[发明专利]回收化学和机械平整化所用水与浆料研磨剂的方法和设备

说明书

背景技术

相关申请：

本申请是1997年6月5日提出的申请的接续，其专利申请号为08/870,082的接续。

发明领域

本发明通常涉及半导体晶片的化学机械加工处理，更具体地说，涉及在其用于半导体晶片的加工处理后回收含有粉碎的、悬浮颗粒的含水化学与机械研磨剂浆料的成分的方法和设备。

相关技术的描述

就制作多层电气元件如电阻器、电容器和晶体管来说，为获得合适的电学性能，半导体元件一般是通过叠加导电性材料和介质材料而制成的。将许多这样的分立器件组合成为集成电路，用来生产微处理器、存储芯片、逻辑电路等。通过介质和导电性材料的叠加，可在半导体晶片上生产许多的集成电路，从而产生面积较小的多层半导体器件。

由于在这种半导体器件上的扫描线宽度和元件尺寸变窄，所以在所述半导体器件上的电学元件密度日益提高。例如，在所述器件上扫描线宽度通常的范围为1μm到4μm。然而，这些年来，只就用于集成电路的扫描线宽度已减小至1μm以下来说，工业已取得了巨大的进步。目前，0.5-0.35μm的扫描线宽度是普通的，并且正在研究如何达到0.25-0.18μm的扫描线宽度。此外，提高存储与计算能力的需要，使每一集成电路上的半导体器件数目达到了限度，甚至达到更高数目，结果导致了施加到半导体晶片上的层数增加，而集成电路的常用尺寸持续下降。更窄的扫描线宽度、更多的材料层数和每一集成电路更高密度的半导体器件的结合，由于半导体晶片表面的不一致性，所以日益使这类器件易于失效，结果使这类半导体晶片的表面和介质层具有均匀一致的平滑性变得日益重要起来。

为了抛光半导体晶片的表面，已开发出了许多化学机械平整化的方法(CMP)，一般包括使晶片在抛光垫上旋转，经过旋转卡盘施加压力，再往抛光垫上施加含研磨抛光剂的含水化学浆料以进行表面活性化和研磨作用。能用于化学机械浆料中的研磨剂包含热解法二氧化硅、铯和氧化铝颗粒。化学机械浆料还含有稳定剂或氧化剂。热解法二氧化硅通常与稳定剂如氢氧化钾或氢氧化铵混合，一般是用于抛光半导体晶片的介质或氧化物层。铯和氧化铝通常与氧化剂如硝酸铁或过氧化氢混合，通常是用于抛光金属层，如钨、铜和铝。

从半导体晶片的各层除去的浆料和材料构成通常作为工业废物处置的废水。研磨成分大约占未处理废水的8％-15％，其余为其它的化学试剂，如稳定剂或氧化剂和水。未处理废水通常用漂洗水稀释，使产生的废水的最终固体含量大约为1％-1.5％。然而，工业废水中的可溶的或悬浮固体的处置，由于严格的地方、州和联邦政府的法规，一直是众所关心的争论问题，因此希望提供一种去除废水中研磨成分的方法与设备，以可能去除需单独处置的重金属成分。

就相当长的时间来说，由于废水仅含有去离子水，所以还希望回用废水的上清液，以便能把上清液用于化学机械平整化工艺中。理想的是，这种工艺将会用于抛光工具上，为的是能有效地回用去离子水和节省费用，。尽管常规的过滤技术存在使用点过滤，这项技术不适合用于在废水中含有高几率的悬浮物。就常规过滤而言，所有的废水流都应与膜元件成直角进入过滤器。包埋在膜介质和过滤器中的颗粒接着就成为堵塞物。这就引起了长时间的停工和相关操作费用的增加。

替代使用点过滤可以包括中央工厂处理，如pH中和，添加絮凝剂或沉降剂同时产生滤饼；超滤或反渗透过滤的系统。对于适当使用一些抛光工具和持续操作费用高的用户来说，这些系统是成本过高的系统。此外，这些系统是基于现代化学的原理，并且对处理未来浆料的必要性是不灵活的。由此，希望具有一种这样的方法，它能处理初次悬浮颗粒问题，其灵活性又足以满足浆料的特殊问题。还希望具有一种能实现从试产到大规模制造的方法。本发明能满足这些和另外的一些要求。

                          发明概述

概括地说，本发明提供分离和回收用于平整化半导体材料的含水化学机械浆料中的研磨成分和流体，可使液体流出物回用于非工艺用途，以及用作灌溉、工艺冷却水的灰水(gray water)或反渗透系统的补充水，或者按要求在工业废水中安全处置。