化学机械抛光废液分流收集装置及其收集方法
申请人
中芯国际集成电路制造有限公司（上海）；
发明者
徐根宝;张开军;
概括
一种化学机械抛光过程中高污染废液单独收集装置及方法，其特征在于：将抛光装置产生的高污染废液通过受控单向阀单独排至特定容器内，单独处理，使晶圆厂总废液的污染程度大大降低，有利于降低晶圆厂废水处理成本。
权利请求
1. 一种化学机械抛光废液导流收集装置，包括：
至少一个化学机械抛光研磨装置，利用抛光液对晶圆进行化学机械抛光；
至少一个单向阀，其连接至入口端的至少一个研磨装置，当该单向阀打开时，该单向阀允许所连接的研磨装置产生的研磨废液沿一个方向流过；
信号发生装置；产生信号控制单向阀的开启/关闭动作；
第一废液回收容器，该容器连接于单向阀的出口端，用于回收研磨设备产生的高污染研磨废液；
晶圆清洗装置，在研磨之前和/或之后使用清洗液或去离子水对晶圆进行清洗；
第二废液回收容器，与晶圆清洗装置以及其他未连接单向阀的化学机械抛光研磨装置连接，回收清洗废水和/或其他低污染研磨废液。
2.根据权利要求1所述的废液分流收集装置，其特征在于：所述单向阀选自具有单向流体通过性能的电磁阀或机械阀。
3.根据权利要求2所述的废液分流收集装置，其特征在于：所述单向阀为单向气动球阀。
4.根据权利要求1所述的废液分流收集装置，其特征在于：所述信号发生装置为可编程电信号发生器。
5.根据权利要求1所述的废液分流收集装置，其特征在于，所述研磨装置为用于对晶圆的硅层、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.根据权利要求5所述的废液分流收集装置，其特征在于，所述研磨设备为用于对晶圆的TaN/Ta阻挡层进行化学机械抛光的研磨机。
7.根据权利要求1所述的废液分流收集装置，其特征在于：所述第一废液回收容器收集的废液的污染物水平高于所述第二废液回收容器收集的废液的污染物水平。
8.根据权利要求7所述的废液分流收集装置，其特征在于：所述第一废液回收容器收集的废液的化学需氧量高于所述第二废液回收容器收集的废液的化学需氧量。
手册全文
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺中的废液分流收集装置及方法，特别涉及一种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）工艺在半导体工业晶圆制造过程中得到广泛应用，是一种有效且常用的全面平整晶圆表面的工艺。虽然CMP工艺是现代半导体制造业的一项重要技术，但由于使用研磨液（），CMP工艺是一种污染严重的工艺。一般来说，研磨液主要含有5-10%的30-100纳米细研磨粉和其他化学物质，如pH缓冲剂、氧化剂、表面活性剂等。因此，CMP废液中含有由研磨液、晶圆本身以及随后的CMP清洗过程产生的各种无机和有机污染物。
同时，为了在CMP后清洗过程中去除附着在晶圆表面的污染物，需要大量的去离子水。据估算，对于一个拥有20台CMP机台的晶圆厂来说，每天将产生约700m3的CMP废液。这些废液不仅体积大，而且总固体浓度和COD（化学需氧量）值也很高，必须妥善处理。
目前，现有的化学机械抛光废液处理方法及装置通常将各采用不同抛光液的化学机械抛光工序产生的废液集中收集，共同进行后续废液处理（见/、/及）。图1示出了现有技术中的化学机械抛光废液收集系统，其中各采用不同抛光液进行化学机械抛光的抛光装置p1、p2、p3产生的废液与晶圆清洗装置5产生的废水共同流入废液回收容器2。
现有技术的缺点是没有考虑到每次采用不同的抛光液的化学机械抛光过程中废液的污染物水平，而将少量污染严重的研磨废液与大量污染较小的清洗废水和/或其他污染较小的研磨废液混合在一起，往往导致产生大量污染物水平超标的废水，从而大大增加了废水净化成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，发明人对研磨各层晶圆的各化学机械抛光工序产生的废液进行了系统分析，发现研磨废液的污染程度与所用的研磨液和所研磨的晶圆层材料密切相关。一般来说，在整个化学机械抛光工序中，只有一道或几道化学机械抛光工序会产生高污染废液，其余抛光工序的研磨废液和清洗废水的污染程度都相对较低。因此，如果将高污染废液和低污染废液分别收集处理，就可以使低污染废液在合理的连续处理次数下达到安全排放标准或仅需进行简单的污水处理即可达到安全排放标准，大大节省了污水处理成本，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分流收集装置，包括：至少一个化学机械抛光研磨装置，使用研磨液对晶圆进行化学机械抛光；至少一个单向阀，其入口端与至少一个研磨装置连接，当单向阀打开时，使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，产生信号控制单向阀的开启/关闭动作；第一废液回收容器，与单向阀的出口端连接，回收研磨装置产生的研磨废液；晶圆清洗装置，在研磨前和/或研磨后使用清洗液或去离子水对晶圆进行清洗；第二废液回收容器，与晶圆清洗装置以及未与单向阀连接的其他化学机械抛光研磨装置连接。
单向阀选用具有单向流体通过性能的球阀、电磁阀、机械阀等，优选单向气动球阀。
信号发生装置为可编程电信号发生器。
所述至少一个化学机械抛光研磨设备为用于对晶圆的硅层、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，优选为用于对晶圆的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点是：第一废液回收容器收集的废液量远远小于第二废液回收容器收集的废液量；且第一废液回收容器收集的废液污染物程度远远高于第二废液回收容器收集的废液污染物程度。
本发明还提供了一种化学机械抛光废液的分流收集方法，其特征在于，利用上述分流收集装置分别收集一次或多次化学机械抛光过程中产生的废液，包括如下步骤：当晶圆进入至少一台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第一废液回收容器；未连接单向阀的化学机械抛光研磨装置的研磨废液流入第二废液回收容器；晶圆经清洗装置使用清洗液或去离子水冲洗后产生的废液流入第二废液回收容器；在预定的晶圆处理次数后，分别取出第一、第二废液回收容器中的废液并分别进行处理。
上述方法的特征在于，控制预定的晶片抛光次数，使得第二废液回收容器中的废液污染物水平低于允许的排放标准。
上述方法还具有如下特点：第一废液回收容器中收集的废液可以采用焚烧、混凝、凝胶化、微滤、超滤、电解、电沉淀、电过滤或电渗析等方法单独处理。
附图的简要说明
图1为现有技术的化学机械抛光废液收集装置；
图2示出了本发明第一实施例的化学机械抛光废液分流收集装置；
图3示出了本发明第二实施例的化学机械抛光废液分流收集装置。
图4示出了本发明第三实施例的化学机械抛光废液分流收集装置。
图5为本发明实施例中总工厂废水各组分的COD值随晶圆处理时间变化的曲线图。
详细方法
下面对本发明的化学机械抛光废液流动分离收集装置进行详细的说明。
图2示出了本发明第一实施例的化学机械抛光废液分流收集装置，其中p1、p2为采用研磨液A（600Y）的铜抛光装置，p3为采用研磨液B（T805）的Ta/TaN阻挡层抛光装置，单向气动球阀1通过管路与抛光装置p3连接，球阀1的开关由信号发生装置6控制，晶圆传送臂4负责将晶圆送至各处理装置进行处理。本实施例中，抛光装置p1、p2及清洗装置5的废液均流入第二废液回收容器2，抛光装置p3的废液仅通过球阀1流入第一废液回收容器3。
本发明实施例采用化学需氧量(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升水样中的还原性物质所消耗的氧化剂的量，以ppm氧表示。
表1为晶圆厂各主要废水化学需氧量（COD）分析及各自对CMP总废水和全厂废水COD的贡献。从表中可以看出，T805废水是主要污染源，其他废水污染物水平相对较低，因此对T805废水进行单独收集处理有利于大幅降低全厂废水污染物水平。
表1 各类废水COD组成分析
FIG5为某晶圆厂总废水各组分COD变化趋势，可以看出该厂总废水去除T805废水后，在允许排放标准下至少可以连续加工2万片晶圆，几乎相当于一家标准晶圆厂的月产量。未去除T805废水的工厂总废水COD曲线始终超过允许排放COD标准，必须进一步净化处理后才能达标排放。单独收集的T805废水量较少，由于污染物含量较高，可直接采用焚烧、混凝、凝胶、微滤、超滤、电解、电沉淀、电过滤或电渗析等方法进行无害化处理。
因此，本发明第一实施例可以大大降低晶片工厂的废水净化成本。
图3示出了本发明第二实施例的化学机械抛光废液分流收集装置，其中p2为采用研磨液A（600Y）的铜抛光装置，p3为采用研磨液B（T805）的Ta/TaN阻挡层抛光装置，单向气动球阀1、1’分别通过管路与抛光装置p2、p3相连，球阀1、1’的开关由信号发生装置6控制，晶圆传送臂4负责将晶圆送至各个处理装置进行处理。本实施例中，抛光装置p1和清洗装置5的废液分别通过球阀1、1’流入第二废液回收容器2，抛光装置p2、p3的废液分别通过球阀1、1’流入第一废液回收容器3。
参照表1可知，600Y废液的COD水平仅次于T805废液，因此在去除T805废液的基础上进一步去除600Y废液，有利于进一步降低该厂总废液的COD。
如图5所示，去除T805和600Y废液后，当工厂废水COD总量低于允许排放COD标准时，允许连续加工的晶圆片数进一步提高到35000片以上。将分别收集的T805和600Y废液混合物按照实施例一中T805的处理方法分别进行处理。
因此，本发明第二实施例可以进一步降低晶圆厂的废水净化成本。
本发明第三实施例与第二实施例不同之处在于：抛光装置p2产生的600Y废液单独排入第三废液回收容器3'中，其余部分与第二实施例相同。
本实施例适用于需要采用不同的后续净化方法处理T805和600Y废液的场合。
尽管已参考某些优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可做出各种修改和变型而不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围。