氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)（200）及其方法，包括研磨液容器（202）、氣體混合容器（204）、氣體容器（206）、調節(jié)裝置（208）、第一流量控制裝置（210）以及第二流量控制裝置（212）。本發(fā)明通過調節(jié)裝置（208）將氣體（207）溶入氣體混合容器（204）的研磨液（203）中，以形成氣體添加研磨液（203a），用以提高基板（106）表面材質的移除率，并且改善基板（106）表面的加工質量。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及研磨液供應【技術領域】，尤其涉及一種氣體添加研磨液的供應方法，其 適用于基板的平坦化工藝。 氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)及其方法

【背景技術】
[0002] 在半導體工藝中，例如化學機械研磨法（Chemical Mechanical Polishing，簡稱 CMP)的基板的平坦化工藝為廣泛使用的加工方法，所述化學機械研磨法通過基板、研磨液 與拋光墊之間的接觸，利用在基板與拋光墊之間施以穩(wěn)定負載，并且產(chǎn)生液動壓效應，而達 到移除基板的表面材質的目的。然而所述化學機械研磨法常常由于基板材質的硬度較高， 致使平坦化工藝時間較為冗長，而且這種透過表面反應的機制使材質表面生成物的移除方 法，必須先了解拋光墊上的反應磨料特性，使其在應用上較為復雜，導致工藝的良率受到限 制。特別是平坦化工藝時間較長時，研磨液使用容易造成環(huán)境的破壞，而且目前研磨液的研 發(fā)皆是朝向強腐蝕性以提高基板材料的反應程度為主，因而使得對于環(huán)境的負面影響更為 明顯。有鑒于此，目前仍需要發(fā)展一種新式的供應方法，以改善上述問題。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的一目的在于，提供一種氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)及其方法，通過將氣 體溶入研磨液中，用以提高基板表面材質的移除率。
[0004] 本發(fā)明的一目的在于，提供一種氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)及其方法，通過將氣 體溶入研磨液中，用以改善基板表面的加工質量，并且解決基板表面的不均勻的問題。
[0005] 為了達成上述目的，本發(fā)明一較佳實施例提供一種氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)， 所述供應系統(tǒng)適用于一基板的平坦化工藝設備，以對所述基板進行拋光，所述供應系統(tǒng)包 括：研磨液容器，用以存放一研磨液；氣體混合容器，連接至所述研磨液容器用以接收所述 研磨液；氣體容器，用以存放一氣體并將所述氣體輸送至所述氣體混合容器；調節(jié)裝置，連 接在所述氣體混合容器與所述氣體容器之間，以控制所述氣體容器將一預定氣體流量的氣 體輸送至所述氣體混合容器；以及第一流量控制裝置，與所述氣體混合容器連接，當所述氣 體溶入所述研磨液并形成一氣體添加研磨液時，所述第一流量控制裝置控制所述氣體混合 容器，以將所述氣體添加研磨液輸出至所述平坦化工藝設備，以使得所述平坦化工藝設備 得以利用所述供應系統(tǒng)對所述基板進行拋光作業(yè)。
[0006] 在本發(fā)明一實施例中，根據(jù)所述第一壓力值以及所述氣體相對應的亨利定律常 數(shù)，以計算所述氣體混合容器的氣體添加研磨液中所述氣體的含氣量。所述氣體的第一壓 力值大于所述基板附近的第二壓力值。所述供應系統(tǒng)還包括一連接所述氣體混合容器的氣 體傳感器，以感測所述氣體混合容器的氣體添加研磨液中所述氣體的含氣量。
[0007] 在本發(fā)明一實施例中，所述氣體選自于由氧、二氧化碳以及氮所組成的族群?；?為鋁酸鋰基板。在本發(fā)明一實施例中，所述供應系統(tǒng)還包括一連接在所述氣體混合容器與 所述研磨液容器之間的第二流量控制裝置，以控制所述研磨液容器將所述研磨液輸送至所 述氣體混合容器的速率。
[0008] 本發(fā)明的另一較佳實施例提供一種氣體添加研磨液的供應方法，所述供應方法適 用于一基板的平坦化工藝設備，以對所述基板進行拋光，所述供應方法包括以下步驟：以一 研磨液容器來存放一研磨液；以一氣體混合容器來接收來自于所述研磨液容器的研磨液； 以一氣體容器來存放一氣體，并且將所述氣體輸送至所述氣體混合容器；以一調節(jié)裝置來 控制所述氣體容器將一預定氣體流量的氣體輸送至所述氣體混合容器；以及當所述氣體 溶入所述研磨液并形成一氣體添加研磨液時，以第一流量控制裝置來控制所述氣體混合容 器，以將所述氣體添加研磨液輸出至所述平坦化工藝設備，以使得所述平坦化工藝設備利 用所述供應系統(tǒng)所提供的氣體添加研磨液而對所述基板進行拋光。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明所揭示的一種氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)及其方法， 通過將氣體溶入研磨液中，用以提高基板表面材質的移除率,并且改善基板表面的加工質 量，以解決基板表面的不均勻的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體添加研磨液的平坦化工藝設備的局部剖視圖。 [0011] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)的示意圖。
[0012] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體添加研磨液的供應方法的流程圖。
[0013] 圖中的標注分別為： 100、平坦化工藝設備；102、研磨裝置；104、研磨墊； 106、基板；200、供應系統(tǒng)；202、研磨液容器； 203、研磨液；203a、氣體添加研磨液；204、氣體混合容器； 206、氣體容器；207、氣體；208、調節(jié)裝置； 210、第一流量控制裝置；212、第二流量控制裝置； 214、壓力表；216、氣體傳感器； P1、第一壓力值；P2、第二壓力值。

【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發(fā)明所述氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)及其方法的具體實施方 式做詳細說明。
[0015] 本發(fā)明的較佳實施例結合附圖及公式與下面的說明來進行詳細描述，在不同的圖 式中，相同的組件符號代表相同或相似的組件。
[0016] 參考圖1和圖2,圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)200的平 坦化工藝設備100的局部剖視圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體添加研磨液的供應系統(tǒng) 200的示意圖。所述氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)200連接至平坦化工藝設備100,其中供應 系統(tǒng)200用以將氣體添加研磨液提供至平坦化工藝設備100。當研磨裝置102上的研磨墊 104進行一基板106的研磨作業(yè)時，所述氣體添加研磨液會充滿于研磨墊104與基板106之 間，以使得研磨墊104可以透過所述氣體添加研磨液而對基板106進行研磨作業(yè)。所述基 板106可以是鋁酸鋰基板（LiA10 2，LA0)或是硅基板，或者本發(fā)明所述供應系統(tǒng)200也可以 適用于半導體工藝所使用的基板上。
[0017] 根據(jù)亨利定律（Henry's Law)，本發(fā)明所述供應系統(tǒng)200中的氣體207在液體(例 如研磨液203)中的溶解度，與氣體207的分壓成正比，當氣體207的壓力增大時，則溶解度 增大，即溶解度與氣體207的壓力之間成正比例關系，如公式E1所述。
[0018] p = K * Μ............... (El) 其中P表示液體(例如研磨液203)表面上溶質(例如氣體207)的分壓，Μ表示溶解在 液體中氣體濃度，Κ表示亨利定律常數(shù)。根據(jù)上述公式Ε1，本發(fā)明可以通過計算研磨液203 中氣體207的溶解量，進而控制基板106的拋光工藝。
[0019] 在圖2中，所述供應系統(tǒng)200適用于基板106的平坦化工藝設備100中，所述供應 系統(tǒng)200包括研磨液容器202、氣體混合容器204、氣體容器206、調節(jié)裝置208、第一流量控 制裝置210以及第二流量控制裝置212。
[0020] 在供應系統(tǒng)200中，研磨液容器202用于存放研磨液203。氣體混合容器204連接 至研磨液容器202以接收研磨液203。氣體容器206用以存放一氣體207,并且將氣體207 輸送至氣體混合容器204。調節(jié)裝置208連接在氣體混合容器204與氣體容器206之間，以 控制氣體容器206將一預定氣體流量的氣體207輸送至氣體混合容器204。第一流量控制 裝置210連接至氣體混合容器204,當氣體207溶入至研磨液203內而形成一氣體添加研 磨液203a時，所述第一流量控制裝置210會控制氣體混合容器204,以將氣體添加研磨液 203a輸出至平坦化工藝設備100,以使得平坦化工藝設備100得以利用供應系統(tǒng)200對基 板106進行拋光作業(yè)。在本發(fā)明所述供應系統(tǒng)200中，所述氣體混合容器204用以保存氣 體添加研磨液203a，以使得氣體添加研磨液203a在未進入平坦化工藝設備100的加工空間 之前，不會讓溶解在研磨液203中的氣體析出而流失。
[0021] 在本發(fā)明一實施例中，本發(fā)明所述供應系統(tǒng)200還包括第二流量控制裝置212,連 接在氣體混合容器204與研磨液容器202之間，以控制研磨液容器202將研磨液203輸送 至氣體混合容器204的速率，即第二流量控制裝置212可以控制將研磨液203輸送至氣體 混合容器204的流量。在本發(fā)明一較佳實施例中，第一流量控制裝置210以及第二流量控 制裝置212為轉動式流量控制器，以確保在氣體混合容器204中的氣體207壓力（即第一壓 力值）的穩(wěn)定性。
[0022] 在本發(fā)明一實施例中，本發(fā)明所述供應系統(tǒng)200還包括一壓力表214,連接至氣體 混合容器204,以顯示在氣體混合容器204中氣體207的第一壓力值P1。根據(jù)第一壓力值 P1以及氣體207相對應的亨利定律常數(shù)，便可以計算氣體混合容器204的氣體添加研磨液 203a中的氣體207的含氣量。具體來說，根據(jù)上述公式E1所述，氣體207的含氣量等于第 一壓力值P1除以氣體207相對應的亨利定律常數(shù)。在本發(fā)明一較佳實施例中，氣體207的 第一壓力值P1大于基板106附近的第二壓力值P2,以使得氣體207可以在到達基板106附 近時快速地析出，并且同時參與平坦化工藝，以對基板106進行加工。在本發(fā)明另一實施例 中，本發(fā)明所述供應系統(tǒng)200還包括氣體傳感器216,連接至氣體混合容器204,以感測氣體 混合容器204的氣體添加研磨液203a中的氣體207的含氣量。
[0023] 本發(fā)明所述氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)200,通過在將研磨液203導入至平坦化 工藝設備100的瞬間，由于氣體混合容器204的第一壓力值大于基板106附近的第二壓力 值P2 (例如為一大氣壓力），因而造成氣體添加研磨液203a內所含氣體207失去平衡，導致 大量的氣體207由氣體添加研磨液203a中析出，并且同時參與平坦化工藝，以對基板106 進行加工。當所述氣體207為平坦化工藝中基板106材料的主要反應氣體時，將可有效地 使得基板材料的表面立即產(chǎn)生化學反應層，這種反應層與原先基板材料的機械性質相比， 其機械性質較差，故較易移除，因而可達到高移除率，并且可有效避免平坦化工藝所造成的 表面不均勻度的問題。
[0024] 在本發(fā)明一實施例中，本發(fā)明所述氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)200所使用的氣體 可以例如是氧、二氧化碳以及氮，在平坦化工藝設備1〇〇的供應系統(tǒng)200的實施例中，其工 藝參數(shù)與相對應該參數(shù)的設定條件如下列表一所述。表一： ?藝參數(shù) I設定條￥~ 基板材質_?呂酸裡基板 負載_4· 5kg 轉盤轉速 70rpm 氣體添加研磨液的流率 30ml/min 氣體添加研磨液的溫度 55° C 輔助氣體 k、c〇2 " 根據(jù)表一，本發(fā)明在使用一般的研磨液，基板的材質例如是鋁酸鋰基板(也可使用硅基 板)，施加于基板上的負載例如是4. 5公斤重（kg)，承載所述基板的轉盤轉速70轉數(shù)/每 分鐘（rpm)，所述供應系統(tǒng)200輸送到所述轉盤上拋光墊的氣體添加研磨液的流率，例如是 30毫升/每分鐘（ml/min)，所述氣體添加研磨液的溫度例如是55° C，本發(fā)明所使用的輔 助氣體例如是氧（〇2)、二氧化碳（C02)以及氮（N 2)。其實施結果如下列表二所述： 表_： 氣體條件 |原始重量（g) |研磨后重量（g) |移除的重量（g) |工藝時間（mins) |材質移除率（nm/min) |表面粗糙度（nm)" 未使用氣3. 5050 3.4838 0. 0212 _ 30 133. 1 1.42 02 ~3. 4993 3. 4701 0. 0292 ^ 30 183. 3 0.17 C02 ~3. 4914 3. 4643 0. 0271 + 30 170. 1 0.20 Nj_3. 5009 3. 4779_ 0. 0230_30_145. 5_0. 17_ 根據(jù)表二，本發(fā)明的實施結果說明氧、二氧化碳以及氮等對于鋁酸鋰基板為活性氣體， 并將導致表面反應生成，而使得材質移除率（Material Removal Rate,簡稱MRR)分別為 183. 3奈米/每分鐘（nm/min)、170. 1 nm/min以及145. 5 nm/min，這些均大于現(xiàn)有技術中 未使用氣體時的材質移除率133. 1 nm/min，且與現(xiàn)有技術中未使用氣體的情況相比，本發(fā) 明使用氧、二氧化碳以及氮的材質移除率分別提高37. 7 %、28. 8 %以及9. 3 %。也就是說， 在相同的移除基板重量的條件下，本發(fā)明使用氧、二氧化碳以及氮的氣體添加研磨液的供 應方法，其研磨液的消耗量均小于現(xiàn)有技術未使用氣體的情況。如上述的實施例所示，本發(fā) 明所使用的研磨液消耗量可以有效減少37. 7 %、28. 8 %以及9. 3 %。
[0025] 另外，如表二所述，在例如30分鐘的預定的工藝時間內，使用氧、二氧化碳以及氮 的移除基板重量分別為0.0292 g、0. 0271 g以及0.0230 g，這些均大于現(xiàn)有技術中未使用 氣體時的移除基板重量〇. 0212 g。因此，本發(fā)明的氣體添加研磨液的供應方法，可以使得氣 體對鋁酸鋰基板的拋光工藝，具有改善基板表面材質的移除率之效果。
[0026] 進一步地，根據(jù)表二所示，本發(fā)明的實施結果說明氧、二氧化碳以及氮對于鋁酸鋰 基板為活性氣體，其所得到的表面粗糙度（surface roughness)分別為0.17 nm、0. 20 nm以 及0.17 nm，均小于現(xiàn)有技術中未使用氣體的表面粗糙度1.42 nm。換言之，本發(fā)明使用氧、 二氧化碳以及氮的氣體添加研磨液的供應方法，可以改善表面粗糙度高達5?8倍之多，以 有效改進基板表面的加工質量。
[0027] 具體來說，在本發(fā)明一實施例中，當使用氧作為輔助氣體時，所述鋁酸鋰基板與氧 的反應式如E2所述；在本發(fā)明另一實施例中，當使用二氧化碳為輔助氣體時，所述鋁酸鋰 基板與二氧化碳的反應式如E3所述。
[0028] 2LiA102 +H20 - 2Li0H+A1203............... (E2) 4LiA102 + 9H20 +2C02 - Li2Al4(C03) (0H)12 . 3H20 + Li2C(V.. (E3) 根據(jù)上述的反應式E2,由于氧的活性較高，其容易與鋰（Li)與鋁（Al)產(chǎn)生反應，因而 使錯酸裡基板的表面材質解尚，提1?材質移除率。
[0029] 圖3是本發(fā)明實施例中氣體添加研磨液的供應方法的流程圖。所述供應系統(tǒng)200 適用于基板106的平坦化工藝設備100,供應系統(tǒng)200包括研磨液容器202、氣體混合容器 204、氣體容器206、調節(jié)裝置208、第一流量控制裝置210、第二流量控制裝置212以及壓力 表214或是氣體傳感器216。所述供應方法包括下列步驟： 在步驟S300中，以一研磨液容器202來存放一研磨液203。
[0030] 在步驟S302中，以一氣體混合容器204來接收來自于研磨液容器202的研磨液 203。在本發(fā)明一較佳實施例中，以一第二流量控制裝置212來控制研磨液容器202將研磨 液203輸送至氣體混合容器204的速率。
[0031] 在步驟S304中，以一氣體容器206來存放一氣體207,并將氣體207輸送至氣體混 合容器204。
[0032] 在步驟S306中，以一調節(jié)裝置208來控制氣體容器206而將一預定氣體流量的氣 體207輸送至氣體混合容器204。
[0033] 在步驟S308中，以一壓力表214來顯示氣體混合容器204中氣體207的第一壓力 值P1。其中根據(jù)第一壓力值P1以及氣體207相對應的亨利定律常數(shù)，可以以計算氣體混合 容器204中的氣體添加研磨液203a中的氣體207的含氣量。氣體207的第一壓力值P1可 以例如是大于基板106附近的第二壓力值P2。在本發(fā)明另一實施例中，可以用一氣體傳感 器216來感測氣體混合容器204的氣體添加研磨液203a中的氣體207的含氣量。
[0034] 在步驟S310中，當氣體207溶入研磨液203而形成一氣體添加研磨液203a時，以 一第一流量控制裝置210來控制氣體混合容器204,將氣體添加研磨液203a輸出至平坦化 工藝設備100的速率，以使得平坦化工藝設備100利用供應系統(tǒng)200所提供的氣體添加研 磨液203a，對基板106進行拋光作業(yè)。
[0035] 綜上所述，本發(fā)明的氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)及其方法，通過將氣體溶入研磨 液中，以提高基板表面材質的移除率，并且改善基板表面的加工質量，以解決基板表面不均 勻的問題。
[0036] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人 員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為 本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種利用氣體添加研磨液的供應系統(tǒng)，所述供應系統(tǒng)適用于一基板的平坦化工藝設 備，以對所述基板進行拋光，其特征在于，所述供應系統(tǒng)包括： 一研磨液容器，用以存放一研磨液； 一氣體混合容器，連接至所述研磨液容器，用以接收所述研磨液； 一氣體容器，用以存放一氣體并將所述氣體輸送至所述氣體混合容器； 一調節(jié)裝置，連接在所述氣體混合容器與所述氣體容器之間，用以控制所述氣體容器 將一預定氣體流量的所述氣體輸送至所述氣體混合容器；以及 一第一流量控制裝置，與所述氣體混合容器連接，當所述氣體溶入所述研磨液并形成 一氣體添加研磨液時，所述第一流量控制裝置控制所述氣體混合容器，以將所述氣體添加 研磨液輸出至所述平坦化工藝設備，以使得所述平坦化工藝設備得以利用所述供應系統(tǒng)對 所述基板進行拋光作業(yè)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，還包括一連接至所述氣體混合容器 的壓力表，以顯示所述氣體混合容器中的所述氣體的一第一壓力值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，還包括一連接所述氣體混合容器的 氣體傳感器，以感測所述氣體混合容器的所述氣體添加研磨液中所述氣體的含氣量。
4. 根據(jù)權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體選自于由氧、二氧化碳以 及氮所組成的族群。
5. 根據(jù)權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，還包括一連接在所述氣體混合容器 與所述研磨液容器之間的第二流量控制裝置，以控制所述研磨液容器將所述研磨液輸送至 所述氣體混合容器的速率。
6. -種氣體添加研磨液的供應方法，所述供應方法適用于一基板的平坦化工藝設備， 以對所述基板進行拋光，其特征在于，所述供應方法包括下列步驟： 以一研磨液容器來存放一研磨液； 以一氣體混合容器來接收來自于所述研磨液容器的研磨液； 以一氣體容器來存放一氣體，并將所述氣體輸送至所述氣體混合容器； 以一調節(jié)裝置來控制所述氣體容器將一預定氣體流量的所述氣體輸送至所述氣體混 合容器；以及 當所述氣體溶入所述研磨液并形成一氣體添加研磨液時，以一第一流量控制裝置來控 制所述氣體混合容器，以將所述氣體添加研磨液輸出至所述平坦化工藝設備，以使得所述 平坦化工藝設備利用所述供應系統(tǒng)所提供的氣體添加研磨液而對所述基板進行拋光。
7. 根據(jù)權利要求6所述的供應方法，其特征在于，還包括步驟：以一壓力表顯示所述 氣體混合容器中所述氣體的一第一壓力值。
8. 根據(jù)權利要求6所述的供應方法，其特征在于，還包括步驟：以一氣體傳感器來感 測所述氣體混合容器中的所述氣體添加研磨液內的所述氣體的含氣量。
9. 根據(jù)權利要求6所述的供應方法，其特征在于，所述氣體為選自于氧、二氧化碳以 及氮所組成的族群。
10. 根據(jù)權利要求6所述的供應方法，其特征在于，還包括步驟：以一第二流量控制裝 置來控制所述研磨液容器，將所述研磨液輸送至所述氣體混合容器的速率。
【文檔編號】B24B57/04GK104108072SQ201310185486
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權日:2013年4月16日
【發(fā)明者】陳炤彰, 周炳伸, 杜維剛 申請人:陳炤彰