TWI574778B - 硏磨拋光機 - Google Patents

Description

研磨拋光機

本發明是有關於一種研磨拋光機，特別是有關於具有線上量測、線上清洗及線上修整功能之研磨拋光機。

化學機械拋光機為一種應用於半導體製程之裝置，其通常為晶圓製程的最後一道製程。由於在半導體製程中，大多要求晶圓須具有平坦的表面，故必須利用化學機械拋光機在拋光液反應及機械研磨下，先去除掉晶圓的表面缺陷。

其中，影響晶圓移除率最重要的參數便在於研磨的穩定度以及拋光墊之修整率。當研磨穩定度不足時，將導致晶圓表面的移除率不一致。而拋光墊之表面粗糙程度不僅影響拋光液的互相作用，也決定拋光墊可蘊含多少數量的拋光液。故而在晶圓研磨拋光後還必須進行後續量測，以校準其晶圓移除率及拋光墊的修正率。

因此，為了方便進行並整合晶圓製程，發明人積極投入時間並竭盡心思，完成一種同時具有線上量測、線上清洗及線上修整功能之研磨拋光機。

本發明之目的是在於提供一種多功能之研磨拋光機，特別是一種具有線上量測、線上清洗及線上修整功能之研磨拋光機。

根據本發明一結構實施態樣是在提供一種研磨拋光機，包含一機體、一氣浮研磨座、二研磨拋光頭、一研磨量測系統、一修整件、一音圈馬達以及一可撓清洗管。氣浮研磨座設於機體上，氣浮研磨座上設有一研磨拋光墊，用以同時研磨二被研磨物。二研磨拋光頭可移動地設於機體上，二研磨拋光頭用以分別固定被研磨物。研磨量測系統可移動地設於機體上，研磨量測系統用以於被研磨物停止研磨時量測被研磨物之一厚度，且研磨量測系統於被研磨物停止研磨時可量測研磨拋光墊之一工作移除率。修整件可移動地設於機體，修整件依據工作移除率對研磨拋光墊進行補償修整。音圈馬達設於機體上，音圈馬達驅動二研磨拋光頭，用以提高研磨拋光墊之一修整率及工作移除率。可撓清洗管設於機體上。

根據前述結構實施態樣之一實施例，其中氣浮研磨座包含一座體、複數氣浮軸承、複數支撐架、一研磨平台以及一旋轉支架。座體延伸設於機體上，座體中間具有一中心孔。氣浮軸承圍繞中心孔設於座體。支撐架分佈設於氣浮軸承之間。研磨平台位於氣浮軸承及支撐架上。旋轉支架可移動地穿設於中心孔並可帶動研磨平台旋轉。

根據前述結構實施態樣之另一實施例，其中研磨拋光頭可為多孔性陶磁吸盤。二研磨拋光頭間之一距離可對應等於研磨拋光墊之一直徑。

根據本發明另一結構實施態樣是在提供一種研磨拋光機，包含一機體、一第一移動平台、一第二移動平台、一第三移動平台、一氣浮研磨座、二研磨拋光頭、一研磨量測系統、一修整件、一音圈馬達以及一可撓清洗管。第一移動平台設於機體上且移動於一第一軸向及一第二軸向。第二移動平台設於機體上且移動於第一軸向。第三移動平台設於機體上且移動於一第三軸向。氣浮研磨座設於機體上，氣浮研磨座上設有一研磨拋光墊，用以同時研磨二被研磨物，氣浮研磨座包含一座體、六氣浮軸承、六支撐架、一研磨平台及一旋轉支架，座體延伸設於機體上，座體中間具有一中心孔。六氣浮軸承圍繞中心孔設於座體。六支撐架分佈設於氣浮軸承之間。研磨平台位於氣浮軸承及支撐架上。旋轉支架可移動地穿設於中心孔並可帶動研磨平台旋轉。二研磨拋光頭設於第一移動平台，二研磨拋光頭用以分別固定二被研磨物。研磨量測系統設於第二移動平台，研磨量測系統包含一非接觸式位移計及一接觸式位移計。非接觸式位移計用以於被研磨物停止研磨時量測被研磨物之一厚度。接觸式位移計於被研磨物停止研磨時量測研磨拋光墊之一工作移除率。修整件設於第三移動平台且連接接觸式位移計，修整件依據工作移除率對研磨拋光墊進行補償修整。音圈馬達設於第一移動平台上，音圈馬達驅動二研磨拋光頭，用以提高研磨拋光 墊之一修整率及工作移除率。可撓清洗管設於第一移動平台上且位於二研磨拋光頭之間。

根據前述結構實施態樣之一實施例，其中研磨拋光頭可為多孔性陶磁吸盤。二研磨拋光頭間之一距離可對應等於研磨拋光墊之一直徑。

因此，由前述研磨拋光機的實施方式及實施例之可得知，本發明將二研磨拋光頭、研磨量測系統、修整器及可撓清洗管同時架設於機體上，使研磨拋光機同時可進行線上量測、線上清洗及線上修整，並可同時研磨二被研磨物，不僅方便且節省重複的製程作業時間。此外，本發明之研磨拋光機更採用音圈馬達來驅動研磨拋光頭，並利用氣浮軸承來承載研磨平台，藉此增加研磨的穩定度，且可同時提升拋光墊修整率及工作移除率。

100A‧‧‧研磨拋光機

100‧‧‧機體

110‧‧‧承載部

120‧‧‧延伸部

200‧‧‧移動平台系統

210‧‧‧第一移動平台

220‧‧‧第二移動平台

230‧‧‧第三移動平台

300‧‧‧氣浮研磨座

310‧‧‧座體

311‧‧‧中心孔

320‧‧‧氣浮軸承

330‧‧‧支撐架

340‧‧‧研磨平台

350‧‧‧旋轉支架

400‧‧‧研磨拋光頭

500‧‧‧研磨量測系統

510‧‧‧非接觸式位移計

520‧‧‧接觸式位移計

600‧‧‧修整件

700‧‧‧音圈馬達

800‧‧‧可撓清洗管

M‧‧‧被研磨物

CP‧‧‧研磨拋光墊

X‧‧‧第一軸向

Z‧‧‧第二軸向

Y‧‧‧第三軸向

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施方式的一種研磨拋光機之外觀示意圖。

第2圖係繪示第1圖之研磨拋光機之部分示意圖。

第3圖係繪示第1圖中氣浮研磨座之配置示意圖。

第4圖係繪示第1圖之研磨拋光機同時進行研磨與修整之示意圖。

第5圖係繪示第4圖之研磨拋光機同時進行研磨與修整之側視圖。

第6圖係繪示第1圖之研磨拋光機進行量測之示意圖。

請參照第1圖、第2圖及第3圖，其中第1圖及第2圖係分別繪示依照本發明一實施方式的一種研磨拋光機之外觀示意圖及部分示意圖，第3圖係繪示第1圖中氣浮研磨座之配置示意圖。研磨拋光機100A包含一機體100、一移動平台系統200、一氣浮研磨座300、二研磨拋光頭400、一研磨量測系統500、一修整件600、一音圈馬達700以及一可撓清洗管800。

機體100為一矩形座體，機體100包含一承載部110及一延伸部120。

一移動平台系統200包含一第一移動平台210、一第二移動平台220及一第三移動平台230。第一移動平台210設於機體100之延伸部120上且移動於一第一軸向X及一第二軸向Z。第二移動平台220設於機體100之延伸部120上且移動於第一軸向X。第三移動平台230設於機體100之延伸部120上且移動於一第三軸向Y。

氣浮研磨座300設於機體100之承載部110上，氣浮研磨座300上設有一研磨拋光墊CP，用以同時研磨二被研磨物M，氣浮研磨座300包含一座體310、六氣浮軸承320、六支撐架330、一研磨平台340及一旋轉支架350，座體310延 伸設於機體100之承載部110上，座體310中間具有一中心孔311。六氣浮軸承320圍繞中心孔311設於座體310。六支撐架330分佈設於氣浮軸承320之間(第3圖其中部分支撐架330被座體310遮掩)。研磨平台340位於氣浮軸承320及支撐架330上，而研磨拋光墊CP位於研磨平台340上。旋轉支架350可移動地穿設於中心孔311並可支撐帶動研磨平台340旋轉。

二研磨拋光頭400設於第一移動平台210，二研磨拋光頭400用以分別固定二被研磨物M。本實施方式所採之研磨拋光頭400可為多孔性陶磁吸盤，且研磨拋光頭400利用真空吸附方式來固定被研磨物M。

研磨量測系統500設於第二移動平台220，研磨量測系統500包含一非接觸式位移計510及一接觸式位移計520。非接觸式位移計510用以於被研磨物M停止研磨時量測被研磨物M之厚度。接觸式位移計520於被研磨物M停止研磨時量測研磨拋光墊CP之工作移除率。在本實施方式中，非接觸式位移計510可為一雷射位移計、一渦電流式位移計、一電容式位移計或一光纖位移計，接觸式位移計520可為一線性差動變壓位移計(LVDT)或一拉線式位移計，前述舉例為可行實施類型，但本發明範圍並不限於此。

修整件600設於第三移動平台230且連接接觸式位移計520，修整件600依據接觸式位移計520所量測之工作移除率對研磨拋光墊CP進行補償修整。

音圈馬達700設於第一移動平台210上，音圈馬達700作為二研磨拋光頭400致動源，用以提高研磨拋光墊CP之一修整率及工作移除率。

可撓清洗管800設於第一移動平台210上且位於二研磨拋光頭400之間。

請參照第4圖、第5圖及第6圖，第4圖及第5圖係繪示第1圖之研磨拋光機100A同時進行研磨與修整之示意圖及側視圖。第6圖係繪示第1圖之研磨拋光機100A進行量測之示意圖。如第4圖所示，當研磨拋光機100A進行研磨時，控制第二移動平台220朝第二軸向Z往下，使二研磨拋光頭400上之被研磨物M碰觸研磨拋光墊CP，由於音圈馬達700具有線性傳動、無振頓推力優點，且研磨平台340底下由設置六氣浮軸承320同時吹出高壓氣體來使其懸浮，更可加強研磨的穩定性並活化研磨製程。如第5圖所示，利用第三移動平台230承載修整件600往第三軸向Y前進至研磨拋光墊CP上方，如此便可同時對兩被研磨物M研磨，且又同時對研磨拋光墊CP修整。在這邊注意的是，二研磨拋光頭400之一距離可對應等於研磨拋光墊CP之一直徑，而修整件600伸出時剛好位於二研磨拋光頭400之間而不互相影響。

如第6圖所示，當研磨拋光機100A進行量測時，研磨拋光頭400及修整件600已經藉由第一移動平台210及第三移動平台230移動至初始位置。接者，控制第二移動平台220往第一軸向X移動至研磨拋光頭400之下方及研磨拋光墊CP上方，同時利用非接觸式位移計510對研磨拋光頭400上之 被研磨物M量測其厚度，接觸式位移計520則碰觸研磨拋光墊CP以量測其工作移除率並回傳修整件600使其確認修整率。

因此，本發明之研磨拋光機具有以下優點：

1. 於同一機台上同時具有線上量測、線上清洗及線上修整之多功能。

2. 具有二研磨拋光頭，可在相對研磨拋光墊支直徑範圍內同時對二被研磨物進行研磨。

3. 具有音圈馬達以及氣浮軸承，增加研磨的穩定度，可同時提升拋光墊修整率及工作移除率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。

100A‧‧‧研磨拋光機

100‧‧‧機體

110‧‧‧承載部

120‧‧‧延伸部

200‧‧‧移動平台系統

210‧‧‧第一移動平台

220‧‧‧第二移動平台

230‧‧‧第三移動平台

300‧‧‧氣浮研磨座

400‧‧‧研磨拋光頭

500‧‧‧研磨量測系統

510‧‧‧非接觸式位移計

520‧‧‧接觸式位移計

600‧‧‧修整件

700‧‧‧音圈馬達

800‧‧‧可撓清洗管

CP‧‧‧研磨拋光墊

M‧‧‧被研磨物

X‧‧‧第一軸向

Z‧‧‧第二軸向

Y‧‧‧第三軸向

Claims (6)

1. 一種研磨拋光機，包含：一機體；一氣浮研磨座，設於該機體上，該氣浮研磨座上設有一研磨拋光墊，用以同時研磨二被研磨物，該氣浮研磨座包含：一座體，延伸設於該機體上，該座體中間具有一中心孔；複數氣浮軸承，圍繞該中心孔設於該座體；複數支撐架，分佈設於該些氣浮軸承之間；一研磨平台，位於該些氣浮軸承及該些支撐架上；及一旋轉支架，可移動地穿設於該中心孔並可帶動該研磨平台旋轉；二研磨拋光頭，其可移動地設於該機體上，該二研磨拋光頭用以分別固定該二被研磨物；一研磨量測系統，其可移動地設於該機體上，該研磨量測系統用以於該被研磨物停止研磨時量測該被研磨物之一厚度，且該研磨量測系統於該被研磨物停止研磨時量測該研磨拋光墊之一工作移除率；一修整件，可移動地設於該機體，該修整件依據該工作移除率對該研磨拋光墊進行補償修整；一音圈馬達，設於該機體上，該音圈馬達驅動該二研磨拋光頭；以及 一可撓清洗管，設於該機體上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨拋光機，其中各該研磨拋光頭為多孔性陶磁吸盤。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨拋光機，其中該二研磨拋光頭間之一距離對應等於該研磨拋光墊之一直徑。
4. 一種研磨拋光機，包含：一機體；一第一移動平台，設於該機體上且移動於一第一軸向及一第二軸向；一第二移動平台，設於該機體上且移動於該第一軸向；一第三移動平台，設於該機體上且移動於一第三軸向；一氣浮研磨座，其設於該機體上，該氣浮研磨座上設有一研磨拋光墊，用以同時研磨二被研磨物，該氣浮研磨座包含：一座體，延伸設於該機體上，該座體中間具有一中心孔；六氣浮軸承，圍繞該中心孔設於該座體；六支撐架，分佈設於該些氣浮軸承之間；一研磨平台，位於該些氣浮軸承及該些支撐架上；及 一旋轉支架，可移動地穿設於該中心孔並可帶動該研磨平台旋轉；二研磨拋光頭，其設於該第一移動平台，該二研磨拋光頭用以分別固定該二被研磨物；一研磨量測系統，其設於該第二移動平台，該研磨量測系統包含：一非接觸式位移計，用以於該被研磨物停止研磨時量測該被研磨物之一厚度；及一接觸式位移計，於該被研磨物停止研磨時量測該研磨拋光墊之一工作移除率；一修整件，其設於該第三移動平台並連接該接觸式位移計，該修整件依據該工作移除率對該研磨拋光墊進行補償修整；一音圈馬達，設於該第一移動平台上，該音圈馬達驅動該二研磨拋光頭；以及一可撓清洗管，設於該第一移動平台上且位於該二研磨拋光頭之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之研磨拋光機，其中各該研磨拋光頭為多孔性陶磁吸盤。
6. 如申請專利範圍第4項所述之研磨拋光機，其中該二研磨拋光頭間之一距離對應等於該研磨拋光墊之一直徑。