本发明专利技术提供了用于在利用化学机械抛光(CMP)研磨浆料抛光基板后再循环该化学机械抛光(CMP)研磨浆料的系统及方法。该方法包括：使来自共混罐的回收CMP浆料循环通过超滤设备并返回至该共混罐中，该超滤设备将预定量的水自该回收浆料移除以形成浆料浓缩物；任选地，将该浓缩物的pH调节至预定目标水平；并且，任选地，将选定的化学添加剂组分和/或水以足以形成适用于CMP过程的重新组成的CMP浆料的量添加至该浓缩物中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及化学机械抛光(CMP)组合物及方法。更具体地，本专利技术涉及用于使CMP浆料再循环的方法，以及用于实施研磨剂颗粒的这样的再循环、捕集及再利用的系统。
技术介绍
用于基板表面的化学-机械抛光的组合物及方法在本领域中是公知的。用于半导体基板(例如集成电路)表面的CMP的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)典型地含有研磨剂、流体、各种添加剂化合物及其类似物。通常，CMP包括表面的同时发生的化学及机械研磨，例如，磨除上覆第一层以暴露其上形成有该第一层的非平面的第二层的表面。一种这样的方法描述于Beyer等人的美国专利第4，789，648号中。简言之，Beyer等人公开了一种CMP方法，其使用抛光垫及浆料以比移除第二层快的速率移除第一层，直至材料的上覆第一层的表面变得与被覆盖的第二层的上表面共平面为止。化学机械抛光的更详细说明参见美国专利第4，671，851号、第4，910，155号及第4，944，836号中。在CMP过程期间，CMP浆料典型地变得稀释并且被碎屑、金属离子、氧化物及其它化学物质污染，使得连续地将浆料施用于垫上并将浆料自该垫移除成为必需的。浆料可在多次抛光运行中再利用的程度基于CMP领域中公知的许多因素而变化。最终，用过的浆料必须由新鲜浆料替代。在常规的CMP技术中，基材载体或抛光头安装在载体组件上且定位成与CMP装置中的抛光垫接触。载体组件向基材提供可控的压力，迫使基材抵靠着抛光垫。该垫与载体及其附着的基材相对于 彼此移动。该垫与基材的相对移动起到研磨基材的表面以从基材表面移除材料的一部分由此抛光基材的作用。基材表面的抛光典型地进一步借助于抛光组合物的化学活性(例如，借助于存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性。典型的研磨剂材料包括二氧化硅、氧化铈、氧化招、氧化错和氧化锡。例如，Neville等人的美国专利第5，527，423号描述了通过使金属层的表面与包含悬浮于水性介质中的高纯度金属氧化物细粒的抛光浆料接触来化学机械抛光金属层的方法。或者，可将研磨剂材料引入到抛光垫中。Cook等人的美国专利第5，489，233号公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，且Bruxvoort等人的美国专利第5，958，794号公开了固定研磨剂抛光垫。CMP浆料包含许多潜在地可再循环及再利用的有价值的组分。浆料中的研磨剂颗粒构成特别吸引人的用于再循环的组分。如上所述，研磨浆料通常被源自正在抛光的物件的材料以及来自抛光垫的材料和CMP浆料组分自身的分解产物所稀释及污染。因此，浆料再循环可为复杂的过程，其因再循环技术的效率低而涉及大量加工步骤及材料损失。此外，再循环材料(如再循环研磨剂)优选应具有尽可能接近最初使用前的原始浆料中所存在的材料的化学及物理性质的那些性质。因此，仍需要用于再循环CMP浆料材料如CMP研磨剂、以及用于自再循环材料制备重新组成(reconstitute)的CMP楽;料的系统和方法。本专利技术解决了该持续需求。本专利技术的这些和其它优点以及额外的专利技术特征将从本文中所提供的本专利技术的描述明晰。
技术实现思路
本专利技术提供了用于在利用含研磨剂的化学机械抛光(CMP)水性(aqueous)浆料抛光基板后再循环自抛光操作回收的该浆料的方法。该方法包括以下步骤(a)利用低剪切泵(如无轴承磁力离心泵或类似的泵)，使来自共混罐的回收CMP浆料循环通过超滤设备(例如，包含单个超滤器或者以串联、并联或这两者的方式排布的多个超滤器的超滤设备)并返回至该共混罐中；该超滤设备将预定量的水自回收浆料移除以形成具有约2-约40重量％的选定目标研磨剂颗粒浓度的浆料浓缩物；(b)任选地，将选定的离子自该浆料浓缩物的水相移除；(c)任选地,将一定量(适量，an amount of)的优选包含研磨剂颗粒及化学添加剂的非再循环的新鲜CMP研磨浆料(例如，与由其产生回收浆料的浆料相同或相似类型的新鲜浆料)添加至该浆料浓缩物；(d)任选地，将该浓缩物的pH调节至预定目标水平；(e)任选地，将选定的化学添加剂组分和/或水添加至该浓缩物 '及(f)自该共混罐收取适用于CMP过程的重新组成的CMP浆料。该方法还任选地包括用于在超滤设备中浓缩前将粗碎屑(例如，垫碎屑)自稀释的浆料废料移除的装置。在一些优选实施方案中，自罐收取的重新组成的浆料在使用期间展现出在相应的非再循环的新鲜CMP浆料(例如，由其得到废浆料的类型)的设定的使用特性点(pointof use characteristics)内的抛光性能特性、物理性质及化学性质。本文所用的短语“使用特性点”是指当新鲜浆料用于CMP操作(例如，稀释至使用浓度点(point of useconcentration)并与使用添加剂(如氧化剂)的任意点混合)时针对该新鲜衆料所典型地观测到的抛光性能特性、物理性质及化学性质(例如，材料移除速率、pH、研磨剂颗粒浓度、化学添加剂类型及浓度等)。在一个具体实施方案中`，该方法包括(a)在共混罐中合并自CMP操作回收的一种或多种用过的CMP浆料批料；(b)在相对低的剪切条件下共混该经合并的回收浆料批料以形成回收的CMP浆料；(c)使来自该共混罐的回收的CMP浆料循环通过超滤设备并返回至该罐中；该超滤设备将预定量的水自该回收的CMP浆料移除以形成具有约2-约40重量％(例如，约5-约30%、约10-约25%)的选定目标研磨剂颗粒浓度的浆料浓缩物；(d)任选地，将选定的离子自浆料浓缩物的水相移除；(e)任选地，将该浆料浓缩物与一定量的非再循环的新鲜CMP研磨浆料(优选与由其获得废研磨浆料的浆料相同或相似类型的新鲜CMP研磨浆料)组合；(f)任选地，将浆料浓缩物的pH调节至预定目标水平；(g)任选地，将选定的化学添加剂组分和/或水添加至该浆料浓缩物 '及(h)自该罐收取适用于CMP过程的重新组成的CMP浆料。在另一方面中，本专利技术还提供化学机械抛光(CMP)浆料再循环系统，该系统包括(a)适用于容纳及共混自至少一个抛光过程回收的回收CMP浆料的共混罐，该罐包括适用于将该回收CMP浆料及其它化学物质引入至该罐中的入口、以及出口 ；(b)与该共混罐的至少两个间隔部分流体连通的流体循环管线；(c)与该循环管线流体连通的在线超滤设备，该超滤设备适用于从正在循环通过该设备的回收CMP浆料中移除水；(d)在线泵，其与该循环管线流体连通，以推动来自所述罐的该回收CMP浆料通过该循环管线及超滤设备并返回至该罐中 ’及(e)阀门，其可操作地连接至该共混罐的所述出口，用以可控地将再循环浆料浓缩物自该罐移出。在另一方面中，本专利技术还提供化学机械抛光(CMP)浆料再循环系统，该系统包括(a)适用于自一个或多个抛光操作收集废物流的接收罐；(b)任选地，用于将粗的废料自废物流移除的预分离设备；(C)在线超滤设备，该超滤设备适用于从正在循环通过该设备的CMP浆料中移除水；(d)低剪切在线泵(例如无轴承磁力离心泵)，其与该循环管线流体连通，以推动来自所述罐的该CMP浆料通过该循环管线及超滤设备并返回至该罐中；及(e)任选地，用于存储该浓缩浆料的收集容器；(f)用于调节浓缩后的浆料的PH及化学组成的适宜装置；(g)用于引入一部分非本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.18 US 61/374,8071.用于再循环自抛光过程回收的含研磨剂的化学机械抛光(CMP)水性浆料的方法，该方法包括以下步骤 (a)使来自共混罐的该回收CMP浆料循环通过超滤设备并返回至该罐中，该超滤设备将预定比例的水自流经该超滤设备的所述回收CMP浆料中移除，直至该罐中的所述浆料内的研磨剂颗粒浓度是在约2-约40重量％的选定目标研磨剂颗粒浓度之内； (b)任选地，将选定的离子自该回收浆料的水相移除； (c)任选地，将一定量的非再循环的新鲜CMP浆料添加至该回收CMP浆料中； (d)任选地，将该回收浆料的pH调节至预定目标水平； (e)将选定的化学添加剂组分和/或水添加至该回收浆料以形成重新组成的CMP浆料；及 (f)自该共混罐收取该重新组成的CMP浆料。2.权利要求1的方法，进一步包括如下步骤使该罐中的至少部分所述回收CMP浆料循环通过离子交换设备，以降低该回收浆料的所述水相中的一种或多种选定离子的浓度。3.权利要求1的方法，其中，将该回收CMP浆料的pH调节至约1.5-约12. 5的值。4.权利要求1的方法，其中，该回收CMP浆料包含二氧化硅、胶体二氧化硅、热解二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锆、氧化锡、掺杂氧化铝的二氧化硅、经氧化钇稳定化的氧化锆、或它们的任意组合。5.权利要求1的方法，其中，将一定量的非再循环的新鲜CMP浆料添加至该回收CMP浆料中的步骤足以将该回收CMP浆料的粒度分布调节至预定值。6.权利要求1的方法，其中，该超滤设备包括多个串联的超滤器。7.权利要求1的方法，包括如下的额外步骤在使该浆料循环的同时，监控该回收CMP浆料的一个或多个选定的化学和物理参数。8.用于再循环自至少一个抛光过程回收的用过的含研磨剂的化学机械抛光(CMP)水性浆料的方法，该方法包括 (a)在共混罐中组合一种或多种回收的CMP浆料； (b)在相对低的剪切条件下共混所述回收的CMP浆料，以形成共混的回收CMP浆料； (c)通过使来自该共混罐的该共混的回收CMP浆料通过超滤设备来浓缩该共混的回收浆料，该超滤设备移除预定比例的水，直至该共混的回收浆料中的研磨剂颗粒的浓度是在约10-约25重量％的选定目标研磨剂颗粒浓度之内，以形成浓缩回收浆料； (d)任选地，将选定的离子自该浓缩的回收浆料中移除； (e)任选地，将该...
【专利技术属性】
技术研发人员：N阿莫罗索，B托拉，D波尔德里奇，
申请(专利权)人：嘉柏微电子材料股份公司，
类型：
国别省市：
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