一种传感器与晶圆相对轨迹追踪方法与流程

1.本发明涉及cmp设备技术领域，具体涉及一种传感器与晶圆相对轨迹追踪方法。


背景技术：

2.化学机械平坦化(chemical mechanical planarization，简称cmp)技术是当今最有效的全局平坦化方法。它利用化学腐蚀和机械磨削的协同作用，可以有效兼顾晶圆局部和全局平坦度，并已在超大规模集成电路制造中得到了广泛应用。
3.cmp设备在处理晶圆时，通常都会使用终点检测系统对晶圆进行检测，检测晶圆金属物质是否被抛光。终点检测系统通常会采用在抛光垫上设置传感器，使用传感器对晶圆进行检测，以保证晶圆的抛光效果。而在抛光头压力不变的情况下，晶圆研磨的初期总是中间薄，边缘厚，而在晶圆研磨的后期总是中间厚，边缘薄。若是抛光头的压力不进行调整，晶圆的形貌会与目标形貌出现偏差。而欲根据晶圆的研磨状况对抛光头的压力进行实时调整，则需要获取传感器相对于晶圆的实时位置，由于传感器随着抛光盘进行转动，晶圆也随着抛光头做各种复杂运动，不能准确的获得传感器相对于晶圆的位置。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中cmp设备在对晶圆进行研磨时不能准确获得传感器与晶圆相对位置的缺陷，从而提供一种传感器与晶圆相对轨迹追踪方法。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种传感器与晶圆相对轨迹追踪方法，包括以下步骤：
6.获取抛光盘中心o1点与抛光头公转中心o2点之间的距离l1；
7.获取抛光头公转中心o2点与抛光头中心a点之间的距离l2；
8.获取传感器所处的位置b点与抛光盘中心o1点之间的距离l3；
9.获取抛光盘的转速rpm1，根据抛光头运动公式得出抛光头自转中心在(t2－t1)时间内的弧长位移s1；
10.获取角fo1o2的大小，包括：以o1为极点，o1o2的连线为极轴，通过弧度角公式可得知，角fo1b的弧度角为：
11.∠fo1b＝2*π/60*rpm1*(t
2-t1)
12.其中，传感器扫到晶圆时的时间t1，传感器上传数据的时间t2，t1时刻传感器在抛光盘上所处半径为o1f，t2时刻抛光头中心为a点；
13.计算bo1o2的弧度角为：
14.∠bo1o2＝∠fo1o
2-∠fo1b
15.根据弧度角，计算b点的极坐标为(l3，∠bo1o2)；
16.计算角ao2o1的弧度角为：
17.∠ao2o1＝s1/l2；
18.根据三角形余弦定理，计算ao1的长度为：
[0019][0020]
计算角ao1o2的弧度角为：
[0021]
∠ao1o2＝arcsin(l2*sin(∠ao2o1)/ao1)；
[0022]
计算a点的极坐标为(ao1，∠ao1o2)；
[0023]
将a点和b点的极坐标转化为以o1为原点的直角坐标系的坐标：
[0024]
a(ao1*cos(∠ao1o2)，ao1*sin(∠ao1o2))；
[0025]
b(l3*cos(∠bo1o2)，l3*sin(∠bo1o2))；
[0026]
根据两点距离公式可推算出ab两点之间的距离，计算传感器相对于抛光头自转中心的距离为：
[0027][0028]
在t1时刻，以a点此刻所处的位置为圆心，ab此刻的长度为半径形成第一圆，第一圆与晶圆边缘产生第一交点；
[0029]
经过预设时间后，以当前时刻a点所处位置处为圆心，ab此刻的长度为半径形成第二圆，第二圆与第一圆产生第二交点；
[0030]
交点获取步骤：再次经过预设时间后，以此刻a点所处位置处为圆心，ab此刻的长度为半径形成第三圆，第三圆与第二圆产生第三交点；
[0031]
重复执行交点获取步骤，直至传感器脱离晶圆的位置时，得到若干交点；
[0032]
传感器在扫过晶圆时，通过将若干交点进行曲线拟合，得到传感器在晶圆上扫过的弧线。
[0033]
可选的，所述预设时间为1ms。
[0034]
可选的，所述抛光头在抛光盘表面上做自定义位移运动。
[0035]
可选的，还包括有控制器，所述控制器与传感器通信连接。
[0036]
可选的，还包括有压力调节装置，与所述抛光头连接，且所述压力调节装置与所述控制器通信连接。
[0037]
可选的，还包括有轴体，设置所述抛光盘一侧，抛光头通过支杆转动安装在所述轴体上。
[0038]
可选的，所述抛光盘的转动方向与所述抛光头的公转方向相同。
[0039]
本发明技术方案，具有如下优点：
[0040]
1.本发明提供的传感器与晶圆相对轨迹追踪方法，在晶圆进行研磨时，能够实时获得传感器相对于抛光头中心的距离，进而获取传感器扫过晶圆时的弧线，获得传感器相对于晶圆的实时位置，可以由传感器传来的数据得知此时晶圆的研磨状况，进而可以对抛光头的压力进行调整，保证晶圆的抛光效果。
[0041]
2.本发明提供的传感器与晶圆相对轨迹追踪方法，预设时间设置为1ms，间隔时间极短，可以增多传感器上传数据的次数，提高测量传感器相对晶圆实时位置的准确度。
[0042]
3.本发明提供的传感器与晶圆相对轨迹追踪方法，抛光头连接有压力调节装置，
通过传感器的反馈，可以得知晶圆的抛光状态，通过压力调节装置可以在抛光过程中实时调节压力，使晶圆研磨更加均匀，避免在研磨过程中出现晶圆中间位置和边缘位置研磨不均匀的现象。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1为本发明提供的传感器与晶圆相对轨迹追踪方法中抛光盘与抛光头的位置关系示意图；
[0045]
图2为t2时刻时传感器与晶圆相对位置示意图。
[0046]
附图标记说明：
[0047]
1、传感器；2、抛光盘；3、抛光头；4、支杆；5、轴体。
具体实施方式
[0048]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0049]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。
[0050]
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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。
[0051]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0052]
本实施例提供了传感器与晶圆相对轨迹追踪方法的一种具体的实施方式，如图1和图2所示，包括以下步骤：
[0053]
获取抛光盘2中心o1点与抛光头3公转中心o2点之间的距离l1；
[0054]
获取抛光头3公转中心o2点与抛光头3中心a点之间的距离l2；
[0055]
获取传感器1所处的位置b点与抛光盘2中心o1点之间的距离l3；
[0056]
获取抛光盘2的转速rpm1，根据抛光头3运动公式得出抛光头3自转中心在(t2－t1)时间内的弧长位移s1；
[0057]
获取角fo1o2的大小，包括：以o1为极点，o1o2的连线为极轴，通过弧度角公式可得知，角fo1b的弧度角为：
[0058]
∠fo1b＝2*π/60*rpm1*(t
2-t1)
[0059]
其中，传感器1扫到晶圆时的时间t1，传感器1上传数据的时间t2，t1时刻传感器1在抛光盘2上所处半径为o1f，t2时刻抛光头3中心为a点；
[0060]
计算bo1o2的弧度角为：
[0061]
∠bo1o2＝∠fo1o
2-∠fo1b
[0062]
根据弧度角，计算b点的极坐标为(l3，∠bo1o2)；
[0063]
计算角ao2o1的弧度角为：
[0064]
∠ao2o1＝s1/l2；
[0065]
根据三角形余弦定理，计算ao1的长度为：
[0066][0067]
计算角ao1o2的弧度角为：
[0068]
∠ao1o2＝arcsin(l2*sin(∠ao2o1)/ao1)；
[0069]
计算a点的极坐标为(ao1，∠ao1o2)；
[0070]
将a点和b点的极坐标转化为以o1为原点的直角坐标系的坐标：
[0071]
a(ao1*cos(∠ao1o2)，ao1*sin(∠ao1o2))；
[0072]
b(l3*cos(∠bo1o2)，l3*sin(∠bo1o2))；
[0073]
根据两点距离公式可推算出ab两点之间的距离，计算传感器1相对于抛光头3自转中心的距离为：
[0074][0075]
在t1时刻，以a点此刻所处的位置为圆心，ab此刻的长度为半径形成第一圆，第一圆与晶圆边缘产生第一交点；
[0076]
经过预设时间后，以当前时刻a点所处位置处为圆心，ab此刻的长度为半径形成第二圆，第二圆与第一圆产生第二交点；
[0077]
交点获取步骤：再次经过预设时间后，以此刻a点所处位置处为圆心，ab此刻的长度为半径形成第三圆，第三圆与第二圆产生第三交点；
[0078]
重复执行交点获取步骤，直至传感器脱离晶圆的位置时，得到若干交点；
[0079]
传感器1在扫过晶圆时，通过将若干交点进行曲线拟合，得到传感器1在晶圆上扫过的弧线。
[0080]
本实施例中，抛光头3通过支杆4转动安装在轴体5上，并且抛光头3携带晶圆在抛光盘2上进行研磨，抛光盘2的转动方向与所述抛光头3的公转方向相同，其中，抛光头3带着晶圆做自转运动。根据获取到的传感器1扫过晶圆时的弧线，进而可以获得传感器1相对于晶圆的实时位置，由传感器1传来的数据得知此时被检测部位晶圆的研磨状况，进而可以对抛光头3的压力进行调整，保证晶圆的抛光效果。
[0081]
作为一种可替换的实施方式，抛光头3也可不进行自转。
[0082]
具体的，o1f为传感器1在t1时刻与抛光盘2圆心o1所形成的射线，根据抛光盘2停止状态时的位置及抛光盘2的转速信息可得出角fo1o2的大小。
[0083]
本实施例中，预设时间设置为1ms，间隔时间极短，可以增多传感器1上传数据的次数，提高测量传感器1相对晶圆实时位置的准确度。其中，预设时间也根据实际研磨情况进行更改，不局限于仅设置为1ms。
[0084]
本实施例中，与抛光头3连接的支杆4为伸缩杆，例如气缸，气缸的尾部转动安装在轴体5上，气缸的驱动端与抛光头3进行连接，在轴体5内安装有电机，通过电机可以驱动支杆4进行转动或摆动，进而使支杆4带动抛光头3进行转动或摆动，使抛光头3在对晶圆进行研磨时可以在抛光盘2上进行转动或摆动，而通过气缸的伸缩运动，可以使抛光头3在抛光盘2上做较为复杂的运动，例如在摆动的同时还进行往复收缩，形成类似三角函数中sin函数或cos函数图形的运动曲线。
[0085]
作为一种可替换的实施方式，支杆4也可由外管和内管组成，内管滑动安装在外管内，内管与抛光头3进行连接，外管转动安装在轴体5上。
[0086]
作为一种可替换的实施方式，支杆4的伸缩和摆动之间的配合也可形成其他曲线的运动，不局限于sin函数或cos函数图形中的曲线。
[0087]
本实施例中，在抛光头3上连接有压力调节装置，压力调节装置可以调节晶圆与抛光盘2之间的压力。通过传感器1的反馈，可以得知晶圆的抛光状态，通过压力调节装置可以在抛光过程中实时调节压力，使晶圆研磨更加均匀，避免在研磨过程中出现晶圆中间位置和边缘位置研磨不均匀的现象。
[0088]
其中，压力调节装置可以为气缸，气缸竖直安装在抛光头3内，气缸的驱动端朝向下方，气缸的驱动端与载片台连接，载片台上吸附或安装有晶圆，通过调整载片台与抛光盘2之间的距离，对晶圆与抛光盘2之间的压力进行调节。
[0089]
本实施例中，还设置有控制器，用于控制抛光盘2转动的伺服电机、传感器1、压力调节装置、用于调节支杆4长度的电机或气缸、用于驱动支杆4转动的电机均与控制器进行通信连接，操作人员在控制器内事先输入已知信息，在根据传感器1所传来的信息进行处理，最后将信号反馈至压力调节装置，使压力调节装置对抛光头3与抛光盘2之间的压力进行调整。
[0090]
具体的，使用伺服电机控制抛光盘2转动，可以精确的获知抛光盘2停止转动时的位置，及开始转动时的位置；而抛光盘2为圆周转动，圆心角也便于计算。
[0091]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。