TWI434748B - 研磨墊的形狀修正方法 - Google Patents

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Description

研磨墊的形狀修正方法
本發明是有關於一種研磨墊的形狀修正方法，用以將工件(特別是晶圓)研磨成所需的表面形狀。
傳統上，使用化學機械研磨方法(chemical mechanical polishing method，CMP方法)的研磨裝置(CMP裝置)來進行工件(例如晶圓)的研磨(polishing)及平坦化(planarizing)。CMP裝置通常包括用來研磨晶圓的研磨板和支托晶圓的研磨頭(polishing head)，藉由將研磨頭所支托的晶圓壓向研磨板，並在旋轉晶圓以及研磨板的同時提供研磨劑(研磨漿)於晶圓和研磨板之間，以對晶圓進行研磨。
此處，研磨墊是接附至研磨板的表面以研磨晶圓，且晶圓被壓向研磨墊而被研磨。然而，因為表面的阻塞(clogging)或類似情況會造成研磨墊的研磨量減少，因此研磨墊於研磨數個晶圓之後會在CMP裝置中被修整。
由於修整時是在研磨墊表面上一點一點地研磨，所以表面形狀會改變，且平坦度(flatness)易逐漸劣化(deteriorate)。當以此研磨墊來研磨晶圓時，會導致無法在高精度下穩定進行晶圓平坦化的缺點。
因此，傳統上在進行修整動作時，操作員會測量研磨墊表面的平坦度、分析由測量結果而得的研磨量以及對修整進行調整。
然而，由操作員手動地測量研磨墊表面平坦度的傳統方法具有在此測量工作中需耗費大量時間且缺乏效率的缺點。此外，雖然研磨墊本身的平坦度被調整，但研磨墊所接附的研磨板裝置之間的差異可能導致研磨墊在接附至研磨板的狀態下，研磨墊的平坦度會產生偏差。
為解決此問題，已有一種習知技術(參見JP-A-2002-270556)被揭露，其為使用接觸式或非接觸式的研磨墊測量裝置，並根據研磨墊表面的測量輪廓而取得研磨條件與修整條件的技術。再者，另一種被揭露的技術(參見JP-A-2004-090142)為設定修整工具的角度，以在不受研磨板形狀影響的狀態下進行均勻的修整。
然而，在這些習知方法中存在了以下問題，也就是雖然設定了修整工具的角度並修整研磨墊，但由於平板的平行度(parallelism)及裝置的剛性(rigidity)之影響，並不是每個晶圓最後都能被平坦化。
因此，本發明著重上述問題，並且提供一種修正研磨墊形狀的方法，利用修整工具將由研磨墊形狀測量裝置所測量的研磨墊形狀修正為研磨墊的目標形狀，而使得晶圓具有所需的表面形狀。
本發明以一種研磨墊的形狀修正方法來解決上述問題，其用以將工件研磨為所需的表面形狀，此方法包括：測量步驟，藉由使用研磨墊形狀測量裝置，在研磨墊接附至平板的狀態下測量研磨墊的形狀；條件確認步驟，依據 測量步驟的測量結果，由預先提供的多個修整方法中選擇能將工件研磨成所需表面形狀的修整方法；以及形狀修正步驟，藉由使用在條件確認步驟中所確認的修整方法來修整研磨墊。
此時，較佳為藉由從多個修整工具中選擇最合適的修整工具來確認修整方法。此外，多個修整工具較佳為包含至少具有將研磨墊從凸面修正為凹面的特性的修整工具以及具有將研磨墊從凹面修正為凸面的特性的修整工具。
再者，修整方法較佳為至少確認修整時間、修整壓緊力及修整工具旋轉頻率其中的一個。
上述發明在一方面較佳為其中研磨墊形狀測量裝置包括計算裝置，此計算裝置具有顯示研磨墊的形狀和被研磨墊所研磨的工件形狀之間關係的資料，且所研磨工件的形狀是從測量步驟的測量結果來估計。並且，此資料較佳為顯示研磨墊的峰值(peak value，PV)和晶圓的總體背面理想範圍(Global Back-side Ideal Range，GBIR)值之間的關係。
根據本發明，可提供一種用以修正研磨墊形狀的方法，利用修整工具將由研磨墊形狀測量裝置所測量的研磨墊形狀修正為研磨墊的目標形狀，而使得晶圓具有所需的表面形狀。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1中所示為根據本發明之方法所使用的研磨墊形狀測量裝置的一例。研磨墊形狀測量裝置10用以測量研磨墊14的形狀，研磨墊14為由樹脂及類似物所形成的絕緣體，並藉黏著劑接附到金屬的平板12而構成半導體研磨裝置。更精確地說，此研磨墊形狀測量裝置10不只是測量研磨墊14的表面形狀，亦測量平板12以及研磨墊14組合後的形狀。此外，對此形狀的測量是在將平板12從半導體研磨裝置上移除(未繪示)且置放在移動測量台16上的狀態下進行，此測量台16裝配有研磨墊形狀測量裝置10。
支承座18為剛體，其尺寸在縱向上至少與平板12及研磨墊14的直徑相近，並有一對具預定高度的支腳部20和連接至支腳部20的軌條部22。支承座18被置放於研磨墊14上，且支腳部20的下端與研磨墊14接觸。軌條部22附接至支腳部20，故縱向是平行的。此外，在軌條部22的縱向方向上以預定間隔提供多個長度測量感測器30和位移感測器32，且長度測量感測器30和位移感測器32全部在感測頭朝右下彎曲的狀態下固定。
此外，用以實行本發明的研磨墊形狀測量裝置10並不限於上述包括在軌條部22的縱向方向上以預定間隔設置的長度測量感測器30和位移感測器32的配置方式，其也可以是在連續地移動長度測量感測器30及/或位移感測器32時對研磨墊形狀進行測量的配置，或是其他類似的配置。
計算裝置24為操作研磨墊形狀測量裝置10的硬體，且其連接至控制裝置26、長度測量感測器30和位移感測器32。控制裝置26將電從計算裝置24供應至長度測量感測器30和位移感測器32，以啟動長度測量感測器30和位移感測器32。
長度測量感測器30連接至控制裝置26和計算裝置24，且當由控制裝置26供電時，輸出訊號顯示從長度測量感測器30的距離測量點到計算裝置24所測得的第一距離。長度測量感測器30例如是發射照射在研磨墊14表面的雷射光，並利用其接收反射光所花費的時間來測量從長度測量感測器30的距離測量點到研磨墊14的上表面的第一距離。
位移感測器32連接至控制裝置26和計算裝置24，且當由控制裝置26供電時，輸出訊號顯示從位移感測器32的距離測量點到計算裝置24所測得的第二距離。位移感測器32例如是使用渦電流式(eddy current type)位移感測器。位移感測器32施加高頻電流至感測頭的線圈(未繪示)，朝向金屬平板12而產生高頻的磁場，並在平板12上產生渦電流。然後，線圈的電阻(impedance)會隨此渦電流而改變。電阻的改變程度是隨著線圈和平板12間的距離而變化，因此從線圈到平板12的第二距離可以藉由電阻改變的程度而計算出來。
計算裝置24例如是可以顯示以感測器單元28(測量研磨墊14的位置)的位置為橫軸(traverse axis)且以研 磨墊14在顯示器(未繪示)上的厚度(高度)為縱軸的圖表。藉此，操作者可用肉眼確認研磨墊14的厚度分佈。
此外，計算裝置24包括顯示在研磨墊連接到平板的狀態下所測得的研磨墊形狀以及研磨墊所研磨的晶圓形狀之間關係的估計圖。由此估計圖可以比較使晶圓具有所需表面形狀(典型為平坦的)的研磨墊的目標形狀以及由研磨墊形狀測量裝置10所得到的當前的研磨墊形狀。又，藉由在計算裝置24中提供此估計圖，可計算並顯示修整條件(修整方法)及類似內容以將測得的研磨墊形狀修正為目標形狀。因此，操作者可不依靠視覺或熟練程度而可修正研磨墊的形狀，使得品質控制穩定。
圖2為顯示研磨墊形狀和在以研磨墊進行研磨處理後所產生的晶圓之間的關係，以此作為上述估計圖的一例。此外，圖2的圖表橫軸為研磨墊的峰值(peak value，PV)，而縱軸為晶圓的總體背面理想範圍(Global Back-side Ideal Range，GBIR)值。又，作為參照，在相同的圖表中示出兩種研磨所使用的承載器(carrier)。此外，本發明不限於上述指標(index)，亦可適當地使用各種不同的指標，諸如總體前面最小平方範圍(Global Front Least Square Range，GFIR)值。又，為了計算並顯示修整條件的目的，在計算裝置24中可提供的估計圖是以數值資料庫(numerical database)形式而非圖表形式。
如從圖2中所示的估計圖可清楚看到的，為了對晶圓進行研磨及平坦化，其未必最適於對研磨墊進行平坦化。 更精確地說，為了以高精度平坦化晶圓，需要預先處理(修正)研磨墊，使其具有能夠平坦化晶圓的形狀。
於根據本發明之修正研磨墊形狀的方法中，研磨墊的形狀是根據其形狀而藉由以修整工具進行選擇性地修整而修正，其中修整工具通常是用來移除研磨墊的阻塞。
圖3(a)與圖3(b)所示為作為實行本發明所使用的修整工具的例子的兩種修整工具，其中一種是用以修正研磨墊外圍部份的修整工具，另一種是用以修正研磨墊中心部份的修整工具。這些修整工具被設置在承載平板(未繪示)所提供的保持孔(holding holes)中，此承載平板和修整工具在被夾在上板和下板間的狀態下旋轉，並修整接附至上板和下板的研磨墊。
圖3(a)為用來修正研磨墊外圍部份的修整工具，其具有修整片36，且此些修整片36配置在修整平板34的外圍部份附近的偶數間隔上。在使用此修整工具時，研磨墊的外圍部份被較強力地修整，且PV具有往正向偏移的特性。同時，圖3(b)為用來修正研磨墊中心部份的修整工具，其具有修整片36，且此些修整片36配置在修整平板34中心部份的偶數間隔上。在使用此修整工具時，研磨墊的中心部份被較強力地修整，且PV具有往負向偏移的特性。
在根據本發明用以修正研磨墊形狀的方法中，藉由選擇性地使用具有不同特性的修整工具(如圖3(a)與圖3(b)所示)，研磨墊的PV被修正為最適合用以製造具有所需表面形狀的晶圓。此外，雖然在此使以使用兩種修整工具 的例子來簡單地說明，但也可使用更多種修整工具並對研磨墊作更佳的修正。此外，研磨墊形狀的指標並不限於PV，亦可使用更多指標，並且以更詳細地定義最適的研磨墊形狀作為目標。
以下將參照圖4中所示的流程圖說明使用依本發明之修正研磨墊形狀的方法來研磨晶圓的流程。
圖4中所示的晶圓研磨製程從研磨裝置的啟動開始(步驟S1)。在此步驟中，進行例如將研磨墊接附至研磨裝置的平板等的準備動作。
接下來，測量研磨墊的形狀(步驟S2)。此時，以圖1作說明的研磨墊形狀測量裝置10可用來測量研磨墊的形狀。更精確地說，此處的研磨墊形狀不是指研磨墊本身的形狀，而是指在接附至平板的狀態下的研磨墊之形狀。
然後，確認測得的研磨墊形狀是否適合用來製造具有所需表面形狀的晶圓(步驟S3)。又，當形狀不適合用來製造具有所需表面形狀的晶圓時，會同時地得到此形狀與適合形狀間的差異。此時，圖2繪示的估計圖可用來確認研磨墊形狀。當形狀適合用來製造具有所需表面形狀的晶圓時(OK)，此流程進入下一個晶圓處理的步驟(步驟S4)，而當確認此形狀不適合用來製造具有所需表面形狀的晶圓時(NG)，此流程進入下一個修整工具選擇的步驟(步驟S5)。
在步驟S5中，根據在步驟S3中確認的結果，選擇用以修正研磨墊形狀的修整工具(步驟S5)。此處，在使用 上述估計圖的例子中，藉由專注在PV上，用以選擇修整工具的方法選擇使PV往正向偏移的修整工具(例如在圖3(a)所示的修整工具)或是使PV往負向偏移的修整工具(例如在圖3(b)所示的修整工具)。此外，不僅選擇所使用的修整工具，也從估計圖的資料中確認修整條件，例如修整時間等等。
其後，藉由所選擇的修整工具修正(修整)研磨墊形狀(步驟S6)。由於研磨墊藉此修整步驟獲得了最適合用以研磨晶圓的形狀，故在步驟S6之後，流程繼續進行至步驟S4。
在步驟S4中，晶圓被處理。更精確地說，晶圓被導引至研磨裝置中並且被研磨墊研磨。在研磨之後，評估經研磨的晶圓(步驟S7)，並且確認繼續進行後續的處理(步驟S8)。此處，確認晶圓是否在預定的精度下被研磨，並藉此確認研磨墊的磨損。當晶圓是在預定的精度下被研磨時，便重複步驟S4、步驟S7以及步驟S8的迴圈，而當晶圓不是在預定的精度下被研磨，研磨墊會被確認為已磨損(步驟S8)。
當確認研磨墊已磨損時，測量研磨墊的形狀(步驟S9)。此處，與步驟S3類似，也可以使用圖1中所說明的研磨墊測量裝置10來測量研磨墊形狀。更精確地說，此處的研磨墊形狀亦指在被接附到平板的狀態下的研磨墊形狀，而非指研磨墊本身的形狀。此外，根據測量的研磨墊形狀，可同時獲得其與適合研磨晶圓的研磨墊形狀之間的 差異。亦可使用圖2繪示的估計圖來進行研磨墊的評估。
接下來，根據步驟S9中的測量結果，選擇用以修正研磨墊形狀的修整工具(步驟S10)。此處，和步驟S5類似，藉由專注在PV上，選擇使PV往正向偏移的修整工具(例如在圖3(a)所示的修整工具)或者是使PV往負向偏移的修整工具(例如在圖3(b)所示的修整工具)。此外，不僅選擇使用的修整工具，也從估計圖中的資料確認修整條件，例如修整時間等等。
其後，藉由使用所選的修整工具來修正(修整)研磨墊形狀(步驟S11)。然後，確認研磨墊是否藉此修整步驟而獲得了最適合用來研磨晶圓的形狀(步驟S12)。
在步驟S12中，當確認研磨墊具有最適合用來研磨晶圓的形狀時，流程回到步驟S4的晶圓處理，並再次重複步驟S4、步驟S7以及步驟S8的迴圈。
在步驟S12中，當確認研磨墊不具有最適合用來研磨晶圓的形狀時，等同於當研磨墊太薄而不能進行修正時，停止研磨步驟，並且調換研磨墊(步驟S13)。然後，在調換研磨墊之後，流程回到步驟S1並重新開始此晶圓研磨製程。
根據上述的晶圓研磨製程，由於修正研磨墊形狀亦可與原用以移除阻塞的修整動作同時進行，因此具有優點，也就是除非研磨墊過薄無法進行修正，否則不需要調換研磨墊。
根據本發明，由於在接附至平板的狀態下之研磨墊的 形狀與原用以移除阻塞的修整動作同時進行，因此研磨墊形狀可一直維持在最佳狀況，且降低了調換研磨墊的頻率。因此，本發明適合使用於晶圓研磨製程中。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧研磨墊形狀測量裝置
12‧‧‧平板
14‧‧‧研磨墊
16‧‧‧測量台
18‧‧‧支承座
20‧‧‧支腳部
22‧‧‧軌條部
24‧‧‧計算裝置
26‧‧‧控制裝置
28‧‧‧感測器單元
30‧‧‧長度測量感測器
32‧‧‧位移感測器
34‧‧‧修整平板
36‧‧‧修整片
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13‧‧‧步驟
圖1是根據本發明之方法所使用的研磨墊形狀測量裝置的示意圖。
圖2是根據本發明之方法所使用的估計表的示意圖。
圖3(a)與圖3(b)是根據本發明之方法所使用的修整工具的示意圖。
圖4是進行本發明之方法的代表性流程圖。
10‧‧‧研磨墊形狀測量裝置
12‧‧‧平板
14‧‧‧研磨墊
16‧‧‧測量台
18‧‧‧支承座
20‧‧‧支腳部
22‧‧‧軌條部
24‧‧‧計算裝置
26‧‧‧控制裝置
28‧‧‧感測器單元
30‧‧‧長度測量感測器
32‧‧‧位移感測器

Claims (8)

  1. 一種研磨墊的形狀修正方法，其用以將工件研磨為所需表面形狀，所述方法包括：測量步驟，藉由使用研磨墊形狀測量裝置，在研磨墊接附至平板的狀態下測量研磨墊形狀；條件確認步驟，依據所述測量步驟的所述測量結果，由預先提供的多個修整方法中選擇能修整所述研磨墊以將所述工件研磨成所需表面形狀的修整方法；以及形狀修正步驟，藉由使用在所述條件確認步驟中所確認的所述修整方法修整所述研磨墊；其中所述研磨墊形狀測量裝置包括計算裝置，所述計算裝置具有顯示所述研磨墊的形狀和被所述研磨墊研磨的所述工件的形狀之間關係的資料，且被研磨的所述工件的形狀由所述測量步驟的所述測量結果來估計；其中所述資料為顯示所述研磨墊的峰值(peak value，PV)和晶圓的總體背面理想範圍(Global Back-side Ideal Range，GBIR)值之間關係的資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊的形狀修正方法，其中藉由從多個修整工具中選擇最合適的修整工具來確認所述修整方法。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之研磨墊的形狀修正方法，其中所述多個修整工具包含至少具有將所述研磨墊從凸面修正為凹面的特性的修整工具及具有將所述研磨墊 從凹面修正為凸面的特性的修整工具。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之研磨墊的形狀修正方法，其中所述修整方法至少確認修整時間、修整壓緊力及修整工具旋轉頻率其中的一個。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之研磨墊的形狀修正方法，其中所述計算裝置可顯示厚度分佈圖表，所述厚度分佈圖表呈現所述研磨墊位置與所述研磨墊厚度之間的關係。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之研磨墊的形狀修正方法，其中所述計算裝置可顯示厚度分佈圖表，所述厚度分佈圖表呈現所述研磨墊位置與所述研磨墊厚度之間的關係。
  7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之研磨墊的形狀修正方法，其中在所述條件確認步驟中，依據所述測量步驟的所述測量結果以及被研磨的所述工件的形狀，選擇所述修整方法。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之研磨墊的形狀修正方法，其中在所述條件確認步驟中，依據所述測量步驟的所述測量結果以及被研磨的所述工件的形狀，選擇所述修整方法。
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