化學機械拋光廢液分流收集裝置及其收集方法
2023-07-02 11:42:26
專利名稱：化學機械拋光廢液分流收集裝置及其收集方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造過程中廢液的分流收集裝置及方法，具體涉及化學機械拋光廢液分流收集裝置及其收集方法。
背景技術：
化學機械拋光(CMP)過程已經廣泛使用於半導體工業晶圓的製造過程中，對於晶圓表面全面性平坦化是一種有效和常用的工藝。雖然CMP過程是現代半導體製造工業中的重要技術，但是CMP過程是一種高汙染的過程，這是因為在過程中使用了研磨液(slurry)。一般而言，研磨液主要包含有5-10％的30-100納米的微細研磨粉體及其他化學物質，如pH緩衝劑、氧化劑、表面活性劑等。因此，CMP廢液包含來自研磨液、晶圓本身以及CMP後續清洗程序所產生的各種無機和有機汙染物質。
同時，在CMP後續清洗程序中為了移除附著在晶圓表面的汙染物質，需要使用大量的去離子水。據估計，對於一個設有20個CMP機具的晶圓廠而言，每天將產生約700m3的CMP廢液。此廢液不但量大，而且總固體物濃度、COD(化學需氧量)值等亦高，必須妥善加以處理。
目前，現有的處理化學機械拋光廢液的方法和裝置通常將來自使用不同研磨液的各化學機械拋光過程的廢液收集在一起，一併進行後續廢液處理(參見US2005/0121394、US2004/0065621A1和JP2003211150)。圖1示出現有技術的化學機械拋光廢液的收集系統，使用不同研磨液進行化學機械拋光的各研磨裝置p1、p2和p3所產生的廢液與晶圓清洗裝置5產生的廢水一併流入廢液回收容器2中。
現有技術的缺點在於沒有考慮使用不同研磨液的各化學機械拋光過程的廢液汙染物水平，將少量高汙染的研磨廢液與大量低汙染的清洗廢水和/或其它低汙染的研磨廢液一併混合，這往往導致產生大量汙染物水平超標的汙水，從而大大增加汙水淨化的成本。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明人對研磨各層晶圓的各化學機械拋光過程所產生的廢液進行了系統分析，發現研磨廢液的汙染物水平與所使用的研磨液和所研磨的晶圓層材料密切相關。一般而言，在整個化學機械拋光過程中，只有一個或幾個化學機械拋光過程會產生高汙染廢液，而其餘拋光過程的研磨廢液和清洗廢水的汙染物水平相對較低。因此，如果分別收集和處理高汙染廢液和低汙染廢液，則有可能在合理的連續加工次數下，使得低汙染廢液滿足安全排放的標準或僅需經簡單汙水處理即可滿足安全排放標準，從而大大節省汙水處理成本，同時也有利於保護環境。
本發明的目的在於提供一種化學機械拋光廢液的分流收集裝置，包含至少一個化學機械拋光研磨裝置，其使用研磨液對晶圓進行化學機械拋光；入口端連接到至少一個所述研磨裝置的至少一個單向閥，該單向閥打開時允許由所連接的研磨裝置產生的研磨廢液單向流過；信號發生裝置；產生控制所述單向閥打開/關閉動作的信號；第一廢液回收容器，該容器連接至所述單向閥的出口端，回收由所述研磨裝置產生的研磨廢液；晶圓清洗裝置，該清洗裝置使用清洗液或去離子水對研磨之前和/或之後的晶圓進行清洗；第二廢液回收容器，該容器連接至所述晶圓清洗裝置和未連接至單向閥的其他化學機械拋光研磨裝置。
單向閥選自具有流體單向通過性能的球閥、電磁閥、機械閥等，優選單向氣動球閥。
信號發生裝置是可編程電信號發生器。
所述至少一個化學機械拋光研磨裝置是用來對晶圓的矽層、氮化矽層、氧化矽層、銅互連層、鋁互連層或TaN/Ta阻擋層進行化學機械拋光的研磨機，優選為對晶圓的TaN/Ta阻擋層進行化學機械拋光的研磨機。
該分流收集裝置的特徵在於第一廢液回收容器所收集的廢液量遠遠少於第二廢液回收容器所收集的廢液量，並且第一廢液回收容器所收集廢液的汙染物水平遠高於第二廢液回收容器所收集的廢液。
本發明還提供一種分流收集化學機械拋光廢液的方法，其特徵在於使用上述分流收集裝置分別收集一個或多個化學機械拋光過程所產生的廢液，包括以下步驟晶圓進入至少一個化學機械拋光研磨裝置進行拋光時，通過信號發生裝置輸出開啟信號，使連接單向閥的化學機械拋光研磨裝置的研磨廢液流入所述第一廢液回收容器；使未連接單向閥的化學機械拋光研磨裝置的研磨廢液流入所述第二廢液回收容器；晶圓經所述清洗裝置使用清洗液或去離子水洗滌所產生的廢液流入所述第二廢液回收容器；經過預定加工晶圓片次數後，將第一和第二廢液回收容器中的廢液分別移除並且各自單獨處理。
上述方法的特徵在於控制預定的拋光晶圓片次數，使得第二廢液回收容器中的廢液的汙染物水平低於允許排放標準。
上述方法的特徵還在於可以採用焚燒、凝聚、膠凝、微濾、超濾、電解、電傾析、電過濾或電透析的方法對第一廢液回收容器所收集廢液進行單獨處理。
圖1示出現有技術的化學機械拋光廢液的收集裝置；圖2示出本發明第一實施方案的化學機械拋光廢液的分流收集裝置；圖3示出本發明第二實施方案的化學機械拋光廢液的分流收集裝置。
圖4示出本發明第三實施方案的化學機械拋光廢液的分流收集裝置。
圖5示出本發明實施方案中工廠總廢液中各組成廢液的COD值一晶圓片加工次數圖。
具體實施例方式
以下詳細描述本發明的化學機械拋光廢液的分流收集裝置。
第一實施方案
圖2示出本發明第一實施方案的化學機械拋光廢液的分流收集裝置，其中p1、p2為使用研磨液A(600Y)的銅拋光裝置，p3為使用研磨液B(T805)的Ta/TaN阻擋層拋光裝置，單向氣動球閥1通過管線連接至拋光裝置p3，球閥1的開關受信號發生裝置6控制，晶圓輸送手臂4負責將晶圓片送入各加工裝置中進行處理。在該實施方案中，拋光裝置p1、p2和清洗裝置5的廢液均流入第二廢液回收容器2中，拋光裝置p3的廢液通過球閥1的單獨流入第一廢液回收容器3。
本發明的實施方案採用化學需氧量COD作為表徵水體汙染程度的指標。化學需氧量COD定義為在一定條件下，氧化1升水樣中還原性物質所消耗的氧化劑的量，以氧的ppm表示。
表1示出晶圓廠各主要廢液的化學需氧量(COD)分析以及各自對於CMP總廢液和工廠總廢液COD的貢獻。由表可見T805廢液是主要汙染源。其它廢液的汙染物水平相對較低，因此單獨收集和處理T805廢液有利於顯著減少工廠總廢液的汙染物水平。
表1各種廢液的COD組成分析
圖5示出晶圓工廠總廢液的各組成廢液的COD趨勢。可見當工廠總廢液中除去T805廢液之後，在允許的排放標準下至少可連續加工20000次晶圓片，這幾乎相當於一個標準晶圓廠的月生產量。而未除去T805廢液的工廠總廢液COD曲線總是超過允許排放COD標準，必須經過進一步淨化處理之後才能達標排放。單獨收集的T805廢液體積較少，由於汙染物水平很高，因此可以通過焚燒、凝聚、膠凝、微濾、超濾、電解、電傾析、電過濾或電透析等方法直接進行無害化處理。
因此，本發明的第一實施方案可極大降低晶圓廠的汙水淨化成本。
第二實施方案
圖3示出本發明第二實施方案的化學機械拋光廢液的分流收集裝置，其中p2為使用研磨液A(600Y)的銅拋光裝置，p3為使用研磨液B(T805)的Ta/TaN阻擋層拋光裝置，單向氣動球閥1和1』通過管線分別連接拋光裝置p2和p3，球閥1和1』的開關受信號發生裝置6控制，晶圓輸送手臂4負責將晶圓片送入各加工裝置中進行處理。在該實施方案中，拋光裝置p1和清洗裝置5的廢液流入第二廢液回收容器2中，拋光裝置p2和p3的廢液分別通過球閥1和1』的流入第一廢液回收容器3。
參考表1可見，600Y廢液的COD水平僅次於T805廢液，因此在除去T805廢液的基礎上進一步除去600Y廢液有利於進一步降低工廠總廢液的COD。
由圖5可見，除去T805和600Y廢液之後，工廠總廢水COD在允許排放COD標準以下時，允許連續加工的晶圓片次數進一步增加至超過35000次晶圓片。單獨收集的T805和600Y廢液混合物採用與實施方案一中的處理T805相同的方法單獨處理。
因此，本發明的第二實施方案可進一步降低晶圓廠的汙水淨化成本。
第三實施方案
本發明的第三實施方案與第二實施方案相比，不同之處在於對拋光裝置p2所產生的600Y廢液單獨排入第三廢液回收容器3』中，其它部分與第二實施方案相同。
該實施方案適合需要分別採用不同的後續淨化方法來處理T805和600Y廢液的情況。
雖然本發明採用特定優選實施方案進行說明，但是本領域技術人員可以在不違背所附權利要求書所限定的本發明的實質和範圍的情況下作出各種修改及變更。
權利要求
1.一種化學機械拋光廢液分流收集裝置，包含至少一個化學機械拋光研磨裝置，該裝置使用研磨液對晶圓進行化學機械拋光；入口端連接到至少一個所述研磨裝置的至少一個單向閥，該單向閥打開時允許由所連接的研磨裝置產生的研磨廢液單向流過；信號發生裝置；產生控制所述單向閥打開/關閉動作的信號；第一廢液回收容器，該容器連接至所述單向閥的出口端，回收由所述研磨裝置產生的研磨廢液；晶圓清洗裝置，該清洗裝置使用清洗液或去離子水對研磨之前和/或之後的晶圓進行清洗；第二廢液回收容器，該容器連接至所述晶圓清洗裝置和未連接至單向閥的其他化學機械拋光研磨裝置。
2.權利要求1的廢液分流收集裝置，其中所述單向閥選自具有流體單向通過性能的球閥、電磁閥、機械閥之一。
3.權利要求2的廢液分流收集裝置，其中所述單向閥是單向氣動球閥。
4.權利要求1的廢液分流收集裝置，其中所述信號發生裝置是可編程電信號發生器。
5.權利要求1的廢液分流收集裝置，其中所述研磨裝置是對晶圓的矽層、氮化矽層、氧化矽層、銅互連層、鋁互連層或TaN/Ta阻擋層進行化學機械拋光的研磨機。
6.權利要求5的廢液分流收集裝置，其中所述研磨裝置是對晶圓的TaN/Ta阻擋層進行化學機械拋光的研磨機。
7.權利要求1的廢液分流收集裝置，其特徵在於第一廢液回收容器所收集廢液的汙染物水平高於第二廢液回收容器所收集廢液的汙染物水平。
8.權利要求7的廢液分流收集裝置，其特徵在於第一廢液回收容器所收集的廢液的化學需氧量高於第二廢液回收容器所收集廢液的化學需氧量。
9.一種單獨收集化學機械拋光過程中高汙染物水平廢液的方法，其特徵在於使用權利要求1的分流收集裝置收集化學機械拋光過程產生的廢液，包括以下步驟晶圓進入至少一個化學機械拋光研磨裝置進行拋光時，通過信號發塵裝置輸出開啟信號，使連接單向閥的化學機械拋光研磨裝置的研磨廢液流入所述第一廢液回收容器；使未連接單向閥的化學機械拋光研磨裝置的研磨廢液流入所述第二廢液回收容器；晶圓經所述清洗裝置使用清洗液或去離子水洗滌所產生的廢液流入所述第二廢液回收容器；經過預定加工晶圓片次數後，將第一和第二廢液回收容器中的廢液分別移除並且各自單獨處理。
10.權利要求9的方法，其特徵在於控制預定的拋光晶圓片次數，使得第二廢液回收容器中的廢液的汙染物水平低於允許排放標準。
11.權利要求9的方法，其特徵在於採用焚燒、凝聚、膠凝、微濾、超濾、電解、電傾析、電過濾或電透析的方法對第一廢液回收容器所收集廢液進行處理。
全文摘要
一種單獨收集化學機械拋光過程中高汙染物水平廢液的裝置和方法，特徵在於將拋光裝置產生的高汙染水平廢液經受控單向閥單獨排放至特定容器並單獨處理。因而，大大降低了晶圓廠總廢液的汙染物水平，有利於降低晶圓廠汙水處理成本。
文檔編號H01L21/304GK1986158SQ20051011167
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月19日 優先權日2005年12月19日
發明者徐根保, 張開軍 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司