TWI257889B - Method and apparatus for preparing slurry for CMP apparatus - Google Patents

Description

I257889 ⑴ 攻、發明說明 t胃明所屬之技術領域】 本發明是關於化學機械拋光（CMP )裝置用之泥漿的 製備方法及裝置。 【先前技術】 隨著半導體積體電路設計規則縮短，CMP已在平面化 如內層膜的層的處理上獲得普及。大部分用作CMP的泥 漿包含細粒子係與如pH調節器的試劑散佈在水溶液的固 液體散佈系統。泥漿自各種泥漿製造商以液體形式當作庫 存泥漿溶液是有用的。少量（如，比重2%的等級的產生 的溶液）的過氧化氫（H2〇2 )係普遍作爲庫存泥漿溶液的 添劑。因此，庫存泥漿溶液及添劑以及其類似是作爲泥漿 的材料。 製備拋光裝置用的泥漿的一般裝置是以圖2橫截面顯 示的類型的裝置。泥漿製備裝置也可作用如供應泥漿的泥 漿貯箱（泥漿饋送器）。 圖2中’泥漿製備裝置1有穿過上蓋插入缸中的導管 2，3及4。導管5係連接至缸底。導管2是作爲供應庫存 泥槳溶液用（它係自製造商購買）且導管3是作爲供應添 劑。導管5是作爲汲取及供應泥漿至泥漿饋送器，且導管 4是作爲將泥獎送回紅中。 導管4及5係連接至CN1P裝置，且用作將泥漿自泥 漿饋送器1供應至CMP裝置同時使泥漿循環。導管6係 (2) 1257889 連接於導管4及5之間’且作用如使泥漿循環於泥漿饋送 器1及C Μ P裝置之間的導管4及5間的旁通管。因此， 幫浦7以及閥8及9係供作輔助裝備。 泥漿的製備係分別經由導管2及3藉由供應庫存泥漿 溶液及添劑，且以攪拌器攪拌它們，未顯示’而完成。類 似地，庫存泥漿溶液及添劑被供應且攪拌以製備泥漿隨著 它在泥漿饋送器1減少。在操作上，所供應的庫存泥漿溶 液及添劑的量係使用配置在泥漿饋送器1內的水準儀（未 顯示）管理。 在某些例子中，泥漿起初不是在上述的泥漿饋送器1 中製備，且外部且分開地供應經製備的泥漿。在此例中， 導管2及/或導管3係僅用以加庫存泥漿溶液及/或添劑。 然而，在上述習知的泥漿饋送器1中製備泥漿，會發 生Η2〇2濃度也許由於Η2〇2的分解特性過度降低的問題， 即使所供應的庫存泥漿溶液及添劑，Η2〇2的期初量可正確 地被管理。結果，混合比例改變且它將嚴重地影響拋光品 質。 爲避免該問題，它已是一般實例以規則地取樣泥漿， 測量泥漿中η2〇2濃度，且以在較基準線高的Η2〇2濃度的 外部貯箱製備的額外泥漿以致於泥漿中目前濃度可被校正 ，或使用導管2及/或導管3以庫存泥漿溶液及/或Η2〇2而 饋送貯箱。 然而，在負荷電鑄板之上習知貯箱：目前泥漿量及泥 槳中Η2〇2濃度應係在計算額外泥漿量及額外泥漿中Η2〇2 -6 - (3) 1257889 濃度之前正確地獲得，且額外泥漿需被製備，或庫存泥漿 溶液及/或H2〇2需根據計算使用導管2及/或導管3而被供 應。這些需要不適於處理控制的手動操作。 這些也需要設施如取樣的裝備，額外泥漿的外部貯箱 ，及其類似。 【發明內容】 本發明在這些情況的方面已經達成，且本發明的目的 是提供以簡單的組態而製備CMP裝置用的泥漿的方法以 及裝置，用其改進泥漿混合正確性且對於當作少量添劑的 H2〇2正確測量的自動地達成。 爲達成上述目的，本發明係針對製備CMP裝置用的 泥漿的裝置，包含··製備泥漿的貯箱；饋送泥漿用庫存溶 液進入貯箱的庫存溶液饋送器；以及設於貯箱外側且適於 測量貯箱中泥漿的添劑濃度的感測器，其中貯箱中泥漿的 添劑濃度係由感測器測量，且將供應的泥漿用庫存溶液量 係根據貯箱經測量的添劑濃度控制。 最好是，感測器係自貯箱經由導管供有泥漿，且幫浦 設備係設在感測器的上游以抑制泥漿流中的脈動。理由是 抑制在泥漿導管中感測器的上游的泥漿的脈動，而可改進 添劑濃度的測量正確性。 本發明也係針對製備CMP裝置用的泥漿的方法，包 含的步驟有··以位於貯箱外側的感測器測量製備泥漿用的 貯箱中泥漿的添劑濃度；以及根據經測量的添劑濃度而控 (4) 1257889 制待供應的泥獎用的庫存溶液量。 丰艮丨康$發明’泥漿的添劑濃度係由能夠測量製備泥漿 用的貯箱中泥漿的添劑濃度的感測器測量，且待供應的庫 存泥漿溶液量係根據測量而控制。所以，本發明提供泥漿 的高度混合正確性’添劑濃度的自動測量，以及自動供應 泥漿的庫存材料。 術語”泥獎的庫存材料，，在此用作包括以液體形式來自 各種製造商可用的庫存泥漿溶液，添劑，典型是過氧化氫 (H2〇2 ) ’且如需要加入純水。 雖然過氧化氫（H2〇2 )作爲添劑是典型的，也許使用 J其匕材料’如尿素（urea peroxide)。 【實施方式】 較佳實施例的詳細說明 現在將參考圖形而說明製備根據本發明的CMP裝置 用的泥獎的方法以及裝置的較佳實施例。 Η 1顯示根據本發明泥漿製備裝置1 〇的整個組構的 槪圖。泥獎製備裝置包含製備泥漿用的貯箱12，Η2〇2濃 度的測量設備1 4，泥漿用的庫存溶液饋送器1 6以及控制 系統的控制設備1 8。 製備泥漿用的貯箱1 2係塑膠做的圓柱貯箱且固定於 重量感測器1 4的一荷重元上，以致於重量感測器1 4承受 貯箱1 2的全重。 導管20及22係穿過其上蓋與貯箱1 2的內側接通。 - 8 - (5) 1257889 導管24也係穿過上蓋設置。導管24係連接至幫浦26且 按規定路線送至汲取用的拋光裝置且供應泥漿至CMP裝 置。導管28可被操作以消耗貯箱1 2的內容。 導管70係穿過貯箱的側壁設置且經由h2〇2濃度的測 量設備1 4穿過上蓋回到貯箱1 2。 貯箱1 2係設有攪拌內容的攪拌器3 2。以攪拌器的攪 拌係由位於由馬達32A驅動的軸的末端的旋轉葉片達成。 連接至貯箱12的這些導管20，22，24 ，28及70以 及攪拌器3 2係鬆散地連接到那裏以致於誤差不能由重量 感測器1 3而導入重量測量。此組構也許係由使用，例如 ，有彈性的軟管及其類似而獲得。 典型地，重量感測器13也許最好是荷重兀（load cell )，雖然它也許是任何可感測且擷取當作固於其上的貯箱 1 2的重量的電信號之物。也許使用的此荷重元包括，例 如，自 Technical & Try 公司的模式 TTS-100-1300-SW205 荷重元（模式MX- 8 8 00也許被用作控制器13A )。範圍自 0至15 kg，及0至5000 mV的荷重元的指示可被獲得當 作類比輸出。 自控制器1 3 A的類比輸出係發送至電腦（未顯示）。 自控制器1 3 A的類比輸出係發送（經由通道1 )至且記錄 於資料記錄簿90上。 H2〇2濃度的測量設備14包含幫浦72 ’第一節流閥設 備74，第二節流閥設備76，感測器或Η2 0 2濃度測量儀78 ，流量計8 0，且自貯箱1 2排列供以連接幫浦7 2 ’第一節 (6) 1257889 流閥設備74，第二節流閥設備76，感測器或H2〇2濃度測 量儀7 8，流量計8 0的上述導管且回到貯箱1 2。 在此組構中，隔膜幫浦係用作液體幫浦7 2，雖然確 實地傳輸庫存泥漿溶液的任何類型的幫浦也許被使用。 第一節流閥設備74及第二節流閥設備76也許是任何 由於幫浦7 2而能夠在泥漿流的抑制脈動的類型。兩節流 閥係線性排列地整備以加強效果；也許根據泥漿中的脈動 程度及節流閥設備效能而僅提供單一節流閥。 H2〇2濃度測量儀7 8也許是任何可感測及擷取當作泥 漿中H2〇2濃度的電信號，且例如，也許使用來自富士工 程公司的H2〇2濃度測量儀（FUD-1模組-1 1 )。儀器的指 示範圍是重量0至5%。 自ΙΟ:濃度測量儀78的輸出（經由通道2 )係經由 整流器7 8 A及電腦（未顯示）發送至定序器62，以及記 錄它的資料記錄簿90。 流量計80也許係外表上可被讀取的類型如分錐管流

I 量計，且最好是可擷取經測量的値當作電信號的類型，如 電磁流量計。 庫存溶液饋送器16包含庫存溶液貯箱40及42作爲 儲存供應至貯箱1 2的庫存硏漿溶液及添加溶液等，自這 些貯箱供應庫存硏漿溶液及添加溶液的液體幫浦44及46 ，流量計48及50，開/關供應的閥52及54，以及經由貯 箱1 2自庫存溶液貯箱40及42線性排列地供以連接液體 幫浦44及46，流量計48及50，閥52及54的上述導管 -10- (7) 1257889 20 及 22 。 在此組構中，隔膜幫浦係用作液體幫浦44及46，雖 然確實地傳輸庫存硏漿溶液及添加溶液等的任何類型的幫 浦也許被使用。 流量計48及50也許係外表上可被讀取的類型如分錐 管流量計，且最好是可擷取經測量的値當作電信號的類型 ，如電磁流量計。這些輸出係經由信號線（通道3及通道 4 )發送至作爲儲存用的資料記錄簿90，於下說明。 閥52及54是可開/關供應器當作控制設備18驅動螺 線管52A及54A，於下說明。 控制設備1 8包含控制整個泥漿製備裝置的電腦（未 顯示），自電腦接收命令且控制開關閥52及54的螺線管 52A及54A的定序器62。 因此，資料記錄簿90係供以接收自流量計48，50及 重量感測器1 3的控制器1 3 A發送的信號，以及自整流器 7 8 A的Η 2 0 2濃度測量儀7 8發送的信號，且記錄庫存泥漿 溶液及添劑等的流動，以及貯箱1 2的重量上連續的測量 〇 閥3 0係供以在消耗貯箱12的內容等使用，且閥3 〇 也可被操作以汲取使用浮式及其類似的比重計監視的此貯 箱中經混合的泥發。 流量計4 8，5 0及資料記錄簿9 0對於本發明不是基本 需求。 現在將說明組構上述泥獎製備裝置1 〇中製備泥獎的 -11 - (8) 1257889 方法。在此將說明在空貯箱1 2中製備新泥漿的順序。 首先，重量感測器1 3測量空貯箱1 2的重量，以及自 重量感測器1 3的控制器1 3 A的輸出係發送至電腦且儲存 在那裏。 接著驅動液體幫浦44，且庫存溶液貯箱40中的添劑 (此例中是過氧化氫）係供應到貯箱12。此時，閥5 2是 在接通（打開）狀態。根據貯箱12的重量達到預定的重 量値（該重量係由電腦決定），電腦經由定序器62控制 螺線管52A，將閥52帶入切斷（關閉）狀態。此造成添 加溶液（Η 2 0 2 )供應停止。 接著驅動液體幫浦46，庫存溶液貯箱42中的庫存泥 漿溶液（在此例中，該溶液是自CABOT的膠狀二氧化砂 ，產品編號：SSW2000 )係供應到貯箱12。此時，閥54 被帶到接通（打開）狀態。根據貯箱12的重量達到預定 的重量値（該重量係由電腦決定）’電腦經由定序器62 控制螺線管54A，將閥54帶入切斷（關閉）狀態。此造 成庫存泥漿溶液供應停止。 同時，由於以上操作，經供應的H2〇2及庫存泥漿溶 液係由攪拌器32在貯箱1 2中攪拌且均勻地混合。 資料記錄簿9 0接收自流量計4 8，5 0及重量感測器1 3 的控制器13A發送的信號，以及自H2〇2濃度測量儀78的 信號，且記錄記錄庫存泥漿溶液及H2 02等的流動’貯箱 1 2的重量，以及Η 2 0 2濃度上連續的測量。 現在將說明在泥漿製備裝置1〇中補充Η202的方法。 -12- 1257889 Ο) 幫浦72係連續地操作以避免導管70中泥漿的停息或測量 Ιί2〇2濃度中H2〇2濃度的誤差。另外，也許在另一實施例 中在各H2〇2濃度測量之前在預定時間開始操作。 使用H2〇2濃度測量儀78的H2〇2濃度測量也許係以預 定時間間隔中連續地或定期地實行。在此將說明以預定時 . 間間隔中定期地實行測量的實施例。 如果自H2〇2濃度測量儀78的H2〇2濃度測量落在下限 的預定値之下，由電腦命令的定序器62驅動液體幫浦44 以供應庫存泥漿溶液40的H2〇2 (過氧化氫）進入貯箱12 。此時，閥52是在接通（打開）狀態。根據貯箱中H2〇2 濃度達到預定値（H2〇2濃度係由電腦決定），電腦經由定 序器62控制螺線管52A，將閥52帶入切斷（關閉）狀態 。此造成H2〇2供應停止。 爲正確地調整泥漿中H2〇2濃度，此時必需知道供應 H2〇2的泥漿容量。爲這目的，重量感測器1 3測量貯箱1 2 的重量，自重量感測器1 3的控制器1 3 A的輸出係發送至 電腦且將被供應的H2〇2量係以泥漿容量的考量下計算。 在連續供應H2〇2的例子中，在H2〇2濃度測量儀78測 量貯箱12中H2〇2濃度之前產生的時間延遲是不可避免的 。所以，有某一時間常數。因此也許採取間歇地供應 Η2〇2的方法，或也許採用預定控制法（例如，PID控制） 〇 如果在補充Η2〇2中在貯箱12有少量的泥漿量，庫存 泥漿溶液也許與Η2〇2的供應一起供應。在此例中，該程 -13- (10) 1257889 序是類似於製備期初泥漿的程序。 現在已說明了製備根據本發明CMP裝置的泥漿的方 法以及裝置的較佳實施例。然而，本發明不限於上述示例 的實施例，且也許製作了各種狀況。例如，在以上實施例 中已說明了使用過氧化氫（H2〇2 )當作添劑的範例，另一 實施例也許採用其它材料，如尿素，也許被用作添劑。 根據本發明，泥漿中添劑濃度係在製備硏漿用的貯箱 中由能夠測量泥漿中的添劑濃度的感測器測量，且將被供 應的庫存泥漿溶液係根據測量而控制，如上述。所以，本 發明提供泥漿的高度混合正確性，添劑濃度的自動測量， 以及泥漿的庫存材料的自動供應。 感測器係自貯箱經由導管供有泥漿，且如果節流閥設 備係設在感測器的上游以抑制泥漿流中的脈動，它作用以 抑制在泥漿導管中感測器的上游的泥漿的脈動，而可改進 添劑濃度的測量正確性 然而，應了解並不想限制發明成所發表的特定形式， 但相反地，發明將涵蓋落在發明的精神及範圍內如附加申 請專利範圍所表示的所有修改，其它建構及對等條款。 【圖式簡單說明】 本發明的特性，以及其其它目的及優點，將於下參考 附圖說明，其中類似的參考字元在整個圖形中表示相同或 類似的零件且其中： 圖1顯示根據本發明製備泥漿用的裝置的整個組構的 -14- (11) 1257889 槪圖； 圖2顯示製備泥漿用的習知裝置的範例的槪要截面圖 主要元件對照表 1 泥漿製備裝置 2 導管 3 導管 4 導管 5 導管 6 導管 7 幫浦 8 閥 9 閥 10 泥漿製備裝置 12 貯箱 14 測量設備 16 庫存溶液饋送器 18 控制設備 20 導管 22 導管 24 導管 26 幫浦 28 導管 30 閥 -15- (12)1257889 32 攪拌器 32A 馬達 62 定序器 13A 控制器 54 A 螺線管 40 庫存溶液貯箱 42 庫存溶液貯箱 44 液體幫浦 46 液體幫浦 48 流量計 50 流量計 52 閥 5 4 閥 52A 螺線管 90 資料記錄簿 70 導管 13 重量感測器 72 幫浦 74 節流閥設備 76 節流閥設備 78 H2〇2濃度測量儀 80 流量計 78A 整流器 -16-

Claims (1)

1. (1) 1257889 拾、申請專利範圍 1. 一種製備化學機械拋光裝置用的泥漿的裝置，包含 製備泥漿的貯箱； 饋送泥漿用庫存溶液進入貯箱的庫存溶液饋送器；以 及 設於貯箱外側且適於測量貯箱中泥漿的添劑濃度的感 測器， 其中貯箱中泥漿的添劑濃度係由感測器測量，且將供 應的泥漿用庫存溶液量係根據貯箱經測量的添劑濃度控制 〇 2. 根據申請專利範圍第1項的裝置，其中感測器係自 貯箱經由導管供有泥漿，且節流閥設備係設在感測器的上 游以抑制泥漿流中的脈動。 3. —種製備化學機械拋光裝置用的泥漿的方法，包含 的步驟有：以位於貯箱外側的感測器測量製備泥槳用的貯 箱中泥漿的添劑濃度；以及根據經測量的添劑濃度而控制 待供應的泥漿用的庫存溶液量。 -17-