CN110181391A - 研磨液供给装置、研磨设备和研磨液的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨液供给装置、研磨设备和研磨液的温度控制方法。研磨液供给装置包括：研磨液罐，用于容纳研磨液；供液组件，供液组件包括多个供液区域，各供液区域与供液组件中心的距离不相等，各供液区域分别通过不同的供液管路与研磨液罐相连通；多个温度调节组件，设置于各供液管路上，温度调节组件用于调节各供液管路中研磨液的温度。本发明实施例通过设置多个供液区域及相应的温度调节组件，以对各个供液区域中研磨液温度的控制，能够实现根据需要为各供液区域提供不同温度的研磨液，从而降低各供液区域对应的晶圆的研磨温度差，使得晶圆在研磨过程中温度保持基本相同，从而能够降低温度对于晶圆品质可能带来的影响。

Description

研磨液供给装置、研磨设备和研磨液的温度控制方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种研磨液供给装置、研磨设备和研磨液的温度控制方法。

背景技术

硅晶圆(Silicon wafer)表面的平坦度(flatness)对其品质具有较大的影响，因此通常需要对硅晶圆表面进行研磨以提高其平坦度。在研磨过程中，晶圆和研磨液(slurry)引起的化学反应、以及研磨垫(Pad)和晶圆(wafer)引起的摩擦会随着研磨时间而累积增加，从而会导致晶圆的温度发生变化，对晶圆的品质造成影响。

发明内容

本发明实施例提供一种研磨液供给装置、研磨设备和研磨液的温度控制方法，以解决晶圆的温度发生变化，对晶圆的品质造成影响的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种研磨液供给装置，包括：

研磨液罐，用于容纳研磨液；

供液组件，所述供液组件包括多个供液区域，各所述供液区域与所述供液组件中心的距离不相等，各所述供液区域分别通过不同的供液管路与所述研磨液罐相连通；

多个温度调节组件，设置于各所述供液管路上，所述温度调节组件用于调节各所述供液管路中研磨液的温度。

可选的，所述温度调节组件包括加热器和/或冷却器。

可选的，所述供液管路包括主供液管和多个支供液管，所述主供液管的一端与所述研磨液罐相连通，另一端与各所述支供液管相连通，各所述支供液管远离所述主供液管的一端与各所述供液区域相连通，所述温度调节组件设置于各所述支供液管上。

可选的，还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述供液组件上，所述温度传感器用于检测研磨垫的研磨温度。

可选的，每一所述供液区域内设置有至少一个所述温度传感器，且各所述温度传感器与相应的所述供液管路上的所述温度调节组件电连接。

可选的，每一所述供液区域内开设有多个供液孔，且每一所述供液区域内的各所述供液孔均与同一所述供液管路相连通。

可选的，在每一所述供液区域内，各所述供液孔环绕所述供液组件的中心分布。

第二方面，本发明实施例还提供了一种研磨设备，包括以上任一项所述的研磨液供给装置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种研磨液的温度控制方法，应用于以上所述的研磨设备，包括以下步骤：

利用所述温度调节组件控制调节各所述供液区域的研磨液的温度，使由所述供液组件的中心到所述供液组件的边缘的方向上，各所述供液区域内的研磨液温度逐渐降低。

可选的，在所述研磨液供给装置包括检测研磨温度的温度传感器的情况下，所述利用所述温度调节组件控制调节各所述供液区域的研磨液的温度，包括：

通过所述温度传感器采集研磨温度，并根据所采集的研磨温度控制各所述温度调节组件调节相应的供液管路内的研磨液的温度，使各所述温度传感器检测的研磨温度的差值小于预设温度阈值。

本发明实施例通过设置多个供液区域及相应的温度调节组件，以对各个供液区域中研磨液温度的控制，能够实现根据需要为各供液区域提供不同温度的研磨液，从而降低各供液区域对应的晶圆的研磨温度差，使得晶圆在研磨过程中温度保持基本相同，从而能够降低温度对于晶圆品质可能带来的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的研磨液供给装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例中供液组件的结构示意图；

图3是本发明一实施例中供液组件的局部剖视图；

图4是现有研磨设备的研磨进程示意图；

图5是本发明一实施例中研磨设备的研磨进程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种研磨液供给装置。

在一个实施例中，如图1所示，研磨液供给装置包括研磨液罐110、供液组件120及多个温度调节组件130。

研磨液罐110用于容纳研磨液，在研磨过程中，配置好的研磨液暂存于研磨液罐110中。

供液组件120用于输送研磨液，研磨液罐110中的研磨液经供液组件120的导流作用流动至指定位置。一般情况下，该指定位置指的是研磨垫和待研磨的晶圆之间，实施时，该指定位置需要根据实际情况确定。

供液组件120包括多个供液区域121A、121B、121C，且各供液区域121A、121B、121C与供液组件120的中心的距离不相等，也可理解为，不同供液区域121A、121B、121C与供液组件120中心的距离区间是不同的，而同一供液区域121A、121B、121C与供液组件120中心之间的距离在一个相同的距离区间内。

如图1和图2所示，本实施例中设置了三个供液区域121A、121B、121C，且这三个供液区域与供液组件120的中心的距离逐渐增加。显然，在其他一些具体实施方式中，可以根据需求有针对性的调节供液区域的数量。各供液区域121A、121B、121C分别通过不同的供液管路与研磨液罐110相连通，也就是说，不同的供液区域121A、121B、121C通过不同的供液管路与研磨液罐110相连通以获取研磨液，而同一供液区域121A、121B、121C的多个出口均通过同一供液管路与研磨液罐110相连通以获取研磨液。

多个温度调节组件130设置于各供液管路上，温度调节组件130用于调节各供液管路中研磨液的温度，同一供液区域121A、121B、121C由于通过同一供液管路提供研磨液，在温度调节组件130的调节作用下，能够使得同一供液区域121A、121B、121C提供的研磨液的温度是基本相等的。

本发明实施例通过设置多个供液区域121A、121B、121C及相应的温度调节组件130，以对各个供液区域121A、121B、121C中研磨液温度的控制，能够实现根据需要为各供液区域121A、121B、121C提供不同温度的研磨液，从而降低各供液区域121A、121B、121C对应的晶圆的研磨温度差，使得晶圆在研磨过程中温度保持基本相同，从而能够降低温度对于晶圆品质可能带来的影响。

可选的，温度调节组件130包括加热器和/或冷却器。

本实施例中的温度调节组件130可以包括加热器和冷却器中的一种或两种，以便根据使用需求调节所提供的研磨液的温度。

在一个具体实施方式中，在研磨初期，研磨液的温度较低，需要通过加热器升高研磨液的温度；在另一个具体实施方式中，研磨初期晶圆各个位置的温度基本相同，不需要启动温度调节组件130。

随着研磨过程的进行研磨垫的温度升高且出现温差，此时，需要利用加热器和/或冷却器对研磨垫的温度进行调节，以使研磨垫的研磨温度保持均一。

通过加热器和/或冷却器，有助于提高对于研磨垫的研磨温度的控制，从而使得研磨过程中研磨垫的温度保持均一。

应当理解的是，双面研磨时因加工热而发生的研磨垫的不同区间的温度差会引发上定盘和下定盘的间距离差，且会对晶圆平坦度品质造成不利的影响。而这种温度差较小。例如，一次测试中，经过分析，某一时刻研磨垫的内侧和外侧之间的温度差在3摄氏度左右，然而这种温度差虽然很小，但是仍会导致一定的热膨胀，这种热膨胀会使上定盘和下定盘间各处的距离产生微小的距离差，由于晶圆的研磨精度要求较高，所以这种微小的距离差也会对于晶圆的品质造成较大影响。

由于研磨温度的温度差较小，所以对于温度调节的精度要求较高，在一个具体实施方式中，对于温度的调节精度控制在0.2摄氏度或者更高，以确保研磨垫各处的研磨温度基本相等。

可选的，供液管路包括主供液管141和多个支供液管142，主供液管141的一端与研磨液罐110相连通，另一端与各支供液管142相连通，各支供液管142远离主供液管141的一端与各供液区域121A、121B、121C相连通，温度调节组件130设置于各支供液管142上。

本实施例中，研磨液罐110中的研磨液可以在液泵或液压装置等设备的驱动下流动，研磨液由主供液管141流动至靠近供液组件120处，研磨液罐110可参考现有的及改进的研磨液罐110，研磨液罐110中可以设置温控器，例如加热装置或冷却装置，以调节研磨液的输出温度。主供液管141中研磨液的温度是相同的，当研磨液流至各支供液管142中之后，能够通过设置各支供液管142上的温度调节组件130对研磨液的温度做进一步调节，从而实现使各供液区域121A、121B、121C的研磨液的温度符合使用需求。

可选的，还包括温度传感器，温度传感器设置于供液组件120上，温度传感器用于检测研磨垫的研磨温度。

为了提高对研磨垫的研磨温度的检测效果，本实施例中进一步设置了温度传感器，以实现对研磨垫的研磨温度的检测，有助于提高对于温度的控制效果和控制精度。本实施例中的每一供液区域121A、121B、121C内设置有至少一个温度传感器，且各温度传感器与相应的供液管路上的温度调节组件130电连接，能够提高对于研磨垫各区域的研磨温度的有效监控，以便于对研磨液的温度做出相应的调节。

可选的，如图2和图3所示，每一供液区域121A、121B、121C内开设有多个供液孔122，且每一供液区域121A、121B、121C内的各供液孔122均与同一供液管路相连通。

在一个具体实施方式中，供液组件120复用研磨设备的定盘，具体为上定盘。

可以理解为，在研磨设备的上定盘上开设有多个提供研磨液的供液孔122，这些研磨液经由这些供液孔122供应至上述的指定位置。在每一供液区域121A、121B、121C内均开设了多个供液孔122，进一步的，在一个较佳的具体实施方式中，各供液孔122环绕供液组件120的中心分布，能够使得供应的研磨液流动的更加均匀。

本发明实施例还提供了一种研磨设备，包括以上任一项的研磨液供给装置。该研磨设备的其他结构和部件可参考现有的及可能出现的研磨设备，此处不作进一步限定和描述。由于本实施例的技术方案包括了上述实施例的全部技术方案，因此至少能实现上述全部技术效果，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种研磨液的温度控制方法，应用于以上的研磨设备，包括以下步骤：

利用所述温度调节组件130控制调节各所述供液区域121A、121B、121C的研磨液的温度，使由所述供液组件120的中心到所述供液组件120的边缘的方向上，各所述供液区域121A、121B、121C内的研磨液温度逐渐降低。

在研磨过程中随着研磨时间的逐渐增加，热量累计也逐渐增加，因此，需要利用各温度调节组件130调节相应的各供液区域121A、121B、121C的研磨液的温度，从而实现保持研磨垫的研磨温度均一。

如图所4示，图4中横坐标代表研磨时间，左侧纵坐标代表温度，单位为摄氏度，右侧纵坐标代表长度单位为毫米。曲线401代表研磨垫内侧的研磨温度，曲线402代表研磨垫外侧的研磨温度，曲线403代表研磨阶跃，曲线404代表上定盘和下定盘之间的距离。各曲线中间部分的数据为最具代表性的数据。

由图4可知，随着研磨过程的进行，研磨过程中产生的热量会累计，进而导致研磨垫中心的温度低于研磨垫边缘的温度，且温度差较大。

如图5所示，图5的坐标系与图4所示坐标系相同，曲线501代表研磨垫内侧的研磨温度，曲线502代表研磨垫外侧的研磨温度，曲线503代表研磨阶跃，曲线504代表上定盘和下定盘之间的距离。

由图5可知，在使用了本实施例中的研磨设备，并利用该研磨液的温度控制方法对研磨液的温度进行控制后，能够有效降低研磨过程中的温度差。

上述温度差均指的是研磨垫内侧的温度和研磨垫外侧的温度之差。

在一个具体实施方式中，根据以往的使用经验或根据测试结果设定温度调节规律，并根据该设定的调节规律来对研磨液的温度进行调节。

在另一个可选的具体实施方式中，研磨液供给装置包括检测研磨温度的温度传感器，则是根据温度传感器检测的温度对研磨液的温度进行调节，上述调节过程具体为：

通过所述温度传感器采集研磨温度，并根据所采集的研磨温度控制各所述温度调节组件130调节相应的供液管路内的研磨液的温度，使各所述温度传感器检测的研磨温度的差值小于预设温度阈值。

本实施例中，根据温度传感器采集的研磨温度对温度调节组件130进行控制，具体的，可以设定一基准温度，如果一个供液区域121A、121B、121C对应的温度传感器检测到的温度大于该基准温度，则通过温度调节组件130降低该供液区域121A、121B、121C供应的研磨液的温度，反之，如果一个供液区域121A、121B、121C对应的温度传感器检测到的温度小于该基准温度，则通过温度调节组件130提高该供液区域121A、121B、121C供应的研磨液的温度。这样，可以维持研磨垫各个区域的研磨温度基本相等，避免由于研磨温度不同而影响研磨效果。

该预设温度阈值应当根据实际情况设定，由于晶圆对于加工精度要求较高，在一个具体实施方式中，该预设温度阈值被设定为不高于0.2摄氏度，能够有效保证晶圆品质。

在一个具体实施方式中，研磨液罐110输出的研磨液的温度为20摄氏度，研磨设备上设置了由内至外的三个供液区域121A、121B、121C，这三个供液区域121A、121B、121C的温度传感器检测到的研磨垫的研磨温度由内到外依次为28摄氏度、29摄氏度、30摄氏度，则相应的研磨液供应温度调节为22摄氏度、21摄氏度、20摄氏度，这样，能够通过研磨液对研磨温度进行调节，恒定的维持上定盘和下定盘之间的距离差，避免造成晶圆单侧磨损，有利于改善晶圆的品质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种研磨液供给装置，其特征在于，包括：

研磨液罐，用于容纳研磨液；

供液组件，所述供液组件包括多个供液区域，各所述供液区域与所述供液组件中心的距离不相等，各所述供液区域分别通过不同的供液管路与所述研磨液罐相连通；

多个温度调节组件，设置于各所述供液管路上，所述温度调节组件用于调节各所述供液管路中研磨液的温度。

2.如权利要求1所述的研磨液供给装置，其特征在于，所述温度调节组件包括加热器和/或冷却器。

3.如权利要求2所述的研磨液供给装置，其特征在于，所述供液管路包括主供液管和多个支供液管，所述主供液管的一端与所述研磨液罐相连通，另一端与各所述支供液管相连通，各所述支供液管远离所述主供液管的一端与各所述供液区域相连通，所述温度调节组件设置于各所述支供液管上。

4.如权利要求1所述的研磨液供给装置，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述供液组件上，所述温度传感器用于检测研磨垫的研磨温度。

5.如权利要求4所述的研磨液供给装置，其特征在于，每一所述供液区域内设置有至少一个所述温度传感器，且各所述温度传感器与相应的所述供液管路上的所述温度调节组件电连接。

6.如权利要求1所述的研磨液供给装置，其特征在于，每一所述供液区域内开设有多个供液孔，且每一所述供液区域内的各所述供液孔均与同一所述供液管路相连通。

7.如权利要求6所述的研磨液供给装置，其特征在于，在每一所述供液区域内，各所述供液孔环绕所述供液组件的中心分布。

8.一种研磨设备，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的研磨液供给装置。

9.一种研磨液的温度控制方法，应用于权利要求8所述的研磨设备，其特征在于，包括以下步骤：

利用所述温度调节组件控制调节各所述供液区域的研磨液的温度，使由所述供液组件的中心到所述供液组件的边缘的方向上，各所述供液区域内的研磨液温度逐渐降低。

10.如权利要求9所述的研磨液的温度控制方法，其特征在于，在所述研磨液供给装置包括检测研磨温度的温度传感器的情况下，所述利用所述温度调节组件控制调节各所述供液区域的研磨液的温度，包括：

通过所述温度传感器采集研磨温度，并根据所采集的研磨温度控制各所述温度调节组件调节相应的供液管路内的研磨液的温度，使各所述温度传感器检测的研磨温度的差值小于预设温度阈值。