TW510812B - Method of reducing particle size and increasing uniformity of particles in a colloidal suspension, method of manufacturing integrated circuits, and filter having an input and an output - Google Patents
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Description
510812 A7 B7 五、發明説明（1 發明背景 本發明大致關於過濾，且特別是過濾一用於磨平半導體 晶圓之膠狀懸浮液。 化學機械式拋光（CMP)係用於磨平先進積體電路製造中之 元件，CMP使用於半導體裝置製造之幾乎所有階段中，例 如化學機械式拋光可經由當地磨平而產生較精細形狀之結 構’及供球形晶圓磨平以產生高密度之通孔與互連層。在 一積體電路製程中經歷過CMP之材料包括單一及多晶性之 石夕、氧化物、氮化物、聚醯亞胺、鋁、鎢、及銅。 在半導體工業中，一半導體晶圓在拋光製程中係由一化 學機械式磨平工具之一晶圓載具固持，因此Cmp亦稱為化 學機械式拋光。含有研磨劑及化學劑以去除半導體晶圓上 材料之一膠狀懸浮液為特徵之一漿液係施加於一拋光介質 之表面上，拋光介質係順服及提供於漿液之輸送，拋光介 質設置於一做為壓板之旋轉碟片上。晶圓載具攜送半導體 晶圓以接觸於拋光介質之表面，且與之同平面，一預定之 施力係由晶圓載具施加，以確定漿液研磨半導體晶圓之表 面’通常晶圓載具及壓板二者在拋光期間皆旋轉。 用於拋光過程中之研磨劑及化學劑係依據欲自半導體晶 圓去除之材料而改變，拋光過程之限制係大部分由拋光漿 中之顆粒尺寸控制，半導體製造廠通常不在半導體晶圓處 理期間過濾拋光漿，若採用過濾於膠狀懸浮液則成本過高 ’因為需要過濾裝置之費用及不斷保養過濾裝置。自過滤 裝置遽出顆粒亦有其問題，因為堵塞會造成低流動率，及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
損失膠狀懸浮液中之適用顆粒。顆粒尺寸上之絕對限制係 由製成拋光化學劑之化學劑供應商所決定，運送及半導體 製造處使用之間之時間延遲會使拋光漿凝結而產生大型顆 t ’會增加凝結之機構為冷卻、乾燥、及過度攪拌。拋光 期間，大型顆粒在半導體晶圓上產生刮損，影響晶圓之生 產量與產品穩定性。 緣是’有利的是具有一過濾裝置，其可以一流動率過濾 一膠狀懸浮液，而容許在一工業應用上做真時過濾。較特 別的是，其有必要使過濾裝置在一化學機械式磨平工具上 做使用點過濾，減小顆粒尺寸至一理想數字，及增加拋光 漿之均勾度。若過濾裝置需要極少保養或不需要保養，且 對於工廠之半導體晶圓生產量無衝擊，則更為有利。 圖式簡單說明_ 圖1係本發明之一過濾裝置截面圖； 圖2係用於含有一膠狀懸浮液過濾裝置之半導體晶圓製造 中之一化學機械式磨平工具頂視圖； 圖3係本發明一實施例之未過濾SC112膠狀懸浮液與已過 濾SCI 12膠狀懸浮液之圖表；及 圖4係本發明一實施例之未過濾MSW 15〇〇膠狀懸浮液與 已過濾MSW 1500膠狀懸浮液之圖表。 元件符號說明
裝
線 11 工具之頂視圖 102 底過濾室 100 過濾裝置 103 過濾碟片 101 頂過濾室 104 超音波罩杯 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 510812 A7 B7 五、發明説明（3 ) 105 超音波驅動器 206 施配桿 106 超音波罩杯安裝件 207 調節臂 107 孑L穴 208 伺服閥 108 孔穴 209 真空產生器 109 壓力感測器 210 晶圓承載臂 110 孑L穴 211 晶圓載具 111 孑L穴 212 末端作用件 112 磁性攪拌器 213 輸出 113 磁性授掉器驅動器 300 曲線 114 基板 301 曲線 115 頂封環 302 波峰 116 底封環 303 點 200 化學機械式拋光工具 304 區域 201 壓板 400 曲線 202 去離子水閥 401 曲線 203 多輸入閥 402 波李 204 泵 403 點 205 過濾裝置 404 區域 圖式詳細說明
裝 訂
線 大β豆上，化學機械式磨平（CMp)係用於去除材料以達 成平坦’ 4自一半導體晶圓之加工側去除一球形膜，理想 上，一均勻之材料量係在通過半導體晶圓時去除之，而= 下-極平坦之表面，可於其上繼續做晶圓“。、拋光: 中之任意均勻度皆會造成生產量損 王 謂夭或裝置又長期穩定性 *· 6 - 五、發明説明（4 ) 問題’均句度為通過一半導㈣曰 、 干令把日日®又表面高度變化之測量 值。半導體工業中某些一般化學機^4» j 、 予機械式磨平製程型式係用 於去除氧化物、多晶石夕、鶴、及鋼。 通常使用於半導體工業中之仆與德 甲化予機械式磨平工具可達成6- 12%範圍之均勻度，此均勻度 J反疋以建互裝置具有0.18 - 0.35 微米之臨界尺寸，未來隨著半導 賞干♦ 工業趨向0.10微米以下 义臨界尺寸，將需要^%範圍 固M干均勻度，磨平問題將 隨著半導體晶圓直徑由200毫采拎 笔木、大至300亳米而進一步惡 有二項因素已由半導體工業確認’其料較小尺寸與較 大晶回尺寸時之化學機械式磨平可行性有重大衝擊，如上 所述，—㈣後之半㈣晶圓平坦度個別晶粒之平 坦度係極小尺寸裝置與互連結構製造上之—要素，另一因 素為抛光衆中大型研麼果畜# 唧反顆权所致又刮痕，刮痕之尺寸及頻 率會衝擊到晶圓之生產量及影響裝置之長期穩定性問題/ 理〜上&光漿包含具有尺寸在小範圍内分佈之研磨 顆粒，亦即研磨顆粒呈均勾尺寸且研磨顆粒在裝液内以一 固疋被度分佈。實施時，大部分拋光㈣自—具有廣泛顆 杠尺寸分佈〈化學劑供給器輸送，拋光漿並不立即使用於 、半導二I&廠，其先令凝結發生於輸送時間與使用時間 (間K系利用二或多種粒子之結合動作而生成一較大 之，粒，凝結會擴寬顆粒尺寸分佈及降低抛光蒙之品質， 事實g有多種特定類型之抱S漿極有利於抱光半導體晶圓 <疋其卻因為凝結問題而被視為不適用。化學機械式抛 ^纸張尺度適财關 510812 A7 ____B7 五、發明説明（5 ) 光在使用時若不控制顆粒尺寸及分佈，則其將不適用於小 尺寸者。 此時，顆粒尺寸分佈係由拋光化學劑之製造廠決定，化 學劑之製造廠使用深度介質過濾裝置以濾出一預定尺寸以 上之顆粒’使用冰度介質過滤裝置之問題在於其堵塞迅速 ，需要固定監視、維修及更換。深度介質過濾裝置、薄膜 過濾裝置、或類此者在半導體之製造環境中並無法有效率 地工作，因為設備需要不斷維修，否則過濾裝置會逐漸堵 夕匕或堵塞’影響晶圓之加工品質及生產量，深度介質過滤 裝置使用於半導體工業外之膠狀懸浮液時亦有類似爭議， 諸如化妝品工業或醫藥工業。提供CMP漿液之化學劑供應 公司受到半導體製造薇之施壓，而在運送至終端使用者之 如先行過濾其產品，藉此承受過濾過程之高維修要求之負 擔’以及品質與生產量降低等問題，化學劑公司將過濾成 本附加至拋光漿之價格上，因而增加了製造積體電路之成 本。此外，雖然其需經濟地輸送及貯存濃漿及在使用地/使 用時稀釋於終端使用者，但是稀釋期間生成之凝結物會造 成晶圓嚴重受損，有些過濾型態即需在使用前去除凝結物 。凝結物之剪切量及尺寸使得快速過濾堵死及堵塞，保持 正確漿粒尺寸、分佈及密度之困難度係對於膠狀懸浮液終 端使用者之大膽技術挑戰，基本上，半導體製造廢付費令 化學劑製造廠稀釋其拋光化學劑及過濾出稀釋之漿液，以 在離開工廢時可確定為一特定之顆粒尺寸及密度。 過濾過程對於自固體或液體中去除一特定尺寸以上之顆 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 明12
發明説明 粒而言已屬習知技術，一過濾裝置通常具有開孔以供通過 小於開孔尺寸之材料，或具有一薄膜可選擇性容許材料通 過’過滤裝置或薄膜中之開孔主要在於決定容許通過之顆 粒尺寸。在所有過濾方法中之一定數為通過一過濾元件之 梯度’其迫使材料過濾通過過濾元件，例如一壓力梯度即 為一物理性機構，藉此可使一材料強迫通過一過濾裝置， 黾％或磁％則為另一機構，用於強迫材料通過一過滤裝 置。 如上所述，用於自一膠狀懸浮液中去除一預定尺寸值以 上之顆粒之常見過濾裝置型式係一深度介質過濾裝置，而 一壓力梯度迫使膠狀懸浮液通過深度介質過濾裝置。一深 度介質過濾裝置包含多層之非晶性纖維或纖維絲，非晶性 纖維產生無定向之路徑通過過濾裝置，供較小顆粒易於通 過。一深度介質過濾裝置例如一聚丙埽過濾裝置，其係一 實際之三維過濾裝置，藉此使每單位面積之纖維間距及纖 維密度可決定過濾裝置之特徵。 在一過濾過程期間，一壓力梯度可留置膠狀懸浮液之較 大顆粒，因為過滤裝置之表面減小過滤裝置之孔度，堵塞 一過濾裝置之表面即為習知之過濾裝置堵死現象，堵死會 降低過濾裝置之流動率。顆粒亦會逐漸積聚於過濾裝置内 ，此現象稱為過濾裝置堵塞，積聚之顆粒尺寸可能大於標 稱過濾裝置之孔度，有些積聚之顆粒則會在一製程中依自 己 < 方式通過過濾裝置，而進入膠狀懸浮液之過濾内側， 稱之為泌流。 本纸張尺度咖中國國家標準(CN^ M規格(灿，7公爱) 五'發明説明（7 ) 大體上，一過濾裝置 < 性能係包含實際使用中由過濾裝 置產生之顆粒尺寸分佈，過濾裝置性能之一測量值為過濾 裝置所去除之標稱顆粒尺寸，過濾裝置性能之另一測量.值 為絕對等級，其代表過濾裝置可用接近1〇〇%效率去除之最 小顆粒。通常以一深度介質過濾裝置過濾之膠狀懸浮液將 具有顆粒尺寸分佈圖案’其形狀有如—鐘形曲線。不在後 續過滤中凝結且可通過過滤裝置之較大顆粒係過濾裝置刮 傷之原因，因此，深度介質過濾裝置無法充分過滤顆粒以 符合小裝置形狀及較大顆粒尺寸下之半導體工業之生產量 要求’此即因為刮傷及鏨削損失所致。 文後揭述一種方法及裝置，其容許在使用時過濾一膠狀 懸浮液’使用時過濾可提供多項利益。使用時過濾之第一 項利盈為降低成本，半導體製造廠不必付費給化學劑公司 稀釋及過濾一般提供之拋光化學劑，接收非稀釋漿液之第 一項利益為可在使用時精確控制化學劑，此可供半導體製 造廠經由一特定製程流之化學品而定出材料去除率。使用 時過濾之第三項及實體上利益為其開啟了使用大量拋光化 學劑之可能性，這些化學劑在以往係因為凝結問題而從不 予以考慮。使用時過濾之第四項利益為可調整顆粒尺寸分 佈’特別疋緊縮顆粒尺寸分佈較趨向於理想化時將進一步 使化學機械式抱光製程趨向較小型之裝置形狀。最後，過 滤裝置可放置於一製程之使用點，使用點過濾可確保漿液 在製程中使用時有一理想之顆粒尺寸分佈，使用點過濾可 提鬲生產量及長期之組件穩定性。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) A7
訂
裝
510812 五、發明説明（9 以清除表面將無法產生所需成果於膠狀懸浮液内。利 拭過程而自表面去除之顆粒係移至進入顆粒之路徑中，以 產生較均勻之凝結物，透過刷拭動作而自過遽表面甩出之 積聚大顆粒最後造成過滤裝置之堵塞，及降低流動率，因 此操法符合-製造環境中所f之連續真時流動率。 對膠狀懸浮液持續性地再處理可減少大顆粒之數量，至 真時過滤之時間周期内過滤裝置不致發生堵死之程度，例 如在數秒内會堵住一標準過遽裝置之一半導體晶圓:化學 機械式抱光製程中之膠狀懸浮液可能在再處理過程數㈣ 後’生成足以危害流動率之顆粒數量，此時間比例相各於 一時間周期，且大域理整批半導體晶圓所需之時間:因 此，過濾裝置可在一批新晶圓送入研磨製程時一次沖除顆 粒，或當其他狀況發生於研磨製程中而造成停工時，其時 間相當於沖除顆粒所需之時間長度，因此對於晶圓產量春 衝擊發生。 ' 在過濾之前，能量放入膠狀懸浮液内以分裂凝結物，能 量源例如可為電力、磁力、音波、及光線，其用以提高膠 狀懸浮液之動能，特別是能量施加於凝結物以令一凝結物 之顆粒相互分離◊在過濾裝置之一實施例中，音波能量係 用以分裂膠狀懸浮液之大顆粒。一包含金屬網二微寸 濾網係使用做為一過濾元件，一超音波探針係接觸於或近 接於濾網，以利振動過濾裝置，振動之頻率及幅度則可鲈 選擇及對應於顆粒之尺寸範圍以及膠狀懸浮液之特徵。 用以再處理-膠狀懸浮液之理想滤網實際上係―二維之 •12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂 五、發明説明----- 過遽裝置，一杳齡> L ΪΛ ”、 貝際上為二維之過濾裝置具有開孔以對應於 過過遽裝置之最大顆粒尺寸，且其厚度趨近於零，即 1 、隹之過;慮裝置可利用一振動元件輸出之一頻率 接收及振動’例如_超音波探針。線網型過濾、裝置係由 ^成，線網層製成’線網係織成以產生-標稱之開孔尺寸 、不同於/木度介質過濾裝置的是，線網型過濾裝置較接 近一維式過濾裝置之處在於顆粒通常不會積聚於線 間。 ^再處理膠狀懸浮液之顆粒尺寸分佈之過程可藉由分析 戌疋結原理可瞭解之，使用前，一膠狀懸浮液内之顆粒凝結 係顆粒聚結超過標稱尺寸之一肇因，凝結為較小顆粒生成 車:大顆粒，其基本上係由熱動力造成，即尋求減小表面能 量及利用Van der Waals結合方式而成，·而此表面能量主要 來自非理想化之表面原子結合。許多因素會增加一膠狀懸 浮液内之凝結速率，高溫及剪力賦與粒子有足夠能量凝結 ，而電解質濃度或pH值變化可減少表面荷電量，以防止顆 粒凝結，膠狀懸浮液之乾燥則可藉由物理性強迫顆粒親近 而減少障壁，低溫可產生一飽和溶液及膠狀懸浮液内之溶 解固體·隨後沉澱，最後，膠狀懸浮液内之污物或失去之成 分會加速一凝結過程。 特別重要的是要注意漿液化學劑製造廠加大長度以防止 凝結，其技術已發展至可減少化學劑混合物離開工廠時與 終端使用者使用時之間之凝結，靜電平衡亦一技術，可令 膠狀懸洋液之顆粒有大強度之表面荷電量且有相同電性符 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7 B7 五、發明説明（11 ) 號’使顆粒與顆粒相互排斥。此為常用之至少三種不同方 式’可改變電荷強度及膠狀懸浮液内之顆粒電荷符號。一 ^方法用於控鄉狀懸浮液之姆，以料分佈於表面 電·^離子’ _第二方法用於控制電解質濃度及型態，以 影響=佈於表面電荷之離子…第三方法為吸附特定之有 機或無機物質，以佔用可得之結合位置而改變表面電荷， -種可有效防止凝結且不改變膠狀懸浮液顆粒電荷之方法 為硬脂平衡，硬脂平衡為—有機物質吸附至顆粒表面上， 以利物理性地防止顆粒之間鄰近接觸。 :&上所迟選走用於振動二維式過濾裝置之頻率及振幅 係對應於欲過濾之顆粒尺寸，頻率及振幅選擇上之一因素 係化學劑製造廠用於防止凝結所採用之技術，過濾技術應 該不改變顆粒之電荷或不可去除防止凝結之塗層。令人不 安的是，當能量施加於膠狀懸浮液之顆粒時，極易發生膠 狀懸浮液之荷電或化學反應，施加一剪力於顆粒上或大致 以過量足施力將顆粒撞在一起可調整膠狀懸浮液之品質。 易T足，以錯誤之量或錯誤之方式傳送能量至顆粒將產生 一狀態，其中顆粒在過濾發生後立即凝結，過濾後之凝結 則在一製造環境中產生損失災重之結果，因為無法控制顆 粒尺寸分佈。 在過濾裝置之一實施例中，線濾網係以超音波以上之頻 率振動，即20 KHz以上，一膠狀懸浮液在壓力下攜送至過 濾元件，較大顆粒即抵於濾網。理論上，濾網之一高頻率 低振幅振動可衝擊較大顆粒，使其分離成較小顆粒，而不 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 510812 A7
改變化學劑製造廠提供之化學性，/ , 士斗、—、 予〖生例如較小顆粒上之一古 氣％或隔離塗層在過濾後仍原封 ^ ^ 个動，該理論係藉由測吾
一穩態中之一未過濾樣品之凝社 4I σ逯车而試驗之。過濾後， 同一試驗以凝結速率無衰退之情 , ^執行，因此其意指可防 止凝結之機構在過濾過程中並未改變。 力 振動之振動頻率及振幅亦經撰令 工選疋以限制破裂大顆粒之成 分之移動’例如不正確之頻率及振幅會在分解/過滤過程期 間傳送大量（轉移運動賴小顆粒，造成無益或錯誤，反 而增加了凝結物之數量。若由—較大顆粒破裂成之顆粒經 賦與足夠以移動其鄰近於或冑力式接觸於趨近過滤元件之 其他顆粒時，新的凝結物即可能形成，限制分解顆粒之轉 移運動則可容許其在任意之再凝結發生前先立即過滤。 過濾裝置設計中《另一因素係藉由研究當過濾元件移動 通過一膠狀懸浮液時所發生之狀況而發現之，過濾裝置在 高速下之移動將產生本地化之渦凹，渦凹即一液體介質中 生成凹穴或氣泡，過濾元件之向後及向前移動可將液體推 拉接近於過濾元件。當超音波之壓力在周圍壓力以下時， 氣袋可能形成且以壓制之超音波埸膨脹之。當渦凹發生時 會產生二種凹穴，第一種係由液體中或接觸於液體之表面 上之溶解或積聚氣體產生，第一種渦凹呈較低強度，第 種則由液體本身之蒸氣產生，氣態之渦凹係一高強度。 渦凹會散失超音波之能量，且因散射而阻制傳輸通過滿 凹區域，渦凹之激烈度為氣泡破裂前瞬間半徑對膨脹前最 小半徑之比值之函數，最激烈之滿凹係發生於當氣泡到達 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 510812 A7 __B7 五、發明説明（13 ) 一半徑時，即其在小於四分之一壓制波周期内破裂毁損時 。臨界之氣泡半徑為波長之函數’渦凹之強度取決於滿凹 核心之尺寸、音域之波長、及音域之強度。 大部分液體皆含有核心，即渦凹氣泡之發源處，這些核 心可由沉浸表面上之散佈灰塵粒子突起或由小氣泡組成， 極高之當地應力係在滿凹氣泡之生成與後續破裂期間發展 出來，溫度可達到攝氏7204度且壓力高達52,732,5〇〇仟克/ 平方米。一渦凹之激烈性質會在過濾裝置中產生毀滅性問 題，例如渦凹增加化學活動，其可迅速腐蝕過濾系統之組 件’例如超音波探針或過濾元件。超音波探針之腐蝕會改 變振動之擴散圖案、頻率、振幅、或產生探針之徹底失效 ，過濾元件之腐蝕則會產生較大開孔，容許較大顆粒通過 且最終導致過濾元件失效。同樣，渦凹中產生之高溫及高 壓會在過滤組件中產生疲勞及機械性故障，有礙使用於以 長期穩定性為主之製造環境中。膠狀懸浮液之化學特徵亦 會因滿凹而改變，使其無用或無助於製造上之應用，滿凹 會破壞或碎裂懸浮之顆粒、乳化膠狀懸浮液、及令過小之 粒子散佈於懸浮液中。 一過滤過程之例子最佳地說明驅動器頻率與渦凹如何相 關於過濾裝置之操作，例如一球形顆粒之膠狀懸浮液具有 直徑大於0 · 2微米之顆粒分佈，理想上，過遽後膠狀懸浮液 中之顆粒直徑應小於大約〇 · 2微米。以一相等於顆粒最大尺 寸之波長振動過濾元件將可分裂凝結物，且極少或無轉換 運動，在實施上發現藉由選定一頻率即可產生最佳結果， -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X 297公釐) 510812 A7 _____B7 五、發明説明（14 ) ' " " 孩頻率具有一波長且相等於需再處理顆粒之標稱顆粒尺寸 ，例如一 7.6 GHz之振動頻率即具有大約〇2微米之波長。惟 ，以此速度振動一過濾元件如線濾網過濾裝置並不實際， 此外，一膠狀懸浮液中之能量散佈在此高頻率下極為不良 ，再者，過/慮元件之移動需拘限至極小之位移，此時並無 可承文此咼速度連續性移動所致張力應力之過濾材料。 操作頻率降低至過濾元件與超音波驅動器在製造環境中 長期使用下仍良好之狀態，頻率亦根據超音波驅動器之特 徵而選定，一壓電式驅動器普遍使用於以超音波頻率產生 振動。通常用於一過濾裝置中之一超音波驅動器實施例包 括抗腐蝕之一低慣性調制量，調制量容許準確及穩定之振 動在為要再處理一膠狀懸浮液凝結物之功率程度產生，一 低慣性7L件需要較小之移動能量，且較不易疲勞而造成超 音波驅動器失效。若使用於一應用中，例如半導體晶圓之 化學機械式拋光，超音波驅動器亦會承受腐蝕性化學物， 但是符合這些要求之一超音波驅動器並不可得，目前已製 成以符合上述這些要求之一般超音波驅動器皆具有一超過 100瓦之功率輸出。在過濾裝置之一實施例中，超音波驅動 器以大約132 KHz頻率操作，一不鏽鋼線濾網過濾裝置可在 此頻率下長期振動，而不疲勞或失效。 大體上，大部分膠狀懸浮液將含有溶解之氣體，而以低 超音波頻率操作將提供足夠時間與位移以形成氣泡，若不 加以控制則將發生滿凹而破壞過濾過程，控制渦凹之發生 處及如何發生即可對過濾過程有正面衝擊，渦凹保持在一 -17- I纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)—' ---- 510812 A7 B7 五、發明説明（15 低能量或低強度，以避免發生不良效應。以一要求戈選定 之頻率自膠狀懸浮液去除氣體將產生氣泡，其破裂而可= 出能量，頻率係經選定以在大體積之膠狀懸浮液中產生比 過濾元件或超音波驅動器表面上更為頻繁之渦凹。如上所 述，由液體中或接觸於液體之過濾元件表面上之溶解或積 聚氣體產生之此型渦凹係較低強度，此低強度之渦凹可供 超音波能量適當地散佈於過濾裝置體積内、經由緩和之渦 凹能量使漿液不凝結、及減少過濾元件與超音波驅動器I 面之腐蝕。再者，超音波之波長有足夠強度可令過濾元件 振盪而適度撞擊大漿液粒子，以利將之再處理至可接受之 車父小尺寸以供CMP處理。此外，功率程度可經選定及設定 於一程度，以防止過量之渦凹，同時保持足夠動能以移動 過濾裝置之不鏽鋼濾網，一般設計用於過濾用途之超音波 驅動器係具有40至200瓦之可調整功率程度。 在過濾裝置之一實施例中，超音波驅動器主動表面與不 鏽鋼過濾裝置濾網，亦即過濾元件，之間距離係可調整以 容許超音波能量理想地擴散通過不鏽鋼過濾裝置濾網之突 出區域。其達成此舉之事實在於，不鏽鋼濾網藉由欲過濾 落液之上游壓力而略為彎拱向超音波驅動器，由於過濾元 件呈彎梹狀’其即非平面狀且相交超音波之波形於一個位 置以上。易言之，過濾裝置表面將沿著超音波之波形而相 交於一範圍内之點，超音波之最具動能部分係在四分之一 及四分之三波長之節點處，接近這些節點之能量即呈環狀 地散佈通過不鏽鋼過濾裝置濾網。藉由散佈能量，不鏽鋼 -18-
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線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ 297公釐) 510812 A7 B7 五、發明説明（16 ) 過〉慮裝置滤網上之滿凹即減少’因為無一點具有足夠能量 可引起渦凹；儘管未發生渦凹，但是仍有充分位移可做物 理性衝擊及破裂凝結粒子。 在過濾裝置之一實施例中，超音波頻率改變大約（+Λ)1 KHz，以移動不鏽鋼過濾裝置濾網上周側之波形以及大量 之欲過濾溶液，此容許改善過濾區之利用及防止較低動能 之過濾元件區内堵死。改變過濾裝置所有濕潤表面上之超 音波波形之頻率，即超音波波形之動能，可防止顆粒沉澱 及凝結，此頻率變移係在高達1 〇〇〇次/秒之頻率下執行。 圖1係一過濾裝置100之實施例，其用於一膠狀懸浮液之 使用時過濾，而膠狀懸浮液之流動率足以使用於本發明之 製造環境中。一腔室係用於留置一膠狀懸浮液體積，腔室 包含一頂過濾室101及一底過濾室102，·一過濾碟片1〇3將頂 過濾室101隔離於底過濾室102。一未過濾之膠狀懸浮液體 積係在壓力下輸送入底過濾室1 〇2，一超音波驅動器1 〇5振 動過濾碟片103，無法通過過濾碟片1 〇3之膠狀懸浮液之顆 粒則由過濾碟片103再處理成較小顆粒，再處理後之較小顆 粒通過過濾碟片1 〇3而進入頂過濾室1 〇 1，頂過濾室1 〇 1内過 濾後之膠狀懸浮液即提供用於一製造用途中。 過濾裝置100之腔室體積越小越好，以減少耗費材料及在 操作過濾裝置100時可加大超音波能量之效率。在過濾裝置 100之一實施例中，其係用於過濾半導體晶圓之化學機械式 拋光中所用之膠狀懸浮液，腔室具有大約50立方厘米以下 之體積，過濾裝置之小尺寸使其可一體成型於一化學機械 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 510812 A7 __ B7 五、發明説明（17 ) 式拋光工具之板上化學劑施配系統，將過濾裝置丨〇〇内建於 板上化學劑施配系統可供漿液在使用於壓板上之前立即過 滤。 頂過滤室1 〇 1及底過滤室102具有一錐形推拔以減少體積 ，頂過濾室101及底過濾室102二者之最大直徑發生於中央 處’即其會合於過滤碟片103之處。過濾碟片1 〇3之有效過 滤面積係決定過滤裝置100流動率之一因素，且用於決定腔 室之最大直徑，例如在一用於過濾半導體晶圓之化學機械 式拋光中所用膠狀懸浮液之應用中，一不鏽鋼濾網過濾裝 置具有大約11.7厘米直徑，頂過濾室ι〇1及底過濾室1〇2之 最小直徑發生於遠離過遽碟片103之處。在過滤裝置1〇〇之 一實施例中，頂過濾室10 1之最小直徑係由罩覆一超音波驅 動器105之超音波罩杯104直徑所決定，·而底過遽室ι〇2之最 小直徑由一磁性攪拌器112決定。 底過滤室102包括一孔穴110、一孔穴111、及一壓力感測 器109，孔穴110、111分別為一輸入孔穴及一輸出孔穴，可 提供及去除材料。底過濾室102係承接未過濾之膠狀懸浮液 ’材料如膠狀懸浮液、清潔劑、及DI水係提供以通過孔穴 110而進入底過滤室102。 一磁性撒拌器112設置於底過遽室102内，磁性攪掉器η】 係一可在過滤之膠狀懸浮液内旋轉之結構，磁性揽摔器驅 動器Π3則利用旋轉磁場以移動磁性攪拌器112，以磁性授 摔器112攪拌膠狀懸浮液即可將無法由過濾碟片103再處理 之粒子移回到未過濾之膠狀懸浮液體積，藉以防止過滤元 -20- 510812 A7 一 _B7 五、發明説明（18 ) 件堵死。一基板114固定於底過濾室102之底部，以利覆蓋 磁性攪拌器驅動器113，及保持磁性攪拌器112與底過滤室 102之間之接觸。 壓力感測器109係用於感測過濾裝置1 〇〇内上游處之壓力 ’在穩態過濾裝置之操作狀態下，底過濾室1〇2内之壓力仍 較為固定。長時間以後，無法再處理之粒子增加到一定程 度，即其將堵塞一部分過濾碟片103，底過濾室1 〇2内之壓 力隨著過濾碟片103堵塞而昇高，其由壓力感測器ι〇9感測 出壓昇。當底過濾室102内之壓力超過一預定壓力閘值或一 壓力差時’顆粒即自過滤碟片1 〇 3沖洗，而當沖洗開始進行 時’膠狀懸浮液停止流動至孔穴1 1 0。孔穴1丨1開啟以去除 底過濾室102之膠狀懸浮液，去離子水或其他清潔劑則經過 孔穴110以輸入底過滤室102内，去離子·水令底過滤室丨们内 之膠狀懸浮液移位，其係經過孔穴111輸出及處理。在一預 定時間後去離子水即停止流動，且在含有任意凝結物與無 法再處理粒子之膠狀懸浮液已去除後，孔穴1丨丨即關閉。隨 後，較多膠狀懸浮液經過孔穴110以輸入底過濾室1〇2内， 通常頂過濾室101及底過濾室102係同時沖洗，沖洗後輸出 之過濾裝置100内少量去離子水對於一製造環境具有極少或 全供衝擊。應注意的是，當壓力感測器i 偵測出預定壓力 閘值或一壓力差時，並不立即沖洗底過濾室1〇2，而是警示 一操作員以採取一適當動作。 在過濾裝置100之正常操作狀態下，其係周期性地執行沖 洗，例如在一半導體晶圓之製造環境中，晶圓之處理係在 -21 -
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五、發明説明（19 ) 曰9圓批中芫成。過濾裝置1 〇〇通常不需要在處理一整批晶圓 <時間周期内沖洗，過濾裝置1〇〇之沖洗應隨著晶圓批之換 入及換出而定期執行，因此在工廠中對於半導體晶圓產量 全操衝擊，或者壓力感測器1〇9亦可設於頂過濾室1〇1内， 在此例子中’壓力降低表示過濾碟片103堵塞，沖洗過程可 在壓力掉至一預定壓力閘值以下時執行。 頂過濾室10 1包括一開孔以承接超音波罩杯丨〇4，超音波 罩杯104可將超音波驅動器丨〇5隔離及防護於膠狀懸浮液。 超音波驅動器105設於超音波罩杯1〇4内，來自超音波驅動 器1〇5之振動通過超音波罩杯1〇4而到達膠狀懸浮液，以撞 擊於過濾碟片103上且振動之，超音波罩杯1〇4容許超音波 驅動器105移除，以在不拆除過濾裝置1〇〇之情況下使用。 超音波罩杯安裝件106固接於頂過濾室1〇1，例如沿垂直 方向穿過超音波罩杯安裝件106及進入頂過濾室1〇1對應螺
統亦容許超音波罩杯104與超音波罩杯名 之陰螺紋，此固接系 :安裝件106做垂直方 •22· A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 向凋整。此外，一封閉件例如一〇形環，係設置接觸於超 音波罩杯安裝件106内之開孔表面壁上及超音波罩杯1〇4之 外表面’上述封閉件可防止加壓之膠狀懸浮液漏出於超音 波罩杯安裝件106開孔與超音波罩杯1〇4外表面之間。 頂過濾室101進一步包括一孔穴i 07及一孔穴丨〇8，孔穴 107、108分別為頂過濾室i〇丨之一輸入孔穴與一輸出孔穴， 膠狀懸浮液、清潔劑、及DI水係提供以通過孔穴1〇8而進入 頂過濾室101。在正常操作狀態下，孔穴1〇8關閉而孔穴1〇7 開啟，以輸出膠狀懸浮液至製造環境，必要時，孔穴1〇7亦 為一路徑，供於一沖洗期間自頂過濾室丨〇丨去除膠狀懸浮液 及其他材料。孔穴1 〇 8係開啟以供於沖洗期間，容許去離子 水或清潔劑等材料進入頂過濾室1〇1。 在過濾裝置1 00之一實施例中，頂過濾室丨〇丨及底過濾室 102係由一筒箍（圖中未示）組合在一起，頂過濾室ι〇ι及底過 濾至102主密合狀。一封閉件例如一〇形環，係設置接觸於 頂過濾室101之最底表面及底過濾室1〇2之最頂表面，以將 頂過滤室101封閉於底過濾室102，封閉係可防止加壓之膠 狀懸浮液漏出於頂過漉室101及底過遽室1 〇2之間。過減碟 片103係利用將頂過濾室101固持於底過濾室1〇2之筒箍之壓 縮壓力而定位，該壓力亦施加於一頂封環115及一底封環 116。在過濾裝置100之一實施例中，一圓形刀緣係設於頂 封環Π5或底封環116之接觸表面上，例如若頂封環丨15之接 觸表面呈圓形，則刀緣可設於整個表面上及周側。一過滤 元件例如一不鏽鋼線濾網係設於頂封環115與底封環丨16之 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐) ' ------ 510812 A7
大體上，當球形漿液輸送 大型顆粒時，半導體裝置之 送系統需花費高成本以排空 侖之膠狀懸浮液需予以棄置 觸表面μ 緣册過滅材科壓縮於底封環m之接 觸表面’構成一防漏密閉，可 力。 又 Ik裱境中常見之壓 二係—化學機械式抱光（CMp)工具之頂視圖⑴ 械式拋光工具200使用化學劑及 除材料，因此，控制所去除之材料:自—+導體晶圓去 /Γ去除《材科量及半導體 坦度即為半導體裝置製造上之重 卞 ,^ , !要因素。因為拋光化學劑 中大型顆粒所放之半導體晶圓刮損以孔乃工業上泛見之 問題。 系統或一特定CMP工具中發現 製造即停止，例如球形漿液輸 且清除所有顆粒，因為數百加 。同樣’受·到粒子污染之Cmp 工具亦應沖洗及清潔，最大之費用為CMp工具之停用時間 ，其將減少一工廠之產量，經估算一些半導體晶圓製造廠 有20-30%停工時間係因拋光化學劑之粒子所致。一測試晶 圓通常在運作一批晶圓之前先行運作，以決定刮損程度， 測試晶圓可避免一批晶圓受粒子損壞，但是當發現大型顆 粒時則其無法減少停工時間，此外，工廠之產量會因為運 作測試晶圓所需之時間而降低。 一 CMP工具200包含一壓板201、去離子水閥2〇2、一多輸 入閥203、一泵204、一過滤裝置205、一施配桿2〇6、一調 節臂207、一末端作用件212、一伺服閥208、一真空產生器 209、一晶圓承載臂210、及晶圓載具211。 -24· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱)
訂
510812 A7 B7 五、發明説明（22 壓板201係支承用於磨平一半導體晶圓處理側之介質及 化學劑，壓板201通常由金屬製成，例如鋁或不鏽鋼。一馬 達（圖中未示）連接至壓板2〇1，壓板2〇1可依使用者選定之表 面速度旋轉，·即軌道式或直線式運動，一拋光介質（圖中未 示）放置於壓板201上，拋光介質通常為一聚亞胺酯墊塊， 其柔軟且容許膠狀懸浮液輸送至一欲拋光之半導體晶圓表 面0 去離子（DI)水閥202具有一輸入及一輸出，輸入係連接於 一 DI水源’控制電路（圖中未示）使〇1水閥2〇2致動或失能， 當DI水閥202致動時DI水即提供於多輸入閥2〇3。多輸入閥 203容許不同材料泵送至施配桿2〇6，多輸入閥2〇3可具有使 用上所需之許多輸入，輸入至多輸入閥2〇3之材料例子為化 學劑、膠狀懸浮液、及去離子水。在CMp工具2〇〇之一實施 例中，多輸入閥203具有一第一輸入連接於〇1水閥2〇2之輸 出、一第二輸入連接於膠狀懸浮液源、及一輸出。控制電 路（圖中未TF)使多輸入閥203之所有輸入皆失能，或使閥之 任意組合致能，以利產生一選定之材料流動至多輸入闕2〇3 之輸出。 泵204包括-輸入連接於多輸入間2〇3之輸出，及一輸出 連接於過濾裝置205之輸人，泵2G4將接收自多輸人閥加之 材科录运至㈣裝置2G5，提供至請4之材料係在壓力下 攜送，且祕力依存於時間與㈣。_4心—特定用途 所需之速率準確地提供材料，系綱提供之菜送率為使用者 可選定式’即依所提供之材料而改變。減小流動率變化可 本纸張尺度適用中g g家標準(⑶S) 規格(2ι〇Χ297公著） -25 510812
供調整流動至接近於最小所需之流動率，以減少化學劑、 衆液、或DI水之耗損。 過濾裝置205係使用點之真時過濾裝置，容後詳述。過濾 裝置205之一輸入連接於泵2〇4之輸出，且過濾裝置2〇5之一 輸出連接於施配桿206之一輸入，此外，過濾裝置2〇5具有 一輸出213。使用前，由泵2〇4提供之膠狀懸浮液係做再處 理及立即過濾，在使用點去除膠狀懸浮液中之大型顆粒即 可免除刮損及鑿孔所致之CMP工具2〇〇停用。輸出213係供 過/慮裝置205供法再處理之大型顆粒去除及棄置。 一施配桿歧管（圖中未示）可連接至施配桿2〇6内，施配桿 歧官谷許化學劑、漿液、或DI水流至施配桿206，一變換方 式則採用一泵於各材料，以提供至施配样歧管。若多數之 不同膠狀懸浮液提供至施配桿歧管，以用於不同之磨平過 程中，則各材料可能需要一過濾裝置。使用多泵與過濾裝 置可藉由控制各材料相對應泵之流動率，而精確地以不同 組合型式施配材料。 施配桿206將化學劑 '漿液、或〇1水分配至拋光介質表面 ，施配桿206之輸入連接於過濾裝置2〇5之輸出。施配桿2〇6 具有至少一細孔，供施配材料至拋光介質表面上。施配桿 206懸附及延伸過壓板2〇1上方’使材料確實分配於拋光介 質之大部分表面上。 晶圓承載臂210懸吊一半導體晶圓於拋光介質表面上方， 晶圓載具21 i則連接於晶圓承載臂21〇，晶圓載具211係一總 成供保持半導體晶圓之處理側朝下，即欲製成半導體裝 -26- 本紙張尺度適用中g g家標準(CNS) A4規格(21Gx 297公茇) ------^ 510812
置之晶圓一側，並且供於拋光過程期間保持半導體晶圓之 一表面同平面於拋光介質之表面。晶圓承載臂21〇施加一使 用者可選定之下施加力於拋光介質表面上，大體上，晶圓 承載臂210可做旋轉運動及直線運動，半導體晶圓係利用真 丄以保持於晶圓載具211上。 真S產生器209係用於晶圓承載臂21〇之一真空源，真空 產生器209產生及控制真空，供用於晶圓承載臂21〇拾取之 晶圓。若一真空源可取自製造廠，則真空產生器2〇9即不需 要。真空產生器209具有一孔穴以連接於晶圓承載臂21〇之 一第一輸入，晶圓承載臂210之一第一輸出則連接於晶圓載 具211之一第一輸入，以提供真空至曝現於所固持半導體晶 圓表面之多數開孔。 伺服閥2 0 8提供氣體至晶圓承載臂2 1 〇，供於磨平過程完 成後退出晶圓，伺服閥208具有一輸入連接於一氣源，及一 輸出連接於晶圓承載臂210之一第二輸入。在cmp工具2〇〇 之一實施例中，提供至晶圓承載臂210之氣體為氮，晶圓承 載臂210之一第二輸出連接於晶圓載具211之一第二輸入， 以提供氣體至曝現於半導體晶圓表面之多數開孔。通常在 磨平過程期間，半導體晶圓不需要以真空同持，由伺服閥 208提供之氣體亦用於在磨平期間施加壓力於一晶圓之背侧 上，以利準確地控制晶圓之構形。 調節臂207係連接於及懸吊末端作用件212於拋光介質表 面上方，末端作用件2 12具有一研磨表面以研磨、清潔、及 磨平拋光介質表面，末端作用件212保持一共同平面關係於 -27-
510812 A7 B7____ 五、發明説明（25 ) 研磨表面與拋光介質表面之間。調節臂207係一轉換機構， 用於施加末端作用件212於拋光介質之一表面上。在調節臂 207之一實施例中，末端作用件212係直線地拉曳過拋光介 質之表面，末端作用件212拉曳過拋光介質表面之速度係可 變化，以利補償當末端作用件212自一外區域移至一内區域 時因為旋轉拋光介質之變化速率所致之不同摩擦率。通常 調節臂207可做旋轉及直線式運動，末端作用件212施加於 拋光介質表面之壓力或向下施力可由調節臂207控制。 CMP工具200之操作係設計以快速磨平半導體晶圓批之一 晶圓批’一晶圓批包含大約2 5枚晶圓’磨平一晶圓批之總 時間通常少於1.5小時，典型上，積體電路晶圓處理步驟係 在晶圓批上執行。晶圓承載臂210移動以自晶圓批拾取一半 導體晶圓，真空產生器209致能以固持半導體晶圓至晶圓載 具211，多輸入閥203及泵204則致能以提供膠狀懸浮液至磨 平製程，膠狀懸浮液輸送至過濾裝置205，且過遽及由施配 桿206輸出至拋光介質上。晶圓承載臂210放置半導體晶圓 以共同平面於拋光介質之表面，且拋光介質之表面塗覆膠 狀懸浮液。真空產生器209失能，在磨平製程期間，伺服闊 208致能而經過氮氣而施加一向下施力至曝現於晶圓載具 2 11之晶圓表面上，以利施加一控制之壓力。大體上，膠狀 懸浮液在磨平製程期間係連續地輸送，而在磨平製程完成 後，伺服閥208失能，且真空產生器209致能以固持半導體 晶圓至晶圓載具211。當一晶圓未進行磨平時，多輸入闊 203連接膠狀懸浮液至泵204之閥係關閉以避免膠狀雖浮液 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公嫠） 510812 A7 _____B7 __ 五、發明説明（26 ) 浪費。半導體晶圓經過清潔，隨後由晶圓承載臂210放置於 一位置，即貯存拋光之半導體晶圓處。 去離子水閥202係在晶圓啟始之間致能，多輸入閥203致 能以容許去離子水流入泵204，去離子水沖洗系統，以避免 凝結物形成於管線、過濾裝置205、及施配桿206内殘留之 膠狀懸浮液中。拋光之晶圓去除後，調節臂207攜行末端作 用件212以接觸於拋光介質。當一新的未拋光半導體晶圓送 到拋光介質以做拋光時，去離子水即沖洗且拋光介質之墊 塊調節動作停止，製程重複直到晶圓批中之所有晶圓皆拋 光為止。過濾裝置205沖洗晶圓啟始之間或晶圓批已完成拋 光時無法再處理之大型粒子，晶圓批隨後完成積體電路晶 圓之處理步驟，以製成完成之積體電路。 在過濾裝置205上之測試係以半導體晶-圓製造中所用之二 種膠狀懸浮液進行，第一種膠狀懸浮液稱為濃縮狀之SC1* 稀釋狀之SC112，SC1/SC112泛用於半導體工業之化學機械 式掘光製程中，第二種膠狀懸浮液稱為MS W 1500，MS W 1 500不常用於半導體工業中，此係因為凝結造成之嚴重刮 損問題。一化學機械式拋光製程之製造環境中所需之膠狀 懸浮液流動率係在每分鐘100-300立方厘米之間變化，其取 決於特定製程及欲使用之膠狀懸浮液。 大體上，用於氧化物拋光之漿液通常係使用SiCl4之化學 機械式拋光（CVD)所製成之二氧化矽粒子，初級粒子之尺寸 範圍在20至40亳微米，這些初級粒子聚集成至少15〇毫微米 尺寸，水性最終漿液内之固體含量係由12至13%之稀釋狀變 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 裝 訂
線 510812 A7
化為大約30%之濃縮漿液狀。 膠狀矽土係直接由溶液中之矽酸鈉製成，初級粒子 寸大致相同於蒸發之矽土 ’膠狀矽土漿較少發生凝結，惟 ，此型漿液比蒸發之矽土漿液昂貴大約2〇%。 氧化物拋光衆中之共同成分包括研磨顆粒、灣調整化 學劑、及-保持pH值之緩衝劑，研磨顆粒之—舉例材料為 二氧㈣，PH值調整化學劑之—舉例材料為氫氧化卸或氯 氧化銨’膠狀懸浮液之pH值需小心維持，以利用保持自的 外電荷於衆液顆粒上而防切土膠化，即俗稱為z電位， 並且用以增加拋光率。理想之顆粒尺寸係取決於所需之拋 光率及可接受之瑕疵程度，較大顆粒拋光較快，但是會造 成較高之瑕疵程度，通常〇.15至0.20微米之顆粒尺寸為二想 適用於具有〇·1 8至0.25微米裝置幾何形狀之半導體製程。應 注意的是，在本發明之前，顆粒尺寸大約5〇微米，因為在 此尺寸以下即無過濾顆粒之有效且經濟裝置。 許多處理方式會對膠狀懸浮液内之顆粒尺寸有負面影響 ，若膠狀懸浮液容許展期使用則會發生凝結，利用施加剪 力以攪拌或處理膠狀懸浮液會導致嚴重之凝結，冷卻膠狀 懸浮液亦會增加凝結及膠化，最後，降低pH值會減少表面 電荷及增加膠狀懸浮液中之凝結。 經觀察顆粒尺寸會自輸送時增加多倍至使用時，當SC 1稀 釋成SC112時大型顆粒計數技術可得知顆粒之增加情形，例 如以S C 112而言’大約5微米之大型顆粒數量為零，使用過 濾裝置205時，2.5微米之大型顆粒為零。透過SCI稀釋過程 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
裝 訂
線 A7 B7 五、發明説明（28 ) 氣成之SC112在15微米時即無大型顆粒，大型顆粒表示稀 釋過程產生凝結。 在爲鲂中，過濾裝置2〇5係用於減少sc丨稀釋期間生成之 土果、粒（1 5微米以上）導致之可預期瑕疵，理想上應需要 0·15至G.2G微米之顆粒尺寸，但是可用之㈣元件卻僅具有 2.〇微米之標稱過料n慮元件之絕對等級為5〇微米， 選用於過濾7L件< 濾網材料為316不鏽鋼濾網，其具有優異 ^抗腐#性及抗彎曲疲勞。如上’理想之過滤元件應為二 、.：气即具t面積但是無深度，截面最薄之遽網應選用 於防止因顆粒永久性叉織於過濾、裝置厚度所致之過遽裝置 堵塞。 4 過濾7C件之面積係經選定以確保流動率，且壓力降可為 應用上所接受，大約1.406仟克/平方米（2psi)之壓力降作用 於減少過濾碟片上之壓力。有一種可能性為，若壓力降太 高則過滤碟片可能受損，或者需以明顯增加之功率以振動 滤網。壓力降亦具有-誤差邊際，以容許堵塞所致之壓力 昇高且不影響流動率，邊際為4X或5.624仟克/平方米（8psl) ，其係開始沖洗過濾裝置205時所測得者。過濾元件之乾淨 面積大约107.5平方厘米，相當於丨17厘米之直徑。 一頻率係選出以傳送動能至膠狀懸浮液之凝結及未凝結 顆粒，以令凝結物破裂而無過多之粒子移動，一大型凝結 物破裂後過量之轉換運動會啟始不必要之顆粒對顆粒撞擊 ，因而產生更多凝結物。132 KHz頻率可容許溶液、顆粒、 及滤網有少量物理性位移，且防止過多之高能量渴凹。此 -31 - 本紙張尺度適财S S家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) ~------^ 外，選出之頻率可減少驅動器及濾網之彎曲疲 ^ 滤裝置不需要長期維修，例如丨年。 吏彳于過 、超音波驅動器之功率位準及自超音波驅動器至過 4距離係經選擇’以提供理想之動能及最大功率^於過 爐、碟片，試驗結果顯示，過滤裝置在無理想設定值情況= 將迅速堵塞，因為過濾裝置無法以流動率所需之速^再處 理顆粒。實驗數據係由具有60瓦功率輸出（針對SCI丨2及 MSW 15GG)(超音波驅動器運作，超音波驅動器與過滤碟 片間之距離大約為132艮^^訊號波長之四分之三。 一 揽拌器操作速度亦對過濾過程有所衝擊，例如每分鐘 2000轉之高速攪拌係提供一清潔動作於濾網表面上，並使 懸浮液中無法再處理之顆粒不堵塞過濾裝置。 SC1膠狀懸浮液之一應用為用於半導體晶圓製造中之圳溝 拋光’理想上半導體製造廠可準確控制SCI之稀釋，以做一 特定用途。自化學劑製造廠之SC112取得稀釋之SCI會提高 成本’並且侷限了對正確使用成分之控制，稀釋SC1將產生 大量凝結，因為當添加去離子水（pH 7)至濃縮之SCI膠狀懸 浮液（pH 12)時會發生pH值震盪，pH值震盪產生Z電位崩潰 ，而進一步使凝結問題惡化。圳溝拋光特別易受刮損，因 此若稀釋SCI時絕對需要過濾。 圖3係未過濾與已過濾之sc 112膠狀懸浮液之圖表，γ軸 線列示在60毫升樣品中測得之顆粒數，X軸線列示測得之 顆粒直徑，一曲線300代表取自未過濾SCI 12之數據，一曲 線301代表取自已過濾SCI 12之數據，用於產生已過濾 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 510812 A7 _ B7 五、發明説明（3〇 ) SC 112數據之過濾裝置係依上述操作。SC 112係SCI膠狀懸 浮液之稀釋型式，其通常由化學劑製造廠以深度介質過濾 裝置稀釋及過濾’由化學劑製造廠進行之過濾過程在大約5 微米時產生零數量之顆粒尺寸。 測試期間過濾裝置之流動率為每分鐘丨5〇立方厘米，相當 於一製造環境中所用之速率，過濾碟片中之開孔為2〇微米 標稱值及5.0微米絕對值，過濾碟片之清淨面積為大約ι〇7·5 平方厘米。超音波驅動器係在60瓦功率下以132 KHz頻率操 作’過濾碟片與超晋波驅動器之間間距為一丨32 KHz訊號之 波長之四分之三。 大於2·0微米之膠狀懸浮液内顆粒係由過濾裝置分裂成較 小顆粒，曲線301之波峰3〇2表示凝結物自較大尺寸再處理 成一較小尺寸。當相較於未過濾之SCU2時，波峰3〇2即相 當於增加2.0微米之顆粒。已過濾之SC112之計數〇係由曲線 301之點303表示，計數〇發生在3·〇微米以下之顆粒。過濾 後即出現大於2.0微米之顆粒，因為顆粒並非理想地呈圓形 ，因此大於2 · 0微米之顆粒可通過過濾、裝置。再者，過遽裝 置之絕對等級為5·0微米，意指較大顆粒可通過過滤裝置。 曲線301下方之一區域3〇4顯示過濾後顆粒出現於點3〇3，即 顆粒之計數大於0，此異象據信為實驗之前過濾裝置中已存 在有顆粒，顆粒在過滤前係位於腔室之過遽側内。 圖4係未過濾與已過濾之MSW 1500膠狀懸浮液之圖表， MSW 1500係一設計用於具有鎢栓塞之半導體製程中供金屬 拋光之膠狀懸浮液，不使ffiMSW 15〇〇之原因在於其使用前 -33- 本紙張尺度適财S國家標準(CNS)八4涵210 X 2;疋 510812 A7 B7 五、發明説明（31 ) 易形成凝結物，MSW 1500會因為較大顆粒而關閉一半導體 製造區，造成生產量損失。 目前用於拋光鎢之膠狀懸浮液為習知之W-A400FE400二 元漿，FE400為超強之氧化劑，而W-A400/FE400係使用前 需混合之材料組合，但是混合過程會使人員曝現於化學藥 品，造成嚴重灼燒。混合後，W-A400/FE400需在數小時内 使用，此相當於其短暫之擱置壽命。W-A400/FE400亦會損 壞一 CMP工具，FE400會腐蝕壓板、CMP工具之FE400蓋子 潤濕表面產生之氧化鐵，且氧化鐵亦會堵塞閥、管線、及 混合裝置。 MSW 1500並無毒害且不需混合，但是當其在一轉送管線 内時，則需在一容器内以一攪拌器固定攪拌，容器係如一 筒鼓或乾槽櫃内，或以每秒大於1呎之速，度去除材料。MS W 15〇0之擱置壽命大於W-A400/FE400者，一成本分析顯示 MSW 1500優於W-A400/FE400，二者之售價幾乎相同，但 是使用MSW 1500時壽命較長。拋光介質為一聚亞胺酯墊塊 ，其在半導體裝置之製造中為昂貴之耗材，資料顯示使用 W-A400/FE400之墊塊可拋光700牧晶圓，而使用MSW 1500 之墊塊可拋光800枚晶圓。 膠狀懸浮液之性能資料較有利於MSW 1500, MSW 1500 之瑕疵率及不良率為32.1，而W-A400/FE400為75.7，MSW 1500之黏膠選擇率為2 : 1 (1 : 1為最佳），而W-A400/FE400 為6 : 1，MSW 1500之氧化物選擇率為40 : 1，而W-A400/FE400為50 : 1。MSW 1500之平坦膜清潔時間為快30 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 訂
線 510812 A7 _____ B7 五、發明説明（32 ) 秒（W-A400/FE400 為 3 : 45，MSW 1500 為 3 ·· 15) , MSW 1 500之圖型曰曰圓清 >糸時間（6,〇〇〇埃）為快2〇秒（W-A400/FE400 為3 : 15，MSW 1500為2 : 55)。顯然，若無凝結問題則半 導體製造廠會採用MSW 1500。 請回到圖4之圖表，γ軸線列示在1〇毫升樣品中測得之顆 粒數，X軸線列示測得之顆粒直徑，一曲線4〇〇代表取自未 過濾MSW 1500之數據，一曲線4〇1代表取自已過濾MSw 1500之數據，用於產生已過濾MSW 15〇〇數據之過濾裝置係 依上述操作。曲線400代表未過濾樣品中超過2〇微米直徑之 大量顆粒，若顆粒直徑超過25微米則不可使fflMSW 15〇〇拋 光鎢。 測試期間過濾裝置之流動率為每分鐘丨5()立方厘米，相當 於一製造環境中常用之速率，過濾碟片中之開孔為2〇微米 標稱值及5.0微米絕對值，過滤碟片之清淨面積為大約ι〇7.5 平方厘米。超音波驅動器係在60瓦功率下以132 KHz頻率操 作，過濾碟片與超音波驅動器之間間距為一丨3 2 KHz訊號之 波長之四分之三。 大於2.0微米之膠狀懸浮液内顆粒係由過濾裝置分裂成較 小顆粒，曲線401之波峰402表示凝結物自較大尺寸再處理 成一較小尺寸。當相較於未過濾之MS W 1500時，波峰402 即相當於増加2.0微米之顆粒。已過濾之MSW 1500之計數〇 係由曲線401之點403表示，計數0發生在大約18微米之顆粒 。曲線401下方之一區域404顯示過濾後出現顆粒（點403)， 即顆粒之計數大於〇，此異象據信為實驗前過濾裝置中已存 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 510812 A7 B7 五、發明説明（33 在顆粒’顆粒在過滤前係位於腔室之過滤側内。 理論上，已過濾之MSW 1500中，即曲線4〇1，不應存在 5.0微米以上之顆粒，過濾綠片之絕對等級為5 〇微米，吾人 並不瞭解此分配之原因，儘管吾人可假設之。顆粒之長寬 比可高達2: 1，此建議在一度量中之5·〇微米顆粒可在另一 度I中為10.0微米，若以較小度量為準則其仍可通過過滤 碟片，另一項假設為凝結可在過濾後立即發生。在任一例 子中，已過濾之MS W 1500之生成分配可減小最大之粒子至 一尺寸，容許膠狀懸浮液使用於半導體晶圓之製造中。 目前可以瞭解的是一可過濾膠狀懸浮液之過濾裝置己揭 露於世，過濾裝置可在使用點操作，且其流動率可為一製 造環境中所需，此外，過濾裝置不必在製造環境停工期間 保養。習知之“過濾”過程並不適用於-過濾膠狀懸浮液， 因為懸浮液中有高粒子計數，過濾裝置迅速堵塞及栓塞， 需要不斷更換，而利用過濾裝置去除過多粒子亦會改變膠 狀懸浮液之化學性，致使其無法應用。將一預定尺寸以上 之顆粒做再處理可供製成一真時操作之過濾裝置，再處理 之較小顆粒通過一過濾元件，藉以防止過濾裝置堵塞，而 化學性僅藉由去除無法做再處理之大顆粒而調整之。 -36- 本紙張尺度適用中g國家標準(CNS) Μ規格(⑽〉〈297公爱) 裝 訂
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Claims (1)
- ο順12—種減小膠狀懸浮液内顆 法，包含以下步驟·· 尺寸及増加顆粒均勾度之方 刀攻膠狀懸浮液内之凝結物； 限制膠狀懸浮液之顆# 之其他顆粒；& 一移動’以防止撞擊膠狀懸浮液 過濾膠狀懸浮液。 2. 如申請專利範圍第1項之古生止 /、爻万法，進一步包括以下步騾： 產生一壓力差通過一讲、查― & Λ 過濾兀件，使得膠狀懸浮液流過 琢過濾兀件；及 3. 振動該過滤元件以分裂膠狀懸浮液之顆粒。 如申請專利範圍第2項泠女i 、r μ <万法，進一步包括改變振動頻率 以將振動能量散佈於該過濾元件之步驟。 4·如申請專利範圍第2項之方法，進一步包括以超音波頻率 或以上者振動該過濾元件之步驟。· 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中振動該過滤元件以分 裂膠狀懸浮液顆粒之步驟係進—步包括在未發生滿凹處 操作之步驟。 6* 一種製造積體電路之方法，包括以下步驟·· 援供一半導體晶圓至一化學機械式拋光工具； 提供一膠狀懸浮液至該化學機械式拋光工具； 過遽上述之膠狀懸浮液，包括將膠狀懸浮液中之大粒 子再處理成小粒子，使其通過過濾元件；及 以過遽之膠狀懸浮液自該半導體晶圓去除材料。 7·如申請專利範圍第6項之方法，其中過濾該膠狀懸浮液之 37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) d 1 ν/Ο丄厶 A8 B8 C8步驟包括在-使用點處及在真時料該膠狀懸浮液。 8· -種具有„輸人及_輸出之過濾裝置，過濾裝置包含： 腔至，具有一第一體積及一第二體積，供分別貯存 未過滤材料及已過濾材料，其中過濾裝置之輸入係聯結 於該第一體積，及其中過濾裝置之輸出係聯結於該第二 體積； 一振動裝置，係聯結於該腔室，而以超音波頻率或以 上者產生振動；及 一過濾元件，係將該腔室之該第一體積分隔於該腔室 之該第二體積，該過濾元件係反應於該振動裝置。 裝 9·如申請專利範圍第8項之過濾裝置，其中該過濾元件係一 線網式過濾裝置。10.如申請專利範圍第8項之過濾裝置，進一步包括一磁性攪 拌桿，係設於該腔室之該第一體積内 •線 -38-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格χ 297公爱)
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