[发明专利]用于化学机械平坦化设备的抛光头压力控制设备及方法

说明书

一种用于化学机械平坦化设备的抛光头压力控制设备及方法，在控制阀的出口气路上设置第一压力传感器，在气囊容腔的进口气路上设置第二压力传感器，控制器根据第一压力传感器和第二压力传感器反馈的压力值进行实时闭环运算，调节控制阀的开度，调节气囊容腔中的气体压力。本发明能够快速响应且精确控制抛光头气囊容腔的压力，避免充气阶段控制阀出口压力虚高，确保高精度和低误差压力控制，实现对抛光头气囊容腔压力的稳定控制。

技术领域

本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种用于化学机械平坦化设备的抛光头压力控制设备及方法。

背景技术

化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)设备通常包括半导体设备前端模块(EFEM)、抛光单元和清洗单元。现有的抛光单元在工作过程中，通过对抛光头内的气囊(Membrane)充气产生下压力作用于被抛晶圆，以保证晶圆与抛光垫之间的摩擦力能够符合工艺需求。

当前技术通常采用由电气比例阀对抛光头内的气囊容腔进行压力调节，由设置在电气比例阀出口部位的压力传感器作为闭环回路中的反馈元件，但是因为气囊容腔体积大以及气囊本身会形变等原因，会导致电气比例阀出口处的压力在气囊容腔的实际压力未能达到目标压力的情况下，过早地被电气比例阀控制器认为到达了目标压力而停止了压力供给。这导致在压力变化曲线在上升阶段中会有一段存在斜率较低的现象，在实际工艺中就造成了压力未能及时到达目标值而影响了工艺，造成工作效率下降与良品率的下降。

发明内容

本发明提供一种用于化学机械平坦化设备的抛光头压力控制设备及方法，能够快速响应且精确控制抛光头气囊容腔的压力，解决因电气比例阀出口压力高于气囊容腔的实际压力而导致抛光头气囊容腔压力控制流程响应慢的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于化学机械平坦化设备的抛光头压力控制设备，所述的抛光头压力控制设备包含：

气源，其通过气路连接抛光头的气囊容腔，用于给气囊容腔提供充气气体；

控制阀，其设置在气源和气囊容腔的气路上，通过调整控制阀的开度可以控制气路中的气体流量，进一步调整气囊容腔中的气体压力；

第一压力传感器，其设置在控制阀的出口气路上，用于检测控制阀出口处的气路中的气体压力；

第二压力传感器，其设置在气囊容腔的进口气路上，用于检测气囊容腔进口处的气路中的气体压力；

控制器，其电路连接所述的控制阀、第一压力传感器和第二压力传感器，用于根据第一压力传感器和第二压力传感器反馈的压力值根据PID算法进行实时闭环运算，调节控制阀的开度，调节气囊容腔中的气体压力。

本发明还提供一种化学机械平坦化设备，包含前端模块、抛光单元和清洗单元，所述的抛光单元包含抛光头，所述的抛光头包含所述的抛光头压力控制设备。

本发明还提供一种用于化学机械平坦化设备的抛光头压力控制方法，控制器根据第一压力传感器和/或第二压力传感器获取的压力反馈值，结合压力设定值进行PID闭环运算，调节控制阀的开度，从而调节气囊容腔中的气体压力。

所述的压力反馈值为：

W＝a×W1+b×W2；

其中，W是压力反馈值，a是第一压力传感器的权重，W1是第一压力传感器的压力测量值，b是第二压力传感器的权重，W2是第二压力传感器的压力测量值。

当|T-P|/T≤x％时，a＝1，b＝0，当|T-P|/Tx％时，a＝0，b＝1；

其中，T为压力设定值，P为第二压力传感器检测得到的压力值，x为设定的阈值，a是第一压力传感器的权重，b是第二压力传感器的权重。