TWI393199B - 基板處理裝置 - Google Patents

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TWI393199B
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Mitsuhiko Shirakashi
Kenya Ito
Kazuyuki Inoue
Kenji Yamaguchi
Masaya Seki
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Description

基板處理裝置
本發明係有關於基板處理裝置，且更特別的是有關於一種具有用於研磨基板(例如，半導體晶圓)周邊部份(peripheral portion)之研磨單元(polishing unit)的基板處理裝置。本發明也有關於基板處理方法，且更特別的是有關於一種用於研磨基板(例如，半導體晶圓)之周邊部份的基板研磨方法。本發明也有關於一種用於測量基板(例如，半導體晶圓)之周邊部份的基板測量方法。
近年來，由於半導體裝置的結構變小且整合程度變高而使得微粒(particle)處理更為重要。處理微粒的主要問題之一是：在半導體裝置的製程中，產生於基板(例如，半導體晶圓)周邊部份(斜角部份與邊緣部份)、因其表面粗糙而產生的塵埃。
第1A圖與第1B圖為圖示晶圓W周邊部份之例子的橫截面放大圖。第1A圖係圖示平直型晶圓W(straight－type wafer)的周邊部份，其係具有由多條直線形成的橫截面。第1B圖係圖示圓弧型晶圓W(round－type wafer)的周邊部份，其係具有由曲線形成的橫截面。在第1A圖中，晶圓W的斜角部份B包含上斜部份P與下斜部份Q(兩者分別傾斜於晶圓W之外環部份的上表面與下表面)以及晶圓W之外環部份的側面R。在第1B圖中，晶圓W的斜角部份B包含晶圓W外環部份的橫截面中彎曲的部份。在第1A圖與第1B圖中，晶圓W的邊緣部份包含位於斜角部份B之內邊界與晶圓W之上表面D(其上係形成半導體裝置)之間的區域E。在以下的說明中，晶圓的周邊部份係包含前述的斜角部份B與邊緣部份E。
迄今為止已知有一種用於研磨晶圓之周邊部份的研磨裝置(周邊部份研磨裝置)。在半導體裝置的形成製程之前，該研磨裝置已用來形成晶圓外環部份的形狀。最近，該研磨裝置已用來排除在半導體裝置的形成製程中污染源附著於晶圓周邊部份的薄膜或用來消除產生於晶圓周邊部份的表面粗糙，例如，用來分離在晶圓中形成深溝槽後形成的針狀突出物。如果預先清除附著於晶圓周邊部份的物體，有可能預防晶圓的污染，例如用於固定及輸送的輸送機械手臂(transfer robot)所造成的污染。此外，如果預先排除晶圓周邊部份的表面粗糙，有可能防止分離形成於晶圓周邊部份之物體所產生的塵埃。
實務上已使用一種基板處理裝置，其係包含數個處理單元，包括：用於研磨晶圓之周邊部份的研磨裝置(研磨單元)、用於清洗該晶圓的清洗單元、以及用於乾燥該晶圓的乾燥單元。此基板處理裝置係用於在晶圓上進行一序列包括研磨晶圓周邊部份的製程。就此情形而言，研磨單元中已予研磨的晶圓在導入後續的處理單元之前，必須檢查諸如附著於晶圓周邊部份之薄膜的物體是否已被排除或粗糙的表面是否已變平滑。為此目的，已開發出可檢測晶圓之周邊部份的檢測單元。此檢測單元係使用成像裝置(例如，CCD攝影機)得到研磨後之晶圓周邊部份的影像且進行該影像之影像處理。
如上述，此檢測單元主要是用來偵測晶圓之周邊部份中有缺陷的部份。檢測結果包括晶圓周邊部份中有缺陷部份的個數與面積。習知的檢測單元無法測量晶圓的形狀，例如晶圓周邊部份的橫截面形狀或晶圓的半徑。具體言之，研磨單元無法測量晶圓的形狀，且偵測周邊部份的研磨狀態不是基於晶圓的測量結果。因此，研磨單元中不曾實施操作管理。
此外，由於使用諸如CCD攝影機之類的成像裝置以及影像處理裝置進行高度的影像處理，所以習知檢測單元相當昂貴。此外，由於要做影像處理而使檢測需要一段長時間。
習知的檢測單元係與包含研磨單元的基板處理裝置分開裝設。因此，為了檢測研磨後的晶圓，必須把研磨於研磨單元的晶圓由基板處理裝置輸送到檢測單元。因而，研磨加工(polishing process)變複雜而使加工效率降低。此外，如果檢測結果顯示研磨單元沒有充分排除晶圓周邊部份的缺陷或污染，則必須送回晶圓到研磨單元且再一次研磨晶圓的周邊部份。在此情況下，將無法迅速進行研磨加工。
本發明係鑑於上述缺點而研創者。因此，本發明的第一目標是要提供一種能夠研磨基板之周邊部份且測量該基板之周邊部份的基板處理裝置。
本發明的第二目標是要提供一種能夠研磨基板之周邊部份且測量該基板之周邊部份的基板處理方法。
本發明的第三目標是要提供一種能夠最佳地研磨基板之周邊部份的基板研磨方法。
本發明的第四目標是要提供一種能夠迅速準確地測量基板周邊部份之形狀的基板測量方法。
根據本發明的第一方面，提供一種能夠研磨基板之周邊部份且測量該基板之周邊部份的基板處理裝置。該基板處理裝置包含：用於研磨基板之周邊部份的研磨單元、用於清洗該基板的清洗單元、用於乾燥該基板的乾燥單元、以及用於測量該基板之周邊部份的測量單元。
以上述配置，可用該測量單元測量基板待研磨周邊部份的狀態。因此，於該基板處理裝置中可獲得基板待研磨之周邊部份的狀態。
該基板處理裝置可進一步包含：研磨條件決定單元，用以基於該測量單元測量該基板之周邊部份的測量結果而決定該研磨單元的研磨條件。以此配置，研磨單元的研磨條件可直接採用該測量單元的測量結果。因此，研磨條件在數量上可基於測量結果而予以修改。因此，在研磨單元中，在基板之周邊部份上可進行所希望之研磨。
該研磨單元可包含用於以想要的研磨角度研磨該基板之周邊部份的研磨機構，且可將該研磨條件決定單元組構成可基於該測量單元測量該基板之周邊部份的測量結果而決定該研磨單元研磨該基板之周邊部份的研磨角度。就此情形而言，對於正被研磨的基板，可用最佳的角度進行研磨。因此，在短時間內可將該基板之周邊部份有效率地研磨成為想要的形狀。
該測量單元可包含用於測量該基板之直徑的直徑測量機構。就此情形而言，在該基板處理裝置中可測量基板的直徑。因此，能促進基板之周邊部份在研磨單元中的研磨以便有想要的直徑。因此，可改善研磨後之基板的品質。
該測量單元可包含用於測量該基板周邊部份之橫截面形狀的橫截面形狀測量機構。就此情形而言，在基板處理裝置中可測量基板周邊部份的橫截面形狀。因此，能促進基板之周邊部份在研磨單元中的研磨以便有想要的直徑。因此，可改善研磨後之基板的品質。
該測量單元可包含表面狀態測量機構，其係用於測量該基板周邊部份之表面狀態以偵測該基板周邊部份中有缺陷的部份。就此情形而言，在該基板處理裝置中可測量基板之周邊部份的表面狀態，且在該基板處理裝置中可偵測基板之周邊部份的缺陷部份。因此，有可能檢查該研磨單元是否適當地進行想要的研磨且利於研磨單元的操作管理。因此，可改善研磨後之基板的品質。
該測量單元可包含用於測量該基板周邊部份之立體形狀的立體形狀測量機構。
可將該測量單元配置於該基板處理裝置內。就此情形而言，在該測量單元中可檢測或測量基板而不須轉出該基板處理裝置。因此，可改善研磨後之基板的品質。
根據本發明的第二方面，提供一種能夠研磨基板之周邊部份且測量該基板之周邊部份的基板處理方法。在研磨單元中研磨基板之周邊部份以排除該基板之周邊部份的污染物及/或表面粗糙。研磨後在清洗單元中清洗該基板。清洗後在乾燥單元中乾燥該基板。在研磨之前及/或乾燥之後，在測量單元中測量該基板之周邊部份。
用上述方法，在該基板處理裝置中可測量基板之周邊部份，且可得到該基板的狀態。此外，該研磨單元的研磨條件可採用該測量單元的測量結果。因此，有可能在該基板之周邊部份上進行想要的研磨。
根據本發明的第三方面，提供一種能夠最佳地研磨基板之周邊部份的基板處理方法。在研磨單元中研磨基板之周邊部份。在研磨之前及/或該研磨之後，在測量單元中測量該基板之周邊部份。
用上述方法，在研磨之前及/或該研磨之後可得到該基板之周邊部份的狀態。此外，該研磨單元的研磨條件可採用該測量單元的測量結果。因此，有可能在該基板之周邊部份上進行想要的研磨。
基於該測量之結果可決定研磨的研磨條件。此時，基於該基板待研磨之周邊部份的形狀，可在最佳研磨條件下進行研磨。可修整該基板之周邊部份藉此有想要的形狀及狀態。此外，即使待研磨之基板的形狀有差異，仍可決定各個基板的最佳研磨條件。因此，已磨好的基板會有相同的形狀。因此，可改善研磨後之基板的品質。
根據本發明的第四方面，提供一種能夠迅速準確地測量基板周邊部份之形狀的基板測量方法。基板周邊部份的第一厚度是在第一測量點測量。該基板周邊部份的第二厚度是在第二測量點測量。測量該第一測量點與該第二測量點之間的距離。由該第一厚度、該第二厚度、以及該第一測量點與該第二測量點之間的距離計算出該基板之周邊部份的橫截面形狀。
用上述方法，用簡單的操作即可有效準確地測出基板周邊部份的橫截面形狀而不須諸如影像處理這類的複雜處理。
根據本發明的第五方面，提供一種能夠迅速準確地測量基板周邊部份之形狀的基板測量方法。以直線的形式施加光線於基板之周邊部份以於該基板之周邊部份的表面上形成線性光跡(linear light trace)。配置成不與該線性光跡垂直或平行的影像擷取裝置會擷取該線性光跡的影像。基於該影像擷取裝置的座標計算出該線性光跡的影像座標藉以產生該基板周邊部份之橫截面形狀的座標。
用上述方法，用簡單的操作即可有效準確地測出基板周邊部份的橫截面形狀而不須諸如影像處理這類的複雜處理。
根據本發明的第六方面，提供一種能夠迅速準確地測量基板周邊部份之形狀的基板測量方法。第一基板的周邊部份與第二基板的周邊部份各自在第一研磨單元與第二研磨單元中並行(in parallel)研磨以排除該第一基板與該第二基板之周邊部份的污染物及/或表面粗糙。在該研磨之後，在清洗單元中清洗該第一基板與該第二基板。在清洗之後，在乾燥單元中清洗該第一基板與該第二基板。在研磨之前及/或乾燥之後，在測量單元中測量該基板之周邊部份。
用上述方法，分開的基板在各自的研磨單元中並行研磨以排除該第一基板與該第二基板之周邊部份的污染物及/或表面粗糙。以此方式，在該基板處理裝置中同時研磨多個基板藉此增加單位時間內所處理的基板數。因此，有可能改善基板處理裝置的產出率。此外，由於是在研磨之前及/或乾燥之後在測量單元中測量基板之周邊部份，可得到該基板之周邊部份的狀態。研磨單元的研磨條件可使用該等測量結果。因此，有可能在該基板之周邊部份上進行想要的研磨。
根據本發明的第七方面，提供一種能夠迅速準確地測量基板周邊部份之形狀的基板測量方法。在第一研磨單元中研磨基板之周邊部份以排除該基板周邊部份的污染物及/或表面粗糙。在該第一研磨單元研磨之後，在第二研磨單元研磨該基板之周邊部份以排除該基板周邊部份的污染物及/或表面粗糙。研磨後在清洗單元中清洗該基板。清洗後在乾燥單元中乾燥該基板。在研磨之前及/或乾燥之後在測量單元中測量該基板之周邊部份。
用上述方法，同一基板依序各在研磨單元中研磨以排除該基板之周邊部份的污染物及/或表面粗糙。因此，各個研磨單元可進行不同的研磨加工，例如，粗研磨與精研磨(finish polishing)。因此，該等研磨單元可用於各自的目的。因此，可將基板有效率地修飾為想要的形狀。此外，由於研磨之前及/或乾燥之後在測量單元中測量基板之周邊部份，可得到該基板之周邊部份的狀態。該研磨單元的研磨條件可採用該等測量結果。因此，在基板的周邊部份上有可能進行想要的研磨。
結合圖示本發明較佳具體實施例的附圖，由以下以實例說明的描述可更加明白本發明上述及其他的目的、特徵、及優點。
以下參照第2圖至第27圖，描述本發明基板處理裝置的具體實施例。附圖中，類似或相同的元件用類似或相同的元件符號表示而且不重覆描述。
第2圖的示意平面圖係根據本發明之具體實施例圖示基板處理裝置1的整體配置。如第2圖所示，該基板處理裝置1包含有晶圓供給/回收裝置11A及11B配置於其上的裝載/卸載埠10、用於測量晶圓或其類似物之周邊部份之形狀的測量單元30、主要用於輸送晶圓於該裝載/卸載埠10、該測量單元30、以及二次清洗及乾燥單元110之間的第一輸送機械手臂20A、用於研磨晶圓之周邊部份的第一研磨單元70A、以及用於研磨晶圓之周邊部份的第二研磨單元70B。該基板處理裝置1也包含用於進行首次清洗已予研磨之晶圓的首次清洗單元100、用於進行二次清洗及乾燥於已經受首次清洗之晶圓的二次清洗及乾燥單元110、以及主要用於輸送於該第一研磨單元70A、該第二研磨單元70B、該首次清洗單元100、以及該二次清洗及乾燥單元110之間的第二輸送機械手臂20B。此外，該基板處理裝置1有研磨條件決定單元(未圖示)，其係用以基於該測量單元30對晶圓的測量結果而決定研磨單元70A及70B中之研磨條件。具體言之，該研磨條件決定單元係形成控制器之一部份且基於晶圓周邊部份之測量結果而計算出研磨條件。在本專利說明書中，“單元”一詞係用來描述配置於基板處理裝置1裡面之處理裝置的總成(模組)。以下將詳述該基板處理裝置1中之各種單元的配置及操作。
基板處理裝置1的單元係置於配置於無塵室2裡面的外殼3內。藉由外殼3的牆壁隔開基板處理裝置1的內部空間與無塵室2的內部空間。乾淨的空氣係通過裝設於外殼3之上半部的濾器(未圖示)而導入該外殼3。內部的空氣係通過裝設於外殼3之下半部的排氣部件(未圖示)而排到基板處理裝置1的外部。因此，在外殼3中形成向下流動的乾淨空氣。以此方式，最佳化用於加工基板之基板處理裝置1的氣流。配置於外殼3裡面的單元係分別置於小室(chamber)內。此外，最佳化用於加工基板之各個小室的氣流。
該裝載/卸載埠(loading/unloading port)10係裝設於側壁3a靠近第一輸送機械手臂20A的外面。在裝載/卸載埠10上平行放置兩個晶圓供給/回收裝置11A與11B。例如，該等晶圓供給/回收裝置11A與11B中之每一個係包含用於供給數個晶圓且由該基板處理裝置回收晶圓的前開統一標準晶圓盒(front opening unified pod，FOUP)。當內置多個晶圓的晶圓匣(wafer cassette，又稱晶圓載具)12A或12B安裝於晶圓供給/回收裝置11A或者是11B上時，該晶圓匣12A或12B的蓋子自動打開同時打開設於側壁3a的閘門(shutter，未圖示)。然後，該第一輸送機械手臂20A從晶圓匣12A或12B移出一片晶圓至基板處理裝置1內。
由於在裝載/卸載埠10上平行配置這兩個晶圓供給/回收裝置11A與11B，晶圓可在這兩個晶圓供給/回收裝置11A與11B之間並行輸送。因此，可改善基板處理裝置1的操作速率。具體言之，將未加工晶圓由第一晶圓匣12A或12B輸送到晶圓供給/回收裝置11A與11B中之一個上，然後將另一未加工晶圓由第二晶圓匣12A或12B輸送到晶圓供給/回收裝置11A與11B中之另一個上。此時，在基板處理裝置1中經受預定製程之加工後的晶圓已回收於第一晶圓匣12A或12B更換為另一個晶圓匣。因此，可連續地輸送未加工的晶圓至基板處理裝置1內。
以下將描述第一與第二輸送機械手臂20A與20B的結構。第一與第二輸送機械手臂20A與20B係具有如第3圖所示之輸送機械手臂20的常見結構。輸送機械手臂20有包含兩個搬運機構(handling mechanism)24a與24b的雙手結構。搬運機構24a與24b有相同的配置。該雙手結構係裝設於可轉動底座21的上表面上。該搬運機構24a與24b係具有滑動臂體機構(slide arm mechanism)22a與22b以及附著於滑動臂體機構22a與22b末端用於夾持晶圓W的手部23a與23b。手部23a與23b係以預設間隔垂直分開。底座21的旋轉以及臂體機構22a與22b的滑動使手部23a與23b分別移動到想要的位置，從而輸送晶圓W至預定位置。上手部23a係用來作為供輸送加工前或後之乾晶圓W的乾手部。下手部23b係用來作為供輸送在加工期間由第一與第二研磨單元70A與70B以及首次清洗單元100釋出之濕晶圓W的濕手部。因此，由於手部23a與23b使用於不同的目的，可防止加工前或後之乾淨晶圓W被污染。該輸送機械手臂20可具有只有單一搬運機構的單手結構。
以下描述測量單元30的配置。該測量單元30有一圖示於第4A圖與第4B圖的基板保持及旋轉機構61。第4A圖為該基板保持及旋轉機構61的示意透視圖，而第4B圖為該基板保持及旋轉機構61的示意平面圖。該基板保持及旋轉機構61係於在測量單元30中測量時用來保持及旋轉晶圓W。如第4A圖與第4B圖所示，該基板保持及旋轉機構61有兩段結構(two－stage structure)。該兩段結構係包含：上夾頭(上旋轉夾頭)62，其係具有多個用於夾住晶圓W之外環部份的夾片臺(stage)62a；以及下夾頭(下旋轉夾頭)63，其係具有多個用於夾住晶圓W之外環部份的夾片臺63a。該上夾頭62與該下夾頭63係同軸排列且繞著旋轉軸64旋轉。上與下夾頭62與63各有4個以預定間隔排列的夾片臺62a與63a。如第4B圖所示，上與下夾頭62與63的夾片臺62a與63a係偏置預定的角度使得夾片臺62a與63a在垂直方向彼此不會對齊。此外，下夾頭63相對於上夾頭62可垂直移動。該基板保持及旋轉機構61也有用於旋轉上夾頭62及下夾頭63的旋轉驅動機構(未圖示)與用於以等速度分度上夾頭62與下夾頭63旋轉及角度的分度機構(index mechanism，未圖示)。
以下參考第5A圖與第5B圖描述基板保持及旋轉機構61的操作。如第5A圖所示，通常在上夾頭62夾著晶圓W的時候測量晶圓W。在藉由旋轉上夾頭62而將該等夾片臺62a定位於晶圓W待測量之周邊部份之前，如第5B圖所示，昇起下夾頭63以夾住晶圓W。因此，晶圓W脫離上夾頭62的夾片臺62a。在此狀態下，當通過預定的角度旋轉上夾頭62與下夾頭63時，可防止上夾頭62的夾片臺62a位置落入晶圓W的測量部份。在上夾頭62的夾片臺62a通過晶圓W的測量部份後，降下該下夾頭63。然後，用上夾頭62夾住晶圓W。如此的操作可防止上夾頭62的夾片臺62a位置落入晶圓W的測量部份。因此，有可能測量晶圓W的整個周邊部份。這種基板保持及旋轉機構61係裝設於以下將予以描述的測量單元的每個實施例中。
以下描述測量單元的第一具體實施例。第6圖係根據第一具體實施例示意地圖示測量單元30－1的透視圖。第7A圖為測量單元30－1的示意平面圖，而第7B圖為順著第7A圖方向VII觀看的視圖。第6、7A、7B圖中未圖示基板保持及旋轉機構61以求簡明。同樣，在測量單元的其他附圖中也未圖示基板保持及旋轉機構61以求簡明。該測量單元30－1有用於測量晶圓W之外徑以偵測晶圓W(斜角部份)側面之研磨量的直徑測量機構。該測量單元30－1包含基板保持及旋轉機構61與數個感測器機構(雷射感測器)31。該等感測器機構有兩對發光裝置32與光接收裝置33，兩者在基板保持及旋轉機構61所保持之晶圓W的周邊部份附近垂直隔開。每一發光裝置32都放射雷射光。
在本具體實施例中，測量單元30－1中裝設兩個感測器機構31與31。這兩個感測器機構31與31係位於基板保持及旋轉機構61所保持之晶圓W的中心線上。感測器機構31與31係連接至用於數位化光接收裝置33所接收之雷射光的資料處理裝置(未圖示)。可將該等光接收裝置33配置於晶圓W的上方，且將該等發光裝置32配置於晶圓W的下方。
如第7B圖所示，每一個感測器機構31都由發光裝置32向下放射雷射光34至晶圓W的周邊部份。射出的雷射光34的形式為直線或平面且有預定的寬度。射出的雷射光34與晶圓W的徑向交叉於晶圓W的周邊部份。因此，部份雷射光34被晶圓W的周邊部份阻擋。因此，只有不被晶圓W阻擋且在晶圓W外側通過的雷射光34會被光接收裝置33接收。藉由資料處理裝置將被接收之光線的數量轉換為數字以計算在晶圓W外環部份外側通過的雷射光34寬度，亦即，圖示於第7B圖的各個尺寸D1、D2。為了計算晶圓的直徑，預備直徑為已知的參考晶圓(未圖示)且用測量單元30－1測量以得到尺寸D1與D2。然後，可由參考晶圓的尺寸D1、D2與待測量之晶圓的尺寸D1、D2之間的差額以及參考晶圓的直徑計算出待測量之晶圓W的直徑Dw。
此外，基板保持及旋轉機構61中上夾頭62與下夾頭63的旋轉角度係經分度成可在晶圓W周邊部份上的複數個點測量直徑。因此，有可能得到無法由單點測得的資訊，例如在晶圓W的整個周邊部份上研磨量的差異。再者，可連續測量晶圓的直徑同時用基板保持及旋轉機構61旋轉晶圓。根據此方法，可得到晶圓直徑的連續資料。因此，有可能計算出晶圓的圓形度(circularity)。
以下描述測量單元的第二具體實施例。第8圖係根據第二具體實施例示意地圖示測量單元30－2的透視圖。圖示於第8圖的測量單元30－2有一用於測量晶圓W周邊部份之橫截面形狀的橫截面形狀測量機構(沿著晶圓W徑向的橫截面形狀)。因此，基於周邊部份的受測橫截面形狀，該測量單元30－2在研磨單元70A與70B中可測出包含上斜部份P、下斜部份Q、及側面R(請參考第1A圖)的斜角部份的研磨量以及研磨前後晶圓W周邊部份的形狀或尺寸的差異。
該測量單元30－2有基板保持及旋轉機構61、第一感測器機構(第一雷射感測器)35、以及第二感測器機構(第二雷射感測器)38。該第一感測器機構包含一對發光裝置36與光接收裝置37。該發光裝置36係經配置成在用基板保持及旋轉機構61保持之晶圓W之周邊部份的上方。該光接收裝置37係經配置成在晶圓W之周邊部份的下方。該第二感測器機構38包含一對發光裝置39與光接收裝置40，兩者係經排列成是在晶圓W之側面的切線方向中使得晶圓W的周邊部份介於其間。該第一感測器機構35的結構及功能係與圖示於第6圖的感測器機構31相同。該第一感測器機構35係測量由發光裝置36放射而且已通過晶圓W外環部份的雷射光41寬度。在第二感測器機構38中，雷射光42係由發光裝置39射出成平行於一與晶圓之上表面及下表面平行的表面(以下稱作晶圓表面)，且橫向作用於晶圓W的周邊部份。部份雷射光42被晶圓W的周邊部份阻擋。該第二感測器機構38係測量晶圓W周邊部份的橫截面厚度。
第一與第二感測器機構35與38係安裝於移動機構43，其係使該等感測器機構35與38向著基板保持及旋轉機構61所保持之晶圓W的中心點方向移動及滑動。第9圖係圖示安裝於移動機構43上之第一與第二感測器機構35與38的示意側視圖。第9圖部份包含一橫截面圖。如第8與9圖所示，該移動機構43包含該等第一與第二感測器機構35與38安裝於其上表面的活動平板44、固定平板45、以及數個附著於該固定平板45之上表面用以滑動式支撐該活動平板44的線性導軌(linear guide)46。該第一感測器機構35係附著於固定於該活動平板44的柱體47a之側面。該第二感測器機構38係附著於數個固定於該活動平板44的支撐底座47b。第一與第二感測器機構35與38中之發光裝置36、39與光接收裝置37、40均經精確定位以測量晶圓W的周邊部份。因此，第一與第二感測器機構35與38均經組構成可精確地分別施加雷射光41與42至晶圓W的測量部份。
該等線性導軌46係經排列成能使得該活動平板44線性移動靠近或遠離晶圓W。如第9圖所示，伺服馬達48係固定式附著於該固定平板45的下表面。該伺服馬達48有經由聯結器(coupling)49而連接至滾珠螺桿50的旋轉軸48a。此外，將連接板51固定於該活動平板44之下表面。該連接板51通過形成於該固定平板45的貫穿孔45a延伸且由該固定平板45向下突出。該滾珠螺桿50係固定式連接至該連接板51。因此，當驅動伺服馬達48以旋轉預定角度時，該旋轉會經由該滾珠螺桿50而被轉換為連接板51的線性移動。因此，活動平板44會沿著該等線性導軌46線性移動一段預定的距離。
以下說明在測量單元30－2中進行晶圓W之周邊部份的形狀測量。第10A圖與第10B圖係由第二感測器機構38的發光裝置39觀察光接收裝置40所繪出的視圖。第10A圖與第10B圖係圖示由發光裝置39射出的雷射光42被晶圓W周邊部份阻擋且部份雷射光42被光接收裝置40接收。首先，將第一與第二感測器機構35與38佈置於預定的位置。如第10A圖所示，第二感測器機構38係測量阻擋雷射光42之晶圓W的側面(橫截面)寬度A1(周邊部份的厚度)。此外，第一感測器機構35係測量由發光裝置36放射且被光接收裝置37接收的雷射光41寬度D1。該寬度D1係用來計算參考點X0(其位置是由第一與第二感測器機構35與38徑向向內一段預設的距離L)到晶圓W外環表面的距離X1。因此，可計算出第一與第二感測器機構35與38對晶圓W的相對位置。
然後，移動機構43使第一與第二感測器機構35與38稍微向晶圓W的中心點移動。在此狀態下，如第10B圖所示，用以上所述的方式測量晶圓W周邊部份的厚度A2以及參考點X0到晶圓W外環表面的距離X2。之後，移動機構43使第一與第二感測器機構35與38向晶圓W的中心點一點一點地移動一段徵小的距離以測量晶圓W周邊部份上複數個點的厚度An以及由參考點到晶圓W外環表面的距離Xn。以此方式，就有可能得到晶圓W周邊部份的徑向厚度分布。
第11A圖與第11B圖為受測晶圓之周邊部份的橫截面圖及測量資料圖。第11A圖係圖示晶圓W為平直型的情形，而第11B圖圖示晶圓W為圓弧型的情形。在第11A圖與第11B圖中，橫軸表示晶圓W的測量點位置Xn(晶圓W與第一、第二感測器機構35、38之間的相對位置)，而縱軸表示晶圓W在測量點的厚度An(1/2An)。測量值標定於第11A圖與第11B圖。如第11A圖與第11B圖所示，用估計曲線連接該等標出點。每條估計曲線示意地圖示該晶圓W的實際橫截面形狀。由於是以測量晶圓W周邊部份之厚度的方式測出橫截面形狀，受測晶圓W的周邊部份在晶圓W的厚度方向應有對稱的形狀。一般而言，晶圓的周邊部份在晶圓W的厚度方向相對於晶圓的中心面係具有對稱的形狀。因此，晶圓周邊部份的橫截面形狀可藉由標出周邊部份的厚度測量值表示。此外，在以低速將第一與第二感測器機構35與38向晶圓W的中心點移動時可進行測量。在此情況下，可得到晶圓W周邊部份上複數個點的厚度An以及由參考點到晶圓W之外環表面的距離Xn作為可推斷出晶圓W周邊部份之橫截面形狀的連續資料。
在測量單元30－2的移動機構43中，該伺服馬達48可包含具有高解析度的伺服馬達，且其滾珠螺桿50可包含具有極小齒隙(backlash)的精密滾珠螺桿。在此情況下，可將伺服馬達48的旋轉角度轉換為位置以便計算出第一、第二感測器機構35、38與晶圓W之間的相對位置。因此，可測出晶圓W周邊部份的橫截面形狀而不須像以上所描述的那樣用第一感測器機構35測量。因此，在此情況下可排除第一感測器機構35。
在本具體實施例中，係使第一與第二感測器機構35與38向晶圓W的中心點移動。不過，可將移動機構(未圖示)裝設成可使基板保持及旋轉機構61移向被固定住的第一與第二感測器機構35與38。在此情況下，在它被移向第一與第二感測器機構35與38時可測量晶圓W。
以下描述測量單元的第三具體實施例。第12圖係根據第三具體實施例示意地圖示測量單元30－3的透視圖。圖示於第12圖的測量單元30－3有一用於測量晶圓W周邊部份之橫截面形狀的橫截面形狀測量機構。具體言之，該測量單元30－3包含：基板保持及旋轉機構61；發光裝置52，其係在晶圓W側面的切線方向放射光線至以基板保持及旋轉機構61保持之晶圓W周邊部份的預定位置；以及，用作影像擷取裝置的CCD攝影機53，其係置於發光裝置52相對於晶圓周邊部份的對面。該發光裝置52係放射光線54，而由CCD攝影機53攝取光線54。光線54的例子包含LED光線以及紅外線。該CCD攝影機53係連接至影像處理裝置(未圖示)。測量單元30－3係利用以下的事實：發光裝置52所放射之光線54部份會被晶圓W周邊部份的側面阻擋。部份被阻擋的光線54被擷取成為影像資訊以測量晶圓W周邊部份的橫截面形狀。
第13圖係圖示用該CCD攝影機53取得之影像的例子，該CCD攝影機53可攝取由發光裝置52所放射的光線54。如第13圖所示，晶圓W周邊部份的橫截面形狀S被投影到射出光線54上。在該影像處理裝置中用光線54的影像攝影進行邊緣擷取(edge extraction)。然後，得到在光線54的背景與晶圓W周邊部份之橫截面的投影S之間的邊界線U成為座標資料且予以數位化。可處理經數位化的資料以測出晶圓W周邊部份的橫截面S中側面R的長度L1、上斜部份P相對於晶圓表面的傾斜角度φ、上斜部份P與下斜部份Q的水平距離L2、上斜部份P與側面R交界處的曲率ρ 1、下斜部份Q與側面R與側面R交界處的曲率ρ 2。
雖然用CCD攝影機53所攝取的影像為二維，如果進行攝取影像的邊緣擷取，邊緣擷取中有可能只處理被數位化的資料。因此，只使用經數位化的資料而沒有複雜的影像處理，且該等裝置可能具有簡單的結構。此外，不須儲存攝取影像本身的資料或提供用以儲存影像資料的大量儲存裝置。通常，在晶圓W的周邊部份處於一個定點時拍攝影像。不過，若需要，可拍攝周邊部份多個定點的影像同時用基板保持及旋轉機構61旋轉晶圓W。藉由多個定點的測量，能測出晶圓W的周邊部份是否被均勻地研磨。
以下描述測量單元的第四具體實施例。第14圖係根據第四具體實施例示意地圖示測量單元30－4的透視圖。圖示於第14圖的測量單元30－4有一用於測量晶圓W周邊部份之橫截面形狀的橫截面形狀測量機構。具體言之，該測量單元30－4包含：基板保持及旋轉機構61；發光裝置(雷射發光裝置)55，其係配置於被該基板保持及旋轉機構61夾著之晶圓W周邊部份的預定位置的上方；以及，作為影像擷取裝置之CCD攝影機56，其係配置於該晶圓W周邊部份的上方。該CCD攝影機56與該發光裝置55均連接至影像處理裝置(未圖示)與處理單元(未圖示)。該發光裝置55係放射雷射光57到晶圓W徑向保持水平的晶圓W的周邊部份。該雷射光57的形式為直線或平面。該雷射光57在晶圓W被照射到的地方沿著周邊部份的橫截面形狀產生線性軌跡58。該CCD攝影機56有一與雷射光57平面呈預定角度的中心軸δ且從圖示的位置攝取軌跡58。
第15A圖與第15B圖為圖解說明發光裝置55與CCD攝影機56之安裝位置的視圖。第15A圖係圖示發光裝置55與CCD攝影機56之安裝位置的示意平面圖，而第15B圖為第15A圖的示意側視圖。如第15A圖所示，雷射光57係沿著在晶圓W徑向中的α軸線性地施加。該CCD攝影機56的δ軸係經配置成不與α軸垂直或平行。該δ軸係垂直於一與α軸呈θ角的β軸。如第15B圖所示，該δ軸不與向下垂直延伸的Zs軸垂直或平行。因此，該δ軸與該Zs軸呈預定角度。
用CCD攝影機56拍攝軌跡58，攝取的影像用影像處理裝置處理。然後，將軌跡的座標數位化於攝取影像內。此外，處理單元對攝取影像內軌跡的座標以及雷射光平面(Z－α平面)與垂直於CCD攝影機56安裝軸δ之平面(Z－β平面)的傾斜角度θ進行算術處理(例如，旋轉算術處理)。以此方式，計算出軌跡58的原始座標。具體言之，如第15C圖所示，將Z－α平面上軌跡58’(其係攝取影像內雷射光的軌跡)的座標旋轉θ角以便投影於Z－β平面上。以此算術處理在Z－β平面上所得到的軌跡58座標變成形成於晶圓W周邊部份上之實際光跡58的座標資料，亦即，晶圓W周邊部份的橫截面形狀的座標資料。
以下描述測量單元的第五具體實施例。第16A圖係根據第五具體實施例圖示測量單元30－5的示意平面圖，而第16B圖為第16A圖的示意側視圖。圖示於第16A圖與第16B圖的測量單元30－5有一用於測量晶圓W周邊部份之表面狀態且偵測缺陷部份的表面狀態測量機構。具體言之，該測量單元30－5包含：基板保持及旋轉機構61、用於測量晶圓W周邊部份之表面狀態且偵測缺陷部份的周邊部份測量裝置59、用於測量晶圓W缺口部份之表面狀態且偵測缺陷部份的缺口測量裝置(notch measurement device)60、用於處理該周邊部份測量裝置59與該缺口測量裝置60所攝取之影像的影像處理裝置(未圖示)、以及用於處理藉由該影像處理裝置所得到之資料的處理單元(未圖示)。該周邊部份測量裝置59係攝取該基板保持及旋轉機構61所保持之晶圓W的周邊部份的影像。該缺口測量裝置60攝取晶圓W之缺口部份的影像。
該周邊部份測量裝置59包含用於施加光線至晶圓W之周邊部份的照明裝置59a以及多個用於拍攝晶圓W周邊部份之反射光的影像攝影機59b。如第16B圖所示，該等影像攝影機59b係置於晶圓W周邊部份之厚度方向中的不同位置以便用多個角度拍攝晶圓W周邊部份的反射光。此外，該缺口測量裝置60包含用於施加光線至晶圓W之缺口N的照明裝置60a以及多個用於拍攝缺口N之反射光的影像攝影機60b。該等影像攝影機60b係經配置成使得由照明裝置60a射出被缺口N反射的光線是在明亮視場(bright field)的範圍內。將該等影像攝影機60b排列於不同的位置以便拍攝缺口N在厚度方向與寬度方向中之不同部份的反射光。
以下描述測量單元30－5中之晶圓W周邊部份的測量方式。首先，用基板保持及旋轉機構61旋轉晶圓W以使晶圓W的缺口N移動進入缺口測量裝置60的測量位置。在此狀態下，該等影像攝影機60b拍攝缺口N之反射光的影像。在影像處理裝置中處理該等影像，且用該處理單元分析影像中反射光的強度。以此方式，測定缺口N的表面狀態藉此可偵測缺口N表面上的任一缺陷。為了測量晶圓W的周邊部份，當以該基板保持及旋轉機構61旋轉晶圓時，該等影像攝影機59b連續拍攝晶圓W周邊部份之反射光的影像。在影像處理裝置中處理該等影像，且用該處理單元分析影像中反射光的強度。以此方式，測量晶圓W周邊部份的表面狀態藉此可偵測晶圓W周邊部份上的任何缺陷。以此方式，有可能偵測殘留在已予研磨之晶圓W的周邊部份上的污染物質或針狀突出物。
在上述的具體實施例中，係依用於測量晶圓直徑的直徑測量機構、用於測量晶圓周邊部份之橫截面形狀的橫截面形狀測量機構、以及用於測量晶圓周邊部份之表面狀態且偵測缺陷部份的表面狀態測量機構描述測量單元。測量單元中的這些機構彼此可適當地予以組合及合併於測量單元內。例如，測量單元可能只有一個直徑測量機構而為最簡單測量單元之一。
以下描述測量單元的第六具體實施例。第17圖係根據第六具體實施例示意地圖示測量單元30－6的透視圖。圖示於第17圖的測量單元30－6有一用於測量晶圓W缺口N之立體形狀的立體形狀測量機構。具體言之，該測量單元30－6包含：基板保持及旋轉機構61；發光裝置(雷射發光裝置)155，其係置於該基板保持及旋轉機構61所保持之晶圓W之缺口N的預定位置之上方；以及，用作影像擷取裝置的CCD攝影機156，其係置於該晶圓W之缺口N的上方。該CCD攝影機156與該發光裝置155均連接至影像處理裝置(未圖示)以及處理單元(未圖示)。
該基板保持及旋轉機構61包含用於偵測晶圓W之缺口N的缺口偵測機構(未圖示)。被該基板保持及旋轉機構61保持之晶圓W的缺口N係以缺口偵測機構偵測。然後，用基板保持及旋轉機構61旋轉晶圓W使得晶圓W的缺口N與CCD攝影機156及發光裝置155的測量位置對齊。該缺口偵測機構為吾人所習知，且省略該缺口偵測機構之細節。
在缺口N的上方，以斜對方式配置該CCD攝影機156與該發光裝置155。該發光裝置155係放射雷射光157到保持水平之晶圓W的缺口N。該雷射光157的形式為直線。被照射到的地方，該雷射光157在晶圓W的缺口N上及其附近產生線性軌跡。該發光裝置155係經組構成可在方向158中移動所施加的雷射光157。如第17圖所示，雷射光157的施加範圍是由在缺口N附近的起始線159a到起始線159在缺口N對面的結束線159b。該發光裝置155包含數個光學元件，例如光源、透鏡、狹縫、以及電流計鏡(galvanometer mirror)。該發光裝置155係經組構成可以直線的形式施加平行光線157且使光線157以垂直於平行光線157的方向移動。
第18A圖與第18B圖的視圖係解釋發光裝置155與CCD攝影機156的安裝位置。第18A圖係圖示發光裝置155與CCD攝影機156之安裝狀態的示意平面圖，而第18B圖為第18A圖的示意側視圖。如第18A圖所示，CCD攝影機156的配置方向為與α軸呈θ角的δ軸，該α軸是在晶圓W的徑向中由晶圓W的中心點延伸通過缺口N。同樣，發光裝置155的配置方向為與α軸呈ζ角的γ軸。此外，如第18B圖所示，δ軸與γ軸均與垂直於晶圓W表面的Zs軸呈ε角。
當測量單元30－6有一個發光裝置155與一個CCD攝影機156時，有可能得到晶圓W厚度方向之中心線以上之上半部的資料。然而，晶圓W的下半部不是在發光裝置155的雷射作用區內或在CCD攝影機156的拍攝區內。因此，在需要晶圓W之下半部資料的情形下，在發光裝置155與CCD攝影機156相對於厚度方向之中心線的對稱位置處可配置附加發光裝置與附加CCD攝影機。在此情況下，除了晶圓W上半部資料以外，還可得到晶圓W下半部的資料。藉由算術處理可組合該等資料以產生三維資料。替換地，測量單元30－6可包含附加機構以用於移動晶圓W使其與發光裝置155、CCD攝影機156呈傾斜。
該CCD攝影機156將發光裝置155所放射且在缺口N附近移動的雷射光157拍攝成視訊影像。連接至該CCD攝影機的影像處理裝置係藉由雷射光157亮度的變化辨識外加光線157的軌跡。處理單元基於缺口N的位置、發光裝置155與CCD攝影機156的三維位置、以及雷射光157的移動速度而將該軌跡更換為缺口N形狀的三維資料。因此，可以不接觸的方式測出缺口N形狀的三維資料。已發展出各種用於此類影像處理與算術處理的三維測量方法。例如，用於此類影像處理與算術處理的三角測量法(triangulation method)以及光切斷法(light－section method)。
該等三維測量資料可用來決定研磨單元中的研磨條件。例如，可將三維測量資料轉換為缺口所欲之橫截面形狀的二維資料或由晶圓W上方觀看之平面形狀以自動計算出研磨角度。此外，藉由測量研磨加工前後缺口的立體形狀可計算出缺口N的研磨量。
本具體實施例係缺口N的立體形狀。然而，除了缺口N以外，以上所描述的配置與方法可用來測量晶圓W周邊部份的立體形狀。就此情形而言，該等三維測量資料也可用來決定研磨單元的研磨條件。
第19圖係圖示安裝上述具體實施例之測量單元30於基板處理裝置1內的實施例。在第19圖中，為了圖解說明以基板保持及旋轉機構61代表該測量單元30。然而測量單元30可各別裝設。如第19圖所示，在測量單元30上方可裝設用於容納晶圓W的晶圓載物臺(wafer stage)65。具體言之，該測量單元30係置於框架66內，且該晶圓載物臺65裝設於框架66的上表面66a上。該晶圓載物臺65有多支晶圓W之外環部份放置於其上的安裝銷(mount pin)65a。因此，晶圓載物臺65可用來作為暫時載物臺以暫時容納第一輸送機械手臂20A之手部所輸送的晶圓W且將該晶圓W輸送到第二輸送機械手臂20B的手部。替換地，該晶圓載物臺65可用來作為在前一個晶圓W佔用測量單元30時可存放下一個晶圓W的備用載物臺。該框架66有門形式之閘門(shutter)67的側壁66b。當該閘門67被打開時，可將第一或第二輸送機械手臂20A或20B所保持的晶圓引導到框架66內且置於測量單元30的基板保持及旋轉機構61上供測量。框架66在有閘門67之側壁66b對面的側壁上也裝設閘門(未圖示)。第一輸送機械手臂20A可進入(access)該等閘門中之一個，而第二輸送機械手臂20B可進入另一個閘門。
因此，由於將晶圓載物臺65裝設於測量單元30的上方，可將測量單元30與晶圓載物臺65兩者配置於第一與第二輸送機械手臂20A與20B兩者都可進入的空間內。因此，有可能減少基板處理裝置1所需要的空間。此外，如以下將在基板處理裝置1的加工模式中加以描述的，在最佳化的路線中可有效率地輸送晶圓。因此，有可能改善基板處理裝置1的產出率。
接下來，以下描述第一研磨單元70A與第二研磨單元70B的結構。第一與第二研磨單元70A與70B有相同的結構，將結合圖示於第20圖的研磨單元70描述該結構。第20圖為示意地圖示研磨單元70的橫截面側視圖。如第20圖所示，該研磨單元70有一內置各種元件的框架71。該研磨單元70包含用於在真空下吸住及保持晶圓W之背面的基板保持及旋轉機構72、用於使該晶圓W對齊中心且輸送該晶圓W的基板輸送機構80、用於研磨晶圓W之斜角部份的斜角研磨裝置(bevel polishing device)83、以及用於研磨該晶圓W之缺口的缺口研磨裝置(notch polishing device)90。
如第20圖所示，該基板保持及旋轉機構72有基板保持平台73與用於支撐該基板保持平台73的支撐軸74。該基板保持平台73有一帶有數個溝槽73a用以真空吸住晶圓W的上表面。該支撐軸74係耦合至旋轉驅動裝置75(其係與該基板保持平台73與該支撐軸74一起旋轉)。該基板保持平台73中之該等溝槽73a係與數個形成於該基板保持平台73內的溝通通道73b溝通。該等溝通通道73b與形成於該支撐軸74內的溝通通道74a溝通。該溝通通道74a係連接至真空管線76和壓縮空氣供給管線77。此外，該基板保持平台73與該支撐軸74均耦合至垂直移動機構(未圖示)，其係使該基板保持平台73在垂直方向中移動。
此外，將一由聚氨脂彈性材料(polyurethane elastic material)製成的吸引墊78附著於基板保持平台73之上表面以便覆蓋該基板保持平台73之溝槽73a。該吸引墊78有一些形成於其中的小貫穿孔(未圖示)以便與基板保持平台73的該等溝槽73a溝通。因此，當吸引墊78的貫穿孔經由真空管線76而被抽空時，置於基板保持平台73上的晶圓W在真空下被吸附於吸引墊78的上表面上。該吸引墊78係用來在晶圓W與基板保持平台73之間產生真空且在晶圓W放置於基板保持平台73上時用來吸收衝擊。
該基板輸送機構80係配置於基板保持及旋轉機構72的上方。該基板輸送機構80有一對臂體81與81。每一臂體81與81有多個各有與晶圓W斜角部份相對應之凹面的夾頭構件(chuck member)82。可將臂體81與81打開而處於開啟位置且予以閉合而處於閉合位置。處於閉合位置時用夾頭構件82夾住晶圓W而處於開啟位置時用夾頭構件82將晶圓W釋放。當用臂體81與81夾住晶圓W時，將該晶圓W對齊中心。藉由該垂直移動機構昇高該基板保持平台73。藉由該基板保持平台73吸住該基板輸送機構80所容納以及對齊中心的晶圓。然後，將該基板保持平台73降下到研磨位置供研磨加工。
該斜角研磨裝置83有一用於將研磨帶(polishing tape)84壓向晶圓W之斜角部份的斜角研磨頭85以及研磨帶饋入機構88。該研磨帶饋入機構88包含用於饋入研磨帶84至斜角研磨頭85的供帶捲軸88a與用於由斜角研磨頭85回收研磨帶84的收帶捲軸88b。該斜角研磨頭85有一對饋入滾輪86與86用於在面向基板保持平台73的位置處固定研磨帶84於其間。因此，研磨帶84在一對饋入滾輪86之間延伸藉此使得晶圓W的斜角部份與研磨帶84的研磨面84a接觸。該斜角研磨頭85有一底座87，其係配置於研磨帶84的背面上且延伸於饋入滾輪86與86之間。該底座87可具有附著於底座87與研磨帶84接觸之表面的彈性構件(未圖示)。藉由移動機構(未圖示)可使斜角研磨頭85沿著晶圓W的徑向移動。藉由底座87由背面壓迫研磨帶84的力以及研磨帶84本身的張力而將研磨帶84的研磨面84a壓向晶圓W的斜角部份。
該研磨帶84係由具有預設寬度以及長度約為數十公尺的帶狀構件形成。該研磨帶84係纏繞於柱狀的核心構件89。該核心構件89係連結於該供帶捲軸88a。在斜角研磨頭85中，該研磨帶84以研磨面84a朝外的狀態在該對饋入滾輪86與86之間延伸。然後，將研磨帶84連結於收帶捲軸88b。該收帶捲軸88b係耦合於旋轉驅動機構(未圖示)，例如馬達。可用施加至其中之預定張力將該研磨帶84捲繞回收。在要研磨該斜角部份時，由供帶捲軸88a連續饋入研磨帶84以持續提供新的研磨面84a給斜角研磨頭85。
將磨料顆粒(abrasive particle)分散於其中的樹脂材料塗佈於帶子基底的表面且予以固化以形成研磨帶84的研磨面84a。磨料顆粒的例子包括鑽石與矽碳化物(SiC)。根據待研磨晶圓的種類或需要的研磨程度選定磨料顆粒的種類及顆粒尺寸。例如，顆粒尺寸為#4000至#20000的鑽石或顆粒尺寸為#4000至#10000的矽碳化物可用來作為磨料顆粒。此外，無顆粒附著於其表面的帶狀研磨布可用來取代研磨帶84。
當用具有小顆粒尺寸的研磨帶84研磨斜角部份的側面時，可成形加工該晶圓以便具有想要的直徑。在以不同的研磨單元70進行粗研磨加工與精研磨加工的情況下，將低粒數(count)的研磨材料(亦即，有大粒徑之磨料顆粒的粗研磨材料)塗佈於研磨帶84，且將該研磨帶84安裝於研磨單元70中的斜角研磨裝置83供粗研磨用。此時，將高粒數的研磨材料(亦即，有小粒徑之磨料顆粒的精研磨材料)塗佈於研磨帶84，且將該研磨帶84安裝於另一研磨單元70中的斜角研磨裝置83供精研磨用。因此，分開使用多個用於不同目的的研磨單元70。
低粒數之研磨材料的例子包括平均粒徑為5微米且顆粒尺寸約為#3000之磨料顆粒的研磨材料。有高粒數之研磨材料的例子包括平均粒徑為0.2微米且顆粒尺寸約為#20000之磨料顆粒的研磨材料。一般而言，顆粒尺寸大於約#6000之磨料顆粒的研磨材料係用於成形加工(shaping)，而顆粒尺寸小於約#6000之磨料顆粒的研磨材料係用於表面狀態的調整。
第21A圖至第21C圖的示意圖係解釋斜角研磨頭85的操作。該斜角研磨裝置83有一擺動機構(swing mechanism)，其係用於使斜角研磨頭85在晶圓W斜角部份上的研磨區周圍做垂直方向的擺動。因此，可使研磨帶84的研磨面84a與晶圓W斜角部份上的研磨區接觸於與晶圓表面之垂直方向傾斜預定角度的位置。因此，如第21A圖所示，使斜角研磨頭85向下傾斜成相對於晶圓表面呈預定角度的狀態下，可研磨斜角部份的上斜表面。如第21B圖所示，藉由使斜角研磨頭85的方向呈水平可研磨斜角部份的側面。如第21C圖所示，使斜角研磨頭85向上斜成相對於晶圓表面呈預定角度的狀態下，可研磨斜角部份的下斜表面。此外，藉由精細調整斜角研磨頭85的傾斜角度，可研磨斜角部份的上及下斜表面、斜角部份的側面、以及彼等之邊界以便具有想要的角度及形狀。
如第20圖所示，該缺口研磨裝置90有一用於把研磨帶91壓向晶圓W之缺口的缺口研磨頭92與研磨帶饋入機構94。該缺口研磨裝置90包含用於使缺口研磨頭92在晶圓W徑向中移動的移動機構(未圖示)。該研磨帶饋入機構94包含用於饋入研磨帶91至缺口研磨頭92的供帶捲軸94a以及用於由缺口研磨頭92回收研磨帶91的收帶捲軸94b。該缺口研磨頭92有一對用於固定研磨帶91於其間的饋入滾輪93與93。因此，研磨帶91在該對饋入滾輪93與93之間延伸使得缺口與研磨帶91的研磨面91a相接觸。製成用於缺口研磨裝置90的研磨帶91的材料可與製成用於斜角研磨裝置83的研磨帶84的材料相同。該研磨帶91的寬度係對應至晶圓W的缺口形狀。用於研磨缺口的研磨帶91的寬度小於用於研磨斜角的研磨帶84的寬度。與斜角研磨裝置83的情況一樣，該缺口研磨裝置90也有一擺動機構用於使缺口研磨頭92在晶圓W缺口上的研磨區周圍做垂直方向的擺動，但本文不再加以圖示或詳述其細節。因此，可使研磨帶91的研磨面91a與缺口上的研磨區接觸於與晶圓表面之垂直方向傾斜預定角度的位置。因此，可沿著缺口表面的形狀研磨晶圓W的缺口以便具有想要的角度及形狀。此外，該缺口研磨裝置90包含用於偵測晶圓W缺口的缺口偵測機構(未圖示)。
如第20圖所示，該研磨單元70有研磨水供給噴嘴95與96，其係配置於晶圓W上表面及下表面的研磨位置附近用來供給水(研磨水)，例如超純水。此外，該研磨單元70也有研磨水供給噴嘴97，其係配置於基板保持平台73的上方用來供給研磨水到晶圓W上表面的中心區。在研磨晶圓W的斜角部份與缺口期間，由研磨水供給噴嘴95與96供給研磨水以防止研磨所產生的微粒研磨廢料附著於晶圓W的上表面及下表面。由研磨水供給噴嘴97供給研磨水到晶圓W的中心區。由於在研磨期間晶圓W被旋轉，進給的研磨水由晶圓W的中心區流向晶圓W的外環部份。因此，將研磨廢料清除到晶圓W的外環部份。該等下研磨水供給噴嘴96係經組構成可供給由基板保持平台73徑向向外射出的研磨水到晶圓W背面上的暴露區。當供給研磨水到該等暴露區的內部部份時，進給的研磨晶圓會隨著晶圓W的旋轉而流向外環部份，從而把研磨廢料清除到晶圓W的外環部份。
研磨水供給噴嘴95與96所供給的研磨水不只可用來防止研磨廢料所造成的晶圓W上表面及下表面污染，也可排除研磨期間磨擦所產生的熱以便冷卻晶圓W。因此，藉由調整待供給之研磨水的溫度，可由晶圓W的研磨區排除熱而實現穩定的研磨加工。
該研磨單元70可設有研磨結束點(endpoint)偵測裝置以管理研磨加工的結束點。例如，可用以下的方式偵測研磨加工的結束點。以垂直於晶圓W(其係以光學裝置(未圖示)形成半導體裝置於其上)表面的方向，將具有預定形狀及強度的光線(雷射或LED)施加到晶圓W周邊部份未與斜角研磨頭85或缺口研磨頭92接觸的區域。然後，測量被散射的光線以偵測斜角部份的不規則性。可基於所測得之不規則性，偵測出研磨加工的結束點。替換地，可監視晶圓W周邊部份的溫度變化以偵測研磨加工的結束點。此外，可用研磨時間管理用於斜角部份或缺口的研磨加工的結束點。
以下描述具有上述配置之研磨單元70的研磨加工。在將待研磨之晶圓W導入框架71且輸送到基板輸送機構80時，閉合臂體81與81。因此，在臂體81與81處於閉合狀態時晶圓W被夾住且對齊中心。然後，昇起基板保持平台73到基板輸送機構80的位置，且在真空下將臂體81與81夾住的晶圓W吸到吸引墊78。在真空吸引的同時，打開臂體81與81以便以開啟狀態釋放晶圓W。因此，將晶圓W固定於基板保持平台73的上表面。之後，使固定晶圓W的基板保持平台73下降到圖示於第20圖的位置。然後，驅動旋轉驅動裝置75以使晶圓W與基板保持平台73一起旋轉。
當在此狀態下要進行晶圓W的斜角研磨時，由斜角研磨裝置83的供帶捲軸88a供給研磨帶84以便在斜角研磨頭85的饋入滾輪86與86之間配置未使用之研磨面84a。然後，移動機構使斜角研磨頭85進給到晶圓W。使研磨帶84的研磨面84a與晶圓W的斜角部份接觸以研磨晶圓W的斜角部份。此時，驅動裝設於斜角研磨裝置83的擺動機構以使斜角研磨頭85在研磨期間垂直擺動。因此，不只有可能研磨斜角部份，而且也能研磨晶圓W的邊緣部份。
當要進行晶圓W的缺口研磨時，用裝設於缺口研磨裝置90的缺口偵測裝置偵測晶圓W的缺口，然後藉由旋轉晶圓W而使缺口與缺口研磨裝置90的研磨位置對齊。對齊後，由缺口研磨裝置90的供帶捲軸94a供給研磨帶91以便在缺口研磨頭92的饋入滾輪93與93之間配置未使用的研磨面91a。然後，該移動機構使缺口研磨頭92進給到晶圓W。使研磨帶91的研磨面91a與晶圓W的缺口接觸以研磨晶圓W的缺口。此時，驅動裝設於缺口研磨裝置90的擺動機構以使缺口研磨頭92在研磨期間垂直擺動。此外，藉由研磨帶饋入機構94可使研磨帶91前後做短距離的移動同時使研磨帶91與晶圓W的缺口以滑動的方式接觸。以此方式，有可能研磨晶圓W的缺口以便對應到缺口的形狀。
接下來，以下描述首次清洗單元(primary cleaning unit)100的配置。第22圖為圖示首次清洗單元100的示意透視圖。如第22圖所示，該首次清洗單元100包含滾輪/滾輪(R/R)緩慢旋轉清洗單元。具體言之，該首次清洗單元100有多個用於夾住晶圓W周邊部份的轉軸101以及一對配置於該等轉軸101所夾住之晶圓W上方及下方的滾輪型清洗構件(滾輪海綿)102a與102b。該等轉軸101係用來作為各有一旋轉機構的夾持構件。如第22圖所示，將多個轉軸101(圖示實施例有6個轉軸)裝設成可包圍晶圓W。藉由驅動機構(未圖示)使每一轉軸101相對於晶圓W可向內及向外移動。每一轉軸101有一在其上端附近形成於側面內的夾持溝槽101a。使晶圓W的外環部份與該等夾持溝槽101a接合使得晶圓W被該等轉軸101夾住。藉由旋轉機構(未圖示)可使該等轉軸101旋轉。當使該等轉軸101以同樣的方向旋轉時，也使該等轉軸101所夾住的晶圓W旋轉。
分別將清洗構件102a與102b連接至驅動機構103a與103b。分別藉由驅動機構103a與103b，可使清洗構件102a與102b繞著軸線旋轉且在垂直與水平方向中移動。可使清洗構件102a與102b向上及向下移動以便分別與待清洗之晶圓W的上表面及下表面接觸。當晶圓W轉進及轉出首次清洗單元100時，清洗構件102a與102b可各自被向上、向下拉回。該首次清洗單元100包含用於供給蝕刻液體(化學液體)於晶圓W之上表面(正面)上的化學液體供給噴嘴104、用於供給清洗液體(純水)於晶圓W之上表面(正面)上的清洗液體供給噴嘴105、用於供給蝕刻液體(化學液體)於晶圓W之下表面(背面)上的化學液體供給噴嘴106、以及用於供給清洗液體於晶圓W之下表面(背面)上的清洗液體供給噴嘴107。
以下描述首次清洗單元100的清洗製程。當晶圓W輸送到首次清洗單元100時，用該等轉軸101夾住及旋轉該晶圓W。同時，使清洗構件102a與102b向下及向上移動使得彼等與晶圓W的上表面與下表面接觸。在此狀態下，儘管清洗構件102a與102b被旋轉，彼等仍與晶圓W的上表面與下表面以滑動的方式接觸。清洗液體供給噴嘴105與107係供給清洗液體至晶圓W的上表面與下表面上以擦洗及清潔晶圓W之上表面與下表面的整個區域。
在擦洗後，將清洗構件102a與102b向上及向下拉回。化學液體供給噴嘴104與106係供給蝕刻液體至晶圓W的上表面與下表面上以蝕刻(化學蝕刻)晶圓W的上表面與下表面。以此方式，清除剩餘的金屬離子。此時，若需要，可改變使晶圓W旋轉的轉軸101轉速。然後，清洗液體供給噴嘴105與107係供給清洗液體(純水)至晶圓W的上表面與下表面上以更換用過一段預定時間的純水。以此方式，由晶圓W的上表面與下表面排除蝕刻液體。此時，若需要，可改變使晶圓W旋轉的轉軸101轉速。
接下來，以下描述二次清洗及乾燥單元(secondary cleaning and drying unit)110的配置。第23圖為圖示具有清洗功能之旋乾單元作為二次清洗及乾燥單元110的的示意圖。圖示於第23圖的旋乾單元110有基板保持及旋轉機構111、鉛筆型(pencil－type)清洗機構114、以及清洗液體供給噴嘴119。該基板保持及旋轉機構111包含具有多個階狀物(stage)112a用以夾住晶圓W外環部份的夾持部份112、耦合於該夾持部份112之下半部的旋轉軸113、以及耦合於該旋轉軸113的旋轉驅動機構(未圖示)。因此，該基板保持及旋轉機構111係用來使晶圓W以預定的轉速旋轉。該基板保持及旋轉機構111有一用於在晶圓W轉進及轉出基板保持及旋轉機構111時開啟及關閉該等階狀物112a的開關機構(未圖示)。
該鉛筆型清洗機構114係具有：在該鉛筆型清洗機構114之末端用軸桿115支撐的擺動臂體116；旋轉軸117，其係由該鉛筆型清洗機構114之另一末端朝正被清洗之晶圓W的上表面垂直向下延伸；以及，連接於該旋轉軸117之下端的清洗構件118。例如，該清洗構件118可由多孔PVF海綿形成。替換地，該清洗構件118可由聚氨脂泡沫材料製成。藉由驅動機構(未圖示)可使該軸桿115垂直移動及旋轉。當軸桿115被旋轉時，該擺動臂體116會擺動。可使清洗構件118在一使清洗構件118與晶圓W之上表面接觸的清洗位置與一使清洗構件118與晶圓W之上表面分開的拉回位置之間移動。此外，藉由旋轉軸117的旋轉，使清洗構件118在清洗期間旋轉。清洗液體供給噴嘴119係組構成可供給清洗液體至晶圓W的上表面上。該旋乾單元110可包含附加的清洗液體供給噴嘴(未圖示)，其係配置於晶圓W下方用以供給清洗液體至晶圓W的下表面上。
以下描述在該二次清洗及乾燥單元110中進行的清洗及乾燥製程。當導入晶圓W於二次清洗及乾燥單元110內時，基板保持及旋轉機構111夾住該晶圓W且使該晶圓W以約100至500轉/分的低速旋轉。然後，在將清洗液體由清洗液體供給噴嘴119供給至晶圓W之上表面上的同時，該擺動臂體116在晶圓W的整個上表面上方擺動。以此方式，使旋轉的清洗構件118與晶圓W上表面相接觸及移動以擦洗及清潔該晶圓W。在擦洗完成後，將擺動臂體116移動到備用位置。然後，增加基板保持及旋轉機構111的轉速以使晶圓W以約1500至5000轉/分的高速度旋轉，藉此旋乾該晶圓W。此時，若需要，可由氣體供給噴嘴(未圖示)在旋乾期間供給乾淨的惰性氣體。在本實施例中，該清洗構件118係用於擦洗。不過，可從用於非接觸清洗的清洗液體供給噴嘴119供給已施加超音波振動的純水以排除附著於晶圓W表面的粒子，而不是用上述的擦洗製程。
接下來，以下描述晶圓在基板處理裝置1中的加工模式(process patterns)。
以下參考第24圖描述晶圓的第一種加工模式。在第24圖中，帶箭頭的虛線係第一輸送機械手臂20A的表示輸送路線(transfer line)，而帶箭頭的實線表示第二輸送機械手臂20B的輸送路線。當裝載/卸載埠10的晶圓供給/回收裝置11A或11B放上保存CMP製程或銅沉積製程加工後之晶圓的晶圓匣12A或12B時，第一輸送機械手臂20A由晶圓匣12A或12B取出晶圓且輸送到測量單元30(輸送路線[1])。在測量單元30中，在研磨前測量與晶圓的直徑、晶圓周邊部份的橫截面形狀、以及晶圓的表面狀態有關的必要資料。第二輸送機械手臂20B將測好的晶圓由測量單元30輸送到第一研磨單元70A(輸送路線[2])。在第一研磨單元70A中，研磨該晶圓的周邊部份(斜角部份與缺口)。第二輸送機械手臂20B將第一研磨單元70A中已予研磨的晶圓輸送到首次清洗單元100(輸送路線[3])，在此對該晶圓進行首次清洗。第二輸送機械手臂20B將首次清洗單元100中已予清洗的晶圓輸送到二次清洗及乾燥單元110(輸送路線[4])，在此對該晶圓進行二次清洗及乾燥。第一輸送機械手臂20A送回已予乾燥的晶圓到晶圓匣12A或12B(輸送路線[5])。替換地，可用第一或第二輸送機械手臂20A或20B而將已予乾燥的晶圓輸送到測量單元30或晶圓載物臺65，然後用第一輸送機械手臂20A輸送到晶圓匣12A或12B。
當在第一研磨單元70A中研磨先前已用上述第一種加工模式輸送的晶圓時，可用以下所述的第二種加工模式輸送下一個晶圓。具體言之，在第二種加工模式中，第一輸送機械手臂20A將晶圓由晶圓匣12A或12B輸送到測量單元30(輸送路線[1])。在測量單元30中測量該晶圓後，第二輸送機械手臂20B將該晶圓輸送到第二研磨單元70B(輸送路線[2’])。在第二研磨單元70B中，研磨晶圓的周邊部份(斜角部份與缺口)。該第二輸送機械手臂20B將在第二研磨單元70B中已予研磨的晶圓輸送到首次清洗單元100(輸送路線[3’])，在此進行該晶圓的首次清洗。第二輸送機械手臂20B將在首次清洗單元100中清洗過的晶圓輸送到二次清洗及乾燥單元110(輸送路線[4])，在此進行該晶圓的二次清洗及乾燥。第一輸送機械手臂20A送回已予乾燥的晶圓到晶圓匣12A或12B(輸送路線[5])。替換地，可用第一或第二輸送機械手臂20A或20B而將已予乾燥的晶圓輸送到測量單元30或晶圓載物臺65，然後用第一輸送機械手臂20A送回到晶圓匣12A或12B。
可同時進行上述製程(亦即，第一與第二種加工模式)而成為平行處理，其中係平行研磨不同的晶圓於第一研磨單元70A與第二研磨單元70B中。根據平行處理，可增加單位時間所處理的晶圓數以改善基板處理裝置1的產出率。因此，可改善操作速率。
在進行平行處理時，第一與第二研磨單元70A與70B使用顆粒尺寸相同的研磨帶。例如，該等研磨帶係包含顆粒尺寸為#6000至#8000的研磨帶。在上述加工模式中，如果在研磨前不需測量晶圓，則可將該晶圓由第一輸送機械手臂20A輸送到晶圓載物臺65而不是把晶圓輸送到輸送路線[1]中的測量單元30，(暫時)放置於晶圓載物臺65上，且輸送到第二輸送機械手臂20B。
接下來，以下參考第25圖描述晶圓的第三種加工模式。在第25圖中，帶箭頭的虛線係表示第一輸送機械手臂20A的輸送路線，而帶箭頭的實線表示第二輸送機械手臂20B的輸送路線。第一輸送機械手臂20A由放置於裝載/卸載埠10上的晶圓匣12A或12B取出晶圓且輸送到測量單元30(輸送路線[11])。在測量單元30中，在研磨前測量與晶圓的直徑、晶圓周邊部份的橫截面形狀、以及晶圓的表面狀態有關的必要資料。第二輸送機械手臂20B將測好的晶圓由測量單元30輸送到第一研磨單元70A(輸送路線[12])。在第一研磨單元70A中，研磨該晶圓的周邊部份(斜角部份與缺口)。第二輸送機械手臂20B將第一研磨單元70A中已予研磨的晶圓輸送到第二研磨單元70B(輸送路線[13])，在此進行進一步的研磨。第二輸送機械手臂20B將第二研磨單元70B中已予研磨的晶圓輸送到首次清洗單元100(輸送路線[14])，在此進行該晶圓的首次清洗。第二輸送機械手臂20B將首次清洗單元100中已予清洗的晶圓輸送到二次清洗及乾燥單元110(輸送路線[15])，在此進行該晶圓的二次清洗及乾燥。第一輸送機械手臂20A送回已予乾燥的晶圓到晶圓匣12A或12B(輸送路線[16])。
第三種加工模式係用於進行串列處理，其中同一晶圓依序研磨於第一研磨單元70A與第二研磨單元70B。根據串列處理，第一研磨單元70A與第二研磨單元70B可用於各自的研磨目的。例如，第一研磨單元70A中可排除附著於晶圓周邊部份的物體或晶圓的表面粗糙，然後在第二研磨單元70B中進行晶圓的精研磨(finish polishing)。在第三種加工模式中，如果在研磨前不需測量晶圓，則可將該晶圓由第一輸送機械手臂20A輸送到晶圓載物臺65而不是把晶圓輸送到輸送路線[11]中的測量單元30。
第26圖的示意圖係解釋其他的加工模式。在第26圖中，CL1、CL2、CL3、及CL4分別表示第一研磨單元70A、第二研磨單元70B、首次清洗單元100、以及二次清洗及乾燥單元110。在第四種加工模式(a)中，第一輸送機械手臂20A由晶圓匣12A或12B取出晶圓且輸送到測量單元30或晶圓載物臺65。然後，第二輸送機械手臂20B將該晶圓由測量單元30或晶圓載物臺65輸送到第一研磨單元70A。在第一研磨單元70A中係研磨晶圓的周邊部份(斜角部份與缺口)。第二輸送機械手臂20B將第一研磨單元70A中已予研磨的晶圓輸送到二次清洗及乾燥單元110，在此係進行該晶圓的二次清洗及乾燥。藉由第一或第二輸送機械手臂20A或20B將已予乾燥的晶圓輸送到測量單元30或晶圓載物臺65，然後藉由第一輸送機械手臂20A送回到晶圓匣12A或12B。替換地，用第一輸送機械手臂20A將已予乾燥的晶圓由二次清洗及乾燥單元110直接送回到晶圓匣12A或12B。
在第五種加工模式(b)中，第二輸送機械手臂20B將一晶圓輸送到第二研磨單元70B供研磨，代替第四種加工模式(a)中將該晶圓由測量單元30或晶圓載物臺65輸送到第一研磨單元70A。此時，有可能進行平行處理。具體言之，當根據第四種加工模式(a)在第一研磨單元70A中可研磨先前已被輸送到此的晶圓時，根據第五種加工模式(b)可將下一個晶圓輸送到第二研磨單元70B且加以研磨。
在第六種加工模式(c)中，第一輸送機械手臂20A由晶圓匣12A或12B取出晶圓且輸送到測量單元30或晶圓載物臺65。然後，第二輸送機械手臂20B將該晶圓輸送到首次清洗單元100，在此係進行該晶圓之首次清洗。第二輸送機械手臂20B將首次清洗單元100中已予清洗的晶圓輸送到二次清洗及乾燥單元110，在此係進行該晶圓之二次清洗及乾燥。藉由第一或第二輸送機械手臂20A或20B將已予乾燥的晶圓輸送到測量單元30或晶圓載物臺65，然後藉由第一輸送機械手臂20A送回到晶圓匣12A或12B。替換地，藉由第一輸送機械手臂20A將已予乾燥的晶圓由二次清洗及乾燥單元110直接送回到晶圓匣12A或12B。
在第七種加工模式(d)中，第一輸送機械手臂20A由晶圓匣12A或12B取出一晶圓且輸送到測量單元30或晶圓載物臺65。然後，第二輸送機械手臂20B將該晶圓由測量單元30或晶圓載物臺65輸送到二次清洗及乾燥單元110，在此係進行該晶圓之二次清洗及乾燥。藉由第一或第二輸送機械手臂20A或20B將已予乾燥的晶圓輸送到測量單元30或晶圓載物臺65，然後藉由第一輸送機械手臂20A送回到晶圓匣12A或12B。替換地，藉由第一輸送機械手臂20A將已予乾燥的晶圓由二次清洗及乾燥單元110直接送回到晶圓匣12A或12B。
基板處理裝置1可進行平行處理與串列處理。根據研磨晶圓的目的，藉由適當地選定用於第一與第二研磨單元70A與70B之研磨帶的粒數以及第一與第二研磨單元70A與70B的操作條件，第一與第二研磨單元70A與70B可用於各自的研磨目的。因此，可進行最佳的晶圓研磨加工。在上述加工模式中，當測量單元30被先前已輸送進來的晶圓佔用時，可將下一個晶圓暫時放置於晶圓載物臺65上備用。在此情況下，可有效率地輸送及處理晶圓。
為了測量上述加工模式中已予研磨的晶圓，可將二次清洗及乾燥單元110中已予乾燥的晶圓輸送到測量單元30以測量研磨後之晶圓直徑上的必要資料、晶圓周邊部份的橫截面形狀、以及晶圓的表面狀態。當晶圓測量兩次時，亦即，研磨前與研磨後，即使測量單元30被研磨前受測之晶圓佔用，由於基板處理裝置1有晶圓載物臺65，所以可將二次清洗及乾燥單元110中已予乾燥的晶圓暫時放置於晶圓載物臺65上供進行研磨之後的測量。因此，二次清洗及乾燥單元110隨後可容納下一個晶圓且對其進行二次清洗及乾燥。因此，有可能改善基板處理裝置1的產出率。
在上述加工模式中，根據測量單元30、第一研磨單元70A、第二研磨單元70B、首次清洗單元100、以及二次清洗及乾燥單元110的必要加工時間，可調整輸送晶圓的時序(timing)。在此情況下，在基板處理裝置1中可平順地輸送及處理晶圓以進一步改善基板處理裝置1的產出率。
在以下的實施例中，在基於具有橫截面形狀測量機構的測量單元30(例如第二、第三、或第四具體實施例中的測量單元30－2、30－3、或30－4)之測量結果所決定的研磨條件下，研磨晶圓。第27圖係圖示晶圓W周邊部份的橫截面形狀。包含上斜部份P與下斜部份Q之研磨角度M1與M2以及晶圓W斜角部份之側面R之研磨角度M3的研磨條件係基於晶圓W研磨前在具有橫截面形狀測量機構之測量單元30中所測得的測量資料。此外，由晶圓W的橫截面形狀以及研磨單元70A或70B中包含研磨面之壓迫力和晶圓之轉速的研磨條件計算出期望研磨量。以此方式，預測晶圓W周邊部份的磨成形狀。如果確定在上斜部份P與側面R之間的邊界V1以及在下斜部份Q與側面R之間的邊界V2處預測的形狀會產生未被研磨的部份，則確定用於研磨邊界V1與V2的研磨條件(例如，研磨角度M4與M5以及研磨時間)。然後，在研磨單元70A或70B中以經確定之研磨條件下研磨該晶圓。以此方式，可研磨晶圓的周邊部份以便具有想要的形狀及尺寸。
根據本發明，研磨單元70A或70B包含用於改變斜角研磨頭85的角度成為想要的數值以便以想要的研磨角度研磨晶圓W的周邊部份之機構。測量單元30係具有可測量晶圓W周邊部份之橫截面形狀的功能。該研磨條件決定單元係基於晶圓W周邊部份在測量單元30測得之橫截面形狀的測量結果計算及確定最佳的研磨角度。研磨單元70A或70B利用經確定之研磨角度作為研磨條件且以最佳角度研磨該晶圓W。因此，有可能使研磨時間縮短。
已經用一個基於具有橫截面形狀測量機構之測量單元30的測量結果確定研磨條件的實施例說明以上的操作。此一實施例係研磨晶圓的整個斜角部份，亦即，上斜部份P、下斜部份Q、以及側面R。不過，例如，當在裝置製造製程中只需要研磨晶圓W之斜角部份的上斜部份P時，只要確定研磨角度M1，或只確定上斜部份P與邊界V1的研磨角度M1與M4。以此方式，根據研磨目的確定必要的研磨條件。此外，研磨前可測定晶圓W的直徑，且可基於該等測量結果確定側面R的研磨量以精修(finish)該晶圓W以便具有想要的直徑。在基於測量單元30的測量結果研磨晶圓的情形下，可根據研磨目的選定研磨方法。例如，只是研磨晶圓的表面以便保持晶圓研磨前的形狀。以研磨角度及壓力研磨晶圓以便改變晶圓研磨前的形狀，藉此使晶圓形成想要的形狀。
具有表面狀態測量機構的測量單元30(例如，第五具體實施例的測量單元30－5)可測量晶圓已予研磨之周邊部份的表面狀態並且檢查研磨單元70A或70B中排除附著於晶圓周邊部份之物體或排除表面粗糙的狀態。當以此方式測量已予研磨的晶圓時，有可能確定已在研磨單元70A或70B中進行的是否為想要的研磨。因此，可以最佳的狀態管理研磨單元70A或70B的操作。
在測量單元30中測量已予研磨之晶圓的情形下，由測量單元30送回已予測量之晶圓到晶圓匣12A或12B。因此，在基板處理裝置1中加工晶圓匣12A或12B中的所有晶圓且送回到晶圓匣12A或12B。然後，如果晶圓的檢測結果確定研磨加工不足，則基於該等測量結果改變第一或第二研磨單元70A或70B的研磨條件。之後，可將晶圓匣12A或12B中的晶圓輸送到第一或第二研磨單元70A或70B且在第一或第二研磨單元70A或70B中再度研磨。首先只研磨晶圓匣12A或12B中的數個晶圓，且基於已予研磨之晶圓的檢測結果而改變用於其餘晶圓的研磨條件。
通常，一個晶圓匣約放置25個相同類型的晶圓。操作時，基板處理裝置連續導入多個內置相同類型之晶圓的晶圓匣。根據具有測量單元30的基板處理裝置1，可基於多個晶圓匣中之第一晶圓匣內的數個晶圓的檢測結果確定研磨單元70A或70B的研磨條件。就此情形而言，可連續加工內置於後續晶圓匣的晶圓而不改變或修改該等研磨條件。因此，可放置大量的晶圓且有效地予以加工。此外，該測量單元30測量及比較多個晶圓研磨前後的形狀。因此，可統計地確定是否將當下所加工的晶圓研磨到達等於前一個已予加工之晶圓的程度以管理研磨單元70A或70B的效能。
如上述，根據本發明具體實施例的基板處理裝置1，設於該基板處理裝置1內的測量單元30可測量晶圓在第一與第二研磨單元70A與70B中研磨前及/或後之晶圓周邊部份的狀態。因此，不像習知的基板處理裝置，本發明不需由基板處理裝置1轉出晶圓以檢測或測量晶圓。此外，晶圓的測量可與第一或第二研磨單元70A或70B中的研磨加工並行。因此，有可能改善基板處理裝置1中之晶圓研磨加工的效率。
此外，相較於習知的檢測裝置，該測量單元30可用較簡單的配置以及較簡單的方法測量晶圓周邊部份的形狀或晶圓的表面狀態。因此，有可能在短時間內精確地測量晶圓的周邊部份。此外，可根據研磨目的進行研磨前及/或後晶圓周邊部份的測量。因此，容易偵測晶圓之周邊部份的狀態且精修晶圓的周邊部份以便具有想要的形狀。再者，測量單元30的測量結果可直接用來作為第一與第二研磨單元70A與70B的研磨條件。當測量單元30與測量方法的配置符合第一與第二研磨單元70A與70B中的研磨方法時，基於測量結果可修改研磨條件的數量。因此，可實現想要的研磨。
在上述具體實施例中，該測量單元30係設於基板處理裝置1(外殼3)裡面。不過，可將該測量單元配置於基板處理裝置的裡面或外面，只要基板處理裝置有一用於測量待研磨於研磨單元中之周邊部份或晶圓之表面狀態的測量單元可將晶圓周邊部份已在測量單元中所測得的測量資料輸送到研磨條件決定單元，且在研磨單元中基於該測量資料所確定的研磨條件下可研磨該晶圓。因此，例如，若有一用於在測量單元與基板處理裝置之間以乾淨的狀態輸送晶圓的輸送裝置以及用於將測量單元的測量資料傳送到基板處理裝置的控制器的傳送裝置，可將測量單元裝設成遠離該基板處理裝置。
本發明的範疇係涵蓋任何未直接描述於本專利說明書或圖示於附圖的形狀及材料，只要彼等能實現本發明的有利效果。
雖然已圖示及說明本發明一些較佳具體實施例的細節，應瞭解其中可做出各種改變及修改而不脫離附上之申請專利範圍的範疇。
產業上利用性
本發明適合應用於具有供研磨基板(例如，半導體晶圓)周邊部份用之研磨單元的基板處理裝置。
1．．．基板處理裝置
2．．．無塵室
3．．．外殼
3a．．．側壁
10．．．裝載/卸載埠
11A,11B．．．晶圓供給/回收裝置
12A,12B．．．晶圓匣
20．．．輸送機械手臂
20A．．．第一輸送機械手臂
20B．．．第二輸送機械手臂
21．．．可轉動底座
22a,22b．．．滑動臂體機構
23a．．．上手部
23b．．．下手部
24a、24b．．．搬運機構
30、30－1~6．．．測量單元
31．．．感測器機構(雷射感測器)
32．．．發光裝置
33．．．光接收裝置
34．．．雷射光
35．．．第一感測器機構(第一雷射感測器)
36．．．發光裝置
37．．．光接收裝置
38．．．第二感測器機構(第二雷射感測器)
39．．．發光裝置
40．．．光接收裝置
41、42．．．雷射光
43．．．移動機構
44．．．活動平板
45．．．固定平板
45a．．．貫穿孔
46．．．線性導軌
47a．．．柱體
47b．．．支撐底座
48．．．伺服馬達
48a．．．旋轉軸
49．．．聯結器
50．．．滾珠螺桿
51．．．連接板
52．．．發光裝置
53．．．CCD攝影機
54．．．放射光線
55．．．發光裝置
56．．．CCD攝影機
57．．．雷射光
58、58’．．．線性軌跡
59．．．周邊部份測量裝置
59a．．．照明裝置
59b．．．影像攝影機
60．．．缺口測量裝置
60a．．．照明裝置
60b．．．影像攝影機
61．．．基板保持及旋轉機構
62．．．上夾頭
62a．．．夾片臺
63．．．下夾頭
63a．．．夾片臺
64．．．旋轉軸
65．．．晶圓載物臺
65a．．．安裝銷
66．．．框架
66a．．．上表面
66b．．．側壁
67．．．閘門
70．．．研磨單元
70A．．．第一研磨單元
70B．．．第二研磨單元
71．．．框架
72．．．基板保持及旋轉機構
73．．．基板保持平台
73a．．．溝槽
73b．．．溝通通道
74．．．支撐軸
74a．．．溝通通道
75．．．旋轉驅動裝置
76．．．真空管線
77．．．壓縮空氣供給管線
78．．．吸引墊
80．．．基板輸送機構
81．．．臂體
82．．．夾頭構件
83．．．斜角研磨裝置
84．．．研磨帶
84a．．．研磨面
85．．．斜角研磨頭
86．．．饋入滾輪
87．．．底座
88．．．研磨帶饋入機構
88a．．．供帶捲軸
88b．．．收帶捲軸
89．．．核心構件
90．．．缺口研磨裝置
91．．．研磨帶
91a．．．研磨面
92．．．缺口研磨頭
93．．．饋入滾輪
94．．．研磨帶饋入機構
94a．．．供帶捲軸
94b．．．收帶捲軸
95．．．上研磨水供給噴嘴
96．．．下研磨水供給噴嘴
97．．．研磨水供給噴嘴
100．．．首次清洗單元
101．．．轉軸
101a．．．夾持溝槽
102a、102b．．．滾輪型清洗構件
103a、103b．．．驅動機構
104．．．化學液體供給噴嘴
105．．．清洗液體供給噴嘴
106．．．化學液體供給噴嘴
107．．．清洗液體供給噴嘴
110．．．二次清洗及乾燥單元
111．．．基板保持及旋轉機構
112．．．夾持部份
112a．．．階狀物
113．．．旋轉軸
114．．．鉛筆型清洗機構
115．．．末端用軸桿
116．．．擺動臂體
117．．．旋轉軸
118．．．清洗構件
119．．．清洗液體供給噴嘴
155．．．發光裝置
156．．．CCD攝影機
157．．．雷射光
158．．．方向
159、159a．．．起始線
159b．．．結束線
A1．．．晶圓W的側面寬度
A2、An．．．厚度
B．．．斜角部份
D1．．．雷射光41寬度
D2．．．尺寸
Dw．．．待測量之晶圓W的直徑
E．．．區域
L．．．預設距離
L1．．．長度
M1－M5．．．研磨角度
N．．．缺口
P．．．上斜部份
Q．．．下斜部份
R．．．側面
S．．．橫截面
V1．．．上斜部份P與側面R之間的邊界
V2．．．下斜部份Q與側面R之間的邊界
W．．．圓弧型晶圓
X0．．．參考點
X1、X2、Xn．．．距離
ρ 1．．．上斜部份P與側面R交界處的曲率
ρ 2．．．下斜部份Q與側面R與側面R交界處的曲率
δ．．．中心軸
α、β、γ、Zs．．．軸
φ．．．上斜部份P相對於晶圓表面的傾斜角度
θ．．．傾斜角度
ζ、ε．．．角度
(a)－(d)．．．第四種至第七種加工模式
[n]．．．輸送路線
第1A圖為圖示平直型晶圓之周邊部份的橫截面圖；第1B圖為圖示圓弧型晶圓之周邊部份的橫截面圖；第2圖為圖示根據本發明之具體實施例之基板處理裝置的示意平面圖；第3圖為圖示第2圖基板處理裝置中之輸送機械手臂之例子的透視圖；第4A圖為透視圖，其係示意地圖示第2圖基板處理裝置中之測量單元的基板保持及旋轉機構(substrate holding and rotating mechanism)；第4B圖係圖示第4A圖基板保持及旋轉機構的示意平面圖；第5A圖係圖示用上夾頭保持晶圓的基板保持及旋轉機構的示意圖；第5B圖係圖示用下夾頭保持晶圓的基板保持及旋轉機構的示意圖；第6圖係根據第2圖基板處理裝置中測量單元之第一具體實施例示意地圖示測量單元的透視圖；第7A圖為第6圖測量單元的示意平面圖；第7B圖為第7A圖的側視圖；第8圖係根據本發明第二具體實施例示意地圖示測量單元的透視圖；第9圖為第8圖測量單元中之移動機構的示意側視圖；第10A圖與第10B圖的視圖係圖示第9圖移動機構中之第二感測器機構的光接收裝置；第11A圖為受測平直型晶圓之周邊部份的橫截面圖與測量資料圖；第11B圖為受測圓弧型晶圓之周邊部份的橫截面圖與測量資料圖；第12圖係根據本發明的第三具體實施例示意地圖示測量單元的透視圖；第13圖係圖示一影像之例子的示意圖，該影像係得自可攝取第12圖測量單元中之發光裝置所放射之光線的CCD攝影機；第14圖係根據本發明第四具體實施例示意地圖示測量單元的透視圖；第15A圖的示意平面圖係圖示第14圖測量單元中之CCD攝影機的安裝位置；第15B圖為第15A圖的示意側視圖；第15C圖的示意圖係解釋攝得影像之上的軌跡轉換為計算用之軌跡；第16A圖係根據本發明第五具體實施例圖示地測量單元的示意平面圖；第16B圖為第16A圖的示意側視圖；第17圖係根據本發明第六具體實施例示意地圖示測量單元的透視圖；第18A圖的示意平面圖係圖示第17圖測量單元中之發光裝置與CCD攝影機的安裝位置；第18B圖為第18A圖的示意側視圖；第19圖的透視圖係圖示在基板處理裝置中裝有測量單元的實施例；第20圖的橫截面側視圖係示意地圖示第2圖基板處理裝置中的研磨單元；第21A圖至第21C圖的示意圖係解釋第20圖研磨單元中之斜角研磨頭的操作；第22圖的透視圖係示意地圖示第2圖基板處理裝置中的首次清洗單元；第23圖的透視圖係示意地圖示第2圖基板處理裝置中有清洗功能的旋乾單元(spin－dry unit)；第24圖的平面圖係解釋第一與第二種加工模式(process pattern)中晶圓的路徑；第25圖的平面圖係解釋第三種加工模式中晶圓的路徑；第26圖的示意圖係解釋第四至第七種加工模式中晶圓的路徑；以及第27圖的橫截面圖係解釋測定用於待研磨晶圓之周邊部份的研磨條件的方法。
1．．．基板處理裝置
2．．．無塵室
3．．．外殼
3a．．．側壁
10．．．裝載/卸載埠
11A、11B．．．晶圓供給/回收裝置
12A、12B．．．晶圓匣
20A．．．第一輸送機械手臂
20B．．．第二輸送機械手臂
30．．．測量單元
70A．．．第一研磨單元
70B．．．第二研磨單元
100．．．首次清洗單元
110．．．二次清洗及乾燥單元

Claims (8)

  1. 一種基板處理裝置，包括：研磨單元，用於研磨包含基板之斜角部份的周邊部份；清洗單元，用於清洗經該研磨單元研磨周邊部份後的基板；乾燥單元，用於乾燥經該清洗單元清洗後的基板；以及測量單元，用於進行包含基板之斜角部份的周邊部份的橫截面形狀、表面狀態或者立體形狀的測量；其中該研磨單元，係以基於藉由該測量單元之該基板之周邊部份的測量結果而決定之研磨角度，研磨包含該基板之斜角部份的周邊部份之方式所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板處理裝置，其中，將該測量單元配置於該基板處理裝置內。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之基板處理裝置，其中，該研磨單元係包括斜角研磨部、以及缺口研磨部，該斜角研磨部係用於研磨基板的斜角部份，而該缺口研磨部係用於研磨基板的缺口。
  4. 一種基板處理方法，包括下列步驟：在測量單元中，測量包含基板之斜角部份的周邊部份的橫截面形狀、表面狀態或者立體形狀；在研磨單元中基於藉由該測量單元之該基板之周邊部份的測量結果而決定之研磨角度，研磨包含該基板 之斜角部份的周邊部份；在清洗單元中清洗經該研磨單元研磨周邊部份後的基板；以及在乾燥單元中乾燥經該清洗單元清洗後的基板。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之基板處理方法，其中，在測量單元中，測量經該乾燥單元乾燥後的基板之周邊部份的橫截面形狀、表面狀態或者立體形狀。
  6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之基板處理方法，其中，在第一測量點處測量基板之周邊部份的第一厚度；在第二測量點處測量該基板之周邊部份的第二厚度；測量該第一測量點與該第二測量點之間的距離；以及由該第一厚度、該第二厚度、以及該第一測量點與該第二測量點之間的距離計算出該基板之周邊部份的橫截面形狀。
  7. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之基板處理方法，其中，施加形式為直線的光線至基板之周邊部份以形成線性光跡於該基板之周邊部份的表面上；藉由影像擷取裝置擷取該線性光跡之影像，該影像擷取裝置係經配置成不垂直或平行於該線性光跡；以及基於該影像擷取裝置的座標計算出該線性光跡的 影像座標以便產生該基板之周邊部份之橫截面形狀的座標。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之基板處理方法，其中，該研磨角度係包含研磨基板之斜角部份的傾斜部份與側面部的邊界部時之角度。
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