CN109500740B - 抛光盘温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及CMP抛光盘温度控制技术领域，尤其是涉及一种抛光盘温度控制系统，包括抛光盘、循环水路、温度检测装置和调控装置；循环水路包括上水管路和回水管路，上水管路的数量为多个，多个上水管路分别对应抛光盘不同区域，回水管路与上水管路一一对应且连通；温度检测装置检测回水管路回水温度和抛光盘表面温度；调控装置接收温度检测装置检测到的温度信号，控制上水管路向抛光盘供应的冷却水的温度和流量。本申请通过在抛光盘上分设不同区域，并在各区域设置独立的上水管路和回水管路，对各区域回水管路的温度进行监测，控制上水管路的上水温度和流量，实现对不同温度区域的适应性温度调控，使得抛光盘冷却均匀，保证了晶圆的抛光质量。

Description

抛光盘温度控制系统

技术领域

本发明涉及CMP抛光盘温度控制技术领域，尤其是涉及一种抛光盘温度控制系统。

背景技术

化学机械抛光的抛光过程是通过晶圆与抛光盘上的抛光垫之间的相对运动而实现，在抛光过程中由于晶圆和抛光垫之间的摩擦将会产生大量的热量，并且由于抛光盘在旋转时，抛光盘在不同半径区域内的线速度不同，因此晶圆抛光过程中各区域产生的热量也不同。温度升高会使抛光盘产生形变，不同的温度下抛光盘的形变也会不同。另外，温度的变化和不均匀也影响抛光过程中的化学作用，进而影响晶圆的抛光质量。

现有技术中的晶片抛光系统通过向抛光盘上通入冷却水实现抛光盘的冷却，但由于抛光盘在不同半径区域产生的热量也不同，因此单一控制水路无法实现对不同温度区域的适应性温度调控，导致抛光盘冷却不均匀，从而影响抛光质量。

发明内容

本申请的目的在于提供一种抛光盘温度控制系统，以解决现有技术中存在的单一控制水路无法实现对不同温度区域的适应性温度调控，导致抛光盘冷却不均匀，影响抛光质量的技术问题。

本申请提供了一种抛光盘温度控制系统，包括：抛光盘、循环水路、温度检测装置和调控装置；

所述循环水路包括上水管路和回水管路，所述上水管路用于向所述抛光盘供应冷却水，所述回水管路用于排出与所述抛光盘换热后的水；所述上水管路的数量为多个，多个所述上水管路分别对应不同区域，所述回水管路与所述上水管路一一对应且连通；

所述温度检测装置包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测所述回水管路的回水温度；所述第二传感器用于检测抛光盘表面的温度；

所述调控装置用于接收所述温度检测装置检测到的温度信号，并根据回水温度和所述抛光盘表面的温度实时控制所述上水管路向所述抛光盘供应的冷却水的温度和流量。

进一步地，所述上水管路和所述回水管路通过旋转接头与所述抛光盘相连通，所述上水管路与所述回水管路相连通。

进一步地，所述第一传感器的数量为多个，多个所述第一传感器与所述回水管路一一对应。

进一步地，所述第一传感器为接触式传感器，所述第一传感器与所述回水管路相连接；所述第二传感器为非接触式传感器，所述第二传感器位于所述抛光盘上方。

进一步地，所述抛光盘的上表面沿径向从边沿到中心分设多个区域。

进一步地，所述调控装置包括控制器、热交换器和流量调节器；

所述热交换器和所述流量调节器设置于所述上水管路上，所述控制器根据所述温度检测装置检测到的温度信号，控制所述热交换器改变换热量和所述流量调节器调节所述上水管路的上水流量。

进一步地，热交换器的数量为多个，多个所述热交换器与多个上水管路一一对应，用于调节各所述上水管路的上水温度。

进一步地，所述流量调节器的数量为多个，多个所述流量调节器与多个上水管路一一对应，用于调节各所述上水管路的上水流量。

进一步地，所述抛光盘包括上盘和下盘，所述上水管路设置于所述上盘上，所述回水管路设置于所述下盘上。

进一步地，所述温度检测装置还包括第三传感器，所述第三传感器与所述上水管路相连接，用于检测上水温度；所述第三传感器位于所述调控装置和所述旋转接头之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本申请提供了一种抛光盘温度控制系统，包括抛光盘、循环水路、温度检测装置和调控装置；循环水路用于向抛光盘的不同区域供应冷却水对抛光盘进行冷却，并排出换热后的水；温度检测装置用于检测各区域换热后的水温及抛光盘表面的温度，并将温度信号传送至调控系统；调控系统根据换热后的水温及抛光盘表面的温度判断抛光盘各区域的冷却情况，调节抛光盘各区域供应的冷却水的温度和流量，从而实现抛光盘整体均匀冷却降温。

所述循环水路包括上水管路和回水管路，所述上水管路用于向所述抛光盘供应冷却水，所述回水管路用于排出与所述抛光盘换热后的水，抛光盘上对应设置有上水口和回水口，上水管路供应的冷却水通过上水口进入抛光盘内，流经抛光盘的部分区域后能够通过回水口流至回水管路，实现对抛光盘对应区域的冷却；而所述上水管路的数量为多个，多个所述上水管路分别对应抛光盘上的不同区域，用于对抛光盘的不同区域降温冷却，所述回水管路与所述上水管路一一对应且连通，从而排出换热后的冷却水。

所述温度检测装置包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测所述回水管路的回水温度，根据回水温度判断抛光盘各个区域的温度情况；所述第二传感器用于检测抛光盘表面的温度，抛光盘表面各区域的温度基本恒定，可以作为设定温度与检测到的抛光盘的回水温度对比，从而判定抛光盘各区域的温度分布及冷却情况。

所述调控装置用于接收所述温度检测装置检测到的温度信号，并根据回水温度和所述抛光盘表面的温度实时控制各个所述上水管路向所述抛光盘供应的冷却水的温度和流量，通过改变供应的冷却水的温度和流量从而调整对抛光盘冷却效果，且对应抛光盘不同温度区域对应调整冷却水的温度和流量，抛光盘温度较高的位置降低冷却水温度并增大流量，抛光盘温度较低的位置可以适当少减少水温并减少流量；通过改变冷却水的温度和流量，两种温控方式协同配合提高了冷却水对抛光盘的冷却效率，对抛光盘的冷却效果更好。

本申请通过在抛光盘上分设不同区域，在各区域设置独立的上水管路和回水管路，并对各区域回水管路的温度进行监测，通过监测的温度信号控制上水管路的上水温度和流量，实现对不同温度区域的适应性温度调控，使得抛光盘冷却均匀，保证了晶圆的抛光质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的抛光盘温度控制系统的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的抛光盘温度控制系统的控制器控制原理示意图；

图3为本发明实施例提供的抛光盘温度控制系统的另一原理示意图。

附图标记：

1-抛光盘，2-上水管路，3-回水管路，4-第一传感器，5-第二传感器，6-第三传感器，7-控制器，71-信号输入模块，72-数据处理单元，73-信号输出模块，8-热交换器，9-流量调节器，10-旋转接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图3描述根据本发明一些实施例的抛光盘温度控制系统。

参见图1所示，本申请的实施例提供了一种抛光盘温度控制系统，包括抛光盘1、循环水路、温度检测装置和调控装置；循环水路用于向抛光盘1的不同区域供应冷却水对抛光盘1进行冷却，并排出换热后的水；温度检测装置用于检测各区域换热后的水温及抛光盘1表面的温度，并将温度信号传送至调控系统；调控系统根据换热后的水温及抛光盘1表面的温度判断抛光盘1各区域的冷却情况，并调节抛光盘1各区域供应的冷却水的温度和流量，从而实现抛光盘1整体均匀冷却降温。

具体地，循环水路包括上水管路2和回水管路3，上水管路2用于向抛光盘1供应冷却水，回水管路3用于排出与抛光盘1换热后的水，抛光盘1上对应设置有上水口和回水口，上水管路2供应的冷却水通过上水口进入抛光盘1内，流经抛光盘1的部分区域后能够通过回水口流至回水管路3，实现对抛光盘1对应区域的冷却；而上水管路2的数量为多个，多个上水管路2分别对应抛光盘1上的不同区域，用于对抛光盘1的不同区域降温冷却，回水管路3与上水管路2一一对应且连通，从而排出换热后的冷却水。

温度检测装置包括第一传感器4和第二传感器5，第一传感器4用于检测回水管路3的回水温度，根据回水温度判断抛光盘1各个区域的温度情况；第二传感器5用于检测抛光盘1各区域表面的温度，根据检测到的抛光盘1各区域的回水温度和表面温度数据综合分析，判定抛光盘1各区域的温度分布及冷却情况。

调控装置用于接收温度检测装置检测到的温度信号，并根据回水温度和抛光盘1表面的温度实时控制各个上水管路2向抛光盘1供应的冷却水的温度和流量，通过改变供应的冷却水的温度和流量从而调整对抛光盘1冷却效果，且对应抛光盘1不同温度区域对应调整冷却水的温度和流量，抛光盘1温度较高的位置可以降低冷却水温度并增大流量，抛光盘1温度较低的位置可以适当少减小水温并减少流量；通过改变冷却水的温度和流量，两种温控方式协同配合优化提高了冷却水对抛光盘1的冷却效率，对抛光盘1的冷却效果更好。

本申请的抛光盘温度控制系统具体工作过程为：

对抛光盘1分区，不同区域连通有不同的上水管路2和回水管路3；

各上水管路2分别向对应区域的抛光盘1通过冷却水，降温换热后的水通过回水管路3排出；

检测各回水管路3内回水的水温，与抛光盘1表面温度对比，判断抛光盘1各区域的温度情况；

根据抛光盘1各区域的温度情况调整各区域对应上水管路2内的水温和流量，从而实现抛光盘1整体的均匀散热。

在本申请的一个实施例中，参见图1所示，优选地，上水管路2和回水管路3通过旋转接头10与抛光盘1相连通，上水管路2与回水管路3相连通。

在该实施例中，由于抛光盘1在工作过程中要持续转动，因此为保证上水管路2和回水管路3能够对抛光盘1稳定持续供水并且不受抛光盘1转动的影响，上水管路2和回水管路3分别通过旋转接头10与抛光盘1相连通。具体地，当抛光盘1分成N个区域时，对应的上水管路2设置为N个，回水管路3设置为N个，旋转接头10上设置有2N个通道，两个通道作为一组为抛光盘1N路冷却水提供上水和回水的接口。

此外，上水管路2和回水管路3相连通，回水管路3排出的换热后的水进入上水管路2，通过上水管路2的调控装置的调控直接作为冷却水进行下一次对抛光盘1的冷却上水。

在本申请的一个实施例中，参见图1所示，优选地，第一传感器4的数量为多个，多个第一传感器4与回水管路3一一对应。

在该实施例中，为保证对各回水管路3内回水温度的准确测定，设置第一传感器4的数量为多个，多个第一传感器4与回水管路3一一对应，用于检测各回水管路3的回水水温，从而判断抛光盘1各区域的温度情况。

在本申请的一个实施例中，优选地，第一传感器4为接触式传感器，第一传感器4与回水管路3相连接；第二传感器5为非接触式传感器，第二传感器5位于抛光盘1上方。

在该实施例中，第一传感器4为接触式传感器，其温度探头伸入回水管路3内，从而准确检测回水管路3内的水温的情况。而第二传感器5用于检测抛光盘1表面的温度，因此第二传感器5为非接触式传感器，其设置于抛光盘1上方。

优选地，第二传感器5可以为一红外热像仪，通过红外热像仪的热图像来获取抛光盘1表面各区域的温度信息。

在本申请的一个实施例中，优选地，抛光盘1的上表面沿径向从边沿到中心分设多个区域。

在该实施例中，由于抛光盘1工作时进行旋转运动，因此抛光盘1在不同半径区域内的线速度不同，沿抛光盘1的径向边沿处线速度最大，中心处线速度最小，因此边沿产生的热量最多，温度也最高，因此本申请根据抛光盘1的温度变化趋势沿其径向从边沿到中心分设多个区域，比如在最外圈为第一区域，次外圈为第二区域，中心处为第三区域，保证同一区域内各个位置温度不大，从而能够通过该区域的回水温度判断该区域的温度情况，再根据检测到的温度情况通过调控装置调控进入该区域的上水温度和流量，当各区域回水温度达到基本一致时，说明抛光盘1各区域的温度基本均匀稳定了。

在本申请的一个实施例中，优选地，参见图1所示，调控装置包括控制器7、热交换器8和流量调节器9；

热交换器8和流量调节器9设置于上水管路2上，控制器7根据温度检测装置检测到的温度信号，控制热交换器8改变换热量和流量调节器9调节上水管路2的上水流量。

在该实施例中，调控装置包括控制器7、热交换器8和流量调节器9，通过回水管路3内的换热的水首先流回上水管路2，控制器7根据检测到的回水温度和抛光盘1表面温度判断抛光盘1各区域的温度情况，再通过控制器7控制上水管路2与热交换器8换热冷却后再作为上水进入抛光盘1，进行换热的同时流量控制器7能够控制流量调节器9调节上水流量，通过对上水管路2内上水的温度和流量的调控，共同实现抛光盘1温度的调整，两个参数协同优化，提高了冷却水对抛光盘1的冷却效率，对抛光盘1的冷却效果更好。

具体地，参见图2所示，控制器7包括信号输入模块71、数据处理单元72和信号输出模块73，温度检测装置检测到的温度信号传输至控制器7的信号输入模块71，再经数据处理单元72处理后将流量控制信号和温度控制信号经信号输出模块73输出，从而控制热交换器8的换热量和流量调节器9的调节量。

控制器7根据接触式传感器和非接触式传感器测得的抛光盘1各个区的温度和设定温度，通过一定的运算规则计算出每个区需要的上水温度及流量，并输出信号给相应的热交换器8和流量调节器9，改变每个区的上水温度及流量以达到调节抛光盘1温度的目的。

在本申请的一个实施例中，优选地，热交换器8的数量为多个，多个热交换器8与多个上水管路2一一对应，用于调节各上水管路2的上水温度。

在该实施例中，为保证对应每个区域的上水情况独立控制，设置热交换器8的数量为多个，多个热交换器8与多个上水管路2一一对应，控制器7分别控制各热交换器8，从而调节各上水管路2的上水温度。

在本申请的一个实施例中，优选地，流量调节器9的数量为多个，多个流量调节器9与多个上水管路2一一对应，用于调节各上水管路2的上水流量。

在该实施例中，流量调节器9的数量为多个，多个流量调节器9与多个上水管路2一一对应，控制器7分别控制各流量调节器9，从而调节各上水管路2的上水流量。

作为优选的实施例，本申请设计抛光盘1分成4个区域，对应的上水管路2设置为4个，回水管路3设置为4个，旋转接头10上设置有8个通道，两个通道作为一组为抛光盘14路冷却水提供上水和回水的接口。第一传感器4的数量为4个，分别对应检测4个回水管路3的温度；第二传感器5的数量为一个，用于检测抛光盘1表面的温度。热交换器8和流量调节器9的数量分别为4个，对应4个上水管路2。

在本申请的一个实施例中，优选地，抛光盘1包括上盘和下盘，上水管路2设置于上盘上，回水管路3设置于下盘上。

在该实施例中，抛光盘1为组合式抛光盘1，其包括上盘和下盘，上水管路2设置于上盘上，回水管路3设置于下盘上，上水管路2和回水管路3相互独立、互不干扰。

在本申请的一个实施例中，优选地，参见图3所示，温度检测装置还包括第三传感器6，第三传感器6与上水管路2相连接，用于检测上水温度；第三传感器6位于调控装置和旋转接头10之间。

在该实施例中，为进一步获知经调控装置调控后的上水温度，从而判断调控装置是否正常工作，在经温度和流量调控后的上水管路2上设置有第三传感器6，第三传感器6也为接触式传感器，直接检测上水管路2内的水温，并将水温信号传输至控制器7，控制器7根据水温信号判断热交换器8是否正常工作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种抛光盘温度控制系统，其特征在于，包括：抛光盘、循环水路、温度检测装置和调控装置；

所述循环水路包括上水管路和回水管路，所述上水管路用于向所述抛光盘供应冷却水，所述回水管路用于排出与所述抛光盘换热后的水；所述上水管路的数量为多个，多个所述上水管路分别对应不同区域，所述回水管路与所述上水管路一一对应且连通；

所述温度检测装置包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测所述回水管路的回水温度；所述第二传感器用于检测抛光盘表面的温度；

所述调控装置用于接收所述温度检测装置检测到的温度信号，并根据回水温度和所述抛光盘表面的温度实时控制所述上水管路向所述抛光盘供应的冷却水的温度和流量。

2.根据权利要求1所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述上水管路和所述回水管路通过旋转接头与所述抛光盘相连通，所述上水管路与所述回水管路相连通。

3.根据权利要求1所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述第一传感器的数量为多个，多个所述第一传感器与所述回水管路一一对应。

4.根据权利要求3所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述第一传感器为接触式传感器，所述第一传感器与所述回水管路相连接；所述第二传感器为非接触式传感器，所述第二传感器位于所述抛光盘上方。

5.根据权利要求1所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述抛光盘的上表面沿径向从边沿到中心分设多个区域。

6.根据权利要求1所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述调控装置包括控制器、热交换器和流量调节器；

所述热交换器和所述流量调节器设置于所述上水管路上，所述控制器根据所述温度检测装置检测到的温度信号，控制所述热交换器改变换热量和所述流量调节器调节所述上水管路的上水流量。

7.根据权利要求6所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述热交换器的数量为多个，多个所述热交换器与多个所述上水管路一一对应，用于调节各所述上水管路的上水温度。

8.根据权利要求6所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述流量调节器的数量为多个，多个所述流量调节器与多个所述上水管路一一对应，用于调节各所述上水管路的上水流量。

9.根据权利要求1所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述抛光盘包括上盘和下盘，所述上水管路设置于所述上盘上，所述回水管路设置于所述下盘上。

10.根据权利要求2所述的抛光盘温度控制系统，其特征在于，所述温度检测装置还包括第三传感器，所述第三传感器与所述上水管路相连接，用于检测上水温度；所述第三传感器位于所述调控装置和所述旋转接头之间。

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