[发明专利]化学机械抛光浆料再循环系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光(CMP)组合物及方法。更具体地，本发明涉及用于使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。

背景技术

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、氧化铝、氧化锆和氧化锡。

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浆料的系统和方法。本发明解决了该持续需求。本发明的这些和其它优点以及额外的发明特征将从本文中所提供的本发明的描述明晰。

发明内容

本发明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。