TWI530359B - 固定環之厚度及使用期限的即時監控方法及設備 - Google Patents

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TWI530359B TW100118338A TW100118338A TWI530359B TW I530359 B TWI530359 B TW I530359B TW 100118338 A TW100118338 A TW 100118338A TW 100118338 A TW100118338 A TW 100118338A TW I530359 B TWI530359 B TW I530359B
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Description

固定環之厚度及使用期限的即時監控方法及設備
本發明之實施例係關於用以研磨基材(諸如半導體基材)之研磨系統。更特定言之，係關於用以監控研磨系統之部件的方法及設備。
化學機械研磨(CMP)是一種普遍用在高密度積體電路之製造以平坦化或研磨所沈積在基材上之材料層的製程。可提供基材到位於研磨系統上之研磨站，並且將基材固定在載具頭中，載具頭係可控制地推動基材使基材抵靠移動的研磨墊。在研磨流體的存在下，藉由提供基材之特徵側的接觸以及相對於研磨墊來移動基材，可有效地利用CMP。材料從基材之特徵側被移除，其中基材之特徵側係經由化學與機械作用的組合與研磨表面接觸。
通常，載具頭包括一固定環，固定環圍繞基材且可促進基材在載具頭中之固持。通常，在研磨期間，固定環之一或多個表面係接觸研磨墊。儘管固定環適於忍受多個基材的研磨，但接觸研磨墊的該等表面會經歷磨損，並且定期更換固定環是有必要的。因此，固定環之檢測是有必要的，以監控磨損且決定更換間隔。
一般之檢測方法是耗時的，需要人員實體地操縱站中的部件，並且需要將研磨系統停機。此外，一般之方法可能需要部分拆卸研磨站且從站移除載具頭，此舉會使系統內的其他部件暴露於污染。
所以，需要一種可促進固定環之監控且不需要實體地操縱固定環或將研磨系統停機的方法及設備。
本發明大體而言提供一種可促進研磨系統內之固定環之監控的方法及設備，以決定固定環之狀況及/或評估固定環之使用期限。在一實施例中，提供一種設備。此設備包括：一載具頭，載具頭可在基材被固定在載具頭中時移動於介於用來研磨基材之至少一個研磨站之間的一行進路徑中；以及一傳送站，傳送站用以傳送基材至載具頭與自載具頭傳送基材，載具頭具有一固定環以及一設置在載具頭之行進路徑中的感應器，感應器能夠操作以提供可指示固定環之狀況的度量。
在另一實施例中，提供一種傳送站，傳送站設置在一研磨模組中且用以傳送基材於一基材傳送裝置與至少一個載具頭之間。傳送站包括：一裝載杯組件，裝載杯組件具有一主體，主體的尺寸可接收一基材與一固定環之至少一部分，固定環耦接到至少一個載具頭；以及一感應器，感應器設置在主體上，感應器能夠操作以提供可指示固定環之狀況的度量，其中基材包括一第一半徑，並且感應器定位在主體上且位在一第二半徑處，第二半徑大於第一半徑。
在另一實施例中，提供一種用以監控一固定環之至少一個表面的方法，固定環耦接到一載具頭。此方法包括以下步驟：將載具頭移動，使載具頭鄰近設置在一研磨模組中之一感應器裝置；從感應器裝置朝向固定環傳送能量；接收從固定環所反射之能量；以及基於接收之能量，決定固定環之一狀況。
本發明大體而言提供可促進研磨系統內之固定環的監控方法及設備，以決定固定環之磨損及/或評估固定環之使用期限。描述一工具上(on-tool)監控裝置，該工具上監控裝置係提供固定環的監控，而不需要實體地操縱固定環或將研磨系統停機。此外，來自監控裝置之資料可被提供到控制器且被用來調整後續之研磨製程。
第1圖為研磨系統100的平面圖，研磨系統100具有研磨模組105及基材傳送裝置，研磨系統100適於電化學機械研磨及/或化學機械研磨。研磨模組105包括設置在環境受控的外殼115內之第一研磨站110A、第二研磨站110B及第三研磨站110C。基材傳送裝置(諸如轉盤125)係移動基材於研磨站110A、110B與110C之間。研磨站110A、110B、110C之任一者可執行平坦化或研磨製程，以從基材之特徵側移除材料，而在特徵側上形成平坦表面。模組105可以是更大之研磨系統(諸如REFLEXION、REFLEXION LK、REFLEXION LK ECMPTM、MIRRA MESA及REFLEXION GTTM研磨系統且可從美國加州聖大克勞拉市之應用材料公司購得，儘管可使用其他研磨系統)的一部分。其他研磨模組(包括使用其他類型之研磨墊、帶、可索引之網式墊或上述組合的彼等研磨墊，以及使基材相對於研磨表面來移動於旋轉、線性或其他平面運動的彼等研磨墊)亦可受益於本文描述之實施例。
在一實施例中，研磨模組105之研磨站110A-110C之各者係適於執行一般之化學機械研磨(CMP)製程。或者，第一研磨站110A可經配置以執行電化學機械平坦化(ECMP)製程，而第二研磨站110B與第三研磨站110C可執行CMP製程。在製程之一實施例中，基材具有被形成在其中且被覆蓋有阻障層的特徵定義，且基材具有被設置在阻障層上方的導電材料，基材可使得導電材料在第一研磨站110A與第二研磨站110B中藉由CMP製程以兩步驟來移除，而阻障層在第三研磨站110C中藉由第三CMP製程來處理，以在基材上形成平坦化表面。
在一實施例中，系統100包括模組基座118，模組基座118支撐研磨站110A、110B及110C、傳送站120及轉盤125。研磨站110A、110B及110C之各者包括研磨流體輸送臂128，研磨流體輸送臂128適於在研磨製程期間將研磨流體輸送到研磨表面175。複數個調節裝置130圖示為耦接到模組基座118且可移動於方向A，以為了選擇性地將調節裝置130置放在研磨站110A、110B及110C之各者上方。傳送站120大體上可促進基材135經由濕式機器人140來傳送至系統100與自系統100傳送基材135。通常，濕式機器人140將基材135傳送於傳送站120與工廠界面(未圖示)之間，其中工廠界面可包括清潔模組、度量裝置及一或多個基材儲存匣盒。傳送站120包含第一緩衝站145、第二緩衝站150、傳送機器人155及裝載杯組件160。傳送機器人155係將基材傳送於第一緩衝站145、第二緩衝站150與裝載杯組件160之間。裝載杯組件160包括監控裝置162，監控裝置162耦接到控制器。
轉盤125包括複數個臂170，並且各個臂170支撐載具頭165A-165D。載具頭165C及165D以及兩臂170之一部分係圖示為虛線，以致可看到傳送站120與研磨站110C之研磨表面175。研磨表面175包含設置在可旋轉平台(在此圖中未圖示)上之墊組件的上表面。載具頭165A-165D之各者包括致動器168。轉盤125係將載具頭165A-165D移動於傳送站120與研磨站110A、110B及110C之間，並且致動器168適於將載具頭165A-165D相對於轉盤125移動。轉盤125是可索引的(indexable)，以使得載具頭165A-165D可以藉由使用者定義的順序被移動於研磨站110A、110B、110C與傳送站120之間。載具頭165A-165D之各者係在研磨製程期間將一種基材135固定在研磨站110A-110C上。每個研磨站包括超過一個載具頭的其他研磨模組(諸如REFLEXION GTTM研磨系統)亦可適於受益於本文描述之實施例。載具頭165A-165D之各者可在各個臂170之縱向軸中移動。可在傳送站120A處將經研磨之基材135從各個載具頭165A-165D傳送。另外，可在傳送站120處將未經研磨之基材135傳送至各個載具頭165A-165D。如參考載具頭165D所示，載具頭165D可沿著臂170之縱向軸移動於由虛線指示的行進路徑164，以容許載具頭165D能接近裝載杯組件160且促進基材之傳送。
在一實施例中，轉盤125係依序地前進於逆時針方向(方向B)，以將載具頭165A-165D移動於研磨站110A-110C與傳送站120上方。在處理期間，該四個載具頭165A-165D之三個具有基材被固定在載具頭165A-165D中，並且設置在研磨站110A、110B、110C上方以在研磨站110A、110B、110C上執行研磨製程。藉由將基材移動於該等站之間，基材135依序地被處理，同時基材135被固定在相同的載具頭165A-165D中。在一實例中，三個載具頭165A-165C含有基材，並且推動基材135朝向研磨站110A、110B及110C之研磨表面175。在研磨期間，含有基材之載具頭165A-165C被旋轉於逆時針方向(方向C)，而研磨表面175被旋轉於逆時針方向(方向D)。
當三個載具頭(在此實例中圖示為載具頭165A-165C)被使用在站110A-110C時，載具頭165D鄰近傳送站120，其中基材傳送製程在傳送站120處發生。當該三個載具頭165A-165C執行研磨製程時，載具頭165D可閒置長達一時段。在此時段期間，載具頭165D在傳送站120處是準備在一接著的循環中用在研磨站110A中。載具頭165D可沿著行進路徑164前進，以接近傳送站120。當載具頭165D位在傳送站120處時，載具頭165D可卸載經研磨之基材135且被清洗，並且接收新的未研磨之基材135以為了用在研磨站110A的研磨製程。在一實施例中，使用設置在傳送站120中之監控裝置162來檢測載具頭165D。
研磨表面175係被粗糙化，以促進材料從基材135的機械移除。研磨墊之研磨表面175可以是聚合材料，聚合材料可以是完全介電的，以在研磨製程期間促進材料從基材135的移除。或者，研磨墊之研磨表面175可以是至少部分導電的，以在電化學機械研磨(ECMP)製程中促進材料從基材的電化學溶解。可使用之適當之聚合材料包括聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、氟化聚合物、PTFE、PTFA、聚苯硫醚(PPS)或上述組合，及用在研磨基材表面之其他研磨材料。在一實施例中，研磨墊之研磨表面175包括諸如開放小孔或封閉小孔之聚氨基甲酸酯材料的聚合材料，該聚合材料通常用在為了研磨半導體基材之研磨墊之製造。在另一實施例中，研磨墊之研磨表面175可含有固定磨蝕粒。通常，在研磨期間，研磨流體係被輸送到研磨墊之研磨表面175。研磨流體可以是漿料或電解質流體，取決於所使用的研磨製程和研磨墊類型。
第2圖為第1圖之傳送站120之一實施例的部分剖視圖。如上所述，傳送站120包括裝載杯組件160，裝載杯組件160鄰近第一緩衝站145。第一緩衝站145可以是經配置以支撐基材135之輸入或輸出緩衝站。傳送機器人155係將基材135傳送於第一緩衝站145與裝載杯組件160之間，裝載杯組件160係促進基材到載具頭165D的傳送。
在一實施例中，第一緩衝站145支撐經研磨之基材135，以容許濕式機器人140(第1圖)將基材135傳送到工廠界面，而為了後續的研磨及/或儲存。在另一實施例中，第一緩衝站145支撐未研磨之基材135，以容許載具頭165D接收基材135，而為了在研磨站110A上研磨。在一實施例中，傳送機器人155經配置以將基材135傳送於第一緩衝站145與裝載杯組件160之間，以容許載具頭165D接收基材135，如第2圖之虛線所示。
載具頭165D耦接到軸200，軸200耦接到馬達215，馬達215經配置以將載具頭165D相對於臂170橫向地移動於線性運動(X及/或Y方向)。載具頭165D亦包括致動器或馬達210，用以將載具頭165D相對於臂170升高或降低於Z方向。載具頭165D亦耦接到旋轉致動器或馬達220，旋轉致動器或馬達220適於將載具頭165D相對於臂170繞著旋轉軸旋轉。設置在載具頭165D上之馬達210、215及220亦經配置以提供載具頭165D相對於研磨墊之研磨表面175(第1圖)的移動。在一實施例中，馬達210、215及220經配置以將載具頭165D相對於旋轉之研磨表面175旋轉，並提供向下力以在處理期間推動被固定在載具頭165D中之基材135使基材135抵靠研磨墊之研磨表面175。第2圖所示之載具頭165D結構和操作可代表第1圖之載具頭165A-165C，並且為了簡潔起見，不再描述載具頭165A-165C。
載具頭165D包括主體225，主體225被固定環230所圍繞。載具頭165D亦含有一或多個囊室235A、235B，囊室235A、235B鄰近可撓膜240。當基材135被固定在載具頭165D中時，可撓膜240係接觸基材135之背側。囊室235A及235B耦接到第一可變壓力源245A，第一可變壓力源245A係選擇性地輸送流體到囊室235A及235B以施加力到可撓膜240。在一實施例中，囊室235A係施加力到可撓膜240之外區域，而囊室235B係施加力到可撓膜240之中心區域。從囊室235A及235B被施加到可撓膜240之力係被傳送到基材135之部分，並可用以推動基材135之部分朝向研磨墊(未圖示)之研磨表面。第一可變壓力源245A經配置以獨立地輸送流體到囊室235A及235B之各者，以經由可撓膜240控制到基材135之分離區域的力。此外，可在載具頭135中提供真空埠(未圖示)，以施加吸力到基材135之背側，而促進基材135在載具頭165D中的固定。可使用之載具頭165D之實例包括可從美國加州聖大克勞拉市之應用材料公司購得的TITAN HEADTM、TITAN CONTOURTM及TITAN PROFILERTM載具頭。
在一實施例中，固定環230藉由致動器232耦接到主體225。致動器232是由第二可變壓力源245B來控制。第二可變壓力源245B係提供流體到致動器232或從致動器232移除流體，此舉使得固定環230能相對於載具頭165D之主體225移動於至少Z方向。第二可變壓力源245B係獨立於由馬達210所提供的移動，適於提供固定環230之Z方向移動。第二可變壓力源245B可藉由施加負壓或正壓到致動器232及/或固定環230來提供固定環230的移動。在一態樣中，在研磨製程期間，壓力被施加到固定環230以推動固定環230朝向研磨墊(未圖示)之研磨表面175(第1圖)。第一可變壓力源245A及第二可變壓力源245B之各者可耦接到控制器，以促進研磨配方(polish recipe)的執行，其中該研磨配方係在研磨製程期間自動地控制到基材135之區域的壓力。
在研磨製程期間，固定環230會接觸研磨表面175。固定環230亦可促進研磨流體在研磨表面175上的傳送，並產生因和研磨表面175接觸所造成之摩擦的熱。在研磨製程期間，流體傳送和產生之熱可具有優點。與研磨表面175之接觸係使得固定環230磨損。固定環230之表面之磨損會影響研磨製程，並且固定環230最終將需要更換。所以，必須定期地評估固定環230之厚度，以決定磨損和更換間隔。
在一實施例中，固定環230之表面是由設置在裝載杯組件160中之監控裝置162來監控。當載具頭165D鄰近裝載杯組件160時，固定環230之表面可被感應且表示固定環230之磨損的資料可被傳送到控制器。控制器可與螢幕連通，以對使用者顯示資料。來自監控裝置162之資料係用以預測及/或確定固定環230之狀況，以決定固定環230之使用期限與更換。在一實施例中，資料可指示固定環230之厚度。替代地或另外，控制器可以是可在製程配方中分析資料且實施校正測量以補償研磨製程中固定環230之磨損的系統控制器。因此，來自監控裝置162之資料係用以決定固定環230之使用期限與更換，並且可額外地作為被用來調整研磨製程的控制旋鈕。此外，在具有含固定環之多個載具頭的系統中，可利用來自監控裝置162之資料來獨立於系統中之其他多個載具頭上之其他多個固定環，調整個別固定環的製程配方。舉例而言，儘管該等個別固定環可能以不同速率而磨損，可調整用於一個載具頭上之一個固定環之製程配方，而可將在其餘多個載具頭上之其他多個固定環上之其他多個製程配方維持成相同。
第3圖為傳送站120之另一實施例的示意性剖視圖，傳送站120可與第1圖之研磨系統100一起使用。傳送站120包括裝載杯組件160，並且載具頭165D設置成鄰近裝載杯組件160。在此實施例中，當載具頭165D沒有被用來在第1圖之研磨站110A-110C上進行研磨時，裝載杯組件160經配置以作為適於清潔載具頭165D的清洗站300。
在一實施例中，裝載杯組件160包括主體305，主體305具有耦接到基座309之參考圓錐體或環307。可藉由第一致動器310A使環307與基座309相對於模組基座118移動。第一致動器310A可用以相對於模組基座118移動主體305於至少線性方向(Z方向)。裝載杯組件160亦包括托架320，托架320適於支撐基材135(如虛線所示)。托架320耦接到第二致動器310B，第二致動器310B適於升高與降低托架320之支撐表面321。第二致動器310B可藉由相對於主體305移動支撐表面321於Z方向而促進將基材135傳送至載具頭165D或自載具頭165D傳送基材135。
主體305亦包括複數個噴嘴315，該等噴嘴315用以當托架320上不存在基材時清洗載具頭165D。該等噴嘴315與加壓流體供應器330流體連通。加壓流體供應器330含有流體(諸如去離子水)，流體係經由噴嘴315被施加以清潔載具頭165D。在一實施例中，托架320之支撐表面321經配置以作為具有多個開放區域之環，以容許來自噴嘴315之清潔流體能撞擊載具頭165D。清潔流體係清洗可能留置在載具頭165D上的來自研磨製程之研磨流體和其他碎片。清洗站300亦含有形成在基座309中而作為排出孔之開口325，以選擇性地移除從載具頭165D脫落的流體和研磨碎片。
在此實施例中，清洗站300包括監控裝置162，監控裝置162包含耦接到控制器之感應器335。感應器335適於測量固定環230之厚度T。在一實施例中，感應器335是超音波感應器。感應器335可耦接到主體305或嵌設在主體305內，以傳送且接收音波。音波被傳送到控制器，以提供可指示固定環230之厚度T的度量。在一實施例中，固定環230包含兩個環狀部分，諸如上部分355A及下部分355B。在一實施例中，上部分355A及下部分355B可含有在CMP製程中為化學惰性的材料，諸如金屬材料、陶瓷材料或塑膠材料。在一實施例中，下部分355B含有塑膠，例如聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、含碳之PEEK材料、含之PEEK材料或複合材料。上部分355A可含有比下部分355B更剛硬或緻密的材料。在一實施例中，上部分355A含有不銹鋼、鋁、鉬或陶瓷材料。
在操作之一實例中，感應器335被安裝在主體305之著陸區域345之主動表面340上。著陸區域345可被定義成環307之底表面之區域，其中固定環230之下部分355B在此處會接觸環307之表面。主動表面340可在定位固定環230的著陸區域345處與環307之表面齊平。在一實施例中，音波係被傳送到且通過固定環230之下部分355B，並且從上部分355A被反射。經反射之信號被傳送到控制器且被用來決定固定環230之下部分355B之厚度T。厚度T隨著時間的改變可指示固定環230之磨損。
第4圖為傳送站120之另一實施例的示意性剖視圖，傳送站120可與第1圖之研磨系統100一起使用。在此實施例中，裝載杯組件160經配置以作為清洗站400，實質上類似於第3圖所示之實施例。為了簡潔起見，將不再重複類似於第3圖傳送站120的傳送站120之元件。
在此實施例中，監控裝置162包含感應器335，感應器335是渦電流感應器且適於測量下部分355B之厚度T。在此實施例中，下部分355B之接觸表面405會接觸環307之主動表面340。在其他實施例中，可在固定環230與環307相隔時利用感應器335。在一態樣中，適於作為渦電流感應器之感應器335可被用來測量主動表面340與固定環230之上部分355A之接觸表面405之間的位移。位移係對應於至少固定環230之下部分355B之厚度的改變。當固定環230之下部分355B接觸主動表面340時，或當下部分355B被保持成與主動表面340相隔一恆定距離時，可決定位移。
第5A圖為具有一或多個溝槽500之固定環230之一實施例的部分平面圖。各個一或多個溝槽500被形成在固定環230中，而位在介於固定環230之接觸表面405與溝槽500之底部505之間的期望深度處。各個設置在固定環230上之溝槽500可用以藉由在研磨製程期間增加研磨流體之傳送來促進研磨。
第5B圖為傳送站120之另一實施例的示意性剖視圖，該傳送站120可與第1圖之研磨系統100以及第5A圖所示之固定環230一起使用。固定環230包含一或多個溝槽500，該等溝槽500具有由接觸表面405及底部505界定的深度D'。溝槽500之深度D'的改變係對應於固定環230之厚度的改變。在一實施例中，感應器335可耦接到環307或嵌設在環307內。感應器335可以是光學感應器、渦電流感應器、超音波感應器或其他適當之感應裝置。在一實施例中，感應器335包含複數個波導，該等波導設置在傳送站120之主體中，並且該等波導係定位成當固定環230與傳送站120之主體對準時將光指向固定環230。在一實施例中，感應器335包含傳送器及接收器。在一實施例中，感應器335是超音波感應器，超音波感應器經配置以傳送且接收撞擊到接觸表面405之音波(被圖示成信號510)。音波被傳送到控制器以提供可指示溝槽500之深度D'及因而可指示固定環230之厚度的度量，無論固定環230是以乾式或濕式來感應皆可。因此，接觸表面405與底部505之間所測量的溝槽500之深度可決定磨損，而不需要固定環230與裝載杯組件160之其他部分之間的實體接觸。可以預定之旋轉速度將載具頭165D旋轉，以提供固定環230之多個位置處的感應。因此，可監控多個溝槽500。或者，載具頭165D可不運動，以容許單一溝槽500的感應。在另一實 施例中，可利用受控之空氣柱或液體柱來環繞信號510且控制固定環230與感應器335之間的界面。舉例而言，可利用起泡器(未圖示)來形成圓柱狀空氣柱，該圓柱狀空氣柱係環繞信號510之路徑。
在一實施例中，監控裝置162之位置是位於基材135之區域的外側，以避免非感興趣之基材135或載具頭165之部分的任何不利感應。舉例而言，在圓形基材的情況中，基材135包括第一半徑R1。在一實施例中，對於200mm直徑之基材，第一半徑R1包括約100mm之半徑。在另一實施例中，對於300mm直徑之基材，第一半徑R1包括約150mm之半徑。在一實施例中，監控裝置162定位在第二半徑R2處，第二半徑R2是大於第一半徑R1或位於第一半徑R1的外側。對於200mm基材，第二半徑R2可與中心線C'相隔大於約100mm，諸如約105mm至約120mm。在另一實例中，對於300mm基材，第二半徑R2可與中心線C'相隔大於約150mm，諸如約155mm至約170mm。中心線C'可以是裝載杯組件160之幾何形態中心及/或載具頭165D之中心。因此，監控裝置162的定位可避免非感興趣之基材135或載具頭165D之部分的任何不利感應。
第6圖為傳送站120之另一實施例的示意性剖視圖，該傳送站120可與第1圖之研磨系統100一起使用。在此實施例中，裝載杯組件160類似於第3圖、第4圖和第5圖所示之實施例。為了簡潔起見，將不再重複類似 於第3圖-第5圖傳送站120的傳送站120之元件。在一實施例中，固定環230包含一或多個溝槽500，且類似於第5圖之固定環230之實施例。
在此實施例中，監控裝置162包含感應器335，感應器335是超音波感應器，儘管可使用光學感應器、渦電流感應器或其他適當之感應裝置。在一實施例中，當固定環230位於感應器335之視線(line-of-sight)或視野(field of view)中時，可使用感應器335。在其他實施例中，當固定環230至少部分地設置在裝載杯組件160中時，可使用感應器335。在一態樣中，感應器335包括管狀導管600，管狀導管600設置成鄰近感應器335。管狀導管600耦接到流體供應器605，流體供應器605係輸送諸如去離子水之流體以環繞感應器335之信號路徑。流體係被用來去除不受控之空氣，其中該不受控之空氣可能影響來自感應器335之信號。在一實施例中，固定環230之接觸表面405係直接地接觸環307之主動表面340。在另一實施例中，管狀導管600耦接到致動器610，致動器610可容許管狀導管600相對於環307之主動表面340延伸且縮回。當載具頭165D沒有接觸環307時，可朝向接觸表面405將管狀導管600致動(如虛線所示)到的鄰近固定環230之接觸表面405的位置。管狀導管600可包含感應器335之至少一部分，感應器335之至少一部分和管狀導管600一起朝向固定環230之接觸表面405移動。當不需要感應器335時，致動器610 亦可將管狀導管600縮回。
第7圖是流程圖，流程圖圖示方法700之一實施例。在705，將具有固定環230之載具頭165D移動使載具頭165D鄰近監控裝置162。在一實施例中，監控裝置162設置在研磨模組105內之裝載杯組件160上。在其他實施例中，監控裝置162可鄰近傳送站120或位於鄰近傳送站120之載具頭165D之行進路徑中或位於研磨模組105之其他位置上。監控裝置162包括感應器335，並且能量從感應器335被傳送(如710所示)。能量可以是超音波、光波或磁場或磁性信號。在715，從固定環230反射之能量被感應器335接收。所反射之能量可來自固定環230之表面的內表面或外表面。在720，基於所接收之能量，決定固定環之狀況。所反射之信號可被提供到控制器，以獲得可指示固定環230之狀況(例如固定環230或固定環230之部分之厚度，或可與固定環230之厚度相關聯的固定環230之溝槽500之深度)的度量。可利用資料，以決定固定環230之更換間隔及/或後續研磨製程中之變數的調整。
本文描述之實施例係提供用以監控固定環230之表面狀況的方法及設備，其中該固定環230設置在研磨站中之載具頭(諸如本文描述之載具頭165A-165D)上。監控裝置162係被描述成可安裝在工具上(on-tool)，並且在一實施例中可感應多個研磨循環之間的固定環230狀況。可藉由使用者以作為常規監控之部分的預定間隔或 可基於使用者喜好以所選擇的間隔，而設定固定環230的感應。來自監控裝置162之資料被提供到控制器，其中控制器可用以監控固定環230之磨損、決定固定環230之使用期限及/或決定固定環230之更換間隔。在一態樣中，來自監控裝置162之資料可用以預測固定環230之使用期限且促進在可用的使用期限終止時固定環230之更換。在另一態樣中，來自監控裝置162之資料可用以預測使用期限且促進方便的更換間隔(若固定環230沒有完全被磨損)。
本文描述之監控裝置162之實施例可將載具頭165A-165D與固定環230之實體操縱及/或和載具頭165A-165D與固定環230的機械接觸減到最少或去除。舉例而言，諸如卡鉗的機械測量裝置需要與固定環230接觸。在測量期間與機械測量裝置的接觸會損壞固定環230，此舉接著在處理期間會損壞研磨表面175。可在工具內進行測量，並且不需要將研磨系統停機。此外，不需要將固定環230完全地乾燥以進行測量。監控裝置162被安裝在工具上，以致環境被包含在環境受控的外殼115(第1圖)內。因此，本文描述之監控裝置162係提供固定環230之監控，而幾乎不會潛在地損壞操縱或接觸載具頭165A-165D及/或破壞研磨模組105之環境。此方法及設備亦可將耗時且可能不精確的視覺檢測予以去除或減到最少。此外，可將產能最大化，此是因為研磨系統不需要為了進行固定環230之測量及/或觀察而停機。
此外，固定環230磨損資料可作為研磨製程期間的控制變數。舉例而言，若固定環230包含溝槽500且溝槽500顯示了預定量的磨損，可調整一或多個研磨參數，以補償任何對於研磨均勻性之固定環230厚度效應。在一實例中，可調整研磨參數(諸如載具頭165A-165D之旋轉速度及向下力)，以解決固定環230之磨損且模仿幾乎沒有磨損之固定環230的研磨效應。在一態樣中，可將載具頭165A-165D之旋轉速度予以加速，以促進研磨流體之傳送且在研磨表面175上產生熱，此實質等於幾乎沒有磨損之固定環230的效應。
在另一實例中，在固定環230之使用期限期間，可利用固定環230磨損資料來將晶圓內非均勻性減到最少。可以自動化製程控制系統來利用固定環230磨損資料，其中該自動化製程控制系統耦接到多區域載具頭(諸如第2圖所示之載具頭165D)中的囊室235A及235B。此外，自動化製程控制系統可與第2圖所示之載具頭165D上之致動器232連通。在一態樣中，回應於固定環230之厚度的改變，可變更由致動器232施加到外區域(囊室235A)及/或固定環230之壓力。可基於固定環230之厚度資料即時地進行由囊室235A及235B施加到基材之壓力及/或施加到固定環230之壓力的改變。因此，可基於固定環230之磨損藉由操控研磨參數來控制被研磨之基材的移除速率、移除輪廓及/或拓撲。此外，由於可調整各個載具頭165A-165D之研磨參數，可將載具頭至載具 頭的變化減到最小。
本文描述之實施例係提供可促進研磨系統內之固定環之監控的方法及設備，以決定固定環之狀況及/或評估固定環之使用期限。在一實施例中，提供一種設備。此設備包括：一載具頭，載具頭可在基材被固定在載具頭中時移動於介於用來研磨基材之至少一個研磨站之間的行進路徑中；以及一傳送站，傳送站用以傳送基材至載具頭與自載具頭傳送基材，載具頭具有固定環以及設置在載具頭之行進路徑中的感應器，感應器能夠操作以提供可指示固定環之狀況的度量。
在另一實施例中，提供一種傳送站，傳送站設置在研磨模組中且用以傳送基材於基材傳送裝置與至少一個載具頭之間。傳送站包括：一裝載杯組件，裝載杯組件具有主體，主體的尺寸可接收基材及固定環之至少一部分，固定環耦接到至少一個載具頭；以及一感應器，感應器設置在主體上，感應器能夠操作以提供可指示固定環之狀況的度量，其中基材包括第一半徑，並且感應器定位在主體上且位於第二半徑處，第二半徑大於第一半徑。
儘管前述內容係針對本發明之實施例，但可在不脫離本發明之基本範疇下設想出本發明之其他及進一步實施例。
A‧‧‧方向
B‧‧‧方向
C‧‧‧方向
C'‧‧‧中心線
D‧‧‧方向
D'‧‧‧深度
T‧‧‧厚度
R1‧‧‧第一半徑
R2‧‧‧第二半徑
100‧‧‧研磨系統
105‧‧‧研磨模組
110A‧‧‧第一研磨站
110B‧‧‧第二研磨站
110C‧‧‧第三研磨站
115‧‧‧外殼
118‧‧‧模組基座
120‧‧‧傳送站
125‧‧‧轉盤
128‧‧‧研磨流體輸送臂
130‧‧‧調節裝置
135‧‧‧基材
140‧‧‧濕式機器人
145‧‧‧第一緩衝站
150‧‧‧第二緩衝站
155‧‧‧傳送機器人
160‧‧‧裝載杯組件
162‧‧‧監控裝置
164‧‧‧行進路徑
165A-165D‧‧‧載具頭
168‧‧‧致動器
170‧‧‧臂
175‧‧‧研磨表面
200‧‧‧軸
210‧‧‧馬達
215‧‧‧馬達
220‧‧‧旋轉致動器
225‧‧‧主體
230‧‧‧固定環
232‧‧‧致動器
235A-235B‧‧‧囊室
240‧‧‧可撓膜
245A‧‧‧第一可變壓力源
245B‧‧‧第二可變壓力源
300‧‧‧清洗站
305‧‧‧主體
307‧‧‧環
309‧‧‧基座
310A‧‧‧第一致動器
310B‧‧‧第二致動器
315‧‧‧噴嘴
320‧‧‧托架
321‧‧‧支撐表面
325‧‧‧開口
335‧‧‧感應器
340‧‧‧主動表面
345‧‧‧著陸區域
355A‧‧‧上部分
355B‧‧‧下部分
400‧‧‧溝槽
405‧‧‧接觸表面
410‧‧‧信號
500‧‧‧溝槽
505‧‧‧底部
510‧‧‧信號
600‧‧‧管狀導管
605‧‧‧流體供應器
610‧‧‧致動器
700‧‧‧方法
705-720‧‧‧步驟
因此，可詳細理解本發明之上述特徵結構之方式，即上文簡要概述之本發明之更特定描述可參照實施例進行，其中一些實施例在附圖中圖示。然而，應注意的是，附圖僅圖示本發明之典型實施例，且因此不欲視為會對本發明範疇構成限制，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖為研磨系統之一實施例的平面圖。
第2圖為傳送站之一實施例的部分剖視圖，該傳送站可被用在第1圖之研磨系統中。
第3圖為傳送站之另一實施例的示意性剖視圖，該傳送站可與第1圖之研磨系統一起使用。
第4圖為傳送站之另一實施例的示意性剖視圖，該傳送站可與第1圖之研磨系統一起使用。
第5A圖為固定環之一實施例的部分平面圖。
第5B圖為傳送站之另一實施例的示意性剖視圖，該傳送站可與第1圖之研磨系統一起使用。
第6圖為傳送站之另一實施例的示意性剖視圖，該傳送站可與第1圖之研磨系統一起使用。
第7圖是一流程圖，流程圖圖示方法之一實施例。
為促進理解，在可能時使用相同的元件符號來指定該等圖式共有的相同元件。預期，一個實施例中揭示的元件可有利地用於其他實施例而不需特別詳述。
118．．．模組基座
120．．．傳送站
135．．．基材
145．．．第一緩衝站
155．．．傳送機器人
160．．．裝載杯組件
162．．．監控裝置
165D．．．載具頭
170．．．臂
200．．．軸
210．．．馬達
215．．．馬達
220．．．旋轉致動器
225．．．主體
230．．．固定環
232．．．致動器
235A-235B．．．囊室
240．．．可撓膜
245A．．．第一可變壓力源
245B．．．第二可變壓力源

Claims (25)

  1. 一種設備，該設備包含：一載具頭，該載具頭可在一基材被固定在該載具頭中時於介於用來研磨該基材之至少一個研磨站之間的一行進路徑中移動；以及一傳送站，該傳送站用以傳送該基材至該載具頭與自該載具頭傳送該基材，該載具頭具有一固定環以及設置在該載具頭之該行進路徑中的一感應器，其中該感應器包括一管狀導管，該管狀導管設置於鄰近該感應器處，以環繞介於該固定環與該感應器之間的該感應器之一信號路徑，該感應器能夠操作以提供可指示該固定環之一狀況的一度量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該感應器是一超音波感應器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該感應器是一渦電流感應器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該感應器是一光學感應器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該感應器包 含複數個波導，該等波導設置在該傳送站之一主體中，並且該等波導係定位成當該固定環與該傳送站之該主體對準時將光指向該固定環。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該感應器包含一傳送器及接收器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該傳送站包含一或多個噴嘴，該等噴嘴與一水源流體連通。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該傳送站包含一主體，該主體的形狀可容納一流體。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該基材包括一第一半徑，並且該感應器定位在一第二半徑處，該第二半徑大於該第一半徑。
  10. 一種傳送站，該傳送站設置在一研磨模組中且用以於一基材傳送裝置與至少一個載具頭之間傳送基材，該傳送站包含：一裝載杯組件，該裝載杯組件具有一主體，該主體的尺寸可接收一基材及一固定環之至少一部分，該固定環耦接到該至少一個載具頭；以及一感應器，該感應器設置在該主體上，其中該感 應器包括一管狀導管，該管狀導管設置於鄰近該感應器處，以環繞介於該固定環與該感應器之間的該感應器之一信號路徑，該感應器能夠操作以提供可指示該固定環之一狀況的一度量，其中該基材包括一第一半徑，並且該感應器定位在該主體上且位於一第二半徑處，該第二半徑大於該第一半徑。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之傳送站，其中該感應器是一超音波感應器。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之傳送站，其中該感應器是一渦電流感應器。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之傳送站，其中該感應器是一光學感應器。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之傳送站，其中該感應器包含一傳送器及接收器。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之傳送站，其中該主體包含一或多個噴嘴，該等噴嘴與一水源流體連通。
  16. 一種用以監控一固定環之至少一個表面的方法，該固定環耦接到一載具頭，該方法包含以下步驟： 移動該載具頭，使該載具頭鄰近設置在一研磨模組中之一感應器裝置；從該感應器裝置朝向該固定環傳送能量，其中該感應器裝置包括一管狀導管，該管狀導管設置於鄰近該感應器裝置處，以環繞介於該固定環與該感應器裝置之間的該感應器裝置之一信號路徑；接收從該固定環所反射之能量；以及基於該接收之能量，決定該固定環之一狀況。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該傳送與接收之能量是一音波。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該傳送與接收之能量是一光學信號。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該傳送與接收之能量是一磁場。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該能量經由一液體來傳送與接收。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：移動該載具頭，使該載具頭鄰近設置在該研磨模 組中之一裝載杯組件，該感應器裝置設置在該裝載杯組件之一主體中。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：當該固定環位於該感應器裝置之視線中時，將該裝載杯組件內之該感應器裝置致動。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中該接收之能量可指示該固定環之一厚度。
  24. 如申請專利範圍第16項所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：傳送一基材到該載具頭；以及推動該基材朝向一研磨墊之一研磨表面，以在該基材上執行一研磨製程，其中該研磨墊設置在該研磨模組中。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該接收之能量可指示該固定環之一厚度，該方法進一步包含以下步驟：基於該固定環之一厚度，調整該研磨製程之一或多個參數。
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