一種拋光液的循環再利用方法

2023-10-06 00:55:54 4

專利名稱：一種拋光液的循環再利用方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種在晶圓的研磨過程中所利用到的拋光液的循環再利用的方法。
背景技術：
在半導體製造過程中，需要反覆的使用化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，簡稱CMP)工藝對晶圓進行平坦化處理。如金屬間絕緣介質(IMD)的平坦化，及用於鎢(W)的平坦化，隨後用於淺溝槽隔離(STI)和銅(Cu)的平坦化等。利用機械力對晶圓表面作用，在表面薄膜層產生斷裂腐蝕的動力，而這部分必須籍由拋光液(或研磨液)中的化學物質通過反應來增加其蝕刻的效率。而拋光液、晶圓與研磨墊之間的相互作用，便是 CMP中發生反應的焦點。CMP製程中最重要的兩大組件便是拋光液和研磨墊。拋光液通常包含一些很細的氧化物粉末分散在溶液中，在CMP製程中，先讓拋光液填充在研磨墊的空隙中，並提供了高轉速的條件，同時控制下壓的壓力等其它參數，讓晶圓在高速旋轉下和研磨墊與拋光液中的粉粒發生作用而被研磨。此過程中，會產大量的直徑比較大的雜質或其他固態顆粒溶入在拋光液中，導致拋光液不能直接再重複使用。因此，作為化學機械研磨工藝的最為主要的消耗材料，目前還沒有既能過濾掉廢棄拋光液中的雜質，又能減少對拋光液產生化學影響的循環再利用回收廢棄拋光液的方法，從而造成大量拋光液的浪費，增大了 CMP工藝的成本。美國專利(專利號5664990， SLURRY RECYCLE IN CMP APPARATUS)公布了一種拋光液的回收方法，但是其收集的使用過的拋光液需要和新的拋光液進行混合後並實施過濾才能得到，期間還需要加入其它各種輔助化學試劑，該方法的製作步驟比較繁雜並且其陳本不菲。

發明內容
本發明公開了一種拋光液的循環再利用方法，其中，包括以下步驟
步驟Si、在研磨晶圓所產生的廢棄拋光液中通入可揮發性氧化劑，用於氧化廢棄拋光液中的雜質，使雜質進行氧化而生成顆粒較大的氧化反應物；
步驟S2、用過濾裝置多次重複過濾經過步驟Sl處理後的拋光液，以去除拋光液中顆粒較大的固體物；
其中，顆粒較大的固體物包括所述雜質經氧化而生成的氧化反應物，以及晶圓在研磨過程中所產生的反應物和沉澱物；
步驟S3、用逆滲透法去除經過步驟S2處理後的拋光液中多餘的水，通過半透膜隔離拋光液與去離子水，並對拋光液施加壓力使得水分子從濃度高的拋光液通過半透膜流向濃度低的去離子水中；
步驟S4、提取經步驟S3所處理並回收的拋光液的PH值，將該PH值與正常拋光液的PH 值進行比較，如果該PH值正常，則利用回收的拋光液繼續作為研磨液所用；如果該PH值異常，則在回收的拋光液中添加PH穩定劑。
上述的拋光液的循環再利用方法，其中，所述步驟Sl中可揮發性氧化劑為雙氧水。上述的拋光液的循環再利用方法，其中，在所述步驟S2中，選取過濾掉顆粒直徑大小在100-500nm之間的固體物。上述的拋光液的循環再利用方法，其中，在所述步驟S2中去除顆粒直徑大於 300nm的固體物。上述的拋光液的循環再利用方法，其中，所述步驟S2中過濾方法為梯度密度過濾法
首先利用過濾孔較大的過濾網初步過濾掉拋光液中顆粒直徑大一些的固體物，然後再進一步利用過濾孔較小的過濾網過濾掉顆粒直徑小一些的固體物。上述的拋光液的循環再利用方法，其中，在進行所述步驟S2和步驟S3的同時，從所述拋光液中揮發出所述揮發性氧化劑，以避免對拋光液成分產生影響。上述的拋光液的循環再利用方法，其中，還包括檢測經步驟S3所處理並回收的拋光液中的固體物的含量，如果顆粒直徑較大的固體物殘存量超標，則對回收的拋光液繼續實施步驟S2的處理。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明提出一種拋光液的循環再利用方法， 通過提高回收利用的廢棄拋光液的質量，實現拋光液的循環利用，從而降低了化學機械研磨工藝的成本，且循環利用的工藝簡單，易於實現操作。


圖1-3是本發明拋光液的循環再利用方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明
如圖1-3所示，由於CMP的過程已被本領域的技術人員所熟知，因此本發明不再對其進行贅述，為了簡潔起見，晶圓及其研磨過程在附圖中並未展示，其中，本發明所提供的一種優選方式的拋光液的循環再利用方法，包括以下步驟
參見圖1所示，將已經使用過的廢棄拋光液收集到反應容器1中，拋光液中存在由於晶圓被研磨而產生的一些容易被氧化的雜質(如矽碎屑)，此時向廢棄拋光液中通入揮發性的氧化劑如雙氧水等。其目的在於，使得廢棄拋光液中的這些易於被氧化的雜質與氧化劑發生反應，從而被氧化生成顆粒較大(主要是顆粒的體積、直徑較大)的反應物--氧化反應物11，氧化反應物11的重量達到一定程度就會形成沉澱物。其間，由於分散在拋光液中的有效研磨成分是氧化矽或者氧化鈰等，而氧化劑通常是不與氧化矽或者氧化鈰發生反應， 所以通入至廢棄拋光液中的氧化劑對拋光液的化學性質不會產生任何不利影響。其中，生成的大顆粒反應物--氧化反應物11的直徑一般在100-500nm之間，這有利於本發明後續對其進行過濾。之後，拋光液中所存在的顆粒較大的固體物10 (如虛線IA所框定)既包括廢棄拋光液中的雜質經氧化而生成的氧化反應物11，也包括晶圓在研磨過程中所產生的反應物12和其他沉澱物13，在不同物質的研磨階段，所產生的反應物12或沉澱物13也會有所不同，例如產生的一些金屬或矽的氧化物，或是晶圓被研磨掉而產生的顆粒直徑較大
4的殘留物等。參見圖2所示，之後將經上述步驟進行氧化發生反應後的廢棄拋光液再通過過濾裝置(如過濾網)實施過濾，以除去拋光液中的顆粒較大的固體物10。在一種優選實施方式中，採用梯度密度過濾法進行過濾，利用過濾孔依次由大至小的多重過濾網對拋光液依次進行過濾處理。圖2中，作為示範，拋光液依次通過四個過濾網21、22、23和M進行過濾， 而過濾網21、22、23和M的過濾孔依次減小，值得注意的是，實際過濾過程中所用到的過濾網的個數可以不限制於圖示的過濾網的四個，可以根據需要進行調整。換言之，當反應容器 1中的廢棄拋光液依次通過過濾網21、22、23和M進行過濾時，首先，經過過濾網21時把拋光液中顆粒直徑大一些的固體物10過濾掉；然後，再經過過濾網22時把顆粒直徑小一些的固體物10過濾掉；並以此類推，經過過濾網23和M時依次過濾掉其他顆粒直徑更小一些的固體物10。最後拋光液中剩餘的顆粒固體物的直徑可以通過所採用的過濾網的過濾孔的尺寸大小進行控制，例如選取過濾掉顆粒直徑大小在100-500nm之間的固體物，可以控制剩餘的顆粒固體物在100納米以內；在一種優選實施方式中，可以考慮過濾掉固體物10中顆粒直徑大於300nm的固體物，則拋光液中剩餘的顆粒固體物在300納米以內。本發明的另一個優點在於，過濾網21、22、23和對可以經過處理，如清洗等工藝後進行回收並可以再次重複使用。其中，利用過濾網對拋光液進行過濾的步驟可以進行多次重複操作，以充分將顆粒較大的固體物10移除。參見圖3所示，再採用逆滲透法去除過濾好的拋光液32中多餘的水。即將滲透膜 4間隔設置在拋光液32與去離子水(如純水)31之間，通過對過濾好的拋光液32施加一定的壓力(如箭頭5所示)，使得拋光液32中所包含的水分子從濃度高的拋光液32中通過滲透膜4流向去離子水31中，以去除過濾好的拋光液32中多餘的水分。上述步驟中，由於本發明採用揮發性的氧化劑，所以無論是在顆粒較大的固體物的過濾過程中，還是逆滲透法去除過濾好的拋光液32中多餘的水的過程中，剩餘未參與反應的可揮發性氧化劑可以順利的從拋光液中揮發出去，從而不會對拋光液中的化學成分造成不利影響。最後，完成逆滲透法之後，可提取部分回收後的拋光液進行測量，以與新拋光液中的成分劑量作對比，如PH值及相關的其他固體含量是否達標，若PH值不達標可通過添加PH 值穩定劑以使其達標，若相關的其他固體含量未達標(如顆粒直徑較大的固體物殘存量過多)可選擇重複過濾的步驟，也可以選擇重複進行過濾、逆滲透的步驟以使回收後的拋光液達標。為了保證CMP工藝的性能，也可以適當的在CMP工序的前半部分工藝使用回收的拋光液，而後續剩餘的CMP工藝部分使用新的拋光液，這樣既可以節省成本也保證了 CMP工藝的性能。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明一種拋光液的循環再利用方法，通過採用氧化反應、過濾和滲透的工藝，使得回收的廢棄拋光液質量相對較高，不僅實現拋光液的循環利用，從而降低了化學機械研磨工藝的成本，且循環利用的工藝簡單，易於實現操作。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種拋光液的循環再利用方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟Si、在研磨晶圓所產生的廢棄拋光液中通入可揮發性氧化劑，用於氧化廢棄拋光液中的雜質，使雜質進行氧化而生成顆粒較大的氧化反應物；步驟S2、用過濾裝置多次重複過濾經過步驟Sl處理後的拋光液，以去除拋光液中顆粒較大的固體物；其中，顆粒較大的固體物包括所述雜質經氧化而生成的氧化反應物，以及晶圓在研磨過程中所產生的反應物和沉澱物；步驟S3、用逆滲透法去除經過步驟S2處理後的拋光液中多餘的水，通過半透膜隔離拋光液與去離子水，並對拋光液施加壓力使得水分子從濃度高的拋光液通過半透膜流向濃度低的去離子水中；步驟S4、提取經步驟S3所處理並回收的拋光液的PH值，將該PH值與正常拋光液的PH 值進行比較，如果該PH值正常，則利用回收的拋光液繼續作為研磨液所用；如果該PH值異常，則在回收的拋光液中添加PH穩定劑。
2.根據權利要求1所述的拋光液的循環再利用方法，其特徵在於，所述步驟Sl中可揮發性氧化劑為雙氧水。
3.根據權利要求1所述的拋光液的循環再利用方法，其特徵在於，在所述步驟S2中，選取過濾掉顆粒直徑大小在100-500nm之間的固體物。
4.根據權利要求3所述的拋光液的循環再利用方法，其特徵在於，在所述步驟S2中去除顆粒直徑大於300nm的固體物。
5.根據權利要求1所述的拋光液的循環再利用方法，其特徵在於，所述步驟S2中過濾方法為梯度密度過濾法首先利用過濾孔較大的過濾網初步過濾掉拋光液中顆粒直徑大一些的固體物，然後再進一步利用過濾孔較小的過濾網過濾掉顆粒直徑小一些的固體物。
6.根據權利要求1所述的拋光液的循環再利用方法，其特徵在於，在進行所述步驟S2 和步驟S3的同時，從所述拋光液中揮發出所述揮發性氧化劑，以避免對拋光液成分產生影響。
7.根據權利要求1所述的拋光液的循環再利用方法，其特徵在於，還包括檢測經步驟 S3所處理並回收的拋光液中的固體物的含量，如果顆粒直徑較大的固體物殘存量超標，則對回收的拋光液繼續實施步驟S2的處理。
全文摘要
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種在晶圓的研磨過程中所利用到的拋光液的循環再利用的方法。本發明提出一種拋光液的循環再利用方法，通過提高回收利用的廢棄拋光液的質量，實現拋光液的循環利用，從而降低了化學機械研磨工藝的成本，且循環利用的工藝簡單，易於實現操作。
文檔編號B24B37/02GK102423871SQ201110183450
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者張守龍, 白英英, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司