CN102773787A - 化学机械抛光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学机械抛光系统，包含有一晶圆抛光单元，其产生一使用过的抛光液、一抛光液处理系统，用来接受并处理使用过的抛光液，藉以萃取出一碱液、以及一抛光后清洗单元，使用萃取出的碱液来清洗一经过抛光的晶圆表面。抛光后清洗单元包含有多个滚轴，用来支撑并转动一晶圆、一清洗刷，用来刷洗晶圆、以及一喷洒棒，设置在清洗刷附近，用来将萃取出的碱液喷洒至抛光过的晶圆表面。
Description
技术领域
本发明是关于一种晶圆处理系统，特别是有关一种集成式化学机械抛光系统，该系统包含一晶圆抛光单元以及一抛光后清洗单元，其中抛光后清洗单元与晶圆抛光单元互相连结。
背景技术
在半导体工业中，化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)技术常被用来平坦化晶圆上的材料层。在化学机械抛光操作过程中，抛光液會被分散在抛光垫的表面，并且抛光垫表面以及晶圆表面间彼此进行相对运动及摩擦，此相对运动会对晶圆表面造成机械以及化学的抛光作用力，经过这样的程序，可以得到一相当平整的晶圆表面。
在化学机械抛光处理程序中，抛光液是主要的成分，而且扮演重要的角色。通常，在化学机械抛光处理程序中，所使用的抛光液主要成分是悬浮在去离子水(deionized water)或是氢氧化钾(KOH)水溶液中的二氧化硅胶体颗粒(colloidal silica)。抛光液通常經由自动化抛光液供应装置来提供，以确保其能被均匀的分散抛光液于抛光垫上。在公知技术中，使用过的抛光液首先会被排放至于废液接收器，此废液接收器位于化学机械抛光机台内，接着该使用过的抛光液会被储存于废液桶中，最后被弃置。
经过化学机械抛光的处理程序后，晶圆会被移送至清洗单元，并以聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)材质的滚轴清洗刷进行刷洗。在清洗的过程中，一碱性化学物，例如四甲基氢氧化铵(tetramethyl ammonium hydroxide，TMAH)，同时会被喷洒至晶圆表面，用来清洗晶圆的表面。但是，由于清洗晶圆过程中，四甲基氢氧化铵的用量庞大，使得此清洗步骤的平均单片晶圆耗费金额约1.3至1.5美元。因此，有必要更加改进化学机械抛光系统，降低晶圆抛光成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进过的化学机械抛光系统，包括一晶圆抛光单元及一抛光后清洗单元，此抛光后清洗单元与晶圆抛光单元相结合，用来降低整体晶圆抛光成本。
本发明的化学机械抛光系统包括有一晶圆抛光单元，此晶圆抛光单元用来产生使用过的抛光液、一抛光液处理系统，用来接受并处理使用过的抛光液，並用夾萃取出一碱液、以及一抛光后清洗单元，使用萃取出的碱液来清洗一经过抛光的晶圆表面。抛光后清洗单元包含有多个滚轴，用来支撑并转动一晶圆、一清洗刷，用来刷洗晶圆、以及一喷洒棒，设置在清洗刷附近，用来将萃取出的碱液喷洒至经过抛光的晶圆表面。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举優選实施方式，并配合附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施例与附图只作参考与说明用途，并不能用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是根据本发明优选实施例的部分化学机械抛光系统的示意图。
图2是本发明优选实施例一化学机械抛光单元的各组成构件。
图3是本发明优选实施例一抛光后清洗单元的各组成构件。
其中，附图标记说明如下：
1 化学机械抛光系统 10 晶圆抛光单元
20 抛光后清洗单元 100 抛光平台
30 抛光液处理系统 101 转轴
110 抛光垫 120 抛光头
122 晶圆 130 抛光液供应装置
140 废液底槽 144 废弃抛光液排放管路
150 废液桶 202 腔体
212 滚轴清洗刷 214 喷洒棒
214a 入口端 252 滚轴
302 离心分离装置 304 过滤装置
312 连接导管 322 连接导管
342、344 阀件 P1 泵浦
P2 泵浦 S 抛光液
S’ 使用过的抛光液 S” 液态抛光液
S”’ 萃取出的碱液
具体实施方式
图1是根据本发明优选实施例的化学机械抛光系统1。化学机械抛光系统1包含至少一晶圆抛光单元或一抛光单元10以及一抛光后清洗单元20，晶圆抛光单元10以及抛光后清洗单元20可以为同一化学机械抛光机台的一部份，但不限于此。图2是一抛光单元10的组态。通常，晶圆抛光单元10可以包括一连接于转轴101的抛光平台100，在化学机械抛光过程中，抛光平台100会绕着转轴101的轴心旋转。此转轴101可以被一马达(图未示)驱动。一抛光垫110设置于抛光平台100上。一抛光头120，用来固定并转动一晶圆122。在抛光的过程中，一抛光液供应装置130会喷洒抛光液S于抛光垫110上，抛光头120会压于转动的晶圆122，使晶圆122与抛光垫110相接触，并在抛光的过程中，使抛光垫110的表面与晶圆122产生相对运动及摩擦。
上述的抛光液S，通常呈现碱性，可包含有抛光粒子、具有反应性的化学试剂，如过渡金属错合物盐类或、氧化剂、以及一辅助剂，如溶剂、缓冲溶液、或安定试剂。含有盐类或其它试剂的抛光液可以提供化学蚀刻的功能，而抛光颗粒在抛光垫的辅助下，则可以提供机械抛光的功能。根据本发明的优选实施例，上述的抛光液S可以是氧化物型，如陶瓷，或金属抛光颗粒型。举例来说，在氧化物型的抛光液中，颗粒可包含二氧化硅(SiO2)、氧化铈(CeO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化铁(Fe2O3)、氧化铝(Al2O3)、或其它合适的氧化物。而金属颗粒可包含钨或铜等等。此抛光液的组成可含有高重量百分比的固体成分，如大约40％wt.或以上，而且固体成分中的抛光颗粒具有一平均粒径，此粒径呈现常态分布而且被限定在一定的范围内。举例来说，对于氧化物形式抛光液，其粒径限制在0.05至5微米，对于钨金属抛光液，其粒径限制在20至35微米。
仍参考图1，使用过的抛光液S’可以被废液底槽140接收(图2)，并且经由废弃抛光液排放管路144排放至一废液桶150中。使用过的抛光液S’可以经过一泵浦P1(图1)，加压运送至一抛光液处理系统30。在另一实施例中，可以不用泵浦加压运送使用过的抛光液S’，而只经过重力作用，令使用过的抛光液S’自然流至抛光液处理系统30。根据本发明的优选实施例，抛光液处理系统30可以将使用过的抛光液S’中的悬浮颗粒，如抛光颗粒或抛光垫碎片，从碱性水溶液(如氢氧化钾或氨水)分离出来。
根据本发明的优选实施例，举例来说，抛光液处理系统可包含一离心分离装置302以及一过滤装置304。首先，使用过的抛光液S’被加压运送至离心分离装置302，经过由离心分离装置302提供的离心力，使大部分位于使用过的抛光液S’内的悬浮颗粒被分离出来，进而形成澄清的液态抛光液S”，此抛光液内仅含非常微量的悬浮固体成分。在泵浦P2的加压下，澄清抛光液S”会经由一连接导管312被运送至一过滤装置304。剩余的悬浮颗粒会完全被过滤装置移除，因此会形成一萃取出的碱液S”’。根据本发明的优选实施例，过滤装置304可以为表面过滤式或曲径垂直过滤式。举例来说，过滤装置304可包含薄膜或纤维介质，此薄膜或纤维介质足以过滤存在于使用过的抛光液S’内的最小粒径的抛光颗粒。上述萃取出的碱液S”’实质上不含固体成分，且此萃取出的碱液S”’会经过连接导管322被输送至抛光后清洗单元20，用来清洁晶圆的表面。另可分别设置一阀件342和一阀件344于连接导管312以及连接导管322内，用来控制流体流量，或于管线维修时使用。当然，除上述的过滤装置外，其它相类似的过滤装置或过滤器也可以被设置于上述的抛光液处理系统30内，而达到本发明的目的。
图3是一抛光后清洗单元20。一抛光后清洗单元20可以是单面式或双面式晶圆刷洗清洁器，用来移除剩余在晶圆122表面的抛光液。在抛光后，晶圆122会被机械臂移送到抛光后清洗单元20。抛光后清洗单元20包含多个滚轴252，用来支撑并转动一晶圆122，此时，晶圆122的待清洁面会朝向滚轴清洗刷212，且清洗的时候，晶圆122、滚轴252、滚轴清洗刷212都位于一腔体202内。留在晶圆122表面的抛光液剩余物会被滚轴清洗刷212移除干净。在刷洗以及清洗的过程中，萃取出的碱液S”’同时会被添加于晶圆122的待清洁面(如箭头所示)。通常，萃取出的碱液S”’可经过设置于清洗刷212附近的喷洒棒214喷洒出。喷洒棒214的入口端214a可以和上述的连接导管322相连接，且此连接导管322与图2中的过滤装置304的出口端相连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (9)
1.一种化学机械抛光系统，其特征在于，包含有：
一晶圆抛光单元，其产生使用过的抛光液；
一抛光液处理系统，用来接受并处理该使用过的抛光液，借以萃取出碱液；以及
一抛光后清洗单元，使用该萃取出的碱液来清洗经过抛光的晶圆表面。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于该抛光液处理系统包含有离心分离装置以及过滤装置。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于该萃取出的碱液实质上不含固体成分。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于该抛光后清洗单元包含有多个滚轴，用来支撑并转动晶圆、清洗刷，用来刷洗该晶圆、以及喷洒棒，设置在该清洗刷附近，用来将该萃取出的碱液喷洒至该经过抛光的晶圆表面。
5.如权利要求4所述的化学机械抛光系统，其特征在于该喷洒棒的入口与该抛光液处理系统连接。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于该抛光后清洗单元是刷洗清洁器。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于该晶圆抛光单元包含有抛光平台、抛光垫，设于该抛光平台上、抛光头，用来固定并转动晶圆、以及抛光液供应装置。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于该萃取出的碱液包含有氢氧化钾溶液。
9.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于该萃取出的碱液包含有氨水。
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