防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置、方法及研磨设备与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种可防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置、方法及使用该装置的研磨设备。

背景技术：

在使用研磨设备对半导体硅片进行化学机械研磨(CMP)的过程中，研磨头及研磨垫修整器都在其特定的运动轨迹上移动，在正常的状况下，两者不会发生接触或碰撞。但当研磨机台发生程式错误或两者在运行轨迹上发生偏移的时候，研磨头与研磨垫修整器两者就有可能发生接触或碰撞。

如果研磨头与研磨垫修整器两者发生接触，研磨头或研磨垫修整器上的颗粒或碎片就有可能掉落在研磨垫上，造成硅片的刮伤；而如果两者发生碰撞的时候，就有可能造成研磨头或研磨垫修整器的损坏。

无论发生接触或碰撞，设备工程师都需要对研磨垫、研磨垫整理器以及研磨头进行更换，以致造成产品质量及耗材的损失。

针对上述情况，现有的化学机械研磨设备已设置了研磨头及研磨垫修整器之间距离的最大极限位置。一旦超过两者在同时运动时相互距离的极限位置时，就会发出警报。

这种方式虽然可以大量减少研磨头与研磨垫修整器两者相撞的几率，但实际上，当机台发出该类警报的时候，研磨头与研磨垫修整器一般已经发生相撞。

因此，本发明希望通过提供进一步的改进，以实现在研磨头与研磨垫修整器发生相撞之前，就能够防止两者的相撞。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置、方法及研磨设备。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置，包括：

第一、第二磁场发生器，分别设于研磨头及研磨垫修整器内部；

高斯计，设于研磨垫修整器上；

信号处理反馈系统，连接高斯计和第二磁场发生器；

其中，在所述研磨头与研磨垫修整器按设定的运动轨迹移动时，通过所述第一磁场发生器持续产生磁场，通过信号处理反馈系统监测高斯计不断切割磁感应线产生的磁感应电流强度，并当该磁感应电流强度超出阈值时触发警报，以使研磨头立刻停止运动，并使第二磁场发生器开始产生逆向磁场，以促使研磨垫修整器反向运动，从而防止研磨头与研磨垫修整器相撞。

优选地，还包括一第一电源，其连接第二磁场发生器和信号处理反馈系统，所述信号处理反馈系统通过启动第一电源开始工作，使第二磁场发生器产生逆向磁场。

优选地，所述第一、第二磁场发生器分别设有环形线圈，所述环形线圈分别封装在研磨头及研磨垫修整器的侧壁内部，所述第二磁场发生器设有的环形线圈与第一电源形成回路。

优选地，还包括一第二电源，其与第一磁场发生器设有的环形线圈形成回路。

优选地，所述第二电源连接信号处理反馈系统。

优选地，所述高斯计安装在研磨垫修整器的顶部中心位置。

本发明还提供了一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的方法，使用上述的防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置，包括以下步骤：

步骤S01：设定研磨头与研磨垫修整器的运动轨迹，打开研磨头设置的第一磁场发生器，使其持续产生磁场，同时，打开研磨垫修整器设置的高斯计，开始研磨；

步骤S02：通过信号处理反馈系统监测高斯计不断切割第一磁场发生器磁场的磁感应线产生的磁感应电流强度，并与信号处理反馈系统设定的阈值对比；

步骤S03：当信号处理反馈系统监测到的磁感应电流强度高于设定的阈值时，触发警报，以使研磨头立刻停止运动，同时，通过信号处理反馈系统将第二磁场发生器打开，使其开始产生逆向磁场，以促使研磨垫修整器反向运动，从而防止研磨头与研磨垫修整器相撞。

优选地，在信号处理反馈系统中预存研磨头和研磨垫修整器之间距离与磁感应电流强度之间的关系曲线，并设定一最小临界距离，以该最小临界距离所对应的磁感应电流强度为阈值，通过监测磁感应电流强度的变化来反映研磨头与研磨垫修整器之间的距离远近，并在监测到的磁感应电流强度高于阈值时触发警报，以使研磨头立刻停止运动以及使第二磁场发生器开始产生逆向磁场，从而使研磨头与研磨垫修整器保持安全的距离。

本发明还提供了一种研磨设备，所述研磨设备设有研磨头及研磨垫修整器，并设有上述的防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置。

优选地，所述研磨设备设有警报系统，所述警报系统受防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置的信号处理反馈系统触发时产生警报，并使研磨设备停机。

从上述技术方案可以看出，本发明通过分别将两个磁场发生器封装到研磨头及研磨垫修整器内部，同时将高斯计安装在研磨垫修整器上，并通过高斯计监测到的磁场强度变化来判断研磨头与研磨垫修整器之间的距离，当磁场强度高于设定的临界值(即研磨头与研磨垫修整器之间的距离小于临界距离)时，可使研磨头立刻停止位移，同时研磨垫修整器内置磁场开始工作，产生与研磨头相斥的磁场，使研磨垫修整器开始反向运动，从而有效防止了研磨头与研磨垫修整器相撞的事故。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置结构示意图；

图2是图1中A部的结构放大示意图；

图3是磁感应电流强度的监测示意图；

图4是一种研磨头与研磨垫修整器距离与磁感应电流强度的关系图；

图5是研磨垫修整器内置磁场的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1-图2，图1是本发明一较佳实施例的一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置结构示意图，图2是图1中A部的结构放大示意图。如图1-图2所示，本发明首先提供了一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置，该装置至少包括封装在研磨头1内部的第一磁场发生器4，封装在研磨垫修整器2内部的第二磁场发生器4’，安装在研磨垫修整器2上的高斯计5，以及一个分别连接高斯计5和第二磁场发生器4’的信号处理反馈系统10。

请参阅图3，图3是磁感应电流强度的监测示意图。如图3所示，在进行研磨时，所述研磨头1与研磨垫修整器2在研磨垫3上将分别按照设定的运动轨迹11、11’(请参考图1)移动，在正常的状况下，两者不会发生接触或碰撞，并具有足够的相对距离。通过在研磨头内部封装第一磁场发生器，形成研磨头的内置磁场，其产生的磁力线的方向如图3所示。将所述第一磁场发生器打开，即可使得研磨头的内置磁场保持常开状态。此时，置于研磨垫修整器上的高斯计通过跟随研磨垫修整器移动，即可在上述磁场中作切割磁感应线的运动，将磁感应强度转化为感应电流，从而可得到图4所示的研磨头与研磨垫修整器距离与磁感应电流强度的关系曲线图。

从图4中可以看出，当研磨垫修整器与研磨头越近时，感应电流就越强。所以本发明可通过设置一个安全距离(即最小临界距离)，在信号处理反馈系统中设置一个与该安全距离对应的磁感应电流作为极限磁感应电流强度(即阈值)，并通过信号处理反馈系统来监测高斯计不断切割磁感应线产生的磁感应电流强度。

当高斯计中磁感应电流强度大于上述这个极限磁感应电流强度值(如图示箭头所指)时(即磁感应电流强度超出阈值时)，意味着研磨头与研磨垫修整器之间的距离已小于正常的最小相对距离。这说明研磨头与研磨垫修整器已偏离设定的运动轨迹而处于异常状态，这时就极可能发生接触或碰撞。

此时，信号处理反馈系统即触发警报，从而使研磨头被控制立刻停止运动。这种控制可来自研磨头所属研磨设备的控制系统。

请参阅图5。通过在研磨垫修整器内部封装的第二磁场发生器，形成研磨垫修整器的内置磁场。当高斯计中磁感应电流强度大于上述图4中箭头所指的极限磁感应电流强度值时，通过信号处理反馈系统控制打开第二磁场发生器，使研磨垫修整器中的内置磁场立即开始工作，并产生一个与研磨头相斥的磁场，其产生的磁力线的方向如图5所示。该逆向磁场的存在，使研磨垫修整器的运动惯性得到抑制，并进而在磁力排斥作用下产生反向运动，使研磨头与研磨垫修整器之间的距离扩大，从而防止了研磨头与研磨垫修整器的相撞。

请继续参阅图1。可通过设置一个第一电源9，将此第一电源9分别与第二磁场发生器4’和信号处理反馈系统10连接。这样，所述信号处理反馈系统即可通过启动第一电源开始工作，使第二磁场发生器产生逆向磁场。

请参阅图2。通常研磨垫修整器上装有钻石轮6和皮带轮7，并通过皮带8连接驱动装置。可将所述高斯计5安装在研磨垫修整器2的顶部中心位置，即位于皮带轮7顶部的中心位置。

请参阅图1-图2。所述第一、第二磁场发生器1、2分别设有环形线圈(也就是图示数字标记4、4’所指的环形结构)，两个所述环形线圈分别封装在研磨头及研磨垫修整器的侧壁内部。其中，所述第二磁场发生器设有的环形线圈与一个外置的第一电源9形成回路，可通过该第一电源向回路中提供电流，使第二磁场发生器产生与第一磁场发生器相反的感应磁场。

还可以通过一个第二电源(图略)与第一磁场发生器设有的环形线圈形成回路，以便通过该第二电源向回路中提供电流，使第一磁场发生器产生与第二磁场发生器相反的感应磁场。

还可以将所述第二电源与信号处理反馈系统连接，以便在信号处理反馈系统的统一指挥下，对第一、第二磁场发生器以及整个装置的运行进行控制。

上述本发明的一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置，可应用于通常具有研磨头及研磨垫修整器的研磨设备，例如可对半导体硅片进行化学机械研磨(CMP)的研磨机台。可将上述防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置中的第一、第二磁场发生器分别封装在研磨头及研磨垫修整器的侧壁内部，并将高斯计安装在研磨垫修整器上，即可通过信号处理反馈系统控制整个装置的运行，从而构成一种可防止研磨头与研磨垫修整器相撞的研磨设备。

还可以通过在所述研磨设备中设置警报系统，使所述警报系统在受到防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置的信号处理反馈系统触发时，可产生警报，从而可通过研磨设备的控制系统指令研磨头及研磨垫修整器停止运动，直至使研磨设备停机。

本发明还提供了一种防止研磨头与研磨垫修整器相撞的方法，可使用上述的防止研磨头与研磨垫修整器相撞的装置(请结合图1-图5加以理解)，其包括以下步骤：

步骤S01：设定研磨头与研磨垫修整器的运动轨迹，打开研磨头设置的第一磁场发生器，使其持续产生磁场，同时，打开研磨垫修整器设置的高斯计，开始研磨；

步骤S02：通过信号处理反馈系统监测高斯计不断切割第一磁场发生器磁场的磁感应线产生的磁感应电流强度，并与信号处理反馈系统设定的阈值对比；

步骤S03：当信号处理反馈系统监测到的磁感应电流强度高于设定的阈值时，触发警报，以使研磨头立刻停止运动，同时，通过信号处理反馈系统将第二磁场发生器打开，使其开始产生逆向磁场，以促使研磨垫修整器反向运动，从而防止研磨头与研磨垫修整器相撞。

其中，可在信号处理反馈系统中预存研磨头和研磨垫修整器之间距离与磁感应电流强度之间的关系曲线(例如图4所示)，并设定一最小临界距离，以该最小临界距离所对应的磁感应电流强度为阈值，通过监测磁感应电流强度的变化来反映研磨头与研磨垫修整器之间的距离远近，并在监测到的磁感应电流强度高于阈值时触发警报，以使研磨头立刻停止运动以及使第二磁场发生器开始产生逆向磁场，从而使研磨头与研磨垫修整器之间得以保持安全的距离。

综上所述，本发明通过分别将两个磁场发生器封装到研磨头及研磨垫修整器内部，同时将高斯计安装在研磨垫修整器上，并通过高斯计监测到的磁场强度(磁感应电流强度)变化来判断研磨头与研磨垫修整器之间的距离，当磁场强度高于设定的临界值(即研磨头与研磨垫修整器之间的距离小于临界距离)时，可使研磨头立刻停止位移，同时研磨垫修整器内置磁场开始工作，产生与研磨头相斥的磁场，使研磨垫修整器开始反向运动，从而有效防止了研磨头与研磨垫修整器相撞的事故。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。