CN109290938B - 一种实时侦测钻石掉落的装置及其方法、研磨机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实时侦测钻石掉落的装置，其包括紫外光侦测器，所述紫外光侦测器包括紫外光发射器，其被配置为发射紫外光到抛光垫；以及光学传感器，其被配置为在接收到掉落到抛光垫上的钻石受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。本发明还提供一种包括实时侦测钻石掉落的装置的研磨机。本发明还提供一种实时侦测钻石掉落的方法，包括步骤：通过紫外光发射器发射紫外光到研磨机的抛光垫上；以及通过光学传感器进行检测，如果有钻石掉落到抛光垫上，所述光学传感器在接收到掉落的钻石受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。本发明能够及时有效地侦测到钻石掉落的情况，大大降低了晶圆缺陷风险，提高了产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种实时侦测钻石掉落的装置及其方法，本发明还涉及一种包括实时侦测钻石掉落的装置的研磨机。
背景技术
抛光垫是化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)中的主要耗材之一，抛光垫的结构和表面粗糙度对CMP过程中的硅片材料去除率和表面粗糙度有很大影响。但是抛光垫经过一段时间的抛光后，表面变得光滑，因此，需要使用抛光垫修整器对抛光垫进行修整，使抛光垫达到所需的粗糙度，恢复其使用性能。
抛光垫修整器的修整盘表面嵌有许多钻石(金刚石)颗粒，这些颗粒有助于更好地修整抛光垫表面。但是，由于制作工艺问题，嵌在修整盘上的钻石可能会从修整盘上掉落，而钻石颗粒质地非常坚硬，所以一旦与晶圆发生挤压刮擦，就会对晶圆表面造成比较严重的破坏，形成严重的划伤。
现有技术中目前无法对修整盘上的钻石掉落进行实时侦测，所以只能在研磨工艺结束后根据晶圆缺陷类型来判断，然而钻石掉落对晶圆的划伤很严重，并且会影响到一批晶圆的质量，大大地增加了晶圆的产品制造成本并且降低了生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中修整盘上的钻石可能掉落到抛光垫上划伤正在进行研磨的晶圆的问题。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种实时侦测钻石掉落的装置，所述装置包括紫外光侦测器，所述紫外光侦测器固定于研磨机的抛光垫的上方，所述紫外光侦测器包括：紫外光发射器，其被配置为发射紫外光到抛光垫；以及光学传感器，其被配置为在接收到掉落到抛光垫上的钻石受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。
可选地，所述装置还包括控制器，所述控制器被配置为接收来自所述光学传感器的检测信号，并控制研磨机停止研磨。
可选地，所述控制器包括：信号放大器，其被配置为接收来自光学传感器的检测信号并进行放大；以及信号处理器，其被配置为接收来自信号放大器的信号并将生成控制研磨机是否工作的指令。
可选地，所述装置还包括报警单元，所述信号处理器还被配置为基于信号放大器的信号生成报警指令，并控制所述报警单元发出报警信号。
可选地，所述紫外光侦测器包括拱形保护罩，所述紫外光发射器和所述光学传感器固定到所述拱形保护罩的内表面。
可选地，所述紫外光发射器为圆柱形紫外光发射器，其沿着所述拱形保护罩的长度方向布置在所述拱形保护罩的内表面的中间位置。
可选地，所述紫外光侦测器包括多个所述光学传感器，所述光学传感器位于所述紫外光发射器的两侧并布满所述拱形保护罩的内表面。
可选地，所述紫外光侦测器包括多个紫外光发射器，其均匀布置在所述拱形保护罩的内表面，每个紫外光发射器的两侧分布有多个所述光学传感器。
可选地，所述光学传感器通过无线、有线方式将检测信号传输给所述控制器。
根据本发明的第二个方面，本发明提供一种研磨机，其包括抛光垫以及抛光垫修整器，所述抛光垫修整器的修整盘上嵌有多个钻石，其中所述研磨机还包括根据前述的实时侦测钻石掉落的装置。
根据本发明的第三个方面，本发明提供一种实时侦测钻石掉落的方法，所述方法包括以下步骤：通过紫外光发射器发射紫外光到研磨机的抛光垫；以及通过光学传感器进行检测，如果有钻石掉落到抛光垫上，所述光学传感器在接收到掉落的钻石受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。
可选地，所述方法还包括步骤：通过控制器接收来自所述光学传感器的检测信号，并控制研磨机停止研磨。
可选地，所述控制器包括信号放大器和信号处理器，所述方法包括步骤：通过信号放大器接收来自光学传感器的检测信号并进行放大；以及通过信号处理器接收来自信号放大器的信号并将生成控制研磨机是否工作的指令。
可选地，所述方法还包括步骤：通过所述信号处理器基于所述信号放大器的信号生成报警指令并控制报警单元发出报警信号。
本发明的工作原理：在紫外线的照射下，钻石里面的某些微量元素比如铬、钛外层的电子会发生跃迁，然后电子从高能级迁跃到低能级会辐射出可见光，这就是所谓的荧光反应。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明的紫外光发射器发射紫外光到抛光垫，如果有钻石掉落到抛光垫上，受到紫外光照射会发出荧光，光学传感器接收到荧光会输出检测信号。本发明能够及时有效地侦测到钻石掉落的情况，大大降低了晶圆缺陷风险，提高了产品良率。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，附图中相同的标记标识相同或相似的部件，其中：
图1示出了根据本发明的包括实时侦测钻石掉落的装置的研磨机的结构示意图；
图2示出了根据本发明的实时侦测钻石掉落的装置的紫外光侦测器的结构示意图；
图3示出了图2中所示的紫外光侦测器的局部示意图；
图4示出了图2中所示的紫外光侦测器的使用示意图；
图5示出了根据本发明的包括实时侦测钻石掉落的装置的优选实施例的结构框图；
图6示出了根据本发明的实时侦测钻石掉落的方法的优选实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。
现有的化学机械研磨装置不能够很好地对晶圆进行研磨，一方面原因在于，研磨层中的钻石在研磨过程中持续地受到压力以及摩擦力，因而在经过一段时间的使用后可能脱落而掉落在研磨机台的抛光垫上，进而容易对晶圆造成划伤。现有的修整器很难做到保证钻石不掉落，掉落的钻石会混杂在具有研磨颗粒的研磨液中。由于钻石的硬度较大，非常容易划伤待研磨晶圆的表面，从而影响化学机械研磨的研磨效果。为此，本发明提供了一种实时侦测抛光垫修整器的修整盘上钻石掉落的装置及其方法。
图1示出了根据本发明的研磨机的结构示意图，该研磨机包括根据本发明的实时侦测钻石掉落的装置。该研磨机包括：研磨机台1、研磨头2(head)和抛光垫修整器3(padconditioner)，研磨机台1的表面具有抛光垫4，抛光垫4表面流动有通过研磨液传送臂(slurry arm)5输送的研磨液(slurry)。晶圆吸附在研磨头2的底部，研磨机台1按照一定方向旋转，同时研磨头2也按照一定方向旋转，通过抛光垫4以及研磨液对晶圆2进行化学机械研磨。抛光垫修整器3的修整盘31的下表面嵌有多个钻石。图1中仅示出了实时侦测钻石掉落的装置的紫外光侦测器10。
结合图2-图5中所示，根据本发明的实时侦测钻石掉落的装置包括紫外光侦测器10，该紫外光侦测器10固定于研磨机的抛光垫4的上方。例如，紫外光侦测器10可以固定到研磨机的结构上，也可以通过单独的结构固定到研磨机的抛光垫4的上方。具体地，紫外光侦测器10包括紫外光发射器11和光学传感器12，其中紫外光发射器11被配置为发射紫外光到抛光垫4；光学传感器12被配置为在接收到掉落到抛光垫4上的钻石6受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。
在优选的实施例中，该装置还包括控制器20，控制器20被配置为接收来自光学传感器12的检测信号，并控制研磨机停止研磨。该控制器20和紫外光侦测器10可以组装在一起，也可以是相互独立的结构。光学传感器12可以通过无线、有线方式将检测信号传输给控制器20。例如，设置蓝牙模块，实现光学传感器12和控制器20之间的信号传输；或者，光学传感器12和控制器20之间通过导线电连接来进行信号传输。
在优选的实施例中，控制器20包括信号放大器21和信号处理器22。信号放大器21被配置为接收来自光学传感器12的检测信号并进行放大，信号处理器22被配置为接收来自信号放大器21的信号并将生成控制研磨机是否工作的指令。信号放大器21可以将接收到的光信号转换成电信号输出，信号放大器21和信号处理器22之间可以通过无线、有线方式进行信号传输。
为了便于安装，紫外光侦测器10还包括拱形保护罩13，紫外光发射器11和光学传感器12都安装到拱形保护罩13的内表面。拱形保护罩13可以采用耐酸碱材料例如PVC材料制成。紫外光发射器11可以选用圆柱形紫外光发射器，其沿着拱形保护罩13的长度方向布置在拱形保护罩13的内表面的中间位置。在优选的实施例中，紫外光侦测器10包括多个光学传感器12，光学传感器12位于紫外光发射器11的两侧并布满拱形保护罩13的内表面。在其它的实施例中，拱形保护罩13也可以替换成半球形或其它形状，只要在工作中不干扰到其它结构即可。
在图2和图3所示的实施例中，光学传感器12的形状为圆球状；在其它的实施例中，也可以采用其它形状的光学传感器，例如椭圆形光学传感器、矩形光学传感器等。这些光学传感器分别位于紫外光发射器11的两侧，紧挨着布满拱形保护罩13的内表面，从而能够接收到反射的荧光。
紫外光发射器11和光学传感器12可以通过本领域已知的方式固定到拱形保护罩13的内表面，包括但不限于机械连接件、粘合剂等，也可以在拱形保护罩13的内表面设置卡槽，将紫外光发射器11和光学传感器12嵌入拱形保护罩13的内表面。
在优选的实施例中，该装置可以和研磨机的研磨机台1在一个电路中，这样机台通电，该装置就通电；机台断电，该装置就断电。但通电后，该装置不是就要开始工作，而是处于类似于待机状态，当研磨时则开始工作。可选地，通过程序来控制该装置的工作区间，也就是说，该装置的工作区间是灵活可调的。
在其它替换实施例中，该装置也可以包括多个紫外光发射器11，其均匀布置在拱形保护罩13的内表面，每个紫外光发射器11的两侧分布有多个光学传感器12。为了更加精确地侦测到钻石掉落，优选光学传感器12布满了拱形保护罩13的内表面，这样只要有荧光产生，光学传感器12就能到检测到，不会产生遗漏的问题。
本发明的装置还可以包括报警单元30，信号处理器22还被配置为基于信号放大器21的信号生成报警指令，并控制报警单元30发出报警信号。即，报警单元30可以用于在控制器20获取信号检测到抛光垫存在掉落的钻石时发出报警信号。报警信号可以是声音信号，也可以是指示灯信号等，或者这些信号的组合。
在其它替换实施例中，紫外光侦测器10沿着抛光垫的径向布置，为了覆盖整个抛光垫的检测范围，紫外光侦测器10的长度不小于抛光垫4的半径大小，优选等于抛光垫的半径。当研磨机台1转动时，抛光垫4也随着转动，而紫外光侦测器10固定不动，相当于在做扫描动作。如果有钻石掉落到抛光垫4上时，钻石6在紫外光照射下发出荧光，光学传感器12接收到荧光并传递检测信号，信号放大器21将检测信号放大并反馈到信号处理器22，信号处理器22控制研磨机停止研磨。优选地，在控制研磨机停止研磨的同时，发出警报，并进行警灯闪烁。
在其它替换实施例中，信号处理器22接收通过信号放大器21放大的信号并将其转换成计算机可识别语言消息，所述计算机可识别语言消息被计算机用来控制切断研磨机台的电源，停止研磨。
结合图5和图6中所示，根据本发明的实时侦测钻石掉落的方法包括以下步骤：
通过紫外光侦测器10进行侦测，包括步骤：
步骤S11，通过紫外光发射器11发射紫外光。
步骤S13，通过光学传感器12进行检测。如果有钻石6掉落到抛光垫4上，光学传感器12能够在接收到掉落到抛光垫上的钻石受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。
通过控制器20接收来自光学传感器12的检测信号，并控制研磨机停止研磨，包括步骤：
步骤S15，通过信号放大器21接收来自光学传感器12的检测信号并进行放大。
步骤S17，通过信号处理器22接收来自信号放大器21的信号并将生成控制研磨机是否工作的指令。
步骤S19，通过信号处理器22基于信号放大器21的信号生成报警指令并控制报警单元30发出报警信号。
其中，光学传感器、信号放大器、信号处理器以及报警单元之间都可以通过有线或无线方式进行连接，实现信号的传输。
当抛光垫存在掉落的钻石时，报警单元30发出报警信号，设备人员抵达现场处理，及时清除掉落到抛光垫4上的钻石6，从而防止钻石划伤正在进行研磨的晶圆。
与现有技术相比，根据本发明的方法及其装置能够及时有效地侦测到钻石掉落的情况，大大降低了晶圆缺陷风险，提高了产品良率。
以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。
Claims (14)
1.一种实时侦测钻石掉落的装置，其特征在于，所述装置包括紫外光侦测器，所述紫外光侦测器固定于研磨机的抛光垫的上方，所述紫外光侦测器包括：
紫外光发射器，其被配置为发射紫外光到抛光垫；以及
光学传感器，其被配置为在接收到掉落到抛光垫上的钻石受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制器，所述控制器被配置为接收来自所述光学传感器的检测信号，并控制研磨机停止研磨。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：
信号放大器，其被配置为接收来自光学传感器的检测信号并进行放大；以及
信号处理器，其被配置为接收来自信号放大器的信号并将生成控制研磨机是否工作的指令。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括报警单元，所述信号处理器还被配置为基于信号放大器的信号生成报警指令，并控制所述报警单元发出报警信号。
5.如权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述紫外光侦测器包括拱形保护罩，所述紫外光发射器和所述光学传感器固定到所述拱形保护罩的内表面。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述紫外光发射器为圆柱形紫外光发射器，其沿着所述拱形保护罩的长度方向布置在所述拱形保护罩的内表面的中间位置。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述紫外光侦测器包括多个所述光学传感器，所述光学传感器位于所述紫外光发射器的两侧并布满所述拱形保护罩的内表面。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述紫外光侦测器包括多个紫外光发射器，其均匀布置在所述拱形保护罩的内表面，每个紫外光发射器的两侧分布有多个所述光学传感器。
9.如权利要求2到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学传感器通过无线、有线方式将检测信号传输给所述控制器。
10.一种研磨机，其包括抛光垫以及抛光垫修整器，所述抛光垫修整器的修整盘上嵌有多个钻石，其中所述研磨机还包括根据权利要求1到9中任一项所述的实时侦测钻石掉落的装置。
11.一种实时侦测钻石掉落的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过紫外光发射器发射紫外光到研磨机的抛光垫；以及
通过光学传感器进行检测，如果有钻石掉落到抛光垫上，所述光学传感器在接收到掉落的钻石受到紫外光照射而发出的荧光时输出检测信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：通过控制器接收来自所述光学传感器的检测信号，并控制研磨机停止研磨。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制器包括信号放大器和信号处理器，所述方法包括步骤：
通过信号放大器接收来自光学传感器的检测信号并进行放大；以及
通过信号处理器接收来自信号放大器的信号并将生成控制研磨机是否工作的指令。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
通过所述信号处理器基于所述信号放大器的信号生成报警指令并控制报警单元发出报警信号。
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