液体循环系统及研磨设备的制作方法

1.本发明涉及半导体工艺设备领域，特别涉及一种液体循环系统及一种研磨设备。


背景技术：

2.化学机械研磨(cmp)工艺通过向研磨垫上添加研磨液来对放置在研磨垫上的加工件(例如硅晶圆等半导体基片)进行研磨。图1为现有的一种化学机械研磨设备的示意图。图1中的空心箭头表示该化学机械研磨设备在进行研磨工作时研磨液的流动方向。如图1所示，该化学机械研磨设备具有供液槽10，用于提供研磨液(slurry)原液，在进行研磨时，利用供液槽10中的加热器20将原液温度设置于研磨所需要的目标温度值之后，研磨液原液经过循环泵30和供液管道120到达双面抛光机(dsp)的上盘40，然后，通过上盘40中的多路出液口落到下盘50，并与下盘50上设置的研磨垫和加工件接触。另外，从下盘50流出的研磨液可以通过回收槽60、循环泵30及回流管道130'流回至供液管道120中，进行一定次数的循环使用。
3.上述化学机械研磨设备在处于非研磨状态(idle)时，上述供液及回收过程停止，供液管道120和回流管道130'中仍然残留有静止的研磨液。研究发现，由于非研磨状态下，加热器20停止工作且研磨液停止流动，残留在管道中的研磨液的温度会快速下降，会引起固态物质析出。例如研磨液中通常包括作为研磨粒子的二氧化硅(sio2)，随着温度下降，研磨液中sio2的溶解度随之降低，出现过饱和现象，部分sio2溶质以晶体的形式析出，并附着在管道内壁。
4.附着在管道内壁的sio2晶体对后续研磨过程有不良影响。一方面会阻挡研磨液流动而导致研磨液出液不稳定，另一方面，这些附着在管道内壁的sio2晶体可能随着研磨液流动而落到下盘50上，在接触到加工件时，硬度很高的sio2晶体极容易造成加工件表面划伤。
5.由于非工作状态液体流动停止，管道中的液体静止而容易发生沉淀、析出，进而影响工艺稳定性及加工件质量，且上述问题在其它一些半导体工艺(如光阻涂布、表面清洗等)中也容易出现。


技术实现要素：

6.为了避免液体(如研磨液)在管道中静止发生沉淀析出等现象，而降低对工艺稳定性及加工件质量造成影响，本发明提供一种液体循环系统。另外还提供一种研磨设备。
7.本发明提供的液体循环系统包括供液槽、供液管道和第一回流管道；所述供液管道包括连接所述供液槽的进液端以及第一出液端和第二出液端，所述进液端流入的液体从所述第一出液端到达工作区；所述第一回流管道连接在所述供液管道的第二出液端和所述供液槽之间；其中，所述供液管道上设置有流向控制器，以使所述进液端与所述第一出液端导通或是与所述第二出液端导通，通过所述流向控制器，所述进液端流入的液体在所述第一出液端的出液工作结束后转而从所述第二出液端流向所述供液槽。
8.可选的，所述液体循环系统还包括温控模块，所述温控模块用于控制从所述供液槽流入所述供液管道并从所述供液管道的第一出液端和第二出液端流出的所述液体的温度。
9.可选的，所述液体循环系统包括两个以上的测温探头，位于所述流向控制器之前的所述供液管道上以及所述第一回流管道上均设置有至少一个所述测温探头；所述温控模块根据所述测温探头测量的温度值实时调整所述液体的温度。
10.可选的，所述温控模块包括设置于所述供液槽的出液端的加热器和连接所述加热器的加热控制器。
11.可选的，所述液体循环系统还包括第二回流管道，所述第二回流管道的入口接收所述工作区排出的液体，出口与所述流向控制器之前的所述供液管道连通。
12.可选的，所述第二回流管道的出口处设置有阀门；在所述第一出液端出液期间，所述阀门为打开状态，所述流向控制器导通所述第一出液端并关断所述第二出液端，所述液体从所述供液槽被导入所述供液管道，并经所述第一出液口、所述工作区、所述第二回流管道再进入所述供液管道，形成工作态循环；当所述第一出液端的出液工作结束，所述阀门关闭而切断所述工作态循环，所述流向控制器关断所述第一出液端而导通所述第二出液端，所述液体从所述供液槽流入所述供液管道，并经所述第二出液端和所述第一回流管道进入所述供液槽，形成非工作态循环。
13.可选的，所述第二回流管道的入口和所述阀门之间设置有水流传感器，所述水流传感器用于检测所述第二回流管道的入口至出口的液体流量；其中，当设定时间内检测到的液体流量小于所述工作态循环所需的最小流量时，所述阀门关闭，并启动所述非工作态循环。
14.可选的，位于所述流向控制器之前的所述供液管道、所述第一回流管道和所述第二回流管道上均设置有循环泵。
15.可选的，所述液体为研磨液，所述工作区设置有研磨台，由所述供液管道的第一出液端向所述研磨台提供研磨液。
16.本发明的另一方面还提供一种研磨设备，所述研磨设备包括上述的液体循环系统，所述液体为研磨液，所述工作区设置有研磨台。
17.本发明的液体循环系统包括供液槽、供液管道和第一回流管道；其中，所述供液管道包括连接所述供液槽的进液端以及第一出液端和第二出液端，所述进液端流入的液体从所述第一出液端到达工作区，所述第一回流管道连接在所述供液管道的第二出液端和所述供液槽之间，所述供液管道上设置有流向控制器，以使所述进液端与所述第一出液端导通或是与所述第二出液端导通，通过所述流向控制器，所述供液管道的进液端流入的液体在所述第一出液端的出液工作结束后转而从所述第二出液端流向所述供液槽，即在所述第一出液端的出液工作结束时，所述液体循环系统可以实现液体的循环流动，可以避免液体(例如研磨液)在管道中静止而发生沉淀析出等现象，有利于降低液体沉淀析出等对工艺稳定性及加工件质量造成影响。
18.进一步的，所述液体循环系统还可以包括温控模块，所述温控模块用于控制从所述供液槽流入所述供液管道并从所述供液管道的第一出液端和第二出液端流出的所述液体的温度，从而在所述供液管道的第一出液端的出液工作结束时，液体循环系统中的液体
可以在保持一定温度的情况下从供液槽流入所述供液管道的进液端，并从所述第二出液端流回供液槽，由于液体的温度可以保持在一定的温度值，在液体循环流动的情况下，可以进一步减少液体(例如研磨液)在管道中发生沉淀析出等问题，减少液体沉淀析出等对加工件质量的影响，进一步提高工艺稳定性。
19.本发明的研磨设备包括上述的液体循环系统，所述液体为研磨液，所述工作区设置有研磨台，从而在研磨台停止研磨工作时，利用所述液体循环系统，所述研磨液可以从供液槽流入所述供液管道的进液端，并从所述供液管道的第二出液端流回供液槽，实现了研磨液的循环流动，可以避免研磨液在管道中静止而发生沉淀析出等现象，例如可以减少研磨液析出晶体而划伤加工件等质量问题，有利于提高工艺稳定性。
附图说明
20.图1为现有的一种化学机械研磨设备的示意图。
21.图2为本发明一实施例的液体循环系统在向工作区供应液体期间的示意图。
22.图3为本发明一实施例的液体循环系统在停止向工作区供应液体后的示意图。
23.附图标记说明：10-供液槽；20-加热器；30-循环泵；40-上盘；50-下盘；60-回收槽；70-第一回流管道；80-流向控制器；91-加热控制器；92-测温探头；100-水流传感器；110-阀门；120-供液管道；121-第一出液端；122-第二出液端；130-第二回流管道；130'-回流管道。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的液体循环系统和研磨设备作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
25.为了避免液体在管道中静止发生沉淀析出等现象，而降低对工艺稳定性及加工件质量造成影响，本实施例提供一种液体循环系统。所述液体循环系统包括供液槽、供液管道和第一回流管道；其中，所述供液管道包括连接所述供液槽的进液端以及第一出液端和第二出液端，所述进液端流入的液体从所述第一出液端到达工作区，所述第一回流管道连接在所述供液管道的第二出液端和所述供液槽之间，所述供液管道上设置有流向控制器，以使所述进液端与所述第一出液端导通或是与所述第二出液端导通，通过所述流向控制器，所述进液端流入的液体在所述第一出液端的出液工作结束后转而从所述第二出液端流向所述供液槽。
26.本实施例中，所述液体循环系统可以应用于研磨工艺中，所述液体为可以研磨液，所述工作区可以设置有研磨台，可以由所述供液管道的第一出液端向所述研磨台提供研磨液。在其它实施例中，所述液体循环系统还可以用于光阻涂布或表面清洗等其它工艺；例如所述液体还可以是光刻胶或表面清洗液等其它容易沉淀析出的液体，所述工作区也可以是用于进行光阻涂布或表面清洗等其它工艺。
27.本实施例还提供一种研磨设备，所述研磨设备包括上述的液体循环系统，所述液体可以为研磨液，所述工作区设置有研磨台。以下以研磨设备为例对本实施例的液体循环系统和研磨设备进行说明。
28.图2为本发明一实施例的液体循环系统在向工作区供应液体期间的示意图。图3为
本发明一实施例的液体循环系统在停止向工作区供应液体后的示意图。其中，图2和图3中的空心箭头表示液体的流动方向，虚线框内为所述液体循环系统的主体结构。
29.如图2和图3所示，供液槽10中存储有液体(例如研磨液)，所述供液管道120包括连接所述供液槽10的进液端以及第一出液端121和第二出液端122，所述进液端流入的液体从所述第一出液端121到达工作区；第一回流管道70连接在所述供液管道120的第二出液端122和所述供液槽10之间。其中，所述供液管道120上设置有流向控制器80，所述流向控制器80可以是水流流向控制器，用于使所述进液端与所述第一出液端121导通(如图2所示的液体流向)或是与所述第二出液端122导通(如图3所示的流体流向)，通过所述流向控制器80，所述进液端流入的液体在所述第一出液端121的出液工作结束后转而从所述第二出液端122流向所述供液槽10。
30.本实施例中，所述供液槽10与一供液管道120连接，所述液体循环系统仅为一工作区供应液体，该供液管道120的第二出液端122对应连接一第一回流管道70。另一实施例中，所述供液槽与两条以上的供液管道连接，且每条供液管道的第一出液端分别对应连接一工作区，所述液体循环系统可以为多个工作区供应液体，相应的，每条供液管道的第二出液端分别对应连接一第一回流管道，各个所述第一回流管道的出液口与所述供液槽连接。
31.所述研磨设备可以为双面抛光机(dsp)，所述研磨设备的工作区中设置有研磨台。如图2所示，研磨台可以包括相对设置的上盘40和下盘50。在所述第一出液端121出液期间，所述供液槽10中的液体(即研磨液)从所述供液管道120的进液口流入所述供液管道120，并从所述供液管道的第一出液端121流出到所述上盘40的进液口中，为所述研磨台供应液体。
32.所述上盘40中设置有多路出液通道，所述供液管道120的第一出液端121输出的液体可以通过多路所述出液通道流出到所述下盘50的研磨垫上，通过合理的布置多路所述出液通道可以使得液体均匀分布在研磨垫上，有助于提高加工件的研磨均匀性。
33.所述研磨台研磨产生的液体可以汇集到所述下盘50内，并可以从所述下盘50的排液口排出。为了循环利用所述工作区排出的液体(即所述下盘50排出的液体)，如图2所示，所述液体循环系统还可以包括第二回流管道130，所述第二回流管道130的入口接收所述工作区排出的液体，所述第二回流管道130的出口与所述流向控制器80之前的所述供液管道120连通。此处，“之前”指的是液体流动路径的上游。本实施例中，在其它位置描述中“之前”也是相同的意思。
34.本实施例中，所述第二回流管道130的出口处可以设置有阀门110。参考图2，在所述第一出液端121出液期间，所述阀门110可以为打开状态，所述流向控制器80导通所述第一出液端121并关断所述第二出液端122，所述液体从所述供液槽10被导入所述供液管道120，并经所述第一出液口121、所述工作区(例如所述上盘40和所述下盘50)、所述第二回流管道130再进入所述供液管道10，形成工作态循环。
35.如图3所示，当所述第一出液端121的出液工作结束，所述阀门110可以关闭而切断所述工作态循环，所述流向控制器80关断所述第一出液端121而导通所述第二出液端122，所述液体继续从所述供液槽10流入所述供液管道120，并可以经所述第二出液端122和所述第一回流管道70再进入所述供液槽10，形成非工作态循环。
36.所述第二回流管道130的入口和所述阀门110之间可以设置有水流传感器100，以检测所述第二回流管道130的入口至出口的液体流量；其中，当设定时间内检测到的液体流
量小于所述工作态循环所需的最小流量时，所述阀门110关闭，并启动所述液体循环系统的非工作态循环。
37.另一实施例中，所述液体循环系统的非工作态循环可以通过水流传感器100启动。具体的，当水流传感器100检测到的液体流量小于所述工作态循环所需的最小流量时，可以触发所述流向控制器80关断所述第一出液端121而导通所述第二出液端122，所述液体继续从所述供液槽10流入所述供液管道120，并经所述第二出液端122和所述第一回流管道70再进入所述供液槽10，此时，所述阀门110为关闭状态。
38.位于所述流向控制器80之前的所述供液管道120、所述第一回流管道70和所述第二回流管道130上均可以设置有循环泵30。所述供液管道120上的循环泵30可以提供动力使得所述供液管道120可以将所述供液槽10中的液体导出。所述第一回流管道70上的循环泵30可以在所述第一出液端121出液期间，为液体提供循环流动的动力，使得供液管道120的第二出液端122流出的液体流向所述供液槽10。所述第二回流管道130上的循环泵30可以在所述第一出液端121出液工作结束后，为工作区流出的液体提供动力，使得工作区流出的液体可以从所述工作区通过第二回流管道130流向所述流向控制器80之前的所述供液管道120。
39.为了提高所述工作区流出的液体的质量，避免回收利用的液体中的杂质刮伤加工件以及影响研磨质量，所述液体循环系统还可以包括回收槽60。所述下盘50的出液口与所述回收槽60的进液口连接，所述回收槽60的出液口与所述第二回流管道130的入口连接，所述工作区流出的液体在进入所述第二回流管道130之前，可以在所述回收槽60中进行净化除杂处理。
40.具体的，可以在所述回收槽60中设置过滤装置，用于吸附和/或过滤所述回收槽60中的研磨废液。为了进一步提高所述第二回流管道130输入所述供液管道120中的液体的质量，还可以在所述第二回流管道130上设置多个过滤器，在所述液体流动的方向上，多个所述过滤器的过滤精度可以依序提高。另一实施例中，还可以在所述供液管道120上设置多级过滤器，以提高输入所述上盘40的液体的质量。
41.本实施例中，所述液体循环系统还可以包括温控模块，所述温控模块可以用于控制从所述供液槽10流入所述供液管道120并从所述供液管道120的第一出液端121和第二出液端122流出的所述液体的温度。
42.利用所述温控模块，在所述第一出液端121出液期间，可以控制从供液槽10流入所述供液管道120的进液端并通过所述供液管道的第一出液端121输出到所述工作区的液体的温度，以满足工艺需求；当所述第一出液端121的出液工作结束，所述液体循环系统中的液体可以在保持一定温度的情况下从供液槽10流入所述供液管道120的进液端，并从所述第二出液端122流回供液槽，由于液体的温度可以保持在一定的温度值，在液体可以循环流动的情况下，有助于进一步减少液体(例如研磨液)在管道中发生沉淀析出等现象，降低液体沉淀析出等对加工件质量的影响，进一步提高工艺稳定性。
43.如图2和图3所示，所述温控模块可以包括加热器20和连接所述加热器20的加热控制器91。所述加热器20可以采用水热隔离加热的方式对所述液体进行加热。一实施例中，所述加热器20可以设置于供液槽10的出液端。在其它实施例中，所述加热器20可以设置在所述供液槽10的其它位置，只要可以达到对所述液体进行加热的目的即可。
44.所述液体循环系统还可以包括两个以上的测温探头92。参考图2和图3，位于所述流向控制器80之前的所述供液管道120上以及所述第一回流管道70上均可以设置有至少一个所述测温探头92；所述温控模块根据所述测温探头92测量的温度值实时调整所述液体的温度。
45.本实施例中，所述供液槽10中也可以设置有至少一个测温探头92。通过在所述液体循环系统中的供液槽10、供液管道120和第一回流管道70上均设置有测温探头92，可以监控供液槽10、供液管道120和第一回流管道70中液体的温度，当任一所述测温探头92探测到的温度低于设定温度值时，所述加热控制器91可以控制所述加热器20对所述供液槽10中的液体进行加热，以实现对所述液体循环系统中液体温度的调控。
46.本实施例的液循环系统包括供液槽10、供液管道120和第一回流管道70；其中，所述供液管道120包括连接所述供液槽10的进液端以及第一出液端121和第二出液端122，所述进液端流入的液体从所述第一出液端121到达工作区，所述第一回流管道70连接在所述供液管道120的第二出液端122和所述供液槽10之间，所述供液管道120上设置有流向控制器80，以使所述进液端与所述第一出液端121导通或是与所述第二出液端122导通，通过所述流向控制器80，所述供液管道120的进液端流入的液体在所述第一出液端121的出液工作结束后转而从所述第二出液端122流向所述供液槽10，即在所述第一出液端121的出液工作结束时，所述液体循环系统可以实现液体的循环流动，可以避免液体(例如研磨液)在管道中静止而发生沉淀析出等现象，有利于降低液体沉淀析出等对工艺稳定性及加工件质量造成影响。
47.本实施例的研磨设备包括上述的液体循环系统，所述液体为研磨液，所述工作区设置有研磨台，在研磨台停止研磨工作时，利用所述液体循环系统，所述研磨液可以从供液槽10流入所述供液管道120的进液端，并从所述供液管道的第二出液端122流回供液槽10，实现了研磨液的循环流动，可以避免研磨液在管道中静止而发生沉淀析出等现象，例如可以减少研磨液析出晶体而划伤加工件等质量问题，有利于提高工艺稳定性。
48.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。