金刚石盘的监控方法及系统
阅读说明：本技术 金刚石盘的监控方法及系统 (Monitoring method and system for diamond disk ) 是由 梁金娥 李松 张超逸 邢中豪 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种金刚石盘的监控系统及方法,涉及半导体制造领域。该监控系统包括至少包括金刚石盘检测传感器、信号转换模块、金刚石盘信号采集电路、运动控制器、中控系统、研磨盘调节器驱动系；金刚石盘检测传感器设置在研磨盘的外侧且与金刚石盘的初始位置相邻,金刚石盘上设置有检测标记,金刚石盘检测传感器根据工作指令发射检测信号,接收由金刚石盘反射回的反馈信号；将反馈信号发送至中控系统,中控系统根据反馈信号确定金刚石盘的运行状态信息；解决了目前金刚石盘的实际运行状态不能及时反馈的问题；达到了实时获取金刚石盘的运行状态,防止金刚石盘运行过程中出现异常无法及时发现,有助于优化对研磨盘上研磨垫的处理的效果。(The application discloses a monitoring system and a monitoring method for a diamond disc, and relates to the field of semiconductor manufacturing. The monitoring system at least comprises a diamond disk detection sensor, a signal conversion module, a diamond disk signal acquisition circuit, a motion controller, a central control system and a grinding disk regulator driving system; the diamond disk detection sensor is arranged on the outer side of the grinding disk and adjacent to the initial position of the diamond disk, a detection mark is arranged on the diamond disk, and the diamond disk detection sensor emits a detection signal according to a working instruction and receives a feedback signal reflected by the diamond disk; sending the feedback signal to a central control system, and determining the running state information of the diamond disk by the central control system according to the feedback signal; the problem that the actual running state of the existing diamond disk cannot be fed back in time is solved; the running state of the diamond disc is obtained in real time, abnormity in the running process of the diamond disc is prevented from being discovered in time, and the effect of optimizing the treatment of the grinding pad on the grinding disc is facilitated.)
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种金刚石盘的监控方法及系统。
背景技术
随着半导体工业的发展，半导体器件的尺寸越来越小，对晶片表面平整度的要求也越来越高。
CMP(Chemical Mechanical Polish，化学机械抛光)是一种化学反应和机械打磨结合的技术，可以实现晶片表面的全局平坦化。CMP的原理为：将晶片固定在抛光头的最下面，将抛光垫放置在研磨盘上，研磨液在晶片和抛光垫之间连续流动，在抛光时旋转的抛光头以一定压力下压，晶片表面的反应物不断地被剥离，在化学反应剂和磨粒的联合作用下实现平坦化。
金刚石盘(Disk)是CMP系统中的重要耗材，主要用于对研磨垫进行处理，去除研磨垫上的研磨副产物，令研磨垫表面更加平整、均匀，并让研磨垫表面保持一定的粗糙度，有助于研磨液在研磨垫表面分布地更加均匀。若研磨垫没有经过合适的处理，研磨副产物和研磨液会沉积在研磨垫表面的微孔内，使晶圆在研磨垫表面打滑，导致晶圆被划伤或研磨速率和均匀性变差。由此可以看出，金刚石盘的运行状态与CMP效果直接相关。然而，目前金刚石盘的实际运行状态只能通过经过CMP处理的晶片的厚度和缺陷来检测，无法在金刚石盘运行过程中直接检测。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种金刚石盘的监控方法及系统。该技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种金刚石盘的监控系统，该系统至少包括金刚石盘检测传感器、信号转换模块、金刚石盘信号采集电路、运动控制器、中控系统、研磨盘调节器驱动系统；
金刚石盘检测传感器与信号转换模块连接，信号转换模块与金刚石盘信号采集电路连接，金刚石盘信号采集电路与运动控制器连接、运动控制器与中控系统、研磨盘调节器驱动系统分别连接；
金刚石盘检测传感器设置在研磨盘的外侧且与金刚石盘的初始位置相邻，金刚石盘上设置有检测标记；
中控系统内存储有研磨盘调节器的运动控制指令、研磨盘调节器的工作流程、研磨盘调节器中研磨头的标准运动轨迹；
中控系统，用于向运动控制器发送运动控制指令；
运动控制器，用于将接收到的运动控制指令发送至研磨盘调节器驱动系统；
研磨盘调节器驱动系统，用于根据运动控制指令驱动研磨盘调节器运行，研磨盘调节器用于带动金刚石盘在研磨盘上运动；
中控系统，用于根据研磨盘调节器的工作流程向金刚石盘检测传感器发送工作指令；
金刚石盘检测传感器，用于根据工作指令发射检测信号，接收由金刚石盘反射回的反馈信号；将反馈信号发送至中控系统；反馈信号包括金刚石盘上检测标记对应的目标反馈信号和检测标记以外位置对应的普通反馈信号；
中控系统，用于接收反馈信号，并根据反馈信号确定金刚石盘的运行状态信息，金刚石盘的运行状态信息包括金刚石盘的转速、金刚石盘的位置。
可选的，中控系统，用于根据研磨盘调节器的工作流程确定研磨头位于预设位置时，向金刚石盘检测传感器发送金刚石盘检测传感器的工作指令。
可选的，中控系统，用于根据研磨盘调节器的工作流程确定研磨头位于预设位置时，向运动控制器发送金刚石盘检测传感器的工作指令；
运动控制器，用于接收并将金刚石盘检测传感器的工作指令发送至金刚石盘信号采集电路；
金刚石盘信号采集电路，用于通过信号转换模块向金刚石盘检测传感器发送工作指令；
金刚石盘检测传感器，用于通过信号转换模块将反馈信号发送至金刚石盘信号采集电路；
金刚石盘信号采集电路，用于接收并将反馈信号发送至运动控制器系统；
运动控制器系统，用于接收并将反馈信号发送至中控系统。
可选的，金刚石盘检测传感器，用于根据工作指令在预定时间内持续发射光信号，接收由金刚石盘反射回的反馈光信号；
光信号为窄波段红光信号。
可选的，金刚石盘检测传感器的外侧设置有透明保护罩。
可选的，金刚石盘上设置的检测标记为凸起块或凹槽或色斑块。
可选的，研磨盘调节器包括研磨头、调节器基座，研磨头通过皮带与调节器基座连接；
研磨头用于固定金刚石盘；
调节器基座用于带动研磨头旋转、以及带动研磨头在研磨盘边缘和研磨盘中心之间来回摆动。
第二方面，本申请实施例提供了一种金刚石盘的监控方法，应用于如第一方面所示的金刚石盘的监控系统，该方法包括：
通过中控系统向运动控制器发送运动控制指令；中控系统内存储有研磨盘调节器的运动控制指令、研磨盘调节器的工作流程、研磨盘调节器中研磨头的标准运动轨迹；
通过运动控制器将接收到的运动控制指令发送至研磨盘调节器驱动系统；
通过研磨盘调节器驱动系统根据运动控制指令驱动研磨盘调节器运行；研磨盘调节器用于带动金刚石盘在研磨盘上运动；
通过中控系统根据研磨盘调节器的工作流程向金刚石盘检测传感器发送工作指令；金刚石盘检测传感器设置在研磨盘的外侧且与金刚石盘的初始位置相邻，金刚石盘上设置有检测标记；
通过金刚石盘检测传感器根据工作指令发射检测信号，接收由金刚石盘反射回的反馈信号；将反馈信号发送至中控系统；反馈信号包括金刚石盘上检测标记对应的目标反馈信号和检测标记以外位置对应的普通反馈信号；
通过中控系统接收金刚石盘检测传感器发送的反馈信号，并根据反馈信号确定金刚石盘的运行状态信息，金刚石盘的运行状态信息包括金刚石盘的转速、金刚石盘的位置。
可选的，通过中控系统向运动控制器发送运动控制指令，包括：
通过中控系统根据研磨盘调节器的工作流程确定研磨头位于预设位置时，向金刚石盘检测传感器发送金刚石盘检测传感器的工作指令。
可选的，通过金刚石盘检测传感器根据工作指令发射检测信号，接收由金刚石盘反射回的反馈信号，包括：
通过金刚石盘检测传感器根据工作指令在预定时间内持续发射光信号；
通过金刚石盘检测传感器接收由金刚石盘反射回的反馈光信号；
光信号为窄波段红光信号。
可选的，金刚石盘检测传感器的外侧设置有透明保护罩。
可选的，金刚石盘上设置的检测标记为凸起块或凹槽或色斑块。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
通过在研磨盘的外侧设置金刚石盘检测传感器，增加与金刚石盘检测传感器配套的信号转换模块、金刚石盘信号采集电路，建立金刚石盘检测传感器与中控系统之间的双向数据链路，在研磨盘调节器带动金刚石盘在研磨盘上运行时，由中控系统根据研磨盘调节器的工作流程向金刚石盘检测传感器发送工作指令，金刚石盘检测传感器发射检测信号，并接收由金刚石盘反射回的反馈信号，向中控系统发送反馈信号，由中控系统根据反馈信号实时计算出金刚石盘的实际运行状态；解决了目前金刚石盘的实际运行状态不能及时反馈的问题；达到了实时获取金刚石盘的运行状态，防止金刚石盘运行过程中出现异常无法及时发现，有助于优化对研磨盘上研磨垫的处理的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请
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申请的一些实施方式，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。
图1是一种研磨盘调节器的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种金刚石盘的监控系统的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的金刚石盘检测传感器的位置示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，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，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请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。
在利用金刚石盘打磨研磨垫时，需要利用研磨盘调节器安装金刚石盘。如图1所示，研磨盘调节器包括研磨头11、调节器基座12、研磨头11通过皮带13与调节器基座12连接。
调节器基座通过皮带带动研磨头摆动和旋转，相应地，研磨头上安装的金刚石盘也随之摆动和旋转。研磨头还用于控制金刚石盘上升或下降。
研磨盘调节器的运行方式根据中控系统控制。一般情况下，在利用金刚石盘打磨研磨垫的过程中，研磨垫转动，研磨头在调节器基座的带动下在研磨盘的边缘和中心之间来回摆动，同时研磨头带动金刚石盘高速转动，金刚石盘打磨研磨盘上的研磨垫。研磨头的运动轨迹是周期性的摆动轨迹曲线。
由于金刚石盘固定在研磨头上，因此，金刚石盘在研磨头的带动下在研磨盘的边缘和中心之间来回摆动。
请参考图2，其示出了本申请一实施例提供的一种金刚石盘的监控系统的结构示意图，该金刚石盘的监控系统至少包括金刚石盘检测传感器210、信号转换模块220、金刚石盘信号采集电路230、运动控制器240、中控系统250、研磨盘调节器驱动系统260。
金刚石盘检测传感器210与信号转换模块220连接，信号转换模块220与金刚石盘信号采集电路230连接，金刚石盘信号采集电路230与运动控制器240连接，运动控制器240与中控系统250连接，运动控制器240与研磨盘调节器驱动系统260连接。
金刚石盘检测传感器210、信号转换模块220、金刚石盘信号采集电路230、运动控制器240、中控系统250之间建立双向数据传输链路。
中控系统250、运动控制器240、研磨盘调节器驱动系统260之间建立单向数据传输链路，中控系统250通过运动控制器240向研磨盘调节器驱动系统260发送数据。
如图3所示，金刚石盘检测传感器210设置在研磨盘31的外侧，且与金刚石盘的初始位置32相邻。
由于金刚石盘被固定于研磨调节器的研磨头上，研磨调节器的位置也可以看作是金刚石盘的位置。在研磨调节器未工作时，调节器基座带动研磨头运动，令研磨头停在研磨垫的外侧，此时研磨头所停的位置为初始位置，也即金刚石盘的初始位置。
需要说明的是，金刚石盘检测传感器的数量根据实际需要确定，金刚石盘检测传感器的数量为1个或1个以上，本申请实施例对金刚石盘检测传感器的数量不作限制。
金刚石盘上设置有检测标记，检测标记不同于金刚石盘上的其他区域。
可选的，检测标记设置在金刚石盘的侧面。
可选的，金刚石盘上设置的检测标记为凸起或凹槽或色斑块。
当金刚石盘传感器发射信号时，发射信号到达金刚石盘表面后被反射形成反馈信号，检测标记对应的反射信号与金刚石盘上其他区域对应的反射信号不同。
可选的，金刚石盘检测传感器的外侧设置有透明保护罩。
透明保护罩不影响金刚石盘检测传感器发射信号或接收信号。
在CMP机台空闲时，喷水冲洗金刚石盘，同时冲洗金刚石盘检测传感器外侧的透明保护罩，去除可能存在的沾污。
在本申请实施例提供的金刚石盘的监控系统中，中控系统内存储有研磨盘调节器的运动控制指令、研磨盘调节器的工作流程、研磨盘调节器中研磨头的标准运动轨迹。
研磨盘调节器的工作流程中包括研磨头运动到预设位置的时间。
在金刚石盘的实际运行状态未出现异常时，金刚石盘的实际运行状态与研磨盘调节器中研磨头的运行状态一致；当金刚石盘的实际运行状态出现异常时，金刚石盘的实际运行状态与研磨盘调节器中研磨头的运行状态不一致。由于中控系统是向研磨盘调节器发送运动控制指令，因此，可以根据研磨盘调节器的工作流程确定金刚石盘检测传感器工作的时间点。
研磨盘调节器中研磨头的标准运动轨迹是研磨盘调节器按中控系统内存储的研磨盘调节器的工作流程运行后得到的。
如图2所示，在本申请实施例提供的金刚石盘监控系统中，中控系统250向运动控制器240发生运动控制指令，运动控制指令用于控制研磨盘调节器的运动状态。
运动控制器240接收中控系统250发送的运动控制指令，并将运动控制指令发送至研磨盘调节器驱动系统260。
研磨盘调节器驱动系统260接收运动控制指令，根据运动控制指令驱动研磨盘调节器运行。
在研磨盘调节器运行过程中，还需要对金刚石盘的运动状态进行检测。
中控系统250根据研磨盘调节器的工作流程项金刚石盘检测传感器发送工作指令。
具体地，中控系统根据研磨盘调节器的工作流程确定研磨头位于预设位置时，向金刚石盘检测传感器发送金刚石盘检测传感器的工作指令。
可选的，预设位置为研磨盘的边缘，或，研磨盘的中心。需要说明的是，预设位置还可以是研磨盘的边缘和中心之间的任意一个位置，本申请实施例对此不作限定。
金刚石盘检测传感器210接收金刚石盘检测传感器的工作指令，根据工作指令发射检测信号，接收由金刚石盘反射回的反馈信号，将反馈信号发送至中控系统。
反馈信号是金刚石盘检测传感器发射的检测信号到达金刚石盘后，由金刚石盘反射形成的。
反馈信号包括金刚石盘上检测标记对应的目标反馈信号和金刚石盘上检测标记以外位置对应的普通反馈信号。
中控系统250接收反馈信号，并根据反馈信号确定金刚石盘的运动状态信号；金刚石盘的运动状态信号包括金刚石盘的转速、金刚石盘的位置。
金刚石盘的位置包括金刚石盘的中心相对于研磨盘的中心距离，以及金刚石盘相对于金刚石盘检测传感器的高度。
根据金刚石盘的转速、金刚石盘的中心相对于研磨盘的中心距离和金刚石盘相对于金刚石盘检测传感器的高度可以得到金刚石盘的实时运行状态，判断金刚石盘的实际运行状态是否出现异常。
在本申请实施例的可选实施例中，中控系统250和金刚石盘检测传感器210之间的数据传输方式如下：
中控系统250根据研磨盘调节器的工作流程确定研磨头位于预设位置时，向运动控制器240发送金刚石检测传感器的工作指令。
运动控制器240接收金刚石检测传感器的工作指令，并将金刚石检测传感器的工作指令发送至金刚石盘信号采集电路230。
金刚石盘信号采集电路230通过信号转换模块220将接收到的金刚石检测传感器的工作指令，发送至金刚石盘检测传感器210。
信号转换模块220用于信号的模数转换。
金刚石盘检测传感器210根据工作指令在预定时间内持续发射光信号，并接收由金刚石盘反射回的反馈光信号。
可选的，光信号为窄波段红光信号。
可选的，预定时间是根据实际情况预先确定的。比如，预定时间为1s或2s。
金刚石盘检测传感器210通过信号转换模块220将反馈信号发生至金刚石盘信号采集电路230。
可选的，金刚石盘检测传感器将反馈光信号发送至金刚石盘信号采集电路230。
反馈光信号包括检测标记对应的反馈光信号和检测标记以外位置对应的反馈光信号。
金刚石盘信号采集电路230将反馈信号发送至运动控制器240。
运动控制器240将接收反馈信号，并将反馈信号发送至中控系统250。
中控系统250接收反馈信号，并根据反馈信号确定金刚石盘的运行状态信息。
中控系统250根据反馈光信号计算得到的金刚石盘的转速、金刚石盘中心相对于研磨盘中心的位置、金刚石盘相对于金刚石盘检测传感器的高度。
可选的，中控系统250中还存储有金刚石盘的运动状态信号的标准数据，根据标准数据可以确定金刚石盘在运行过程中是否出现异常。
通过检测金刚石盘的实际运行状态，有助于在金刚石盘运行出现异常时及时干预，避免造成运行状态异常的金刚石盘对研磨盘造成损伤。
本申请实施例提供了一种金刚石盘的监控方法，该金刚石盘的监控方法应用于如2所示的金刚石盘监控系统中，该方法至少包括如下步骤：
步骤401，中控系统向运动控制器发送运动控制指令。
中控系统内存储有研磨盘调节器的运动控制指令、研磨盘调节器的工作流程、研磨盘调节器中研磨头的标准运动轨迹。
该步骤在上述实施例中进行阐述了，这里不再赘述。
步骤402，运动控制器将接收到的运动控制指令发送至研磨盘调节器驱动系统。
运动控制器接收中控系统发送的运动控制指令，并将运动控制指令发送至研磨盘调节器驱动系统。
步骤403，研磨盘调节器驱动系统根据运动控制指令驱动研磨盘调节器运行。
研磨盘调节器驱动系统接收运动控制指令，并根据运动控制指令驱动研磨盘调节器运行。
研磨盘调节器带动研磨头上固定的金刚石盘在研磨盘上运动。
步骤404，中控系统根据研磨盘调节器的工作流程向金刚石盘检测传感器发送工作指令。
金刚石盘检测传感器设置在研磨盘的外侧且与金刚石盘的初始位置相邻，金刚石盘上设置有检测标记。
中控系统根据研磨盘调节器的工作流程确定研磨头位于预设位置时，向金刚石盘检测传感器发送金刚石盘检测传感器的工作指令。
可选的，预设位置为研磨盘的边缘，或，研磨盘的中心。需要说明的是，预设位置还可以是研磨盘的边缘和中心之间的任意一个位置，本申请实施例对此不作限定。
中控系统根据研磨盘调节器的工作流程确定研磨头位于预设位置时，向运动控制器发送金刚石盘检测传感器的工作指令，运动控制器向金刚石盘信号采集电路发送接收到的金刚石盘检测传感器的工作指令，金刚石盘信号采集电路向信号转换模块发送金刚石盘检测传感器的工作指令，信号转换模块再向金刚石检测传感器发送金刚石盘检测传感器的工作指令。
步骤405，金刚石盘检测传感器根据工作指令发射检测信号，接收由金刚石盘反射回的反馈信号。
金刚石盘上设置有检测标记。可选的，金刚石盘的侧面设置有检测标记。
可选的，检测标记为凸起或凹槽或色斑块。
反馈信号包括金刚石盘上检测标记对应的目标反馈信号和检测标记以外位置对应的普通反馈信号。
由于检测标记区别于金刚石盘上的其他位置，目标反馈信号与普通反馈信号不同。
在一个例子中，金刚石盘检测传感器根据工作指令在预定时间内持续发射光信号；金刚石盘检测传感器接收由所述金刚石盘反射回的反馈光信号。光信号为窄波段红光信号。
可选的，金刚石盘检测传感器的外侧设置有透明保护罩。
透明保护罩不影响金刚石检测传感器发射和接收信号。
步骤406，金刚石盘检测传感器将反馈信号发生至中控系统。
金刚石盘检测传感器将反馈信号发送至信号转换模块，信号转换模块将光信号转换为对应的数字信号，信号转换模块将反馈信号发送至金刚石盘信号采集电路，金刚石盘信号采集电路将接收到的反馈信号通过运动控制器发送至中控系统。
步骤407，中控系统接收金刚石盘检测传感器发送的反馈信号，并根据反馈信号确定金刚石盘的运行状态信息。
金刚石盘的运行状态信息包括金刚石盘的转速、金刚石盘的位置。
金刚石盘的位置包括金刚石盘的中心相对于研磨盘的中心距离，以及金刚石盘相对于金刚石盘检测传感器的高度。
比如：中控系统根据反馈信号确定同一个金刚石盘检测传感器连续两次检测到金刚石盘上检测标记的时间差，根据时间差确定出金刚石盘的转速；根据金刚石盘检测传感器发射检测信号的时间与接收到反馈信号的时间差定位金刚石盘的位置，然后确定出金刚石盘中心相对于研磨盘中心的距离；根据设置的金刚石盘检测传感器阵列发送回的反馈信号，确定出金刚石盘相对于金刚石盘检测传感器的高度。
可选的，中控系统中还存储有金刚石盘的运动状态信号的标准数据，根据标准数据可以确定金刚石盘在运行过程中是否出现异常。
通过检测金刚石盘的实际运行状态，有助于在金刚石盘运行出现异常时及时干预，避免造成运行状态异常的金刚石盘对研磨盘造成损伤。
综上所述，本申请实施例提供的金刚石盘的监控系统及方法，通过在研磨盘的外侧设置金刚石盘检测传感器，增加与金刚石盘检测传感器配套的信号转换模块、金刚石盘信号采集电路，建立金刚石盘检测传感器与中控系统之间的双向数据链路，在研磨盘调节器带动金刚石盘在研磨盘上运行时，由中控系统根据研磨盘调节器的工作流程向金刚石盘检测传感器发送工作指令，金刚石盘检测传感器发射检测信号，并接收由金刚石盘反射回的反馈信号，向中控系统发送反馈信号，由中控系统根据反馈信号实时计算出金刚石盘的实际运行状态；解决了目前金刚石盘的实际运行状态不能及时反馈的问题；达到了实时获取金刚石盘的运行状态，防止金刚石盘运行过程中出现异常无法及时发现，有助于优化对研磨盘上研磨垫的处理的效果。
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申请创造的保护范围之中。