TWI588447B - 用於感測在負載杯中的基材的方法與裝置 - Google Patents

Description

用於感測在負載杯中的基材的方法與裝置 相關申請案

本申請案主張申請於2012年1月27日標題為「METHODS AND APPARATUS FOR SENSING A SUBSTRATE IN A LOAD CU(用於感測在負載杯中的基材的方法與裝置)」(代理人案號16936/CMP/CMP/BOHN C)之美國專利申請案第13/360,342號之優先權及權利，該申請案在此為所有目的全部以引用之方式併入在本文中。

本發明大體係關於電子元件之製造，更特定而言之，本發明係針對用於感測負載杯中的基材的方法與裝置。

負載杯用於確保基材正確對齊及放置使得化學機械平坦化(CMP)系統之研磨頭可正確拾取基材。包含負載杯之該CMP系統之實例於2006年5月16日頒於Yilmaz等人之美國專利第7,044,832號中詳細描述，該專利在此為所有目的以引用之方式併入本文中。感測器通常係用於判定基材是否存在於負載杯中。然而，鑒於多種因素，通常使用之 相對低成本之感測器可能提早失效。因此，現需用於可靠地偵測負載杯中基材之存在同時不大幅增加CMP系統之製造成本的改良方法及裝置。

本申請案提供了偵測負載杯中基材之存在的本發明方法及裝置。在一些實施例中，裝置包括近接感測器，該近接感測器具有偵測墊，該偵測墊安置於負載杯總成之接觸面下方；該裝置亦包含靶材，該靶材安置於槓桿部件上，且該靶材經調適可在基材放置於槓桿部件上時移向偵測墊，且該靶材經調適可在將基材自槓桿部件移除時移離偵測墊。

在其他一些實施例中，本發明提供了負載杯系統。負載杯系統包括複數個近接感測器，每個近接感測器均具有偵測墊，該偵測墊安置於負載杯系統之接觸面下；且負載杯系統包括複數個靶材，每個靶材安置於不同的槓桿部件上，該槓桿部件與複數個近接感測器中不同的一個感測器相關聯，且每個靶材經調適可在基材放置於槓桿部件上時移向關聯近接感測器之偵測墊。靶材經進一步調適可在將基材自槓桿部件移除時移離該等靶材的關聯偵測墊。

在其他實施例中，本發明提供了感測負載杯中基材的存在的方法。該方法包括以下步驟：將近接感測器之偵測墊安置於負載杯總成之接觸面下方；在基材放置於槓桿部件上時，將安置於槓桿部件上之靶材移向偵測墊；以及在將基材自槓桿部件移除時，將靶材移離偵測墊。

本發明亦提供了多種其他態樣。本發明之其他特 徵及態樣將自下文中的詳細描述、所附申請專利範圍及附圖而變得更顯而易見。

100‧‧‧化學機械平坦化(CMP)系統

102‧‧‧負載杯總成

104‧‧‧研磨頭

106‧‧‧機械臂

108‧‧‧研磨墊

110‧‧‧平臺

202‧‧‧接觸表面

204‧‧‧感測器

402‧‧‧靶材

502‧‧‧偵測墊

602‧‧‧近接感測器

604‧‧‧槓桿部件

606‧‧‧支軸

610‧‧‧配重件

802‧‧‧基材

1000‧‧‧示例性方法

1002‧‧‧步驟

1004‧‧‧步驟

1006‧‧‧步驟

第1圖係圖示根據本發明之實施例用於研磨基材的示例性化學機械平坦化(CMP)系統之側視圖的簡圖。

第2圖係圖示根據本發明之實施例的CMP系統之示例性基材負載杯總成之俯視圖的示意圖。

第3圖係圖示根據本發明之實施例的CMP系統之示例性基材負載杯總成之側視及局部橫截面圖。

第4圖係圖示根據本發明之實施例的示例性基材負載杯總成之部分之放大透視圖。

第5圖係圖示根據本發明之實施例的負載杯總成中之示例性基材感測器之俯視圖的放大示意圖。

第6圖係圖示根據本發明之實施例用於負載杯總成的示例性基材感測器之放大透視圖。

第7A及第7B圖係根據本發明之實施例用於負載杯總成的示例性基材感測器之側視圖及後平面圖。

第8圖係根據本發明之實施例用於具有基材的負載杯總成的示例性基材感測器之側視圖，該基材位於負載杯總成上方。

第9圖係根據本發明之實施例用於具有基材的負載杯總成的示例性基材感測器之側視圖，該基材位於負載杯總成中。

第10圖係圖示根據本發明之實施例用於偵測負 載杯總成中基材之存在的示例性方法之流程圖。

本發明提供了用於感測在化學機械平坦化(CMP)系統之負載杯中之基材的改良方法與裝置。本發明之發明者已測定，現存負載杯設計中的感測器之實際使用壽命顯著短於預期壽命週期。感測器之該種提早失效經常緣於流體滲入電開關，該等電開關通常用作基材存在感測器。即使開關外殼之進入防護(IP)等級為IP67(該等級表示浸入耐受力高達30分鐘內滲入1m深度)時，該種情況亦會在使用後數月內發生。儘管可用較高之IP等級，但該種解決方案並不具有成本效益，且僅能增加成本，而無法解決諸如耐蝕性、墊片老化、構造容差等之其他潛在因素。因此，本發明將用於習知負載杯中之微動開關替換為近接感測器，該等近接感測器係非接觸式感測器，該等感測器消除水滲入感測器電子器械之可能性。

轉至第1圖，圖示為用於研磨基材的示例性化學機械平坦化(CMP)系統100之側視圖。系統100包括負載杯總成102，該負載杯總成102用於收納待研磨之基材及將基材固定到位以便研磨頭104拾取。研磨頭104由機械臂106支撐，機械臂106可操作使研磨頭104在負載杯總成102與旋轉平臺110上的研磨墊108之間移動。在操作中，研磨頭104從負載杯總成102拾取基材並將基材載至研磨墊108。當研磨墊108在平臺110上旋轉時，研磨頭104旋轉並將基材向下推向抵靠研磨墊108。

為使研磨頭104從負載杯總成102正確拾取基材，基材應在負載杯總成102內正確固定。轉至第2圖，圖示為示例性基材負載杯總成102之俯視圖。基材理想地齊平且水平地固定在負載杯總成102之接觸表面202上，以確保研磨頭104能可靠且牢固地拾取基材。為判定基材是否正確固定於在負載杯總成102中，在負載杯之接觸表面202下方提供一或更多個感測器204之配置。如第2圖之示例性實施例所示，在一些實施例中可使用三個感測器204，並且圍繞負載杯總成102之中心以徑向圖案安置該等感測器。在其他實施例中，可使用一個、兩個、四個、五個或更多個感測器204，並且該等感測器可以相似或其他配置方式安置。

轉至第3圖，圖示為第2圖之示例性負載杯總成102之局部橫截面側視圖。應注意，感測器204包括基材接觸表面202下方之一部份以及當無基材存在時向上延伸至接觸表面202水平上方之一部份。轉至第4圖，圖示為負載杯總成102中之感測器204之透視圖。應注意，感測器204包括靶材402，當基材放置於感測器204上時，該靶材移向偵測墊502(第6圖)。第5圖為負載杯總成102內之感測器204之放大俯視圖。靶材402之相對位置及所在區域由粗線條輪廓示意。靶材402包括(諸如)不鏽鋼之材料，在不銹鋼帶至鄰近收納感測器204之近接偵測部件的電子裝置的偵測墊502時可偵測到不鏽鋼。下文參考第6圖到第8圖描述感測器204之操作的更多細節。

現轉至第6圖、第7A圖及第7B圖，圖示分別 為無負載杯總成102之情況下的感測器204之透視圖、側視圖，以及後視圖。感測器204包括近接感測器602，該近接偵測器602在狹長槓桿部件604下方固定就位，該狹長槓桿部件604繞支軸606樞軸轉動以使靶材402在基材之重量作用下移向偵測墊502。配重件610用於在無基材存在時使槓桿部件604偏向向上位置。可使用諸如彈簧、磁鐵等其他偏壓構件。

近接感測器602可為任一可實行感測器(例如，電感式近接感測器)，該感測器能夠偵測到與偵測墊502相距在約0.1mm到約1mm以內之靶材402。例如，可使用美國明尼蘇達州普利茅斯市圖爾克公司所製造的型號為Bi1.5-EG08F-AN6X之感測器。偵測墊502之表面可為不鏽鋼且近接感測器602可收納於不鏽鋼中。可使用其他材料。近接感測器602可經由定位螺釘或其他可調緊固構件固定就位，以便於容易校準及定位近接感測器602。

如第7B圖中可最清晰所見，槓桿部件604可具有尖頂(peaked)表面，以將與基材之接觸減至最少。該形狀可避免基材損壞並預防流體或顆粒陷入槓桿部件604與基材之間。對於經設計以固定300mm之基材之負載杯總成102而言，槓桿部件604從尖至樞軸點之長度範圍可為約38mm至約42mm。可使用其他長度，且更特別而言，其他長度可用於不同大小的基材。

在槓桿部件604之底座處，定位靶材502使得在槓桿部件604藉由基材下壓時靶材402臨近偵測墊502。靶材 402及槓桿部件604之總重量小於安置在支軸606相對面的配重件610。在一些實施例中，對於負載杯總成102具有三個感測器204且經設計以固定300mm之基材的情況，配重件610在約4g至約4.5g範圍內。

應注意，當無基材存在或基材未正確固定在負載杯總成102內時，槓桿部件604理想地在充足的力之作用下向上偏壓，以使靶材402移出偵測墊502之偵測範圍。此外，當基材存在且正確固定時，由配重件610施加於槓桿部件604上之偏壓力不足以阻止基材重量將靶材402推入偵測墊502的感測範圍內。

在一些實施例中，負載杯總成102之感測器204中之近接感測器602可經調適以產生一信號，該信號指示偵測到槓桿部件604上之基材及/或槓桿部件604上不存在基材。安置在本發明之負載杯總成102上之複數個感測器204可用於同時或單獨判定負載杯總成102內基材之存在以及正確定位。在一些實施例中，感測器204可耦接至控制器(未圖示)，該控制器可經調適以接收來自感測器204之信號。

現轉至第8圖，圖示為負載杯總成102之基材感測器204之側視圖，其中基材802位於負載杯總成102上方。例如，使用CMP系統100之基材搬運機械人(未圖示)或研磨頭104將基材802定位以放入負載杯總成102中。應注意，槓桿部件604在負載杯總成102之接觸表面202上方偏向向上位置，使得靶材402不在偵測墊502之感測範圍內。提供接觸表面202中之開口以使槓桿部件604在接觸表面202上 方傾斜向上，以收納基材。在一些實施例中，位於向上位置之槓桿部件604經安置與平行於接觸表面202之水平面之間形成的夾角約為13度。可使用其他角度。槓桿部件604亦經安置使得僅在基材之邊緣排除區域接觸基材，以避免損壞基材主表面上任何結構。

現轉至第9圖，圖示與第8圖相同之感測器204之視圖，但基材當前位於負載杯總成102之接觸表面202上。槓桿部件604在基材重量作用下降至約水平位置中，以便靶材402位於偵測墊502之感測範圍內。

現轉至第10圖，圖示了偵測負載杯總成102中基材之存在之示例性方法1000之流程圖。在步驟1002中，近接感測器602之偵測墊502安置於負載杯總成102之接觸表面202下方。在步驟1004中，當在槓桿部件604上放置基材802時，安置於感測器204之槓桿部件604上的靶材402移向偵測墊502。在步驟1006中，當基材802自槓桿部件604移除時，靶材402移離偵測墊502。當基材不位於槓桿部件上時，槓桿部件604向上偏向第一位置(第8圖)；且當槓桿部件604在第一位置中時，靶材402不在近接感測器602之偵測範圍內。當基材802位於槓桿部件604上時，槓桿部件604受基材802重量作用下向下偏向第二位置(第9圖)；且當槓桿部件604在第二位置中時，靶材402在近接感測器602之偵測範圍內。當基材802自槓桿部件604移除時，靶材402移離偵測墊502。靶材402由亦安置於槓桿部件604上之配重件610或其他偏壓構件移動。

由此，雖然已結合本發明之較佳實施例揭示了本發明，但應瞭解，其他實施例可能符合以下申請專利範圍定義之本發明之精神及範疇。

202‧‧‧接觸表面

204‧‧‧感測器

402‧‧‧靶材

502‧‧‧偵測墊

604‧‧‧槓桿部件

802‧‧‧基材

Claims (21)

1. 一種用於偵測在一負載杯中的一基材之裝置，該裝置包含：一近接感測器，具有一偵測墊，該偵測墊安置於一負載杯總成之一接觸表面下方；及一靶材，該靶材安置於一槓桿部件上，且經調適以當一基材位於該槓桿部件上時移向該偵測墊，以及經調適以當一基材自該槓桿部件移除時移離該偵測墊。
2. 如請求項1所述之裝置，其中當一基材不位於該槓桿部件上時，該槓桿部件偏向一第一位置。
3. 如請求項2所述之裝置，其中當該槓桿部件在該第一位置中時，該靶材不在該近接感測器之一偵測範圍內。
4. 如請求項1所述之裝置，其中當一基材位於該槓桿部件上時，該槓桿部件偏向一第二位置。
5. 如請求項4所述之裝置，其中當該槓桿部件位於該第二位置中時，該靶材在該近接感測器之一偵測範圍內。
6. 如請求項1所述之裝置，其中該槓桿部件包括一尖頂表面，該尖頂表面經調適以接觸一基材。
7. 如請求項1所述之裝置，其中當將一基材自該槓桿部件移除時，該靶材移離該偵測墊，且其中該靶材由亦安置於該槓桿部件上之一配重件移動。
8. 一負載杯系統，該系統包含：複數個近接感測器，每個感測器均具有安置於該負載杯系統之一接觸表面下方之一偵測墊；及複數個靶材，每個靶材均安置於一不同槓桿部件上，該每個槓桿部件與該複數個近接感測器中一不同的近接感測器相關聯，且每個靶材經調適可在一基材位於該等槓桿部件上時移向一關聯近接感測器之該偵測墊；且其中該等靶材經進一步調適以在將一基材自該等槓桿部件移除時移離該等靶材之該等關聯偵測墊。
9. 如請求項8所述之系統，其中在一基材不位於該等槓桿部件上時，該等槓桿部件各自偏向一第一位置。
10. 如請求項9所述之系統，其中在該等關聯槓桿部件位於該第一位置中時，該等靶材不在該等靶材的關聯近接感測器之一偵測範圍內。
11. 如請求項8所述之系統，其中在一基材位於該等槓桿部件上時，該等槓桿部件各自偏向一第二位置。
12. 如請求項11所述之系統，其中在與該等靶材關聯之槓桿部件位於該第二位置時，該等靶材各自在該等靶材的關聯近接感測器之一偵測範圍內。
13. 如請求項8所述之系統，其中該等槓桿部件包括一尖頂表面，該尖頂表面經調適以接觸一基材。
14. 如請求項8所述之系統，其中當將一基材自該等槓桿部件移除時，該等靶材各自移離該等靶材的關聯偵測墊；且其中該等靶材由亦安置於該等槓桿部件上之配重件移動。
15. 如請求項8所述之系統，其中三個近接感測器圍繞該負載杯系統之該接觸表面等距且徑向安置。
16. 一種感測位於一負載杯中之一基材之一存在之方法，該方法包含以下步驟：將一近接感測器之一偵測墊安置於一負載杯總成之一接觸表面下方；當一基材位於一槓桿部件上時，將安置於一槓桿部件上之一靶材移向該偵測墊；及當一基材自該槓桿部件移除時，將該靶材移離該偵測墊。
17. 如請求項16所述之方法，其中當一基材不位於該槓桿部件上時，該槓桿部件偏向一第一位置。
18. 如請求項17所述之方法，其中當該槓桿部件位於該第一位置中時，該靶材不在該近接感測器之一偵測範圍內。
19. 如請求項16所述之方法，其中當一基材位於該槓桿部件上時，該槓桿部件偏向一第二位置。
20. 如請求項19所述之方法，其中當該槓桿部件位於該第二位置時，該靶材在該近接感測器之一偵測範圍內。
21. 如請求項16所述之方法，其中當一基材自該槓桿部件移除時，該靶材移離該偵測墊；且其中該靶材由亦安置於該槓桿部件上之一配重件移動。