CN111546214A - 一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统，该控制方法主要包括以下几个模式：配制浆料、对浆料进行动态替换及对浆料中旧液进行定量抽取排放；该控制方法可以实时监测浆料中的酸碱浓度、比重及液位，并根据监测的酸碱浓度、比重及液位计算出所需要补充的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，定量地向浆料中补充有效成分；同时，该控制方法也可以对浆料中的旧液定量进行抽取排放和动态替换，使抛光制程中浆料的有效成分一直处于平衡状态，减少人员操作的误差，提高了抛光制程中加工能力的稳定性。

Description

一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统
技术领域
本发明涉及浆料研磨/抛光相关技术领域，尤其涉及一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统。
背景技术
半导体芯片具有寿命长、功耗低、安全等优点，随着技术的日渐成熟，半导体芯片在很多领域均得到广泛的应用。在半导体芯片制备过程中一般选用蓝宝石作为衬底。制备蓝宝石衬底的流程主要包括切割、研磨和抛光三大领域，其中抛光制程中需要用到抛光液，抛光液一般为包含有一些很细的氧化物粉末的浆料，但是，在现有抛光制程中浆料中的有效成分随着反应的进行会不断被消耗，从而会造成抛光制程不稳定的问题。
发明内容
本发明提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统，主要用于解决现有半导体晶圆抛光制程中浆料的有效成分被不断消耗所造成的抛光制程不稳定的问题。
为了解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，该控制方法对应的装置包括不同配液的原料罐、液体泵、浆料罐及回收池，该控制方法包括以下模式：
配制浆料，根据酸液、碱液、磨液/磨料及水的设定值，将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水输送到浆料罐中，在浆料罐内配制所需的浆料；
对浆料进行动态替换，根据浆料的酸碱浓度、比重及液位计算所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向浆料罐内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；
对浆料中旧液进行定量抽取排放，将旧液输送到回收池。
可选地，对浆料进行动态替换，还包括以下操作：
根据浆料的液位的设定值将浆料罐内的旧液输送到储液罐，在储液罐内对浆料进行动态替换。
可选地，对浆料进行动态替换，还包括以下操作：
根据浆料罐或储液罐内浆料的液位，将储液罐内的浆料输送到浆料罐内。
可选地，还包括以下操作：
根据浆料的液位的设定值向浆料补充水以维持浆料的液位，并清洗液体泵。
一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统，该控制系统包括中央配液模块、监测补充模块及旧液排放模块；
中央配液模块用于配制所需的浆料，该中央配液模块根据酸液、碱液、磨液/磨料及水的设定值，将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水分别输送到浆料罐中；
监测补充模块用于对浆料进行动态替换，该监测补充模块监测浆料罐内浆料的酸碱浓度、比重及液位并计算出所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向浆料罐内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；
旧液排放模块用于对浆料中的旧液进行定量抽取排放，该旧液排放模块将浆料中的旧液定量输送到回收池。
可选地，还包括液体泵控制模块，该液体泵控制模块用于将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水分别输送到浆料罐内。
可选地，还包括液位维持及清洗模块，该液位维持及清洗模块不仅用于向浆料罐内补充水以维持浆料的液位，还用于清洗液体泵。
可选地，还包括浆料补充模块和液位监控模块，该浆料补充模块用于将浆料罐中的旧液输送到储液罐中，并在储液罐中对浆料进行动态替换；该液位监控模块用于监控储液罐内浆料的液位。
本发明提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，该控制方法可以实时监测浆料中的酸碱浓度、比重及液位，并根据监测的酸碱浓度、比重及液位计算出所需要补充的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，定量地向浆料中补充有效成分；同时，该控制方法也可以对浆料中的旧液定量进行抽取排放和动态替换，使抛光制程中浆料的有效成分一直处于平衡状态，减少人员操作的误差，提高了抛光制程中加工能力的稳定性。
附图说明
图1为实施例一中一种半导体晶圆加工中浆料的定量抽换装置的结构示意图；
图2为实施例一中一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法的示意图；
图3为实施例一中一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统的示意图；
图4～图5为实施例二中一种半导体晶圆加工中浆料的定量抽换装置的结构示意图；
图6为实施例二中一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法的示意图；
图7为实施例二中一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统的示意图。
图示说明：
1、碱液罐 2、酸液罐
3、浆料罐 31、电极探测装置
32、监测棒 33、振动装置
34、清洁装置 4、水罐
5、管路 51、第一液体泵
52、第二液体泵 53、第三液体泵
54、第四液体泵 55、第五液体泵
56、第六液体泵 57、第七液体泵
58、第八液体泵 59、第九液体泵
6、酸碱比重监控中心 7、定量称重装置
8、定量抽补中心 9、回收控制中心
10、回收池 11、储液罐
111、传感器 112、离心过滤装置
201、中央配液模块 202、监测补充模块
203、液体泵控制模块 204、旧液排放模块
205、液位维持及清洗模块 206、浆料补充模块
207、液位监控模块 12、反应机台
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式的技术方案作进一步详细说明，这些实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。
实施例一
本实施例提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统，图1为该控制方法及系统所对应的装置。
如图1所示，本实施例提供的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统所对应的装置，包括碱液罐1、酸液罐2、浆料罐3、水罐4、定量称重装置7及PLC控制系统，该PLC控制系统包括酸碱比重监控中心6，碱液罐1、酸液罐2、水罐4、定量称重装置7分别通过管路5与浆料罐3连接；浆料罐3还设有电极探测装置31和监测棒32，电极探测装置31和监测棒32分别与酸碱比重监控中心6电连接，酸碱比重监控中心6监控浆料罐3中浆料的液位、比重和酸碱浓度，从而酸碱比重监控中心6控制碱液罐1、酸液罐2、水罐4、定量称重装置7对浆料罐3中的浆料实时调控。
进一步地来说，碱液罐1、酸液罐2、水罐4与浆料罐3连接的管路5分别设有第一液体泵51、第二液体泵52、第三液体泵53，酸碱比重监控中心6分别与第一液体泵51、第二液体泵52、第三液体泵53及定量称重装置7电连接；定量称重装置7与储存固体磨料或者分散均匀的浆料原液的磨液/磨料罐连接，酸碱比重监控中心控制第一液体泵51、第二液体泵52、第三液体泵53及定量称重装置7通过管路5向浆料罐3中补充碱液、酸液、水及磨液/磨料。
进一步地来说，电极探测装置31主要用于探测浆料罐3中浆料的离子的浓度，在本实施例中，所探测的离子包括OH-或者H+或者Na+或者K+；电极探测装置31具体为对浆料中的离子的活度或不同氧化态的离子的活度能产生能斯特响应的电极，通过测定电极探测装置31的电动势或在外加电压的情况下测定流过电极探测装置31的电流，即可得知离子的浓度。监测棒32同时具备有比重和液位监测功能，所监测的比重为浆料中磨液/磨料与水的比值，监测棒32可以是一个集成的监测末端，同时监测浆料的比重和液位；也可以是两个分开的监测末端，两个监测末端分别监测浆料的比重和液位。电极探测装置31和监测棒32监测的酸碱浓度、比重、液位数据反馈给酸碱比重监控中心6，若电极探测装置31和监测棒32监测的数据高于或低于设定值，则酸碱比重监控中心6发出指令控制第一液体泵51、第二液体泵52、第三液体泵53、定量称重装置7，向浆料罐3中的浆料补充碱液、酸液、水及磨液/磨料，对浆料进行实时调控。例如，当浆料的酸或碱浓度低于设定最小值时，酸碱比重监控中心6控制第一液体泵51或第二液体泵52向浆料罐3中的浆料补充碱液或酸液；当浆料的比重低于设定最小值时，酸碱比重监控中心6控制定量称重装置7向浆料罐3中的浆料补充磨液/磨料；当浆料的液位低于设定最小值时，酸碱比重监控中心6控制第三液体泵53向浆料罐3中的浆料补充水。
进一步地来说，浆料罐3设有连接进行研磨制程或者抛光制程的反应机台12的进口和出口，该浆料罐3的进口和出口分别通过管路5与反应机台12连接，浆料罐3为反应机台12提供浆料，且加工后的浆料又可以重新输送到浆料罐3内。
进一步地来说，本装置可以用于周期性更新浆料罐3中浆料成分，实现浆料的新陈代谢，保证浆料的持久可用。在本实施例中，酸碱比重监控中心6可以对浆料罐3的浆料定量进行旧液的抽取和碱液、酸液、磨液/磨料及水的添加，使浆料罐3内的浆料处于可持续利用的状态。在这里，旧液指的是浆料罐3中加工后的浆料。例如，当利用本装置进行研磨制程时，每进行完一个研磨制程，酸碱比重监控中心6对浆料罐3中的浆料成分进行一次更新，酸碱比重监控中心6控制将浆料罐3中的旧液抽走，然后，酸碱比重监控中心6根据监测得到的浆料罐3中浆料的酸碱浓度、比重、液位数据，向浆料罐3内补充定量的碱液、酸液、磨液/磨料及水。当利用本装置进行抛光制程时，需要对浆料罐3中的浆料成分进行实时更新，酸碱比重监控中心6实时监测浆料罐3中浆料的酸碱浓度、比重、液位数据，向浆料罐3内补充碱液、酸液、磨液/磨料及水，浆料罐3中的废料实时回收到回收池10中。
进一步地来说，本装置还包括回收池10，PLC控制系统还包括回收控制中心9，回收池10与浆料罐3通过管路5连接，回收池10与浆料罐3连接的管路设有第四液体泵54，第四液体泵54与回收控制中心9电连接，回收控制中心9控制浆料罐3的废料通过管路5输送到回收池10。
如图2所示，本实施例提供一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，该动态替换控制方法包括以下模式：
配制浆料，根据酸液、碱液、磨液/磨料及水的设定值，将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水分别输送到浆料罐3中，在浆料罐3内配制所需的浆料；在本实施例中，将酸液、碱液、磨液/磨料及水的设定值存储在PLC控制系统中，由PLC控制系统控制酸液、碱液、磨液/磨料及水的定量输送，酸液、碱液和水可以直接通过不同的液体泵经管路5输送到浆料罐3中，磨液/磨料通过定量称重装置7经管路5输送到浆料罐3中；酸液、碱液、磨液/磨料和水在浆料罐3内混合，即可形成所需的浆料。
对浆料进行动态替换，根据浆料罐3内浆料的酸碱浓度、比重及液位计算所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向浆料罐3内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；在本实施例中，电极探测装置31和监测棒32实时监测浆料罐3内浆料的酸碱浓度、比重及液位并将所得到的数据发送给PLC控制系统，PLC控制系统计算出所需要补充的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后将定量的酸液、碱液、水及磨液/磨料分别通过不同的液体泵和定量称重装置7输送到浆料罐3内。
对浆料中的旧液进行定量抽取排放，将浆料罐3内的旧液定量输送到回收池10；在本实施例中，PLC控制系统控制将浆料罐3内的旧液通过第四液体泵54输送到回收池10中。
维持浆料的液位并清洗液体泵，根据浆料罐3内浆料的液位的设定值向浆料罐3内补充水以维持浆料的液位，同时，向浆料罐3内补充水的过程中还能对液体泵进行清洗，清洗完液体泵的水最后输送到回收池10中，避免出现管路5堵塞的现象。在本实施例中，监测棒32实时监测浆料罐3内浆料的液位并将所得到的数据发送给PLC控制系统，若浆料的液位低于设定最小值，PLC控制系统控制向浆料罐3中补充水。
如图3所示，本实施例提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统，该控制系统包括中央配液模块201、监测补充模块202及旧液排放模块203；
中央配液模块201，用于配制所需的浆料；该中央配液模块201根据酸液、碱液、磨液/磨料及水的设定值，将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水分别输送到浆料罐3中；
监测补充模块202，用于对浆料进行动态替换；该监测补充模块202监测浆料罐3内浆料的酸碱浓度、比重及液位并计算出所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向浆料罐3内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；
旧液排放模块203，用于对浆料中的旧液进行定量抽取排放；该旧液排放模块203将浆料罐3内的旧液定量输送到回收池10。
进一步地来说，该控制系统还包括液体泵控制模块204，该液体泵控制模块204用于将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水分别输送到浆料罐3内；该液体泵控制模块204也可用于将浆料罐3内的旧液定量输送到回收池10。
进一步地来说，该控制系统还包括液位维持及清洗模块205，该液位维持及清洗模块205不仅用于向浆料罐3内补充水以维持浆料的液位，还用于清洗液体泵，清洗完液体泵的水最后输送到回收池10中，避免出现管路5堵塞的现象。
本实施例提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统，该控制方法及系统可以实时监测浆料中的酸碱浓度、比重及液位，并根据监测的酸碱浓度、比重及液位计算出所需要补充的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，定量地向浆料中补充有效成分；同时，该控制方法及系统也可以对浆料中的旧液定量进行抽取排放和动态替换，使抛光制程中浆料的有效成分一直处于平衡状态，减少人员操作的误差，提高了抛光制程中加工能力的稳定性。
实施例二
本实施例同样提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统，图4为该控制方法及系统所对应的装置。本实施例与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于，该控制方法及系统所对应的装置还包括储液罐11，具体地：
如图4～图5所述，本实施例提供的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统所对应的装置，本装置还包括储液罐11，储液罐11分别与碱液罐1、酸液罐2、水罐4、定量称重装置7、浆料罐3通过管路5连接，该储液罐11用于储存浆料罐3加工后的浆料，对浆料罐3加工后的浆料进行周期性更新，保证浆料的持久可用；PLC控制系统还包括定量抽补中心8，定量抽补中心8与酸碱比重监控中心6电连接，酸碱比重监控中心6控制定量抽补中心8对浆料罐3的浆料定量进行旧液的抽取和周期性更新浆料罐3中浆料成分。
进一步地来说，如图4所示，第一液体泵51、第二液体泵52、第三液体泵53及定量称重装置7均是可控的液体泵，酸碱比重监控中心6控制第一液体泵51、第二液体泵52、第三液体泵53及定量称重装置7向浆料罐3中补充碱液、酸液、水和磨液/磨料；定量抽补中心8控制第一液体泵51、第二液体泵52、第三液体泵53及定量称重装置7向储液罐11中补充碱液、酸液、水和磨液/磨料。
进一步地来说，储液罐11与浆料罐3连接的管路5设有可控的第五液体泵55，且酸碱比重监控中心6与第五液体泵55电连接，酸碱比重监控中心6控制第五液体泵将浆料罐3中加工后的浆料输送到储液罐11中，或将储液罐11更新后的浆料输送到浆料罐3中。
作为可替换的实施方式，如图5所示，储液罐11与碱液罐1、酸液罐2、水罐4连接的管路5分别设有第六液体泵56、第七液体泵57、第八液体泵58，且定量抽补中心8分别与第六液体泵56、第七液体泵57、第八液体泵58、定量称重装置7电连接，定量抽补中心8控制第六液体泵56、第七液体泵57、第八液体泵58、定量称重装置7向储液罐11中补充碱液、酸液、磨液/磨料及水。
进一步地来说，储液罐11与回收池10通过管路5连接，储液罐11与回收池11连接的管路设有第九液体泵59。第五液体泵55和第九液体泵59分别与回收控制中心9电连接，回收控制中心9控制储液罐11的废料通过管路5输送到回收池10。
进一步地来说，储液罐11内部设有传感器111和离心过滤装置112，该传感器111与回收控制中心9电连接，该传感器111用于监测储液罐11的浆料的液位，当储液罐11中浆料的液位高于设定最大值时，回收控制中心9也可以通过控制第五液体泵55将储液罐11中更新后的浆料输送到浆料罐3中，从而使浆料罐3中加工后的浆料得到回收利用；该离心过滤装置112主要用于对加工后的浆料进行分离，分离后的含有废料的浆料通过管路5输送到回收池10。
如图6所示，本实施例提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，该动态替换控制方法中对浆料进行动态替换，还包括以下操作：
根据浆料罐3内浆料的液位的设定值将浆料罐3内的旧液输送到储液罐11，在储液罐11内对浆料进行动态替换，根据浆料罐3内浆料的酸碱浓度、比重及液位计算所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向储液罐11内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；根据浆料罐3或储液罐11内浆料的液位，将储液罐11内的浆料输送到浆料罐3内；将储液罐11内的旧液输送到回收池10。在本实施例中，PLC控制系统控制将浆料罐3内的旧液通过第五液体泵55输送到储液罐11中；同时，电极探测装置31和监测棒32实时监测浆料罐3内浆料的酸碱浓度、比重及液位并将所得到的数据发送给PLC控制系统，PLC控制系统计算出所需要补充的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后将定量的酸液、碱液、水及磨液/磨料分别通过液体泵和定量称重装置7输送到储液罐11内；另外，传感器实时监测储液罐11中浆料的液位，PLC控制系统控制将储液罐11内的旧液输送到回收池10或将储液罐11内的浆料输送到浆料罐3内。
如图7所示，本实施例提供了一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统，该控制系统还包括浆料补充模块206和液位监控模块207，浆料补充模块206用于将浆料罐3中的旧液输送到储液罐11中，并在储液罐11中对浆料进行动态替换；液位监控模块207用于监控储液罐11内浆料的液位。该浆料补充模块206将浆料罐3内的旧液输送到储液罐11，在储液罐11内对浆料进行动态替换，该浆料补充模块206还根据浆料罐3内浆料的酸碱浓度、比重及液位计算所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向储液罐11内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；该浆料补充模块206还根据浆料罐3或储液罐11内浆料的液位，将储液罐11内的浆料输送到浆料罐3内。
本实施例提供的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法及系统，可以对浆料罐内的旧液进行循环利用，在储液罐中对浆料罐的旧液进行动态替换，动态替换后的浆料可以重新输送到浆料罐内进行循环利用，减少了浆料的使用浪费的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，所述控制方法对应的装置包括不同配液的原料罐、液体泵、浆料罐及回收池，其特征在于，包括以下模式：
配制浆料，根据酸液、碱液、磨液/磨料及水的设定值，将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水输送到所述浆料罐中，在所述浆料罐内配制所需的浆料；
对所述浆料进行动态替换，根据所述浆料的酸碱浓度、比重及液位计算所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向浆料罐内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；
对所述浆料中旧液进行定量抽取排放，将旧液定量输送到回收池。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，其特征在于，对所述浆料进行动态替换，还包括以下操作：
根据所述浆料的液位的设定值将所述浆料罐内的旧液输送到储液罐，在所述储液罐内对所述浆料进行动态替换。
3.根据权利要求2所述的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，其特征在于，对所述浆料进行动态替换，还包括以下操作：
根据所述浆料罐或储液罐内浆料的液位，将所述储液罐内的浆料输送到所述浆料罐内。
4.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制方法，其特征在于，还包括以下操作：
根据浆料的液位的设定值向所述浆料补充水以维持所述浆料的液位，并清洗所述液体泵。
5.一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统，其特征在于，该控制系统包括中央配液模块、监测补充模块及旧液排放模块；
所述中央配液模块用于配制所需的浆料，所述中央配液模块根据酸液、碱液、磨液/磨料及水的设定值，将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水分别输送到浆料罐中；
所述监测补充模块用于对所述浆料进行动态替换，所述监测补充模块监测浆料罐内浆料的酸碱浓度、比重及液位并计算出所需的酸液、碱液、磨液/磨料及水的量，然后向浆料罐内补充定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水；
所述旧液排放模块用于对所述浆料中的旧液进行定量抽取排放，所述旧液排放模块将浆料中的旧液定量输送到回收池。
6.根据权利要求5所述的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统，其特征在于，还包括液体泵控制模块，所述液体泵控制模块用于将定量的酸液、碱液、磨液/磨料及水分别输送到浆料罐内。
7.根据权利要求5所述的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统，其特征在于，还包括液位维持及清洗模块，所述液位维持及清洗模块不仅用于向浆料罐内补充水以维持浆料的液位，还用于清洗液体泵。
8.根据权利要求5所述的一种半导体晶圆加工中浆料的动态替换控制系统，其特征在于，还包括浆料补充模块和液位监控模块，所述浆料补充模块用于将浆料罐中的旧液输送到储液罐中，并在储液罐中对浆料进行动态替换；所述液位监控模块用于监控储液罐内浆料的液位。
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