CN117161947B - 用于晶圆批量抛光设备、下压力控制方法及设备 - Google Patents
用于晶圆批量抛光设备、下压力控制方法及设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117161947B CN117161947B CN202311222283.XA CN202311222283A CN117161947B CN 117161947 B CN117161947 B CN 117161947B CN 202311222283 A CN202311222283 A CN 202311222283A CN 117161947 B CN117161947 B CN 117161947B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- air bag
- loading
- disc
- lever
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 68
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 28
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 25
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- OIGNJSKKLXVSLS-VWUMJDOOSA-N prednisolone Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3[C@@H](O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 OIGNJSKKLXVSLS-VWUMJDOOSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于晶圆批量抛光设备、下压力控制方法及设备，通过设置横向定位器，横向定位器一端与壳体连接，另一端与摆动盘连接，当摆动盘受到上气囊或下气囊非竖直方向的膨胀压力时，横向定位器会限制摆动盘发生横向摆动，进而避免摆动盘将横向力传递给杠杆从而造成杠杆的横向摆动，降低了设备在竖直加载过程中横向分量大小，实现气囊控制端的竖直方向加载，有效避免了设备的横向摆动。
Description
技术领域
本申请涉及晶圆加工设备技术领域，具体而言，涉及一种用于晶圆批量抛光设备、下压力控制方法及设备。
背景技术
现有半导体抛光加压过程采用气动加压或自重加压，加压过程较为简单，难以满足多种晶圆材料不同抛磨工况带来的变参数加工需求。晶圆批量机械抛光过程中的下压力控制十分重要，需要高精度的压力控制，不同材料的抛磨技术路径差异很大。
通常的气动加压方式通过气囊为晶圆提供下压力。但目前的气动加压设备存在施加到晶圆的下压力无法稳定保持在竖直方向，同时下压力的施加不稳定，达不到设定值或者在设定值附近波动，影响晶圆实际受到的下压力，从而对晶圆的加工精度造成影响，甚至发生晶圆碎裂的现象。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于晶圆批量抛光设备，以解决相关技术中施加到晶圆的下压力无法稳定保持在竖直方向导致晶圆加工精度低的技术问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于晶圆批量抛光设备，包括：
壳体；
气囊，包括上气囊与下气囊，所述上气囊和下气囊固定在所述壳体内部；
摆动盘，设置于所述上气囊与所述下气囊之间，且分别与所述上气囊和所述下气囊接触，所述摆动盘在所述上气囊和下气囊膨胀压力下沿竖向运动；
杠杆，包括位于其中部与所述壳体铰接的支点，以及位于所述支点两端的第一力臂和第二力臂，所述第一力臂位于所述壳体内且其端部与所述摆动盘铰接，所述第二力臂的端部为加载端，所述加载端从所述壳体伸出；
加载盘，与所述加载端铰接，所述加载盘通过自重以及所述加载端提供的加载力共同作用在竖直方向进行加压、用于施加到所述晶圆上的下压力；
横向定位器，一端与所述壳体连接，另一端与所述摆动盘连接，用于限制所述摆动盘发生横向摆动。
可选地，所述横向定位器一端与所述壳体铰接，另一端与所述摆动盘的一侧铰接，所述横向定位器两端所述铰接的转动方向为竖向上的转动。
可选地，所述横向定位器为长度可调结构。
可选地，所述长度可调结构为采用精密螺纹进行长度固定以及调整的结构。
可选地，所述壳体内设置有阻尼器，所述阻尼器的一端铰接在所述壳体上，另一端铰接在所述杠杆上。
可选地，所述阻尼器为采用欠阻尼设计的结构。
可选地，所述杠杆的加载端经转接头与所述加载盘连接；所述转接头与所述杠杆之间设置有传感器，所述传感器采用精度为0.01的拉压双向传感器。
本发明第二方面提供一种下压力控制方法，用于上述任一项所述的抛光设备，所述方法包括：
在加载前，获取下压力理论值f；
根据下压力理论值f计算摆动盘对杠杆的期望压力F；
根据期望压力F和质量弹簧阻尼系统参数计算摆动盘的期望位移x；
通过控制所述气囊的压力实现所述期望位移x，使得摆动盘对杠杆的压力达到所述期望压力F，进而使得加载盘的压力达到所述下压力理论值f，实施加载。
可选地，在实施加载后，所述方法还包括：
监测加载盘的实际压力Fcompression是否符合所述下压力理论值f；
当实际压力Fcompression不符合所述下压力理论值f时，通过控制所述气囊的压力产生压力调节值ΔFcompression，直至实际压力Fcompression符合所述下压力理论值f。
可选地，根据下压力理论值f计算摆动盘对杠杆的期望压力F，进一步包括：
判断下压力理论值f是否等于加载盘重量；
当下压力理论值等于加载盘重量时，确定期望压力F为0；
当下压力理论值不等于加载盘重量时，根据下压力理论值f和加载盘重量计算期望压力F。
可选地，根据如下关系计算期望压力F：
f＝gmplate-k2F
其中mplate为加载盘质量，k2为杠杆比，g为重力加速度。
可选地，根据如下关系计算气囊的期望位移x：
其中m为质量弹簧阻尼系统质量，η为阻尼值，k为气囊弹性常数。
可选地，基于如下关系产生压力调节值ΔFcompression：
ΔFcompression＝k2(P2S2-P1S1)
其中k2为杠杆比，P1为上气囊压力，P2为下气囊压力，S1为上气囊与摆动盘的接触面积，S2为下气囊与摆动盘的接触面积。
可选地，通过控制所述气囊的压力产生压力调节值ΔFcompression的过程中，采用预设动态调整参数对所述气囊的压力进行调整，所述预设动态调整参数包括灵敏度为和调整时间/>其中ωn为系统固有频率，/>m为气压调整结构总重量，k为气囊弹性常数，ξ为系统阻尼比，ξ的取值范围是0.6～0.8。
本发明第三方面提供一种下压力控制设备，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行上述任意一项所述的下压力控制方法。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、相关技术中，气动加压设备之所以存在施加到晶圆的下压力无法稳定保持在竖直方向导致晶圆加工精度低的问题，是因为，申请人发现，气囊在膨胀时通过与杠杆的接触来施加压力，但气囊与杠杆的接触部位以及接触面积是很难控制甚至无法控制的，这导致气囊在杠杆上的加压位置经常发生变化，而加压位置的不同则会造成杠杆的倾斜以及杠杆的横向摆动，这导致加压设备通过加载盘施加到晶圆的下压力无法稳定保持在竖直方向，即施加的下压力无法稳定保持为竖直方向的下压力，从而造成对晶圆的加工精度降低。
为此，本发明提供的用于晶圆批量抛光设备，在气囊与杠杆之间增加了一个中间连接件，即摆动盘，通过摆动盘分别与上气囊和下气囊接触，摆动盘在上气囊和下气囊的膨胀压力下向上或向下运动，以及摆动盘与杠杆的第一力臂的端部铰接，使得上气囊和下气囊的膨胀压力能够通过摆动盘传递到杠杆的加载端，进而结合加载盘的自重施加到晶圆上。此外，为了防止摆动盘同样发生横向摆动，本发明提供的用于晶圆批量抛光设备，通过设置横向定位器，横向定位器一端与壳体连接，另一端与摆动盘连接，当摆动盘受到上气囊或下气囊非竖直方向的膨胀压力时，横向定位器会限制摆动盘发生横向摆动，进而避免摆动盘将横向力传递给杠杆从而造成杠杆的横向摆动。本发明提供的用于晶圆批量抛光设备，通过设置横向定位器，降低了设备在竖直加载过程中横向分量大小，实现气囊控制端的竖直方向加载，有效避免了设备的横向摆动。
2、本发明提供的用于晶圆批量抛光设备，其阻尼器通过采用欠阻尼设计，使得设备在提升加载快速性的同时，可以在加工时避免因惯性作用导致的加载力超出或远低于设定值，确保得到低稳态的误差输出。
3、本发明提供的用于晶圆批量抛光设备，通过对设备的精密设计和测量，从而保证整体实现优于万分之三的静态分辨率。
4、本发明提供的用于晶圆批量抛光设备，在原有压盘的自重基础之上，通过杠杆系统以及气体加压模块，以组合方式进行下压力调控，通过对气体加压模块的控制，最终实现精确控制下压力，满足不同材质晶圆的不同抛磨精度要求。
附图说明：
图1是本发明一实施例中用于晶圆批量抛光设备示意图；
图2是本发明一实施例中用于晶圆批量抛光设备的下压力控制方法流程图；
附图标记：
1上气囊，2下气囊，3摆动盘，4杠杆，5阻尼器，6横向定位器，7传感器，8转接头，9壳体，10加载盘。
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。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“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。
相关技术中，气动加压设备之所以存在施加到晶圆的下压力无法稳定保持在竖直方向导致晶圆加工精度低的问题，是因为，申请人发现，气囊在膨胀时通过与杠杆的接触来施加压力，但气囊与杠杆的接触部位以及接触面积是很难控制甚至无法控制的，这导致气囊在杠杆上的加压位置经常发生变化，而加压位置的不同则会造成杠杆的倾斜以及杠杆的横向摆动，这导致加压设备通过加载盘施加到晶圆的下压力无法稳定保持在竖直方向，即施加的下压力无法稳定保持为竖直方向的下压力，从而造成对晶圆的加工精度降低。
为此，在本发明的一个实施例中，提供一种用于晶圆批量抛光设备。
本实施例中，如图1所示，该设备包括：
壳体9，优选地，壳体可绕自身轴线进行旋转，但本发明对此不作限制，在其他实施例中，壳体根据实际需求也可以为不旋转的或者旋转轴线并非其自身轴线，这都是不限制的；
气囊，设置在壳体9内部，包括上气囊1与下气囊2；上气囊1与下气囊2分别固定在壳体9的上部和下部，优选地，上气囊1与下气囊2同轴线设置，同轴设置的好处是在平衡状态下上气囊和下气囊施加的力相等，另外，上下气囊不会产生李局，两个气囊之间的摆动盘不会变形；当然，并不是说本发明对上下气囊的同轴设置是限制的，在其他实施例中，根据实际需要，上气囊和下气囊也可以设置为非同轴的。
摆动盘3，设置在上气囊1与下气囊2之间，具体的，摆动盘被上气囊和下气囊夹在中间，摆动盘分别与上气囊和下气囊接触，在上气囊和下气囊膨胀压力下，摆动盘会沿竖向运动，进而带动杠杆摆动，实现杠杆加载端对晶圆加压。
杠杆4，包括位于其中部与壳体铰接的支点，以及位于支点两端的第一力臂和第二力臂，第一力臂位于壳体的内部，并且第一力臂的端部与摆动盘3铰接，第二力臂的端部为加载端，加载端从壳体中伸出与加载盘10连接。本发明对杠杆的第一力臂和第二力臂的形状不作限制，可以是板形、柱形等，只要能够与摆动盘3铰接，能够将摆动盘3的力传递到加载盘10即可。杠杆4的加载端伸出壳体9与加载盘10连接，通过加载盘10自身重力效应，实现加载端竖直方向的自适应加压。
横向定位器6，一端与壳体连接，另一端与摆动盘3连接，用于限制摆动盘3发生横向摆动；从图1上看，该横向摆动包括纸面的水平方向以及垂直于纸面的方向。如果将本实施例的用于晶圆批量抛光设备置于笛卡尔坐标系下，那么在所述气囊压力作用下摆动盘3沿竖向运动中的“竖向”即Y轴方向，所述横向定位器6限制所述摆动盘的“横向摆动”方向包括X轴方向(与Y轴处于同一纸面的水平方向)和Z轴方向(垂直于纸面的方向)。
使用时，由壳体9绕自身轴线的旋转带动加载盘10在一定范围内摆动，在摆动到晶圆(未示出)上方时，由气囊带动杠杆4、杠杆4带动加载盘10进行加载工作；为了防止气囊出现偏载，将摆动盘3通过横向定位器6固定，通过横向定位器6与摆动盘3的配合，有效保证了气囊加压过程中的加载力始终位于竖直方向，防止气囊在加压过程中发生偏载，导致摆动盘3横向位移过大，传递到杠杆4加载端的加载力浮动范围过大的现象。
本实施例提供的用于晶圆批量抛光设备，在气囊与杠杆之间增加了摆动盘，通过摆动盘分别与上气囊和下气囊接触，摆动盘在上气囊和下气囊的膨胀压力下向上或向下运动，以及摆动盘与杠杆的第一力臂的端部铰接，使得上气囊和下气囊的膨胀压力能够通过摆动盘传递到杠杆的加载端，进而结合加载盘的自重施加到晶圆上。此外，为了防止摆动盘同样发生横向摆动，本实施例提供的用于晶圆批量抛光设备，通过设置横向定位器，横向定位器一端与壳体连接，另一端与摆动盘连接，当摆动盘受到上气囊或下气囊非竖直方向的膨胀压力时，横向定位器会限制摆动盘发生横向摆动，进而避免摆动盘将横向力传递给杠杆从而造成杠杆的横向摆动。本发明提供的用于晶圆批量抛光设备，通过设置横向定位器，降低了设备在竖直加载过程中横向分量大小，实现气囊控制端的竖直方向加载，有效避免了设备的横向摆动。
上述实施例中，壳体9内还设置有阻尼器5。阻尼器5的一端铰接在壳体9上，另一端铰接在杠杆4上。气囊、阻尼器5、摆动盘、杠杆以及加载盘10共同形成质量弹簧阻尼系统，从而实现加载盘10下压力的精准控制。
上述实施例中，由于阻尼器5的存在，会使得力传递过程存在一定的响应时间，同时可能会导致传递后的力由于惯性作用发生超出设定值的现象，从而造成被加工晶圆的损坏，也可能会导致阻尼值过大，力加载缓慢且达不到设定值的情况。为了避免以上情况的发生，本实施例中，设备采用欠阻尼设计，在提升响应快速性的同时，可以在加工时保证传递后的力值不会在设定值上下波动，从而得到低稳态误差输出。
上述实施例中，杠杆4的加载端经转接头8与加载盘10连接；且位于转接头8与杠杆4之间设置有传感器7。在本实施例中，传感器7与转接头8之间通过球铰连接。
优选的，传感器7采用拉压双向力传感器。通过选定阻尼器5，精密测量杠杆比k2，利用传感器7的0.01级标准测力仪的分辨率，整体实现优于万分之三的静态分辨率。
上述实施例中，气囊、摆动盘3、阻尼器5和横向定位器6均设置在壳体9的内部，传感器7、转接头8和加载盘10均设置在壳体9的外部。
上述实施例中，横向定位器6一端与壳体9铰接，另一端与摆动盘3的一侧铰接，通过摆动盘3和横向定位器6可以避免气囊在膨胀时产生横向摆动。具体的，横向定位器6与壳体9以及摆动盘3的铰接，其转动方向均为竖直面上的转动，本领域技术人员应当知晓，铰接结构的转动方向为竖直面的转动，意味着横向定位器6无法在该竖直面垂直的方向上进行移动，即横向定位器6不会在图1所示的垂直于纸面的方向产生位移，所以，与横向定位器6铰接的摆动盘也被限制不能在垂直于纸面的方向有任何位移，即限制了摆动盘在垂直于纸面方向的摆动。
上述实施例中，横向定位器6为长度可调结构，调节方式优选为精密螺纹。例如，螺距为0.25mm，摆动盘3名义摆臂长300mm，实现0.05°的摆动调整，能够实现进一步降低竖直加载过程中横向分量大小，最终实现气囊控制端的竖直方向加载。
在本实施例中，气囊(包括上气囊1和下气囊2)、摆动盘3、杠杆4、阻尼器5、横向定位器6、传感器7、转接头8和加载盘10共同构成质量弹簧阻尼系统；所述气囊向摆动盘施加的压力F通过以下公式获得：
所述质量弹簧阻尼系统的固有频率ωn为：
所述质量弹簧阻尼系统的阻尼比ξ为：
其中，m为所述质量弹簧阻尼系统的总重量(即用于晶圆批量抛光设备总重量)，包括气囊、摆动盘3、杠杆4、阻尼器5、横向定位器6、传感器7、转接头8和加载盘10的总重量；η为阻尼；k为所述气囊的弹性系数；x为所述摆动盘在竖向上的位移。
静态灵敏度为
在本实施例中，为在误差和稳定时间取得平衡，保证系统在调节压力的过程中具有较高的响应速率和较低的误差值，选取ξ＝0.6～0.8，此时，可以确定系统调整的响应时间约为：
本发明实施例提供一种下压力控制方法，可以由计算机或服务器等电子设备执行，用于控制上述实施例中的抛光设备实施加载。控制方法包括两部分，第一部分是加载前所要执行的步骤，包括：
S1，获取下压力理论值f。下压力理论值f是指加载后，所需的加载盘对待磨削晶圆的压力值，此数值可以根据晶圆材料和加工需求等因素来确定。
S2，根据下压力理论值f计算摆动盘对杠杆的期望压力F。结合图1所示的结构，加载盘对晶圆的压力，除了受到其自重影响外，还受到杠杆对加载盘施加力的影响，具体是指，在加载盘接触到晶圆所在的固定台面后，当加载端提供向上提拉的力时，加载盘对晶圆的压力将小于加载盘的重力；反之当加载端提供向下压的力时，加载盘对晶圆的压力将大于加载盘的重力；当加载端不提额外的力时，加载盘对晶圆的压力等于加载盘的重力。
杠杆加载端对加载盘所提供力的大小和方向，取决于摆动盘对杠杆提供力的大小和方向。在已知所需下压力(理论值f)的情况下，即可计算出摆动盘对杠杆提供怎样的力，才能够使得加载盘在加载后能够提供所需下压力。由于加载前加载盘未接触晶圆及其所在台面，此状态下加载盘没有施加压力的对象，导致达到稳态时，各个力传导部件并不真实存在受力，因此可以将杠杆(加载端)向加载盘提供的力理解为期望力，方向可以是向上或向下，相应地将摆动盘对杠杆提供的力称为期望压力，方向可以是向上或向下。
S3，根据期望压力F和质量弹簧阻尼系统参数计算摆动盘的期望位移x。具体地，当摆动盘向上或向下发生位移时，即向杠杆提供了向上或向下的推力或拉力(期望压力F)，而力的大小与位移量的大小以及阻尼系统的参数有关，在已知需要提供力的大小和方向的情况下，即可计算出所需要的位移方向和大小。
S4，通过控制气囊的压力实现期望位移x，使得摆动盘对杠杆的压力达到期望压力F，进而使得加载盘的压力达到下压力理论值f，实施加载。根据图1的结构，上气囊和下气囊的共同作用下可以实现摆动盘发生位移，如增大上气囊的压力、减小下气囊的压力可以使得摆动盘向下位移；增大下气囊的压力、减小上气囊的压力可以使得摆动盘向上位移，位移的大小与气囊压力的大小有关。
需要说明的是在此操作中不需要测量和计算气囊压力本身，而是通过检测位移的变化来调整压力的大小。具体地，根据期望位移的方向，可以确定调整气囊压力的方式，即两个气囊的压力应当被减小或是增大。在正确的调整方式下，实际位移将会接近期望位移x，直至实际位移等于期望位移x即可停止调整气囊压力。
经过上述加载前的调整操作，认为以此状态实时加载后，加载盘向晶圆提供的实际压力将会符合(等于或基本等于)下压力理论值f。
根据本发明实施例提供的控制方法，针对用于晶圆批量抛光设备的结构，结合所需的下压力理论值，计算出摆动盘对杠杆的期望压力，进而根据质量弹簧阻尼系统参数计算摆动盘的期望位移，通过控制气囊的压力实现期望位移，从而在实施加载前用于晶圆批量抛光设备调整到预期的状态，实现加载前对下压力的精确设置，由此提高晶圆抛磨精度。
下压力控制方法的第二部分是加载后所要执行的动态调整操作。因为在加载后，由于磨削动作或者其它外部因素，可能会导致实际压力发生变化，不再符合下压力理论值f，所以在加载后可以选择执行如下操作：
S4，监测加载盘的实际压力Fcompression是否符合下压力理论值f。在加载后，加载盘接触到晶圆所在台面，此状态下存在实际的受力对象，结合图1所示的结构，加载后的传感器的示值即为加载盘对晶圆的实际压力，记为Fcompression，本方案的目的是使Fcompression符合(等于或基本等于)f。当Fcompression不符合下压力理论值f时，执行步骤S5，否则不必调整持续进行监测。
S5，通过控制气囊的压力产生压力调节值ΔFcompression，直至实际压力Fcompression符合下压力理论值f。在此操作中不必关注摆动盘的位移，也不必计算和测量气囊压力的值，只需要根据力的调节方向，确定调整气囊压力的方式，即两个气囊的压力应当被减小或是增大。在正确的调整方式下，传感器示值Fcompression将会接近下压力理论值f，通过监测传感器示值反馈调整压力即可完成动态调整。
具体地，当传感器示值Fcompression大于f时，表示实际提供的压力过大，此时应当由杠杆对加载盘提供向上的拉力，实现的方式(调整方式)为增大上气囊压力P1、减小下气囊压力P2；当传感器示值Fcompression小于f时，表示实际提供的压力过低，此时应当由杠杆对加载盘提供向下的压力，实现的方式(调整方式)为减小上气囊压力P1、增大下气囊压力P2。
进一步地，在动态调整操作中，采用预设动态调整参数对气囊的压力进行调整，预设动态调整参数包括灵敏度为和调整时间/>其中ωn为系统固有频率，m为气压调整结构总重量，k为气囊弹性常数，ξ为系统阻尼比，ξ的取值范围是0.6～0.8。
根据上述实施例，在加载后实时监测加载盘对晶圆的实际压力，在实际压力于理论压力不符时，通过传感器示值对气囊压力进行反馈调整，不需要测量气囊本身的压力值，使得动态调整方法具备较强的实用性。
关于下压力理论值f，实际可能存在三种情况，即下压力理论值f大于加载盘重量(自重或重力)gmplate，mplate为加载盘质量，g为重力加速度；下压力理论值f小于gmplate，以及下压力理论值f＝gmplate。由此在步骤S2可进一步执行如下操作：
S21，判断下压力理论值f是否等于加载盘重量；当下压力理论值等于加载盘重量时，执行步骤S22，否则执行步骤S23。
S22，确定期望压力F为0，即加载盘接触到晶圆所在台面后，摆动盘不对杠杆提供额外的力，相应的气囊压力应当是上气囊压力P1等于下气囊压力P2。
S23，根据下压力理论值f和加载盘重量计算期望压力F，即加载盘接触到晶圆所在台面后，摆动盘应当对杠杆提供向上或向下的力。在此步骤中存在以下对应关系：
f＝gmplate-k2F
其中mplate为加载盘质量，k2为杠杆比，g为重力加速度。根据此对应关系即可计算出期望压力F的大小和方向。
在所述步骤S3中，存在以下对应关系：
其中m为质量弹簧阻尼系统质量，η为阻尼值(主要来自于阻尼器)，k为气囊弹性常数。根据此对应关系，m、η、k均为固定值，已知F即可计算出摆动盘的期望位移x。
在上述步骤S4中，气囊压力与期望位移x的关系为，上气囊压力P1大于下气囊压力P2，使得摆动盘发生向下的位移，从而使得加载后的加载盘向下的压力小于摆动盘重力gmplate；上气囊压力P1小于下气囊压力P2，使得摆动盘发生向上的位移，从而使得加载后的加载盘向下的压力大于摆动盘重力gmplate；上气囊压力P1等于下气囊压力P2，使得摆动盘不发生位移(相对于原点)，从而使得加载后的加载盘向下的压力等于摆动盘重力gmplate。
在上述步骤S5中，气囊压力及其产生的压力调节值ΔFcompression存在以下对应关系：
ΔFcompression＝k2(P2S2-P1S1)
其中k2为杠杆比，P1为上气囊压力，P2为下气囊压力，S1为上气囊与摆动盘的接触面积，S2为下气囊与摆动盘的接触面积。除k2外均为可调值，随着压力的调整接触面积也将发生变化。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，提供一种用于晶圆批量抛光的柔性气囊结构下压力精确控制方法，该控制方法基于上述各实施例中柔性气囊结构实现。本实施例中，该控制方法包括以下步骤：
1)确定预先建立的柔性气囊结构的物理模型的各项参数，根据各项参数对物理模型进行力学分析，得到精确控制的下压力的理论值；
2)根据柔性气囊结构和下压力的理论值，确定下压力的加载方式，确定气囊实际下压力的调节值，实施加载；
3)由传感器7实时采集加载压力值，判定该加载压力值是否满足预设条件，满足则稳定加载至结束，反之，不满足则进行动态调节气囊的压力，直至满足预设条件，实现对柔性气囊结构下压力的精确控制。
上述步骤1)中，该物理模型的各项参数包括质量弹簧阻尼系统的系统质量、阻尼、弹性系数、稳定时间、误差、固有频率和灵敏度系数。
为了实现精确稳定控制，以气囊施加力的同时，采用阻尼器5，与加载盘10的自重构成质量弹簧阻尼系统：
其中，m为系统质量；η为阻尼(主要构成来自阻尼器5)；k为气囊弹性系数，为常数；F为气囊施加的力；x为位移。
根据物理模型可以计算出此时质量弹簧阻尼系统的固有频率ωn为：
式中，m为柔性气囊结构总重量，包括上气囊1、下气囊2、摆动盘3、杠杆4、传感器7、转接头8和加载盘10。
系统阻尼比ξ为：
静态灵敏度为
在本实施例中，为在误差和稳定时间取得平衡，保证系统在调节压力的过程中具有较高的响应速率和较低的误差值，选取ξ＝0.6～0.8，此时，可以确定系统调整的响应时间约为
上述步骤1)中，通过对模型的力学分析，可以得到精确控制的下压力的理论值为：
Fcompression＝gmplate-k2F
其中，mplate为加载盘10的质量，g为重力加速度，k2为杠杆比，Fcompression为传感器7通过仪表读到的示值，即下压力的理论值。
上述步骤2)中，确定下压力的加载方式包括：
将下压力的理论值与加载盘10的自重进行比较，当抛光过程需要的下压力(即下压力的理论值)超过加载盘10自重时，采用下气囊2供气压力大于上气囊1的工作模式；
当下压力的理论值小于加载盘10自重时，加压过程需要下压力减小时，采用下气囊2供气压力小于上气囊1的工作模式；以此通过压力控制差实现基于加载盘10自重的压力调节功能。
上述步骤2)中，确定气囊实际下压力的调节值，包括：通过调节气囊的工作压力，从而改变实际加载时的下压力，实际调节的下压力变化ΔFcompression为：
ΔFcompression＝k2(P2S2-P1S1)
其中，P1为上气囊1的工作压力、P2为下气囊2的工作压力，S1为实际上气囊1与摆动盘3的接触面积、S2为实际下气囊2与摆动盘3的接触面积。通常情况下，S1＝S2，通过结构设计为固定值。
上述步骤3)中，预设条件为：判断实时采集的加载压力值是否满足设定值范围，满足则进行稳定加载。
上述步骤3)中，晶圆批量减抛光过程中，对传感器数据进行采集，利用反馈控制的方式。其中，动态调节气囊的压力，包括：增大或减小气囊的压力，使加载压力值满足设定值范围，保持压力维持在设定值范围内，实现动态调整。
上述各步骤中，由于抛光时名义下压力在一段时间内通常为常数，即加载盘10在一定工况下所提供的压力值恒定，因此系统对此响应在稳态下原则上不存在稳态误差。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (15)
1.一种用于晶圆批量抛光设备，其特征在于，包括：
壳体；
气囊，包括上气囊与下气囊，所述上气囊和下气囊固定在所述壳体内部；
摆动盘，设置于所述上气囊与所述下气囊之间，且分别与所述上气囊和所述下气囊接触，所述摆动盘在所述上气囊和下气囊膨胀压力下沿竖向运动；
杠杆，包括位于其中部与所述壳体铰接的支点，以及位于所述支点两端的第一力臂和第二力臂，所述第一力臂位于所述壳体内且其端部与所述摆动盘铰接，所述第二力臂的端部为加载端，所述加载端从所述壳体伸出；
加载盘，与所述加载端铰接，所述加载盘通过自重以及所述加载端提供的加载力共同作用在竖直方向进行加压、用于施加到所述晶圆上的下压力；
横向定位器，一端与所述壳体连接，另一端与所述摆动盘连接，用于限制所述摆动盘发生横向摆动。
2.根据权利要求1所述用于晶圆批量抛光设备，其特征在于，所述横向定位器一端与所述壳体铰接，另一端与所述摆动盘的一侧铰接，所述横向定位器两端所述铰接的转动方向为竖向上的转动。
3.根据权利要求1所述用于晶圆批量抛光设备，其特征在于，所述横向定位器为长度可调结构。
4.根据权利要求3所述的用于晶圆批量抛光设备，其特征在于，所述长度可调结构为采用精密螺纹进行长度固定以及调整的结构。
5.根据权利要求1所述用于晶圆批量抛光设备，其特征在于，所述壳体内设置有阻尼器，所述阻尼器的一端铰接在所述壳体上，另一端铰接在所述杠杆上。
6.根据权利要求5所述用于晶圆批量抛光设备，其特征在于，所述阻尼器为采用欠阻尼设计的结构。
7.根据权利要求1所述用于晶圆批量抛光设备，其特征在于，所述杠杆的加载端经转接头与所述加载盘连接；所述转接头与所述杠杆之间设置有传感器，所述传感器采用精度为0.01的拉压双向传感器。
8.一种下压力控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-7中任一项所述的抛光设备，所述方法包括：
在加载前，获取下压力理论值；
根据下压力理论值计算摆动盘对杠杆的期望压力/>；
根据期望压力和质量弹簧阻尼系统参数计算摆动盘的期望位移/>；
通过控制所述气囊的压力实现所述期望位移，使得摆动盘对杠杆的压力达到所述期望压力/>，进而使得加载盘的压力达到所述下压力理论值/>，实施加载。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在实施加载后，所述方法还包括：
监测加载盘的实际压力是否符合所述下压力理论值/>；
当实际压力不符合所述下压力理论值/>时，通过控制所述气囊的压力产生压力调节值/>，直至实际压力/>符合所述下压力理论值/>。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据下压力理论值计算摆动盘对杠杆的期望压力/>，进一步包括：
判断下压力理论值是否等于加载盘重量；
当下压力理论值等于加载盘重量时，确定期望压力为0；
当下压力理论值不等于加载盘重量时，根据下压力理论值和加载盘重量计算期望压力/>。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据如下关系计算期望压力：
，
其中为加载盘质量，/>为杠杆比，/>为重力加速度。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据如下关系计算气囊的期望位移：
，
其中为质量弹簧阻尼系统质量，/>为阻尼值，/>为气囊弹性常数。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基于如下关系产生压力调节值：
，
其中为杠杆比，/>为上气囊压力，/>为下气囊压力，/>为上气囊与摆动盘的接触面积，/>为下气囊与摆动盘的接触面积。
14. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过控制所述气囊的压力产生压力调节值的过程中，采用预设动态调整参数对所述气囊的压力进行调整，所述预设动态调整参数包括灵敏度为/>和调整时间/>，其中A为常数，A的取值范围是/>，/>为系统固有频率， />，/>为气压调整结构总重量，/>为气囊弹性常数，/>为系统阻尼比，/>的取值范围是/>。
15.一种下压力控制设备，其特征在于，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行如权利要求8-14中任意一项所述的下压力控制方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211253232.9A CN116021403A (zh) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 用于晶圆批量抛光的柔性气囊结构及下压力精确控制方法 |
| CN2022112532329 | 2022-10-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117161947A CN117161947A (zh) | 2023-12-05 |
| CN117161947B true CN117161947B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=86074717
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211253232.9A Pending CN116021403A (zh) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 用于晶圆批量抛光的柔性气囊结构及下压力精确控制方法 |
| CN202311222283.XA Active CN117161947B (zh) | 2022-10-13 | 2023-09-21 | 用于晶圆批量抛光设备、下压力控制方法及设备 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211253232.9A Pending CN116021403A (zh) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 用于晶圆批量抛光的柔性气囊结构及下压力精确控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (2) | CN116021403A (zh) |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1429590A (fr) * | 1964-03-09 | 1966-02-25 | Engelhard Hanovia Inc | Appareil à meuler |
| SU781037A2 (ru) * | 1978-09-06 | 1980-11-23 | Курский Завод "Счетмаш" | Устройство управлени шлифовальным кругом |
| SU971637A1 (ru) * | 1981-04-29 | 1982-11-07 | Предприятие П/Я Р-6707 | Устройство дл шлифовани и полировани деталей |
| FR2685481A1 (fr) * | 1991-12-23 | 1993-06-25 | Lille Ecole Centrale | Procede de polissage d'eprouvettes, machines pourvues de moyens en vue de la mise en óoeuvre de ce procede et eprouvettes ainsi polies. |
| TW200307334A (en) * | 2001-02-27 | 2003-12-01 | Nutool Inc | Integrated system for processing semiconductor wafers |
| CN1774790A (zh) * | 2002-02-15 | 2006-05-17 | Asm努突尔股份有限公司 | 处理半导体晶圆之整合系统 |
| CN101585164A (zh) * | 2004-11-01 | 2009-11-25 | 株式会社荏原制作所 | 抛光设备 |
| CN101618520A (zh) * | 2008-06-30 | 2010-01-06 | 细美事有限公司 | 基片支撑单元、单一类型基片抛光装置和基片抛光方法 |
| CN202319004U (zh) * | 2011-11-15 | 2012-07-11 | 湖北三环汽车电器有限公司 | 一种小型气动压力机 |
| CN205799189U (zh) * | 2016-07-27 | 2016-12-14 | 成都青洋电子材料有限公司 | 一种用于调整研磨压力的杠杆机构 |
| CN106515069A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-03-22 | 深圳尼索科连接技术有限公司 | 一种气动压力机 |
| CN206500951U (zh) * | 2017-02-21 | 2017-09-19 | 北京科技大学 | 一种薄板带钢边部磨削设备 |
| TW201946208A (zh) * | 2018-04-24 | 2019-12-01 | 德商迪思科高科技(歐洲)有限公司 | 對半導體晶圓貼附之保護膠帶的貼附裝置及貼附方法 |
| CN111230654A (zh) * | 2020-03-04 | 2020-06-05 | 广州精点科技有限公司 | 一种宏微复合恒压抛光装置及方法 |
| CN112277059A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-29 | 安徽傲宇数控科技有限公司 | 一种柔性装甲应急加工数控设备 |
| CN214265067U (zh) * | 2021-01-21 | 2021-09-24 | 浙江浦江圣力工贸有限公司 | 一种锁体压紧固定装置及抛光机 |
| CN216422201U (zh) * | 2021-12-14 | 2022-05-03 | 兰州靖峰机电设备有限公司 | 一种抛光机上盘加压机构 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100928749B1 (ko) * | 2000-07-10 | 2009-11-25 | 씨.엠.이 블라스팅 앤드 마이닝 이큅먼트 엘티디 | 개선된 연마 장치 |
-
2022
- 2022-10-13 CN CN202211253232.9A patent/CN116021403A/zh active Pending
-
2023
- 2023-09-21 CN CN202311222283.XA patent/CN117161947B/zh active Active
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1429590A (fr) * | 1964-03-09 | 1966-02-25 | Engelhard Hanovia Inc | Appareil à meuler |
| SU781037A2 (ru) * | 1978-09-06 | 1980-11-23 | Курский Завод "Счетмаш" | Устройство управлени шлифовальным кругом |
| SU971637A1 (ru) * | 1981-04-29 | 1982-11-07 | Предприятие П/Я Р-6707 | Устройство дл шлифовани и полировани деталей |
| FR2685481A1 (fr) * | 1991-12-23 | 1993-06-25 | Lille Ecole Centrale | Procede de polissage d'eprouvettes, machines pourvues de moyens en vue de la mise en óoeuvre de ce procede et eprouvettes ainsi polies. |
| TW200307334A (en) * | 2001-02-27 | 2003-12-01 | Nutool Inc | Integrated system for processing semiconductor wafers |
| CN1774790A (zh) * | 2002-02-15 | 2006-05-17 | Asm努突尔股份有限公司 | 处理半导体晶圆之整合系统 |
| CN101585164A (zh) * | 2004-11-01 | 2009-11-25 | 株式会社荏原制作所 | 抛光设备 |
| CN101618520A (zh) * | 2008-06-30 | 2010-01-06 | 细美事有限公司 | 基片支撑单元、单一类型基片抛光装置和基片抛光方法 |
| CN202319004U (zh) * | 2011-11-15 | 2012-07-11 | 湖北三环汽车电器有限公司 | 一种小型气动压力机 |
| CN205799189U (zh) * | 2016-07-27 | 2016-12-14 | 成都青洋电子材料有限公司 | 一种用于调整研磨压力的杠杆机构 |
| CN106515069A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-03-22 | 深圳尼索科连接技术有限公司 | 一种气动压力机 |
| CN206500951U (zh) * | 2017-02-21 | 2017-09-19 | 北京科技大学 | 一种薄板带钢边部磨削设备 |
| TW201946208A (zh) * | 2018-04-24 | 2019-12-01 | 德商迪思科高科技(歐洲)有限公司 | 對半導體晶圓貼附之保護膠帶的貼附裝置及貼附方法 |
| CN111230654A (zh) * | 2020-03-04 | 2020-06-05 | 广州精点科技有限公司 | 一种宏微复合恒压抛光装置及方法 |
| CN112277059A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-29 | 安徽傲宇数控科技有限公司 | 一种柔性装甲应急加工数控设备 |
| CN214265067U (zh) * | 2021-01-21 | 2021-09-24 | 浙江浦江圣力工贸有限公司 | 一种锁体压紧固定装置及抛光机 |
| CN216422201U (zh) * | 2021-12-14 | 2022-05-03 | 兰州靖峰机电设备有限公司 | 一种抛光机上盘加压机构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117161947A (zh) | 2023-12-05 |
| CN116021403A (zh) | 2023-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5243532B2 (ja) | 特に重量測定機器用の調整可能な平行案内機構 | |
| EP1069437B1 (en) | Method for controlling ic handler and control system using the same | |
| CN117161947B (zh) | 用于晶圆批量抛光设备、下压力控制方法及设备 | |
| CN108801427A (zh) | 水平度自动调节的称重装置及其调节方法 | |
| JP2008514959A (ja) | 閉ループ加速度計における振動修正誤差を低減するための方法および装置 | |
| CN107764387B (zh) | 一种在轨质量测量仪地面校准装置及校准方法 | |
| EP2280264A1 (en) | Standard exciter | |
| KR102081667B1 (ko) | 3축 무게 중심 측정 장치와 측정 시스템 및 이를 이용한 무게 중심 측정 방법 | |
| CN115344814A (zh) | 一种基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法 | |
| KR100356440B1 (ko) | 연마기 | |
| JP2014030035A (ja) | 半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法 | |
| KR20180131422A (ko) | 캘리브레이션 방법 및 캘리브레이션 프로그램을 기록한 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 | |
| CN110243938B (zh) | 一种移动力锤模态试验装置及系统 | |
| KR101089225B1 (ko) | 상판 압력 측정 및 보정이 가능한 웨이퍼 프로버 스테이션 | |
| JP4160701B2 (ja) | 硬さ試験機 | |
| JP4420646B2 (ja) | 荷重測定装置 | |
| CN110954268A (zh) | 一种偏载校准系统 | |
| JPWO2007145106A1 (ja) | 重錘形圧力天びん自動比較校正装置 | |
| Park et al. | Small-capacity deadweight force standard machine compensating loading frame | |
| CN217878255U (zh) | 具有位置自动调节功能的耳轴及振动试验台 | |
| CN113932905B (zh) | 力传感器的校准机构的配置方法及其力传感器 | |
| CN117387984B (zh) | 一种转体桥梁称重试验系统及方法 | |
| JP2003114165A (ja) | 振動試験装置 | |
| RU2749987C1 (ru) | Устройство коррекции динамического состояния рабочего органа вибрационной технологической машины и способ для его осуществления | |
| CN115855510A (zh) | 一种发动机试车台的校准方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |