控制拋光液濃度穩定的系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種控制拋光液濃度穩定的系統和方法，該系統包括：儲存槽、控制器、濃度檢測裝置、液體循環控制裝置、電鍍裝置、液體排放控制裝置及液體供應控制裝置，濃度檢測裝置檢測儲存槽中拋光液的金屬離子濃度及酸根濃度并發送至控制器，液體循環控制裝置輸送拋光液輸送至電鍍裝置進行電鍍反應并將電鍍裝置內的液體輸送回儲存槽，電鍍裝置用于電鍍反應，液體排放控制裝置將儲存槽中的拋光液排出，液體供應控制裝置向儲存槽補充拋光液原液，控制器將接收的金屬離子濃度和酸根濃度分別與設定的金屬離子目標濃度值和酸根目標濃度值比較，根據比較結果發送控制指令以調節儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度至目標濃度值。
【專利說明】控制拋光液濃度穩定的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無應力拋光【技術領域】，尤其涉及一種控制拋光液濃度穩定的系統和方法。
【背景技術】
[0002]在集成電路制造過程中，化學機械拋光(CMP)技術在單晶硅襯底和多層金屬互連結構的層間全局平坦化方面得到了廣泛的應用。化學機械拋光可以拋光和平坦化在介質材料的非凹陷區域上形成的金屬層。雖然化學機械拋光可以只拋光金屬層而對電介質層沒有影響，然而，由于其強機械作用力，化學機械拋光會對集成電路結構帶來一些有害的影響，尤其是隨著極大規模集成電路和超大規模集成電路的快速發展，銅和低K或者超低K電介質材料被應用在極大規模集成電路和超大規模集成電路中，由于銅和低K或者超低K電介質材料的機械性能有很大的差別，化學機械拋光中的強機械作用力可能會對低K或者超低K電介質材料造成永久性的損傷。
[0003]為了解決化學機械拋光技術中的缺點，人們在不斷完善化學機械拋光技術的同時，也在不斷探索和研究新的平坦化技術，其中，無應力拋光技術被逐漸應用在極大規模集成電路和超大規模集成電路的制造中。無應力拋光技術能夠克服傳統的化學機械拋光技術在超微細特征尺寸集成電路制造中的缺陷。無應力拋光技術基于電化學拋光原理，能夠無機械應力的對金屬互聯結構進行平坦化。無應力拋光需要使用能夠導電的拋光液，經過電化學反應后，拋光液內金屬離子濃度以及酸根濃度會發生變化，金屬離子濃度和酸根濃度是無應力拋光技術中的重要技術參數之一，拋光液中的金屬離子濃度和酸根濃度的變化會影響拋光均勻性，其濃度穩定性也直接影響拋光工藝的可重復性。因此，在無應力拋光過程中，維持拋光液中的金屬離子濃度和酸根濃度穩定對提高拋光工藝效果具有重要作用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種控制拋光液濃度穩定的系統，該系統能夠使拋光液中金屬離子濃度和酸根濃度維持穩定，從而提高拋光均勻性、拋光工藝的可重復性并降低拋光成本。
[0005]為實現上述目的，本發明提供的一種控制拋光液濃度穩定的系統，包括:儲存槽、控制器、濃度檢測裝置、液體循環控制裝置、電鍍裝置、液體排放控制裝置及液體供應控制裝置，其中，儲存槽儲存拋光液，濃度檢測裝置檢測儲存槽中拋光液的金屬離子濃度及酸根濃度并將檢測到的金屬離子濃度和酸根濃度發送至控制器，液體循環控制裝置能夠將儲存槽中的拋光液輸送至電鍍裝置進行電鍍反應并將電鍍裝置內的液體輸送回儲存槽，電鍍裝置用于電鍍反應并將拋光液中的金屬離子回收，液體排放控制裝置能夠將儲存槽中的拋光液排出，液體供應控制裝置能夠向儲存槽補充拋光液原液，控制器接收濃度檢測裝置發送的金屬離子濃度和酸根濃度并將接收的金屬離子濃度和酸根濃度分別與設定的金屬離子目標濃度值和酸根目標濃度值比較，根據比較結果分別向液體循環控制裝置、電鍍裝置、液體排放控制裝置及液體供應控制裝置發送控制指令以調節儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度至目標濃度值。
[0006]本發明的另一目的是提供一種控制拋光液濃度穩定的方法，該方法包括:
[0007]檢測儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度；
[0008]將檢測到的金屬離子濃度和酸根濃度分別與設定的金屬離子目標濃度值和酸根目標濃度值比較，根據比較結果分別調節儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度至目標濃度值。
[0009]綜上所述，本發明一種控制拋光液濃度穩定的系統和方法通過將儲存槽中一定體積的拋光液輸送至電鍍裝置進行電鍍反應，從而將拋光液中的金屬離子回收，以降低拋光液中金屬離子的濃度，以及將儲存槽中一定體積的拋光液排出并補充拋光液原液，以提高拋光液中酸根的濃度，進而使儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度維持穩定，提高了拋光均勻性和拋光工藝的可重復性，同時，由于拋光液的可循環利用，因此，大大降低了無應力拋光的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明一種控制拋光液濃度穩定的系統的結構示意圖。
[0011]圖2是本發明一種控制拋光液濃度穩定的方法的流程圖。
[0012]圖3是本發明一種控制拋光液濃度穩定的方法的另一流程圖。
[0013]圖4是本發明拋光液中銅離子的目標濃度值與檢測濃度值的差值與輸送至電鍍裝置進行電鍍反應的拋光液的體積比之間的對應關系圖。
[0014]圖5是本發明拋光液中酸根的目標濃度值與檢測濃度值的差值與從儲存槽中排出或向儲存槽中補充的拋光液原液的體積比之間的對應關系圖。
【具體實施方式】
[0015]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合圖式予以詳細說明。
[0016]在本發明中，將以無應力銅拋光為例，介紹本發明一種控制拋光液濃度穩定的系統和方法。請參閱圖1、圖4和圖5，本發明一種控制拋光液濃度穩定的系統包括:儲存槽
10、控制器20、液位檢測裝置30、銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40、液體循環控制裝置50、電鍍裝置60、原液槽71、緩存槽72、液體供應控制裝置80及液體排放控制裝置90。其中，液位檢測裝置30、銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40、液體循環控制裝置50、電鍍裝置60、液體供應控制裝置80及液體排放控制裝置90分別與控制器20相連接。
[0017]儲存槽10中儲存有適當濃度的拋光液用于進行無應力銅拋光反應，在無應力銅拋光過程中，噴射至銅表面的拋光液會回落至該儲存槽10，所以，儲存槽10中的拋光液在使用一段時間后，拋光液的濃度會發生變化，其中，拋光液中銅離子的濃度會逐漸上升，而酸根濃度會逐漸下降。拋光液中銅離子濃度和酸根濃度的改變會對拋光均勻性和拋光工藝的可重復性造成不良影響。因此，為了提高拋光均勻性和拋光工藝的可重復性，在無應力銅拋光過程中，需要實時檢測并控制儲存槽10中拋光液的銅離子濃度和酸根濃度至目標濃度值，維持拋光液的銅離子濃度和酸根濃度穩定。[0018]液位檢測裝置30用于實時檢測儲存槽10中拋光液的液位，并將檢測到的液位發送至控制器20，控制器20根據儲存槽10的橫截面積及液位計算出儲存槽10中拋光液的體積。
[0019]銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40用于實時檢測儲存槽10中拋光液的銅離子濃度和酸根濃度，并將檢測到的銅離子濃度和酸根濃度發送至控制器20，控制器20接收銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40發送的銅離子濃度和酸根濃度后，將銅離子濃度和酸根濃度分別與設定的銅離子目標濃度值和酸根目標濃度值比較，根據比較結果發出控制指令。
[0020]具體地，如果銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40檢測到的拋光液中的銅離子濃度高于設定的銅離子目標濃度值，控制器20根據拋光液中銅離子的目標濃度值與檢測濃度值的差值與輸送至電鍍裝置60進行電鍍反應的拋光液的體積比之間的對應關系以及儲存槽10中拋光液的體積計算出需輸送至電鍍裝置60進行電鍍反應的拋光液的體積，并向液體循環控制裝置50發出第一控制指令和向電鍍裝置60發出第二控制指令。液體循環控制裝置50接收控制器20發出的第一控制指令后將儲存槽10中一定體積的拋光液輸送至電鍍裝置60內進行電鍍反應，所述的一定體積與控制器20計算出的需輸送至電鍍裝置60進行電鍍反應的拋光液的體積一致，液體循環控制裝置50還將電鍍裝置60內的進行電鍍反應后的液體輸送回儲存槽10內。電鍍裝置60接收控制器20發出的第二控制指令和液體循環控制裝置50輸送的拋光液后進行電鍍反應，使拋光液中的銅離子轉移至電鍍裝置60的陰極上，從而對拋光液中的銅離子進行了回收，進而降低了拋光液中銅離子的濃度，使拋光液中銅離子的濃度與目標濃度值一致。如果銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40檢測到的拋光液中的銅離子濃度等于或低于設定的銅離子目標濃度值，即表明拋光液中銅離子的濃度不會影響拋光工藝效果，液體循環控制裝置50不向電鍍裝置60輸送拋光液，銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40繼續實時檢測儲存槽10中拋光液的銅離子的濃度。
[0021]如果銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40檢測到的拋光液中的酸根濃度低于設定的酸根目標濃度值，控制器20根據拋光液中酸根的目標濃度值與檢測濃度值的差值與從儲存槽10中排出或向儲存槽10中補充的拋光液原液的體積比之間的對應關系以及儲存槽10中拋光液的體積計算出需從儲存槽10中排出的拋光液的體積或者是需向儲存槽10中補充的拋光液原液的體積，并分別向液體排放控制裝置90發送第三控制指令和向液體供應控制裝置80發送第四控制指令。液體排放控制裝置90接收控制器20發送的第三控制指令后將儲存槽10中一定體積的拋光液排送至廢液池91。液體供應控制裝置80與緩存槽72相連接，緩存槽72與原液槽71相連接，原液槽71向緩存槽72供應適量的拋光液原液，改變緩存槽72中拋光液原液的物理性質，使緩存槽72中拋光液原液的物理性質與儲存槽10中儲存的拋光液的物理性質一致，所述的物理性質是指拋光液的粘度、溫度等。液體供應控制裝置80接收控制器20發送的第四控制指令后，液體供應控制裝置80將緩存槽72中一定體積的拋光液原液供應至儲存槽10中，調節儲存槽10中拋光液的酸根濃度至目標濃度值。從儲存槽10中排放的拋光液的體積與向儲存槽10中補充的拋光液原液的體積相同，且均與控制器20計算出的需從儲存槽10中排出的拋光液的體積或者是需向儲存槽10中補充的拋光液原液的體積相一致。如果銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40檢測到的拋光液中的酸根濃度高于或等于設定的酸根目標濃度值，即表明拋光液中酸根的濃度不會影響拋光工藝效果，液體排放控制裝置90不會將儲存槽10中的拋光液排送至廢液池91，液體供應控制裝置80也不會將緩存槽72中的拋光液原液供應至儲存槽10中，銅離子濃度及酸根濃度檢測裝置40繼續實時檢測儲存槽10中拋光液的酸根的濃度。
[0022]請參閱圖2和圖3，為本發明一種控制拋光液濃度穩定的方法的流程圖。在實施本發明所述方法之前，先通過實驗建立拋光液中銅離子的目標濃度值與檢測濃度值的差值與輸送至電鍍裝置60進行電鍍反應的拋光液的體積比之間的一一對應的函數模型，以及拋光液中酸根的目標濃度值與檢測濃度值的差值與從儲存槽10中排出或向儲存槽10中補充的拋光液原液的體積比之間的--對應的函數模型。
[0023]特別是，本發明所述方法包括如下步驟:
[0024]SI 10，檢測儲存槽10中拋光液的銅離子的濃度；
[0025]S120，將檢測到的銅離子的濃度與設定的銅離子的目標濃度值比較，若檢測到的銅離子的濃度小于或等于銅離子的目標濃度值，則返回SllO步驟；若檢測到的銅離子的濃度大于銅離子的目標濃度值，則執行S130步驟；
[0026]S130,將儲存槽10中一定體積的拋光液輸送至電鍍裝置60進行電鍍反應,從而將拋光液中銅離子回收，并將電鍍裝置60中的液體輸送回儲存槽10中，進而降低儲存槽10中拋光液的銅離子的濃度至銅離子的目標濃度值，并返回SllO步驟；
[0027]S140，檢測儲存槽10中拋光液的酸根的濃度；
[0028]S150，將檢測到的酸根的濃度與設定的酸根的目標濃度值比較，若檢測到的酸根的濃度大于或等于酸根的目標濃度值，則返回S140步驟；若檢測到的酸根的濃度小于酸根的目標濃度值，則執行S160步驟；
[0029]S160,從儲存槽10中排出一定體積的拋光液至廢液池91 ；
[0030]S170,從緩存槽72中補充相同體積的拋光液原液至儲存槽10，并返回S140步驟。
[0031]上述步驟S140至S170可以在步驟SllO至S130之前執行，也就是說，本發明可以先調節儲存槽10中拋光液的銅離子的濃度至目標濃度值，然后再調節儲存槽10中拋光液的酸根的濃度至目標濃度值，也可以先調節儲存槽10中拋光液的酸根的濃度至目標濃度值，然后再調節儲存槽10中拋光液的銅離子的濃度至目標濃度值。
[0032]由上述可知，本發明一種控制拋光液濃度穩定的系統和方法通過將儲存槽10中的拋光液輸送至電鍍裝置60進行電鍍反應，從而將拋光液中的銅離子回收，以降低拋光液中銅離子的濃度，以及將儲存槽10中一定體積的拋光液排出并補充相同體積的拋光液原液，以提高拋光液中酸根的濃度，進而使儲存槽10中拋光液的銅離子濃度和酸根濃度維持穩定，提高了無應力銅拋光的拋光均勻性和拋光工藝的可重復性，同時，由于拋光液的可循環利用，因此，大大降低了無應力銅拋光的成本。
[0033]綜上所述，本發明一種控制拋光液濃度穩定的系統和方法通過上述實施方式及相關圖式說明，已具體、詳實的揭露了相關技術，使本領域的技術人員可以據以實施。而以上所述實施例只是用來說明本發明，而不是用來限制本發明的，本發明的權利范圍，應由本發明的權利要求來界定。至于本文中所述元件數目的改變或等效元件的代替等仍都應屬于本發明的權利范圍。
【權利要求】
1.一種控制拋光液濃度穩定的系統，其特征在于，包括:儲存槽、控制器、濃度檢測裝置、液體循環控制裝置、電鍍裝置、液體排放控制裝置及液體供應控制裝置，其中，儲存槽儲存拋光液，濃度檢測裝置檢測儲存槽中拋光液的金屬離子濃度及酸根濃度并將檢測到的金屬離子濃度和酸根濃度發送至控制器，液體循環控制裝置能夠將儲存槽中的拋光液輸送至電鍍裝置進行電鍍反應并將電鍍裝置內的液體輸送回儲存槽，電鍍裝置用于電鍍反應并將拋光液中的金屬離子回收，液體排放控制裝置能夠將儲存槽中的拋光液排出，液體供應控制裝置能夠向儲存槽補充拋光液原液，控制器接收濃度檢測裝置發送的金屬離子濃度和酸根濃度并將接收的金屬離子濃度和酸根濃度分別與設定的金屬離子目標濃度值和酸根目標濃度值比較，根據比較結果分別向液體循環控制裝置、電鍍裝置、液體排放控制裝置及液體供應控制裝置發送控制指令以調節儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度至目標濃度值。
2.根據權利要求1所述的控制拋光液濃度穩定的系統，其特征在于，當濃度檢測裝置檢測到的儲存槽中拋光液的金屬離子濃度高于金屬離子目標濃度值時，控制器分別向液體循環控制裝置和電鍍裝置發送第一控制指令和第二控制指令，液體循環控制裝置接收第一控制指令后將儲存槽中一定體積的拋光液輸送至電鍍裝置進行電鍍反應，并將電鍍裝置內的液體輸送回儲存槽，直至濃度檢測裝置檢測到儲存槽中拋光液的金屬離子濃度小于或等于金屬離子目標濃度值時，液體循環控制裝置停止向電鍍裝置輸送拋光液。
3.根據權利要求1所述的控制拋光液濃度穩定的系統，其特征在于，當濃度檢測裝置檢測到的儲存槽中拋光液的酸根濃度低于酸根目標濃度值時，控制器分別向液體排放控制裝置和液體供應控制裝置發送第三控制指令和第四控制指令，液體排放控制裝置接收第三控制指令后將儲存槽中一定體積的拋光液排出，液體供應控制裝置接收第四控制指令后向儲存槽供應一定體積的拋光液原液，直至濃度檢測裝置檢測到儲存槽中拋光液的酸根濃度高于或等于酸根目標濃度值時，液體排放控制裝置停止將儲存槽中的拋光液排出，液體供應控制裝置也停止向儲存槽供應拋光液原液。
4.根據權利要求3所述的控制拋光液濃度穩定的系統，其特征在于，從儲存槽中排出的拋光液的體積與向儲存槽供 應的拋光液原液的體積相等。
5.根據權利要求3所述的控制拋光液濃度穩定的系統，其特征在于，液體排放控制裝置將儲存槽中一定體積的拋光液排出至一廢液池。
6.根據權利要求3所述的控制拋光液濃度穩定的系統，其特征在于，液體供應控制裝置與一緩存槽相連接，緩存槽中存放有與儲存槽中儲存的拋光液的物理性質一致的拋光液原液。
7.根據權利要求6所述的控制拋光液濃度穩定的系統，其特征在于，緩存槽與一原液槽相連接，原液槽向緩存槽供應拋光液原液。
8.根據權利要求1所述的控制拋光液濃度穩定的系統，還進一步包括一液位檢測裝置，液位檢測裝置與控制器相連接，用于檢測儲存槽中拋光液的液位，并將檢測到的液位發送至控制器，控制器接收該液位并根據儲存槽的橫截面積計算出儲存槽中拋光液的體積。
9.一種控制拋光液濃度穩定的方法，其特征在于，包括: 檢測儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度； 將檢測到的金屬離子濃度和酸根濃度分別與設定的金屬離子目標濃度值和酸根目標濃度值比較，根據比較結果分別調節儲存槽中拋光液的金屬離子濃度和酸根濃度至目標濃度值。
10.根據權利要求9所述的一種控制拋光液濃度穩定的方法，其特征在于，當檢測到的儲存槽中拋光液的金屬離子濃度高于金屬離子目標濃度值時，將儲存槽中一定體積的拋光液輸送至電鍍裝置進行電鍍反應，并將電鍍裝置內的液體輸送回儲存槽，直至檢測到儲存槽中拋光液的金屬離子濃度小于或等于金屬離子目標濃度值時，停止向電鍍裝置輸送拋光液。
11.根據權利要求9所述的一種控制拋光液濃度穩定的方法，其特征在于，當檢測到的儲存槽中拋光液的酸根濃度低于酸根目標濃度值時，將儲存槽中一定體積的拋光液排出，并向儲存槽供應一定體積的拋光液原液，直至檢測到儲存槽中拋光液的酸根濃度高于或等于酸根目標濃度值時，停止將儲存槽中的拋光液排出，也停止向儲存槽供應拋光液原液。
12.根據權利要求11所述的一種控制拋光液濃度穩定的方法，其特征在于，從儲存槽中排出的拋光液的體積與向儲存槽供應的拋光液原液的體積相等。
【文檔編號】G05D11/13GK103699143SQ201210375488
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月27日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】王堅, 金一諾, 王暉 申請人:盛美半導體設備（上海）有限公司