TW436918B - Apparatus and method for feeding slurry - Google Patents
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Description
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經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 五、發明說明(1 ) [發明所屬之技術領域] 本發明係關於爲實行基板之化學機械研磨(CMp)所使 用之漿液供给裝置及其供給方法。 [以往技術] 近年來’在半導體基板上形成電晶體等之製造工藝中, 已知有一種以層晶絕緣模之平坦化爲目的而實施化學機械 研磨(Chemical Mechanical Polish ; CMP)以將基板平押度 維時於高水準之技術3該C Μ P係使用將作爲磨粒 (abrasive grain)之熱解氧化矽(fumed siiica)或膠態氧化矽 (colloidal silica)分散於氨等驗性溶液中所成之锻液 (slurry)。 例如,第8圖係表示揭露於曰本特開平1〇_1 5822號公報 之研磨劑供給裝置(以下稱爲「漿液供給裝置」)F丨之結 構剖面圖。 如該圖所示,漿液供給裝置F I包括有:儲存著研磨衆液 之研磨劑1 0 9之儲槽1 0 1,用以自儲槽1 〇丨對研磨裝置供 給漿液之供給路1 0 2,介設於供给路1 〇 2之聚! 〇 4,介設 於供給路1 0 2的泵1 0 4之下游侧之流量調整用之關1 〇 3, 設於供給路1 0 2之前端而用以對c Μ P裝置之研磨塾 (polishing pad) 滴下研磨劑1 0 9之供给嘴(nozzie)丨1(),以 及具有用以攪捭研磨劑1 〇 9之螺旋漿式攪拌機丨〇 6。此 外,亦設有自供給路1 0 2之閥1 0 3之上游侧分流出之循環 路1 0 5,俾由循環路1 0 5將研磨劑1 〇 9送回於儲槽1 〇 j以 使研磨劑循環3而且,儲槽1 〇 1内之研磨劑1 〇 9之溫度可 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規袼(210 X 297公釐)
--- ------ ---* I I ------訂---— II--•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -W Λ7 Β7 ^3697 3 ί 五、發明說明(2) 由加熱器1 0 7加以調節’而加熱器1 〇 7之溫度係由加熱器 溫度控制部1 0 8控制之。於研磨時,則調整閥1 〇 3之開 度,把由泵104從儲槽101所吸上來之硏磨劑109中之預 定量從供給嘴1丨0向硏磨墊供給,並且把剩餘研磨劑} 〇 9 經由循環路1 〇 5送回儲槽1 0 1 3相對地,於非研磨時,則 關住閥1 〇 3,使研磨劑1 0 9全部送回儲槽,而僅作研磨劑 1 〇 9之循環。 然而,使用膠態氧化矽時’初級粒子雖具有微細粒徑20 〜3 0 nm (微毫米),但各氧化矽之初級粒子會凝聚至某一 程度而形成粒徑爲1⑻〜200 ηπι之次級粒子。使用熱解氧 化硬時,其於製成時已具有1 〇〇〜200 nm之粒徑^此粒徑 爲1 00〜2〇0 nm之次級粒子就是實際參與研磨作用之粒 徑。 另一方面,研磨粒子之凝聚若過於受到加速作用,致磨 粒粗大化(corsening)至超過500 nm粒徑之程度時,將對被 研磨物造成微刮痕(micro scratch )。 於是,上述習知漿液供給裝置F丨,係採取令漿液狀之 研磨劑1 0 9經常循環,且以螺旋漿加以攪拌,藉此以抑制 研磨劑之沉澱及凝聚。 另外,第1 0圖係顯示以往之一般漿液供給裝置中設在 供研磨劑流通的配管系統之接頭結構剖面圖3如此,在隅 部或直線部利用各種形狀之接頭,藉此以實現複雜形狀之 配管,減少漿液供給裝置内之配管面積與整個裝置之簡潔 化。 本紙張尺度適用中國囡家標準(CNS)A4規格(210〆297公釐) ----- ------ 裝*!---—訂 -- ----- - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) , 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43S91 8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(3 ) [欲解決之問題] 而,苦磨粒之凝聚過於受到加速作用,使得磨粒粗大 化,直到成爲例如500 nm程度之粒徑時,不只是會在被研 磨物造成微刮痕,也會造成研磨率降低之問題3 ,第9圖係由本發明人等所作之實驗結果,用以比較固體 成份互異的漿液〗與漿液2間之研磨率差異之圖表。如該 圖所示’衆液1之固體成份濃度只不過是比漿液2僅小 1 /〇,但研磨率卻呈大幅降低3此種固體成份濃度之下 降,乃因磨粒粗大化而沉降於儲槽内等所引起,因而,終 於得知,y尤研磨率合理化之觀點而言,抑制磨粒粗大化亦 爲極其重要之課題。 然而,若由磨粒凝聚化之觀點來看,則仍有如下列問題 存在。 第一’雖以具有螺旋漿之攪拌機1 〇 6如第8圖所示在儲 槽1 〇 I内施予攪拌,但盡管如此,漿液中的磨粒粗太化並 未因而獲得令人滿意之改善。 第二,於漿液供給裝置F 1之配管系统中,使用許多接 2員,惟如第1 〇圖所示,兩配管在接頭内相連接之區域 R g ’則有多處配管彼此間之間隙或高低差之部位,而在 此部分將形成漿液之積存處,致磨粒可能因此而加速其粗 大化。 第三,因儲槽1 0 1内之液面變化,漿液之固化物將附著 於儲槽1 0 1之内壁,一旦附著之固化物若剝離而掉落於儲 槽1 0 1内,也會招致粗大化粒子增多。 ' 6 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂-----—•線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格(210 X 297公釐) 436918 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印數 五、發明說明(4) 因此’由於如上述之磨粒粗大化被加速,致造成被研磨 物上之微刮痕’或研磨率下降。不穩定等問題β 本發明之目的乃在於藉由改善儲槽内之漿液攪拌方法或 装液循環方法’或減少配管内部之高低差或有間隙之部 分’或抑制漿液固化物對於儲槽内壁的附著等而抑制磨粒 粗大化,以減少被研磨物之微刮痕,並達成研磨率之合理 化。 σ [解決問题之手段] 本發明之第一漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝 置供給研磨劑漿液之漿液供給裝置,包括有:容器,用以 儲存漿液;第一嘴(noZzle ),用以從上述容器吸引漿液: 第一嘴’用以向上述容器回送漿液;第三嘴,用以對上述 化學機械研磨裝置滴下漿液:第一配管,連接於上述第一 嘴及第三嘴,用以對化學機械研磨裝置供給漿液;第二配 管’連接於上述第二嘴及上述第一配管,用以將流通於上 述第一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分路而回流於上 述第一嘴;調節閥,用以調節流通於上述第—配管的梁液 對於上述第三嘴與上述第二配管的供給量:泵,係介設於 上述第一及第二配管中至少任一方之配管,用以令漿液強 制流通,以及控制裝置’用以將上述聚控制成上述化學機 械研磨裝置在運轉中則令該泵經常運轉,相對地,上述化 學機械研磨裝置在停機中則令該泵作間歇性運轉。 依此方法,即可儘可能抑少研磨劑中磨粒因泵壓力互相 碰撞等原因所粗大化之磨粒量。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ---I ---- -- - - - I II I I II ^ *--I - ---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ‘ 』 __~ - -
Q 五、發明說明( 本發u之第—桌液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝 置供給研磨劑製液之漿液供給裝置,包括有:容器,用以 儲存漿液;第—嘴,用以從上述容器吸引漿液;第二嘴, 用以向上述容器回送装液:第三嘴,用以對上述化學機械 =磨裝置滴下槳液;第—配管,連接於上述第―嘴及第三 嘴’用以對化學機械研磨裝置供給衆U二配管,連接 於上述第一鳴及上述第—配管,用以對流通於上述第—配 &的漿液4至少一部分從第三嘴分路而回流於上述第二 4,凋節閥,用以調節流通於上述第一配管的槳液對於上 述第—4與上述第二配管的供给量;泵,係介設於上述第 及第配管中至少任一方之配管,用以令漿液強制流 通:且構成爲上述第一嘴係從距自上述容器之底面僅一定 値位於上方之部位吸入漿液。 藉此,即可抑制已粗大化而容易沉降於容器内底部之磨 粒爲第一嘴所吸入而被送往化學機械研磨裝置之現象。 於上述第二漿液供给裝置,上述第—嘴較佳爲以吸入位 於距自上述容器之底面5公分以上高度位置的漿液之方式 而予以構成° 於上述第二漿液供给裝置,上述第一嘴之前端面較佳爲 具有切成爲相對於軸向成傾斜之形狀’或上述第一嘴之责 端面被封死’而在側面設有用以吸引漿液之複數個開口 者。 於上述第二漿液供給裝置’較佳爲更具備用以調節上城 第一嘴之高度之機構者。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----I---訂---------線 絰濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 43 69 ϊ 8
發明說明( ,明供给裳置,係用以對化學機械研磨 置供給研磨劑衆液之聚液供给裝置,包括有:容器,用以 儲存漿液;第一嘴,用以從上述容器吸引漿液:第二嘴, 用以向上述苳器回送漿液;第三嘴1以對上述化學機械 研磨裝置滴下漿液;第—配管,連接於上述第—嘴及第三 嘴’用:斜化學機械研磨裝置供給漿液;帛二配管,連接 於上述第二嘴及上述第-配管,用以對流通於上述第一配 管的漿液之至少一部分從第三嘴分路而回流於上述第二 用:調即μ ’用以調節流通於上述第—配管的漿液對於上 述第:尚與上述第二配管的供給量;泵,係介設於上述第 -及吊二配管中至少任_方之配管’用以令漿液強制流 通:且構成爲上述第二嘴係從距自上述容器之底面僅一定 値位於上方之部位向容器内喷出漿液。 藉此,即使在容器内不設置螺旋漿等攪拌機構,也可藉 由所貪出〈漿液來攪拌容器内之漿液。因&,可抑制起因 子螺旋聚等過大能量作用於磨粒所造成磨粒粗大化現象。 於上述第三聚液供給裝置,上述第二嘴較佳爲以從距自 上述容器之底面5公分以下之位置向容器内噴出漿液之方 式而予以構成。 於士述第三装液供給裝置’由於縮小上述第二嘴之前端 開口I’可提高裳液之噴出速度’因而可得更大之搜掉作 用。 一於上述第三漿液供給裝置,較佳爲更具備用以調節上述 第二嘴之高度位置之機構。 (諝先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝!丨丨ί I訂--I------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 厶369'® 五、發明說明(7 於上述第三漿液供給裝置,上述第二嘴較佳爲將複數支 配置於容器内。 本發明之第四漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝 置供给硏磨劑,漿液之漿液供給裝置,包括有容器,用 以儲存漿液:第一嘴,用以從上述容器吸引漿液;第二 嘴’用以向上述容器回送我液;第三嘴,用以對上述化學 機械研磨裝置滴下漿液;第一配管,連接於上述第一嘴及 第二嗔,用以對化學機械研磨裝置供给漿液·,第二配管, 連接於上迷第二嘴及上述第一配管,用以將流通於上述第 一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分路而回流於上述第 二嘴:調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於 上述第三嘴與上述第二配管的供給量;泵:係介設於上述 第-及第二配管中至少任一方之配管,用以令漿液強制流 通:且於上述第一配管及上述第二配管之中間部分並無設 置接頭者。 藉此,於漿液流路中,可消除接頭内之高低差或間隙, 因此可抑制漿液滯留所引起粗大化磨粒之發生。 本發明之第五漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝 置供給研磨劑漿液之漿液供给裝置,包括有:容器,用以 儲存漿液:第一嘴,用以從上述容器吸引漿液:第二嘴, 用以向上述:§:器回送漿液;第三嘴,用以對上述化學機械 研磨裝置滴下漿液:第一配管,連接於上逑第_嘴及第三 嘴,用以對化學機械研磨裝置供給漿液;第二配管,連接 於上述第二嘴及上述第一配管,用以對流通於上逑第—配 •10- 本紙張尺度適用t國國家標準(CNSM4規格(210 :----"-----III ^ --------訂---------線 {靖先閲讀背面之>i意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局BK工消費合作社印製 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(8) 管的漿液之至少一部分從第三嘴分路而回流於上述第二 嘴:調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供給量;泵,係介設於上述第 一及第二配管中至少一任一方之配管,用以令漿液強制流 通’而於上述第一配管及上述第二配管之隅部之曲率半徑 爲5公分以上a 藉此’由於可消除隅部之漿液積留,因此可抑制粗大化 磨粒之發生。 本發明之第六漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝 置供给研磨劑漿液之漿液供給裝置,包括有:容器,用以 儲存漿液:第一嘴,用以從上述容器吸引漿液;第二嘴, 用以向上述容器回送漿液;第三嘴,用以對上述化學機械 研磨裝置滴下漿液:第一配管,連接於上述第一嘴及第三 嘴’用以對化學機械研磨裝置供給漿液;第二配管,連接 於上述第一嘴及上述第—配管,用以將流通於上述第一配 管的漿液之至少一部分從第三嘴分路而回流於上述第二 嘴:調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供给量;泵,係介設於上述第 一及第二配管中至少任一方之配管,用以令漿液強制流 通:以及濕氣供給裝置,係用以自外部供給濕氣氛之氣 藉此,可使得容器内呈濕的氣氛環境,因此,容器内液 面即使有所變化,也能確實的防止在内壁附著漿液固化物 之現象。 -11 - 本紙張尺度適用中國固家標準(CNS>A4規格(210 X 297公釐) 11 — — — — — — —— — —^:· 11 ί i I —tT_ — I---- — (靖先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) 436gjq A7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 ---------』B7 _五、發明說明(9) 本發明疋第七漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝 置供給研磨劑衆液之t液供给裝置,包括有:容器,用以 儲存水液,第-嘴,$以從上述容器吸引聚液:第二嘴, 用以向上述各盔回送漿液:第三嘴,用以對上述化學機械 研磨裝置滴下漿液;第一配管,連接於上述第一嘴及第三 嘴,用以對化學機械研磨裝置供給漿液;第二配管,連接 於上述第二嘴及上述第—配管,用以將流通於上述第一配 管的漿欲之至少一部分從第三嘴分路而回流於上述第二 嘴;調節間,用以調節流通於上述第一配管的聚液對於上 述第一角與上述第一配管的供给量;泵,係介設於上述第 及第一配官中至少任一方之配管,用以令漿液強制流 通,以及取樣口,係附設於上述容器,用以從上述容器採 取漿液試樣。 藉此’可經常監控漿液之狀態,因此,可以穩定狀態下 實行化學機械研磨作業3 於上述第七漿液供給裝置,上述取樣口較佳爲安裝於上 述容器之上部、中間部、及底部3 本發明之第一漿液供給方法,係用以對化學機械研磨裝 置供给研磨劑漿液之漿液供給方法,係於上述化學機械研 磨裝置運轉中,經常實行從上述儲存漿液之容器取出漿 液’並將供給於上述化學機械研磨裝置所剩餘之漿液回送 至上述皋鉍之漿液循環,而於上述化學機械研磨装置停機 中’則間歇的實行從上述容器所取出之漿液全部回送至上 述容器之漿液循環之方法。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) illilt — ^illm--線 -12- 本紙張尺度適用中國圉家標準(CNS)A4規格(21〇 χ 297公釐) 436918 五、發明說明( 果 依此方法’即可發揮與上述第1實施例相同之作用效 本發明之第二漿液供认女,土 变 . Ό万法,係用以對化學機械研磨裝 置供给研磨劑漿液之漿液供认 , 木從.々万法,係於從儲存上述漿 之谷器對上述化學機械研ώu 风吋S衣置供给漿液之際,則供給距 自上述容器之底面一定高度以 1以上<範圍之漿液之方法。 依此方法,即可發揮盥p _ '、上迷弟2實施例相同之作用效 果。 本發明之第三漿液供仏太,'土 /£ 、 法,係用以對化學機械研磨裝 置供給研磨劑漿液之漿液供蛑 〜π ^ ' '.Q万法,係在上述儲存漿液之 容器内’藉由配置於用以對卜u. a 、 野上述谷器回送漿液之配管的泵 之壓力,從距自上述容+成; 、. 〜辰面—足高度之位置噴出漿液 而攪拌容器内之漿液之方法。 依此方法,即可發探盥卜$ ^& «伴Η上迷罘3實施例相同之作用效 果3 線 [發明之實施形態] 第1圖係表示發明之實施形態之漿液供给裝置八及(:%1> 裝置之構成概略圖。 如第1圖所示,本發明之漿液供給裝置Α,係包括:内部 被岔閉之兩個漿液容器〗及2 ,自各容器丨及2延伸至C Μ ρ 裝置6 <配管系統3,用以產生含有濕氣之氮氣以供給各 漿液容器1及2之濕氮氣產生裝置4,用以將供自濕氮氣產 生裝置4之漏氮氣供給於各漿液容器丨及2之濕氮氣供給用 配官5 ’以及用以對濕氮氣產生裝置4分別供給氮氣、純 -13 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) 43b'9 Α7 Β7 五、發明說明(11) 水之配管4 1及4 2。 另外’在各漿液容器1及2内配置用以自漿液容器1及2 及取漿液3 0而送出於配管系統3之吸嘴( suction nozzle) i3a及13C ,以及用以將漿液30邊喷出於漿液容器1及2邊 回送之噴嘴(spray nozzle) ΐ 3 b及1 3 d。而且,配管系統3 之各配管3a〜3d係各自從各嘴13a〜13d延伸。就是説, 送出側分歧配管3 a及3 b係連接於各吸嘴1 3 a及1 3 c,回送 侧分歧配管3 a及3 c係連接於各噴嘴1 3 b及1 3 d »然後,各 送出侧分歧管3 a及3 c就匯成爲一而成爲送出側合流配管 3 e,並設有從此合流配管3 e延伸至c Μ P裝置6之漿液供 給用配管3 X,以及用以回送從供給側合流配管3 e未流向 聚液供給管3 X之剩餘漿液之回送側合流配管3 f,而回送 側分歧配管3 b及3 d則自回送側合流配管3 f各自向各漿液 •^器1及2分流。 此外’漿液供給裝置A更包括具有控制漿液3 〇之溫度之 加熱益及冷卻器之溫度調卽器1 2,與配設於溫度調節器 1 2内之熱交換蛇管3 z。並且’從送出侧分歧配管3 a及3 c 則各自分歧出可向熱交換蛇管3 z流放漿液之入口側分歧 配管3 g及3 i,而各入口側分歧配管3 g及3 i經湛成爲一而 成爲入口側合流配管3 k後,連接於熱交換蛇管3 z之入 口。另一方面,從熱交換蛇管3 z之出口接出出口側合流 配管3 1後,分歧成出口側分歧配管3 h及3 j後,各自連接 於送回側分配管3 b及3 d。 另外’上述各配管各自介設有可調節流量之流量調節閥 -U- 本紙張尺度適用中S S家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐> (請先閲讀背面之注惠事項再填寫本頁) 裝-----— —訂--!!線 經濟部智慧財產局負工消t合作社印製 Α7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(12 7a〜7』及7\。 另外’在回送側分歧配管3 b及3 d,則介設送液泵9 a及 9b,俾由該送液泵9a及9b向各漿液容器1及2之底面側噴 出漿液3 0。 而且’設有可控制各送液泵9 a及9 b之運轉或流量之控制 系統1 0,俾C MP裝置於研磨中則使送液泵9 a及9 b經常運 轉’以令衆液經常循環,而C Μ P裝於停機中則使送液菜 9 a及9 b實行以一定時間間隔下交替作運轉。停止之間歇 運轉。譬如’於停機中則以每小時5分鐘程度之比率運轉 送液泵9a及9b,以令装液循環。 再者*各蒙液谷器1及2設有取樣口 8a〜8c、8cl〜8f,以 利採取漿液30之試樣,且在各取樣P8a〜8c、8d〜8f分別 設有閥15a〜15c、15d〜15f »亦即,予以構成為隨時可從 漿液容液1、2之頂部、中間部、下部之取樣口 8a〜8c、8d 〜8f採取漿液3 0俾供測試漿液3 〇中的磨粒之粒徑分布狀 態之用。 又係構成為可藉由嘴高度調整機構Ua〜丨lcl自由調整吸 嘴13a、13c及噴嘴13b、13d之高度位置。 另一方面’ CMP裝置6係具備研磨平台(turn table) 62、 用以旋轉驅動研磨平台62之下側旋轉軸61、貼裝於研磨 平台62之上面之聚氨酯製研磨墊(pad) 63、以及用以旋轉 驅動載片器(carrier) 65之上側旋轉軸6 4,而被研磨物之晶 圓(wafer) 66則裝在上述載片器6 5。另外,漿液係從連接 至漿液供給用配管3χ之前端嘴滴下於研磨整63。 -15- 本紙張疋度適用中國國家標準(CNS>A4規格(210 X 297公釐) ------------- '4 ------II 訂· —------I 1 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(13 上面係就本實施形態之漿液供給裝置A之概略構成加以 說明,關於其中之特徵構成,則詳細說明於後。 一攪拌方法一 在本實施形態,如第1圖所示,漿液容器1及2内並不設 置使用螺旋漿之攪拌機,而係採用利用喷嘴1 3 b及1 3 d的 漿液30之喷出而攪拌漿液30之方法。這是依據下面實驗 結果而加以改善之處。 第2圖(a)及(b),分別表示藉由螺旋漿之攪拌前與攪拌 後之磨粒之粒徑分布圖表。如第2圖(a)所示,以螺旋漿攪 拌前之磨粒粒徑係分布於〇.〇6〜0·3μπα(微米)範圍。與此 相對’如第2圖(b )所示,經由螺旋漿攪拌後之磨粒粒徑則 分布於0.06〜4 m範圍,具有500 nm (毫微米)以上粒徑之 磨粒增加》其原因乃在於磨粒與螺旋漿碰撞時,因提供維 持磨粒分散狀態之電氣性立體結構崩潰等,使得氧化矽之, 表面狀態發生變化’且因螺旋漿周邊產生局部性能量之影 響,致使磨粒彼此間碰撞,磨粒凝聚而沉降之緣故。 因此’如本實施形態之方式,利用泵9 a及9 b之循環壓力 使漿液3 0喷出藉此以攪拌漿液3 〇,即可加以抑制漿液凝 聚。尤於本實施形態中’因藉由嘴高度位置調整機構llb 及lid ’喷嘴13b及13d之高度位置可加以調整,可把噴 嘴13b及13d設置於能使漿液容器1、2内漿液3〇之擾拌作 用發揮最大限度之位置’藉以提高攪拌作用。 又,於第2圖中’在漿液容器1、2内只示出一個噴出喷 嘴1 3 b、1 3 d,但是,此喷嘴可因應必要設置多數個,藉 此可提高攪拌作用。 另外’如欲維持更南的授拌作用,則嘴嘴丨3 b、13 d之高 度位置以位於距自漿液容器1及2之底面為5公分以下為 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 3 D 3 τ 8 * A7 ~ 1 - B7___ 五、發明說明(14) 宜。 一又由於如更加以縮子噴嘴丨3 b及丨3 d之前端部分即可提 南漿液j 〇喷出速度,因此攪拌作用也能提高。 —間歇運轉一 另方面如本實施形態之利用栗9a、9b之壓力之依毁 液30之噴出攪拌方式’也可能會產生某一程度之凝聚。 其原因乃在於無論於CMP裝置6之晶圓研磨中,或於非研 磨時(停機中),磨粒彼此將因泵%、91?之循環壓力之影響 而碰撞,致提供維持磨粒分散狀態之電氣性立體結構崩溃 而凝聚之現象,仍可能會發生之故。相對地,若完全不加 以攪拌,則漿液容器1、2内之漿液將沉降,使得固體成 份之濃度不勻,導致無法進行均勻的研磨β此現象雖係依 漿液種類而有所不同,但於經48〜72小時左右即會出現。 因此’停機中若不攪拌聚液,則須於每經過〜小時即 需更換漿液3 0,致使研磨作業將因之而遭遇障礙。 因此’於本實施形態,則以控制系統1 〇控制泵9a ' 9b作 間歇性運轉。亦即,以c Μ P裝置進行研磨中,則使聚 9a、9b作連續運轉,以經常實施利用漿液3 〇之循環與授 拌’但於非研磨狀態’即停機時,則令泵9a、9b作間歇運 轉,以間歇性地實施漿液3 0之循環與攪拌。具體而言, 停機時則令泵9a、9b每小時僅運轉5分鐘左右。 第3圖係表示停機狀態時也經常運轉菜9a、9b之情況, 與停機狀態時以間歇性地運轉泵9a、9b之情況下相對於使 用時間之經過之磨粒中値(median )直徑之變化資料。如第 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) ---------^--------訂---------線 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 436918
五、發明說明(15) 3圖所示,經常運轉時,中値直徑會立刻到達〇3jum& 右’相對地’間歇運轉時,中値直徑則維持於〇〗5 #爪左 右。 如上述’藉由停機中之漿液循環用泵9a、9b之間歇運 轉,便可有效效地抑制磨粒粗大化。此方法,若受到磨粒 粗大化影響之漿液3 〇之壽命係取決於漿液循環時間,則 也是基於僅作必要時間的循環之技術思想者。 下列第1表係表示’就以往之攪拌方法與本發明之攪拌 方法’由聚液容器之頂部、中間部及底部所採取漿液之3 〇 "1中粗大化粒子(直後爲以上者)之數目,與使用 各郅之漿液而實施C Μ P時之被研磨物(晶圓)上之微刮痕 I數目表。如第1表所示,以往之攪拌方法,其頂部之粗 大化足磨粒數目雖然少,但中間部及底部之粗大化之磨粒 數钟非常大,而呈不均勻分布狀態。惟依本發明之方法, 則不但漿液答器1、2之頂部、中間部、底部之粗大化磨 粒數目減少,且已獲得均勻化。 ----^----II ! 裝·ί!— — —訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以往之$ 營拌方法 本發明之攪拌方法 粗大粒子量 微刮痕數目 粗大粒子量 微刮痕數目 容器頂部 3590 23 44155 13 容器中部 115777 25 48368 25 容器底部 368141 348 47135 20 —嘴之高度一 第4圖係將上述第1表之資料予以圖表化者。如第4圖所 示’沉澱於底部之漿液,粗大化之磨粒數目特別多,使用 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
此而實施C Μ P 多。 第5圖係表TJT本實施形雖士將,卜^ 小心疋戎说容器1與各嘴13a、l3b、 詳細結構剖面圖。惟,於第1圖 '•腺 ^ 吊1圃所不另一万之漿液容 及各嘴13c、13d也具有第5圖所示之结構3 在衣實施形態,由於不f姑士丨m 4貫他利用螺旋漿之攪拌,因此 幾乎不會在漿液容器1、2之底部發生粗大化磨粒之 澱。但有可能早於攪拌前就已混入凝聚的二氡化矽' 已有漿液3 0發生沉降3 ^ 於是’如第5圖所示’以不致於吸引到有粗大化磨和、.„ 降的可能性之漿液容器1、2之底部裝液之方式而予以: 成。例如’距自漿液容器1、 專 . 之·底面位於3公分以上泛古 度位置範圍,可能存在著幾半丁人 间 有戍子不含粗大化磨粒之漿 3 0 a,而於距自漿液容器1、?位 K收 -位於小於3公分之高度 範圍,則有可能含有較多的粗大 及置 _ „ 尺化厝粒心沉降漿液3 Ob存 在#。因此,構成爲不吸引距自激 、 曰戒及各洛4底面位於小於 5公分之高度位置範圍之裝液之社 、 本災心〜楫,,沈可確實的防止已 粗大化之磨粒被送往C Μ P裝置。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 诚刮痕微目也大致與此成比例而増
HT (靖先閲讀背面之迮意事項再填寫本頁} 而且’藉由於第丨圖所示之嘴高度調整機構丨^’ 將吸引嘴1 3 a、Π c之高度位置構成爲可加以調整,則更可 顯著地發揮上述效果a —嘴之形狀一 如第5圖所示,吸嘴丨3 a具有前端係相對於軸向切成傾 斜之糖圓形之端面形狀,而噴臂1 3 b具有前端係相對於軸 -19 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
五、發明說明(17
^ 3 &g I 向切成垂直之圓形之端面形狀。 第6圖(a)、(b)係分別表示本實施形態之吸嘴斑以 王<吸嘴之前端面形狀之差異所引起吸引區域之差異之 :▲如第6圖(b)所示,以往之前端係相對於軸向;向切 '垂直1吸嘴’其主要係從漿液容器之底部附近吸取漿 及,因此,容易積存於容器底部之已粗大化之磨粒亦遭吸 引而被送往C Μ P裝置,結果,招致被研磨物之微刮痕增 大或研磨率降低等3與此相對,如第6圖(a)所示’由= 本實施形態之吸嘴13a具有切成傾斜之前端面,所以可抑 制易於積留於漿液容器]之底部的已粗大化之磨粒被吸 入,進而抑制在被研磨物(晶圓66)上造成微刮痕或研磨 率降低等。 但是’將吸嘴13a、13c之前端封死,而在圓筒面設置複 數個開口,俾從該數個開口吸取漿液3 〇,也可發揮與本 實施形態相同之效果。 —配管連接結構一 本實施形態,於第1圖之配管系統3之配管連接部並不 予設置接頭,而係採用依熔接法之連接。合流配管與分歧 配管間之連接部,與容器與配管間之連接部也以熔接法連 接3此外,配管之隅部形狀係作成例如曲率半徑爲5公分 以上之曲線形狀’以消除锻液3 0之積留現象。 採用如上述之配管結構,即可由漿液3 〇之流通路中, 消除如以往之於直線部或曲線部所使用之接頭内高低差或 間隙之存在’以抑制起因於漿液3 〇之積留所粗大化磨粒 20- 本紙張尺度適用尹國困家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消t合作社印製 4 3 6 9 1 8 A7 B7 五、發明說明(18) 之產生。 一漿液之溫度控制一 第7圖係表示晶圓研磨率之漿液溫度相依性之特性圖。 如弟7圖所示,隨著漿液溫度升高’研磨率則有降低之傾 向’但漿液溫度在20〜26。(:範圍,研磨率並不致有大幅變 化。因此’本實施形態,可藉由於第i圖所示之溫度調節 器1 2將漿液之一部分從循環路徑分流出並加以溫度調節, 即可使研磨率更加穩定》 一漿液容器之結構一 在本實施形態之漿液供給裝置,由於漿液容器1、2係密 閉,JL内部為濕氮氣所充滿’所以可抑制漿液在聚液容器 1、2内之内部固化。亦即,漿液容器1、2之内部係由蒸 發之ΝΗΘΗ或濕氮氣將漿液容器1、2内之濕度提高至 9 5 %以上’因此’即使漿液容器1、2内之液面有所變 化’也可確實地防止在漿液容器1、2之内壁產生漿液固化 物。 一取樣口之安裝一 又由於在漿液容器1、2分別設有取樣口 8a〜8c,8d〜8f 以便確認漿液3 0之結構並未發生變化,所以可作正確的判 斷出漿液之壽命已盡之時刻,或於發生異狀狀態時為排除 異常之措施,或以檢知進入異常狀態前之狀態來阻止異常 狀態之發生等,可以穩定狀態下實行CMP作業。 於半導體裝置之製造過程中,二氧化矽係廣泛地被作為 磨粒而使用,以上之說明係將此作為實施形態而加以說 -21 - 本紙張尺度適用+國國家標準(CNS)A.l規格(21〇χ 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
^ ' I ϊ -----· i ---I I I I 經濟部智慧財產局員工湞費合作社印製 43 T s
五、發明說明( 明,惟本發明並非限定於如上述之半導體裝置之製造領 域,研磨材料也並非局限於氧化矽。亦即,由半導體製造 半導體晶圓之際,或於製造半導體以外之晶圓,或半導體 裝置以外之裝置的製程中之CMP及CMP以外之研磨方式 中’利用於爲了防止使用漿液狀研磨劑時凝聚所引起磨粒 粗大化之用。至於氧化矽以外之研磨劑方面,也可適用於 例如使用氧化鈽、氧化鋁、氧化錳等之場合3 [發明之效果] 依照本發明之漿液供給裝置或漿液供給方法,由於查出 會促進研磨劑中磨粒凝聚之原因。並採取於對化學機械研 磨裝置供給研磨劑之際,將停機中之研磨劑循環以間歇方 式實施,或僅以噴射漿液來攪拌容器内之漿液等以排除這 些原因,籍此以抑制磨粒粗大化,即可抑制被研磨物上發 生微刮痕,達成研磨率穩定化。 [圖面之簡單説明] 第1圖係表示本發明之實施形態之漿液供给裝置及C M p 装置之構成概略圖。 弟2圖(a)及(b }係分別表示藉由螺旋漿之攪拌前與攪拌 後之磨粒之粒徑分布圖表。 第3圖係表示於停機狀態時實施泵之經常運轉之情形與 實施間歇運轉之情形之相對於使用時間之經過之磨粒中値 直徑之變化資料圖。 第4圖係表示由以往之漿液容器之頂部、中間部及底部 所採取漿液之粗大化粒子數目與微刮痕數目間之相關關係 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ί待先閲锖背面之注意事項再填寫本頁} 裝 ----訂---------線 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 ^369 1 8 A7 ___B7_ 五、發明說明(2Q) 之圖表。 (請先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) 第5圖係用以説明本發明之實施形態之漿液容器與吸 嘴、噴嘴之形狀或位置關係之剖面圖。 第6圖(a)及(b )係分別表示本實施形態之吸嘴與以往之 吸嘴之前端面形狀之差異所引起吸引區域之差異之圖。 第7圖係表示晶圓之研磨率之漿液溫度相依性之特性 圖3 第8圖係表示以往之研磨劑供給裝置之結構例之剖面 圖。 第9圖係由本發明人等所作之實驗結果,係用以比較固 體成分濃度互異的二種類漿液之研磨率差異之圖表。 第1 0圖係表示以往之一般漿液供給裝置中設在供研磨 劑流通的配管系統之接頭之結構剖面圖。 [符號之説明] 1 漿液容器 2 漿液容器 3 配管系統 3 a、3 c 送出側分歧配管 3b、3d 回送侧分歧配管 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 3 e 送出側合流配管 3 f 回送侧合流配管 3 g、3 i 入口侧分歧配管 3h ' 3j 出口側分歧配管 3 k 入口側合流配管 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 * 297公釐) A7 43^9^ 8 _B7 五、發明說明(21 ) 3 1 出口側合流配管 3 X 漿液供給用配管 3 z 熱交換蛇管 4 濕氮氣產生裝置 5 濕氮氣供給用配管 6 CMP裝置 n ί I ·1 一5、· ί tt- n ί ti ( 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24 - 7a〜7j ' 7x 流量調節閥 8a〜8f 取樣口 9a〜9b 泵 10 控制系統 11a〜lid 高度調節機構 12 溫度調節 器 13a 、 13c 吸嘴 13b 、 13d 喷嘴 1 5a〜15f 閥 本紙張又度適用中國®家標準(CNS)/\i丨規格(210* 297公釐)
Claims (1)
- ^3 691 g六、申請專利範圍 ™種衆液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝置供給研 磨劑之漿液,其特徵為包括: 容器 ,用 以儲存漿液; 第一 嘴, 用以從上述容器吸引漿液; 第二 嘴, 用以向上迷容器回送漿液; 第三 嘴, 用以對上述化學機械研磨裝置滴下漿液; 第一 配管 ,連接於上述第一嘴及第三嘴, 用以對化學 機械研磨裝 置供給漿液; 第二 配管 ,連接於上述第二嘴及上述第一 配管,用以 將流通於上逑第一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分 路而回流於上述第二嘴; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供給量; 系·’係介設於上述第一及第二配管中至少任一方之配 管’用以令漿液強制流通;以及 控制裝置,用以將上述泵控制成上述化學機械研磨裝 置在運轉中則令該泵經常運轉,相對地,上述化學機械 研磨裝置在停機中則令該泵作間歇性運轉。 種榮:液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝置供給研 磨劑之漿液,其特徵為包括: 容器’用以儲存漿液; 第一嘴’用以從上述容器吸引漿液; 第二嘴,用以向上述容器回送漿液; 第三嘴,用以對上述化學機械研磨裝置滴下漿液; -25- 本紙張尺度適用尹國國家檔準(CNS)A.l規格(21U X 297公餐) -------I ^ --------- A8B8C8D8 43旳1 “ —__ 、申請專利範圍 弟一配管’連接於上迷第一嘴及第三嘴,用以對化學 機械研磨裝置供給漿液; 第一配管,連接於上述第二嘴及上述第一配管,用以 將况通於上述第一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分 路而回流於上述第二嘴; 凋即閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供給量; X泵,係介設於上述第—及第二配管中至少任一方之配 管,用以令漿液強制流通;且構成爲 上述第一嘴係從自上述容器之底面僅以一定値位於上 方之部位吸入漿液3 如申請專利範圍第2項之漿液供給裝置,其中第一嘴係 乂吸入位於自上述容器之底面5公分以上高度位置的漿 液之方式而構成D 4.如申清專利範園第2項之漿液供给裝置,其中上述第— 嘴之前端面具有切成相對於軸向成傾斜之形狀。 5_如申請專利範圍第2項之漿液供給裝置,其中上述第— 嘴之前端面被封死,而在該第一嘴之側面設有用以吸引 漿液之複數個開口。 .如申叫專利範園第2至5項中任一項之漿液供給裝置, 其中更具備用以調節上述第一嘴之高度之機構a 7. —種漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝置供給妍 磨劑之漿液,其特徵爲包括: 容器,用以儲存漿液: -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規^·1〇 x 297 H -------------裝 il—l — i—tr.i-----線 (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 691 8 ^ as B8 C8 _____— _ D8 六、申請專利範圍 第一嘴,用以從上述容器吸引漿液; 第一嘴’用以向上述容器回送漿液; 第二嘴,用以對上述化學機械研磨裝置滴下漿液; 第一配f,連接於上述第—嘴及第三嘴,用以對化學 機械研磨裝置供給漿液; 于 第二配管,連接於上述第二嘴及上述第一配管’用以 將流通於上述第一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分 路而回流於上述第二嘴; 調節閥,用以調節流通於上迷第一配管的漿凌對於上 述第三嘴與上述第二配管的供给量; 泵,係介設於上述第一及第二配管中至少任—方之配 管’用以令漿液強制流通;且構成爲 上述第二嘴係從自上述容器之底面僅以一定値位於上 方之部位向容器内噴出漿液。 S.如申請專利範圍第7項之漿液供给裝置,其中上述第二 嘴係以自上述容器之底面5公分以下之位置向容器内噴 出槳液之方式而構成。 9. 如申凊專利範圍第7項之漿液供给裝置,其中上述第二 嘴之前端之開口徑係予以縮小者。 10. 如申請專利範圍第7至9項中任—項之漿液供給装置’ 其中更具備用以調節上述第二嘴之高度位置之機構3 U.如申請專利範圍第7至9項中任_項之漿液供給装置, 其中上述第二嘴係以複數支配置於容器内。 12. —種漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨装置供給研 I I i i I ί — ~ 裝-- -----訂----- - ----線 (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) •y -27 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 3691 8^-1 bI C8 D8 、申請專利範圍 磨劑之漿液,其特徵爲包括: 容器,用以儲存漿液; 第一嘴,用以從上述容器吸引漿液; 第二嘴,用以向上述容器回送漿液; 第三嘴,用以對上述化學機械研磨装置滴下漿液·, 第一配管,連接於上述第一嘴及第三嘴,用以對化學 機械研磨裝置供給漿液; 第二配管,連接於上述第二嘴及上述第一配管,用以 將流通於上述第一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分 路而回流於上述第二嘴: 調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供給量; 泵,係介設於上述第一及第二配管中至少任一方之配 管,用以令漿液強制流通:且 於上述第一配管及上述第二配管之中間部分並無設置 接頭者。 13. —種漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝置供給研 磨劑之漿液,其特徵爲包括: 容器,用以儲存漿液: 第一嘴,用以從上述容器吸引漿液; 第二嘴,用以向上述容器回送漿液; 第三嘴,用以對上述化學機械研磨裝置滴下漿液; 第一配管,連接於上述第一嘴及第三嘴,用以對化學 機械研磨裝置供給漿液: -28 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) — 圓 — 画 1 — — — — I I — I I — — t ^1111---1 {請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 436918 六、申請專利範圍 第二配管,連接於上述第二嘴及上述第一配管,用以 , 將流通於上述第一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分 路而回流於上述第二臂; 調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供給量; 泵,係介設於上述第一及第二配管中至少任一方之配 管,用以令漿液強制流通;而 於上述第一配管及上述第二配管之隅部之曲率半徑爲 5公分以上。 14. 一種漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨裝置供給研 磨劑之漿液,其特徵爲包括: 容器,用以儲存漿液; 第一嘴,用以從上述容器吸引漿液; 第二嘴,用以向上述容器回送漿液; 第三嘴,用以對上述化學機械研磨裝置滴下漿液; 第一配管,連接於上述第一嘴及第三嘴,用以對化學 機械研磨裝置供給漿液; 第二配管,連接於上述第二嘴及上述第一配管,用以 將流通於上述第.一配管的聚液之至少一邵分_從第三嘴分 路而回流於上述第二嘴; 調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供給量: 泵,係介設於上述第一及第二配管中至少任一方之配 管,用以令槳液強制流通;以及 -29 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) .^1 ^ n a^i I n n n f V i n n I i ^ 01 « n n —l·- n ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Μ880808 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 濕氣供給裝置,係用以自外部供給濕氣氛之氣體。 15. —種漿液供給裝置,係用以對化學機械研磨装置供给研 磨劑之漿液,其特徵爲包括: 容器,用以儲存漿液: 第一嘴,用以從上述容器吸引漿液; 第二嘴,用以向上述容器回送漿液; 第三嘴,用以對上述化學機械研磨裝置滴下漿液; 第一配管,連接於上述第一嘴及第三嘴,用以對化學 機械研磨裝置供給漿液; 第二配管,連接於上述第二嘴及上述第一配管,用以 將流通於上述第一配管的漿液之至少一部分從第三嘴分 路而回流於上述第二嘴: 調節閥,用以調節流通於上述第一配管的漿液對於上 述第三嘴與上述第二配管的供給量; 泵,係介設於上述第一及第二配管中至少任一方之配 管,用以令漿液強制流通;以及 取樣口,係附設於上述容器,用以從上述容器採取漿 液試樣。 16. 如申請專利範圍第1 5項之漿液供給裝置,其中上述取 樣口係安裝於上述容器之上部、中間部、及底部3 17. —種漿液供給方法,係用以對化學機械研磨裝置供給研 磨劑漿液之供給方法,其特徵爲: 於上述化學機械研磨裝置運轉中,經常實行從上述儲 存漿液之容器取出漿液,並將供給於上述化學機械研磨 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) --------- - - - - -- · I 1 I — — — — 訂- — — — .— — — I- {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 43 691 8 A A8 R8 C8 D8 六、申請專利範圍 裝置所剩餘之漿液回送至上述容器之漿液循環; 於上述化學機械研磨裝置停機中,則間歇的實行從上 述容器所取出之漿液全部回送至上述容器之漿液循環。 18. —種漿液供給方法,係用以對化學機械研磨裝置供給研 磨劑漿液之供給方法,其特徵爲: 於從儲存上述漿液之容器内對上述化學機械研磨裝置 供給漿液之際,則供給距自上述容器之底面一定高度以 上之範圍之漿液。 49. 一種漿液供給方法,係用以對化學機械研磨装置供給研 磨劑漿液之供給方法,其特徵爲:- 在上述儲存漿液之容器内,藉由配置於用以對上述容 器回送漿液之配管的泵之壓力,從距自上述容器之底面 一定高度之位置喷出漿液而攪拌容器内之漿液。-- ---------------裝.-------訂-----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張瓦度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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