TWI492815B - 具有移動式底座之研磨頭測式機台及測試方法 - Google Patents

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Description

具有移動式底座之研磨頭測式機台及測試方法
本發明關於使用可移動底座的研磨頭檢測。
通過導電、半導體或絕緣層的順序沈積，積體電路通常形成在基材上，特別是，矽晶圓上。在每層沈積之後，經常對已沈積的層進行蝕刻以產生電路特徵。由於一系列層順序地沈積和蝕刻，基材的最外或最上表面，也即基材的已暴露表面變得越來越不平坦。該非平坦表面在積體電路製造過程的光微影步驟中可能產生問題。所以，經常需要周期性地平坦化該基材表面。
化學機械研磨(CMP)是一種可接受的平坦化方法。該平坦化方法通常包括使用裝載罩組件將基材安裝在承載器或研磨頭上。該基材的已暴露表面與旋轉的研磨墊相對放置。研磨墊或者是“標準的”或者是“固定研磨墊”。標準的研磨墊具有耐用的粗糙表面，而固定研磨墊通常具有裝在容器介質中的研磨劑顆粒。研磨頭在基材上提供可控的負載，也即壓力，以將其推向研磨頭。如果使用標準墊，將包括至少一種可化學反應的試劑以及研磨劑顆粒的研磨漿液施加到研磨墊的表面。
研磨頭可經受周期性的維護，其中拆卸下該頭，更換受損的零件並且隨後重新組裝。在該頭返回開始研磨其他晶圓之前，可以在檢測臺上檢測重新打磨的頭以確定在將 其用於昂貴的晶圓或其他半導體基材上之前該頭是否操作正常。
根據在此揭示的說明書的一個技術方案，研磨頭在測試台中測試，該測試台具有用於支撐測試晶圓的底座以及用於將底座中心晶圓支撐表面和檢測晶圓向研磨頭移動的可控的底座致動器。該底座可在垂直遠離該研磨頭的第一垂直位置與垂直距離該研磨頭更近的第二垂直位置之間移動以促進研磨頭的檢測。
在一個實施方式中，該測試包括檢測該頭的晶圓損失感應器。晶圓損失感應器測試或其他研磨頭測試可包括對該頭的隔膜腔室施加真空壓力，以拾取設置在底座中心晶圓支撐表面上的第一測試晶圓。該測試還包括在對隔膜腔室施加真空壓力之前對該頭的內部管道腔室施加壓力，並且在對隔膜腔室施加真空壓力的同時監視該內部管道腔室中的壓力。
在本說明書的另一技術方案中，可使用定位器定位該測試晶圓，該定位器具有定位在底座中心晶圓支撐表面周圍的多個第一測試晶圓接合構件。該測試晶圓接合構件接合該測試晶圓以相對於該底座中心晶圓支撐表面定位該測試晶圓。在一個實施方式中，該晶圓定位器包括環形構件，其適於載入分佈在該環形構件的第一圓周上的多個第一測試晶圓接合構件。
在又一技術方案中，研磨頭測試可包括使用定位器定位具有大於第一直徑的第二直徑的測試晶圓，該定位器具有定位在外部晶圓支撐表面的多個第二測試晶圓接合構件，該外部晶圓支撐表面設置在底座中心晶圓支撐表面周圍，並且適於支撐測試晶圓。該多個第二測試晶圓接合構件可分佈在環形構件的第二圓周上，該第二圓周具有大於第一圓周的直徑。
在再一技術方案中，測試台可具有可拆卸的蓋板，該蓋板具有自身的晶圓支撐表面。該蓋板可移除以暴露底座和測試晶圓定位器。
還存在本發明的附加的技術方案。應該理解，前述僅僅是本發明一些實施方式和方案的簡要概括。描述並聲明了附加的實施方式和技術方案。因此，前述內容不意味著限制本說明書的範圍。
根據本發明一個實施方式的測試台在第1圖通常以10表示。測試台10包括支撐頭定位控制系統14的框架或平臺12，該頭定位控制系統14將化學和機械研磨頭16定位在平臺12的上方。如美國專利案號7,089,782中更詳細描述的，頭定位控制系統14可將頭16精確定位在平臺12上方的許多電子受控位置中的其中一個上以促進頭16的各種測試過程。然而，應該理解，取決於特定應用，研磨頭16可安裝在固定高度，或者在不同高度之間可手動移 動，或者使用其他機構致動。
根據本發明的一個技術方案，測試台10還包括測試晶圓夾持與傳送系統17，該測試晶圓夾持與傳送系統17包括可移動底座19。如以下更詳細描述的，測試晶圓夾持與傳送系統17將測試晶圓相對於研磨頭16進行定位以促進研磨頭16的測試。例如，測試晶圓夾持與傳送系統17可由CMP工具的裝載罩組件提供晶圓載入的類比。
第2圖示出設置在測試晶圓夾持與傳送系統17的可移動底座19上方的典型的化學和機械研磨頭16的示意性截面圖。應該理解，根據本說明書方案的測試台可用於測試各種不同類型的晶圓或基材研磨頭，包括用於研磨150mm、200mm或300mm晶圓的頭。
如美國專利案號7,089,782中更詳細描述的，諸如第2圖的頭16的研磨頭可具有多個感測器，其較佳地由測試台10來測試。這樣的感測器的示例一般由18表示並且感應該晶圓是否損失。感測器的數量和類型可根據研磨頭的類型改變。其他通用類型的頭感測器包括晶圓存在感測器和晶圓壓力感測器。
研磨頭16還具有三個壓力密封腔室，即定位環腔室20、內部管道腔室22和隔膜腔室24。測試台10可對腔室應用各種測試以確保正確的密封和操作。應該理解，腔室的數量和類型可根據頭的類型改變。例如，該頭可具有三到八個腔室。
在所示實施方式的頭16中，定位環腔室20位於頭16 的外殼26與基座28之間。在晶圓研磨操作期間，定位環腔室20受壓以將負載，即向下的壓力施加給基座28。旋轉隔板29將外殼撓性地耦接到基座28並且允許定位環腔室20的膨脹和壓縮。這樣，基座28相對於研磨頭的垂直位置由定位環腔室20中的壓力控制。
撓性隔膜30在支撐結構32下方延伸以提供待研磨的晶圓或其他半導體基材36的安裝表面34。位於基座28與支撐結構32之間的隔膜腔室24的壓力迫使撓性隔膜30向下以將基材壓向研磨墊。撓性構件38將支撐結構32撓性地耦接到基座28並且允許隔膜腔室24的膨脹和壓縮。
另一彈性和撓性隔膜40可通過夾緊環或其他合適的緊固件與基座28的下表面附著以限定內部管道腔室22。受壓的流體，諸如空氣可引入或引出內部管道腔室22並且從而控制支撐結構32和撓性隔膜30上的向下的壓力。
外殼26連接到研磨系統的心軸44上，該心軸用於在圍繞旋轉軸46研磨期間旋轉頭16並且該旋轉軸46在研磨期間與研磨墊的表面垂直。三個壓力管道50、52和54或者在高於大氣(受壓)或者低於大氣(真空)壓力時將諸如空氣或氮氣的流體引入每個腔室20、22和24。
如第1圖所示，頭測試台的頭定位控制系統14包括電子受控線性致動器60，其由可為諸如個人電腦的可編程通用電腦的控制器62(第9圖)來控制。可選的，控制器62可包括可編程邏輯陣列、分散式邏輯電路或其他數位或類比控制電路。線性致動器60可將安裝在安裝台64上的頭 16定位到安裝臂66的一端，安裝到由控制器62選擇的精確位置。在所示的實施方式中，可控的精確位置是頭16相對於測試台10的底座19的測試表面或測試晶圓支撐表面68(第2圖)的垂直位移。該垂直位移沿著與測試表面68正交的Z軸測量，其中測試表面68支撐用於由研磨頭測試的測試晶圓。在該實施方式中，Z軸平行於頭的旋轉軸46。應該理解，可選擇其他的位移方向用於控制。
頭安裝致動器60包括伺服馬達組件70，其由控制器62通過合適的驅動電路控制。應該理解，取決於特定的應用，其他類型的電機也可用於將研磨頭致動到各種垂直位置。
伺服馬達組件70的輸出耦接到垂直機架組件78，其引導安裝臂66並且限制安裝臂的移動以及由此限制頭16沿著Z軸線性非旋轉的運動。機架組件78包括機架80，安裝臂66通過一對肋板81安裝到該機架80。機架80具有一對引導杆82，其適於沿著安裝在垂直支撐板90上的導軌86滑動以引導該機架80並且由此引導該頭16沿著Z軸垂直、非旋轉、線性的上下運動。支撐板90通過肋板92安裝到平臺12的水平支撐板94上。應該理解，也可選擇其他機械設置以沿著一個或多個所選的移動軸引導研磨頭。
第3圖示出測試晶圓夾持與傳送系統17一個實施方式的俯視圖。沿著第3圖的線4a－4a看到的第3圖的測試晶圓夾持與傳送系統17的局部截面示意圖在第4a圖中示 出。測試晶圓夾持與傳送系統17包括支撐板100，其容納在由框架或平臺12的支撐板94限定的空腔102(在第4b圖中最好地看出)中。支撐板100具有凸緣104，其由支撐板空腔102的肩部106容納。這時，測試晶圓夾持與傳送系統17的支撐板100由框架12的支撐板94支撐。
根據本說明書的另一方案，框架12的支撐板94的空腔102經過規劃尺寸和成形以便允許支撐板100的頂表面110相對於支撐板94的頂表面112平齊或凹進。這樣的設置有利於支撐板94上的可選的蓋板120的放置，以覆蓋測試晶圓夾持與傳送系統17。在一些先前的系統中，類似於板120的蓋板經常用於提供與用於研磨頭測試目的的表面122類似的測試晶圓支撐表面。
因此，在第4a圖的所示實施方式中，諸如研磨頭16的研磨頭，可使用蓋板120的測試晶圓支撐表面122測試。可選地，蓋板120可移除以暴露測試晶圓夾持與傳送系統17以有利於利用測試晶圓夾持與傳送系統17而不是蓋板120進行附加的研磨頭測試。蓋板120可使用容納在支撐板94的相應的配准孔或孔洞132(第4b圖)中的蓋板120的配准銷130而精確定位在支撐板94上。應該理解，取決於特定應用，其他機構和裝置也可用於定位可拆卸的蓋板120。
測試晶圓夾持與傳送系統17還包括測試晶圓定位器140，其具有由環形構件143(第5圖)承載並且分佈在環形構件143的圓周上的多個測試晶圓接合構件142。如第3 圖最好地示出，晶圓定位器140的測試晶圓接合構件142定位在底座19的中心晶圓支撐表面144(第3圖)的周圍。測試晶圓接合構件142適於在底座19接納測試晶圓36和將測試晶圓36傳送到達研磨頭16之前，相對於中心晶圓支撐表面144接合和定位測試晶圓36(第6a圖)。
如前所述，測試台10可用於測試研磨頭的各種感測器、腔室和其他結構。第7a和7b圖示出典型的“晶圓損失”感測器18的示意圖，該感測器提供該頭沒有夾持晶圓的指示。如第7a圖所示，晶圓損失感測器18包括感測器盤195，其由軸196連接到閥198的閥構件197。軸196在管道199中移動，該管道將隔膜腔室24連接到內部管道腔室22的壓力管道52。當晶圓36由頭16夾持時，晶圓36密封遠離隔膜30的大氣壓。另外，支撐結構32離開晶圓離開感測器盤195移動。如果內部管道腔室22受到例如高於大氣的1psi(每平方英寸一磅)的壓力，以及隔膜腔室受到例如低於大氣的－5psi的真空壓力時，與感測器軸196附接的閥構件197密封地安置在管道52的閥座200中。因此，閥198密封關閉並且隔膜腔室24和內部管道腔室22的壓力保持恒定，表示該晶圓沒有“損失”。
然而，如第7b圖所示，晶圓從頭16下落，作用到隔膜30上的大氣壓驅動隔膜30並向上支撐結構進入隔膜腔室中。支撐結構32嚙合並且壓縮內部管道腔室22，造成內部管道腔室22中的壓力開始上升在如第8圖所示的202。隨著隔膜30和支撐結構繼續向上進入隔膜腔室24， 支撐結構也接觸晶圓消失感測器18的盤195，如第7b圖所示。該接觸造成與感測器18的軸196連接的閥構件197離開閥座200。結果，如第8圖中所示，閥打開為203處並且管道腔室22中的壓力開始降低為在第8圖中所示的204處，並且最終與隔膜腔室20一致，表示晶圓消失。
第9圖示出與研磨頭的每個壓力腔室相關聯的氣動迴路的示意圖。在所示實施方式中，每個腔室具有壓力迴路230，其包括由閥234和調節器236連接到腔室的受壓流體源232。每個腔室還具有真空迴路240，其包括由閥244和調節器246連接到腔室的真空壓力源242(經常稱為真空噴射閥)。出口迴路250包括閥254並且將相關腔室開放到大氣環境。
閥234、244和254由控制器62控制。為了保留特定腔室中的壓力，關閉出口閥254、壓力閥234和真空閥254。通過關閉這些閥，腔室停止進一步受壓、抽真空或排氣。腔室中的壓力可由控制器62通過諸如浮動連接到相關腔室的壓力感測器260監視。如果腔室壓力在關閉控制閥234、244和254之後下降，表示出現泄露。如前所述，如果內部管道腔室22中的壓力按照第8圖所示的曲線，表示由研磨頭夾持的測試晶圓的損失。
測試台10可對於壓力和包括在整個各種腔室上的泄露(噪音)的真空泄露測試研磨頭的腔室。測試包括升高的高度和時間以及閥和感測器測試。
第10圖示出了根據本說明書的一個實施方式的利用 測試台的研磨頭測試。該測試的一個示例是晶圓損失感測器測試。應該理解，取決於特定應用，根據本說明書的測試台可用於執行各種測試。
在第一操作中，測試晶圓放置在諸如晶圓定位器140的晶圓定位器上(方框266)。在所示實施方式中，晶圓定位器140的測試晶圓接合構件142通常是指形並且每個包括有角度的傾斜表面270(第6a圖)，其嚙合測試晶圓36的邊緣並且在重力作用下引導測試晶圓進入傾斜表面270之間的對準位置並且由每個測試晶圓接合構件142的通常水平的支撐表面272支撐。在該對準位置中，底座19的中心晶圓支撐表面144的中心274基本上與測試晶圓36的中心同軸對準。同樣，在所示實施方式中，研磨頭16的中心軸46(第2圖)基本上與測試晶圓的中心對準。應該理解，晶圓定位器可以設計為實現測試晶圓與底座19或研磨頭16之間的其他對準。還應該理解，取決於特定應用，測試晶圓接合構件142可具有各種不同的形狀和咬合表面。
在所示實施方式中，底座19和測試晶圓定位器140由附著到測試晶圓夾持與傳送系統17的支撐板100的底座外殼280支撐。底座19和測試晶圓定位器140在測試台中支撐，使得底座19和測試晶圓定位器140的中心與研磨頭16的中心軸46(第2圖)同軸對準。應該理解，取決於特定應用，也可選擇其他設置。
一旦測試晶圓由晶圓定位器140定位，則可以擡升底座(方框290)，造成底座19的底座支撐表面144接合測 試晶圓的下側。底座19的持續向上運動將測試晶圓提升離開晶圓定位器140並且將測試晶圓朝向研磨頭16垂直向上移動，例如如第6b圖所示。在該位置，測試晶圓的中心繼續與研磨頭16的中心同軸對準。
在所示實施方式中，底座19具有中心連接杆292，其用於底座外殼280中滑動的垂直運動。與底座連接杆292連接的底座致動器294在第6a圖中所示的第一降低位置與第6b圖所示的第二擡升位置之間垂直地致動底座19。應該理解，底座19可具有其他形狀和構件以有利於垂直運動。
在所示實施方式中，底座致動器294包括氣壓缸300，其由測試台控制器62控制的氣動迴路302驅動。氣壓缸300通過驅動構件304連接到底座19的連接杆。在施加合適的氣動壓力給氣壓缸300時，驅動構件304和並因此底座19可選擇地在向上或向下運動中被驅動。根據特定的應用，垂直運動的範圍可通過合適的限位器或控制器62限制。應該理解，其他類型的致動器也可用於擡升底座19。這樣的其他致動器包括電動馬達和伺服。
在開始研磨頭16的測試之前，控制器62可控制線性致動器60(第1圖)將頭16定位(方框310)在底座19和測試晶圓36上方的所選高度處，如第6c圖所示。所選高度可根據待執行的特定測試而改變。應該理解，對於一些研磨頭測試，可以省略研磨頭16的定位。一旦研磨頭16在底座16上方的合適高度時，可以開始研磨頭的測試 (方框312)。
例如，在晶圓損失感測器測試中，研磨頭在載入測試晶圓之前可距離測試晶圓的頂表面諸如1.5mm的距離。在該高度時，控制器62可使得頭16開始載入測試晶圓到研磨頭上的處理。在實際載入晶圓之前，隔膜腔室24(第2圖)可受壓以使得頭隔膜30膨脹。隨著頭隔膜30的膨脹，其接觸測試晶圓的頂表面並且表現出氣陷，其否則將在隔膜30與晶圓頂表面之間的氣陷。
為了載入測試晶圓，內部管道腔室24也受壓以應用壓力推動隔膜30的周長與測試晶圓的周長一致。內部管道腔室中的壓力隨後保持該壓力以測試內部管道腔室的泄露，如以下所述。如果內部管道腔室的壓力在預定的壓力水平保持穩定，表示內部管道腔室的正常密封。在所示實施方式中，較佳地，對於晶圓損失感測器測試，內部管道腔室加壓到高於大氣壓的1psi水平。也可使用0－3psi範圍中的其他壓力。根據特定應用，可改變特定值。
一旦內部管道腔室22中的壓力保持確認在預定值，並且隔膜30與晶圓頂表面之間的氣陷出現，則真空壓力施加給隔膜腔室24以結束載入測試晶圓。具有已載入的測試晶圓的研磨頭隨後可從底座19收回到底座19上方的另一高度，如第6d圖所示。在所示實施方式中，較佳地，對與晶圓損失感測器測試，隔膜腔室可抽真空到大氣壓以下－5psi的水平。也可使用－2到－7psi範圍中的其他壓力。根據特定應用，可改變特定值。
如果晶圓與類似於第7a圖所示的方法正確載入，並且晶圓損失感測器已經正確安裝並且操作正常，晶圓損失感測器將不會致動並且內部管道腔室22中的壓力實質上保持為如由控制器62監視的常數。另一方面，如果晶圓沒有拾取或下降，隔膜30將進入隔膜腔室24，造成支撐結構32接觸內部管道腔室22和晶圓損失感測器18，如第7b圖所示。因此，內部管道腔室22中的壓力將隨著如第8圖所示的支撐結構接觸內部管道腔室22而開始升高並且隨著晶圓損失感測器打開內部管道腔室22和隔膜腔室24之間的閥86內部管道腔室22中的壓力將下降，指示控制器62，該晶圓已經消失。
在所示實施方式中，較佳地，頭測試台10可以將研磨頭精確地定位到準確、電動可控的位置以有利於研磨頭的測試，如美國專利案號7,089,782所述。例如，在使用如上所述的測試晶圓的晶圓損失感測器測試中，如果在載入晶圓之前，研磨頭定位到太接近測試晶圓，隔膜30和支撐結構32可被向上驅動到隔膜腔室24中，造成晶圓損失感測器18不正確地致動。相反，如果在載入晶圓之前，研磨頭定位到距離測試晶圓太遠，測試晶圓不能準確地被拾取。因此，施加到隔膜腔室24以拾取晶圓的真空壓力可更改，造成隔膜30和支撐結構32退縮到隔膜腔室24中，再次造成晶圓損失感測器18不正確地致動。在測試表面上方1－2mm範圍內的研磨頭垂直位置被認為對於許多這樣的應用是合適的。也可使用其他距離。根據特定應用，可改變 特定值。
因為存在頭可以編程以移動的許多位置，頭測試台有效地提供相對於擡高的底座19的頭的運動的連續控制。對於許多不同類型的頭，頭的測試位置和載入位置可相對於擡高的底座19而限定。對於特定的頭類型，包括厚度差別的頭的尺寸上的任何差別可通過對致動器控制進行編程以將頭移動到最佳位置來容易地相容。
當使用測試晶圓的研磨頭16的測試或者部分測試的結束時，研磨頭16可將測試晶圓返回到底座19。因此，控制器62控制線性致動器60將研磨頭16定位到底座19相鄰的垂直位置，如第6e圖所示。研磨頭16的氣動迴路還可由控制器62控制以使得研磨頭16釋放測試晶圓並且將測試晶圓放置在底座19上，如第6f圖所示。另外，控制器62可將研磨頭撤回到另一高度，如第6f圖所示。
一旦測試晶圓通過研磨頭16返回到底座19時，底座19可降低到晶圓定位器140(方框314)。底座19連續的向下運動將測試晶圓設置在晶圓定位器140上並且相對於研磨頭16的中心適當地重新對準測試晶圓的中心。隨後可結束測試或者隨後可適當地執行研磨頭的附加測試。根據特定的應用，該附加測試可包括或排除測試晶圓36的使用或者底座19的運動。
在所示實施方式中，底座19的向下垂直運動在如第6g圖所示的晶圓定位器140下方的較低位置處停止。連接到底座連接杆292的底座致動器294將底座19從第6f圖 所示的擡高位置和第6g圖所示的較低位置致動。應該理解，根據特定的應用，也可選擇其他的終止位置。
可以提供研磨頭測試的示例，其中測試晶圓由晶圓定位器140對準並且擡高到研磨頭16以為研磨頭16載入該測試晶圓做準備。應該理解，取決於特定應用，根據本說明書使用測試台的一些研磨頭測試可省略測試晶圓載入操作，或者測試晶圓對準操作，或者測試晶圓提升操作。
第11圖示出根據本說明書另一方案的測試晶圓夾持與傳送系統400的另一實施方式。如第12圖最好所見，測試晶圓夾持與傳送系統400包括測試晶圓定位器140，其具有由環形構件443載入並且分佈在環形構件443的內部圓周上的多個第一測試晶圓接合構件442a。測試晶圓定位器140還具有由環形構件443承載並且分佈在環形構件443的外部圓周上的多個第二測試晶圓接合構件442b。
如第13圖最好所示，晶圓定位器440的測試晶圓接合構件442a定位在底座450的中心晶圓支撐表面444的周圍。測試晶圓接合構件442a適於在底座450容納測試晶圓36並且將測試晶圓36傳輸到研磨頭16之前(第13圖)之前相對於底座中心晶圓支撐表面444咬合並且定位測試晶圓36。
在所示實施方式中，測試晶圓接合構件442a，類似於構件142，通常是指形並且每個包括有角度的傾斜表面270a(第13圖)，其咬合測試晶圓36的邊緣並且在重力作用下引導測試晶圓進入傾斜表面270a之間的對準位置中 並且傾斜表面270a由每個測試晶圓接合構件442a的通常水平的支撐表面272a支撐。在該對準位置中，底座450的中心晶圓支撐表面444的中心274a與測試晶圓36的中心以及頭16的中心軸同軸對準。
晶圓定位器440的測試晶圓接合構件442b類似地定位在底座450的中心晶圓支撐表面444的周圍，但是在比晶圓接合構件442a更寬的圓周上。測試晶圓接合構件442b適於在底座450容納測試晶圓460並且將測試晶圓460傳輸到研磨頭之前相對於底座中心晶圓支撐表面444咬合並且定位測試晶圓460。如第13圖中顯示的，測試晶圓460可具有寬於測試晶圓36的直徑。因此，測試晶圓夾持與傳送系統400可容易地容納研磨頭和不同尺寸的測試晶圓，例如150mm、200mm和300mm。
測試晶圓接合構件442b，類似於構件442a，通常是指形並且每個包括有角度的傾斜表面270b(第13圖)，其咬合測試晶圓460的邊緣並且在重力作用下引導測試晶圓進入傾斜表面270b之間的對準位置中並且該傾斜表面270b由每個測試晶圓接合構件442b的通常水平的支撐表面272b支撐。在該對準位置中，底座450的中心晶圓支撐表面444的中心274b與測試晶圓460以及研磨頭的中心軸向對準。
在所示實施方式中，底座450包括多個凸緣470(第11圖)，其容納在晶圓定位器440的環形構件443的內環壁474的凹槽472(第12圖)中。每個凸緣470的外肩部 476咬合環形構件443的內環壁480。中心晶圓支撐表面444可具有襯墊482以防止損傷測試晶圓。
在一個實施方式中，底座，諸如底座450可專用於特定尺寸的測試晶圓，諸如測試晶圓460或測試晶圓36。可選地，底座450可容納不同尺寸的測試晶圓。例如，底座凸緣470的上表面484可適於提供底座外部晶圓支撐表面以咬合和支撐更大的測試晶圓，諸如測試晶圓460。在另一示例中，測試晶圓夾持與傳送系統400可包括底座適配板490(第14圖)，其具有底座中心晶圓支撐表面492和底座外晶圓支撐表面494。底座適配板490可由底座凸緣470承載並且可專用於較大的測試晶圓，諸如測試晶圓460或者可選地，可適於容納不同尺寸的測試晶圓。在所示實施方式中，底座適配板490在底座中心晶圓支撐表面492和底座外晶圓支撐表面494上裝載有測試晶圓襯墊。
如第11圖所示，底座450的中心晶圓支撐表面444限定了多個凹槽496，其中每個孔洞適於在底座中心晶圓支撐表面444位於降低的垂直位置時容納測試晶圓接合構件442a。類似地，底座適配板490的中心晶圓支撐表面492限定多個凹槽498(第14圖)，其中該凹槽498與凹槽496對準並且適於在底座適配板位於降低的垂直位置時容納測試晶圓接合構件442a。因為測試晶圓接合構件442b的晶圓接合表面470b、472b相比於測試晶圓接合構件442a的相應晶圓接合表面470a、472a在垂直定位上更接近於研磨頭16，如第12圖所示，較大直徑的測試晶圓，諸如測試 晶圓460可通過如第12圖所示的測試晶圓接合構件442a的頂部上的測試晶圓接合構件442b來對準和支撐。因此，測試晶圓接合構件442b可與較大的測試晶圓460一起使用，而對於與較大測試晶圓干擾的較小測試晶圓不與測試晶圓接合構件442a一起使用。
再次參照第1圖，平臺12具有一組滑輪或滾軸600，其允許測試台在用於測試研磨頭的製造工廠中容易從一側移動到另一側。這對於工廠具有更多個使用不同尺寸的頭的研磨系統的場合特別有用。
如在美國專利案號7,089,782中更詳細描述地，測試台10包括橫向的機架組件以有利於將研磨頭16載入和安裝到用於測試的測試臺上。應該理解，該橫向機架組件的細節和特徵可根據特定應用而改變。並且，測試台可包括晶圓夾盤以將測試晶圓夾持到位以用於測試研磨頭。同樣，該晶圓夾盤的細節也取決於特定應用。
當然，應該理解，所示實施方式的修改，在它們的各種方案中對於本領域的技術人員來說是顯而易見的，一些僅僅在研究之後也是顯然的，其他的是常規的機械和電學設計的主題。其他的實施方式也是可行的，它們的特定設計取決於特定的應用。因此，該說明書的範圍不應該由在此所述的具體實施方式限定，而應該由所附申請專利範圍及其等同物來限定。
10‧‧‧測試台
12‧‧‧平臺
14‧‧‧支撐頭定位控制系統
16‧‧‧化學和機械研磨頭
17‧‧‧測試晶圓夾持與傳送系統
18‧‧‧晶圓損失感測器
19‧‧‧可移動底座
20‧‧‧定位環腔室
22‧‧‧內部管道腔室
24‧‧‧隔膜腔室
26‧‧‧外殼
28‧‧‧基座
29‧‧‧旋轉隔板
30‧‧‧撓性隔膜
32‧‧‧支撐結構
34‧‧‧安裝表面
36‧‧‧晶圓或半導體基材
38‧‧‧撓性構件
40‧‧‧彈性和撓性隔膜
44‧‧‧心軸
46‧‧‧旋轉軸
50‧‧‧壓力管道
52‧‧‧壓力管道
54‧‧‧壓力管道
60‧‧‧電子受控線性致動器
62‧‧‧控制器
64‧‧‧安裝台
66‧‧‧安裝臂
68‧‧‧測試表面
70‧‧‧伺服馬達組件
78‧‧‧垂直機架組件
80‧‧‧機架
81‧‧‧肋板
82‧‧‧引導杆
86‧‧‧導軌
90‧‧‧垂直支撐板
92‧‧‧肋板
94‧‧‧水平支撐板
100‧‧‧支撐板
102‧‧‧空腔
104‧‧‧凸緣
106‧‧‧肩部
110‧‧‧頂表面
112‧‧‧頂表面
120‧‧‧蓋板
122‧‧‧測試晶圓支撐表面
130‧‧‧配准銷
132‧‧‧配准孔或孔洞
140‧‧‧測試晶圓定位器
142‧‧‧測試晶圓接合構件
143‧‧‧環形構件
144‧‧‧中心晶圓支撐表面
195‧‧‧感測器盤
196‧‧‧軸
197‧‧‧閥構件
198‧‧‧閥
199‧‧‧管道
200‧‧‧閥座
202‧‧‧標示處
203‧‧‧標示處
204‧‧‧標示處
230‧‧‧壓力迴路
232‧‧‧受壓流體源
234‧‧‧閥
236‧‧‧調節器
240‧‧‧真空迴路
242‧‧‧真空壓力源
244‧‧‧閥
246‧‧‧調節器
250‧‧‧出口迴路
254‧‧‧閥
260‧‧‧壓力感測器
266‧‧‧測試晶圓放置在底座定位器上
270‧‧‧傾斜表面
270a‧‧‧傾斜表面
270b‧‧‧傾斜表面
272‧‧‧支撐表面
272a‧‧‧支撐表面
272b‧‧‧支撐表面
274‧‧‧中心
274a‧‧‧中心
274b‧‧‧中心
280‧‧‧底座外殼
290‧‧‧擡升底座以將測試晶圓朝向拋光頭提升
292‧‧‧連接杆
294‧‧‧底座致動器
300‧‧‧氣壓缸
302‧‧‧氣動迴路
304‧‧‧驅動構件
310‧‧‧將拋光頭定位
312‧‧‧以測試晶圓來測試拋光頭
314‧‧‧下降底座以將測試晶圓設置在底座晶圓定位器上
400‧‧‧測試晶圓夾持與傳送系統
440‧‧‧晶圓定位器
442a‧‧‧第一測試晶圓接合構件
442b‧‧‧第二測試晶圓接合構件
443‧‧‧環形構件
444‧‧‧中心晶圓支撐表面
450‧‧‧底座
460‧‧‧測試晶圓
470‧‧‧凸緣
472‧‧‧凹槽
474‧‧‧內環壁
476‧‧‧外肩部
480‧‧‧內環壁
482‧‧‧襯墊
484‧‧‧上表面
490‧‧‧底座適配板
492‧‧‧底座中心晶圓支撐表面
494‧‧‧底座外晶圓支撐表面
496‧‧‧凹槽
498‧‧‧凹槽
600‧‧‧滑輪或滾軸
第1圖示出根據本說明書一個實施方式的具有測試晶圓夾持與傳送系統的研磨頭測試台，其中移除了蓋板；第2圖示出設置在測試晶圓夾持與傳送系統的一個實施方式的底座上方的典型研磨頭的示意性截面圖；第3圖示出第1圖的測試台的測試晶圓夾持與傳送系統的俯視圖，其中示出移除了蓋板；第4a圖示出具有蓋板的測試晶圓夾持與傳送系統的示意性局部側截面圖；第4b圖示出不具有蓋板的測試晶圓夾持與傳送系統的分解的示意性局部側截面圖；第5圖示出第1圖的測試晶圓夾持與傳送系統的晶圓定位器的透視圖；第6a－6g圖示出測試晶圓夾持與傳送系統檢測研磨頭的操作的一個示例；第7a和7b圖示出第2圖的研磨頭的晶圓損失感測器的操作的示意圖；第8圖示出在第7a和7b圖中所示的晶圓損失感測器的操作期間該研磨頭的內部管道腔室中的壓力變化；第9圖示出與第2圖的研磨頭的每個壓力腔室相關聯的測試台氣動迴路的一個示例的示意圖；第10圖示出測試晶圓夾持與傳送系統測試研磨頭的操作的一個示例的流程圖；第11圖示出根據另一實施方式的測試晶圓夾持與傳送系統的示意性局部透視截面圖； 第12圖示出用於第11圖的測試晶圓夾持與傳送系統的晶圓定位器的一個示例的透視圖；第13圖所示為第12圖的晶圓定位器的示意性局部透視截面圖，其示出不同尺寸的測試晶圓的定位；第14圖示出根據另一實施方式的具有底座的測試晶圓夾持與傳送系統的俯視圖。
10‧‧‧測試台
12‧‧‧平臺
14‧‧‧支撐頭定位控制系統
16‧‧‧化學和機械研磨頭
17‧‧‧測試晶圓夾持與傳送系統
19‧‧‧可移動底座
60‧‧‧電子受控線性致動器
64‧‧‧安裝台
66‧‧‧安裝臂
70‧‧‧伺服馬達組件
78‧‧‧垂直機架組件
80‧‧‧機架
81‧‧‧肋板
82‧‧‧引導杆
86‧‧‧導軌
90‧‧‧垂直支撐板
92‧‧‧肋板
94‧‧‧水平支撐板
100‧‧‧支撐板
294‧‧‧底座致動器
600‧‧‧滑輪或滾軸

Claims (15)

  1. 一種使用一測試晶圓測試一研磨頭的測試台，該研磨頭用於平坦化一半導體晶圓，該測試台包括：一框架；一底座，具有適於支撐一測試晶圓的一中心晶圓支撐表面；一研磨頭基座，適於在所述中心晶圓支撐表面上方安裝所述研磨頭；一氣動迴路，適於耦接到所述研磨頭並且對所述研磨頭進行壓力測試；一頭基座致動器，其耦接到所述框架和所述基座，並且適於在垂直方向上相對於所述底座中心晶圓支撐表面移動所述研磨頭；一底座致動器，其耦接到所述框架和所述底座，並且適於在垂直方向上相對於所述框架在垂直距離所述基座的所述頭的第一垂直位置與垂直距離所述基座的所述頭更近的第二垂直位置之間移動所述底座中心晶圓支撐表面；以及一測試晶圓定位器，所述測試晶圓定位器具有多個第一測試晶圓接合構件；其中，所述底座中心晶圓支撐表面限定了多個孔洞，每個孔洞適於在所述底座中心晶圓支撐表面位於所述第一垂直位置時容納所述多個第一測試晶圓接合構 件的一測試晶圓接合構件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的測試台，其中，所述多個第一測試晶圓接合構件定位在所述底座中心晶圓支撐表面周圍並且適於相對於所述底座中心晶圓支撐表面咬合並且定位所述測試晶圓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的測試台，其中，所述晶圓定位器包括一環形構件，其適於裝載分佈在所述環形構件的第一圓周上的所述多個第一測試晶圓接合構件。
  4. 一種使用一測試晶圓測試一研磨頭的測試台，該研磨頭用於平坦化一半導體晶圓，該測試台包括：一框架；一底座，具有適於支撐一測試晶圓的一中心晶圓支撐表面；一研磨頭基座，適於在所述中心晶圓支撐表面上方安裝所述研磨頭；一氣動迴路，適於耦接到所述研磨頭並且對所述研磨頭進行壓力測試；一頭基座致動器，其耦接到所述框架和所述基座，並且適於在垂直方向上相對於所述底座中心晶圓支撐表面移動所述研磨頭； 一底座致動器，其耦接到所述框架和所述底座，並且適於在垂直方向上相對於所述框架在垂直距離所述基座的所述頭的第一垂直位置與垂直距離所述基座的所述頭更近的第二垂直位置之間移動所述底座中心晶圓支撐表面；以及一測試晶圓定位器，所述測試晶圓定位器具有多個第一測試晶圓接合構件，該些第一測試晶圓接合構件定位在所述底座中心晶圓支撐表面周圍並且適於相對於所述底座中心晶圓支撐表面咬合並且定位所述測試晶圓，其中，所述晶圓定位器包括一環形構件，其適於裝載分佈在所述環形構件的第一圓周上的所述多個第一測試晶圓接合構件；以及其中，所述底座具有一外部晶圓支撐表面，所述外部晶圓支撐表面設置在所述底座中心晶圓支撐表面周邊並且適於支撐一測試晶圓；並且其中所述定位器包括多個第二測試晶圓接合構件，該些第二測試晶圓接合構件由所述環形構件承載並且定位在所述外部晶圓支撐表面周邊以及分佈在所述環形構件的第二圓周上，所述第二圓周具有大於所述第一圓周的直徑。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的測試台，其中，所述多個第一和第二測試晶圓接合構件的每個測試晶圓接合構件具有一測試晶圓接合表面，並且其中所述多個第二測 試晶圓接合構件的每個測試晶圓接合表面相比於所述多個第一測試晶圓接合構件的測試晶圓接合表面在垂直方向上更接近於所述研磨頭。
  6. 一種使用一測試晶圓測試一研磨頭的測試台，該研磨頭用於平坦化一半導體晶圓，該測試台包括：一框架；一底座，具有適於支撐一測試晶圓的一中心晶圓支撐表面；一研磨頭基座，適於在所述中心晶圓支撐表面上方安裝所述研磨頭；一氣動迴路，適於耦接到所述研磨頭並且對所述研磨頭進行壓力測試；一頭基座致動器，其耦接到所述框架和所述基座，並且適於在垂直方向上相對於所述底座中心晶圓支撐表面移動所述研磨頭；一底座致動器，其耦接到所述框架和所述底座，並且適於在垂直方向上相對於所述框架在垂直距離所述基座的所述頭的第一垂直位置與垂直距離所述基座的所述頭更近的第二垂直位置之間移動所述底座中心晶圓支撐表面；以及一測試晶圓定位器，所述測試晶圓定位器具有多個第一測試晶圓接合構件，該些第一測試晶圓接合構件定 位在所述底座中心晶圓支撐表面周圍並且適於相對於所述底座中心晶圓支撐表面咬合並且定位所述測試晶圓；其中，所述框架包括一具有頂表面的支撐板，其限定適於容納所述底座和所述頂表面下方的所述測試晶圓定位器的一空腔，所述框架還包括適於設置在所述頂表面上並且覆蓋所述底座和測試晶圓定位器的一可折卸蓋板，所述蓋板具有一測試晶圓支撐表面。
  7. 一種測試用於平坦化一半導體晶圓的一研磨頭的方法，包括：將一研磨頭安裝到一測試台的一研磨頭基座上；控制一可控的頭基座致動器，以在垂直方向上相對於一底座的一中心晶圓支撐表面移動所述研磨頭；控制一可控的底座致動器，以在垂直方向上相對於所述研磨頭在垂直距離所述研磨頭的第一垂直位置與垂直距離所述研磨頭更近的第二垂直位置之間移動所述底座中心晶圓支撐表面和設置在所述底座中心晶圓支撐表面上具有第一直徑的一測試晶圓；測試所述研磨頭；以及使用一定位器定位所述測試晶圓，該定位器具有定位在所述底座中心晶圓支撐表面周邊的多個第一測試晶圓接合構件，所述定位包括將所述測試晶圓與所述多 個第一測試晶圓接合構件的每個測試晶圓接合構件的接合表面咬合並且相對於所述底座中心晶圓支撐表面定位所述測試晶圓。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述測試包括測試所述研磨頭的一晶圓消失感測器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，所述測試包括對所述頭的一隔膜腔室施加真空壓力，以拾取設置在所述底座中心晶圓支撐表面上的第一測試晶圓。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中，所述測試包括在對所述隔膜腔室施加所述真空壓力之前，對所述頭的一內部管道腔室施加壓力。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中，所述測試包括在對所述隔膜腔室施加所述真空壓力的同時，監視所述內部管道腔室中的壓力。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述晶圓定位器包括一環形構件，其適於裝載分佈在所述環形構件的第一圓周上的所述多個第一測試晶圓接合構件。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，所述控制可控的底座致動器包括移動所述底座，使得在所述底座中心晶圓支撐表面位於所述第一垂直位置時，每個測試晶圓接合構件由所述底座中心晶圓支撐表面限定的多個孔洞的一孔洞所容納。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，還包括使用一定位器定位具有大於所述第一直徑的第二直徑的一測試晶圓，所述定位器具有定位在一外部晶圓支撐表面周圍的多個第二測試晶圓接合構件，該外部晶圓支撐表面設置在所述底座中心晶圓支撐表面周邊並且適於支撐一測試晶圓，其中所述多個第二測試晶圓接合構件分佈在所述環形構件的第二圓周上，所述第二圓周具有大於第一圓周的直徑。
  15. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，去除一蓋板以暴露所述底座和所述測試晶圓定位器，所述蓋板具有一測試晶圓支撐表面。
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