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TWI880075B - 整合式ｃｍｐ系統及拋光基板的方法 - Google Patents

整合式ｃｍｐ系統及拋光基板的方法 Download PDF

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TWI880075B TW111110114A TW111110114A TWI880075B TW I880075 B TWI880075 B TW I880075B TW 111110114 A TW111110114 A TW 111110114A TW 111110114 A TW111110114 A TW 111110114A TW I880075 B TWI880075 B TW I880075B
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Abstract

本文揭示用於拋光基板的方法及裝置。更具體而言，裝置係關於用於拋光基板的整合式CMP系統。CMP系統具有經配置以拋光基板的拋光站。旋轉沖洗乾燥(SRD)站經配置以清洗且乾燥基板。計量站經配置以量測基板的參數。機器人經配置以將基板移動至SRD站中及自SRD站移出基板。以及效應器沖洗乾燥(EERD)站，其經配置以清洗且乾燥機器人的端效器。

Description

整合式CMP系統及拋光基板的方法
本揭示案的實施例大體而言係關於用於半導體元件製造的方法及裝置。特定而言，本文的實施例係關於用於檢驗拋光系統中基板的材料移除的方法及裝置。
化學機械拋光(chemical mechanical polishing; CMP)常用於製造高密度積體電路以平坦化或拋光沉積於基板上的材料層。CMP系統通常包括第一部分（例如特徵為一或多個拋光站的基板拋光部分）及第二部分（特征為諸如旋轉沖洗乾燥(spin rinse dry; SRD)站及CMP前或後計量站的後CMP清洗）。常將第二部分與第一部分整合，形成單一拋光系統。第二部分通常包括基板搬運器，其用於在第一及第二部分之間及第二部分中的個別系統或站之間轉移基板。
在拋光製程中，可按水平或垂直定向安置基板，在存在拋光流體（例如漿料）的情況下使元件側表面靠向拋光墊。首先拋光基板，且隨後將其移動，使其在清洗器中得到清洗。
未來電力電子元件及電動車(electric vehicle; EV)中將使用碳化矽(SiC)基板。由於具有獨特的材料性質（例如硬度及透明度），SiC基板需要特殊的改良製程。SiC基板經過化學機械拋光(CMP)工具上的拋光循環，以移除材料並平坦化基板。根據配方藉由CMP工具執行基板上的材料移除。由於基板的SiC材料極硬，因此拋光製程涉及基於高氧化劑的漿料以支持材料移除。然而，SiC移除製程仍極慢。另外，SiC基板亦為透明的，因此使得持續檢驗材料移除以與配方比較極具挑戰性，並難以獲得所要的材料厚度。
因此，本技術需要促進SiC基板的材料移除的基板處理系統。
本文揭示用於拋光基板的方法及裝置。更具體而言，裝置係關於用於拋光基板的整合式CMP系統。CMP系統具有經配置以拋光基板的拋光站。旋轉沖洗乾燥(SRD)站經配置以清洗且乾燥基板。計量站經配置以量測基板的參數。機器人經配置以將基板移動至SRD站中及自SRD站移出基板。效應器沖洗乾燥(effector rinse and dry; EERD)站經配置以清洗且乾燥機器人的端效器，且濕槽經配置以在清洗或拋光佇列中使基板濕潤。
在另一實施例中，提供拋光基板的方法。方法開始於將基板移動至拋光單元中的頭部清洗裝載卸載站。隨後在拋光單元中拋光基板。用機器人的端效器將拋光的基板移動至旋轉沖洗乾燥(SRD)站以清洗基板。當藉由SRD站清洗基板時，在端效器沖洗乾燥(EERD)站中清洗機器人的端效器。隨後用機器人的清潔端效器將藉由SRD站清洗的基板移動至計量站。
在本文描述的實施例中，提供化學機械拋光(CMP)處理系統。CMP系統用於製造高密度積體電路以平坦化或拋光沉積於基板上的材料層。CMP系統實現碳化矽(SiC)或其他基板的「裡外乾燥」雙側拋光。CMP系統具有拋光器、濕盒槽、乾盒槽、整合式旋轉沖洗乾燥(SRD)站、端效器沖洗乾燥站(EERD)及具有光學字元辨識的計量站。計量站包括即時計量及穿過光學字元辨識(optical character recognition; OCR)站的基板識別。為進行高效且高處理量的基板拋光，CMP系統為高度自動化的。
在一個實例中，將引入的SiC基板放置於輸入盒中，隨後將其浸沒於水浴中以沖洗基板且自基板表面移除鬆弛的汙染物。將沖洗後的基板發送至SRD，並隨後發送至計量站以預檢查計量參數，或在不進行預檢查的情況下饋入至拋光站（取決於所需材料移除的基線準確度）。
在研磨SiC基板之後，在CMP系統上使用雙側拋光製程拋光基板。由於SiC材料極硬，因此使用基於強氧化劑的漿料自基板移除材料。即使在使用強氧化劑的情況下，自SiC基板移除材料亦可為極慢的製程。由於SiC基板為透明的，因此使用本文描述的新自動化技術持續檢驗材料移除的量，與使用特定CMP配方所預期的目標移除量相比較。CMP系統清洗基板以移除漿料顆粒，且使用計量站的計量設備以高準確度檢查基板的重量。計量設備亦有攝影機，其準確量測基板的表面積。利用量測的表面積，CMP系統可準確且自動決定材料移除。
CMP系統有機器人，其具有經配置以在CMP系統中傳輸基板的端效器。將EERD站整合於CMP系統上，清洗機器人端效器（葉片），使端效器能夠轉移濕（且汙染）及乾（且清潔）的基板。端效器的清洗允許將基板無縫轉移至SRD站及自SRD站轉移，不需要兩個獨立的機器人，避免交叉汙染。
SRD站執行濕清洗，且隨後將基板上殘餘的漿料沉積物乾燥。SRD站經設計以搬運大多數種類的基板。在SRD站中清洗基板之後，藉由現經清洗的機器人端效器將基板移動至計量站，以藉由軌道機器人量測重量及表面積。
藉由基板識別(ID)自動儲存拋光後移除的所量測材料量及基板ID。在無任何人工介入的情況下，可在操作中讀取基板ID及基板計量資訊。藉由機器人將基板裝載/卸載至讀取基板ID的基板ID讀取器站或自其裝載/卸載。基板ID讀取器站中的攝影機掃描基板表面的基板ID，不需要使用平面/凹口定向器使平面/凹口保持於任何特定的定向以賦能讀取基板ID。
計量單元具有視覺系統，其具有用於基板ID讀取的照明。將計量單元與拋光系統整合，以量測重量、表面積且讀取基板ID。藉由比較基板的初始及最終厚度，可準確量測自基板移除的材料量。在一個實例中，可使用公式厚度=質量/（表面積X密度）來決定厚度（基板之間具有相當大的容差）。大體而言將密度視為基板的常數。可在之前經由其他技術量測、計算或得知或決定密度，或可自CMP系統的記憶體或其他源獲取密度。可藉由高精度稱重秤準確量測質量，而藉由影像處理（亦即攝影機）計算表面積。由此，使用拋光之前及之後的密度、表面積及重量，可計算厚度的變化，從中可準確決定自基板移除的材料量。
由於攝影機可偵測基板ID，因此經由彼基板的偵測基板ID，諸如計量結果（包括基板上的微裂）、厚度及材料損失決定的資訊可與特定基板電性相關（例如儲存於記憶體中）。可使用該等資訊以及與其他基板相關的資訊進行進一步評估及配方調整。為改良攝影機的功能及準確度，將照明單元唯一地安置於基板下方，同時將攝影機安裝於基板上方。照明單元相對於攝影機的相對位置提供基板的背光，從而改良對比度及基板ID的讀取。可選擇並校準基板照明與攝影機之間的間距，以改良基板ID的準確讀取。
由此，CMP系統可在無人工介入的情況下用高度自動化的方式執行上文提及的所有功能。此CMP系統亦能夠搬運大多數類型的基板（具有平面特徵/凹口特徵/不同尺寸）。設定攝影機，使得其能夠以一方向掃描整個基板並且在一秒內偵測參數。在無任何人工介入的情況下，可在操作中（亦即在計量站中的同時）讀取基板ID及基板計量說明。
現將參考第1圖討論此CMP系統。第1圖為例示性化學機械拋光(CMP)處理系統100的示意平面圖。CMP系統100包括用於處理基板120的複數個整合式站。CMP系統100包括拋光站116、濕槽盒站112、乾槽盒站114、旋轉沖洗乾燥(SRD)站400、計量站300、效應器沖洗乾燥(EERD)站200、及用於使基板在CMP系統100中移動的複數個機器人152、154、156。
濕槽盒站112經配置以自CMP系統100之外接收一或多盒的基板120。濕槽盒站112具有乾淨水或其他流體，在拋光之前將基板120至少部分浸沒於其中。濕槽盒站112具有流體輸入及輸出，亦即排水管。濕槽盒站112可視情況具有邊沖邊下(wash-down)系統，其中將水噴或澆在基板上方，且自濕槽盒站112排出水。以此方式，濕槽盒站112中的基板保持為濕的，基本上防止汙染物或其他顆粒乾燥基板120且附著於基板120。
複數個機器人中的第一機器人152將基板120在濕槽盒站112、SRD站400及拋光站116之間移動。
拋光站116具有經配置以拋光基板120的複數個拋光站（162、163、164）。每一拋光站（162、163、164）具有拋光墊166及拋光臂168。每一拋光站（162、163、164）另外具有一或多個閥門，其用於將諸如漿料或其他合適材料的拋光流體引入至拋光墊166上。拋光臂168具有經配置以在拋光期間固持基板120的拋光頭。拋光頭部分將基板120安置於拋光墊166上方，且使基板120靠向拋光墊166並與拋光流體接觸。根據配方自拋光站116中的基板120移除材料，配方大體而言儲存電腦可讀指令中。基板120可具有需要使用CMP配方拋光或移除的硬材料層，例如SiC材料層。當自拋光站中的基板120移除SiC材料時，將基於高氧化劑的漿料提供至拋光墊166以支持硬材料的移除。在一個實例中，可將每一拋光站（162、163、164）配置有更細粒漿料或不同類型的拋光墊166，以根據配方自基板120順序地移除材料層。
第一機器人152將基板120移動至緩衝站，以轉移至SRD站400。第4A圖圖示SRD站400。在半導體濕處理應用（例如使用CMP系統100的應用）中，旋轉基板120以清洗且乾燥基板，以減小損壞及汙染的可能性。舉例而言，在SRD站400中移除殘餘的漿料，其可能在基板120的表面上乾燥且形成缺陷。另外，藉由自SRD站400中的基板移除漿料及流體，可決定基板120的準確重量，從而賦能準確決定自基板移除的材料量。
SRD站400具有主體430。主體430為頂表面432、底表面434及側面433。頂表面432、底表面434及側面433封閉主體430的內處理區域。將旋轉夾持器420安置於主體430的內處理區域中。第4B圖圖示旋轉夾持器420。SRD站400中的旋轉夾持器420經配置以按垂直定向安置基板120。然而應瞭解旋轉夾持器420可替代地經配置以按水平的或其他定向安置基板120。
穿過主體430安置流體噴灑器462及排水管464，且流體地耦接至內處理區域。可將流體噴灑器462安置為穿過主體430的側面433、底表面434或頂表面432。流體噴灑器462經配置以將諸如清潔水的流體流引導至由旋轉夾持器420支撐的基板120。將排水管464安置為穿過側面433或底表面424，且其自內處理區域排出由流體噴灑器462提供的流體。排水管464可耦接至泵或使用重力自內處理區域移除流體。可將槽454安置於頂表面432或側面433中。可調整槽454的大小，以允許將安置於機器人152的端效器上的基板120移至內處理區域中且移出內處理區域。在一個實施例中，將槽454安置於頂表面432中，且調整其大小以允許在旋轉夾持器420與機器人152的端效器之間轉移基板120。
旋轉夾持器420具有保持表面422及背側表面424。保持表面422具有多個指狀物470。背側表面424具有複數個致動器471。每一致動器471耦接至指狀物470中之各別者，且經配置以移動指狀物470中之各別者。當致動至第一位置時，指狀物470將基板120固定至旋轉夾持器420的保持表面422。當致動至第二位置時，指狀物470自旋轉夾持器420的保持表面422釋放基板120。
如上所述，在藉由旋轉夾持器420旋轉之前，藉由多個指狀物470夾持基板120。當旋轉夾持器420旋轉基板時，藉由指狀物470夾持基板120足以將基板120固定至旋轉夾持器420。在一個實例中，旋轉夾持器420的指狀物470對基板120施加約1 lbf至約3 lbf。在正常操作中，藉由致動器471推開指狀物470。可對指狀物470施加彈簧壓力，以將指狀物470保持於閉合位置，將基板固定至保持表面。隨後藉由第一機器人152的端效器將基板120放置於自保持表面422延伸的多個支柱479之間，該等支柱479用作放置基板120的平臺。藉由沿基板120周緣的支柱479限制所放置基板120的徑向移動。支柱479亦使基板120以旋轉夾持器420為中心並在旋轉夾持器420上對準，指狀物470閉合至基板120上且保持基板120。當移除保持指狀物470的致動器進行的機械致動時，彈簧將指狀物470位移至閉合的位置，使基板120靠向外切的指狀物470，由此使基板位於保持表面中心並在保持表面上對準。旋轉夾持器420的設計使基板120位於中心，並保持基板120的任何對準狀態。在另一實施例中，旋轉夾持器420使基板120對準至預定的位置，例如切割的位置（cut up position）。
使旋轉夾持器420連接至電動機，該電動機在處理期間使旋轉夾持器420及安裝於其上的基板120旋轉。當處理平面（或凹口）基板時，使用預對準站將基板120旋轉至預定義的定向，從而防止基板的平面、切口或凹口位於其中指狀物470無法夾持基板120的位置。多個指狀物470對稱地位於保持表面422上，而多個支柱479不對稱地位於保持表面422上。選擇支柱479的間距以允許機器人的端效器進入。在一個實例中，安置指狀物470使得任兩個鄰近指狀物之間的間距大於基板平面的最大弦尺寸。這確保在最壞的情況下，基板平面可僅靠近一個指狀物470，基板120可仍由所有剩餘的其他指狀物470夾持。可移除指狀物470以有助於維護。
不對稱的支柱479及基板平面缺失的基板質量可導致旋轉夾持器420旋轉時的不平衡（靜態的及動態的）。為補償此不平衡，在旋轉夾持器420或轉子附件中形成不對稱孔499，在旋轉基板120時提供夾持器420的轉子平衡及最小擺動。不對稱支柱479及對稱指狀物470可適應基板120中的不同邊緣條件（斜角、鋸齒狀等），同時使基板120自以旋轉夾持器420為中心的位置移動出少於1.5 mm，亦即使基板120在旋轉夾持器420上對準。旋轉夾持器420可搬運多種基板厚度（例如300 um至825 um）以及高達約200℃的溫度。
在一個實例中，旋轉夾持器420保持且旋轉基板，同時流體噴灑器462在基板120處噴灑清潔水，以自基板120的整個表面徹底移除漿料及其他顆粒。排水管464自SRD站400的內處理區域移除含有顆粒的流體，以防止來自內處理區域中存在的流體的顆粒重新引入或汙染基板120的表面。關閉流體噴灑器462，且允許基板120在旋轉夾持器420上旋轉，以藉由離心力移除且乾燥基板120的任何剩餘流體。SRD站400現在具有清潔且乾燥的基板，且使基板準備好進行後續的處理操作。
如上文所討論，藉由機器人在CMP系統的站之間轉移基板。除了具有多個機器人或單一機器人上有多個機器人葉片的實施例中，機器人葉片（亦即在轉移期間保持基板120的端效器）搬運處理前的基板及處理後的基板。當SRD站400清洗基板120且機器人葉片無基板時，在EERD中清洗無基板的機器人葉片，以防止諸如漿料顆粒的汙染物引入至離開SRD站400中的現清潔的基板上。第2圖圖示第1圖的CMP系統的EERD站200。
EERD站200具有主體220。主體220具有頂部226、底部224及側壁222。頂部226、底部224及側壁222封閉主體220的內容積228。在頂部226中可形成開口232。或者，在側壁222中之一者中可形成開口232。調整開口232的大小，以允許第一機器人152的端效器153到達並進入EERD站200的內容積228。
EERD站200具有多個沖洗噴嘴216及氣刀212。沖洗噴嘴216分配去離子化水(de-ionized water; DIW)或其他合適的流體化學物質，以有效地沖洗第一機器人152的端效器153。在主體220的底部224中形成排水管218。底部224可向排水管218傾斜。在一個實例中，將排水管安置為與側壁222中之一者鄰近，以促進DIW向排水管218排洩。或者，可在底部224中任何地方形成排水管218，其中底部224向排水管218傾斜。舉例而言，可在底部224的中心形成排水管218，且底部可為碗形的，其中排水管218在碗的底部。
將氣刀212安置為鄰近開口232。氣刀212使清潔的乾空氣(clean dry air; CDA)或其他合適的氣體（例如N 2等）流動，以乾燥通過開口232的沖洗後端效器153。舉例而言，當自EERD站200的內容積228移除端效器153時，氣刀212自端效器153移除流體。
可在主體220的側壁222中形成通氣孔214。通氣孔214高於排水管218上方。通氣孔214隔開在底部224及排水管218上方，以基本上防止預期自主體220的內容積228移除的流體經由排水管218進入通氣孔214。藉由通氣孔214自內容積228移除經由氣刀212進入內容積228的CDA或其他合適的氣體。在一或多個實例中，主體220可具有多於一個通氣孔214，以自氣刀212的內容積有效移除氣體。通氣孔214可直接或經由泵連接至工廠排氣裝置。
在操作中，當沖洗打開時，將機器人的端效器153預安置在EERD站之外。端效器153經由開口332延伸至內容積228中。當端效器153進入開口232時，藉由多個沖洗噴嘴216沖洗端效器153。在端效器153得到充分沖洗之後，關閉沖洗噴嘴216且打開氣刀212。隨後端效器153經由開口332自內容積228縮回，且在縮回時在兩側上乾燥。機器人的端效器153現為乾燥的且基本上無汙染物，並準備好拾取清潔的乾燥基板120。
EERD站200上，第一機器人152的端效器153得到沖洗及乾燥，且準備好拾取乾的清潔基板120。當基板120為濕潤時，濕的端效器153搬運基板。當端效器153需要搬運乾的清潔基板120時，端效器在搬運清潔的乾基板120之前得到沖洗及乾燥。由此，僅需要一機器人（例如第一機器人152）在不汙染清洗後基板的情況下使清洗後及未清洗的基板120移動入及移動出SRD站400。
第一機器人152將基板120移動至計量站300進行量測以決定自基板120移除的材料量。經由自基板120移除的材料量，可決定需要另外處理基板120。
使用計量站300在拋光之前/之後量測安置於基板120上的材料層的厚度，以在拋光之後檢查基板120以決定是否已自基板表面清潔材料層，及/或在拋光之前/之後檢查基板表面是否有缺陷。在一些實例中，基於使用計量站300獲取的量測或表面檢查結果，基板120可回到拋光墊166進行進一步拋光，及/或引導至不同的基板處理站或站，例如乾槽盒站114。第3圖圖示第1圖的CMP系統100的計量站300。
計量站300具有基板保持器326、支撐框架322、用於稱重基板的稱重秤340及攝影機360。稱重秤340安置於隔振器324上。隔振器324耦接至支撐框架322。隔振器324包括諸如塑膠及彈性體的能量傳送衰減材料，其減少經由隔離器324傳送的能量的量。由此，隔振器324經由隔振器324使外部環境干擾衰減，例如來自支撐框架322與稱重秤340之間行進的振動，其可能影響稱重秤340的效能及準確度。在一個實例中，稱重秤340的準確度適於量測基板120的重量，誤差小於正或負0.0001公克。
可操作攝影機360以掃描基板120的表面。使用由攝影機360獲取的一或多個影像量測基板120的基板區域，且偵測基板120的基板ID。計量站300經配置以搬運來自攝影機360的常規或鏡像的影像。計量站300包括照明系統350及光罩370。將光罩370繞攝影機360、支撐框架322及照明系統350安置。將照明系統350安置於稱重秤340與基板120之間。照明系統350經配置以照亮基板120，以賦能攝影機360更容易且更準確地量測基板參數，例如表面積及基板ID。藉由照明系統350對基板120的照亮有助於提高基板120的基板掃描的準確度。光罩370防止環境光干擾攝影機360。為減少基板保持器326干擾照明系統350，基板保持器326具有少量指狀物，例如三個指狀物，其用於接收藉由機器人轉移的基板120。基板保持器326的指狀物的寬間距允許基板下方的照明系統350提供更好的對比度，以使用安裝於基板120上方的攝影機360偵測基板ID。
使用藉由稱重秤340及攝影機360獲取的資訊決定如上所述自基板120移除的材料量。基板120的表面積及重量變化（亦即拋光前與拋光後重量之間的變化）已知的情況下，可準確決定藉由拋光製程移除的材料量。使用公式（初始厚度-最終厚度），可準確決定材料損失。為獲取厚度（每一基板之間具有相當大的容差），可使用公式厚度=質量/（表面積X密度）。密度是基板120的性質。藉由稱重秤340準確量測質量。藉由攝影機360量測表面積。由此，使用以上技術，可準確決定自基板120移除的材料量，且可將其用於終點偵測、製程監控或其他用途。
第5圖為拋光第1圖的CMP系統中的基板的方法的流程圖。在方塊510，將一盒預拋光基板裝載至濕槽盒站中。盒可包含10個或更多個基板，例如50個基板。將盒中的基板放置於濕槽盒站112中的流體槽中。盒中包含的基板可能已經過先前的處理操作，例如沉積操作、蝕刻操作或其他操作，現使基板處於需要拋光或平坦化基板的條件下。每一基板具有識別基板的唯一基板ID。
在方塊520，將盒中的基板轉移至SRD站以用於清洗。在SRD站中，沖洗且乾燥基板，以在拋光之前自基板移除外來或鬆弛的材料。乾燥基板，以防止沖洗流體干擾未來的操作。可視情況將基板移至計量站，以預檢查基板的物理參數，用於決定後續計算自基板移除的材料量的基線。舉例而言，可在拋光之前藉由計量站決定基板的初始厚度。或者，可已知基板參數，其允許在不預檢查基線資訊的情況下將基板直接饋入至拋光器。儲存基板的物理參數，且使其與如下文在方塊592討論的對應基板ID相關聯。舉例而言，可將基板的初始厚度及所要的最終厚度儲存於資料庫中，CMP系統可存取每一唯一的基板ID。
在方塊530，將基板移至拋光單元中的頭部清潔裝載卸載站。可藉由與頭部清潔裝載卸載站相關的機器人移動基板。在頭部清潔裝載卸載站中，將基板裝載至拋光頭中，其在拋光單元內的拋光操作期間保持基板。
在方塊540，基板保持於拋光頭中的同時在拋光單元中拋光。基板可需要雙側拋光製程。在一個實施例中，垂直拋光基板，使得基板的兩側同時得到拋光。在另一實施例中，在第一側上靠向拋光墊水平拋光基板，且隨後翻轉該基板以拋光基板的第二側。基板的第一側及第二側上可有硬材料，例如SiC。可在拋光製程中使用基於強氧化劑的漿料，以移除硬材料。在拋光之後，基板可移回到濕槽、緩衝位置，或直接回到旋轉沖洗乾燥站。
在方塊550，將基板移至SRD站。SRD站使用水或其他合適的溶液清洗基板，以自基板表面移除殘餘的漿料。SRD隨後乾燥基板。SRD站經配置以搬運大多數種類的基板。
在方塊560，當藉由SRD站清洗基板時，將機器人的端效器放置於EERD站中。在EERD站中清洗用於將基板轉移至SRD站的機器人的端效器。在清洗EERD站中的端效器之後，端效器可自由地自SRD站取回現清潔的基板，不會將汙染物重引入至基板。對於例示性CMP應用，將未拋光的基板帶入並設置於製程前槽中。機器人葉片拾取此基板，且將基板轉移至拋光單元以用於拋光基板。在拋光之後，藉由同一機器人葉片拾取常由製程化學物質弄濕的基板，並將其移至後續的製程站，例如SRD站。當機器人葉片僅搬運濕基板時，清洗後基板的交叉汙染或再汙染的風險最小。然而，當需要在拋光步驟之後乾燥經處理的基板時，使用同一機器人葉片轉移濕及乾基板可引入極高的乾基板汙染風險。有利地，藉由使用EERD站在用於轉移濕及乾基板之間清洗端效器，基本上減小對清洗後乾基板的表面重引入汙染物的風險。EERD站有益地清洗機器人端效器（葉片），實現使用單一端效器無縫轉移濕（且汙染）及乾（且清潔）的基板，而不需要兩個單獨的昂貴機器人，或不減少製程處理量。
在方塊570，藉由現清潔的機器人端效器將清潔的基板自SRD站移動至計量站。計量站包括高準確度的稱重秤及攝影機，以在單次快速通過中量測表面積及基板ID。計量站包括用於提高基板ID的讀取準確度的背光。
在方塊580，在計量站量測基板的重量。藉由高精度量測裝置量測重量。
在方塊590，藉由攝影機讀取基板ID。另外藉由攝影機量測表面積。在資料庫或其他電腦啟用系統中記錄基板ID。使用基板ID使計量結果與每一個別基板相關，用於進一步評估及配方調整。位於基板下方的照明系統提供安裝於基板上方的攝影機的基板ID的較佳對比度。選擇照明系統與基板之間及基板與攝影機之間的間距，以增強基板ID的偵測。照明單元照亮基板的底側，提供攝影機的較佳對比度，以準確決定基板表面積。照明及攝影機系統實現對不透明或半透明基板的搬運，例如半透明的SiC晶圓及常規的鏡面不透明晶圓。
攝影機可獲取常規或鏡面的影像，以計算表面積並且決定基板ID。
使用如上所述的公式（初始厚度-最終厚度），可準確決定由拋光導致的基板的拋光後材料損失，亦即拋光後基板厚度。使用以上技術，可極快且準確地在CMP系統原位檢查所移除的材料量。
在方塊592，在資料庫中記錄自基板移除的材料量，且使其與基板ID相關。另外，亦可在資料庫中記錄基板的重量及表面積，且使其與基板ID相關。當基板在CMP系統中移動時，可在配方中調整用於拋光基板的操作，以實現所要的層厚度或自基板移除的材料量。舉例而言，當決定基板的拋光後厚度小於目標厚度時，將基板返回至拋光單元，並且執行所選的新的拋光配方，以移除到達目標厚度所需的材料量。或者在另一實例中，當決定移除的材料量使基板厚度為所要的最終厚度時，將基板移動至乾盒。
在本文描述的實施例中，藉由系統控制器160引導CMP系統100（包括計量站300及EERD站200）的操作。系統控制器160包括可程式化中央處理單元(central processing unit; CPU)181，其可用記憶體182（例如非揮發性記憶體）及支援電路183操作。支援電路183習知地耦接至CPU 181，包含快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源及類似者及其組合，其耦接至CMP系統100的各個部件以便於控制。CPU 181為用於工業環境中的任何形式的通用電腦處理器之一，例如可程式化邏輯控制器(programmable logic controller; PLC)，其用於控制處理系統的各個部件及子部件。記憶體182耦接至CPU 181，為非暫態性的，且通常為一或多個容易獲得的記憶體，例如隨機存取記憶體(random access memory; RAM)、唯讀記憶體(read only memory; ROM)、軟磁碟、硬碟或任何其他形式的局部或遠端的數位儲存器。拋光配方、基板ID、計量結果（例如表面積、重量等）、決定（例如厚度、所移除的材料量等）、其他物理基板資訊（例如密度等）及其他資訊儲存於記憶體182中，可由控制器160以其他方式存取。
通常，記憶體182為包含指令的非暫態性電腦可讀儲存媒體的形式（例如非揮發性記憶體），當由CPU 181執行時，其有助於CMP系統100的操作。記憶體182中的指令為程式產品的形式，例如實施本揭示案之方法的程式。程式碼可符合多種不同程式語言中之任一者。在一實例中，可將揭示案實施為用於電腦系統的電腦可讀儲存媒體上儲存的程式產品。程式產品的程式定義實施例（包括本文描述的方法）的功能。
說明性非暫態性電腦可讀儲存媒體包括但不限於：（1）非可寫儲存媒體（例如電腦中的唯讀記憶體元件，例如CD-ROM驅動器可讀的CD-ROM碟、快閃記憶體、ROM晶片或任何類型的固態非揮發性半導體記憶體元件，例如固態硬碟(solid state drive; SSD)），可在其上永久儲存資訊；及（2）可寫儲存媒體（例如磁碟驅動器或硬碟機或任何類型的固態隨機存取半導體記憶體），其上儲存可變資訊。攜載引導本文描述的方法的功能的電腦可讀指令的此類電腦可讀儲存媒體為本揭示案的實施例。在一些實施例中，用一或多個特定應用積體電路(application specific integrated circuit; ASIC)、現場可程式化閘陣列(field-programmable gate array; FPGA)或其他類型的硬體實施方式執行本文闡述的方法或其一部分。在一些其他實施例中，用軟體常式、ASIC、FPGA及/或其他類型的硬體實施方式的組合執行本文闡述的基板處理及/或處置方法。一或多個系統控制器180可用於本文描述的各個模組化拋光系統中之一者或任何組合及/或其個別的拋光站。
本文揭示的實施例減少拋光SiC基板所需的設備及搬運的量。由此，CMP系統可大體上在無人工介入的情況下用高度自動化的方式執行上文提及的所有功能。CMP系統亦能夠搬運大多數類型的基板，例如具有平面特徵、凹口特徵的基板及/或不同尺寸的基板。EERD站有利地經配置以清洗機器人葉片，以減少所需的機器人數量以及自SRD站轉移至清潔基板的汙染物。計量站亦使重量、厚度、材料移除及其他資訊經由基板ID與唯一的基板相關，改良製程控制、處理量及產品良率。
雖然上文涉及本揭示案的實施例，但可在不脫離基本範疇的情況下設計本揭示案的其他及另外的實施例，下文的請求項決定範疇。
100:處理系統 112:濕槽盒站 114:乾槽盒站 116:拋光站 120:基板 152:機器人 153:端效器 154:機器人 156:機器人 162:拋光站 163:拋光站 164:拋光站 166:拋光墊 168:拋光臂 180:系統控制器 181:中央處理單元 182:記憶體 183:支援電路 200:效應器沖洗乾燥站 212:氣刀 214:通氣孔 216:沖洗噴嘴 218:排水管 220:主體 222:側壁 224:底部 226:頂部 228:內容積 232:開口 300:計量站 322:支撐框架 324:隔振器 326:基板保持器 340:稱重秤 350:照明系統 360:攝影機 370:光罩 400:旋轉沖洗乾燥站 420:旋轉夾持器 422:保持表面 424:背側表面 430:主體 432:頂表面 433:側面 434:底表面 454:槽 462:流體噴灑器 464:排水管 470:指狀物 471:致動器 479:支柱 499:不對稱孔 510:方塊 520:方塊 530:方塊 540:方塊 550:方塊 560:方塊 570:方塊 580:方塊 590:方塊 592:方塊
為了詳細地理解本揭示案的上述特徵的方式，可參考實施例更特定地描述本實施例（上文簡要概述），其中一些實施例在附圖中圖示。然而，應注意，附圖僅圖示例示性實施例，並且因此不應認為其限制本揭示案的範疇，可承認其他等效的實施例。
第1圖為例示性化學機械拋光(CMP)處理系統的示意平面圖。
第2圖圖示第1圖的CMP系統的端效器沖洗乾燥(EERD)站。
第3圖圖示第1圖的CMP系統的計量站。
第4A圖圖示第1圖的CMP系統的旋轉沖洗乾燥(SRD)站。
第4B圖圖示第4A圖的旋轉沖洗乾燥(SRD)站的旋轉夾持器。
第5圖為拋光第1圖的CMP系統中的基板的方法的流程圖。
為便於理解，在可能的情況下以使用相同的元件符號來標明圖中共同的相同要素。設想一個實施例的要素及特徵可在無進一步敘述的情況下有益地包括於其他實施例中。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
112:濕槽盒站 114:乾槽盒站 152:機器人 154:機器人 162:拋光站 163:拋光站 164:拋光站 166:拋光墊 168:拋光臂 180:系統控制器 181:中央處理單元 182:記憶體 183:支援電路 200:效應器沖洗乾燥站 300:計量站 400:旋轉沖洗乾燥站

Claims (20)

  1. 一種用於拋光基板的整合式CMP系統，該CMP系統包含： 一拋光站，其經配置以拋光一基板； 一旋轉沖洗乾燥(SRD)站，其經配置以清洗且乾燥該基板； 一計量站，其經配置以量測該基板的參數； 一機器人，其經配置以將該基板移動至該SRD站中及自該SRD站移出該基板； 一效應器沖洗乾燥(EERD)站，其經配置以清洗且乾燥該機器人的端效器；及 一濕盒槽，其經配置以在清洗或拋光時保持該等基板為濕的。
  2. 如請求項1所述之整合式CMP系統，其中該EERD站進一步包含： 一主體，其具有界定一內容積的一頂部、一底部及側壁； 一開口，形成於該主體中，可調整該開口的大小以允許該機器人的該端效器進入該主體的該內容積。
  3. 如請求項2所述之整合式CMP系統，其中該EERD站進一步包含： 沖洗噴嘴，其經配置以在位於該內容積時將一流體噴灑於該端效器；及 一氣刀，其安置於鄰近該開口，且經配置以在該端效器自該內容積抽出時使氣體流向該端效器。
  4. 如請求項3所述之整合式CMP系統，其中該EERD站進一步包含： 一通氣孔，其形成於該主體的該等側壁中，該通氣孔經由一排氣泵連接至一工廠排氣裝置，該通氣孔經配置以自該內容積移除藉由該氣刀提供的所有氣體；及 一排氣管，其安置於該主體中，且經配置以允許來自該等沖洗噴嘴的該流體離開該內容積，其中該通氣孔相對於該排氣管為高的。
  5. 如請求項1所述之整合式CMP系統，其中該計量站進一步包含： 一支撐框架； 一基板保持器，其安置於該支撐框架上，且經配置以支撐該基板； 一攝影機，其安置於該基板保持器上方；及 一稱重秤，其耦接於該支撐框架與該基板保持器之間。
  6. 如請求項5所述之整合式CMP系統，其中該計量站進一步包含： 一隔振器，其安置於該支撐框架與該稱重秤之間； 一照明系統，其安置於該稱重秤與該支撐框架之間；及 一光罩，其繞該攝影機、該支撐框架及該照明系統安置。
  7. 如請求項5所述之整合式CMP系統，其中該攝影機經配置以量測一表面積且偵測該基板的該基板ID。
  8. 如請求項5所述之整合式CMP系統，其中該基板為半透明或不透明的。
  9. 如請求項1所述之整合式CMP系統，其中SRD站進一步包含： 一旋轉夾持器，其配置有複數個指狀物及支柱，其中該等指狀物及支柱使該基板位於該旋轉夾持器中心且對準。
  10. 如請求項1所述之整合式CMP系統，其中該基板保持器可搬運各種厚度的平面或凹口的基板。
  11. 如請求項1所述之整合式CMP系統，其中該基板保持器可搬運高達200℃的高溫的基板。
  12. 一種拋光一基板的方法，該方法包含以下步驟： 將該基板移動至一拋光單元中的一頭部清洗裝載卸載站； 在該拋光單元中拋光該基板； 用一機器人的一端效器將該基板移動至一旋轉沖洗乾燥(SRD)站； 在該SRD站中清洗該基板； 當藉由該SRD站清洗該基板時，在一端效器沖洗乾燥(EERD)站中清洗該機器人的該端效器；及 用該清潔的端效器將藉由該SRD站清洗的該基板移動至一計量站。
  13. 如請求項12所述之方法，其進一步包含以下步驟： 在一計量站中稱重該基板；及 在該計量站中決定該基板的一表面積。
  14. 如請求項13所述之方法，其進一步包含以下步驟： 計算自該基板移除的一材料量；及 用該基板的一相關基板ID將所移除的該材料量記錄於一資料庫中。
  15. 如請求項14所述之方法，其中計算所移除的該材料量之步驟包含以下步驟： 自一初始厚度減去一拋光後厚度，其中該初始厚度等於拋光之前該基板的該重量除以該表面積與該密度的一乘積，其中該拋光後厚度為拋光後該重量除以該表面積與該密度的該乘積。
  16. 如請求項13所述之方法，其進一步包含以下步驟： 當獲取該基板的一第二側的一影像時，照亮該基板的一第一側，該第一側與該第二側相對。
  17. 如請求項15所述之方法，當決定該基板的該拋光後厚度小於一目標厚度時，將該基板返回至該拋光單元，並且執行一新的拋光配方，選擇該新的拋光配方以移除到達該目標厚度所需的一材料量。
  18. 如請求項15所述之方法，其中當決定該基板的該拋光後厚度等於一目標厚度時，將該基板轉移至一乾盒槽。
  19. 一種用於拋光基板的整合式CMP系統，該CMP系統包含： 一拋光站，其經配置以拋光一基板； 一旋轉沖洗乾燥(SRD)站，其經配置以清洗且乾燥該基板；及 一計量站，其經配置以量測該基板的參數，該計量站進一步包含： 一支撐框架； 一基板保持器，其安置於該支撐框架上，且經配置以支撐該基板； 一攝影機，其安置於該基板保持器上方；及 一稱重秤，其耦接於該支撐框架與該基板保持器之間； 一照明系統，其安置於該稱重秤與該支撐框架之間；及 一端效器沖洗乾燥(EERD)站。
  20. 如請求項19所述之整合式CMP系統，其中該端效器沖洗乾燥(EERD)站進一步包含： 沖洗噴嘴，其經配置以將一流體噴灑於一基板移動機器人的一端效器； 一氣刀，其經配置以使氣體流向該端效器； 一排水管，其收集該所噴灑的流體；及 一通氣孔，其經配置以排出該流動的氣體。
TW111110114A 2021-03-25 2022-03-18 整合式ｃｍｐ系統及拋光基板的方法 TWI880075B (zh)

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