CN114603482B - 压力检测系统及压力检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种压力检测系统及压力检测方法，压力检测系统包括：研磨手臂与受力装置，所述受力装置单侧固定，所述受力装置用于承受所述研磨手臂的压力；压力传感器，固定于所述受力装置上，用于检测所述受力装置承受的压力；研磨盘，固定于所述研磨手臂上，所述研磨手臂通过所述研磨盘向所述受力装置施加压力。本发明实施例有利于准确获取实际研磨过程中研磨对象所承受的压力。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体领域，特别涉及一种压力检测系统及压力检测方法。
背景技术
化学机械抛光工艺是在化学以及机械作用下进行研磨。在研磨过程中需要对研磨量进行控制，其中的要素包括控制研磨手臂的下压力，下压力的大小会直接影响研磨过程中的研磨速率以及颗粒的聚集程度。因此，精准控制下压力的大小尤为重要。
发明内容
本发明实施例提供一种压力检测系统及压力检测方法，有利于准确获取实际研磨过程中研磨对象所承受的压力。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种压力检测系统，包括：研磨手臂与受力装置，所述受力装置单侧固定，所述受力装置用于承受所述研磨手臂的压力；压力传感器，固定于所述受力装置上，用于检测所述受力装置承受的压力；研磨盘，固定于所述研磨手臂上，所述研磨手臂通过所述研磨盘向所述受力装置施加压力。
另外，所述受力装置包括受力层和基底，所述受力层单侧固定，所述受力层用于承受所述研磨手臂的压力，所述压力传感器设置于所述受力层和所述基底之间。
另外，所述压力传感器固定于所述基底上。
另外，所述受力装置还包括凸块，所述凸块设置于所述受力层朝向所述基底的表面，所述压力传感器设置于所述凸块与所述基底之间。
另外，所述凸块的材料的硬度低于所述受力层的材料的硬度。
另外，受力装置还包括：滑动导轨，所述滑动导轨单侧固定所述受力层，所述滑动导轨用于控制所述受力层沿垂直于所述受力层表面的方向上升或下降。
另外，所述压力传感器与所述受力层和所述基底接触时，所述受力层朝向所述基底的表面与所述基底朝向所述受力层的表面的垂直距离大于等于0.5mm。
另外，在垂直于所述受力层表面的方向上，所述受力层中心在所述基底上的正投影与所述压力传感器中心在所述基底上的正投影重合。
另外，所述压力传感器的正投影面积与所述受力层的正投影面积的比例大于等于2％。
另外，所述压力传感器的信号线通过所述受力装置的基底固定。
相应地，本发明实施例还提供一种压力检测方法，包括：提供上述任一项所述的压力检测系统；设定研磨手臂的下压力；控制所述研磨手臂带动研磨盘向受力装置施加压力，以使压力传感器检测所述研磨手臂的下压力和所述研磨盘的自重之和。
与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：
上述技术方案中，将压力传感器固定在受力装置上，如此，在进行压力测量的过程中，可以将研磨盘安装在研磨手臂上，以使得研磨手臂通过研磨盘向受力装置施加压力；由于在实际研磨过程中，研磨盘也会对研磨对象施加等于自重的压力，因此，只有在压力检测过程中，压力传感器的测量结果为测量研磨手臂的压力以及研磨盘的自重之和，才能保证在实际研磨过程中，压力传感器的检测结果等同于研磨对象所承受的实际压力。
另外，压力传感器设置于受力层和基底之间，有利于避免压力传感器自身对受力层的受力检测和应用造成干扰，有利于准确持续地获取受力装置的受力情况。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为一种压力检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种压力检测系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种压力检测系统的立体结构图；
图4为图3所示压力检测系统的主视图；
图5为图3所示压力检测系统的左视图；
图6为图3所示压力检测系统的俯视图。
具体实施方式
图1为一种压力检测系统的结构示意图。
参考图1，压力传感器12安装在研磨手臂11上，在机台设定下压力之后，研磨手臂11带动压力传感器12作用在受力装置13上，受力装置13通过反作用力反馈给压力传感器12，以使压力传感器12获取研磨手臂11的当前压力。
现有技术中，在安装压力传感器12之前，需要先拆除实际研磨过程中需要使用到的安装在研磨手臂11上的研磨盘，再通过磁吸等方式将压力传感器12安装在研磨手臂11上。此时，压力传感器12获取到的压力仅包括机台设定并通过研磨手臂11施加的压应力，而不包括研磨盘的自重，这就使得压力传感器12获取到的压力并非实际研磨过程中研磨对象受到的压力，进而导致无法根据压力传感器12获取的数值准确监控并调节研磨对象在实际研磨过程中受到的压力。
同时，为保证压力传感器12数据的有效传输，压力传感器12的信号线需要连接至解析装置上，而由于压力传感器12固定于研磨手臂11上，研磨手臂11在实际研磨步骤中需要上下运动，这就导致信号线会随着研磨手臂11上下运动，上下运动可能导致信号线出现内部损坏或接触不良等问题，进而使得检测数据因为内部损坏以及接触不良出现偏差。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种压力检测系统，将压力传感器固定在受力装置上，如此，在进行压力测量的过程中，研磨盘安装在研磨手臂上，以使得研磨手臂通过研磨盘向受力装置施加压力，在此过程中，压力传感器可测量研磨手臂的压力以及研磨盘的自重之和，即准确获取受力装置在实际研磨过程中所承受的压力。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图2为本发明实施例提供的一种压力检测系统的结构示意图。
参考图2，压力检测系统包括：研磨手臂21与受力装置23，受力装置23单侧固定，受力装置23用于承受研磨手臂21的压力；压力传感器22，固定于受力装置23上，用于检测受力装置23承受的压力；研磨盘20，固定于研磨手臂21上，研磨手臂21通过研磨盘20向受力装置23施加压力。
本实施例中，压力传感器22的信号线通过受力装置23的基底固定。由于受力装置23的基底在研磨过程中不发生移动，通过基底固定信号线，有利于保证信号线具有良好的稳定性以及较优的性能，进而保证压力传感器22能够准确获取研磨手臂21的压力以及研磨盘20的自重之和，即准确获取实际研磨过程中受力装置23所承受的压力。
本实施例中，受力装置23的实际指代根据应用场景有所不同。具体地，在实际研磨过程中，受力装置23一般为研磨台，研磨手臂21将研磨对象按压在研磨台上进行化学机械研磨，研磨对象一般为晶圆；在压力检测系统的测试过程中，受力装置23还可以是测试结构，即通过测试结构来模拟研磨台，以确保研磨装置参数设置的准确性，保证实际研磨具有良好的研磨效果。
以下将以受力装置23为测试结构进行示例性说明。具体如下：
参考图2～图6，受力装置23通常包括受力层30和基底31，受力层30用于承受研磨手臂21的压力和研磨盘20的自重，受力层30在承受压力时可能发生弯曲变形；同时，由于受力层30为单侧固定，受力层30可能会出现不对称弯曲。相对地，基底31在受压过程中通常不发生变化。当受力装置为研磨台时，受力层通常为研磨垫。
本实施例中，压力传感器22设置于受力层与基底之间。当研磨手臂21向受力装置23施加压力时，研磨装置21的压力和研磨盘20的自重通过受力层30传递至压力传感器22，当压力传感器22与基底31接触时，基底31依据反作用力将压力反馈至压力传感器22，压力传感器22获取研磨手臂21的压力和研磨盘20的自重之和。
将压力传感器22设置于受力层30与基底31之间，有利于避免压力传感器22自身对受力层30的应用造成干扰，例如进行晶圆的研磨，同时可以持续且准确地监测受力层30的受力情况。在其他实施例中，压力传感器还可以设置于受力层远离基底的一侧，即位于受力装置与研磨盘之间。
本实施例中，受力装置23还包括凸块301，凸块301设置于受力层30朝向基底31的表面，压力传感器22设置于凸块301与基底31之间。凸块301的设置有利于集中受力层30表面所承受的压力，避免压力分散而导致压力传感器22检测到的压力较小，进而保证压力传感器22检测到的数值的准确性。
本实施例中，压力传感器22固定于基底31上。由于受力层30可能发生弯曲和变形，将压力传感器22固定于基底31上，有利于保证压力传感器22具有较高的精度；同时，由于基底31相对于受力层30更为稳定，将压力传感器22设置于基底31表面，有利于进一步提高压力传感器22的信号线的稳定性和安全性，保证压力传感器22检测到的数据的准确性。
在其他实施例中，压力传感器还可以固定于凸块朝向基底的表面。
本实施例中，在研磨手臂21向受力装置23施加压力时，凸块301与压力传感器22接触，压力传感器22不需要弯曲变形以进行应力传递，避免单侧固定的受力层30发生不对称变形，即避免凸块301仅将部分压力传递至压力传感器22上，或者避免凸块301将压力集中传递至压力传感器22某一细小区域而导致其发生损坏，从而保证压力传感器22检测到的数据的准确性。
在其他实施例中，在研磨手臂向受力装置施加压力时，凸块与压力传感器之间具有间隙，受力层通过弯曲变形将应力传递至压力传感器。需要说明的是，上述弯曲变形最好是弹性变形，以保证测试结构可以重复利用，降低测试成本。
本实施例中，凸块301的材料与受力层30的材料不同，凸块301为设置于受力层30朝向基底31的表面的独立块；在其他实施例中，凸块的材料与受力层的材料相同，凸块与受力层可通过一体成型工艺一次形成。
具体地，本实施例中，凸块301的材料的硬度低于受力层30的材料的硬度。其中，受力层30的硬度较大，有利于避免受力层30在受力状态下发生弯曲变形，保证受力层30能够较好地将弯曲应力通过凸块301传递至压力传感器22；同时，凸块301的硬度较低，有利于使得凸块301更好地贴合于压力传感器22表面，即将压力更为均匀地传递至压力传感器22的表面，避免压力传感器22局部承压过大而发生损坏，保证压力传感器22检测到的压力数据的准确性。
本实施例中，受力装置还包括滑动导轨32，滑动导轨32单侧固定受力层30，滑动导轨32用于控制受力层30沿垂直于受力层30表面的方向上升或下降。具体地，当机台尚未控制研磨手臂21向受力装置23施加压力时，可控制受力层30朝远离基底31的方向移动，从而固定、检修或替换压力传感器22，或者，读取压力传感器22的检测结果；当需要检测研磨手臂21施加的压力以及研磨盘20的自重之和时，可控制受力层30朝靠近基底31的方向移动，以使受力层30与压力传感器22接触以传递受力层30承受的压力，或者使得受力层30与压力传感器22之间的间距处于一预设值内，保证受力层30可通过弯曲形变将自身承受的压力传递至压力传感器22。
需要说明是的是，由于受力层30的弯曲形变会形成反弹力，进而抵消部分自身承受的压力，因此发生弯曲形变的受力层30所传递的压力总是小于自身承受的压力。在设置上述预设值时，需要考虑受力层30的弯曲形变所抵消的压力，即需要将弯曲形变所抵消的压力控制在预设范围内，从而保证压力传感器22检测到的压力的相对准确性。
相应地，控制受力层30与压力传感器22之间存在一定间距，有利于避免受力层30在移动过程中向压力传感器22施加压应力，即保证压力传感器22在检测研磨手臂21的压力以及研磨盘20的自重之和之前，其初始值为零。
在其他实施例中，在进行压力检测之前，还需要将受力层和凸块置于压力传感器上，并使压力传感器归零，以消除受力层自重和凸块自重对测量结果的影响。其中，压力传感器的归零可以是人工控制，也可以是自身存在特殊归零模式，例如在承受特定压力大于预设时长时自动归零。
还需要说明的是，凸块301的设置会限制受力层30的弯曲，从而减小受力层30在受力过程中的弯曲形变程度以及反弹力大小，使得压力传感器22检测到的压力更为接近研磨手臂21与研磨盘20的自重之和，进而保证根据压力传感器22的检测值进行的相应调整能够达到预设目的。
本实施例中，基底31还包括用于固定滑动导轨32的侧墙311，侧墙311用于固定滑动导轨32的轨道。需要说明的是，本文中对“基底31”的定义为：在实际研磨过程中或在压力检测过程中不发生位置变化和形变的部件。如此，通过受力装置23的基底31固定的压力传感器22的信号线，才具有良好的稳定性和安全性。
具体地，侧墙311内具有过线孔33，过线孔33用于固定压力传感器22的信号线。
本实施例中，在垂直于受力层30表面的方向上，受力层30中心在基底31上的正投影与压力传感器22中心在基底31上的正投影重合。如此，有利于保证受力层30所承受的压力能够有效传递给压力传感器22，即保证压力传感器22可有效检测出受力层30所承受的压力。
进一步地，压力传感器22的正投影面积与受力层30的正投影面积的比例大于等于2％。具体地，在垂直于受力层30表面的方向上，受力层30在基底31上的正投影为120mm*120mm的正方形，压力传感器22在基底31上的正投影为20mm*20mm的正方形。
在其他实施例中，压力传感器和受力层的正投影还可以为圆形等形状，压力传感器的正投影形状和受力层的正投影形状还可以不同。
本实施例中，压力传感器22与受力层30和基底31接触时，受力层30朝向基底31的表面与基底31朝向受力层30的表面的垂直距离大于等于0.5mm。如此，有利于避免受力层30因弯曲形变而与基底31接触，避免受力层30所承受的压力直接传递至基底31的其他区域表面，导致反馈至压力传感器22的反作用力减小，即保证压力传感器22检测到的压力能够有效表征研磨手臂21的压力和研磨盘20的自重之和。
本实施例中，压力传感器22位于基底31的凹槽内，凹槽的深度为1.5mm，凸块301的厚度为2mm。基底31和受力层30的材料可以为铝合金，在垂直于受力层30表面的方向上，受力层30的厚度为2mm，基底31的最大厚度的3mm。此外，受力层30上可以承载标准砝码，以替代研磨盘20的自重。
本实施例中，将压力传感器固定在受力装置上，如此，在进行压力测量的过程中，可以将研磨盘安装在研磨手臂上，以使得研磨手臂通过研磨盘向受力装置施加压力；由于在实际研磨过程中，研磨盘也会对研磨对象施加等于自重的压力，因此，在实际测量过程中，控制压力传感器准确测量研磨手臂的压力以及研磨盘的自重之和，才能准确获取实际研磨过程中受力装置所承受的压力。
相应地，本发明实施例还提供一种压力检测方法，包括：提供上述压力检测系统；设定研磨手臂的下压力；控制研磨手臂带动研磨盘向受力装置施加压力，以使压力传感器检测研磨手臂的下压力和研磨盘的自重之和。
本实施例中，研磨手臂和研磨盘同时作用于受力装置上，压力传感器可准确测量研磨手臂的压力以及研磨盘的自重之和，如此，压力传感器的测量结果可与研磨手臂被设定的下压力一一对应，并有效地应用于实际研磨过程中；在实际研磨过程中，可根据测量结果和设定的下压力的对应关系设定相应地下压力，以使研磨对象承受对应的实际压力，保证研磨对象具有预设的研磨结果。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
Claims (5)
1.一种压力检测系统，其特征在于，包括：
研磨手臂与受力装置，所述受力装置包括受力层和基底，所述受力层单侧固定；
压力传感器，固定于所述受力装置上且设置于所述受力层和所述基底之间，用于检测所述受力装置承受的压力；
研磨盘，固定于所述研磨手臂上，所述研磨手臂通过所述研磨盘向所述受力装置施加压力，所述受力层用于承受所述研磨手臂和所述研磨盘的压力；
受力装置还包括：滑动导轨，所述滑动导轨单侧固定所述受力层，所述滑动导轨用于控制所述受力层沿垂直于所述受力层表面的方向上升或下降；
其中，所述受力层与所述压力传感器之间的间距处于预设值，由于所述受力层的弯曲形变会形成反弹力，进而抵消部分自身承受的压力，在设置所述预设值时，需要考虑所述受力层的弯曲形变所抵消的压力，即需要将弯曲形变所抵消的压力控制在预设范围内；
所述受力装置还包括凸块，所述凸块设置于所述受力层朝向所述基底的表面，所述压力传感器设置于所述凸块与所述基底之间；
所述凸块的材料的硬度低于所述受力层的材料的硬度，所述凸块的设置还用于限制所述受力层的弯曲，从而减小所述受力层在受力过程中的弯曲形变程度以及反弹力大小；
所述压力传感器与所述受力层和所述基底接触时，所述受力层朝向所述基底的表面与所述基底朝向所述受力层的表面的垂直距离大于等于0.5mm；
所述压力传感器的正投影面积与所述受力层的正投影面积的比例大于等于2%。
2.根据权利要求1所述的压力检测系统，其特征在于，所述压力传感器固定于所述基底上。
3.根据权利要求1所述的压力检测系统，其特征在于，在垂直于所述受力层表面的方向上，所述受力层中心在所述基底上的正投影与所述压力传感器中心在所述基底上的正投影重合。
4.根据权利要求1所述的压力检测系统，其特征在于，所述压力传感器的信号线通过所述受力装置的基底固定。
5.一种压力检测方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1至4中任一项所述的压力检测系统；
设定研磨手臂的下压力；
控制所述研磨手臂带动研磨盘向受力装置施加压力，以使压力传感器检测所述研磨手臂的下压力和所述研磨盘的自重之和。
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