CN103831710B - 具有晶圆检测装置的研磨头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有晶圆检测装置的研磨头，研磨头与晶圆接触的表面具有数个相对独立的区域，每一区域与一相应的气体管路相连通，通过各气体管路可向各区域注入气体或将各区域抽真空，研磨头包括：晶圆检测装置，具有基体，基体的底部开有开口，基体收容一基座，基座放置在基体的底部，基座的顶部设有弹性丝杆，基体的顶部设有压力传感器，压力传感器位于弹性丝杆顶部的正上方，晶圆检测装置可设置在研磨头上的任一区域内；及多孔板，具有若干通孔，多孔板的表面包覆一与晶圆接触的薄膜，薄膜能从多孔板的通孔中吸出而顶起晶圆检测装置的基座，使弹性丝杆抵压压力传感器。

Description

具有晶圆检测装置的研磨头
技术领域
本发明涉及化学机械研磨技术领域，尤其涉及一种具有晶圆检测装置的研磨头。
背景技术
在集成电路制造过程中，随着特征尺寸的不断缩小，对晶圆表面的平坦程度的要求越来越高，而化学机械研磨（CMP）技术是较为广泛采用的一种用于晶圆平坦化的技术。CMP技术是将待研磨的晶圆由研磨头夹持，晶圆的待研磨面与旋转的研磨垫对向配置，在研磨垫上可提供由研磨粒与化学助剂所构成的研浆，然后，向研磨头提供可控制的负载如压力，而将晶圆紧压于研磨垫上。当晶圆表面凸出的部分与研磨垫接触时，利用研浆中的化学助剂，在晶圆的待研磨面上产生化学反应，从而去除晶圆上的凸出部分，通过反复研磨，即可形成平坦的表面，最后由研磨头将表面已平坦化的晶圆夹持住并从研磨垫上取走。
晶圆在研磨前、后的装、卸过程中，检测研磨头上是否夹持有晶圆是很有必要的，这是因为在研磨前的装片过程中，如果晶圆没有被研磨头夹持住，即研磨头上没有晶圆，就会导致研磨头空磨，从而损坏研磨头；而在研磨后的卸片过程中，如果晶圆没有被研磨头夹持住，晶圆留在研磨垫上，会使晶圆产生碎片，从而降低研磨良率。
然而，现有的化学机械研磨设备无法准确检测晶圆是否吸附于研磨头上，只能通过晶圆支架上真空压力的变化来检测晶圆是否存在于晶圆支架上，进而来预知研磨头上是否夹持有晶圆，此种检测方法无法做到直接检测研磨头上是否夹持有晶圆，而更多的是依赖操作人员的经验判断，因而，此种方法不能精确准确地检测研磨头上是否有晶圆存在，使得化学机械研磨存在一定的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有晶圆检测装置的研磨头，该研磨头能够在晶圆研磨前、后的装片及卸片过程中准确地检测研磨头上是否吸附有晶圆，提高了化学机械研磨的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供的一种具有晶圆检测装置的研磨头，研磨头与晶圆接触的表面具有数个相对独立的区域，每一区域与一相应的气体管路相连通，通过各气体管路可向各区域注入气体或将各区域抽真空，该研磨头包括：晶圆检测装置，具有基体，基体的底部开有开口，基体收容一基座，基座放置在基体的底部，基座的顶部设有弹性丝杆，基体的顶部设有压力传感器，压力传感器位于弹性丝杆顶部的正上方，晶圆检测装置可设置在研磨头上的任一区域内；及多孔板，具有若干通孔，多孔板的表面包覆一与晶圆接触的薄膜，薄膜能从多孔板的通孔中吸出而顶起晶圆检测装置的基座，使弹性丝杆抵压压力传感器。
当研磨头上吸附有晶圆时，晶圆检测装置的压力传感器由于没有外力的作用而数值保持不变，当研磨头上没有吸附住晶圆时，在将研磨头的各区域抽真空时，薄膜会从多孔板的通孔中吸出而顶起基座，使基座上升，从而使弹性丝杆抵压压力传感器，进而使压力传感器的数值增大，因此，可以通过判断压力传感器数值的变化来判断研磨头上是否吸附有晶圆。
为实现上述目的，本发明提供的另一种具有晶圆检测装置的研磨头，研磨头与晶圆接触的表面具有数个相对独立的区域，每一区域与一相应的气体管路相连通，通过各气体管路可向各区域注入气体或将各区域抽真空，研磨头包括：晶圆检测装置，具有基体，基体的底部开有开口，基体收容一基座，基座放置在基体的底部，基体的侧壁靠近基体的底部处设有接近传感器，晶圆检测装置可设置在研磨头上的任一区域内；及多孔板，具有若干通孔，多孔板的表面包覆一与晶圆接触的薄膜，薄膜能从多孔板的通孔中吸出而顶起晶圆检测装置的基座，使接近传感器无法侦测到所述基座。
当研磨头上吸附有晶圆时，晶圆检测装置的接近传感器会侦测到基座，当研磨头上没有吸附住晶圆时，在将研磨头的各区域抽真空时，薄膜会从多孔板的通孔中吸出而顶起基座，使基座上升，从而导致接近传感器无法侦测到基座，因此，可以通过判断接近传感器有无侦测到基座来判断研磨头上是否吸附有晶圆。
综上所述，本发明研磨头通过设置晶圆检测装置而能够在晶圆研磨前、后的装片及卸片过程中准确地检测研磨头上是否吸附有晶圆，避免发生研磨头空磨或研磨结束后晶圆仍留在研磨垫上的情形，提高了化学机械研磨的可靠性。
附图说明
图1揭示了根据本发明的一实施例的研磨头的仰视结构示意图。
图2揭示了根据本发明的一实施例的研磨头的俯视结构示意图。
图3揭示了根据本发明的一实施例的研磨头研磨晶圆时的结构示意图。
图4揭示了根据本发明的一实施例的研磨头将晶圆放置于研磨垫或从研磨垫上取走时的剖面结构示意图。
图5揭示了根据本发明的一实施例的研磨头上吸附有晶圆时的结构示意图。
图6揭示了根据本发明的一实施例的研磨头上没有吸附住晶圆时的结构示意图。
图7揭示了根据本发明的一实施例的研磨头上吸附有晶圆时的又一结构示意图。
图8揭示了根据本发明的一实施例的研磨头上没有吸附住晶圆时的又一结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
请参阅图1至图4，本发明研磨头与晶圆W接触的表面为圆形，以圆形表面的中心为圆心画同心圆，可将圆形表面分为5个区域，由圆形表面的中心区域至边缘区域依次定义为第一区域101、第二区域102、第三区域103、第四区域104及第五区域105。每个区域相对独立，且分别与一气体管路20相连通，通过相应的气体管路20可向各区域注入氮气等气体，为研磨头各区域提供压力，或将各区域抽真空。
本发明研磨头包括壳体10，壳体10与一气体管路20相连通，通过该气体管路20可向壳体10内注入氮气等气体，使壳体10对研磨垫40产生向下的压力，防止壳体10内的晶圆W在研磨过程中滑片。壳体10内设置有多孔板30，多孔板30具有若干直径不尽相同的圆形通孔31，多孔板30的下表面包覆有薄膜50。通过各气体管路20为研磨头各区域提供向下的压力或向上的吸力先作用于多孔板30上，再通过多孔板30作用于晶圆W上，使晶圆W紧贴于薄膜50，进而将晶圆W紧压于研磨垫40上，进行化学机械研磨，或者将晶圆W吸起。
请参阅图5和图6，为本发明研磨头的晶圆检测装置的第一实施例示意图。该晶圆检测装置60可设置于研磨头的5个区域中的任一区域内，较佳地，该晶圆检测装置60设置在与中心区域（第一区域101）紧相邻的第二区域102内。晶圆检测装置60用于检测晶圆W是否吸附于研磨头上，包括中空的基体61，基体61的底部开有开口，一基座62放置在基体61的底部，基座62的顶部设有弹性丝杆63，弹性丝杆63上缠绕一弹簧64，基体61的顶部设有压力传感器65，该压力传感器65位于弹性丝杆63顶部的正上方。基座62、弹性丝杆63、弹簧64及压力传感器65均收容于基体61内。
使用本发明研磨头研磨晶圆W时，研磨头从一晶圆夹盘上取一片待研磨的晶圆W，在研磨头取晶圆W的过程中，首先，通过各气体管路20向研磨头相应的区域注入氮气，使研磨头对晶圆W产生向下的压力，从而将晶圆W与薄膜50之间的空气挤出，然后，再通过各气体管路20将研磨头的各区域抽真空，使晶圆W吸附于薄膜50上，此时，如果晶圆W有吸附于薄膜50上，晶圆检测装置60的压力传感器65由于没有外力的作用而数值保持不变，如果晶圆W没有吸附于薄膜50上即晶圆W没有被研磨头吸起，在将研磨头的各区域抽真空时，薄膜50会从多孔板30的最大的通孔中吸出而顶起基座62，使基座62上升，从而使弹性丝杆63抵压压力传感器65，进而使压力传感器65的数值增大，因此，可以通过判断压力传感器65数值的变化来判断晶圆W是否被研磨头吸起，即研磨头上是否有晶圆W存在，避免研磨头出现空磨而被损坏。
研磨头将晶圆W从晶圆夹盘上吸起后，接着，研磨头将晶圆W放置在研磨垫40上，通过各气体管路20为研磨头各区域提供向下的压力，从而将晶圆W紧压于研磨垫40上进行化学机械研磨。化学机械研磨结束后，通过各气体管路20将研磨头的各区域抽真空，使晶圆W吸附于薄膜50上，从而将晶圆W从研磨垫40上取走，此时，如果晶圆W有吸附于薄膜50上，晶圆检测装置60的压力传感器65由于没有外力的作用而数值保持不变，如果晶圆W没有吸附于薄膜50上即晶圆W没有被研磨头吸起，在将研磨头的各区域抽真空时，薄膜50会从多孔板30的最大的通孔中吸出而顶起基座62，使基座62上升，从而使弹性丝杆63抵压压力传感器65，进而使压力传感器65的数值增大，因此，可以通过判断压力传感器65数值的变化来判断晶圆W是否被研磨头吸起，即研磨头上是否有晶圆W存在，避免化学机械研磨结束后晶圆W仍留在研磨垫40上。
请参阅图7和图8，为本发明研磨头的晶圆检测装置的第二实施例示意图。该晶圆检测装置70可设置于研磨头的5个区域中的任一区域内，较佳地，该晶圆检测装置70设置在与中心区域（第一区域101）紧相邻的第二区域102内。晶圆检测装置70用于检测晶圆W是否吸附于研磨头上，包括中空的基体71，基体71的底部开有开口，一基座72放置在基体71的底部，基座72的顶部设有弹性丝杆73，弹性丝杆73上缠绕一弹簧74，基体71的侧壁靠近基体71的底部处设有接近传感器75。基座72、弹性丝杆73及弹簧74均收容于基体71内。
使用本发明研磨头研磨晶圆W时，研磨头从一晶圆夹盘上取一片待研磨的晶圆W，在研磨头取晶圆W的过程中，首先，通过各气体管路20向研磨头相应的区域注入氮气，使研磨头对晶圆W产生向下的压力，从而将晶圆W与薄膜50之间的空气挤出，然后，再通过各气体管路20将研磨头的各区域抽真空，使晶圆W吸附于薄膜50上，此时，如果晶圆W有吸附于薄膜50上，晶圆检测装置70的接近传感器75会侦测到基座72，如果晶圆W没有吸附于薄膜50上即晶圆W没有被研磨头吸起，在将研磨头的各区域抽真空时，薄膜50会从多孔板30的最大的通孔中吸出而顶起基座72，使基座72上升，从而导致接近传感器75无法侦测到基座72，因此，可以通过判断接近传感器75有无侦测到基座72来判断晶圆W是否被研磨头吸起，即研磨头上是否有晶圆W存在，避免研磨头出现空磨而被损坏。
研磨头将晶圆W从晶圆夹盘上吸起后，接着，研磨头将晶圆W放置在研磨垫40上，通过各气体管路20为研磨头各区域提供向下的压力，从而将晶圆W紧压于研磨垫40上进行化学机械研磨。化学机械研磨结束后，通过各气体管路20将研磨头的各区域抽真空，使晶圆W吸附于薄膜50上，从而将晶圆W从研磨垫40上取走，此时，如果晶圆W有吸附于薄膜50上，晶圆检测装置70的接近传感器75会侦测到基座72，如果晶圆W没有吸附于薄膜50上即晶圆W没有被研磨头吸起，在将研磨头的各区域抽真空时，薄膜50会从多孔板30的最大的通孔中吸出而顶起基座72，使基座72上升，从而导致接近传感器75无法侦测到基座72，因此，可以通过判断接近传感器75有无侦测到基座72来判断晶圆W是否被研磨头吸起，即研磨头上是否有晶圆W存在，避免化学机械研磨结束后晶圆W仍留在研磨垫40上。
由上述可知，本发明研磨头通过设置晶圆检测装置60、70而能够在晶圆W研磨前、后的装片及卸片过程中准确地检测研磨头上是否吸附有晶圆W，避免发生研磨头空磨或研磨结束后晶圆W仍留在研磨垫40上的情形，提高了化学机械研磨的可靠性。
综上所述，本发明具有晶圆检测装置的研磨头通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述研磨头与晶圆接触的表面具有数个相对独立的区域，每一区域与一相应的气体管路相连通，通过各气体管路可向各区域注入气体或将各区域抽真空，所述研磨头包括：
晶圆检测装置，具有基体，所述基体的底部开有开口，所述基体收容一基座，所述基座放置在所述基体的底部，所述基座的顶部设有弹性丝杆，所述基体的顶部设有压力传感器，所述压力传感器位于所述弹性丝杆顶部的正上方，所述晶圆检测装置可设置在所述研磨头上与晶圆接触的表面上的数个区域的其中之一内；及
多孔板，具有若干通孔，所述多孔板的表面包覆一与晶圆接触的薄膜，所述薄膜能从所述多孔板的通孔中吸出而顶起所述晶圆检测装置的基座，使所述弹性丝杆抵压所述压力传感器。
2.根据权利要求1所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述晶圆检测装置设置在与所述研磨头表面中心区域紧相邻的区域内。
3.根据权利要求1所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述弹性丝杆上缠绕一弹簧。
4.根据权利要求1所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述多孔板上的若干通孔为圆形且通孔的直径不尽相同，所述薄膜能从所述多孔板上的具有最大直径的通孔中吸出。
5.根据权利要求1所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述研磨头还包括壳体，所述多孔板设置在所述壳体内，所述壳体与一气体管路相连通，通过该气体管路可向所述壳体内注入气体，为所述壳体提供压力。
6.一种具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述研磨头与晶圆接触的表面具有数个相对独立的区域，每一区域与一相应的气体管路相连通，通过各气体管路可向各区域注入气体或将各区域抽真空，所述研磨头包括：
晶圆检测装置，具有基体，所述基体的底部开有开口，所述基体收容一基座，所述基座放置在所述基体的底部，所述基体的侧壁靠近基体的底部处设有接近传感器，所述晶圆检测装置可设置在所述研磨头上与晶圆接触的表面上的数个区域的其中之一内；及
多孔板，具有若干通孔，所述多孔板的表面包覆一与晶圆接触的薄膜，所述薄膜能从所述多孔板的通孔中吸出而顶起所述晶圆检测装置的基座，使所述接近传感器无法侦测到所述基座。
7.根据权利要求6所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述晶圆检测装置设置在与所述研磨头表面中心区域紧相邻的区域内。
8.根据权利要求6所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述多孔板上的若干通孔为圆形且通孔的直径不尽相同，所述薄膜能从所述多孔板上的具有最大直径的通孔中吸出。
9.根据权利要求6所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述研磨头还包括壳体，所述多孔板设置在所述壳体内，所述壳体与一气体管路相连通，通过该气体管路可向所述壳体内注入气体，为所述壳体提供压力。
10.根据权利要求6所述的具有晶圆检测装置的研磨头，其特征在于，所述基座的顶部设有弹性丝杆，所述弹性丝杆上缠绕一弹簧。
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Address after: 201203 building 4, No. 1690, Cailun Road, free trade zone, Pudong New Area, Shanghai

Patentee after: Shengmei semiconductor equipment (Shanghai) Co., Ltd

Address before: 201203 Shanghai Zhangjiang High Tech Park of Pudong New Area Cailun Road No. 4 1690

Patentee before: ACM (SHANGHAI) Inc.

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