CN114683174A - 一种化学机械抛光设备及其防碰撞方法 - Google Patents

一种化学机械抛光设备及其防碰撞方法 Download PDF

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李伟
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Abstract

本发明提供一种化学机械抛光设备及其防碰撞方法，化学机械抛光设备包括：工作台、抛光垫、第一研磨装置、第二研磨装置、防碰撞传感器以及运动控制器，第一研磨装置包括第一摆动旋转机构、第一摆臂和第一研磨头，第一摆动旋转机构具有第一摆动电机；第二研磨装置包括第二摆动旋转机构、第二摆臂、第二研磨头，第二摆动旋转机构具有第一摆动电机；防碰撞传感器用于检测第一研磨头与第二研磨头之间的距离；运动控制器与防碰撞传感器通信连接，能够在防碰撞传感器检测到第一研磨头与第二研磨头之间的距离小于等于第一预设值时，控制第一摆动电机和第二摆动电机停止运作。

Description

一种化学机械抛光设备及其防碰撞方法
技术领域
本发明涉及化学机械抛光的技术领域，具体涉及一种化学机械抛光设备及其防碰撞方法。
背景技术
化学机械抛光设备是一种用于对晶圆进行研磨抛光的设备，其主要由抛光垫、抛光头和修整器组成，在设备运作过程中，抛光头和修整器均会在抛光垫上做圆周摆动，抛光头和修整器容易发生碰撞，使得整个抛光设备停止运作，并且容易造成晶圆刮伤。
在现有技术中，为了防止抛光头和修整器发生碰撞，会在修整器上设置传感器，当修整器和抛光头的间距较小时，传感器会发出预警信号，抛光头和修整器停止运动。但由于抛光头和修整器的运动均为圆周摆动，且抛光头和修整器的运动频率也不一致，因此抛光头与修整器可发生碰撞的位置是随机的，角度朝向固定的传感器无法精确的检测到每一个碰撞位置，存在检测效果较差的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中固定设置的传感器对防碰撞检测效果较差的缺陷，从而提供一种化学机械抛光设备及其防碰撞方法。
第一方面，本发明提供一种化学机械抛光设备，包括：
工作台；
抛光垫，设置在所述工作台上；
第一研磨装置，其包括第一摆动旋转机构、与第一摆动旋转机构相连的第一摆臂和转动设置在第一摆臂上的第一研磨头，所述第一摆动旋转机构具有用于驱动第一摆臂旋转的第一摆动电机；
第二研磨装置，其包括第二摆动旋转机构、与第二摆动旋转机构相连的第二摆臂和转动设置在第二摆臂上的第二研磨头，所述第二摆动旋转机构具有用于驱动第二摆臂旋转的第一摆动电机；
防碰撞传感器，设置在所述第一研磨头和/或所述第二研磨头上，能够检测所述第一研磨头与所述第二研磨头之间的距离；以及
运动控制器，用于控制所述第一摆动电机和所述第二摆动电机的停启，所述运动控制器与所述防碰撞传感器通信连接，能够在所述防碰撞传感器检测到所述第一研磨头与所述第二研磨头之间的距离小于等于第一预设值时，控制所述第一摆动电机和所述第二摆动电机停止运作。
可选地，所述第一研磨头为抛光头，所述抛光头用于固定被研磨的晶圆；所述第二研磨头为修整器，所述修整器用于研磨所述抛光垫，所述防碰撞传感器设置在修整器上。
可选地，所述修整器上设有导电滑环，所述防碰撞传感器的线缆通过所述导电滑环引出。
可选地，所述抛光头和所述修整器在工作台上对称设置有两组，并在两个所述修整器之间设置有用于暂存晶圆的周转台。
可选地，其中一个所述抛光头上也设置所述防碰撞传感器。
可选地，所述防碰撞传感器为位移传感器。
可选地，所述防碰撞传感器为接近传感器。
另一方面，本发明还提供一种化学机械抛光设备的防碰撞方法，包括以下步骤：
获取所述第一研磨头和所述第二研磨头之间的距离；
判断所述第一研磨头和所述第二研磨头之间的距离是否小于等于第一预设值；
若是，则控制第一摆动电机和第二摆动电机停止运作。
可选地，所述防碰撞传感器采用位移传感器，所述防碰撞方法还包括：
判断所述第一研磨头和所述第二研磨头之间的距离是否大于第一预设值且小于等于第二预设值；
若是，控制所述第一摆动电机和所述第二摆动电机的转速降低。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的化学机械抛光设备，根据第一研磨头和第二研磨头在运动过程中可允许的最小间距，在防碰撞传感器上设定好第一预设值，在运行过程中，防碰撞传感器会跟随第一研磨头或第二研磨头同步转动，呈雷达扫描式对第一研磨头和第二研磨头的间距实时监测，当防碰撞传感器检测到第一研磨头和第二研磨的间距等于或小于设定的第一预设值时，运动控制器控制第一摆动电机和第二摆动电机停止运转，以防止第一研磨头和第二研磨头发生碰撞。
2.本发明提供的化学机械抛光设备的防碰撞方法，能够通过随第一研磨器或第二研磨器转动的防碰撞传感器，以雷达扫描的方式形成圆形的检测范围，无论第一抛光头或第二抛光头以任何角度进入防碰撞传感器的检测范围内，均表明第一研磨头与第二研磨头已经运动至可允许的最小间距，此时停止第一研磨器和第二研磨器的摆动，即可防止第一研磨器和第二研磨器发生碰撞，使设备的运行安全可靠。
3.本发明提供的化学机械抛光设备的防碰撞方法，通过采用位移传感器的设置，能够在软件上对位移传感器的检测距离进行设置，在第一预设值的基础上再延伸增加第二预设值，当第一研磨头与第二研磨头的间距小于等于第二预设值且大于第一预设值时，控制第一摆动电机和第二摆动电机转速降低，当第一研磨头与第二研磨头的间距小于等于第一预设值时，再停止第一摆动电机和第二摆动电机的摆动，使第一研磨头和第二研磨头停止时不会产生较大的惯性。
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为本发明第一种实施方式中提供的化学机械抛光设备的结构示意图；
图2为防碰撞传感器在第二研磨头上做雷达扫描的示意图；
图3为第一研磨头进入防碰撞传感器第一预设值检测范围内时的示意图；
图4为第二研磨装置的正视图；
图5为化学机械抛光设备另一种实施方式的结构示意图；
图6为本发明第二种实施方式中防碰撞传感器在第一预设值的基础上设置第二预设值所形成检测范围的示意图。
附图标记说明：
1、工作台；2、抛光垫；3、第一研磨装置；31、第一摆臂；32、第一摆动旋转机构；33、第一研磨头；4、第二研磨装置；41、第二摆臂；42、第二摆动旋转机构；43、第二研磨头；44、导电滑环；5、防碰撞传感器；6、周转台。
具体实施方式
下面将结合附图1－6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。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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种化学机械抛光设备，其包括：工作台1、抛光垫2、第一研磨装置3、第二研磨装置4、防碰撞传感器5以及运动控制器。
参照图1，本实施例中，抛光垫2、第一研磨装置3和第二研磨装置4均安装在工作台1上，其中，第一研磨装置3包括第一摆动旋转机构32、与第一摆动旋转机构32相连的第一摆臂31和转动设置在第一摆臂31上的第一研磨头33，第一研磨头33至于抛光垫2上，且第一摆动旋转机构32中具有用于驱动第一摆臂31旋转的第一摆动电机。第二研磨装置4包括第二摆动旋转机构42、与第二摆动旋转机构42相连的第二摆臂41和转动设置在第二摆臂41上的第二研磨头43，第二研磨头43至于抛光垫2上，且第二摆动旋转机构42中具有用于驱动第二摆臂41旋转的第二摆动电机。防碰撞传感器5安装在第二研磨头43上，能够跟随第二研磨头43转动，防碰撞传感器5用于检测第一研磨头33和第二研磨头43的间距。运动控制器为单片机，运动控制器与防碰撞传感器5通信连接，运动控制器与第一摆动电机和第二摆动电机连接，运动控制器能够控制第一摆动电机和第二摆动电机的运转。
结合图2、图3所示，上述的化学机械抛光设备，根据第一研磨头33和第二研磨头43运动过程中可允许的最小间距，在防碰撞传感器5上设定第一预设值，设备运行过程中，第一研磨头33和第二研磨头43自身在转动的同时，还会在第一摆臂31电机和第二摆臂41电机的作用下在抛光垫2上做圆周摆动，当防碰撞传感器5检测到第一研磨头33和第二研磨头43的间距等于或小于设定的第一预设值时，防碰撞传感器5会向运动控制器发出预警信号，运动控制器控制第一摆动电机和第二摆动电机停止运转，以防止第一研磨头33和第二研磨头43发生碰撞。
而且，由于防碰撞传感器5是随着第二研磨头43同步转动的，防碰撞传感器5会呈雷达扫描式对第一研磨头33和第二研磨头43的间距进行检测，且由于第二研磨头43的转速较快，防碰撞传感器5的扫描频率也较快，因此可视为在第二研磨头43的外侧周向形成圆形的检测范围，第一研磨头33以任何角度进入检测范围均会使防碰撞传感器5发出预警信号，相比于现有技术中传感器位置固定的方式对第一研磨头33和第二研磨头43的防碰撞效果较佳。
具体地，第一研磨头33为抛光头，抛光头用于固定被抛光的晶圆，抛光头将晶圆移动到抛光垫2上进行抛光。第二研磨头43为修整器，修整器用于修整抛光垫2，减缓抛光垫2在研磨过程中损耗的不均匀性，提高晶圆的研磨质量。防碰撞传感器5优选设置在修整器上。
参照图4，本实施例中，修整器与第二摆臂41之间设有导电滑环44，导电滑环44的一端连接在修整器上，能够跟随修整器转动，防碰撞传感器5的线缆连接在导电滑环44上，并通过导电滑环44引出，从而使防碰撞传感器5的线缆不会因转动而缠绕在修整器或第二摆臂41上。
作为可替代的实施方式，防碰撞传感器5还可以设置在第一研磨头33上，跟随第一研磨头33同步转动，当第二研磨头43进入防碰撞传感器5的检测范围时，防碰撞传感器5向运动控制器发出预警信号。
作为可替代的实施方式，还可以在第一研磨头33和第二研磨头43上均安装防碰撞传感器5，防碰撞的检测效果更佳。
本实施例中，防碰撞传感器5为位移传感器，位移传感器的检测距离能够通过软件进行设置，可根据第一研磨头33和第二研磨头43可允许的最小距离来设置第一预设值。
作为可替代的实施方式，防碰撞传感器5还可以为接近传感器，但接近传感器的检测距离是固定的，根据第一预设值选用对应检测距离的接近传感器即可。
参照图5，为化学机械抛光设备的另一种实施方式，工作台1上的抛光垫2、第一研磨装置3和第二研磨装置4均对称设置有两组，形成双工位的化学机械抛光设备，能够同时对两个晶圆进行抛光研磨。两个第一研磨装置3之间设置有周转台6，周转台6固定安装在工作台1上，周转台6用于暂存晶圆，以便于两个第一研磨装置3中的抛光头在周转台6取放晶圆。并且，在其中一个抛光头上设置有防碰撞传感器5，以防止两个抛光头在移动过程中相互碰撞。
实施例2
本实施例提供一种化学机械抛光设备的防碰撞方法，防碰撞方法包括以下步骤：
获取第一研磨头33和第二研磨头43之间的距离；
判断第一研磨头33和第二研磨头43之间的距离是否小于等于第一预设值；
若是，则控制第一摆动电机和第二摆动电机停止运作。
具体地，通过防碰撞传感器5在第一研磨头33或第二研磨头43上转动的方式，呈雷达扫描动作来获取第一研磨头33和第二研磨头43之间的距离，以防碰撞传感器5的检测距离来作为第一预设值，当第二研磨头43进入防碰撞传感器5的检测范围时，表明第一研磨头33和第二研磨头43的间距已经小于或等于第一预设值。
同时，利用运动控制器来控制第一摆动电机和第二摆动电机的运作，当第一研磨头33和第二研磨头43的间距小于等于第一预设值时，防碰撞传感器5向运动控制器发出预警信号，运动控制器接受到预警信号后，控制第一摆动电机和第二摆动电机停止运转，从而实现防止第一研磨头33和第二研磨头43碰撞的目的。
本实施例中，防碰撞传感器5采用位移传感器，位移传感器的检测距离能够通过软件进行设置，将位移传感器的检测距离设置为第一预设值即可。
作为改进的实施例，防碰撞方法还包括以下步骤：
判断第一研磨头33和第二研磨头43之间的距离是否大于第一预设值且小于等于第二预设值；
若是，控制第一摆动电机和第二摆动电机的转动降低。
具体地，结合图6所示，由于位移传感器的检测距离可以设定，因此，可以在软件中在位移传感器上设置第二预设值，第二预设值大于第一预设值。当位移传感器检测到第一研磨头33与第二研磨头43的间距小于第二预设值且大于第一预设值时，表明第一研磨头33和第二研磨头43的间距即将接近第一预设值，此时位移传感器向运动控制器发出减速信号，运动控制器接受到减速信号后控制第一摆动电机和第二摆动电机转速降低，使第一研磨头33和第二研磨头43的摆动速度降低，以降低第一研磨头33和第二研磨头43在停止时产生的惯性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光设备，其特征在于，包括：
工作台(1)；
抛光垫(2)，设置在所述工作台(1)上；
第一研磨装置(3)，其包括第一摆动旋转机构(32)、与第一摆动旋转机构(32)相连的第一摆臂(31)和转动设置在第一摆臂(31)上的第一研磨头(33)，所述第一摆动旋转机构(32)具有用于驱动第一摆臂(31)旋转的第一摆动电机；
第二研磨装置(4)，其包括第二摆动旋转机构(42)、与第二摆动旋转机构(42)相连的第二摆臂(41)和转动设置在第二摆臂(41)上的第二研磨头(43)，所述第二摆动旋转机构(42)具有用于驱动第二摆臂(41)旋转的第一摆动电机；
防碰撞传感器(5)，设置在所述第一研磨头(33)和/或所述第二研磨头(43)上，能够检测所述第一研磨头(33)与所述第二研磨头(43)之间的距离；以及
运动控制器，用于控制所述第一摆动电机和所述第二摆动电机的停启，所述运动控制器与所述防碰撞传感器(5)通信连接，能够在所述防碰撞传感器(5)检测到所述第一研磨头(33)与所述第二研磨头(43)之间的距离小于等于第一预设值时，控制所述第一摆动电机和所述第二摆动电机停止运作。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述第一研磨头(33)为抛光头，所述抛光头用于固定被研磨的晶圆；
所述第二研磨头(43)为修整器，所述修整器用于研磨所述抛光垫(2)，所述防碰撞传感器(5)设置在修整器上。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述修整器上设有导电滑环(44)，所述防碰撞传感器(5)的线缆通过所述导电滑环(44)引出。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述抛光头和所述修整器在工作台(1)上均对称设置有两组，且两个所述修整器之间设置有用于暂存晶圆的周转台(6)，两个所述修整器上均设有防碰撞传感器(5)。
5.根据权利要求4所述的化学机械抛光设备，其特征在于，其中一个所述抛光头上也设置有所述防碰撞传感器(5)。
6.根据权利要求1－3中任一项所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述防碰撞传感器(5)为位移传感器。
7.根据权利要求1－3中任一项所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述防碰撞传感器(5)为接近传感器。
8.一种基于权利要求1－7中任一项所述的化学机械抛光设备的防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述第一研磨头(33)和所述第二研磨头(43)之间的距离；
判断所述第一研磨头(33)和所述第二研磨头(43)之间的距离是否小于等于第一预设值；
若是，则控制第一摆动电机和第二摆动电机停止运作。
9.根据权利要求8所述的防碰撞方法，其特征在于，所述防碰撞传感器(5)采用位移传感器，所述防碰撞方法还包括：
判断所述第一研磨头(33)和所述第二研磨头(43)之间的距离是否大于第一预设值且小于等于第二预设值；
若是，控制所述第一摆动电机和所述第二摆动电机的转速降低。
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