一种抛光机抛头中心压力监测方法
阅读说明：本技术 一种抛光机抛头中心压力监测方法 (Polishing head center pressure monitoring method of polishing machine ) 是由 王锡铭 张俊宝 陈猛 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明是一种集成电路用抛光机抛头中心压力的监测方法,本发明在电子压力计监测抛光头中心压力的同时对应每个抛头加装一个气压监测装置用于监测气缸内的气压P,并根据P的值来计算抛光头的理论压力值a和理论压力偏差范围c,同时结合理论压力值a和电子压力计测量数据b来计算抛头压力的实际偏差值c*,最终通过对比对实际偏差值c*和理论压力偏差范围c来确定输出中心压力值监控的正常。(The invention relates to a method for monitoring the center pressure of polishing heads of a polishing machine for an integrated circuit, which is characterized in that an air pressure monitoring device is additionally arranged corresponding to each polishing head while an electronic pressure gauge monitors the center pressure of the polishing head, the air pressure P in an air cylinder is monitored, a theoretical pressure value a and a theoretical pressure deviation range c of the polishing head are calculated according to the value of P, an actual deviation value c of the polishing head pressure is calculated by combining the theoretical pressure value a and measurement data b of the electronic pressure gauge, and the monitoring normality of the output center pressure value is determined by comparing the actual deviation value c with the theoretical pressure deviation range c.)
技术领域
本专利属于集成电路领域的单晶硅片化学机械抛光机的设备改造。
背景技术
集成电路用硅片对产品表面平整度有很高的要求，所以在进行硅片加工时使用精密度较高的化学机械抛光来进行硅片表面平整度的改良。在实际生产中，影响化学机械抛光效果的因素有很多，其主要分为设备因素、研磨液因素、抛光垫/背垫因素以及CMP对象薄膜因素，其中在设备因素中，抛光中心压力对抛光结果的影响十分关键。一般来说，抛头中心压力较小时，抛光片表面平整度较低，且边缘腐蚀快、中间腐蚀慢，因此造成中间高边缘地的表面形貌；抛头中心压力越大，产生的摩擦力矩越大，抛光速率越快，相对的平整度也越好，不过当抛头中心压力超过了一定值之后，平整度逐渐变差并伴随有划痕和碎片现象出现。因此在生产中要对抛头中心压力进行精确控制，来确保化学机械抛光生产可以得到最优平整度表现。
现有抛光机对中心压力的监控方法是直接使用电子压力传感器连入抛头内部，从而对抛光时的抛头中心压力进行直接测量，但由于传感器的使用状况会使用而出现精确度降低甚至监测压力错误的问题，这样的问题一般可能由电子检测计，压力传感器或传输线路中的一个或多个问题引起，一旦问题发生，就会导致显示中心压力与实际中心压力对应不准确，并且由于没有相对参考无法第一时间准确判断问题发生的原因，所以需要中心压力的测量选参照数据，来确认在进行化学机械抛光时，中心压力的显示数值是否准确，并以此对设备进行针对性改造。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明对抛光机中心压力监测系统进行了如下设计，设计加入了抛头气缸气压的检测装置，用对在抛光作业进行时气缸所提供的气压进行监测。并以此气压值结合抛头本身属性计算出抛光时的中心压力，并以此为标准对中心压力检测计进行比对，来确定此时抛头的确切中心压力值。
为实现上述目的，本发明采取了以下的技术方案：
在进行中心压力监测系统改造时，采取了如下措施：
在抛光机在原有的基础上，增添与抛光头相等数量的精密气压表，每一个精密气压表用于测量对应抛光头控制抛光压力的气缸运行时的内部气压。结构改造完成。
所述装置在抛光进行气缸所提供的气压进行测量，测得气缸内气压值为P。
根据抛光机本身参数得出，抛光头重量M以及抛光头下表面面积 S，并且由于抛光头立柱与气缸内控制装置间存在一定摩擦，所以装置运动存在有机械摩擦作用力。
根据气缸内气压值P、抛光头重量M，以及抛光头下表面积S计算得出，在进行化学机械抛光作用时，气缸提供的理论中心压力值a。其公式如下：
a＝0.97|P-M/0.1S|
其中，公式中的0.97为受机械件摩擦力与零件间作用力所得出的补正系数。由于抛光头重量M与抛光头下表面S均为固定值，所以中心压力理论值a的数值仅与抛光作业时气缸内的气压值P相关。所以在进行监控时本发明将中心压力理论值a作为中心压力的测量值b 得参考标准。并由此得出抛光压力偏差值的计算公式为：
c*＝|a-b|/a·100％
由于测量值b直接测定为抛光时的抛头的中心压力，中心压力的影响因素相对复杂，因此测量值b与理论值a存在一定的无法避免的偏差，由于偏差值数值无法精确计算，所以通过对范围值的计算得出测量值b与理论值a之间的偏差范围c应在0≤c≤Cmax围内，且c的最大值Cmax由当前气缸内气压P值确定，具体公式如下：
当实际偏差值c*小于等于规定偏差值Cmax时，则认定抛光机为正常工作状态，电子压力测试计可以正常监控抛光中心压力，抛光头中心压力读数为a。
当实际偏差值c*大于规定偏差值Cmax时，则认定抛光机处于异常工作状态，需要对电子压力测试计或者抛光机进行维修，以保证其正常工作时的精确度。
本发明监测技术流程图见附图1所示。
附图说明
图1：中心压力监测系统结构图
图2：方案流程图
具体实施方式
实施例1：
依照本发明的中心压力检测方法进行中心压力值的测定：
通过对设备进行确认可知设备的基础信息，抛头重量M为：
抛头重量M
M<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>
M<sub>3</sub>
M<sub>4</sub>
数值(kg)
468.0
469.5
469.5
468.5
抛光头下表面积S为：
抛头下表面S
S<sub>1</sub>
S<sub>2</sub>
S<sub>3</sub>
S<sub>4</sub>
数值(m2)
0.28
0.28
0.28
0.28
在进行200mm抛光硅片生产时，化学机械抛光机四个抛光头的电子压力计测得此时的中心压力值b为：
中心压力b
b<sub>1</sub>
b<sub>2</sub>
b<sub>3</sub>
b<sub>4</sub>
数值
30.1
40.0
50.1
40.0
同时，气压表的读数P为：
气压表读数P
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
P<sub>4</sub>
数值
46.8
58.4
66.5
58.2
根据气压表读数P结合抛头重量M抛光头下表面S，进行运算得出中心压理论值a：
中心压理论值a
a<sub>1</sub>
a<sub>2</sub>
a<sub>3</sub>
a<sub>4</sub>
数值
29.8
39.8
49.6
39.6
中心压理论值a确定，分别对四个抛光头进行参数计算，得出在此抛光压力下的偏差范围c的极限值为
偏差值极限C<sub>max</sub>
C<sub>max1</sub>
C<sub>max2</sub>
C<sub>max3</sub>
C<sub>max4</sub>
数值
0.3％
1.4％
5.2％
1.1％
同时，四个抛光头的中心压力实际偏差值c*经计算得出如下数据：
实际偏差值c<sup>*</sup>
c<sub>1</sub>*
c<sub>2</sub>*
c<sub>3</sub>*
c<sub>4</sub>*
数值
1％
0.5％
1％
0.9％
对比实际偏差值c*与偏差值范围c可知，#1号抛光头测量的压力实际偏差值大与偏差极限值，可推断为中心压力检测计运转异常，需要进行检修；其余三个运转正常，且精度符合正常控制标准。
实施例2：
依照本发明的中心压力检测方法进行中心压力值的测定：
通过对设备进行确认可知设备的基础信息，抛头重量M为：
抛头重量M
M<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>
M<sub>3</sub>
M<sub>4</sub>
数值
468.5
468.5
469.0
468.5
抛光头下表面积S为：
抛头下表面S
S<sub>1</sub>
S<sub>2</sub>
S<sub>3</sub>
S<sub>4</sub>
数值
0.28
0.28
0.28
0.28
在进行200mm抛光硅片生产时，化学机械抛光机四个抛光头的电子压力计测得此时的中心压力值b为：
同时，气压表的读数P为：
气压表读数P
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
P<sub>4</sub>
数值
62.2
58.2
66.5
71.0
根据气压表读数P结合抛头重量M抛光头下表面S，进行运算得出中心压理论值a：
中心压理论值a
a<sub>1</sub>
a<sub>2</sub>
a<sub>3</sub>
a<sub>4</sub>
数值
44.2
40.2
48.3
55.6
中心压理论值a确定，分别对四个抛光头进行参数计算，得出在此抛光压力下的偏差范围c的极限值为
偏差值极限C<sub>max</sub>
C<sub>max1</sub>
C<sub>max2</sub>
C<sub>max3</sub>
C<sub>max4</sub>
数值
2.6％
1.5％
5％
1.8％
同时，四个抛光头的中心压力实际偏差值c*经计算得出如下数据：
实际偏差值c<sup>*</sup>
c<sub>1</sub>*
c<sub>2</sub>*
c<sub>3</sub>*
c<sub>4</sub>*
数值
2％
1％
3.7％
0.8％
对比实际偏差值c*与偏差值范围c可知，实际偏差值均小于极限偏差值，所以可知四个抛光头中心压力检测计均正常运转，且精度符合正常控制标准。
实施例3：
依照本发明的中心压力检测方法进行中心压力值的测定：
通过对设备进行确认可知设备的基础信息，抛头重量M为：
抛头重量M
M<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>
M<sub>3</sub>
M<sub>4</sub>
数值
468.5
468.0
469.0
469.0
抛光头下表面积S为：
抛头下表面S
S<sub>1</sub>
S<sub>2</sub>
S<sub>3</sub>
S<sub>4</sub>
数值
0.28
0.28
0.28
0.28
在进行抛光硅片生产时，化学机械抛光机四个抛光头的电子压力计测得此时的中心压力值b为：
中心压力b
b<sub>1</sub>
b<sub>2</sub>
b<sub>3</sub>
b<sub>4</sub>
数值
90.0
100.3
85.2
90.2
同时，气压表的读数P为：
气压表读数P
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
P<sub>4</sub>
数值
109.7
120.9
104.9
111.1
根据气压表读数P结合抛头重量M抛光头下表面S，进行运算得出中心压理论值a：
中心压理论值a
a<sub>1</sub>
a<sub>2</sub>
a<sub>3</sub>
a<sub>4</sub>
数值
90.2
101.0
85.5
91.5
中心压理论值a确定，分别对四个抛光头进行参数计算，得出在此抛光压力下的偏差范围c的极限值为
偏差值极限C<sub>max</sub>
C<sub>max1</sub>
C<sub>max2</sub>
C<sub>max3</sub>
C<sub>max4</sub>
数值
8.0％
9.1％
7.1％
6.9％
同时，四个抛光头的中心压力实际偏差值c*经计算得出如下数据：
实际偏差值c<sup>*</sup>
c<sub>1</sub>*
c<sub>2</sub>*
c<sub>3</sub>*
c<sub>4</sub>*
数值
0.2％
0.7％
0.4％
1.4％
对比实际偏差值c*与偏差值范围c可知，四个抛光头中心压力检测计均正常运转，且精度符合正常控制标准。
实施例4：
依照本发明的中心压力检测方法进行中心压力值的测定：
通过对设备进行确认可知设备的基础信息，抛头重量M为：
抛头重量M
M<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>
M<sub>3</sub>
M<sub>4</sub>
数值(kg)
468.0
469.0
469.0
468.5
抛光头下表面积S为：
抛头下表面S
S<sub>1</sub>
S<sub>2</sub>
S<sub>3</sub>
S<sub>4</sub>
数值(m2)
0.28
0.28
0.28
0.28
在进行200mm抛光硅片生产时，化学机械抛光机四个抛光头的电子压力计测得此时的中心压力值b为：
中心压力b
b<sub>1</sub>
b<sub>2</sub>
b<sub>3</sub>
b<sub>4</sub>
数值
70.2
75.1
70.0
75.0
同时，气压表的读数P为：
气压表读数P
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
P<sub>4</sub>
数值
88.5
98.3
89.4
94.9
根据气压表读数P结合抛头重量M抛光头下表面S，进行运算得出中心压理论值a：
中心压理论值a
a<sub>1</sub>
a<sub>2</sub>
a<sub>3</sub>
a<sub>4</sub>
数值
69.6
79.1
70.5
75.8
中心压理论值a确定，分别对四个抛光头进行参数计算，得出在此抛光压力下的偏差范围c的极限值为
偏差值极限C<sub>max</sub>
C<sub>max1</sub>
C<sub>max2</sub>
C<sub>max3</sub>
C<sub>max4</sub>
数值
5.9％
1.1％
4.4％
4.9％
同时，四个抛光头的中心压力实际偏差值c*经计算得出如下数据：
实际偏差值c<sup>*</sup>
c<sub>1</sub>*
c<sub>2</sub>*
c<sub>3</sub>*
c<sub>4</sub>*
数值
0.7％
5％
0.7％
1.1％
对比实际偏差值c*与偏差值范围c可知，#2号抛光头测量的压力实际偏差值大与偏差极限值，可推断为中心压力检测计运转异常，需要进行检修；其余三个运转正常，且精度符合正常控制标准。
实施例5：
依照本发明的中心压力检测方法进行中心压力值的测定：
通过对设备进行确认可知设备的基础信息，抛头重量M为：
抛头重量M
M<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>
M<sub>3</sub>
M<sub>4</sub>
数值(kg)
468.0
469.5
469.5
468.5
抛光头下表面积S为：
在进行200mm抛光硅片生产时，化学机械抛光机四个抛光头的电子压力计测得此时的中心压力值b为：
中心压力b
b<sub>1</sub>
b<sub>2</sub>
b<sub>3</sub>
b<sub>4</sub>
数值
20.2
25.0
25.0
25.1
同时，气压表的读数P为：
气压表读数P
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
P<sub>4</sub>
数值
36.7
42.6
42.4
41.9
根据气压表读数P结合抛头重量M抛光头下表面S，进行运算得出中心压理论值a：
中心压理论值a
a<sub>1</sub>
a<sub>2</sub>
a<sub>3</sub>
a<sub>4</sub>
数值
19.4
25.1
24.9
24.4
中心压理论值a确定，分别对四个抛光头进行参数计算，得出在此抛光压力下的偏差范围c的极限值为
偏差值极限C<sub>max</sub>
C<sub>max1</sub>
C<sub>max2</sub>
C<sub>max3</sub>
C<sub>max4</sub>
数值
3.5％
2％
1.9％
2.5％
同时，四个抛光头的中心压力实际偏差值c*经计算得出如下数据：
实际偏差值c<sup>*</sup>
c<sub>1</sub>*
c<sub>2</sub>*
c<sub>3</sub>*
c<sub>4</sub>*
数值
4.1％
0.4％
0.2％
2.6％
对比实际偏差值c*与偏差值范围c可知，#1、4号抛光头测量的压力实际偏差值大与偏差极限值，可推断为中心压力检测计运转异常，需要进行检修；其余三个运转正常，且精度符合正常控制标准。
实施例6：
依照本发明的中心压力检测方法进行中心压力值的测定：
通过对设备进行确认可知设备的基础信息，抛头重量M为：
抛头重量M
M<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>
M<sub>3</sub>
M<sub>4</sub>
数值(kg)
468.0
469.5
469.5
468.5
抛光头下表面积S为：
抛头下表面S
S<sub>1</sub>
S<sub>2</sub>
S<sub>3</sub>
S<sub>4</sub>
数值(m2)
0.28
0.28
0.28
0.28
在进行200mm抛光硅片生产时，化学机械抛光机四个抛光头的电子压力计测得此时的中心压力值b为：
中心压力b
b<sub>1</sub>
b<sub>2</sub>
b<sub>3</sub>
b<sub>4</sub>
数值
100.3
100.1
105.0
100.1
同时，气压表的读数P为：
气压表读数P
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
P<sub>4</sub>
数值
121.1
119.9
125.7
119.8
根据气压表读数P结合抛头重量M抛光头下表面S，进行运算得出中心压理论值a：
中心压理论值a
a<sub>1</sub>
a<sub>2</sub>
a<sub>3</sub>
a<sub>4</sub>
数值
101.3
100.1
105.7
100.0
中心压理论值a确定，分别对四个抛光头进行参数计算，得出在此抛光压力下的偏差范围c的极限值为
偏差值极限C<sub>max</sub>
C<sub>max1</sub>
C<sub>max2</sub>
C<sub>max3</sub>
C<sub>max4</sub>
数值
8.9％
9.8％
9.6％
9.5％
同时，四个抛光头的中心压力实际偏差值c*经计算得出如下数据：
实际偏差值c<sup>*</sup>
c<sub>1</sub>*
c<sub>2</sub>*
c<sub>3</sub>*
c<sub>4</sub>*
数值
0.9％
0％
0.6％
0.1％
对比实际偏差值c*与偏差值范围c可知，四个抛光头中心压力检测计均正常运转，且精度符合正常控制标准。
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