CN109015351A - 一种抛光液加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热装置，尤其是一种抛光液加热装置属于晶片抛光的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述抛光液加热装置，包括抛光液输送管；在所述抛光液输送管的末端设置用于对抛光液输送管内的抛光液进行加热的抛光液加热器，在抛光液输送管的管道出口处设置用于检测抛光液温度的抛光液温度检测器，所述抛光液温度检测器以及抛光液加热器均与加热控制器连接，所述加热控制器还与用于检测抛光环境温度的抛光环境温度检测器；本发明结构紧凑，能有效实现对晶片抛光过程的温度控制，提高晶片抛光的质量及速度，适应范围广，安全可靠。

Description

一种抛光液加热装置

技术领域

本发明涉及一种加热装置及方法，尤其是一种抛光液加热装置，属于晶片抛光的技术领域。

背景技术

化学机械抛光(CMP)技术是晶片表面加工的关键技术之一，在大尺寸裸晶片(如太阳能电池用超薄硅单晶片)、集成电路用超薄硅单晶片、LED用蓝宝石衬底晶片等的表面抛光工艺中得到广泛应用。

抛光可以改善晶片表面的粗糙度，降低晶片的TTV，在晶片表面实现超高的平整度，对于一些光学用晶片还能提高其对光的利用率。例如，在集成电路的制造过程中，硅晶圆基片上往往构建了成千上万的结构单元，这些结构单元通过多层金属互联进一步形成功能性电路的器件。在多层金属互联结构中，金属导线之间填充介质层，随着集成电路技术的发展，金属线宽越来越小，布线层数越来越多，此时，利用CMP工艺对晶片表面的介质层进行平坦化处理可以有助于多层线路的制作，且能防止将电介质层涂覆在不平表面上引起的畸变。

CMP过程是一个机械作用和化学作用相平衡的过程。例如在硅晶片的抛光过程中，首先利用真空吸附垫模板将晶片固定在抛光头上，在抛光头的压力下，由真空吸附垫模板的旋转、抛光大盘的旋转造成晶片与抛光垫的摩擦。此时化学作用为碱性的抛光液与晶片表面接触发生腐蚀反应，晶片表面会被碱液腐蚀，摩擦则将该腐蚀层去除，通过循环这两个作用过程，就可以实现晶片的抛光。

在抛光过程当中，抛光大盘和晶片之间会摩擦产生热量，从而使整个抛光系统温度升高，抛光液流到这些区域后也会被加热。当抛光液被加热后，抛光液粘度会降低，这样抛光液会更容易流入晶片和抛光垫的空隙，同时产生的废弃物和废液也能更好的从空隙中流出，流到抛光垫凹槽中，这样能够加快晶片下面抛光液的循环速度，使晶片能够一直处于新鲜的抛光液的环境中，更有利于晶片的表面氧化。另外温度的升高还会增加化学作用的反应速率，抛光过程中发生的反应多是可逆的，都有一定的平衡常数，因此当抛光液温度升高时，反应的平衡会被打破，反应向有利于硅的水解得方向发展，因此在抛光的材质去除阶段，较高的温度能有效加快表面材质的移除速度，大大缩短抛光时间。

但是在实际抛光过程中，晶片抛光中要经历粗抛，中抛和精抛三个阶段，每个阶段的温度要求都不一样。粗抛温度一般较高，控制在30～50℃，而中抛和精抛则温度较低，一般控制在20～30℃。当抛光持续进行的时候，抛光环境会越来越热，化学腐蚀作用越来越强，这时就要适当降低抛光液的温度或者同时降低大盘的温度，不然会出现抛光速率过大，表面择优腐蚀严重，表面沉积杂质或者出现橘皮现象。

随着业内对抛光精度的要求越来越高，抛光过程中温度的影响已经越来越被人们关注，抛光液加热装置和大盘加热装置等都被引入到抛光机中。但是现有的温度控制装置和抛光方法并没有对抛光的温度进行严格的阶段性管控，实际中在晶圆被抛光的每个阶段的开始，中间和结束的几个阶段，抛光液的温度需求都有差异。

除了温度之外，抛光液本身的固溶物的含量和粘度对抛光本身也有一定的影响，目前单一浓度的抛光液已经不能适合更高精度的抛光要求，因此需要在抛光的各个阶段通入不同浓度的抛光液来维持抛光的精确控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种抛光液加热装置，其结构紧凑，能有效实现对晶片抛光过程的温度控制，提高晶片抛光的质量及速度，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述抛光液加热装置，包括抛光液输送管；在所述抛光液输送管的末端设置用于对抛光液输送管内的抛光液进行加热的抛光液加热器，在抛光液输送管的管道出口处设置用于检测抛光液温度的抛光液温度检测器，所述抛光液温度检测器以及抛光液加热器均与加热控制器连接，所述加热控制器还与用于检测抛光环境温度的抛光环境温度检测器；

抛光环境温度检测器能向加热控制器抛光环境温度，抛光液温度检测器能向加热控制器传输抛光液输送管出口处的抛光液温度，加热控制器将抛光液温度、抛光环境温度与所述加热控制器内的抛光预置温度比较，并控制抛光液加热器的加热状态，直至使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致。

所述抛光液加热器包括两个用于对抛光液进行加热的加热板，所述加热板间具有抛光液流动的加热空隙，，所述加热板为半导体加热器、电阻丝加热器或水浴加热器。

所述抛光液加热器包括呈对称分布的夹板，在所述夹板间设置若干用于对抛光液进行加热的加热柱。

所述抛光液加热器包括缠绕在抛光液输送管上的加热线圈或允许抛光液输送管缠绕的加热棒。

所述抛光液加热器包括套在抛光液输送管外的加热介质管，所述加热介质管与抛光液输送管间具有与抛光液进行温度交换的高温加热介质。

所述抛光液输送管上还设有调整输送管，所述调整输送管与抛光液输送管相连通，抛光液加热器能对抛光液输送管内的抛光液以及调整输送管内的调整液体进行加热。

有益效果：

在抛光液输送管的末端设置抛光液加热器，利用抛光液温度检测器检测抛光液输送管出口处的抛光液温度，利用抛光环境温度检测器来检测抛光环境温度，加热控制器根据抛光液温度、抛光环境温度以及抛光预置温度间的关系来调整抛光液加热器的加热状态，使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致，使得晶片处于理想或预设的抛光状态；通过调整输送管能向抛光液输送管内注入调整液体，以调整抛光液的浓度以及粘度，确保晶片抛光达到预设的结果，结构紧凑，能有效实现对晶片抛光过程的温度控制，提高晶片抛光的质量及速度，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为现有对晶片进行单面抛光的示意图。

图2为本发明第一种实施方式的示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为本发明的第二种实施方式示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为本发明的第三种实施方式示意图。

图7为本发明的第四种实施方式示意图。

图8为本发明一种抛光预置温度的示意图。

图9为本发明另一种抛光预置温度的示意图。

图10为本发明对抛光液进行浓度或粘度进行调节时的示意图。

附图标记说明：1-抛光大盘、2-抛光垫、3-夹持装置、4-抛光液输送管、5-加热板、6-抛光液温度检测器、7-夹板、8-加热柱、9-加热线圈、10-加热棒、11-调整输送管以及12-混合液加热器。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为现有对晶片进行单面抛光的示意图，夹持装置3通过吸附法或者黏贴法固定住晶片，用一定的压力将晶片压在抛光垫2上，同时抛光大盘1转动，此时晶片相对抛光垫2就会形成围绕晶片中心自转和围绕抛光垫2中心公转的状态，同时有抛光液输送管4在抛光垫2上喷淋抛光液，晶片表面就会被抛光。但现有的晶片抛光时，抛光温度难以控制，无法使得晶片处于理想或达到预设的抛光过程。

为了能有效实现对晶片抛光过程的温度控制，提高晶片抛光的质量及速度，本发明包括抛光液输送管4；在所述抛光液输送管4的末端设置用于对抛光液输送管4内的抛光液进行加热的抛光液加热器，在抛光液输送管4的管道出口处设置用于检测抛光液温度的抛光液温度检测器6，所述抛光液温度检测器6以及抛光液加热器均与加热控制器连接，所述加热控制器还与用于检测抛光环境温度的抛光环境温度检测器；

抛光环境温度检测器能向加热控制器抛光环境温度，抛光液温度检测器6能向加热控制器传输抛光液输送管4出口处的抛光液温度，加热控制器将抛光液温度、抛光环境温度与所述加热控制器内的抛光预置温度比较，并控制抛光液加热器的加热状态，直至使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致。

具体地，抛光液输送管4的末端是指抛光液输送管4邻近抛光垫2的端部，抛光液温度检测器6可以内置在抛光液输送管4内或位于抛光液输送管4出口内，抛光液温度检测器6可以采用现有常用的温度传感器，抛光环境温度检测器可以安装在抛光大盘1上或抛光垫2上，只要能够获取晶片抛光时的抛光环境温度即可，抛光环境温度检测器也可以为常用的温度传感器，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。加热控制器可以采用常用的微控制芯片，如单片机、PLC等，具体可以根据需要进行选择确定，此处不再赘述。

在对晶片进行抛光时，不管是粗抛、中抛还是精抛，在晶片刚开始抛光的时，因为化学作用不够强，往往会导致物理摩擦直接作用在裸晶片上产生划伤；并且初始时抛光液还没有完全润湿到晶片下面的，快速度的抛光还可能会造成晶片表面凸点，导致晶片报废。而造成上述结果的主要原因是抛光刚开始的时候无论是抛光温度还是晶片表面抛光液的润湿程度都没有达到理想状态，突然快速的进行抛光会造成局部区域差异。所以一般在晶片刚开始抛光的时候，抛光速度都控制在很小，晶片和抛光垫2的转速也较小，降低了抛光机的产能。

如图8所示，为一种抛光液在研磨过程中的温度控制，在刚开始作业时(A区)，抛光液被迅速加热到高温(30～60℃)，这时抛光液的粘度大大降低，反应活性增强，在很短时间内抛光液就能均匀地分散在晶片表面并进行化学作用，这时不用降低抛光垫2和晶片的转速就能达到较好的抛光效果。

在进行A过程约10s～5min之后(B过程)，由于摩擦力的作用抛光垫2温度开始升温，此时缓慢降低抛光液温度至20～50℃(C过程)，进行抛光均匀去除阶段，该过程的降温可以是匀速的也可以是非匀速的。在进行到D阶段后，是晶片控制表面TTV和损伤的过程，直到抛光完成。

为了实现对晶片抛光过程的更精确控制，所述温度曲线还可以是更多阶段的，如9所示，在第一次降温之后存在一个中间温度区域，该区域的作用是对高温作业时的损伤先做修复并保持较高的抛光速度。

因此，根据晶片抛光过程中的温度以及抛光垫2的转速关系，能够得到所需的抛光预置温度，得到抛光预置温度的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。在对晶片进行抛光时，将抛光预置温度预先存储在加热控制器内，加热控制器将抛光液温度、抛光环境温度与所述加热控制器内的抛光预置温度比较，并根据比较的结果控制抛光液加热器的加热状态，直至使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致，当抛光环境温度与抛光预置温度一致时，能够使得晶片的抛光处于理想或预设的状态过程，能有效提高抛光的质量及速度。具体实施时，抛光环境温度与抛光预置温度相一致是指抛光环境温度与抛光预置温度相同，或抛光环境温度与抛光预置温度在一个允许的误差范围内，所述误差范围可以根据晶片抛光过程进行选择确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图2、图3所示，为本发明抛光液加热器的一种实施示意图，其中，所述抛光液加热器包括两个用于对抛光液进行加热的加热板5，所述加热板5间具有抛光液流动的加热空隙，，所述加热板5为半导体加热器、电阻丝加热器或水浴加热器。

本发明实施例中，加热板5位于抛光液输送管4的最下端，抛光液通过高压水泵压入抛光液输送管4内，加热板5可以位于抛光液输送管4外、位于抛光液输送管4内或两加热板5与抛光液输送管4呈一体状。当加热板5与抛光液输送管4呈一体状结构时，加热板5与抛光液输送管4具有良好的密封性能，抛光液从加热空隙中流通，并在流经加热空隙时实现加热。所述加热空隙一般为1mm～1cm；具体实施时，可以根据控制温度精确度的大小来调整该加热空隙大小和流过该加热空隙的抛光液流速。加热控制器能控制加热板5的加热功率，实现对抛光液的加热过程控制。

如图4和图5所示，为本发明抛光液加热器的第二种实施方式示意图，所述抛光液加热器包括呈对称分布的夹板7，在所述夹板7间设置若干用于对抛光液进行加热的加热柱8。

本发明实施例中，所述夹板7可以对称分布于抛光液输送管4外，也可以对称分布于抛光液输送管4内或与抛光液输送管4呈一体式结构，具体可以根据需要进行选择。当夹板7与抛光液输送管4呈一体式结构时，夹板7与抛光液输送管4间具有较好的密封性能，抛光液能流经夹板7间的空间，并通过两夹板7间的加热柱8实现对抛光液的加热，加热柱8的直径为1mm～5cm，可以根据温度控制精度来调整加热柱8的数量和流过夹板7的抛光液流速。此外，加热控制器还可以控制加热柱8的加热功率，来实现对抛光液加热过程的控制，达到调整抛光液输送管4出口处的抛光液温度。所述夹板7也可以加热能力，可以在夹板7内设置半导体加热器或夹板7采用半导体加热器制成，通过加热柱8共同实现对抛光液的加热。

所述抛光液加热器包括缠绕在抛光液输送管4上的加热线圈9或允许抛光液输送管4缠绕的加热棒10。

如图6所示，为在抛光液输送管4上设置加热线圈9的示意图，抛光液通过高压水泵压入抛光液输送管4中，加热线圈9缠绕在抛光液输送管4的末端，抛光液通过该加热线圈9缠绕的区域时被加热，加热后的抛光液从抛光液输送管4的出口处流出，加热线圈9的直径在1mm～1cm之间。通过控制加热线圈9的密集程度和加热线圈9的加热功率来控制加热的精度和强度；所述加热线圈9可以是电阻加热器。加热控制器能控制加热线圈9的加热功率，能实现对抛光液输送管4中抛光液加热过程中的控制，达到调整抛光液输送管4输出抛光液的温度，具体调整过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图7所示，为抛光液输送管4的末端呈螺旋状缠绕在加热棒10上，位于抛光液输送管4内的抛光液通过与加热棒10对应的区域时被加热，并在加热后从抛光液输送管4的出口处流出，所述加热棒10可以是半导体加热棒，也可以是电阻丝加热棒，加热棒10的直径在1mm～10cm之间。加热控制器可以根据抛光液环境温度、抛光液温度以及抛光预置温度值间的关系来调节加热棒10的加热功率，从而能调整抛光液输送管4出口处的抛光液温度，使得调整后抛光液温度、抛光环境温度能与抛光预置温度相一致，具体调整过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。具体实施时，可以控制抛光液加热管4缠绕在加热棒10上的密集程度以及加热棒10的加热功率等来实现对抛光液加热过程的精确控制。

进一步地，所述抛光液加热器包括套在抛光液输送管4外的加热介质管，所述加热介质管与抛光液输送管4间具有与抛光液进行温度交换的高温加热介质。本发明实施例中，加热介质管内有高温加热介质，所述高温加热介质一般为流体介质，加热介质管可以是橡胶的，也可以是金属的，通过与抛光液输送管4内抛光液进行热交换来加热抛光液。加热控制器可以控制高温加热介质的流速等来调整对抛光液的加热，具体调整过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图10所示，所述抛光液输送管4上还设有调整输送管11，所述调整输送管11与抛光液输送管4相连通，抛光液加热器能对抛光液输送管4内的抛光液以及调整输送管11内的调整液体进行加热。

本发明实施例中，为了能抛光液的浓度或粘度进行调整，还可以设置于抛光液输送管4相连通的调整输送管11，所述调整输送管11可以向抛光液输送管4内注入不同温度的水或其他溶剂，并利用混合液加热器12对抛光液输送管4内混合液进行加热，混合液加热器12可以采用上述抛光液加热器中的任意一种形式。加热控制器将抛光液输送管4出口处的混合液体的温度、抛光环境温度以及抛光预置温度进行比较，并根据比较结果来调整混合加热器12的加热状态，使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致，对混合加热器12加热状态的调节控制可以参考上述说明，此处不再赘述。

综上，本发明所述抛光温度控制方法包括如下步骤：

a、在所述抛光液输送管4的末端设置用于对抛光液输送管4内的抛光液进行加热的抛光液加热器，并在抛光液输送管4的管道出口处设置用于检测抛光液温度的抛光液温度检测器6；

所述抛光液温度检测器6以及抛光液加热器均与加热控制器连接，所述加热控制器还与用于检测抛光环境温度的抛光环境温度检测器；

b、加热控制器将抛光液温度、抛光环境温度与所述加热控制器内的抛光预置温度比较，并控制抛光液加热器的加热状态，直至使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致。

进一步地，所述抛光液输送管4上还设有调整输送管11，所述调整输送管11与抛光液输送管4相连通，抛光液加热器能对抛光液输送管4内的抛光液以及调整输送管11内的调整液体进行加热；

抛光液温度检测器6检测抛光液输送管4出口处的液体温度，加热控制器将液体温度、抛光环境温度与所述加热控制器内的抛光预置温度比较，并控制抛光液加热器的加热状态，直至使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致。

本发明在抛光液输送管4的末端设置抛光液加热器，利用抛光液温度检测器6检测抛光液输送管4出口处的抛光液温度，利用抛光环境温度检测器来检测抛光环境温度，加热控制器根据抛光液温度、抛光环境温度以及抛光预置温度间的关系来调整抛光液加热器的加热状态，使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致，使得晶片处于理想或预设的抛光状态；通过调整输送管11能向抛光液输送管4内注入调整液体，以调整抛光液的浓度以及粘度，确保晶片抛光达到预设的结果，结构紧凑，能有效实现对晶片抛光过程的温度控制，提高晶片抛光的质量及速度，适应范围广，安全可靠。

对本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种抛光液加热装置，包括抛光液输送管；其特征是：在所述抛光液输送管的末端设置用于对抛光液输送管内的抛光液进行加热的抛光液加热器，在抛光液输送管的管道出口处设置用于检测抛光液温度的抛光液温度检测器，所述抛光液温度检测器以及抛光液加热器均与加热控制器连接，所述加热控制器还与用于检测抛光环境温度的抛光环境温度检测器；

抛光环境温度检测器能向加热控制器抛光环境温度，抛光液温度检测器能向加热控制器传输抛光液输送管出口处的抛光液温度，加热控制器将抛光液温度、抛光环境温度与所述加热控制器内的抛光预置温度比较，并控制抛光液加热器的加热状态，直至使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致。

2.根据权利要求1所述的抛光液加热装置，其特征是：所述抛光液加热器包括两个用于对抛光液进行加热的加热板，所述加热板间具有抛光液流动的加热空隙，所述加热板为半导体加热器、电阻丝加热器或水浴加热器。

3.根据权利要求1所述的抛光液加热装置，其特征是：所述抛光液加热器包括呈对称分布的夹板，在所述夹板间设置若干用于对抛光液进行加热的加热柱。

4.根据权利要求1所述的抛光液加热装置，其特征是：所述抛光液加热器包括缠绕在抛光液输送管上的加热线圈或允许抛光液输送管缠绕的加热棒。

5.根据权利要求1所述的抛光液加热装置，其特征是：所述抛光液加热器包括套在抛光液输送管外的加热介质管，所述加热介质管与抛光液输送管间具有与抛光液进行温度交换的高温加热介质。

6.根据权利要求1所述的抛光液加热装置，其特征是：所述抛光液输送管上还设有调整输送管，所述调整输送管与抛光液输送管相连通，抛光液加热器能对抛光液输送管内的抛光液以及调整输送管内的调整液体进行加热。