化學機械研磨液自動配製控制系統的製作方法
2023-10-18 04:38:54
本發明屬於研磨液智能配比技術領域，具體涉及一種化學機械研磨液自動配製控制系統。
背景技術：
化學機械研磨，即CMP(chemical mechanical polishing)。在晶圓製造中，隨著製程技術的升級、導線與柵極尺寸的縮小，光刻(Lithography)技術對晶圓表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越來越高，1995年以後，CMP技術得到了快速發展，大量應用於半導體產業。化學機械研磨亦稱為化學機械拋光，其原理是化學腐蝕作用和機械去除作用相結合的加工技術，是目前機械加工中唯一可以實現表面全局平坦化的技術。
研磨液是CMP製程中重要的組成部分，製程中使用的研磨液需要和氧化劑(最常用的為雙氧水)進行調配。CMP過程有大量的變量存在，為了精確控制CMP，需要對研磨液的化學和機械拋光操作進行精確的控制，特別是研磨液組合物中，所使用的各種試劑的量必須小心控制，以達到期望的結果。例如，氧化劑通常用於從晶圓表面除去材料。如果氧化劑的含量太低，則材料去除將會太小，如果氧化劑的濃度過高時，會導致過度的化學反應,所以在調配過程中對各組分的濃度，進行精確控制非常重要。
現有技術中，使用的測量方法有:(1)電導率：電導率可以監測試劑級的變化，但這種技術通常不會對非離子型的試劑響應，如雙氧水，除非濃度是非常高的；(2)滴定儀：通過採集研磨液的樣品，然後與特定的試劑進行反應後再進行滴定測量，然而，滴定不是實時，而且通常需要設置額外的樣品採集管線，使用有危險性的化學試劑，需要進行多次滴定、校準和標準檢查，以確保精確性，但這需要增加額外的維護量和維護費用，並且無法通過測量的值進行實時的自動控制；(3)稱重：準確度差。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供一種化學機械研磨液自動配製控制系統，解決目前測量中，不能實時測量配製罐中的研磨液濃度和利用測量值對配製罐中的研磨液濃度進行自動控制，並且需要增加額外的維護量和維護費用和檢測準確度不高的缺陷。
本發明採取的技術方案為：一種化學機械研磨液自動配製控制系統，包括控制單元、執行單元、測量單元、罐體單元和管線單元；
其中，所述管線單元包括，研磨液管線3和雙氧水管線4，研磨液管線3用於將研磨液原液輸送給配製罐2，雙氧水管線4用於將雙氧水原液輸送給配製罐2，所述研磨液管線3和雙氧水管線4上均安裝有測量單元和執行單元；
所述罐體單元包括配製罐2和設置在配製罐內的攪拌裝置23，配製罐2用於存放由研磨液原液和雙氧水原液配製得到的研磨液，攪拌裝置23根據控制單元發出的攪拌命令啟動攪拌或停止攪拌，所述配製罐2上安裝有測量單元和執行單元；
所述測量單元為折光儀；
所述執行單元用於根據控制單元發出的執行命令進行動作；
所述控制單元用於實時接收所述折光儀檢測的數據，並結合預設的研磨液濃度閾值生成執行命令傳輸給執行單元。
所述管線單元還包括純水管線5，純水管線5用於將純水輸送給所述配製罐2，用於配製需要添加純水的研磨液應用，增加了系統的靈活性和應用範圍。
所述執行單元包括，泵或閥門，閥門為調節閥，提高了控制的精度，也避免了執行單元的頻繁動作。
優選地，所述配製罐2的容積為一百升至一千升，單次配製的研磨液容量為配製罐2容積的70-80％，可以根據實際應用的使用量，滿足多種應用。
優選地，所述雙氧水管線中雙氧水原液的濃度為30-32％。
優選地，化學機械研磨液自動配製控制系統的控制方法，在所述的化學機械研磨液自動配製控制系統上運行，包含以下步驟：
s1：控制單元中預設有研磨液濃度閾值和所需研磨液容量；
s2：控制單元實時接收管線單元中折光儀檢測到的數據，並結合研磨液濃度閾值和所需研磨液容量計算得到各個原液的供給量目標值；
s3：控制單元根據s2中檢測到的供給量目標值生成執行命令控制執行單元動作，控制單元生成攪拌命令啟動攪拌裝置攪拌；
s4：當各原液的供給量達到供給量目標值的80％—90％時，控制單元根據配製罐折光儀21檢測的數據對各原液的供給量進行調整；
s5：當配製罐2中的研磨液達到研磨液濃度閾值時，關閉攪拌裝置23和管線單元中的執行單元，打開配製罐執行單元22，將配製的研磨液輸送給後端的日箱6。
採用上述技術方案，具有以下優點：
本發明提出的化學機械研磨液自動配製控制系統，能夠實時檢測各管線和罐體中的液體濃度值，並根據測量的實時數據對配製罐2中的研磨液濃度進行自動控制，不需要增加額外的維護量和維護費用，並且提高了檢測的準確度。
附圖說明
圖1為本發明的系統框圖；
圖2為本發明中研磨液的工藝流程圖；
圖3為本發明中的雙氧水溶液折射率和濃度值對應圖；
圖4為本發明中的研磨液A中雙氧水濃度根據校準曲線測量的實際值與參考值的比較圖。
附圖標記說明：
1—控制器；2—配製罐；21—配製罐折光儀；22—配製罐執行單元；23—攪拌裝置；
3—研磨液管線；31—研磨液管線折光儀；32—研磨液管線執行單元；
4—雙氧水管線；41—雙氧水管線折光儀；42—雙氧水管線執行單元；
5—純水管線；51—純水管線折光儀；52—純水管線執行單元；
6—日箱；61—日箱泵；7—工位臺；8—晶圓
具體實施方式
為了使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述，這裡的描述不意味著對應於實施例中陳述的具體實例的所有主題都在權利要求中引用了。
從圖1、圖2可以看出，本發明所提供的化學機械研磨液自動配製控制系統，包括控制單元、執行單元、測量單元、罐體單元和管線單元；
其中，所述管線單元包括研磨液管線3和雙氧水管線4，研磨液管線3用於將研磨液原液輸送給配製罐2，雙氧水管線4用於將雙氧水原液輸送給配製罐2，所述雙氧水管線4中雙氧水原液的濃度為30-32％，所述研磨液管線3和雙氧水管線4上均安裝有測量單元和執行單元；
所述罐體單元包括配製罐2和設置在配製罐內的攪拌裝置23，配製罐2用於存放由研磨液原液和雙氧水原液配製得到的研磨液，所述配製罐2的容積為一百升至一千升，一次的配製量通常為容積的70-80％，具體取決於實際使用需求，通常為當天配製當天使用；攪拌裝置23根據控制器1發出的攪拌命令啟動攪拌或停止攪拌，研磨液配製好後，通過配製罐執行單元22，將研磨液輸送到日箱6中，當生產線上需要研磨液時，再通過日箱泵61將研磨液輸送到各工位臺7上，供晶圓8的製造使用；
所述管線單元還包括純水管線5，所述測量單元為折光儀，折光儀的數量至少為3臺，分別為配製罐折光儀21、研磨液管線折光儀31、雙氧水管線折光儀41，因為有部分研磨液的配製，不需要添加純水，所以在有些應用中，會取消純水管線5和所述純水管線5上，相應的純水管線折光儀51和純水管線執行單元52；
所述執行單元用於根據控制單元發出的執行命令進行動作，執行單元包括，泵或閥門，閥門為調節閥，如果原料供給線本身就有壓力，可採用閥門即可。如果不帶壓力或壓力不足，則採用泵的方式。配製罐2輸送至日箱的執行單元通常為泵；
所述控制單元用於實時接收所述折光儀檢測的數據，並結合預設的研磨液濃度閾值生成執行命令傳輸給執行單元。
從圖3可以看出，不同的雙氧水濃度，對應不同折射率，控制器1通過折光儀檢測到的折射率，換算出其對應的雙氧水濃度值，折光儀可準確的測量雙氧水的濃度值。
圖4為研磨液A中雙氧水濃度根據校準曲線測量的實際值與參考值的比較圖，圖中Reference表示研磨液A中雙氧水濃度參考值變化曲線、Conc表示研磨液A中雙氧水濃度的實際測量值變化曲線、Temp表示溫度變化曲線；圖中可以看出研磨液A中雙氧水濃度的實際測量值變化曲線與參考值變化曲線的吻合度非常高，測量介質的溫度範圍從21.0℃至25.8℃，實際測量值曲線和參考值曲線基本趨於重合，系統的可靠性能高。
優選的實施例,在控制單元中的控制器1中預設有研磨液濃度閾值和所需研磨液容量；控制單元實時接收管線單元中折光儀檢測到的數據，管線單元和配製罐2上安裝有流量計，流量計可實時將累計流量和瞬時流量發送給控制單元，控制單元結合研磨液濃度閾值和所需研磨液容量計算得到各個原液的供給量目標值；控制單元根據折光儀和流量計檢測到的折射率和流量值，生成執行命令控制執行單元動作，控制單元生成攪拌命令啟動攪拌裝置攪拌23；當各原液的供給量達到供給量目標值的80％—90％時，控制單元根據配製罐折光儀21檢測的數據對各原液的供給量進行調整，並降低添加速度；當配製罐2中的研磨液達到研磨液濃度閾值時，關閉攪拌裝置23和管線單元中的執行單元，打開配製罐執行單元22，將配製的研磨液輸送給後端的日箱6。
例如，配製所需的研磨液需要500L，30％雙氧水需要30L，純水需要100L。開始配製時，控制器首先控制執行單元往配製罐輸送500L研磨液和100L純水。如果標準折射率為1.335的研磨液測量值為1.3352，控制器則會控制研磨液管線的執行單元調整供給量至499.5L；添加完研磨液和純水後，開啟雙氧水管線的執行單元往配製罐中添加30L的雙氧水，當添加量達到90％時，降低添加速度，根據配製罐折光儀21的實際測量值進行動態控制直至目標濃度。
本發明的工作原理為：在控制器1中輸入配製所需研磨液濃度閾值和所需研磨液容量，控制單元實時接收管線上折光儀和流量計的數據，並生成執行命令控制相應的執行單元動作，攪拌裝置23開始攪拌，當各原液的供給量達到供給量目標值的80％—90％時，降低添加速度，控制單元根據配製罐折光儀21檢測的數據對各原液的供給量進行調整；當配製罐2中的研磨液達到研磨液濃度閾值時，關閉攪拌裝置23和管線單元中的執行單元，打開配製罐的執行單元，將配製的研磨液輸送給後端的日箱6。
最後需要說明的是，上述描述為本發明的優選實施例，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不違背本發明宗旨及權利要求的前提下，可以做出多種類似的表示，這樣的變換均落入本發明的保護範圍之內。