专利名称：化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法
技术领域：
本发明是有关于一种研磨系统及其方法，特别是有关于化学机械研磨(CMP)浆液回收再利用系统及其方法。
背景技术：
在晶圆的抛光或制程中的平坦化制程，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)为最有效的抛光或平坦化制程。CMP的优点为利用液态浆液(slurry)，而兼具化学蚀刻及机械力研磨的双重效力。在浆液中的液体选用能微蚀刻被研磨的材料如硅、氧化硅的功能，在浆液流经晶圆的表面时，悬浮的微粒以机械方式削除表层，而浆液中的蚀刻液则将此削除的表面蚀刻一层。如此循环削除，蚀刻，使晶圆表面形成一平坦的镜CMP制程首先系粗磨晶圆，利用全新的浆液不断循环加以研磨晶圆，当晶圆研磨至预设厚度时，排出研磨后的废液而不再使用。接着，更替全新的浆液精磨晶圆，此时，全新的浆液仅可研磨一次，以保持晶圆研磨的最佳品质，然后，排出研磨一次的浆液而不再使用。 前述的制造流程中，浆液仅供研磨一次后，即不再使用，此举不仅浪费资源、材料，并且需要多余人力处理大量的使用过后的浆液(一般称为废液)，将造成环保的冲击。因为已知技术存在的各项问题，为了能够兼顾解决之，本发明人基于多年从事研究开发与诸多实务经验，提出一种化学机械研磨浆液回收再利用的装置及方法，以作为改善上述缺点的实现方式与依据。
发明内容
根据本发明的一目的，提出一种化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法，通过研磨一次性浆液以及重复研磨的多次性浆液二者相混合成回收浆液，而供化学机械研磨机利用回收浆液进行基础研磨，再以新浆液进行进阶研磨至所需品质精度，而新浆液经进阶研磨后即作为一次性浆液，以解决新浆液仅研磨一次随即废弃不使用所造成的问题。为达上述目的，本发明提供一种化学机械研磨浆液回收再利用系统，其包含一一次性浆液储存槽、一浆液储存槽及一回收浆液供给器。其中，一次性浆液储存槽供应化学机械研磨机以新浆液对标的物(如晶圆)进行进阶研磨所产生的一次性浆液。浆液储存槽储存由化学机械研磨机以回收浆液对标的物进行基础研磨后所产生的多次性浆液，此多次性浆液的品质未达废弃排放标准。回收浆液供给器接受由一次性浆液储存槽所排放的一次性浆液，及接受由浆液储存槽内所排放的多次性浆液，并以一次性浆液及多次性浆液混合成回收浆液，而且回收浆液提供化学机械研磨机进行基础研磨。为达上述目的，本发明的另一种化学机械研磨浆液回收再利用方法，包含下列步骤，回收浆液供给器提供回收浆液至化学机械研磨机，使得化学机械研磨机以回收浆液对标的物进行基础研磨，并以第一测控装置监控基础研磨后的所产生的多次性浆液的品质， 当多次性浆液品质下降至废弃排放标准时，此多次性浆液即属无法再次利用的废液，而被排放到废液处理装置，否则，排放到浆液储存槽。当化学机械研磨机完成基础研磨时，再利用新浆液供给器提供新浆液至化学机械研磨机，使得化学机械研磨机对标的物进行进阶研磨至所需品质精度，且进阶研磨后所产生的一次性浆液系被排放到一次性浆液储存槽。其中，更包括使用第二测控装置监控回收浆液供给器内储存的回收浆液的品质的步骤，当回收浆液的品质下降至调整预设值时，将一次性浆液储存槽的一次性浆液补充至回收浆液供给器，调整回收浆液的品质恢复至回收浆液的使用标准的上限值或大于上限值。其中，当浆液储存槽的多次性浆液，欲补充至回收浆液供给器时，多次性浆液先经过浆液处理器进行品质调整(如杂质过滤)，来提升多次性浆液的品质，再排放到回收浆液供给器，此时，回收浆液虽因加入多次性浆液而致使其品质下降，但其品质下降程度不致达到废弃排放标准。其中，当一次性浆液储存槽的一次性浆液欲补充至回收浆液供给器时，一次性浆液先经过浆液处理器进行品质调整(如杂质过滤)，来提升一次性浆液的品质，再排放到回收浆液供给器中，进而提升回收浆液供给器内的回收浆液的品质。承上所述，本发明的化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法，具有以下一个或多个优点(1)此化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法，使用回收的一次性浆液及多次性浆液混合成回收浆液进行基础研磨，故具有节省新浆液的使用量的功效，达到减少成本的目的。(2)此化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法，回收浆液供给器内添加一次性浆液，用以调整回收浆液的品质，将提高浆液使用的次数，亦具有节省新浆液的使用量的功效，达到减少成本的目的，及节省材料的功效。(3)此化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法，减少新浆液的使用量，即减少废液排出量，因此，降低排放废液即达到环境保护的目的。
为使贵审查员对本发明的技术特征及所达到的功效有更进一步的了解与认识，现以较佳的实施例及配合详细的说明如下图1为本发明的化学机械研磨浆液回收再利用的装置方块示意图。图2为本发明的第一实施例的架构示意图。图3为本发明的第二实施例的架构示意图。图4为本发明以回收浆液进行基础研磨的蚀刻率与研磨次数的关系示意图。图5为本发明的第三实施例的架构示意图。图6为本发明的化学机械研磨浆液回收再利用的方法流程图。图中400 化学机械研磨浆液回收再利用的装置；401 化学机械研磨机；402 新浆液供给器；403 废液处理装置；404:回收浆液供给器；
405 浆液处理器；406 一次性浆液储存槽；408 浆液储存槽；412 第一测控装置；414:第二测控装置；以及S1-S22 步骤。
具体实施例方式以下将参照相关图式，说明依本发明的化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法，为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。请参阅图1，其为本发明的化学机械研磨浆液回收再利用系统方块示意图。图中， 化学机械研磨浆液回收再利用系统400包含一化学机械研磨机401、一新浆液供给器402、 一回收浆液供给器404、一次性浆液储存槽406及一浆液储存槽408。其中，化学机械研磨机401连接新浆液供给器402及回收浆液供给器404，并接受以回收浆液供给器404所提供的回收浆液对标的物(如晶圆)进行基础研磨，再以新浆液供给器402所提供的新浆液对标的物进行进阶研磨至所需品质精度。至少一次性浆液储存槽406提供储存化学机械研磨机401以新浆液对标的物进行进阶研磨所产生的一次性浆液，并与回收浆液供给器404连接。浆液储存槽408提供储存化学机械研磨机401以回收浆液对标的物进行基础研磨后所产生的多次性浆液，并与回收浆液供给器404连接。回收浆液供给器404提供储存回收浆液。且，当此系统刚开始启用时，回收浆液供给器404内并未储存回收浆液，此时，可将一次性浆液储存槽406的一次性浆液先提供到回收浆液供给器404内作为回收浆液直至储满为止，但并不以此为限，亦可提供一次性浆液储存槽406的一次性浆液先提供到回收浆液供给器404内到达一预定量，如回收浆液供给器404 —半或三分之一或四分之一...等，以期回收浆液供给器404可供化学机械研磨机401使用回收浆液进行至少一次或多次的基础研磨，来产生多次性浆液储存在浆液储存槽408中，之后，即可再以添加并混合一次性浆液与多次性浆液的方式产生回收浆液。请参阅图2所示，为本发明的第一实施例的架构示意图，图中，更包括一废液处理装置403与一第一测控装置412，其中第一测控装置412连接在化学机械研磨机401与废液处理装置403、一次性浆液储存槽406及浆液储存槽408之间，由第一测控装置412检测化学机械研磨机401于基础研磨后的所产生的多次性浆液的品质，当多次性浆液品质下降至第一测控装置412所设的一废弃排放标准时，此多次性浆液即属无法再次利用的废液， 而被排放到废液处理装置403，否则，将多次性浆液排放到浆液储存槽408，且第一测控装置412将化学机械研磨机401于进阶研磨后的所产生的一次性浆液排放到一次性浆液储存槽406。在本发明的第一实施例中，第一测控装置412检测多次性浆液的品质的依据，检测多次性浆液的酸碱度(PH值)、浓度...等，以决定多次性浆液是否达到无法再次利用的程度，而被当作废液被排放到废液处理装置403，或可被排放到浆液储存槽408。其中废液处理装置403中的废液处理至少包括中和、沈淀、排放废水、脱水、干燥、燃烧...等处理。请参阅图3所示，为本发明的第二实施例的架构示意图，图中，本发明第二实施例与第一实施例的差异在于，更包括一第二测控装置414，第二测控装置414连接回收浆液供给器404，并由第二测控装置414测控回收浆液的品质，是否达到第一测控装置414所设的一调整预设值，当回收浆液的品质下降至调整预设值时，将一次性浆液储存槽406的一次性浆液补充至回收浆液供给器406，来调整回收浆液的品质恢复至回收浆液的使用标准范围内。同样的，在本发明的第二实施例中，第二测控装置414检测回收浆液的品质的依据， 检测回收浆液的酸碱度(PH值)、浓度...等，以决定回收浆液是否下降至调整预设值以下的程度。请参阅图4，其为本发明以回收浆液进行基础研磨的蚀刻率与研磨次数的关系示意图。图中，以蚀刻率为例，设回收浆液的蚀刻率为1，在利用回收浆液研磨预设数量的晶圆后至第k次，基础研磨的蚀刻率降至0. 9时，自一次性浆液储存槽补充一次性浆液至回收浆液供给器404，使蚀刻率恢复至接近于1。当补充n+1次后，浆液使用少于k次，(例如k = 4次，蚀刻率即降至0. 9)。此时，即不宜再补充一次性浆液至回收浆液供给器404。当不再补充一次性浆液到回收浆液供给器404时，随后由化学机械研磨机401以回收浆液进行基础研磨后的多次性浆液，其品质必然会下降至第一测控装置412的废弃排放标准，而被当作是废液并被排放到废液处理装置403。如此，反复依循上述的过程，直到回收浆液供给器404内的回收浆液被使用完为止。之后，再以回收浆液供给器404内并未储存回收浆液的方式，将一次性浆液、多次性浆液或混合一次性浆液与多次性浆液的方式，于回收浆液供给器404内储存回收浆液。请参阅图5所示，为本发明的第三实施例的架构示意图，图中，本发明第三实施例与第二实施例的差异在于，更包括一浆液处理器405，浆液处理器405连接在回收浆液供给器404与一次性浆液储存槽406回收浆液供给器404及回收浆液供给器404与浆液储存槽 408之间，浆液处理器405系对欲补充至回收浆液供给器的多次性浆液、一次性浆液先经过浆液处理器进行品质调整(如杂质过滤)，来提升多次性浆液、一次性浆液的品质，再排放到回收浆液供给器中，进而提升回收浆液供给器内的回收浆液的品质及使用次数。据上所述，本发明的系统依此循环不断，即可于基础研磨时使用回收浆液研磨，于进阶研磨时使用新浆液，而可节省大量新浆液的消耗，但制程品质仍能维持不变，达到环保及节省成本的目的。请参阅图6续参阅图5，其为本发明的化学机械研磨浆液回收再利用的方法流程图。图中，开始于步骤Si，将晶圆置入化学机械研磨机(如图1所示)。于步骤S2，判断是否用新浆液，若制程要求，必须用新浆液时，则进入步骤S3，利用新浆液对标的物进行进阶研磨，而将至少研磨一次的浆液(较佳方式为研磨过一次的浆液，以下称之为研磨一次的浆液)排入至少一次性浆液储存槽(以下称之为一次性浆液储存槽)。于步骤S4判断研磨是否完成，若否，再回到步骤S3，继续以新浆液研磨，若是，则进入步骤S15，取出晶圆。于步骤S16判断是否研磨另一晶圆。若是，回到步骤Sl ；若否，步骤S17即停止研磨。于步骤S2，若制程未要求用新浆液(亦即为粗磨过程)，则用回收浆液研磨，此时进入步骤S5，测控装置测控回收浆液的品质是否合格。当步骤S6判断若是，则进入步骤S7 判断是否完成研磨。若否，进入步骤S8，利用回收浆液研磨晶圆，若是已完成研磨，则进入步骤S15取出晶圆。当回收浆液研磨时于步骤S9，判断所排放浆液浓度是否大于预设浓度。若是，于步骤S10，将浆液排入浆液储存槽408继续提供研磨所需的回收浆液。于步骤S11、浆液处理器运作，如过滤、调整PH值或调整浓度等，而使浆液回复。然后进入步骤S12，将回复后的浆液送至回收浆液供给器404。然后回到步骤S5，继续研磨制程。上述步骤S6，若否，浆液已研磨过久，而不合格，则进入步骤S13，由蚀刻率正常与否判断浆液仍可研磨。若是正常，则于步骤S14提供研磨一次的浆液，而回到步骤S8,继续研磨。若蚀刻率为否已不正常，加入研磨一次的浆液亦不能恢复，则进入步骤S18，以剩余回收浆液研磨至用完为止。之后，于步骤S19，将浆液排入废液处理装置中。然后于步骤S20， 判断回收浆液是否用尽。若是用尽，则进入步骤S21，改用新浆液研磨，并把研磨一次后的浆液存至一次性浆液储存槽。于步骤S22，判断回收浆液供给器是否已储满。若是，即回到步骤S5继续研磨。若于步骤S20回收浆液未用完，则回到步骤S18，继续以回收浆液研磨其至用完为止。于步骤S22，若回收浆液供给器未满，则回到步骤S21，继续以新浆液研磨并把研磨一次后的浆液存至一次性浆液储存槽。上述步骤S7，若研磨已完成，则进入步骤S15，取出晶圆而后于步骤S16，判断是否继续研磨另一晶圆。若是，回到步骤Si。若否，则于步骤S17，停止研磨。上述步骤S9，若浆液浓度未大于预设浓度，则于步骤S19将浆液排入废液处理装置中。如上述的化学机械研磨浆液回收再利用的方法及装置，可大量节省新浆液使用量，并减少处理废浆液之人工、材料。不但节省材料、人力、且有利于环境的保护。以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于申请专利范围中。
权利要求
1.一种化学机械研磨浆液回收再利用的装置，其特征在于包含一回收浆液供给器， 其供应并储存一化学机械研磨机于基础研磨所需的回收浆液；一新浆液供给器，其供应所述化学机械研磨机于精密研磨所需的新浆液；一一次性浆液储存槽，其连结所述化学机械研磨机以及所述回收浆液供给器，用以容置所述化学机械研磨机使用新浆液对标的物进行精密研磨所产生的一次性浆液；一浆液储存槽，其连结所述化学机械研磨机以及回收浆液供给器，用以容置所述化学机械研磨机使用回收浆液对标的物进行基础研磨的多次性浆液；其中，回收浆液由一次性浆液及多次性浆液组成，且所述浆液储存槽内无储存多次性浆液时，该一次性浆液储存槽提供一次性浆液予所述回收浆液供给器。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨浆液回收再利用的装置，其特征在于更包含一第一测控装置，该第一测控装置的一端连结所述化学机械研磨机，另一端连结一废液处理装置、一次性浆液储存槽以及浆液储存槽，用以侦测多次性浆液品质；其中，所述第一测控装置侦测的多次性浆液品质下降至排放标准时，即排放至该废液处理装置。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨浆液回收再利用的装置，其特征在于更包含一第二测控装置，该第二测控装置连接所述回收浆液供给器，用以测控所述回收浆液供给器提供的回收浆液品质；其中，当回收浆液品质下降至所述第二测控装置的预设质以下时，所述一次性浆液储存槽提供一次性浆液予所述回收浆液供给器进行回收浆液品质调整。
4.如权利要求3所述的化学机械研磨浆液回收再利用的装置，其特征在于更包含一浆液处理器，其一端连结所述回收浆液供给器，另一端连结所述浆液储存槽以及一次性浆液储存槽，用以先行调整将进入所述回收浆液供给器的一次性浆液以及多次性浆液的品质。
5.一种化学机械研磨浆液回收再利用的方法，其特征在于包含下列步骤一新浆液供给器提供新浆液与一化学机械研磨机对标的物进行基础研磨以及精密研磨，将研磨后的一次性浆液排放至一一次性浆液储存槽；利用一次性浆液浆液进行基础研磨，将研磨后的多次性浆液排放至一浆液储存槽，再由新浆液进行精密研磨，将研磨后的一次性浆液排放至所述一次性浆液储存槽，经一浆液处理器调整多次性浆液与一次性浆液的浆液品质后，存入一回收浆液供给器，调和为回收浆液，用以供给所述化学机械研磨机对标的物再进行基础研磨；以一第二测控器测控回收浆液品质，当研磨达设定次数或回收浆液品质下降至预设值以下时，所述一次性浆液储存槽补充一次性浆液至所述回收浆液提供器，使品质回复使用标准的上限值或大于上限值，继续供应基础研磨使用；以一第一测控器侦侧多次性浆液品质，当多次性浆液品质下降至废弃排放标准时，即排放至一废液储存槽，直到多次性浆液用完为止，重新回到使用一次性浆液进行基础研磨。
6.如权利要求5所述的化学机械研磨浆液回收再利用的方法，其特征在于所述浆液品质以蚀刻率为准，且所述第二测控器侦测所述回收浆液供应器的回收浆液的蚀刻率降至预设值以下时，所述一次性浆液储存槽补充一次性浆液至所述回收浆液供给器，而所述第一测控器侦测多次性浆液的蚀刻率降至预设值以下，但实际研磨次数未达正常研磨次数的预设值时，多次性浆液即排放至该废液处理装置，直到多次性浆液用完为止，重新回到使用一次性浆液进行基础研磨。
7.如权利要求5所述的化学机械研磨浆液回收再利用的方法，其特征在于其中浆液的品质以PH值为准，所述回收浆液供应器的回收浆液的pH值降至预设值以下时，所述一次性浆液储存槽补充一次性浆液至所述回收浆液供应器。
8.如权利要求7所述的化学机械研磨浆液回收再利用的方法，其特征在于所述第一测控器侦测的多次性浆液的PH值降至预设值以下但实际研磨次数未达正常研磨次数的预设值时，多次性浆液即排放至所述废液处理装置，直到多次性浆液用完为止，重新回到使用一次性浆液进行基础研磨。
9.如权利要求5所述的化学机械研磨浆液回收再利用的方法，其特征在于其中浆液的品质以浓度为准，该回收浆液供应器的回收浆液的浓度降至预设值以下时，所述一次性浆液储存槽补充一次性浆液至所述回收浆液供应器。
10.如权利要求9所述的化学机械研磨浆液回收再利用的方法，其特征在于所述第一测控器侦测的多次性浆液的浓度降至预设值以下但实际研磨次数未达正常研磨次数的预设值时，多次性浆液即排放至所述废液处理装置，直到多次性浆液用完为止，重新回到使用一次性浆液进行基础研磨。
全文摘要
本发明公开一种化学机械研磨浆液回收再利用系统及其方法，其中化学机械研磨浆液回收再利用系统，包含一次性浆液储存槽、一浆液储存槽及一回收浆液供给器，其中一次性浆液储存槽系储存化学机械研磨机以新浆液进行进阶研磨所产生的一次性浆液。浆液储存槽储存由化学机械研磨机以回收浆液进行基础研磨后所产生的多次性浆液，回收浆液供给器接受一次性浆液及多次性浆液，并混合一次性浆液及多次性浆液产生回收浆液，以供化学机械研磨机使用回收浆液，进而达到节省新浆液的使用量、降低成本及环保的目的。
文档编号B24B57/02GK102398221SQ20101028480
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者黎源欣 申请人:亚泰半导体设备股份有限公司