CN103639888B - 固定环及抛光头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定环，用于化学机械抛光装置中，化学机械抛光装置包括抛光盘和抛光头，抛光头包括晶片载体和固定环，晶片载体用于夹持半导体晶片，抛光盘与晶片接触并与抛光头分别以相反的方向进行旋转以抛光晶片，固定环包括：环形基体，设于晶片载体下方，环绕晶片侧表面，用于固定晶片；至少一易断导线，固定于环形基体表面，沿环形基体的周长方向延伸并环绕一周；通断状态检测装置，其分别与各易断导线连接，并在任一易断导线断裂时发出报警信号；信号处理装置，与通断状态检测装置输出端连接，将报警信号转化为抛光停止信号，用于指示抛光头和抛光盘停止旋转。其可有效降低因固定环破裂给工艺带来的损失，有利于提升晶圆制备工艺效率。

Description

固定环及抛光头

技术领域

本发明涉及半导体加工制造技术领域，更具体地说，涉及一种用于化学机械抛光装置中的固定环及抛光头。

背景技术

随着半导体制造技术的发展，集成电路的关键尺寸越来越小的同时，晶圆的尺寸越来越大，单片晶圆的价值也越来越高，在晶圆的加工过程中一旦发生破片，对工厂带来的经济损失也越来越大。

化学机械抛光是为使晶片表面平面化和使金属互连图形更清晰而进行的去除固体层的一种方法。通常，其采用容纳有化学反应性浆料的旋转抛光垫来抛光晶片的表面。晶片以晶片载体设置于抛光垫上方，通过固定环夹紧在合适的位置。固定环和晶片载体固定在抛光头上，通过抛光头向晶片施加一压力，将晶片压向抛光垫并与其直接接触；在抛光垫和晶片之间产生相对移动，使晶片表面的物质在化学和机械的作用下被去除，现有技术中一种化学机械抛光固定环如图1所示。

在化学机械抛光工艺中，抛光头上的固定环在抛光过程中发生破裂而引起晶圆的破片并不属于罕见情况，而一旦不能及时发现并停止抛光机的运行，不仅会引起晶圆破片，甚至可能导致抛光头及抛光垫等其他部件的严重损坏，从而使得生产效率下降、生产成本上升。

因此，业内需要一种固定环结构，其可及时、准确地进行自检并在破裂时发出警报，以防止固定环破裂给工艺带来的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于化学机械抛光装置中的固定环。

为实现上述目的，本发明一技术方案如下：

一种固定环，用于化学机械抛光装置中，化学机械抛光装置包括抛光盘和抛光头，抛光头包括晶片载体和固定环，晶片载体用于夹持半导体晶片，抛光盘与晶片接触并与抛光头分别以相反的方向进行旋转以抛光晶片，固定环包括：环形基体，设于晶片载体下方，环绕晶片侧表面，用于固定晶片，所述环形基体表面设有凹槽；至少一易断导线，固定于环形基体表面，沿环形基体的周长方向延伸并环绕一周，所述易断导线通过所述凹槽在所述环形基体的内、外两侧进行过渡；通断状态检测装置，其分别与各易断导线连接，并在任一易断导线断裂时发出报警信号；信号处理装置，与通断状态检测装置输出端连接，将报警信号转化为抛光停止信号，用于指示抛光头和抛光盘停止旋转。

可选地，易断导线为一条，其包括第一部、第二部与连接部，第一部沿环形基体内侧延伸分布，第二部沿环形基体外侧延伸分布，第一部与第二部通过连接部连接，连接部设置于环形基体表面的凹槽中。

优选地，第一部、第二部呈蛇形或波浪形分布。

优选地，通断状态检测装置包括一电流源与一电流表，分别与易断导线串接，电流源用于在易断导线上维持一电流，电流表测量易断导线上的电流值，并在电流值为零时发出报警信号。

可选地，易断导线包括四条，分别为第一、第二、第三和第四导线，第一导线沿环形基体内侧延伸分布，第二导线沿环形基体外侧延伸分布，第三导线沿环形基体上表面延伸分布，第四导线沿环形基体下表面延伸分布。

优选地，第一、第二、第三和第四导线分别呈蛇形或波浪形分布。

优选地，第一、第二、第三和第四导线互相并联。

优选地，通断状态检测装置包括一个电流源、四个电流表和一个与门，电流源分别在四条易断导线上维持一电流，四个电流表分别与各易断导线串接，与门根据四个电流表的测量值作逻辑与运算，并在至少一易断导线断裂时发出报警信号。

本发明还提供一种抛光头，用于化学机械抛光装置中，化学机械抛光装置包括抛光盘和抛光头，抛光头包括用于夹持晶片的晶片载体以及如上所述的固定环，抛光盘与晶片接触并与抛光头分别以相反的方向进行旋转以抛光晶片。

本发明提供的固定环，可及时、准确地进行自检并在破裂时发出警报，进而停止抛光头和抛光盘的旋转，可有效降低因固定环破裂给工艺带来的损失。其有利于提升晶圆制备工艺效率，降低生产成本，适合在半导体行业内推广应用。

附图说明

图1示出现有技术中化学机械抛光固定环示意图；

图2A-2B示出本发明第一实施例提供的化学机械抛光固定环及其附接电路示意图；

图3A-3B示出本发明第二实施例提供的化学机械抛光固定环及其附接电路示意图。

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，化学机械抛光装置包括抛光盘和抛光头，其中，抛光头又包括晶片载体和固定环，晶片载体用于夹持半导体晶片，抛光盘与晶片接触并与抛光头通常分别以相反的方向进行旋转，在该过程中进行化学反应与机械加工，对晶片进行抛光工艺。

如图2A和图2B所示，本发明第一实施例提供的化学机械抛光固定环，用于化学机械抛光装置中，该固定环包括：环形基体10，在进行抛光时，其设于晶片载体(附图未示出)下方，环绕晶片侧表面，用于固定晶片；一易断导线20，其固定于环形基体10表面，沿环形基体10的周长方向延伸并环绕一周；通断状态检测装置，其与易断导线20连接，并在易断导线20断裂时发出报警信号；信号处理装置50，与通断状态检测装置输出端连接，将报警信号转化为抛光停止信号，用于指示抛光头和抛光盘停止旋转。

其中，易断导线20包括第一部201、第二部202与连接部203，第一部201沿环形基体10内侧延伸分布，第二部202沿环形基体10外侧延伸分布，第一部201与第二部202通过连接部203连接，连接部203设置于环形基体10表面的一凹槽中。第一部201与第二部202可分别直接粘附于环形基体10内外侧，也可以分别设置于内外侧表面的凹槽中。

进一步地，第一部201、第二部202呈蛇形或波浪形分布，从而增加易断导线20与环形基体10的接触面积。

在环形基体10破裂或破损时，易断导线20将同时断裂。

其中，易断导线可由直径0.1-0.5mm的漆包线制成。

具体地，通断状态检测装置包括一电流源400与一电流表410，分别与易断导线20串接，电流源400用于在易断导线20上维持一电流，电流表410测量易断导线20上的电流值，并在电流值为零时发出报警信号。

信号处理装置50与通断状态检测装置输出端连接，将报警信号转化为抛光停止信号，并向抛光头以及抛光盘输出控制信号，指示抛光头和抛光盘停止旋转，使得抛光工艺停止。

根据上述第一实施例，当固定环破裂或破损时，与其绑定在一起的易断导线20将断裂，从而通断状态检测装置将向信号处理装置50发出报警信号，信号处理装置50再指示抛光头以及抛光盘停止旋转，及时终止抛光工艺。这种固定环具有自检电路，可有效降低因固定环破裂给工艺带来的损失。其有利于提升晶圆制备工艺效率，降低生产成本。

如图3A和图3B所示，本发明第二实施例提供的化学机械抛光固定环，用于化学机械抛光装置中，该固定环包括：环形基体10，在进行抛光时，其设于晶片载体(附图未示出)下方，环绕晶片侧表面，用于固定晶片；四条易断导线，分别为第一、第二、第三和第四导线301、302、303、304，该四条易断导线固定于环形基体10表面不同处，沿环形基体的周长方向延伸并环绕一周；通断状态检测装置，其分别与各易断导线301、302、303、304连接，并在任一易断导线断裂时发出报警信号；信号处理装置50，与通断状态检测装置输出端连接，将报警信号转化为抛光停止信号，用于指示抛光头和抛光盘停止旋转。

具体地，第一导线301沿环形基体10内侧表面延伸分布，第二导线302沿环形基体10外侧表面延伸分布，第三导线303沿环形基体10上表面延伸分布，第四导线304沿环形基体10下表面延伸分布。各易断导线可直接粘附于环形基体10表面，也可设置于环形基体10表面的凹槽中。

优选情况下，第一、第二、第三和第四导线301、302、303、304分别呈蛇形或波浪形分布，以增加与环形基体10的接触面积。

类似地，各易断导线可由直径0.1-0.5mm的漆包线制成。

在该第二实施例中，第一、第二、第三和第四导线301、302、303、304互相并联。

通断状态检测装置包括一个电流源400、四个电流表411、412、413、414和一个与门420，电流源400分别在四条易断导线301、302、303、304上维持一电流，四个电流表411、412、413、414分别与各易断导线301、302、303、304串接，与门420根据四个电流表411、412、413、414的测量值作逻辑与运算，并在至少一易断导线断裂时发出报警信号。信号处理装置50，与与门420输出端连接，将报警信号转化为抛光停止信号，指示抛光头和抛光盘停止旋转。

根据上述第二实施例的进一步改进，第一、第二、第三和第四导线301、302、303、304互相之间不并联，它们所属的电路各自独立；通断状态检测装置包括4个检测单元，分别检测第一、第二、第三和第四导线301、302、303、304所在电路的通断状态，并在至少一易断导线断裂时发出报警信号，报警信号传送给信号处理装置50，以停止抛光工艺。

根据上述第二实施例，当固定环破裂或破损时，与其绑定在一起的四条易断导线301、302、303、304中的一条或多条会断裂，从而通断状态检测装置产生报警信号，信号处理装置50再根据报警信号生成控制信号用于及时终止抛光工艺，从而可有效降低因固定环破裂给工艺带来的损失，其有利于提升晶圆制备工艺效率、降低生产成本。可在行业内推广应用。

可以理解，根据本发明的思想，通断状态检测装置对各易断导线通断状态的检测可由电流源和电流表的组合实现，也可由现有技术中提供的其他器件实现，例如电压源和指示灯的组合，又例如检测电路通断状态的传感器，又例如数字欧姆表，只要可检测出各易断导线是否已断裂，均可实现本发明的思想，因此，应视为落入本发明的简单变形设计。

本发明第三实施例提供一种抛光头，用于化学机械抛光装置中，化学机械抛光装置包括抛光盘和抛光头，抛光头包括用于夹持晶片的晶片载体以及如上第一实施例或第二实施例中提供的固定环，抛光盘与晶片接触并与抛光头分别以相反的方向进行旋转以抛光晶片。

利用该抛光头执行化学机械抛光工艺，有利于提升晶圆制备工艺效率、降低生产成本。

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。

Claims (10)

1.一种固定环，用于化学机械抛光装置中，所述化学机械抛光装置包括抛光盘和抛光头，所述抛光头包括晶片载体和所述固定环，所述晶片载体用于夹持半导体晶片，所述抛光盘与所述晶片接触并与所述抛光头分别以相反的方向进行旋转以抛光所述晶片，其特征在于，所述固定环包括：

环形基体，设于所述晶片载体下方，环绕所述晶片侧表面，用于固定所述晶片，所述环形基体表面设有凹槽；

至少一易断导线，固定于所述环形基体表面，沿所述环形基体的周长方向延伸并环绕一周，所述易断导线通过所述凹槽在所述环形基体的内、外两侧进行过渡；

通断状态检测装置，其分别与各所述易断导线连接，并在任一所述易断导线断裂时发出报警信号；

信号处理装置，与所述通断状态检测装置输出端连接，将所述报警信号转化为抛光停止信号，用于指示所述抛光头和抛光盘停止旋转。

2.如权利要求1所述的固定环，其特征在于，所述易断导线为一条，其包括第一部、第二部与连接部，所述第一部沿所述环形基体内侧延伸分布，所述第二部沿所述环形基体外侧延伸分布，所述第一部与第二部通过所述连接部连接，所述连接部设置于所述环形基体表面的所述凹槽中。

3.如权利要求2所述的固定环，其特征在于，所述第一部、第二部呈蛇形或波浪形分布。

4.如权利要求2所述的固定环，其特征在于，所述通断状态检测装置包括一电流源与一电流表，分别与所述易断导线串接，所述电流源用于在所述易断导线上维持一电流，所述电流表测量所述易断导线上的电流值，并在所述电流值为零时发出所述报警信号。

5.如权利要求1所述的固定环，其特征在于，所述易断导线包括四条，分别为第一、第二、第三和第四导线，所述第一导线沿所述环形基体内侧延伸分布，所述第二导线沿所述环形基体外侧延伸分布，所述第三导线沿所述环形基体上表面延伸分布，所述第四导线沿所述环形基体下表面延伸分布。

6.如权利要求5所述的固定环，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四导线分别呈蛇形或波浪形分布。

7.如权利要求5所述的固定环，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四导线互相并联。

8.如权利要求7所述的固定环，其特征在于，所述通断状态检测装置包括一个电流源、四个电流表和一个与门，所述电流源分别在所述四条易断导线上维持一电流，所述四个电流表分别与各所述易断导线串接，所述与门根据所述四个电流表的测量值作逻辑与运算，并在至少一所述易断导线断裂时发出所述报警信号。

9.如权利要求1至8中任一项所述固定环，其特征在于，所述易断导线为直径0.1-0.5mm的漆包线。

10.一种抛光头，用于化学机械抛光装置中，所述化学机械抛光装置包括抛光盘和所述抛光头，所述抛光头包括用于夹持晶片的晶片载体以及如权利要求1至8中任一项所述的固定环，所述抛光盘与所述晶片接触并与所述抛光头分别以相反的方向进行旋转以抛光所述晶片。