化学机械研磨液自动配制控制系统的制作方法

本发明属于研磨液智能配比技术领域，具体涉及一种化学机械研磨液自动配制控制系统。

背景技术：

化学机械研磨，即CMP(chemical mechanical polishing)。在晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography)技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高，1995年以后，CMP技术得到了快速发展，大量应用于半导体产业。化学机械研磨亦称为化学机械抛光，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。

研磨液是CMP制程中重要的组成部分，制程中使用的研磨液需要和氧化剂(最常用的为双氧水)进行调配。CMP过程有大量的变量存在，为了精确控制CMP，需要对研磨液的化学和机械抛光操作进行精确的控制，特别是研磨液组合物中，所使用的各种试剂的量必须小心控制，以达到期望的结果。例如，氧化剂通常用于从晶圆表面除去材料。如果氧化剂的含量太低，则材料去除将会太小，如果氧化剂的浓度过高时，会导致过度的化学反应,所以在调配过程中对各组分的浓度，进行精确控制非常重要。

现有技术中，使用的测量方法有:(1)电导率：电导率可以监测试剂级的变化，但这种技术通常不会对非离子型的试剂响应，如双氧水，除非浓度是非常高的；(2)滴定仪：通过采集研磨液的样品，然后与特定的试剂进行反应后再进行滴定测量，然而，滴定不是实时，而且通常需要设置额外的样品采集管线，使用有危险性的化学试剂，需要进行多次滴定、校准和标准检查，以确保精确性，但这需要增加额外的维护量和维护费用，并且无法通过测量的值进行实时的自动控制；(3)称重：准确度差。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨液自动配制控制系统，解决目前测量中，不能实时测量配制罐中的研磨液浓度和利用测量值对配制罐中的研磨液浓度进行自动控制，并且需要增加额外的维护量和维护费用和检测准确度不高的缺陷。

本发明采取的技术方案为：一种化学机械研磨液自动配制控制系统，包括控制单元、执行单元、测量单元、罐体单元和管线单元；

其中，所述管线单元包括，研磨液管线3和双氧水管线4，研磨液管线3用于将研磨液原液输送给配制罐2，双氧水管线4用于将双氧水原液输送给配制罐2，所述研磨液管线3和双氧水管线4上均安装有测量单元和执行单元；

所述罐体单元包括配制罐2和设置在配制罐内的搅拌装置23，配制罐2用于存放由研磨液原液和双氧水原液配制得到的研磨液，搅拌装置23根据控制单元发出的搅拌命令启动搅拌或停止搅拌，所述配制罐2上安装有测量单元和执行单元；

所述测量单元为折光仪；

所述执行单元用于根据控制单元发出的执行命令进行动作；

所述控制单元用于实时接收所述折光仪检测的数据，并结合预设的研磨液浓度阈值生成执行命令传输给执行单元。

所述管线单元还包括纯水管线5，纯水管线5用于将纯水输送给所述配制罐2，用于配制需要添加纯水的研磨液应用，增加了系统的灵活性和应用范围。

所述执行单元包括，泵或阀门，阀门为调节阀，提高了控制的精度，也避免了执行单元的频繁动作。

优选地，所述配制罐2的容积为一百升至一千升，单次配制的研磨液容量为配制罐2容积的70-80％，可以根据实际应用的使用量，满足多种应用。

优选地，所述双氧水管线中双氧水原液的浓度为30-32％。

优选地，化学机械研磨液自动配制控制系统的控制方法，在所述的化学机械研磨液自动配制控制系统上运行，包含以下步骤：

s1：控制单元中预设有研磨液浓度阈值和所需研磨液容量；

s2：控制单元实时接收管线单元中折光仪检测到的数据，并结合研磨液浓度阈值和所需研磨液容量计算得到各个原液的供给量目标值；

s3：控制单元根据s2中检测到的供给量目标值生成执行命令控制执行单元动作，控制单元生成搅拌命令启动搅拌装置搅拌；

s4：当各原液的供给量达到供给量目标值的80％—90％时，控制单元根据配制罐折光仪21检测的数据对各原液的供给量进行调整；

s5：当配制罐2中的研磨液达到研磨液浓度阈值时，关闭搅拌装置23和管线单元中的执行单元，打开配制罐执行单元22，将配制的研磨液输送给后端的日箱6。

采用上述技术方案，具有以下优点：

本发明提出的化学机械研磨液自动配制控制系统，能够实时检测各管线和罐体中的液体浓度值，并根据测量的实时数据对配制罐2中的研磨液浓度进行自动控制，不需要增加额外的维护量和维护费用，并且提高了检测的准确度。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明中研磨液的工艺流程图；

图3为本发明中的双氧水溶液折射率和浓度值对应图；

图4为本发明中的研磨液A中双氧水浓度根据校准曲线测量的实际值与参考值的比较图。

附图标记说明：

1—控制器；2—配制罐；21—配制罐折光仪；22—配制罐执行单元；23—搅拌装置；

3—研磨液管线；31—研磨液管线折光仪；32—研磨液管线执行单元；

4—双氧水管线；41—双氧水管线折光仪；42—双氧水管线执行单元；

5—纯水管线；51—纯水管线折光仪；52—纯水管线执行单元；

6—日箱；61—日箱泵；7—工位台；8—晶圆

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，这里的描述不意味着对应于实施例中陈述的具体实例的所有主题都在权利要求中引用了。

从图1、图2可以看出，本发明所提供的化学机械研磨液自动配制控制系统，包括控制单元、执行单元、测量单元、罐体单元和管线单元；

其中，所述管线单元包括研磨液管线3和双氧水管线4，研磨液管线3用于将研磨液原液输送给配制罐2，双氧水管线4用于将双氧水原液输送给配制罐2，所述双氧水管线4中双氧水原液的浓度为30-32％，所述研磨液管线3和双氧水管线4上均安装有测量单元和执行单元；

所述罐体单元包括配制罐2和设置在配制罐内的搅拌装置23，配制罐2用于存放由研磨液原液和双氧水原液配制得到的研磨液，所述配制罐2的容积为一百升至一千升，一次的配制量通常为容积的70-80％，具体取决于实际使用需求，通常为当天配制当天使用；搅拌装置23根据控制器1发出的搅拌命令启动搅拌或停止搅拌，研磨液配制好后，通过配制罐执行单元22，将研磨液输送到日箱6中，当生产线上需要研磨液时，再通过日箱泵61将研磨液输送到各工位台7上，供晶圆8的制造使用；

所述管线单元还包括纯水管线5，所述测量单元为折光仪，折光仪的数量至少为3台，分别为配制罐折光仪21、研磨液管线折光仪31、双氧水管线折光仪41，因为有部分研磨液的配制，不需要添加纯水，所以在有些应用中，会取消纯水管线5和所述纯水管线5上，相应的纯水管线折光仪51和纯水管线执行单元52；

所述执行单元用于根据控制单元发出的执行命令进行动作，执行单元包括，泵或阀门，阀门为调节阀，如果原料供给线本身就有压力，可采用阀门即可。如果不带压力或压力不足，则采用泵的方式。配制罐2输送至日箱的执行单元通常为泵；

所述控制单元用于实时接收所述折光仪检测的数据，并结合预设的研磨液浓度阈值生成执行命令传输给执行单元。

从图3可以看出，不同的双氧水浓度，对应不同折射率，控制器1通过折光仪检测到的折射率，换算出其对应的双氧水浓度值，折光仪可准确的测量双氧水的浓度值。

图4为研磨液A中双氧水浓度根据校准曲线测量的实际值与参考值的比较图，图中Reference表示研磨液A中双氧水浓度参考值变化曲线、Conc表示研磨液A中双氧水浓度的实际测量值变化曲线、Temp表示温度变化曲线；图中可以看出研磨液A中双氧水浓度的实际测量值变化曲线与参考值变化曲线的吻合度非常高，测量介质的温度范围从21.0℃至25.8℃，实际测量值曲线和参考值曲线基本趋于重合，系统的可靠性能高。

优选的实施例,在控制单元中的控制器1中预设有研磨液浓度阈值和所需研磨液容量；控制单元实时接收管线单元中折光仪检测到的数据，管线单元和配制罐2上安装有流量计，流量计可实时将累计流量和瞬时流量发送给控制单元，控制单元结合研磨液浓度阈值和所需研磨液容量计算得到各个原液的供给量目标值；控制单元根据折光仪和流量计检测到的折射率和流量值，生成执行命令控制执行单元动作，控制单元生成搅拌命令启动搅拌装置搅拌23；当各原液的供给量达到供给量目标值的80％—90％时，控制单元根据配制罐折光仪21检测的数据对各原液的供给量进行调整，并降低添加速度；当配制罐2中的研磨液达到研磨液浓度阈值时，关闭搅拌装置23和管线单元中的执行单元，打开配制罐执行单元22，将配制的研磨液输送给后端的日箱6。

例如，配制所需的研磨液需要500L，30％双氧水需要30L，纯水需要100L。开始配制时，控制器首先控制执行单元往配制罐输送500L研磨液和100L纯水。如果标准折射率为1.335的研磨液测量值为1.3352，控制器则会控制研磨液管线的执行单元调整供给量至499.5L；添加完研磨液和纯水后，开启双氧水管线的执行单元往配制罐中添加30L的双氧水，当添加量达到90％时，降低添加速度，根据配制罐折光仪21的实际测量值进行动态控制直至目标浓度。

本发明的工作原理为：在控制器1中输入配制所需研磨液浓度阈值和所需研磨液容量，控制单元实时接收管线上折光仪和流量计的数据，并生成执行命令控制相应的执行单元动作，搅拌装置23开始搅拌，当各原液的供给量达到供给量目标值的80％—90％时，降低添加速度，控制单元根据配制罐折光仪21检测的数据对各原液的供给量进行调整；当配制罐2中的研磨液达到研磨液浓度阈值时，关闭搅拌装置23和管线单元中的执行单元，打开配制罐的执行单元，将配制的研磨液输送给后端的日箱6。

最后需要说明的是，上述描述为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。