CN108911287A - 用于集成电路制造的清洗液再生工艺方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于集成电路制造的清洗液再生工艺方法与装置，再生处理系统介于清洗或湿法刻蚀腔室与新鲜原液槽之间。废液再生系统包括：第一级系统，所述第一级系统接收IC制造的晶圆清洗(或其他湿法处理)腔室排出的清洗废液，并将经第一级系统处理后的液体输送到第二级系统；第二级系统，所述第二级系统采用吸附处理方法，再次除去杂质得到清液，进入第三级系统；第三级系统，所述第三级系统接收经第二级系统处理后的液体，所述第三级系统采用电泳方法去除液体中的离子。

Description

用于集成电路制造的清洗液再生工艺方法与装置
技术领域
本发明涉及半导体制造装备领域，具体而言，本发明涉及一种用于清洗液再生的工艺方法与装置。
背景技术
随着现代电子产品朝着小型化、集成化、高端智能化的方向发展，IC芯片的复杂程度和集成密度也随之越来越高，相应的芯片制造工艺也越来越复杂，尤其是芯片生产过程中对晶圆表面的污染控制日益严格，相对应的晶圆清洗工艺技术也要求越来越高。
在半导体器件和集成电路的制造过程中，几乎每道工序都涉及到晶圆清洗或其他湿法处理工艺，而且集成电路的集成度愈高，制造工序愈多，所需的湿法处理工序也愈多。清洗或其他湿法处理的次数繁多，不仅消耗大量的化学品和去离子高纯水，也会在生产工艺中产生越来越多的废液。另一方面，这些清洗废液或其他湿法处理使用的各种化学品，如果处理不当，就会造成环境严重污染。
根据废液的水质特征，现有清洗或湿法处理工艺废液处理系统将不同生产工序排出的废液，分别收集到不同的废液池内，对各类废液进行处理到达排放标准后，一般都作为清水排放掉，回用也多限于简单的工艺废水的再生回收与简单使用，不再回到工艺设备里使用。很显然，集中回收在池子里处理，开放式系统都要被二次污染，同时大量的水资源被消耗掉了，若是处理不当，还有可能造成一定程度的环境污染，现有这种废液处理方法简陋，效率低下，综合制造成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种封闭式用于清洗液再生的半导体装置，包括：
第一级系统，所述第一级系统接收半导体芯片制造的晶圆清洗、或湿法处理工艺腔室排出的废液，并将经第一级系统处理后的液体输送到第二级系统；
第二级系统，所述第二级系统采用吸附处理方法；
第三级系统，所述第三级系统接收经第二级系统处理后的液体，所述第三级系统采用电泳方法去除液体中的离子。
在本发明的一个实施例中，用于清洗液再生的半导体装置还包括正在使用中的清洗液储蓄槽体，所述储蓄槽体的第一入口与所述第三级系统的出水口相连用于接收回用液体，所述储蓄槽体的第二入口接收新液体。
在本发明的一个实施例中，所述储蓄槽体还包括加热和保温外壁。
在本发明的一个实施例中，所述第一级系统内添加混凝剂，对半导体制造晶圆清洗、或湿法处理工艺腔室排出的废液进行沉淀分离，将凝聚流体排放到系统外部。
在本发明的一个实施例中，所述第一级系统的混凝剂为聚氯化铝或聚丙烯酰胺。
在本发明的一个实施例中，所述第二级系统的吸附剂为活性炭、多孔树脂或硅藻土。
在本发明的一个实施例中，第一级系统用于处理酸或碱废液，包括两个槽体，第一槽体用于对所述酸或碱废液进行中和，第二槽体内添加混凝剂，对第一槽体排出的液体进行沉淀分离，将凝聚流体排放到系统外部。
根据本发明的另一个实施例，提供一种半导体制造过程中晶圆清洗、湿法处理系统，包括：
清洗或湿法处理腔室，所述清洗、湿法处理腔室包括液体入口和废液出口；
废液再生装置，所述废液再生装置包括：第一级系统，所述第一级系统与废液出口相连，接收IC制造过程中晶圆清洗、湿法处理腔室排出的废液，并将经第一级系统处理后的液体输送到第二级系统；第二级系统，所述第二级系统采用吸附处理方法；第三级系统，所述第三级系统接收经第二级系统处理后的液体，所述第三级系统采用电泳方法去除液体中的离子；以及
正在使用中的储蓄槽体，所述储蓄槽体的第一入口与所述第三级系统的出水口相连用于接收回用液体，所述储蓄槽体的第二入口接收新液体。
所述的储蓄槽体可以提供一个或多个清洗、或其他湿法处理工艺腔室。
同样，所述的废液再生装置第一系统也可以连接多个清洗、或湿法工艺处理后的腔室排出来的废液口
通过本发明的公开的装置，清洗、湿法工艺处理后的废液，经过再生处理能够得到重复使用，化学品、去离子高纯水消耗减少，并且废清洗液排出减少，芯片制造的运营成本降低，更重要的是，所发明的封闭废液处理系统，不会增加任何环境污染的可能性。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例的含有机物的废水再生系统的剖面示意图。
图2示出根据本发明的一个实施例的仅含少量颗粒或有机物的废水再生系统的剖面示意图。
图3示出根据本发明的一个实施例的含酸或碱废水再生系统的剖面示意图。
图4示出根据本发明的一个实施例的包括废液再生装置的半导体制造工艺设备的晶圆清洗、或湿法处理的封闭系统的示意图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
针对现有的多种废水进行集中统一处理中存在的处理工艺复杂、成本高、废液的二次污染、处理效率低下等问题，本发明的实施例提供一种与半导体制造清洗或其他湿法处理设备，直接结合的封闭式清洗液再生的半导体装置。晶圆清洗或其他湿法处理过程中，将待用的溶液储存在一个较大的保温槽体里，采用自动控制方法按工艺指令，及时添加新鲜溶液。储液槽外加保温外壁，外壁与储液槽之间安装有槽体加热系统，可完成工艺所需要的槽体(溶液)温度(35-85℃范围内)控制。加热的储液槽由控制阀(如气动控制阀、电动控制阀等)与一个或多个工艺腔室相连，工艺制程决定了需要打进工艺腔室的清洗液流量。从工艺腔室排出来的旧(用过)溶液，进入本发明所公开的用于清洗液再生的半导体装置。
本发明所公开的用于清洗液再生的半导体装置，可包括三级过滤和/或分离系统。每级可采用不同或类似的过滤分离原理。
例如，第一级系统可使用加混凝剂沉淀方法，混凝剂也称絮凝剂，能够捕获废液中的有机悬浮体、金属氢氧化物等并沉淀聚集，上层低浓度液体进入第二级系统，下层高浓度的凝聚流体被排放，此排放废料脱离了本发明所描述的系统，在其他装置中进行专门处理。在本发明的具体应用中，针对不同的废液可采用不同的混凝剂。下文中将结合具体实施例进行详细描述。
第二级系统采用吸附处理方法，把进入清洗液里的物质，例如，助焊剂、无机或有机颗粒、残胶、残留金属膜等，粘附在吸附剂上。在达到一定的时间或用量后，从系统里取出吸附剂，换成新件；用过的吸附剂可以通过工艺再生。吸附剂可采用但不限于活性炭，多孔树脂，硅藻土等。
通过前二级处理后，回收溶液纯度能够符合要求，但溶入液体的金属离子则依然存在，所以第三级系统可通过电泳的方法，把这些离子置换出来，留在阴极板上。
第三级系统的末端连接到储蓄槽体，回收处理后的纯水与新鲜外加的清洗液或其他湿法处理溶液混合一起使用。
图1示出根据本发明的一个实施例的有机废水再生系统的剖面示意图。有机废水可以是助焊剂清洗废液，或者可以是清洗光阻(或PI等有机物)的废液。如图1所示，从清洗腔排出的清洗废液流入第一级系统110。在第一级系统110中，使用加混凝剂沉淀方法。针对有机废水，混凝剂可以选用聚氯化铝(PAC，Poly Aluminum Chloride)。混凝剂中的絮状物捕集了有机悬浮体沉淀聚集。从第一级系统110底部的第一出口排出。第一级系统110上部为低浓度清水，通过设置在上部的第二出口进入第二级系统120。
第二级系统120采用吸附处理方法，将剩下的极少量残留助焊剂、颗粒、残留金属等杂质全部粘附在吸附剂上。在达到一定的时间或用量后，从系统里取出吸附剂，换成新件；用过的吸附剂可以通过工艺再生。吸附剂可选用活性炭，多孔树脂，硅藻土等。
通过前二级处理后，回收溶液纯度符合要求，但溶入液体的金属离子则依然存在，所以第三级系统130可通过电泳的方法，把这些离子置换出来，留在阴极板上。通过第三级系统130的电泳去离子处理后的纯水达到高纯度和极低电阻率。
第三级系统130的出水口连接到储蓄槽体140，回收处理后的纯水与新鲜制备的厂务高纯水相同，混合一起作为清洗液使用。
储蓄槽体140可包括加热和保温外壁。
图2示出根据本发明的一个实施例的低浓度废水再生系统的剖面示意图。晶圆清洗可选择高纯水作为清洗液。清洗废液中主要含有少量颗粒。如图2所示，从清洗腔排出的清洗废液流入第一级系统110。由于清洗废液中仅包含少量颗粒，所以在第一级系统110中，不需要经过沉淀处理，直接进入第二级系统120，进行吸附处理。第一级槽体仅作收集槽使用。因此，在本发明的其他实施例中，晶圆清洗回水再生系统可省略第一级系统。
第二级系统120采用吸附处理方法，将颗粒、残胶、残留金属等杂质全部粘附在吸附剂上。在达到一定的时间或用量后，从系统里取出吸附剂，换成新件；用过的吸附剂可以通过工艺再生。吸附剂可选用活性炭，多孔树脂，硅藻土等。
通过前二级处理后，回收溶液纯度符合要求，但溶入液体的金属离子则依然存在，所以第三级系统130可通过电泳的方法，把这些离子置换出来，留在阴极板上。通过第三级系统130的电泳去离子处理后的纯水达到高纯度和极低电阻率。
第三级系统130的出水口连接到储蓄槽体140，回收处理后的纯水与新鲜制备的厂务高纯水相同，混合一起作为清洗液使用。
正在使用中的储蓄槽体140可包括加热和保温外壁。
图3示出根据本发明的一个实施例的酸或碱废水再生系统的剖面示意图。如图3所示，从清洗腔排出的含酸或碱的溶液流入第一级系统110。在第一级系统110中，需要对酸或碱溶液进行两个工艺步骤，首先，进行酸碱中和，如果排放的是酸废液，则加碱，相反，若是排放废碱液，则加酸，将混合液调到PH＝7-8；然后，使用加混凝剂沉淀方法。混凝剂可选用如聚丙烯酰胺(PAM，polyacrylamide)。在混凝剂的作用下，酸碱中和形成的金属氢氧化物等待去除杂质向下沉淀，从第一级系统110底部的第一出口排出。第一级系统110上部为极低浓度盐溶液，通过设置在上部的第二出口进入第二级系统120。上述酸碱中和和混凝剂沉淀的两个工艺步骤可在两个处理槽中进行，因此第一级系统中可以设置两个处理槽。
第二级系统120采用吸附处理方法，将盐等杂质粘附在吸附剂上。在达到一定的时间或用量后，从系统里取出吸附剂，换成新件；用过的吸附剂可以通过工艺再生。吸附剂可选用活性炭、多孔树脂、硅藻土等。
通过前二级处理后，清水流入第三级系统130，第三级系统130可通过电泳的方法，把极少量的阴离子和阳离子置换出来。通过第三级系统130的电泳去离子处理后的纯水达到高纯度和极低电阻率。
第三级系统130的出水口连接到储蓄槽体140，回收处理后的纯水与新鲜制备的厂务高纯水相同，混合一起作为清洗液使用。
储蓄槽体140可包括加热和保温外壁，并可将槽体内清洗液控制在35–85℃。
在本发明的实施例中，可在储蓄槽体140内安装液体高度探测仪，形成能自动加清洗液的闭路控制系统。
图4示出根据本发明的一个实施例的包含废液再生装置的半导体湿法处理系统的示意图。
如图4所示，半导体制造清洗或湿法处理系统包含清洗、湿法处理腔室410、储蓄槽体420和废液再生装置430。清洗、或湿法处理腔室410对半导体晶圆或基板进行清洗或其他湿法处理，包含液体入口411和废液出口412。液体入口411通过管道和三通阀412与储蓄槽体420。储蓄槽体420可包括加热和保温外壁，并可将槽体内清洗液控制在35–85℃。可在储蓄槽体420内安装液体高度探测仪，形成能自动加清洗液的闭路控制系统。
废液再生装置430与废液出口412相连，用于接收晶圆清洗或其他湿法处理的废液，并对该废液进行处理。回收处理后的纯水被送回储蓄槽体420，与新鲜外加的清洗液混合一起作为清洗液使用。
图中没有标示的内容，包括废液再生系统的接口可以是多个，以便连接到一个或多个晶圆清洗或其他湿法处理腔室。
同样，正在使用的储蓄槽体也可以提供清洗液给一个或多个晶圆清洗或其他湿法处理腔室。
通过本发明公开的废液过滤分离系统，回用的废水，经三级处理后，混入储液槽，再作清洗用。如此封闭式循环使用清洗用废水，主要由下面几个优势：
1.清洗溶液(化学品)用量减少；
2.IC制造工艺中产生的废水量减少，需要处理废水的成本降低；
3.使用循环再生的清洗液时，可以预先调节其至工艺相近的条件，减少准备槽体溶液的时间，清洗或湿法处理工艺比较稳定。
本发明公开的废液过滤、分离处理系统，特别适用于晶圆清洗、含有少量有机颗粒的去除、水溶性助焊剂清洗、光阻显影后清洗、以及酸、碱刻蚀清洗等工艺产生的废液处理与再生回用。
第一级混凝处理所用的药液与晶圆清洗或湿法处理的溶液种类相关。针对不同的溶液，二级处理的吸附材料也有所区别。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (9)

1.一种用于湿法处理溶液再生的半导体装置，包括：
第一级系统，所述第一级系统接收IC制造的湿法处理腔室排出的废液，并将经第一级系统处理后的液体输送到第二级系统；
第二级系统，所述第二级系统采用吸附处理方法；
第三级系统，所述第三级系统接收经第二级系统处理后的液体，所述第三级系统采用电泳方法去除液体中的离子。
2.如权利要求1所述的用于湿法处理溶液再生的半导体装置，其特征在于，还包括正在使用中的清洗液储蓄槽体，所述储蓄槽体的第一入口与所述第三级系统的出水口相连，用于接收回用液体，所述储蓄槽体的第二入口接收新鲜清洗液体。
3.如权利要求2所述的用于湿法处理溶液再生的半导体装置，其特征在于，所述正在使用中的清洗液储蓄槽体还包括加热和保温外壁。
4.如权利要求1所述的用于湿法处理溶液再生的半导体装置，其特征在于，所述第一级系统内添加混凝剂，对半导体制造湿法处理腔室排出的废液进行沉淀分离，将凝聚流体排放到此系统以外处理。
5.如权利要求4所述的用于湿法处理溶液再生的半导体装置，其特征在于，所述第一级系统的混凝剂为聚氯化铝或聚丙烯酰胺。
6.如权利要求1所述的用于湿法处理溶液再生的半导体装置，其特征在于，所述第二级系统的吸附剂为活性炭、多孔树脂或硅藻土。
7.如权利要求1所述的用于湿法处理溶液再生的半导体装置，其特征在于，第一级系统用于处理酸或碱废液，包括两个槽体，第一槽体用于对所述酸或碱废液进行中和，第二槽体内添加混凝剂，对第一槽体排出的液体进行沉淀分离，将凝聚流体排放到此系统以外回收处理。
8.一种半导体制造湿法处理系统，包括：
湿法处理腔室，所述湿法处理腔室包括液体入口和废液出口；
废液再生装置，所述废液再生装置包括：第一级系统，所述第一级系统与废液出口相连，接收半导体制造湿法处理腔室排出的废液，并将经第一级系统处理后的液体输送到第二级系统；第二级系统，所述第二级系统采用吸附处理方法；第三级系统，所述第三级系统接收经第二级系统处理后的液体，所述第三级系统采用电泳方法去除液体中的离子；以及
正在使用中的储蓄槽体，所述储蓄槽体的第一入口与所述第三级系统的出水口相连用于接收回用液体，所述储蓄槽体的第二入口接收新鲜清洗液体。
9.如权利要求8所述的半导体制造湿法处理系统，其特征在于，所述系统是一个封闭处理系统，所述废液再生装置与一个或多个湿法工艺腔室的废液排放接口相连。
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