控制抛光液浓度稳定的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种控制抛光液浓度稳定的系统和方法，该系统包括：储存槽、控制器、浓度检测装置、液体循环控制装置、电镀装置、液体排放控制装置及液体供应控制装置，浓度检测装置检测储存槽中抛光液的金属离子浓度及酸根浓度并发送至控制器，液体循环控制装置输送抛光液输送至电镀装置进行电镀反应并将电镀装置内的液体输送回储存槽，电镀装置用于电镀反应，液体排放控制装置将储存槽中的抛光液排出，液体供应控制装置向储存槽补充抛光液原液，控制器将接收的金属离子浓度和酸根浓度分别与设定的金属离子目标浓度值和酸根目标浓度值比较，根据比较结果发送控制指令以调节储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度至目标浓度值。
【专利说明】控制抛光液浓度稳定的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无应力抛光【技术领域】，尤其涉及一种控制抛光液浓度稳定的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在集成电路制造过程中，化学机械抛光(CMP)技术在单晶硅衬底和多层金属互连结构的层间全局平坦化方面得到了广泛的应用。化学机械抛光可以抛光和平坦化在介质材料的非凹陷区域上形成的金属层。虽然化学机械抛光可以只抛光金属层而对电介质层没有影响，然而，由于其强机械作用力，化学机械抛光会对集成电路结构带来一些有害的影响，尤其是随着极大规模集成电路和超大规模集成电路的快速发展，铜和低K或者超低K电介质材料被应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路中，由于铜和低K或者超低K电介质材料的机械性能有很大的差别，化学机械抛光中的强机械作用力可能会对低K或者超低K电介质材料造成永久性的损伤。
[0003]为了解决化学机械抛光技术中的缺点，人们在不断完善化学机械抛光技术的同时，也在不断探索和研究新的平坦化技术，其中，无应力抛光技术被逐渐应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路的制造中。无应力抛光技术能够克服传统的化学机械抛光技术在超微细特征尺寸集成电路制造中的缺陷。无应力抛光技术基于电化学抛光原理，能够无机械应力的对金属互联结构进行平坦化。无应力抛光需要使用能够导电的抛光液，经过电化学反应后，抛光液内金属离子浓度以及酸根浓度会发生变化，金属离子浓度和酸根浓度是无应力抛光技术中的重要技术参数之一，抛光液中的金属离子浓度和酸根浓度的变化会影响抛光均匀性，其浓度稳定性也直接影响抛光工艺的可重复性。因此，在无应力抛光过程中，维持抛光液中的金属离子浓度和酸根浓度稳定对提高抛光工艺效果具有重要作用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种控制抛光液浓度稳定的系统，该系统能够使抛光液中金属离子浓度和酸根浓度维持稳定，从而提高抛光均匀性、抛光工艺的可重复性并降低抛光成本。
[0005]为实现上述目的，本发明提供的一种控制抛光液浓度稳定的系统，包括:储存槽、控制器、浓度检测装置、液体循环控制装置、电镀装置、液体排放控制装置及液体供应控制装置，其中，储存槽储存抛光液，浓度检测装置检测储存槽中抛光液的金属离子浓度及酸根浓度并将检测到的金属离子浓度和酸根浓度发送至控制器，液体循环控制装置能够将储存槽中的抛光液输送至电镀装置进行电镀反应并将电镀装置内的液体输送回储存槽，电镀装置用于电镀反应并将抛光液中的金属离子回收，液体排放控制装置能够将储存槽中的抛光液排出，液体供应控制装置能够向储存槽补充抛光液原液，控制器接收浓度检测装置发送的金属离子浓度和酸根浓度并将接收的金属离子浓度和酸根浓度分别与设定的金属离子目标浓度值和酸根目标浓度值比较，根据比较结果分别向液体循环控制装置、电镀装置、液体排放控制装置及液体供应控制装置发送控制指令以调节储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度至目标浓度值。
[0006]本发明的另一目的是提供一种控制抛光液浓度稳定的方法，该方法包括:
[0007]检测储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度；
[0008]将检测到的金属离子浓度和酸根浓度分别与设定的金属离子目标浓度值和酸根目标浓度值比较，根据比较结果分别调节储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度至目标浓度值。
[0009]综上所述，本发明一种控制抛光液浓度稳定的系统和方法通过将储存槽中一定体积的抛光液输送至电镀装置进行电镀反应，从而将抛光液中的金属离子回收，以降低抛光液中金属离子的浓度，以及将储存槽中一定体积的抛光液排出并补充抛光液原液，以提高抛光液中酸根的浓度，进而使储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度维持稳定，提高了抛光均匀性和抛光工艺的可重复性，同时，由于抛光液的可循环利用，因此，大大降低了无应力抛光的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明一种控制抛光液浓度稳定的系统的结构示意图。
[0011]图2是本发明一种控制抛光液浓度稳定的方法的流程图。
[0012]图3是本发明一种控制抛光液浓度稳定的方法的另一流程图。
[0013]图4是本发明抛光液中铜离子的目标浓度值与检测浓度值的差值与输送至电镀装置进行电镀反应的抛光液的体积比之间的对应关系图。
[0014]图5是本发明抛光液中酸根的目标浓度值与检测浓度值的差值与从储存槽中排出或向储存槽中补充的抛光液原液的体积比之间的对应关系图。
【具体实施方式】
[0015]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
[0016]在本发明中，将以无应力铜抛光为例，介绍本发明一种控制抛光液浓度稳定的系统和方法。请参阅图1、图4和图5，本发明一种控制抛光液浓度稳定的系统包括:储存槽
10、控制器20、液位检测装置30、铜离子浓度及酸根浓度检测装置40、液体循环控制装置50、电镀装置60、原液槽71、缓存槽72、液体供应控制装置80及液体排放控制装置90。其中，液位检测装置30、铜离子浓度及酸根浓度检测装置40、液体循环控制装置50、电镀装置60、液体供应控制装置80及液体排放控制装置90分别与控制器20相连接。
[0017]储存槽10中储存有适当浓度的抛光液用于进行无应力铜抛光反应，在无应力铜抛光过程中，喷射至铜表面的抛光液会回落至该储存槽10，所以，储存槽10中的抛光液在使用一段时间后，抛光液的浓度会发生变化，其中，抛光液中铜离子的浓度会逐渐上升，而酸根浓度会逐渐下降。抛光液中铜离子浓度和酸根浓度的改变会对抛光均匀性和抛光工艺的可重复性造成不良影响。因此，为了提高抛光均匀性和抛光工艺的可重复性，在无应力铜抛光过程中，需要实时检测并控制储存槽10中抛光液的铜离子浓度和酸根浓度至目标浓度值，维持抛光液的铜离子浓度和酸根浓度稳定。[0018]液位检测装置30用于实时检测储存槽10中抛光液的液位，并将检测到的液位发送至控制器20，控制器20根据储存槽10的横截面积及液位计算出储存槽10中抛光液的体积。
[0019]铜离子浓度及酸根浓度检测装置40用于实时检测储存槽10中抛光液的铜离子浓度和酸根浓度，并将检测到的铜离子浓度和酸根浓度发送至控制器20，控制器20接收铜离子浓度及酸根浓度检测装置40发送的铜离子浓度和酸根浓度后，将铜离子浓度和酸根浓度分别与设定的铜离子目标浓度值和酸根目标浓度值比较，根据比较结果发出控制指令。
[0020]具体地，如果铜离子浓度及酸根浓度检测装置40检测到的抛光液中的铜离子浓度高于设定的铜离子目标浓度值，控制器20根据抛光液中铜离子的目标浓度值与检测浓度值的差值与输送至电镀装置60进行电镀反应的抛光液的体积比之间的对应关系以及储存槽10中抛光液的体积计算出需输送至电镀装置60进行电镀反应的抛光液的体积，并向液体循环控制装置50发出第一控制指令和向电镀装置60发出第二控制指令。液体循环控制装置50接收控制器20发出的第一控制指令后将储存槽10中一定体积的抛光液输送至电镀装置60内进行电镀反应，所述的一定体积与控制器20计算出的需输送至电镀装置60进行电镀反应的抛光液的体积一致，液体循环控制装置50还将电镀装置60内的进行电镀反应后的液体输送回储存槽10内。电镀装置60接收控制器20发出的第二控制指令和液体循环控制装置50输送的抛光液后进行电镀反应，使抛光液中的铜离子转移至电镀装置60的阴极上，从而对抛光液中的铜离子进行了回收，进而降低了抛光液中铜离子的浓度，使抛光液中铜离子的浓度与目标浓度值一致。如果铜离子浓度及酸根浓度检测装置40检测到的抛光液中的铜离子浓度等于或低于设定的铜离子目标浓度值，即表明抛光液中铜离子的浓度不会影响抛光工艺效果，液体循环控制装置50不向电镀装置60输送抛光液，铜离子浓度及酸根浓度检测装置40继续实时检测储存槽10中抛光液的铜离子的浓度。
[0021]如果铜离子浓度及酸根浓度检测装置40检测到的抛光液中的酸根浓度低于设定的酸根目标浓度值，控制器20根据抛光液中酸根的目标浓度值与检测浓度值的差值与从储存槽10中排出或向储存槽10中补充的抛光液原液的体积比之间的对应关系以及储存槽10中抛光液的体积计算出需从储存槽10中排出的抛光液的体积或者是需向储存槽10中补充的抛光液原液的体积，并分别向液体排放控制装置90发送第三控制指令和向液体供应控制装置80发送第四控制指令。液体排放控制装置90接收控制器20发送的第三控制指令后将储存槽10中一定体积的抛光液排送至废液池91。液体供应控制装置80与缓存槽72相连接，缓存槽72与原液槽71相连接，原液槽71向缓存槽72供应适量的抛光液原液，改变缓存槽72中抛光液原液的物理性质，使缓存槽72中抛光液原液的物理性质与储存槽10中储存的抛光液的物理性质一致，所述的物理性质是指抛光液的粘度、温度等。液体供应控制装置80接收控制器20发送的第四控制指令后，液体供应控制装置80将缓存槽72中一定体积的抛光液原液供应至储存槽10中，调节储存槽10中抛光液的酸根浓度至目标浓度值。从储存槽10中排放的抛光液的体积与向储存槽10中补充的抛光液原液的体积相同，且均与控制器20计算出的需从储存槽10中排出的抛光液的体积或者是需向储存槽10中补充的抛光液原液的体积相一致。如果铜离子浓度及酸根浓度检测装置40检测到的抛光液中的酸根浓度高于或等于设定的酸根目标浓度值，即表明抛光液中酸根的浓度不会影响抛光工艺效果，液体排放控制装置90不会将储存槽10中的抛光液排送至废液池91，液体供应控制装置80也不会将缓存槽72中的抛光液原液供应至储存槽10中，铜离子浓度及酸根浓度检测装置40继续实时检测储存槽10中抛光液的酸根的浓度。
[0022]请参阅图2和图3，为本发明一种控制抛光液浓度稳定的方法的流程图。在实施本发明所述方法之前，先通过实验建立抛光液中铜离子的目标浓度值与检测浓度值的差值与输送至电镀装置60进行电镀反应的抛光液的体积比之间的一一对应的函数模型，以及抛光液中酸根的目标浓度值与检测浓度值的差值与从储存槽10中排出或向储存槽10中补充的抛光液原液的体积比之间的--对应的函数模型。
[0023]特别是，本发明所述方法包括如下步骤:
[0024]SI 10，检测储存槽10中抛光液的铜离子的浓度；
[0025]S120，将检测到的铜离子的浓度与设定的铜离子的目标浓度值比较，若检测到的铜离子的浓度小于或等于铜离子的目标浓度值，则返回SllO步骤；若检测到的铜离子的浓度大于铜离子的目标浓度值，则执行S130步骤；
[0026]S130,将储存槽10中一定体积的抛光液输送至电镀装置60进行电镀反应,从而将抛光液中铜离子回收，并将电镀装置60中的液体输送回储存槽10中，进而降低储存槽10中抛光液的铜离子的浓度至铜离子的目标浓度值，并返回SllO步骤；
[0027]S140，检测储存槽10中抛光液的酸根的浓度；
[0028]S150，将检测到的酸根的浓度与设定的酸根的目标浓度值比较，若检测到的酸根的浓度大于或等于酸根的目标浓度值，则返回S140步骤；若检测到的酸根的浓度小于酸根的目标浓度值，则执行S160步骤；
[0029]S160,从储存槽10中排出一定体积的抛光液至废液池91 ；
[0030]S170,从缓存槽72中补充相同体积的抛光液原液至储存槽10，并返回S140步骤。
[0031]上述步骤S140至S170可以在步骤SllO至S130之前执行，也就是说，本发明可以先调节储存槽10中抛光液的铜离子的浓度至目标浓度值，然后再调节储存槽10中抛光液的酸根的浓度至目标浓度值，也可以先调节储存槽10中抛光液的酸根的浓度至目标浓度值，然后再调节储存槽10中抛光液的铜离子的浓度至目标浓度值。
[0032]由上述可知，本发明一种控制抛光液浓度稳定的系统和方法通过将储存槽10中的抛光液输送至电镀装置60进行电镀反应，从而将抛光液中的铜离子回收，以降低抛光液中铜离子的浓度，以及将储存槽10中一定体积的抛光液排出并补充相同体积的抛光液原液，以提高抛光液中酸根的浓度，进而使储存槽10中抛光液的铜离子浓度和酸根浓度维持稳定，提高了无应力铜抛光的抛光均匀性和抛光工艺的可重复性，同时，由于抛光液的可循环利用，因此，大大降低了无应力铜抛光的成本。
[0033]综上所述，本发明一种控制抛光液浓度稳定的系统和方法通过上述实施方式及相关图式说明，已具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
【权利要求】
1.一种控制抛光液浓度稳定的系统，其特征在于，包括:储存槽、控制器、浓度检测装置、液体循环控制装置、电镀装置、液体排放控制装置及液体供应控制装置，其中，储存槽储存抛光液，浓度检测装置检测储存槽中抛光液的金属离子浓度及酸根浓度并将检测到的金属离子浓度和酸根浓度发送至控制器，液体循环控制装置能够将储存槽中的抛光液输送至电镀装置进行电镀反应并将电镀装置内的液体输送回储存槽，电镀装置用于电镀反应并将抛光液中的金属离子回收，液体排放控制装置能够将储存槽中的抛光液排出，液体供应控制装置能够向储存槽补充抛光液原液，控制器接收浓度检测装置发送的金属离子浓度和酸根浓度并将接收的金属离子浓度和酸根浓度分别与设定的金属离子目标浓度值和酸根目标浓度值比较，根据比较结果分别向液体循环控制装置、电镀装置、液体排放控制装置及液体供应控制装置发送控制指令以调节储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度至目标浓度值。
2.根据权利要求1所述的控制抛光液浓度稳定的系统，其特征在于，当浓度检测装置检测到的储存槽中抛光液的金属离子浓度高于金属离子目标浓度值时，控制器分别向液体循环控制装置和电镀装置发送第一控制指令和第二控制指令，液体循环控制装置接收第一控制指令后将储存槽中一定体积的抛光液输送至电镀装置进行电镀反应，并将电镀装置内的液体输送回储存槽，直至浓度检测装置检测到储存槽中抛光液的金属离子浓度小于或等于金属离子目标浓度值时，液体循环控制装置停止向电镀装置输送抛光液。
3.根据权利要求1所述的控制抛光液浓度稳定的系统，其特征在于，当浓度检测装置检测到的储存槽中抛光液的酸根浓度低于酸根目标浓度值时，控制器分别向液体排放控制装置和液体供应控制装置发送第三控制指令和第四控制指令，液体排放控制装置接收第三控制指令后将储存槽中一定体积的抛光液排出，液体供应控制装置接收第四控制指令后向储存槽供应一定体积的抛光液原液，直至浓度检测装置检测到储存槽中抛光液的酸根浓度高于或等于酸根目标浓度值时，液体排放控制装置停止将储存槽中的抛光液排出，液体供应控制装置也停止向储存槽供应抛光液原液。
4.根据权利要求3所述的控制抛光液浓度稳定的系统，其特征在于，从储存槽中排出的抛光液的体积与向储存槽供 应的抛光液原液的体积相等。
5.根据权利要求3所述的控制抛光液浓度稳定的系统，其特征在于，液体排放控制装置将储存槽中一定体积的抛光液排出至一废液池。
6.根据权利要求3所述的控制抛光液浓度稳定的系统，其特征在于，液体供应控制装置与一缓存槽相连接，缓存槽中存放有与储存槽中储存的抛光液的物理性质一致的抛光液原液。
7.根据权利要求6所述的控制抛光液浓度稳定的系统，其特征在于，缓存槽与一原液槽相连接，原液槽向缓存槽供应抛光液原液。
8.根据权利要求1所述的控制抛光液浓度稳定的系统，还进一步包括一液位检测装置，液位检测装置与控制器相连接，用于检测储存槽中抛光液的液位，并将检测到的液位发送至控制器，控制器接收该液位并根据储存槽的横截面积计算出储存槽中抛光液的体积。
9.一种控制抛光液浓度稳定的方法，其特征在于，包括: 检测储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度； 将检测到的金属离子浓度和酸根浓度分别与设定的金属离子目标浓度值和酸根目标浓度值比较，根据比较结果分别调节储存槽中抛光液的金属离子浓度和酸根浓度至目标浓度值。
10.根据权利要求9所述的一种控制抛光液浓度稳定的方法，其特征在于，当检测到的储存槽中抛光液的金属离子浓度高于金属离子目标浓度值时，将储存槽中一定体积的抛光液输送至电镀装置进行电镀反应，并将电镀装置内的液体输送回储存槽，直至检测到储存槽中抛光液的金属离子浓度小于或等于金属离子目标浓度值时，停止向电镀装置输送抛光液。
11.根据权利要求9所述的一种控制抛光液浓度稳定的方法，其特征在于，当检测到的储存槽中抛光液的酸根浓度低于酸根目标浓度值时，将储存槽中一定体积的抛光液排出，并向储存槽供应一定体积的抛光液原液，直至检测到储存槽中抛光液的酸根浓度高于或等于酸根目标浓度值时，停止将储存槽中的抛光液排出，也停止向储存槽供应抛光液原液。
12.根据权利要求11所述的一种控制抛光液浓度稳定的方法，其特征在于，从储存槽中排出的抛光液的体积与向储存槽供应的抛光液原液的体积相等。
【文档编号】G05D11/13GK103699143SQ201210375488
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】王坚, 金一诺, 王晖 申请人:盛美半导体设备（上海）有限公司