表面之希望平坦性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 504763 A7 B7 五、發明説明（上） 半導體晶圓之恢復平坦性（通常稱爲平坦化）之達成係 利用不同之晶圓磨光技術。此種磨光通常包括將半導體晶 圓之一側安裝在一晶圓載體或夾盤，並將晶圓之暴露表面 抵住一平坦磨光表面。在磨光作業期間，磨光表面及晶圓 表面可予旋轉或使其作相對振盪以進一步改進磨光動作。 磨光表面典型含有一安裝在堅固平台上之一個墊子。一種 特殊組成之軟膏，其具有所需之磨料及/或化學性質，被引 入磨光過程中。墊子、軟膏及晶圓及磨光表面之相對運動 之結合效益產生了晶圓表面之改進之化學/機械處理。 積體電路生產之實際磨光作業之一重要目的爲降低表 面變化至一低位準(即小於0.1微米）。儘管過去數年曾有許 多進展以獲得極爲平坦之表面，對整體製程之每一組件均 需準確之處理。例如，相當之努力曾用在磨光墊之生產及 生產後之改進上，該墊係賴以在半導體基底表面上執行機 械工作，及載負軟膏之化學及磨料成份。吾人發覺在磨光 過程中所產生之消耗顆粒被嵌入磨光墊內，因而改變了其 準確控制之特性，同時需要相當頻繁地更換墊子。因此磨 光墊被認爲是磨光作業中一消耗性組件。但磨光墊之事先 處理及事後處理，以便獲得其準確表面特性及理想之半導 體晶圓平坦度，此種處理之達成相當昂貴。最近工業界建 議應將半導體晶圓尺寸由8英寸增加至12英寸直徑。當建 議磨光墊尺寸增加時，曾遭遇到昂貴之成本及技術差異問 題。晶圓磨光之速度、或在生產設定之晶圓產量一直爲追 求之利益，及爲克服大型晶圓尺寸主要挑戰背後之動力。 4 (請先閱讀背而之注意f項再填寫本頁) ，v't»
T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 504763 A7 ______B7 五、發明説明（3 ) 生產改進磨光（特別是自動迅速磨光）大型尺寸半導體晶 圓之方法及裝置非常需要，此等需要可由本發明予以達成 (請先閱讀背面之注意卞項再填寫本頁) Ο 〔本發明之槪述〕 本發明之一目的爲提供一裝置及方法，以供自動磨光 半導體晶圓及類似組件。 本發明之另一目的爲提供一裝置及方法，其可彈性作 業’此種作業可提供持續、例行基準之表面處理之不同模 式。 本發明之又一目的爲提供一裝置及方法，以提供晶圓 之表面處理，其中在每一晶圓上可執行多重各別控制之處 理。 本發明之此等及其他目的可由硏究以下之敘述變爲明 顯，並備有圖式，於一種裝置供磨光半導體晶圓之表面， 其包含： ,*· 一支座結構； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一載體平台，具有一中央軸及由支座結構載負以沿中 央軸旋轉，載體平台係界定許多晶圓接收位置，每一者具 有上方支撐表面以支撐半導體晶圓； 許多磨光位置，每一位置包括由磨光頭載負之磨光墊 ’該磨先頭可移向或移出該載體平台，並與載體平台上戶斤 載之半導體晶圓成壓縮結合及脫離結合； 索引機構，以指示該載體平台俾半導體晶圓自一磨光 位置移向另一位置；及 ___^___5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） 504763 A7 B7 五、發明説明（$ ) 控制機構，以控制該磨光頭及該索引平台，俾載體平 台上之半導體晶圓被許多磨光頭所磨光。 〔圖式簡略說明〕 圖1爲根據本發明原理之晶圓磨光裝置之透視圖； 圖2爲取自圖1之2-2線之剖面圖； 圖3爲取自圖2之3-3線之正面剖面圖； 圖4爲圖3之右手部份之部份剖面圖，顯示一放大尺 度及與其共同操作之磨光頭； 圖5爲取自圖1之5-5線之剖面圖； 圖6爲與圖4相似之剖面圖，但顯示晶圓已被移除； 圖7爲圖4之一部份以放大尺度之部份剖面圖；及 圖8爲圖3之相似剖面圖，但顯示另一平台設計；及 圖9-11爲簡略流程圖，顯示磨光裝置之作業順序。 〔較佳實施例之詳細說明〕 參考圖式，首先參考圖1-6，裝置10顯示供半導體晶 圓之表面處理(特別是磨光）及其他型式之具有待處理(即平 坦化、磨光或平面化)表面之工件。裝置10包括一處理模 組12及一輸入/輸出模組14。處理裝置12可由數種方法 加以利用。例如，晶圓或其他工件可以人工裝載及卸載。但 最好備有輸入/輸出模組14以便自動大量生產作業。據此 ，輸入/輸出模組14包括一輸入部份，其具有輸入卡匣16 、18及一供裝載機器人20之輸入。一輸入抓具22以圖1 中之方式抓住晶圓之邊緣。 晶圓裝在載體平台26上。如較佳實施例所示，載體平 -__ 6 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS〉A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 五、發明説明（e ) ^_ ·---!-----·.裝-- (請先閲讀背而之注意麥項再填寫本頁) ’台26有六個晶圓接收位置31-36,與裝載臂22相對之位置 爲第一個位置，其在圖2中以參考號31代表。其餘位置以 參考號32-36代表。此處所稱之晶圓位置31-36有一固定 空間位置，俾每次一個進行晶圓位置改變之特殊晶圓，即 索引載體已實施。第六個位置(見圖2中參考號36)位於卸 載臂40之對面，其將晶圓自載體平台26移除以送交洗滌 器機械人44。卸載之晶圓於是儲存在卡匣46、48中。最 好，輸入/輸出模組14可適於與輸入/輸出模組之內部空腔 50作下沉作業，模組中以如處理水之保護液體塡充。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考圖2，載體平台26包括可旋轉之環狀圈60，該 圈載有六個晶圓位置31-36。載體圈60安裝後可沿其中央 軸以箭頭54之方向旋轉以供索引之用，但其他時則爲靜止 而保留在處理模組12之一固定位置。參考圖3，一齒輪環 96與驅動齒輪98咬合，由馬達〖00旋轉驅動，該馬達經 由導體102耦合至中央控制單元88。在馬達100激勵後， 載體圈60指出60度。參考圖6，每一晶圓位置包括一中 央軸64，其有一中空內部66以供彈性導管68提供之空氣 流通過。由圖可見，中央轉軸64被驅動後沿其中央軸旋轉 ，因此，彈性導管68被提供一可旋轉耦合件70。 中央軸係被載於一外殼74中。外殼74安裝後可以在 圈60內旋轉。外殼74及中央軸64被圖6中之傳統驅動裝 置之一馬達80耦合至驅動齒輪82、84至外殼74之驅動後 可繞其共同中央軸旋轉。馬達80經導體86耦合至中央控 制單元88(圖1)。 ______7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 504763 A7 _____ B7 五、發明説明（f ) 再參考圖6，外殼74包括一外向凸緣90耦合至多個 裝在圈60上之激勵器92。激勵器92在導體94上通過之 信號控制下操作，導體94將激勵器92耦合至中央控制單 元88。激勵器μ被激勵後，升起外殼μ及支撐在其上之 晶圓少許如圖6所示，以便啓動抓臂22、4〇裝載與卸載晶 圓。 再參考圖6，載體106裝在中央軸64之頂上，並包括 許多內部空氣通路108與其上方曝露表面相通。一支援墊 110裝在載體106之頂上，以便直接接觸晶圓114以提供 在磨光期間晶圓之直接支撐。在較佳實施例中，支援墊 H0係多孔的以便通過自中央支座64之空氣流。參考圖3 ’空氣流沿導管118通過在中空中央柱116內之通道至導 管68 〇 最好，在磨光程序時，應利用液體軟膏成份以提供較 佳之化學/機械磨光能力。儘管晶圓已提供裝置上以便磨光 ’吾人了解儘管在未磨光之狀態下，晶圓亦十分光滑。據 此，晶圓114可見被吸力固定在支援墊Π0上。如圖6及 其他圖中所示，晶圓之外緣被抓住以來回傳送至輸入/輸出 模組14〇 吾人發現卸載作業中以空氣協助甚爲理想，如圖6所 示。壓力空氣流過中空之中央軸26，將壓力空氣導向流過 支援墊110，如圖6箭頭所示，因此，將吸力中斷，因而 使自處理裝置升起晶圓失效。在晶圓已裝載其上後，可利 用相同空氣導管系統在支援墊Π0上加上少許真空亦甚爲 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背而之注意节項再填寫本頁) 衣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 ________B7_ 五、發明説明（1 ) 理想’雖然在晶圓中央部份施加真空並未發現十分必要。 ----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖ό說明，一額外空氣通道I24與真空墊110之外 緣相通。另外參考圖3，通道124經導管126耦合至中央 柱116。空氣流被耦合流過一管128至彈性導管130。供應 至彈性導管13G之真空信號經由通道124供應至真空墊 110之外緣，晶圓即置於其上，其方式如圖7所說明。 在參考圖1 ’在136處之許多磨光頭總成爲自外殼 138懸垂，裝在處理模組12之支座結構140之上部。最好 ，磨光頭總成配置在一固定工作站，而位於載體平台每一 主動位置之附近（即位置32-35)。據此，即有四個與外殻 138相關之工作站，每一工作站均可提供獨立磨光作業。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 參考圖4及圖7，磨光頭總成136包括有一橫向臂 146之支座144，以懸垂方式延伸。如圖7所示，磨光頭總 成136包括在橫向臂146自由末端之磨光頭150。磨光墊 152被載於磨光輪150之底部表面。驅動機構(未示出)含於 橫向臂146中以驅動磨光頭150繞其中央垂直軸。一傳統 探針156裝在橫向臂146之外側以監視晶圓114之上方表 面。探針156耦合至控制系統88及提供晶圓114持續之表 面特性之更新。探針156可爲用在磨光端點探測之型式。 參考圖4，說明一裝置以供應軟膏。在圖4中磨光頭 150中備有內部通道，及彈性導管164耦合至磨光頭15〇 如圖所示。在圖4中，軟膏通過磨光墊152以便將其介入 磨光墊及晶圓114上方表面之間。 在此處可見，一半導體晶圓被自一處理站轉移到另一 9 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 504763 A7 B7 五、發明説明（？） (請先閱請背而之注意事項再填寫本頁) 站，許多不同之處理已被順序執行。如上所述，不同處理 需要不同之PH値。據此，如圖4所示，一饋送閥170在 控制單元88控制下經由饋送線172、174以提供軟膏或潤 濕水至導管164。因此，如在磨光過程終了時時間允許， 饋送閥170被啓動以將饋送水導至磨光頭及磨光墊以便用 潤濕水沖洗半導體晶圓，以便將大多數軟膏自主動磨光區 域淸除。嚴格地說，雖然半導體晶圓，無法被磨光後潤濕 全部淸除，軟膏自一工作站至另一工作站之轉移將大舉降 低。 參考圖8，另一載體平台裝置以200代表。載體平台 202由其下面之支撐台座204支撐。台座204包括齒輪206 ，由馬達208經齒輪210而驅動。平台202裝在212上以 供沿基座214旋轉。如以前之實施例，在載體平台上備有 六個位置，但僅有顯示於圖8之一個位置以作說明之用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一導引環218位於外殼220之內。半導體晶圓114安 裝在平台之頂部及以參考號116代表之壓力墊之頂部。支 撐平台116安裝後可沿其中央軸224由傳統球軸承226旋 轉。選擇性驅動馬達230驅動支撐墊在所欲之方向及適當 速度旋轉。控制單元88(圖1)經導體232耦合至馬達230， 及經導體234耦合至平台驅動馬達208。如圖8所示，馬 達230由安裝腳240裝在平台202之下側。導管242通過 滑環耦合至位於台座204中之壓縮空氣源(未示出）。壓縮 空氣以圖6之方式使用以協助自支撐墊將半導體晶圓移除 。在此一方面，最好有一傳統螺管(未示出)裝在平台202， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 504763 A7 _____B7 五、發明説明（7 ) .俾升起晶圓214於四週構件220之上，其方式如圖6所示 ，俾使抓臂22、40能自由存取晶圓邊緣。 以下將討論某些作業細節。以下之作業順序追蹤單一 半導體晶圓至磨光裝置之路徑。如上所述，載體平台26及 其相關可動環60包括六個位置以接受待磨光之半導體晶圓 。四個磨光裝置裝在載體平台上方之外殼138中，與載體 平台之四個晶圓位置對齊。在四個磨光站各者，磨光裝置 及晶圓位置成對組合，其功能可使工作站空間上均勻隔開 。待處理之晶圓之卡匣在16、18處裝載，並由機械人2〇 轉移至裝載臂22至晶圓位置31，如圖2所示。如上述者 ，晶圓位置31-36儘管在索引環60旋轉之下，仍然保持位 置之固定。在較佳實施例中，四個磨光臂位於晶圓位置 32-35之上，僅留下晶圓位置31及36作晶圓裝載及卸載 之用。 在本實施例中，晶圓被同時磨光，一次四個，但每— 單獨晶圓之磨光僅在至少兩個磨光之後才能完成，最好所 有四個磨光站均如此。據此，在磨光裝置開始時，在第〜個 晶圓裝在索引環60之位置31後，索引驅動馬達10〇在控 制系統88之管理下激勵，而使索引環60以箭頭54之反日寺 針方向移動60度。據此，裝在位置31之晶圓現在被移動 至位置32，其在自外殻13δ(見圖1)懸垂之第一個磨光裝置 之下。磨光頭150移向下方，而磨光墊152被置於與半導 體晶圓接觸之位置，軟膏經由磨光墊被引入至半導體晶圖 之表面。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背而之注意f項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 504763 A7 B7 五、發明説明（，c ) 根據裝置及控制系統88之啓始化程序，磨光作業在第 一磨光循環期間在工作站33-35終止，而磨光僅在工作站 32實施。在此期間，第二個晶圓由裝載臂22裝至位置31 。在工作站32之磨光進度受到探針156之持續監視。如上 所述，吾人期望在位置32之磨光作業將不會完成，並且認 爲分配給工作站32之磨光步驟不能如預期完成，及可能需 要位置33-35之下游工作調整。在任何情況下，指示晶圓 位置32之磨光進度資料均儲存在控制系統88之內。在位 置32進行中之磨光作業，可由控制系統88在監視探針之 決定指出被指定之磨光終止點已到達時，即可終止。或者 ，在位置32之進行中磨光作業在暫停條件下亦可終止，此 時控制系統88命令晶圓載體環應被索引，及晶圓前進至次 一磨光站。 在次一作業期間，載體環60在箭頭54之方向索引， 及前在位置32之晶圓被移至位置33。位於位置32及33 之磨光工作站在控制單元88控制下移至下方而進入工作狀 態，在位置33之晶圓之第二次磨光步驟於是開始實施。控 制單元88可在位置33根據前所程式安排開始磨光，該程 式安排由一磨光循環至另一循環較佳爲保持不變。 或者，控制單元88可要求控制程式再寫入以調整預先 指定之程式，基於在位置32之前一磨光循環所收集之資料 供磨光之用。例如，如發現在位置32之磨光爲不完全，程 式管制將以位置32之磨光需要加強而反應(亦可能在其他 之下游位置）。據此，加在晶圓上之磨光壓力或晶圓與磨光 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2⑴X297公釐） (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
504763 A7 B7 五、發明説明（ί() 墊之相對速度，或二者，應增加以補償在上流位置32之晶 圓處理之缺點。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在位置33之磨光最好由位於該位置之探針156持續 監視’在磨光循環完成時，指示在位置33之結果資料應儲 存於控制單元88中。在位置33之磨光，在探針資料指出 已成功獲得磨光終止點時終止，或在時間暫停時較早終止 。在任一情況下，控制單元88可要求載體環60應在箭頭 54方向索引，以將晶圓自位置33移至新位置34。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在位置34之磨光應根據預先安排之程式繼續，或根據 探針指出之上游位置模光結果而修改之程式繼續磨光。當 在位置34之平台之晶圓已完成，控制單元88要求載體環 6〇在箭頭54之方向索引，將晶圓帶至在平台位置35上方 之最後工作站。表面處理根據預先安排之程式步驟實施， 該步驟由於在工作站上游之表面處理結果而修改。在較佳 實施例中，平台位置35供淸洗而非磨光。如上所述潤濕水 可引入在上游位置之磨光頭中。但此種潤濕作業係用來在 晶圓輸送至下游工作站之前，沖掉晶圓上之軟膏，並非依 賴其作半導體晶圓之必要淸潔。據此，在平台位置35最好 使用特殊晶圓淸潔裝備。 平台位置35之作業完成時，控制單元88要求載體環 50在箭頭54之方向索引，半導體晶圓被移到平台位置36, 其在較佳實施例中含有輸出位置，位於轉移臂40之對面。 洗滌器機械人44將完成之晶圓自轉移臂4〇轉移至輸出卡 匣46、48。據此’在載體環做次一索引時，一空的載體出 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 504763 A7 B7 _ 五、發明説明（P ) 現在輸入平台位置31以準備次一作業循環期間之裝載步驟 〇 在以下之作業循環期間，轉移臂22裝載一新半導體晶 圓在平台位置31之載體裝備上’俾載體環索引時及次一磨 光循環，晶圓已經備妥。 本發明認爲所有工作站同時工作可獲得作業之經濟性 。例如，可能利用已知程式化技術以監視在一特別工作期 間處理之晶圓平均出產率。如在特殊工作站發生問題，爲 舉例之計，磨光進度非常慢，則在該工作站之磨光應予停 止，以期獲得整個機器之平均出產量。一誤差旗標可指出 晶圓之輸出資料，並可轉移至次一工作台以便補償在連續 作業循環所需之磨光。如必要時，爲了獲得最大平均出產 率，該晶圓可加以“標籤”以備流程外作業之用。 另一可能性，可能觀察到在一特殊工作站位置，磨光 程序持續緩慢。其可能爲，並且可能由磨光資料之軟體檢 討證實，該工作站之磨光墊之使用壽命可能已接近終了。 記著，本發明可用於淸潔室內環境，定期更換磨光墊爲有 益之舉，例如，在工作週期之末。此時可以將整個機器更 換爲新的預程式作業，該作業可不顧該工作站。此種備選 作業將無可避免導致較低平均產量，但如所建議者，有時 以此種方式操作亦屬更爲理想。 如上所述，根據本發明所處理之半導體晶圓或其他工 件，係在二或更多連續工作站操作。上述討論之焦點在利 用相似磨光裝備執行相似磨光步驟之所有工作站。但本發 14 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格(2丨0'乂297公廣) —~' _ — i IL-----—— (請先閱讀背而之注意卞項再填寫本頁) -=¾ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A 7 B7 五、發明説明（) 明亦打算利用於更多複雜操作理念中。例如，不同工作站 可利用不同磨料及/或化學特性之軟膏，特別是不同PH値 。不同工作站亦可應用具有不同磨料、支撐墊彈性、墊圏 彈性、及其他物理或機械表面處理特性之磨光頭。此外， 不同工作站可利用不同速度及/或不同方向之磨光頭及/或 晶圓載體。 本發明認爲在每一工作站之磨光壓力應持續監視，不 同工作站可以不同之磨光壓力範圍操作。此外，磨光墊及/ 或磨光頭可有不同之曲率，以不同曲率在獨立控制之時間 之磨光墊磨光晶圓，可獲得具有本地（特別是全球）平面 性。例如，晶圓磨光可先用凸曲率磨光墊實施，而在次一 工作站用凹曲率之磨光墊實施。很明顯，磨光裝置可提供 以上變化不同之組合。 其他變化亦屬可能。例如，現在說明一個具有6晶圓 位置之載體環及具有4磨光站之上面磨光頭裝置。容納不 同數目之晶圓載體位置及磨光站之載體平台及磨光站是可 能的。此外，雖然載體環之安裝係繞一軸旋轉，具有一蛋 形或夾圈軌道構型之輸送帶亦可提供，而晶圓載體位於全 _送帶。磨光站可位於輸送帶上之不同位置。 參考圖9-11，磨光裝置之作業將參考不同之流程圖加 Μ敘述。由圖9開始，其敘述一簡略流程以追蹤單一晶圓 經過磨光裝置之進度。控制系統88最好包括一傳統微電腦 並具有相關記憶體，及適當之輸入/輸出介面以控制及感測 生產過程。總成加上電源由段300開始，電腦在系統88之 _____ __15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） [--L------- (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 B7 ------^. 五、發明説明（冲） 軟體控制下啓動，證實相關資料輸入裝置已經在成功操作 ，及系統之硬體組件(段304)已被開啓或設定爲其“home”或 “ready”位置。例如，載體環60設定在預定之“home”位置 ，即可證實半導體晶圓不在每一載體位置上。另一硬體啓 始化步驟，可證實晶圓出現在輸入卡匣中，及輸出卡匣在 晶圓轉移站I4爲空的情況，及證實轉移臂22、4〇之理想 操作。此外，工作站被啓始化，證實磨光頭已自載體平台 被撤回，及證實臂146將磨光頭150在一理想移動範圍前 後震動之能力。此外，如晶圓載體被旋轉驅動載體獲得埋 想旋轉速度之能力可被證實，及證實載體環以理想方式索 引之能力。 其次，如步驟306所示，作業員輸入控制系統88之 處理變數。如圖1說明，控制系統包括一視頻監視器以便 與作業員作輸出資料之溝通。視頻監視器最好爲觸摸螢幕 型式，可使作業員將資訊輸入軟體控制系統。作業員所輸 入之處理變數可辨認每一工作期間之某些磨光特性。例如 ，相對硬度、表面特性及材料型式均可輸入以供被處理之 晶圓之用。最初，或作業期間持續時’作業員可調節系統 磨光壓力或速度，例如，在全部工作站或每一各別工作站 〇 此外，作業員可利用作業之模式及在一特殊工作站故 障時，或其他特殊條件必需由軟體控制加以考慮時’指示 控制系統爲之。通常，處理特殊參數如磨光壓力、特殊處 理之旋轉速度，最好在作業員之高層指令及控制系統88之 _\6_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21〇Χ297公釐） (請先閲讀背而之a意节項再填寫本頁j .¾衣 -丁 , 、-=& 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 _B7_ 五、發明説明（β ) 控制下予以維持。但一種可能亦可存在，即作業員可“訓練 ”磨光機器學習操作之不同程式，其可今後在軟體控制下重 複或自動調整。 磨光系統之操作現在可以開始，在第一或輸入位置（圖 2中參考號碼31)之晶圓載體被升高如圖6之方式，以備由 輸入轉移臂22接受晶圓載體，如段308所示。在次一步驟 310，載體環50被索引以將新裝載之半導體晶圓移至次一 位置，即在第一工作站之下。在第一工作站之磨光於是開 始如段312所示。如上所述，所有工作站位置在機器處理 持續下’均逐漸被半導體晶圓塡充。段312指示此等已具 有半導體晶圓之工作站將依照程式之方法進行磨光，逐漸 ’所有四個工作站32-35均將同時操作。表面處理之進度 在段314加以檢查，處理繼續直到終點爲止。在此點時， 載體環60如被索引者及卸載位置（圖2位置36)被升起及晶 圓自該處卸載，其方式如圖6或段316所示。 在半導體晶圓自載體36卸載之後，載體環60被索引 ’空的載體移動至位置31，在輸入轉移臂22之對面。如 圖9之箭頭318所示，作業之處理階段在段308重複，晶 圓載體在位置31上升及裝載。 在段314,決定半導體晶圓是否已橫越過所有處理工 作站。如否，控制轉移至310，該處之載體環已被索引而 晶圓已送達至一新下游工作站。在新工作站之處理在段 312之控制下繼續進行。最後，決定段314偵測出在最後 工作站35之半導體晶圓已被成功處理(見圖2)，在載體環 ^氏張尺度適用中國國) M規格(21〇><297公釐〉 ~ (請先閲讀背面之注意卞項再填寫本頁) 丁 、\-ά 舞 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 B7 五、發明説明（α) 依次索引下，完成之晶圓出現在位置36(見圖2)，該處之 晶圓載體被升起及卸載如圖6所示。 如需處理更多之晶圓，載體環60被索引如控制段320 所示，控制於是轉移至308如箭頭318所示。當所有晶圓 均已處理，控制繼續如圖9底部之箭頭324所示。由箭頭 3 2 4所示之關閉步驟包括根據觀察之性能資料之平均作控 制程式之最後修改。或者，關閉步驟僅包括載體位置之檢 查以證實晶圓以被移除及各位置均已騰空。進一步之關閉 程序可包括以淸洗水沖洗軟膏線及將磨光頭返回原地位置 〇 參考圖10,其中一略圖顯示整個磨光裝置之簡化作業 將予以敘述。系統在段360加上電源，電腦及控制系統在 段362被開啓，裝置在段364開始運作，處理變數如上述 輸入段366並參考圖9之段300-306。載體環60於是在開 始步驟被索引如段368所示。 控制於是轉移至段370，其將指令送至電螺管92以便 升起支撐墊11〇(見圖6)。裝載臂22將晶圓帶到支撐墊上 方之位置。必要時，真空信號可加至導管58以協助建立及 維持裝載程序期中晶圓之控制。電螺管92被激勵以使載體 支座下降，及在導引環Π6中之晶圓至圖7說明之位置。 晶圓已備妥供磨光。 在段372中，任何必要之啓始化步驟均予以執行以準 備裝置組件作磨光之用。例如，控制單元88可裝載一程式 模組以控制在各別工作站之磨光，如此舉以前並未實施。 18 —ί 鐮ί (請先閱讀背而之注意亨項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 504763 A7 B7 五、發明説明（fl ) 需要旋轉之裝置可提高其速度，軟膏餽送管線塡充以適當 之軟膏成份。此外，開關170之位置須連接軟膏饋送管線 172至饋送導管164可被證實。在磨光機器之初期作業期 間，將出現一調整期’據此’控制段374將指揮程式控制 通過段376。實際磨光程序在控制段380實施。 磨光頭150移動至如圖4所示之位置，及理想磨光壓 力加在晶圓表面上°如需要載體支座之旋轉’控制單元88 激勵驅動馬達80以轉動晶圓支座’如圖6說明者。此外’ 在磨光期間，監視探針156最好持續’或在特定時期饋送 資料返回控制單元88 °收集之資料可立即用來調整磨光程 序。例如，可以決定磨光是否以大於或小於理想或“目標” 速度進行。由磨光頭150所加之磨光壓力及/或旋轉之相對 速度可於飛馳時(on the fly)調整，俾至工作站之理想終點 將可在分配時間內達到。 磨光進度在段380予以監視以決定是否已到理想終點( 參考段382)。必要時，磨光作業可以時間爲基準而加以控 制，如段384所示。例如，整體系統管理可於控制單元88 中提供，以確保整體系統之最高出產率可以維持。在不同 工作站之磨光在載體環60(圖2)已被索引而將晶圓移向下 游工作站之前，必需完成或以控制方式予以終止。據此， 爲每一工作站最好建立一預設定之時間限制，及在工作站 檢查所餘之時間。 在某些例中，特別在一工作站之軟膏不應轉移至另一 工作站時，磨光程序必須在分配時間之前終止，以使在晶 19 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背而之注意节項再填寫本頁} 、1· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 _____B7_ 五、發明説明（/K ) 圓被索引而被轉移之前，軟膏被沖刷或自晶圓被潤濕。如 仍剩下足夠時間，如控制段386所計算者，控制經箭頭 388轉移至控制段378，該處程序繼續實施。如在段382中 ，在允許時期之暫停之前，偵出終點情況，控制轉移至段 390以記錄第一工作站位置之時間結果。在控制段392內 ，進一步之磨光應予以暫停，並以載體環60之索引方式以 備將晶圓轉移至次一工作站。如必要時，自晶圓沖洗軟膏 可在索引之前執行。 再參考控制段386，如暫停條件在磨光終點之前達到 ，控制轉移至段396，該處，處理結果由控制系統88儲存 ，俾處理不足之處可在下游工作站補償。在控制段398設 定調整旗以指示下游工作站，在先前作業中並未獲得理想 結果。可使用“調整4旗以觸發程式自我修改程序，其中， 下游工作站之作業程式已被修改以補償所遭遇之處理不足 。控制於是轉移至段402，其可保證所有工作站均被設定 至原位置，及磨光頭已經自晶圓載體分開。控制於是如箭 頭404所指示而轉移，以進一步進行完成晶圓處理所需之 晶圓處理控制段。 參考圖11，檢討一特殊半導體晶圓所遭遇之詳細控制 步驟。在段410-416中，系統被加上電源，電腦及有關偵 測器之控制系統均已開啓’裝置被開啓並設定在原位置’ 處理變數已被輸入如上所述。其次，載體環在段418之控 制下被索引’俾將一空載體送至第一負載位置(參考圖2之 參考號31)。在負載位置之載體於是被升起，俾支撐墊Π0 20 ^紙張尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格（210x297公慶） '~ ....... h —i-i i Hi liii -----三---1 .......... Hi n (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 、v'<» 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 經濟部智葱財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（/?) 被升高在容器環116之上。必要時，真空可加在支撐墊以 便在轉移臂22傳送晶圓至第一載體位置時，將晶圓固定於 位置上，以將晶圓沉積於支撐墊110之上。載體於是被下 降至作業位置，如圖7所說明，因此完成在控制段420之 各步驟。 在控制段422，控制系統88將載體環索引以便將晶圓 帶到第一工作站之位置(參考圖2之32)。必要時，第一工 作站之作業程式加以裝載，及處理裝置已備妥供第一工作 站之作業。自前一作業之調整旗在控制段424中預期無法 偵出，據此，控制轉移到後控制段426。必要時，由於轉 移臂22之失效而引起於饋送半導體晶圓之誤差，裝載機械 人20或輸入箱16、18可調整旗之設定，並於控制段24隨 後偵出，以指出無晶圓。 通常，控制轉移至段428，在該處實施晶圓表面之處 理程序。例如，磨光頭150被設定定位，如圖4所說明， 而磨光墊以理想之磨光壓力壓住晶圓表面。軟膏經由導管 64及磨光墊傳導，磨光頭及載體以理想速度旋轉。在控制 段430，表面處理進度由探針156監視，及進行中之性能 與預先設定資料組加以比較。如必要時，在段430中之比 較步驟可予安排以辨出及表示出預期目標性能之任何量的 變化。如此變化相當大，程式化控制可設定一調整旗，俾 在控制段426中增加或減少磨光速率。 如在段430中之比較指出，一終止點條件業已獲得， 控制於是轉移到段432，該處，第一次處理步驟之時間被 21 (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 504763 A7 B7 五、發明説明（) 儲存以供將來之用。如終止點條件過早及持續到達，工作 站裝置及特別是相關之偵感器應予分析，以查出可能之失 效作業。控制於是轉移到段434，其將晶圓固定以準備載 體索引。控制段434可開始以用水流通過磨光頭，以作晶 圓潤濕作業，俾防止軟膏被轉移至下游位置。磨光頭於是 收回至原位置，及晶圓位置保持不動以準備載體環在控制 段436實施之索引。 再回到段431，如終止點未達到，工作站之程式定時 器應在控制段440予以檢查，以決定是否有足夠時間繼續 處理作業，如控制段442所決定者·，在此情況下，控制以 箭頭444所指示轉移到控制段428。控制段442可考慮半 導體晶圓潤濕所需之時間，以防止軟膏轉移至下游位置。 如在控制段442偵出暫停條件，處理則過早停止，未完成 之處理結果儲存於段446及在段448設定調整旗。 當磨光頭撤回其原位置時，載體環60於是在段436 之控制下至第二工作位置，如圖2之參考號碼33所示。在 控制段452，第二工作站準備新處理作業。必要時，所需 之各別模組程式予以找出並予裝載。如在控制段454偵出 一“調整”旗，第二工作站之程式在控制段456予以調整， 最好，其方式能補償先前工作站之處理短缺。控制於是轉 移到段458，該處，實施第二工作站之處理。例如，如第 二工作站需要與第一工作站不同之軟膏，晶圓最好在上游 工作站加以潤濕，及準備接受新軟膏。 磨光頭已經置於定位及軟膏已經饋入如圖4所示。處 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背而之注意卞項再填^本頁) ，! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 ______B7 _ 五、發明説明（>| ) 理參數(即性能指標)在控制段460加以檢討，終止點條件 在段462加以檢查。如必要時，控制段460可用來設定一 調整旗，性能資料予以儲存以備控制轉移至段456時利用 。如終止點條件被偵出，控制轉移至段464，該處，時間 結果被儲存，晶圓在控制段466被置於不工作位置。如終 止點條件尙未到達，在控制段470中將所餘時間予以預估 ，並在控制段472檢查暫停條件。如仍有足夠時間，控制 轉移回到段458，如箭頭474所示。如控制段460用來設 定一調整旗以準備程式調整，箭頭474可再路由以轉移控 制到控制段454。 如在控制段472偵出時間暫停條件，進一步之處理即 予停止，所得之結果記錄在控制段478。處理短缺之指示 可在控制段480設定調整旗表示，控制於是轉移到段482 ，載體環60已被索引以將晶圓帶到次一工作站位置(即位 於圖2中位置34之3號工作站）。 控制於是繼續在連續下游工作站實施，而在每站之控 制步驟大體上與控制段452至482相同。在較佳實施例中 ，6個載體位置備於載體平台中，而二位置係供裝載與卸 載之用。此外，在較佳實施例中，第4個工作站（位於圖 2之相反位置35)係專供半導體晶圓最後淸洗之用，以備 最後索引至位置36，於是將晶圓卸載以儲存於匣46、48 之中。 在較佳實例中，控制直接由段42轉移至段492，在該 處，圖2中之相反位置34之第三工作站之啓始化於控制段 23 (請先閲讀背而之注意卞項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 504763 A7 B7 五、發明説明（A ) (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) 492實施。如在段494被偵出調整旗，控制即轉移至段496 以爲最後工作站修改程式(此處假定爲第三號工作站，位於 圖2之位置34)。程序繼續在控制段498實施並加上理想 之壓力，相對之旋轉速度及軟膏饋送係提供，如上所述。 執行進度由探針156監視，並在段502加以檢討。如 在段504偵出終止點條件，管制轉移至段506，在該處將 處理時間儲存供將來分析之用。控制於是轉移至段508， 在該處，準備載體及晶圓索引至最後潤濕位置。在段508 ，潤濕水可導向磨光頭以自晶圓表面沖洗所有之軟膏，如 必要時，磨光頭此後可移除，而晶圓加速至“旋轉烘乾”速 度。此後，晶圓保持在不動狀態以等待在段510之控制下 之最後索引。 如在段504未偵出終止點條件，所餘之時間在段514 予以評估，並在段516測試暫停時間。如仍有足夠時間， 控制如箭頭520轉移至段498。如段502中之比較程序指 出必須作進一步之程式化處理之調整時，箭頭520可再路 由至段494。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如在段516偵出時間暫停情況，控制轉移至段524， 在該處將處理結果記錄以備將來之用，在控制段526設定 一調整旗。在較佳之實施例中，控制段526與在最後磨光 工作站34所得之程序評估有關，控制段526可發出一誤差 信息至作業員，詢問其是否希望凌駕程式化控制，以便保 證能獲得滿意之最後晶圓條件。在某些情況下，應在段 526指出最後獲得之結果可能不滿意，並在匣46、48中將 _____24 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐一" 504763 A7 B7____ 五、發明説明（ 此結果及最後晶圓儲存位置予以“標籤”。 控制於是轉移至段510,其將晶圓索引至最後工作站 ，其在較佳實施例中含一最後淸洗站。控制轉移至段512 ，其控制晶圓在位置35(圖2)之最後淸洗，此後’等待載 體環60之隨後索引以將晶圓帶至圖2之卸載位置36。此 後，轉移臂40在段512之控制下，以洗滌器機械人44將 晶圓自載體位置移除，以備此後儲存晶圓於匣46或48中 〇 本發明擬想以在控制時間實施之索引作所有工作站之 全面同時控制。例如，圖11中追蹤之晶圓在圖2之位置 35及36之間最後索引，僅在工作站32至34處理之主控 制檢討指出，此等工作站已準備索引時才實施。在此情況 下，不同控制段之“索引表”信號可考慮爲“允許”信號’當 每一工作站均收到所謂“允許”信號時才實施實際索引指令 〇 自以上可以了解，本發明可完成跨多個工作站伸展之 每一晶圓作有效之工作區分。以上敘述假定整體系統之最 大輸出爲控制作業之利益所在。但其他作業模式亦屬可行 ，例如，在一特殊工作站理想之部份處理步驟之完全獲得 ，而不論所需之時間量。在此情況下，將不考慮可能在不 同工作站所需之不同處理時間。 其他改變亦屬可能。例如當希望不同晶圓曲率時，不 同曲率之磨光墊及/或不同曲率之磨光頭將予使用。但亦可 能提供晶圓墊110或晶圓支座108(如圖6所示），因其具有 ____25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) 、ατ #, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 B7 五、發明說明（鉍） 理想之不同曲率。必要時’支撐墊110及晶圓載體108可 使其自載體平台移除’及具有不同曲率之不同組件可儲存 於作業位置中。如利用此等方法，必需追蹤每一各別晶圓 載體之位置，利用傳統裝備在啓始化及索引步驟期間實施 即可獲得。 以上敘述及圖式並非代表本發明之結構及作業方式細 節之唯一方式。型式之改變及在零件之比例中及等値之代 替，在情況許可下均屬可行而合宜；雖然曾使用特殊用語 ，其僅係作一般說明意義而無限制之目的，本發明之範疇 已記載於下列申請專利範圍中。 〔元件符號說明〕 10 表面處理裝置 12 處理模組 14 輸入/輸出模組 16、18 輸入卡匣 20 裝載機器人 22 輸入抓具（抓臂）（轉移臂） 26 載體平台 31-36 晶圓接收位置 40 卸載臂 42 控制方塊 44 洗滌器機械人 46、48 卡匣 50 內部空腔 26 玉紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) ▼裝----- -I I ·111111. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504763 A7 _B7 五、發明說明（25 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54 箭頭 58 導管 60 可旋轉之環狀圏 64 中央軸 66 中空內部 68 彈性導管 70 可旋轉耦合件 74 外殼 80 馬達 82、84 驅動齒輪 86 導體 88 中央控制單元 90 凸緣 92 激勵器（螺線管） 94 導體 96 齒輪環 98 驅動齒輪 100 馬達 102 導體 106 載體 108 內部空氣通路 110 支援墊（真空墊） 114 晶圓 116 中空中央柱(支撐平台)(容器環) 27 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504763 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（％) 118 導管 124 通道 126 導管 128 管 130 彈性導管 136 磨光頭總成 138 外殼 140 支座結構 144 支座 146 橫向臂 150 磨光頭(磨光輪） 152 磨光墊 156 探針 164 彈性導管 170 饋送閥 172 、 174 饋送線 200 載體平台裝置 202 載體平台 204 支撐台座 206 齒輪 208 馬達 210 齒輪 212 平台202之安裝處 214 基座 28 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ϋ .1- ϋ ϋ n I 1 1 n .^1 I i.— ϋ I β 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504763 A7 B7五、發明說明（29) 218 導引環 220 外殻 224 中央軸 226 滾珠軸承 230 馬達 232 、 234 導體 240 安裝腳 242 導管 300-526 (詳見圖9-11之流程圖) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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