CN118682665A - Pad表面粗糙度检测装置、修整器及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PAD表面粗糙度检测装置、修整器及抛光方法，属于晶圆抛光的技术领域，PAD表面粗糙度检测装置包括基座以及粗糙度传感器；所述基座内部中空；所述基座上开设有检测窗口；粗糙度传感器接在所述基座内部；所述粗糙度传感器的检测镜头通过所述检测窗口检测所述PAD表面的粗糙度。本发明提供的PAD表面粗糙度检测装置，通过基座将整体装置安装在指定位置，从而使PAD表面粗糙度传感器能够透过检测窗口实时检测PAD表面的粗糙度，以便能够实时并准确的判断PAD是否达到使用寿命，降低了判断误差。避免了PAD沟槽未充分磨光就判定废弃会造成的成本浪费和沟槽磨完还继续使用导致的严重影响晶圆抛光质量的问题。

Description

PAD表面粗糙度检测装置、修整器及抛光方法

技术领域

本发明属于晶圆抛光的技术领域，更具体地说，是涉及一种PAD表面粗糙度检测装置、修整器及抛光方法。

背景技术

CMP(Chemical Mechanical Polishing)设备是化学机械平坦化设备，主要应用于半导体制造领域，用于芯片制造过程中的平面化处理。目前CMP设备上针对PAD使用寿命的判定直接依靠人为眼观控制，此方法判断PAD的使用寿命误差较大。PAD表面沟槽的具有快速均匀抛光液，储存和释放抛光液的作用，从而保证晶圆的抛光质量。如果人为判断不准确，PAD沟槽未充分磨光就判定废弃会造成成本浪费，沟槽磨完还继续使用，表面不平整，会严重影响晶圆的抛光质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PAD表面粗糙度检测装置、修整器及抛光方法，旨在解决人工经验判断PAD的使用寿命误差较大的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明采用的技术方案是：提供一种PAD表面粗糙度检测装置，包括：

基座，内部中空；所述基座上开设有检测窗口；及

粗糙度传感器，连接在所述基座内部；所述粗糙度传感器的检测镜头通过所述检测窗口检测PAD表面的粗糙度。

在一种可能的实现方式中，所述基座上设置有用于安装所述粗糙度传感器的安装座，所述安装座设置在所述基座背离PAD的一侧。

在一种可能的实现方式中，所述检测窗口处设置有防溅板；所述防溅板用于关闭或者打开所述检测窗口。

在一种可能的实现方式中，还包括与所述防溅板连接的气缸，所述气缸用于控制所述防溅板打开或者关闭所述检测窗口。

在一种可能的实现方式中，所述基座内设置清洁气路，所述清洁气路的出气口朝向PAD。

在一种可能的实现方式中，所述基座内设置有清除气路，所述清除气路的出气口设置在所述基座内部。

第二方面，本发明采用的技术方案是：提供一种修整器，包括：

机台；

抛光机构，其连接在所述机台上；及

如第一方面所述的PAD表面粗糙度检测装置，所述PAD表面粗糙度检测装置设置在所述抛光机构上。

在一种可能的实现方式中，所述抛光机构包括：

驱动组件，连接在所述机台上；

摆臂组件，连接在所述驱动组件上；及

抛光组件，其连接在所述摆臂组件上；所述PAD表面粗糙度检测装置设置在所述摆臂组件上。

第三方面，本发明提供一种抛光方法，应用于如第二方面所述的修整器，包括以下步骤：

获取PAD表面的实时表面粗糙度信息；及

根据所述实时表面粗糙度信息判断PAD是否能够正常工作。

在一种可能的实现方式中，根据所述实时表面粗糙度信息判断PAD是否能够正常工作，包括：

将实时表面粗糙度信息与粗糙度阈值进行对比，判断PAD是否达到使用寿命；及

计算PAD表面粗糙度均匀度，并判断PAD是否达到使用寿命。

本发明提供的PAD表面粗糙度检测装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的PAD表面粗糙度检测装置，通过粗糙度传感器实时检测PAD的粗糙度，通过PAD表面的粗糙度判断其表面沟槽的深度，在检测到PAD表面的沟槽接近磨完时，判定PAD达到使用寿命。通过基座将整体装置安装在指定位置，从而使PAD表面粗糙度传感器能够透过检测窗口实时检测PAD表面的粗糙度，以便能够实时并准确的判断PAD是否达到使用寿命，降低了判断误差。避免了PAD沟槽未充分磨光就判定废弃会造成的成本浪费和沟槽磨完还继续使用导致的严重影响晶圆抛光质量的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的PAD表面粗糙度检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基座内部的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的修整器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的抛光方法的主要步骤示意图；

图5为本发明实施例提供的根据实时表面粗糙度信息判断PAD是否能够正常工作的主要步骤示意图。

附图标记说明：

1、基座；2、粗糙度检测传感器；3、安装座；4、清洁气路；5、清除气路；6、防溅板；7、气缸；8、机台；9、抛光机构；91、驱动组件；92、摆臂组件；93、抛光组件；10、PAD表面粗糙度检测装置。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1及图5，现对本发明提供的PAD表面粗糙度检测装置及修整器进行说明。

第一方面，本发明实施例提供的PAD表面粗糙度检测装置，包括基座1以及安装在基座1内部的粗糙度传感器。基座1的内部中空，在基座1的内部设有安装室。在安装室的侧壁上设有检测窗口。粗糙度传感器安装在安装室中，粗糙度传感器的检测镜头通过检测窗口实时检测PAD的避免粗糙度。

本发明提供的PAD表面粗糙度检测装置，与现有技术相比，通过粗糙度传感器实时检测PAD的粗糙度，通过PAD表面的粗糙度判断其表面沟槽的深度，在检测到PAD表面的沟槽接近磨完时，判定PAD达到使用寿命。通过基座1将整体装置安装在指定位置，从而使PAD表面粗糙度传感器能够透过检测窗口实时检测PAD表面的粗糙度，以便更够实时并准确的判断PAD是否达到使用寿命，降低了判断误差。避免了PAD沟槽未充分磨光就判定废弃会造成的成本浪费和沟槽磨完还继续使用导致的严重影响晶圆抛光质量的问题。

可选的，检测窗口和粗糙度传感器的检测镜头均设置在基座1靠近PAD的一侧。将检测窗口和粗糙度传感器的检测镜头设置在基座1靠近PAD的一侧，在对晶圆进行抛光加工的过程中，粗糙度传感器的检测镜头可通过检测窗口检测PAD表面沟槽的深度，以便获取PAD表面的粗糙度。

可选的，在基座1背离PAD的一侧设有安装座3。粗糙度传感器安装在安装座3上。粗糙度传感器上设有安装头，安装头与粗糙度传感器的检测镜头相背设置。安装头卡接在安装座3上。粗糙度传感器通过安装头和安装座3的结合，安装在基座1上。

可选的，在检测窗口的内壁上设有防溅板6。防溅板6与检测窗口滑动连接。防溅板6用于关闭或者打开检测窗口。在检测PAD表面粗糙度时，移动防溅板6的位置，打开检测窗口，使粗糙度传感器的检测镜头能够通过检测窗口检测PAD的表面粗糙度。在不需要检测PAD的表面粗糙度时，移动防溅板6的位置，使防溅板6关闭检测窗口，避免外机的水汽进入基座1的内部，保护粗糙度传感器。

可选的，本实施例提供的PAD表面粗糙度检测装置还包括气缸7，气缸7设置在防溅板6的一侧，气缸7的活塞杆与防溅板6连接，气缸7的底座连接在基座1上。在关闭检测窗口时，气缸7的活塞杆驱动防溅板6移动，将检测窗口封住。在打开检测窗口时，气缸7的活塞杆驱动防溅板6移动，将检测窗口打开。

可选的，本实施例提供的PAD表面粗糙度检测装置还包括气缸7，气缸7设置在防溅板6的一侧，气缸7的活塞杆与防溅板6连接，气缸7的底座连接在修整器上。在关闭检测窗口时，气缸7的活塞杆驱动防溅板6移动，将检测窗口封住。在打开检测窗口时，气缸7的活塞杆驱动防溅板6移动，将检测窗口打开。

可选的，在基座1内设有清洁气路4。清洁气路4与高压气源连接。清洁气路4的出气口朝向PAD。在检测PAD的粗糙度时，清洁气路4的出气口在高压气源的作用下喷射高速气流。高速气流用于吹散PAD表面上的水渍，避免PAD表面上的水渍干扰粗糙度传感器工作。清洁气路4与PAD表面呈一定的角度，从而使高速气流的中心与检测镜头的中心点区域重合。

清洁气路4可以是在基座1上开设有通道，通道的出口朝向PAD的表面，能够使高速气流吹到粗糙度传感器的检测区域。清洁气路4也可以是一根固定在基座1上的管道，管道的一端与高压气源连接，另一端为出气口，并朝向PAD，以便高速气流能吹到粗糙度传感器的检测区域。

可选的，在基座1内设有清除气路5。清除气路5与高压气源连接。清除气路5的出气口朝向防溅板6和粗糙度传感器的检测镜头之间。在检测PAD的粗糙度时，清洁气路4的出气口在高压气源的作用下喷射高速气流。高速气流用于在在检测镜头与防溅板6之间构造一个高压环境，在不进行检测时，避免外界水汽进入检测镜头与防溅板6之间。

清除气路5可以是在基座1上开设有通道，通道的出口设置在防溅板6和检测镜头之间，能够使高速气流吹到防溅板6和检测镜头之间。清除气路5也可以是一根固定在基座1上的管道，管道的一端与高压气源连接，管道的出口设置在防溅板6和检测镜头之间，能够使高速气流吹到防溅板6和检测镜头之间。

本实施例提供的PAD表面粗糙度检测装置首先通过安装座3固定好粗糙度传感器,然后整体安装到基座1上。在基座1上开有两路气道。其中一路为清洁气路4，因为粗糙度传感器是一个高精度测量传感器，大的水滴会对测量的PAD粗糙度值产生影响，清洁气路4通高压气体，专门在粗糙度传感器测量时清除PAD上的水渍。另一路气路为清除气路5。为了防止长时间工作后会有水汽进入基座1内部，因此在粗糙度传感器和防溅板6之间设置清除气路5，以保证粗糙度传感器与防溅板6之间为正压。非测量时，保证水汽不会进入。防溅板6与气缸7连接，共同保护粗糙度传感器的检测镜头。在测量时气缸7推动防溅板6，打开检测窗口，当非测量时气缸7推动防溅板6，关闭检测窗口，保护粗糙度传感器的检测镜头。

清洁气路4的出气口与PAD表面呈一定角度，保证出气的中心正好在粗糙度传感器的检测镜头的中心点区域，保证粗糙度传感器测量的PAD区域没有水渍干扰。粗糙度传感器的检测镜头与防溅板6之间有一定间距，清除气路5的出口对准粗糙度传感器的检测镜头与防溅板6之间的间隙，正压出气形成气密封，同时防溅板6中间开小孔，以便通过反射光源发出的光。

第二方面，本发明实施例还提供一种修整器。修整器包括：机台8、抛光机构9以及第一方面所述的PAD表面粗糙度检测装置。10抛光机构9安装在机台8上，PAD表面粗糙度检测装置安装在抛光机构9上。

可选的，抛光机构9包括安装在机台8上的驱动组件91、安装在驱动组件91上摆臂组件92以及安装在摆臂组件92上的抛光组件93。驱动组件91与抛光组件93也连接。驱动组件91一方面为摆臂组件92提供动力，驱动摆臂组件92摆动，另一方面为抛光组件93提供动力。PAD表面粗糙度检测装置安装在摆臂组件92上。

可选的，PAD表面粗糙度检测装置中的基座1安装在摆臂组件92上。

本实施例提供的修整器中的抛光组件93为Disk抛光机构9。驱动组件91提供两个动力源，第一个动力源是通过皮带传动带动Disk抛光机构9旋转，第二个动力源内部通过电机和减速机带动摆臂组件92实现在PAD表面往复摆动。驱动组件91同时提供一个气源，主要给Disk抛光机构9一个下压力压在PAD上，在DISK抛光机构9旋转和随摆臂机构往复摆动的情况，通过下压力对PAD抛光打磨。摆臂组件92主要是在驱动组件91提供动力的情况在PAD上往复摆动。PAD表面粗糙度检测装置，安装在摆臂组件92上，随摆臂组件92往复摆动的同时通过里面的粗糙度传感器对PAD表面粗糙进行实时检测。PAD为Disk抛光机构9打磨的实施对象和PAD表面粗糙度检测装置的检测对象。

第三方面，本实施例提供一种抛光方法，该抛光方法应用于如第二方面所述的修整器，包括以下步骤：

S1.获取PAD的实时表面粗糙度信息。及

S2.根据实时表面粗糙度信息判断PAD是否能够正常工作。

步骤S1中，通过修整器中的粗糙度传感器获取PAD的实时表面粗糙度信息。第二方面提供的修整器包括与粗糙度传感器通信连接的控制器和与控制器通信连接报警单元。粗糙度传感器将检测到的实时粗糙度信息发送给控制器。

步骤S2中，根据实时表面粗糙度信息判断PAD是否能够正常工作，具体包括：

S201.将实时表面粗糙度信息与粗糙度阈值进行对比，判断PAD是否达到使用寿命。

控制器接收实时粗糙度信息后，将实时粗糙度信息与粗糙度阈值进行对比。如果实时粗糙度信息小于粗糙度阈值，则判断PAD未达到使用寿命，进行下一步；如果试试粗糙度信息不小于粗糙度阈值，则判断PAD达到了使用寿命，PAD不能在继续工作，如果PAD继续工作，则会影响抛光质量。控制器控制报警单元报警，以提示工作人员需要更换PAD。需要说明的是，粗糙度阈值可以存储在控制器中，也可以存储在与控制器通信连接的存储器中，只需要控制器能够随时调取粗糙度阈值即可。

S202.计算PAD表面粗糙度均匀度，并判断PAD是否达到使用寿命。

控制器计算同一时间段接收的实时粗糙度信息之间的差值，获得PAD表面粗糙度均匀度。将PAD表面粗糙度均匀度与均匀度阈值进行对比。如果PAD表面粗糙度均匀度小于均匀度阈值，则判断PAD未达到使用寿命，进行下一步；如果PAD表面粗糙度均匀度不小于均匀度阈值，则判断PAD达到了使用寿命，PAD不能在继续工作，如果PAD继续工作，则会影响抛光质量。控制器控制报警单元报警，以提示工作人员需要更换PAD。需要说明的是，均匀度阈值可以存储在控制器中，也可以存储在与控制器通信连接的存储器中，只需要控制器能够随时调取均匀度阈值即可。

具体的工艺流程为，首先驱动组件91带动Disk抛光机构9一直旋转，抛光晶圆指令下达后，驱动组件91提供动力带动摆臂组件92在PAD上方往复摆动。DISK抛光机构9安装在摆臂组件92上，所以也会随摆臂组件92往复摆动，同时提供气源给Disk抛光机构9一个下压力，使DISK抛光机构9压在PAD上。此时DISK抛光机构9三个动作(旋转、往复摆动、下压至PAD)同时进行，形成一个对DISK抛光机构9对PAD抛光打磨的一个完整工艺过程。PAD表面粗糙度检测装置也安装在摆臂组件92上，在DISK抛光机构9对PAD抛光打磨的工艺进行时，也会随摆臂组件92往复摆动，对打磨过的PAD抛光垫不同区域的粗糙度进行收值检测。当抛光垫的沟槽打磨抛光的不同深度，PAD表面的粗糙度也会不同，当沟槽磨完之后，粗糙度也会呈一个定值，此时传输信号发出指令，判定此时需要更换新PAD。

随着晶圆的种类和成本上升，目前硅晶圆和钨晶圆的单片Wafer成本能达到万元以上，打磨晶圆的耗材(主要是PAD)和CMP设备的精度和稳定性要求也逐步提高以此保证晶圆打磨抛光合格，因此如何充分利用PAD已经保证晶圆抛光打磨的合格，成为CMP设备厂商中点研究的问题，本发明通过设计增加PAD表面粗糙度检测装置，实时通过检测PAD表面的粗糙度，以此检测出PAD沟槽的磨损深度，从而准确判定PAD的使用寿命，充分的利用整张PAD；同时通过对PAD表面粗糙度的实时检测，也可保证抛光过程中整张PAD各区域磨损的均匀性。当不同区域的粗糙度值相差过大时，则可判定此时PAD各区域磨损是不均匀的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.PAD表面粗糙度检测装置，其特征在于，包括：

基座(1)，内部中空；所述基座(1)上开设有检测窗口；及

粗糙度传感器，连接在所述基座(1)内部；所述粗糙度传感器的检测镜头通过所述检测窗口检测PAD表面的粗糙度。

2.如权利要求1所述的PAD表面粗糙度检测装置，其特征在于，所述基座(1)上设置有用于安装所述粗糙度传感器的安装座(3)，所述安装座(3)设置在所述基座(1)背离PAD的一侧。

3.如权利要求1所述的PAD表面粗糙度检测装置，其特征在于，所述检测窗口处设置有防溅板(6)；所述防溅板(6)用于关闭或者打开所述检测窗口。

4.如权利要求3所述的PAD表面粗糙度检测装置，其特征在于，还包括与所述防溅板(6)连接的气缸(7)，所述气缸(7)用于控制所述防溅板(6)打开或者关闭所述检测窗口。

5.如权利要求1所述的PAD表面粗糙度检测装置，其特征在于，所述基座(1)内设置清洁气路(4)，所述清洁气路(4)的出气口朝向PAD。

6.如权利要求1所述的PAD表面粗糙度检测装置，其特征在于，所述基座(1)内设置有清除气路(5)，所述清除气路(5)的出气口设置在所述基座(1)内部。

7.一种修整器，其特征在于，包括：

机台(8)；

抛光机构(9)，其连接在所述机台(8)上；及

如权利要求1至6任一项所述的PAD表面粗糙度检测装置，所述PAD表面粗糙度检测装置(10)设置在所述抛光机构(9)上。

8.如权利要求7所述的PAD表面粗糙度检测装置，其特征在于，所述抛光机构(9)包括：

驱动组件(91)，连接在所述机台(8)上；

摆臂组件(92)，连接在所述驱动组件(91)上；及

抛光组件(93)，其连接在所述摆臂组件(92)上；所述PAD表面粗糙度检测装置(10)设置在所述摆臂组件(92)上。

9.一种抛光方法，应用于如权利要求8或9所述的修整器，其特征在于，包括以下步骤：

获取PAD表面的实时表面粗糙度信息；及

根据所述实时表面粗糙度信息判断PAD是否能够正常工作。

10.如权利要求9所述的抛光方法，其特征在于，根据所述实时表面粗糙度信息判断PAD是否能够正常工作，包括：

将实时表面粗糙度信息与粗糙度阈值进行对比，判断PAD是否达到使用寿命；及

计算PAD表面粗糙度均匀度，并判断PAD是否达到使用寿命。