CN100482416C

CN100482416C - 化学机械研磨机台的研磨液供应设备与研磨液混合方法

Info

Publication number: CN100482416C
Application number: CNB2005100558343A
Authority: CN
Inventors: 陈胜裕; 洪德松; 郑锜彪; 成忠荣; 聂光武; 郑博元; 陈建富; 胡俊汀; 曾子育; 谢祖怡; 白弘吉; 郭永杰
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: Fujian Jinhua Integrated Circuit Co Ltd
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2025-03-15
Also published as: CN1833821A

Abstract

一种研磨液传输设备，包含有传输管路、第一研磨液供应槽，连通至该传输管路用以注入研磨剂至该传输管路中、第二研磨液供应槽连通至该传输管路用以注入清洁药剂至该传输管路中、第三研磨液供应槽，连通至该传输管路用以注入抗蚀剂至该传输管路中，以及第四研磨液供应槽，连通至该传输管路用以注入氧化剂至该传输管路中。

Description

化学机械研磨机台的研磨液供应设备与研磨液混合方法

技术领域

本发明是关于一种化学机械研磨机台的研磨液供应设备与研磨液混合方法，尤指一种可避免研磨液残留与腐蚀的研磨液供应设备与研磨液混合方法。

背景技术

化学机械研磨工艺是为目前半导体工艺中最常见且最重要的平坦化工艺之一，其目的在于均匀地去除晶圆上具有不规则表面的目标薄膜层(targetthin fi1m)，使晶圆在经过化学机械研磨工艺后能够具有平坦且规则的表面，以确保后续工艺的良率，尤其是对于镶嵌(damascene)结构的金属导线的制作，如铜导线的制作，化学机械研磨工艺更是无法取代的步骤。

由于化学机械研磨工艺是同时利用机械方式与化学方式进行，因此必须考虑到许多复杂的工艺参数，例如目标薄膜层的特性、研磨液(slurry)的成分、pH值与供应方式、研磨垫(polishing pad)的组成、平台转速(platenrotation speed)等，其中研磨液的成分、pH值与混合方式的控制更对于化学机械研磨工艺的良率有举足轻重的影响。研磨液的成分主要包含有研磨剂(abrasive)与氧化剂(oxidizer)，二者在混合后会形成粘稠流体，且研磨液的pH值亦会影响化学研磨的速率。一般而言，研磨液的pH值愈小，会使化学研磨的效果愈强并减少机械研磨所造成的缺陷，因此可加快化学机械研磨工艺的整体速率，但相对而言亦容易使晶圆或研磨液传输设备由于研磨液本身的酸性与腐蚀性而受损。

请参考图1，图1为已知应用于化学机械研磨机台的研磨液传输设备10的示意图。如图1所示，已知研磨液传输设备10主要包含有混合槽(mixer)12、第一研磨液供应槽14、第二研磨液供应槽16与去离子水冲洗设备18，其中第一研磨液供应槽14、第二研磨液供应槽16与去离子水冲洗设备18分别是用以供应研磨液，如研磨剂与氧化剂等，以及去离子水。在进行化学机械研磨工艺时，与混合槽18连通的第一研磨液供应槽14与第二研磨液供应槽16会分别将研磨剂与氧化剂等注入混合槽12内，而研磨剂与氧化剂混合槽12内混合成研磨液后会再被传输至化学研磨机台的研磨设备20，同时在化学机械研磨工艺结束后去离子水冲洗设备18则会利用去离子水冲洗混合槽12，以去除研磨液的残留物。

然而由于研磨液本身具有强烈腐蚀性，同时于混合后会形成高粘度的流体，因此已知研磨液传输设备10利用混合槽12混合研磨液的作法，不仅研磨液容易残留于混合槽12与传输管路，造成研磨液传输设备10受损，甚至于进行化学机械研磨工艺中更会残留于晶圆表面，造成晶圆表面的刮痕(micro-scratch)，同时研磨液的腐蚀性亦容易腐蚀研磨液传输设备10与晶圆。

有鉴于此，申请人根据多年从事半导体制造经验，提出本发明的研磨液传输设备与研磨液混合方法，以改善已知研磨液传输设备的缺点并藉此提升化学机械研磨工艺的良率。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种研磨液传输设备与研磨液混合方法，以克服已知技术无法解决的难题。

根据本发明的较佳实施例，是提供一种研磨液传输设备，包含有传输管路(delivery pipe)，其包含有第一端与第二端，且该第一端是与该化学研磨机台的研磨设备连通、去离子水冲洗设备(DI water purger)设置于该传输管路的该第二端、第一研磨液供应槽(first slurry supply reservoir)，连通至该传输管路靠近该第二端的位置用以注入研磨剂(abrasive)至该传输管路中、第二研磨液供应槽(second slurry supply reservoir)，连通至该传输管路位于该第一研磨液供应槽与该第一端之间的位置用以注入清洁药剂(clean chemical)至该传输管路中、第三研磨液供应槽(third slurry supply reservoir)，连通至该传输管路位于该第一研磨液供应槽与该第一端之间的位置用以注入抗蚀剂(corrosion inhibitor)至该传输管路中，以及第四研磨液供应槽(fourth slurrysupply reservoir)，连通至该传输管路靠近该第一端的位置，用以注入氧化剂(oxidizer)至该传输管路中。

配合上述研磨液传输设备，本发明另提供一种混合化学机械研磨工艺的研磨液的方法。根据本发明的方法，首先提供传输管路，该传输管路的第一端是连通至化学机械研磨机台的研磨设备，该传输管路另包含有第一注入口、第二注入口、第三注入口与第四注入口，该第一注入口是设置距该第一端最远的位置，该第四注入口是设置于距该第一端最近的位置，而该第二注入口与该第三注入口是设置于该第一注入口与该第四注入口之间。接着由该第一注入口注入研磨剂至该传输管路中，由该第二注入口注入清洁药剂至该传输管路中，由该第三注入口注入抗蚀剂至该传输管路中，并由该第四注入口注入氧化剂至该传输管路中。其中该第一注入口、该第二注入口、该第三注入口与该第四注入口与该传输管路之间均分别设置有止回阀，且该研磨剂、该清洁药剂、该抗蚀剂与该氧化剂是于该传输管线中快速混合并直接传输至该研磨设备。

由于本发明的研磨液传输设备所供应的研磨液除包含有研磨剂与氧化剂等成分外，另包含有清洁药剂与抗蚀剂，同时研磨剂、氧化剂、清洁药剂与抗蚀剂是于传输管路中快速混合并直接传输至研磨设置，因此本发明的研磨液传输设备可有效减少研磨液的残留与腐蚀的问题。除此之外，各研磨液供应槽(包含有第一研磨液供应槽、第二研磨液供应槽、第三研磨液供应槽与第四研磨液供应槽)均分别包含有止回阀，且各该止回阀均是设置于各该研磨液供应槽靠近该传输管路5％内的位置，因此可避免研磨液传输设备的污染问题。

为了更近一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而所附图式仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为已知应用于化学机械研磨机台的研磨液传输设备的示意图。

图2为本发明研磨液传输设备的较佳实施例的示意图。

图3为本发明研磨液混合方法的较佳实施例的示意图。

主要组件符号说明

10 研磨液传输设备 12 混合槽

14 第一研磨液供应槽 16 第二研磨液供应槽

18 去离子水冲洗设备 20 研磨设备

30 研磨液传输设备 32 传输管路

321 第一端　　 322 第二端

34 去离子水冲洗设备 36 第一研磨液供应槽

361 止回阀 38 第二研磨液供应槽

381 止回阀 40 第三研磨液供应槽

401 止回阀 42 第四研磨液供应槽

421 止回阀 44 研磨设备

46 第一注入口 48 第二注入口

50 第三注入口 52 第四注入口

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明研磨液传输设备30的较佳实施例的示意图。如图2所示，研磨液传输设备30包含有传输管路32、去离子水冲洗设备34、第一研磨液供应槽36、第二研磨液供应槽38、第三研磨液供应槽40与第四研磨液供应槽42。其中，传输管路32的第一端321是连通至化学机械研磨机台的研磨设备44，用以将研磨液传输至研磨设备44，而传输管路32的第二端322则是与去离子水冲洗设备34连接，藉此去离子水冲洗设备34可利用去离子水冲洗传输管路32。另外，第一研磨液供应槽36、第二研磨液供应槽38、第三研磨液供应槽40与第四研磨液供应槽42则分别连通至传输管路32上，同时并分别利用止回阀361、381、401与421防止传输管路32内的研磨液逆流。如图2所示，第一研磨液供应槽36、第二研磨液供应槽38、第三研磨液供应槽40与第四研磨液供应槽42的位置是依照次序设置于由第二端322至第一端321的传输管路32上，以分别供应不同的研磨液成分至传输管路32中，其中于本实施例中，第一研磨液供应槽36是用以注入研磨剂至传输管路32中、第二研磨液供应槽38是用以注入清洁药剂至传输管路32中，藉以清洁传输管路32、第三研磨液供应槽40是用以注入抗蚀剂至传输管路32中，用以避免传输管路32与进行化学机械研磨工艺的晶圆(图未示)被研磨液腐蚀，而第四研磨液供应槽42是用以注入氧化剂至传输管路32中。止回阀361、381、401与421是分别设置于第一研磨液供应槽36、第二研磨液供应槽38、第三研磨液供应槽40与第四研磨液供应槽42靠近传输管路32的位置，并以位于第一研磨液供应槽36、第二研磨液供应槽38、第三研磨液供应槽40、第四研磨液供应槽42与传输管路32之间的管路中靠近传输管路32的5％内的位置较佳，藉以有效避免研磨液传输设备30的污染问题。另外，止回阀361、381、401与421的材质可为不锈钢、有侧链的聚四氟乙烯或其它强抗蚀性的材质，并以使用PFA较佳。

依据所欲研磨的薄膜成分的不同与其它因素考量，研磨剂是选自氧化铝(alumina)、氧化硅(silica)、硅灰(silica fume)、氧化铈(cerium oxide)与氧化锆(zirconium oxide)等，或其它常用作研磨剂的物质。氧化剂则选自过氧化氢(hydrogen peroxide)、硝酸铁(ferric nitrate)与碘酸钾(potassium iodate)等。清洁药剂则为柠檬酸(citric acid)与草酸(oxalic acid)等有机酸。另外，抗蚀剂则选自苯并三唑(Benzotriazo1e，BTA)、2-巯基苯并噻唑(2-mercapto-benzothiazole，MBT)、苯并咪唑(Benzimidazo1e，BIA)、甲苯基三唑基(Tolyltrizole，TTA)、5-己基-1，2，3-苯并三唑(5-hexyl-1，2，3-benzotriazole，C6BTA)、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基(3-amino-5-heptyl-1，2，4-triazole，AHT)、2-氨基-噻唑(2-amino-thiazole，AZT)、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶(2-amino-4，6-dimethyl-pyrimidine，ADMP)、3-苯基-1，2，4-三唑基(3-phenyl-1，2，4-triazole，PTH)、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮(3-phenyl-1，2，4-triazole-5-one)、哌啶(piperidine)、苯基-氨基-三嗪-双硫醇(phenyl-amino-triazine-dithiol，PTD)、乙基黄原酸钾(potassium ethylxanthate，KEX)、苄胺(benzylamine，BZA)、乙醇胺(ethanolamine)与三聚磷酸钠(sodiumtripolyphosphate)等。

本发明的研磨液传输设备30的特点之一在于研磨液是于传输管路32中快速混合并直接传输至研磨设备44，因此不会发生已知研磨液传输设备30利用混合槽方式混合所导致的研磨液残留问题，尤其用以提供氧化剂的第四研磨液供应槽42是设置于传输管路32靠近研磨设备44的第一端321，因此可有效避免研磨液由于研磨剂与氧化剂过早混合所导致的粘度过大问题，藉此减少研磨液中的微粒残留于传输管路32的机率。此外，透过加入适当的抗蚀剂，传输管路32与晶圆易遭腐蚀的问题也获得解决。

配合上述研磨液传输设备30的设计，本发明的研磨液混合方法如下所述。请参考图3(同时参考图2)，图3为本发明研磨液混合方法的较佳实施例的示意图，其中图3与图2中相同的组件以相同的标号表示。如图3所示，先提供传输管路32，且传输管路32的第一端321是连通至研磨设备44(图3未示)，而第二端322则是与去离子水冲洗设备34(图3未示)连接。接着由第一注入口46注入研磨剂至传输管路32中，由第二注入口48注入清洁药剂至传输管路32中，由第三注入口50注入抗蚀剂至传输管路32中，以及由第四注入口52注入氧化剂至传输管路32中，藉此研磨剂、清洁药剂、抗蚀剂与氧化剂会于传输管线32中快速混合并直接流至研磨设备44，以进行化学机械研磨工艺。其中，研磨剂、氧化剂、清洁药剂与抗蚀刻的组成比例可加以调整以达较佳的研磨与清洁效果。另外，去离子水冲洗设备34则可于化学机械研磨工艺完毕后或适当时机提供去离子水。

藉由上述研磨液传输设备与研磨液混合方法，本发明可有效避免进行化学机械研磨工艺中产生研磨液残留与腐蚀问题。值得注意的是本发明的特点在于将研磨液的各成分于传输管路中快速混合，因此研磨液的各成分，如研磨剂、清洁药剂、抗蚀剂与氧化剂的注入位置可视效果作适度调整，举例来说，清洁药剂与抗蚀剂的注入位置可加以调换。另外，依据化学机械研磨工艺所欲研磨的薄膜材质特性或清洁等需求的不同，亦可于传输管路中加入pH值缓冲剂、表面活性剂与螯状配位剂等。另外，止回阀的作用在于避免研磨液传输设备的污染问题，且各止回阀的位置以尽量靠近传输管路为佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种应用于化学机械研磨机台的研磨液传输设备，包含有：

传输管路，该传输管路包含有第一端与第二端，且该第一端是与该化学研磨机台的研磨设备连通；

去离子水冲洗设备，设置于传输管路的第二端；

第一研磨液供应槽，连通至传输管路靠近第二端的位置，用以注入研磨剂至传输管路中，且第一研磨液供应槽包含有止回阀设于第一研磨液供应槽与传输管路之间；

第二研磨液供应槽，连通至传输管路位于第一研磨液供应槽与第一端之间的位置，用以注入清洁药剂至传输管路中，且第二研磨液供应槽包含有止回阀设于第二研磨液供应槽与传输管路之间；

第三研磨液供应槽，连通至传输管路位于第一研磨液供应槽与第一端之间的位置，用以注入抗蚀剂至传输管路中，且第三研磨液供应槽包含有止回阀设于第三研磨液供应槽与传输管路之间；以及

第四研磨液供应槽，连通至传输管路靠近第一端的位置，用以注入氧化剂至传输管路中，且该第四研磨液供应槽包含有止回阀设于第四研磨液供应槽与传输管路之间；

其中研磨剂、氧化剂、清洁药剂与抗蚀剂在传输管路中快速混合并直接传输至研磨设置。

2.如权利要求1所述的研磨液传输设备，其中第二研磨液供应槽是连通至传输管路位于第一研磨液供应槽与第三研磨液供应槽之间的位置。

3.如权利要求1所述的研磨液传输设备，其中第三研磨液供应槽是连通至传输管路位于第一研磨液供应槽与第二研磨液供应槽之间的位置。

4.如权利要求1所述的研磨液传输设备，其中研磨剂包含有氧化铝、氧化硅与硅灰。

5.如权利要求1所述的研磨液传输设备，其中氧化剂包含有过氧化氢与硝酸铁。

6.如权利要求1所述的研磨液传输设备，其中清洁药剂包含有柠檬酸与草酸。

7.如权利要求1所述的研磨液传输设备，其中抗蚀剂包含有苯并三唑、2-巯基苯并噻唑、苯并咪唑、甲苯基三唑基、5-己基-1，2，3-苯并三唑、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基、2-氨基-噻唑、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶、3-苯基-1，2，4-三唑基、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮、哌啶、苯基-氨基-三嗪-双硫醇、乙基黄原酸钾、苄胺、乙醇胺与三聚磷酸钠。

8.一种混合化学机械研磨工艺的研磨液的方法，包含有：

提供传输管路，该传输管路的第一端是连通至化学机械研磨机台的研磨设备，该传输管路另包含有第一注入口、第二注入口、第三注入口与第四注入口，第一注入口是设置距第一端最远的位置，第四注入口是设置于距第一端最近的位置，而第二注入口与第三注入口是设置于第一注入口与第四注入口之间；

由第一注入口注入研磨剂至传输管路中；

由第二注入口注入清洁药剂至传输管路中；

由第三注入口注入抗蚀剂至传输管路中；以及

由第四注入口注入氧化剂至传输管路中；

其中第一注入口、第二注入口、第三注入口与第四注入口与传输管路之间均分别设置有止回阀，且研磨剂、清洁药剂、抗蚀剂与氧化剂在传输管线中快速混合并直接传输至研磨设备。

9.如权利要求8所述的方法，其中第二注入口是设置于传输管路位于第一注入口与第三注入口之间的位置。

10.如权利要求8所述的方法，其中第三注入口是设置于传输管路位于第一注入口与第二注入口之间的位置。

11.如权利要求8所述的方法，其中研磨剂包含有氧化铝、氧化硅与硅灰。

12.如权利要求8所述的方法，其中氧化剂包含有过氧化氢与硝酸铁。

13.如权利要求8所述的方法，其中清洁药剂包含有柠檬酸与草酸。

14.如权利要求8所述的方法，其中抗蚀剂包含有苯并三唑、2-巯基苯并噻唑、苯并咪唑、甲苯基三唑基、5-己基-1，2，3-苯并三唑、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基、2-氨基-噻唑、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶、3-苯基-1，2，4-三唑基、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮、哌啶、苯基-氨基-三嗪-双硫醇、乙基黄原酸钾、苄胺、乙醇胺与三聚磷酸钠。

15.如权利要求8所述的方法，另包含有利用去离子水冲洗设备冲洗该传输管路。

16.一种应用于化学机械研磨机台的研磨液传输设备，包含有：

去离子水冲洗设备，设置于传输管路的第二端；以及

多个研磨液供应槽，分别连通至传输管路，包括

各研磨液供应槽分别包含有止回阀，且各止回阀是分别设置于各研磨液供应槽靠近传输管路5％内的位置。

17.如权利要求16所述的研磨液传输设备，其中研磨剂包含有氧化铝、氧化硅与硅灰。

18.如权利要求16所述的研磨液传输设备，其中氧化剂包含有过氧化氢与硝酸铁。

19.如权利要求16所述的研磨液传输设备，其中清洁药剂包含有柠檬酸与草酸。

20.如权利要求16所述的研磨液传输设备，其中该抗蚀剂包含有苯并三唑、2-巯基苯并噻唑、苯并咪唑、甲苯基三唑基、5-己基-1，2，3-苯并三唑、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基、2-氨基-噻唑、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶、3-苯基-1，2，4-三唑基、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮、哌啶、苯基-氨基-三嗪-双硫醇、乙基黄原酸钾、苄胺、乙醇胺与三聚磷酸钠。