專利名稱：輸送基片機(jī)械拋光研磨懸浮液的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸送基片機(jī)構(gòu)拋光研磨懸浮液的設(shè)備和方法。
在半導(dǎo)體、光電子和光學(xué)工業(yè)里，用氧化硅或氧化鋁懸浮液來給硅片的前后表面拋光是經(jīng)常的。這就自然引來怎樣把這種物品從供應(yīng)桶輸送到幾個(gè)使用地點(diǎn)的問題。這類懸浮液也可用來為已沉積在硅片上的金屬層拋光。在這情況下，懸浮液的物理化學(xué)性質(zhì)可能和前面用的不同。如果不定期攪拌的話，這些懸浮液的物化性質(zhì)，粘滯性，固體成分及PH值使其容易固化。結(jié)果，由于固化這些懸浮液的輸送管經(jīng)常堵塞，脫落的氧化硅或氧化鋁結(jié)塊還使硅片的拋光出現(xiàn)深劃痕這樣的缺陷。輸送管必須經(jīng)常更換這一切帶來高運(yùn)作費(fèi)用及低的設(shè)備使用率。
幾種在化學(xué)和/或機(jī)械拋光硅片過程中輸送研磨懸浮液(或漿)的方法，總結(jié)如下最常用的輸送研磨懸浮液的方法是把泵連在輸送研磨懸浮液到使用地點(diǎn)的管子上。然而，研磨懸浮液的性質(zhì)，特別是由于一方面它含有研磨顆粒另一方面它要么是強(qiáng)酸PH要么是強(qiáng)堿PH，會(huì)很快地引起所使用泵功能減退，帶來嚴(yán)重的保養(yǎng)問題這些輸送系統(tǒng)只能運(yùn)轉(zhuǎn)一點(diǎn)時(shí)間，大多時(shí)間是用來更換，疏通和保養(yǎng)。即使是用聚四氟乙烯泵，泵中的膜每隔兩、三月也必須更換。
一種輸送化學(xué)品的真空系統(tǒng)見于美國專利US 5,148,945和US 5,330,072，其中，一系列真空的中介容器被用來代替泵來吸出化學(xué)制品并迫使它流向使用地點(diǎn)。雖然這種輸送系統(tǒng)不用泵，它卻不能用來輸送那些從表面上去除金屬的研磨懸浮液。因?yàn)檫@類懸浮液的固化時(shí)間極短又有極強(qiáng)的腐蝕性。
另一種設(shè)備見于專利申請(qǐng)WO 96/02319，它有一個(gè)稱量容器，在此容器中，各種研磨懸浮液所用的化學(xué)制品依次放入并稱重，稱重后每種化學(xué)制品又被送往混合容器，在那里懸浮液的所有組份混合在一起，這個(gè)混合容器又和一個(gè)真空容器相連以便吸出混合容器中的懸浮液并送往不同的研磨懸浮液輸送站。
目前需要這樣一種輸送研磨懸浮液的設(shè)備，它無需大量的養(yǎng)護(hù)，而在需要時(shí)又可以養(yǎng)護(hù)。
如本發(fā)明設(shè)備，其特征在于它包括一個(gè)罐，其中放置準(zhǔn)備輸送的研磨懸浮液；一個(gè)輸送懸浮液的環(huán)路，它的兩端都連在罐上；使研磨懸浮液在環(huán)路中循環(huán)的裝置；使循環(huán)后的研磨懸浮液得以復(fù)原的復(fù)原裝置；使研磨懸浮液在環(huán)路中維持連續(xù)循環(huán)的，控制循環(huán)裝置的控制裝置(最好至少當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，即，它在向使用地點(diǎn)輸送懸浮液的狀態(tài)下)。
到使用地點(diǎn)的輸送環(huán)路最好由平行的多路環(huán)路組成，最好，每環(huán)路至少和所有其它環(huán)路有一個(gè)公共臂、多路環(huán)路的一端和公共臂的一端相連。這個(gè)環(huán)路最好包括兩個(gè)公共臂，它們的第一個(gè)端口分別和由平行的子環(huán)路組成的多路環(huán)路的兩個(gè)端口相連，第一個(gè)公共臂的第二個(gè)端口和研磨懸浮液罐相連，第二個(gè)公共臂的第二個(gè)端口和研磨懸浮液的復(fù)原裝置相連。另外，每根從罐到懸浮液送往點(diǎn)的管(無論哪條環(huán)路)的長度要大致一樣，每根從送往地到研磨懸浮液復(fù)原裝置的管的長度最好也大致一樣。
為獲得研磨懸浮液連續(xù)和均勻的循環(huán)，依照本發(fā)明的設(shè)備最好備有控制裝置，這些控制裝置最好是控制管中研磨懸浮液壓力的或是控制管中研磨懸浮液流速的裝置(或選用兩者結(jié)合的裝置)。最好要選定輸送管中的最小流速以防研磨懸浮液在輸送管壁上沉積而堵塞管路。事實(shí)上，這也是本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)之一，即，用這樣的方法來防止存于現(xiàn)有設(shè)備里的管道堵塞這一嚴(yán)重問題。通過使管中的研磨懸浮液連續(xù)地最好以大于或等于大約0.2m/s，小于或等于大約10m/s的速度循環(huán)的辦法，可防止由管路阻塞引起的問題，阻塞通常是由于研磨懸浮液的硬化和/或凝結(jié)引起。流速選在大約介于0.5m/s到大約2m/s之間為好，選在大約介于1和1.2m/s之間更好。
最好用泵來驅(qū)使研磨懸浮液循環(huán)，因?yàn)橐呀?jīng)知道通過使用循環(huán)泵來維持研磨懸浮液連續(xù)循環(huán)可以避免現(xiàn)存技術(shù)中常見的問題，即，過濾器和泵的堵塞等問題。然而，為使本發(fā)明設(shè)備有最大的可靠性，最好平行安裝兩個(gè)循環(huán)泵，每個(gè)泵最好只以大約(且最多)其能力的50％運(yùn)行。這意味著，一旦兩者之一壞掉，還可以靠一個(gè)泵來繼續(xù)正常操作，這時(shí)此泵將以其能力的100％運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在這種情況下，即當(dāng)兩泵之一堵塞或不正常，或通過它的物流為零時(shí)，警報(bào)器會(huì)做出指示。
依照本發(fā)明的另一個(gè)特殊的優(yōu)選實(shí)施例。為避免用泵，特別是當(dāng)研磨懸浮液有高度腐蝕性時(shí)，壓縮氣體最好是壓縮的中性氣體如氮和/或氬和/或氦等被用來驅(qū)使懸浮液循環(huán)。然而在這種情況下，除去別的事情外，還發(fā)現(xiàn)堵管現(xiàn)象發(fā)生。在用壓縮空氣循環(huán)的情況下，申請(qǐng)者表明，這樣的堵塞可以免除，如果能確保用于循環(huán)的壓縮空氣處于最小的相對(duì)溫度。為此，可以蒸發(fā)或霧化去離子水(它具有一切電子應(yīng)用上的純度特性)到中性氣體中(在將其注入管路前)，使氣體保持足夠的濕度，以防阻塞過濾器。通過在正常使用的流速限度內(nèi)的壓縮氣體里加上合適的水濃度及使用上述方法，可以免除所有管路阻塞。
下面的非限制性實(shí)施例和示意圖有助于對(duì)本發(fā)明有一個(gè)更清楚的了解。


圖1表示本發(fā)明設(shè)備的第一實(shí)施例和方法的實(shí)施。
圖2表示圖1的一個(gè)替換實(shí)施例。
在圖1中，罐1盛有研磨懸浮液2，它被穿過罐1壁的管3在4處抽出，兩個(gè)平行安裝的泵5，6承接這條管，兩個(gè)泵的出口重又在管7處相連，管7于過濾器8相連，過濾器又和管9連接。管20，21…22分別連在10，11，…12點(diǎn)，這些管的另一端分別在30，31，…32一起連到研磨懸浮液返回管40，這條管40在41點(diǎn)穿過所述罐的壁沒入該罐1所盛的懸浮液中。充裝罐42和罐1平行安裝并通過管43與其相連，以使在任何情況下罐1中某一預(yù)定的最小水平得以保持。這個(gè)輔助罐特別用來調(diào)節(jié)研磨懸浮液的粘滯度。
另外還備有通過管45連到罐1的注入裝置來壓縮氣體，如一種中性氣體，最好是氮，具有滿足應(yīng)用所需的純度，特別是N50型純度或更高的純度。分別置于連接點(diǎn)10，30，11，31，…12，32之間的是點(diǎn)B，C，…D，分別通過閥門70，71，…72向使用點(diǎn)60，61，…62輸送研磨懸浮液。在各自不同的環(huán)路20，21，…22中最好使用相同直徑的管，點(diǎn)4到點(diǎn)B，C，…D各自的距離也應(yīng)保持一致(或，如果直徑不同，則要選不同的長度使每條線路的頭損(head loss)相同)。這樣，在點(diǎn)B，C，…D各處的研磨懸浮液壓力大致相同，就使研磨懸浮液能均勻輸送。在管40點(diǎn)32和41之間，設(shè)備還裝有一個(gè)壓力計(jì)80，它電連接于一個(gè)PID(正比/積分/差分)-型控制系統(tǒng)81上，等線83，84將控制系統(tǒng)分別電連接在泵5，6上。壓力要同PID中設(shè)定的壓力保持一致，當(dāng)壓力計(jì)80測到的壓力小于指示壓力時(shí)，PID 81產(chǎn)生電信號(hào)來提高泵5，6的壓力。當(dāng)壓力計(jì)80側(cè)到的壓力大于或等于PID 81顯示的壓力時(shí)，PID81改變信號(hào)通過等線83和84傳送泵5和6，使泵5和6的壓力回到預(yù)定的壓力值。相反，如果壓力計(jì)測出的壓力高于PID 81中顯示的設(shè)定壓力，那么PID通過將適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)送至泵5和6，從而減小泵的泵送壓力。
設(shè)備也可包括一個(gè)流動(dòng)控制系統(tǒng)，或者自成體系(沒有帶PID的壓力檢測系統(tǒng))或附加在壓力檢測系統(tǒng)上。這個(gè)流動(dòng)控制系統(tǒng)包括研磨懸浮液流速的測量，測量值和預(yù)設(shè)值的比較，比較測量的流速和顯示的流速后，向泵5和6發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)以增減它們的輸出。圖2代表圖1中設(shè)備的一個(gè)替代實(shí)施例，其中特別地至少用到兩個(gè)貯存研磨懸浮液的罐子，它們平行連接；交替使用；這樣，當(dāng)一個(gè)罐空了且此狀態(tài)被測出時(shí)，比如由一個(gè)水平測量儀，第二個(gè)罐會(huì)自動(dòng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)而無需中斷研磨懸浮液的循環(huán)，以防止凝結(jié)和堵塞管道的問題，進(jìn)而減少了設(shè)備的維護(hù)(在圖2中于圖1中相同的裝置的標(biāo)號(hào)與圖1相同)。
通過受控開啟閥103和102及管113和118，兩根連于研磨懸浮液罐112和115的管101和119在點(diǎn)126相會(huì)。圖2中，罐112處于中性氣體如氮的壓力之下(用于拋光硅片的懸浮液，其純度級(jí)別為超純凈或“電子”純凈的)比如，在懸浮液127上方空處114壓力大約有3巴。當(dāng)罐112用空后，懸浮液通過閥111(它充裝罐時(shí)打開使用時(shí)并閉-見下文)及在129處沒入儲(chǔ)備罐131中的儲(chǔ)液130的管128進(jìn)行補(bǔ)充。同樣，罐115的底通過管117閥116和管120連在管128上以便于當(dāng)115排空時(shí)對(duì)它充裝(閥116開，閥111關(guān))，當(dāng)111開116關(guān)時(shí)對(duì)112充裝(或當(dāng)111和116關(guān)閉時(shí)，都不充裝)。
壓縮氮源121是分別通過閥108和110(這些閥由控制裝置81控制，內(nèi)行都知道它是正比、積分、微分型或PID型的)控制懸浮液上方壓力的基礎(chǔ)，設(shè)若壓力予設(shè)在比如，127上方3巴(相對(duì))(為推壓懸浮液進(jìn)入113)，115中零巴(相對(duì))以使115得以補(bǔ)充懸浮液。121還通過管123，閥122(可是也可不是由PID81控制的)與131相連，122使懸浮液130上方保持例如0.5巴(相對(duì))的壓力。
回收余液的管137回到罐131。
為保證罐131有附加的供應(yīng)和彌補(bǔ)上游懸浮液的消耗，還備有一個(gè)經(jīng)管124供應(yīng)131的大容積罐132?？梢蕴岣吖?32以利用重力來供應(yīng)其它罐(也可選用通過管125向罐頂施以純氮壓的辦法)。這種利用氣壓而不用泵的輸送方法，免除了泵失靈引起的問題。
另外幾個(gè)罐如同112、115也可以相互平行安置。圖1中，罐2的體積很大足以使設(shè)備自給運(yùn)轉(zhuǎn)大約兩天半到三天。最好要不停地進(jìn)行機(jī)械攪拌并維持微弱的過壓(1至3毫巴)以防二氧化碳?xì)怏w和某些研磨懸浮液中的液態(tài)胺反應(yīng)。罐由塑料制成，不存在固化的氧化硅或氧化鋁附著其上的危險(xiǎn)。從罐中抽取最好經(jīng)底閥進(jìn)行；從環(huán)路回輸經(jīng)由沉到罐最低水平之下的閥進(jìn)行。用一個(gè)正排泵(positive displacement pump)從運(yùn)送桶向罐充裝。如果需要用水稀釋的話，可以把水和氧化硅懸浮液不斷地注入靜止的混合器。運(yùn)送桶全都排凈后，貯存罐的氧化硅供應(yīng)線，包括泵和管道要用去離子水清洗。
知道循環(huán)的懸浮液的蝕磨性質(zhì)，就最好在實(shí)際操作中平行地使用兩個(gè)以其標(biāo)稱速度一半運(yùn)行的泵，每只泵連上一個(gè)變頻(0-100Hz)電源，它由一個(gè)電流控制(例如從4到20毫安)；這兩個(gè)變頻電源通過PID控制器81受環(huán)路末尾，控制閥前壓力的制約。
也可以選用陶瓷泵。為保證封的正常使用壽命，每個(gè)泵的軸最好裝兩個(gè)密封件，兩個(gè)密封件間的空間(鐘)注入去離子水以維持一個(gè)相對(duì)氧化硅的過壓。去離子水供應(yīng)線包括進(jìn)口處的一個(gè)100-200l/h的校準(zhǔn)口，出口處的一個(gè)10-20l/h的校準(zhǔn)口。若是和氧化硅接觸的內(nèi)封不漏的話，“鐘”里的壓力恒定。反之，如果漏，鐘里兩封圈間的壓力會(huì)逐漸降壓，壓力傳感器會(huì)使告警信號(hào)傳出以組織維修行動(dòng)。最好一旦停泵就有裝置來用去離子水來自動(dòng)進(jìn)行清洗。
這樣的安排有如下優(yōu)點(diǎn)由于泵以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，它在磨蝕介質(zhì)的磨損有限。
兩個(gè)泵的使用可以維持環(huán)路中的流速和壓力，假使一個(gè)泵出了故障，另一個(gè)會(huì)自動(dòng)提高轉(zhuǎn)速來補(bǔ)償。
假若放出量很大，罐回流的壓力下降，泵就提高轉(zhuǎn)速使(回)流速度恒定。如果，舉例來說，裝置的放出量大于標(biāo)稱的環(huán)路輸出量，也會(huì)有自動(dòng)補(bǔ)償，環(huán)路中的流動(dòng)決不停止。反之當(dāng)放出停止時(shí)，壓力趨于上升，PID控制器會(huì)降低泵的控制頻率。輸送網(wǎng)中壓力的變化的振幅很小，比如±100g，這對(duì)拋光設(shè)備中研磨懸浮液的定量供給是重要的。
環(huán)路(在其公共臂7、9間)上還裝了一個(gè)過濾器8，最好是聚丙烯袋型的，最好能擋住至少90％的粒度大于100微米的物質(zhì)。由于這種懸浮液的性質(zhì)，加大此過濾器較為有利，這樣就可以在減少的壓差(0.1至0.2巴)下面運(yùn)行。
所有從輸送環(huán)路分出的線路要有大概相同的頭損(head loss)。每一環(huán)路(輸送)都有一個(gè)流出T型管和一個(gè)流入T型管，每個(gè)T型管都配有獨(dú)立的閥。流入閥還配有一個(gè)校準(zhǔn)口它有下列兩個(gè)作用以相同方式在網(wǎng)絡(luò)的不同分枝上配流；每一裝置(輸送)的放出，在校準(zhǔn)口上游的一個(gè)T型管中進(jìn)行，不會(huì)引起很大的壓力下降。
校準(zhǔn)口的直徑取決于許多參量，如環(huán)路中的流速，壓力，被供應(yīng)裝置的數(shù)目，所輸送懸浮液的粘滯度等行家不難選擇的因素，使得流速最好在0.2至0.5m/s之間，以減小管的磨蝕。
輸送環(huán)路最好包括一個(gè)抗磨蝕的非伺服控制閥(圖中未畫出)，一個(gè)流量計(jì)90和一個(gè)壓力傳感器80，置于閥的上游。
流速由控制閥控制，它并不遵從一個(gè)預(yù)定值，預(yù)定的壓力顯示在PID控制器81上，其參數(shù)要調(diào)得使環(huán)路有良好的運(yùn)行，特別是在由放出，接通及/或單泵運(yùn)行等引起的小壓力變化情況下能良好運(yùn)行。
應(yīng)該注意，上述系統(tǒng)也可以利用在半導(dǎo)體工業(yè)中常用的風(fēng)箱式或膜式氣泵來運(yùn)行，條件是驅(qū)動(dòng)氣體從一個(gè)可控閥，即，一個(gè)控制氣流速度，服從由壓力校準(zhǔn)器給出的外部預(yù)定值的裝置注入。
這時(shí)，仍延用平行使用兩個(gè)，以一半標(biāo)稱功率運(yùn)轉(zhuǎn)的、泵的運(yùn)作方式以求高水平的利用資源。
權(quán)利要求
1.輸送研磨懸浮液的設(shè)備，其特征在于它包括一個(gè)盛裝一種研磨懸浮液(2)的罐(1)，一個(gè)和罐(1)相連的輸送研磨懸浮液(2)的環(huán)路(3，7，9，40)，使研磨懸浮液在環(huán)路中循環(huán)并返回罐中的循環(huán)裝置，使在環(huán)路中循環(huán)后的研磨懸浮液得以復(fù)原的復(fù)原裝置(1)，為維持懸浮液連續(xù)循環(huán)而設(shè)的控制循環(huán)裝置的控制裝置(81)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于；到使用地點(diǎn)的輸送環(huán)路包括平行連接的多路環(huán)路(20，21，22，…)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述環(huán)路包括至少一個(gè)為其它環(huán)路共用的公共臂(3，7，9)，多路環(huán)路的一端接在公共臂的一端上。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述環(huán)路包括兩個(gè)公共臂，第一個(gè)臂(3，7，9)的第一端接在罐(1)上，第二個(gè)臂(40)的第一端接在復(fù)原裝置(1)上。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于每條管介于罐(1)和研磨懸浮液輸送點(diǎn)之間的長度大約相同。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于每條管介于輸送點(diǎn)(60，61，62)和復(fù)原設(shè)備(9)之間的長度大約相同。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它包括控制研磨懸浮液在環(huán)路循環(huán)的裝置(80，81)，控制的是輸送所述液體管中的壓力。
8.如權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它包括在輸送環(huán)路的不同臂中控制研磨懸浮液流速的裝置。
9.如權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于研磨懸浮液在不同的輸送管中有個(gè)最小流速以防止研磨懸浮液沉積到所述輸送管壁上。
10.如權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于液體在管中的輸送速度大于或等于大約0.2m/s。
11.如權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于研磨懸浮液在管中輸送速度小于或等于大約10m/s。
12.如權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于研磨懸浮液的輸送速度最好在0.5和2m/s之間。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于研磨懸浮液的輸送速度大約在1到1.2m/s之間。
14.如權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于研磨懸浮液的循環(huán)裝置至少包括一個(gè)泵。
15.如權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于研磨懸浮液的循環(huán)裝置包括兩個(gè)平行安裝的泵(5，6)，它們中的每一個(gè)都以不大于其能力50％的功率運(yùn)轉(zhuǎn)以便在兩泵之一出故障時(shí)研磨懸浮液的輸送仍可正常運(yùn)行。
16.如權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于循環(huán)裝置(44)包括壓縮氣體，特別是中性氣體，有如氮?dú)狻?br> 17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，包括壓縮氣體的裝置，其特征在于它還包括在壓縮氣體中霧化去離子水的裝置以防止輸送研磨懸浮液系統(tǒng)中的過濾器堵塞。
全文摘要
輸送研磨懸浮液的設(shè)備包括:一個(gè)盛裝研磨懸浮液的罐,一個(gè)連在罐上的輸送研磨懸浮液的環(huán)路,使研磨懸浮液在環(huán)路中循環(huán)并確保其返回罐的循環(huán)裝置,使循環(huán)后的研磨懸浮液得以復(fù)原的復(fù)原裝置,使研磨懸浮液維持連續(xù)循環(huán)的控制循環(huán)裝置的控制裝置。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1247381SQ9911178
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1999年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月18日
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