具有晶圓檢測裝置的研磨頭的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有晶圓檢測裝置的研磨頭，研磨頭與晶圓接觸的表面具有數個相對獨立的區域，每一區域與一相應的氣體管路相連通，通過各氣體管路可向各區域注入氣體或將各區域抽真空，研磨頭包括：晶圓檢測裝置，具有基體，基體的底部開有開口，基體收容一基座，基座放置在基體的底部，基座的頂部設有彈性絲桿，基體的頂部設有壓力傳感器，壓力傳感器位于彈性絲桿頂部的正上方，晶圓檢測裝置可設置在研磨頭上的任一區域內；及多孔板，具有若干通孔，多孔板的表面包覆一與晶圓接觸的薄膜，薄膜能從多孔板的通孔中吸出而頂起晶圓檢測裝置的基座，使彈性絲桿抵壓壓力傳感器。
【專利說明】具有晶圓檢測裝置的研磨頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學機械研磨【技術領域】，尤其涉及一種具有晶圓檢測裝置的研磨頭。【背景技術】
[0002]在集成電路制造過程中，隨著特征尺寸的不斷縮小，對晶圓表面的平坦程度的要求越來越高，而化學機械研磨(CMP)技術是較為廣泛采用的一種用于晶圓平坦化的技術。CMP技術是將待研磨的晶圓由研磨頭夾持，晶圓的待研磨面與旋轉的研磨墊對向配置，在研磨墊上可提供由研磨粒與化學助劑所構成的研漿，然后，向研磨頭提供可控制的負載如壓力，而將晶圓緊壓于研磨墊上。當晶圓表面凸出的部分與研磨墊接觸時，利用研漿中的化學助劑，在晶圓的待研磨面上產生化學反應，從而去除晶圓上的凸出部分，通過反復研磨，即可形成平坦的表面，最后由研磨頭將表面已平坦化的晶圓夾持住并從研磨墊上取走。
[0003]晶圓在研磨前、后的裝、卸過程中，檢測研磨頭上是否夾持有晶圓是很有必要的，這是因為在研磨前的裝片過程中，如果晶圓沒有被研磨頭夾持住，即研磨頭上沒有晶圓，就會導致研磨頭空磨，從而損壞研磨頭；而在研磨后的卸片過程中，如果晶圓沒有被研磨頭夾持住，晶圓留在研磨墊上，會使晶圓產生碎片，從而降低研磨良率。
[0004]然而，現有的化學機械研磨設備無法準確檢測晶圓是否吸附于研磨頭上，只能通過晶圓支架上真空壓力的變化來檢測晶圓是否存在于晶圓支架上，進而來預知研磨頭上是否夾持有晶圓，此種檢測方法無法做到直接檢測研磨頭上是否夾持有晶圓，而更多的是依賴操作人員的經驗判斷，因而，此種方法不能精確準確地檢測研磨頭上是否有晶圓存在，使得化學機械研磨存在一定的風險。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種具有晶圓檢測裝置的研磨頭，該研磨頭能夠在晶圓研磨前、后的裝片及卸片過程中準確地檢測研磨頭上是否吸附有晶圓，提高了化學機械研磨的
可靠性。
[0006]為實現上述目的，本發明提供的一種具有晶圓檢測裝置的研磨頭，研磨頭與晶圓接觸的表面具有數個相對獨立的區域，每一區域與一相應的氣體管路相連通，通過各氣體管路可向各區域注入氣體或將各區域抽真空，該研磨頭包括:晶圓檢測裝置，具有基體，基體的底部開有開口，基體收容一基座，基座放置在基體的底部，基座的頂部設有彈性絲桿，基體的頂部設有壓力傳感器，壓力傳感器位于彈性絲桿頂部的正上方，晶圓檢測裝置可設置在研磨頭上的任一區域內；及多孔板，具有若干通孔，多孔板的表面包覆一與晶圓接觸的薄膜，薄膜能從多孔板的通孔中吸出而頂起晶圓檢測裝置的基座，使彈性絲桿抵壓壓力傳感器。
[0007]當研磨頭上吸附有晶圓時，晶圓檢測裝置的壓力傳感器由于沒有外力的作用而數值保持不變，當研磨頭上沒有吸附住晶圓時，在將研磨頭的各區域抽真空時，薄膜會從多孔板的通孔中吸出而頂起基座，使基座上升，從而使彈性絲桿抵壓壓力傳感器，進而使壓力傳感器的數值增大，因此，可以通過判斷壓力傳感器數值的變化來判斷研磨頭上是否吸附有晶圓。
[0008]為實現上述目的，本發明提供的另一種具有晶圓檢測裝置的研磨頭，研磨頭與晶圓接觸的表面具有數個相對獨立的區域，每一區域與一相應的氣體管路相連通，通過各氣體管路可向各區域注入氣體或將各區域抽真空，研磨頭包括:晶圓檢測裝置，具有基體，基體的底部開有開口，基體收容一基座，基座放置在基體的底部，基體的側壁靠近基體的底部處設有接近傳感器，晶圓檢測裝置可設置在研磨頭上的任一區域內；及多孔板，具有若干通孔，多孔板的表面包覆一與晶圓接觸的薄膜，薄膜能從多孔板的通孔中吸出而頂起晶圓檢測裝置的基座，使接近傳感器無法偵測到所述基座。
[0009]當研磨頭上吸附有晶圓時，晶圓檢測裝置的接近傳感器會偵測到基座，當研磨頭上沒有吸附住晶圓時，在將研磨頭的各區域抽真空時，薄膜會從多孔板的通孔中吸出而頂起基座，使基座上升，從而導致接近傳感器無法偵測到基座，因此，可以通過判斷接近傳感器有無偵測到基座來判斷研磨頭上是否吸附有晶圓。
[0010]綜上所述，本發明研磨頭通過設置晶圓檢測裝置而能夠在晶圓研磨前、后的裝片及卸片過程中準確地檢測研磨頭上是否吸附有晶圓，避免發生研磨頭空磨或研磨結束后晶圓仍留在研磨墊上的情形，提高了化學機械研磨的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭的仰視結構示意圖。
[0012]圖2揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭的俯視結構示意圖。
[0013]圖3揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭研磨晶圓時的結構示意圖。
[0014]圖4揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭將晶圓放置于研磨墊或從研磨墊上取走時的剖面結構示意圖。
[0015]圖5揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭上吸附有晶圓時的結構示意圖。
[0016]圖6揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭上沒有吸附住晶圓時的結構示意圖。
[0017]圖7揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭上吸附有晶圓時的又一結構示意圖。
[0018]圖8揭示了根據本發明的一實施例的研磨頭上沒有吸附住晶圓時的又一結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合圖式予以詳細說明。
[0020]請參閱圖1至圖4，本發明研磨頭與晶圓W接觸的表面為圓形，以圓形表面的中心為圓心畫同心圓，可將圓形表面分為5個區域，由圓形表面的中心區域至邊緣區域依次定義為第一區域101、第二區域102、第三區域103、第四區域104及第五區域105。每個區域相對獨立，且分別與一氣體管路20相連通，通過相應的氣體管路20可向各區域注入氮氣等氣體，為研磨頭各區域提供壓力，或將各區域抽真空。
[0021]本發明研磨頭包括殼體10，殼體10與一氣體管路20相連通，通過該氣體管路20可向殼體10內注入氮氣等氣體，使殼體10對研磨墊40產生向下的壓力，防止殼體10內的晶圓W在研磨過程中滑片。殼體10內設置有多孔板30，多孔板30具有若干直徑不盡相同的圓形通孔31，多孔板30的下表面包覆有薄膜50。通過各氣體管路20為研磨頭各區域提供向下的壓力或向上的吸力先作用于多孔板30上，再通過多孔板30作用于晶圓W上，使晶圓W緊貼于薄膜50，進而將晶圓W緊壓于研磨墊40上，進行化學機械研磨，或者將晶圓W吸起。
[0022]請參閱圖5和圖6，為本發明研磨頭的晶圓檢測裝置的第一實施例示意圖。該晶圓檢測裝置60可設置于研磨頭的5個區域中的任一區域內，較佳地，該晶圓檢測裝置60設置在與中心區域(第一區域101)緊相鄰的第二區域102內。晶圓檢測裝置60用于檢測晶圓W是否吸附于研磨頭上，包括中空的基體61，基體61的底部開有開口，一基座62放置在基體61的底部，基座62的頂部設有彈性絲桿63，彈性絲桿63上纏繞一彈簧64，基體61的頂部設有壓力傳感器65,該壓力傳感器65位于彈性絲桿63頂部的正上方。基座62、彈性絲桿63、彈簧64及壓力傳感器65均收容于基體61內。
[0023]使用本發明研磨頭研磨晶圓W時，研磨頭從一晶圓夾盤上取一片待研磨的晶圓W，在研磨頭取晶圓W的過程中，首先，通過各氣體管路20向研磨頭相應的區域注入氮氣，使研磨頭對晶圓W產生向下的壓力，從而將晶圓W與薄膜50之間的空氣擠出，然后，再通過各氣體管路20將研磨頭的各區域抽真空，使晶圓W吸附于薄膜50上，此時，如果晶圓W有吸附于薄膜50上，晶圓檢測裝置60的壓力傳感器65由于沒有外力的作用而數值保持不變，如果晶圓W沒有吸附于薄膜50上即晶圓W沒有被研磨頭吸起，在將研磨頭的各區域抽真空時，薄膜50會從多孔板30的最大的通孔中吸出而頂起基座62，使基座62上升，從而使彈性絲桿63抵壓壓力傳感器65，進而使壓力傳感器65的數值增大，因此，可以通過判斷壓力傳感器65數值的變化來判斷晶圓W是否被研磨頭吸起，即研磨頭上是否有晶圓W存在，避免研磨頭出現空磨而被損壞。
[0024]研磨頭將晶圓W從晶圓夾盤上吸起后，接著，研磨頭將晶圓W放置在研磨墊40上，通過各氣體管路20為研磨頭各區域提供向下的壓力，從而將晶圓W緊壓于研磨墊40上進行化學機械研磨。化學機械研磨結束后，通過各氣體管路20將研磨頭的各區域抽真空，使晶圓W吸附于薄膜50上，從而將晶圓W從研磨墊40上取走，此時，如果晶圓W有吸附于薄膜50上，晶圓檢測裝置60的壓力傳感器65由于沒有外力的作用而數值保持不變，如果晶圓W沒有吸附于薄膜50上即晶圓W沒有被研磨頭吸起，在將研磨頭的各區域抽真空時，薄膜50會從多孔板30的最大的通孔中吸出而頂起基座62，使基座62上升，從而使彈性絲桿63抵壓壓力傳感器65，進而使壓力傳感器65的數值增大，因此，可以通過判斷壓力傳感器65數值的變化來判斷晶圓W是否被研磨頭吸起，即研磨頭上是否有晶圓W存在，避免化學機械研磨結束后晶圓W仍留在研磨墊40上。
[0025]請參閱圖7和圖8，為本發明研磨頭的晶圓檢測裝置的第二實施例示意圖。該晶圓檢測裝置70可設置于研磨頭的5個區域中的任一區域內，較佳地，該晶圓檢測裝置70設置在與中心區域(第一區域101)緊相鄰的第二區域102內。晶圓檢測裝置70用于檢測晶圓W是否吸附于研磨頭上，包括中空的基體71，基體71的底部開有開口，一基座72放置在基體71的底部，基座72的頂部設有彈性絲桿73，彈性絲桿73上纏繞一彈簧74，基體71的側壁靠近基體71的底部處設有接近傳感器75。基座72、彈性絲桿73及彈簧74均收容于基體71內。[0026]使用本發明研磨頭研磨晶圓W時，研磨頭從一晶圓夾盤上取一片待研磨的晶圓W，在研磨頭取晶圓W的過程中，首先，通過各氣體管路20向研磨頭相應的區域注入氮氣，使研磨頭對晶圓W產生向下的壓力，從而將晶圓W與薄膜50之間的空氣擠出，然后，再通過各氣體管路20將研磨頭的各區域抽真空，使晶圓W吸附于薄膜50上，此時，如果晶圓W有吸附于薄膜50上，晶圓檢測裝置70的接近傳感器75會偵測到基座72，如果晶圓W沒有吸附于薄膜50上即晶圓W沒有被研磨頭吸起，在將研磨頭的各區域抽真空時，薄膜50會從多孔板30的最大的通孔中吸出而頂起基座72，使基座72上升，從而導致接近傳感器75無法偵測到基座72，因此，可以通過判斷接近傳感器75有無偵測到基座72來判斷晶圓W是否被研磨頭吸起，即研磨頭上是否有晶圓W存在，避免研磨頭出現空磨而被損壞。
[0027]研磨頭將晶圓W從晶圓夾盤上吸起后，接著，研磨頭將晶圓W放置在研磨墊40上，通過各氣體管路20為研磨頭各區域提供向下的壓力，從而將晶圓W緊壓于研磨墊40上進行化學機械研磨。化學機械研磨結束后，通過各氣體管路20將研磨頭的各區域抽真空，使晶圓W吸附于薄膜50上，從而將晶圓W從研磨墊40上取走，此時，如果晶圓W有吸附于薄膜50上，晶圓檢測裝置70的接近傳感器75會偵測到基座72，如果晶圓W沒有吸附于薄膜50上即晶圓W沒有被研磨頭吸起，在將研磨頭的各區域抽真空時，薄膜50會從多孔板30的最大的通孔中吸出而頂起基座72，使基座72上升，從而導致接近傳感器75無法偵測到基座72，因此，可以通過判斷接近傳感器75有無偵測到基座72來判斷晶圓W是否被研磨頭吸起，即研磨頭上是否有晶圓W存在，避免化學機械研磨結束后晶圓W仍留在研磨墊40上。
[0028]由上述可知，本發明研磨頭通過設置晶圓檢測裝置60、70而能夠在晶圓W研磨前、后的裝片及卸片過程中準確地檢測研磨頭上是否吸附有晶圓W，避免發生研磨頭空磨或研磨結束后晶圓W仍留在研磨墊40上的情形，提高了化學機械研磨的可靠性。
[0029]綜上所述，本發明具有晶圓檢測裝置的研磨頭通過上述實施方式及相關圖式說明，己具體、詳實的揭露了相關技術，使本領域的技術人員可以據以實施。而以上所述實施例只是用來說明本發明，而不是用來限制本發明的，本發明的權利范圍，應由本發明的權利要求來界定。至于本文中所述元件數目的改變或等效元件的代替等仍都應屬于本發明的權利范圍。
【權利要求】
1.一種具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述研磨頭與晶圓接觸的表面具有數個相對獨立的區域，每一區域與一相應的氣體管路相連通，通過各氣體管路可向各區域注入氣體或將各區域抽真空，所述研磨頭包括: 晶圓檢測裝置，具有基體，所述基體的底部開有開口，所述基體收容一基座，所述基座放置在所述基體的底部，所述基座的頂部設有彈性絲桿，所述基體的頂部設有壓力傳感器，所述壓力傳感器位于所述彈性絲桿頂部的正上方，所述晶圓檢測裝置可設置在所述研磨頭上的任一區域內 '及 多孔板，具有若干通孔，所述多孔板的表面包覆一與晶圓接觸的薄膜，所述薄膜能從所述多孔板的通孔中吸出而頂起所述晶圓檢測裝置的基座，使所述彈性絲桿抵壓所述壓力傳感器。
2.根據權利要求1所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述晶圓檢測裝置設置在與所述研磨頭表面中心區域緊相鄰的區域內。
3.根據權利要求1所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述彈性絲桿上纏繞一彈簧。
4.根據權利要求1所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述多孔板上的若干通孔為圓形且通孔的直徑不盡相同，所述薄膜能從所述多孔板上的具有最大直徑的通孔中吸出。
5.根據權利要求1所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述研磨頭還包括殼體，所述多孔板設置在所述殼體內，所述殼體與一氣體管路相連通，通過該氣體管路可向所述殼體內注入氣體，為所述殼體提供壓力。
6.一種具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述研磨頭與晶圓接觸的表面具有數個相對獨立的區域，每一區域與一相應的氣體管路相連通，通過各氣體管路可向各區域注入氣體或將各區域抽真空，所述研磨頭包括: 晶圓檢測裝置，具有基體，所述基體的底部開有開口，所述基體收容一基座，所述基座放置在所述基體的底部，所述基體的側壁靠近基體的底部處設有接近傳感器，所述晶圓檢測裝置可設置在所述研磨頭上的任一區域內；及 多孔板，具有若干通孔，所述多孔板的表面包覆一與晶圓接觸的薄膜，所述薄膜能從所述多孔板的通孔中吸出而頂起所述晶圓檢測裝置的基座，使所述接近傳感器無法偵測到所述基座。
7.根據權利要求6所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述晶圓檢測裝置設置在與所述研磨頭表面中心區域緊相鄰的區域內。
8.根據權利要求6所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述多孔板上的若干通孔為圓形且通孔的直徑不盡相同，所述薄膜能從所述多孔板上的具有最大直徑的通孔中吸出。
9.根據權利要求6所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述研磨頭還包括殼體，所述多孔板設置在所述殼體內，所述殼體與一氣體管路相連通，通過該氣體管路可向所述殼體內注入氣體，為所述殼體提供壓力。
10.根據權利要求6所述的具有晶圓檢測裝置的研磨頭，其特征在于，所述基座的頂部設有彈性絲桿，所述彈性絲桿上纏繞一彈簧。
【文檔編號】B24B37/11GK103831710SQ201210491738
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月27日 優先權日:2012年11月27日
【發明者】王堅, 楊貴璞, 王暉 申請人:盛美半導體設備（上海）有限公司