TWI520813B - 鑽石篩選裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種鑽石篩選裝置，尤指一種可用於篩選用於製備化學機械研磨修整器之鑽石顆粒之鑽石篩選裝置。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)係為各種產業中常見之研磨製程。利用化學研磨製程可研磨各種物品的表面，包括陶瓷、矽、玻璃、石英、或金屬的晶片等。此外，隨著積體電路發展迅速，因化學機械研磨可達到大面積平坦化之目的，故為半導體製程中常見的晶圓平坦化技術之一。
在半導體之化學機械研磨過程中，係利用研磨墊(Pad)對晶圓(或其它半導體元件)接觸，並視需要搭配使用研磨液，使研磨墊透過化學反應與物理機械利以移除晶圓表面之雜質或不平坦結構；當研磨墊使用一定時間後，由於研磨過程所產生的研磨屑積滯於研磨墊之表面而造成研磨效果及效率降低，因此，可利用修整器(conditioner)對研磨墊表面磨修，使研磨墊之表面再度粗糙化，並維持在最佳的研磨狀態。然而，在修整器之製備過程中，需要
將研磨顆粒及結合層混合形成之研磨層設置於基板表面，並經由硬焊或燒結等硬化方式使研磨層固定結合於基板表面。惟在上述修整器之製作過程中，或是修整器進行拋光墊修整時都有可能會造成鑽石顆粒破裂，即所謂的風險鑽石(Risk Diamond)，使修整器變成為有缺陷的，因此有必要對修整器實施一檢測步驟以確保後續使用能得到預期的研磨效果。習知檢查拋光墊修整器是否具有風險鑽石之作法大多採用人工以光學顯微鏡(OM)進行視覺觀察，一旦發現有風險鑽石，便利用例如油性筆之標記手段將該位置圈出再拍照，最後再以人工比對研磨前後照片。
已知技術中，如申請人提出的中華民國申請專利第101207490號，係揭示一種拋光墊修整器缺陷判別設備，包括一工作台、設於工作台上之一置放座與一取像裝置、一顯示模組、一影像處理單元。影像處理單元包括一影像辨識模組、一資料儲存器及一比對模組，其中資料儲存器電性連接影像辨識模組與比對模組，並儲存有複數參考影像資料。影像辨識模組將試件影像轉換成與參考影像資料相同格式之試件影像資料，比對模組將試件影像資料與對應之參考影像資料比對以判定試件影像資料任一者是否有缺陷情形，並將有缺陷及無缺陷之該複數試件影像資料有區隔地標記及顯示於顯示模組。
此外，另一申請人提出的中華民國申請專利第102116516號，係揭示一種化學機械研磨機之檢測裝置及方法，包括：一工作台，包括有一工作台平面；一置放座，
組設於該工作台之該工作台平面，用以承載一化學機械研磨修整器；一取像裝置，組設於該工作台之該置放座上，且該取像裝置與該置放座相對平行於該工作台平面，用以對該化學機械研磨修整器之不同區域產生一個或複數個擷取影像；一顯示裝置；以及一影像辨識模組，電性連接於該取像裝置及該顯示裝置，該影像辨識模組對該擷取影像進行一色彩比對以判定該化學機械研磨修整器上之一個或複數個風險鑽石，並將該風險鑽石之座標位置輸出至該顯示裝置；以及一移動平台，藉由該移動平台使該風險鑽石移動至一指定位置，該指定位置即為該影像辨識模組所輸出之座標位置。
然而，上述檢測裝置皆是針對已製備完成之化學機械研磨修整器進行風險鑽石之存在判定，即便可透過適當的移除裝置去除風險鑽石，仍無法有效提高化學機械研磨修整器之產品良率。因此，目前急需發展出一種風險鑽石之篩選檢測裝置及方法，可於硬焊製程前去除風險鑽石，進而避免風險鑽石在化學機械研磨過程中對於拋光墊產生的刮傷及破壞。
本發明之主要目的係在提供一種鑽石篩選裝置，用以檢測判定可用於製備化學機械研磨修整器之鑽石顆粒是否存在有風險鑽石，並將風險鑽石由該鑽石顆粒中去除，進而避免風險鑽石在化學機械研磨過程中對於拋光
墊產生的括傷及破壞。
習知檢測風險鑽石方式主要係直接檢測已硬焊於化學機械研磨修整器上之鑽石顆粒，並透過適當的去除工具，如高功率雷射器、水刀裝置等，將風險鑽石由化學機械研磨修整器上去除。然而，此種檢測方式雖能夠確保化學機械研磨修整器之成品不具有風險鑽石，但若風險鑽石數量過多，便無法確保該化學機械研磨修整器修整研磨墊之效率。更甚者，縱使透過習知檢測風險鑽石方式去除風險鑽石，產品良率不但無法提高，亦可能造成產品產能下降。因此，發展一種能夠檢測並移除風險鑽石，且同時確保所製備之化學機械研磨修整器之產品良率及產能之鑽石篩選裝置必有其需要。
為達成上述目的，本發明之鑽石篩選裝置，包括：一工作台，包括有一工作台平面；一輸送帶，組設於該工作台之該工作台平面，用以承載一鑽石陣列單元；一取像裝置，組設於該工作台上，且該取像裝置與該輸送帶相對平行於該工作台平面，用以對該鑽石陣列單元之不同區域產生一個或複數個擷取影像；一顯示裝置；以及一影像辨識模組，電性連接於該取像裝置及該顯示裝置，該影像辨識模組對該擷取影像進行一幾何特徵參數分析以判定該鑽石陣列單元之一個或複數個風險鑽石。因此，於操作該鑽石篩選裝置時，將待檢測之鑽石陣列單元放置於該輸送帶上，並藉由該取像裝置對該鑽石陣列單元之不同區域產生一個或複數個影像，接著，將擷取影像傳送至該影像
辨識模組中，該影像辨識模組可依據該幾何特徵參數判定出該風險鑽石，並透過一般的定位系統以確定該風險鑽石之座標位置。更詳細的說，當該影像辨識模組所分析之該幾何特徵參數超出一標準參數時，即判定該幾何特徵參數所對應之鑽石顆粒為該風險鑽石。舉例而言，於本發明之一態樣中，該影像辨識模組可擷取出該擷取影像中每一鑽石顆粒之形狀輪廓，進而獲得每一鑽石顆粒之幾何特徵參數。接著，該影像辨識模組可依據一標準參數，篩選出幾何特徵參數大於或小於該標準參數之鑽石顆粒，以判定其為風險鑽石，並透過一般的定位系統以確定該風險鑽石之座標位置。
於本發明鑽石篩選裝置中，該風險鑽石可具有一雙晶結構或內裂結構。不同於晶型完整的正常鑽石顆粒，該風險鑽石之幾何特徵參數可能會大於或小於正常鑽石顆粒之幾何特徵參數。因此，只要能用以判定出該風險鑽石，任何能夠用以界定鑽石顆粒之幾何特徵參數皆可使用。舉例而言，於本發明之一態樣中，該幾何特徵參數可為圓度、橢圓度、球度、長寬比、粗糙度、等效直徑、最大/最效直徑、矩形度、形狀因子、光學特性、或不同幾何特徵參數之組合。更具體地，於本發明之一具體態樣中，該幾何特徵參數可為橢圓度、及長寬比。據此，於透過擷取影像獲得每一鑽石顆粒之幾何特徵參數後，本領域技術人員可依照其需求設定一標準參數，進而篩選出幾何特徵參數大於或小於該標準參數之風險鑽石，同時透過一般的定位系統
以確定該風險鑽石於該鑽石陣列中之座標位置。
於本發明鑽石篩選裝置中，該取像裝置對該鑽石陣列單元之不同區域產生一個或複數個擷取影像，該擷取影像的數目可依據取像裝置的解析度或使用者需要的檢測標準而任意變化，例如，1個、12個、24個、54個、108個擷取影像，本發明並未侷限於此。於本發明之一態樣中，由該取像裝置對該鑽石陣列單元之不同區域產生24個擷取影像，亦即將鑽石陣列單元分隔成24個區域以產生24個擷取影像。於本發明之另一態樣中，由該取像裝置對該鑽石陣列單元之不同區域產生54個擷取影像，亦即將鑽石陣列單元分隔成54個區域以產生54個擷取影像。又於本發明之另一態樣中，由該取像裝置對該鑽石陣列單元之不同區域產生108個擷取影像，亦即將鑽石陣列單元分隔成108個區域以產生108個擷取影像。又於本發明之另一態樣中，若該取像裝置具有高倍率解析度，則該取像裝置對該鑽石陣列單元之不同區域只需要產生1個擷取影像，亦即將鑽石陣列單元視為1個區域以產生1個擷取影像。
於本發明鑽石篩選裝置中，該取像裝置可為一電荷耦合元件(CCD)或一工業用攝影機，用以對該鑽石陣列單元之不同區域產生一個或複數個擷取影像。於本發明一態樣中，該取像裝置為一電荷耦合元件。此外，只要是能獲得適當幾何特徵參數之清晰擷取影像，任何資料類型之擷取影像皆可使用，本發明並不特別以此為限。舉例而言，於本發明之一態樣中，該擷取影像可為一彩色格式資料、
一灰階格式資料、或一二值化格式資料。
於本發明鑽石篩選裝置中，更包括一取放裝置，該取放裝置可依據該影像辨識模組輸出之座標位置，以將該風險鑽石由該鑽石陣列單元上移除，從而避免於後續製程中將該風險鑽石硬焊於一化學機械研磨修整器上。此外，上述本發明鑽石篩選裝置可於該風險鑽石由該鑽石陣列單元移除後，由該取放裝置填補一正常鑽石顆粒於被移除之該風險鑽石位置，從而避免因移除風險鑽石所造成之空缺導致後續製備之化學機械研磨修整器之修整效率變差。前述本發明之取放裝置可為一真空吸取器或一自動化機械手臂，且本發明並未侷限於此。於本發明之一態樣中，該取放裝置可為一真空吸取器。於本發明之另一態樣中，該取放裝置可為一自動化機械手臂。
於本發明鑽石篩選裝置中，該鑽石陣列單元可透過該輸送帶移動，從而實現一批次式、半批次式、或連續式之鑽石篩選製程。舉例而言，於本發明之一態樣中，可於一工作站中完成該鑽石陣列單元之風險鑽石判定，接著透過該輸送帶將該鑽石陣列單元移動至次一工作站，以進行風險鑽石之移除以及正常鑽石顆粒之填補。於本發明之另一態樣中，可於同一工作站中，依序完成該鑽石陣列單元之風險鑽石判定、風險鑽石之移除以及正常鑽石顆粒之填補。於本發明之又一態樣中，可於一工作站中完成該鑽石陣列單元之風險鑽石判定，接著透過該輸送帶將該鑽石陣列單元移動至次一工作站，以進行風險鑽石之移除，
最後，再透過該輸送帶移動該鑽石陣列單元至再次一個工作站，以進行正常鑽石顆粒之填補。然而，應當了解的是，本領域技術人員可依據實際生產線之狀況及需求，調整工作站之設置，從而最佳化其產品產能，本發明不應以此為限。
於本發明鑽石篩選裝置中，只要能將鑽石顆粒排列為一陣列，各種組成鑽石陣列的方式皆可使用，本發明並不以此為限。舉例而言，於本發明之一態樣中，可於一黏性基材上排列該鑽石顆粒以組成該鑽石陣列單元。換言之，該鑽石陣列單元包括一黏性基材及複數個鑽石顆粒，且該鑽石顆粒設置於該黏性基材上。於本發明鑽石篩選裝置中，該鑽石顆粒設置於該黏性基材上，從而利於後續藉由一轉貼方式使該鑽石陣列單元之該些鑽石顆粒移轉固定於一鑽石工具，例如，將篩選後之鑽石陣列單元貼附於一化學機械研磨修整器之結合層(例如，焊料層)上，使鑽石陣列單元上的鑽石顆粒朝向該化學機械研磨修整器，接著，再移除該黏性基材，使鑽石顆粒黏附固定於該化學機械研磨修整器之結合層，再進行加熱硬焊形成化學機械研磨修整器(即，鑽石工具)。此外，鑽石陣列單元之形狀，本發明亦不特別限制，本領域技術人員可依據其實際操作製程之需求而變化。舉例而言，於本發明之一態樣中，該鑽石陣列單元可為圓形、矩形、三角形、多邊形等。較佳地，於本發明之一具體態樣中，該鑽石陣列單元可為矩形，或者於本發明另一具體態樣中，該鑽石陣列單元可配合與化學
機械研磨修整器一樣都為圓形，但本發明並不僅限於此。
綜上所述，根據本發明之鑽石篩選裝置，可用以檢測判定製備化學機械研磨修整器之鑽石顆粒是否存在有風險鑽石，並可將風險鑽石在磨料篩選時先行去除及替換，進而避免風險鑽石在化學機械研磨過程中對於拋光墊產生的刮傷及破壞。
1‧‧‧鑽石篩選裝置
10‧‧‧工作台
101‧‧‧工作台平面
11‧‧‧輸送帶
12‧‧‧鑽石陣列單元
121‧‧‧黏性基材
1211‧‧‧基材
1212‧‧‧黏著層
122‧‧‧鑽石顆粒
13,33‧‧‧取像裝置
131‧‧‧移動機構
14,34‧‧‧顯示裝置
15,35‧‧‧影像辨識模組
16,36‧‧‧取放裝置
351‧‧‧幾何特徵參數
352‧‧‧標準參數
353‧‧‧參數比對
圖1A係本發明鑽石篩選裝置立體圖。
圖1B係本發明待檢測之鑽石陣列單元之示意圖。
圖2A係本發明實施例1之鑽石陣列單元擷取影像示意圖。
圖2B係本發明實施例2之鑽石陣列單元擷取影像示意圖。
圖3係本發明鑽石篩選裝置之流程圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
本發明之鑽石篩選裝置可用以判定用於製備
化學機械研磨修整器之鑽石顆粒是否存在有風險鑽石，並將風險鑽石由該鑽石顆粒中去除，進而避免風險鑽石在化學機械研磨過程中對於拋光墊產生的括傷及破壞。請參考圖1A，係本發明鑽石篩選裝置1立體圖。如圖1A所示，本發明之鑽石篩選裝置1，包括：一工作台10，包括有一工作台平面101；一輸送帶11，組設於該工作台10之該工作台平面101，用以承載一鑽石陣列單元12，該鑽石陣列單元12係包括一黏性基材121及複數個鑽石顆粒122；一取像裝置13，組設於該工作台10上，並可藉由一移動機構131而活動的安裝於該工作台10之一側，且該取像裝置13與該輸送帶11相對平行於該工作台平面101，用以對該鑽石陣列單元12之不同區域產生一個或複數個擷取影像；一顯示裝置14；以及一影像辨識模組15，電性連接於該取像裝置13及該顯示裝置14，該影像辨識模組15係對該擷取影像進行一幾何特徵參數分析以判定該鑽石陣列單元12之一個或複數個風險鑽石。
請一併參考圖1B，由於該鑽石陣列單元12上之鑽石顆粒122係透過塗佈於基材1211上之黏著層1212而暫時固定於黏性基材121上，或是將鑽石顆粒122直接黏附低黏性膠帶上(圖未顯示)，是以可透過任何習知方式取放該些鑽石顆粒122。如圖1A所示，於實施例1中，該鑽石篩選裝置1係包括一真空吸取器作為取放裝置16，該取放裝置16可依據該影像辨識模組15輸出之該風險鑽石座標位置，將經鑽石篩選裝置所辨識之該風險鑽石由該鑽石陣列單元
12上移除，從而避免於後續製程中將該風險鑽石硬焊遺留於一化學機械研磨修整器上，同時，可於該風險鑽石由該鑽石陣列單元12移除後，由該取放裝置16填補一正常鑽石顆粒於被移除之該風險鑽石位置，從而避免因移除風險鑽石所造成之空缺導致後續製備之化學機械研磨修整器之修整效率變差。
於前述本發明鑽石篩選裝置中，該取像裝置13對該鑽石陣列單元12之不同區域產生一個或複數個擷取影像，該擷取影像的數目可依據取像裝置的解析度或使用者需要的檢測標準而任意變化，例如，1個、12個、24個、54個、108個擷取影像。請一併參考圖2A，於實施例1中，該鑽石陣列單元12係為一圓形，且由該取像裝置13對該鑽石陣列單元12之不同區域可產生24個擷取影像，亦即將該鑽石陣列單元12分隔成24個區域以產生24個擷取影像。
請參考圖3，係本發明鑽石篩選裝置之流程圖。如圖3所示，於操作該鑽石篩選裝置時(請一併參考圖1A)，將待檢測鑽石陣列單元放置於該輸送帶上，並藉由該取像裝置33對待檢測鑽石陣列單元之不同區域產生一個或複數個擷取影像，接著，將擷取影像傳送至該影像辨識模組35中，經由該影像辨識模組35獲得該擷取影像中每一鑽石顆粒之幾何特徵參數351(例如，橢圓度、長寬比等)，並將該幾何特徵參數351與使用者設定之一標準參數352進行參數比對353以判定該幾何特徵參數所對應之該鑽石陣列單元之鑽石顆粒是否為風險鑽石，也就是說，當擷取影像中每
一鑽石顆粒之橢圓度或長寬比超過使用者設定之一標準參數352時，影像辨識模組35就會將該鑽石顆粒判定為風險鑽石，此外，同時透過一般的定位系統(圖未顯示)以確定該風險鑽石之座標位置。接著，該影像辨識模組35係將上述結果傳送至顯示模組34以顯示每一鑽石顆粒之幾何特徵參數及其判定結果、與風險鑽石之座標位置。接著，由該影像辨識模組35將該風險鑽石之座標位置傳送至一取放裝置36以移除該風險鑽石，並填補一正常鑽石顆粒於被移除之該風險鑽石位置，進而避免於後續製程中將該風險鑽石硬焊於化學機械研磨修整器而對於拋光墊產生刮傷及破壞，同時亦避免因移除風險鑽石所造成之空缺導致後續製備之化學機械研磨修整器之修整效率變差。
實施例2與前述實施例1所述內容大致相同，所不同處僅在於，實施例2之鑽石陣列單元係為一矩形，以便於後續將鑽石陣列單元移轉至一非圓形之鑽石工具。
據此，請參考圖2B並一併參考圖1A，該取像裝置13亦可將實施例2之鑽石陣列單元分隔成24個區域以產生24個擷取影像。接著，如圖3所示，與實施例1相同，於實施例2中，所擷取之擷取影像亦傳送至該影像辨識模組35中，經由該影像辨識模組35獲得該擷取影像中每一鑽石顆粒之幾何特徵參數351，並與一使用者設定之標準參數352進行參數比對353以判定該幾何特徵參數所對應之鑽石
顆粒是否為風險鑽石，同時透過一般的定位系統(圖未顯示)以確定該風險鑽石之座標位置。接著，該影像辨識模組35係將上述結果傳送至顯示模組34以顯示每一鑽石顆粒之幾何特徵參數及其判定結果、與風險鑽石之座標位置。接著，由該影像辨識模組35將該風險鑽石之座標位置傳送至一取放裝置36以移除該風險鑽石，並填補一正常鑽石顆粒於被移除之該風險鑽石位置，進而避免於後續製程中將該風險鑽石硬焊於化學機械研磨修整器而對於拋光墊產生刮傷及破壞，同時亦避免因移除風險鑽石所造成之空缺導致後續製備之化學機械研磨修整器之修整效率變差。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
33‧‧‧取像裝置
34‧‧‧顯示裝置
35‧‧‧影像辨識模組
36‧‧‧取放裝置
351‧‧‧幾何特徵參數
352‧‧‧標準參數
353‧‧‧參數比對
Claims (8)
- 一種鑽石篩選裝置，包括：一工作台，包括有一工作台平面；一輸送帶，係組設於該工作台之該工作台平面，用以承載一鑽石陣列單元；一取像裝置，係組設於該工作台上，且該取像裝置與該輸送帶係相對平行於該工作台平面，用以對該鑽石陣列單元之不同區域產生一個或複數個擷取影像；一顯示裝置；一影像辨識模組，係電性連接於該取像裝置及該顯示裝置，該影像辨識模組係對該擷取影像進行一幾何特徵參數分析以判定該鑽石陣列單元之一個或複數個風險鑽石；以及一取放裝置，該取放裝置係依據該影像辨識模組輸出之座標位置，以將該風險鑽石由該鑽石陣列單元上移除；其中，該影像辨識模組係依據該幾何形狀特徵參數以判定出該風險鑽石；該風險鑽石係為該影像辨識模組所分析之該幾何特徵參數超出一標準參數；該幾何形狀特徵係為圓度、橢圓度、球度、長寬比、粗糙度、等效直徑、最大/最效直徑、矩形度、形狀因子、光學特性、或其組合；於該風險鑽石由該鑽石陣列單元移除後，該取放裝置係填補一正常鑽石顆粒於被移除之該風險鑽石位置。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑽石篩選裝置，其中，該風險鑽石係具有一雙晶結構或一內裂結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑽石篩選裝置，其中，該取放裝置係為一真空吸取器或一自動化機械手臂。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑽石篩選裝置，其中，該擷取影像係為一彩色格式資料、一灰階格式資料、或一二值化格式資料。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑽石篩選裝置，其中，該取像裝置係為一電荷耦合元件(CCD)或一工業用攝影機。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑽石篩選裝置，其中，該鑽石陣列單元係包括一黏性基材及複數個鑽石顆粒，且該鑽石顆粒係設置於該黏性基材上。
- 如申請專利範圍第6項所述之鑽石篩選裝置，更包括藉由一轉貼方式使該鑽石陣列單元之該些鑽石顆粒移轉固定於一鑽石工具。
- 如申請專利範圍第7項所述之鑽石篩選裝置，其中，該鑽石工具係為一化學機械研磨修整器。
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