一种晶圆研磨厚度控制装置及系统的制作方法

1.本发明属于晶圆加工技术领域，具体涉及一种晶圆研磨厚度控制装置及系统。


背景技术：

2.随着集成电路的发展，半导体厂对测试片的需求越来越大，为了节约成本，测试片再生项目也应运而生。再生项目就是对这些测试片进行一定的表面处理，使得这些测试片能够恢复到最开始试机时状态进行再利用。对于客户片源，因为存在厚度的要求，对再生硅片表面的研磨量也会有一个限制。因此，在解决硅片表面的缺陷以及改善本征参数时，如何精准控制研磨厚度尤为重要。
3.现有技术中，由于硅片表面完全向下靠在抛光垫上，使得对硅片拋光的在线实时监测非常困难，而且确立此技术必须考虑抛光过程的可重复性，排除抛光液、机械振动等干扰因素的影响。
4.基于此，本项目搭建了一种晶圆研磨厚度控制装置及系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在无法实时精准控制研磨厚度的缺点，而提出的一种晶圆研磨厚度控制装置及系统。通过在抛光过程中信号发射端和信号接收端实时监测晶圆厚度去除量的变化，当达到预期去除厚度后，及时停止抛光，以此更好地控制晶圆厚度变化，减少重复操作，从而提高抛光设备利用率和产量。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：设计一种晶圆研磨厚度控制装置，包括可旋转的研磨垫和可竖直移动的陶瓷模框，所述陶瓷模框的下部设有与研磨垫贴合的晶圆片材，所述研磨垫与陶瓷模框之间至少设有一组信号发射端和信号接收端，信号发射端和信号接收端通过导线连接cmp主机；所述信号接收端以嵌入的方式设置在研磨垫上，所述信号发射端以嵌入的方式固定在陶瓷模框的边缘上，并位于所述晶圆片材的一侧，与所述信号接收端的旋转轨迹相对应。
7.进一步的，所述信号发射端和信号接收端设置四组，并分布在研磨垫的同一轴线上。
8.进一步的，所述陶瓷模框朝向旋转的一侧设有多个研磨液注液管，另一侧设有多个研磨液吸液管。
9.进一步的，所述研磨垫上固定设有内环和外环，所述内环和外环之间围成晶圆片材的研磨通道，同一组所述信号发射端和信号接收端分布在研磨通道的外侧。
10.进一步的，所述研磨垫的下方设有向外突出的凸台，所述晶圆片材固定在凸台上。
11.进一步的，所述凸台的下方通过止推轴承固定连接有用于固定晶圆片材的陶瓷板。
12.进一步的，所述陶瓷板与所述外环之间设有传动组件，该传动组件包括带有外齿牙的内齿盘和带有内齿牙的外齿盘，所述内齿盘固定设置在陶瓷板外环壁上，所述外齿盘
固定设置在外环的内壁上，所述内齿盘的一侧与外齿盘相啮合。
13.为了进一步解决上述技术问题，本发明还提出了一种晶圆研磨厚度控制的系统，适用于所述的晶圆研磨厚度控制装置，该系统设置在cmp主机内，包括位于cmp主机内：光源，用于信号的发送，通过光纤与所述信号发射端相连；光学处理系统，用于光信号的处理，计算得出晶圆研磨去除的厚度值，通过导线与所述信号接收端相连；终点检测系统，当晶圆去除厚度值达到研磨目标值时，用于向cmp主机发送停止研磨的信号，完成晶圆厚度的精确控制。
14.本发明提出的一种晶圆研磨厚度控制装置及系统，有益效果在于：通过实时监测晶圆厚度去除量的变化，当达到预期去除厚度后，及时停止研磨，以此更好地控制晶圆厚度变化，减少重复操作，从而提高抛光设备利用率和产量。具体地：（1）、本发明通过研磨垫与陶瓷模框相对移动的合理设置，可以使信号发射端、接收端的光能够通过研磨垫与陶瓷模框上的通孔，通过对光束分析处理，从而达到检测整片晶圆厚度变化的实时检测。
15.（2）、本发明通过检测器中将两束光进行比较处理，通过计算得出晶圆研磨去除的厚度值。当去除厚度值达到研磨目标值时，终点检测系统会给主机台发送停止研磨的信号，停止晶圆研磨，从而实现晶圆厚度的精确控制。
16.（3）、本发明通过在陶瓷模框上设置研磨液注液管和研磨液吸液管，可使研磨液停留在晶圆片材周围，避免研磨液外流，而影响晶圆厚度的检测，有利提高晶圆厚度检测的精度。
17.（4）、本发明通过在研磨垫上设置内环和外环，并形成研磨通道，用于锁住研磨液，避免研磨液外溢，影响晶圆厚度的检测，有利提高晶圆厚度检测的精度。
18.（5）、本发明通过在晶圆片材外侧设置传动组件，一方面可加快晶圆片材的研磨效率，另外一方面可使晶圆片材的研磨面研磨的更加均匀，使得信号检测更加精准，有利提高晶圆厚度检测的精度。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明实施例1中关于装置的立体结构示意图；图2是本发明实施例1中关于装置的内部结构示意图；图3是本发明实施例1中关于系统的结构框图；图4是本发明实施例2中关于装置的立体结构示意图；图5是本发明实施例3中关于装置的立体结构示意图；图6是本发明实施例3中关于装置的内部结构示意图；图7是本发明实施例4中关于装置的立体结构示意图；图8是本发明实施例4中关于装置的俯视透视示意图；图9是本发明实施例5中关于装置的内部结构示意图；图中标记为：1、研磨垫；11、旋转轴；12、导电滑环；13、研磨通道；2、陶瓷模框；21、
凸台；22、陶瓷板；23、止推轴承；24、内齿盘；25、外齿盘；26、固定轴；3、晶圆片材；4、信号发射端；5、信号接收端；6、内环；7、外环；8、研磨液注液管；9、研磨液吸液管。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。
24.实施例1参见图1-3，一种晶圆研磨厚度控制装置，包括可旋转的研磨垫1和可竖直移动的陶瓷模框2，研磨垫1的底部固定设有用于带动研磨垫1转动的旋转轴11，陶瓷模框2的顶部设有固定轴26，通过直线升降机构可实现固定轴26的上下升降，从而实现陶瓷模框2的升降，陶瓷模框2的下部设有与研磨垫1贴合的晶圆片材3，通过陶瓷模框2的升降来完成晶圆片材3的上下料以及提供研磨的下压力，研磨垫1与陶瓷模框2之间至少设有一组信号发射端4和信号接收端5，为了提高检测的准确度和精度，信号发射端4和信号接收端5设置四组，并分布在研磨垫1的同一轴线上，陶瓷模框2围绕研磨垫1旋转一周，可采集到四组信号值，信号发射端4和信号接收端5通过导线连接cmp主机，为了避免旋转轴11对信号接收端5接线的影响，旋转轴11上固定有用于信号接收端5实现旋转接线的导电滑环12；信号接收端5以嵌入的方式设置在研磨垫1上，研磨垫1上开设有用于安装信号接收端5适配的通孔，信号发射端4以嵌入的方式固定在陶瓷模框2的边缘上，并位于晶圆片材3的一侧，与信号接收端5的旋转轨迹相对应，陶瓷模框2上开设有用于安装信号发射端4适配的通孔。信号发射端4采用激光为发射光源的进行信号发射，并被信号接收端5接收，位于研磨垫1一侧的信号发射端4向信号接收端5发出光束信号并检测到一组信号值，当研磨垫1旋转半周后，另一侧的信号发射端4与此信号接收端5相对接，并接收光束信号，检测到另一组信号值，检测器将两束光信号值进行比较处理，通过计算得出晶圆研磨去除的厚度值。另外，为了提高检测精度，可沿研磨垫1周向上等间距设置多组信号发射端4和信号接收端5。
25.为了进一步说明，本实施例还提供出了一种晶圆研磨厚度控制的系统，适用于晶圆研磨厚度控制装置，该系统设置在cmp主机内，包括位于cmp主机内：光源，用于信号的发送，通过光纤与信号发射端4相连。
26.光学处理系统，用于光信号的处理，计算得出晶圆研磨去除的厚度值，通过导线与信号接收端5相连。
27.终点检测系统，当晶圆去除厚度值达到研磨目标值时，用于向cmp主机发送停止研磨的信号，完成晶圆厚度的精确控制。
28.本发明的晶圆研磨厚度控制装置及系统，结构简单，通过实时监测晶圆厚度去除量的变化，当达到预期去除厚度后，及时停止研磨，实现晶圆厚度研磨的精确控制。
29.具体地，使用时，研磨垫1上两侧的信号发射端4发射光信号，每旋转半周被同一个信号接收端5接收，检测器将两束光信号值进行比较处理，通过计算得出晶圆研磨去除的厚度值。当去除厚度值达到研磨目标值时，终点检测系统会给cmp主机发送停止研磨的信号，停止晶圆研磨，从而实现晶圆厚度的精确控制。
30.实施例2参照图4，作为本发明的另一优选实施例，与实施例1的区别在于陶瓷模框2朝向旋转的一侧设有多个研磨液注液管8，另一侧设有多个研磨液吸液管9。在对晶圆片材3进行研磨时，研磨液注液管8向晶圆片材3旋转前方注入研磨液，喷出的研磨液经过晶圆片材3研磨后，被后方的研磨液吸液管9吸收，研磨液注液管8和研磨液吸液管9实现研磨液的实时注入和吸出，使研磨液仅存在晶圆片材3的位置，避免喷出的研磨液对信号发射端4发射光束的影响。提高信号检测的准确性以及精度。
31.实施例3参照图5-6，作为本发明的另一优选实施例，与实施例2的区别在于研磨垫1上固定设有内环6和外环7，内环6和外环7之间围成晶圆片材3的研磨通道13，同一组信号发射端4和信号接收端5分布在研磨通道13的外侧。内环6和外环7的设置，可避免研磨液外溢，避免对信号发射端4发射光束的影响，进一步提高信号检测的准确性以及精度。研磨垫1的下方设有向外突出的凸台21，晶圆片材3固定在凸台21上，凸台21的设置可避免内环6和外环7对研磨垫1下压晶圆片材3的影响。
32.实施例4参照图7-9，作为本发明的另一优选实施例，与实施例3的区别在于凸台21的下方通过止推轴承23固定连接有用于固定晶圆片材3的陶瓷板22，陶瓷板22与外环7之间设有传动组件，该传动组件包括带有外齿牙的内齿盘24和带有内齿牙的外齿盘25，内齿盘24固定设置在陶瓷板22外环壁上，外齿盘25固定设置在外环7的内壁上，内齿盘24的一侧与外齿盘25相啮合。内齿盘24和外齿盘25的设置，可使研磨垫1在旋转的同时，使晶圆片材3也同时进行旋转，如此一来，一方面可加快晶圆片材3的研磨效率，另外一方面可使晶圆片材3的研磨面研磨的更加均匀，使得信号发射端4向信号接收端5的信号检测更加精准。
33.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。