專利名稱：化學機械研磨機臺的研磨液供應設備與研磨液混合方法
技術領域：
本發明是關于一種化學機械研磨機臺的研磨液供應設備與研磨液混合方法，尤指一種可避免研磨液殘留與腐蝕的研磨液供應設備與研磨液混合方法。
背景技術：
化學機械研磨工藝是為目前半導體工藝中最常見且最重要的平坦化工藝之一，其目的在于均勻地去除晶圓上具有不規則表面的目標薄膜層(targetthin film)，使晶圓在經過化學機械研磨工藝后能夠具有平坦且規則的表面，以確保后續工藝的良率，尤其是對于鑲嵌(damascene)結構的金屬導線的制作，如銅導線的制作，化學機械研磨工藝更是無法取代的步驟。
由于化學機械研磨工藝是同時利用機械方式與化學方式進行，因此必須考慮到許多復雜的工藝參數，例如目標薄膜層的特性、研磨液(slurry)的成分、pH值與供應方式、研磨墊(polishing pad)的組成、平臺轉速(platenrotation speed)等，其中研磨液的成分、pH值與混合方式的控制更對于化學機械研磨工藝的良率有舉足輕重的影響。研磨液的成分主要包含有研磨劑(abrasive)與氧化劑(oxidizer)，二者在混合后會形成粘稠流體，且研磨液的pH值亦會影響化學研磨的速率。一般而言，研磨液的pH值愈小，會使化學研磨的效果愈強并減少機械研磨所造成的缺陷，因此可加快化學機械研磨工藝的整體速率，但相對而言亦容易使晶圓或研磨液傳輸設備由于研磨液本身的酸性與腐蝕性而受損。
請參考
圖1，圖1為已知應用于化學機械研磨機臺的研磨液傳輸設備10的示意圖。如圖1所示，已知研磨液傳輸設備10主要包含有混合槽(mixer)12、第一研磨液供應槽14、第二研磨液供應槽16與去離子水沖洗設備18，其中第一研磨液供應槽14、第二研磨液供應槽16與去離子水沖洗設備18分別是用以供應研磨液，如研磨劑與氧化劑等，以及去離子水。在進行化學機械研磨工藝時，與混合槽18連通的第一研磨液供應槽14與第二研磨液供應槽16會分別將研磨劑與氧化劑等注入混合槽12內，而研磨劑與氧化劑混合槽12內混合成研磨液后會再被傳輸至化學研磨機臺的研磨設備20，同時在化學機械研磨工藝結束后去離子水沖洗設備18則會利用去離子水沖洗混合槽12，以去除研磨液的殘留物。
然而由于研磨液本身具有強烈腐蝕性，同時于混合后會形成高粘度的流體，因此已知研磨液傳輸設備10利用混合槽12混合研磨液的作法，不僅研磨液容易殘留于混合槽12與傳輸管路，造成研磨液傳輸設備10受損，甚至于進行化學機械研磨工藝中更會殘留于晶圓表面，造成晶圓表面的刮痕(micro-scratch)，同時研磨液的腐蝕性亦容易腐蝕研磨液傳輸設備10與晶圓。
有鑒于此，申請人根據多年從事半導體制造經驗，提出本發明的研磨液傳輸設備與研磨液混合方法，以改善已知研磨液傳輸設備的缺點并藉此提升化學機械研磨工藝的良率。
發明內容
因此，本發明的主要目的在于提供一種研磨液傳輸設備與研磨液混合方法，以克服已知技術無法解決的難題。
根據本發明的較佳實施例，是提供一種研磨液傳輸設備，包含有傳輸管路(delivery pipe)，其包含有第一端與第二端，且該第一端是與該化學研磨機臺的研磨設備連通、去離子水沖洗設備(DI water purger)設置于該傳輸管路的該第二端、第一研磨液供應槽(first slurry supply reservoir)，連通至該傳輸管路靠近該第二端的位置用以注入研磨劑(abrasive)至該傳輸管路中、第二研磨液供應槽(second slurry supply reservoir)，連通至該傳輸管路位于該第一研磨液供應槽與該第一端之間的位置用以注入清潔藥劑(clean chemical)至該傳輸管路中、第三研磨液供應槽(third slurry supply reservoir)，連通至該傳輸管路位于該第一研磨液供應槽與該第一端之間的位置用以注入抗蝕劑(corrosion inhibitor)至該傳輸管路中，以及第四研磨液供應槽(fourth slurrysupply reservoir)，連通至該傳輸管路靠近該第一端的位置，用以注入氧化劑(oxidizer)至該傳輸管路中。
配合上述研磨液傳輸設備，本發明另提供一種混合化學機械研磨工藝的研磨液的方法。根據本發明的方法，首先提供傳輸管路，該傳輸管路的第一端是連通至化學機械研磨機臺的研磨設備，該傳輸管路另包含有第一注入口、第二注入口、第三注入口與第四注入口，該第一注入口是設置距該第一端最遠的位置，該第四注入口是設置于距該第一端最近的位置，而該第二注入口與該第三注入口是設置于該第一注入口與該第四注入口之間。接著由該第一注入口注入研磨劑至該傳輸管路中，由該第二注入口注入清潔藥劑至該傳輸管路中，由該第三注入口注入抗蝕劑至該傳輸管路中，并由該第四注入口注入氧化劑至該傳輸管路中。其中該第一注入口、該第二注入口、該第三注入口與該第四注入口與該傳輸管路之間均分別設置有止回閥，且該研磨劑、該清潔藥劑、該抗蝕劑與該氧化劑是于該傳輸管線中快速混合并直接傳輸至該研磨設備。
由于本發明的研磨液傳輸設備所供應的研磨液除包含有研磨劑與氧化劑等成分外，另包含有清潔藥劑與抗蝕劑，同時研磨劑、氧化劑、清潔藥劑與抗蝕劑是于傳輸管路中快速混合并直接傳輸至研磨設置，因此本發明的研磨液傳輸設備可有效減少研磨液的殘留與腐蝕的問題。除此之外，各研磨液供應槽(包含有第一研磨液供應槽、第二研磨液供應槽、第三研磨液供應槽與第四研磨液供應槽)均分別包含有止回閥，且各該止回閥均是設置于各該研磨液供應槽靠近該傳輸管路5％內的位置，因此可避免研磨液傳輸設備的污染問題。
為了更近一步了解本發明的特征及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖。然而所附圖式僅供參考與輔助說明用，并非用來對本發明加以限制。
圖式簡單說明圖1為已知應用于化學機械研磨機臺的研磨液傳輸設備的示意圖。
圖2為本發明研磨液傳輸設備的較佳實施例的示意圖。
圖3為本發明研磨液混合方法的較佳實施例的示意圖。
主要組件符號說明10研磨液傳輸設備12混合槽14第一研磨液供應槽 16第二研磨液供應槽
18去離子水沖洗設備 20研磨設備30研磨液傳輸設備32傳輸管路321 第一端322 第二端34去離子水沖洗設備 36第一研磨液供應槽361 止回閥38第二研磨液供應槽381 止回閥40第三研磨液供應槽401 止回閥42第四研磨液供應槽421 止回閥44研磨設備46第一注入口48第二注入口50第三注入口52第四注入口具體實施方式
請參考圖2，圖2為本發明研磨液傳輸設備30的較佳實施例的示意圖。如圖2所示，研磨液傳輸設備30包含有傳輸管路32、去離子水沖洗設備34、第一研磨液供應槽36、第二研磨液供應槽38、第三研磨液供應槽40與第四研磨液供應槽42。其中，傳輸管路32的第一端321是連通至化學機械研磨機臺的研磨設備44，用以將研磨液傳輸至研磨設備44，而傳輸管路32的第二端322則是與去離子水沖洗設備34連接，藉此去離子水沖洗設備34可利用去離子水沖洗傳輸管路32。另外，第一研磨液供應槽36、第二研磨液供應槽38、第三研磨液供應槽40與第四研磨液供應槽42則分別連通至傳輸管路32上，同時并分別利用止回閥361、381、401與421防止傳輸管路32內的研磨液逆流。如圖2所示，第一研磨液供應槽36、第二研磨液供應槽38、第三研磨液供應槽40與第四研磨液供應槽42的位置是依照次序設置于由第二端322至第一端321的傳輸管路32上，以分別供應不同的研磨液成分至傳輸管路32中，其中于本實施例中，第一研磨液供應槽36是用以注入研磨劑至傳輸管路32中、第二研磨液供應槽38是用以注入清潔藥劑至傳輸管路32中，藉以清潔傳輸管路32、第三研磨液供應槽40是用以注入抗蝕劑至傳輸管路32中，用以避免傳輸管路32與進行化學機械研磨工藝的晶圓(圖未示)被研磨液腐蝕，而第四研磨液供應槽42是用以注入氧化劑至傳輸管路32中。止回閥361、381、401與421是分別設置于第一研磨液供應槽36、第二研磨液供應槽38、第三研磨液供應槽40與第四研磨液供應槽42靠近傳輸管路32的位置，并以位于第一研磨液供應槽36、第二研磨液供應槽38、第三研磨液供應槽40、第四研磨液供應槽42與傳輸管路32之間的管路中靠近傳輸管路32的5％內的位置較佳，藉以有效避免研磨液傳輸設備30的污染問題。另外，止回閥361、381、401與421的材質可為不銹鋼、有側鏈的聚四氟乙烯或其它強抗蝕性的材質，并以使用PFA較佳。
依據所欲研磨的薄膜成分的不同與其它因素考量，研磨劑是選自氧化鋁(alumina)、氧化硅(silica)、硅灰(silica fume)、氧化鈰(cerium oxide)與氧化鋯(zirconium oxide)等，或其它常用作研磨劑的物質。氧化劑則選自過氧化氫(hydrogen peroxide)、硝酸鐵(ferric nitrate)與碘酸鉀(potassium iodate)等。清潔藥劑則為檸檬酸(citric acid)與草酸(oxalic acid)等有機酸。另外，抗蝕劑則選自苯并三唑(Benzotriazole，BTA)、2-巰基苯并噻唑(2-mercapto-benzothiazole，MBT)、苯并咪唑(Benzimidazole，BIA)、甲苯基三唑基(Tolyltrizole，TTA)、5-己基-1，2，3-苯并三唑(5-hexyl-1，2，3-benzotriazole，C6BTA)、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基(3-amino-5-heptyl-1，2，4-triazole，AHT)、2-氨基-噻唑(2-amino-thiazole，AZT)、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶(2-amino-4，6-dimethyl-pyrimidine，ADMP)、3-苯基-1，2，4-三唑基(3-phenyl-1，2，4-triazole，PTH)、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮(3-phenyl-1，2，4-triazole-5-one)、哌啶(piperidine)、苯基-氨基-三嗪-雙硫醇(phenyl-amino-triazine-dithiol，PTD)、乙基黃原酸鉀(potassium ethylxanthate，KEX)、芐胺(benzylamine，BZA)、乙醇胺(ethanolamine)與三聚磷酸鈉(sodiumtripolyphosphate)等。
本發明的研磨液傳輸設備30的特點之一在于研磨液是于傳輸管路32中快速混合并直接傳輸至研磨設備44，因此不會發生已知研磨液傳輸設備30利用混合槽方式混合所導致的研磨液殘留問題，尤其用以提供氧化劑的第四研磨液供應槽42是設置于傳輸管路32靠近研磨設備44的第一端321，因此可有效避免研磨液由于研磨劑與氧化劑過早混合所導致的粘度過大問題，藉此減少研磨液中的微粒殘留于傳輸管路32的機率。此外，透過加入適當的抗蝕劑，傳輸管路32與晶圓易遭腐蝕的問題也獲得解決。
配合上述研磨液傳輸設備30的設計，本發明的研磨液混合方法如下所述。請參考圖3(同時參考圖2)，圖3為本發明研磨液混合方法的較佳實施例的示意圖，其中圖3與圖2中相同的組件以相同的標號表示。如圖3所示，先提供傳輸管路32，且傳輸管路32的第一端321是連通至研磨設備44(圖3未示)，而第二端322則是與去離子水沖洗設備34(圖3未示)連接。接著由第一注入口46注入研磨劑至傳輸管路32中，由第二注入口48注入清潔藥劑至傳輸管路32中，由第三注入口50注入抗蝕劑至傳輸管路32中，以及由第四注入口52注入氧化劑至傳輸管路32中，藉此研磨劑、清潔藥劑、抗蝕劑與氧化劑會于傳輸管線32中快速混合并直接流至研磨設備44，以進行化學機械研磨工藝。其中，研磨劑、氧化劑、清潔藥劑與抗蝕刻的組成比例可加以調整以達較佳的研磨與清潔效果。另外，去離子水沖洗設備34則可于化學機械研磨工藝完畢后或適當時機提供去離子水。
藉由上述研磨液傳輸設備與研磨液混合方法，本發明可有效避免進行化學機械研磨工藝中產生研磨液殘留與腐蝕問題。值得注意的是本發明的特點在于將研磨液的各成分于傳輸管路中快速混合，因此研磨液的各成分，如研磨劑、清潔藥劑、抗蝕劑與氧化劑的注入位置可視效果作適度調整，舉例來說，清潔藥劑與抗蝕劑的注入位置可加以調換。另外，依據化學機械研磨工藝所欲研磨的薄膜材質特性或清潔等需求的不同，亦可于傳輸管路中加入pH值緩沖劑、表面活性劑與螯狀配位劑等。另外，止回閥的作用在于避免研磨液傳輸設備的污染問題，且各止回閥的位置以盡量靠近傳輸管路為佳。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種應用于化學機械研磨機臺的研磨液傳輸設備，包含有傳輸管路，該傳輸管路包含有第一端與第二端，且該第一端是與該化學研磨機臺的研磨設備連通；去離子水沖洗設備，設置于傳輸管路的第二端；第一研磨液供應槽，連通至傳輸管路靠近第二端的位置，用以注入研磨劑至傳輸管路中，且第一研磨液供應槽包含有止回閥設于第一研磨液供應槽與傳輸管路之間；第二研磨液供應槽，連通至傳輸管路位于第一研磨液供應槽與第一端之間的位置，用以注入清潔藥劑至傳輸管路中，且第二研磨液供應槽包含有止回閥設于第二研磨液供應槽與傳輸管路之間；第三研磨液供應槽，連通至傳輸管路位于第一研磨液供應槽與第一端之間的位置，用以注入抗蝕劑至傳輸管路中，且第三研磨液供應槽包含有止回閥設于第三研磨液供應槽與傳輸管路之間；以及第四研磨液供應槽，連通至傳輸管路靠近第一端的位置，用以注入氧化劑至傳輸管路中，且該第四研磨液供應槽包含有止回閥設于第四研磨液供應槽與傳輸管路之間；其中研磨劑、氧化劑、清潔藥劑與抗蝕劑在傳輸管路中快速混合并直接傳輸至研磨設置。
2.如權利要求1所述的研磨液傳輸設備，其中第二研磨液供應槽是連通至傳輸管路位于第一研磨液供應槽與第三研磨液供應槽之間的位置。
3.如權利要求1所述的研磨液傳輸設備，其中第三研磨液供應槽是連通至傳輸管路位于第一研磨液供應槽與第二研磨液供應槽之間的位置。
4.如權利要求1所述的研磨液傳輸設備，其中研磨劑包含有氧化鋁、氧化硅與硅灰。
5.如權利要求1所述的研磨液傳輸設備，其中氧化劑包含有過氧化氫與硝酸鐵。
6.如權利要求1所述的研磨液傳輸設備，其中清潔藥劑包含有檸檬酸與草酸。
7.如權利要求1所述的研磨液傳輸設備，其中抗蝕劑包含有苯并三唑、2-巰基苯并噻唑、苯并咪唑、甲苯基三唑基、5-己基-1，2，3-苯并三唑、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基、2-氨基-噻唑、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶、3-苯基-1，2，4-三唑基、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮、哌啶、苯基-氨基-三嗪-雙硫醇、乙基黃原酸鉀、芐胺、乙醇胺與三聚磷酸鈉。
8.一種混合化學機械研磨工藝的研磨液的方法，包含有提供傳輸管路，該傳輸管路的第一端是連通至化學機械研磨機臺的研磨設備，該傳輸管路另包含有第一注入口、第二注入口、第三注入口與第四注入口，第一注入口是設置距第一端最遠的位置，第四注入口是設置于距第一端最近的位置，而第二注入口與第三注入口是設置于第一注入口與第四注入口之間；由第一注入口注入研磨劑至傳輸管路中；由第二注入口注入清潔藥劑至傳輸管路中；由第三注入口注入抗蝕劑至傳輸管路中；以及由第四注入口注入氧化劑至傳輸管路中；其中第一注入口、第二注入口、第三注入口與第四注入口與傳輸管路之間均分別設置有止回閥，且研磨劑、清潔藥劑、抗蝕劑與氧化劑在傳輸管線中快速混合并直接傳輸至研磨設備。
9.如權利要求8所述的方法，其中第二注入口是設置于傳輸管路位于第一注入口與第三注入口之間的位置。
10.如權利要求8所述的方法，其中第三注入口是設置于傳輸管路位于第一注入口與第二注入口之間的位置。
11.如權利要求8所述的方法，其中研磨劑包含有氧化鋁、氧化硅與硅灰。
12.如權利要求8所述的方法，其中氧化劑包含有過氧化氫與硝酸鐵。
13.如權利要求8所述的方法，其中清潔藥劑包含有檸檬酸與草酸。
14.如權利要求8所述的方法，其中抗蝕劑包含有苯并三唑、2-巰基苯并噻唑、苯并咪唑、甲苯基三唑基、5-己基-1，2，3-苯并三唑、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基、2-氨基-噻唑、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶、3-苯基-1，2，4-三唑基、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮、哌啶、苯基-氨基-三嗪-雙硫醇、乙基黃原酸鉀、芐胺、乙醇胺與三聚磷酸鈉。
15.如權利要求8所述的方法，另包含有利用去離子水沖洗設備沖洗該傳輸管路。
16.一種應用于化學機械研磨機臺的研磨液傳輸設備，包含有傳輸管路，該傳輸管路包含有第一端與第二端，且該第一端是與該化學研磨機臺的研磨設備連通；去離子水沖洗設備，設置于傳輸管路的第二端；以及多個研磨液供應槽，分別連通至傳輸管路，各研磨液供應槽分別包含有止回閥，且各止回閥是分別設置于各研磨液供應槽靠近傳輸管路5％內的位置。
17.如權利要求16所述的研磨液傳輸設備，其中所述研磨液供應槽是分別為第一研磨液供應槽用以注入研磨劑至傳輸管路中、第一研磨液供應槽用以注入清潔藥劑至傳輸管路中、第三研磨液供應槽用以注入抗蝕劑至傳輸管路中，以及第四研磨液供應槽用以注入氧化劑至傳輸管路中。
18.如權利要求17所述的研磨液傳輸設備，其中研磨劑包含有氧化鋁、氧化硅與硅灰。
19.如權利要求17所述的研磨液傳輸設備，其中氧化劑包含有過氧化氫與硝酸鐵。
20.如權利要求17所述的研磨液傳輸設備，其中清潔藥劑包含有檸檬酸與草酸。
21.如權利要求17所述的研磨液傳輸設備，其中該抗蝕劑包含有苯并三唑、2-巰基苯并噻唑、苯并咪唑、甲苯基三唑基、5-己基-1，2，3-苯并三唑、3-氨基-5-庚基-1，2，4-三唑基、2-氨基-噻唑、2-氨基-4，6-二甲基嘧啶、3-苯基-1，2，4-三唑基、3-苯基-1，2，4-三唑基-5-酮、哌啶、苯基-氨基-三嗪-雙硫醇、乙基黃原酸鉀、芐胺、乙醇胺與三聚磷酸鈉。
22.如權利要求17所述的研磨液傳輸設備，其中該第一研磨液供應槽是連通至該傳輸管路靠近該第二端的位置。
23.如權利要求22所述的研磨液傳輸設備，其中第二研磨液供應槽是連通至傳輸管路位于該第一研磨液供應槽與第一端之間的位置。
24.如權利要求23所述的研磨液傳輸設備，其中第三研磨液供應槽是連通至傳輸管路位于第一研磨液供應槽與第一端之間的位置。
25.如權利要求24所述的研磨液傳輸設備，其中第四研磨液供應槽是連通至傳輸管路靠近第一端的位置。
26.如權利要求17所述的研磨液傳輸設備，其中各止回閥的材質是有側鏈的聚四氟乙烯。
全文摘要
一種研磨液傳輸設備，包含有傳輸管路、第一研磨液供應槽，連通至該傳輸管路用以注入研磨劑至該傳輸管路中、第二研磨液供應槽連通至該傳輸管路用以注入清潔藥劑至該傳輸管路中、第三研磨液供應槽，連通至該傳輸管路用以注入抗蝕劑至該傳輸管路中，以及第四研磨液供應槽，連通至該傳輸管路用以注入氧化劑至該傳輸管路中。
文檔編號C09K3/14GK1833821SQ20051005583
公開日2006年9月20日 申請日期2005年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者陳勝裕, 洪德松, 鄭锜彪, 成忠榮, 聶光武, 鄭博元, 陳建富, 胡俊汀, 曾子育, 謝祖怡, 白弘吉, 郭永杰 申請人:聯華電子股份有限公司