CN207495278U - 一种研磨垫修整系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种研磨垫修整系统，包括研磨盘，设于所述研磨盘上的研磨垫，设于所述研磨垫上的修整装置和研磨头，其中，所述研磨头自旋转的同时沿所述研磨垫的径向方向作直线运动，设于所述研磨头上的厚度检测装置，及设于所述研磨盘外部的控制器，其中，所述控制器分别与所述厚度检测装置及所述修整装置电性连接。通过本实用新型提供一种研磨垫修整系统，解决了现有修整方法无法彻底修整研磨垫在不同区域高度差异的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种研磨垫修整系统。
背景技术
在半导体工艺流程中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是非常重要的一道工序，有时也称之为化学机械平坦化。所谓化学机械抛光，它是采用化学与机械综合作用从半导体硅片上去除多余材料，并使其获得平坦表面的工艺过程。
化学机械研磨的主要设备一般包括：研磨盘、研磨垫(Pad)、研磨液供给器、及研磨头。研磨垫设置于研磨盘上，研磨头的下方设有待研磨晶圆，所述待研磨晶圆与研磨垫接触，研磨液供给器用于提供研磨液(Slurry)至研磨垫表面；研磨液以一定的速率流到研磨垫的表面，研磨头给待研磨晶圆施加一定的压力，使得待研磨晶圆的待研磨面与研磨垫产生机械接触，在研磨过程中，研磨头、及研磨盘分别以一定的速度旋转，通过机械和化学作用去除待研磨晶圆表面的薄膜，从而达到待研磨晶圆表面平坦化的目的。
在化学机械研磨过程中，由于研磨垫会逐渐损耗，使得研磨垫表面高度从中心到边缘会产生较大的高度差；当待研磨晶圆在研磨垫上进行研磨时，由于研磨垫表面的高度差会导致不同区域研磨速率不一致，故通常会在研磨垫上设置修整装置，以对研磨垫的表面进行修整，从而保持研磨速率的稳定。
而现有修整装置对研磨垫进行修整时，通常在研磨垫不同区域进行固定时间、固定压力的修整；但此种方法无法彻底修整研磨垫在不同区域的高度差异。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种研磨垫修整系统，解决了现有修整方法无法彻底修整研磨垫在不同区域高度差异的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种研磨垫修整系统，所述研磨垫修整系统包括：
研磨盘；
设于所述研磨盘上的研磨垫；
设于所述研磨垫上的修整装置和研磨头，其中，所述研磨头自旋转的同时沿所述研磨垫的径向方向作直线运动；
设于所述研磨头上的厚度检测装置；及
设于所述研磨盘外部的控制器，其中，所述控制器分别与所述厚度检测装置及所述修整装置电性连接。
优选地，所述厚度检测装置包括光学传感器。
优选地，所述控制器包括：读取模块，与所述读取模块连接的比较模块，与所述比较模块连接的目标值设定模块，分别与所述读取模块及所述目标值设定模块连接的修整值设定模块，及与所述修整值设定模块连接的修复量输出模块。
本实用新型还提供了一种研磨垫修整系统，所述研磨垫修整系统包括：
研磨盘；
设于所述研磨盘上的研磨垫；
设于所述研磨垫上的修整装置和移动支架，其中，所述移动支架沿所述研磨垫的径向方向作直线运动；
设于所述移动支架上的厚度检测装置；及
设于所述研磨盘外部的控制器，其中，所述控制器分别与所述厚度检测装置及所述修整装置电性连接。
优选地，所述厚度检测装置包括光学传感器。
优选地，所述控制器包括：读取模块，与所述读取模块连接的比较模块，与所述比较模块连接的目标值设定模块，分别与所述读取模块及所述目标值设定模块连接的修整值设定模块，及与所述修整值设定模块连接的修复量输出模块。
优选地，所述移动支架包括设于所述研磨盘上的第一固定杆，及设于所述第一固定杆上的移动杆，其中，所述移动杆沿所述研磨垫的径向方向作直线运动。
优选地，所述移动支架包括：
设于所述研磨盘上的第二固定杆；
设于所述第二固定杆上的第三固定杆，其中，所述第三固定杆上设有滑动轨道；及
设于所述滑动轨道上的移动部，其中，所述移动部沿所述研磨垫的径向方向作直线运动。
优选地，所述研磨垫修整系统还包括设于所述研磨垫上的研磨头。
如上所述，本实用新型的一种研磨垫修整系统，具有以下有益效果：本实用新型通过将所述厚度检测装置设置在研磨头或移动支架上，使得所述厚度检测装置的可移动，以实现对不同区域研磨垫厚度值的采集；同时所述控制器对采集的各厚度值进行处理，以输出与厚度值对应的修整时间和修整压力，实现研磨垫不同区域厚度的实时修整，以保持研磨垫各区域的厚度一致，提高研磨速率的稳定性。
附图说明
图1显示为本实用新型实施例一所述研磨垫修整系统的结构示意图。
图2显示为本实用新型所述研磨垫修整系统中所述控制器的结构框图。
图3显示为本实用新型实施例二所述研磨垫修整系统的一种结构示意图。
图4显示为本实用新型实施例二所述研磨垫修整系统的另一种结构示意图。
元件标号说明
10 研磨垫修整系统
11 研磨盘
12 研磨垫
13 修整装置
14 研磨头
15 厚度检测装置
16 控制器
161 读取模块
162 比较模块
163 目标值设定模块
164 修整值设定模块
165 修复量输出模块
17 移动支架
171 第一固定杆
172 移动杆
173 第二固定杆
174 第三固定杆
175 滑动轨道
176 移动部
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
实施例一
如图1和图2所示，本实施例提供一种研磨垫修整系统，所述研磨垫修整系统10包括：
研磨盘11；
设于所述研磨盘11上的研磨垫12；
设于所述研磨垫12上的修整装置13和研磨头14，其中，所述研磨头14自旋转的同时沿所述研磨垫12的径向方向作直线运动；
设于所述研磨头14上的厚度检测装置15；及
设于所述研磨盘11外部的控制器16，其中，所述控制器16分别与所述厚度检测装置15及所述修整装置13电性连接。
作为示例，所述修整装置13包括固定盘，及设于所述固定盘下方的修整头；其中，所述修整头通过磁铁吸附的方式固定于所述固定盘下方。
作为示例，所述厚度检测装置15包括光学传感器，以确保检测精度。
作为示例，如图2所示，所述控制器16包括：
读取模块161，用于读取所述厚度检测模块15采集的研磨垫厚度值，并将各所述研磨垫厚度值进行传输；
比较模块162，与所述读取模块161连接，用于接收所述读取模块161传输的各所述研磨垫厚度值，并对各所述研磨垫厚度值进行比较，得到研磨垫最小厚度值，同时将所述研磨垫最小厚度值进行传输；
目标值设定模块163，与所述比较模块162连接，用于接收所述比较模块162传输的所述研磨垫最小厚度值，并通过计算所述研磨垫最小厚度值与预设值之间的差值，得到目标值，同时对所述目标值进行传输；
修整值设定模块164，分别与所述读取模块161及所述目标值设定模块163连接，用于读取所述读取模块161传输的各研磨垫厚度值，并通过计算各所述研磨垫厚度值分别与接收的所述目标值设定模块163传输的目标值之间的差值，得到各所述研磨垫厚度值对应的修整值，同时对所述修整值进行传输；及
修复量输出模块165，与所述修整值设定模块164连接，用于接收所述修整值设定模块164传输的修整值，并根据所述修整值和压力/时间/修整量关系式，输出对应修整区域的修整压力及修整时间。
优选地，在本实施例中，所述预设值为0.2um。
具体的，所述压力/时间/修整量关系式是为ΔTHK＝R*T＝K*d*T，其中，ΔTHK表示修整量，R表示修整速率，T表示修整时间，K表示常数，d表示修整压力。
需要说明的是，由于所述修整装置对所述研磨垫进行修整时，通常是对研磨垫的一个区域进行修整(而非一点)，故所述控制器输出的修整时间和修整压力一般为该区域的最优值，即所述控制器会根据该区域多个厚度值所对应的修整压力和修整时间，输出一个满足该区域多个厚度值的最优修整压力和最优修整时间。
下面请参阅图1和图2对本实施例所述研磨垫修整系统的工作过程进行详细说明。
研磨垫修整系统10正常工作时，所述研磨盘11带动所述研磨垫12进行旋转，所述研磨头14进行自旋转的同时沿研磨垫12的径向方向作直线运动，同时，所述厚度检测装置15采集所述研磨垫12不同位置的厚度值，并将采集到的厚度值传输至控制器16，所述控制器16对各厚度值进行处理后，针对不同的厚度值输出不同的修整压力和修整时间，以使所述修整装置根据不同的修整压力和修整时间对研磨垫进行修整，以实现研磨垫各区域厚度一致。
实施例二
如图2至图4所示，本实施例提供了一种研磨垫修整系统，所述研磨垫修整系统10包括：
研磨盘11；
设于所述研磨盘11上的研磨垫12；
设于所述研磨垫12上的修整装置13和移动支架17，其中，所述移动支架17沿所述研磨垫12的径向方向作直线运动；
设于所述移动支架17上的厚度检测装置15；及
设于所述研磨盘11外部的控制器16，其中，所述控制器16分别与所述厚度检测装置15及所述修整装置13电性连接。
作为示例，所述修整装置包括固定盘，及设于所述固定盘下方的修整头；其中，所述修整头通过磁铁吸附的方式固定于所述固定盘下方。
作为示例，如图3和图4所示，所述研磨垫修整系统10还包括设于所述研磨垫12上的研磨头14。
作为示例，所述厚度检测装置15包括光学传感器。
作为一示例，如图3所示，所述移动支架17包括：
设于所述研磨盘11上的第一固定杆171；及
设于所述第一固定杆171上的移动杆172，其中，所述移动杆172沿所述研磨垫12的径向方向作直线运动。
优选地，所述厚度检测装置15设于所述移动杆172的一端，以实现对所述研磨垫12各区域厚度值的检测。
作为另一示例，如图4所示，所述移动支架17包括：
设于所述研磨盘11上的第二固定杆173；
设于所述第二固定杆173上的第三固定杆174，其中，所述第三固定杆174上设有滑动轨道175；及
设于所述滑动轨道175上的移动部176，其中，所述移动部176沿所述研磨垫12的径向方向作直线运动。
优选地，所述厚度检测装置15设于所述移动部176上，以实现对所述研磨垫12各区域厚度值的检测。
作为示例，如图2所示，所述控制器16包括：
读取模块161，用于读取所述厚度检测模块15采集的研磨垫厚度值，并将各所述研磨垫厚度值进行传输；
比较模块162，与所述读取模块161连接，用于接收所述读取模块161传输的各所述研磨垫厚度值，并对各所述研磨垫厚度值进行比较，得到研磨垫最小厚度值，同时将所述研磨垫最小厚度值进行传输；
目标值设定模块163，与所述比较模块162连接，用于接收所述比较模块162传输的所述研磨垫最小厚度值，并通过计算所述研磨垫最小厚度值与预设值之间的差值，得到目标值，同时对所述目标值进行传输；
修整值设定模块164，分别与所述读取模块161及所述目标值设定模块163连接，用于读取所述读取模块161传输的各研磨垫厚度值，并通过计算各所述研磨垫厚度值分别与接收的所述目标值设定模块163传输的目标值之间的差值，得到各所述研磨垫厚度值对应的修整值，同时对所述修整值进行传输；及
修复量输出模块165，与所述修整值设定模块164连接，用于接收所述修整值设定模块164传输的修整值，并根据所述修整值及压力/时间/修整量关系式，输出对应修整区域的修整压力及修整时间。
优选地，在本实施例中，所述预设值为0.2um。
具体的，所述压力/时间/修整量关系式是为ΔTHK＝R*T＝K*d*T，其中，ΔTHK表示修整量，R表示修整速率，T表示修整时间，K表示常数，d表示修整压力。
需要说明的是，由于所述修整装置对所述研磨垫进行修整时，通常是对研磨垫的一个区域进行修整(而非一点)，故所述控制器输出的修整时间和修整压力一般为该区域的最优值，即所述控制器会根据该区域多个厚度值所对应的修整压力和修整时间，输出一个满足该区域多个厚度值的最优修整压力和最优修整时间。
下面请参阅图2至图4对本实施例所述研磨垫修整系统的工作过程进行详细说明。
研磨垫修整系统正常10工作时，所述研磨盘11带动所述研磨垫12进行旋转，所述移动杆172或移动部176带动所述厚度检测装置15沿研磨垫12的径向方向作直线运动，以实现所述厚度检测装置15采集所述研磨垫12不同位置的厚度值，并将采集到的厚度值传输至控制器16，所述控制器16对各厚度值进行处理后，针对不同的厚度值输出不同的修整压力和修整时间，以使所述修整装置根据不同的修整压力和修整时间对研磨垫进行修整，以实现研磨垫各区域厚度一致。
综上所述，本实用新型的一种研磨垫修整系统，具有以下有益效果：本实用新型通过将所述厚度检测装置设置在研磨头或移动支架上，使得所述厚度检测装置的可移动，以实现对不同区域研磨垫厚度值的采集；同时所述控制器对采集的各厚度值进行处理，以输出与厚度值对应的修整时间和修整压力，实现研磨垫不同区域厚度的实时修整，以保持研磨垫各区域的厚度一致，提高研磨速率的稳定性。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种研磨垫修整系统，其特征在于，所述研磨垫修整系统包括：
研磨盘；
设于所述研磨盘上的研磨垫；
设于所述研磨垫上的修整装置和研磨头，其中，所述研磨头自旋转的同时沿所述研磨垫的径向方向作直线运动；
设于所述研磨头上的厚度检测装置；及
设于所述研磨盘外部的控制器，其中，所述控制器分别与所述厚度检测装置及所述修整装置电性连接。
2.根据权利要求1所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述厚度检测装置包括光学传感器。
3.根据权利要求1所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述控制器包括：读取模块，与所述读取模块连接的比较模块，与所述比较模块连接的目标值设定模块，分别与所述读取模块及所述目标值设定模块连接的修整值设定模块，及与所述修整值设定模块连接的修复量输出模块。
4.一种研磨垫修整系统，其特征在于，所述研磨垫修整系统包括：
研磨盘；
设于所述研磨盘上的研磨垫；
设于所述研磨垫上的修整装置和移动支架，其中，所述移动支架沿所述研磨垫的径向方向作直线运动；
设于所述移动支架上的厚度检测装置；及
设于所述研磨盘外部的控制器，其中，所述控制器分别与所述厚度检测装置及所述修整装置电性连接。
5.根据权利要求4所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述厚度检测装置包括光学传感器。
6.根据权利要求4所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述控制器包括：读取模块，与所述读取模块连接的比较模块，与所述比较模块连接的目标值设定模块，分别与所述读取模块及所述目标值设定模块连接的修整值设定模块，及与所述修整值设定模块连接的修复量输出模块。
7.根据权利要求4所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述移动支架包括设于所述研磨盘上的第一固定杆，及设于所述第一固定杆上的移动杆，其中，所述移动杆沿所述研磨垫的径向方向作直线运动。
8.根据权利要求4所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述移动支架包括：
设于所述研磨盘上的第二固定杆；
设于所述第二固定杆上的第三固定杆，其中，所述第三固定杆上设有滑动轨道；及
设于所述滑动轨道上的移动部，其中，所述移动部沿所述研磨垫的径向方向作直线运动。
9.根据权利要求4所述的研磨垫修整系统，其特征在于，所述研磨垫修整系统还包括设于所述研磨垫上的研磨头。
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