[发明专利]一种用于CMP抛光头多区的气压控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造设备中的气压控制系统，特别涉及一种用于化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)抛光头的正压与负压控制系统。

背景技术

当前，CMP是半导体制造工艺中晶圆全局平坦化最有效的技术。在CMP抛铜领域中，抛光头夹持硅片将待抛铜层表面压向旋转的抛光盘，通过抛光盘上的抛光垫摩擦以及抛光液腐蚀实现有效快速的铜层移除。其中，抛光头可以通过控制硅片背面各环形区腔室压力实现对硅片抛光压力的全局动态调节。

抛光头内部腔室等效于多个密闭腔室，可膨胀与收缩，腔室之间可互相挤压或者无挤压。腔室之间的耦合主要有三种情况：一种是体积耦合，即各腔室之间的挤压或收缩引发腔室容积的变化；一种是气源输入耦合，各腔室同时加压时引发气源瞬间供气压力波动；最后一种是真空输出耦合，多腔室同时真空动作时，某一腔室真空的变化(比如漏气)引发别腔室真空度变化。对于体积耦合的情况通常解决的办法是改变结构设计或软件补偿等办法；而气源输入耦合以及真空输出耦合却可以通过改变气路控制结构设计实现。

此外，该控制系统中的压力传感单元用于采集腔室的实时压力，随后反馈至控制系统构成全闭环控制。然而受到结构的限制，该传感单元的安装位置常常不能放置于抛光头腔室内部，而是安放于气压控制系统出口处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于CMP抛光头的压力控制系统。其特征在于含有：作为压力源的气源、控制阀组、压力传感器、A/D转换电路、D/A转换电路以及CPU，其中：

压力传感器共有N个，N≥1，分别采集远端抛光头中同样的N个腔室压力，把采集到的各腔室压力通过一个具有同样N个通道的A/D转换电路输入到CPU中，其中所述的N个压力传感器与化学机械抛光(CMP)设备上的所述N个腔室的旋转接头相连，

控制阀组，共有N条支路，每一支路对应连接着所述的一个腔室，所述每条支路的输入端与压力源相连，每条支路的输出端与对应于该条支路的所述腔室的输入端相连，每条支路由正压通道、负压通道和一个双向过滤器组成，其中：

正压通道，由依次串联的减压阀、电控比例阀以及正负压开关阀组构成，所述减压阀的输入端与所述压力源的输出端相连，

负压通道，由依次串联的常开状态的真空开关阀、真空发生器、负压气囊、真空调压阀以及与所述正压通道共用的正负压开关阀组构成，所述真空开关阀的输入端与所述的压力源的输出端相连，其中，L₁～L_n-1(n大于1)支路共用同一路负压通道，L_n单独使用一路负压通道，

所述的正负压开关阀组的输出端与一个双向过滤器的输入端相连，该双向过滤器的输出端与对应的一条支路上的所述腔室相连，

所述的正负压开关阀组是由一个三位三通阀，或两个相互并联的两通阀，或相互串联的一个两位三通阀和一个两通阀组成，

CPU，为每一个所述腔室设定一个腔室压力值，同时，设定一个差压信号输出端向所述正压通道中的电控比例阀输出所述设定腔室压力与实测腔室压力的差值，差值大于零，表示对所述腔室继续加压，差值小于零，表示对所述腔室减压，还设有：切换控制信号输出端同时与所述负压通道的真空开关阀的抓片启动控制信号输入端以及与所述的正负压开关阀组的按所需运行状态切换控制信号输入端相连，在启动抓片过程与腔室压力调控过程间进行切换，所述差压输出端输出的差压信号经过D/A转换电路后输出到所述正压通道中电控比例阀的控制信号输入端，调控后的气压在所述切换控制信号控制下经由所述正负压开关阀组、双向过滤器后送往对应的腔室；所述抓片启动控制信号打开所述负压通道的真空开关阀输出，通过真空调压阀调压后经所述双向过滤器送往对应的腔室，在断电状态下，所述的正负压开关阀组切向负压通道。

本发明的气压控制系统具有以下优点和积极效果：

1、系统能够避免由于系统意外断电时真空泄露致使硅片脱落。

2、有效的克服气源输入耦合以及真空输出耦合的影响。

3、有效改进由于传感单元安放位置所带来的传感精度误差。

4、对于容积较大腔室采用一条独立的负压通道有利于减少真空回路对其余通道的影响。

5、由于负压气囊的添加，有利于节省成本。

附图说明

图1为本发明多区抛光头压力控制系统总体结构示意图，L1，L2，...Ln表示通往腔室的每条支路；DO表示CPU输出的数字量输出信号；