TWI641038B

TWI641038B - 拋光液供給系統

Info

Publication number: TWI641038B
Application number: TW105124433A
Authority: TW
Inventors: 洪士哲; Yem-Yeu Chang; 張延瑜; Jui-Ping Li; 李瑞評
Original assignee: Crystalwise Technology Inc.; 兆遠科技股份有限公司
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2018-11-11
Also published as: TW201806014A; CN107671732A

Abstract

一種拋光液供給系統，包含一儲存槽、一第一管路、一第一閥、一pH感測器與一控制器，其中，該儲存槽用以容置一拋光液，該拋光液之氧化還原電位維持於500 mV以上。該儲存槽透過輸出管路及回流管路連通至一晶片研拋裝置，且該儲存槽透過該第一管路連通一pH調整液供應源。該第一閥設置於該第一管路上。該pH感測器設置於該儲存槽內部，該控制器依據該pH感測器所感測的pH值控制該第一閥，使該儲存槽內拋光液之pH值維持於一預定pH值範圍。藉此，有效控制晶片研拋裝置於研拋晶片時的研拋效率及維持加工品質。

Description

拋光液供給系統

本發明係與通用於單面拋光或雙面拋光，或通用於游離磨粒與固定磨粒CMP拋光的技術有關；特別是指一種供應拋光液至晶片研拋裝置的拋光液供給系統。

半導體元件係製作於晶片上，晶片在進行磊晶之前，為了確保晶片表面的平坦度或是減少晶片的厚度，皆會進行研拋製程。目前常用的研拋方式為化學機械拋光（CMP），晶片在研拋時，必須加入拋光液進行研拋，拋光液中具有磨料、蝕刻液等成分，以加快研拋的速度。以矽晶片而言，化學機械拋光已是相當成熟的技術。

然，對於化學惰性材質之晶片而言，以目前市售的拋光液進行研拋時，其研拋效率不佳。以碳化矽晶片為例，碳化矽晶片可用於高壓元件、高功率元件、太陽能電池等領域，碳化矽晶片在進行研拋時，需耗費相當的時間，導致製程的成本增加，使得以碳化矽晶片製成的元件之成本居高不下。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種拋光液供給系統，可有效控制晶片研拋效率，並維持研拋的加工品質。

緣以達成上述目的，本發明提供的一種拋光液供給系統用以供應拋光液至一晶片研拋裝置；該拋光液供給系統包含一儲存槽、一輸出管路、一回流管路、一第一管路、一第一閥、一pH感測器與一控制器，其中，該儲存槽用以容置一拋光液，其中該拋光液之氧化還原電位為500 mV以上；該輸出管路連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以輸送該拋光液至該晶片研拋裝置；該回流管路連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以接收該晶片研拋裝置所回流之拋光液；該第一管路連通該儲存槽內部與一pH調整液供應源，用以輸送該pH調整液供應源之pH調整液；該第一閥設置於該第一管路上，該第一閥係受控制而開通或阻斷該第一管路；該pH感測器設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之pH值；該控制器電性連接該第一閥與該pH感測器，該控制器依據該pH感測器所感測的pH值控制該第一閥，使該儲存槽內拋光液之pH值維持於一預定pH值範圍。

本發明另提供一種拋光液供給系統，一儲存槽、一輸出管路、一回流管路、一第一管路、一第一閥、一pH感測器、一第二管路、一第二閥、一氧化還原電位感測器與一控制器，其中，該儲存槽用以容置一拋光液；該輸出管路連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以輸送該拋光液至該晶片研拋裝置；該回流管路連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以接收該晶片研拋裝置所回流之拋光液；該第一管路連通該儲存槽內部與一pH調整液供應源，用以輸送該pH調整液供應源之pH調整液；該第一閥設置於該第一管路上，該第一閥係受控制而開通或阻斷該第一管路；該pH感測器設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之pH值；該第二管路連通該儲存槽內部與一氧化劑供應源，用以輸送該氧化劑供應源之氧化劑；該第二閥設置於該第二管路上，該第二閥係受控制而開通或阻斷該第二管路；該氧化還原電位感測器設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之氧化還原電位；該控制器電性連接該第一閥、該第二閥、該pH感測器與該氧化還原電位感測器，該控制器依據該pH感測器所感測的pH值控制該第一閥，使該儲存槽內拋光液之pH值維持於一預定pH值範圍；該控制器依據該氧化還原電位感測器所感測的氧化還原電位控制該第二閥，使該儲存槽內拋光液之氧化還原電位維持於一預定電位以上。

本發明之效果在於，藉由控制拋光液的pH值在預定pH值範圍、以及控制拋光液的氧化還原電位或提供氧化還原電位為500 mV以上拋光液，可以有效控制晶片研拋裝置於研拋晶片時的研拋效率及維持一致的加工品質。

為能更清楚地說明本發明，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖１所示，為用於晶片研拋裝置之拋光液的氧化電位、pH值與加工次數的關係圖，本實施例中，該晶片研拋裝置係採用化學機械拋光的方式研拋晶片，所研拋的晶片係以碳化矽晶片為例。為了增進研拋效率，本實施例中拋光液中添加有強氧化劑及酸性化學劑，拋光液（原液）的氧化電位為1148 mV，pH值為2.4，每次加工研拋的過程中，拋光液係循環回收再利用。由圖１中可知，隨著加工的次數增加，拋光液的氧化電位係逐次降低，而pH值逐次升高，前述之現象為拋光液與晶片反應或因研拋產生的熱量所造成。

請配合圖２，為圖１中第一次至第四次加工研拋之晶片表面的照片，由圖中可明顯得知。隨著加工次數的增加，晶片表面上的凹坑（pits）缺陷的數量亦隨之增加。由此可知，拋光液的氧化還原電位與pH值將影響晶片研拋的加工品質。

基於上述原理，請配合圖３，本實施例之拋光液供給系統100，係用以穩定供應至晶片研拋裝置200之拋光液S的pH值及氧化還原電位。該拋光液供給系統100包含一儲存槽10、一輸出管路12、一回流管路14、一第一管路16、一第二管路18、一第三管路20與一控制器22。其中：

該儲存槽10用以容置拋光液S，其中該拋光液S包含有氧化劑及酸性化學液，該拋光液S的氧化還原電位為500 mV以上，本實施例中氧化劑係採用KMnO₄ ，但不以此為限，亦可採用H₂ O₂ 、NaOCl、Fe(NO₃ )₃ 、MnO₂ 等氧化劑。該儲存槽10中設置有一pH感測器24、一氧化還原電位感測器26與一液位偵測器28，其中，該pH感測器24用以感測該儲存槽10內拋光液S之pH值；該氧化還原電位感測器26用以感測該儲存槽10內拋光液S之氧化還原電位；該液位偵測器28用以偵測該儲存槽10內拋光液S之液位。該儲存槽10中設有一熱交換管30，該熱交換管30連接至一溫控器32，以控制該儲存槽10中拋光液S之溫度維持於預定溫度，避免拋光液S溫度過高。

該輸出管路12連通該儲存槽10內部與該晶片研拋裝置200，該輸出管路12上設置有一抽取泵122，該抽取泵122用以抽取該儲存槽10中的拋光液S，以輸送至該晶片研拋裝置200。

該回流管路14連通該儲存槽10內部與該晶片研拋裝置200，用以接收該晶片研拋裝置200所回流之拋光液。該回流管路14上設置有一過濾件142，該過濾件142過濾回收之拋光液中的雜質，例如拋光液中的結晶。

該第一管路16連通該儲存槽10內部與一pH調整液供應源34，該第一管路16上設置有一第一閥162，該第一閥162係受控制而開通或阻斷該第一管路16，使該pH調整液供應源34之pH調整液輸送至該儲存槽10中或阻斷pH調整液注入該儲存槽10。

該第二管路18連通該儲存槽10內部與一氧化劑供應源36，該第二管路18上設置有一第二閥182，該第二閥182係受控制而開通或阻斷該第二管路18，使該氧化劑供應源36之氧化劑輸送至該儲存槽10或阻斷氧化劑注入該儲存槽10。該氧化劑供應源36之氧化劑以氧化還原電位高於500mV之氧化劑為佳，本實施例中氧化劑為KMnO₄ 化學液，且氧化還原電位約為800mV以上。

該第三管路20連通該儲存槽10內部與一水源38，該第三管路20上設置有一第三閥202，該第三閥202係受控制而開通或阻斷該第三管路20，使該水源38的水輸送至該儲存槽10或阻斷水注入該儲存槽10。本實施例中，該水源38的水為去離子水。

該控制器22電性連接該pH感測器24、該氧化還原電位感測器26、該液位偵測器28、該第一閥162、該第二閥182及該第三閥202。該控制器22依據該pH感測器24所感測的pH值控制該第一閥162開通或阻斷該第一管路16，使該儲存槽10內拋光液S之pH值維持於一預定pH值範圍，本實施例中，該預定pH值範圍的下限為pH 2，上限為pH 5。更詳而言，當該控制器22判斷該pH感測器24所感測的pH值超過該預定pH值範圍的上限時，控制該第一閥162開通該第一管路16，使該pH調整液供應源34之pH調整液注入至該儲存槽10中；當該控制器22判斷該pH感測器24所感測的pH值低於該預定pH值範圍的下限時，控制該第一閥162阻斷該第一管路16。藉此，讓拋光液S的pH值維持在預定pH值範圍內。

該控制器22依據該氧化還原電位感測器26所感測的氧化還原電位控制該第二閥182開通或阻斷該第二管路18，使該儲存槽10內拋光液S之氧化還原電位維持於一預定電位以上，本實施例中該預定電位為500mV。更詳而言，當該控制器22判斷該氧化還原電位感測器26所感測的氧化還原電位低於預定電位時，控制該第二閥182開通該第二管路18，使該氧化劑供應源36之氧化劑注入至該儲存槽10中，由於該氧化劑供應源36之氧化劑的氧化還電位高於預定電位，氧化劑注入拋光液S中後，可以使拋光液S的氧化還原電位升高。當該控制器22判斷該氧化還原電位感測器26所感測的氧化還原電位高於該預定電位以上的一上限電位（例如1200 mV）時，控制該第二閥182阻斷該第二管路18。藉此，使拋光液S的氧化還電位維持在預定電位以上。

該控制器22依據該液位偵測器28所偵測的液位控制該第三閥202開通或阻斷該第三管路20，使該儲存槽10內拋光液S之液位維持於一預定液位以上。更詳而言，當該控制器22判斷該液位偵測器28所偵測的液位低於該預定液位時，控制該第三閥202開通該第三管路20，使該水源38的水注入至該儲存槽10中；當該控制器22判斷該液位偵測器28所偵測的液位在該預定液位以上時，控制該第三閥202阻斷該第三管路20。將水注入拋光液S中的目的，是為了讓維持拋光液S的水份，避免該晶片研拋裝置200於研拋晶片的過程中拋光液S的水分蒸發而影響拋光液S的濃度，造成pH值與氧化電位變異。

藉由上述之結構，即可讓該儲存槽10內之拋光液S維持在允許的pH值範圍及氧化電位範圍內，藉以避免pH值與氧化電位變化而影響研拋晶片的加工效率及加工品質。

為了更確保拋光液S的品質，本實施例的拋光液供給系統100更包含一光譜儀40，該光譜儀40包括有一光偵測器402、一光源404與一主機406，該光偵測器402設置於該儲存槽10內部，該光源404的光線透過光纖（圖未示）傳輸至該儲存槽10內且照射於該儲存槽10內部的拋光液之液面。該主機406透過該光偵測器402偵測該儲存槽10內拋光液S於特定光波段的吸光率，在所偵測的吸光率達一預定吸光率時，該主機406發出一提示訊號，該提示訊號可傳送至揚聲器（圖未示）或顯示器（圖未示），以聲音或影像的形式提示人員應更換新的拋光液S。舉例而言，拋光液S新使用化學液為一第一顏色（例如紫色），當使用多次後，拋光液S逐漸轉變為第二顏色（例如棕色）時，該主機406判斷該拋光液S於第二顏色的光波段的吸光率增加達到該預定吸光率時，代表拋光液S已不堪使用，該主機406則發出提示訊號。

據上所述，本發明之拋光液供給系統100藉由提供氧化還原電位為500 mV以上拋光液S、控制拋光液S的氧化還原電位以及控制拋光液S的pH值在預定pH值範圍內，可以有效控制晶片研拋裝置於研拋晶片時的研拋效率及維持一致的加工品質。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，前述晶片研拋裝置只是用於說明本發明之拋光液供給系統，並非用以限制本發明之拋光液供給系統，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

［本發明］

100‧‧‧拋光液供給系統

10‧‧‧儲存槽

12‧‧‧輸出管路

122‧‧‧抽取泵

14‧‧‧回流管路

142‧‧‧過濾件

16‧‧‧第一管路

162‧‧‧第一閥

18‧‧‧第二管路

182‧‧‧第二閥

20‧‧‧第三管路

202‧‧‧第三閥

22‧‧‧控制器

24‧‧‧pH感測器

26‧‧‧氧化還原電位感測器

28‧‧‧液位偵測器

30‧‧‧熱交換管

32‧‧‧溫控器

34‧‧‧pH調整液供應源

36‧‧‧氧化劑供應源

38‧‧‧水源

40‧‧‧光譜儀

402‧‧‧光偵測器

404‧‧‧光源

406‧‧‧主機

200‧‧‧晶片研拋裝置

S‧‧‧拋光液

圖１為本發明一較佳實施例拋光液的氧化電位、pH值與加工次數的關係圖。圖２為圖１第一次至第四次加工研拋之晶片表面的照片。圖３為上述較佳實施例之拋光液供給系統。

Claims

一種拋光液供給系統，用以供應拋光液至一晶片研拋裝置；該拋光液供給系統包含：一儲存槽，用以容置一拋光液，其中該拋光液之氧化還原電位為500mV以上；一輸出管路，連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以輸送該拋光液至該晶片研拋裝置；一回流管路，連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以接收該晶片研拋裝置所回流之拋光液；一第一管路，連通該儲存槽內部與一pH調整液供應源，用以輸送該pH調整液供應源之pH調整液；一第一閥，設置於該第一管路上，該第一閥係受控制而開通或阻斷該第一管路；一pH感測器，設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之pH值；一控制器，電性連接該第一閥與該pH感測器，該控制器依據該pH感測器所感測的pH值控制該第一閥，使該儲存槽內拋光液之pH值維持於一預定pH值範圍；一第二管路，連通該儲存槽內部與一氧化劑供應源，用以輸送該氧化劑供應源之氧化劑；一第二閥，設置於該第二管路上，該第二閥係受控制而開通或阻斷該第二管路；以及一氧化還原電位感測器，設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之氧化還原電位；該控制器電性連接該第二閥與該氧化還原電位感測器，該控制器依據該氧化還原電位感測器所感測的氧化還原電位控制該第二閥，使該儲存槽內拋光液之氧化還原電位維持於500mV以上。
如請求項1所述之拋光液供給系統，其中該控制器判斷該氧化還原電位感測器所感測的氧化還原電位低於500mV時，控制該第二閥開通該第二管路，使該氧化劑供應源之氧化劑注入至該儲存槽中；該控制器判斷該氧化還原電位感測器所感測的氧化還原電位在高於500mV以上的一上限電位時，控制該第二閥阻斷該第二管路。
一種拋光液供給系統，用以供應拋光液至一晶片研拋裝置；該拋光液供給系統包含：一儲存槽，用以容置一拋光液，其中該拋光液之氧化還原電位為500mV以上；一輸出管路，連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以輸送該拋光液至該晶片研拋裝置；一回流管路，連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以接收該晶片研拋裝置所回流之拋光液；一第一管路，連通該儲存槽內部與一pH調整液供應源，用以輸送該pH調整液供應源之pH調整液；一第一閥，設置於該第一管路上，該第一閥係受控制而開通或阻斷該第一管路；一pH感測器，設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之pH值；一控制器，電性連接該第一閥與該pH感測器，該控制器依據該pH感測器所感測的pH值控制該第一閥，使該儲存槽內拋光液之pH值維持於一預定pH值範圍；以及一光譜儀，包括有一光偵測器、一光源與一主機，該光偵測器設置於該儲存槽內部，該光源的光線傳輸至該儲存槽內且照射於該儲存槽內部的拋光液，該主機透過該光偵測器偵測該儲存槽內拋光液於特定光波段的吸光率，在所偵測的吸光率達一預定吸光率時，發出一提示訊號。
一種拋光液供給系統，用以供應拋光液至一晶片研拋裝置；該拋光液供給系統包含：一儲存槽，用以容置一拋光液；一輸出管路，連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以輸送該拋光液至該晶片研拋裝置；一回流管路，連通該儲存槽內部與該晶片研拋裝置，用以接收該晶片研拋裝置所回流之拋光液；一第一管路，連通該儲存槽內部與一pH調整液供應源，用以輸送該pH調整液供應源之pH調整液；一第一閥，設置於該第一管路上，該第一閥係受控制而開通或阻斷該第一管路；一pH感測器，設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之pH值；一第二管路，連通該儲存槽內部與一氧化劑供應源，用以輸送該氧化劑供應源之氧化劑；一第二閥，設置於該第二管路上，該第二閥係受控制而開通或阻斷該第二管路；一氧化還原電位感測器，設置於該儲存槽內部，用以感測該儲存槽內拋光液之氧化還原電位；以及一控制器，電性連接該第一閥、該第二閥、該pH感測器與該氧化還原電位感測器，該控制器依據該pH感測器所感測的pH值控制該第一閥，使該儲存槽內拋光液之pH值維持於一預定pH值範圍；該控制器依據該氧化還原電位感測器所感測的氧化還原電位控制該第二閥，使該儲存槽內拋光液之氧化還原電位維持於一預定電位以上。
如請求項1及4之任一項所述之拋光液供給系統，其中該氧化劑供應源之氧化劑的氧化還原電位高於500mV。
如請求項1、3及4之任一項所述之拋光液供給系統，包含一第三管路、一第三閥與一液位偵測器，其中該第三管路連通該儲存槽內部與一水源，用以輸送該水源的水；該第三閥設置於該第三管路上，該第三閥係受控制而開通或阻斷該第三管路；該液位偵測器設置於該儲存槽內部，用以偵測該儲存槽內拋光液之液位；該控制器電性連接該第三閥與該液位偵測器，該控制器依據該液位偵測器所偵測的液位控制該第三閥，使該儲存槽內拋光液之液位維持於一預定液位以上。
如請求項6所述之拋光液供給系統，其中該控制器判斷該液位偵測器所偵測的液位低於該預定液位時，控制該第三閥開通該第三管路，使該水源的水注入至該儲存槽中；該控制器判斷該液位偵測器所偵測的液位在該預定液位以上時，控制該第三閥阻斷該第三管路。
如請求項1及4之任一項所述之拋光液供給系統，包含一光譜儀，包括有一光偵測器、一光源與一主機，該光偵測器設置於該儲存槽內部，該光源的光線傳輸至該儲存槽內且照射於該儲存槽內部的拋光液，該主機透過該光偵測器偵測該儲存槽內拋光液於特定光波段的吸光率，在所偵測的吸光率達一預定吸光率時，該主機發出一提示訊號。
如請求項1、3及4之任一項所述之拋光液供給系統，其中該控制器判斷該pH感測器所感測的pH值超過該預定pH值範圍的上限時，控制該第一閥開通該第一管路，使該pH調整液供應源之pH調整液注入至該儲存槽中；該控制器判斷該pH感測器所感測的pH值低於該預定pH值的下限時，控制該第一閥阻斷該第一管路。