CN116551559B - 一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机 - Google Patents

一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及晶圆加工技术领域，具体公开了一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，包括压力传感系统，其包括数据获取单元和数据分析单元，数据获取单元用于接收加工过程中与抛光垫接触的晶圆侧壁对载具产生的压力参数以及其他相关参数；数据分析单用于对压力参数以及其他相关参数进行分析并输出分析结果，本发明的压力传感系统会收集设备运行时产生的相关参数，通分析判断每个处于加工状态的晶圆是否加工完成，对应加工完成的合格晶圆，通过提升组件使晶圆位置提升脱离与抛光垫的接触状态，从而避免过度加工，同时保护了抛光垫，提升了抛光垫的使用寿命。

Description

一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机
技术领域
本发明涉及晶圆加工技术领域，具体的，涉及一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机。
背景技术
晶圆是一片像镜子一样的光滑圆形薄片，也是芯片生产工序深加工的原材料，其生产加工的主要过程包括切片，打磨和抛光等流程。晶圆的原材料一般采用单晶硅，其常用尺寸范围为直径在4-12寸之间，厚度在百微米级。
在对晶圆进行抛光的过程中，需要通过研磨抛光机对初步成型的晶圆进行端面的打磨，其常用的抛光方式为，通过将晶片置于研磨盘上，研磨盘进行旋转后，向研磨盘的抛光垫上添加抛光剂以进行打磨抛光。
其中，可以通过控制调整抛光压力来改变抛光效果，加大抛光压力会加快抛光垫的磨损，由一片抛光垫能够抛光的晶圆片数减少，但是同时加大抛光压力会显著的提升抛光打磨效果，使得端面打磨后的平坦度更高，能够应用于要求更高的芯片加工之中。
在公开号为CN 108369906 B13的发明中公开了一种晶圆抛光装置，其能够抑制晶圆外周的消除量的形状的偏差使其不随着抛光垫寿命的进展而变化，其实现上述功能的技术方案可以是，在每结束一片晶圆的抛光处理时，重新设定抛光条件，从而能够在抛光垫寿命中将晶圆的边缘滚降量维持为恒定。
上述技术方案的问题在于，在一次设定的抛光条件中，其参数是固定的，尤其是加压组件施加的压力和施加压力的时间，其在固定的情况虽然能够使得加工过程中晶圆的边缘滚降量维持为恒定，但是由于不同的需要加工的晶圆其平坦度存在差距，因此达到标准的晶圆的边缘滚降量的加工时间不同，对于加工所需时间短的晶圆，后续的的持续施压过程会使抛光垫发生不必要的磨损，减少抛光垫的使用寿命，鉴于此，本发明提出一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，解决以下技术问题：
如何在批量加工晶圆的过程中，保证晶圆加工质量的情况下，尽可能减少加工时间，减少对抛光垫的磨损，提升抛光垫的寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，包括：
研磨盘，所述研磨盘中心开始有安装槽，所述安装槽内设有抛光垫，所述抛光垫上方悬空的设有用于放置晶圆且使得晶圆底面与抛光垫接触的载具，所述研磨盘外设有向安装槽内添加抛光液的注液通道；
旋转组件，所述旋转组件包括旋转架，所述旋转架设置在研磨盘上方，所述载具转动连接在旋转架上；
提升组件，设置在载具内，用于提升晶圆高度使其脱离与抛光垫的接触状态；
压力传感系统，包括数据获取单元和数据分析单元，数据获取单元用于接收加工过程中与抛光垫接触的晶圆侧壁对载具产生的压力参数以及其他相关参数；数据分析单用于对压力参数以及其他相关参数进行分析并输出分析结果。
通过上述技术方案：将晶圆放置在载具内配合研磨盘和旋转组件的差速转动，使得晶圆能够在抛光垫上方进行摩擦，同时通过注液通道添加抛光液辅助打磨抛光过程，然后压力传感系统会收集设备运行时产生的相关参数，通分析判断每个处于加工状态的晶圆是否加工完成，对应加工完成的合格晶圆，通过提升组件使晶圆位置提升脱离与抛光垫的接触状态，从而避免过度加工，同时保护了抛光垫，提升了抛光垫的使用寿命。
作为本发明的进一步技术方案：所述旋转架上设置有加压组件，所述加压组件包括液压缸，其用于对载具上的晶圆施加压力。
作为本发明的进一步技术方案：所述对压力参数以及其他相关参数进行分析包括一次分析，一次分析的步骤如下：
通过公式获得比较参数ε；
将比较参数ε与阈值参数I进行比对；
若ε＞I，则继续进行加工；
若ε≤I，则控制加压组件解除对晶圆施加的压力，并进行二次分析；
其中，F是第i个晶圆受到的抛光压力；G是晶圆重力；fi是第i个晶圆在受到抛光压力F的情况下，于旋转状态对晶圆槽侧壁施加的所有的力的圆周切向分力的和；γ为温度补偿系数，可由有限次试验获得，用于反映某一温度下抛光液的化学性质对比较参数ε的影响。
作为本发明的进一步技术方案：所述二次分析的步骤如下：
将第i个晶圆在没有收到抛光压力F的情况下，于旋转状态对晶圆槽侧壁施加的所有的力的圆周切向分力进行数据统计；
以晶圆圆周上的某一点为原点将外圆周在平面上展开并作为x轴，以力的大小为y轴获得坐标系，将每一点受到的圆周切向分力数据记录在坐标系上获得点阵；
将点阵在坐标系上进行曲线拟合获得比较曲线，然后将比较曲线输入训练好的判断模型中，获得判断结果并反馈给提升组件；
其中，判断结果包括合格和不合格，仅在合格的情况下，提升组件控制晶圆位置上移。
通过上述技术方案：在施加抛光压力的情况下将一次分析和二次分析组合使用，先判断施加压力状态下的打磨情况，通过比较参数ε反应打磨后的晶圆与抛光垫的摩擦状态，这个状态反应了抛光垫与晶圆之间摩擦力的大小，然后以此为依据再判断是否解除对晶圆施加的压力，没有施加压力情况下的晶圆的受力情况，在转速均匀的情况下，圆周的切向力的状态反应了晶圆不受压力状态下与抛光垫的摩擦状态，然后以此为依据再判断是否控制晶圆位置上移，判断更加准确。
作为本发明的进一步技术方案：所述载具包括晶圆槽，所述晶圆槽内开设有收纳槽，所述提升组件包括夹板，所述夹板后方设有滑动连接在收纳槽内的安装板，所述安装板上开设有滑槽，所述夹板后侧设有滑动杆，所述滑动杆滑动连接在滑槽内，所述安装板背面转动连接有第二丝杆，所述滑动杆与第二丝杆螺纹连接，所述收纳槽内固定有固定板，所述固定板与收纳槽之间转动连接有第一丝杆，所述第一丝杆与安装板螺纹连接，所述第一丝杆通过第一驱动件驱动转动，所述第二丝杆由第二驱动件驱动转动。
作为本发明的进一步技术方案：所述载具上开设有多个晶圆槽，所述载具的中心转动连接在旋转架上，所述载具外设有外齿圈，所述安装槽内壁上设有内齿圈，所述载具与安装槽相啮合。
作为本发明的进一步技术方案：所述载具的晶圆槽包括收取槽。
作为本发明的进一步技术方案：所述提升组件还包括计数器，所述计数器用于记录被提升起的晶圆的数量和位于载具内的晶圆的总数，然后获得晶圆的数量和位于载具内的晶圆的总数的实时比值，然后将这个比值反馈给设备的总控制器，控制器将实时比值与预设比值进行比对：
当实时比值小于预设比值时，设备继续运行；
当实时比值大于等于预设比值时，设备停止当次运行并取出被提升组件抬升的晶圆。
作为本发明的进一步技术方案：所述预设比值为80％。
通过上述技术方案：在因为晶圆切割后表面平坦度差别大导致的各个晶圆需要达到标准的加工时间不同的情况下，通过计算的方式判断是否继续进行加工，避免了机器运转状态下却只加工一个或者几个晶圆的情况，提升设备的使用效率。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过将晶圆放置在载具内配合研磨盘和旋转组件的差速转动，使得晶圆能够在抛光垫上方进行摩擦，同时通过注液通道添加抛光液辅助打磨抛光过程，然后压力传感系统会收集设备运行时产生的相关参数，通分析判断每个处于加工状态的晶圆是否加工完成，对应加工完成的合格晶圆，通过提升组件使晶圆位置提升脱离与抛光垫的接触状态，从而避免过度加工，同时保护了抛光垫，提升了抛光垫的使用寿命。
(2)本发明在施加抛光压力的情况下将一次分析和二次分析组合使用，先判断施加压力状态下的打磨情况，通过比较参数ε反应打磨后的晶圆与抛光垫的摩擦状态，这个状态反应了抛光垫与晶圆之间摩擦力的大小，然后以此为依据再判断是否解除对晶圆施加的压力，没有施加压力情况下的晶圆的受力情况，在转速均匀的情况下，圆周的切向力的状态反应了晶圆不受压力状态下与抛光垫的摩擦状态，然后以此为依据再判断是否控制晶圆位置上移，判断更加准确。
(3)本发明通过计算的方式判断批量加工过程是否继续进行，避免了机器运转状态下却只加工一个或者几个晶圆的情况，提升设备的使用效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的内部结构示意图；
图3是本发明的载具结构示意图；
图4是本发明提升组件结构示意图。
附图标记说明：
10、研磨盘；11、安装槽；12、抛光垫；13、载具；14、晶圆槽；15、收纳槽；16、收取槽；17、注液通道；
20、旋转架；
30、液压缸；
40、夹板；41、安装板；42、固定板；43、第一丝杆；44、滑动杆；45、第二丝杆；46、滑槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4所示，在一个实施例中，提供了一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，包括：
研磨盘10，其自身可以进行转动，具体过程不做赘述，研磨盘10中心开始有安装槽11，安装槽11内设有抛光垫12，抛光垫12上方悬空的设有用于放置晶圆且使得晶圆底面与抛光垫12接触的载具13，研磨盘10外设有向安装槽11内添加抛光液的注液通道17；旋转组件，旋转组件包括旋转架20，其由外部驱动转动且与研磨盘10相对差速转动，旋转架20设置在研磨盘10上方，载具13转动连接在旋转架20上；提升组件，设置在载具13内，用于提升晶圆高度使其脱离与抛光垫12的接触状态；旋转架20上设置有加压组件，加压组件包括液压缸30，其用于对载具13上的晶圆施加压力。
压力传感系统，包括数据获取单元和数据分析单元，数据获取单元用于接收加工过程中与抛光垫12接触的晶圆侧壁对载具13产生的压力参数以及其他相关参数；数据分析单用于对压力参数以及其他相关参数进行分析并输出分析结果。
通过上述技术方案：将晶圆放置在载具13内配合研磨盘10和旋转组件的差速转动，使得晶圆能够在抛光垫12上方进行摩擦，同时通过注液通道17添加抛光液辅助打磨抛光过程，然后压力传感系统会收集设备运行时产生的相关参数，通分析判断每个处于加工状态的晶圆是否加工完成，对应加工完成的合格晶圆，通过提升组件使晶圆位置提升脱离与抛光垫12的接触状态，从而避免过度加工，同时保护了抛光垫12，提升了抛光垫12的使用寿命。
其中，对压力参数以及其他相关参数进行分析包括一次分析，一次分析的步骤如下：
通过公式获得比较参数ε；
将比较参数ε与阈值参数I进行比对；
若ε＞I，则继续进行加工；
若ε≤I，则控制加压组件解除对晶圆施加的压力，并进行二次分析；
其中，F是第i个晶圆受到的抛光压力；G是晶圆重力；fi是第i个晶圆在受到抛光压力F的情况下，于旋转状态对晶圆槽14侧壁施加的所有的力的圆周切向分力的和；γ为温度补偿系数，可由有限次试验获得，用于反映某一温度下抛光液的化学性质对比较参数ε的影响；v0是晶圆中心点的切向速度；vi是在晶圆的一条直径上取n个点，其中第i个的点的切向速度记为vi。
需要说明的是，比较参数ε越小，其反应的施加压力状态下晶圆与抛光垫(12)的摩擦状态越小，代表着加工越符合标准，通过与使用标准晶圆进行有限次实验获得阈值参数I进行比对从而判断临界值，其中v0/vi的值、以及fi越大则比较参数ε越大。
其中，二次分析的步骤如下：
将第i个晶圆在没有收到抛光压力F的情况下，于旋转状态对晶圆槽14侧壁施加的所有的力的圆周切向分力进行数据统计；
以晶圆圆周上的某一点为原点将外圆周在平面上展开并作为x轴，以力的大小为y轴获得坐标系，将每一点受到的圆周切向分力数据记录在坐标系上获得点阵；
将点阵在坐标系上进行曲线拟合获得比较曲线，然后将比较曲线输入训练好的判断模型中，获得判断结果并反馈给提升组件；
其中，判断结果包括合格和不合格，仅在合格的情况下，提升组件控制晶圆位置上移。
其中，判断模型是基于卷积网络的人工智能模型，其将获得的比较曲线和标准曲线进行分析得到大量特征单元，同时预设排列顺序的改变可以得到新的特征单元，因此有利于在训练阶段对训练样本进行倍增且无须再次进行人工标注，充分提升训练样本数量和扩充效率
通过上述技术方案：在施加抛光压力的情况下将一次分析和二次分析组合使用，先判断施加压力状态下的打磨情况，通过比较参数ε反应打磨后的晶圆与抛光垫12的摩擦状态，这个状态反应了抛光垫12与晶圆之间摩擦力的大小，然后以此为依据再判断是否解除对晶圆施加的压力，没有施加压力情况下的晶圆的受力情况，在转速均匀的情况下，圆周的切向力的状态反应了晶圆不受压力状态下与抛光垫12的摩擦状态，然后以此为依据再判断是否控制晶圆位置上移，判断更加准确。
载具13包括晶圆槽14，晶圆槽14内开设有收纳槽15，提升组件包括夹板40，夹板40后方设有滑动连接在收纳槽15内的安装板41，安装板41上开设有滑槽46，夹板40后侧设有滑动杆44，滑动杆44滑动连接在滑槽46内，安装板41背面转动连接有第二丝杆45，滑动杆44与第二丝杆45螺纹连接，收纳槽15内固定有固定板42，固定板42与收纳槽15之间转动连接有第一丝杆43，第一丝杆43与安装板41螺纹连接，第一丝杆43通过第一驱动件驱动转动，第二丝杆45由第二驱动件驱动转动。
载具13上开设有多个晶圆槽14，载具13的中心转动连接在旋转架20上，载具13外设有外齿圈，安装槽11内壁上设有内齿圈，载具13与安装槽11相啮合。
载具13的晶圆槽14包括收取槽16，收取槽16是为了给自动化收取晶圆提供可通过的位置，方便实现自动化生产。
提升组件还包括计数器，计数器用于记录被提升起的晶圆的数量和位于载具13内的晶圆的总数，然后获得晶圆的数量和位于载具13内的晶圆的总数的实时比值，然后将这个比值反馈给设备的总控制器，控制器将实时比值与预设比值进行比对：
当实时比值小于预设比值时，设备继续运行；
当实时比值大于等于预设比值时，设备停止当次运行并取出被提升组件抬升的晶圆。
其中，预设比值为80％，80％意味着剩余20％需要继续加工，这个数字是计算设备的最低运行负载状态下应当加工的晶圆的数量，当驱动部分发生变化时，其具体数值应该随之变化。
通过上述技术方案：在因为晶圆切割后表面平坦度差别大导致的各个晶圆需要达到标准的加工时间不同的情况下，通过计算的方式判断是否继续进行加工，避免了机器运转状态下却只加工一个或者几个晶圆的情况，提升设备的使用效率。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，其特征在于，包括：
研磨盘(10)，所述研磨盘(10)中心开设有安装槽(11)，所述安装槽(11)内设有抛光垫(12)，所述抛光垫(12)上方悬空的设有用于放置晶圆且使得晶圆底面与抛光垫(12)接触的载具(13)，所述研磨盘(10)外设有向安装槽(11)内添加抛光液的注液通道(17)；
旋转组件，所述旋转组件包括旋转架(20)，所述旋转架(20)设置在研磨盘(10)上方，所述载具(13)转动连接在旋转架(20)上，所述旋转架(20)上设置有加压组件，所述加压组件包括液压缸(30)，其用于对载具(13)上的晶圆施加压力；
提升组件，设置在载具(13)内，用于提升晶圆高度使其脱离与抛光垫(12)的接触状态；
压力传感系统，包括数据获取单元和数据分析单元，数据获取单元用于接收加工过程中与抛光垫(12)接触的晶圆侧壁对载具(13)产生的压力参数以及其他相关参数；数据分析单元用于对压力参数以及其他相关参数进行分析并输出分析结果；
所述对压力参数以及其他相关参数进行分析包括一次分析，一次分析的步骤如下：
通过公式获得比较参数ε；
将比较参数ε与阈值参数I进行比对；
若ε＞I，则继续进行加工；
若ε≤I，则控制加压组件解除对晶圆施加的压力，并进行二次分析；
其中，F是第i个晶圆受到的抛光压力；G是晶圆重力；fi是第i个晶圆在受到抛光压力F的情况下，于旋转状态对晶圆槽(14)侧壁施加的所有的力的圆周切向分力的和；γ为温度补偿系数，可由有限次试验获得，用于反映某一温度下抛光液的化学性质对比较参数ε的影响；
所述二次分析的步骤如下：
将第i个晶圆在没有受到抛光压力F的情况下，于旋转状态对晶圆槽(14)侧壁施加的所有的力的圆周切向分力进行数据统计；
以晶圆圆周上的某一点为原点将外圆周在平面上展开并作为x轴，以力的大小为y轴获得坐标系，将每一点受到的圆周切向分力数据记录在坐标系上获得点阵；
将点阵在坐标系上进行曲线拟合获得比较曲线，然后将比较曲线输入训练好的判断模型中，获得判断结果并反馈给提升组件；
其中，判断结果包括合格和不合格，仅在合格的情况下，提升组件控制晶圆位置上移；
所述载具(13)包括晶圆槽(14)，所述晶圆槽(14)内开设有收纳槽(15)，所述提升组件包括夹板(40)，所述夹板(40)后方设有滑动连接在收纳槽(15)内的安装板(41)，所述安装板(41)上开设有滑槽(46)，所述夹板(40)后侧设有滑动杆(44)，所述滑动杆(44)滑动连接在滑槽(46)内，所述安装板(41)背面转动连接有第二丝杆(45)，所述滑动杆(44)与第二丝杆(45)螺纹连接，所述收纳槽(15)内固定有固定板(42)，所述固定板(42)与收纳槽(15)之间转动连接有第一丝杆(43)，所述第一丝杆(43)与安装板(41)螺纹连接，所述第一丝杆(43)通过第一驱动件驱动转动，所述第二丝杆(45)由第二驱动件驱动转动；
所述载具(13)上开设有多个晶圆槽(14)，所述载具(13)的中心转动连接在旋转架(20)上，所述载具(13)外设有外齿圈，所述安装槽(11)内壁上设有内齿圈，所述载具(13)与安装槽(11)相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，其特征在于，所述载具(13)的晶圆槽(14)包括收取槽(16)。
3.根据权利要求1所述的一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，其特征在于，所述提升组件还包括计数器，所述计数器用于记录被提升起的晶圆的数量和位于载具(13)内的晶圆的总数，然后获得晶圆的数量和位于载具(13)内的晶圆的总数的实时比值，然后将这个比值反馈给设备的总控制器，控制器将实时比值与预设比值进行比对：
当实时比值小于预设比值时，设备继续运行；
当实时比值大于等于预设比值时，设备停止当次运行并取出被提升组件抬升的晶圆。
4.根据权利要求3所述的一种带压力传感系统的晶圆研磨抛光机，其特征在于，所述预设比值为80％。
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