CN114714247A - 一种cmp抛光液自动循环控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种CMP抛光液自动循环控制系统，包括工控机、控制柜、分流器、废水管和抛光液回收管，所述的分流器连接控制系统，所述的控制系统包括PH电极、A/D转换器、单片机和显示器，本发明解决了抛光液过度排放导致循环利用不充分，或过度回收废水导致抛光液箱内抛光液浓度逐渐稀释，使得产品加工制程变差，工艺稳定性变低的现象发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种CMP抛光液自动循环控制系统。
背景技术
化学机械抛光是在一定压力与转速的条件下，持续通过一定流量的抛光液，利用其腐蚀研磨特性与多孔结构的抛光布材料协同作用，使得被抛光晶圆对于抛光布作圆心固定的相对旋转运动，达到去除晶圆表面杂质、缺陷的目的，并实现晶圆表面的低粗糙度与高度平坦化。
由于持续用量的需求一定，抛光液始终成为晶圆加工的主要成本之一。为了降低使用成本，目前主流的应用方法是采用抛光液回流循环的方式。在生产过程中，抛光液从加工起始，以固定流速从水箱中泵出，通过管道进入抛光台，此时抛光台下的分流器指向循环管道一侧，用于收集并重新利用抛光液；加工制程完成后水箱停止抛光液的泵出，并启动纯水，对抛光台面残留杂质颗粒与抛光液结晶进行冲刷，此时抛光台下分流器指向排水管道一侧，排出废水。对于抛光液回收循环的常规处理方式是：通过人工测算抛光液从抛光台管道流到分流器的时间，以及人工测算清洗用水从抛光台管道流入分流器的时间，对循环逻辑设置自动延时响应，形成一种抛光液从抛光台流到分流器时适时指向循环管道进行回收，以及加工结束后分流器适时指向排水管道进行废水排放作业。
由于现有生产工艺的缺陷，容易产生抛光液过度排放导致循环利用不充分，或过度回收废水导致水箱内抛光液浓度逐渐稀释，使得产品加工制程变差，工艺稳定性变低的现象发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CMP抛光液自动循环控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种CMP抛光液自动循环控制系统，包括工控机、控制柜、分流器、废水管和抛光液回收管，所述的分流器连接控制系统，所述的控制系统包括PH电极、A/D转换器、单片机和显示器，
所述PH电极连接加运算放大器接成电压跟随器，然后输出信号进入一级放大电路和二级放大电路，再经RC电路滤波后，送到A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，单片机接收信号，当PH值大于8时分流器将液体排入抛光液回收管，当PH值小于8的时候，分流器将液体排入废水管；
所述单片机与分流器之间设有继电器，继电器用于控制分流器内的电磁阀开关；
所述单片机还连接显示器，所述的显示器是利用寄存器转换成并行数据来驱动。
优选的，所述PH电极可以用激光感应器替换，激光感应器设于抛光台与分流器之间的液体管道一侧，所述的液体管道为透明材质。
优选的，所述单片机还配有中断模块和定标模块。
优选的，所述中断模块是通过A/D转换器读数开关变量来判断读取的是PH值的大小，从而设定分流器中电磁阀开关。
优选的，所述定标模块是用于数据校验。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了抛光液过度排放导致循环利用不充分，或过度回收废水导致抛光液箱内抛光液浓度逐渐稀释，使得产品加工制程变差，工艺稳定性变低的现象发生。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明控制系统示意图；
图3为PH测量电路框图；
图4为中断模块流程图。
图中：1工控机，2控制柜，4分流器，5废水管,6抛光液回收管，7液体管道。
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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种CMP抛光液自动循环控制系统，包括工控机1、控制柜2、分流器4、废水管5和抛光液回收管6，所述的分流器4连接控制系统，所述的控制系统包括PH电极、A/D转换器、单片机和显示器，
图3所示，所述PH电极连接加运算放大器接成电压跟随器，然后输出信号进入一级放大电路和二级放大电路，再经RC电路滤波后，送到A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，单片机接收信号，当PH值大于8时分流器4将液体排入抛光液回收管6，当PH值小于8的时候，分流器4将液体排入废水管5，PH传感器测量之后，加运算放大器接成电压跟随器，以实现阻抗匹配，抑制零漂电压的作用。然后输出信号进入一级放大电路和二级放大电路，再经RC电路滤波后，送到A/D模块进行采样。；本发明中使用的抛光液PH值在8-10之间，水的PH值在6-8之间。
所述单片机与分流器4之间设有继电器，由于微机测控系统的开关信号是通过芯片给出的低压直流电平信号，这种电平信号一般不能直接驱动负载，需经接口转换等手段才能用于电磁阀的开启或关闭，而继电器就是完成这种转换的；
所述单片机还连接显示器，所述的显示器是利用寄存器转换成并行数据来驱动。
所述PH电极可以用激光感应器替换，激光感应器设于抛光台与分流器4之间的液体管道7一侧，所述的液体管道7为透明材质；分流器4上端搭载透射光式浊度光学传感器，基于一定波长的红外光源透射透明排水管道，排放纯水时进行数字信号标定为0；当加工启动后，抛光液流出透明排水管，光源接受信号发生改变时输出数字信号1，此时自动完成一次继电器切换操作，将分流器指向抛光液回收管6；当光源信号再次从1变化成0时，自动完成一次继电器切换操作，将分流器指向废水管5排放侧，自动控制逻辑循环。
根据激光器开启后采集到的电流信号大小，标定纯水电流信号最大值Water Imax与抛光液电流信号最小值Slurry Imin，通过两者差值设定数字信号改变的阈值，实现分流器设备的自动切换。
激光器与分流器之间的间距应合理设置，留足分流器装置的摆动时间。
单片机的控制芯片连接激光器与电机的线路应采用防酸碱套管。
测定纯水信号最大电流值Water Imax与抛光液信号最小电流值Slurry Imin的意义在于避免排放废水时，废水信号超出纯水界限导致分流器切换，而错误的将废水进行循环；或回收抛光液时，由于电流模拟量低于设定阈值而导致分流器未切换，将抛光液当作废水进行排放。
图4所示，单片机还配有中断模块和定标模块，中断模块是通过A/D转换器读数开关变量来判断读取的是PH值的大小，从而设定分流器4中电磁阀开关，单片机中CPU平时总是按规定的顺序执行程序存储器中的指令，但在实际应用中，往往有许多外部或内部事件需要CPU及时处理，这就需要改变CPU原来执行指令的顺序。系统启动后，单片机会通过中断允许寄存器来控制中断源的开启或屏蔽。在中断服务子程序中，通过A/D读数开关变量来判断读取的是PH值大于8还是小于8，例如将A/D读数开关变量置1，读取并存储A/D返回值，然后判断A/D读数范围。如果测量值大于8，则使P2赋值1, P1赋值0；如果测量值小于8，则使P1赋值1, P2赋值O，P1是分流器连接抛光液回收管的开关，P2是分流器连接废水管的开关。
定标模块是用于数据校验，在本发明中，由于控制系统的硬件部分要长时间运行，造成放大电路、PH电极的内部元器件参数发生变化，产生零漂现象和标度的漂移，从而使采集到的数据不够准确，所以要通过定标模块进行程序执行校验。这里，我们将采用如下公式:
a=PH测1-PH测2/PH1-PH0；
式中：a为标定系数； PH测1为上限的检验测量值；PH测2为下限的校验测量值；PH1为检测对象上限的标准值，PH1=12，PH0为检测对象下限的标准值，PH0= 2，所需测量值等于实测值乘以标定系数a。
本发明的2种工艺步骤如下：
第一种，抛光台上打磨治具，使用后的抛光液流入分流器，PH电极感应到抛光液，经放大电路将模拟信号传输到A/D转换器转换成数字信号，发送到单片机，单片机内芯片经过计算将信号发送给继电器，打开分流器内靠近抛光液回收管道的开关，抛光液排出，同时单片机将数据传输给显示器，显示器上显示PH值；用纯水冲洗抛光台，PH电极感应到纯水，经放大电路将模拟信号传输到A/D转换器转换成数字信号，发送到单片机，单片机内芯片经过计算将信号发送给继电器，打开分流器内废水管道的开关，废水排出，同时单片机将数据传输给显示器，显示器上显示PH值。
第二种，抛光台上打磨治具，使用后的抛光液流入分流器与抛光台之间的透明管道，光源接受信号发生改变时输出数字信号1，此时自动完成一次继电器切换操作，将分流器指向抛光液回收管；当光源信号再次从1变化成0时，自动完成一次继电器切换操作，将分流器指向废水排放侧。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种CMP抛光液自动循环控制系统，包括工控机（1）、控制柜（2）、分流器（4）、废水管（5）和抛光液回收管（6），其特征是：所述的分流器（4）连接控制系统，所述的控制系统包括PH电极、A/D转换器、单片机和显示器，
所述PH电极连接加运算放大器接成电压跟随器，然后输出信号进入一级放大电路和二级放大电路，再经RC电路滤波后，送到A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，单片机接收信号，当PH值大于8时分流器（4）将液体排入抛光液回收管（6），当PH值小于8的时候，分流器（4）将液体排入废水管（5）；
所述单片机与分流器（4）之间设有继电器，继电器用于控制分流器内的电磁阀开关；
所述单片机还连接显示器，所述的显示器是利用寄存器转换成并行数据来驱动。
2.根据权利要求1所述的一种CMP抛光液自动循环控制系统，其特征是：所述PH电极可以用激光感应器替换，激光感应器设于抛光台与分流器（4）之间的液体管道（7）一侧，所述的液体管道（7）为透明材质。
3.根据权利要求1所述的一种CMP抛光液自动循环控制系统，其特征是：所述单片机还配有中断模块和定标模块。
4.根据权利要求1所述的一种CMP抛光液自动循环控制系统，其特征是：所述中断模块是通过A/D转换器读数开关变量来判断读取的是PH值的大小，从而设定分流器（4）中电磁阀开关。
5.根据权利要求1所述的一种CMP抛光液自动循环控制系统，其特征是：所述定标模块是用于数据校验。
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