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1、(10)申请公布号 CN 104108072 A (43)申请公布日 2014.10.22 C N 1 0 4 1 0 8 0 7 2 A (21)申请号 201310185486.6 (22)申请日 2013.05.20 102113466 2013.04.16 TW B24B 57/04(2006.01) B24B 37/34(2012.01) (71)申请人陈炤彰 地址中国台湾台北市大安区基隆路四段43 号 (72)发明人陈炤彰 周炳伸 杜维刚 (74)专利代理机构上海翼胜专利商标事务所 (普通合伙) 31218 代理人翟羽 (54) 发明名称 气体添加研磨液的供应系统及其方法 (57)。
2、 摘要 本发明提供一种气体添加研磨液的供应系统 （200）及其方法，包括研磨液容器（202）、气体混 合容器（204）、气体容器（206）、调节装置（208）、 第一流量控制装置（210）以及第二流量控制装置 （212）。本发明通过调节装置（208）将气体（207） 溶入气体混合容器（204）的研磨液（203）中，以形 成气体添加研磨液（203a），用以提高基板（106） 表面材质的移除率，并且改善基板（106）表面的 加工质量。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书。
3、5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104108072 A CN 104108072 A 1/1页 2 1.一种利用气体添加研磨液的供应系统，所述供应系统适用于一基板的平坦化工艺设 备，以对所述基板进行抛光，其特征在于，所述供应系统包括： 一研磨液容器，用以存放一研磨液； 一气体混合容器，连接至所述研磨液容器，用以接收所述研磨液； 一气体容器，用以存放一气体并将所述气体输送至所述气体混合容器； 一调节装置，连接在所述气体混合容器与所述气体容器之间，用以控制所述气体容器 将一预定气体流量的所述气体输送至所述气体混合容器；以及 一第一流量控制装置，与所述气体混合容器连接，当所述气体溶入所述研。
4、磨液并形成 一气体添加研磨液时，所述第一流量控制装置控制所述气体混合容器，以将所述气体添加 研磨液输出至所述平坦化工艺设备，以使得所述平坦化工艺设备得以利用所述供应系统对 所述基板进行抛光作业。 2. 根据权利要求1所述的供应系统，其特征在于，还包括一连接至所述气体混合容器 的压力表，以显示所述气体混合容器中的所述气体的一第一压力值。 3. 根据权利要求1所述的供应系统，其特征在于，还包括一连接所述气体混合容器的 气体传感器，以感测所述气体混合容器的所述气体添加研磨液中所述气体的含气量。 4. 根据权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述气体选自于由氧、二氧化碳以 及氮所组成的族群。 5. 。
5、根据权利要求1所述的供应系统，其特征在于，还包括一连接在所述气体混合容器 与所述研磨液容器之间的第二流量控制装置，以控制所述研磨液容器将所述研磨液输送至 所述气体混合容器的速率。 6. 一种气体添加研磨液的供应方法，所述供应方法适用于一基板的平坦化工艺设备， 以对所述基板进行抛光，其特征在于，所述供应方法包括下列步骤： 以一研磨液容器来存放一研磨液； 以一气体混合容器来接收来自于所述研磨液容器的研磨液； 以一气体容器来存放一气体，并将所述气体输送至所述气体混合容器； 以一调节装置来控制所述气体容器将一预定气体流量的所述气体输送至所述气体混 合容器；以及 当所述气体溶入所述研磨液并形成一气体添加。
6、研磨液时，以一第一流量控制装置来控 制所述气体混合容器，以将所述气体添加研磨液输出至所述平坦化工艺设备，以使得所述 平坦化工艺设备利用所述供应系统所提供的气体添加研磨液而对所述基板进行抛光。 7. 根据权利要求6所述的供应方法，其特征在于，还包括步骤：以一压力表显示所述 气体混合容器中所述气体的一第一压力值。 8. 根据权利要求6所述的供应方法，其特征在于，还包括步骤：以一气体传感器来感 测所述气体混合容器中的所述气体添加研磨液内的所述气体的含气量。 9. 根据权利要求6所述的供应方法，其特征在于，所述气体为选自于氧、二氧化碳以 及氮所组成的族群。 10. 根据权利要求6所述的供应方法，其特征。
7、在于，还包括步骤：以一第二流量控制装 置来控制所述研磨液容器，将所述研磨液输送至所述气体混合容器的速率。 权 利 要 求 书CN 104108072 A 1/5页 3 气体添加研磨液的供应系统及其方法 技术领域 0001 本发明涉及研磨液供应技术领域，尤其涉及一种气体添加研磨液的供应方法，其 适用于基板的平坦化工艺。 背景技术 0002 在半导体工艺中，例如化学机械研磨法（Chemical Mechanical Polishing，简称 CMP）的基板的平坦化工艺为广泛使用的加工方法，所述化学机械研磨法通过基板、研磨液 与抛光垫之间的接触，利用在基板与抛光垫之间施以稳定负载，并且产生液动压效应。
8、，而达 到移除基板的表面材质的目的。然而所述化学机械研磨法常常由于基板材质的硬度较高， 致使平坦化工艺时间较为冗长，而且这种透过表面反应的机制使材质表面生成物的移除方 法，必须先了解抛光垫上的反应磨料特性，使其在应用上较为复杂，导致工艺的良率受到限 制。特别是平坦化工艺时间较长时，研磨液使用容易造成环境的破坏，而且目前研磨液的研 发皆是朝向强腐蚀性以提高基板材料的反应程度为主，因而使得对于环境的负面影响更为 明显。有鉴于此，目前仍需要发展一种新式的供应方法，以改善上述问题。 发明内容 0003 本发明的一目的在于，提供一种气体添加研磨液的供应系统及其方法，通过将气 体溶入研磨液中，用以提高基板。
9、表面材质的移除率。 0004 本发明的一目的在于，提供一种气体添加研磨液的供应系统及其方法，通过将气 体溶入研磨液中，用以改善基板表面的加工质量，并且解决基板表面的不均匀的问题。 0005 为了达成上述目的，本发明一较佳实施例提供一种气体添加研磨液的供应系统， 所述供应系统适用于一基板的平坦化工艺设备，以对所述基板进行抛光，所述供应系统包 括：研磨液容器，用以存放一研磨液；气体混合容器，连接至所述研磨液容器用以接收所述 研磨液；气体容器，用以存放一气体并将所述气体输送至所述气体混合容器；调节装置，连 接在所述气体混合容器与所述气体容器之间，以控制所述气体容器将一预定气体流量的气 体输送至所述气。
10、体混合容器；以及第一流量控制装置，与所述气体混合容器连接，当所述气 体溶入所述研磨液并形成一气体添加研磨液时，所述第一流量控制装置控制所述气体混合 容器，以将所述气体添加研磨液输出至所述平坦化工艺设备，以使得所述平坦化工艺设备 得以利用所述供应系统对所述基板进行抛光作业。 0006 在本发明一实施例中，根据所述第一压力值以及所述气体相对应的亨利定律常 数，以计算所述气体混合容器的气体添加研磨液中所述气体的含气量。所述气体的第一压 力值大于所述基板附近的第二压力值。所述供应系统还包括一连接所述气体混合容器的气 体传感器，以感测所述气体混合容器的气体添加研磨液中所述气体的含气量。 0007 在本发。
11、明一实施例中，所述气体选自于由氧、二氧化碳以及氮所组成的族群。基板 为铝酸锂基板。在本发明一实施例中，所述供应系统还包括一连接在所述气体混合容器与 所述研磨液容器之间的第二流量控制装置，以控制所述研磨液容器将所述研磨液输送至所 说 明 书CN 104108072 A 2/5页 4 述气体混合容器的速率。 0008 本发明的另一较佳实施例提供一种气体添加研磨液的供应方法，所述供应方法适 用于一基板的平坦化工艺设备，以对所述基板进行抛光，所述供应方法包括以下步骤：以一 研磨液容器来存放一研磨液；以一气体混合容器来接收来自于所述研磨液容器的研磨液； 以一气体容器来存放一气体，并且将所述气体输送至所述。
12、气体混合容器；以一调节装置来 控制所述气体容器将一预定气体流量的气体输送至所述气体混合容器；以及当所述气体 溶入所述研磨液并形成一气体添加研磨液时，以第一流量控制装置来控制所述气体混合容 器，以将所述气体添加研磨液输出至所述平坦化工艺设备，以使得所述平坦化工艺设备利 用所述供应系统所提供的气体添加研磨液而对所述基板进行抛光。 0009 本发明的优点在于，本发明所揭示的一种气体添加研磨液的供应系统及其方法， 通过将气体溶入研磨液中，用以提高基板表面材质的移除率，并且改善基板表面的加工质 量，以解决基板表面的不均匀的问题。 附图说明 0010 图1是根据本发明实施例的气体添加研磨液的平坦化工艺设备。
13、的局部剖视图。 0011 图2是根据本发明实施例的气体添加研磨液的供应系统的示意图。 0012 图3是根据本发明实施例的气体添加研磨液的供应方法的流程图。 0013 图中的标注分别为： 100、平坦化工艺设备；102、研磨装置；104、研磨垫； 106、基板；200、供应系统；202、研磨液容器； 203、研磨液；203a、气体添加研磨液；204、气体混合容器； 206、气体容器；207、气体；208、调节装置； 210、第一流量控制装置；212、第二流量控制装置； 214、压力表；216、气体传感器； P1、第一压力值；P2、第二压力值。 具体实施方式 0014 下面结合附图对本发明所述气体。
14、添加研磨液的供应系统及其方法的具体实施方 式做详细说明。 0015 本发明的较佳实施例结合附图及公式与下面的说明来进行详细描述，在不同的图 式中，相同的组件符号代表相同或相似的组件。 0016 参考图1和图2，图1是根据本发明实施例的气体添加研磨液的供应系统200的平 坦化工艺设备100的局部剖视图，图2是根据本发明实施例的气体添加研磨液的供应系统 200的示意图。所述气体添加研磨液的供应系统200连接至平坦化工艺设备100，其中供应 系统200用以将气体添加研磨液提供至平坦化工艺设备100。当研磨装置102上的研磨垫 104进行一基板106的研磨作业时，所述气体添加研磨液会充满于研磨垫104。
15、与基板106之 间，以使得研磨垫104可以透过所述气体添加研磨液而对基板106进行研磨作业。所述基 板106可以是铝酸锂基板（LiAlO 2 , LAO）或是硅基板，或者本发明所述供应系统200也可以 适用于半导体工艺所使用的基板上。 说 明 书CN 104108072 A 3/5页 5 0017 根据亨利定律（Henry s Law），本发明所述供应系统200中的气体207在液体（例 如研磨液203）中的溶解度，与气体207的分压成正比，当气体207的压力增大时，则溶解度 增大，即溶解度与气体207的压力之间成正比例关系，如公式E1所述。 0018 P = K * M （E1） 其中P表示液。
16、体（例如研磨液203）表面上溶质（例如气体207）的分压，M表示溶解在 液体中气体浓度，K表示亨利定律常数。根据上述公式E1，本发明可以通过计算研磨液203 中气体207的溶解量，进而控制基板106的抛光工艺。 0019 在图2中，所述供应系统200适用于基板106的平坦化工艺设备100中，所述供应 系统200包括研磨液容器202、气体混合容器204、气体容器206、调节装置208、第一流量控 制装置210以及第二流量控制装置212。 0020 在供应系统200中，研磨液容器202用于存放研磨液203。气体混合容器204连接 至研磨液容器202以接收研磨液203。气体容器206用以存放一气体2。
17、07，并且将气体207 输送至气体混合容器204。调节装置208连接在气体混合容器204与气体容器206之间，以 控制气体容器206将一预定气体流量的气体207输送至气体混合容器204。第一流量控制 装置210连接至气体混合容器204，当气体207溶入至研磨液203内而形成一气体添加研 磨液203a时，所述第一流量控制装置210会控制气体混合容器204，以将气体添加研磨液 203a输出至平坦化工艺设备100，以使得平坦化工艺设备100得以利用供应系统200对基 板106进行抛光作业。在本发明所述供应系统200中，所述气体混合容器204用以保存气 体添加研磨液203a，以使得气体添加研磨液203。
18、a在未进入平坦化工艺设备100的加工空间 之前，不会让溶解在研磨液203中的气体析出而流失。 0021 在本发明一实施例中，本发明所述供应系统200还包括第二流量控制装置212，连 接在气体混合容器204与研磨液容器202之间，以控制研磨液容器202将研磨液203输送 至气体混合容器204的速率，即第二流量控制装置212可以控制将研磨液203输送至气体 混合容器204的流量。在本发明一较佳实施例中，第一流量控制装置210以及第二流量控 制装置212为转动式流量控制器，以确保在气体混合容器204中的气体207压力（即第一压 力值）的稳定性。 0022 在本发明一实施例中，本发明所述供应系统200。
19、还包括一压力表214，连接至气体 混合容器204，以显示在气体混合容器204中气体207的第一压力值P1。根据第一压力值 P1以及气体207相对应的亨利定律常数，便可以计算气体混合容器204的气体添加研磨液 203a中的气体207的含气量。具体来说，根据上述公式E1所述，气体207的含气量等于第 一压力值P1除以气体207相对应的亨利定律常数。在本发明一较佳实施例中，气体207的 第一压力值P1大于基板106附近的第二压力值P2，以使得气体207可以在到达基板106附 近时快速地析出，并且同时参与平坦化工艺，以对基板106进行加工。在本发明另一实施例 中，本发明所述供应系统200还包括气体传感。
20、器216，连接至气体混合容器204，以感测气体 混合容器204的气体添加研磨液203a中的气体207的含气量。 0023 本发明所述气体添加研磨液的供应系统200，通过在将研磨液203导入至平坦化 工艺设备100的瞬间，由于气体混合容器204的第一压力值大于基板106附近的第二压力 值P2（例如为一大气压力），因而造成气体添加研磨液203a内所含气体207失去平衡，导致 大量的气体207由气体添加研磨液203a中析出，并且同时参与平坦化工艺，以对基板106 说 明 书CN 104108072 A 4/5页 6 进行加工。当所述气体207为平坦化工艺中基板106材料的主要反应气体时，将可有效地 。
21、使得基板材料的表面立即产生化学反应层，这种反应层与原先基板材料的机械性质相比， 其机械性质较差，故较易移除，因而可达到高移除率，并且可有效避免平坦化工艺所造成的 表面不均匀度的问题。 0024 在本发明一实施例中，本发明所述气体添加研磨液的供应系统200所使用的气体 可以例如是氧、二氧化碳以及氮，在平坦化工艺设备100的供应系统200的实施例中，其工 艺参数与相对应该参数的设定条件如下列表一所述。表一： 工艺参数设定条件 基板材质铝酸锂基板 负载4.5kg 转盘转速70rpm 气体添加研磨液的流率30ml/min 气体添加研磨液的温度55C 辅助气体O 2 、CO 2 根据表一，本发明在使用一。
22、般的研磨液，基板的材质例如是铝酸锂基板（也可使用硅基 板），施加于基板上的负载例如是4.5公斤重（kg），承载所述基板的转盘转速70 转数/每 分钟（rpm），所述供应系统200输送到所述转盘上抛光垫的气体添加研磨液的流率，例如是 30毫升/每分钟（ml/min），所述气体添加研磨液的温度例如是55 C，本发明所使用的辅 助气体例如是氧（O 2 ）、二氧化碳（CO 2 ）以及氮（N 2 ）。其实施结果如下列表二所述： 表二： 气体条件原始重量(g)研磨后重量(g)移除的重量(g)工艺时间(mins)材质移除率(nm/min)表面粗糙度(nm) 未使用气体3.5050 3.4838 0.0212。
23、 30 133.1 1.42 O 2 3.4993 3.4701 0.0292 30 183.3 0.17 CO 2 3.4914 3.4643 0.0271 30 170.1 0.20 N 2 3.5009 3.4779 0.0230 30 145.5 0.17 根据表二，本发明的实施结果说明氧、二氧化碳以及氮等对于铝酸锂基板为活性气体， 并将导致表面反应生成，而使得材质移除率（Material Removal Rate，简称MRR）分别为 183.3奈米/每分钟（nm/min）、170.1 nm/min以及145.5 nm/min，这些均大于现有技术中 未使用气体时的材质移除率133.1 。
24、nm/min，且与现有技术中未使用气体的情况相比，本发 明使用氧、二氧化碳以及氮的材质移除率分别提高37.7 %、28.8 %以及9.3 %。也就是说， 在相同的移除基板重量的条件下，本发明使用氧、二氧化碳以及氮的气体添加研磨液的供 应方法，其研磨液的消耗量均小于现有技术未使用气体的情况。如上述的实施例所示，本发 明所使用的研磨液消耗量可以有效减少37.7 %、28.8 %以及9.3 %。 0025 另外，如表二所述，在例如30分钟的预定的工艺时间内，使用氧、二氧化碳以及氮 的移除基板重量分别为0.0292 g、0.0271 g以及0.0230 g，这些均大于现有技术中未使用 气体时的移除基板。
25、重量0.0212 g。因此，本发明的气体添加研磨液的供应方法，可以使得气 体对铝酸锂基板的抛光工艺，具有改善基板表面材质的移除率之效果。 0026 进一步地，根据表二所示，本发明的实施结果说明氧、二氧化碳以及氮对于铝酸锂 基板为活性气体，其所得到的表面粗糙度（surface roughness）分别为0.17 nm、0.20 nm以 及0.17 nm，均小于现有技术中未使用气体的表面粗糙度1.42 nm。换言之，本发明使用氧、 二氧化碳以及氮的气体添加研磨液的供应方法，可以改善表面粗糙度高达58倍之多，以 有效改进基板表面的加工质量。 说 明 书CN 104108072 A 5/5页 7 00。
26、27 具体来说，在本发明一实施例中，当使用氧作为辅助气体时，所述铝酸锂基板与氧 的反应式如E2所述；在本发明另一实施例中，当使用二氧化碳为辅助气体时，所述铝酸锂 基板与二氧化碳的反应式如E3所述。 0028 2LiAlO 2 +H 2 O2LiOH+Al2O 3 （E2） 4LiAlO 2 + 9H 2 O +2CO 2 Li 2 Al 4 (CO 3 )(OH) 12 3H 2 O + Li 2 CO 3 （E3） 根据上述的反应式E2，由于氧的活性较高，其容易与锂（Li）与铝（Al）产生反应，因而 使铝酸锂基板的表面材质解离，提高材质移除率。 0029 图3是本发明实施例中气体添加研磨液的。
27、供应方法的流程图。所述供应系统200 适用于基板106的平坦化工艺设备100，供应系统200包括研磨液容器202、气体混合容器 204、气体容器206、调节装置208、第一流量控制装置210、第二流量控制装置212以及压力 表214或是气体传感器216。所述供应方法包括下列步骤： 在步骤S300中，以一研磨液容器202来存放一研磨液203。 0030 在步骤S302中，以一气体混合容器204来接收来自于研磨液容器202的研磨液 203。在本发明一较佳实施例中，以一第二流量控制装置212来控制研磨液容器202将研磨 液203输送至气体混合容器204的速率。 0031 在步骤S304中，以一气体容。
28、器206来存放一气体207，并将气体207输送至气体混 合容器204。 0032 在步骤S306中，以一调节装置208来控制气体容器206而将一预定气体流量的气 体207输送至气体混合容器204。 0033 在步骤S308中，以一压力表214来显示气体混合容器204中气体207的第一压力 值P1。其中根据第一压力值P1以及气体207相对应的亨利定律常数，可以以计算气体混合 容器204中的气体添加研磨液203a中的气体207的含气量。气体207的第一压力值P1可 以例如是大于基板106附近的第二压力值P2。在本发明另一实施例中，可以用一气体传感 器216来感测气体混合容器204的气体添加研磨液2。
29、03a中的气体207的含气量。 0034 在步骤S310中，当气体207溶入研磨液203而形成一气体添加研磨液203a时，以 一第一流量控制装置210来控制气体混合容器204，将气体添加研磨液203a输出至平坦化 工艺设备100的速率，以使得平坦化工艺设备100利用供应系统200所提供的气体添加研 磨液203a，对基板106进行抛光作业。 0035 综上所述，本发明的气体添加研磨液的供应系统及其方法，通过将气体溶入研磨 液中，以提高基板表面材质的移除率，并且改善基板表面的加工质量，以解决基板表面不均 匀的问题。 0036 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。 说 明 书CN 104108072 A 1/3页 8 图1 说 明 书 附 图CN 104108072 A 2/3页 9 图2 说 明 书 附 图CN 104108072 A 3/3页 10 图3 说 明 书 附 图CN 104108072 A 10 。