一种化学机械研磨垫磨损的检测装置及工作方法与流程

本发明涉及化学机械的研磨垫磨损的技术领域，尤其涉及一种化学机械研磨垫磨损的检测装置及工作方法的技术领域。

背景技术：

在目前的晶圆化学机械研磨机台中，没有对研磨垫的磨损进行监控的装置，主要依靠人工目检发现磨损，以及通过统一的使用寿命来提醒更换研磨垫。人工目检主观性较强，不够准确也不易标准化。统一的寿命控制常常导致个别机台研磨垫磨损严重而仍在使用。研磨垫的严重磨损会造成研磨垫上部分区域沟槽变浅，对研磨液传输能力变弱，使研磨液分布不均匀，从而导致晶圆的平整度降低，进而影响良率。因此需要一种装置和方法能实时检测研磨垫的磨损状况。而目前并没有自动检测的装置，主要依靠控制研磨垫的使用寿命和人工检测来防止研磨垫磨平。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明的目的是提供一种化学机械研磨垫磨损的检测装置及工作方法；由于化学机械研磨的研磨垫上通常都布满若干环形沟槽，沟槽起到运输研磨液的作用，研磨垫的磨损会使沟槽变浅甚至消失；而目前只是通过人工检测磨损状况，需要暂停机台生产而且无法随时监控。本发明的检测装置利用沟槽变浅时研磨垫厚度变薄对透射光强的影响来监测磨损状况。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种化学机械研磨垫磨损的检测装置，其特征在于，包括：

激光光源，所述激光光源设置于研磨盘内，所述激光光源上面覆盖有透明玻璃窗口；

检测装置，所述检测装置安装于修整器的连接杆上；所述检测装置包括光线接收器、研磨垫监测器和监测器外壳；所述监测器外壳为开口朝下的盖体，所述盖体的内壁的上端面设有所述光线接收器，所述光线接收器连接有所述研磨垫监测器。

上述一种化学机械研磨垫磨损的检测装置，其中，所述修整器包括连接杆、修整装置和转轴；所述连接杆的一端连接所述修整装置，所述连接杆的另一端连接所述转轴；所述修整装置和所述连接杆均位于所述研磨垫的上方；所述连接杆的下端面通过一连接部连接所述监测器外壳的上端面。

上述一种化学机械研磨垫磨损的检测装置，其中，所述研磨垫为透光材料制成，所述研磨垫为圆盘状，所述研磨垫的上端面设有若干圈圆形的沟槽，每一所述沟槽的圆心为所述研磨垫的圆心，并且每一所述沟槽的半径均不同。

上述一种化学机械研磨垫磨损的检测装置，其中，所述研磨垫设置于所述研磨盘的上端面。

一种化学机械研磨垫磨损的检测装置的工作方法，其中，包括上述一种化学机械研磨垫磨损的检测装置，所述工作方法包括：

步骤一、所述修整器移动，所述检测装置随之移动，当所述检测装置的所述监测器外壳盖住所述激光光源射出并经过所述研磨垫透射的光线时，所述检测装置经步骤二至步骤三判断所述研磨垫的磨损状况；

步骤二、所述光线接收器为一种光电接收器，所述光线接收器接收经过所述研磨垫透射的光线，并且将光能转化为电能；由于所述光线接收器产生的电流与其被照射的光强成正比，光强越强，产生的电流越大；所述光线接收器连接所述研磨垫监测器，所述研磨垫监测器将电流值换算为透射光强值；

步骤三、所述研磨垫监测器将透射光强值代入如下公式得到所述研磨垫的磨损后的厚度hb＝ha﹡log(i0/ib)/log(i0/ia)；

ha为所述磨损垫未磨损前的厚度；

i0为入射光强；

ia为所述磨损垫未磨损前的透射光强；

ib为所述磨损垫磨损后的透射光强。

步骤四、所述修整器持续移动直至所述检测装置的所述研磨垫监测器得到的hb值达到预设值，所述修整器停止工作，所述研磨垫监测器报警。

用以上技术方案，能够达到如下有益效果：

1、本发明使用光学方法实现了自动实时检测研磨垫的磨损状况，大大降低了因此造成的不良品率；

2、本发明避免了人工停机检测的麻烦和不够标准，提高了检测效率和机台利用率；此外本发明还使得对研磨垫的使用充分，避免了耗材的浪费。

3、本发明的检测装置设置在修整器上，而每一片晶圆研磨的过程中，修整器会研磨垫上来回移动多次，这样就可以实现在研磨作业的同时或者间隙实时监控研磨垫的磨损状况。

附图说明

图1是本发明的一种化学机械研磨垫磨损的检测装置的示意图；

图2是本发明的一种化学机械研磨垫磨损的研磨垫的的示意图。

附图中：1、激光光源；11、透明玻璃窗口；2、研磨盘；3、研磨垫；31、沟槽；4、检测装置；41、光线接收器；42、研磨垫监测器；43、监测器外壳；5、修整器；51、修整装置；52、连接杆；53、连接部；54、转轴。6、光线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1是本发明的一种化学机械研磨垫磨损的检测装置的示意图。图2是本发明的一种化学机械研磨垫磨损的研磨垫的的示意图。

请参见图1至图2所示，在一种较佳的实施例中，一种化学机械研磨垫磨损的检测装置，其中，包括：

激光光源1，激光光源1设置于研磨盘2内，激光光源1上面覆盖有透明玻璃窗口11。

检测装置4，检测装置4安装于修整器5，并且研磨垫3位于检测装置4的下方；检测装置4包括光线接收器41、研磨垫监测器42和监测器外壳43；监测器外壳43为开口朝下的盖体，盖体的内壁的上端面设有光线接收器41，光线接收器41连接有研磨垫监测器42。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

进一步，在一种较佳实施例中，修整器5包括连接杆52、修整装置51和转轴54；连接杆52的一端连接修整装置51，连接杆52的另一端连接转轴54；修整装置51和连接杆52均位于研磨垫3的上方；连接杆52的下端面通过一连接部53连接监测器外壳43的上端面。

进一步，在一种较佳实施例中，研磨垫3为透光材料制成，研磨垫3为圆盘状，研磨垫3的上端面设有若干圈圆形的沟槽31，每一沟槽31的圆心为研磨垫的圆心，并且每一沟槽31的半径均不同。

进一步，在一种较佳实施例中，研磨垫3设置于研磨盘2的上端面。

本发明除上述实施例外，还具有如下的一种化学机械研磨垫磨损的检测装置的工作方法，请参加图1至图2所示，该工作方法包括：

步骤一、修整器5移动，检测装置4随之移动，当检测装置4的监测器外壳43盖住激光光源1射出并经过研磨垫3透射的光线6时，检测装置4经步骤二至步骤三判断研磨垫3的磨损状况；

步骤二、光线接收器41为一种光电接收器，光线接收器41接收经过研磨垫3透射的光线6，并且将光能转化为电能；由于光线接收器41产生的电流与其被照射的光强成正比，光强越强，产生的电流越大；光线接收器41连接研磨垫监测器42，研磨垫监测器42将电流值换算为透射光强值。

同时，研磨垫3的大部分面积为非沟槽处，磨损后非沟槽处厚度变薄，透射光强必然变大，则接收器产生更大电流。

步骤三、研磨垫监测器42将透射光强值(ib)代入如下公式得到研磨垫3的磨损后的厚度hb＝ha﹡log(i0/ib)/log(i0/ia)；

ha为磨损垫未磨损前的厚度；

i0为入射光强；

ia为磨损垫未磨损前的透射光强；

ib为磨损垫磨损后的透射光强。

hb＝ha﹡log(i0/ib)/log(i0/ia)的公式推导过程如下：

首先：a＝log(i0/i1)；(1)

i0为入射光强，i1为透射光强；

同时根据lambert-beer定律，可知a＝ech；(2)

e为由材料决定的吸光系数，c为密度或浓度，h为透射样品的厚度

联立公式(1)(2)可得，a＝log(i0/i1)＝ech；(3)

假设透明玻璃窗口11位置上研磨垫3厚度从原来的ha磨损变薄至hb，入射光i0光强不变，透射光强从ia变强到ib。由于ec固定，则log(i0/ia)/ha＝log(i0/ib)/hb→hb＝ha﹡log(i0/ib)/log(i0/ia)。

步骤四、修整器5持续移动直至检测装置4的研磨垫监测器42得到的hb值达到预设值，修整器5停止工作，研磨垫监测器42报警。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。