專利名稱：拋光墊清理器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于化學機械拋光設備的拋光墊清理器。
背景技術：
化學機械拋光工藝是目前常用于硅片上薄膜層平坦化的技術，其利用具有懸浮研磨離子的拋光液以及具有適當彈性與硬度的拋光墊，在硅片表面彼此進行相對運動以達到平坦化的目的。為了滿足硅片表面平坦化的需求，很多公司研發(fā)了用于進行所述化學機械拋光工藝的化學機械拋光設備。美國專利US6695680即公開了一種化學機械拋光設備。參考圖1， 所述化學機械拋光設備包括基臺100、拋光墊110、硅片承載器120、拋光液噴嘴130以及拋光墊清理器200，其中，所述基臺100用于裝載拋光墊110、硅片承載器120、拋光液噴嘴130 以及拋光墊清理器200 ；所述硅片承載器120包括機械臂、所述機械臂兩端所連接的支持部與可動部，所述支持部位于拋光墊110外的基臺100上，所述可動部懸置于拋光墊110上， 其底部用于裝載需要進行拋光處理的硅片，在需要進行拋光處理時，所述可動部移動至靠近拋光墊110的位置，其底部的硅片與所述拋光墊110相接觸并進行旋轉，配合于由拋光液噴嘴130噴出的拋光液，拋光墊110與硅片承載器120共同完成硅片的拋光操作。在所述硅片的拋光過程中，會有部分拋光液及拋光后的固體顆粒粘附到拋光墊 110上，這會造成拋光墊110的污染，進而影響化學機械拋光的效果。因此，所述化學機械拋光設備通過其上的拋光墊清理器200對所述拋光墊110進行清理。與硅片承載器110的結構相類似，所述拋光墊清理器200包含有機械臂201、以及所述機械臂201兩端所連接的支撐柱202與清理部203，其中，所述支撐柱202呈圓柱結構， 位于拋光墊110外的基臺100上，其一端與基臺100相連接，另一端與機械臂201相連接。 所述支撐柱202可以繞其圓柱結構的軸線進行旋轉，從而使得機械臂201、以及所述機械臂 201另一端連接的清理部203沿平行于拋光墊110的平面移動。對于所述機械臂201另一端連接的清理部203，其包含有傳動軸204與清理托盤205。所述傳動軸204的一端與機械臂201相連接，所述傳動軸204的另一端連接所述清理托盤205。在機械臂201內的驅動系統(tǒng)(圖中未示出)的控制下，所述傳動軸204既可以沿其軸線方向(所述軸線方向垂直于拋光墊110平面)平動，也可以繞其軸線轉動。當需要進行拋光墊110的清理時，清理部 203移至拋光墊110上，所述清理部203的傳動軸204向拋光墊110方向延伸，并使得所述清理托盤205與拋光墊110表面接觸。之后，所述傳動軸204繞其軸線旋轉，進而帶動清理托盤205旋轉。所述旋轉的清理托盤205與拋光墊110發(fā)生摩擦，從而將拋光墊110上的污染物清理出去；而在未進行拋光墊110的清理時，所述傳動軸204收縮至靠近機械臂201 的位置，并帶動清理托盤205抬起，從而離開拋光墊110表面。在所述拋光墊清理器中，所述清理托盤的旋轉是通過拋光墊清理器的驅動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)進行驅動與控制的，其中，所述驅動系統(tǒng)包含有減速齒輪、皮帶、驅動馬達等部件。例如，對于所述清理托盤，需要由驅動馬達通過皮帶帶動傳動軸轉動，進而在帶動所述清理托盤旋轉。而所述清理托盤的轉動情況需要由驅動馬達上的馬達編碼器來檢測，所述馬達編碼器的檢測結果會反饋給控制系統(tǒng)，作為控制清理托盤旋轉的參考。然而，在實際工作工程中，當所述減速齒輪、皮帶、傳動軸等傳動部件失效時，清理托盤的轉動情況與驅動馬達的工作情況不一致。這時，檢測馬達轉動情況的馬達編碼器無法正確反映清理托盤的實際轉動情況，不能確定清理托盤的清理效果，進而可能影響拋光質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種拋光墊清理器，避免傳動部件失效對拋光墊清理效果的影響。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種拋光墊清理器，包括清理托盤、傳動軸、支撐柱及機械臂，其特征在于，所述拋光墊清理器上設置有光電檢測裝置，所述光電裝置包括檢測標記、光電傳感器及信號識別電路，其中，所述檢測標記，包含有一個以上規(guī)則分布于清理托盤上的顏色標記，所述顏色標記與清理托盤具有不同的顏色；所述光電傳感器，用于檢測所述檢測標記的位置變化，并將所述檢測標記的位置變化轉換為電學檢測信號；所述信號識別電路，用于接收光電傳感器提供的電學檢測信號，將所述電學檢測信號轉換為指示拋光墊清理器當前狀態(tài)的狀態(tài)控制信號?？蛇x的，所述檢測標記位于清理托盤的側立面和/或正面。可選的，所述檢測標記沿清理托盤的轉軸等角度分布。可選的，所述光電傳感器位于拋光墊清理器的機械臂上。可選的，所述光電傳感器位于機械臂朝向拋光墊圓心的一側?？蛇x的，所述光電傳感器為漫反射式光電傳感器?？蛇x的，所述光電傳感器輸出的電學檢測信號為脈沖信號，所述狀態(tài)控制信號指示拋光墊清理器處于清理狀態(tài)；所述光電傳感器輸出的電學檢測信號為直流信號，所述狀態(tài)控制信號指示拋光墊清理器處于非清理狀態(tài)?？蛇x的，所述顏色標記為黑色，所述清理托盤的邊緣為白色、銀色或淺灰色?？蛇x的，所述清理托盤上的顏色標記間的間隔面積超過光電傳感器檢測區(qū)域的面積。可選的，所述信號識別電路產生的狀態(tài)控制信號提供給拋光墊清理器的控制系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過光電檢測裝置直接監(jiān)控清理托盤的轉動情況，避免了傳動部件失效時馬達編碼器無法正確反映清理托盤轉動情況的問題，保證了拋光墊清理器的清理效果。


圖1示出了現(xiàn)有技術的一種化學機械拋光設備。
圖2至圖5示出了本發(fā)明拋光墊清理器的一個實施例。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。正如背景技術部分所述，在現(xiàn)有技術的化學機械拋光設備中，清理托盤的轉動情況需要由驅動馬達上的馬達編碼器來檢測。但當所述與所述清理托盤連接的傳動部件失效時，清理托盤的轉動情況與驅動馬達的工作情況不一致。這時，所述馬達編碼器無法正確反映清理托盤的實際轉動情況，也就不能確定清理托盤的清理效果。針對上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種通過光電檢測裝置直接檢測清理托盤轉動情況的拋光墊清理器，避免了傳動部件失效情況下馬達編碼器檢測結果不能反映清理托盤轉動情況的問題。參見圖2，示出了本發(fā)明拋光墊清理器的一個實施例。如圖2所示，所述拋光墊清理器包含有機械臂301、所述機械臂301兩端所連接的支撐柱302與清理部303、以及驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)(圖中未示出)。其中，所述支撐柱302呈圓柱結構，位于拋光墊310外的基臺(圖中未示出)上， 所述支撐柱302可以繞其圓柱結構的軸線進行旋轉，從而使得機械臂301、以及所述機械臂 301另一端連接的清理部303沿平行于拋光墊310的平面移動。對于所述機械臂301另一端連接的清理部303，其包含有傳動軸304與清理托盤 305。所述傳動軸304的一端與機械臂301相連接，另一端與清理托盤305相連接。所述驅動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相互配合，以實現(xiàn)拋光墊清理器的運動。其中，所述控制系統(tǒng)基于化學機械拋光設備的工作狀態(tài)或操作指令形成控制信號，在所述控制信號的控制下，驅動系統(tǒng)向拋光墊清理器的各部件提供動力。所述拋光墊清理器還設置了用于檢測清理托盤305轉動情況的光電檢測裝置，所述光電檢測裝置包括檢測標記306、光電傳感器307以及信號識別電路(圖中未示出)，其中所述檢測標記306，包含有一個以上規(guī)則分布于清理托盤305上的顏色標記，所述顏色標記與清理托盤305具有不同的顏色；所述光電傳感器307，用于檢測所述檢測標記306的位置變化，并將所述檢測標記 306的位置變化轉換為電學檢測信號；所述信號識別電路，用于接收光電傳感器307提供的電學檢測信號，將所述電學檢測信號轉換為狀態(tài)控制信號并提供給拋光墊清理器的控制系統(tǒng)。所述信號識別電路可以基于PLC (可編程控制器)或MCU (微控制器)實現(xiàn)。具體而言，所述狀態(tài)控制信號包括拋光墊清理器是否處于清理狀態(tài)，以及清理狀態(tài)下清理托盤305的轉速等信息?；谒鰻顟B(tài)控制信號，拋光墊清理器的控制系統(tǒng)即可控制向驅動系統(tǒng)提供不同的控制信號，進而驅動所述拋光墊清理器的工作。例如，在獲知所述清理托盤305轉速較低無法有效清理拋光墊310后，拋光墊清理器的控制系統(tǒng)會控制驅動系統(tǒng)提高馬達轉速，進而提高清理托盤305 的轉速。依據(jù)具體實施例的不同，所述檢測標記306位于清理托盤305的側立面和/或正面，所述正面是指清理托盤305遠離拋光墊310的一側底面。之所以可以將所述檢測標記 306設置在清理托盤305的側立面和/或正面，是因為設置于側立面與正面的檢測標記306 便于機械臂301上的光電傳感器307檢測。優(yōu)選的，位于清理托盤305正面的檢測標記306 可以設置于所述清理托盤305的邊緣。在所述清理托盤305旋轉時，相較于清理托盤305 圓心附近區(qū)域，清理托盤305邊緣位置的顏色標記具有較大的間隔，利于檢測。所述光電傳感器307為漫反射式光電傳感器，其包含有光學鏡頭與光電轉換器件。在所述光電傳感器307工作時，外部光源發(fā)出的光投射到清理托盤305上，再從清理托盤305表面反射后投射到光電傳感器307的光學鏡頭上，經(jīng)由所述光學鏡頭的光線繼續(xù)投影到光電轉換器件上，從而成像并轉換為電學檢測信號。對于所述光電傳感器307，其檢測區(qū)域的范圍由所述光學鏡頭至拋光墊310的距離、光學鏡頭的焦距以及光電轉換器件的成像面積決定。在本實施例中，所述光電傳感器 307的檢測區(qū)域位于光學鏡頭光軸與清理托盤305(清理狀態(tài)下)正面或側立面相交的位置。此外，通過設置所述光電傳感器307的參數(shù)，使得所述檢測區(qū)域超過清理托盤305上單個顏色標記的面積，且小于兩個顏色標記間的間隔面積，以保證任意時刻內最多只有一個顏色標記落入檢測區(qū)域內。參見圖3a與圖北，示出了圖2中清理托盤的細節(jié)示意圖。其中，圖3a是所述清理托盤的俯視圖，圖北是所述清理托盤的側視圖。如圖3a所示，所述清理托盤305正面的檢測標記306包含有12個規(guī)則分布的顏色標記，所述12個顏色標記沿清理托盤305的軸線等角度分布，并位于所述清理托盤305 的邊緣。具體而言，在所述清理托盤305正面邊緣，以清理托盤305的軸線為中心，每間隔三十度設置有一個顏色標記。需要說明的是，圖3a中顏色標記的數(shù)量僅為示例，不應限制其范圍。如圖北所示，所述清理托盤305側立面也可以設置有與圖3a清理托盤305正面類似的檢測標記。所述檢測標記306也包含有12個規(guī)則分布的顏色標記，沿清理托盤305 的軸線等角度分布。依據(jù)具體實施例的不同，所述清理托盤305上的檢測標記306既可以僅位于清理托盤305的正面，也可以僅位于清理托盤306的側立面，還可以同時位于清理托盤305的正面與側立面，不應限制其范圍。優(yōu)選的，為了提高光電傳感器307對所述檢測標記306的辨識度，所述檢測標記 306為黑色，而所述清理托盤305為白色、銀色、淺灰色或其他易于與黑色區(qū)分的顏色。參見圖如與圖4b，分別示出了拋光墊清理器進行拋光墊清理操作時清理托盤的位置，以及未進行清理操作時清理托盤的位置。如圖如所示，在所述拋光墊清理器進行拋光墊清理時，傳動軸304向拋光墊310 方向延伸，并使得所述清理托盤305與拋光墊310表面接觸，之后，所述傳動軸304繞其軸線旋轉，進而帶動清理托盤305旋轉。所述旋轉的清理托盤305與拋光墊310發(fā)生摩擦，從而將拋光墊310上的污染物清理出去。
如圖4b所示，在所述拋光墊清理器未進行拋光墊310清理時，傳動軸304收縮并帶動清理托盤305抬起至接近機械臂301的位置，從而使得清理托盤305離開拋光墊310 表面。在這種情況下，所述清理托盤305的檢測標記將離開光電傳感器307的檢測區(qū)域。接下來，對所述光電檢測裝置的工作原理進行說明在所述拋光墊清理器進行拋光墊清理時，清理托盤305貼近至拋光墊310表面并轉動。所述機械臂301上的光電傳感器307的鏡頭采用定焦鏡頭，光電傳感器307也固定于機械臂301上，因此，所述光電傳感器307的檢測區(qū)域固定不變。此時，轉動的清理托盤 305及其上的檢測標記使得光電傳感器307檢測區(qū)域內的顏色不斷變化當檢測區(qū)域為清理托盤305的顏色時，光電傳感器307輸出低電平的電壓信號，而當所述檢測區(qū)域內出現(xiàn)顏色標記時，光電傳感器307輸出高電平的電壓信號。這樣，光電傳感器307將清理托盤上等角度分布的檢測標記的位置變化轉換為特定頻率的脈沖信號，所述脈沖信號不同的頻率即對應于清理托盤305不同的旋轉速度。接著，所述脈沖信號被提供給信號識別電路，信號識別電路基于所述脈沖信號進行轉換，形成狀態(tài)控制信號并提供給拋光墊清理器的控制系統(tǒng)。此時，所述狀態(tài)控制信號指示所述清理托盤305正處于清理狀態(tài)，而通過計算脈沖信號的頻率，還也可獲知所述清理托盤305的轉速信息并一并提供給所述控制系統(tǒng)。仍以所述檢測標記包含有12個顏色標記為例，當脈沖信號的頻率為240赫茲，則說明光電傳感器307每秒檢測到的顏色標記數(shù)量為240個，而每檢測到12個顏色標記對應于清理托盤305旋轉1圈，因此，此時所述清理托盤305的轉速為20轉/秒，即1200rpm。而在拋光墊清理器未進行拋光墊清理時，清理托盤305抬高至靠近機械臂301的位置而使得顏色標記不會落入光電傳感器307的檢測區(qū)域內。這時，光電傳感器307無法檢測到顏色標記且檢測區(qū)域內顏色不發(fā)生變化，因而其輸出的電學檢測信號保持為直流信號，例如為持續(xù)的低電平信號或高電平信號。這時，信號識別電路基于所述直流信號進行轉換，形成狀態(tài)控制信號并提供給拋光墊清理器的控制系統(tǒng)。此時，所述狀態(tài)控制信號指示所述清理托盤305正處于非清理狀態(tài)。在實際應用中，所述拋光墊清理器對拋光墊進行清理時，拋光墊與清理托盤均不斷旋轉，且所述清理托盤以支撐柱為軸心在拋光墊圓心與拋光墊邊緣之間往復運動。在所述拋光墊旋轉過程中，清理托盤遠離支撐柱的頂部會激起所述拋光墊上的拋光液，并使得所述激起的拋光液附著在清理托盤上。同時，所述清理托盤也不斷旋轉的，在離心力的作用下，所述清理托盤上附著的拋光液會順著清理托盤的切線方向甩出。對于化學機械拋光設備而言，其清理托盤與拋光墊的旋轉方向相同，即所述清理托盤與拋光墊均順時針旋轉或逆時針旋轉。同時，由于清理托盤往復運動的范圍不超過拋光墊圓心，因此，所述機械臂始終有一側靠近拋光墊圓心，而另一側遠離拋光墊圓心。在這種情況下，機械臂遠離拋光墊圓心的一側容易被甩出的拋光液污染，若光電傳感器設置于這一側，則容易被拋光液污染而影響檢測效果(如圖5所示)。因此，優(yōu)選的實施例中，所述光電傳感器設置于機械臂靠近拋光墊圓心的一側，避免由清理托盤或拋光墊甩出液體的污
^fe ο本發(fā)明的拋光墊清理器采用光電傳感器直接監(jiān)控所述清理托盤檢測標記的變化情況，而非通過傳動部件、馬達編碼器等部件間接檢測所述清理托盤的轉動情況，避免了傳動部件失效時馬達編碼器無法正確反映清理托盤轉動情況的問題出現(xiàn)，從而保證了拋光墊清理器的清理效果。此外，所述拋光墊清理器還可以確定清理托盤是否正處于拋光墊上進行清理。 應該理解，此處的例子和實施例僅是示例性的，本領域技術人員可以在不背離本申請和所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，做出各種修改和更正。
權利要求
1.一種拋光墊清理器，包括清理托盤、傳動軸、支撐柱及機械臂，其特征在于，所述拋光墊清理器上設置有光電檢測裝置，所述光電裝置包括檢測標記、光電傳感器及信號識別電路，其中，所述檢測標記，包含有一個以上規(guī)則分布于清理托盤上的顏色標記，所述顏色標記與清理托盤具有不同的顏色；所述光電傳感器，用于檢測所述檢測標記的位置變化，并將所述檢測標記的位置變化轉換為電學檢測信號；所述信號識別電路，用于接收光電傳感器提供的電學檢測信號，將所述電學檢測信號轉換為指示拋光墊清理器當前狀態(tài)的狀態(tài)控制信號。
2.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述檢測標記位于清理托盤的側立面和/或正面。
3.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述檢測標記沿清理托盤轉軸等角度分布。
4.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述光電傳感器位于拋光墊清理器的機械臂上。
5.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述光電傳感器位于機械臂朝向拋光墊圓心的一側。
6.如權利要求1所述的光電檢測裝置，其特征在于，所述光電傳感器為漫反射式光電傳感器。
7.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述光電傳感器輸出的電學檢測信號為脈沖信號，所述狀態(tài)控制信號指示拋光墊清理器處于清理狀態(tài)；所述光電傳感器輸出的電學檢測信號為直流信號，所述狀態(tài)控制信號指示拋光墊清理器處于非清理狀態(tài)。
8.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述顏色標記為黑色，所述清理托盤的邊緣為白色、銀色或淺灰色。
9.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述清理托盤上的顏色標記間的間隔面積超過光電傳感器檢測區(qū)域的面積。
10.如權利要求1所述的拋光墊清理器，其特征在于，所述信號識別電路產生的狀態(tài)控制信號提供給拋光墊清理器的控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種拋光墊清理器，包括清理托盤、傳動軸、支撐柱及機械臂，其特征在于，所述拋光墊清理器上設置有光電檢測裝置，所述光電裝置包括檢測標記、光電傳感器及信號識別電路，其中，所述檢測標記，包含有一個以上規(guī)則分布于清理托盤上的顏色標記，所述顏色標記與清理托盤具有不同的顏色；所述光電傳感器，用于檢測所述檢測標記的位置變化，并將所述檢測標記的位置變化轉換為電學檢測信號；所述信號識別電路，用于接收光電傳感器提供的電學檢測信號，將所述電學檢測信號轉換為指示拋光墊清理器當前狀態(tài)的狀態(tài)控制信號。本發(fā)明的拋光墊清理器通過光電傳感器避免了傳動部件失效時清理托盤轉動情況的檢測問題，保證了拋光墊清理器的清理效果。
文檔編號B24B55/00GK102371540SQ20101026606
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權日2010年8月19日
發(fā)明者高思瑋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司