TWI490451B - 調節器檢測裝置及其用以檢測調節器之方法 - Google Patents

Description

調節器檢測裝置及其用以檢測調節器之方法

本發明係關於一種調節器檢測裝置及其用以檢測調節器之方法，特別是一種具有檢測調節器之平坦度及其所嵌設之研磨顆粒數的裝置及其方法。

近年來因應半導體製程的微細化及線路的複雜性，晶圓表面的平整度隨之受到重視。為了達到晶圓表面全面整平之效果目前多使用化學機械拋光技術，該化學機械拋光技術係依賴機台的設計、研磨液、研磨墊及研磨墊調節器維持整個化學機械拋光製程的穩定性，且以該研磨墊調節器(Pad conditioner)刮除該研磨墊表面老化的部份，進而確保晶圓的研磨品質。

其中，該研磨墊調節器多半係嵌設有研磨顆粒以對該研磨墊進行較精準的修整工作，特別又以硬度較高的鑽石顆粒作為研磨顆粒較適當(稱為鑽石調節器)。然而，該鑽石調節器經長時間的研磨動作後，係容易於該鑽石調節器嵌設有鑽石之表面產生磨損，甚至影響該鑽石顆粒的平坦度，以致於該鑽石調節器表面產生鑽石顆粒不均勻之現象。因此，於長時間的研磨過程後，必須檢測該鑽石調節器表面之平坦度及其所嵌設之鑽石顆粒數量，以確保該鑽石調節器所嵌設的鑽石顆粒可以充分接觸該研磨墊之表面，而具有較佳的研磨效率。

目前用以檢測該鑽石調節器之方法，係提供一檢測裝置，該檢測裝置係包含一大理石平台及一量測具，該量測具係架設於該大理石平台的上方，且該量測具可以為高度規。藉此，將該鑽石調節器置放於大理石平台後，係以高度規量測具測量該鑽石調節器內外圈的高度差，而獲得內外圈各八個量測點(如第1圖所示)，再依該內外圈所測得之量測點數據進行計算，即可得知該鑽石調節器表面的平坦度情形。

然而，上述習用之方法係利用額外架設之量測具檢測該鑽石調節器的內外高度差，以此作為判斷該鑽石調節器表面平坦度的依據，因此，係容易衍生有下述問題：

1、由於該量測具係屬額外架設之設備，容易因該量測具與該鑽石調節器的對位偏差而影響檢測的結果，甚至可能因檢測過程產生不當碰觸而導致該量測具位移，最終均會造成該鑽石調節器的檢測誤差，而增加數據判斷的困難性，以致於無法具有穩定的檢測效果。

2、再者，該鑽石調節器之平坦度係指該鑽石調節器所嵌設之鑽石顆粒接觸待整物(如研磨墊)的均勻度，由於該鑽石顆粒係散佈於該鑽石調節器之表面，且各該鑽石顆粒經長時間研磨後的表面尖銳度亦明顯不同，因此，就上述習用方法係無法針對各該鑽石顆粒的表面尖銳度獲得準確的檢測數據，以致於產生該鑽石調節器表面的鑽石顆粒與該待整物接觸不均勻之現象，進而增加該鑽石調節器表面的磨損率且降低其使用壽命。

3、另外，該鑽石調節器不僅需檢測其表面之平坦度，更需要對該鑽石調節器所嵌設的鑽石顆粒數進行評估，以維持適當的鑽石顆粒數。然而，上述習用方法僅針對該鑽石調節器的表面平坦度進行測試，並無法同時檢測該鑽石調節器所嵌設的鑽石顆粒數，因此，當該鑽石調節器經長時間研磨後，往往無法經檢測快速得知其中所嵌設之鑽石顆粒的殘餘數量，以致於常產生鑽石顆粒數過低而導致研磨效果不佳之現象。

有鑑於上述缺點，該習知調節器檢測裝置及其用以檢測調節器之方法確實仍有加以改善之必要。

本發明之主要目的乃改良上述缺點，以提供一種調節器檢測裝置，其係能夠排除檢測誤差且降低數據判斷之困難度，以維持穩定的檢測效果。

本發明之次一目的係提供一種調節器檢測裝置，係能夠獲得準確的平坦度檢測數據，以提升該調節器表面的研磨顆粒均勻度而降低磨損率。

本發明之再一目的係提供一種調節器檢測裝置，係能夠快速得知該調節器表面的研磨顆粒數，以適時更換該調節器而維持較佳研磨效率。

本發明之另一目的係提供一種檢測調節器之方法，係能夠快速檢測該調節器的表面平坦度及研磨顆粒數，以維持研磨效率且控制產品良率。

為達到前述發明目的，本發明之調節器檢測裝置，係包含：一載台，係具有供一調節器容納的一容置空間，且該載台形成有一承載面，於該載台之承載面堆疊有一成形層及一壓印層，該成形層係位於該載台之承載面與壓印層之間，且該壓印層係貼合於該成形層；及一壓合件，係用以壓合該調節器以於該成形層形成壓印痕跡。

再者，為達到前述發明目的，本發明另包含一種檢測調節器之方法，其包含：一前置步驟，係將一調節器嵌設有數個研磨粒之表面接觸於壓印層的一表面，且於該壓印層的另一表面貼合一成形層；及一壓印步驟，以一壓合件對該調節器施予均壓，使該調節器於該壓印層產生一下壓力量而產生數研磨粒壓印痕跡，進而透過該壓印層將該數研磨粒所產生之壓印痕跡成形於該成形層，以由該成形層上的數研磨粒壓印痕跡作為該調節器的檢測依據。

其中，該壓印步驟係以真空抽氣法，使該壓合件施予該調節器於該壓印層產生該下壓力量，進而形成數研磨粒壓印痕跡於該成形層，以由該成形層上的數研磨粒壓印痕跡作為該調節器的檢測依據。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2及3圖所示，本發明較佳實施例之調節器檢測裝置係包含一載台1及一壓合件2，該載台1係具有供一調節器3容納的一容置空間S，且該壓合件2係用以壓合該調節器3。

該載台1係可以選擇為各種材質及形狀(如陶瓷、玻 璃、大理石等)，較佳係選擇為圓形且高硬度之材質，藉此提升與該調節器3的貼合度，且於壓印過程提供該調節器3較佳的支撐力。該載台1係具有一承載面10，於該承載面10依序堆疊有一成形層11及一壓印層12，該成形層11係位於該承載面10與壓印層12之間，且該壓印層12係緊密貼合於該成形層11，用以與該調節器3相互接觸。於本實施例中，該容置空間S係由該載台1之承載面10內凹而成，且該容置空間S係具有一開口，用以供該調節器3經該開口容納於該容置空間S，其中，該成形層11係可以選擇為具有顯現圖樣功能的片狀物(如描圖紙、薄膜等)，且該壓印層12可以選擇為具有複寫圖樣功能的片狀物(如複寫紙)。再者，該成形層11及該壓印層12較佳係緊密堆疊於該載台1之承載面10所形成的一凹槽13內，使得該壓印層12係位於該成形層11與該凹槽13的一開口之間，其中，該凹槽13之開口係朝向該容置空間S之開口。藉此，係能夠限制該成形層11與該壓印層12位於該載台1表面之位置，以增加該成形層11與壓印層12的定位效果。此外，該載台1還可以另開設一氣孔14，該氣孔14係連通該容置空間S，用以排除該容置空間S內的空氣。

該壓合件2係用以壓合該調節器3以於該成形層11形成壓印痕跡。該壓合件2可以選擇如壓板等具有均勻施壓功用的物件，藉此直接施予該調節器3均勻下壓之力量，而可以於該成形層11獲得壓印痕跡以作為檢測依據。於本實施例中，特別係以該壓合件2抵靠於該調節器3之表面，用以封閉該容置空間S，且利用該氣孔14對該容置空間S進行抽氣，使得該容置空間S可以形成真空狀態，其中係選擇以矽膠膜作為該壓合件2較為適當，且該氣孔14較佳係以一管路連接一真空幫浦(未繪示)，以利用該真空幫浦維持該容置空間S之壓力值位於70至130托耳(torr)之間。藉此，使該容置空間S呈現較佳的真空環境，不需額外對該調節器3施予均壓，即可提升該調節器3於該容置空間S內的受壓均勻度，進而於該成形層11獲得精準的壓印痕跡。再者，選擇以矽膠膜作為該壓合件2時，還可以另以一固定件21將該壓合件2緊密結合於該載台1，藉此不僅可以提升該壓合件2於該載台1的定位效果，更可以進一步確保該容置空間S的密閉性而提升真空抽氣的完成度。其中，該固定件21較佳係選擇為一圓形環，以完全覆蓋於該壓合件2之外周緣，達到較佳的密封效果。

請參照第3及4圖所示，實際使用本發明較佳實施例之調節器檢測裝置時，係先將該成形層11及該壓印層12依序堆疊於該載台1之凹槽13內，使該成形層11與該壓印層12互相接觸貼合；再將嵌設有數研磨粒31的調節器3置於該壓印層12上，使得該調節器3所嵌設的數個研磨粒31接觸於該壓印層12；接著，可以選擇以該壓合件2直接對該調節器3平均施壓，或者利用該氣孔14抽氣使置放有該調節器3的容置空間S呈現真空狀態，使該調節器3所嵌設的數個研磨粒31對該壓印層12產生向下壓力，而透過該壓印層12將數研磨粒31所產生之壓印痕跡成形於該成形層11，以由該成形層11上的數研磨粒31壓印痕跡作為檢測該調節器3的判斷依據。

請參照第5圖所示，本發明之較佳實施例之檢測調節器之方法係包含一前置步驟S1及一壓印步驟S2。藉此，係可以選擇以上述之調節器檢測裝置進行該調節器表面平坦度及其中嵌設研磨顆粒數之檢測。

該前置步驟1係將一調節器嵌設有數個研磨粒之表面接觸於壓印層的一表面，且於該壓印層的另一表面貼合一成形層。更詳言之，該調節器之一表面係嵌設有數研磨顆粒，以將該數研磨粒接觸於該壓印層的一表面，待後續進行該壓印步驟S2時，係可以透過該壓印層將壓印痕跡成形於該成形層。其中，本發明特別係以鑽石顆粒作為該研磨粒，以利用該鑽石顆粒的高硬度使該調節器具有較佳的研磨效果，且該成形層可以如上所述選擇具有顯現圖樣功能的片狀物，且該壓印層可以如上所述選擇具有複寫圖樣功能的片狀物。

舉例而言，請再參照第3圖所示，本發明係於該載台1之凹槽13內依序堆疊有描圖紙11及複寫紙12，使得該複寫紙12輕放於該描圖紙11之上方(如第3圖之圖面所示)；再將嵌設有數鑽石顆粒31的該調節器3放置於該容置空間S內，且進一步限制於該凹槽13，使該數鑽石顆粒31輕微接觸於該複寫紙12之表面，以進行後續該壓印步驟S2。藉此，係可以避免該調節器3於後續該壓印步驟S2產生位移之現象，以達到較佳的定位效果。

該壓印步驟S2係以一壓合件對該調節器施予均壓，使該調節器於該壓印層產生一下壓力量而產生數研磨粒壓印痕跡，進而透過該壓印層將該數研磨粒所產生之壓印痕跡成形於該成形層，以由該成形層上的數研磨粒壓印痕跡作為該調節器的檢測依據。

更詳言之，待該調節器於該前置步驟S1放置完成後，係直接以該壓合件施予該調節器表面均勻壓力，使得該調節器所嵌設的數研磨粒可以於該壓印層產生下壓力量，而於該壓印層生成數個研磨粒的壓印痕跡，由於該壓印層係具有複寫圖樣之功能，故該壓印層所產生的數壓印痕跡係同時成形於該成形層之表面。如此，係可以由該成形層表面的數研磨粒壓印痕跡得知該調節器接觸於該壓印層表面的研磨粒顆數、各該研磨粒的等高度，以及該調節器的表面平坦度，且經由計算獲得研磨粒接觸比以作為該調節器的檢測依據。舉例而言，本發明係以該壓合件直接施壓於該調節器3之表面，使得該調節器3產生一向下壓力，而於該複寫紙12之表面產生數個鑽石顆粒31壓印痕跡，且同時將該數個鑽石顆粒31壓印痕跡成形於該描圖紙11之表面，以獲得下述相關數據。

此外，該壓印步驟S2還可以選擇以真空抽氣法，使該壓合件施予該調節器於該壓印層產生該下壓力量，進而形成數研磨粒壓印痕跡於該成形層，以由該成形層上的數研磨粒壓印痕跡作為該調節器的檢測依據。

更詳言之，係利用矽膠膜作為該壓合件，以將該調節器封閉於該容置空間內，再對該容置空間進行真空抽氣以逐漸形成真空狀態，於此同時，該容置空間內的壓力係與外界大氣壓產生預定壓力差，進而使該調節器所嵌設的數個研磨粒對該壓印層產生向下壓力，而同樣以該壓印層具 有複寫之功能，將該壓印層所產生的數壓印痕跡係成形於該成形層之表面。舉例而言，請再參照第4圖所示，本發明係於該氣孔14以一管路連接一真空幫浦(未繪示)，以由該真空幫浦對該容置空間S進行抽氣，使該容置空間S內的壓力值位於70至130托耳(torr)之間而形成較佳真空狀態，於此同時該調節器3係因內外壓力差的不同而產生向下壓力，而於該複寫紙12之表面產生數個鑽石顆粒31壓印痕跡，且同時將該數個鑽石顆粒31壓印痕跡成形於該描圖紙11之表面，以測得該調節器3接觸於該壓印層12表面的鑽石顆粒數，且將該測得之鑽石顆粒數除以該調節器3所嵌設的全部鑽石顆粒數，即可獲得該調節器3表面之鑽石接觸比(contact diamond ratio)，如表1所示。

由表1得知接觸鑽石顆粒數越多，係代表該調節器3對該研磨墊進行研磨時，其表面所嵌設的鑽石顆粒31接觸於研磨墊的比例越高。

再者，由於該鑽石接觸比亦同時受到該調節器3表面平坦度及其所嵌設的鑽石等高度影響，故請參照第6及7圖所示，係為利用本發明之調節器檢測裝置檢測該調節器所獲得之相關數據。其中，該調節器3表面的平坦度將影響後續的晶圓研磨率(wafer polish rate)及研磨墊移除量(pad cutting rate)，其該調節器3的平坦度越好，則會降低 該研磨墊的移除量及晶圓研磨率，反之，則會提高該研磨墊的移除量及晶圓研磨率；且該鑽石等高度係指鑽石未被包覆於該調節器3內的高度分布情形，且該鑽石等高度較差者係代表有局部高低落差較大的鑽石排列，而該鑽石等高度較佳者係代表有高度較為一致的鑽石排列。

由第6圖可知該鑽石調節器3的表面鑽石等高度越小，其進行研磨時表面嵌設之鑽石接觸該研磨墊的比例也越高，係由於各該鑽石間的高度變異小而可以同時進行研磨的鑽石顆粒數31相對提高。因此，以本發明之檢測裝置測得該調節器3所嵌設的鑽石等高度大於40μm時，則代表該調節器3需進行修整或替換，以維持該調節器3表面所嵌設的鑽石等高度而具有較佳的研磨效果。

由第7圖可知該鑽石接觸比係與該調節器3的表面平坦度成正比，且於該平坦度大於15時，該調節器3表面所嵌設的鑽石顆粒31接觸於研磨墊的比例係接近飽和。因此，以本發明之檢測裝置測得該調節器3表面之平坦度較佳值係維持於15，若該平坦度之數值低於0μm以下，則代表該調節器3中心所嵌設的鑽石顆粒高度較其邊緣高，如此，則必須重新對該調節器3進行修整或替換，以避免產生研磨不均勻且增加磨損率之現象。

藉由上述調節器檢測裝置及其用以檢測調節器之方法，係能夠利用真空環境使該調節器3對該檢測裝置的壓印層12產生向下壓力，而於該成形層11獲得嵌設於該調節器3表面的各該鑽石顆粒31壓印痕跡，再以該成形層11表面所呈現的該鑽石顆粒31壓印數量、各該鑽石顆粒 31壓印的深淺度等進行後續判斷，藉此得知該調節器3表面的平坦度、其所嵌設的鑽石等高度及相對接觸於該壓印層12的鑽石顆粒數。經由該些檢測數據則可以評估該調節器3是否須進行修整或替換，以維持該調節器3所嵌設的鑽石顆粒31具有較佳的鑽石接觸比，使得該調節器3於研磨進行過程中，能夠以足夠且均勻的鑽石顆粒達到較佳的研磨效果。

本發明之調節器檢測裝置係能夠排除檢測誤差且同時降低數據判斷之困難度，以達到維持穩定檢測效果之功效。

本發明之調節器檢測裝置係能夠獲得準確的平坦度檢測數據，進而提升該調節器表面的鑽石顆粒均勻度，而達到降低磨損率之功效。

本發明之調節器檢測裝置係能夠快速得知該調節器表面的鑽石顆粒數，以適時更換該調節器，而達到具有較佳研磨效率之功效。

本發明之檢測調節器之方法係能夠快速檢測該調節器的表面平坦度及鑽石顆粒數，以隨時修整或汰換該調節器，以達到維持研磨效率且控制產品良率之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，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之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。

〔本發明〕

1‧‧‧載台

10‧‧‧承載面

11‧‧‧成形層

12‧‧‧壓印層

13‧‧‧凹槽

14‧‧‧氣孔

2‧‧‧壓合件

21‧‧‧固定件

3‧‧‧調節器

31‧‧‧研磨粒

S‧‧‧容置空間

S1‧‧‧前置步驟

S2‧‧‧壓印步驟

S2’‧‧‧真空壓印步驟

第1圖：習知調節器檢測示意圖。

第2圖：本發明之剖面示意圖。

第3圖：本發明之剖面作動示意圖一。

第4圖：本發明之剖面作動示意圖二。

第5圖：本發明之操作流程圖一。

第6圖：本發明之鑽石接觸比與鑽石等高度關係圖。

第7圖：本發明之鑽石接觸比與表面平坦度關係圖。

1．．．載台

10．．．承載面

11．．．成形層

12．．．壓印層

13．．．凹槽

14．．．氣孔

2．．．壓合件

21．．．固定件

S．．．容置空間

Claims (10)

1. 一種調節器檢測裝置，其包含：一載台，係具有供一調節器容納的一容置空間，且該載台係於該容置空間中形成有一承載面，於該載台之承載面堆疊有一成形層及一壓印層，該成形層係位於該載台之承載面與壓印層之間，且該壓印層係貼合於該成形層，該載台另開設一氣孔，該氣孔連接一真空幫浦，且該氣孔係連通該容置空間，用以排除該容置空間內的空氣，使該容置空間形成真空態；及一壓合件，係用以壓合該調節器以於該成形層形成壓印痕跡。
2. 依申請專利範圍第1項所述之調節器檢測裝置，其中該容置空間係由該載台之承載面內凹而成，且該容置空間係具有一開口，用以供該調節器經該開口容納於該容置空間。
3. 依申請專利範圍第2項所述之調節器檢測裝置，其中該載台之承載面設有一凹槽，該凹槽之開口係朝向該容置空間之開口，且該凹槽係堆疊有該成形層及該壓印層，且該壓印層係位於該成形層與該凹槽之開口之間。
4. 依申請專利範圍第1項所述之調節器檢測裝置，其中該成形層係為描圖紙，且該壓印層係為複寫紙。
5. 依申請專利範圍第1項所述之調節器檢測裝置，其中該壓合件係為矽膠膜。
6. 依申請專利範圍第1項所述之調節器檢測裝置，其中另 設有一固定件，該固定件係覆蓋於該壓合件之外周緣，且使該壓合件緊密貼合於該載台，用以封閉該容置空間。
7. 一種檢測調節器之方法，其包含：一前置步驟，係將一調節器嵌設有數個研磨粒之表面接觸於壓印層的一表面，且於該壓印層的另一表面貼合一成形層；及一壓印步驟，以真空抽氣法，使一壓合件對該調節器施予均壓，使該調節器於該壓印層產生一下壓力量而形成數研磨粒壓印痕跡，進而透過該壓印層將該數研磨粒所產生之壓印痕跡成形於該成形層，以由該成形層上的數研磨粒壓印痕跡作為該調節器的檢測依據。
8. 依申請專利範圍第7項所述之檢測調節器之方法，其中該壓合件係為矽膠膜。
9. 依申請專利範圍第7項所述之檢測調節器之方法，其中該容置空間內的壓力值位於70至130托耳之間。
10. 依申請專利範圍第7項所述之檢測調節器之方法，其中該成形層係為描圖紙，且該壓印層係為複寫紙。