研磨垫修整器及化学机械研磨装置的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种研磨垫修整器及化学机械研磨装置。

背景技术：

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是一个通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用的工艺。研磨过程中研磨头施加一定的压力在晶圆背面使晶圆正面紧贴研磨垫。同时，研磨头带动晶圆和研磨垫同方向旋转，使晶圆正面与研磨垫产生机械摩擦。在研磨过程中，通过一系列复杂的机械和化学作用去除晶圆表面的一层薄膜，从而达到晶圆平坦化的目的。

但是随着化学机械研磨过程的不断进行，研磨垫的物理及化学性能会发生变化，表现为研磨垫表面产生残余物质，微孔的体积缩小、数量减少，表面粗糙度降低，表面发生分子重组现象，形成一定厚度的釉化层，导致研磨速率和研磨质量的降低。因此，必须对研磨垫进行适当的修整，磨蚀该研磨垫的表面并开孔，且在研磨垫的表面上创建微凸物，即以物理方式穿透该研磨垫表面的多孔层。

典型的修整器一般是金刚石修整器，包括基底以及固结在基底研磨面上的金刚石颗粒，在进行修整时研磨面与研磨垫表面平行。在利用修整器对研磨垫进行修整的过程中，修整器同时作转动及往复平移运动，且修整器以一定压力压在研磨垫表面，使得金刚石研磨颗粒与研磨垫表面接触并对研磨垫进行切削，从而实现对研磨垫表面的研磨修整，使得研磨垫表面得到所需的粗糙度。

但是，由于在化学机械研磨过程中，为了实现对研磨垫的实时修整，修整器与研磨头在研磨垫所在平面内的平移运动是同向的。而修整器的平移运动是由一驱动马达带动，当驱动马达出现异常时，修整器的移动路径或移动速度会与原设定路径或设定速度发生偏移，从而可能会发生与研磨头的碰撞。当修整器与研磨头发生碰撞时，会有异物掉落于研磨垫或研磨头上，从而极易对晶圆造成刮伤，设置导致晶圆的报废。

因此，如何防止研磨头与修整器发生碰撞，从而避免晶圆刮伤甚至报废，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种研磨垫修整器及化学机械研磨装置，用以解决现有技术中的研磨垫修整器易于研磨头发生碰撞的技术问题，从而避免晶圆刮伤甚至报废。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种研磨垫修整器，包括修整头，所述修整头中安装有相互连接的传感器和控制器，所述传感器用于检测所述修整头与研磨头之间的距离并传输至所述控制器；所述控制器中存储有一预设距离，用于在所述修整头与所述研磨头之间的距离小于所述预设距离时，改变所述修整头的运动状态，以避免所述修整头与所述研磨头发生碰撞。

优选的，所述传感器为超声波测距传感器。

优选的，所述研磨垫修整器还包括第一驱动器，用于驱动所述修整头按照第一预设路径进行运动；且所述第一驱动器连接所述控制器，所述控制器在所述修整头与所述研磨头之间的距离小于所述预设距离时向所述第一驱动器发送控制信号，以改变所述修整头的运动状态。

优选的，改变所述修整头的运动状态包括驱动所述修整头按照第二预设路径进行运动或者驱动所述修整头停止运动。

优选的，所述第二预设路径与所述第一预设路径的运动方向相反。

优选的，所述控制器与用于驱动所述研磨头运动的第二驱动器连接；所述第二驱动器用于驱动所述研磨头按照第三预设路径进行运动，且所述控制器在所述修整头与所述研磨头之间的距离小于所述预设距离时向所述第二驱动器发送控制信号，改变所述研磨头的运动状态。

优选的，改变所述研磨头的运动状态包括驱动所述研磨头按照第四预设路径进行运动或者驱动所述研磨头停止运动。

优选的，所述传感器包括多个子传感器，多个所述子传感器环绕所述修整头的轴向设置、且均与所述控制器连接。

优选的，所述研磨垫修整器还包括报警器，所述报警器连接所述控制器，用于在所述修整头与所述研磨头之间的距离小于所述预设距离时发出报警信号。

为解决上述问题，本实用新型还提供了一种化学机械研磨装置，包括上述任一项所述的研磨垫修整器。

本实用新型提供的研磨垫修整器及化学机械研磨装置，通过在研磨垫修整器的修整头中设置相互连接的传感器和控制器，通过传感器实时检测修整头与研磨头之间的距离，并在修整头与研磨头之间的距离小于预设距离时，通过控制器改变研磨头的运动状态，从而有效的防止修整头与研磨头发生碰撞，避免了因碰撞导致的异物掉落对晶圆的损伤。

附图说明

附图1是本实用新型第一具体实施方式中研磨垫修整器的结构示意图；

附图2是本实用新型第一具体实施方式中研磨垫修整器的俯视结构示意图；

附图3是本实用新型第一具体实施方式中传感器与控制器的连接关系图；

附图4是本实用新型第二具体实施方式中研磨垫修整器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的研磨垫修整器及化学机械研磨装置的具体实施方式做详细说明。

第一具体实施方式

本具体实施方式提供了一种研磨垫修整器，附图1是本实用新型第一具体实施方式中研磨垫修整器的结构示意图，附图2是本实用新型第一具体实施方式中研磨垫修整器的俯视结构示意图。

如图1、2所示，本具体实施方式提供的研磨垫修整器，包括修整头11，所述修整头11中安装有相互连接的传感器111和控制器112，所述传感器111用于检测所述修整头11与研磨头22之间的距离并传输至所述控制器112；所述控制器112中存储有一预设距离，用于在所述修整头11与所述研磨头22之间的距离小于所述预设距离时，改变所述修整头11的运动状态，以避免所述修整头11与所述研磨头22发生碰撞。由于在化学机械研磨的过程中，所述修整头11在所述研磨垫21所在平面内的运动轨迹、运动速度是按照预先设定好的预定轨迹、预定速度进行的，因此，本具体实施方式中所谓改变所述修整头11的运动状态，是指使得所述修整头11不再按照其原定的运动轨迹进行运动。所述预设距离是用于判断所述修整头11与所述研磨头22是否会发生碰撞的距离，具体来说：当所述修整头11与所述研磨头22之间的距离大于所述预设距离时，则认为所述修整头11与所述研磨头22不会发生碰撞，所述修整头11继续以其预定轨迹进行运动，保持其原运动状态；当所述修整头11与所述研磨头22之间的距离小于所述预设距离时，则认为所述修整头11与所述研磨头22会发生碰撞，所述修整头11改变其运动状态，即使得所述修整头11不再按照其预定轨迹进行运动。其中，所述预设距离可以是研磨垫修整器的生产商预先设置好并存储于所述控制器112中的，也可以是用户根据自己的需要设置的。为了简化用户的操作步骤，优选的，所述预设距离是所述研磨垫修整器的生产商预先存储于所述控制器112中的，且所述预设距离包括多个距离值，用户可以根据自己的需要选择合适的距离值。采用本具体实施方式提供的研磨垫修整器，当检测到的所述修整头11与所述研磨头22之间的距离小于预设距离时，自动改变所述修整头11的运动状态，避免与所述研磨头22发生碰撞。

在本具体实施方式中，所述传感器111的类型，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如超声波测距传感器或红外测距传感器等，本具体实施方式对此不作限定。由于红外测距传感器受环境光线的影响较大，为了提高测距的准确性，优选的，所述传感器111为超声波测距传感器。具体来说，在化学机械研磨的过程中，所述传感器111实时向所述研磨头22发射超声波信号，并接收经所述研磨头反射的超声波信号，通过对发射的超声波信号、经反射的超声波信号进行计算、分析，从而可以获得所述修整头11与所述研磨头22之间的距离并传输至所述控制器112，以进一步判断所述修整头11与所述研磨头22之间的距离是否在安全距离内。

为了简化所述研磨垫修整器内部的电路结构，同时有效的实现对所述修整头运动状态的改变，优选的，所述研磨垫修整器还包括第一驱动器12，用于驱动所述修整头11按照第一预设路径进行运动；且所述第一驱动器12连接所述控制器112，所述控制器112在所述修整头11与所述研磨头22之间的距离小于所述预设距离时向所述第一驱动器12发送控制信号，以改变所述修整头11的运动状态。其中，所述第一驱动器12可以为一驱动马达。

为了更加有效的防止所述修整头与所述研磨头之间的碰撞发生，优选的，改变所述修整头11的运动状态包括驱动所述修整头11按照第二预设路径进行运动或者驱动所述修整头11停止运动。其中，所述第一预设路径与所述第二预设路径为不同的运动路径。更优选的，所述第二预设路径与所述第一预设路径的运动方向相反。例如：当所述第一驱动器为驱动马达时，所述修整头11沿所述第一运动路径运动时，所述驱动马达沿顺时针方向转动；所述修整头11沿所述第二运动路径运动时，所述驱动马达沿逆时针方向转动。

附图3是本实用新型第一具体实施方式中传感器与控制器的连接关系图。为了避免所述传感器的检测出现盲区，实现对所述修整头周边多角度的检测，优选的，如图3所示，所述传感器111包括多个子传感器1111，多个所述子传感器1111环绕所述修整头11的轴向设置、且均与所述控制器112连接。更有选的，多个所述子传感器1111均为超声波测距传感器。

为了让用户及时知晓化学机械研磨的状态，且在所述修整头的运动状态发生改变时及时采取措施，优选的，所述研磨垫修整器还包括报警器113，所述报警器113连接所述控制器112，用于在所述修整头11与所述研磨头22之间的距离小于所述预设距离时发出报警信号。更优选的，所述报警器113包括发光二极管和/或蜂鸣器。所述报警信号为所述发光二极管闪烁预定次数和/或所述蜂鸣器发出一预设时间的警报。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种化学机械研磨装置，包括上述任一项所述的研磨垫修整器。

本具体实施方式提供的研磨垫修整器及化学机械研磨装置，通过在研磨垫修整器的修整头中设置相互连接的传感器和控制器，通过传感器实时检测修整头与研磨头之间的距离，并在修整头与研磨头之间的距离小于预设距离时，通过控制器改变研磨头的运动状态，从而有效的防止修整头与研磨头发生碰撞，避免了因碰撞导致的异物掉落对晶圆的损伤。

第二具体实施方式

本具体实施方式提供了一种研磨垫修整器及化学机械研磨装置，附图4是本实用新型第二具体实施方式中研磨垫修整器的结构示意图。对于与第一具体实施方式相同之处，本具体实施方式不再赘述，以下主要叙述与第一具体实施方式的不同之处。

如图4所示，在本具体实施方式的研磨垫修整器45中，所述控制器412与用于驱动所述研磨头44运动的第二驱动器43连接；所述第二驱动器43用于驱动所述研磨头44按照第三预设路径进行运动，且所述控制器412在所述修整头41与所述研磨头44之间的距离小于所述预设距离时向所述第二驱动器43发送控制信号，改变所述研磨头44的运动状态。即在本具体实施方式中，当传感器411检测到的所述修整头41与所述研磨头44之间的距离小于所述预设距离时，所述控制器412不仅会改变所述修整头41的运动状态，还会通过所述第二驱动器43改变所述研磨头44的运动状态。通过两者运动状态的同时改变，能够更加有效的避免所述修整头41与所述研磨头44之间发生碰撞。其中，所述第二驱动器43也可以为一驱动马达。优选的，改变所述研磨头的运动状态包括驱动所述研磨头44按照第四预设路径进行运动或者驱动所述研磨头44停止运动。其中，所述第三预设路径与所述第四预设路径为不同的运动路径。更优选的，所述第四预设路径与所述第三预设路径的运动方向相反。例如：当所述第二驱动器43为驱动马达时，所述修整头41沿所述第一运动路径运动时，所述驱动马达沿顺时针方向转动；所述修整头41沿所述第二运动路径运动时，所述驱动马达沿逆时针方向转动。

在本具体实施方式中，由于在检测到所述修整头41与所述研磨头44之间的距离小于所述预设距离时，会改变所述研磨头44的运动状态，而晶圆固定于所述研磨头44上，因此，为了避免对晶圆造成损伤，为了让用户及时知晓化学机械研磨的状态，且在所述修整头、研磨头的运动状态发生改变时及时采取措施，优选的，所述研磨垫修整器还包括报警器412，所述报警器413连接所述控制器412，用于在所述修整头41与所述研磨头44之间的距离小于所述预设距离值时发出报警信号。更优选的，所述报警器413包括发光二极管和/或蜂鸣器。所述报警信号为所述发光二极管闪烁预定次数和/或所述蜂鸣器发出一预设时间的警报。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。