CN100467227C - 化学机械抛光废液分流收集装置及其收集方法 - Google Patents
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Abstract
一种单独收集化学机械抛光过程中高污染物水平废液的装置和方法，特征在于将抛光装置产生的高污染水平废液经受控单向阀单独排放至特定容器并单独处理。因而，大大降低了晶圆厂总废液的污染物水平，有利于降低晶圆厂污水处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造过程中废液的分流收集装置及方法，具体涉及化学机械抛光废液分流收集装置及其收集方法。
背景技术
化学机械抛光(CMP)过程已经广泛使用于半导体工业晶圆的制造过程中，对于晶圆表面全面性平坦化是一种有效和常用的工艺。虽然CMP过程是现代半导体制造工业中的重要技术，但是CMP过程是一种高污染的过程，这是因为在过程中使用了研磨液(slurry)。一般而言，研磨液主要包含有5-10％的30-100纳米的微细研磨粉体及其他化学物质，如pH缓冲剂、氧化剂、表面活性剂等。因此，CMP废液包含来自研磨液、晶圆本身以及CMP后续清洗程序所产生的各种无机和有机污染物质。
同时，在CMP后续清洗程序中为了移除附着在晶圆表面的污染物质，需要使用大量的去离子水。据估计，对于一个设有20个CMP机具的晶圆厂而言，每天将产生约700m3的CMP废液。此废液不但量大，而且总固体物浓度、COD(化学需氧量)值等亦高，必须妥善加以处理。
目前，现有的处理化学机械抛光废液的方法和装置通常将来自使用不同研磨液的各化学机械抛光过程的废液收集在一起，一并进行后续废液处理(参见US2005/0121394、US2004/0065621A1和JP2003211150)。图1示出现有技术的化学机械抛光废液的收集系统，使用不同研磨液进行化学机械抛光的各研磨装置p1、p2和p3所产生的废液与晶圆清洗装置5产生的废水一并流入废液回收容器2中。
现有技术的缺点在于没有考虑使用不同研磨液的各化学机械抛光过程的废液污染物水平，将少量高污染的研磨废液与大量低污染的清洗废水和/或其它低污染的研磨废液一并混合，这往往导致产生大量污染物水平超标的污水，从而大大增加污水净化的成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明人对研磨各层晶圆的各化学机械抛光过程所产生的废液进行了系统分析，发现研磨废液的污染物水平与所使用的研磨液和所研磨的晶圆层材料密切相关。一般而言，在整个化学机械抛光过程中，只有一个或几个化学机械抛光过程会产生高污染废液，而其余抛光过程的研磨废液和清洗废水的污染物水平相对较低。因此，如果分别收集和处理高污染废液和低污染废液，则有可能在合理的连续加工次数下，使得低污染废液满足安全排放的标准或仅需经简单污水处理即可满足安全排放标准，从而大大节省污水处理成本，同时也有利于保护环境。
本发明的目的在于提供一种化学机械抛光废液的分流收集装置，包含至少一个化学机械抛光研磨装置，其使用研磨液对晶圆进行化学机械抛光；入口端连接到至少一个所述研磨装置的至少一个单向阀，该单向阀打开时允许由所连接的研磨装置产生的研磨废液单向流过；信号发生装置；产生控制所述单向阀打开/关闭动作的信号；第一废液回收容器，该容器连接至所述单向阀的出口端，回收由所述研磨装置产生的研磨废液；晶圆清洗装置，该清洗装置使用清洗液或去离子水对研磨之前和/或之后的晶圆进行清洗；第二废液回收容器，该容器连接至所述晶圆清洗装置和未连接至单向阀的其他化学机械抛光研磨装置。
单向阀选自具有流体单向通过性能的球阀、电磁阀、机械阀等，优选单向气动球阀。
信号发生装置是可编程电信号发生器。
所述至少一个化学机械抛光研磨装置是用来对晶圆的硅层、氮化硅层、氧化硅层、铜互连层、铝互连层或TaN/Ta阻挡层进行化学机械抛光的研磨机，优选为对晶圆的TaN/Ta阻挡层进行化学机械抛光的研磨机。
该分流收集装置的特征在于第一废液回收容器所收集的废液量远远少于第二废液回收容器所收集的废液量，并且第一废液回收容器所收集废液的污染物水平远高于第二废液回收容器所收集的废液。
本发明还提供一种分流收集化学机械抛光废液的方法，其特征在于使用上述分流收集装置分别收集一个或多个化学机械抛光过程所产生的废液，包括以下步骤：晶圆进入至少一个化学机械抛光研磨装置进行抛光时，通过信号发生装置输出开启信号，使连接单向阀的化学机械抛光研磨装置的研磨废液流入所述第一废液回收容器；使未连接单向阀的化学机械抛光研磨装置的研磨废液流入所述第二废液回收容器；晶圆经所述清洗装置使用清洗液或去离子水洗涤所产生的废液流入所述第二废液回收容器；经过预定加工晶圆片次数后，将第一和第二废液回收容器中的废液分别移除并且各自单独处理。
上述方法的特征在于控制预定的抛光晶圆片次数，使得第二废液回收容器中的废液的污染物水平低于允许排放标准。
上述方法的特征还在于可以采用焚烧、凝聚、胶凝、微滤、超滤、电解、电倾析、电过滤或电透析的方法对第一废液回收容器所收集废液进行单独处理。
附图说明
图1示出现有技术的化学机械抛光废液的收集装置；
图2示出本发明第一实施方案的化学机械抛光废液的分流收集装置；
图3示出本发明第二实施方案的化学机械抛光废液的分流收集装置。
图4示出本发明第三实施方案的化学机械抛光废液的分流收集装置。
图5示出本发明实施方案中工厂总废液中各组成废液的COD值—晶圆片加工次数图。
具体实施方式
以下详细描述本发明的化学机械抛光废液的分流收集装置。
<第一实施方案>
图2示出本发明第一实施方案的化学机械抛光废液的分流收集装置，其中p1、p2为使用研磨液A(600Y)的铜抛光装置，p3为使用研磨液B(T805)的Ta/TaN阻挡层抛光装置，单向气动球阀1通过管线连接至抛光装置p3，球阀1的开关受信号发生装置6控制，晶圆输送手臂4负责将晶圆片送入各加工装置中进行处理。在该实施方案中，抛光装置p1、p2和清洗装置5的废液均流入第二废液回收容器2中，抛光装置p3的废液通过球阀1的单独流入第一废液回收容器3。
本发明的实施方案采用化学需氧量COD作为表征水体污染程度的指标。化学需氧量COD定义为在一定条件下，氧化1升水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的ppm表示。
表1示出晶圆厂各主要废液的化学需氧量(COD)分析以及各自对于CMP总废液和工厂总废液COD的贡献。由表可见T805废液是主要污染源。其它废液的污染物水平相对较低，因此单独收集和处理T805废液有利于显著减少工厂总废液的污染物水平。
表1 各种废液的COD组成分析
图5示出晶圆工厂总废液的各组成废液的COD趋势。可见当工厂总废液中除去T805废液之后，在允许的排放标准下至少可连续加工20000次晶圆片，这几乎相当于一个标准晶圆厂的月生产量。而未除去T805废液的工厂总废液COD曲线总是超过允许排放COD标准，必须经过进一步净化处理之后才能达标排放。单独收集的T805废液体积较少，由于污染物水平很高，因此可以通过焚烧、凝聚、胶凝、微滤、超滤、电解、电倾析、电过滤或电透析等方法直接进行无害化处理。
因此，本发明的第一实施方案可极大降低晶圆厂的污水净化成本。
<第二实施方案>
图3示出本发明第二实施方案的化学机械抛光废液的分流收集装置，其中p2为使用研磨液A(600Y)的铜抛光装置，p3为使用研磨液B(T805)的Ta/TaN阻挡层抛光装置，单向气动球阀1和1’通过管线分别连接抛光装置p2和p3，球阀1和1’的开关受信号发生装置6控制，晶圆输送手臂4负责将晶圆片送入各加工装置中进行处理。在该实施方案中，抛光装置p1和清洗装置5的废液流入第二废液回收容器2中，抛光装置p2和p3的废液分别通过球阀1和1’的流入第一废液回收容器3。
参考表1可见，600Y废液的COD水平仅次于T805废液，因此在除去T805废液的基础上进一步除去600Y废液有利于进一步降低工厂总废液的COD。
由图5可见，除去T805和600Y废液之后，工厂总废水COD在允许排放COD标准以下时，允许连续加工的晶圆片次数进一步增加至超过35000次晶圆片。单独收集的T805和600Y废液混合物采用与实施方案一中的处理T805相同的方法单独处理。
因此，本发明的第二实施方案可进一步降低晶圆厂的污水净化成本。
<第三实施方案>
本发明的第三实施方案与第二实施方案相比，不同之处在于对抛光装置p2所产生的600Y废液单独排入第三废液回收容器3’中，其它部分与第二实施方案相同。
该实施方案适合需要分别采用不同的后续净化方法来处理T805和600Y废液的情况。
虽然本发明采用特定优选实施方案进行说明，但是本领域技术人员可以在不违背所附权利要求书所限定的本发明的实质和范围的情况下作出各种修改及变更。
Claims (8)
1.一种化学机械抛光废液分流收集装置，包含
至少一个化学机械抛光研磨装置，该装置使用研磨液对晶圆进行化学机械抛光；
入口端连接到至少一个所述研磨装置的至少一个单向阀，该单向阀打开时允许由所连接的研磨装置产生的研磨废液单向流过；
信号发生装置；产生控制所述单向阀打开/关闭动作的信号；
第一废液回收容器，该容器连接至所述单向阀的出口端，回收由所述研磨装置产生的高污染的研磨废液；
晶圆清洗装置，该清洗装置使用清洗液或去离子水对研磨之前和/或之后的晶圆进行清洗；
第二废液回收容器，该容器连接至所述晶圆清洗装置和未连接至单向阀的其他化学机械抛光研磨装置，回收清洗废水和/或其它低污染的研磨废液。
2.权利要求1的废液分流收集装置，其中所述单向阀选自具有流体单向通过性能的电磁阀、机械阀之一。
3.权利要求2的废液分流收集装置，其中所述单向阀是单向气动球阀。
4.权利要求1的废液分流收集装置，其中所述信号发生装置是可编程电信号发生器。
5.权利要求1的废液分流收集装置，其中所述研磨装置是对晶圆的硅层、氮化硅层、氧化硅层、铜互连层、铝互连层或TaN/Ta阻挡层进行化学机械抛光的研磨机。
6.权利要求5的废液分流收集装置，其中所述研磨装置是对晶圆的TaN/Ta阻挡层进行化学机械抛光的研磨机。
7.权利要求1的废液分流收集装置，其特征在于第一废液回收容器所收集废液的污染物水平高于第二废液回收容器所收集废液的污染物水平。
8.权利要求7的废液分流收集装置，其特征在于第一废液回收容器所收集的废液的化学需氧量高于第二废液回收容器所收集废液的化学需氧量。
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