[发明专利]抛光液加热装置及抛光温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热装置及方法，尤其是一种抛光液加热装置及抛光温度控制方法，属于晶片抛光的技术领域。

背景技术

化学机械抛光（CMP）技术是晶片表面加工的关键技术之一，在大尺寸裸晶片（如太阳能电池用超薄硅单晶片）、集成电路用超薄硅单晶片、LED用蓝宝石衬底晶片等的表面抛光工艺中得到广泛应用。

抛光可以改善晶片表面的粗糙度，降低晶片的TTV，在晶片表面实现超高的平整度，对于一些光学用晶片还能提高其对光的利用率。例如，在集成电路的制造过程中，硅晶圆基片上往往构建了成千上万的结构单元，这些结构单元通过多层金属互联进一步形成功能性电路的器件。在多层金属互联结构中，金属导线之间填充介质层，随着集成电路技术的发展，金属线宽越来越小，布线层数越来越多，此时，利用CMP工艺对晶片表面的介质层进行平坦化处理可以有助于多层线路的制作，且能防止将电介质层涂覆在不平表面上引起的畸变。

CMP过程是一个机械作用和化学作用相平衡的过程。例如在硅晶片的抛光过程中，首先利用真空吸附垫模板将晶片固定在抛光头上，在抛光头的压力下，由真空吸附垫模板的旋转、抛光大盘的旋转造成晶片与抛光垫的摩擦。此时化学作用为碱性的抛光液与晶片表面接触发生腐蚀反应，晶片表面会被碱液腐蚀，摩擦则将该腐蚀层去除，通过循环这两个作用过程，就可以实现晶片的抛光。

在抛光过程当中，抛光大盘和晶片之间会摩擦产生热量，从而使整个抛光系统温度升高，抛光液流到这些区域后也会被加热。当抛光液被加热后，抛光液粘度会降低，这样抛光液会更容易流入晶片和抛光垫的空隙，同时产生的废弃物和废液也能更好的从空隙中流出，流到抛光垫凹槽中，这样能够加快晶片下面抛光液的循环速度，使晶片能够一直处于新鲜的抛光液的环境中，更有利于晶片的表面氧化。另外温度的升高还会增加化学作用的反应速率，抛光过程中发生的反应多是可逆的，都有一定的平衡常数，因此当抛光液温度升高时，反应的平衡会被打破，反应向有利于硅的水解得方向发展，因此在抛光的材质去除阶段，较高的温度能有效加快表面材质的移除速度，大大缩短抛光时间。

但是在实际抛光过程中，晶片抛光中要经历粗抛，中抛和精抛三个阶段，每个阶段的温度要求都不一样。粗抛温度一般较高，控制在30~50℃，而中抛和精抛则温度较低，一般控制在20~30℃。当抛光持续进行的时候，抛光环境会越来越热，化学腐蚀作用越来越强，这时就要适当降低抛光液的温度或者同时降低大盘的温度，不然会出现抛光速率过大，表面择优腐蚀严重，表面沉积杂质或者出现橘皮现象。

随着业内对抛光精度的要求越来越高，抛光过程中温度的影响已经越来越被人们关注，抛光液加热装置和大盘加热装置等都被引入到抛光机中。但是现有的温度控制装置和抛光方法并没有对抛光的温度进行严格的阶段性管控，实际中在晶圆被抛光的每个阶段的开始，中间和结束的几个阶段，抛光液的温度需求都有差异。

除了温度之外，抛光液本身的固溶物的含量和粘度对抛光本身也有一定的影响，目前单一浓度的抛光液已经不能适合更高精度的抛光要求，因此需要在抛光的各个阶段通入不同浓度的抛光液来维持抛光的精确控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种抛光液加热装置及温度控制方法，其结构紧凑，能有效实现对晶片抛光过程的温度控制，提高晶片抛光的质量及速度，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述抛光液加热装置，包括抛光液输送管；在所述抛光液输送管的末端设置用于对抛光液输送管内的抛光液进行加热的抛光液加热器，在抛光液输送管的管道出口处设置用于检测抛光液温度的抛光液温度检测器，所述抛光液温度检测器以及抛光液加热器均与加热控制器连接，所述加热控制器还与用于检测抛光环境温度的抛光环境温度检测器；

抛光环境温度检测器能向加热控制器抛光环境温度，抛光液温度检测器能向加热控制器传输抛光液输送管出口处的抛光液温度，加热控制器将抛光液温度、抛光环境温度与所述加热控制器内的抛光预置温度比较，并控制抛光液加热器的加热状态，直至使得抛光环境温度与抛光预置温度相一致。

所述抛光液加热器包括两个用于对抛光液进行加热的加热板，所述加热板间具有抛光液流动的加热空隙，，所述加热板为半导体加热器、电阻丝加热器或水浴加热器。

所述抛光液加热器包括呈对称分布的夹板，在所述夹板间设置若干用于对抛光液进行加热的加热柱。

所述抛光液加热器包括缠绕在抛光液输送管上的加热线圈或允许抛光液输送管缠绕的加热棒。