CN102039095A - 抛光液混合设备 - Google Patents

Abstract

一种抛光液实时混合设备，该设备包括：第一抛光液储存装置，用于储存第一抛光液；第二抛光液储存装置，用于储存第二抛光液；第一过滤装置；第二过滤装置；第一阀门；第二阀门；抛光液混合装置，用于混合所述第一抛光液和所述第二抛光液；其中，所述第一、第二过滤装置的过滤孔径≤100μm；所述第一、第二过滤装置的第一端分别连接所述第一、第二抛光液储存装置，第二端分别连接所述第一、第二阀门的第一端；所述第一、第二阀门的第二端分别连接所述抛光液混合装置的第一端。第一、第二阀门分别控制第一、第二抛光液储存装置中储存的第一、第二抛光液的流通与关断。因此，本发明的抛光液混合设备能够实现抛光液实时混合。

Description

抛光液混合设备

技术领域

本发明涉及半导体制造，尤其涉及抛光液实时混合设备。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，又称化学机械平坦化，是半导体器件制造工艺中的一种技术，用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。该工艺使用具有研磨性和腐蚀性的抛光液，并配合使用抛光垫和支撑环。抛光液是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物，研磨材料主要是石英、二氧化铝和氧化铈，其中的化学添加剂根据实际情况加以选择，这些化学添加剂和要被除去的材料反应，弱化其和硅分子联结，这样使得机械抛光更加容易。

影响最终抛光质量，例如表面粗糙度，以及抛光速率的主要因素包括：抛光液PH值，研磨颗粒的尺寸，颗粒浓度等。

发明内容

抛光液的使用寿命(pot life)是选择和配制抛光液时需要考虑的主要因素，对于小于0.13μm的生产工艺和要求铜碟形深度小于25nm的情况尤其需要考虑抛光液的使用寿命。超过使用寿命的抛光液中的研磨颗粒无法保持在介质中的均匀分散悬浮的状态，并产生团聚。研磨颗粒团聚会导致抛光过程中的划伤，不均匀抛光，以及抛光速率下降等现象。

针对此问题，本发明提供一种抛光液实时混合设备。

根据本发明的一个实施例，提供了一种抛光液混合设备，该设备包括：第一抛光液储存装置，用于储存第一抛光液；第二抛光液储存装置，用于储存第二抛光液；第一过滤装置；第二过滤装置；第一阀门；第二阀门；抛光液混合装置，用于混合所述第一抛光液和所述第二抛光液；其中，所述第一、第二过滤装置的过滤孔径≤100μm；所述第一、第二过滤装置的第一端分别连接所述第一、第二抛光液储存装置，第二端分别连接所述第一、第二阀门的第一端；所述第一、第二阀门的第二端分别连接所述抛光液混合装置的第一端。

第一、第二阀门分别控制第一、第二抛光液储存装置中储存的第一、第二抛光液的流通与关断。可以在需要使用抛光液时，将第一、第二阀门开启，使第一、第二抛光液流入抛光液混合装置进行混合，在不需要适用抛光液时，将第一、第二阀门关闭，阻断第一、第二抛光液的流通。因此，本发明的抛光液混合设备能够实现抛光液实时混合。

根据本发明的一个具体实施例，所述阀门为闸阀。所述抛光液混合装置为超声波混合器，磁力混合器，漩涡混合器，梯度混合器，或者任何一种能够使抛光液混合均匀的适合的装置。

可选的，所述抛光液混合设备还包括单向阀，防止抛光液从抛光液混合装置倒流入抛光液储存装置。

可选的，所述抛光液混合设备还包括：第一流量控制装置，用于控制所述第一抛光液的流量；第二流量控制装置，用于控制所述第二抛光液的流量；第一浓度控制装置，用于控制所述第一抛光液的浓度；以及第二浓度控制装置，用于控制所述第二抛光液的浓度；其中，所述第一、第二过滤装置的第一端分别连接所述第一、第二抛光液储存装置，第二端分别连接所述第一、第二流量控制装置的第一端；所述第一、第二流量控制装置的第二端分别连接所述第一、第二浓度控制装置的第一端；所述第一、第二浓度控制装置的第二端连接所述第一、第二阀门的第一端；所述第一、第二阀门的第二端分别连接所述抛光液混合装置的第一端。

可选的，所述抛光液混合设备进一步包括：第一控制装置，用于产生控制信号，控制所述第一流量控制装置以及所述第一浓度控制装置；第二控制装置，用于产生控制信号，控制所述第二流量控制装置以及所述第二浓度控制装置；以及测量装置，用于测量所述抛光液混合装置中的抛光液的参数，并将测量结果反馈给所述第一、第二控制装置；其中，所述抛光液的参数包括抛光颗粒尺寸，抛光颗粒浓度，抛光液PH值。

附图说明

通过阅读以下结合附图对非限定性实施例的描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更为明显和突出。

图1示出了根据本发明的一个实施例的抛光液混合设备10的示意图。

图2示出了图1所示的抛光液混合设备10的一个具体实施例。

图3示出了根据本发明的一个实施例的抛光液混合设备10的示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的抛光液混合设备10的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

图1示出了根据本发明的一个实施例的抛光液混合设备10的示意图。图1所示的抛光液混合设备10包括第一抛光液储存装置111、第二抛光液储存装置112、第一过滤装置121、第二过滤装置122、第一阀门161、第二阀门162和抛光液混合装置17。

需要说明的是，图1仅是以抛光液混合设备10包括两个抛光液储存装置、两个过滤装置以及两个阀门为例进行说明。本领域普通技术人员可以理解，在实际应用中，抛光液混合设备10可以包括至少两个抛光液储存装置，和相对应的至少两个过滤装置以及至少两个阀门。

第一阀门161、第二阀门162分别控制第一抛光液、第二抛光液的流通与关断。

例如，在需要使用抛光液时，同时开启第一阀门161和第二阀门162，使第一、第二抛光液流入抛光液混合装置17进行混合。在不需要使用抛光液时，例如抛光设备闲置时，同时关闭第一阀门161和第二阀门162，阻断第一、第二抛光液的流动通路。

或者，也可以先后开启/关闭第一阀门161和第二阀门162，在第一抛光液开始/停止流入抛光液混合装置17一段时间后，再使第二抛光液开始/停止流入抛光液混合装置17。

需要说明的是，所述抛光液包括本领域普通技术人员知晓的抛光液组分中的一种或者任意多种。例如，所述第一、第二抛光液可以是下组分中的一种或任多种：研磨颗粒、pH值调节剂、表面活性剂、去离子水、络合剂、氧化剂和分散剂，其中，至少一种抛光液包含研磨颗粒。第一抛光液与第二抛光液的差别可以在于研磨颗粒的种类、颗粒浓度或者pH值。

图1中所示的阀门161、162可以包括多种形式，例如，球阀、隔膜阀、闸阀等。

图1中所示的抛光液混合装置17可以包括多种形式，例如，超声波混合器，磁力混合器，漩涡混合器，梯度混合器等。

以下结合附图，以阀门161、162为闸阀，抛光液混合装置17为磁力混合器为例进行说明。本领域普通技术人员应能理解，其机理同样适用于阀门161、162为其它类型阀门，抛光液混合装置17为其它类型混合装置的情形。

图2示出了图1所示的抛光液混合设备10的一个具体实施例。图2中示出的阀门161、162为闸阀，抛光液混合装置17为磁力混合器，第一过滤装置121和第二过滤装置122的过滤孔径≤100μm。

需要说明的是，第一过滤装置121和第二过滤装置122的过滤孔径可以根据抛光液所需的颗粒尺寸进行调节。例如，第一过滤装置121和第二过滤装置122的过滤孔径≤50μm。

当需要使用抛光液时，开启第一阀门161、第二阀门162，第一抛光液和第二抛光液分别经过第一过滤装置121和第二过滤装置122过滤后，再分别通过第一阀门161和第二阀门162，流入磁力混合器17。磁力混合器17外围包裹磁铁或者线圈，用于产生旋转磁场。例如，磁力混合器17外围包裹三组线圈，互成120°，分别通以三相电流，在磁力混合器17内部产生一个旋转磁场，磁力混合器内部包括一个搅拌器(图中未示出)，搅拌器表面或者内部安装有一个或者多个磁铁，这样，搅拌器就可以跟随旋转磁场的方向产生转动，从而达到搅拌的目的。搅拌器的旋转速度的调节可以通过改变线圈中通入的交变电流的频率来实现，交变电流的频率越大，搅拌器的旋转速度越快。

当不需要使用抛光液时，例如抛光设备闲置时，关断第一阀门161、第二阀门162，第一抛光液和第二抛光液的流通路径被阻断。同时，停止向磁力混合器17的线圈中通入交变电流，防止其空转。

需要说明的是，图2中仅以第一/第二过滤装置位于第一/第二抛光液储存装置和第一/第二阀门之间为例进行了说明。本领域普通技术人员可以理解，在实际应用中，所述第一/第二过滤装置和所述第一/第二阀门的位置可以调换，即，所述第一/第二阀门的第一端连接所述第一/第二抛光液储存装置，第二端连接所述第一/第二过滤装置的第一端；所述第一/第二过滤装置的第二端连接所述抛光液混合装置的第一端。

可选的，抛光液混合设备10还包括单向阀，防止抛光液从抛光液混合装置倒流入抛光液储存装置。

可选的，抛光液混合设备10还可以包括：第一流量控制装置，用于控制所述第一抛光液的流量；第二流量控制装置，用于控制所述第二抛光液的流量；第一浓度控制装置，用于控制所述第一抛光液的浓度；以及第二浓度控制装置，用于控制所述第二抛光液的浓度；其中，所述第一、第二过滤装置的第一端分别连接所述第一、第二抛光液储存装置，第二端分别连接所述第一、第二流量控制装置的第一端；所述第一、第二流量控制装置的第二端分别连接所述第一、第二浓度控制装置的第一端；所述第一、第二浓度控制装置的第二端连接所述第一、第二阀门的第一端；所述第一、第二阀门的第二端分别连接所述抛光液混合装置的第一端。

图3示出了根据本发明的一个实施例的抛光液混合设备10的示意图。图3所示的抛光液混合设备10包括第一抛光液储存装置111，第二抛光液储存装置112，第一过滤装置121，第二过滤装置122，第一流量控制装置131，第二流量控制装置132，第一浓度控制装置141，第二浓度控制装置142，第一阀门161，第二阀门162，抛光液混合装置17。

需要说明的是，图3仅是以抛光液混合设备10包括两个抛光液储存装置、两个过滤装置，两个流量控制装置，两个浓度控制装置，以及两个阀门为例进行说明。本领域普通技术人员可以理解，在实际应用中，抛光液混合设备10可以包括至少两个抛光液储存装置，和相对应的至少两个过滤装置，至少两个流量控制装置，至少两个浓度控制装置以及至少两个阀门。

第一流量控制装置131、第二流量控制装置132分别控制第一抛光液、第二抛光液的流量；第一浓度控制装置141、第二浓度控制装置142分别控制第一抛光液、第二抛光液的浓度。

为简明起见，以下以第一抛光液的pH值为3，第二抛光液约为中性为例进行说明。本领域普通技术人员可以理解，在实际应用中，第一、第二抛光液可以同为酸性抛光液，也可以同为碱性抛光液。

例如，最终所需的抛光液pH值为3.2，根据醋酸的电离常数，计算出原溶液的浓度和稀释后的浓度，由此得知第二抛光液的流量应为第一抛光液流量的2倍。因此通过第一流量控制装置131、第二流量控制装置132控制第一抛光液和第二抛光液的流量比为1∶2，打开第一阀门和第二阀门，使体积比为1∶2的第一抛光液和第二抛光液流入抛光液混合装置17中进行混合，得到pH值为3.2的抛光液混合液。

如果最终所需的抛光液对研磨颗粒浓度有要求，可以通过第一浓度控制装置141、第二浓度控制装置142分别控制第一抛光液、第二抛光液的浓度，使其稀释或浓缩。

图3中所示的流量控制装置可以有多种形式，包括超声波流量计，电磁流量计，涡街流量计，激光流量计。图3中所示的浓度控制装置可以通过向第一抛光液、第二抛光液中添加去离子水或者加热第一、第二抛光液等方式稀释、浓度所述抛光液。

需要说明的是，图3仅以第一/第二抛光液储存装置、第一/第二过滤装置、第一/第二流量控制装置、第一/第二浓度控制装置、第一/第二阀门顺次连接为例进行了说明。本领域的普通技术人员可以理解，在实际应用中，第一/第二过滤装置、第一/第二流量控制装置、第一/第二浓度控制装置、第一/第二阀门的位置可以互换。

可选的，第一控制装置，用于产生控制信号，控制所述第一流量控制装置以及所述第一浓度控制装置；第二控制装置，用于产生控制信号，控制所述第二流量控制装置以及所述第二浓度控制装置；以及测量装置，用于测量所述抛光液混合装置中的抛光液的参数，并将测量结果反馈给所述第一、第二控制装置；其中，所述抛光液的参数包括抛光颗粒尺寸，抛光颗粒浓度，抛光液PH值。

图4示出了根据本发明的一个实施例的抛光液混合设备10的示意图。图4所示的抛光液混合设备10包括第一抛光液储存装置111，第二抛光液储存装置112，第一过滤装置121，第二过滤装置122，第一流量控制装置131，第二流量控制装置132，第一浓度控制装置141，第二浓度控制装置142，第一控制装置151，第二控制装置152，第一阀门161，第二阀门162，抛光液混合装置17，测量装置18。

需要说明的是，图4仅是以抛光液混合设备10包括两个抛光液储存装置、两个过滤装置，两个流量控制装置，两个浓度控制装置，两个控制装置，以及两个阀门为例进行说明。本领域普通技术人员可以理解，在实际应用中，抛光液混合设备10可以包括至少两个抛光液储存装置，和相对应的至少两个过滤装置，至少两个流量控制装置，至少两个浓度控制装置，至少两个控制装置以及至少两个阀门。

测量装置18用于测量抛光液混合装置17中的抛光液的抛光颗粒尺寸、抛光颗粒浓度、抛光液pH值等参数，并将测量结果分别传送给第一控制装置151和第二控制装置152。第一控制装置151和第二控制装置152根据测量结果和预定的抛光液参数进行对比，产生控制信号用于控制第一流量控制装置131、第二流量控制装置132和第一浓度控制装置141、第二浓度控制装置142。第一流量控制装置131、第二流量控制装置132和第一浓度控制装置141、第二浓度控制装置142接收第一控制装置151和第二控制装置152发送的控制信号，并相应的控制第一抛光液、第二抛光液的流量和浓度，并将操作结果反馈给第一控制装置151和第二控制装置152。

图4中的测量装置18可以包括颗粒度仪、pH计。第一/第二控制装置151/152对第一/第二流量控制装置131/132和第一/第二浓度控制装置141/142的控制方式可以有多种。例如，第一流量控制装置131为电机控制的流量阀，第一控制装置151产生控制信号发送给与流量阀连接的电机，电机根据控制信号驱动流量阀调节第一抛光液的流量。

需要说明的是，图4仅以第一/第二抛光液储存装置、第一/第二过滤装置、第一/第二流量控制装置、第一/第二浓度控制装置、第一/第二阀门顺次连接为例进行了说明。本领域的普通技术人员可以理解，在实际应用中，第一/第二过滤装置、第一/第二流量控制装置、第一/第二浓度控制装置、第一/第二阀门的位置可以互换。

可选的，抛光液混合设备10还可以包括去离子水装置(图中未示出)，连接并清洗所述第一、第二抛光液储存装置，所述第一、第二阀门，所述抛光液混合装置，所述第一、第二流量控制装置，和所述第一、第二浓度控制装置。

可选的，抛光液混合设备10还可以包括供给装置，连接所述抛光液混合装置的第二端，用于将抛光液从所述抛光液混合装置传输至使用处。

尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于上述实施方式。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在本发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (8)

1.一种抛光液混合设备，其特征在于，所述抛光液混合设备包括：

第一抛光液储存装置，用于储存第一抛光液；

第二抛光液储存装置，用于储存第二抛光液；

第一过滤装置；

第二过滤装置；

第一阀门；

第二阀门；

抛光液混合装置，用于混合所述第一抛光液和所述第二抛光液；

其中，所述第一、第二过滤装置的过滤孔径≤100μm；所述第一、第二过滤装置的第一端分别连接所述第一、第二抛光液储存装置，第二端分别连接所述第一、第二阀门的第一端；所述第一、第二阀门的第二端分别连接所述抛光液混合装置的第一端。

2.根据权利要求1所述的抛光液混合设备，其特征在于，所述抛光液混合设备还包括单向阀，用于防止抛光液倒流。

3.根据权利要求1所述的抛光液混合设备，其特征在于，所述抛光液混合装置为锥形螺旋混合器，超声波混合器，磁力混合器，漩涡混合器，或者梯度混合器。

4.根据权利要求1所述的抛光液混合设备，其特征在于，所述抛光液混合设备还包括：

第一流量控制装置，用于控制所述第一抛光液的流量；

第二流量控制装置，用于控制所述第二抛光液的流量；

第一浓度控制装置，用于控制所述第一抛光液的浓度；以及

第二浓度控制装置，用于控制所述第二抛光液的浓度；

其中，所述第一、第二过滤装置的第一端分别连接所述第一、第二抛光液储存装置，第二端分别连接所述第一、第二流量控制装置的第一端；所述第一、第二流量控制装置的第二端分别连接所述第一、第二浓度控制装置的第一端；所述第一、第二浓度控制装置的第二端连接所述第一、第二阀门的第一端；所述第一、第二阀门的第二端分别连接所述抛光液混合装置的第一端。

5.根据权利要求4所述的抛光液混合设备，其特征在于，所述抛光液混合设备还包括：

第一控制装置，用于产生控制信号，控制所述第一流量控制装置以及第一浓度控制装置；

第二控制装置，用于产生控制信号，控制所述第二流量控制装置以及第二浓度控制装置；以及

测量装置，用于测量所述抛光液混合装置中的抛光液的参数，并将测量结果反馈给所述第一、第二控制装置；

其中，所述抛光液的参数包括抛光颗粒尺寸，抛光颗粒浓度，抛光液PH值。

6.根据权利要求4所述的抛光液混合设备，其特征在于，所述流量控制装置为以下流量计中的一种或者多种：超声波流量计，电磁流量计，涡街流量计，激光流量计。

7.根据权利要求1至6任一项所述的抛光液混合设备，其特征在于，所述抛光液混合设备还包括：

去离子水装置，连接并清洗所述第一、第二抛光液储存装置，所述第一、第二阀门，所述抛光液混合装置，所述第一、第二流量控制装置，和所述第一、第二浓度控制装置。

8.根据权利要求1至6任一项所述的抛光液混合设备，其特征在于，所述抛光液混合设备还包括：

供给装置，连接所述抛光液混合装置的第二端，用于将抛光液从所述抛光液混合装置传输至使用处。

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