專利名稱：使用可移動(dòng)底座的拋光頭檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用可移動(dòng)底座的拋光頭檢測(cè)。
背景技術(shù)：
通過導(dǎo)電、半導(dǎo)體或絕緣層的順序沉積，集成電路通常形成在襯底上，特 別是，硅晶片上。在每層沉積之后，經(jīng)常對(duì)已沉積的層進(jìn)行蝕刻以產(chǎn)生電路特 征。由于一系列層順序地沉積和蝕刻，襯底的最外或最上表面，也即襯底的己 暴露表面變得越來越不平坦。該非平坦表面在集成電路制造工藝的光刻步驟中 可能產(chǎn)生問題。所以，經(jīng)常需要周期性地平坦化該襯底表面。
化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種可接受的平坦化方法。該平坦化方法通常 包括使用裝載罩組件將襯底安裝在承載器或拋光頭上。該襯底的已暴露表面與 旋轉(zhuǎn)的拋光墊相對(duì)放置。拋光墊或者是"標(biāo)準(zhǔn)的"或者是"固定研磨墊"。標(biāo) 準(zhǔn)的拋光墊具有耐用的粗糙表面，而固定研磨墊通常具有裝在容器介質(zhì)中的研 磨劑顆粒。拋光頭在襯底上提供可控的負(fù)載，也即壓力，以將其推向拋光頭。 如果使用標(biāo)準(zhǔn)墊，將包括至少一種可化學(xué)反應(yīng)的試劑以及研磨劑顆粒的拋光漿 液施加到拋光墊的表面。
拋光頭可經(jīng)受周期性的維護(hù)，其中拆卸下該頭，更換受損的零件并且隨后 重新組裝。在該頭返回開始拋光其它晶片之前，可以在檢測(cè)臺(tái)上檢測(cè)重新打磨 的頭以確定在將其用于昂貴的晶片或其他半導(dǎo)體襯底上之前該頭是否操作正 常。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)在此公開的說明書的一個(gè)技術(shù)方案，拋光頭在測(cè)試臺(tái)中測(cè)試，該測(cè)試 臺(tái)具有用于支撐測(cè)試晶片的底座以及用于將底座中心晶片支撐表面和檢測(cè)晶 片向拋光頭移動(dòng)的可控的底座致動(dòng)器。該底座可在垂直遠(yuǎn)離該拋光頭的第一垂
直位置與垂直距離該拋光頭更近的第二垂直位置之間移動(dòng)以促進(jìn)拋光頭的檢
在一個(gè)實(shí)施方式中，該測(cè)試包括檢測(cè)該頭的晶片損失感應(yīng)器。晶片損失感 應(yīng)器測(cè)試或其他拋光頭測(cè)試可包括對(duì)該頭的隔膜腔室施加真空壓力以拾取設(shè) 置在底座中心晶片支撐表面上的第一測(cè)試晶片。該測(cè)試還包括在對(duì)隔膜腔室施 加真空壓力之前對(duì)該頭的內(nèi)部管道腔室施加壓力，并且在對(duì)隔膜腔室施加真空 壓力的同時(shí)監(jiān)視該內(nèi)部管道腔室中的壓力。
在本說明書的另一技術(shù)方案中，可使用定位器定位該測(cè)試晶片，該定位器 具有定位在底座中心晶片支撐表面周圍的多個(gè)第一測(cè)試晶片接合部件。該測(cè)試 晶片接合部件接合該測(cè)試晶片以相對(duì)于該底座中心晶片支撐表面定位該測(cè)試 晶片。在一個(gè)實(shí)施方式中，該晶片定位器包括環(huán)形部件，其適于加載分布在該 環(huán)形部件的第一圓周上的多個(gè)第一測(cè)試晶片接合部件。
在又一技術(shù)方案中，拋光頭測(cè)試可包括使用定位器定位具有大于第一直徑 的第二直徑的測(cè)試晶片，該定位器具有定位在外部晶片支撐表面的多個(gè)第二測(cè) 試晶片接合部件，該外部晶片支撐表面設(shè)置在底座中心晶片支撐表面周圍，并 且適于支撐測(cè)試晶片。該多個(gè)第二測(cè)試晶片接合部件可分布在環(huán)形部件的第二 圓周上，該第二圓周具有大于第一圓周的直徑。
在再一技術(shù)方案中，測(cè)試臺(tái)可具有可拆卸的蓋板，該蓋板具有自身的晶片 支撐表面。該蓋板可移除以暴露底座和測(cè)試晶片定位器。
還存在本發(fā)明的附加的技術(shù)方案。應(yīng)該理解，前述僅僅是本發(fā)明一些實(shí)施 方式和方案的簡要概括。描述并聲明了附加的實(shí)施方式和技術(shù)方案。因此，前 述內(nèi)容不意味著限制本說明書的范圍。
圖1示出根據(jù)本說明書一個(gè)實(shí)施方式的具有測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的 拋光頭測(cè)試臺(tái)，其中移除了蓋板；
圖2示出設(shè)置在測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的底座上方的 典型拋光頭的示意性截面圖3示出圖1的測(cè)試臺(tái)的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的俯視圖，其中示出移 除了蓋板；
圖4a示出具有蓋板的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的示意性局部側(cè)截面圖； 圖4b示出不具有蓋板的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的分解的示意性局部側(cè) 截面圖5示出圖1的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的晶片定位器的透視圖6a-6g示出測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)檢測(cè)拋光頭的操作的一個(gè)示例； 圖7a和7b示出圖2的拋光頭的晶片損失傳感器的操作的示意圖； 圖8示出在圖7a和圖7b中所示的晶片損失傳感器的操作期間該拋光頭的 內(nèi)部管道腔室中的壓力變化；
圖9示出與圖2的拋光頭的每個(gè)壓力腔室相關(guān)聯(lián)的測(cè)試臺(tái)氣動(dòng)回路的一個(gè)
示例的示意圖10示出測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)測(cè)試拋光頭的操作的一個(gè)示例的流程
圖11示出根據(jù)另一實(shí)施方式的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的示意性局部透 視截面圖12示出用于圖11的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的晶片定位器的一個(gè)示例 的透視圖13所示為圖12的晶片定位器的示意性局部透視截面圖，其示出不同尺 寸的測(cè)試晶片的定位；
圖14示出根據(jù)另一實(shí)施方式的具有底座的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)的俯 視圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的測(cè)試臺(tái)在圖1通常以10表示。測(cè)試臺(tái)10包括 支撐頭定位控制系統(tǒng)14的框架或平臺(tái)12，該頭定位控制系統(tǒng)14將化學(xué)和機(jī) 械拋光頭16定位在平臺(tái)12的上方。如美國專利No.7， 089， 782中更詳細(xì)描 述的，頭定位控制系統(tǒng)14可將頭16精確定位在平臺(tái)12上方的許多電動(dòng)受控 位置中的其中一個(gè)上以促進(jìn)頭16的各種測(cè)試過程。然而，應(yīng)該理解，取決于 特定應(yīng)用，拋光頭16可安裝在固定高度，或者在不同高度之間可手動(dòng)移動(dòng)， 或者使用其他機(jī)構(gòu)致動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，測(cè)試臺(tái)io還包括測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)
17，該測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17包括可移動(dòng)底座19。如以下更洋細(xì)描述的，
測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17將測(cè)試晶片相對(duì)于拋光頭16進(jìn)行定位以促進(jìn)拋光 頭16的測(cè)試。例如，測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17可由CMP工具的裝載罩組 件提供晶片加載的模擬。
圖2示出設(shè)置在測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17的可移動(dòng)底座19上方的典型 的化學(xué)和機(jī)械拋光頭16的示意性截面圖。應(yīng)該理解，根據(jù)本說明書方案的測(cè) 試臺(tái)可用于測(cè)試各種不同類型的晶片或襯底拋光頭，包括用于拋光150mm、 200mm或300mm晶片的頭。
如美國專利No.7， 089， 782中更詳細(xì)描述的，諸如圖2的頭16的拋光頭 可具有多個(gè)傳感器，其優(yōu)選由測(cè)試臺(tái)IO來測(cè)試。這樣的傳感器的示例一般由 18表示并且感應(yīng)該晶片是否損失。傳感器的數(shù)量和類型可根據(jù)拋光頭的類型 改變。其他通用類型的頭傳感器包括晶片存在傳感器和晶片壓力傳感器。
拋光頭16還具有三個(gè)壓力密封腔室，即定位環(huán)腔室20、內(nèi)部管道腔室22 和隔膜腔室24。測(cè)試臺(tái)IO可對(duì)腔室應(yīng)用各種測(cè)試以確保正確的密封和操作。 應(yīng)該理解，腔室的數(shù)量和類型可根據(jù)頭的類型改變。例如，該頭可具有三到八 個(gè)腔室。
在所示實(shí)施方式的頭16中，定位環(huán)腔室20位于頭16的外殼26與基座 28之間。在晶片拋光操作期間，定位環(huán)腔室20受壓以將負(fù)載，即向下的壓力 施加給基座28。旋轉(zhuǎn)隔板29將外殼柔性耦接到基座28并且允許定位環(huán)腔室 20的膨脹和壓縮。這樣，基座28相對(duì)于拋光頭的垂直位置由定位環(huán)腔室20 中的壓力控制。
柔性隔膜30在支撐結(jié)構(gòu)32下方延伸以提供待拋光的晶片或其他半導(dǎo)體襯 底36的安裝表面34。位于基座28與支撐結(jié)構(gòu)32之間的隔膜腔室24的壓力 迫使柔性隔膜30向下以將襯底壓向拋光墊。柔性部件38將支撐結(jié)構(gòu)32柔性 耦接到基座28并且允許隔膜腔室24的膨脹和壓縮。
另一彈性和柔性隔膜40可通過夾緊環(huán)或其他合適的緊固件與基座28的下 表面附著以限定內(nèi)部管道腔室22。受壓的流體，諸如空氣可引入或引出內(nèi)部 管道腔室22并且從而控制支撐結(jié)構(gòu)32和柔性隔膜30上的向下的壓力。
外殼26連接到拋光系統(tǒng)的錠子44上，該錠子用于在圍繞旋轉(zhuǎn)軸46拋光 期間旋轉(zhuǎn)頭16并且該旋轉(zhuǎn)軸46在拋光期間與拋光墊的表面垂直。三個(gè)壓力管
道50、 52和54或者在高于大氣(受壓)或者低于大氣(真空)壓力時(shí)將諸如 空氣或氮?dú)獾牧黧w引入每個(gè)腔室20、 22和24。
如圖1所示，頭測(cè)試臺(tái)的頭定位控制系統(tǒng)14包括電動(dòng)受控線性致動(dòng)器60， 其由可為諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)的可編程通用計(jì)算機(jī)的控制器62 (圖9)來控制?？?選的，控制器62可包括可編程邏輯陣列、分布式邏輯電路或其他數(shù)字或模擬 控制電路。線性致動(dòng)器60可將安裝在安裝臺(tái)64上的頭16定位到安裝臂66 的一端，安裝到由控制器62選擇的精確位置。在所示的實(shí)施方式中，可控的 精確位置是頭16相對(duì)于測(cè)試臺(tái)10的底座19的測(cè)試表面或測(cè)試晶片支撐表面 68 (圖2)的垂直位移。該垂直位移沿著與測(cè)試表面68正交的Z軸測(cè)量，其 中測(cè)試表面68支撐用于由拋光頭測(cè)試的測(cè)試晶片。在該實(shí)施方式中，Z軸平 行于頭的旋轉(zhuǎn)軸46。應(yīng)該理解，可選擇其他的位移方向用于控制。
頭安裝致動(dòng)器60包括伺服電機(jī)組件70，其由控制器62通過合適的驅(qū)動(dòng) 電路控制。應(yīng)該理解，取決于特定的應(yīng)用，其它類型的電機(jī)也可用于將拋光頭 致動(dòng)到各種垂直位置。
伺服電機(jī)組件70的輸出耦接到垂直機(jī)架組件78，其引導(dǎo)安裝臂66并且 限制安裝臂的移動(dòng)以及由此限制頭16沿著Z軸線性非旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)架組件 78包括機(jī)架80，安裝臂66通過一對(duì)肋板81安裝到該機(jī)架80。機(jī)架80具有 一對(duì)引導(dǎo)桿82，其適于沿著安裝在垂直支撐板90上的導(dǎo)軌86滑動(dòng)以引導(dǎo)該 機(jī)架80并且由此引導(dǎo)該頭16沿著Z軸垂直、非旋轉(zhuǎn)、線性的上下運(yùn)動(dòng)。支撐 板90通過肋板92安裝到平臺(tái)12的水平支撐板94上。應(yīng)該理解，也可選擇其 他機(jī)械設(shè)置以沿著一個(gè)或多個(gè)所選的移動(dòng)軸引導(dǎo)拋光頭。
圖3示出測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17 —個(gè)實(shí)施方式的俯視圖。沿著圖3 的線4a-4a看到的圖3的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17的局部截面示意圖在圖 4a中示出。測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17包括支撐板100，其容納在由框架或 平臺(tái)12的支撐板94限定的空腔102 (在圖4b中最好地看出)中。支撐板100 具有凸緣104，其由支撐板空腔102的肩部106容納。這時(shí)，測(cè)試晶片夾持與 傳送系統(tǒng)17的支撐板100由框架12的支撐板94支撐。
根據(jù)本說明書的另一方案，框架12的支撐板94的空腔102經(jīng)過規(guī)劃尺寸 和成形以便允許支撐板100的頂表面110相對(duì)于支撐板94的頂表面112平齊 或凹進(jìn)。這樣的設(shè)置有利于支撐板94上的可選的蓋板120的放置，以覆蓋測(cè)
試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17。在一些現(xiàn)有的系統(tǒng)中，類似于板120的蓋板經(jīng)常
用于提供與用于拋光頭測(cè)試目的的表面122類似的測(cè)試晶片支撐表面。
因此，在圖4a的所示實(shí)施方式中，諸如拋光頭16的拋光頭，可使用蓋板 120的測(cè)試晶片支撐表面122測(cè)試。可選地，蓋板120可移除以暴露測(cè)試晶片 夾持與傳送系統(tǒng)17以有利于利用測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17而不是蓋板120 進(jìn)行附加的拋光頭測(cè)試。蓋板120可使用容納在支撐板94的相應(yīng)的配準(zhǔn)孔或 孔徑132 (圖4b)中的蓋板120的配準(zhǔn)銷130而精確定位在支撐板94上。應(yīng) 該理解，取決于特定應(yīng)用，其他機(jī)構(gòu)和設(shè)備也可用于定位可拆卸的蓋板120。
測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)17還包括測(cè)試晶片定位器140，其具有由環(huán)形 部件143 (圖5)承載并且分布在環(huán)形部件143的圓周上的多個(gè)測(cè)試晶片接合 部件142。如圖3最好地示出，晶片定位器140的測(cè)試晶片接合部件142定位 在底座19的中心晶片支撐表面144 (圖3)的周圍。測(cè)試晶片接合部件142 適于在底座19接納測(cè)試晶片36和將測(cè)試晶片36傳送到達(dá)拋光頭16之前，相 對(duì)于中心晶片支撐表面144接合和定位測(cè)試晶片36 (圖6a)。
如前所述，測(cè)試臺(tái)IO可用于測(cè)試拋光頭的各種傳感器、腔室和其他結(jié)構(gòu)。 圖7a和7b示出典型的"晶片損失"傳感器18的示意圖.，該傳感器提供該頭 沒有夾持晶片的指示。如圖7a所示，晶片損失傳感器18包括傳感器盤195， 其由軸196連接到閥198的閥部件197。軸196在管道199中移動(dòng)，該管道將 隔膜腔室24連接到內(nèi)部管道腔室22的壓力管道52。當(dāng)晶片36由頭16夾持 時(shí)，晶片36密封遠(yuǎn)離隔膜30的大氣壓。另外，支撐結(jié)構(gòu)32離開晶片離開傳 感器盤195移動(dòng)。如果內(nèi)部管道腔室22受到例如高于大氣的lpsi (每平方英 寸一磅)的壓力，以及隔膜腔室受到例如低于大氣的-5psi的真空壓力時(shí)，與 傳感器軸196附接的閥部件197密封地安置在管道52的閥座200中。因此， 閥198密封關(guān)閉并且隔膜腔室24和內(nèi)部管道腔室22的壓力保持恒定，表示該 晶片沒有"損失"。
然而，如圖7b所示，晶片從頭16下落，作用到隔膜30上的大氣壓驅(qū)動(dòng) 隔膜30并向上支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)入隔膜腔室中。支撐結(jié)構(gòu)32嚙合并且壓縮內(nèi)部管道 腔室22，造成內(nèi)部管道腔室22中的壓力開始上升在如圖8所示的202。隨著 隔膜30和支撐結(jié)構(gòu)繼續(xù)向上進(jìn)入隔膜腔室24，支撐結(jié)構(gòu)也接觸晶片消失傳感 器18的盤195，如圖7b所示。該接觸造成與傳感器18的軸196連接的閥部
件197離開閥座200。結(jié)果，如圖8中所示，閥打開為203處并且管道腔室22 中的壓力開始降低為在圖8中所示的204處，并且最終與隔膜腔室20 —致， 表示晶片消失。
圖9示出與拋光頭的每個(gè)壓力腔室相關(guān)聯(lián)的氣動(dòng)回路的示意圖。在所示實(shí) 施方式中，每個(gè)腔室具有壓力回路230，其包括由閥234和調(diào)整器236連接到 腔室的受壓流體源232。每個(gè)腔室還具有真空回路240，其包括由閥244和調(diào) 整器246連接到腔室的真空壓力源242 (經(jīng)常稱為真空噴射閥)。出口回路250 包括閥254并且將相關(guān)腔室開放到大氣環(huán)境。
閥234、 244和254由控制器62控制。為了保留特定腔室中的壓力，關(guān)閉 出口閥254、壓力閥234和真空閥254。通過關(guān)閉這些閥，腔室停止進(jìn)一步受 壓、脫氣或排氣。腔室中的壓力可由控制器62通過諸如浮動(dòng)連接到相關(guān)腔室 的壓力傳感器260監(jiān)視。如果腔室壓力在關(guān)閉控制閥234、 244和254之后下 降，表示出現(xiàn)泄露。如前所述，如果內(nèi)部管道腔室22中的壓力按照?qǐng)D8所示 的曲線，表示由拋光頭夾持的測(cè)試晶片的損失。
測(cè)試臺(tái)10可對(duì)于壓力和包括在整個(gè)各種腔室上的泄露(噪音)的真空泄 露測(cè)試拋光頭的腔室。測(cè)試包括升高的高度和時(shí)間以及閥和傳感器測(cè)試。
圖10示出了根據(jù)本說明書的一個(gè)實(shí)施方式的利用測(cè)試臺(tái)的拋光頭測(cè)試。 該測(cè)試的一個(gè)示例是晶片損失傳感器測(cè)試。應(yīng)該理解，取決于特定應(yīng)用，根據(jù) 本說明書的測(cè)試臺(tái)可用于執(zhí)行各種測(cè)試。
在第一操作中，測(cè)試晶片放置在諸如晶片定位器140的晶片定位器上(方 框266)。在所示實(shí)施方式中，晶片定位器140的測(cè)試晶片接合部件142通常 是指形并且每個(gè)包括有角度的傾斜表面270 (圖6a)，其嚙合測(cè)試晶片36的 邊緣并且在重力作用下引導(dǎo)測(cè)試晶片進(jìn)入傾斜表面270之間的對(duì)準(zhǔn)位置并且 由每個(gè)測(cè)試晶片接合部件142的通常水平的支撐表面272支撐。在該對(duì)準(zhǔn)位置 中，底座19的中心晶片支撐表面144的中心274基本上與測(cè)試晶片36的中心 同軸對(duì)準(zhǔn)。同樣，在所示實(shí)施方式中，拋光頭16的中心軸46 (圖2)基本上 與測(cè)試晶片的中心對(duì)準(zhǔn)。應(yīng)該理解，晶片定位器可以設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)測(cè)試晶片與底 座19或拋光頭16之間的其他對(duì)準(zhǔn)。還應(yīng)該理解，取決于特定應(yīng)用，測(cè)試晶片 接合部件142可具有各種不同的形狀和咬合表面。
在所示實(shí)施方式中，底座19和測(cè)試晶片定位器140由附著到測(cè)試晶片夾 持與傳送系統(tǒng)17的支撐板100的底座外殼280支撐。底座19和測(cè)試晶片定位 器140在測(cè)試臺(tái)中支撐，使得底座19和測(cè)試晶片定位器140的中心與拋光頭 16的中心軸46 (圖2)同軸對(duì)準(zhǔn)。應(yīng)該理解，取決于特定應(yīng)用，也可選擇其 他設(shè)置。
一旦測(cè)試晶片由晶片定位器140定位，則可以抬升底座，造成底座19的 底座支撐表面144接合測(cè)試晶片的下側(cè)。底座19的持續(xù)向上運(yùn)動(dòng)將測(cè)試晶片 提升離開晶片定位器140并且將測(cè)試晶片朝向拋光頭16垂直向上移動(dòng)，例如 如圖6b所示。在該位置，測(cè)試晶片的中心繼續(xù)與拋光頭16的中心同軸對(duì)準(zhǔn)。
在所示實(shí)施方式中，底座19具有中心連接桿292，其用于底座外殼280 中滑動(dòng)的垂直運(yùn)動(dòng)。與底座連接桿292連接的底座致動(dòng)器294在圖6a中所示 的第一降低位置與圖6b所示的第二抬升位置之間垂直地致動(dòng)底座19。應(yīng)該理 解，底座19可具有其他形狀和部件以有利于垂直運(yùn)動(dòng)。
在所示實(shí)施方式中，底座致動(dòng)器294包括氣壓缸300，其由測(cè)試臺(tái)控制器 62控制的氣動(dòng)回路302驅(qū)動(dòng)。氣壓缸300通過驅(qū)動(dòng)部件304連接到底座19的 連接桿。在施加合適的氣動(dòng)壓力給氣壓缸300時(shí)，驅(qū)動(dòng)部件304和并因此底座 19可選擇地在向上或向下運(yùn)動(dòng)中被驅(qū)動(dòng)。根據(jù)特定的應(yīng)用，垂直運(yùn)動(dòng)的范圍 可通過合適的限位器或控制器62限制。應(yīng)該理解，其他類型的致動(dòng)器也可用 于抬升底座19。這樣的其他致動(dòng)器包括電動(dòng)馬達(dá)和伺服。
在開始拋光頭16的測(cè)試之前，控制器62可控制線性致動(dòng)器60 (圖1 )將 頭16定位在底座19和測(cè)試晶片36上方的所選高度處，如圖6c所示。所選高 度可根據(jù)待執(zhí)行的特定測(cè)試而改變。應(yīng)該理解，對(duì)于一些拋光頭測(cè)試，可以省 略拋光頭16的定位。 一旦拋光頭16在底座16上方的合適高度時(shí)，可以開始 拋光頭的測(cè)試(方框312)。
例如，在晶片損失傳感器測(cè)試中，拋光頭在加載測(cè)試晶片之前可距離測(cè)試 晶片的頂表面諸如1.5mm的距離。在該高度時(shí)，控制器62可使得頭16開始 加載測(cè)試晶片到拋光頭上的處理。在實(shí)際加載晶片之前，隔膜腔室24(圖2) 可受壓以使得頭隔膜30膨脹。隨著頭隔膜30的膨脹，其接觸測(cè)試晶片的頂表 面并且表現(xiàn)出氣陷，其否則將在隔膜30與晶片頂表面之間的氣陷。
為了加載測(cè)試晶片，內(nèi)部管道腔室24也受壓以應(yīng)用壓力推動(dòng)隔膜30的周 長與測(cè)試晶片的周長一致。內(nèi)部管道腔室中的壓力隨后保持該壓力以測(cè)試內(nèi)部
管道腔室的泄露，如以下所述。如果內(nèi)部管道腔室的壓力在預(yù)定的壓力水平保 持穩(wěn)定，表示內(nèi)部管道腔室的正常密封。在所示實(shí)施方式中，優(yōu)選的，對(duì)于晶 片損失傳感器測(cè)試，內(nèi)部管道腔室加壓到高于大氣壓的lpsi水平。也可使用 0-3psi范圍中的其他壓力。根據(jù)特定應(yīng)用，可改變特定值。
一旦內(nèi)部管道腔室22中的壓力保持確認(rèn)在預(yù)定值，并且隔膜30與晶片頂 表面之間的氣陷出現(xiàn)，則真空壓力施加給隔膜腔室24以結(jié)束加載測(cè)試晶片。 具有己加載的測(cè)試晶片的拋光頭隨后可從底座19收回到底座19上方的另一高 度，如圖6d所示。在所示實(shí)施方式中，優(yōu)選地，對(duì)與晶片損失傳感器測(cè)試， 隔膜腔室可抽真空到大氣壓以下-5psi的水平。也可使用-2到-7psi范圍中的其 他壓力。根據(jù)特定應(yīng)用，可改變特定值。
如果晶片與類似于圖7a所示的方法正確加載，并且晶片損失傳感器己經(jīng) 正確安裝并且操作正常，晶片損失傳感器將不會(huì)致動(dòng)并且內(nèi)部管道腔室22中 的壓力實(shí)質(zhì)上保持為如由控制器62監(jiān)視的常數(shù)。另一方面，如果晶片沒有拾 取或下降，隔膜30將進(jìn)入隔膜腔室24，造成支撐結(jié)構(gòu)32接觸內(nèi)部管道腔室 22和晶片損失傳感器18，如圖7b所示。因此，內(nèi)部管道腔室22中的壓力將 隨著如圖8所示的支撐結(jié)構(gòu)接觸內(nèi)部管道腔室22而開始升高并且隨著晶片損 失傳感器打開內(nèi)部管道腔室22和隔膜腔室24之間的閥86內(nèi)部管道腔室22 中的壓力將下降，指示控制器62，該晶片已經(jīng)消失。
在所示實(shí)施方式中，優(yōu)選地，頭測(cè)試臺(tái)IO可以將拋光頭精確地定位到準(zhǔn) 確、電動(dòng)可控的位置以有利于拋光頭的測(cè)試，如美國專利No.7， 089, 782所 述。例如，在使用如上所述的測(cè)試晶片的晶片損失傳感器測(cè)試中，如果在加載 晶片之前，拋光頭定位到太接近測(cè)試晶片，隔膜30和支撐結(jié)構(gòu)32可被向上驅(qū) 動(dòng)到隔膜腔室24中，造成晶片損失傳感器18不正確地致動(dòng)。相反，如果在加 載晶片之前，拋光頭定位到距離測(cè)試晶片太遠(yuǎn)，測(cè)試晶片不能準(zhǔn)確地被拾取。 因此，施加到隔膜腔室24以拾取晶片的真空壓力可更改，造成隔膜30和支撐 結(jié)構(gòu)32退縮到隔膜腔室24中，再次造成晶片損失傳感器18不正確地致動(dòng)。 在測(cè)試表面上方l-2mm范圍內(nèi)的拋光頭垂直位置被認(rèn)為對(duì)于許多這樣的應(yīng)用 是合適的。也可使用其他距離。根據(jù)特定應(yīng)用，可改變特定值。
因?yàn)榇嬖陬^可以編程以移動(dòng)的許多位置，頭測(cè)試臺(tái)有效地提供相對(duì)于抬高 的底座19的頭的運(yùn)動(dòng)的連續(xù)控制。對(duì)于許多不同類型的頭，頭的測(cè)試位置和
加載位置可相對(duì)于抬高的底座19而限定。對(duì)于特定的頭類型，包括厚度差別 的頭的尺寸上的任何差別可通過對(duì)致動(dòng)器控制進(jìn)行編程以將頭移動(dòng)到最優(yōu)位 置來容易地兼容。
當(dāng)使用測(cè)試晶片的拋光頭16的測(cè)試或者部分測(cè)試的結(jié)束時(shí)，拋光頭16
可將測(cè)試晶片返回到底座19。因此，控制器62控制線性致動(dòng)器60將拋光頭 16定位到底座19相鄰的垂直位置，如圖6e所示。拋光頭16的氣動(dòng)回路還可 由控制器62控制以使得拋光頭16釋放測(cè)試晶片并且將測(cè)試晶片放置在底座 19上，如圖6f所示。另外，控制器62可將拋光頭撤回到另一高度，如圖6f 所示。
一旦測(cè)試晶片通過拋光頭16返回到底座19時(shí)，底座19可降低到晶片定 位器140 (方框314)。底座19連續(xù)的向下運(yùn)動(dòng)將測(cè)試晶片設(shè)置在晶片定位器 140上并且相對(duì)于拋光頭16的中心適當(dāng)?shù)刂匦聦?duì)準(zhǔn)測(cè)試晶片的中心。隨后可 結(jié)束測(cè)試或者隨后可適當(dāng)?shù)貓?zhí)行拋光頭的附加測(cè)試。根據(jù)特定的應(yīng)用，該附加 測(cè)試可包括或排除測(cè)試晶片36的使用或者底座19的運(yùn)動(dòng)。
在所示實(shí)施方式中，底座19的向下垂直運(yùn)動(dòng)在如圖6g所示的晶片定位器 140下方的較低位置處停止。連接到底座連接桿292的底座致動(dòng)器294將底座 19從圖6f所示的抬高位置和圖6g所示的較低位置致動(dòng)。應(yīng)該理解，根據(jù)特定 的應(yīng)用，也可選擇其他的終止位置。
可以提供拋光頭測(cè)試的示例，其中測(cè)試晶片由晶片定位器140對(duì)準(zhǔn)并且抬 高到拋光頭16以為拋光頭16加載該測(cè)試晶片做準(zhǔn)備。應(yīng)該理解，取決于特定 應(yīng)用，根據(jù)本說明書使用測(cè)試臺(tái)的一些拋光頭測(cè)試可省略測(cè)試晶片加載操作， 或者測(cè)試晶片對(duì)準(zhǔn)操作，或者測(cè)試晶片提升操作。
圖11示出根據(jù)本說明書另一方案的測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)400的另一 實(shí)施方式。如圖12最好所見，測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)400包括測(cè)試晶片定 位器140，其具有由環(huán)形部件443加載并且分布在環(huán)形部件443的內(nèi)部圓周上 的多個(gè)第一測(cè)試晶片接合部件442a。測(cè)試晶片定位器140還具有由環(huán)形部件 443承載并且分布在環(huán)形部件443的外部圓周上的多個(gè)第二測(cè)試晶片接合部件 442b。
如圖13最好所示，晶片定位器440的測(cè)試晶片接合部件442a定位在底座 450的中心晶片支撐表面444的周圍。測(cè)試晶片接合部件442a適于在底座450
容納測(cè)試晶片36并且將測(cè)試晶片36傳輸?shù)綊伖忸^16之前(圖13)之前相對(duì) 于底座中心晶片支撐表面444咬合并且定位測(cè)試晶片36。
在所示實(shí)施方式中，測(cè)試晶片接合部件442a，類似于部件142,通常是指 形并且每個(gè)包括有角度的傾斜表面270a (圖13)，其咬合測(cè)試晶片36的邊緣 并且在重力作用下引導(dǎo)測(cè)試晶片進(jìn)入傾斜表面270a之間的對(duì)準(zhǔn)位置中并且傾 斜表面270a由每個(gè)測(cè)試晶片接合部件442a的通常水平的支撐表面272a支撐。 在該對(duì)準(zhǔn)位置中，底座450的中心晶片支撐表面444的中心274a與測(cè)試晶片 36的中心以及頭16的中心軸同軸對(duì)準(zhǔn)。
晶片定位器440的測(cè)試晶片接合部件442b類似地定位在底座450的中心 晶片支撐表面444的周圍，但是在比晶片接合部件442a更寬的圓周上。測(cè)試 晶片接合部件442b適于在底座450容納測(cè)試晶片460并且將測(cè)試晶片460傳 輸?shù)綊伖忸^之前相對(duì)于底座中心晶片支撐表面444咬合并且定位測(cè)試晶片 460。如圖13中顯示的，測(cè)試晶片460可具有寬于測(cè)試晶片36的直徑。因此， 測(cè)試晶片夾持與傳送系統(tǒng)400可容易地容納拋光頭和不同尺寸的測(cè)試晶片，例 如150mm、 200mm和300mm。
測(cè)試晶片接合部件442b，類似于部件442a，通常是指形并且每個(gè)包括有 角度的傾斜表面270b (圖13)，其咬合測(cè)試晶片460的邊緣并且在重力作用 下引導(dǎo)測(cè)試晶片進(jìn)入傾斜表面270b之間的對(duì)準(zhǔn)位置中并且該傾斜表面270b 由每個(gè)測(cè)試晶片接合部件442b的通常水平的支撐表面272b支撐。在該對(duì)準(zhǔn)位 置中，底座450的中心晶片支撐表面444的中心274b與測(cè)試晶片460以及拋 光頭的中心軸向?qū)?zhǔn)。
在所示實(shí)施方式中，底座450包括多個(gè)凸緣470 (圖11)，其容納在晶片 定位器440的環(huán)形部件443的內(nèi)環(huán)壁474的凹槽472 (圖12)中。每個(gè)凸緣 470的外肩部476咬合環(huán)形部件443的內(nèi)環(huán)壁480。中心晶片支撐表面444可 具有襯墊482以防止損傷測(cè)試晶片。
在一個(gè)實(shí)施方式中，底座，諸如底座450可專用于特定尺寸的測(cè)試晶片， 諸如測(cè)試晶片460或測(cè)試晶片36?？蛇x地，底座450可容納不同尺寸的測(cè)試 晶片。例如，底座凸緣470的上表面484可適于提供底座外部晶片支撐表面以 咬合和支撐更大的測(cè)試晶片，諸如測(cè)試晶片460。在另一示例中，測(cè)試晶片夾 持與傳送系統(tǒng)400可包括底座適配板490 (圖14)，其具有底座中心晶片支撐
表面492和/g座外晶片支撐表面494。底座適配板4卯可由底座凸緣470承載 并且可專用于較大的測(cè)試晶片，諸如測(cè)試晶片460或者可選地，可適于容納不 同尺寸的測(cè)試晶片。在所示實(shí)施方式中，底座適配板490在底座中心晶片支撐 表面492和底座外晶片支撐表面494上裝載有測(cè)試晶片襯墊。
如圖11所示，底座450的中心晶片支撐表面444限定了多個(gè)凹槽496， 其中每個(gè)孔徑適于在底座中心晶片支撐表面444位于降低的垂直位置時(shí)容納 測(cè)試晶片接合部件442a。類似地，底座適配板490的中心晶片支撐表面492 限定多個(gè)凹槽498 (圖14)，其中該凹槽498與凹槽496對(duì)準(zhǔn)并且適于在底座 適配板位于降低的垂直位置時(shí)容納測(cè)試晶片接合部件442a。因?yàn)闇y(cè)試晶片接 合部件442b的晶片接合表面470b、 472b相比于測(cè)試晶片接合部件442a的相 應(yīng)晶片接合表面470a、 472a在垂直定位上更接近于拋光頭16，如圖12所示， 較大直徑的測(cè)試晶片，諸如測(cè)試晶片460可通過如圖22所示的測(cè)試晶片接合 部件442a的頂部上的測(cè)試晶片接合部件442b來對(duì)準(zhǔn)和支撐。因此，測(cè)試晶片 接合部件442b可與較大的測(cè)試晶片460 —起使用，而對(duì)于與較大測(cè)試晶片干 擾的較小測(cè)試晶片不與測(cè)試晶片接合部件442a —起使用。
再次參照?qǐng)D1，平臺(tái)12具有一組滑輪或滾軸600，其允許測(cè)試臺(tái)在用于測(cè) 試拋光頭的制造工廠中容易從一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)。這對(duì)于工廠具有更多個(gè)使用 不同尺寸的頭的拋光系統(tǒng)的場(chǎng)合特別有用。
如在美國專利No.7， 089， 782中更詳細(xì)描述地，測(cè)試臺(tái)10包括橫向的車 架組件以有利于將拋光頭16加載和安裝到用于測(cè)試的測(cè)試臺(tái)上。應(yīng)該理解， 該橫向車架組件的細(xì)節(jié)和特征可根據(jù)特定應(yīng)用而改變。并且，測(cè)試臺(tái)可包括晶 片夾盤以將測(cè)試晶片夾持到位以用于測(cè)試拋光頭。同樣，該晶片夾盤的細(xì)節(jié)也 取決于特定應(yīng)用。
當(dāng)然，應(yīng)該理解，所示實(shí)施方式的修改，在它們的各種方案中對(duì)于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說是顯而易見的， 一些僅僅在研究之后也是顯然的，其他的是常 規(guī)的機(jī)械和電學(xué)設(shè)計(jì)的主題。其他的實(shí)施方式也是可行的，它們的特定設(shè)計(jì)取 決于特定的應(yīng)用。因此，該說明書的范圍不應(yīng)該由在此所述的具體實(shí)施方式
限 定，而應(yīng)該由所附權(quán)利要求及其等同物來限定。
權(quán)利要求
1、一種使用測(cè)試晶片測(cè)試拋光頭的測(cè)試臺(tái)，該拋光頭用于平坦化半導(dǎo)體晶片，該測(cè)試臺(tái)包括框架；具有適于支撐測(cè)試晶片的中心晶片支撐表面的底座；適于在所述中心晶片支撐表面上方安裝所述拋光頭的拋光頭基座；適于耦接到所述拋光頭并且對(duì)所述拋光頭進(jìn)行壓力測(cè)試的氣動(dòng)回路；以及頭基座致動(dòng)器，其連接到所述框架和所述基座并且適于在垂直方向上相對(duì)于所述底座中心晶片支撐表面移動(dòng)所述拋光頭；以及底座致動(dòng)器，其耦接到所述框架和所述底座并且適于在垂直方向上相對(duì)于所述框架在垂直距離所述底座的所述頭的第一垂直位置與垂直距離所述基座的所述頭更近的第二垂直位置之間移動(dòng)所述底座中心晶片支撐表面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于，還包括測(cè)試晶片定位器， 其具有定位在所述底座中心晶片支撐表面周圍并且適于相對(duì)于所述底座中心 晶片支撐表面咬合并且定位所述測(cè)試晶片的多個(gè)第一測(cè)試晶片接合部件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于，所述晶片定位器包括環(huán) 形部件，其適于裝載分布在所述環(huán)形部件的第一圓周上的所述多個(gè)第一測(cè)試晶 片接合部件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于，所述底座中心晶片支撐 表面限定了多個(gè)孔徑，每個(gè)孔徑適于在所述底座中心晶片支撐表面位于所述第 一垂直位置時(shí)容納所述多個(gè)第一測(cè)試晶片接合部件的測(cè)試晶片接合部件。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于，所述底座具有設(shè)置在所 述底座中心晶片支撐表面外圍并且適于支撐測(cè)試晶片的外部晶片支撐表面；并 且其中所述定位器包括由所述環(huán)形部件承載并且定位在所述外部晶片支撐表 面以及分布在所述環(huán)形部件的第二圓周上的多個(gè)第二測(cè)試晶片接合部件，所述 第二圓周具有大于所述第一圓周的直徑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于，所述多個(gè)第一和第二測(cè) 試晶片接合部件的每個(gè)測(cè)試晶片結(jié)合部件具有測(cè)試晶片接合表面并且其中所 述多個(gè)第二測(cè)試晶片接合部件的每個(gè)測(cè)試晶片接合表面相比于所述多個(gè)第一 測(cè)試晶片接合部件的測(cè)試晶片接合表面在垂直方向上更接近于所述拋光頭。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于，所述框架包括具有頂表 面的支撐板，其限定適于容納所述底座和所述頂表面下方的所述測(cè)試晶片定位 器的空腔，所述框架還包括適于設(shè)置在所述頂表面上并且覆蓋所述底座和測(cè)試 晶片定位器的可卸蓋板，所述蓋板具有測(cè)試晶片支撐表面。
8、 一種測(cè)試用于平坦化半導(dǎo)體晶片的拋光頭的方法，包括 將拋光頭安裝到測(cè)試臺(tái)的拋光頭基座上；控制可控的頭基座致動(dòng)器以在垂直方向上相對(duì)于底座的中心晶片支撐表面移動(dòng)所述拋光頭；控制可控的底座致動(dòng)器以在垂直方向上相對(duì)于所述拋光頭在垂直距離所 述拋光頭的第一垂直位置與垂直距離所述拋光頭更近的第二垂直位置之間移 動(dòng)所述底座中心晶片支撐表面和設(shè)置在所述底座中心晶片支撐表面上具有第一直徑的測(cè)試晶片；以及 測(cè)試所述拋光頭。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試包括測(cè)試拋光頭 的晶片消失傳感器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試包括對(duì)所述頭的 隔膜腔室施加真空壓力以拾取設(shè)置在所述底座中心晶片支撐表面上的第一測(cè) 試晶片。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試包括在對(duì)所述 隔膜腔室施加所述真空壓力之前，對(duì)所述頭的內(nèi)部管道腔室施加壓力。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試包括在對(duì)所述 隔膜腔室施加所述真空壓力的同時(shí)監(jiān)視所述內(nèi)部管道腔室中的壓力。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括使用定位器定位所 述測(cè)試晶片，該定位器具有定位在所述底座中心晶片支撐表面上的多個(gè)第一測(cè) 試晶片接合部件，所述定位包括將所述測(cè)試晶片與所述多個(gè)第一測(cè)試晶片接合 部件的每個(gè)測(cè)試晶片接合部件的接合表面咬合并且相對(duì)于所述底座中心晶片 支撐表面定位所述測(cè)試晶片。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述晶片定位器包括環(huán) 形部件，其適于裝載分布在所述環(huán)形部件的第一圓周上的所述多個(gè)第一測(cè)試晶 片接合部件。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述控制可控的底座致 動(dòng)器包括移動(dòng)所述底座，使得在所述底座中心晶片支撐表面位于所述第一垂直 位置時(shí)，每個(gè)測(cè)試晶片接合部件由所述底座中心晶片支撐表面限定的多個(gè)孔徑 的每個(gè)孔徑容納。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括使用定位器定位 具有大于所述第一直徑的第二直徑的測(cè)試晶片，所述定位器具有定位在外部晶 片支撐表面周圍的多個(gè)第二測(cè)試晶片接合部件，該外部晶片支撐表面設(shè)置在所 述底座中心晶片支撐表面外圍并且適于支撐測(cè)試晶片，其中所述多個(gè)第二測(cè)試 晶片接合部件分布在所述環(huán)形部件的第二圓周上，所述第二圓周具有大于第一 圓周的直徑。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，去除蓋板以暴露所述底座和測(cè)試晶片定位器，所述蓋板具有測(cè)試晶片支撐表面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用可移動(dòng)底座的拋光頭檢測(cè)，其中拋光頭在測(cè)試臺(tái)中進(jìn)行測(cè)試，該測(cè)試臺(tái)具有用于支撐測(cè)試晶片的底座以及用于朝向拋光頭移動(dòng)底座中心晶片支撐表面和測(cè)試晶片的可控的底座致動(dòng)器。在本說明書的另一方案中，可使用定位器定位該測(cè)試晶片，該定位器具有定位在底座中心晶片支撐表面周圍的多個(gè)第一測(cè)試晶片接合部件。在另一技術(shù)方案中，晶片定位器器具有定位在外部晶片支撐表面周圍的多個(gè)第二測(cè)試晶片接合部件，該外部晶片支撐表面設(shè)置在底座中心晶片支撐表面外圍并且適于支撐測(cè)試晶片。該多個(gè)第二測(cè)試晶片接合部件可分布在環(huán)形部件的第二圓周上，該第二圓周具有大于第一圓周的直徑。還描述和要求了附加的實(shí)施方式和方案。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101349616SQ200810085428
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者斯泰西·喬恩·邁耶, 杰伊·S·勞德, 杰弗里·保羅·施密特 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司