本發明涉及半導體制造技術領域，更具體地，涉及一種可防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置、方法及使用該裝置的研磨設備。

背景技術：

在使用研磨設備對半導體硅片進行化學機械研磨(CMP)的過程中，研磨頭及研磨墊修整器都在其特定的運動軌跡上移動，在正常的狀況下，兩者不會發生接觸或碰撞。但當研磨機臺發生程式錯誤或兩者在運行軌跡上發生偏移的時候，研磨頭與研磨墊修整器兩者就有可能發生接觸或碰撞。

如果研磨頭與研磨墊修整器兩者發生接觸，研磨頭或研磨墊修整器上的顆粒或碎片就有可能掉落在研磨墊上，造成硅片的刮傷；而如果兩者發生碰撞的時候，就有可能造成研磨頭或研磨墊修整器的損壞。

無論發生接觸或碰撞，設備工程師都需要對研磨墊、研磨墊整理器以及研磨頭進行更換，以致造成產品質量及耗材的損失。

針對上述情況，現有的化學機械研磨設備已設置了研磨頭及研磨墊修整器之間距離的最大極限位置。一旦超過兩者在同時運動時相互距離的極限位置時，就會發出警報。

這種方式雖然可以大量減少研磨頭與研磨墊修整器兩者相撞的幾率，但實際上，當機臺發出該類警報的時候，研磨頭與研磨墊修整器一般已經發生相撞。

因此，本發明希望通過提供進一步的改進，以實現在研磨頭與研磨墊修整器發生相撞之前，就能夠防止兩者的相撞。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置、方法及研磨設備。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置，包括：

第一、第二磁場發生器，分別設于研磨頭及研磨墊修整器內部；

高斯計，設于研磨墊修整器上；

信號處理反饋系統，連接高斯計和第二磁場發生器；

其中，在所述研磨頭與研磨墊修整器按設定的運動軌跡移動時，通過所述第一磁場發生器持續產生磁場，通過信號處理反饋系統監測高斯計不斷切割磁感應線產生的磁感應電流強度，并當該磁感應電流強度超出閾值時觸發警報，以使研磨頭立刻停止運動，并使第二磁場發生器開始產生逆向磁場，以促使研磨墊修整器反向運動，從而防止研磨頭與研磨墊修整器相撞。

優選地，還包括一第一電源，其連接第二磁場發生器和信號處理反饋系統，所述信號處理反饋系統通過啟動第一電源開始工作，使第二磁場發生器產生逆向磁場。

優選地，所述第一、第二磁場發生器分別設有環形線圈，所述環形線圈分別封裝在研磨頭及研磨墊修整器的側壁內部，所述第二磁場發生器設有的環形線圈與第一電源形成回路。

優選地，還包括一第二電源，其與第一磁場發生器設有的環形線圈形成回路。

優選地，所述第二電源連接信號處理反饋系統。

優選地，所述高斯計安裝在研磨墊修整器的頂部中心位置。

本發明還提供了一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的方法，使用上述的防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置，包括以下步驟：

步驟S01：設定研磨頭與研磨墊修整器的運動軌跡，打開研磨頭設置的第一磁場發生器，使其持續產生磁場，同時，打開研磨墊修整器設置的高斯計，開始研磨；

步驟S02：通過信號處理反饋系統監測高斯計不斷切割第一磁場發生器磁場的磁感應線產生的磁感應電流強度，并與信號處理反饋系統設定的閾值對比；

步驟S03：當信號處理反饋系統監測到的磁感應電流強度高于設定的閾值時，觸發警報，以使研磨頭立刻停止運動，同時，通過信號處理反饋系統將第二磁場發生器打開，使其開始產生逆向磁場，以促使研磨墊修整器反向運動，從而防止研磨頭與研磨墊修整器相撞。

優選地，在信號處理反饋系統中預存研磨頭和研磨墊修整器之間距離與磁感應電流強度之間的關系曲線，并設定一最小臨界距離，以該最小臨界距離所對應的磁感應電流強度為閾值，通過監測磁感應電流強度的變化來反映研磨頭與研磨墊修整器之間的距離遠近，并在監測到的磁感應電流強度高于閾值時觸發警報，以使研磨頭立刻停止運動以及使第二磁場發生器開始產生逆向磁場，從而使研磨頭與研磨墊修整器保持安全的距離。

本發明還提供了一種研磨設備，所述研磨設備設有研磨頭及研磨墊修整器，并設有上述的防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置。

優選地，所述研磨設備設有警報系統，所述警報系統受防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置的信號處理反饋系統觸發時產生警報，并使研磨設備停機。

從上述技術方案可以看出，本發明通過分別將兩個磁場發生器封裝到研磨頭及研磨墊修整器內部，同時將高斯計安裝在研磨墊修整器上，并通過高斯計監測到的磁場強度變化來判斷研磨頭與研磨墊修整器之間的距離，當磁場強度高于設定的臨界值(即研磨頭與研磨墊修整器之間的距離小于臨界距離)時，可使研磨頭立刻停止位移，同時研磨墊修整器內置磁場開始工作，產生與研磨頭相斥的磁場，使研磨墊修整器開始反向運動，從而有效防止了研磨頭與研磨墊修整器相撞的事故。

附圖說明

圖1是本發明一較佳實施例的一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置結構示意圖；

圖2是圖1中A部的結構放大示意圖；

圖3是磁感應電流強度的監測示意圖；

圖4是一種研磨頭與研磨墊修整器距離與磁感應電流強度的關系圖；

圖5是研磨墊修整器內置磁場的工作狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本發明的實施方式時，為了清楚地表示本發明的結構以便于說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，并進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本發明的限定來加以理解。

在以下本發明的具體實施方式中，請參閱圖1-圖2，圖1是本發明一較佳實施例的一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置結構示意圖，圖2是圖1中A部的結構放大示意圖。如圖1-圖2所示，本發明首先提供了一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置，該裝置至少包括封裝在研磨頭1內部的第一磁場發生器4，封裝在研磨墊修整器2內部的第二磁場發生器4’，安裝在研磨墊修整器2上的高斯計5，以及一個分別連接高斯計5和第二磁場發生器4’的信號處理反饋系統10。

請參閱圖3，圖3是磁感應電流強度的監測示意圖。如圖3所示，在進行研磨時，所述研磨頭1與研磨墊修整器2在研磨墊3上將分別按照設定的運動軌跡11、11’(請參考圖1)移動，在正常的狀況下，兩者不會發生接觸或碰撞，并具有足夠的相對距離。通過在研磨頭內部封裝第一磁場發生器，形成研磨頭的內置磁場，其產生的磁力線的方向如圖3所示。將所述第一磁場發生器打開，即可使得研磨頭的內置磁場保持常開狀態。此時，置于研磨墊修整器上的高斯計通過跟隨研磨墊修整器移動，即可在上述磁場中作切割磁感應線的運動，將磁感應強度轉化為感應電流，從而可得到圖4所示的研磨頭與研磨墊修整器距離與磁感應電流強度的關系曲線圖。

從圖4中可以看出，當研磨墊修整器與研磨頭越近時，感應電流就越強。所以本發明可通過設置一個安全距離(即最小臨界距離)，在信號處理反饋系統中設置一個與該安全距離對應的磁感應電流作為極限磁感應電流強度(即閾值)，并通過信號處理反饋系統來監測高斯計不斷切割磁感應線產生的磁感應電流強度。

當高斯計中磁感應電流強度大于上述這個極限磁感應電流強度值(如圖示箭頭所指)時(即磁感應電流強度超出閾值時)，意味著研磨頭與研磨墊修整器之間的距離已小于正常的最小相對距離。這說明研磨頭與研磨墊修整器已偏離設定的運動軌跡而處于異常狀態，這時就極可能發生接觸或碰撞。

此時，信號處理反饋系統即觸發警報，從而使研磨頭被控制立刻停止運動。這種控制可來自研磨頭所屬研磨設備的控制系統。

請參閱圖5。通過在研磨墊修整器內部封裝的第二磁場發生器，形成研磨墊修整器的內置磁場。當高斯計中磁感應電流強度大于上述圖4中箭頭所指的極限磁感應電流強度值時，通過信號處理反饋系統控制打開第二磁場發生器，使研磨墊修整器中的內置磁場立即開始工作，并產生一個與研磨頭相斥的磁場，其產生的磁力線的方向如圖5所示。該逆向磁場的存在，使研磨墊修整器的運動慣性得到抑制，并進而在磁力排斥作用下產生反向運動，使研磨頭與研磨墊修整器之間的距離擴大，從而防止了研磨頭與研磨墊修整器的相撞。

請繼續參閱圖1。可通過設置一個第一電源9，將此第一電源9分別與第二磁場發生器4’和信號處理反饋系統10連接。這樣，所述信號處理反饋系統即可通過啟動第一電源開始工作，使第二磁場發生器產生逆向磁場。

請參閱圖2。通常研磨墊修整器上裝有鉆石輪6和皮帶輪7，并通過皮帶8連接驅動裝置。可將所述高斯計5安裝在研磨墊修整器2的頂部中心位置，即位于皮帶輪7頂部的中心位置。

請參閱圖1-圖2。所述第一、第二磁場發生器1、2分別設有環形線圈(也就是圖示數字標記4、4’所指的環形結構)，兩個所述環形線圈分別封裝在研磨頭及研磨墊修整器的側壁內部。其中，所述第二磁場發生器設有的環形線圈與一個外置的第一電源9形成回路，可通過該第一電源向回路中提供電流，使第二磁場發生器產生與第一磁場發生器相反的感應磁場。

還可以通過一個第二電源(圖略)與第一磁場發生器設有的環形線圈形成回路，以便通過該第二電源向回路中提供電流，使第一磁場發生器產生與第二磁場發生器相反的感應磁場。

還可以將所述第二電源與信號處理反饋系統連接，以便在信號處理反饋系統的統一指揮下，對第一、第二磁場發生器以及整個裝置的運行進行控制。

上述本發明的一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置，可應用于通常具有研磨頭及研磨墊修整器的研磨設備，例如可對半導體硅片進行化學機械研磨(CMP)的研磨機臺。可將上述防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置中的第一、第二磁場發生器分別封裝在研磨頭及研磨墊修整器的側壁內部，并將高斯計安裝在研磨墊修整器上，即可通過信號處理反饋系統控制整個裝置的運行，從而構成一種可防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的研磨設備。

還可以通過在所述研磨設備中設置警報系統，使所述警報系統在受到防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置的信號處理反饋系統觸發時，可產生警報，從而可通過研磨設備的控制系統指令研磨頭及研磨墊修整器停止運動，直至使研磨設備停機。

本發明還提供了一種防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的方法，可使用上述的防止研磨頭與研磨墊修整器相撞的裝置(請結合圖1-圖5加以理解)，其包括以下步驟：

步驟S01：設定研磨頭與研磨墊修整器的運動軌跡，打開研磨頭設置的第一磁場發生器，使其持續產生磁場，同時，打開研磨墊修整器設置的高斯計，開始研磨；

步驟S02：通過信號處理反饋系統監測高斯計不斷切割第一磁場發生器磁場的磁感應線產生的磁感應電流強度，并與信號處理反饋系統設定的閾值對比；

步驟S03：當信號處理反饋系統監測到的磁感應電流強度高于設定的閾值時，觸發警報，以使研磨頭立刻停止運動，同時，通過信號處理反饋系統將第二磁場發生器打開，使其開始產生逆向磁場，以促使研磨墊修整器反向運動，從而防止研磨頭與研磨墊修整器相撞。

其中，可在信號處理反饋系統中預存研磨頭和研磨墊修整器之間距離與磁感應電流強度之間的關系曲線(例如圖4所示)，并設定一最小臨界距離，以該最小臨界距離所對應的磁感應電流強度為閾值，通過監測磁感應電流強度的變化來反映研磨頭與研磨墊修整器之間的距離遠近，并在監測到的磁感應電流強度高于閾值時觸發警報，以使研磨頭立刻停止運動以及使第二磁場發生器開始產生逆向磁場，從而使研磨頭與研磨墊修整器之間得以保持安全的距離。

綜上所述，本發明通過分別將兩個磁場發生器封裝到研磨頭及研磨墊修整器內部，同時將高斯計安裝在研磨墊修整器上，并通過高斯計監測到的磁場強度(磁感應電流強度)變化來判斷研磨頭與研磨墊修整器之間的距離，當磁場強度高于設定的臨界值(即研磨頭與研磨墊修整器之間的距離小于臨界距離)時，可使研磨頭立刻停止位移，同時研磨墊修整器內置磁場開始工作，產生與研磨頭相斥的磁場，使研磨墊修整器開始反向運動，從而有效防止了研磨頭與研磨墊修整器相撞的事故。

以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例并非用以限制本發明的專利保護范圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。