专利名称：一种化学机械抛光液的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光液的制备工艺。
背景技术：
随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片的集成度已达几十亿个元 器件，特征尺寸己经进入纳米级。这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其
是多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械平坦化(CMP)。化学机械抛光液能 够选择性地促进特定半导体表面材料的去除，常规的化学机械抛光液包括研磨 颗粒和各种化学添加物，例如研磨速率提升剂、腐蚀抑制剂、氧化剂、酸碱度 调节剂和载体。
目前，化学机械抛光液的制备主要采用的是小规模，低效率的顺序型加料
制备方式，其流程为在一反应容器中，通过加料管道(口)，将所需组分按顺 序依次加入。在加料全部结束并混合均匀后方进行质量控制点的取样测量，如
pH、浓度、LPC和ICP等。该工艺过程中需要使用1)多种计量设备，如天平 和地秤；2)复杂的管路管线阀门及其控制系统；3)各种输送泵。通常，这些 工业设备的计量精度较低，使用负荷较大，所以容易发生错误或使用失误。而 作为半导体行业使用的化学机械抛光液往往对组分的浓度，质量等要求很高， 并且原料通常比较昂贵，所以为避免发生质量事故，通常采用比较安全的顺序 型加料混合制备方法来避免此类事故的发生。这种制备工艺的缺点也是显而易见的1)工艺流程时间过长整个生产周 期为所有操作流程时间的累加，效率较低，会导致生产线产能低下；2)产品质 量控制风险大工艺流程过程中没有插入明确有效的质量控制手段，如果工艺 过程中任何一步出现失误或误操作会导致整个后续工艺流程成为无用功。产品 质量合格与否，除控制所有单组分原料质量外，完全依靠最后阶段的检测，为 完全被动式操作。因此，从成本和效率方面来看，迫切需要一种新的制备工艺 来克服这种问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的化学机械抛光液的制备工艺 生产周期长，效率低，产品质量控制风险大的缺陷，而提供一种新的化学机械 抛光液的制备工艺。
本发明的化学机械抛光液的制备工艺为将化学机械抛光液的各成分按其 工作机理、功能、化学或物理性质分组，平行的将每组的成分分别进行混合， 得到各中间预混物，对中间预混物进行质量控制测试，全部中间预混物检测合 格后，进行混合，制得化学机械抛光液。
其中，所述的质量控制测试可为对PH、浓度、固含量、颗粒总数检测和痕 量金属离子含量检测的质量控制测试。
其中，所述的分组较佳的为分成2~5组，更佳的为分成3或4组。
化学机械抛光液通常包括组分研磨颗粒、流体力学控制剂、表面活性剂、
络合剂、杀菌剂、PH调节剂和缓蚀剂等。其中，研磨颗粒是在化学机械抛光过
程中主要起机械研磨作用， 一般为较高浓度的水溶液。可以通过去离子水稀释其浓度来保持研磨颗粒胶体溶液的稳定性。流体力学控制剂是用于在化学机械 抛光过程中控制抛光液流体力学状态，通常为水溶液。表面活性剂是用于化学 机械抛光过程中增加抛光液的清洁效果， 一般为高分子化合物溶液。络合剂是 用于络合研磨下来的金属离子， 一般为高分子化合物溶液。缓蚀剂是用于防止
过度的电化学腐蚀，如苯并三氮唑(BTA)的水溶液。pH调节剂是用于调节化学 机械抛光液的pH值至最适宜范围，通常是酸或碱的水溶液。杀菌剂是用于防止 化学机械抛光液中生成细菌从而影响其质量和性能， 一般是高分子化合物溶液。
本发明的较佳实例中，按如下方案进行分组
中间预混物l:研磨颗粒和水。中间预混物l需经颗粒总数检测(LPC)、 pH
和固含量检测合格后使用。
中间预混物2:流体力学控制剂和水。中间预混物2需经浓度、颗粒总数检
测和痕量金属离子含量检测合格后使用。也可将研磨颗粒、水和流体力学控制 剂混合作为 一个中间预混物。
中间预混物3:表面活性剂、络合剂、缓蚀剂和杀菌剂中的一种或多种，以
及水和pH值调节剂。由于上述成分化学，物理性质均比较温和，没有互相冲突，
且这些组分在化学机械抛光液中的含量少，浓度低，为避免这些低含量组分单
独加入造成操作失误，所以将这些组分单独混合作为中间预混物3。中间预混物 需经浓度、pH、颗粒总数检测和痕量金属离子含量检测合格后使用。也可将缓
蚀剂单独提出作为一个独立的中间预混物，这尤其适用于使用混合缓蚀剂时的 操作。
中间预混物4: pH值调节剂。由于化学机械研磨液的特殊性，其pH值通常
要求较为精确，变化范围较小，在实际调节中可能会耗时较长，所以较佳的将pH值调节剂分成两部分， 一部分加入至中间预混物3中，剩余部分直接用于最 终抛光液pH值得调节，这两部分的质量比通常是60~80%: 20 40%。也可将所 有的pH调节剂与表面活性剂、络合剂、缓蚀剂和杀菌剂混合，不单独取部分 pH调节剂作为一个中间预混物。
本发明中，所述的水为去离子水。
本发明的积极进步效果在于
1. 采用平行化工艺流程替代远顺序型工艺流程，大大縮短工艺流程时间， 提高生产效率和产能，降低生产成本，提高产品竞争力。
2. 针对分组后制备的各中间预混物增加质量控制点，如pH,浓度，LPC和 ICP等。所有中间预混物经检测合格后方可用于最终化学机械抛光液成品的混 合，极大地增加了工艺流程质量控制点和提高了质量控制水平，产品质量保障 得到极大提升，降低生产质量事故风险。
图1为本发明制备抛光液的生产设备示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所 述的实施例范围之中。
实施例1 一种铜阻挡层化学机械抛光液的制备工艺 1.仪器设备列表-
生产线路设备包括成品混合罐，中间预混物混合罐，原料溶液制备罐，原料工艺管线，输送泵，搅拌器，纯水供应管路，计量(称量)，控制仪器及相 应的电器控制系统等。
质量分析检测设备颗粒总数检测设备PSS780、 Rion KF-28B;痕量金属 离子含量检测设备Perkin Elmer ICP2100DV;浓度检测设备Waters 1525 HPLC; pH计Mettler Toledo SevenMulti pH计。 2.制备工艺-
1) 确认所有原料经检测合格，到位；检查并校正计量设备，生产设备，纯 水供应系统，确保其符合使用规范和要求；
2) 中间预混物1:经供料系统向成品混合罐中加入1470公斤二氧化硅研磨 颗粒和1445公斤纯水，并开启至搅拌混合均匀，经颗粒总数检测(LPC)、 pH和 固含量检测合格后待用；
中间预混物2:向混合搅拌罐1中加入210公斤甘油(丙三醇)，并加入 210公斤水，搅拌至混合均匀，经浓度、颗粒总数检测和痕量金属离子含量检测 合格后待用；
中间预混物3:向混合搅拌罐2中加入832公斤纯水，在转速为120转/ 分钟的搅拌速度下，加入8.4公斤苯并三氮唑(BTA)至完全溶解，然后再依次 加入8.4公斤表面活性剂聚丙烯酸，8.4公斤络合剂2-膦酸丁垸-l，2,4-三羧酸 (PBTC)， 0.84公斤百杀得溶液(生产商三博生化科技(上海)有限公司)和7.56公 斤20wty。硝酸溶液，搅拌至混合均匀，记录pH值，经浓度、颗粒总数检测和痕 量金属离子含量检测合格后待用；
中间预混物4: 1.9公斤20wt。/。硝酸溶液待用。
3) 在搅拌的情况下，由混合搅拌罐l中泵取420公斤甘油溶液(中间预混物2)至成品混合罐中；由混合搅拌罐2中泵取864.8公斤中间预混物3至成品 混合罐中。上述成分经搅拌3小时后测量pH值，并由约1.9公斤硝酸溶液调节 至pH值稳定于3.0士0.1;
4) 停止搅拌，分别从成品混合罐的上，中，下3个取样点取样，测量pH 值，确保体系混合均匀，并送质量部门检测；
5) 上述化学机械抛光液成品经各组分浓度、pH、颗粒总数检测和痕量金属 离子含量检测合格后，于洁净环境下包装出料。
实施例2 —种铜阻挡层化学机械抛光液的制备工艺
1. 仪器设备列表
生产线路设备包括成品混合罐，中间预混物混合罐，原料溶液制备罐， 原料工艺管线，输送泵，搅拌器，纯水供应管路，计量(称量)，控制仪器及相应 的电器控制系统等。
质量分析检测设备颗粒总数检测设备PSS780、 RionKF-28B;痕量金属 离子含量检测设备Perkin Elmer ICP2100DV;浓度检测设备Waters 1525 HPLC; pH计Mettler Toledo SevenMulti pH计。
2. 制备工艺
1) 确认所有原料经检测合格，到位；检查并校正计量设备，生产设备，纯 水供应系统，确保其符合使用规范和要求；
2) 中间预混物l:经供料系统向成品混合罐中加入210公斤甘油、1470公 斤二氧化硅研磨颗粒和1655公斤纯水，并开启至搅拌混合均匀，经组分浓度， 颗粒总数检测(LPC)、 pH和固含量检测检测合格后待用；
中间预混物2:向混合搅拌罐2中加入832公斤纯水，在转速为120转/分钟的搅拌速度下，加入8.4公斤苯并三氮唑(BTA)至完全溶解，然后再依次加 入8.4公斤表面活性剂聚丙烯酸，8.4公斤2-膦酸丁烷-l,2，4-三羧酸(PBTC)， 0.84 公斤百杀得溶液(生产商三博生化科技(上海)有限公司)和5.46公斤20wt。/。硝酸 溶液，搅拌至混合均匀，记录pH值，经各组分浓度、颗粒总数检测和痕量金属 离子含量检测合格后待用；
中间预混物3: 4公斤20wtM硝酸溶液待用。
3) 在搅拌的情况下，由混合搅拌罐2中泵取864.8公斤中间预混物2至成 品混合罐中。上述成分经搅拌3小时后测量pH值，并由约1.9公斤酸碱调节剂 调节至pH值稳定于3.0士0.1;
4) 停止搅拌，分别从成品混合罐的上，中，下3个取样点取样，测量pH 值，确保体系混合均匀，并送质量部门检测；
5) 上述化学机械抛光液成品经各组分浓度、pH、颗粒总数检测和痕量金属 离子含量检测合格后，于洁净环境下包装出料。
实施例3 —种阻挡层化学机械抛光液的制备工艺 1.仪器设备列表
生产线路设备包括成品混合罐，中间预混物混合罐，原料溶液制备罐， 原料工艺管线，输送泵，搅拌器，纯水供应管路，计量(称量)，控制仪器及相应 的电器控制系统等。'
质量分析检测设备颗粒总数检测设备PSS780、 RionKF-28B;痕量金属 离子含量检测设备Perkin Elmer ICP2100DV;浓度检测设备Waters 1525 HPLC; pH计Mettler Toledo SevenMulti pH计。2.制备工艺
1) 确认所有原料经检测合格，到位；检查并校正计量设备，生产设备，纯 水供应系统，确保其符合使用规范和要求；
2) 中间预混物1:经供料系统向成品混合罐中加入1610公斤二氧化硅研磨 颗粒和840公斤纯水，并开启至搅拌混合均匀，经颗粒总数检测(LPC)、 pH和 固含量检测合格后待用；
中间预混物2:向混合搅拌罐1中加入420公斤甘油(丙三醇)，并加入 420公斤水，搅拌至混合均匀，经浓度、颗粒总数检测和痕量金属离子含量检测 合格后待用；
中间预混物3:向混合搅拌罐2中加入850公斤纯水，在转速为120转/ 分钟的搅拌速度下，加入2.1公斤苯并三氮唑(BTA)和4.2公斤5-氨基-四氮唑 (ATA)，搅拌至完全溶解混合均匀，记录pH值，经各组分浓度、颗粒总数检测 和痕量金属离子含量检测合格后待用；
中间预混物4:配制8.4公斤表面活性剂聚丙烯酸，25.2公斤2-膦酸丁 烷-l,2，4-三羧酸(PBTC)， 0.84公斤百杀得溶液(生产商三博生化科技(上海)有限 公司)和0.684公斤10wtn/。氢氧化钾溶液，搅拌至混合均匀，记录pH值，经各组 分浓度、颗粒总数检测和痕量金属离子含量检测合格后待用；
中间预混物5: 0.456公斤20wtY。硝酸溶液待用。
3) 在搅拌的情况下，由混合搅拌罐1中泵取840公斤甘油溶液(中间预混 物2)至成品混合罐中；将中间预混物4加入至混合搅拌罐2中，搅拌均匀后， 泵取891.6公斤中间预混物3和中间预混物4的混合溶液至成品混合罐中。上述 成分经搅拌3小时后测量pH值，并由约0.34公斤硝酸溶液调节至pH值稳定于2.95±0.1;
4) 停止搅拌，分别从成品混合罐的上，中，下3个取样点取样，测量pH 值，确保体系混合均匀，并送质量部门检测；
5) 上述化学机械抛光液成品经各组分浓度、pH、颗粒总数检测和痕量金属 离子含量检测合格后，于洁净环境下包装出料。
实施例4 一种阻挡层化学机械抛光液的制备工艺
1. 仪器设备列表
生产线路设备包括成品混合罐，中间预混物混合罐，原料溶液制备罐， 原料工艺管线，输送泵，搅拌器，纯水供应管路，计量(称量)，控制仪器及相应 的电器控制系统等。
质量分析检测设备颗粒总数检测设备PSS780、 RionKF-28B;痕量金属 离子含量检测设备Perkin Elmer ICP2100DV;浓度检测设备Waters 1525 HPLC; pH计Mettler Toledo SevenMulti pH计。
2. 制备工艺
1) 确认所有原料经检测合格，到位；检査并校正计量设备，生产设备，纯 水供应系统，确保其符合使用规范和要求；
2) 中间预混物l:经供料系统向成品混合罐中加入420公斤甘油、1610公 斤二氧化硅研磨颗粒和1260公斤纯水，并开启至搅拌混合均匀，经浓度、颗粒 总数检测、痕量金属离子含量和固含量检测合格后待用；
中间预混物2:向混合搅拌罐2中加入850公斤纯水，在转速为120转/ 分钟的搅拌速度下，加入2.1公斤苯并三氮唑(BTA)和4.2公斤5-氨基-四氮唑(ATA)至完全溶解，然后再依次加入8.4公斤表面活性剂聚丙烯酸，25.2公斤2-膦酸丁垸-l,2,4-三羧酸(PBTC)， 0.84公斤百杀得溶液(生产商三博生化科技(上 海)有限公司)和0.3公斤10wtQ/。氢氧化钾溶液，搅拌至混合均匀，记录pH值， 经各组分浓度、颗粒总数检测和痕量金属离子含量检测合格后待用；
3) 在搅拌的情况下，由混合搅拌罐2中泵取891.0公斤中间预混物2至成 品混合罐中。上述成分经搅拌3小时后测量pH值，pH值可稳定于2.95 ±0.1;
4) 停止搅拌，分别从成品混合罐的上，中，下3个取样点取样，测量pH 值，确保体系混合均匀，并送质量部门检测；
5) 上述化学机械抛光液成品经各组分浓度、pH、颗粒总数检测和痕量金属 离子含量检测合格后，于洁净环境下包装出料。
权利要求
1. 一种化学机械抛光液的制备工艺，其特征在于包括如下步骤将化学机械抛光液的各成分按其工作机理、功能、化学或物理性质分组，平行的将每组的成分分别进行混合，得到各中间预混物，对中间预混物进行质量控制测试，全部中间预混物检测合格后，进行混合，制得化学机械抛光液。
2. 如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述的分组为分成2 5组。
3. 如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于所述的分组为分成3或4组。
4. 如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述的将化学机械抛光液的各 成分按其工作机理、功能、化学或物理性质分组按如下方案进行 中间预混物l:研磨颗粒和水；中间预混物2:流体力学控制剂和水；中间预混物3:表面活性剂、络合剂、缓蚀剂和杀菌剂中的一种或多种，以及水和pH值调节剂；中间预混物4: pH值调节剂。
5. 如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述的将化学机械抛光液的各 成分按其工作机理、功能、化学或物理性质分组按如下方案进行 中间预混物l:流体力学控制剂、研磨颗粒和水；中间预混物2:表面活性剂、络合剂、缓蚀剂和杀菌剂中的一种或多种，以 及水和pH值调节剂； 中间预混物3: pH值调节剂。
6. 如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述的将化学机械抛光液的各 成分按其工作机理、功能、化学或物理性质分组按如下方案进行中间预混物l:研磨颗粒和水； 中间预混物2:流体力学控制剂和水； 中间预混物3:缓蚀剂和水；中间预混物4:表面活性剂、络合剂和杀菌剂中的一种或多种，以及水和pH 值调节剂；中间预混物5: pH值调节剂。
7. 如权利要求4、 5或6所述的制备工艺，其特征在于权利要求4所述的中 间预混物3中pH值调节剂和中间预混物4中pH值调节剂的比例，或者权 利要求5所述的中间预混物2中pH值调节剂和中间预混物3中pH值调节 剂的比例，或者权利要求6所述的中间预混物4中pH值调节剂和中间预混 物5中pH值调节剂的质量比为60 80%: 20 40%。
8. 如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述的将化学机械抛光液的各成分按其工作机理、功能、化学或物理性质分组按如下方案进行 中间预混物l:流体力学控制剂、研磨颗粒和水；中间预混物2:表面活性剂、络合剂、缓蚀剂和杀菌剂中的一种或多种，以 及水和pH值调节剂。
9. 如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述的质量控制测试为对pH、 浓度、固含量、颗粒总数检测和痕量金属离子含量检测的质量控制测试。
全文摘要
本发明公开了一种化学机械抛光液的制备工艺将化学机械抛光液的各成分按其工作机理、功能、化学或物理性质分组，平行的将每组的成分分别进行混合，得到各中间预混物，对中间预混物进行质量控制测试，全部中间预混物检测合格后，进行混合，制得化学机械抛光液。本发明的制备工艺缩短了大规模生产的工艺流程时间，极大地提高了产能，降低了生产成本，并且增加了工艺流程质量控制点，提高了质量控制水平，使产品质量保障得到极大提升，降低了生产质量事故风险，因而具有明显的经济价值。
文档编号C09G1/02GK101451045SQ20071017197
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者黄大洋 申请人:安集微电子(上海)有限公司