TWI477354B - 化學機械拋光設備 - Google Patents

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TWI477354B TW101120737A TW101120737A TWI477354B TW I477354 B TWI477354 B TW I477354B TW 101120737 A TW101120737 A TW 101120737A TW 101120737 A TW101120737 A TW 101120737A TW I477354 B TWI477354 B TW I477354B
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Seh Kwang Lee
Youn Chul Kim
Joo Han Lee
Jae Kwang Choi
Jae Phil Boo
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Ehwa Diamond Ind Co Ltd
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  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Description

化學機械拋光設備
本發明大致上有關於化學機械拋光(chemical mechanical polishing,CMP)設備，且尤其有關於一種CMP設備，其量測用以修整化學機械拋光墊(CMP墊)之CMP墊修整器的振動加速度，藉此能預測CMP墊修整器之磨耗率、檢查CMP墊修整器之狀態、及使CMP墊修整器維持在穩定狀態。
在半導體設備中，CMP技術係用以使例如形成於半導體晶圓上之絕緣層或金屬層的薄層平坦。
用於CMP處理中之主要消耗性補給品可包含CMP墊、拋光液、及CMP墊修整器。尤其，CMP墊修整器係配備有例如鑽石研磨器之研磨器，該研磨器與CMP墊接觸以刮擦或摩擦CMP墊的表面，藉此可執行修整功能，以使新CMP墊之表面狀態最佳化為其中CMP墊保留拋光液之能力優良的初始狀態，或恢復CMP墊保留拋光液之能力，俾將CMP墊之拋光能力維持在穩定狀態，並改善供給至CMP墊之拋光液的流動性。
在CMP處理中，晶圓之移除率可加以量測，而CMP墊之磨耗率則無法。
CMP墊之固定磨耗率意謂CMP墊之表面狀態呈固定。「CMP墊之表面狀態呈固定」的含意暗示將晶圓之移除率維持固定。再者，當CMP墊之磨耗率顯著減少或增加時，此與晶圓之缺陷相同地在晶圓之移除率上產生影響。因此，使CMP墊之磨耗率在CMP處理中不變極為重要。
然而，儘管CMP墊之磨耗率可基於晶圓之移除率而加以預測，但並未提出能排除測量晶圓之移除率的方法而預測CMP墊之磨耗率的設備及方法。再者，習知之CMP設備無法檢查其中CMP墊修整器受到使用或安裝的狀態。
因此，對於能在不測量晶圓之移除率或其中CMP墊修整器受 到使用或安裝之狀態的情況下預測CMP墊之磨耗率的CMP設備具有需求。
發明人已研究解決上述相關技術的各種缺點及問題，且已發展出能在不量測晶圓之移除率的情況下，藉由量測用以修整CMP墊之CMP墊修整器的振動加速度來預測CMP墊之磨耗率的技術。藉此，發明人完成本發明。
因此，本發明之目的為提供一種CMP設備，包含：與平台分隔預定間隔而裝置的擺動單元，待修整之CMP墊係置於該平台上；連接器，於其一端朝垂直於擺動單元之方向裝置在擺動單元之上端上，且於CMP墊上方繞擺動單元旋轉；旋轉體，可轉動地裝置在連接器之另一端上；CMP墊修整器，與旋轉體耦接並在被轉動時修整CMP墊；及振動計(振動加速度之量測)，裝置於連接器上，且偵測振動以量測CMP墊修整器之振動加速度，藉此基於振動加速度及CMP墊修整器被裝置或使用之狀態來預測CMP墊之磨耗率。
本發明之目的並不限於上述之目的，且因此未被提及的本發明之其他目的及優點可為熟悉本技術領域者由以下說明而瞭解。
為了達到上述目的，本發明提供一種化學機械拋光(CMP)設備，其量測用以修整CMP墊的CM墊修整器之振動加速度。
再者，本發明提供一種CMP設備，包含：與平台分隔預定間隔而裝置的擺動單元，待修整之CMP墊係置於該平台上；連接器，於其一端朝垂直於擺動單元之方向裝置在擺動單元之上端上，且於CMP墊上方繞擺動單元旋轉；旋轉體，可轉動地裝置在連接器之另一端上；CMP墊修整器，與旋轉體耦接並在被轉動時修整CMP墊；及振動計(振動加速度之量測)，裝置於連接器上，且偵測振動以量測CMP墊修整器之振動加速度。
在示範性實施例中，可於選自對應至擺動單元之位置、對應至旋轉體之位置、及連接器之中間位置的任何位置而將振動計裝置於連接器上。
在示範性實施例中，可於對應至旋轉體之位置而將振動計裝置於連接器上。
在示範性實施例中，CMP墊修整器之振動加速度與CMP墊之磨耗率成比例。
在示範性實施例中，CMP墊修整器之振動加速度受調整以處於自0.06 m/s2 至5.4 m/s2 之範圍中。
在示範性實施例中，當被調整的CMP墊修整器之振動加速度處於自0.06 m/s2 至5.4 m/s2 之範圍之外時，CMP設備可受檢查、或CMP墊修整器可被更換。
在示範性實施例中，CMP設備可更包含控制器，當由振動計測得之振動加速度處於預先儲存之範圍之外時，該控制器產生針對CMP設備之檢查訊號、或針對CMP墊修整器之更換訊號。
在示範性實施例中，該預先儲存之振動加速度範圍可為自0.06 m/s2 至5.4 m/s2 。
本發明具有以下之卓越功效。
首先，依據本發明之CMP設備，用以修整CMP墊的CMP墊修整器之振動加速度受到量測，以預測CMP墊之磨耗率。
再者，該CMP設備包含：與平台分隔預定間隔而裝置的擺動單元，待修整之CMP墊係置於該平台上；連接器，於其一端朝垂直於擺動單元之方向裝置在擺動單元之上端上，且於CMP墊上方繞擺動單元旋轉；旋轉體，可轉動地裝置在連接器之另一端上；CMP墊修整器，與旋轉體耦接並在被轉動時修整CMP墊；及振動計，裝置於連接器上，且偵測振動以量測CMP墊修整器之振動加速度，藉此基於振動加速度及CMP墊修整器被裝置或使用之狀態來預測CMP墊之磨耗率。
於此使用之用語於可能的情況下係選自目前一般使用之通常用語。然而，該等用語中之若干者係由申請人自行選擇。在此情況中，應將其解釋為具有所敘述或用於本發明之詳細說明中的含意、而非單純詞彙性含意。
現將參考隨附圖式而更詳細地敘述本發明之示範性實施例。
然而，本發明並不限於在此敘述之實施例，但可以不同形式加以實施。在全說明書中，應注意用以敘述本發明的相同之參考編號將指示相似或同等構件。
本發明係針對化學機械拋光(CMP)設備，其量測用以修整CMP墊之CMP墊修整器的振動加速度、並基於所測振動加速度及其中CMP墊修整器受安裝或使用之狀態來預測CMP墊之磨耗率。
在CMP處理中，CMP墊修整器之振動加速度係於不分離地量測晶圓之移除率的情況下加以量測。此容許CMP墊之磨耗率在晶圓被拋光時受到預測，使得CMP墊修整器之使用壽命可被預測。再者，藉由量測CMP墊修整器之振動加速度，便可判定CMP墊修整器之使用或安裝是否正常。如此一來，便可將CMP設備維持在穩定狀態。
圖1顯示依據本發明之實施例的CMP設備之示意性構造。圖2顯示依據本發明之實施例的CMP墊修整器之修整區域。CMP設備100包含擺洞單元130、連接器140、旋轉體150、CMP墊修整器160、及振動計(振動加速度之量測)170。
擺動單元130係以預定間隔與平台110分開地裝置，待修整之CMP墊120係置於該平台110上。例如，平台110係平行於水平地面而裝置於支持件111上。擺動單元130係垂直地裝置於地面上。儘管未顯示，但擺動單元130包含分離之馬達，且藉由該馬達而繞擺動軸旋轉。
連接器140係於其一端裝置於擺動單元130之上端上。連接器140係朝垂直於擺動單元130之方向而加以裝置，且以預定角 度在CMP墊120上方以擺動單元130為軸心旋轉。
旋轉體150係可轉動地裝置於連接器140之另一端。儘管未顯示，旋轉體150包含分離之馬達，且藉由該馬達而繞擺動軸旋轉。
CMP墊修整器160係與旋轉體150耦接，且在由旋轉體150轉動時修整CMP墊120。修整處理係指一處理，在該處理中，當使CMP墊修整器160與CMP墊120緊密接觸時，CMP墊修整器160轉動以刮擦或摩擦CMP墊之表面，俾使CMP墊之表面狀態最佳化成初始狀態、或恢復CMP墊之移除能力，來維持穩定狀態。
圖2顯示之修整區域指示其中CMP墊修整器160在由連接器140樞接時修整CMP墊的區域。CMP墊修整器160在被轉動時受到樞接，且同時平台110亦被轉動。如此一來，CMP墊修整器160可修整CMP墊120的整個表面。
振動計170係裝置於連接器140上，且偵測振動以量測CMP墊修整器160之振動加速度。
詳細而言，參照圖1，振動計170可被裝置在選自連接器140的對應至擺動單元130之位置A、對應至旋轉體150之位置C、及中間位置B的連接器140之任一位置。
甚至當振動計170係裝置在位置A、B、及C之任何一者時，儘管有由振動造成的敏感度上之差異，振動計170仍可量測CMP墊修整器160之振動加速度。
以下為若干實驗性實例，用來檢查CMP墊修整器160之振動加速度與CMP處理中的CMP墊之磨耗率之間具有關係。
實驗性實例1
在CMP處理中，受驅使而與CMP墊修整器160緊密接觸的CMP墊120係藉由施加負載至CMP墊修整器160來加以修整。施加負載至CMP墊修整器160之不同方法係由CMP設備之製造商的每一者所使用。在此，將說明使用空氣之方法、使用軸件之方法、及使用荷重之方法。
首先，在使用空氣之方法中，相同空氣量填充整個CMP墊修 整器160，並壓下CMP墊120。在使用軸件之方法中，空氣加壓於旋轉體150之旋轉軸(未顯示)，且被加壓之旋轉軸將力轉移至CMP墊修整器160之中心。在使用荷重之方法中，將預定荷重置於CMP墊修整器160之旋轉軸上，並將力轉移至CMP墊修整器160之旋轉軸。
表1指出依據各負載轉移方法的CMP墊修整器160之振動加速度、及所產生的CMP墊之磨耗率。
在此，稱為「拋光墊磨耗率(pad wear rate,PWR)」。
當在不改變其他處理條件的情況下將6 lbf之負載施加至CMP墊修整器160時，可察覺如表1中所述之：儘管在靜止狀態中施加相同的負載，PWR及振動加速度仍取決負載轉移方法而有所不同。參照表1及圖3，可察覺PWR及振動加速度彼此成比例。
亦即，CMP設備依負載轉移方法而有不同的PWR及振動加速度。如此一來，可察覺不同負載被施加至CMP墊修整器，以將不同CMP設備100之PWR控制在相同位準。
實驗性實例2
基於實驗性實例1之結果，施加至CMP墊修整器160之負載及所產生之PWR受到量測，以具有與利用使用空氣之負載轉移設備(例如負載轉移設備A)的實驗性實例1相同之振動加速度，且結果係顯示於表2中。
表2
負載係施加至CMP墊修整器160之圓盤，以具有如表1中所述的0.4、0.5及1.0 m/s2 之振動加速度。因此，量測到17.0、19.8、及28.4μm/hr的PWR。該等PWR幾乎等於實驗性實例1的PWR。
亦即，當調整施加至圓盤之負載以均衡振動加速度時，PWR可被調整與其CMP設備相同的位準。可察覺基於此原則，振動加速度受到量測，且藉此可預測PWR。
實驗性實例3
6 lbf之負載係利用負載轉移設備A施加至CMP墊修整器160，且對轉移負載至CMP墊修整器160的旋轉軸(未顯示)賦予一容限，藉此人為地產生振動。在此情形中，當振動加速度變得與實驗性實例1之振動加速度相等時，PWR受到量測。結果係顯示於表3中。
即使在將相同負載施加至CMP墊修整器160時，仍可察覺如表3中所述之：PWR隨振動加速度之改變而變化。因此，可見PWR可由CMP墊修整器160之振動加速度來加以預測。此外，振動計170係裝置於旋轉體150上，且CMP墊修整器160之振動加速度 受到量測。藉此，CMP設備100可加以設定，以檢查CMP設備100之狀態並具有相同的PWR。
實驗性實例4
當使用負載轉移設備A將不同負載施加至CMP墊修整器160時，振動加速度及所產生之PWRs受到量測。結果係顯示於表4中。
可察覺如表4中所述之：振動加速度係與施加至CM墊修整器160之負載成比例，且CMP墊120之PWR可藉由量測振動加速度來加以預測。此由以圖表方式顯示表4之量測的圖4可見。
實驗性實例5
當使用負載轉移設備A將不同負載施加至CMP墊修整器160時，振動加速度、所產生之PWRs、氧化物晶圓之移除率、及晶圓之缺陷受到量測。結果係顯示於表5中
表5之圓盤負載受到量測而包含其為表4之圓盤負載的4.0、6.0、8.0、10.0、及12.0 lbf、以及小於4.0 lbf之負載及大於12.0 lbf之負載。當圓盤負載為4.0、6.0、8.0、10.0、及12.0 lbf時之振動加速度受到量測並等於表4之振動加速度，且所產生之PWRs亦等於表4之PWRs。基於表4中所述之圓盤負載及所產生之PWRs的振動加速度亦顯示於圖5中。
當振動加速度為0.06 m/s2 時，可察覺修整並未平順地進行，使得晶圓移除率低，且晶圓之缺陷增加。
另一方面，當振動加速度為5.4 m/s2 時，可察覺PWR極高、拋光墊輪廓不均勻(亦即CMP墊120受到不平均之磨損)、且CMP墊120之使用壽命縮短。
因此，可察覺藉由偵測CMP墊修整器160之振動來量測的振動加速度具有自0.06至5.4之範圍。參照圖6，PWR相依於振動加速度的圖形可獲得確定。可察覺該圖形在振動加速度為0.06 m/s2 或4.0 m/s2 時在整體上呈均勻狀，而該圖形在振動加速度為5.4 m/s2 時不均勻。
實驗性實例6
為了依據振動計170被裝置的位置來檢查振動計170之敏感 度上的變化，振動計170係於對應至擺動單元130之位置、對應至旋轉體150之位置、及連接器140之中間位置而裝置在連接器140上。4、6、8 lbf之負載被施加至CMP墊修整器160，且然後振動加速度受到量測以檢測敏感度(變異)。結果係顯示於表6中。
參照圖1，如表6中所述，當振動計170係於對應至擺動單元130之位置A而裝置在連接器140上時，在將4、6、及8 lbf之負載施加至CMP墊修整器160時所量測之振動加速度具有0.06之敏感度。於此，敏感度係定義為最大與最小振動加速度之間的差異。
同樣地，當振動計170係於連接器140之中間位置B而裝置在連接器140上時，所量測之振動加速度具有0.08之敏感度。當振動計170係於對應至旋轉體150之位置C而裝置在連接器140上時，所量測之振動加速度具有0.20之敏感度。
亦即，當振動計170係於對應至旋轉體150之位置C而裝置在連接器140上時，所量測之振動加速度具有最高之敏感度。如此一來，為了準確地判定CMP設備之狀態是否正常、及為了敏感地偵測CMP墊修整器160之振動，振動計170係較佳地對應至旋轉體150之位置C而裝置在連接器140上。
因此，CMP墊修整器160之振動加速度可被設定成具有例如自0.06 m/s2 至5.4 m/s2 之範圍，在該範圍內，晶圓移除率、晶圓缺陷數、PWR、及拋光墊輪廓係藉由調整施加至CMP墊修整器 160之負載、施加負載至CMP墊修整器160之方法、裝置CMP墊修整器160時的旋轉體150之容限、及振動計170所裝置之位置，而令人滿意地提供。
此可由工作者手動地設定，或利用控制器(未顯示)來自動地設定。控制器將於以下加以說明。
再者，若即使利用上述方法仍未將振動加速度調整成位於自0.06 m/s2 至5.4 m/s2 之範圍中，工作者可更換CMP墊修整器。
此外，不同的施加負載至CMP墊修整器之方法係由各CMP設備製造商所使用。如此一來，當將預定負載施加至CMP墊修整器時，相同的負載可在CMP墊修整器處於停止狀態時被轉移至CMP墊修整器。然而，當連接器旋轉以擺動CMP墊修整器時，轉移至CMP墊修整器之負載即改變。
再者，即使在以相同方式將負載施加至CMP墊修整器時，由於安裝CMP墊修整器時之容限，因此由振動計所偵測到的振動仍互有不同。
本發明可藉由調整CMP墊修整器之負載、施加負載至CMP墊修整器之方法、裝置CMP墊修整器時的旋轉體之容限、及振動計所裝置之位置，而不斷調整不同CMP墊修整器之振動加速度。藉此，可將不同CMP設備之PWR維持不變。最終，可減少不同CMP設備之間的晶圓移除率變異。
同時，CMP設備可更包含控制器(未顯示)。
在本發明之CMP設備100中，振動加速度之範圍係事先加以儲存，且將振動計170所量測之振動加速度與此事先儲存之振動加速度比較。若所量測到之振動加速度位於事先儲存的振動加速度範圍之外，控制器便產生檢查CMP設備100之檢查訊號、或更換CMP墊修整器160之更換訊號。
當控制器產生檢查訊號時，對CMP墊修整器之負載、施加負載至CMP墊修整器之方法、裝置CMP墊修整器時的旋轉體之容限、及振動計所裝置之位置加以調整，使得CMP設備100可受檢查，以容許使所測得之振動加速度處於事先儲存的振動加速度範 圍內。
於此，如實驗性實例中所證實，事先儲存的振動加速度範圍較佳地為0.06 m/s2 與5.4 m/s2 之間。
當CMP設備係利用各種方法加以檢查以容許使所測得之振動加速度處於事先儲存的振動加速度範圍內時，所測得之振動加速度可能偏離事先儲存的振動加速度範圍。由此可推斷CMP墊修整器160的使用壽命終了。於是，控制器產生更換訊號來提醒工作者更換CMP墊修整器160。
儘管本發明已參照其示範性實施例而加以詳細顯示並敘述，但其並不限於該等實施例。因此，熟悉本技術領域者將瞭解，在不悖離由以下申請專利範圍所定義的本發明之精神及範疇的情況下，可作成各種變化及修改。
100‧‧‧CMP設備
110‧‧‧平台
111‧‧‧支持件
120‧‧‧CMP墊
130‧‧‧擺動單元
140‧‧‧連接器
150‧‧‧旋轉體
160‧‧‧CMP墊修整器
170‧‧‧振動計
圖1顯示依據本發明之實施例的CMP設備之示意性構造。
圖2顯示依據本發明之實施例的CMP墊修整器之修整區域。
圖3為描繪依據施加負載至CMP墊修整器之方法的拋光墊磨耗率(pad wear rate,PWR)及振動加速度之圖表。
圖4及5為描繪依據施加至CMP墊修整器之負載的拋光墊磨耗率(PWR)及振動加速度之圖表。
圖6為描繪依據振動加速度的拋光墊磨耗率(PWR)之輪廓的圖表。
100‧‧‧CMP設備
110‧‧‧平台
111‧‧‧支持件
120‧‧‧CMP墊
130‧‧‧擺動單元
140‧‧‧連接器
150‧‧‧旋轉體
160‧‧‧CMP墊修整器
170‧‧‧振動計

Claims (8)

  1. 一種CMP(chemical mechanical polishing，化學機械拋光)設備，其量測一CMP墊修整器之一振動加速度，該CMP墊修整器修整一CMP墊，該CMP設備包含：一振動計，偵測振動以量測該CMP墊修整器之振動加速度；及一控制器，當由該振動計測得之振動加速度處於一預先儲存之振動加速度範圍之外時，該控制器產生針對該CMP設備之一檢查訊號、或針對該CMP墊修整器之一更換訊號，其中當該檢查訊號產生時，該控制器調整影響振動加速度的處理條件，並進行檢查以容許使所量測到的振動加速度處於該預先儲存之振動加速度範圍內，該處理條件包含：該CMP墊修整器之負載、施加負載至該CMP墊修整器的方法、裝置該CMP墊修整器時的一旋轉體之容限、及該振動計所裝置之位置，且當調整該處理條件後所量測到的振動加速度偏離該預先儲存之振動加速度範圍時，該控制器產生該更換訊號。
  2. 一種CMP設備，包含：一擺動單元，與一平台分隔一預定間隔而裝置，待修整之一CMP墊係置於該平台上；一連接器，於其一端朝垂直於該擺動單元之方向裝置在該擺動單元之一上端上，且於該CMP墊上方繞該擺動單元旋轉；一旋轉體，可轉動地裝置在該連接器之另一端上；一CMP墊修整器，與該旋轉體耦接，並在被轉動時修整該CMP墊；一振動計，裝置於該連接器上，且偵測振動以量測該CMP墊修整器之一振動加速度；及一控制器，當由該振動計測得之振動加速度處於一預先儲存之振動加速度範圍之外時，該控制器產生針對該CMP設備之一檢查訊號、或針對該CMP墊修整器之一更換訊號， 其中當該檢查訊號產生時，該控制器調整影響振動加速度的處理條件，並進行檢查以容許使所量測到的振動加速度處於該預先儲存之振動加速度範圍內，該處理條件包含：該CMP墊修整器之負載、施加負載至該CMP墊修整器的方法、裝置該CMP墊修整器時的該旋轉體之容限、及該振動計所裝置之位置，且當調整該處理條件後所量測到的振動加速度偏離該預先儲存之振動加速度範圍時，該控制器產生該更換訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項之CMP設備，其中該振動計係於選自對應至該擺動單元之位置、對應至該旋轉體之位置、及該連接器之中間位置的任何位置而裝置於該連接器上。
  4. 如申請專利範圍第3項之CMP設備，其中該振動計係於該對應至該旋轉體之位置而裝置於該連接器上。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之CMP設備，其中該CMP墊修整器之該振動加速度與該CMP墊之一磨耗率成比例。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之CMP設備，其中該CMP墊修整器之該振動加速度受調整，以處於自0.06m/s2 至5.4m/s2 之範圍中。
  7. 如申請專利範圍第6項之CMP設備，其中當被調整的該CMP墊修整器之該振動加速度處於該自0.06m/s2 至5.4m/s2 之範圍之外時，該CMP設備受檢查、或該CMP墊修整器受更換。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之CMP設備，其中該預先儲存之振動加速度範圍為自0.06m/s2 至5.4m/s2 。
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