專利名稱：作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法
技術領域：
本發明是關于一種晶片表面壓力分布數據測量、回饋與修正方法，且特別是有關于一種壓力零件(如化學機械研磨裝置的晶片夾持裝置及研磨墊、傳送晶片用的機械手臂等)的壓力分布測量回饋與修正的方法。
本發明利用壓力感測薄膜的受壓成像原理以數字影像仿真分析產生數字資料，藉以分析各種晶片表面壓力相關零件在各種操作條件下的壓力分布，因此可用來建立數據庫以便于各種壓力相關零件的產品開發、檢測診斷、更新維護。
在超大規模集成電路芯片(ULSI chip)的化學機械研磨制造工藝中，各種相關壓力零件，如化學機械研磨裝置的施壓零件(pressurecomponent)、抗靜電夾頭(electro-static-chuck)、機械手臂(mechanical arm)、晶片夾具(wafer clamp)在晶片階段的壓力分布均會對晶片制作過程的質量、成品率造成極大影響。不過，IC業界卻沒有能力直接繪圖(mapping)、計算(numerate)、仿真(simulate)、預測(forecasting)、修正這些壓力零件在各種操作條件下的壓力分布，但這的確能夠幫助IC產品制作過程中晶片表面平坦性及晶片生產成品率的改善。
第1圖即是現有化學機械研磨裝置的示意圖。如第1圖所示，欲進行化學機械研磨制作過程的晶片10會放置在晶片夾持裝置(holder)12的表面，并推向涂有研漿(圖中未示)的研磨墊14以進行化學機械研磨。晶片夾持裝置12的主體是由鋼體構成，其周圍設置有橡圈16以環繞放置其上的晶片10，中央則設置有氣孔18以透過氣壓原理將晶片10吸附在晶片夾持裝置12的表面。研磨墊14則是由復合材料組成，其表面設置有各種線路(如格子狀、同心圓、輻射狀等)以改善研磨墊14的壓力分布。在這個例子中，無論是設置在晶片夾持裝置12周圍的橡圈16、自晶片夾持裝置12中央氣孔18施加的吸附力、研磨墊14的材質(如纖維種類、彈性系數、纖維粗細、重量百分比...)、研磨墊14表面的圖案等均可能對化學機械研磨工藝的結果造成重要影響。因此，只要能夠建立一個有關于各種壓力零件在各種操作條件下壓力分布的數據庫，便可以幫助各種壓力零件進行產品開發、檢測診斷、維護、控制。
另外，第2圖的A圖及B圖則是現有晶片傳送裝置的示意圖。如第2A圖及B圖所示，晶片傳送裝置可以是抗靜電夾頭或晶片夾，用以將晶片傳送于各反應室之間。以傳送晶片的機械手臂為例，機械手臂的主體是由鋼體22所構成，其中央設置有氣孔24或吸盤24′以吸附欲傳送的晶片20，四周則會設置有固定尖爪26或固定橡圈26′以防止欲傳送晶片20的偏移。在A圖中，主體中央及四周是由氣孔24及固定尖爪26固定放置其上的晶片20。在第2B圖中，主體中央及四周則是由吸盤24′及固定橡圈26′固定放置其上的晶片20。與第1圖相同，氣孔24或吸盤24′的吸力、自固定尖爪26或固定橡圈26′施加的壓力等均會影響到欲傳送晶片20的表面壓力分布。當吸盤24′或氣孔24的吸力過小，欲傳送的晶片20可能會松脫。當吸盤24′或氣孔24的吸力過大，欲傳送的晶片20可能會變形或斷裂。當固定橡圈26′或固定尖爪26的抓力過小，欲傳送的晶片20可能會松脫。當固定橡圈26′或固定尖爪26的抓力過大，欲傳送的晶片20則可能會變形或斷裂。
本發明的主要目的就是提供一種作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋方法，通過該方法得到壓力零件在各種操作條件下的壓力資料，其可以針對不同操作條件選定合適的壓力控制參數，以改善制作過程的效率及成品率，且可用來建立數據庫以便于各種壓力零件的產品開發、檢測診斷、維護與控制。
本發明的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法是首先將壓力感測薄膜覆蓋于壓力零件與晶片的組合中；接著，使壓力相關零件在不同條件下動作，以對壓力感測薄膜進行不同程度的施壓，進而得到對應不同條件的壓力圖像數據；壓力零件在不同條件下的壓力分布的圖像數據的數字化由數字仿真器產生獲得。
本發明提供另一種作用于晶片表面壓力零件的壓力分布數據測量與回饋的方法，其步驟包括，在晶片表面相關零件、晶片及在上述組合中設置一層壓力感測薄膜；接著，使上述組合操作于不同條件下，以對上述壓力感測薄膜施行不同程度的壓力，進而得到對應各種條件的圖像數據；將這些圖像數據數字化，即通過數字仿真器產生該壓力零件在不同條件下的壓力分布；對不同條件下的壓力分布分別運算其壓力平均值分布圖，即取得不同條件之壓力平均值分布圖的變化曲線，由仿真處理器計算出最佳補償值。
在本發明的作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋的方法中，壓力感測薄膜可以由兩個聚合物薄膜接合而成，其表面分別覆蓋有顯色材料層及感色材料層，且兩個聚合物薄膜是由覆蓋有顯色材料層及感色材料層的兩個表面彼此接合。或者，壓力感測薄膜亦可以由一個聚合物薄膜組成，其表面依序覆蓋有感色材料層及顯色材料層。其中，顯色材料層可以由微泡膠材料所組成。
另外，在本發明的作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋的方法中壓力零件可以是化學機械研磨裝置的晶片夾持裝置、化學機械研磨裝置的研磨墊、傳送晶片的機器手臂。
在本發明的方法中的圖像數據可以通過掃描儀或數字相機獲取，由影像處理裝置數字化，并利用仿真處理器進行比對，以仿真上述壓力零件在各種操作條件下的壓力分布數據，由此量化的數據回饋到控制系統以開發新機械零件，調整壓力輸出參數，檢測診斷異常問題等。
本發明的作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋的方法的優點是1、可直接測量各種壓力零件的壓力分布，因此各種壓力零件的更換與維護能夠更為方便，有利于產品開發及檢測診斷；2、提高晶片的生產質量及生產效率。
附圖
簡要說明第1圖是現有化學機械研磨裝置的示意圖；第2圖是現有晶片傳送裝置的示意圖；第3圖是本發明化學機械研磨裝置中晶片夾持裝置及研磨墊的壓力分布測量方法的示意圖；第4圖是本發明晶片傳送裝置的壓力相關零件的示意圖；第5圖是本發明壓力感測薄膜的剖面圖；第6圖是本發明晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量方法的流程圖。
下面配合附圖舉例對本發明的作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋的方法作詳細說明實施例
參考第3圖，此為本發明化學機械研磨裝置中晶片夾持裝置的壓力分布測量方法的示意圖。如第3圖中A圖所示，欲進行化學機械研磨制作過程的晶片30會放置在晶片夾持裝置(holder)32的表面，并推向涂有研漿(圖中未示)的研磨墊34以進行化學機械研磨。晶片夾持裝置32的主體是由鋼體構成，其周圍設置有橡圈36以環繞放置其上的晶片30，中央則設置有氣孔38以透過氣壓原理將晶片30吸附在晶片夾持裝置32的表面。研磨墊34則是由復合材料組成，其表面設置有各種線路(如格子狀、同心圓、輻射狀等)以改善研磨墊34的壓力分布。為測量晶片夾持裝置在各種操作條件下的壓力分布，如設置在晶片夾持裝置32周圍的橡圈36、自晶片夾持裝置32中央氣孔38施加的吸附力、研磨墊34的材質(如纖維種類、彈性系數、纖維粗細、重量百分比...)、研磨墊34表面的圖案等，晶片夾持裝置32的表面會貼上一層壓力感測薄膜PSF1。
壓力感測薄膜PSF1如第5圖中A圖所示，可以由兩層聚合物薄膜(Polyester base)A1、C1所接合而成。聚合物薄膜A1的表面覆蓋有顯色材料層(Color-forming layer)B1。聚合物薄膜C1的表面則覆蓋有感色材料層(Color-developing layer)D1。聚合物薄膜A1、C1則是利用覆蓋顯色材料層B1、感色材料層D1的表面彼此接合。另外，如第5圖中B圖所示，壓力感測薄膜PSF1亦可以由聚合物薄膜A2所組成，其表面依序覆蓋有感色材料層D2及顯色材料層B2。在第5圖的A圖及B圖中，顯色材料層B1、B2可以由許多含有顯色材料的微色囊(Microcapsule)所組成。當壓力感測薄膜PSF1承受壓力時，顯色材料層B1、B2的微色囊便會破裂并釋放其中的顯色材料，使釋放的顯色材料則與感色材料層D1、D2反應，以產生不同程度的顏色。利用粒子尺寸控制(PSC)技術，微色囊可設計成根據承受壓力釋放不同濃度或顏色的顯色材料。由此，壓力感測薄膜PSF1的壓力分布可直接由施壓后得到的圖像顏色或濃度判讀。
接著，晶片夾持裝置32便可以放置欲進行化學機械研磨制作過程的晶片30，并如現有方法進行化學機械研磨制作過程。如此，晶片夾持裝置32在各種操作條件下的壓力分布便可以利用壓力感測薄膜PSF1的受壓成像特性，直接從其受壓得到的圖像數據中測量獲得。
類似地，第3圖中B圖則是本發明化學機械研磨裝置中研磨墊的壓力分布測量方法的示意圖。與第3圖中A圖不同的是，在這個例子里，壓力感測薄膜PSF2是貼在研磨墊34的表面，使研磨墊34在各種操作條件下的壓力分布便可以利用壓力感測薄膜PSF2的受壓成像特性，直接從其受壓得到的圖像數據中測量得到。
第4圖即本發明測量晶片傳送裝置的示意圖。與第2圖相似，晶片傳送裝置(如機械手臂)的主體是由鋼體42所構成，其中央設置有氣孔44或吸盤44′以吸附欲傳送的晶片40，四周則會設置有固定尖爪46或固定橡圈46′以防止欲傳送晶片20的偏移。第4圖中的A圖是在晶片傳送裝置的主體42中央及四周設置氣孔44及固定尖爪46，第4圖中的B圖則是在晶片傳送裝置的主體42中央及四周設置吸盤44′及固定橡圈46′。在第4圖的A圖及B圖，為測量晶片傳送裝置在各種操作條件下的壓力分布，其表面會貼上一層壓力感測薄膜PSF3，如上所述。如此，晶片傳送裝置便可調整至各種條件下操作，如自氣孔44施加的吸力及自固定尖爪46施加的支撐力，以統計晶片傳送裝置在各種操作條件下的壓力分布。
第6圖即本發明的作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋方法的流程圖。
首先，在步驟1中，提供一壓力零件，如化學機械研磨裝置中的壓力零件(如晶片夾持裝置、研磨墊)及用來傳送晶片的晶片傳送裝置(如機械手臂)。
接著，在步驟2中，利用壓力零件夾持欲進行化學機械研磨或傳送的晶片。例如，以晶片夾持裝置或晶片傳送裝置夾持欲進行處理的晶片。
然后，在步驟3中，將壓力感測薄膜PSF貼在欲測量壓力的壓力零件(如化學機械研磨裝置中的晶片夾持裝置、研磨墊34及用于傳送晶片的機械手臂)的表面。
接著，在步驟4中，將覆蓋有壓力感測薄膜PSF的壓力零件操作于各種條件下，例如自晶片夾持裝置32中央設置的氣孔38施加不同大小的吸力、...。并且，在步驟5中，對覆有壓力感測薄膜的組合體施加壓力，以得到各種對應的圖像數據。
接著，在步驟6中，分解上述組合，并利用影像處理器(如掃描儀、數字相機)抓取壓力感測薄膜PSF上的圖像數據。
接著，在步驟7中，利用仿真處理器比對圖像數據的顏色或濃度分布，以將壓力相關零件在各種的壓力分布數字化，進而得到晶片階段的壓力分布，如步驟8所示。
接著，在步驟9中，將上述步驟所得到的對應結果(各種電路圖案及壓力分布的關連)儲存于數據庫，提供給電路設計者或電路分析者以有助于壓力零件的開發或建立相關制作過程的模型或準則，如步驟10所示。
綜上所述，本發明所提壓力相關零件的壓力分布測量方法是利用壓力感測薄膜的受壓成像原理以推測壓力相關零件在各種操作條件下的壓力分布情形，因此可用來建立數據庫以便于各種壓力相關零件的產品開發、檢測診斷、更換維護。
另外，本發明所提供的作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋方法可針對不同操作條件選定合適的壓力零件，以改善制作過程的效率及生產成品率。
再者，本發明所提供的作用于晶片表面壓力零件的壓力數據分布測量與回饋方法可直接測量各種壓力零件的壓力分布，因此各種壓力零件的更換與維護能夠更為方便。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟知本領域技術者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視權利要求書結合說明書和附圖的范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征是提供一作用于晶片的壓力零件及晶片；將一壓力感測薄膜覆蓋在作用于一晶片的壓力零件及晶片組合中；使該壓力零件在不同條件下動作，以對該壓力感測薄膜進行不同程度的施壓，進而得到對應不同條件的壓力圖像數據；將該些圖像數據數字化，由數字仿真器產生該壓力零件在不同條件下的壓力分布。
2.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力感測薄膜具有兩聚合物薄膜，其表面分別覆蓋有一顯色材料層及一感色材料層，且兩聚合物薄膜是以該兩覆蓋層表面彼此接合的。
3.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力感測薄膜具有一聚合物薄膜，其表面依次覆蓋有一感色材料層及一顯色材料層。
4.根據權利要求2或3所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于顯色材料層是由許多含有顯色材料的微色囊所組成。
5.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力零件為化學機械研磨裝置的晶片夾持裝置。
6.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力零件為化學機械研磨裝置的研磨墊。
7.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力零件為晶片傳送裝置。
8.根據權利要求7所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于晶片傳送裝置為機器手臂。
9.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于圖像數據是由一掃描儀掃描該壓力感測薄膜得到的。
10.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于圖像數據是由一數字相機對該壓力感測薄膜照相得到的。
11.根據權利要求1所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于圖像數據是由一影像處理裝置數字化。
12.根據權利要求11所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于數字化壓力分布資料是由一仿真處理器以模糊比對，回歸分析等方法獲得。
13.一種作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征是設一組件和晶片；將一壓力感測薄膜覆蓋在作用于一晶片的壓力零件及晶片組合中；使壓力零件在不同條件下動作，以對該壓力感測薄膜進行不同程度的施壓，進而得到對應不同條件的壓力圖像數據；將這些圖像數據數字化，通過數字仿真器產生該壓力零件在不同條件下的壓力分布；對不同條件下的壓力分布分別運算其壓力平均值分布圖，以取得不同條件的壓力平均值分布圖的變化曲線，由仿真處理器計算出最佳補償值。
14.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力感測薄膜具有兩聚合物薄膜，其表面分別覆蓋有一顯色材料層及一感色材料層，且兩聚合物薄膜是以該兩覆蓋層表面彼此接合的。
15.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力感測薄膜具有一聚合物薄膜，其表面依次覆蓋有一感色材料層及一顯色材料層。
16.根據權利要求14或15所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于顯色材料層是由許多含有顯色材料的微色囊所組成。
17.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力零件為化學機械研磨裝置的晶片夾持裝置。
18.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力零件為化學機械研磨裝置的研磨墊。
19.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于壓力零件為晶片傳送裝置。
20.根據權利要求19所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于晶片傳送裝置為機器手臂。
21.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于圖像數據是由一掃描儀掃描該壓力感測薄膜得到的。
22.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于圖像數據是由一數字相機對該壓力感測薄膜照相得到的。
23.根據權利要求13所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于圖像數據是由一影像處理裝置數字化。
24.根據權利要求23所述的作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法，其特征還在于數字化壓力分布資料是由一仿真處理器以模糊比對，回歸分析方法獲得。
全文摘要
本發明為一種作用于晶片表面壓力零件的壓力分布測量與回饋方法,是在壓力零件及晶片組合體中覆蓋壓力感測薄膜,利用壓力感測薄膜的受壓成像原理通過數字影像仿真分析產生數字資料,以分析各種晶片表面壓力零件在各種操作條件下的壓力分布,由此可用來建立數據庫以便于各種壓力相關零件的產品開發、檢測診斷、更新維護,以提高晶片的成品質量。
文檔編號H01L21/66GK1383198SQ01109788
公開日2002年12月4日 申請日期2001年4月24日 優先權日2001年4月24日
發明者林啟發 申請人:華邦電子股份有限公司