专利名称：研磨温控系统和研磨装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种研磨温控系统和研磨装置。
背景技术：
CMP工艺是指化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)工艺,或称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)工艺。化学机械研磨工艺是一个复杂的工艺过程，它是将晶圆表面与研磨垫的研磨表面相接触，然后，通过晶圆表面与研磨表面之间的相对运动以及研磨液的作用将晶圆表面平坦化。 通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨装置，来进行化学机械研磨工艺。请参阅图I和图2，其中，图I所示是现有的研磨装置的结构俯视示意图，图2所示是现有的研磨装置的结构侧视示意图。如图I和图2所示，现有的研磨装置包括下方设有限位环的研磨头101、上面铺设研磨垫102的研磨平台103、研磨液供应管106以及研磨垫清洗液供给管107，所述研磨头101设置于所述研磨垫102的上方，所述研磨液供应管106的研磨液出液口与所述研磨垫清洗液供给管107的清洗液出液口分别设置于所述研磨垫102的上方，所述研磨液供应管106与所述研磨垫清洗液供给管107并排设置于一横向可移动支架内，所述研磨液供应管106用于供应研磨液，所述研磨垫清洗液供给管107用于对研磨垫102进行清洗。当对晶圆104进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆104附着在研磨头101上，该晶圆104的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫102，研磨头101提供的下压力将该晶圆104紧压到研磨垫102上，所述研磨垫102粘贴于研磨平台103上，当该研磨平台103在驱动轴
105的带动下旋转时,研磨垫102跟随研磨平台103转动；同时,研磨液通过研磨液供应管
106输送到研磨垫102上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫102上。研磨工艺所使用的研磨液一般包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从被研磨晶圆104的表面去掉，以达到全局平坦化的效果。由上可知，目前并未对研磨装置进行恒温控制，然而，由于不同的温度对应的研磨液的化学反应速率是不同的，因而，不受恒温控制的研磨装置，批次晶圆之间由于研磨温度受到各种外在条件影响而发生变化，使得研磨速率因温度变化而发生不稳定现象，造成晶圆出现研磨后厚度不均匀，降低了产品良率。因此，如何提供一种可以避免温度波动对研磨速率的影响、提高晶圆研磨速率的稳定性的研磨温控系统和研磨装置是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种研磨温控系统和研磨装置，通过对研磨平台及其上的研磨垫进行恒温控制，实现对晶圆在研磨过程的恒温控制，避免温度波动对研磨速率的影响，提高晶圆研磨速率的稳定性。[0008]为了达到上述的目的，本实用新型采用如下技术方案一种研磨温控系统，用于调整研磨平台上的研磨垫的温度，包括铺设于所述研磨平台内部的温控管道、用于采集研磨垫温度的温度采集单元、计算处理单元、温控水供给单元、供水管路以及排水管路，所述温控水供给单元通过供水管路与所述温控管道的进口连接，所述温控管道的出口连接排水管路，所述计算处理单元分别与所述温度采集单元和所述温控水供给单元信号连接，所述计算处理单元根据温度采集单元采集到的研磨垫的实际温度和研磨垫的目标温度的比较情况，通 过控制温控水供给单元将研磨平台及研磨垫的温度保持在目标温度范围内。优选的，在上述的研磨温控系统中，所述温控水供给单元包括分别与所述供水管路连接的三个水箱、三个泵以及三个分别用于控制所述三个水箱温度的水箱恒温控制单元，所述三个泵分别设置于三个水箱与所述供水管路的连接管道上，所述三个水箱分别是高温水箱、目标温度水箱以及低温水箱，所述计算处理单元分别与所述三个泵信号连接。优选的，在上述的研磨温控系统中，所述水箱恒温控制单元包括压缩式制冷装置以及电热式制热装置。优选的，在上述的研磨温控系统中，所述压缩式制冷装置包括压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，所述压缩机、冷凝器、膨胀阀与蒸发器通过内部具有制冷剂的连接通道连接构成回路，所述电热式制热装置是电热管。优选的，在上述的研磨温控系统中，所述水箱恒温控制单元采用半导体温控装置，所述半导体温控装置包括设置在水箱侧壁的间隔设置的两片热传导片、以及间隔设置于所述两片热传导片之间的N型半导体元件与P型半导体元件，相邻的N型半导体元件与P型半导体元件的同侧端分别通过导体连接，且所述导体与对应的热传导片接触。优选的，在上述的研磨温控系统中，所述温控管道是螺旋形管道。所述温控管道在所述研磨平台内多层设置，上下相邻的温控管道分别串接在一起，所述温控管道的进口设置于位于最上层的温控管道中，所述温控管道的出口设置于位于最下层的温控管道中。优选的，在上述的研磨温控系统中，所述温度采集单元包括排列设置于所述研磨垫上方的若干非接触式温度传感器。本实用新型还公开了一种研磨装置，包括研磨头、研磨平台以及研磨垫，所述研磨垫铺设于所述研磨平台上，所述研磨头设置于所述研磨垫上，其特征在于，还包括如上所述的研磨温控系统本实用新型提供的研磨温控系统和研磨装置，通过增设位于研磨平台内的温控管道、用于采集研磨垫温度的温度采集单元、计算处理单元、温控水供给单元、供水管路以及排水管路，所述温控水供给单元通过供水管路与所述温控管道的进口连接，所述温控管道的出口连接排水管路，所述计算处理单元分别与所述温度采集单元和所述温控水供给单元信号连接，所述计算处理单元可以根据温度采集单元采集到的研磨垫的实际温度和研磨垫的目标温度的比较情况，通过控制温控水供给单元将研磨平台及研磨垫的温度保持在目标温度范围内，从而实现研磨垫的恒温控制，降低温度对研磨速率稳定性的影响，提高晶圆研磨均匀性，最终提高产品良率。
[0018]本实用新型的研磨温控系统和研磨装置由以下的实施例及附图给出。图I是现有的研磨装置的结构俯视示意图；图2是现有的研磨装置的结构侧视示意图；图3是本实用新型一实施例的研磨装置及研磨温控系统的结构示意图；图4是本实用新型一实施例的研磨温控系统的作用原理图；图5是本实用新型一实施例中的压缩式制冷装置的结构示意图；图6是本实用新型一实施例中的半导体温控装置的结构示意图；图7是本实用新型一实施例中的研磨平台及温控管道的俯视示意图； 图8是本实用新型一实施例中的研磨平台及温控管道的侧视示意图。图中，101、201_研磨头，102,202-研磨垫，103,203-研磨平台、104、204_ 晶圆、105、205_驱动轴、106-研磨液供给管，107-研磨垫清洗液供给管，210-温控管道、220-温度采集单元、230计算处理单元、240-温控水供给单元、241-高温水箱、242-目标温度水箱、243-低温水箱、250-供水管路、260-排水管路、271-第一泵、272-第二泵、273-第一泵，281-压缩机、282-冷凝器、283-膨胀阀、284-蒸发器、291-热传导片、292-N型半导体元件、293-P型半导体元件、294-导体。
具体实施方式
以下将对本实用新型的研磨温控系统和研磨装置作进一步的详细描述。下面将参照附图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。请参阅图3和图4，其中，图3是本实用新型一实施例的研磨装置及研磨温控系统的结构示意图，图4是本实用新型一实施例的研磨温控系统的作用原理图。本实用新型提供的研磨装置，包括研磨头201、研磨平台203以及研磨垫202，所述研磨垫202铺设于所述研磨平台203上，所述研磨平台203在驱动轴205驱动下，带动研磨垫202转动，所述研磨头201设置于研磨垫202上。本实用新型提供的研磨装置，还包括一研磨温控系统，所述研磨温控系统用于调整研磨平台203的温度，包括铺设于所述研磨平台203内部的温控管道210、用于采集研磨平台203温度的温度采集单元220、计算处理单元230、温控水供给单元240、供水管路250以及排水管路260，所述温控水供给单元240通过所述供水管路250与所述温控管道210的进口连接，所述温控管道210的出口 212连接所述排水管路260，所述计算处理单元230分别与所述温度采集单元220和所述温控水供给单元240信号连接，所述计算处理单元230根据温度采集单元220采集到的研磨垫202的实际温度和研磨垫202的目标温度的比较情况，通过控制温控水供给单元240将研磨平台203及其上的研磨垫202的温度保持在目标温度范围(即目标温度的正常的可接受的浮动范围)内，从而实现研磨垫202的恒温控制，避免研磨垫202的温度波动影响晶圆204研磨速率，提高晶圆204研磨速率的稳定性，进而提闻晶圆204研磨均勻性，最终提闻广品良率。请继续参阅图3，较佳的，所述温度采集单元220包括排列设置于所述研磨垫202上方的若干非接触式温度传感器，该若干非接触式温度传感器可以采用红外线温度传感器。所述若干非接触式温度传感器的排列长度与所述研磨垫202的半径一致，上下对应设置，当研磨垫202转动时，所述温度采集单元220每隔一定时间对研磨垫202进行全面采集并在得出研磨垫的平均温度值后传送给计算处理单元230。请继续参阅图3和图4，在本实施例中，所述温控水供给单元240包括分别与所述供水管路250连接的三个水箱、三个泵以及三个分别用于控制所述三个水箱温度的水箱恒温控制单元。所述三个泵分别设置于三个水箱与所述供水管路250的连接管道上，所述计算处理单元230分别与所述三个泵信号连接。所述三个水箱分别是高温水箱241 (例如温度是40摄氏度)、目标温度水箱242 (例如温度T目是30摄氏度)以及低温水箱243 (例如温度是20摄氏度)，所述三个泵分别是第一泵271、第二泵272以及第三泵273。所述计算处理单元230根据温度采集单元220采集到的研磨垫202的实际温度1^与研磨垫202的目标温度T目的比较情况进行处理，通过控制温控水供给单元240将研磨平台203温度保持在目标温度范围内，研磨垫202的目标温度范围是Τ@±ΛΤ，其中，AT是可接受的温度偏 差范围，例如是2摄氏度。 请继续参阅图3和图4，所述计算处理单元230对所述温控水供给单元240具体控制方法如下当T目_ΛΤ<Τ实<Τ目+ AT时，即研磨垫202的实际温度T实处于研磨垫202的目标温度T @范围内时，第二泵272开启，第一泵271和第三泵273关闭，计算处理单元230选择目标温度水箱242中的水向温控管道210供应水；当T实< T目-AT时，即研磨垫202的实际温度T实小于研磨垫202的目标温度T目范围的最小值时，第三泵273开启，第一泵271和第二泵272关闭，计算处理单元230选择高温水箱241中的水向温控管道210供应水；当T目+ Λ T < T实时，即研磨垫202的实际温度T实大于研磨垫202的目标温度T @范围的最大值时，第一泵271开启，第二泵272和第三泵273关闭，计算处理单元230选择低温水箱243中的水向温控管道210供应水。计算处理单元230通过上述处理方式选择合适温度的水箱，向温控管道210供水，来达到对研磨平台203及其上研磨垫202恒温控制的目的，提高晶圆204研磨速率的稳定性。其中，各个水箱的温度需要保持在稳定状态。在本实施例中，通过三个水箱恒温控制单元分别对各个水箱241、242、243进行温度控制，对于所述高温水箱241和所述低温水箱243，其对应的水箱恒温控制单元包括压缩式制冷装置以及电热式制热装置。当所控水箱的水温高于目标温度时，启动压缩式制冷装置制冷；当所控水箱的水温低于目标温度时，启动电热式制热制热；以使所控制的水箱的水温保持在某一目标温度。请参阅图5，具体的，所述压缩式制冷装置包括压缩机281、冷凝器282、膨胀阀283以及蒸发器284，所述压缩机281、冷凝器282、膨胀阀283与蒸发器284通过内部具有制冷剂的连接通道连接构成回路。该压缩式制冷装置的工作原理是制冷剂液体在蒸发器284内以低温与被冷却对象即水箱发生热交换，吸收水箱的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机281吸入，经压缩后以高压排出。压缩机281排出的高压气态制冷剂进冷凝器282，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀283时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器284，其中的液态制冷剂在蒸发器284中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机281吸入，如此周而复始，不断循环。使用时，当所控水箱的水温随时间降到设定温度时，制冷温控器触点断开，制冷绿色指示灯熄灭，压缩机281停转，转入保温工况。断电后所控水箱的水温逐渐回升，当升到设定温度时，制冷温控器触点动作闭合，接通电源，绿色指示灯亮，压缩机281运行。如此循环，将所控水箱的水温控制在目标温度。所述电热式制热装置采用电热管，可将电热管放置在所控水箱内。由于电热式制热装置的结构比较简单，没有进行图示。当所控水箱的水温低于设定温度时，接通电源，力口热电路接通，红色加热指示灯点亮，电热管发热。当所控水箱的升到设定温度时，自动切断电源，红色加热指示灯熄灭，转入保温工况。请参阅图4和图6，较佳的，在本实施例中，所述目标温度水箱242对应的水箱恒温控制单元采用半导体温控装置。所述半导体温控装置，也叫半导体制冷片，或者热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制 冷剂污染的场合。所述半导体温控装置包括设置在该所控水箱侧壁的两片间隔设置的由陶瓷片制成的热传导片291、以及间隔设置于所述两片热传导片291之间的N型半导体元件292与P型半导体元件293，相邻的N型半导体元件292与P型半导体元件293的同侧端分别通过导体294连接，且所述导体294与对应的热传导片291接触。请继续参阅图6，该半导体温控装置的工作原理是当一块N型半导体元件292和一块P型半导体元件293联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型半导体元件292流向P型半导体元件293时,开始吸收热量,成为冷端；电流由P型半导体元件293流向N型半导体元件292时，开始释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及N型半导体元件292和P型半导体元件293的元件对数来决定。该半导体温控装置采用直流电流，既可制冷又可加热。当所控水箱的水温高于目标温度时，启动制冷；当所控水箱的水温低于目标温度时，启动制热；以使水温保持在某一目标温度。通过改变直流电流的极性来决定在半导体温控装置上实现制冷或加热。较佳的，在本实施例中，请参阅图7和图8，所述温控管道210是螺旋形管道。请参阅图8，所述温控管道210在所述研磨平台203内多层设置，上下相邻的温控管道210分别串接在一起，所述温控管道210的进口(即所有温控管道的唯一进口)设置于位于最上层的温控管道210的中部，所述温控管道210的出口(即所有温控管道的唯一出口)设置于位于最下层的温控管道210中的外侧部。由于从供水管路250进入所述温控管道210的进口的水，先流入最上层的温控管道210，在重力作用下，水可以更加顺利地从上至下依次流入到下层的温控管道210，最后经过所述温控管道210的出口，并通过排水管路260排放。经排水管路260排放的水，可以回收供三个水箱再利用，也可以直接排放至厂务排放系统。综上所述，本实用新型提供的研磨温控系统和研磨装置，通过增设位于研磨平台内的温控管道、用于采集研磨垫温度的温度采集单元、计算处理单元、温控水供给单元、供水管路以及排水管路，所述温控水供给单元通过供水管路与所述温控管道的进口连接，所述温控管道的出口连接排水管路，所述计算处理单元分别与所述温度采集单元和所述温控水供给单元信号连接，所述计算处理单元可以根据温度采集单元采集到的研磨垫的实际温度和研磨垫的目标温度的比较情况，通过控制温控水供给单元将研磨平台及研磨垫的温度保持在目标温度范围内，从而实现研磨垫的恒温控制，提高晶圆研磨速率的稳定 性，进而提1 晶圆研磨均勻性，提1 广品良率。
权利要求1.一种研磨温控系统，用于调整研磨平台上的研磨垫的温度，其特征在于，包括铺设于所述研磨平台内部的温控管道、用于采集研磨垫温度的温度采集单元、计算处理单元、温控水供给单元、供水管路以及排水管路，所述温控水供给单元通过供水管路与所述温控管道的进口连接，所述温控管道的出口连接所述排水管路，所述计算处理单元分别与所述温度采集单元和所述温控水供给单元信号连接，所述计算处理单元根据温度采集单元采集到的研磨垫的实际温度和研磨垫的目标温度的比较情况，通过控制温控水供给单元将研磨平台及研磨垫的温度保持在目标温度范围内。
2.根据权利要求I所述的研磨温控系统，其特征在于，所述温控水供给单元包括分别与所述供水管路连接的三个水箱、三个泵以及三个分别用于控制所述三个水箱温度的水箱恒温控制单元，所述三个泵分别设置于三个水箱与所述供水管路的连接管道上，所述三个水箱分别是高温水箱、目标温度水箱以及低温水箱，所述计算处理单元分别与所述三个泵信号连接。
3.根据权利要求2所述的研磨温控系统，其特征在于，所述水箱恒温控制单元包括压缩式制冷装置以及电热式制热装置。
4.根据权利要求3所述的研磨温控系统，其特征在于，所述压缩式制冷装置包括压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，所述压缩机、冷凝器、膨胀阀与蒸发器通过内部具有制冷剂的连接通道连接构成回路。
5.根据权利要求3所述的研磨温控系统，其特征在于，所述电热式制热装置是电热管。
6.根据权利要求2所述的研磨温控系统，其特征在于，所述水箱恒温控制单元采用半导体温控装置。
7.根据权利要求6所述的研磨温控系统，其特征在于，所述半导体温控装置包括设置在水箱侧壁的间隔设置的两片热传导片、以及间隔设置于所述两片热传导片之间的N型半导体元件与P型半导体元件，相邻的N型半导体元件与P型半导体元件的同侧端分别通过导体连接，且所述导体与对应的热传导片接触。
8.根据权利要求I所述的研磨温控系统，其特征在于，所述温控管道是螺旋形管道。
9.根据权利要求I所述的研磨温控系统，其特征在于，所述温控管道在所述研磨平台内多层设置，上下相邻的温控管道分别串接在一起，所述温控管道的进口设置于位于最上层的温控管道中，所述温控管道的出口设置于位于最下层的温控管道中。
10.根据权利要求I所述的研磨温控系统，其特征在于，所述温度采集单元包括排列设置于所述研磨垫上方的若干非接触式温度传感器。
11.一种研磨装置,包括研磨头、研磨平台以及研磨垫,所述研磨垫铺设于所述研磨平台上，所述研磨头设置于所述研磨垫上，其特征在于，还包括如权利要求I 10中任意一项所述的研磨温控系统。
专利摘要本实用新型公开了一种研磨温控系统，用于调整研磨平台上的研磨垫的温度，包括铺设于研磨平台内部的温控管道、用于采集研磨垫温度的温度采集单元、计算处理单元、温控水供给单元、供水管路以及排水管路，温控水供给单元通过供水管路与温控管道的进口连接，所述温控管道的出口连接排水管路，所述计算处理单元分别与温度采集单元和温控水供给单元信号连接，所述计算处理单元根据温度采集单元采集到的研磨垫的实际温度和研磨垫的目标温度的比较情况，通过控制温控水供给单元将研磨平台及研磨垫的温度保持在目标温度范围内，以降低温度对研磨速率稳定性的影响，提高产品良率。本实用新型还公开了一种采用上述研磨温控系统的研磨装置。
文档编号B24B37/015GK202462201SQ20122007963
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者陈枫 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司