TWI388653B - Grinding method for grinding - Google Patents
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Description
本發明係關於將在半導體晶圓研磨步驟中所使用過之使用過研磨漿進行再生的研磨用研磨漿之再生方法。
半導體晶圓的研磨步驟中,依照所建立的表面粗糙度不同,一般大致可區分為粗研磨步驟、精整研磨步驟。
精整研磨步驟中,因為必須建立極微小的表面粗糙度,因而通常便利用經添加諸如乙基纖維素等水溶性高分子的氨鹼膠態二氧化矽研磨漿施行研磨。
習知,在精整研磨步驟中所使用的膠態二氧化矽研磨漿,因為將有來自構成研磨裝置的構件之金屬污染、或研磨漿中含有呈凝聚之巨大二氧化矽固形物等可能性,因而將被丟棄。
但是,就從環保的觀點,最好將此種廢研磨漿再利用,因而有提案如下述研磨用研磨漿之再生方法。
例如,專利文獻1有提案將CMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨漿中的粗大粒子,利用過濾器施行過濾,然後,再利用離心分離等方式將研磨漿濃縮,而將研磨漿再生的方法。
再者,專利文獻2有提案將使用過研磨漿中的凝聚磨粒,使用超音波施行破碎,再藉由調整研磨漿的溫度,而施行凝聚磨粒與非凝聚磨粒的分離,俾將研磨漿回收的方
法。
[專利文獻1]日本專利特開2002-170793號公報[專利文獻2]日本專利特開2004-63858號公報
然而,上述各專利文獻所記載的方法,就前述將膠態二氧化矽研磨漿回收並再利用方面尚嫌不足,將有如下述問題。
即,膠態二氧化矽研磨漿中所含的氨係屬於揮發性物質,導致在回收時,pH值將產生變化,將有無法直接再利用的問題。
再者,研磨漿中的水溶性高分子容易凝聚成膠狀,即使利用過濾器施行過濾等,仍將發生過濾器出現孔塞的問題。
再者,精整研磨步驟係屬於半導體晶圓製造步驟中的最終步驟,將有必需密切注意金屬污染的問題。
所以,上述各專利文獻所記載的方法雖可解決其中任一項問題,但是卻無法全部解除該等問題。
本發明之目的在於提供可將在半導體晶圓的研磨步驟(特別係精整研磨步驟)中所使用之使用過研磨漿進行再生,將可大幅減少研磨漿使用量,俾可降低半導體晶圓製造成本的研磨用研磨漿之再生方法。
本發明的研磨用研磨漿之再生方法係由含膠態二氧化矽構成,將在半導體晶圓研磨步驟中所使用過的使用過研磨漿施行再生之研磨用研磨漿之再生方法,其特徵在於包括:在所回收的使用過研磨漿中添加分散劑,並抑制該使用過研磨漿膠化的步驟;對經添加分散劑的使用過研磨漿施行超音波照射,使膠化研磨漿及凝聚二氧化矽分散的步驟;以及將經超音波照射後的使用過研磨漿中之異物,利用過濾器去除的步驟。
其中,分散劑係可採用:(1)鹽、(2)極化分子、(3)pH安定劑中任一者。
(1)鹽:可採用由選擇自Li+
、Na+
、K+
、Mg2+
、Ca2+
、NH4+
中的陽離子、與選擇自CO3 2-
、Cl-
、SO4 2-
、S2-
、F-
、NO3-
、PO4 3-
、CH3
COO-
、OH-
中的陰離子組合之所有鹽。
(2)極化分子:可採用含有氨水、醇類、醣類、醚類者。
(3)pH安定劑:可採用諸如氨水、KOH、NaOH。
根據本發明,除在使用過研磨漿中添加分散劑,而抑制研磨漿膠化之外,尚利用超音波照射使已膠化的研磨漿及凝聚二氧化矽分散,再利用過濾器施行異物去除,便可效率佳地利用過濾器進行的異物去除,且,利用過濾器捕捉已膠化的凝聚二氧化矽,便可防止研磨漿中的二氧化矽減少,便可將使用過研磨漿適當地再利用。
以上,在添加分散劑的步驟前,最好施行上述使用過
研磨漿的pH值測定,並實施補充鹼液而調整該使用過研磨漿pH值的步驟。
其中,調整pH值的鹼液,係可採用例如氨水等。
根據本發明,藉由預先調整pH值,便可更進一步防止研磨漿與凝聚二氧化矽的凝聚。
本發明中,在添加分散劑的步驟前,最好施行上述使用過研磨漿的黏度測定,並實施補充水溶性高分子而調整該使用過研磨漿黏度的步驟。
此處,調整黏度的水溶性高分子,係可採用例如乙基纖維素、乙二醇等。
根據本發明,藉由補充水溶性高分子,便可適當調整使用過研磨漿的黏度,便可獲得能再利用的適當研磨漿。
本發明中,在添加分散劑的步驟前,最好施行上述使用過研磨漿的溫度測定,並實施利用熱交換器調整該使用過研磨漿溫度的步驟。
根據本發明,藉由在添加分散劑前,便施行使用過研磨漿的溫度調整,便可依最佳溫度條件使在使用過研磨漿中的膠化物質分散。
本發明中,對上述使用過研磨漿施行超音波照射後,最好實施將該使用過研磨漿中的金屬離子去除之步驟。
此處,將金屬離子去除的方法,係可採用在使用過的二氧化矽中添加螯合劑的方法。
螯合劑係由有機系胺基羧酸鹽構成,可採用例如:EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid,乙二胺四
乙酸鈉)、DTPA(Diethlene Triamine Pentaacetic Acid,二乙烯三胺五乙酸)、NTA(Nitrilo Triacetic Acid,氮川三醋酸)等。
根據本發明,因為可將在研磨中混入於研磨漿中的金屬離子去除,因而當使用已使用過研磨漿施行半導體晶圓研磨時,便可防止半導體晶圓因金屬離子而遭受污染。
以下,針對本發明實施形態根據圖式進行說明。
第1圖所示係本發明實施形態的研磨用研磨漿之再生裝置1,該再生裝置1係將在精整研磨機2中使用過的使用過研磨漿回收,在對所回收的研磨用研磨漿之pH值、比重、黏度進行調整後,將金屬性異物去除並再生,而再度再生為精整研磨機2的研磨用研磨漿。
再生裝置1係具有:多段疊層槽3、熱交換器4、儲存槽5、及異物過濾過濾器6。
多段疊層槽3係具有將所回收的研磨漿中之巨大二氧化矽固形物,利用沉澱分離而去除的沉澱分離手段機能,槽內部係利用不同高度的複數堰板31區隔為複數處理槽。
複數堰板31係從供應所回收研磨漿之一側起朝形成排出口的側面32依序降低。然後,若對最開始的處理槽供應使用過研磨漿並在該處理槽中溢流,則所溢流部分便將流入於鄰接的處理槽中,依此順序重複進行,最後便從排出口中排出。
各處理槽中,比重較大於使用過研磨漿的巨大二氧化矽固形物將況澱,而比重較小的上清液部分之使用過研磨漿將流入相鄰接的處理槽中,藉由重複此步驟,巨大二氧化矽固形物便將沉澱分離,而被從使用過研磨漿中去除。
熱交換器4將經由配管連接於多段疊層槽3的後段,將從多段疊層槽3中排出的使用過研磨漿施行冷卻,俾施行溫度調整,利用熱導性佳的材料區隔出:從多段疊層槽3下方所形成排出口的使用過研磨漿流路、以及使冷卻水循環的流路,在使用過研磨漿與冷卻水之間將施行熱交換,而施行使用過研磨漿的溫度調整。此外,熱交換器4係只要可在液-液間施行熱交換便可,將可採用各種形式,可採用例如:板式熱交換器、雙層管式熱式熱交換器、多管圓筒式熱交換器等。
儲存槽5係屬於經由配管連接於熱交換器4的後段,將經熱交換器4施行溫度調整過的使用過研磨漿儲存,並施行使用過研磨漿狀態調整的部分,在該儲存槽5中,為測定內部所儲存使用過研磨漿的溫度、黏度、比重、pH值,便設置:溫度計51、黏度計52、比重計53、pH計54。
再者,在該儲存槽5的底部將設置超音波振盪裝置。
該超音波振盪裝置係對儲存槽5內部的使用過研磨漿施行超音波照射,藉由對使用過研磨漿施行超音波照射,便將使膠化研磨漿與凝聚二氧化矽分散。此外,對使用過研磨漿所賦予的超音波,若使用MHz單位的超音波,便將因水溶性高分子劑等的影響,而無法使已凝聚的二氧化矽
分散,因而最好為kHz單位的超音波。
異物過濾過濾器6係經由配管連接於儲存槽5後段,將使用過研磨漿內的巨大二氧化矽固形物等異物,利用過濾而捕捉。該異物過濾過濾器6係由在使用過研磨漿的流路中所配置深層過濾器、薄膜過濾器等過濾器構成。
其次,針對前述再生裝置1的作用,根據第2圖所示流程圖進行說明。
若從精整研磨機2中將使用過研磨漿回收(步驟S1),便將所回收的使用過研磨漿供應給再生裝置1的多段疊層槽3,並在各處理槽內部施行沉澱分離,而將巨大二氧化矽固形物施行沉澱去除(步驟S2)。
接著,對已去除巨大二氧化矽固形物的使用過研磨漿,使熱交換器4內的冷卻水進行循環,而將使用過研磨漿調整為適當溫度(步驟S3),再供應給儲存槽5。此外,液溫係根據儲存槽5內的溫度計51測定值,調整為約20℃至30℃範圍內。
依序施行對儲存槽5所供應使用過研磨漿的比重、黏度、pH調整。
比重調整係根據比重計53的測定值,藉由對儲存槽5內補充膠態二氧化矽研磨漿的原液而實施(步驟S4)。此外,比重調整係在1.010至1.020範圍內實施。
黏度調整係根據黏度計52的測定值,藉由對儲存槽5內補充諸如乙基纖維素等水溶性高分子而實施(步驟S5)。此外,黏度調整係在0.004~0.01Pa.s(將4~10cP
換算過的值)範圍內實施。
pH調整係根據pH計54的測定值,對儲存槽5內補充氨水而實施(步驟S6)。此外,pH值的指標係pH10至pH11。理由係若pH過低,研磨速率將降低,反之,若過高,二氧化矽便將溶解。
若以上的調整結束,便將鹽、極化分子、pH安定劑中任一者當作分散劑並添加,便抑制使用過研磨漿的凝聚(步驟S7),更使超音波振盪裝置產生動作,而對使用過研磨漿施行超音波照射,便使已膠化的研磨漿、及已凝聚的二氧化矽分散(步驟S8)。另外,具體的分散劑係就鹽將可採用KCl、NH4
HCO3
等。
最後,將經超音波照射過的使用過研磨漿,利用異物過濾過濾器6施行過濾,便將異物去除(步驟S9),從分枝配管將經再生的研磨用研磨漿回收,並再度供應給精整研磨機2使用。
其次,針對本發明實施例進行說明。此外,本發明並不僅侷限於此。
將原液利用水稀釋為20倍的研磨漿,施行500分鐘的研磨後,對使用過研磨漿施行超音波照射,然後,利用異物過濾過濾器6將異物去除,便獲得再生研磨漿。
針對如同實驗例1相同的使用過研磨漿,經添加分散
劑的氨水之後,便施行超音波照射,再利用異物過濾過濾器6將異物去除,便獲得再生研磨漿。
針對如同實驗例1相同的使用過研磨漿,經添加分散劑的KCl水之後,便施行超音波照射,再利用異物過濾過濾器6將異物去除,便獲得再生研磨漿。
將膠態二氧化矽研磨漿的原液利用水稀釋為20倍,而獲得研磨漿。
直接將如同實驗例1相同的使用過研磨漿,使用為再生研磨漿。
使用實驗例1至實驗例5的研磨漿,施行直徑150mm的半導體晶圓研磨,並評估各研磨後的半導體晶圓表面品質。研磨條件係設定為:研磨墊為使用POLITEX,平台旋轉數50rpm、研磨頭旋轉數70rpm、加壓80g/cm2
、研磨時間30分鐘。
品質評估項目係就研磨速率、微型粗糙度、缺陷數進行評估。
微型粗糙度係相關短波長,將依照經研磨30分鐘後,利用微粒計數器(KLA-Tencor公司SP1)就實驗例4所測得的值設為100時的指數表示。另一方面,相關長波長,利用經研磨30分鐘後的晶圓中心附近3處之rms平均而求
得,依照將實驗例4設為100時的指數表示。
缺陷數係計數經研磨30分鐘後一片晶圓的研磨面缺陷數。
結果如表1所示。
相關研磨速率,確認到經施行超音波照射的情況,研磨速率將綜合性提高,特別係實驗例3之經添加由KCl水構成分散劑的情況,將大幅提升研磨速率。另一方面,實驗例4的情況,因為原液僅利用水稀釋,因而水溶性高分子的分散性差,於研磨時將在研磨面上出現部分凝聚,形成如保護膜般的作用,因而推測研磨速率將降低。
相關短波長微型粗糙度,就實驗例1至實驗例3中任一者,得知均與將原液稀釋的實驗例4為相同濁度程度。相關實驗例5之完全無施行超音波、過濾的情況,得知濁度將大幅降低。
相關長波長微型粗糙度,就實驗例1至實驗例3中任一者,確認到均與實驗例4為相同的粗糙度程度,同樣的,實驗例5的情況,得知粗糙度將變大。
相關缺陷數,得知就實驗例1至實驗例3中任一者,均與實驗例4為相同的缺陷數,而就實驗例5則缺陷數將大幅增加。
由以上可確認到如實驗例5,即使將所回收的使用過研磨漿徑行直接使用於研磨,就研磨速率、微型粗糙度、缺陷數而言,均無法再利用達將原液稀釋的實驗例4之研磨程度,但經超音波照射、分散劑的添加,該等數值將獲大幅改善,可將使用過研磨漿使用為再生研磨漿。
針對實驗例1至實驗例5的研磨漿,變更異物過濾過濾器6的過濾器尺寸,驗證過濾器篩孔細微至何種程度仍可過濾。結果如表2所示。
由表2中得知,實驗例4(原液稀釋)、實驗例5(未處理的使用過研磨漿),即使過濾器尺寸20 μm的過濾器,孔塞情況仍相當嚴重,並無法進行過濾。
實驗例1施行超音波照射的情況,雖過濾器尺寸20 μm的過濾器將可過濾,但是篩孔更細之過濾器尺寸10 μm、5 μm的過濾器仍將發生孔塞情形。
另一方面,實驗例2(氨水添加+超音波)及實驗例3(KCl水添加+超音波),係即使過濾器尺寸5 μm的過濾器仍可過濾,確認到利用過濾器便可捕捉1~10 μm級的二氧化矽固形物(乾燥二氧化矽)。
接著,相關實驗例1至實驗例3,利用異物過濾過濾器6,確認可將二氧化矽固形物捕捉至何種程度。實驗係使各研磨漿連續循環,並施行300分鐘過濾,藉由測定經過濾後之3 μm尺寸的乾燥二氧化矽個數而施行評估。結果如表3所示。此外,各研磨漿的過濾係採用可持續良好過濾之過濾器尺寸的過濾器。具體上,實驗例1係採用過濾器尺寸20 μm的過濾器、實驗例2係採用過濾器尺寸10 μm的過濾器、實驗例3係採用過濾器尺寸5 μm的過濾器。
由表3中得知,經添加分散劑後,再經施行超音波照射後,若利用異物過濾過濾器6施行過濾,便可大幅減少研磨漿中的乾燥二氧化矽。順帶一提,經測定實驗例5的研磨漿中之乾燥二氧化矽個數,結果發現存在有6000~8000個左右的乾燥二氧化矽,得知已大幅減少乾燥二氧化矽的個數。
針對利用超音波照射、分散劑添加所造成的分散效果,利用就研磨漿中的二氧化矽微粒子平均粒徑、研磨漿的介達電位測定而進行確認。確認係除針對上述實驗例1、實驗例3~實驗例5實施之外,另外為進行不同分散劑的比對,便追加下述實驗例6。此外,介達電位係指二氧化矽表面的帶電狀態,值越大則表示分散狀態越佳。
針對如同實驗例1相同的使用過研磨漿,經添加分散劑的甲醇後,施行超音波照射,而獲得再生研磨漿。
結果如表4所示。
實驗例5(未處理的使用過研磨漿)在相較於實驗例4(原液稀釋)之下,介達電位將大幅降低,研磨漿的分散性差。相對於此,實驗例1(超音波照射)的介達電位將回復至實驗例4的程度,確認研磨漿的分散性獲大幅提升。
此外,實驗例6(甲醇添加+超音波)的情況,確認到分散性將較實驗例1略為提升。
實驗例3(KCl水+超音波)的介達電位將較其他實驗例大幅提高,確認到藉由將KCl水當作分散劑添加,便可使分散性呈非常佳,此外,平均粒徑亦較小於其他實驗例的情況,就此點而言,確認到利用實驗例3之方法進行再生
的研磨漿,將適用於研磨。
接著,針對實施例1之使用過研磨漿,就添加不同分散劑時的凝聚度差異進行比對。結果如第3圖所示。此外,第3圖中,「Ref」係指在使用過研磨漿未添加任何物,「KCl」係指經添加分散劑的KCl,「NH4
HCO3
」係指經添加分散劑的NH4
HCO3
。此外,此種由鹽構成的分散劑添加量,當利用水稀釋為20倍的研磨漿時,便將0.01mol/L~0.001mol/L設為最佳添加量。
由第3圖中得知,在通常使用區域的pH9.8~10.1範圍內,即使KCl仍具有降低凝聚度的充分效果,當NH4
HCO3
的情況,在超越此範圍的廣pH區域中,將確認到凝聚度降低的效果,確認到極適用為分散劑。
1‧‧‧再生裝置
2‧‧‧精整研磨機
3‧‧‧多段疊層槽
4‧‧‧熱交換器
5‧‧‧儲存槽
6‧‧‧異物過濾過濾器
31‧‧‧堰板
32‧‧‧側面
51‧‧‧溫度計
52‧‧‧黏度計
53‧‧‧比重計
54‧‧‧pH計
第1圖係本發明實施形態的再生裝置構造示意圖。
第2圖係上述實施形態的再生方法之步驟流程圖。
第3圖係依不同分散劑所達成的分散效果差異圖。
S1‧‧‧回收
S2‧‧‧沉澱去除
S3‧‧‧液溫調整
S4‧‧‧比重調整
S5‧‧‧黏度調整
S6‧‧‧pH調整
S7‧‧‧分散劑添加
S8‧‧‧超音波照射
S9‧‧‧異物去除
Claims (9)
- 一種研磨用研磨漿之再生方法,由含膠態二氧化矽構成,將在半導體晶圓研磨步驟中所使用過的使用過研磨漿施行再生,其特徵在於包括:在所回收的使用過研磨漿中添加分散劑,並抑制該使用過研磨漿膠化的步驟,其中該分散劑為KCl與NH4 HCO3 的其中之一,而該分散劑的添加濃度為0.01~0.001 mol/L;對經添加分散劑的使用過研磨漿施行超音波照射,使膠化研磨漿及凝聚二氧化矽分散的步驟;以及將經超音波照射後的使用過研磨漿中之異物,利用過濾器去除的步驟。
- 如申請專利範圍第1項之研磨用研磨漿之再生方法,其中,在添加分散劑的步驟前,係施行上述使用過研磨漿的pH值測定,並實施補充鹼液而調整該使用過研磨漿pH值的步驟,又其中該使用過研磨漿pH值之調整範圍為pH 9.8~11。
- 如申請專利範圍第1或2項之研磨用研磨漿之再生方法,其中,在添加分散劑的步驟前,係施行上述使用過研磨漿的黏度測定,並實施補充水溶性高分子而調整該使用過研磨漿黏度的步驟,又其中該使用過研磨漿黏度之調整範圍為0.004~0.01 Pa.s。
- 如申請專利範圍第1或2項之研磨用研磨漿之再生 方法,其中,在添加分散劑的步驟前,係施行上述使用過研磨漿的溫度測定,並實施利用熱交換器調整該使用過研磨漿溫度的步驟,又其中該使用過研磨漿溫度之調整範圍為20~30℃。
- 如申請專利範圍第3項之研磨用研磨漿之再生方法,其中,在添加分散劑的步驟前,係施行上述使用過研磨漿的溫度測定,並實施利用熱交換器調整該使用過研磨漿溫度的步驟,又其中該使用過研磨漿溫度之調整範圍為20~30℃。
- 如申請專利範圍第1或2項之研磨用研磨漿之再生方法,其中,對上述使用過研磨漿施行超音波照射後,係實施將該使用過研磨漿中的金屬離子去除之步驟。
- 如申請專利範圍第3項之研磨用研磨漿之再生方法,其中,對上述使用過研磨漿施行超音波照射後,係實施將該使用過研磨漿中的金屬離子去除之步驟。
- 如申請專利範圍第4項之研磨用研磨漿之再生方法,其中,對上述使用過研磨漿施行超音波照射後,係實施將該使用過研磨漿中的金屬離子去除之步驟。
- 如申請專利範圍第7或8項之研磨用研磨漿之再生方法,其中,上述使用過研磨漿中的金屬離子去除,係藉由在該使用過研磨漿中添加螯合劑而實施。
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