一种用于CMP抛光头多区的气压控制系统，属于半导体制造技术领域，其特征在于包括压力源、控制阀组、压力传感器、CPU、数模以及模数转换电路等。该控制系统通过对各支路的压力与流量控制实现对远端各腔室的压力控制。控制阀组的每条支路由正压与负压两个通道和一个双向过滤器组成。其中正压通道由与压力源依次相连的减压阀、电控比例阀、正负压开关阀组构成。负压通道由与压力源依次相连的真空开关阀、真空发生器、气囊、真空调压阀和正负压开关阀组构成。正负压开关阀组输出连接双向过滤器。L1～Ln-1(n大于1)支路共用同一路负压通道，Ln单独使用一路负压通道。压力传感器将采集到的各腔室压力经A/D转换电路送至CPU。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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 Llri (η大于1)支路共用同一路负压通道，Ln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。本专利技术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为本专利技术多区抛光头压力控制系统总体结构示意图，Li, 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；图2为图1控制系统的部分详细结构示意图，P1^... Pn表示正压通道中送往正负 压开关阀组的支路，Vp. . . Vn表示负压通道中送往正负压开关阀组的支路；ΔΡ代表设定压 力值与实测压力值的差值；图3为开关阀组的主要构成示意图，Pn表示正压通道中送往正负压开关阀组的支 路，Vn表示负压通道中送往正负压开关阀组的支路；图4为本专利技术实施例的结构示意图，Li，L2，. . . Ln表示通往腔室的每条支路； 具体实施例方式本专利技术的一种用于CMP抛光头多区的气压控制系统，属于半导体制造
， 其特征在于包括压力源、控制阀组、压力传感器、CPU、数模以及模数转换电路等。该控制系 统通过对各支路的压力与流量控制实现对远端各腔室的压力控制。控制阀组的每条支路由 正压与负压两个通道和一个双向过滤器组成。其中正压通道由与压力源依次相连的减压 阀、电控比例阀、正负压开关阀组构成。负压通道由与压力源依次相连的真空开关阀、真空 发生器、气囊、真空调压阀和正负压开关阀组构成。正负压开关阀组输出连接双向过滤器。 L1 !^—(！！大于1)支路共用同一路负压通道，Ln单独使用一路负压通道。压力传感器将采 集到的各腔室压力经A/D转换电路送至CPU。进一步地，所述的传输气路包括至少一条分支管路和过滤器构成的通路。进一步地，所述的每一条分支管路包括正压和负压两个通道。进一步地，所述的每一正压通道中电控比例阀入口处添加减压阀。进一步地，所述的负压气路中包含两个真空发生器以及真空气囊装置。进一步地，所述的每一负压通道中真空发生器后端添加气囊以及真空调压阀。进一步地，所述的传感器为正负压力传感器。进一步地，所述的A/D转换电路至少采用12位精度。进一步地，所述的多区压力控制系统仅由一个压力源组成。进一步地，所述的抛光 头多区可收缩和膨胀，区域之间可互相挤压。以下将结合附图对本专利技术的气压控制系统做进一步的详细阐述。图1为本专利技术多区抛光头压力控制系统总体结构示意图。本专利技术的气动控制系统 包括压力源10，压力传感器30，CPU40，A/D以及D/A输出单元50，控制阀组60组成。控制 阀组60连接着压力源与抛光头内各腔室20 (Zl Zn)，腔室压力经压力传感器30采集至 CPU40,经过软件处理后由输出单元50控制阀组输出。此处，抛光头腔室为柔性或刚性，腔 室之间耦合或非耦合。在图2系统控制阀组60中，每一支路Li连接着压力源10与远端各腔室20Zi(i = 1 η)，各支路主要由正压通道与负压通道组成。正压通道由减压阀61、电控比例阀62以 及正负压开关阀组63依次串联组成。负压通道主要由真空开关阀65、真空发生器66 (例如 SMC公司生产的Sl系列)、气囊69、真空调压阀64以及正负压开关阀组63依次串联组成。 正负压通道的输出经双向过滤器68连接至远端各腔室，正负压开关阀组63断电时为负压 吸附状态，有利于保护硅片。正压通道工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于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～Ｌｎ－１（ｎ大于１）支路共用同一路负压通道，Ｌｎ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的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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，门延武，王同庆，路新春，叶佩青，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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