CN1203314C - 使用电泳技术测量浆料比重的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的使用电泳技术测量浆料比重的方法包含三个基本步骤：首先，让浆料中的颗粒带电；其次，施加电流于电极上而使得带电颗粒被吸附到电极；最后，根据累积带电颗粗与电流的关系而推算出浆料的比重。本发明至少使用电极与用于经电极施加电流于导管中的浆料的电源，在此，电源通常为定电流电源与定电压电源，并且尚可包含用于测量累积带电颗粒的重量的装置。

Description

使用电泳技术测量浆料比重的系统和方法

(1)技术领域

本发明有关监测浆料(slurry)比重的系统和方法，特别是有关使用电泳技术而非使用声波震荡(sonic variation)来监测浆料比重的系统和方法。

(2)背景技术

浆料，例如化学机械研磨浆料，是现代半导体工艺所广泛使用的材料。而浆料的性质，一般说来是与浆料的比重(或说浆料中颗粒的数目)息息相关。

现有技术通常是使用声波震荡来测量浆料的比重。如图1所示，现有技术用于监测浆料比重的系统通常至少包括震动源11、浆料槽12、浆料13与检测器14。在此浆料13是放置在浆料槽12内，震动源11是用来在浆料13中产生波动，而检测器14则是用来检测传播通过浆料13的波动，例如测量波动的振幅与频率。由于震动源11所产生的波动的传播会强烈地受浆料13的特性(例如密度与黏滞性)的影响，因此通过比较震动源11的运动与检测器14所测量到的波动，便可以推算出浆料13的比重。

显然，由于现有技术的基本机制是通过分析浆料13中的波动来推算浆料13的比重，任何不是由震动源11引发的波动都会导致不可忽略的杂讯而增加分析的困难。举例来说，扰流会引发与震动源11无关的附加波动，而一个直接的结果便是检测器14所测量到波动不只和可知的震动源11运动有关，也与不可知的扰流效应有关。因此，扰流的存在将使得计算所得的浆料比重有一不可忽略的误差。

因此，现有技术仅能有效地测量静止浆料的比重，也即只能监测也于储存槽内的浆料而不能监测位于管线中正在自储存槽传送至反应室中的浆料。换句话说，现有技术并不能即时监测位于管线中的浆料，特别是不能有效监测即将进入反应室的浆料，使得任何在浆料传送过程中所发生的浆料比重变化都不能有效地被监测。

(3)发明内容

本发明一主要目的在于提供一种有效地即时监测浆料比重的系统和方法。

本发明的另一目的在于提供一种可以监测位于管线靠近反应室处的浆料的比重的系统和方法。

本发明的又一目的是提供步骤简单并且使用机器简单的测量浆料比重的系统和方法。

为实现上述目的，根据本发明一方面提供一种使用电泳技术测量浆料比重的方法，其特点是，包括：提供一浆料，该浆料包括许多颗粒；放置至少一电极在该浆料中；施加一电流在该些电极上，使得至少部分颗粒被吸附累积在这些电极上；以及根据累积的这些颗粒与该电流进行计算该浆料的比重。

根据本发明另一方面提供一种使用电泳技术测量浆料比重的系统，其特点是，包括：许多电极，任一该电极皆至少部分位于一导管内，该导管是用于将一浆料自一储存槽传输到一反应室，该浆料包括许多颗粒；一电源，该电源是用于施加一电流在这些电极上而使得至少部分颗粒被吸附累积在这些电极上；以及一计算总成，该计算总成是用于根据包括这些累积颗粒与该电流计算该浆料的比重。

采用上述方案，由于浆料中的每一个成份都是在形成浆料时便已经知道的，浆料的比重基本上是与各个成份的比例密切相关，同时浆料通常是多数颗粒(abrasives)与溶剂的混合物，因此浆料的比重是直接正比于颗粒的数目密度。对一单位体积的浆料而言，越多存在的颗粒便代表越高的比重。

因此，本发明的基本机制便是先测量颗粒的数目(或数目密度)，然後再根据颗粒与溶剂的比例以及颗粒与溶剂的材料，进而推算浆料的比重。

此外，本发明的基本机制还包括以电泳技术来测量颗粒的数目或数目密度。考虑累积颗粒的数目是直接正比于出现在电极上的电荷总数，并且出现在电极的电流的变化也直接正比于累积颗粒的总数。合适地说，通过适当地测量出现电荷的总数及/或电流的变化，可以简易地推算出累积颗粒的数目。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1为现有技术中一种以声波震动测量浆料比重的系统的基本构造示意图：

图2A至图2D为本发明所提出的系统的几种基本构造示意图；

图3显示本发明所提出的发明的基本流程图：

图4A与图4B分别是显示用于计算浆料比重的安培一时间关系与伏特一电压关系的曲线图。

(5)具体实施方式

首先，介绍本发明所提出的使用电泳技术测量浆料比重的系统。如图2A所示，此系统至少有一些电极21、电源22与计算总成23。

每一个电极21皆至少部分位于管线24中，而管线24是用来将具有许多颗粒的浆料自浆料源25传送至反应室26。电源22是用来施加电流于这些电极21，藉以使得这些颗粒被电极21上的电流所吸引而累积在电极21上。

此外，计算总成23是用来根据包括累积颗粒与电流的一函数计算浆料的比重，并且计算总成23通常有一个特殊用途集成电路或一个微计算器。

在此，如同先前所讨论的那样，电源22可以是一个定电压电源、一个定电流电源或是任意的电源，并且电源22的形式与计算总成23所使用的方法是密切相关的。

再者，由于电泳技术并不需要浆料是静止的，为了要确实地掌握被传送至反应室26的浆料的比重，本发明可以让至少一个电极21位于管线24紧临反应室26的一侧。在此，图2A所示的是所有电极21都靠近反应室26的情形，但必须注意的是本发明并不需要所有电极21都以图2A所示的方式分布。

此外，当计算总成23是以计算累积颗粒的重量来推算浆料比重时，如图2B所示，本系统还包括可以在这些电极21被移出管线24以测量累积颗粒重量时被放入管线24的一些附加的电极27。必须强调的是当电极21被移出管线24时，电极21通常是与电源22相互分离的。

另外，如图2C所示，当计算总成23使用定电压电源来推求浆料比重时，本系统的计算总成23还可包括时间计282和安培计283。在此，时间计282是用来即时测量此电流的施加时间，而安培计283则是用来即时测量此电流的安培数。当然，图2C只是一种特定的组态，时间计282与安培计283并不需要相互串联，唯一的限制是每一个电流回路都必需有一个相对应的安培计283。相对地，时间计282的位置也是随机的，并且时间计282的数目也是随机的。

再者，如图2D所示，当计算总成23使用定电流电源来推求浆料比重时，本系统的计算总成23还可以包括时间计292与伏特计293。在此，时间计292是用来即时测量此电流的施加时间，而伏特计293则是用来即时测量此电流的伏特数。当然，图2D只是一种特定的组态，时间计292与安培计293并不需要相互并联，唯一的限制是每一个电流回路都必需有一个相对应的伏特计293。相对地，时间计292的位置则是随机的，并且时间计292的数目也是随机的。

此外，必须强调的是由于本发明所使用的电泳技术是已知的技术，虽然本说明书并未详细地介绍电泳技术的细节，对现有技术者而言并不会导致任何应用本发明时的困难。

接下来，介绍本发明所提出的与上述系统相对应的使用电泳技术测量浆料比重的方法。如图3所示，本方法至少有下列的基本步骤：

如提供方块31所示，提供具有许多颗粒的浆料。

在此，浆料可以是任何具有许多可以带电的颗粒的浆料，例如化学机械研磨用研磨浆。另外，至少为了让这些颗粒可以带电与相互分离，浆料还可以包括下列之一：多数界面活性剂(Interface active agent)、许多分散剂(disperse agent)与许多分散胶粒(disperse colloid)。

如准备方块32所示，放置一些电极在浆料中。在此这些电极通常至少有阳极与阴极。

如电流方块33所示，施加一电流在这些电极上而使得至少部分颗粒被吸附累积在这些电极上。

必须强调的是本发明只要求这些颗粒被这些电极所吸引并进而沉积在这些电极上，本发明并不限制这些颗粒是在何时以及是以何种方式带电。换句话说，这些颗粒可以在这些电极被放置在浆料内之前便已带电，这些颗粒也可以在这些电极被放置在浆料内後才带电，或者甚至是因为来自这些电极的电流的出现而带电。事实上，唯一的限制是这些颗粒必需带电以使得它们可以被这些电极所吸引。因此，任何可以让这些颗粒带电的方法都可以被本发明所使用。

如计算方块34所示，至少根据累积颗粒与施加电流两项变数计算浆料的比重。

在此，还可以根据这些累积颗粒的重量与浆量的总数量，也可以根据电流的安培量与电流的施加时间的关系，或者是根据电流的伏特数与该电流的施加时间的关系。计算方块3 4的细节将在後续段落中进一步地解释。

首先，由于法拉第定律(Faraday’s law)揭示电镀(或电解)物质的数量是直接正比于通过电解质的电荷总量，因此可以利用法拉第定律来推算浆料的比重。通过控制流经浆料的电荷数目与参与反应的浆料数量，以及对各个颗粒带有几个电荷的电荷数，可以推算出累积颗粒的总数目，并通过简单的计算进而推算出浆料的比重。

再者，累积颗粒的数量以可以用一个简单的方法来求得：直接测量累积颗粒的重量。由于这些颗粒的莫耳重量是已知的，这个方法不需要精确地控制电流量与反应时间，便可以轻易发现累积颗粒的数目。接下来，通过比较累积颗粒的数目与被测量浆料的总量，便可以轻易算出浆料比重。

当然，由于这些电极必须先移出浆料才能进行累积颗粒重量的测量，为了能持续地测量浆料，本方法还可以在这些电极被移出浆料的时候将一些辅助电极放置于浆料中，借以持续地测量浆料。

显然，这些颗粒是被出现在这些电极的电流所吸引，这个反应是与浆料的运动无关。因此，本发明不只可以测量静止浆料的比重，也可以测量流动中浆料的比重。和先前讨论的现有技术相比较，本发明不只可以测量现有技术所能测量的位于储存槽中的静止浆料，还可以测量现有技术所不能测量的在管线中流动的浆料比重，特别是可以测量即将流入反应室的浆料的比重。

此外，利用本发明持续地输入电流到浆料中以进行量测的特点，本发明还提出两个通过测量电性信号来持续地动态监测浆料比重变化的方法。

两个方法都是根据累积颗粒会将其电荷转移到其吸附的电极的事实。也就是说，累积颗粒会在所吸附的电极形成电中性层，进而在电流传输途径上形成电阻器。因此，由于这个电阻器的电阻值(累积颗粒数目)会随着电流作用时间延长而持续增加，持续地监测电流的变化便等于持续地监测累积颗粒的数目的变化。

第一个方法是以一定电压电源提供电流至某电极(阳极或阴极)，并测量流经浆料至另一电极(阴极或阳极)的电流安培数与电流施加时间的关系。如图4A所示，由于这些累积颗粒的厚度会持续地增加而持续地增加电阻值，但来自定电压电源的电流的伏特数是固定的，因此通过浆料至另一电极的电流的安培数会持续地减少。换言之，通过分析安培数一施加时间的关系，便可以持续地掌握这些颗粒的累积速率与累积数量，进而可以持续地动态监测浆料的比重。

第二个方法是以一定电流电源提供电流至某电极(阳极或阴极)，并测量流经浆料至另一电极(阴极或阳极)的电流伏特数与电流施加时间的关系。如图4B所示，由于这些累积颗粒的厚度会持续地增加而持续地增加电阻值，但来自定电流电源的电流的安培数是固定的，因此通过浆料至另一电极的电流的伏特数会持续地增加。换言之，通过分析伏特数一施加时间的关系，便可以持续地掌握这些颗粒的累积速率与累积数量，进而可以持续地动态监测浆料的比重。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种使用电泳技术测量浆料比重的方法，其特征在于，包括：

提供一浆料，该浆料包括多数个能带电的颗粒；

放置至少一电极在该浆料中；

施加一电流在该些电极上，使得至少部分能带电的颗粒被吸附累积在这些电极上；以及

根据累积的这些能带电的颗粒与该电流进行计算该浆料的比重。

2.如权利要求1所述的使用电泳技术测量浆料比重的方法，其特征在于，是根据法拉第定律所揭示的累积颗粒数正比于施加电流量的关系，先通过控制流经该浆料的电荷数目与参与反应的该浆料数量，以及对各个该颗粒带有几个电荷的电荷数，推算出这些累积颗粒的总数目，再根据该浆料的数量与这些颗粒的莫耳重量，进而推算出该浆料的比重。

3.如权利要求1所述的使用电泳技术测量浆料比重的方法，其特征在于，至少使用下列信息进行该浆料比重的计算：这些颗粒的重量与该浆料的总数量。

4.如权利要求1所述的使用电泳技术测量浆料比重的方法，其特征在于，当该电流是由一定电压电源所提供时，至少使用下列信息进行该浆料比重的计算：该电流的安培量与该电流的施加时间的关系，而当该电流是由一定电流电源所提供时，至少使用下列信息进行该浆料比重的计算：该电流的伏特数与该电流的施加时间的关系。

5.如权利要求1所述的使用电泳技术测量浆料比重的方法，其特征在于，在这些电极被移出该浆料以测量这些累积颗粒的重量时，将数个辅助电极放入该浆料，借以确保这些浆料持续地被测量。

6.一种使用电泳技术测量浆料比重的系统，其特征在于，包括：

许多电极，任一该电极皆至少部分位于一导管内，该导管是用于将一浆料自一储存槽传输到一反应室，该浆料包括许多能带电的颗粒；

一电源，该电源是用于施加一电流在这些电极上而使得至少部分能带电的颗粒被吸附累积在这些电极上；以及

一计算总成，该计算总成是用于根据包括这些累积的能带电的颗粒与该电流计算该浆料的比重。

7.如权利要求6所述的使用电泳技术测量浆料比重的系统，至少有一该电极位于该导管靠近该反应室的一端。

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