[發(fā)明專利]一種用于CMP拋光頭多腔室的壓力控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110002122.0
• 申請日: 2011-01-06
• 公開（公告）號: CN102133731A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張輝;門延武;王同慶;路新春;葉佩青
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00;B24B51/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備中的氣壓控制系統(tǒng)，特別涉及一種用于化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical?Mechanical?Polishing，CMP)拋光頭的正壓與負(fù)壓控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)前，CMP是半導(dǎo)體制造工藝中晶圓全局平坦化最有效的技術(shù)。在CMP拋銅領(lǐng)域中，拋光頭夾持硅片將待拋銅層表面壓向旋轉(zhuǎn)的拋光盤，通過拋光盤上的拋光墊摩擦以及拋光液腐蝕實(shí)現(xiàn)有效快速的銅層移除。其中，拋光頭可以通過控制硅片背面各環(huán)形區(qū)腔室壓力實(shí)現(xiàn)對硅片拋光壓力的全局動態(tài)調(diào)節(jié)。

拋光頭內(nèi)部腔室等效于多個密閉腔室，可膨脹與收縮，腔室之間可互相擠壓或者無擠壓。腔室之間的耦合主要有三種情況：一種是體積耦合，即各腔室之間的擠壓或收縮引發(fā)腔室容積的變化；一種是氣源輸入耦合，各腔室同時加壓時引發(fā)氣源瞬間供氣壓力波動；最后一種是真空輸出耦合，多腔室同時真空動作時，某一腔室真空的變化(比如漏氣)引發(fā)別腔室真空度變化。對于體積耦合的情況通常解決的辦法是改變結(jié)構(gòu)設(shè)計或軟件補(bǔ)償?shù)绒k法；而氣源輸入耦合以及真空輸出耦合卻可以通過改變氣路控制結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)現(xiàn)。

此外，該控制系統(tǒng)中的壓力傳感單元用于采集腔室的實(shí)時壓力，隨后反饋至控制系統(tǒng)構(gòu)成全閉環(huán)控制。然而受到結(jié)構(gòu)的限制，該傳感單元的安裝位置常常不能放置于拋光頭腔室內(nèi)部，而是安放于氣壓控制系統(tǒng)出口處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于CMP拋光頭的壓力控制系統(tǒng)。其特征在于含有：

作為壓力源的氣源、控制閥組、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路以及CPU，其中：

壓力傳感器共有N個，N≥1，分別采集遠(yuǎn)端拋光頭中同樣的N個腔室壓力，把采集到的各腔室壓力通過一個具有同樣N個通道的A/D轉(zhuǎn)換電路輸入到CPU中，其中所述的N個壓力傳感器與化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)設(shè)備上的所述N個腔室的旋轉(zhuǎn)接頭相連，

控制閥組，共有N條支路，每一支路對應(yīng)連接著所述的一個腔室，所述每條支路的輸入端與壓力源相連，每條支路的輸出端與對應(yīng)于該條支路的所述腔室的輸入端相連，每條支路由正壓通道、負(fù)壓通道和一個雙向過濾器組成，其中：

正壓通道，由依次串聯(lián)的減壓閥、正壓氣囊、電控比例閥以及正負(fù)壓開關(guān)閥組構(gòu)成，所述減壓閥的輸入端與所述壓力源的輸出端相連，其中所有支路的正壓通道共用同一個減壓閥以及同一個正壓氣囊，

負(fù)壓通道，由依次串聯(lián)的常開狀態(tài)的真空開關(guān)閥、真空發(fā)生器、負(fù)壓氣囊、真空調(diào)壓閥以及與所述正壓通道共用的正負(fù)壓開關(guān)閥組構(gòu)成，所述真空開關(guān)閥的輸入端與所述的壓力源的輸出端相連，其中所有支路的負(fù)壓通道共用同一個真空開關(guān)閥、真空發(fā)生器以及同一個負(fù)壓氣囊，

所述的正負(fù)壓開關(guān)閥組的輸出端與一個雙向過濾器的輸入端相連，該雙向過濾器的輸出端與對應(yīng)的一條支路上的所述腔室相連，

所述的正負(fù)壓開關(guān)閥組是由一個三位三通閥，或兩個相互并聯(lián)的兩通閥，或相互串聯(lián)的一個兩位三通閥和一個兩通閥組成，

CPU，為每一個所述腔室設(shè)定一個腔室壓力值，同時，設(shè)定一個差壓信號輸出端向所述正壓通道中的電控比例閥輸出所述設(shè)定腔室壓力與實(shí)測腔室壓力的差值，差值大于零，表示對所述腔室繼續(xù)加壓，差值小于零，表示對所述腔室減壓，還設(shè)有：切換控制信號輸出端同時與所述負(fù)壓通道的真空開關(guān)閥的抓片啟動控制信號輸入端以及與所述的正負(fù)壓開關(guān)閥組的按所需運(yùn)行狀態(tài)切換控制信號輸入端相連，在啟動抓片過程與腔室壓力調(diào)控過程間進(jìn)行切換，所述差壓輸出端輸出的差壓信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路后輸出到所述正壓通道中電控比例閥的控制信號輸入端，調(diào)控后的氣壓在所述切換控制信號控制下經(jīng)由所述正負(fù)壓開關(guān)閥組、雙向過濾器后送往對應(yīng)的腔室；所述抓片啟動控制信號打開所述負(fù)壓通道的真空開關(guān)閥輸出，通過真空調(diào)壓閥調(diào)壓后經(jīng)所述雙向過濾器送往對應(yīng)的腔室，在斷電狀態(tài)下，所述的正負(fù)壓開關(guān)閥組切向負(fù)壓通道。

本發(fā)明的一種用于CMP拋光頭多腔室的壓力控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

1、系統(tǒng)能夠避免由于系統(tǒng)意外斷電時真空泄露致使硅片脫落。

2、有效的克服氣源輸入耦合以及真空輸出耦合的影響。

3、有效改進(jìn)由于傳感單元安放位置所帶來的傳感精度誤差。

4、由于正壓氣囊以及負(fù)壓氣囊的添加，不僅消除了耦合的影響，而且更為重要的是節(jié)省成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明拋光頭多腔室壓力控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，L1，L2，...Ln表示通往腔室的每條支路；DO表示CPU輸出的數(shù)字量輸出信號；