研磨液供给装置及化学机械研磨系统的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种应用于化学机械研磨工艺中的研磨液供给装置及化学研磨系统。

背景技术：

化学机械研磨工艺(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是半导体工艺中最常见且最重要的平坦化工艺之一，其目的在于均匀地去除晶圆上具有不规则表面的目标薄膜层(target thin film)，使所述晶圆在经过化学机械研磨工艺后能够具有平坦且规则的表面，以确保后续工艺的良率。

由于化学机械研磨工艺是同时利用机械方式与化学方式进行，因此必须考虑到很多复杂的工艺参数，例如目标薄膜层的特性、研磨液(slurry)的成分、研磨垫(polishing pad)的组成、平台(platen)转速等，其中研磨液的成分的控制对于化学机械研磨工艺的良率具有举足轻重的影响。一般来说，研磨液的成分主要包括有研磨剂(abrasive)以及氧化剂(oxidizer)，二者混合后会形成粘稠液体，经研磨液供给装置输送至化学机械研磨机台的平台。

请参见图1，其为一种现有的研磨液供给装置的主要组成结构示意图；如图1所示，现有的研磨液供给装置包含：第一管路31、第二管路32、第三管路33、过滤装置34以及流量控制器35，其中，第一管路31的一端与研磨液供应系统(SDS)1中的研磨液供应槽连通，第一管路31的另一端与过滤装置34连通，第二管路32的一端与该过滤装置34连通，第二管路32的另一端与流量控制器35连通，第三管路33的一端与该流量控制器35连通，第三管路33的另一端与化学机械研磨装置的机台2连通，其中，第一管路31上设置有阀门(图1中未示出)。在进行化学机械研磨工艺时，阀门处于打开状态，研磨液经所述第一管路31、第二管路32和第三管路33输送至机台2，其中过滤装置34是用以过滤研磨液中的不可溶物，流量控制装器35是用以调节输送至机台2的研磨液的流量和流速。

但是，发明人发现，实际在对晶圆进行化学机械研磨处理时，在相同的处理条件下，随着时间的推移，研磨速率(也称为研磨率)会不断变化。具体请参见图2，其为研磨率和研磨时间的关系图，如图2所示，研磨处理分为三个阶段：第一阶段为初始研磨阶段，在此阶段时，研磨率会逐渐上升；之后进入第二阶段时，研磨率趋向于稳定；而到研磨工艺末期即第三阶段时，研磨率又会逐渐下降。研磨率会不断变化这一现象给化学机械研磨过程带来很大的挑战。

发明人进一步研究发现，研磨率出现上述变化有如下原因：

对于第一阶段研磨率上升的现象，由于初始引入到机台中的研磨液温度低，因此化学反应速率较慢，研磨率也相应缓慢；经过一段时间后，在研磨过程中产生的热量会加速化学反应速率，使得研磨率也随之加快呈上升趋势。

对于第二阶段研磨率稳定的现象，由于研磨液流量和研磨过程中产生的热量达到稳定状态，使得研磨率也趋向于稳定状态；

对于第三阶段研磨率下降的现象，是由于随着副产物的产生，会使研磨垫的孔(pore)堵塞，不利于研磨液分布，同时研磨液易发生釉化(glazing)现象，从而使得研磨率逐渐下降。

对于研磨工艺末期研磨率逐渐下降这一现象，可以通过在多个研磨盘上分步进行来解决，或者在抛光的同时采用修整盘对研磨垫进行修整的方式(in-situ pad conditioning)代替抛光结束后修整盘对研磨垫进行修整(ex-situ pad conditioning)的方式，阻止研磨率在第三阶段的下降。

但是，对于初始阶段研磨率太低这个问题很难克服，从而导致了在研磨初期需要大量的研磨液，研磨液又是一种价格非常昂贵的化学试剂，这造成了极大的浪费，增加了生产成本。而且由于初始阶段研磨率低导致整体的研磨时间相对偏长，造成产能下降。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种研磨液供给装置及化学研磨系统，以解决在对晶圆进行研磨处理时，在初始阶段研磨率低，需要大量的研磨液增加了生产成本，且导致研磨时间增加、产能低的问题。

为了解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种研磨液供给装置，包含：研磨液供应系统；过滤装置；第一管路，一端与所述研磨液供应系统连通，另一端与所述过滤装置连通；流量控制器；第二管路，一端与所述过滤装置连通，另一端与所述流量控制器连通；第三管路，一端与所述流量控制器连通，另一端与一化学机械研磨机台连通；至少一个恒温装置，至少设置于所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路中的一条管路上。

优选地，还包含：用于采集所述第三管路内的研磨液温度的温度传感器，设置于所述第三管路上。

可选地，阀门，设置于所述第一管路上。

可选地，所述第一至第三管路中的仅一条管路上设置所述恒温装置。

可选地，所述第一至第三管路中的任意两条管路上分别设置所述恒温装置。

可选地，所述第一至第三管路上分别设有至少一个所述恒温装置。

另一方面，一种化学机械研磨系统，其特征在于，包括：化学机械研磨机台；以及如上文所述的研磨液供给装置。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型通过在其具有的第一管路、第二管路和第三管路中的管路上，至少设置一个恒温装置，该恒温装置实时调节并保持该管道中研磨液的温度，使得该管道中研磨液的温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。进一步的，在第三管路上设置有温度传感器，该温度传感器用于实时采集所述第三管路中的研磨液温度信号，并将该研磨液温度信号向上述恒温装置发送，该恒温装置接收该研磨液温度并调节对应的设置有该恒温装置的管路中的研磨液温度，重复上述过程，直至第三管路中的研磨液温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。从而实现了解决由于初始研磨液温度低，造成研磨率逐渐上升的问题，实现在第一阶段与第二阶段的研磨率基本相同平稳，节约了研磨液的使用量，降低了成本，缩短研磨时间，提高研磨量的目的。

附图说明

图1为一种现有的研磨液供给装置主要组成结构示意图；

图2为利用图1所示的研磨液供给装置向机台输送研磨液后，机台的研磨率和研磨时间的关系图；

图3为本实用新型一实施例所提供的研磨液供给装置主要组成结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例所提供的研磨液供给装置主要组成结构示意图；

图5为本实用新型一种研磨液供给装置中的恒温装置的控制流程图。

具体实施方式

下面将参照附图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选一实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

为了清楚，不描述实际一实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本实用新型由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际一实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个一实施例改变为另一个一实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型一实施例的目的。

请参考图3，其为本实用新型一实施例所提供的研磨液供给装置的结构示意图；如图3所示，用于化学机械研磨机台的研磨液供给装置包括：第一管路31、第二管路32、第三管路33、过滤装置34以及流量控制器35，其中，第一管路31的一端与研磨液供应系统1中的研磨液供应槽连通，第一管路31的另一端与过滤装置34连通，第二管路32的一端与该过滤装置34连通，第二管路32的另一端与流量控制器35连通，第三管路33的一端与该流量控制器35连通，第三管路33的另一端与化学机械研磨装置的机台2连通，所述第一管路31上设置有一阀门。在本实用新型一实施例所提供的研磨液供给装置中，在第一管路31、第二管路32和第三管路33上分别安装有至少一个恒温装置36和温度传感器37。

所述恒温装置36根据温度传感器37实时采集的对应管路中的研磨液温度，实时调节该管道中研磨液的温度，使得该管道中研磨液的温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。可以有效解决由于初始研磨液温度低，造成研磨率逐渐上升的问题，使得研磨过程处于第一阶段与第二阶段时的研磨率基本相同且保持平稳，节约了研磨液的使用量，降低了成本，缩短研磨时间，提高研磨量。

具体的说，本实用新型一实施例所提供的研磨液供给装置的工作原理为：如图5所示，在进行化学机械研磨工艺时，阀门处于打开状态，研磨液经所述第一管路31、第二管路32和第三管路33输送至机台2，其中过滤装置34是用以过滤研磨液中的不可溶物，流量控制装器35是用以调节输送至机台2的研磨液的流量和流速。

所述恒温装置36设有一预设温度，该预设温度值与预先采集研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度相同；设置在所述第三管路上的温度传感器37实时采集该管路内的研磨液温度，并将该温度向所述恒温装置36传输，所述恒温装置36中的控制器会将其与预设温度进行比较，当采集的研磨液温度高于预设温度时，控制器控制恒温装置36中的加热器对该管道中的研磨液进行冷却；当采集的研磨液温度低于预设温度时，控制器控制恒温装置36中的加热器对该管道中的研磨液进行加热；重复上述过程，直至采集的研磨液温度等于预设温度。

本实用新型的另一实施例如图4所示，在所述第一管路31、第二管路32和第三管路33中上安装有一恒温装置36和一温度传感器37。各个所述恒温装置36根据与之相对应的温度传感器37实时采集的对应管路中的研磨液温度，实时调节该管道中研磨液的温度，使得该管道中研磨液的温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。

根据本申请中的一个实施例，可选地，在所述第一管路31、第二管路32和第三管路33中上安装有一恒温装置36。在所述第三管路33上设置有温度传感器37；所述温度传感器37实时将其采集到的第三管路33中的研磨液温度发送给各个所述恒温装置36，各个恒温装置36根据其反馈的温度进行自动调节，直至第三管路33中的研磨液温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。

根据本申请中的一个实施例，本实用新型还公开了一种化学机械研磨系统，所述化学机械研磨系统包括：化学机械研磨机台2；以及如上文所述的研磨液供给装置。

上述各个实施例中所提及的恒温装置的设置具体包括：在设有恒温装置的管路上包覆或缠绕加热带，加热带与加热器连接，通过设定加热器的温度并启动加热器，使得加热带升温，管路内的研磨液通过与加热带进行热交换，从而实现对管路中的研磨液进行加热。进一步的，当温度传感器检测第三管路中的研磨液温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致时，上述加热器停止加热工作；当温度传感器检测第三管路中的研磨液温度小于预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度时，加热器又开始加热工作，直至第三管路中的研磨液温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。

综上所述，本实用新型通过在其具有的第一管路、第二管路和第三管路中的管路上，至少设置一个恒温装置，该恒温装置实时调节并保持该管道中研磨液的温度，使得该管道中研磨液的温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。进一步的，在第三管路上设置有温度传感器，该温度传感器用于实时采集所述第三管路中的研磨液温度信号，并将该研磨液温度信号向上述恒温装置发送，该恒温装置接收该研磨液温度并调节对应的设置有该恒温装置的管路中的研磨液温度，重复上述过程，直至第三管路中的研磨液温度与预先采集的研磨过程处于第二阶段时的研磨液温度一致。从而实现了解决由于初始研磨液温度低，造成研磨率逐渐上升的问题，实现在第一阶段与第二阶段的研磨率基本相同平稳，节约了研磨液的使用量，降低了成本，缩短研磨时间，提高研磨量的目的。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。