[实用新型]研磨液供给装置及化学机械研磨系统

说明书

本实用新型公开了一种研磨液供给装置及化学机械研磨系统，所述研磨液供给装置包含：研磨液供应系统；过滤装置；第一管路，一端与研磨液供应系统连通，另一端与过滤装置连通；流量控制器；第二管路，一端与过滤装置连通，另一端与流量控制器连通；第三管路，一端与流量控制器连通，另一端与一化学机械研磨机台连通；至少一个恒温装置，至少设置于第一管路、第二管路和第三管路中的一条管路上。本实用新型具有使得初始研磨阶段研磨率平稳且与第二阶段研磨率相同，节约研磨液的使用量，缩短研磨时间，提高研磨量的优点。

技术领域

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(polishingpad)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 padconditioning)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。