CN101112750A - 化学机械研磨机台中研磨液及去离子水输送管的配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供改进的化学机械研磨机台中研磨液及去离子水输送管的配置方法，通过缩短研磨液与清洗用去离子水共用输送管的距离，或者将研磨液与清洗用去离子水以分开的管道输送的方式，减少或者避免研磨液在化学机械研磨制程中被无谓地损耗。同时这种改进的配置方法还可以使化学研磨制程的效率得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造工序中的化学研磨制程，具体涉及一种化学研磨机台中研磨液输送管的配置方法。
背景技术
半导体器件制造工艺中，广泛使用化学机械研磨(CMP，ChemicalMechanical polishing)系统进行平整处理。研磨装置一般包括研磨垫和研磨平台。半导体晶片被固定于研磨平台，研磨垫面对要抛光的半导体晶片，在研磨半导体晶片时，研磨垫在具有辅助研磨成分的研磨液(slurry)存在下，以一定压力接触和研磨半导体晶片，使其表面趋于平整。
上述的研磨液是一种消耗品，在研磨过程中通过管道不断注入研磨垫和被抛光的晶片之间，以保证研磨的性能。在研磨结束时，需要通过管道注入去离子水清洗晶片表面，以洗去其表面留下的研磨液等物质。
目前常用的化学机械研磨系统，例如EABRA机台，研磨液和去离子水虽然是分开泵出，但是到达研磨平台之前的很长一段距离都使用同一根管道输送。请参见图1所示的EABRA机台中所采用的研磨液以及去离子水输送系统示意图，EABRA机台的输送系统具有研磨液泵出管1、调节研磨液浓度用的去离子水管2以及清洗用的去离子水管3，所述研磨液泵出管1可以定速定量输出研磨液；所述调节研磨液浓度用的去离子水管2接在研磨液泵出管1上，其作用是调节研磨液泵出管1输出的研磨液浓度，研磨液泵出管1以及调节研磨液浓度用的去离子水管2合并后接到连接研磨平台5的共用输送管道4；所述清洗用的去离子水管3同样连接到上述共用输送管道4，其作用是输送清洗用的去离子水。在研磨结束，用去离子水清洗晶片时，之前在研磨程序中由于输送研磨液而残留在共用输送管道4内的研磨液首先要用去离子水冲去才能进行清洗，无形之中造成了此段管道中研磨液的浪费，每研磨一个半导体晶片均要轮换输送研磨液以及去离子水，也即每研磨一个半导体晶片都会有一次研磨液的浪费。
一般地，按照常规的化学机械研磨条件，研磨制程运行时间约为20秒，研磨液流速500ml/分钟，粗略估算下在目前使用的EABRA机台上研磨一个晶片被浪费的纯研磨液是43ml。由于研磨液在半导体器件制造中是高消费量的物品，如果能减少每一次研磨的消耗量，将大大降低生产成本。
发明内容
为了减少化学机械研磨系统例如EABRA机台中固有的结构造成的研磨液不必要消耗，降低化学机械研磨制程的生产成本，提出本发明。
本发明的目的在于提供一种化学研磨机台中研磨液输送管的改进方法，这种方法通过缩短研磨液和去离子水的共用输送管距离，或者使它们完全通过分开的管道输送，使研磨液在与去离子水交互输送至研磨台的过程中不至于被不必要消耗。本发明的构思是基于改进化学机械研磨输送系统的输送管道配置而减少研磨液的浪费，并且这种改进不对化学机械研磨制程带来任何不良影响。
本发明所提供的改进方案，是针对目前所使用的化学研磨机台的具体结构而设计，可以应用在例如EABRA机台的具体结构。
如背景技术中所介绍的，EABRA机台的研磨液以及去离子水输送系统中，研磨液和去离子水自泵出到达研磨平台之前的一段距离使用同一根管道输送，这造成研磨液和去离子水的输送互相切换时，共用管道这一段距离内的研磨液无意义的浪费。
在本发明中，对具有上述特征的输送系统提出了两种改进的配置方法。
第一种方案是缩短清洗用的去离子水管和研磨液输送管共用输送管道的长度。此种方案实质上未改动上述EABRA机台中输送管的连接方式，所不同之处在于，研磨液泵出管以及调节研磨液浓度用的去离子水管合并后不直接和共用输送管道连接，而是在接近研磨平台处和共用输送管道连接。
按照此种方案改进后，研磨液和清洗用的去离子水共用的输送管道长度被减少，但是仍然可以达到研磨液以及去离子水向研磨平台的输送要求。在需要输送研磨液至研磨平台时，研磨液被定速定量地泵出，调节研磨液浓度用的去离子水管输出去离子水调节其浓度，然后在接近研磨平台处此调节浓度后的研磨液通过共用输送管道输送到研磨平台，以完成研磨制程；在研磨结束，需要对研磨对象进行清洗时，研磨液以及调节研磨液浓度用的去离子水停止输出，清洗用的去离子水管开启输出去离子水，由于研磨液泵出管以及调节研磨液浓度用的去离子水管合并后在接近研磨平台处才和共用输送管道连接，清洗用的去离子水只需要冲去接近研磨平台处开始的共用输送管道内残留的研磨液即可开始对研磨对象的清洗。
第二种方案是研磨液和清洗用的去离子水不共用一根输送管道输送至研磨平台。研磨液泵出管和调节研磨液浓度用的去离子水管合并后用一根管道连接至研磨平台，而清洗用的去离子水管用另一根管道连接至研磨平台。
按照此种方案改进后，研磨液和清洗用的去离子水不再通过共用输送管道输送至研磨平台，但是整个化学机械研磨制程中研磨液以及去离子水向研磨平台的输送要求并不受影响。在需要输送研磨液至研磨平台时，研磨液被定速定量地泵出，调节研磨液浓度用的去离子水管输出去离子水调节其浓度，然后此调节浓度后的研磨液通过一根输送管道输送到研磨平台，以完成研磨制程；在研磨结束，需要对研磨对象进行清洗时，研磨液以及调节研磨液浓度用的去离子水停止输出，清洗用的去离子水管开启输出去离子水，通过另一根管道输送到研磨平台对研磨对象进行清洗。
上述两种方案的优点在于，第一种方式可以使研磨液和清洗用去离子水切换输送时浪费的量大为减少，相对于目前使用中的浪费量几乎可以忽略不计；第二种方式更可以完全避免上述的浪费现象。而且不管哪一种方案，均因为研磨液与清洗用去离子水切换输送所需要的时间减少或者没有，可以使整个化学机械研磨制程的效率得到提高；另外，这两种方案都不至于给正常的化学机械研磨制程带来任何不良影响。
为了更容易理解本发明的目的、特征以及其优点，下面将配合附图和实施例对本发明加以详细说明。
附图说明
本申请中包括的附图是说明书的一个构成部分，附图与说明书和权利要求书一起用于说明本发明的实质内容，用于更好地理解本发明。
图1为目前EABRA机台中所采用的研磨液以及去离子水输送系统示意图；
图2为按照本发明第一种方案改进的研磨液以及去离子水输送系统示意图；
图3为按照本发明第二种方案改进的研磨液以及去离子水输送系统示意图；
图4a为现有标准制程下在线检查通孔(Via)结构钨化学机械研磨制程中晶片表面的缺陷情况；
图4b为按照实施例1方案改进后在线检查通孔(Via)结构钨化学机械研磨制程中晶片表面的缺陷情况；
图5a为现有标准制程下在线检查接触孔(CT，contact)结构钨化学机械研磨制程中晶片表面的缺陷情况；
图5b为按照实施例1方案改进后在线检查接触孔(CT，contact)结构钨化学机械研磨制程中晶片表面的缺陷情况。
附图标记说明
| 1 | 研磨液泵出管 |
| 2 | 调节研磨液浓度用的去离子水管 |
| 3 | 清洗用的去离子水管 |
| 4 | 共用输送管道 |
| 5 | 研磨平台 |
具体实施方式
为了更好地理解本发明的工艺，下面结合本发明的具体实施例作进一步说明，但其不限制本发明。
实施例1
按照本发明第一种方案改进的研磨液以及去离子水输送系统配置方案
如图2所不，研磨液以及去离子水输送系统具有研磨液泵出管1、调节研磨液浓度用的去离子水管2以及清洗用的去离子水管3。在EABRA机台现有的输送管道配置中，研磨液泵出管1和调节研磨液浓度用的去离子水管2合并后与清洗用的去离子水管3共用的输送管道长度为60cm。此实施例中提供的配置方案未改动上述EABRA机台中输送管的连接方式，所不同之处在于，研磨液泵出管1以及调节研磨液浓度用的去离子水管2合并后不直接和共用输送管道4在远端连接，而是在接近研磨平台处和共用输送管道4连接，使所述共用输送管道4缩短至15cm。
此种方案的改进实质上是将研磨液和清洗用的去离子水共用的输送管道长度减少，但是仍然可以达到研磨液以及去离子水向研磨平台的输送要求。在需要输送研磨液至研磨平台5时，研磨液被定速定量地泵出，调节研磨液浓度用的去离子水管2输出去离子水调节其浓度，然后在接近研磨平台5处，此调节浓度后的研磨液通过共用输送管道4输送到研磨平台5，完成研磨制程；在研磨结束，需要对研磨对象进行清洗时，研磨液以及调节研磨液浓度用的去离子水停止输出，清洗用的去离子水管3开启，输出去离子水，由于研磨液泵出管1以及调节研磨液浓度用的去离子水管2合并后在接近研磨平台5处才和共用输送管道4连接，清洗用的去离子水只需要冲去接近研磨平台5处开始的共用输送管道4内残留的研磨液(距离为15cm)即可开始对研磨对象的清洗。
对于此方案，由于共用输送管道4从原有的60cm缩短至15cm，将使原来每个晶片对研磨液的净消耗量从43ml缩减至11ml，相对于研磨液的价格，其单位消耗将从每晶片2.23美元缩减至每晶片1.14美元，在一个大规模量产的晶片厂，粗略估计每年可以节约428,710美元。另一方面，因共用输送管4缩短，研磨液与去离子水的输送切换更快，可以使制程运行时间大为缩短，例如原来需要20秒的制程，现在仅需10秒即可完成，所以这种方案可以提高生产效率。
实施例2
按照本发明第二种方案改进的研磨液以及去离子水输送系统配置方案
如图3所示，研磨液以及去离子水输送系统具有研磨液泵出管1、调节研磨液浓度用的去离子水管2以及清洗用的去离子水管3。研磨液和清洗用的去离子水不共用一根输送管道输送至研磨平台。研磨液泵出管1和调节研磨液浓度用的去离子水管2合并后连接至研磨平台，而清洗用的去离子水管3单独连接至研磨平台。
按照此种方案改进后，研磨液和清洗用的去离子水不再通过共用输送管道输送至研磨平台，但是整个化学机械研磨制程中研磨液以及去离子水向研磨平台的输送要求并不受影响。在需要输送研磨液至研磨平台5时，研磨液被定速定量地泵出，调节研磨液浓度用的去离子水管2输出去离子水调节其浓度，然后此调节浓度后的研磨液通过一根输送管道输送到研磨平台，以完成研磨制程；在研磨结束，需要对研磨对象进行清洗时，研磨液以及调节研磨液浓度用的去离子水停止输出，清洗用的去离子水管3开启输出去离子水，至研磨平台对研磨对象进行清洗。
对于此方案，由于使用分开的管道输送研磨液和清洗用去离子水，完全没有前述的研磨液被浪费的问题，相对于研磨液的价格，其单位消耗将从每晶片2.23美元缩减至每晶片0.60美元，在一个大规模量产的晶片厂，粗略估计每年可以节约622,430美元。另一方面，因研磨液和清洗用的去离子水分开输送，不需要切换，可以使制程运行时间大为缩短，例如原来需要20秒的制程，现在仅需5秒即可完成，所以这种方案可以提高生产效率。
实施例3
效果测试
由于本发明提供的方案并没有改变主要的化学机械研磨制程程序，因此鉴定步骤也比较简单。将EABRA机台根据实施例1的方案改良后，由晶片制造厂中制程整合部门对其进行评估。
1)首先检查研磨平台的研磨液输送管改良后的稳定性，在小型的马拉松测试下，用对照晶片显示下线的研磨去除速率，非均匀百分率，微粒缺陷以及刮痕等数据，和基线数据作比较。下表1为上述测试过程所记录的数据。
表1
| 晶片号 | 1 | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 | 新方案均值 | 基线 |
| 研磨速率 | 259 | 266 | 245 | 254 | 247 | 234 | 251 | 264 |
| 不均匀性％ | 9.98 | 8.63 | 6.47 | 6.47 | 8 | 6.26 | 7.63 | 7.80 |
| 微粒 | 15 | 12 | 8 | 10 | 17 | 9 | 11.8 | 14.6 |
| 刮痕 | 4 | 2 | 5 | 1 | 0 | 2 | 2.3 | 4.5 |
2)在线缺陷检查，对0.18微米逻辑电路元件中的接触孔(CT，contact)以及通孔(Via)结构钨化学机械研磨(WCMP)制程作在线的缺陷检查，其结果表明现有技术的标准制程和应用本发明实施例1方案后的制程之间没有任何不同。如图4和图5所示，图4a为现有标准制程下在线检查通孔(Via)结构钨化学机械研磨(WCMP)制程中晶片表面的缺陷情况，图4b为按照实施例1方案改进后在线检查通孔(Via)结构钨化学机械研磨(WCMP)制程中晶片表面的缺陷情况，可以看到两者晶片表面出现缺陷的情况没有显著区别。图5a为现有标准制程下在线检查接触孔(CT，contact)结构钨化学机械研磨(WCMP)制程中晶片表面的缺陷情况，图5b为按照实施例1方案改进后在线检查接触孔(CT，contact)结构钨化学机械研磨(WCMP)制程中晶片表面的缺陷情况，同样可以看到两者晶片表面出现缺陷的情况没有显著区别。
所以应用本发明的改进方案，可以达到现有方案的效果，但并不会影响到化学机械研磨制程。
Claims (3)
1.化学机械研磨机台中研磨液及去离子水输送管的配置方法，其特征在于，研磨液泵出管与调节研磨液浓度用的去离子水管合并后，在接近研磨平台处与清洗用的去离子水管合并，通过研磨液与清洗用的去离子水共用的输送管连接至研磨平台。
2.如权利要求1所述的配置方法，其特征在于，研磨液与清洗用的去离子水共用的输送管长度小于15cm。
3.化学机械研磨机台中研磨液及去离子水输送管的配置方法，其特征在于，研磨液泵出管与调节研磨液浓度用的去离子水管合并后成为单独的输送管连接至研磨平台，清洗用的去离子水输送管单独连接至研磨平台。
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