CN1243369C - 用于抛光机台的晶片压力调整系统 - Google Patents

Abstract

一种控制压力调整系统，可以在抛光操作期间产生按压晶片的压力。一个晶片承载头会抓住一个晶片，借此以使其对一个压板进行抛光，有第一与第二压力调整器会分别产生第一与第二压力到压板与晶片承载头上，以按压晶片进行抛光，在一个反馈控制回路中，有第一与第二控制器会分别连接到第一与第二压力调整器上，以控制第一与第二压力的产生，此第一与第二压力会被控制，以使两者之间得到一个预定的压力差。

Description

用于抛光机台的晶片压力调整系统

技术领域

本发明是有关于一种抛光机台，且特别是有关于一种用于抛光机台的压力调整系统。

背景技术

在半导体的制作中，集成电路通常会利用一连串导体、绝缘的或半导体材质的层和沉积，形成于一个基底上，特别是硅晶片上。在沉积一层结构以后，通常会进行蚀刻以移除选定区域的材料，以产生预期的电路图案；当沉积与蚀刻的层增加时，基底最顶端的表面会变成较不平坦，因为至少在蚀刻程度最大的区域上下层基底与顶端表面的距离会达到最大。

当进行微影蚀刻借此以定义一层沉积在基底上的层时，一个不平坦的上表面会造成问题，举例来说，在曝光期间沉积层会散布光线，图案转移到沉积层的精准度与沉积层的上比面的平坦度有相当的关联，且其精准度仅有在沉积层表面没有变动下可以被确定，因此基底的表面需要定期的进行平坦化，以提供相当平坦的表面结构，像是化学机械抛光制作工艺等抛光方法就是公知的方式。

请参照图1，其绘示为一公知抛光机台的简示图，此公知抛光机台的结构包括可旋转与滑动的一个晶片承载头10，一个旋转的压板18，以及一个抛光垫22，固定于压板18上。为了进行抛光，比如为一晶片的基底会透过比如一附着层20的对象，被固定于晶片承载头10上，利用产生压力P1与P2的对象，压板18与晶片承载头10会相对于彼此按压晶片，此时晶片欲被抛光的表面会面对抛光垫22，晶片承载头10与/或压板18会相对于彼此移动，以使晶片与抛光垫22之间产生一个相对移动。在抛光期间，研浆是一种悬浮有抛光颗粒以及至少有一化学反应试剂的液体，借此以可以进行化学机械抛光，此研浆会被提供到抛光垫22上，以在晶片抛光垫的界面上提供一抛光颗粒与化学反应的混合物。

为了使晶片得到一个适当的抛光，许多因素，像是抛光垫与晶片之间的相对速度、整体的抛光时间、以及在抛光期间施加的压力都必须被考虑到，根据抛光期间对于压力的控制，公知中使用了各种特定结构的晶片承载头。

在Kobayashi等人的美国专利第5,584,751号专利中公开一种晶片承载头，利用在晶片承在头上施加各种压力可以改善抛光的均匀度，在此专利中，施加在一隔膜的第一压力会相对于抛光垫压住握有晶片的晶片承载器，其中在护圈上施加有第二压力，会相对于抛光垫按压晶片的外部周围。

而在Robinson等人的美国专利第6,143,123号中公开了一种抛光机台，包括一压力感应器埋藏在抛光垫中，以量测晶片抛光时表面各区域的压力，透过感应压力多个调节器会在抛光期间调整适当的压力。

利用各种技术设置，这些专利均透过强调一个方面来增进抛光：就是在抛光期间施加的压力。但是，公知的参考资料不是没有揭露就是没有解决当晶片按压在抛光垫与晶片承载头之间时可能会产生的过度抛光的问题，其问题如后所述。仍旧参考图1与上面的叙述，进行一个平坦化制作工艺，分别在压板18与晶片承载头10上施加第一压力P1与第二压力P2，将晶片按压在晶片承载头10与压板18之间，且特别是将晶片上条件维持在第一压力P1在适当的范围内大于第二压力P2，换句话说压力差△P＝P2-P1＜0。在平坦化制作工艺进行期间，操作者因此设定第一压力P1与第二压力P2，使其压力差可以等于一个预定的负值，但是在达到一个△P为定值的稳定状态以前，在△P的一个瞬间响应期间通常会有一个相当高峰的过度产生，过度的意识表示有一个非常明显的压力差△P产生，可能会损害晶片并造成压力调整系统的不稳定。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于抛光机台的控制压力的调整系统，以及一种在抛光机台中调整晶片按压压力的方法，借此以避免抛光时晶片的损害。

为了达到本发明的上述与其它目的，本发明提供一种控制压力的调整系统，包括一个晶片承载头、一第一压力调整器及一第二压力调整器。其中此晶片承载头会抓住一个晶片，借此以使其对一个压板进行抛光。此第一压力调整器会产生一个第一压力于压板上，以及第二压力调整器产生一个第二压力到晶片承载头上，以将晶片按压在押板与晶片承载器之间进行抛光。在第一反馈控制回路中有第一控制器连接到第一压力调整器，以控制产生在压板上的第一压力。在第二反馈控制回路中有第二控制器与第二调整连接器相连接，以根据第一压力与第二压力之间的差异来控制产生在晶片承载头上的第二压力。第一与第二压力产生的控制较佳是利用比例积分调节器来达成，以避免第一压力与第二压力之间的压力差有过度的现象产生，借此以因此避免抛光时晶片的损害。

本发明进一步提供一种在抛光期间调整压力的方法，以将晶片按压在压板与晶片承载头之间进行抛光，此方法包括在第一压力会产生于压板上，产生于压板上的第一压力透过第一控制回路来控制。在第二压力会产生于晶片承载头上，利用第二控制回路透过第一压力与第二压力之间的压力差来加以控制。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。

附图说明

图1绘示为一公知抛光机台的简示图；

图2绘示为根据本发明一较佳实施例的一种使用于抛光机台的控制压力的调整系统的方块图；

图3与图4绘示为根据本发明一较佳实施例，使用于图2的控制压力调整系统中的控制器的电路图；

图5为一个图表，为公知技术与本发明随着时间的压力差的比较。

标记说明：

10  晶片承载头             18  压板

22  抛光板                 20  附着层

具体实施方式

以下将参考图标以一较佳实施例详细说明本发明，相同的标号会被用来表示相同或相似的部分。

请参照图2，其绘示为根据本发明一较佳实施例的一种使用于抛光机台的控制压力的调整系统的方块图。为了按压晶片进行抛光(未显示)，第一压力调整器G1会透过一个压力命令信号Cs1，在压板118上产生第一压力P1，此时第二压力调整器G2会透过一个压力命令信号Cs2，在晶片承载头上110上产生第一压力P1，压力命令信号Cs1与Cs2比如为输入到压力调整器G1与G2的适当张力。

在第一控制反馈回路中，第一转换器H1与第一控制器130会连续排列，借此以控制第一压力调整器G1产生第一压力P1的程序，第一转换器H1会将压板118上的第一压力P1转换成一个传送到第一控制器130上的电子信号。

在第二控制反馈回路中，第二转换器H2与第二控制器132会连续排列，借此以控制第一压力调整器G2产生第一压力P2的程序，第二压力P2的产生透过第一压力P1与第二压力P2之间的压力差值△P来加以控制，透过比如将第二转换器H2连接到第一转换器H1上可以计算出压力差△P，而代表压力差△P的电子信号会由第二转换器H2被传送到第二控制器132上。

透过分别连接到第一与第二压力调整器G1与G2的第一与第二控制器130与132的适当设计，在第一压力P1与第二压力P2的压力差△P过度的现象可以被降低。

请参照图3与图4绘示为根据本发明一较佳实施例，使用于图2的控制压力调整系统中的第一与第二控制器130、132的电路图。第一与第二控制器较佳为比例积分(proportional integral，PI)调节器。在图3中，第一PI调节器130在积分电路中包括一个第一操作放大器202，以及在反向放大电路中有一个第二操作放大器204，在积分电路中的第一操作放大器202的正输入与负输入分别接地与一个第一电阻R1，其中电容器C1与连接到反馈回路中的负输入的输出的第二电阻R2并联；第二操作放大器204的正输出与负输出分别接地以及连接一个第三电阻R3，此时有一个第四电阻R4会连接到反馈回路中的负输入的输出端，其中第三电阻R3会将反向放大电路中的第二操作放大器204的负输入连接到积分电路中的第一操作放大器202的输出端，第一PI调节器130的输入会连接到第一电阻R1，此时第一PI调节器130的输出连接到反向放大电路中的第二操作放大器204的输出端。

PI调节器的转换方程式通常表示为[K_P+K_I/S]，其中K_P与K_I分别为比例增益与积分增益，而s为复变量，在本发明实施例的一个应用范例中，比较器C1与第一PI调节器130上不同的电阻被设定如下：

R1＝100KΩ；

R2＝15KΩ；

R3＝R4＝10KΩ；

C1＝0.2μF。

因此，K_P＝(-R2/R1)(-R4/R3)＝0.15，且K_I＝(-1/R1C1)(-R4/R3)＝50

在图4中，第二PI调节器132在积分电路中包括一个第三操作放大器206，以及在反向放大电路中有一个第四操作放大器208，在积分电路中的第三操作放大器206的正输入与负输入分别接地与一个第五电阻R5，其中第二电容器C2与连接到反馈回路中的负输入的输出端；第四操作放大器208(或是另外的第五操作放大器210)的正输出与负输出分别接地以及连接一个第六电阻R6(或连接到第八电阻R8)，此时有一个第七电阻R7(或是第九电阻R9)会连接到反馈回路中的负输入的输出端，其中第六电阻R6会进一步将反向放大电路中的第四操作放大器208的负输入连接到积分电路中的第三操作放大器206的输出端，第二PI调节器132的输入会将第五电阻R5连接到第八电阻R8上，此时第二PI调节器132的输出将反向放大电路中的第四操作放大器208的输出端连接到反向放大电路中的第五操作放大器210的输出端。在本发明实施例的一个应用范例中，比较器C2与第二PI调节器132上不同的电阻被设定如下：

R5＝R6＝R7＝R8＝10KΩ；

R9＝5KΩ；

C2＝0.285μF。

因此，第二PI调节器132的

K_P＝(-R9/R8)＝-0.5，而K_I＝(-1/R5C2)(-R7/R6)＝350

请参照图5，其绘示为一个图表，为公知技术与本发明随着时间的压力差△P的比较。且特别的是，其纵轴表示压力差的绝对值|△P|，而横轴表示时间，每个轴的单位是任意的，此图表表现出利用公知(见曲线301)以及本发明(见曲线302)的压力调整系统得到的压力差绝对值|△P|对应于时间的关系。在图中，预定要按压在晶片上的压力|△P|比如为150，在时间6上，压力命令信号的输出会命令产生第一与第二压力P1、P2，以按压位于晶片承载头与压板之间的晶片。在公知的压力调整系统中，在时间间隔[6；16]的瞬间响应时会有相当高峰的过度发生，而预定值为150的|△P|的稳定状态会在时间6以后得到，此公知响应|△P|的过度会高达500，几乎是预定值150的3.5倍。

相反的，利用本发明的控制压力调整系统，过度的值会被降低到接近220，仅是预定值150的1.5倍，因此本发明控制压力调整系统的优点在于可以避免瞬间响应的过度压力差过大而造成晶片的损害。

因此，本发明的优点至少包括下列几点：本发明的控制压力调整系统包括含有PI调节器的控制反馈回路，PI调节器适当的设计可以确保稳定的控制调整压力，并可以避免因为过度问题造成的损害。

虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。

Claims (6)

1、一种控制压力的调整系统，适用于一个抛光机台上，其特征在于：该控制压力的调整系统包括：

一晶片承载头，以握住欲进行抛光的一晶片；

一压板，面对压着欲进行抛光的该晶片；

一第一压力调整器，产生一第一压力于该压板上，以相对于该晶片承载头按压欲进行抛光的该晶片；

一第二压力调整器，产生一第二压力于该晶片承载头上，以相对于该压板按压欲进行抛光的该晶片；

一第一转换器，用以依据该第一压力而产生一第一电子信号；

一第一控制器，接收该第一电子信号，借此以控制产生于该压板上的该第一压力；

一第二转换器，用以依据该第二压力而产生一第二电子信号；以及

一第二控制器，接收该第二电子信号，借此以根据该第一压力与该第二压力之间的一压力差来控制产生于该晶片承载头上的该第二压力。

2、如权利要求1所述的控制压力的调整系统，其特征在于：其中该第一控制器为一第一比例积分调节器，而该第二控制器为一第二比例积分调节器。

3、如权利要求2所述的控制压力的调整系统，其特征在于：其中该第一比例积分调节器包括形成积分电路的一第一操作放大器，以及形成反向放大电路的一第二操作放大器，而该第二比例积分调节器则包括形成积分电路的一第三操作放大器，以及形成反向放大电路的一第四与一第五操作放大器。

4、如权利要求2所述的控制压力的调整系统，其特征在于：其中该第一比例积分调节器的比例增益与积分增益分别为0.15与50，而该第二比例积分调节器的比例增益与积分增益分别为-0.5与350。

5、一种调整压力的方法，用以在抛光期间将晶片压在一晶片承载头与一压板之间抛光，其特征在于：该方法包括：

产生一第一压力于该压板上；

透过一第一转换电路而将该第一压力转换为一第一电子信号；

将该第一电子信号送至一第一控制反馈回路，以控制产生于该压板上的该第一压力；

产生一第二压力于该晶片承载头上；

透过一第二转换电路而将该第二压力转换为一第二电子信号；以及

将该第二电子信号送至一第二控制反馈回路，以使该第二控制反馈回路能根据该第一与第二压力之间的一压力差，来控制产生于该晶片承载头上的该第二压力。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：其中该第一控制反馈回路包括一第一比例积分调节器，其中的比例增益与积分增益分别为0.15与50，而该第二比例积分调节器的比例增益与积分增益分别为-0.5与350。

Images