专利名称：一种抛光液的循环再利用方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种在晶圆的研磨过程中所利用到的抛光液的循环再利用的方法。
背景技术：
在半导体制造过程中，需要反复的使用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)工艺对晶圆进行平坦化处理。如金属间绝缘介质(IMD)的平坦化，及用于钨(W)的平坦化，随后用于浅沟槽隔离(STI)和铜(Cu)的平坦化等。利用机械力对晶圆表面作用，在表面薄膜层产生断裂腐蚀的动力，而这部分必须籍由抛光液(或研磨液)中的化学物质通过反应来增加其蚀刻的效率。而抛光液、晶圆与研磨垫之间的相互作用，便是 CMP中发生反应的焦点。CMP制程中最重要的两大组件便是抛光液和研磨垫。抛光液通常包含一些很细的氧化物粉末分散在溶液中，在CMP制程中，先让抛光液填充在研磨垫的空隙中，并提供了高转速的条件，同时控制下压的压力等其它参数，让晶圆在高速旋转下和研磨垫与抛光液中的粉粒发生作用而被研磨。此过程中，会产大量的直径比较大的杂质或其他固态颗粒溶入在抛光液中，导致抛光液不能直接再重复使用。因此，作为化学机械研磨工艺的最为主要的消耗材料，目前还没有既能过滤掉废弃抛光液中的杂质，又能减少对抛光液产生化学影响的循环再利用回收废弃抛光液的方法，从而造成大量抛光液的浪费，增大了 CMP工艺的成本。美国专利(专利号5664990， SLURRY RECYCLE IN CMP APPARATUS)公布了一种抛光液的回收方法，但是其收集的使用过的抛光液需要和新的抛光液进行混合后并实施过滤才能得到，期间还需要加入其它各种辅助化学试剂，该方法的制作步骤比较繁杂并且其陈本不菲。
发明内容
本发明公开了一种抛光液的循环再利用方法，其中，包括以下步骤
步骤Si、在研磨晶圆所产生的废弃抛光液中通入可挥发性氧化剂，用于氧化废弃抛光液中的杂质，使杂质进行氧化而生成颗粒较大的氧化反应物；
步骤S2、用过滤装置多次重复过滤经过步骤Sl处理后的抛光液，以去除抛光液中颗粒较大的固体物；
其中，颗粒较大的固体物包括所述杂质经氧化而生成的氧化反应物，以及晶圆在研磨过程中所产生的反应物和沉淀物；
步骤S3、用逆渗透法去除经过步骤S2处理后的抛光液中多余的水，通过半透膜隔离抛光液与去离子水，并对抛光液施加压力使得水分子从浓度高的抛光液通过半透膜流向浓度低的去离子水中；
步骤S4、提取经步骤S3所处理并回收的抛光液的PH值，将该PH值与正常抛光液的PH 值进行比较，如果该PH值正常，则利用回收的抛光液继续作为研磨液所用；如果该PH值异常，则在回收的抛光液中添加PH稳定剂。
上述的抛光液的循环再利用方法，其中，所述步骤Sl中可挥发性氧化剂为双氧水。上述的抛光液的循环再利用方法，其中，在所述步骤S2中，选取过滤掉颗粒直径大小在100-500nm之间的固体物。上述的抛光液的循环再利用方法，其中，在所述步骤S2中去除颗粒直径大于 300nm的固体物。上述的抛光液的循环再利用方法，其中，所述步骤S2中过滤方法为梯度密度过滤法
首先利用过滤孔较大的过滤网初步过滤掉抛光液中颗粒直径大一些的固体物，然后再进一步利用过滤孔较小的过滤网过滤掉颗粒直径小一些的固体物。上述的抛光液的循环再利用方法，其中，在进行所述步骤S2和步骤S3的同时，从所述抛光液中挥发出所述挥发性氧化剂，以避免对抛光液成分产生影响。上述的抛光液的循环再利用方法，其中，还包括检测经步骤S3所处理并回收的抛光液中的固体物的含量，如果颗粒直径较大的固体物残存量超标，则对回收的抛光液继续实施步骤S2的处理。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种抛光液的循环再利用方法， 通过提高回收利用的废弃抛光液的质量，实现抛光液的循环利用，从而降低了化学机械研磨工艺的成本，且循环利用的工艺简单，易于实现操作。
图1-3是本发明抛光液的循环再利用方法的流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明
如图1-3所示，由于CMP的过程已被本领域的技术人员所熟知，因此本发明不再对其进行赘述，为了简洁起见，晶圆及其研磨过程在附图中并未展示，其中，本发明所提供的一种优选方式的抛光液的循环再利用方法，包括以下步骤
参见图1所示，将已经使用过的废弃抛光液收集到反应容器1中，抛光液中存在由于晶圆被研磨而产生的一些容易被氧化的杂质(如硅碎屑)，此时向废弃抛光液中通入挥发性的氧化剂如双氧水等。其目的在于，使得废弃抛光液中的这些易于被氧化的杂质与氧化剂发生反应，从而被氧化生成颗粒较大(主要是颗粒的体积、直径较大)的反应物--氧化反应物11，氧化反应物11的重量达到一定程度就会形成沉淀物。其间，由于分散在抛光液中的有效研磨成分是氧化硅或者氧化铈等，而氧化剂通常是不与氧化硅或者氧化铈发生反应， 所以通入至废弃抛光液中的氧化剂对抛光液的化学性质不会产生任何不利影响。其中，生成的大颗粒反应物--氧化反应物11的直径一般在100-500nm之间，这有利于本发明后续对其进行过滤。之后，抛光液中所存在的颗粒较大的固体物10 (如虚线IA所框定)既包括废弃抛光液中的杂质经氧化而生成的氧化反应物11，也包括晶圆在研磨过程中所产生的反应物12和其他沉淀物13，在不同物质的研磨阶段，所产生的反应物12或沉淀物13也会有所不同，例如产生的一些金属或硅的氧化物，或是晶圆被研磨掉而产生的颗粒直径较大
4的残留物等。参见图2所示，之后将经上述步骤进行氧化发生反应后的废弃抛光液再通过过滤装置(如过滤网)实施过滤，以除去抛光液中的颗粒较大的固体物10。在一种优选实施方式中，采用梯度密度过滤法进行过滤，利用过滤孔依次由大至小的多重过滤网对抛光液依次进行过滤处理。图2中，作为示范，抛光液依次通过四个过滤网21、22、23和M进行过滤， 而过滤网21、22、23和M的过滤孔依次减小，值得注意的是，实际过滤过程中所用到的过滤网的个数可以不限制于图示的过滤网的四个，可以根据需要进行调整。换言之，当反应容器 1中的废弃抛光液依次通过过滤网21、22、23和M进行过滤时，首先，经过过滤网21时把抛光液中颗粒直径大一些的固体物10过滤掉；然后，再经过过滤网22时把颗粒直径小一些的固体物10过滤掉；并以此类推，经过过滤网23和M时依次过滤掉其他颗粒直径更小一些的固体物10。最后抛光液中剩余的颗粒固体物的直径可以通过所采用的过滤网的过滤孔的尺寸大小进行控制，例如选取过滤掉颗粒直径大小在100-500nm之间的固体物，可以控制剩余的颗粒固体物在100纳米以内；在一种优选实施方式中，可以考虑过滤掉固体物10中颗粒直径大于300nm的固体物，则抛光液中剩余的颗粒固体物在300纳米以内。本发明的另一个优点在于，过滤网21、22、23和对可以经过处理，如清洗等工艺后进行回收并可以再次重复使用。其中，利用过滤网对抛光液进行过滤的步骤可以进行多次重复操作，以充分将颗粒较大的固体物10移除。参见图3所示，再采用逆渗透法去除过滤好的抛光液32中多余的水。即将渗透膜 4间隔设置在抛光液32与去离子水(如纯水)31之间，通过对过滤好的抛光液32施加一定的压力(如箭头5所示)，使得抛光液32中所包含的水分子从浓度高的抛光液32中通过渗透膜4流向去离子水31中，以去除过滤好的抛光液32中多余的水分。上述步骤中，由于本发明采用挥发性的氧化剂，所以无论是在颗粒较大的固体物的过滤过程中，还是逆渗透法去除过滤好的抛光液32中多余的水的过程中，剩余未参与反应的可挥发性氧化剂可以顺利的从抛光液中挥发出去，从而不会对抛光液中的化学成分造成不利影响。最后，完成逆渗透法之后，可提取部分回收后的抛光液进行测量，以与新抛光液中的成分剂量作对比，如PH值及相关的其他固体含量是否达标，若PH值不达标可通过添加PH 值稳定剂以使其达标，若相关的其他固体含量未达标(如颗粒直径较大的固体物残存量过多)可选择重复过滤的步骤，也可以选择重复进行过滤、逆渗透的步骤以使回收后的抛光液达标。为了保证CMP工艺的性能，也可以适当的在CMP工序的前半部分工艺使用回收的抛光液，而后续剩余的CMP工艺部分使用新的抛光液，这样既可以节省成本也保证了 CMP工艺的性能。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明一种抛光液的循环再利用方法，通过采用氧化反应、过滤和渗透的工艺，使得回收的废弃抛光液质量相对较高，不仅实现抛光液的循环利用，从而降低了化学机械研磨工艺的成本，且循环利用的工艺简单，易于实现操作。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种抛光液的循环再利用方法，其特征在于，包括以下步骤步骤Si、在研磨晶圆所产生的废弃抛光液中通入可挥发性氧化剂，用于氧化废弃抛光液中的杂质，使杂质进行氧化而生成颗粒较大的氧化反应物；步骤S2、用过滤装置多次重复过滤经过步骤Sl处理后的抛光液，以去除抛光液中颗粒较大的固体物；其中，颗粒较大的固体物包括所述杂质经氧化而生成的氧化反应物，以及晶圆在研磨过程中所产生的反应物和沉淀物；步骤S3、用逆渗透法去除经过步骤S2处理后的抛光液中多余的水，通过半透膜隔离抛光液与去离子水，并对抛光液施加压力使得水分子从浓度高的抛光液通过半透膜流向浓度低的去离子水中；步骤S4、提取经步骤S3所处理并回收的抛光液的PH值，将该PH值与正常抛光液的PH 值进行比较，如果该PH值正常，则利用回收的抛光液继续作为研磨液所用；如果该PH值异常，则在回收的抛光液中添加PH稳定剂。
2.根据权利要求1所述的抛光液的循环再利用方法，其特征在于，所述步骤Sl中可挥发性氧化剂为双氧水。
3.根据权利要求1所述的抛光液的循环再利用方法，其特征在于，在所述步骤S2中，选取过滤掉颗粒直径大小在100-500nm之间的固体物。
4.根据权利要求3所述的抛光液的循环再利用方法，其特征在于，在所述步骤S2中去除颗粒直径大于300nm的固体物。
5.根据权利要求1所述的抛光液的循环再利用方法，其特征在于，所述步骤S2中过滤方法为梯度密度过滤法首先利用过滤孔较大的过滤网初步过滤掉抛光液中颗粒直径大一些的固体物，然后再进一步利用过滤孔较小的过滤网过滤掉颗粒直径小一些的固体物。
6.根据权利要求1所述的抛光液的循环再利用方法，其特征在于，在进行所述步骤S2 和步骤S3的同时，从所述抛光液中挥发出所述挥发性氧化剂，以避免对抛光液成分产生影响。
7.根据权利要求1所述的抛光液的循环再利用方法，其特征在于，还包括检测经步骤 S3所处理并回收的抛光液中的固体物的含量，如果颗粒直径较大的固体物残存量超标，则对回收的抛光液继续实施步骤S2的处理。
全文摘要
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种在晶圆的研磨过程中所利用到的抛光液的循环再利用的方法。本发明提出一种抛光液的循环再利用方法，通过提高回收利用的废弃抛光液的质量，实现抛光液的循环利用，从而降低了化学机械研磨工艺的成本，且循环利用的工艺简单，易于实现操作。
文档编号B24B37/02GK102423871SQ201110183450
公开日2012年4月25日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者张守龙, 白英英, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司