TWI417430B - 基板研磨液之使用點處理方法與系統 - Google Patents

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TWI417430B
TWI417430B TW096131545A TW96131545A TWI417430B TW I417430 B TWI417430 B TW I417430B TW 096131545 A TW096131545 A TW 096131545A TW 96131545 A TW96131545 A TW 96131545A TW I417430 B TWI417430 B TW I417430B
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Josh H Gloden
Peter I Porshnev
Michael R Woolston
Cormac Kissane
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Description

基板研磨液之使用點處理方法與系統
本發明實施例大致關於用來處置(disposing)基板研磨流體(例如，電化學機械研磨流體)的方法與設備。
在製造積體電路、顯示器及其他電子元件時，需將多層導電層、半導體層及介電材料層沉積在基板上有特徵的那一面或是從基板上有特徵的那一面移除多層導電層、半導體層及介電材料層。在製造過程中，會實施電化學機械研磨(ECMP)及化學機械研磨(CMP)以將該基板上有特徵的那一面加以拋光或平坦化，並移除基板上的任何缺陷(如，刮損、表面粗糙度和污染物)。
ECMP和CMP乃是用來從基板上具有特徵的那一面上移除材料的兩種製程。在典型CMP處理中，將基板靠在研磨墊上並提供一種流體介質到研磨墊與基板之間的介面。所提供的流體介質可包括懸浮在內含化學蝕刻劑之流體介質中的研磨顆粒。類似的，在典型ECMP處理中，將基板靠在研磨墊上並提供一種流體介質到研磨墊與基板之間的介面。此 時，所提供的流體介質的功能是作為一種電解質，以於基板和研磨墊任一者或兩者均被耦接到電源上時，幫助以電化學方式溶解基板上的材料。
在上述兩種處理方式中，可從研磨製程中排出由用過的處理流體所組成的流出物(effluent)。此流出物可包含研磨顆粒、金屬顆粒、金屬離子、研磨副產物、試劑、懸浮液體及溶劑。此流出物也會包含有機或無機化合物、緩衝劑、氧化劑、表面活性劑、螯合劑、蝕刻劑、防腐劑、酸、鹽類、錯合劑等等。這些金屬顆粒和/或金屬離子可包括銅、鋁、鎢、及其他可用來在基板上形成電子元件的金屬。
如果ECMP或CMP製程的使用者希望丟棄此流出物，就必須先將上述這些物質移除然後再丟棄此流出物。特別是，環境保護協會(EPA)要求在拋棄這些流出物之前，須先移除其中的有毒材料物質。在某些應用中，使用者可能會希望捕捉一部分的流出物並加以處理，以便將其重複使用在處理系統中。
已研發出可用來處理製程流出物的系統，和/或用來在拋棄流出物之前先移除或減弱其中物質的系統。但是，這些系統一般適用來處理和/或有助於移除該流出物之一特定部分，使得該經處理的流出物係以零碎的方式進行處理。舉例來說，可利用離子交換介質來移除離子，但是流出物內的化學錯化物和/或不溶性化合物可能會讓離子交換無法進行。因此，必須在將流出物引入到離子交換介質之前，先過濾流出 物和/或在另一處理設備中進行預處理。此種處理方式的另一種缺點為此流出物處理裝置是單獨設立在製程設備外，因此需要將此流出物運送到各個單獨裝置以及在各處理之間預備一暫時儲存流出物的空間，因而造成工具待機或關機時間增加和/或系統操作成本上升。
因此，亟需一種在使用點才從研磨系統來處理製程流出物的方法與整合設備。
本發明實施例大致係有關提供用於處理來自基板製程(例如，電化學機械研磨(ECMP)製程)之研磨流體的廢棄流出物的方法與設備。在一實施方式中，提供一種用以處理在基板製程中所產生的廢棄流出混合物的方法，其包括流動廢棄流出物(其包括來自基板處理系統之螯合的金屬錯化物)；將該廢棄流出物與氧化劑組合在一起，以產生自由的螯合劑(free chelator)；流動該廢棄流出物使通過有機黏土介質與活性碳介質，以移除該自由的螯合劑；並流動該廢棄流出物使通過陰離子交換樹脂，以移除金屬離子並產生廢水。
在另一實施方式中，提供一種用以處理在基板製程中所產生的廢棄流出混合物的方法，其包括流動廢棄流出物(其包括來自基板處理系統之螯合的金屬錯化物)；流動該廢棄流出物使通過有機黏土介質與活性碳介質，以移除螯合的金屬錯化物或自由的螯合劑；並流動該廢棄流出物使通過離子交換樹脂。
在所提供方法中，該氧化劑可包含過氧化氫或臭氧，且可單獨以UV光照射或是與該廢棄流出物一起以UV光照射。在一實施方式中，該廢棄流出物係先被流動通過有機黏土介質，然後接續通過活性碳介質。在另一實施方式中，該廢棄流出物係先被流動通過活性碳介質，然後接續通過有機黏土介質。在另一實施方式中，該廢棄流出物係被流動通過由有機黏土介質與活性碳介質所組成的混合物。在一實例中，此廢棄流出物中含有研磨溶液且該螯合的金屬錯化物含有銅和EDTA。本方法更提供可保持該廢棄流出物與自基板處理系統流出的清洗水兩者彼此分開狀態，且該廢棄流出物係先經過過濾介質過濾後，才與該氧化劑組合在一起。
在另一實施方式中，提供一種用以處理在基板製程中所產生的廢棄流出混合物的設備，包括導管系統，其設計成可耦接基板處理系統；氧化劑槽，其耦接該導管系統並與一種氧化劑源彼此流體相通。此設備可更包括有機黏土過濾槽(其耦接到該導管系統並包含有機黏土介質)、活性碳過濾槽(其耦接到該導管系統並包含活性碳介質)、和樹脂管(其耦接到該導管系統並包含陰離子交換樹脂)。在一實例中，可將過濾介質耦接到該導管系統且其在該基板處理系統與該有機黏土過濾槽間為流體相通。在另一實例中，以UV光源來照射該氧化劑源或該氧化劑槽。在另一實例中，該氧化劑槽可設置在該有機黏土過濾槽的上游。在另一實例中，該有機黏土過濾槽可設置在該活性碳過濾槽的上游。
100‧‧‧處理系統
105‧‧‧框架結構
108‧‧‧研磨模組
110‧‧‧控制器
115‧‧‧噴嘴
120A~120C‧‧‧研磨站
122‧‧‧基板
124‧‧‧基板承載頭/承載頭組件
125‧‧‧研磨材料
130‧‧‧平台
204‧‧‧承載頭
210‧‧‧通道
214‧‧‧研磨流體
222‧‧‧研磨墊組件
226‧‧‧排放管
230‧‧‧平台組件
248‧‧‧研磨流體源
249、296、311、312、313、315、316、321、323、327‧‧‧閥
250‧‧‧顆粒
275‧‧‧使用點(POU)處理單元
302‧‧‧原研磨流體源
304‧‧‧加速劑源
306‧‧‧抑制劑源
308‧‧‧表面活性劑源
310‧‧‧溼潤劑源
314‧‧‧流出物
318‧‧‧酸源
320‧‧‧鹼源
322‧‧‧拉曼光譜儀
324‧‧‧UV-可見光光譜儀
326‧‧‧紅外光光譜儀
328‧‧‧近-紅外光光譜儀
330‧‧‧折射率測量源
332‧‧‧液體導電性測量源
334‧‧‧pH測量源
336‧‧‧儲存桶
340‧‧‧過濾介質槽
342‧‧‧第一槽
344‧‧‧第二槽
346‧‧‧氧化劑槽
347‧‧‧氧化劑源
348‧‧‧氧化作用活化源
350‧‧‧離子交換設備
352‧‧‧再生廢棄桶
370‧‧‧預處理裝置
380‧‧‧測量裝置
390A、390B‧‧‧摻雜裝置
402A、402B‧‧‧離子交換管柱
404A、404B‧‧‧研磨劑桶
404C、404D‧‧‧離子交換桶
405A~405D‧‧‧離子交換樹脂床
406A~406D‧‧‧樹脂珠粒
410A~410D‧‧‧下方埠口
414A~414D‧‧‧上方埠口
418A~418D‧‧‧底部擴散器
420A~420D‧‧‧頂部擴散器
445‧‧‧顯示器
446B、446C‧‧‧幫浦
448A、448B‧‧‧偵測器
449‧‧‧輸入裝置
450‧‧‧再生桶
500、600‧‧‧流程圖
502、504、506、508、510、512、514、520‧‧‧步驟
602、604、606‧‧‧步驟
608‧‧‧有機黏土介質
610‧‧‧活性碳介質
612‧‧‧有機黏土與活性碳組成的混合物
614‧‧‧氧化劑來源
616‧‧‧離子交換介質
618‧‧‧將流出物重整
620‧‧‧剝除流出物中的金屬離子
因此可詳細理解本發明的上述特徵，上文簡要概述的本發明的更特定描述可參照實施方式進行，一些實施方式在附圖中示出。然而，應注意，附圖只描述了本發明的典型實施方式，而不欲理解為對本發明範圍的限制，因為本發明可允許其他等效實施方式。
第1圖為處理系統100的平面視圖；第2圖為研磨站之實施方式的截面視圖；第3圖為POU處理單元的示意圖；第4圖為離子交換設備之實施方式的示意圖；第5圖是研磨液處理循環之實施方式的流程圖；和第6圖是研磨液處理循環之另一實施方式的流程圖。
為了有助於理解，在可能的情況下使用相同的元件符號來指代附圖中相同的元件。預期一個實施方式中揭露的元件可有利地用於其他實施方式中而不需要特定描述。
本發明實施方式大致包含有關處理在研磨模組和/或基板處理系統(其具有一或多個研磨站，例如電化學機械研磨(ECMP)處理站)中使用的研磨流體的方法和設備。所述實施方式可用來處理電化學電鍍(electrochemical plating,ECP)站中所使用的處理流體。可將所用處理流體或流出物的特定部分傳送到用以進行流體處理的使用點處理(a point-of-use, POU)單元。
第1圖是適以從基板之特徵上移除材料的處理系統100之一部份的上視圖。在一實施方式中，該系統100被設置成可平坦化或研磨半導體基板，且包括研磨模組108(其包括一或多個研磨站120A~120C設置在其中)。每一研磨站120A~120C各包括平台130，用以支撐研磨材料125。在處理期間，以基板承載頭124將基板壓靠在該研磨材料125上，然後旋轉平台130以在該基板與研磨材料125間提供至少一部份的相對研磨動作。基板係在基板承載頭124中的各研磨站間進行傳送，該基板承載頭124設置在可轉動的框架結構105中。
在第1圖所繪示的實施方式中，研磨模組108包含第一研磨站120A、第二研磨站120B及第三研磨站120C。在操作應用中，在第一研磨站120A上透過ECMP處理對基板實施移除大塊導電材料的操作。待大塊導電材料已於第一研磨站120A上被移除之後，接著在第二研磨站120B中透過多步驟ECMP處理來移除基板上殘留的導電材料，其中一部份的該多步驟ECMP處理被設計成可移除殘留的導電材料。可在第三研磨站120C實施第三次材料移除處理，其可以是一種CMP製程，用來移除基板上的阻障材料。雖然所描述的系統100有兩個用來執行ECMP的研磨站和一個用來執行CMP的研磨站，但須知研磨站120A~120C不論是哪一個都可實施任一處理，並無特別限制。適用於本發明的處理系統包括 REFLEXION®、REFLEXION® LK、REFLEXION® LK ECMPTM、MIRRA MESATM研磨系統，均可購自應用材料公司(Santa Clara,Calfornia)，但也可使用其他廠牌的系統。其他的研磨模組，包括那些使用其他類型的研磨墊、皮帶、平坦化網或其之組合者，以及那些可以旋轉、線性或其他平坦運動相對於研磨表面進行移除者，也都可用在本發明實施方式中。
設置控制器110來幫助控制和整合系統100的多個模組。此控制器110可包括有中央處理單元(CPU)、記憶體和多個支持電路。可將控制器110耦接到系統100的各個組件上，以幫助控制，由該系統所提供的各種諸如研磨、清潔、回收/再拋光、和傳送處理。
以設置在每一平台130旁邊的噴嘴115提供一種研磨流體到該研磨材料125的至少一上方表面，且每一平台130會需要不同的流體以加強研磨或自基板表面移除材料。舉例來說，研磨站120A和120B會需要可幫助ECMP處理的研磨流體，至於研磨站120C則需要具有可幫助CMP製程性質的研磨流體。
第2圖繪示出研磨站120B之一實施方式的截面圖。此研磨站120B包括平台組件230，其具有研磨材料125設置於其中。此研磨站120B也包括承載頭組件124，其具有承載頭204可被致動而朝向研磨站120B移動，使得固持在承載頭204上的基板122於處理期間會抵靠在研磨材料125之研磨表 面上。
在一實施方式中，研磨材料125包括適用於ECMP或CMP製程的研磨墊組件222。此研磨墊組件222可以是單層構造或是由可提供硬度或彈性度的各層所堆疊而成的結構。此研磨墊組件222可由介電材料、導電材料或其之組合製成。此研磨墊組件222的至少一上方表面可包含由適用於ECMP或CMP製程之導電或研磨材料所製成的顆粒250。在一應用中，此研磨墊組件222為可更換的並可利用磁力、真空、固定件、夾鉗、黏劑等類似物加以固定在平台組件230上。
在CMP處理的研磨墊例子中，此研磨墊組件222可由聚合性材料製成，例如聚尿烷、聚碳酸酯、氟化聚合物、PTFE、PTFA、聚伸苯硫(polyphenylene sulfide,PPS)或其之組合，以及其他用於研磨基板表面的研磨材料。在ECMP處理的研磨墊例子中，此研磨墊組件222可包括至少部份導電的上方表面。此上方表面可由導電性聚合物或是具有導電顆粒嵌埋其中的介電性聚合物製成。此上方表面可位於電極上，其係與平台組件230極為相近。可在此上方表面與電極間設置絕緣層來使此上方表面與電極彼此電性隔絕，雖然在上方表面仍設有可通往電極的通道210，藉以經由具電解質性質的研磨流體來幫助電性聯通上方表面與電極。適合本發明之研磨墊組件的實例揭示於美國專利第6,991,528號、2003年6月6日提申的US 10/455,896號(其公告號為2004-0020789)， 此兩案的揭示內容在此併入作為參考。
用來幫助研磨基板122的研磨流體214係經由噴嘴115提供至研磨墊組件222的上方表面。過量或用過的研磨流體214被容納在環繞平台組件230的密閉空間中，其可將一部份的研磨流體214送往排放管226。以各種閥296將使用點(POU)處理單元275耦接到排放管226，依據控制器110的指令來打開或關閉該些閥296，藉以控制流體214流進或流出POU處理單元275、研磨站120B、和研磨流體源248。一如將詳述如下的，為了減弱或回收研磨站120B所用的研磨流體214，可將此POU處理單元275設置成能修復、分析劑量其及組合。依據諸如使用者參數、或分析結果等因子，此POU處理單元275可將流體回收到研磨站120B或經由閥249而將用過的流體排出至排放管226。可使用或處理的研磨流體的配方和組成揭示於美國專利第6,899,804和6,863,797號、2005年5月5日提申的US 11/123,274號(其公告號為2005-0218010)，此兩案的揭示內容在此併入作為參考。
在研磨處理期間或之後，以去離子水清洗該研磨墊組件222和/或平台組件230。如果去離子水與研磨流體混合的話，將會稀釋該研磨流體並增加所需處理之研磨流體的體積。如果去離子水與研磨流體混合的話，將必須另外進行額外的步驟好將去離子水與研磨流體彼此分開。可使用諸如透析、逆向滲透及空氣剝除的方式來使去離子水與研磨流體彼此分開來。為避免稀釋研磨流體，必須另外提供排放管使得 去離子水與研磨流體彼此經由不同的排放管排出。耦接到研磨站120B的控制器可確保適當的閥會在適當的時候開啟，以確保去離子水和研磨流體分別經由適當的排放管排出。
在一實施方式中，研磨流體和去離子水係流經相同的排放管，其可以是排放管226。因此，當用過的研磨流體流入排放管時，其中也會有清潔用的水。為了確保用過的研磨流體儘可能不含有清潔用的水，可從由研磨站120B排放的研磨流體中取出一特定部分(亦即，一完整不含其他清潔水的部分)。將用過的研磨流體分成3個單獨的部分。第一部份為從研磨站流出的最初ECMP流體，其會通過有清潔用水流過的排放管道。由於管道中可能殘存有清潔用水，因此第一部份可能含有過量的清潔用水。第二部份為從研磨站流出的最後的ECMP流體。隨著ECMP流體被排放的同時，清潔用水也開始啟動以加速基板產出率。因此，當第二部份自研磨站流出時，其也可能含有清潔用水。第三部份為ECMP流體中剩餘的部份。換言之，此第三部份，亦即選定部分，乃是介於進入排放管之第一部份與進入排放管之第二部份間的部份。此第三或選定部分乃是從ECMP站排放的ECMP流體最不可能含有清潔用水的部份。
第3圖為設計來提供減弱和/或回收基板研磨流體之POU處理單元275的示意圖。此POU處理單元275可包括有儲存桶336，其可從該處理系統100處來收集包含至少一部份用過的研磨流體(其包括螯合的金屬錯化物)之流出物314。用 過的研磨流體在進入該桶336之前，會流過閥321到達過濾介質槽340。此過濾介質槽340適以移除多數諸如研磨副產物之類的顆粒，例如來自研磨墊組件之脫落的、破裂的或用過部分的顆粒，或是來自用過的研磨流體之研磨性顆粒。在一實施方式中，此過濾介質槽340包括過濾元件其具有孔徑約100μm至300μm間的多孔狀部分，且適以移除至少約100μm大小的顆粒。在另一實施方式中，此過濾介質槽340包含適以移除顆粒大小至少約100μm的沙狀介質。在另一實施方式中，此過濾介質槽340包含多數微孔過濾匣，其適以移除大小至少約100μm的顆粒物質。
將其中含有流出物314的桶336耦接到數個彼此分離但又整合在一起的多個裝置上，該些裝置係設計成可在使用點處理來自處理系統100的流出物流314。因此，將處理系統100和桶336耦接到預處理裝置370、測量裝置380和摻雜裝置390A、390B。在某些實施方式中，過濾介質槽340乃是預處理裝置370上不可分離的部份。一旦用過的研磨流體進入桶336中，流出物314就會通過或是被該些裝置370、380、390A及390B作用，以回收並將至少一部份的該流出物314送回到處理系統100內。流出物314可含有能當做處理系統100內之ECMP研磨流體或CMP研磨流體的物質，且至少一部份的流出物314可被送回到處理系統100內做為ECMP研磨流體或CMP研磨流體。在某些實施方式中，流出物314被用在處理系統100內做為一種CMP研磨流體，且至少一部份 的此流出物314會回到處理系統100內做為一種ECMP研磨流體，反之亦然。可將幫浦裝置耦接到控制器110與POU處理單元275的各管道上，以確保流體可在其中流動。此控制器110可與POU處理單元275的閥311、312、313、315、316、321、323和327耦接，以控制在其中流動的流體。
預處理裝置370包括各種閥312，其選擇性地耦接桶336至第一槽342、第二槽344、氧化劑槽346和(非必要的)氧化作用活化源348。在某些實施方式中，預處理裝置也可包括有離子交換設備350，其耦接到再生廢棄桶352。該閥312之一部分可耦接桶336至預處理裝置370的一或多個元件上，使得流出物314會以任何順序(單獨或合併)流過該預處理裝置370的各個元件或其之一選定部份。
測量裝置380可包括有拉曼光譜儀322、UV-可見光光譜儀324、紅外光光譜儀326、近-紅外光光譜儀328、折射率測量源330、液體導電性測量源332和pH測量源334，其可選擇性地經由多個閥323來聯接。在另一實施方式中，可將氣體層析系統或質譜儀連接到該測量裝置380上。桶336和預處理裝置370經由一部份的閥312而被選擇性地耦接到測量裝置380上，使得流出物314會流過該預處理裝置370的任一部份或是繞過該預處理裝置370直接流向測量裝置380。
摻雜裝置390A可包括有加速劑源304、抑制劑源306、表面活性劑源308、溼潤劑源310、酸源318和鹼源320， 或任一對翻新研磨流體有用和必要的化學組成物。摻雜裝置390A的任一元件可經由閥327而選擇性地連接。依據從測量裝置380所取得的數據，可經由此摻雜裝置390A將一或多這些化學組成份加到流出物314的選定部分。或者，如果來自測量裝置380的測量值透露著流體並未被回收，則可經由閥311將其排放出系統外。隨著無法回收的排出物被排空後，該些排出物幾乎都沒有金屬性顆粒和離子，因此可幫助安全地丟棄該些流出物。
可將另一非必須的摻雜裝置390B以閥315耦接到桶336或一或多管道(其以閥313和/或閥316耦接到處理系統100)。此摻雜裝置390B包括未經摻雜的原研磨流體源302，其適以將原研磨流體摻雜到桶336和/或該桶336之出口(其通往處理系統100)。此原研磨流體可與流出物314(在其依據來自測量裝置380而處理後)的一選定部份合併，或是此原研磨流體可以一預定量來合併。在測量開始時，控制器110與該些測量裝置及閥327、313和/或315間彼此電連接以便控制應採取何種測量、每一摻入研磨流體中的組成物用量、添加到流出物314之選定部分內的原研磨流體量，和回收回到處理系統100的再翻新研磨流體的量。
預處理裝置370的第一槽342和第二槽344是用來移除、和/或打斷(break down)流出物314中之螯合的金屬錯化物。在一實施方式中，第一槽342包含容器，可容納有機粘土材料。此容器可以是桶或外殼或包括容易置換的卡匣式裝 置。此有機粘土，有時又稱為有機黏土，包括經過三級烷胺分子改質之層狀的矽高嶺土材料(montmorillonite)、或是改質的火山灰黏土(Bentonite)和/或已經過四級胺改質之無煙煤和火山灰黏土。有機黏土適以從流出物314中移除至少一部份的含碳材料。在一實施方式中，第一槽342包括以下比例之有機物與有機黏土比例，每0.1~2.0磅欲自流出物314中移除的有機材料中約1.0磅的有機黏土。
預處理裝置370的第二槽344也可用來移除流出物314中的含碳材料與鹵化物。在一實施方式中，第二槽344包含容器，可容納活性碳材料。此容器可以是桶或外殼或包括容易置換的卡匣式裝置。此活性碳材料可以是含氧的煤炭，在煤炭表面上具有數百萬個可做為結合位置的小孔。在一實施方式中，此活性碳材料的表面積在約300m2/g到2,000m2/g間。在一應用中，此活性碳材料的表面積大於約500m2/g，例如大於約1,000m2/g。在一實施方式中，此活性碳材料的平均孔隙在約1fm至約25fm間，例如少於約15fm，例如，小於約10fm。
在另一實施方式中，第一槽342或是第二槽344任一槽可包括由有機黏土與活性碳組成的混合物，因此單一槽即可作為第一槽342或是第二槽344來使用。此單槽可包括桶或外殼，同時容納兩種介質，或可包括一或多個卡匣式裝置，其具有上述兩種介質於其中。
氧化劑槽346也可單獨使用或是與第一槽342或是 第二槽344並用，來移除有機材料或是打斷流出物314中之螯合的金屬錯化物。在一實施方式中，此氧化劑槽346包括容器，其適以容納和/或分配一種氧化劑或一種還原劑。此容器也可包括一個加熱源(未示出)，且可更進一步被改良以承受由真空源或壓縮機(均未示出)所提供的負壓或正壓。
在一實施方式中，此氧化劑槽346可從氧化劑源347提供氧化劑給流出物314。氧化劑源347可包含有一種氧化劑，例如過氧化氫、臭氧、高錳酸鹽(MnO4 -)及其他氧化劑。過氧化氫可水解二硫化碳、碳氫化物、有機磷、氮化物及各式聚合物。過氧化氫加上催化劑可移除苯酚、溶劑、塑化劑、螯合劑、和幾乎所有存在於流出物314內的有機分子。使用此氧化劑槽346和過氧化氫執行的測試結果顯示可降低總有機碳量(TOC)約40%。此外，處理前和處理後所進行的氣相層析(GC)測試也顯示有機物尖峰高度下降約70%。
雖然此氧化劑槽346被描述成可提供氧化劑來減少有機物質，但其也可提供還原劑(如亞硫酸氫鈉(NaHSO4)之類的亞硫酸鹽)給流出物314。亞硫酸氫鈉可減弱銅與螯合劑之間的鍵結強度。此外，此氧化劑槽346也可和第一槽342或是第二槽344之任一槽或兩槽彼此聯通，以提供氧化劑給流出物314。
或者，此氧化劑槽346也可和氧化活化源348聯通，或是一起使用。此氧化活化源348可包括照射源或是催化劑表面(其設於可密閉的空間內)。此照射源可以是UV處理模 組，其適以提供UV能量給流出物314。在一實例中，此氧化劑槽346可提供過氧化氫給流出物314，等過氧化氫和流出物混合一段時間後，即可以UV光源照射流出物314以活化過氧化氫。此步驟目的在打斷流出物314中的有機分子。在一實施方式中，添加過氧化氫到流出物314中與將其暴露在活化源348之間的時間差約為1秒到5秒間。
氧化活化源348也可包括有催化性表面以於Fenton反應中提供氧化性催化劑。此催化性表面包括金屬板，且流出物314適以在添加了諸如H2O2之類的氧化劑到流出物314之後，流過該金屬板。可利用加熱管道、整合在或耦接到此氧化劑槽346的加熱元件或其之組合來加熱該流出物314。也可對此氧化劑槽346或氧化活化源348之一或兩者提供負壓來加速催化性反應。在一實施方式中，流出物314的溫度約為100℃，其壓力，至少在氧化活化源348的壓力，則約大於1大氣壓。使用Fenton催化過氧化氫的測試結果顯示可降低總有機碳量(TOC)約70%。此外，處理前和處理後所進行的氣相層析(GC)測試也顯示有機物尖峰高度幾乎全部被移除了，有機酸副產物亦然。
可使用任一單槽(342、344、346)或多個槽(342、344、346)之組合，以任何順序來處理流出物。舉例來說，可一起或單獨操作第一槽342、第二槽344和氧化劑槽346，以便在當流出物314係由該些閥312之一部份所控制時，可移除流出物314中的有機物質或打斷其中的金屬螯合錯化物。也可單 獨使用氧化劑槽346或組合第一槽342、第二槽344而一起使用。此外，流出物314的流動順序並不限於第3圖所示出的順序。一旦所有有機物質都被第一槽342、第二槽344和氧化劑槽346中之一或其之組合所移除時，可使流出物314流到離子交換設備350以移除流出物中的金屬離子。在將流出物314引入至離子交換設備之前，先對流出物進行預處理可防止有機物質或不欲求物質被引入到離子交換設備350或使其量降至最小，該些有機物質或不欲求物質可能會減少離子交換設備350吸附金屬離子(例如，銅)的能力。
第4圖乃是離子交換設備350之一個實施方式的示意圖。此離子交換設備350包括一或多個離子交換管柱402A、402B，其可用於提供用以處理流出物314的POU廢棄物處理系統，和/或提供離子移除以供研磨流體回收處理之用。此離子交換設備350使用完全冗餘的「前導-滯後(lead-lag)」設計，其中使用多根管柱402A、402B，一般為2~6根管柱，以提供實質上連續的廢棄物處理和/或回收，且幾乎不需要停機維修期間。在所示方式中，此離子交換設備350有兩根離子交換管柱402A、402B，其分別包括一組各兩個桶404A、404B和404C、404D。404A~404D之每一桶都有下方埠口410A~410D和底部擴散器418A~418D，以及上方埠口414A~414D和頂部擴散器420A~420D。每一該些桶404A~404D內含離子交換樹脂床405A~405D，其包含多數樹脂珠粒406A~406D，可以無害離子交換流出物314中的金屬 或其他有害離子。在該些桶404A和404C中，下方埠口410A、410C與底部擴散器418A、418C是分別位在管442A、442C中，其延伸進入該些桶內，並用來容納該些樹脂珠粒406A~406C。
每一桶404A~404D中的樹脂珠粒406A~406D包含離子交換樹脂材料，其係依據流出物314的主成份來挑選，亦即依據流出物314中的金屬離子、螯合劑和有機物質來挑選恰當的離子交換樹脂材料。舉例來說，該些樹脂珠粒406A~406D可包含具有能夠增強或阻礙自流出物314中移除離子(如，銅、鈷、鎢和其他金屬)之性質。在一應用中，以能夠捕捉負電荷分子和金屬錯化物的陰離子交換樹脂來處理內含金屬離子錯化物的流出物314。此陰離子交換樹脂珠粒可由環氧聚胺縮合反應來形成，其包含可螯合過渡金屬離子的多價配位體(a multidentate ligand)，因此，其可優先移除金屬離子或防止該些金屬離子形成螯合的金屬錯化物，例如，EDTA-金屬離子錯化物。
多價配位體係指可與單一金屬離子形成多個鍵結的分子。適當的多價配位體包含胺配位體，例如，R-NH(CH3)2+和NR4+，多價羧酸配位體和多價羥基配位體。將流出物314暴露在該珠粒床之陰離子交換樹脂珠粒約30秒到約10分鐘。較好是該樹脂珠粒之離子交換能力每一循環可萃出約0.1公斤到約5公斤的金屬(例如，銅)。
在一實例中，此陰離子交換樹脂包含多價胺配位 體，包含由環氧聚胺縮合反應所製成的環氧聚胺縮合樹脂，例如RESINTECHTM WBG30-B，其為一種帶有正電荷的弱鹼性凝膠型樹脂，可購自Resin Tech(West Berlin,New Jersey,USA)。但是，這只是一個例子，也可使用由Dow Chemical、Bayer、Rohm & Haas等公司出品的樹脂。
包含多價胺配位體的陰離子交換樹脂，其包含一種內含雙-胺甲基吡啶(bis-picolylamine)樹脂且具有可與過渡金屬離子形成強鍵結的多價胺基團。具有多價胺基團之適當的雙-胺甲基吡啶樹脂乃是DOWEXTM M4195樹脂，其為一種大孔、內含雙-胺甲基吡啶的苯乙烯-DVB樹脂。DOWEXTM M4195樹脂是依據特定螯合性胺配位體(其可被所接收的硫酸加以部份四級化)所製成的。當其以此共軛硫酸鹽形式存在時，樹脂可完全膨脹且水合，並可用來捕捉流出物中的金屬離子。其特別適合作為可捕捉銅的螯合性樹脂且在流出物溶液pH值為2且流速約為35Lpm至42Lpm間時，其捕捉銅的速率約為6克/公升。
當以此陰離子型交換樹脂來移除流出物溶液中的過渡金屬離子時，可提供多種獨特的優點。舉例來說，陰離子型交換樹脂讓內含過渡金屬的陰離子型有機金屬錯化物(特別是，EDTA銅錯化物)可被有效地從流出物溶液中移除。此陰離子型交換樹脂也可移除EDTA銅錯化物以及其他有機金屬錯化物。出乎意料之外的，此陰離子型交換樹脂具有更多優點，包括可移除有機酸和錯化物，以提供不含有毒銅和可能 破壞離子交換製程下游其他處理的物質之經處理的流出物。此外，來自基板處理製程(例如，ECMP)的流出物，經常帶有可與銅產生錯化物以及讓流出物產生緩衝的負電荷物種。優點是，此陰離子型交換樹脂可捕捉這些物種以摧毀這些流體的緩衝能力，同時以EDTA錯化物與其他錯化物形式(其通常在ECMP處理溶液所用的pH值下為帶有負電荷的物種)來移除這些物種。此銅-EDTA化合物係以帶有負二價錯化物形式存在，可被此陰離子型交換樹脂所移除。
另一項優點是，此陰離子型交換樹脂可以H2L-、HL2-和L3-形式來捕捉檸檬酸鹽陰離子，藉以從流出物中移除這些化合物。此ECMP流出物含有明顯量之檸檬酸鹽陰離子，其可與流出物中的過渡金屬離子形成檸檬酸鹽錯化物。較佳是釋出這類檸檬酸鹽錯化物到廢水中，因其可作為生物生長源導致廢水中出現不欲求的生物生長現象。
在另一種情況下，可使用能捕捉雙價過渡金屬陽離子(例如，銅)的專一性陽離子交換樹脂來移除流出物中的銅。在此情況下，組和使用陰離子型交換樹脂和陽離子交換樹脂兩者在一離子交換系統中，以於一次循環即可移除潛在有害的有機材料與銅離子。可將此陰離子與陽離子樹脂珠粒保持在不同桶內單獨、分開的樹脂床中，或組合在單一、混合的樹脂床中。
在一實施方式中，已知充滿一桶內大部分內容積的樹脂床，比流床式的樹脂床更能提供較佳的離子交換效果。 傳統上，少量、樹脂填充程度典型少於60%的桶，可容許樹脂珠粒流動形成流床化的樹脂床，其讓樹脂珠粒可移動及轉動，理論上可提供更佳且更一致的離子交換效果。此外，許多樹脂珠粒在接觸水之後會膨脹，因此桶內具有較少體積之樹脂可提供樹脂珠粒充分的空間，讓其在接觸水後可膨脹。
但是，與本能預測相反的是，已知當離子交換桶的體積內含有大量陰離子型交換樹脂珠粒時，例如，填充度至少為桶體積之75%，其所能達成的效果最佳。這是因為樹脂床的大量填充體積讓樹脂珠粒可緊密地彼此推疊並因為通過桶內往上流動的流出物往上的壓力而使其抵靠著上方擴散板。
緊密推疊的樹脂床也可創造出讓流出物314更難穿過樹脂床之更蜿蜒、困難的流動路徑。路徑變長以及暴露在樹脂床中更大總面積的結果，使得其能更有效率地萃出流出物中的過渡金屬離子。此外，也已知緊密填充樹脂珠粒以形成具有較大填充面積，可有效降低之前出現在流出物中的偶發性金屬離子濃度突然升高的現象。已知若樹脂床可過度流動時會造成流床內隨機位置處在特定時間點通過桶內的路徑變短。當出現通過樹脂床的短路徑時，某些流出物將可快速通過離子交換桶，使其在流出物內的過渡金屬離子尚未被完全交換時即已離開離子交換桶。增加樹脂珠粒的數量也可提高總離子交換容量。此外，基板處理流出物314往上流動通過樹脂床，也使得基板處理流出物108中任何可能殘存的顆 粒可因重力之故而被分離出來並往下流動。
當樹脂床中使用膨脹的樹脂珠粒時，此樹脂床不應完全充滿離子交換桶內的容積，因為此將使樹脂珠粒彼此互相壓迫以致流出物完全無法流過其中。因此，樹脂床需含有充分量、可填充桶內約90%以下容積的樹脂珠粒，此將在桶內的樹脂床上方創造出至少約為10%的空間。此空出的容積讓樹脂珠粒可充分膨脹，也讓樹脂珠粒在流出物穿過其中時有些許移動的空間。桶的總容積一般至少約2立方英尺，更典型是在約1立方英尺至4立方英尺間。此桶可由聚酯製成並可購自Pentair of Golden Valley(MN)。
在使用全部或部分第6圖所示之離子交換桶404A-404D的另一實施方式中，流出物314可朝向重力方向(往下流動的重力方向)往下流通過該桶。此種方式在流出物不含大量固體顆粒時極為有用。舉例來說，來自電化學電鍍製程(ECP)的流出物314中所含顆粒極少或幾乎沒有，且幾乎全部由金屬離子和有機物組成。在此應用中，離子交換桶也可含有大量的陰離子交換樹脂珠粒，例如，足夠填充至少75%之該桶容積的量。但是，往下流動的流出物加上重力的力量，可形成一緊密堆靠在底部擴散器的樹脂床。對希望穿過樹脂珠粒的流出物而言，緊密堆疊的樹脂床會創造出更難通過的路徑，也因此會使流出物暴露在更大的總樹脂珠粒表面積下，因而能從流出物中萃取出更多量的過渡金屬離子。大量的樹脂珠粒也具有可提高離子交換容量的優點。
在另一方面，其可與其他方式單獨或組合後一起使用，已知包含有單一分散(monodispersion)之樹脂珠粒的樹脂床可提供效果較內含多分散(polydispersion)之樹脂珠粒的樹脂床更好的離子交換處理。所謂單分散是指由幾乎相同大小(亦即，相同直徑或面積)的樹脂珠粒所分散形成的樹脂床。當所分散的樹脂珠粒幾乎都是相同大小時，該些珠粒會靠著桶牆緊密地堆疊在一起，且因為樹脂珠粒幾乎都是相同大小，會在樹脂珠粒間形成連續的間隙，其同樣也是實質均一大小。結果，通過單分散樹脂珠粒的路徑可提供多條大小均一的流動路徑，因而可提高從流出溶液中萃取金屬離子的離子交換效率。在一種方式中，此單分散的樹脂珠粒包含平均直徑在約0.1μm至約10μm間的樹脂珠粒，或是平均直徑在約0.3μm至約1.0μm間的樹脂珠粒，例如在約0.6μm至約1.0μm間。
在每一離子交換管柱402A、402B中，桶404A及404C是作為主要桶，至於桶404B、404D則是做為研麼劑桶。研麼劑桶404B、404D是位在該主要桶404A、404C的下游並分別以管道434A、434B和該主要桶404A、404B彼此流體相通。在此系統中，當流出物314通過第一管柱402A以進行處理時，第二管柱402B就用來再生，反之亦然。在每一管柱402A、402B中，主要桶404A及404C可移除大塊金屬或其它不欲求的離子，且研麼劑桶404B、404D可進一步降低從主要桶404A及404C中輸出的流出物314內的金屬離子濃度高 達十倍(an order of magnitude)，同時還可移除流出物314中的微量元素。管柱402A、402B以及研麼劑桶404B、404D和主要桶404A、404C的組合，可使經處理的研磨漿112中的銅離子濃度低於約0.5ppm，甚至低於約0.2ppm，且典型是在約0.1ppm到0.2ppm間。每一管柱402A、402B的每一循環可萃取的銅量在約0.1公斤到約5公斤間，視送進來的基板處理流出物314中的化學物和管柱402A、402B的離子交換能力而定。
離子交換設備350更包含控制器110，其可以是其它圖示中所繪示的控制器，或是一種連接到主控制器之子控制器。此控制器110可位於控制板或控制室的遠端，並由遙控器來控制。此控制器110可以是一種微控制器、微處理器、萬用電腦或其它已知可加以應用的電腦。此控制器110典型會包含適當組態的硬體與軟體，用以操作離子交換設備350中的組成。舉例來說，此控制器110包含一種連接到記憶體和其他組件的中央處理單元(CPU)。此CPU包含能夠執行電腦可讀程式的微處理器。記憶體可以是諸如硬碟、光碟、軟磁碟、隨機存取記憶體和或其它類型的記憶體之類的電腦可讀媒介。在人類操作員和控制器110之間可存在有週邊，其可以是顯示器445(例如，螢幕)和一種輸入裝置449(例如，鍵盤)。此控制器110也可包括諸如類比式和數位式的輸入/輸出板、線性馬達趨動板或步進式馬達控制器板之類的驅動裝置。
可利用控制器110來控制閥以調節從基板處理系統 100中流出的流出物。在離子交換期間，控制器110可操作任一個幫浦446A、446B，讓流出物314可往上流動通過任一個管柱402A、402B，以無毒離子來交換流出物314中的金屬或其它有毒離子。
舉例來說，在離子交換期間，控制器110可操作幫浦446A以將流出物314從桶336抽送至離子交換管柱402A。管柱402A可從管442A接收流出物314，且流出物314會通過底部擴散器418A由下方埠口410A離開而進入桶404A中。流出物314以一種往上流動的方式(亦即，與重力方向相反的往上流動方向)穿過樹脂床405A的樹脂珠粒406A而跨越桶404A，再從上方埠口414A通過頂部擴散器420A而離開，之後通過管道434A到達研磨劑桶404B。往上流動的速率必需足以讓樹脂床405A流動以幫助金屬離子與樹脂珠粒406A的離子交換表面作用，同時並容許在桶404A內因重力之故而往下流動。流出物314中大部份的金屬都可在此階段被桶404C、404D內的樹脂珠粒加以萃出。
在經過主要桶404A的處理後，流出物314會通過其相關的下游研磨劑桶404B(其可移除殘餘的不欲求離子和化合物)。流出物314可經由底部擴散器418B穿過下方埠口410B而進入研磨劑桶404B，往上流動通過樹脂床405B中的樹脂珠粒406B並經由頂部擴散器420B而由上方埠口114B離開，到達排出管道136，經由啟動閥311而將處理過的研磨漿納入其中。藉由具有兩種不同的離子交換管柱402A、402B (每一管柱分別包含一主要桶404A、404C和一研磨劑桶404B、404D)，當需要將管柱402A重生時，即可使用管柱402B來進行離子交換，反之亦然。管柱402B的操作方式和管柱402A一樣，為簡便起見，不再重述。
實例之一，內含銅離子的基板處理流出物314是在管柱402A、402B中進行處理。主要桶404A、404C移除銅的效率高過95%，且裝設在主要桶404A、404C下游處的研磨劑桶404B、404D可進一步降低銅離子濃度高達10倍，使得經過處理的研磨漿中整體銅離子濃度低於約0.2ppm，或甚至低於約0.1ppm。每一次離子交換循環可移除約100公克到約5公斤的銅，視基板處理流出物314的化學成分以及桶404A~404D的容量而定。在一種處理方式中，主要桶404A、404B可減少被處理之流出物314的pH值至少約0.3，更典型是減少pH值至少約0.4至約0.7的範圍。若進入研磨劑桶404B、404D之研磨漿的pH值越低，則研磨劑桶404B、404D內的樹脂珠粒406B~406D就能更有效地移除流出物314中的離子，因為較低的pH值可以改善樹脂珠粒406B~406D的離子交換能力。依此方式，整個管柱402A或402B就能更有效的和兩個桶一起作用。
控制器110在收到來自偵測器448A、448B顯示偵測到已處理或部分處理之流出物314內含有高量金屬(例如，銅)的訊號後，可自動切換離子交換處理操作與管柱402A、402B之再生操作。偵測器448A、448B可以是pH值偵測器， 以偵測從任一個桶404A-404D中流出的已處理流出物的pH值是否過高。該些偵測器448A、448B也可以是用來偵側在已處理流出物是否含有過量金屬(例如，銅)的金屬濃度偵測器。在一種實施方式中，偵測器448A、448B位在主要桶404A、404B和研磨劑桶404B、404D之間，使得研磨劑桶404B、404D內的樹脂珠粒在被耗盡之前能夠被偵測到。這種方式可進一步降低含有過量金屬的基板處理流出物被釋放到外界環境的機率。用來在經處理的研磨漿中偵測銅含量的適當偵測器448A、448B包含可分析銅的比色儀，例如，雙槽式TytronicsTM型(Galvanic Applied Sciences,Lowell,MA)。
在一實施方式中，當控制器110偵測到從主要桶404A的埠口414A流出的經處理之研磨漿內銅含量急遽上升時，例如，每100加侖從主要桶404A流出的經處理之研磨漿中的銅含量上升10倍時，即可將製程切換到再生製程(regeneration)。此時，主要桶404A會被切換到再生模式，以便使主要桶404A中的樹脂珠粒406A的離子交換能力可被再生，且流出物314係通過主要桶404C中的第二管柱402B來進行離子交換。因此，控制器110在偵測到每100加侖從第一管柱上方埠口402A流出的經處理之研磨漿中的銅含量上升10倍時，就會立即將研磨漿的流動從第一管柱切換到第二管柱。也可將控制器110程式化成為在偵測到流出物的pH值變化低於約0.5時(在流出物離開主要桶之第一管柱402A後)，將流出物的流動方向從第一管柱402A切換到第二管柱 402B。
在再生模式中，陷在樹脂珠粒406A中的金屬離子(如，銅離子)，可在再生物的pH值介於約0.6~0.8的範圍時，被從樹脂上剝除。在再生循環期間，控制器110可控制幫浦446C和一閥，好讓來自再生桶450的再生物溶液可經過其各別埠口而通過樹脂桶404A-404D，以將樹脂珠粒406A~406C加以再生。離子交換設備350也可具有再生桶450，其內含再生物，例如一種稀釋的酸溶液(如，經水稀釋的硫酸)，可通過桶404A-404D內的樹脂珠粒406A~406D。以此稀釋的硫酸作為一種可用來將樹脂再生的低pH值溶液。實例之一，將再生物的流速設定成每1分鐘1加侖(1 gallon per minute,gpm)以提供充分的時間讓樹脂珠粒406A~406D可以金屬離子來交換質子。一旦完成再生循環期，就以去離子水清洗桶404A-404D以去除殘留在樹脂珠粒406A~406D中的酸。再生桶450的體積大約為10加侖到118加侖間。
第5圖為研磨液處理循環實施方式的流程圖。在步驟502中，一或多基板可在第1圖的研磨模組108的一或多研磨站120A-120C中進行處理。在步驟504中，將一或多研磨站120A-120C中所使用的研磨漿流入預處理設備中，其包括第3圖預處理設備370的任一種排列方式。舉例來說，過濾介質槽340、第一槽342、第二槽344和氧化劑槽346的一或多種組合。從研磨站開始流動的用過的研磨液，可使其在研磨期間以新研磨液形式(即，完全未用過的液體、回收液體 或其之組合)流到預處理設備370，其係以即時方式供應至研磨站，或是待在研磨站上執行的研磨循環完全結束後，將用過的研磨漿暫時儲存在桶336直到可將其引入至預處理設備370中為止。
在步驟506中，使用者可決定是否要對流出物流實施減弱(abate)。如果要減弱流出物，可將流出物流到離子交換設備350中，移除其中的金屬離子後排放。如果使用者希望回收，在506、508處代表流出物會被流到測量設備380進行分析。待測量設備380進行分析之後，步驟510代表使用者依據分析資料所做的決定，決定流出物將被回收或是減弱。若決定減弱，流出物將被流到離子交換設備350中，移除其中的金屬離子後排放。若決定回收，在512處，將流出物流到摻雜設備390A中進行重整(rehabilitated)。步驟514代表已重整的流出物是否需要額外添加未經使用的研磨液。如果決定為是，摻雜設備390A將會添加選定量之未經使用的研磨液到該經處理過的流出物中，並將該經處理過的流出物與該未經使用的研磨液流到研磨模組108中。如果決定為否，則將該經處理過的流出物流到研磨模組108中，而不由摻雜設備390A額外添加任何液體。
第6圖為另一研磨液處理循環之實施方式的流程圖。在602，一或多基板可在第1圖的研磨模組108的一或多研磨站120A-120C中進行處理。在604中，以過濾介質槽340過濾用過的研磨液或流出物。在606中，將流出物引入至一 預處理設備，例如第3、4圖所示的預處理設備370。一旦流出物被引入至預處理設備後，該流出物流即可被流到608、610、612中任一者或其之組合，其中608代表一種有機黏土介質，610代表一種活性碳介質，612代表一種由有機黏土與活性碳組成的混合物。614代表一種氧化劑來源，其可提供氧化劑到608、610、612中任一者或其之組合。待流出物流在606處通過預處理設備後，可在616處將流出物流到一種離子交換介質內。此離子交換介質可如第3、4圖所示的一樣，其適以將流出物中的金屬離子剝除後在620處加以排放或在618處加以重整。
在另一實施方式中，一旦ECMP流體從ECMP站移除後，可將其放在一儲存桶中供後續回收或直接送到POU處理單元以便於再使用前加以翻新。已翻新的ECMP流體可用在同一研磨站中或不同研磨站內。舉例來說，從第一ECMP站128回收的ECMP流體可用在第二或第三ECMP站130、132。從第二或第三ECMP站回收的ECMP流體也可以相同方式來使用。在一實施方式中，將回收的ECMP流體用在當初抽取此一ECMP流體的站內。
ECMP流體的回收較CMP漿容易，因為其顆粒、濃度和大小分佈較為均勻(這些對CMP漿來說非常關鍵，但對ECMP漿來說，則非關鍵因素)。在CMP漿中，很難使已回收的CMP漿的顆粒均勻性、濃度和大小分佈和從未使用過的CMP漿一樣。為確保回收的銅CMP漿能夠達到與從未使用過 的CMP漿一樣標準，必須小心地過濾、移除銅和進行化學重組。該CMP漿的副產物與稀釋將決定回收的能力和效果。
相反的，ECMP流體可含有低於1%的固體。在研磨銅時，以電化學電鍍之ECMP流體來移除銅，因此並不依賴研磨劑顆粒濃度、均勻性和大小分佈。研磨後，該ECMP流體可包含由高度緩衝的離子電解質溶液和某些懸浮固體(來自ECMP製程或包括有研磨劑或使用相同研磨劑的其他步驟之混合ECMP製程後所產生的一種緩衝處理)所組成的混合物。所用的ECMP流體可含有緩衝劑、抑制劑、金屬錯化劑和某些銅。在一種實施方式中，銅量係低於100ppm。
可利用過濾、移除銅、進行化學重組、水剝除及其之組合等方式來回收ECMP流體。將ECMP的POU處理單元設置在現場供立即使用及回收ECMP流體可能是有利的。在一種實施方式中，ECMP之POU處理單元係與ECMP工具耦接以於使用後直接回收和翻新該ECMP流體。在另一種實施方式中，可將該ECM流體從現場移開並等到以後才在相同或不同的ECMP工具內加以回收供日後使用。
測量ECMP流體中的含銅量以決定是否該銅濃度低於預定閥值。如果銅含量高於該閥值，則可利用離子交換、沉澱、吸附在其他介質上、電化學減低等方式來移除銅。為了確保能捕捉並移除銅陽離子，同時不影響其他陽離子，可使用銅的螯合劑和對銅具有專一性的離子交換樹脂。如果除了銅陽離子外還要移除其他陽離子，ECMP流體的化學組成可 能會改變，因此，將使得回收後的ECMP流體不適於用在欲求的ECMP流體混合物中。在此狀況下，該ECMP流體可能需要摻雜額外的化學組成以便將此ECMP流體翻新。在一種實施方式中，可使用含有鉀的螯合和/或緩衝劑。在另一種實施方式中，可使用銨的螯合和/或緩衝劑。可用的對銅具有專一性的螯合性樹脂包括可吸附過渡金屬離子(相對於第I族或第II族陽離子而言)的樹脂，其可購自Resin Tech、Dow、Purolite、Bayer、Rohm & Haas等公司。可使用的專一性樹脂包括IDA、氨碁磷酸和bispicolylamine。
在一種實施方式中，銅陽離子可和質子系、鈉系、鉀系或銨系樹脂進行離子交換。舉例來說，以兩個質子交換一個二價銅離子，最終會導致ECMP流體的pH值下降。用來移除銅之離子交換機制的主要觀點是和銅陽離子進行交換的化學體不會對欲重新使用的ECMP流體造成不利的影響。
可透過調整流體的pH值來翻新ECMP流體。測量ECMP流體的pH值，之後摻雜入適量的鹼或酸到ECMP流體中來改變該ECMP流體的pH值到欲求範圍。也可加入諸如檸檬酸或磷酸之類的pH緩衝劑來將pH值控制在欲求範圍內或在一固定值。
在一實施例中，可透過添加特定化學物到流體中來翻新該ECMP流體。可選擇性地在該ECMP流體中加入適量的加速劑、抑制劑、介面活性劑、濕潤劑、及其他化學物，使得該用過的ECMP流體的化學性質和濃度與未用過的 ECMP流體相同。可依據測得的組成之化學濃度與全新的ECMP流體中的組成相比，來選擇性地加入或摻雜個別組成到用過的ECMP流體的特定部分中。一旦將測得的濃度與已決定的濃度相比，就可知道所需添加到用過的ECMP流體的特定部分中的個別組成含量或濃度。在一實施方式中，沒有測量且將預訂量之選定組成摻雜到該選定流體部分中。
在一實施方式中，可利用添加預定量之全新ECMP流體到選定部分來翻新該用過的ECMP流體。在一實施方式中，可依據測得的ECMP化學組成濃度與全新ECMP流體比較的結果，來決定必需加入的全新ECMP流體的量。全新的ECMP流體可稀釋在用過的ECMP流體之選定部分內的銅濃度，並提供新鮮的化學組成給ECMP流體，以供後續使用。在一實施方式中，沒有測量且將一預訂量之全新ECMP流體摻雜到該選定流體部分中。
可利用整合在該ECMP回收站內的測量裝置來測量ECM流體中各組成的濃度。可在執行ECMP製程前、後或兩者，進行測量。利用在ECMP製程前和製程後進行測量，可比較ECMP製程前、後的狀態，以確保流體處理的效率和/或ECMP流體的規格和/或鑑別出可能對ECMP製程不利的化學成分。比較處理後的量測值與預定濃度，來決定出應摻雜到用過的ECMP流體選定部分中的各個別組成量。可能發生的量測值和化學性質的實例包括總有機碳濃度、pH、傳導性、銅濃度、總懸浮物固體量、渾濁度及其他。可利用拉曼光譜 儀或其他已知的量測法來獲得這些測量值。
可經由迴路或另一路徑來循環該ECMP流體，直到其被再度使用為止。在循環迴路或路徑中，可對該流體實施過濾、減弱、重組、流體力學或其他處理，以最佳化該流體的物化性質。可以批次模式或在桶內或連續模式來對該流體實施再處理。
在一實施方式中，處理流程可以如下方式進行。先提供基板到ECMP工具內(其具有至少二個單獨的ECMP站)第一ECMP站的第一平台上。之後，提供ECMP流體，同時在一塊材研磨步驟中研磨該基板。待完成塊材研磨後，將用過的ECMP流體從第一ECMP站中排出並再度捕捉該用過的ECMP流體中的選定部分。測量此來自ECMP站之用過的ECMP流體的選定部分的銅濃度、污染物濃度、和起始物濃度、導電性和/或pH值。同時，以去離子水沖洗該第一ECMP站。測量後，透過剝除銅離子、移除污染物、以未用過的ECMP流體稀釋該用過的ECMP流體的選定部分、和/或以該ECMP流體的個別組成來摻雜該用過的ECMP流體的選定部分等方式，而可翻新該用過的ECMP流體的選定部分。之後，將基板移到第二ECMP站，在此站內，係以未用過的ECMP流體和至少一部份從第一ECMP站回收的ECMP流體來進行研磨。研磨基板來去除未在塊材研磨過程中移除的殘餘材料。當基板在第二ECMP站內研磨期間，另一基板係以如上所述方式於第一ECMP站內進行研磨。之後，可將第二ECMP站 內一選定部分的ECMP流體排出到用來回收第一站之ECMP流體的相同的POU處理單元中，並以和如上所述相同方式處理。之後，以如上所述方式測量來自第二ECMP站之用過的ECMP流體的選定部分，並將其與來自第一ECMP站之用過的ECMP流體的選定部分合併。之後，繼續處理此組合後的用過的ECMP流體的選定部分，並隨這後續基板處理而將其提供給第一和第二ECMP站。
在另一實施方式中，處理流程可以為如下方式。先提供基板到ECMP工具內(其具有至少二個單獨的ECMP站)第一ECMP站。之後，提供ECMP流體到在第一ECMP站並研磨該基板。接著，將用過的ECMP流體的選定部分排到POU處理單元中並測量其中的銅濃度、污染物濃度、和起始物濃度、導電性和/或pH值。同時，以去離子水沖洗該第一ECMP站。可以如上所述方式翻新從第一ECMP站來的用過的ECMP流體的選定部分。之後，將基板移到第二ECMP站，並提供第二ECMP流體來研磨該基板。可以類似上述實施在從第一ECMP站回收的ECMP流體之選定部分上的方式，來回收來自第二ECMP站之用過的ECMP流體的一選定部分，但是來自第二ECMP站之用過的ECMP流體的一選定部分可被回收到另一單獨的POU處理單元中。當基板被移到第二ECMP站時，可提供另一基板到該第一ECMP站，並提供來自第一ECMP站之回收的ECMP流體和未用過的ECMP流體到該第一ECMP站內。待兩塊基板都完成處理後，再度回收第一 ECMP流體到該第一ECMP站，同時移動基板到第二ECMP站內，並以回收的第二ECMP流體和未用過的第二ECMP流體之組合來研磨基板。
在另一實施方式中，可依如下順序來執行製程。提供基板到ECMP站。提供第一ECMP流體到該ECMP站中以研磨基板。研磨後，將該第一ECMP流體之選定部分排放到第一POU處理單元，該流體可在此POU處理單元中依前述方式加以回收。待該第一ECMP流體之選定部分被排放後，提供去離子水到該ECMP站中以清洗該站。之後，提供第二ECMP流體(與該第一ECMP流體不同)到該ECMP站中以研磨基板。之後，將該第二ECMP流體之選定部分排放到第二POU處理單元，該流體可在此POU處理單元中依前述方式加以回收。接著，將基板移出並再次清洗ECMP站。提供第二基板到到該ECMP站。可以未曾使用過的ECMP流體和回收的ECMP流體來研磨該第二基板。可依前述方式將該用過的ECMP流體之選定部分從ECMP站中排出並加以回收。再次以去離子水清洗ECMP站。可使用未用過的第二ECMP流體和回收的第二ECMP流體來研磨基板。之後，再依前述方式將該用過的ECMP流體之選定部分從ECMP站中排出並加以回收。
在另一實施方式中，可依如下順序來執行製程。提供基板到ECMP站。提供第一ECMP流體到該ECMP站中以研磨基板。研磨後，將該第一ECMP流體之選定部分排放到 第一POU處理單元，該流體可在此POU處理單元中依前述方式加以回收以符合第二ECMP流體的特性。待該ECMP流體之選定部分被排放後，提供去離子水到該ECMP站中以清洗該站。之後，提供第二ECMP流體(與該第一ECMP流體不同)到該ECMP站中以研磨基板。之後，將該第二ECMP流體之選定部分排放到該POU處理單元，該流體可在此POU處理單元中依前述方式加以回收，以符合該第一ECMP流體的特性。接著，將基板移出並再次清洗ECMP站。提供第二基板到到該ECMP站。可以未曾使用過的ECMP流體和回收的ECMP流體按照前述方式來研磨該第二基板。
以上已針對ECMP流體的實施方式詳加說明，但須知本發明其他實施方式也可應用在含有研磨顆粒之ECMP混合流體中。當使用ECMP混合流體時，補充該流體時可能涉及需先將研磨顆粒分離出來的步驟。此ECMP混合流體必須由另一與不含研磨顆粒之ECMP流體不同的排放管進行排放，使得研磨顆粒不會與該不含研磨顆粒之ECMP流體彼此混合。這種混合可能會導致該不含研磨顆粒之ECMP流體被污染。
因此，ECMP流體可被回收並翻新而重複使用多次。回收及翻新該ECMP流體可提供一種調味效果，使得此回收及翻新的ECMP流體可較從未用過的ECMP流體更迅速、有效地運作。藉由回收此用過的ECMP流體的特定部分，可以更有效率的方式進行ECMP製程。
雖然已參考前述實施態樣對本發明進行了描述，但是，很明顯的，根據前面的描述，許多替代性變化和變體對於本領域技術人員來說是顯而易見的。因此，本發明包含所有落入所附權利要求的精神和範疇之內的這樣的替代性變化和變體。
100‧‧‧處理系統
110‧‧‧控制器
302‧‧‧原研磨流體源
311、312、313、315、316、321、323、327‧‧‧閥
304‧‧‧加速劑源
306‧‧‧抑制劑源
308‧‧‧表面活性劑源
310‧‧‧溼潤劑源
314‧‧‧流出物
318‧‧‧酸源
320‧‧‧鹼源
322‧‧‧拉曼光譜儀
324‧‧‧UV-可見光光譜儀
326‧‧‧紅外光光譜儀
328‧‧‧近-紅外光光譜儀
330‧‧‧折射率測量源
332‧‧‧液體導電性測量源
334‧‧‧pH測量源
336‧‧‧儲存桶
340‧‧‧過濾介質槽
342‧‧‧第一槽
344‧‧‧第二槽
346‧‧‧氧化劑槽
347‧‧‧氧化劑源
347‧‧‧氧化作用活化源
350‧‧‧離子交換設備
352‧‧‧再生廢棄桶
370‧‧‧預處理裝置
380‧‧‧測量裝置
390A、390B‧‧‧摻雜裝置

Claims (14)

  1. 一種用來處理在基板製程期間所產生的廢棄流出混合物的方法，包括以下步驟：將包括螯合的金屬錯化物的一廢棄流出物從一基板處理系統流至一廢棄流出物處理設備，該廢棄流出物處理設備包含一氧化劑槽、一有機黏土介質、一活性碳介質、以及一離子交換樹脂；將一氧化劑從該氧化劑槽添加至該廢棄流出物，以打斷螯合的金屬錯化物並且從該廢棄流出物移除有機材料；將該廢棄流出物流動通過該有機黏土介質，以移除含碳材料；將該廢棄流出物流動通過該活性碳介質，以從該廢棄流出物移除含碳材料與鹵素物質；及將該廢棄流出物流動通過該離子交換樹脂，以從該廢棄流出物移除金屬離子。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該氧化劑包含過氧化氫或臭氧。
  3. 如請求項2所述的方法，其中該氧化劑係以UV光照射。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該廢棄流出物係流動通過該有機黏土介質後再接著通過該活性碳介質。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該廢棄流出物係流動通過該活性碳介質後再接著通過該有機黏土介質。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該廢棄流出物係流動通過該有機黏土介質與該活性碳介質的混合物。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該廢棄流出物包含一研磨溶液，且該螯合的金屬錯化物包含銅和EDTA。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該廢棄流出物與從該基板處理系統流過來的清洗水係維持在彼此分開的狀態。
  9. 如請求項8所述的方法，其中在添加該氧化劑之前，該廢棄流出物係先經過一過濾介質而過濾。
  10. 一種用來處理在基板製程中所產生的廢棄流出混合物的設備，包含：一導管系統，其設計成耦接一基板處理系統以接收來自該基板處理系統的廢棄流出混合物流；一氧化劑槽，其耦接該導管系統並與一氧化劑源彼此流體相通，其中該氧化劑槽將一氧化劑從該氧化劑源提供至該 廢棄流出混合物，以打斷該廢棄流出混合物中的螯合的金屬錯化物，且從該廢棄流出混合物移除有機材料；一有機黏土過濾槽，其耦接到該導管系統並包含一有機黏土介質，其中該有機黏土過濾槽將含碳材料從該廢棄流出混合物移除；一活性碳過濾槽，其耦接到該導管系統並包含一活性碳介質，其中該活性碳過濾槽將含碳材料與鹵素物質從該廢棄流出混合物移除；和一樹脂管柱，其耦接到該導管系統並包含一陰離子交換樹脂，其中該陰離子交換樹脂將金屬離子從該廢棄流出混合物移除。
  11. 如請求項10所述的設備，更包含一過濾介質，其耦接到該導管系統且其在該基板處理系統與該有機黏土過濾槽間為流體相通。
  12. 如請求項10所述的設備，更包含一UV輻射源，其設計用來照射該氧化劑源或該氧化劑槽。
  13. 如請求項10所述的設備，其中該氧化劑槽設置在該有機黏土過濾槽的上游。
  14. 如請求項10所述的設備，其中該有機黏土過濾槽設置在 該活性碳過濾槽的上游。
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