專利名稱：一種拋光液的循環(huán)再利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)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(huán)再利用的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造過程中，需要反復(fù)的使用化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing，簡稱CMP)工藝對晶圓進(jìn)行平坦化處理。如金屬間絕緣介質(zhì)(IMD)的平坦化，及用于鎢(W)的平坦化，隨后用于淺溝槽隔離(STI)和銅(Cu)的平坦化等。利用機(jī)械力對晶圓表面作用，在表面薄膜層產(chǎn)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(xué)物質(zhì)通過反應(yīng)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(fā)生反應(yīng)的焦點(diǎn)。CMP制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(xì)的氧化物粉末分散在溶液中，在CMP制程中，先讓拋光液填充在研磨墊的空隙中，并提供了高轉(zhuǎn)速的條件，同時控制下壓的壓力等其它參數(shù)，讓晶圓在高速旋轉(zhuǎn)下和研磨墊與拋光液中的粉粒發(fā)生作用而被研磨。此過程中，會產(chǎn)大量的直徑比較大的雜質(zhì)或其他固態(tài)顆粒溶入在拋光液中，導(dǎo)致拋光液不能直接再重復(fù)使用。因此，作為化學(xué)機(jī)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(zhì)，又能減少對拋光液產(chǎn)生化學(xué)影響的循環(huán)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(fèi)，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(jìn)行混合后并實(shí)施過濾才能得到，期間還需要加入其它各種輔助化學(xué)試劑，該方法的制作步驟比較繁雜并且其陳本不菲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種拋光液的循環(huán)再利用方法，其中，包括以下步驟
步驟Si、在研磨晶圓所產(chǎn)生的廢棄拋光液中通入可揮發(fā)性氧化劑，用于氧化廢棄拋光液中的雜質(zhì)，使雜質(zhì)進(jìn)行氧化而生成顆粒較大的氧化反應(yīng)物；
步驟S2、用過濾裝置多次重復(fù)過濾經(jīng)過步驟Sl處理后的拋光液，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(zhì)經(jīng)氧化而生成的氧化反應(yīng)物，以及晶圓在研磨過程中所產(chǎn)生的反應(yīng)物和沉淀物；
步驟S3、用逆滲透法去除經(jīng)過步驟S2處理后的拋光液中多余的水，通過半透膜隔離拋光液與去離子水，并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(jīng)步驟S3所處理并回收的拋光液的PH值，將該P(yáng)H值與正常拋光液的PH 值進(jìn)行比較，如果該P(yáng)H值正常，則利用回收的拋光液繼續(xù)作為研磨液所用；如果該P(yáng)H值異常，則在回收的拋光液中添加PH穩(wěn)定劑。
上述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其中，所述步驟Sl中可揮發(fā)性氧化劑為雙氧水。上述的拋光液的循環(huán)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(huán)再利用方法，其中，在所述步驟S2中去除顆粒直徑大于 300nm的固體物。上述的拋光液的循環(huán)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(wǎng)初步過濾掉拋光液中顆粒直徑大一些的固體物，然后再進(jìn)一步利用過濾孔較小的過濾網(wǎng)過濾掉顆粒直徑小一些的固體物。上述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其中，在進(jìn)行所述步驟S2和步驟S3的同時，從所述拋光液中揮發(fā)出所述揮發(fā)性氧化劑，以避免對拋光液成分產(chǎn)生影響。上述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其中，還包括檢測經(jīng)步驟S3所處理并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(biāo)，則對回收的拋光液繼續(xù)實(shí)施步驟S2的處理。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種拋光液的循環(huán)再利用方法， 通過提高回收利用的廢棄拋光液的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)拋光液的循環(huán)利用，從而降低了化學(xué)機(jī)械研磨工藝的成本，且循環(huán)利用的工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)操作。


圖1-3是本發(fā)明拋光液的循環(huán)再利用方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明
如圖1-3所示，由于CMP的過程已被本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，因此本發(fā)明不再對其進(jìn)行贅述，為了簡潔起見，晶圓及其研磨過程在附圖中并未展示，其中，本發(fā)明所提供的一種優(yōu)選方式的拋光液的循環(huán)再利用方法，包括以下步驟
參見圖1所示，將已經(jīng)使用過的廢棄拋光液收集到反應(yīng)容器1中，拋光液中存在由于晶圓被研磨而產(chǎn)生的一些容易被氧化的雜質(zhì)(如硅碎屑)，此時向廢棄拋光液中通入揮發(fā)性的氧化劑如雙氧水等。其目的在于，使得廢棄拋光液中的這些易于被氧化的雜質(zhì)與氧化劑發(fā)生反應(yīng)，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(yīng)物--氧化反應(yīng)物11，氧化反應(yīng)物11的重量達(dá)到一定程度就會形成沉淀物。其間，由于分散在拋光液中的有效研磨成分是氧化硅或者氧化鈰等，而氧化劑通常是不與氧化硅或者氧化鈰發(fā)生反應(yīng)， 所以通入至廢棄拋光液中的氧化劑對拋光液的化學(xué)性質(zhì)不會產(chǎn)生任何不利影響。其中，生成的大顆粒反應(yīng)物--氧化反應(yīng)物11的直徑一般在100-500nm之間，這有利于本發(fā)明后續(xù)對其進(jìn)行過濾。之后，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(zhì)經(jīng)氧化而生成的氧化反應(yīng)物11，也包括晶圓在研磨過程中所產(chǎn)生的反應(yīng)物12和其他沉淀物13，在不同物質(zhì)的研磨階段，所產(chǎn)生的反應(yīng)物12或沉淀物13也會有所不同，例如產(chǎn)生的一些金屬或硅的氧化物，或是晶圓被研磨掉而產(chǎn)生的顆粒直徑較大
4的殘留物等。參見圖2所示，之后將經(jīng)上述步驟進(jìn)行氧化發(fā)生反應(yīng)后的廢棄拋光液再通過過濾裝置(如過濾網(wǎng))實(shí)施過濾，以除去拋光液中的顆粒較大的固體物10。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，采用梯度密度過濾法進(jìn)行過濾，利用過濾孔依次由大至小的多重過濾網(wǎng)對拋光液依次進(jìn)行過濾處理。圖2中，作為示范，拋光液依次通過四個過濾網(wǎng)21、22、23和M進(jìn)行過濾， 而過濾網(wǎng)21、22、23和M的過濾孔依次減小，值得注意的是，實(shí)際過濾過程中所用到的過濾網(wǎng)的個數(shù)可以不限制于圖示的過濾網(wǎng)的四個，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。換言之，當(dāng)反應(yīng)容器 1中的廢棄拋光液依次通過過濾網(wǎng)21、22、23和M進(jìn)行過濾時，首先，經(jīng)過過濾網(wǎng)21時把拋光液中顆粒直徑大一些的固體物10過濾掉；然后，再經(jīng)過過濾網(wǎng)22時把顆粒直徑小一些的固體物10過濾掉；并以此類推，經(jīng)過過濾網(wǎng)23和M時依次過濾掉其他顆粒直徑更小一些的固體物10。最后拋光液中剩余的顆粒固體物的直徑可以通過所采用的過濾網(wǎng)的過濾孔的尺寸大小進(jìn)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，可以控制剩余的顆粒固體物在100納米以內(nèi)；在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，可以考慮過濾掉固體物10中顆粒直徑大于300nm的固體物，則拋光液中剩余的顆粒固體物在300納米以內(nèi)。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，過濾網(wǎng)21、22、23和對可以經(jīng)過處理，如清洗等工藝后進(jìn)行回收并可以再次重復(fù)使用。其中，利用過濾網(wǎng)對拋光液進(jìn)行過濾的步驟可以進(jìn)行多次重復(fù)操作，以充分將顆粒較大的固體物10移除。參見圖3所示，再采用逆滲透法去除過濾好的拋光液32中多余的水。即將滲透膜 4間隔設(shè)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中多余的水分。上述步驟中，由于本發(fā)明采用揮發(fā)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中多余的水的過程中，剩余未參與反應(yīng)的可揮發(fā)性氧化劑可以順利的從拋光液中揮發(fā)出去，從而不會對拋光液中的化學(xué)成分造成不利影響。最后，完成逆滲透法之后，可提取部分回收后的拋光液進(jìn)行測量，以與新拋光液中的成分劑量作對比，如PH值及相關(guān)的其他固體含量是否達(dá)標(biāo)，若PH值不達(dá)標(biāo)可通過添加PH 值穩(wěn)定劑以使其達(dá)標(biāo)，若相關(guān)的其他固體含量未達(dá)標(biāo)(如顆粒直徑較大的固體物殘存量過多)可選擇重復(fù)過濾的步驟，也可以選擇重復(fù)進(jìn)行過濾、逆滲透的步驟以使回收后的拋光液達(dá)標(biāo)。為了保證CMP工藝的性能，也可以適當(dāng)?shù)脑贑MP工序的前半部分工藝使用回收的拋光液，而后續(xù)剩余的CMP工藝部分使用新的拋光液，這樣既可以節(jié)省成本也保證了 CMP工藝的性能。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種拋光液的循環(huán)再利用方法，通過采用氧化反應(yīng)、過濾和滲透的工藝，使得回收的廢棄拋光液質(zhì)量相對較高，不僅實(shí)現(xiàn)拋光液的循環(huán)利用，從而降低了化學(xué)機(jī)械研磨工藝的成本，且循環(huán)利用的工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)操作。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種拋光液的循環(huán)再利用方法，其特征在于，包括以下步驟步驟Si、在研磨晶圓所產(chǎn)生的廢棄拋光液中通入可揮發(fā)性氧化劑，用于氧化廢棄拋光液中的雜質(zhì)，使雜質(zhì)進(jìn)行氧化而生成顆粒較大的氧化反應(yīng)物；步驟S2、用過濾裝置多次重復(fù)過濾經(jīng)過步驟Sl處理后的拋光液，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(zhì)經(jīng)氧化而生成的氧化反應(yīng)物，以及晶圓在研磨過程中所產(chǎn)生的反應(yīng)物和沉淀物；步驟S3、用逆滲透法去除經(jīng)過步驟S2處理后的拋光液中多余的水，通過半透膜隔離拋光液與去離子水，并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(jīng)步驟S3所處理并回收的拋光液的PH值，將該P(yáng)H值與正常拋光液的PH 值進(jìn)行比較，如果該P(yáng)H值正常，則利用回收的拋光液繼續(xù)作為研磨液所用；如果該P(yáng)H值異常，則在回收的拋光液中添加PH穩(wěn)定劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其特征在于，所述步驟Sl中可揮發(fā)性氧化劑為雙氧水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求3所述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其特征在于，在所述步驟S2中去除顆粒直徑大于300nm的固體物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其特征在于，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(wǎng)初步過濾掉拋光液中顆粒直徑大一些的固體物，然后再進(jìn)一步利用過濾孔較小的過濾網(wǎng)過濾掉顆粒直徑小一些的固體物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其特征在于，在進(jìn)行所述步驟S2 和步驟S3的同時，從所述拋光液中揮發(fā)出所述揮發(fā)性氧化劑，以避免對拋光液成分產(chǎn)生影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液的循環(huán)再利用方法，其特征在于，還包括檢測經(jīng)步驟 S3所處理并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(biāo)，則對回收的拋光液繼續(xù)實(shí)施步驟S2的處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)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(huán)再利用的方法。本發(fā)明提出一種拋光液的循環(huán)再利用方法，通過提高回收利用的廢棄拋光液的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)拋光液的循環(huán)利用，從而降低了化學(xué)機(jī)械研磨工藝的成本，且循環(huán)利用的工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)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