TW202227225A - 液體循環系統及研磨設備 - Google Patents

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胡文才
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Abstract

本發明提供研磨設備及其液體循環系統。後者中，輸液管道包括連接輸液槽的進液端、第一出液端和第二出液端。進液端流入的液體從第一出液端到達工作區，第一回流管道連接在輸液管道的第二出液端和輸液槽之間。輸液管道上設置有流向控制器，以使進液端在與第一出液端導通和與第二出液端導通之間切換。通過流向控制器，進液端流入的液體在第一出液端的出液工作結束後轉而從第二出液端流向輸液槽。液體循環系統在工作區非工作時仍保持液體循環流動，可避免液體在管道中靜止而發生沉澱或結晶析出現象，降低對工藝穩定性及加工件品質造成影響。

Description

液體循環系統及研磨設備
本發明涉及半導體工藝設備領域，特别涉及一種液體循環系統及一種研磨設備。
化學機械研磨（CMP）工藝通過向研磨墊上添加研磨液來對放置在研磨墊上的加工件（例如矽晶圓等半導體基板）進行研磨。圖1為現有的一種化學機械研磨設備的示意圖。圖1中的空心箭頭表示該化學機械研磨設備在進行研磨工作時研磨液的流動方向。如圖1所示，該化學機械研磨設備具有輸液槽10，用於提供研磨液（slurry）原液，在進行研磨時，利用輸液槽10中的加熱器20將原液溫度設置於研磨所需要的目標溫度值之後，研磨液原液經過循環泵30和輸液管道120到達雙面拋光機（DSP）的上盤40，然後，通過上盤40中的多路出液口落到下盤50，並與下盤50上設置的研磨墊和加工件接觸。另外，從下盤50流出的研磨液可以通過回收槽60、循環泵30及回流管道130'流回至輸液管道120中，進行一定次數的循環使用。
上述化學機械研磨設備在處於非研磨狀態（idle）時，上述輸液及回收過程停止，輸液管道120和回流管道130'中仍然殘留有靜止的研磨液。研究發現，由於非研磨狀態下，加熱器20停止工作且研磨液停止流動，殘留在管道中的研磨液的溫度會快速下降，會引起固態物質析出。例如研磨液中通常包括作為研磨粒子的二氧化矽（SiO 2），隨著溫度下降，研磨液中SiO 2的溶解度隨之降低，出現過飽和現象，部分SiO 2溶質以晶體的形式析出，並附著在管道內壁。
附著在管道內壁的SiO 2晶體對後續研磨過程有不良影響。一方面會阻擋研磨液流動而導致研磨液出液不穩定，另一方面，這些附著在管道內壁的SiO 2晶體可能隨著研磨液流動而落到下盤50上，在接觸到加工件時，硬度很高的SiO 2晶體極容易造成加工件表面劃傷。
由於非工作狀態液體流動停止，管道中的液體靜止而容易發生沉澱、析出，進而影響工藝穩定性及加工件品質，且上述問題在其它一些半導體工藝（如光阻塗佈、表面清洗等）中也容易出現。
為了避免液體（如研磨液）在管道中靜止發生沉澱析出等現象，而降低對工藝穩定性及加工件品質造成影響，本發明提供一種液體循環系統。另外還提供一種研磨設備。
本發明提供的液體循環系統包括輸液槽、輸液管道和第一回流管道；所述輸液管道包括連接所述輸液槽的進液端以及第一出液端和第二出液端，所述進液端流入的液體從所述第一出液端到達工作區；所述第一回流管道連接在所述輸液管道的第二出液端和所述輸液槽之間；其中，所述輸液管道上設置有流向控制器，以使所述進液端與所述第一出液端導通或是與所述第二出液端導通，通過所述流向控制器，所述進液端流入的液體在所述第一出液端的出液工作結束後轉而從所述第二出液端流向所述輸液槽。
可選的，所述液體循環系統還包括溫控模組，所述溫控模組用於控制從所述輸液槽流入所述輸液管道並從所述輸液管道的第一出液端和第二出液端流出的所述液體的溫度。
可選的，所述液體循環系統包括兩個以上的測溫探頭，位於所述流向控制器之前的所述輸液管道上以及所述第一回流管道上均設置有至少一個所述測溫探頭；所述溫控模組根據所述測溫探頭測量的溫度值即時調整所述液體的溫度。
可選的，所述溫控模組包括設置於所述輸液槽的出液端的加熱器和連接所述加熱器的加熱控制器。
可選的，所述液體循環系統還包括第二回流管道，所述第二回流管道的入口接收所述工作區排出的液體，出口與所述流向控制器之前的所述輸液管道連通。
可選的，所述第二回流管道的出口處設置有閥門；在所述第一出液端出液期間，所述閥門為打開狀態，所述流向控制器導通所述第一出液端並關斷所述第二出液端，所述液體從所述輸液槽被導入所述輸液管道，並經所述第一出液口、所述工作區、所述第二回流管道再進入所述輸液管道，形成工作態循環；當所述第一出液端的出液工作結束，所述閥門關閉而切斷所述工作態循環，所述流向控制器關斷所述第一出液端而導通所述第二出液端，所述液體從所述輸液槽流入所述輸液管道，並經所述第二出液端和所述第一回流管道進入所述輸液槽，形成非工作態循環。
可選的，所述第二回流管道的入口和所述閥門之間設置有水流感測器，所述水流感測器用於檢測所述第二回流管道的入口至出口的液體流量；其中，當設定時間內檢測到的液體流量小於所述工作態循環所需的最小流量時，所述閥門關閉，並啟動所述非工作態循環。
可選的，位於所述流向控制器之前的所述輸液管道、所述第一回流管道和所述第二回流管道上均設置有循環泵。
可選的，所述液體為研磨液，所述工作區設置有研磨台，由所述輸液管道的第一出液端向所述研磨台提供研磨液。
本發明的另一方面還提供一種研磨設備，所述研磨設備包括上述的液體循環系統，所述液體為研磨液，所述工作區設置有研磨台。
本發明的液體循環系統包括輸液槽、輸液管道和第一回流管道；其中，所述輸液管道包括連接所述輸液槽的進液端以及第一出液端和第二出液端，所述進液端流入的液體從所述第一出液端到達工作區，所述第一回流管道連接在所述輸液管道的第二出液端和所述輸液槽之間，所述輸液管道上設置有流向控制器，以使所述進液端與所述第一出液端導通或是與所述第二出液端導通，通過所述流向控制器，所述輸液管道的進液端流入的液體在所述第一出液端的出液工作結束後轉而從所述第二出液端流向所述輸液槽，即在所述第一出液端的出液工作結束時，所述液體循環系統可以實現液體的循環流動，可以避免液體（例如研磨液）在管道中靜止而發生沉澱析出等現象，有利於降低液體沉澱析出等對工藝穩定性及加工件品質造成影響。
進一步的，所述液體循環系統還可以包括溫控模組，所述溫控模組用於控制從所述輸液槽流入所述輸液管道並從所述輸液管道的第一出液端和第二出液端流出的所述液體的溫度，從而在所述輸液管道的第一出液端的出液工作結束時，液體循環系統中的液體可以在保持一定溫度的情況下從輸液槽流入所述輸液管道的進液端，並從所述第二出液端流回輸液槽，由於液體的溫度可以保持在一定的溫度值，在液體循環流動的情況下，可以進一步減少液體（例如研磨液）在管道中發生沉澱析出等問題，減少液體沉澱析出等對加工件品質的影響，進一步提高工藝穩定性。
本發明的研磨設備包括上述的液體循環系統，所述液體為研磨液，所述工作區設置有研磨台，從而在研磨台停止研磨工作時，利用所述液體循環系統，所述研磨液可以從輸液槽流入所述輸液管道的進液端，並從所述輸液管道的第二出液端流回輸液槽，實現了研磨液的循環流動，可以避免研磨液在管道中靜止而發生沉澱析出等現象，例如可以減少研磨液析出晶體而劃傷加工件等品質問題，有利於提高工藝穩定性。
以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的液體循環系統和研磨設備作進一步詳细說明。根據下面說明，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
為了避免液體在管道中靜止發生沉澱析出等現象，而降低對工藝穩定性及加工件品質造成影響，本實施例提供一種液體循環系統。所述液體循環系統包括輸液槽、輸液管道和第一回流管道；其中，所述輸液管道包括連接所述輸液槽的進液端以及第一出液端和第二出液端，所述進液端流入的液體從所述第一出液端到達工作區，所述第一回流管道連接在所述輸液管道的第二出液端和所述輸液槽之間，所述輸液管道上設置有流向控制器，以使所述進液端與所述第一出液端導通或是與所述第二出液端導通，通過所述流向控制器，所述進液端流入的液體在所述第一出液端的出液工作結束後轉而從所述第二出液端流向所述輸液槽。
本實施例中，所述液體循環系統可以應用於研磨工藝中，所述液體為可以研磨液，所述工作區可以設置有研磨台，可以由所述輸液管道的第一出液端向所述研磨台提供研磨液。在其它實施例中，所述液體循環系統還可以用於光阻塗佈或表面清洗等其它工藝；例如所述液體還可以是微影膠或表面清洗液等其它容易沉澱析出的液體，所述工作區也可以是用於進行光阻塗佈或表面清洗等其它工藝。
本實施例還提供一種研磨設備，所述研磨設備包括上述的液體循環系統，所述液體可以為研磨液，所述工作區設置有研磨台。以下以研磨設備為例對本實施例的液體循環系統和研磨設備進行說明。
圖2為本發明一實施例的液體循環系統在向工作區供應液體期間的示意圖。圖3為本發明一實施例的液體循環系統在停止向工作區供應液體後的示意圖。其中，圖2和圖3中的空心箭頭表示液體的流動方向，虛線框內為所述液體循環系統的主體結構。
如圖2和圖3所示，輸液槽10中存儲有液體（例如研磨液），所述輸液管道120包括連接所述輸液槽10的進液端以及第一出液端121和第二出液端122，所述進液端流入的液體從所述第一出液端121到達工作區；第一回流管道70連接在所述輸液管道120的第二出液端122和所述輸液槽10之間。其中，所述輸液管道120上設置有流向控制器80，所述流向控制器80可以是水流流向控制器，用於使所述進液端與所述第一出液端121導通（如圖2所示的液體流向）或是與所述第二出液端122導通（如圖3所示的流體流向），通過所述流向控制器80，所述進液端流入的液體在所述第一出液端121的出液工作結束後轉而從所述第二出液端122流向所述輸液槽10。
本實施例中，所述輸液槽10與一輸液管道120連接，所述液體循環系統僅為一工作區供應液體，該輸液管道120的第二出液端122對應連接一第一回流管道70。另一實施例中，所述輸液槽與兩條以上的輸液管道連接，且每條輸液管道的第一出液端分別對應連接一工作區，所述液體循環系統可以為多個工作區供應液體，相應的，每條輸液管道的第二出液端分別對應連接一第一回流管道，各個所述第一回流管道的出液口與所述輸液槽連接。
所述研磨設備可以為雙面拋光機（DSP），所述研磨設備的工作區中設置有研磨台。如圖2所示，研磨台可以包括相對設置的上盤40和下盤50。在所述第一出液端121出液期間，所述輸液槽10中的液體（即研磨液）從所述輸液管道120的進液口流入所述輸液管道120，並從所述輸液管道的第一出液端121流出到所述上盤40的進液口中，為所述研磨台供應液體。
所述上盤40中設置有多路出液通道，所述輸液管道120的第一出液端121輸出的液體可以通過多路所述出液通道流出到所述下盤50的研磨墊上，通過合理的佈置多路所述出液通道可以使得液體均勻分佈在研磨墊上，有助於提高加工件的研磨均勻性。
所述研磨台研磨產生的液體可以彙集到所述下盤50內，並可以從所述下盤50的排液口排出。為了循環利用所述工作區排出的液體（即所述下盤50排出的液體），如圖2所示，所述液體循環系統還可以包括第二回流管道130，所述第二回流管道130的入口接收所述工作區排出的液體，所述第二回流管道130的出口與所述流向控制器80之前的所述輸液管道120連通。此處，“之前”指的是液體流動路徑的上游。本實施例中，在其它位置描述中“之前”也是相同的意思。
本實施例中，所述第二回流管道130的出口處可以設置有閥門110。參考圖2，在所述第一出液端121出液期間，所述閥門110可以為打開狀態，所述流向控制器80導通所述第一出液端121並關斷所述第二出液端122，所述液體從所述輸液槽10被導入所述輸液管道120，並經所述第一出液口121、所述工作區（例如所述上盤40和所述下盤50）、所述第二回流管道130再進入所述輸液管道10，形成工作態循環。
如圖3所示，當所述第一出液端121的出液工作結束，所述閥門110可以關閉而切斷所述工作態循環，所述流向控制器80關斷所述第一出液端121而導通所述第二出液端122，所述液體繼續從所述輸液槽10流入所述輸液管道120，並可以經所述第二出液端122和所述第一回流管道70再進入所述輸液槽10，形成非工作態循環。
所述第二回流管道130的入口和所述閥門110之間可以設置有水流感測器100，以檢測所述第二回流管道130的入口至出口的液體流量；其中，當設定時間內檢測到的液體流量小於所述工作態循環所需的最小流量時，所述閥門110關閉，並啟動所述液體循環系統的非工作態循環。
另一實施例中，所述液體循環系統的非工作態循環可以通過水流感測器100啟動。具體的，當水流感測器100檢測到的液體流量小於所述工作態循環所需的最小流量時，可以觸發所述流向控制器80關斷所述第一出液端121而導通所述第二出液端122，所述液體繼續從所述輸液槽10流入所述輸液管道120，並經所述第二出液端122和所述第一回流管道70再進入所述輸液槽10，此時，所述閥門110為關閉狀態。
位於所述流向控制器80之前的所述輸液管道120、所述第一回流管道70和所述第二回流管道130上均可以設置有循環泵30。所述輸液管道120上的循環泵30可以提供動力使得所述輸液管道120可以將所述輸液槽10中的液體導出。所述第一回流管道70上的循環泵30可以在所述第一出液端121出液期間，為液體提供循環流動的動力，使得輸液管道120的第二出液端122流出的液體流向所述輸液槽10。所述第二回流管道130上的循環泵30可以在所述第一出液端121出液工作結束後，為工作區流出的液體提供動力，使得工作區流出的液體可以從所述工作區通過第二回流管道130流向所述流向控制器80之前的所述輸液管道120。
為了提高所述工作區流出的液體的品質，避免回收利用的液體中的雜質刮傷加工件以及影響研磨品質，所述液體循環系統還可以包括回收槽60。所述下盤50的出液口與所述回收槽60的進液口連接，所述回收槽60的出液口與所述第二回流管道130的入口連接，所述工作區流出的液體在進入所述第二回流管道130之前，可以在所述回收槽60中進行淨化除雜處理。
具體的，可以在所述回收槽60中設置過濾裝置，用於吸附和/或過濾所述回收槽60中的研磨廢液。為了進一步提高所述第二回流管道130輸入所述輸液管道120中的液體的品質，還可以在所述第二回流管道130上設置多個過濾器，在所述液體流動的方向上，多個所述過濾器的過濾精度可以依序提高。另一實施例中，還可以在所述輸液管道120上設置多級過濾器，以提高輸入所述上盤40的液體的品質。
本實施例中，所述液體循環系統還可以包括溫控模組，所述溫控模組可以用於控制從所述輸液槽10流入所述輸液管道120並從所述輸液管道120的第一出液端121和第二出液端122流出的所述液體的溫度。
利用所述溫控模組，在所述第一出液端121出液期間，可以控制從輸液槽10流入所述輸液管道120的進液端並通過所述輸液管道的第一出液端121輸出到所述工作區的液體的溫度，以滿足工藝需求；當所述第一出液端121的出液工作結束，所述液體循環系統中的液體可以在保持一定溫度的情況下從輸液槽10流入所述輸液管道120的進液端，並從所述第二出液端122流回輸液槽，由於液體的溫度可以保持在一定的溫度值，在液體可以循環流動的情況下，有助於進一步減少液體（例如研磨液）在管道中發生沉澱析出等現象，降低液體沉澱析出等對加工件品質的影響，進一步提高工藝穩定性。
如圖2和圖3所示，所述溫控模組可以包括加熱器20和連接所述加熱器20的加熱控制器91。所述加熱器20可以採用水熱隔離加熱的方式對所述液體進行加熱。一實施例中，所述加熱器20可以設置於輸液槽10的出液端。在其它實施例中，所述加熱器20可以設置在所述輸液槽10的其它位置，只要可以達到對所述液體進行加熱的目的即可。
所述液體循環系統還可以包括兩個以上的測溫探頭92。參考圖2和圖3，位於所述流向控制器80之前的所述輸液管道120上以及所述第一回流管道70上均可以設置有至少一個所述測溫探頭92；所述溫控模組根據所述測溫探頭92測量的溫度值即時調整所述液體的溫度。
本實施例中，所述輸液槽10中也可以設置有至少一個測溫探頭92。通過在所述液體循環系統中的輸液槽10、輸液管道120和第一回流管道70上均設置有測溫探頭92，可以監控輸液槽10、輸液管道120和第一回流管道70中液體的溫度，當任一所述測溫探頭92探測到的溫度低於設定溫度值時，所述加熱控制器91可以控制所述加熱器20對所述輸液槽10中的液體進行加熱，以實現對所述液體循環系統中液體溫度的調控。
本實施例的液循環系統包括輸液槽10、輸液管道120和第一回流管道70；其中，所述輸液管道120包括連接所述輸液槽10的進液端以及第一出液端121和第二出液端122，所述進液端流入的液體從所述第一出液端121到達工作區，所述第一回流管道70連接在所述輸液管道120的第二出液端122和所述輸液槽10之間，所述輸液管道120上設置有流向控制器80，以使所述進液端與所述第一出液端121導通或是與所述第二出液端122導通，通過所述流向控制器80，所述輸液管道120的進液端流入的液體在所述第一出液端121的出液工作結束後轉而從所述第二出液端122流向所述輸液槽10，即在所述第一出液端121的出液工作結束時，所述液體循環系統可以實現液體的循環流動，可以避免液體（例如研磨液）在管道中靜止而發生沉澱析出等現象，有利於降低液體沉澱析出等對工藝穩定性及加工件品質造成影響。
本實施例的研磨設備包括上述的液體循環系統，所述液體為研磨液，所述工作區設置有研磨台，在研磨台停止研磨工作時，利用所述液體循環系統，所述研磨液可以從輸液槽10流入所述輸液管道120的進液端，並從所述輸液管道的第二出液端122流回輸液槽10，實現了研磨液的循環流動，可以避免研磨液在管道中靜止而發生沉澱析出等現象，例如可以減少研磨液析出晶體而劃傷加工件等品質問題，有利於提高工藝穩定性。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明請求項的任何限定，任何本領域技術人員在不脱離本發明的精神和範圍内，都可以利用上述揭示的方法和技術内容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脱離本發明技術方案的内容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
10:輸液槽 20:加熱器 30:循環泵 40:上盤 50:下盤 60:回收槽 70:第一回流管道 80:流向控制器 91:加熱控制器 92:測溫探頭 100:水流感測器 110:閥門 120:輸液管道 121:第一出液端 122:第二出液端 130:第二回流管道 130':回流管道。
圖1為現有的一種化學機械研磨設備的示意圖。
圖2為本發明一實施例的液體循環系統在向工作區供應液體期間的示意圖。
圖3為本發明一實施例的液體循環系統在停止向工作區供應液體後的示意圖。
10:輸液槽
20:加熱器
30:循環泵
40:上盤
50:下盤
60:回收槽
70:第一回流管道
80:流向控制器
91:加熱控制器
92:測溫探頭
100:水流感測器
110:閥門
120:輸液管道
121:第一出液端
122:第二出液端
130:第二回流管道

Claims (10)

  1. 一種液體循環系統，包括： 一輸液槽； 一輸液管道，所述輸液管道包括連接該輸液槽的一進液端以及一第一出液端和一第二出液端，該進液端流入的液體從該第一出液端到達一工作區；及 一第一回流管道，連接在該輸液管道的該第二出液端和該輸液槽之間； 其中，該輸液管道上設置有一流向控制器，以使該進液端與該第一出液端導通或是與該第二出液端導通，通過該流向控制器，該進液端流入的液體在該第一出液端的出液工作結束後轉而從該第二出液端流向該輸液槽。
  2. 如請求項1所述的液體循環系統，其中，該液體循環系統還包括一溫控模組，該溫控模組用於控制從該輸液槽流入該輸液管道並從該輸液管道的該第一出液端和該第二出液端流出的該液體的溫度。
  3. 如請求項2所述的液體循環系統，其中，該液體循環系統包括兩個以上的測溫探頭，位於該流向控制器之前的該輸液管道上以及該第一回流管道上均設置有至少一個該測溫探頭；該溫控模組根據該測溫探頭測量的溫度值即時調整該液體的溫度。
  4. 如請求項2所述的液體循環系統，其中，該溫控模組包括設置於該輸液槽的出液端的一加熱器和連接該加熱器的一加熱控制器。
  5. 如請求項1所述的液體循環系統，其中，該液體循環系統還包括一第二回流管道，該第二回流管道的入口接收該工作區排出的液體，出口與該流向控制器之前的該輸液管道連通。
  6. 如請求項5所述的液體循環系統，其中，該第二回流管道的出口處設置有一閥門；在該第一出液端出液期間，該閥門為打開狀態，該流向控制器導通該第一出液端並關斷該第二出液端，該液體從該輸液槽被導入該輸液管道，並經該第一出液口、該工作區、該第二回流管道再進入該輸液管道，形成工作態循環；當該第一出液端的出液工作結束，該閥門關閉而切斷該工作態循環，該流向控制器關斷該第一出液端而導通該第二出液端，該液體從該輸液槽流入該輸液管道，並經該第二出液端和該第一回流管道進入該輸液槽，形成非工作態循環。
  7. 如請求項6所述的液體循環系統，其中，該第二回流管道的入口和該閥門之間設置有一水流感測器，該水流感測器用於檢測該第二回流管道的入口至出口的液體流量；其中，當一設定時間內檢測到的液體流量小於該工作態循環所需的最小流量時，該閥門關閉，並啟動該非工作態循環。
  8. 如請求項5所述的液體循環系統，其中，位於該流向控制器之前的該輸液管道、該第一回流管道和該第二回流管道上均設置有一循環泵。
  9. 如請求項1至8任意一項所述的液體循環系統，其中，該液體為研磨液，該工作區設置有一研磨台，由該輸液管道的該第一出液端向該研磨台提供該研磨液。
  10. 一種研磨設備，包括如請求項1至9任意一項所述的液體循環系統，該液體為研磨液，該工作區設置有一研磨台。
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