CN105945716B - 抛光头进给加压抛光方法、控制器及进给加压机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抛光头进给加压抛光方法、控制器及进给加压机构，方法包括加压单元控制气缸加压使气缸杆伸长到最大长度；进给单元控制电机达到第一预设转速；当位置监测单元监测到抛光头与抛光盘之间达到预设距离时，进给单元控制电机输出转速达到第二预设转速；当位置监测单元监测到抛光头与抛光盘接触时，加压单元控制气缸减压至气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；进给单元控制电机以第二预设转速持续转动，直至位置监测单元监测到抛光头与抛光盘再次接触时，进给单元控制电机停止转动；加压单元控制气缸施加工况所需预设压力，完成抛光作业。该方法实现抛光头径向运动的精密控制及抛光压力的准确施加，减小晶圆碎片现象，提高晶圆成品率。

Description

抛光头进给加压抛光方法、控制器及进给加压机构

技术领域

本发明涉及化学机械光设备技术领域，尤其涉及一种抛光头进给加压抛光方法、控制器及进给加压机构。

背景技术

集成电路（IC）制造是电子信息产业的核心，是推动国民经济和社会信息化发展的最主要的高新技术之一。IC的发展遵循“Moore定律”，每隔3年芯片的集成度翻两番，特征尺寸缩小1/3。即晶圆尺寸越来越大和特征线宽越来越小，同时为了提高晶圆利用率，增加芯片产量，在化学机械抛光过程中，减小晶圆的碎片，提高晶圆抛光效率，对最终晶圆产品的质量有重要意义。在抛光工艺过程，目前所采用抛光机直接对晶圆加压和进给方式极其容易发生碎片现象，在集成电路后续工艺中，将会严重影响晶圆表面的光刻效果，降低晶圆成品率。

发明内容

本发明的目的是提供一种抛光头进给加压抛光方法、控制器及进给加压机构，用于解决现有技术中加压和进给方式导致的容易发生碎片的情况。

为解决上述发明目的，本发明技术方案提供了一种进给加压抛光方法，包括：

步骤1，加压单元控制气缸加压使气缸杆伸长，带动与所述气缸杆连接的主轴上固定的抛光头向下移动，直至所述气缸杆伸出到最大长度；

步骤2，进给单元控制电机达到第一预设转速，所述电机输出端连接的滚珠丝杠副通过机架带动所述气缸沿丝杠的轴向方向向下移动；

步骤3，位置监测单元监测抛光头与抛光盘之间的距离，当监测所述抛光盘与所述抛光头之间达到预设距离时，位置监测单元发送第一监测信号至控制单元，所述控制单元发送第一控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机输出转速达到第二预设转速；

步骤4，当位置监测单元监测到所述抛光头与所述抛光盘接触时，所述位置监测单元发送第二监测信号至控制单元，所述控制单元发送第二控制指令至所述加压单元，用于控制所述气缸减压至所述气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；

步骤5，所述进给单元控制所述电机以第二预设转速持续转动，直至所述位置监测单元监测到所述抛光头与抛光盘再次接触时，所述位置监测单元发送第三监测信号至所述控制单元；

步骤6，所述控制单元发送第三控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机停止转动；所述控制单元发送第三控制指令至所述加压单元用于控制所述气缸施加工况所需预设压力，完成抛光作业。

作为上述技术方案的优选，所述第一预设转速大于所述第二预设转速。

本发明技术方案还提供了一种抛光头进给加压控制器，包括控制单元，与所述控制单元控制输出端连接的加压单元、进给单元以及与所述控制单元信号输入端连接的位置监测单元；

所述加压单元用于控制气缸加压使气缸杆伸长，带动与所述气缸杆连接的主轴上固定的抛光头向下移动，直至所述气缸杆伸出到最大长度；

所述进给单元用于控制电机达到第一预设转速，所述电机输出端连接的滚珠丝杠副通过机架带动所述气缸沿丝杠的轴向方向向下移动；

所述位置监测单元用于监测抛光头与抛光盘之间的距离，当监测所述抛光盘与所述抛光头之间达到预设距离时，所述位置监测单元还用于发送第一监测信号至控制单元，所述控制单元用于发送第一控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机输出转速达到第二预设转速；

所述位置监测单元还用于当位置监测单元监测到所述抛光头与所述抛光盘接触时，发送第二监测信号至控制单元，所述控制单元还用于发送第二控制指令至所述加压单元，用于控制所述气缸减压至所述气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；

所述进给单元还用于控制所述电机以第二预设转速持续转动，直至所述位置监测单元监测到所述抛光头与抛光盘再次接触时，所述位置监测单元还用于发送第三监测信号至所述控制单元；

所述控制单元还用于发送第三控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机停止转动；所述控制单元还用于发送第三控制指令至所述加压单元用于控制所述气缸施加工况所需预设压力。

本发明技术方案还提供了一种抛光头进给加压机构，包括上述技术方案中所述的抛光头进给加压控制器，还包括电机，滚珠丝杠副，所述电机的输出端与所述滚珠丝杠副的丝杠相连接，所述滚珠丝杠副的螺母可沿所述丝杠上下往复运动；所述螺母连接有机架，所述机架还连接有竖直方向设置的气缸，所述气缸的气缸杆连接到抛光头的主轴；

所述加压单元的控制端口与所述气缸连接，用于控制气缸工作；所述进给单元的控制端口与所述电机连接，用于控制电机转速；所述位置监测单元的探测头设置于所述抛光盘和抛光头之间的侧边。

作为上述技术方案的优选，所述位置监测单元为光电传感器。

本发明的效果在于：提供了一种抛光头进给加压抛光方法、控制器及进给加压机构，方法包括：气缸加压使气缸杆伸长到最大长度，电机达到第一预设转速带动所述气缸向下移动，当抛光盘与抛光头之间达到预设距离时，所述电机输出转速达到第二预设转速；当所述抛光头与所述抛光盘接触时，气缸减压至所述气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；电机以第二预设转速持续转动，直至所述位置监测单元监测到所述抛光头与抛光盘再次接触时，电机停止转动，气缸施加工况所需预设压力，完成抛光作业。该抛光头进给加压方法可以实现抛光头轴向运动的精密控制以及抛光压力的准确施加，从而减小晶圆碎片现象，提高晶圆成品率。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明一实施例提供的进给加压抛光方法的流程图；

图2为抛光头进给加压控制器结构示意图；

图3为抛光头进给加压机构的结构示意图；

图中，1-气缸；2-气缸杆；3-主轴；4-抛光头；5-抛光盘；7-抛光头进给加压控制器；8-滚珠丝杠副；9-机架；10-电机；

71-加压单元；72-进给单元；73-位置监测单元；74-控制单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明一实施例提供的进给加压抛光方法的流程图，图2为抛光头进给加压控制器结构示意图；图3为抛光头进给加压机构的结构示意图，图2中箭头方向为信号或指令的传送方向。结合图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种抛光头进给加压方法，属于机械抛光设备技术，可应用于晶圆的化学机械抛光（CMP）、减薄等领域。方法包括：S1，加压单元71控制气缸1加压使气缸杆2伸长，带动与气缸杆2连接的主轴3上固定的抛光头4向下移动，直至气缸杆2伸出到最大长度；启动气缸1加压，使气缸杆2伸长，通过主轴3使抛光头4向下移动，直至气缸杆2伸出到最大长度；此时气缸施加的压力可以比较小，仅用于将汽缸杆2伸出，气缸1初始施加较小的压力，从而通过主轴3使得抛光头4向下移动，目的在于使气缸杆2伸出至最大长度。

S2，进给单元72控制电机10达到第一预设转速，电机10输出端连接的滚珠丝杠副8通过机架9带动气缸1沿丝杠的轴向方向向下移动；进给单元72启动电机10达到第一预设转速，在滚珠丝杠副8的作用下，带动机架9从而带动气缸1沿丝杠的轴向方向向下移动。在滚珠丝杠副8的作用下，机架9、气缸1、主轴3、抛光头4在轴向方向上向下移动，实现进给动作。

S3，位置监测单元73监测抛光头4与抛光盘5之间的距离，当监测抛光盘与抛光头之间达到预设距离时，位置监测单元73发送第一监测信号至控制单元74，控制单元74发送第一控制指令至进给单元72，用于控制电机输出转速达到第二预设转速；当抛光头4与抛光盘5之间达到预设距离时，电机10降低转速达到第二预设转速；预设距离可以根据实际的电机转速来设置，如果电机转速较快则预设距离较大，如3mm，如果电机转速较慢则预设距离较小，如1mm等。当抛光头4与抛光盘5之间达到一定距离时，位置监测单元73反馈给控制单元74，通过控制单元74发送指令通过电机10使滚珠丝杠副8运动缓慢，从而使得气缸1、主轴3、抛光头4、机架9在轴向方向上向下移动的速度降低，抛光头4与抛光盘5逐渐靠近。

S4，当位置监测单元73监测到抛光4头与抛光盘5接触时，位置监测单元73发送第二监测信号至控制单元74，控制单元74发送第二控制指令至加压单元71，用于控制气缸减压至气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；当抛光头4与抛光盘5接触时，抛光头4相对于气缸1在轴向方向向上移动预设距离，实现抛光头4与抛光盘5接触具有一定的缓冲作用，降低晶圆的碎片率。

S5，进给单元72控制电机以第二预设转速持续转动，直至位置监测单元73监测到抛光头与抛光盘再次接触时，位置监测单元73发送第三监测信号至控制单元74；电机10持续转动，直至抛光头4与抛光盘5完全接触，此时滚珠丝杠副继续使气缸1、主轴3、抛光头4、机架9在轴向方向上向下移动，直到抛光头4与抛光盘5完全接触。

S6，控制单元74发送第三控制指令至进给单元72，用于控制电机停止转动；控制单元74发送第三控制指令至加压单元71用于控制气缸施加工况所需预设压力，完成抛光作业。气缸1施加工况所需压力，完成抛光作业。本发明实施例提供的抛光头进给加压抛光方法，可以实现抛光头轴向运动的精密控制以及抛光压力的准确施加，从而减小晶圆碎片现象，提高晶圆成品率。

作为上述技术方案的优选，第一预设转速大于第二预设转速。

图2为抛光头进给加压控制器结构示意图，如图2所示，本发明实施例还提供了一种抛光头进给加压控制器，包括控制单元74，与控制单元74控制输出端连接的加压单元71、进给单元72以及与控制单元74信号输入端连接的位置监测单元73；

加压单元71用于控制气缸加压使气缸杆伸长，带动与气缸杆连接的主轴上固定的抛光头向下移动，直至气缸杆伸出到最大长度；

进给单元72用于控制电机达到第一预设转速，电机输出端连接的滚珠丝杠副通过机架带动气缸沿丝杠的轴向方向向下移动；

位置监测单元73用于监测抛光头与抛光盘之间的距离，当监测抛光盘与抛光头之间达到预设距离时，位置监测单元73还用于发送第一监测信号至控制单元74，控制单元74用于发送第一控制指令至进给单元72，用于控制电机输出转速达到第二预设转速；

位置监测单元73还用于当位置监测单元73监测到抛光头与抛光盘接触时，发送第二监测信号至控制单元74，控制单元74还用于发送第二控制指令至加压单元71，用于控制气缸减压至气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；

进给单元72还用于控制电机以第二预设转速持续转动，直至位置监测单元73监测到抛光头与抛光盘再次接触时，位置监测单元73还用于发送第三监测信号至控制单元74；

控制单元74还用于发送第三控制指令至进给单元72，用于控制电机停止转动；控制单元74还用于发送第三控制指令至加压单元71用于控制气缸施加工况所需预设压力。

图3为本发明再一实施例提供的抛光头进给加压机构的结构示意图，如图3所示。本发明实施例还提供了一种抛光头进给加压机构，包括上述技术方案中的抛光头进给加压控制器，还包括电机10，滚珠丝杠副8，电机10的输出端与滚珠丝杠副8的丝杠相连接，滚珠丝杠副8的螺母可沿丝杠上下往复运动；螺母连接有机架9，机架9还连接有竖直方向设置的气缸1，气缸1的气缸杆2连接到抛光头4的主轴3。气缸杆2与主轴3相连接，主轴末端置有抛光头4，通过气缸杆2的伸长，实现对抛光头4的加压；气缸1与滚珠丝杠副8安装于机架9，在滚珠丝杠副8的作用下在轴向上下移动，实现抛光头的进给。

滚珠丝杆副是在丝杠与螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件，可将旋转运动转变为直线运动，或者将直线运动转变为旋转运动，因此滚珠丝杠副既是传动原件，也是直线运动与旋转运动相互转化元件。本实施例中滚珠丝杠副8用于将电机10输出的旋转运动转化为与螺母连接的机架9沿丝杠方向的直线运动。

电机10转动，输出旋转运动通过滚珠丝杠副8，转化为机架沿丝杠方向的直线运动，而气缸1通过机架9与滚珠丝杠副8连接，作为一个整体，滚珠丝杠副8的作用下机9在轴向方向移动，从而带动气缸1直线运动；气缸杆2与主轴3相连，通过气缸杆2的伸长，从而对抛光头4施加轴向压力，抛光盘5位于抛光头4下端，用于实现对抛光盘的加压。本实施例提供的抛光头进给加压机构，结构简单，使用方便，可快速、精确地实现抛光头4升降，并有效降低碎片发生率。

加压单元71的控制端口与气缸1连接，用于控制气缸1工作；进给单元72的控制端口与电机10连接，用于控制电机10转速；位置监测单元73的探测头设置于抛光盘5和抛光头4之间的侧边。

控制器（英文名称：controller）是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机等设备的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器等组成，控制器是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。本实施例中抛光头进给加压控制器可选用单片机，PLC等。

作为上述技术方案的优选，位置监测单元73为光电传感器，光电传感器用于探测抛光头4与抛光盘5之间的距离，光电传感器的信号输出端连接到控制单元74的信号输入端。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样。

本实施例提供的抛光头进给加压机构，结构简单，使用方便，降低成本，有利于提高工作效率和质量，具体工作步骤为：气缸1初始施加较小压力，目的是使气缸杆2伸长，通过主轴3使得抛光头4向下移动，一直使气缸杆伸长到极限。在滚珠丝杠副8的作用下，气缸1、主轴3、抛光头4、机架9在轴向方向上向下移动，当抛光头4与抛光盘5之间达到预距离时，光电传感器反馈给控制器7，通过抛光头进给加压控制器7发送指令使滚珠丝杠副8运动缓慢，从而使得气缸1、主轴3、抛光头4、机架9在轴向方向上向下移动的速度降低，抛光头4与抛光盘5逐渐靠近，当抛光头4与抛光盘5接触时，抛光头4相对于气缸1在轴向方向向上移动一定距离，此时滚珠丝杠副8继续使气缸1、主轴3、抛光头4、机架9在轴向方向上向下移动，直到抛光头4与抛光盘5完全接触。最后气缸1施加工况所需压力，完成抛光作业。

本实施例具有突出的有益效果：它克服了已有技术之不足，很好解决了现有技术中长期存在的易碎片问题，采用这种抛光头进给加压机构及方法可快速、精确、安全地完成抛光作业，结构简单，使用方便，可广泛用于晶圆的化学机械抛光（CMP）、减薄等领域。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

此专利说明书使用实例去展示本发明，其中包括最佳模式，并且使熟悉本领域的技术人员制造和使用此项发明。此发明可授权的范围包括权利要求书的内容和说明书内的具体实施方式和其它实施例的内容。这些其它实例也应该属于本发明专利权要求的范围，只要它们含有权利要求相同书面语言所描述的技术特征，或者它们包含有与权利要求无实质差异的类似字面语言所描述的技术特征。

所有专利，专利申请和其它参考文献的全部内容应通过引用并入本申请文件。但是如果本申请中的一个术语和已纳入参考文献的术语相冲突，以本申请的术语优先。

本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点之间是彼此独立地组合。

需要注意的是，“第一”，“第二”或者类似词汇并不表示任何顺序，质量或重要性，只是用来区分不同的技术特征。结合数量使用的修饰词“大约”包含所述值和内容上下文指定的含义（例如：它包含有测量特定数量时的误差）。

Claims (5)

1.一种进给加压抛光方法，其特征在于，包括：

步骤1，加压单元控制气缸加压使气缸杆伸长，带动与所述气缸杆连接的主轴上固定的抛光头向下移动，直至所述气缸杆伸出到最大长度；

步骤2，进给单元控制电机达到第一预设转速，所述电机输出端连接的滚珠丝杠副通过机架带动所述气缸沿丝杠的轴向方向向下移动；

步骤3，位置监测单元监测抛光头与抛光盘之间的距离，当监测所述抛光盘与所述抛光头之间达到预设距离时，位置监测单元发送第一监测信号至控制单元，所述控制单元发送第一控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机输出转速达到第二预设转速；

步骤4，当位置监测单元监测到所述抛光头与所述抛光盘接触时，所述位置监测单元发送第二监测信号至控制单元，所述控制单元发送第二控制指令至所述加压单元，用于控制所述气缸减压至所述气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；

步骤5，所述进给单元控制所述电机以第二预设转速持续转动，直至所述位置监测单元监测到所述抛光头与抛光盘再次接触时，所述位置监测单元发送第三监测信号至所述控制单元；

步骤6，所述控制单元发送第三控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机停止转动；所述控制单元发送第三控制指令至所述加压单元用于控制所述气缸施加工况所需预设压力，完成抛光作业。

2.根据权利要求1所述的进给加压抛光方法，其特征在于，所述第一预设转速大于所述第二预设转速。

3.一种抛光头进给加压控制器，其特征在于，包括控制单元，与所述控制单元控制输出端连接的加压单元、进给单元以及与所述控制单元信号输入端连接的位置监测单元；

所述加压单元用于控制气缸加压使气缸杆伸长，带动与所述气缸杆连接的主轴上固定的抛光头向下移动，直至所述气缸杆伸出到最大长度；

所述进给单元用于控制电机达到第一预设转速，所述电机输出端连接的滚珠丝杠副通过机架带动所述气缸沿丝杠的轴向方向向下移动；

所述位置监测单元用于监测抛光头与抛光盘之间的距离，当监测所述抛光盘与所述抛光头之间达到预设距离时，所述位置监测单元还用于发送第一监测信号至控制单元，所述控制单元用于发送第一控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机输出转速达到第二预设转速；

所述位置监测单元还用于当位置监测单元监测到所述抛光头与所述抛光盘接触时，发送第二监测信号至控制单元，所述控制单元还用于发送第二控制指令至所述加压单元，用于控制所述气缸减压至所述气缸杆在轴向方向向上移动预设位移；

所述进给单元还用于控制所述电机以第二预设转速持续转动，直至所述位置监测单元监测到所述抛光头与抛光盘再次接触时，所述位置监测单元还用于发送第三监测信号至所述控制单元；

所述控制单元还用于发送第三控制指令至所述进给单元，用于控制所述电机停止转动；所述控制单元还用于发送第三控制指令至所述加压单元用于控制所述气缸施加工况所需预设压力。

4.一种抛光头进给加压机构，其特征在于，包括权利要求3中所述的抛光头进给加压控制器，还包括电机，滚珠丝杠副，所述电机的输出端与所述滚珠丝杠副的丝杠相连接，所述滚珠丝杠副的螺母可沿所述丝杠上下往复运动；所述螺母连接有机架，所述机架还连接有竖直方向设置的气缸，所述气缸的气缸杆连接到抛光头的主轴；

所述加压单元的控制端口与所述气缸连接，用于控制气缸工作；所述进给单元的控制端口与所述电机连接，用于控制电机转速；所述位置监测单元的探测头设置于所述抛光盘和抛光头之间的侧边。

5.根据权利要求4所述的抛光头进给加压机构，其特征在于，所述位置监测单元为光电传感器。