专利名称：化学机械研磨(cmp)浆料的使用点回收系统的制作方法
技术领域：
本发明的大体上是用于回收化学机械研磨(CMP)系统中的研磨浆料及冲洗水的
装置及方法。
背景技术：
由于CMP研磨浆料成本较高，所以从CMP过程中回收CMP研磨浆料已成为许多研究的主题。研磨浆料大约包含3%至30%悬浮在水中的固体粒子。研磨浆料大体占CMP成本的约50%。然而，回收及再利用在半导体加工中使用的CMP研磨浆料面临着重大挑战。在CMP 加工期间，粒子浓度、粒度、粒子均勻性对于移除速率及减少缺陷具有极大影响，因此，必须小心加以控制。然而，在回收研磨浆料时难以达成这些因素，因为在研磨期间一些粒子被粉碎且一些粒子聚结，且移除材料的粒子进入研磨浆料中。另外，回收冲洗水对于降低经营成本也是有意义的。然而，回收水无法满足执行数次研磨后冲洗也备受关注。因此，需要回收化学机械研磨(CMP)系统中的研磨浆料及冲洗水的装置及方法。
发明内容
本发明大体上是关于从CMP过程中回收研磨浆料及冲洗水的装置及方法。本发明的一个实施例提供一种用于回收的装置，其包括第一过滤单元，其中该第一过滤单元包括入口，用来收纳用过的研磨浆料、冲洗流体(诸如水、乙二醇或其它流体) 及研磨废料中的一种或多种，水出口，用来输出第一过滤流以便进行水回收，及化学物质出口，用来输出第二流体以便回收研磨浆料；第二过滤单元，其中该第二过滤单元包括入口，其与该第一过滤单元的化学物质出口连接，产物出口，用来输出回收的研磨浆料流，及水出口，用来输出另一过滤流以便进行水回收；及可选UV(紫外线)单元，其中该UV单元包括入口，其与该第一过滤单元及/或该第二过滤单元的水出口连接，及出口，用来输出经 UV处理的流体。本发明的另一个实施例提供一种回收研磨流体的方法，该方法包括以下步骤经由第一过滤单元过滤用过的研磨浆料、冲洗流体及研磨废料中的一种或多种以产生水流及悬浮流，经由第二过滤单元过滤该悬浮流以从水流中分离出可再次使用的研磨浆料流，使该可再次使用的研磨浆料流流到研磨站的研磨浆料源中，回收该水流，及使该回收的水流流到回收水源中。本发明的另一个实施例提供一种化学机械研磨系统，其包括一个或多个研磨站； 研磨浆料单元，用来向该一个或多个研磨站提供研磨浆料；冲洗水单元，用来向该一个或多个研磨站提供冲洗水；及回收单元，用来回收研磨浆料及冲洗水，其中该回收单元包括第一过滤单元，其中该第一过滤单元包括入口，用来从该一个或多个研磨站收纳用过的研磨浆料、冲洗流体及研磨废料的混合物，水出口，用来输出第一过滤流以便进行水回收，及化学物质出口，用来输出第二流体以便回收研磨浆料；第二过滤单元，其中该第二过滤单元包括入口，其与该第一过滤单元的化学物质出口连接，产物出口，用来输出回收的研磨浆料流至该研磨浆料单元，及水出口，输出另一过滤流以便进行水回收，及可选UV(紫外线)单元，其中该UV单元包括入口，其与该第一过滤单元及/或该第二过滤单元的水出口连接， 及出口，用来输出经UV处理的水流，及处理单元，用来通过移除有机化合物及/或杀灭细菌而净化该经UV处理的水，其中该处理单元包括入口，其连接至该UV单元的出口，及出口， 用来输出经净化的水流至该冲洗水单元。
所以，上述简介的本发明特征可参考对本发明更具体描述的实施例进一步理解和叙述，部分实施例示出于附图中。然而要指出的是，附图仅说明本发明的典型实施例，因此不应被视为其范围的限制，本发明也适用于其它具有同等功效的实施例。图1为根据本发明的实施例的具有回收单元的研磨系统的示意图。图2A为根据本发明的实施例的具有回收单元的研磨系统的示意图。图2B为根据本发明的实施例的具有回收单元及离心分离器的研磨系统的示意图。图2C为根据本发明的实施例的具有回收单元及离心分离器的研磨系统的示意图。图2D为根据本发明的实施例的具有换向阀及回收单元的研磨系统的示意图。图3为根据本发明的另一实施例的具有专用回收浆料源的研磨站的示意图。图4为根据本发明的另一实施例的具有专用回收冲洗水源的研磨站的示意图。图5为根据本发明的另一实施例的具有多个研磨站及回收单元的研磨系统的示意图。为了便于理解，已经在可能的情况下，使用相同的组件符号指示各图中相同的组件。意即，在一个实施例中所揭示的组件也可有利地用于其它实施例而无需特别指明。
具体实施例方式本发明的实施例大体而言是关于用于从使用浆料的多种过程(诸如化学机械研磨)或丝线锯切割应用中回收浆料及液体的装置及方法。本发明的实施例提供用于回收从研磨站排出的研磨浆料及冲洗水的装置及方法。 该排料大体包括用过的研磨浆料、来自平坦化或丝线切割表面的碎屑、冲洗流体及移除及衬垫材料的粒子中的一或多种。本发明的实施例提供一种回收单元，其收纳废料混合物并输出回收的水及回收的研磨浆料。在实施例中，该回收单元包括四个过滤/处理单元。第一过滤单元配置为将该混合物分离为主要包含大粒子的水流及包含固体的浓缩流。该浓缩流随后穿过第二过滤单元以在作为回收的浆料返回之前进行进一步过滤。在作为回收的浆料返回之前，出于安全目的可选择实施第四过滤步骤。该水流随后穿过第三处理单元以便进一步净化(包含可选的去离子)。在过滤/处理单元中可单独或以组合形式使用深度过滤、离心分离、微滤、纳米过滤及超滤。在实施例中，在过滤/处理单元中使用磁浮泵以施加压力而不会对研磨浆料的性质造成有害影响。在实施例中，使用离心分离单元来移除大粒子、聚结块及/或聚合粒子。该离心分离单元可布置在过滤单元之前或之后。该回收单元可配置为从多种CMP过程中(诸如从铜、钨、二氧化硅、单晶硅、多晶硅的研磨中)或从丝线锯应用中回收研磨浆料。本发明的实施例也是关于使用诸如磁浮泵的离心泵抽吸、混合及计量以减少及防止CMP研磨浆料中粒子聚结并减少粒子污染。在实施例中，粒子聚结可通过在抽吸、混合及计量时控制剪切量来减少。图1为根据本发明的实施例的具有回收单元104的研磨系统100的示意图。研磨系统100可配置为使包括诸如多晶硅、单晶硅、氧化物、钨、铝、铜或不同材料的组合的各种材料的基板平面化。在实施例中，研磨系统100可用来制备用于太阳电池板制造的多晶硅基板。研磨系统100包括研磨站101，其中在所处理的基板与研磨衬垫之间的相对运动的辅助下，通过研磨浆料来研磨基板。在研磨期间，通常将研磨浆料喷淋到基板或研磨衬垫上。研磨之后，通过喷淋去离子水进行一或多次冲洗所述基板。研磨系统100另外包括研磨浆料源102，用来将研磨浆料供应至研磨站101。在实施例中，研磨浆料源102可包括一或多个浆料槽，用来在其中储存原始研磨浆料及/或回收的研磨浆料；及一或多个泵，用来将所述浆料槽中的研磨浆料供应至研磨站101。在实施例中，这些泵可为离心泵，诸如磁浮泵，用来将实时流变学量测结果及扭矩要求提供至系统控制器。在另一实施例中，研磨浆料源102可包括浆料产生器，用来原位制造研磨浆料。该浆料产生器确保“新鲜”的研磨浆料且避免与预制研磨浆料有关的沉降或其它老化问题。在实施例中，该浆料产生器可连接至小的局部浆料槽以保证加工期间浆料的稳定流动。研磨系统100另外包括冲洗水源103，用来将冲洗水供应至研磨站101以便冲洗基板及/或研磨站101。冲洗水源103可配置为将超纯水供应至研磨站101。在实施例中，研磨系统100可具有槽119，该槽119连接至研磨站101下游且配置为收纳用过的研磨浆料及用过的冲洗流体，诸如水、乙二醇或其它流体。在实施例中，槽119 可连接至多个研磨站且可配置为从多个研磨站收集用过的研磨浆料与冲洗水的混合物。研磨系统100另外包括回收单元104，用来从槽119收纳所述混合物且由槽119中的混合物产生可再次使用的研磨浆料、可再次使用的冲洗水或此两者。在另一实施例中，回收单元104可直接连接至研磨站101。回收单元104包括第一过滤单元150，用来将收纳的混合物分成已移除化学物质及粒子的水流及包括大部分化学物质及粒子的浓缩流。第一过滤单元150也可具有废料出口，其为诸如大粒子的废料提供出口。将所述浓缩流导引至第二过滤单元160以获得可再次使用的研磨浆料。将水流导引至可选的卫生清洁单元180及处理单元170以获得可再次使用的清洁水。第一过滤单元150可包括用于深度过滤及/表面过滤的适当过滤介质。在实施例中，第一过滤单元150包括一或多个薄膜或其它过滤单元，用来移除不同大小的粒子。在实施例中，这些薄膜或其它过滤单元可为微滤膜、纳米滤膜或超滤膜。
在实施例中，第一过滤单元150可为交叉流动过滤单元。水流为透过所有该一或多个薄膜的透过流且浓缩流为被这些薄膜之一所拒绝的拒绝流。在另一实施例中，第一过滤单元150为闭端过滤单元，其具有两种或两种以上薄膜或其它可选过滤技术，且水流为透过所有这些两种或两种以上分离器的透过流。此闭端过滤单元可视情况利用回洗再生以清洁薄膜表面。第一过滤单元150从浓缩流中移除对于研磨浆料来说过大的粒子。第二过滤单元160连接至第一过滤单元150下游以收纳浓缩流。第二过滤单元160 配置为稳定输出流中的粒度分布。在实施例中，第二过滤单元160配置为从流体中移除大粒子及小粒子两者以获得对于可再次使用的流体合格的研磨粒度。在实施例中，第二过滤单元160包括薄膜或其它过滤介质及泵，该泵配置为对浓缩流加压使其穿过该薄膜。该泵可为磁浮泵，其对研磨浆料中的研磨粒子施加最低程度的破坏。第二过滤单元160可通过反向冲洗以移除废料及过剩水而得以清洁。该水可经由废料输出口 165离开第二过滤单元 160或被供给至处理单元170中。在实施例中，该废料可占进料流的约10%至约15%。来自第二过滤单元160的浓缩流从浆料输出口 164返回研磨中。在实施例中，第二过滤单元160另外包括定量加料单元167，用来在第二过滤单元 160中的处理期间保持研磨浆料稳定。定量加料单元167可在过滤之前、过滤期间或过滤之后为第二过滤单元160提供另外的调节化学物质(诸如KOH或NH4OH 167)流体。来自浆料输出口 164的流体可直接返回到研磨站101的局部研磨浆料槽中或与研磨浆料源102中的原始研磨浆料合并。在实施例中，可将冲洗水或另外化学物质、粒子掺合至浆料输出口 164以获得所欲浓度的研磨浆料以供再次使用。在实施例中，来自第二过滤单元的浆料可在直接返回研磨站101的局部研磨浆料槽或与研磨浆料源102中的原始研磨浆料合并之前用研磨过滤单元190过滤。卫生清洁单元180为可选的。在实施例中，卫生清洁单元180配置为从流过卫生清洁单元180的流体(诸如来自第一过滤单元150的水流及/或来自第二过滤单元160的水流)中移除有机物质。在实施例中，卫生清洁单元180可为紫外线(UV)单元，用来使水流中的有机物质氧化。在另一实施例中，卫生清洁单元180配置为减少及控制细菌数。在实施例中，来自卫生清洁单元180的经卫生清洁的水流直接流回至研磨站101 用于冲洗或其它用途。该经卫生清洁的水流可用于第一冲洗中，其对于冲洗水的纯度具有低要求。处理单元170配置为净化水流及/或使水流去离子。在实施例中，处理单元170 可包括用于逆渗透过滤的逆渗透膜。在另一实施例中，处理单元170可包括离子交换树脂， 其可持续再生，以使水流去离子。在另一实施例中，处理单元170可包括逆渗透膜及离子交换树脂两者。来自处理单元170的输出流产生超净水。来自处理单元170的拒绝流作为废水离开回收单元104。在实施例中，该废水介于进料流的约5%与约20%之间。来自处理单元170的净化水可直接送回研磨站101或与来自冲洗水源103的原始超净水混合。在实施例中，处理单元170可在位置上邻近研磨站101布置。在另一实施例中，处理单元170可在远处定位。在实施例中，可将工厂水处理用作处理单元170。来自第一过滤单元150及/或第二过滤单元160的水流可流至工厂水处理单元以进行回收，其可位于布置工厂大范围水处理系统的建筑之外。由于研磨及冲洗两者都包括多个阶段。例如，研磨可在三个或三个以上步骤中执行以达成高通量及高品质。最初研磨步骤(诸如大批研磨)通常较最终研磨步骤(诸如擦光)对研磨浆料的变化具有更好耐受性。因此，可需要在研磨站执行大批研磨时导引回收的研磨浆料至研磨站且在研磨站执行最终擦光步骤时截流回收的研磨浆料。类似地，研磨后的最初冲洗较最后冲洗对于冲洗水中的痕量化学物质及离子的敏感性要低。因此，需要在研磨站执行最初冲洗时将回收的冲洗水供应至研磨站且在研磨站执行最后冲洗时截流回收的冲洗水。在实施例中，研磨系统100另外包括系统控制器109。在实施例中，系统控制器109 可控制研磨系统100中的多个阀门以确保在所欲时间传递或截流回收的研磨浆料及/或冲洗水。为了简化附图，未示出系统控制器109与研磨系统100的各组件之间的连接。在实施例中，系统控制器109为用于供应及回收研磨浆料的独立控制器。在另一实施例中，系统控制器109作为整体部件整合到CMP工具控制器中。图2A为根据本发明的另一实施例的具有回收单元204的研磨系统200A的示意图。研磨系统200A与图1的研磨系统100类似，但对于不同单元具有详细的示例性实施例。研磨系统200A可配置为使包括诸如多晶硅、单晶硅、氧化物、钨、铜、铝或不同材料的组合的各种材料的基板平面化。在实施例中，研磨系统200A可用来制备用于太阳电池板制造的多晶硅基板。研磨系统200A包括研磨站201，其中经处理的基板213通过研磨头212所固持且基板213抵压在研磨衬垫211上。研磨头212及研磨衬垫211两者皆旋转并提供基板213 与研磨衬垫211的研磨表面之间的相对运动。浆料喷嘴214提供研磨浆料至研磨衬垫211。 冲洗喷嘴215提供冲洗水至研磨站201。研磨系统200A另外包括研磨浆料单元202，用来将研磨浆料供应至研磨站201。研磨浆料单元202包括源221及局部槽224。在实施例中，源221可为储存预产生的研磨浆料的浆料源槽。该浆料源槽大体上远大于局部槽224。在另一实施例中，源221可为浆料产生器以原位产生研磨浆料。在操作期间，泵222抽吸研磨浆料穿过过滤器223至局部槽224， 且连接到局部槽224的泵225抽吸该浆料穿过过滤器2 至浆料喷嘴214。在实施例中，过滤器2 可为使用点深度过滤器及粒子过滤器，刚好在将研磨浆料分配至研磨站201之前移除任何凝胶及聚结块。在实施例中，过滤器2 布置在泵225 下游及浆料喷嘴214所连接的传递臂的上游。研磨系统200A另外包括冲洗水单元203，用来将冲洗水供应至研磨站201以供冲洗基板及/或研磨站201之用。冲洗水单元203可包括槽231，用来储存冲洗水以便供应至冲洗喷嘴。槽231通常连接至原始超净水源。在实施例中，研磨站201包括集料仓216，用来收纳用过的研磨浆料、冲洗流体以及移除的材料。在实施例中，集料仓216在装卸基板期间可下降且在研磨及冲洗期间可升高以捕获研磨浆料及冲洗流体。研磨系统200A可具有槽219，其连接至集料仓216下游。在实施例中，槽219可连接至多个研磨站且可经配置从多个研磨站收集用过的研磨浆料与冲洗流体的混合物。研磨系统200A另外包括回收单元204，用来收纳来自槽219的混合物且由槽219 中的混合物中产生可再次使用的研磨浆料及可再次使用的冲洗水。回收单元204包括第一过滤单元250，用来将收纳的混合物分成已移除大部分化学物质及粒子的水流及包括化学物质及粒子的浓缩流。将该浓缩流导引至第二过滤单元 260以获得可再次使用的研磨浆料。在实施例中，将该水流导引至可选卫生清洁单元280及处理单元270以获得可再次使用的净化水。在另一实施例中，可将该水流直接废弃。第一过滤单元250包括泵251，其连接至过滤器单元252上游。泵251配置为对来自槽219的进入流加压使其穿过过滤器单元252。第一过滤单元250配置为从浓缩流中移除对于研磨浆料而言过大的粒子。过滤器单元252包括适当的过滤器介质，诸如深度过滤器及粒子过滤单元。在实施例中，过滤器单元252包括一或多个薄膜或其它过滤技术。如图2A中所示，过滤器单元 252可包括一或多个薄膜，诸如微滤膜、纳米滤膜或超滤膜。在实施例中，这些薄膜可以分段方式布置。该进入流将依次穿过该一或多个薄膜。在实施例中，过滤器单元252依次包括微滤膜、纳米滤膜及超滤膜。在实施例中，第一过滤单元250包括浓缩物出口 257，其与微滤膜253与纳米滤膜 2M之间的流体是流体连通的。因此，来自该进入流的大粒子并不透过过滤器单元252且小粒子透过过滤器单元252。第一过滤单元250另外包括水输出口 258，其与从过滤器单元252的所有薄膜段出来的透过流形成流体连通，以输出已移除大部分化学物质及粒子的水流。在另一实施例中， 来自水输出口 258的流体也可作为废料离开系统。泵251可为隔膜泵、风箱泵或磁连接或离心泵。或者，可使用真空系统或气体压力器来转移流体。在实施例中，泵251可为磁浮泵。此低剪切泵对于研磨浆料的粒度分布具有最小影响。过滤器单元252可配置为闭端过滤、交叉流动过滤或可逆流冲洗式过滤。在实施例中，微滤膜253、纳米滤膜2M及超滤膜255可为聚合薄膜或陶瓷薄膜。过滤器单元252 中的该一或多个薄膜可为螺旋膜、管状膜、板框式膜或中空纤维薄膜。第二过滤单元260连接至第一过滤单元250下游以收纳浓缩流。第二过滤单元 260配置为用于稳定输出流中的粒度分布。在实施例中，第二过滤单元260包括过滤器介质262及泵，泵261配置为对浓缩流加压使其穿过过滤器介质262。在实施例中，过滤器介质262包括薄膜。该泵可为磁浮泵，其对研磨浆料中的研磨粒子施加最低程度的破坏。第二过滤单元260具有浆料输出口沈4，用来输出透过流，及回洗口沈6，用来收纳冲洗流体以通过回洗移除废料而清洁过滤器介质262。该废料可经由废料输出口 265离开第二过滤单元沈0。在实施例中，该废料可为进料流的约10%至约15%。在另一实施例中， 废料输出口 265可连接至水回收分支，诸如卫生清洁单元观0的入口，以便进行水回收。在实施例中，第二过滤单元沈0另外包括定量加料单元沈7，用来在第二过滤单元 260中的处理期间保持研磨浆料稳定。定量加料单元267可在过滤之前、过滤期间或过滤之后为第二过滤单元260提供另外的调节化学物质(诸如KOH或NH4OH 267)流体。泵261可为隔膜泵、风箱泵或磁连接或离心泵。在实施例中，泵261可为磁浮泵， 其对于研磨浆料的粒子具有最小影响。过滤器介质262可为聚合薄膜或陶瓷薄膜。过滤器介质262可为螺旋薄膜、管状薄膜或中空纤维薄膜。
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第二过滤单元260可为闭端过滤或交叉过滤。在实施例中，来自第二过滤单元沈0的浆料可在直接导引回研磨站201的局部研磨浆料槽或研磨浆料单元202之前用研磨过滤单元290进一步过滤。可将来自浆料输出口沈4的透过流导引至源221或局部槽224中。卫生清洁单元280配置为减少或控制流经卫生清洁单元280的流体(诸如来自第一过滤单元250及/或第二过滤单元260的水流)中的细菌及/或有机污染。在实施例中， 卫生清洁单元280可为紫外线(UV)单元，用来使有机物质氧化或杀灭水流中的细菌。在实施例中，经卫生清洁的水流直接流回至研磨站201以供冲洗或其它用途。经卫生清洁的水流可用于第一冲洗中，其对于冲洗水的纯度具有低要求。处理单元270配置为净化水流及使水流去离子。在实施例中，处理单元270包括泵271、逆渗透膜273及离子交换树脂274，离子交换树脂274可经由离子选择膜持续再生。 泵271配置为对进入流加压以使其穿过逆渗透膜273及离子交换树脂274。来自处理单元 270的出口 276的输出流产生超净水。来自处理单元270的拒绝流经由废料输出口 278作为废水离开。在实施例中，该废水为进料流的约5%至约20%。来自处理单元270的净化水可直接送回研磨站201或与来自冲洗水入口 232的原始超净水混合。在实施例中，处理单元270为独立水回收单元。在另一实施例中，处理单元270属于预先存在的工厂水处理系统。在实施例中，研磨系统200A另外包括系统控制器209。在实施例中，系统控制器 209可控制研磨系统200A中的多个阀门以确保在所欲时间传递或截流回收的研磨浆料及/ 或冲洗水。为了简化附图，未示出系统控制器209与研磨系统200A的各组件之间的连接。各过滤/处理单元250J60、270中所用的薄膜可为以闭端过滤法、逆流冲洗过滤法或交叉流动过滤法操作的深度过滤器、螺旋膜、中空纤维膜、管状膜、板框式膜中的一种。在实施例中，系统控制器209为用于供应及回收研磨浆料的独立控制器。在另一实施例中，系统控制器209可整合至CMP工具控制器中或作为该CMP工具控制器的从属器实施。在实施例中，系统控制器209连接至贮器泵222、225及过滤泵251、沈1、271中的至少一个。系统控制器209配置为根据连接至系统控制器209的该至少一个泵的过程参数监控及/或调整研磨浆料的特性。在实施例中，连接至系统控制器209的该至少一个泵为离心泵，诸如电磁式悬浮离心泵。泵222、225、251、261、271中的每一个可为以下各装置中之一活塞泵、隔膜泵、风箱泵、蠕动泵、磁浮离心泵及用于通过真空抽吸转移流体的设备。在实施例中，泵222、225、 251,261,271中的每一个可为离心泵。离心泵提供比传统上用于研磨浆料及/或研磨浆料废料传输的泵更加受控的剪切力。高剪切力强烈减少粒子聚结。在实施例中，泵222、225、 251 J61、271中的每一个为磁浮离心泵。磁浮泵对流体增加很少的粒子，因此减少粒子污染并降低对正处理的基板的破坏。一示例性磁浮离心泵可由瑞士 Levitronix制造。在实施例中，将系统控制器209连接至至少一个磁浮离心泵，使得能够对每一浆料掺合及回收步骤返回实时流变学量测结果及/或扭矩要求。流变学量测结果及/或扭矩要求可从以下各位置的一或多个位置处的泵处得到回收浆料与原始浆料进行掺合的位置、浆料再循环回到主贮器的位置、驱使聚结块过滤的位置、传输经过大贮器的位置、传输经过局部贮器的位置、将研磨浆料进料至研磨衬垫的位置。在实施例中，磁浮离心泵可用以计量到达局部贮器或研磨衬垫的研磨浆料。在实施例中，磁浮离心泵可用以为研磨浆料提供适当层级的剪切力以正向地影响流变及使聚结最小化。在另一实施例中，磁浮离心泵可用以注入及混合添加剂，以混合/合并原始浆料、 回收的研磨浆料、水及/或化学添加剂包的各种流体。在另一实施例中，除磁浮离心泵的外，可使用邻接泵外壳布置的其它计量传感器， 或者其可结合磁浮离心泵来使用。在另一实施例中，磁浮离心泵可用以监控进料对过滤及回洗介质的压力以便进行以下步骤(1)警告堵塞问题，可能需要维修过滤器，(2)调整泵功率以补偿增加的压降直至过程完成及停止而不必中断过程，及(3)在交叉流动或回洗步骤期间发起另外频率的、增加的流动，或视情况绕过当前研磨浆料及超净水回收而注入清洁剂，直至通过控制软件基于设定点参数如所预定的将该清洁剂净化为止。在另一实施例中，磁浮离心泵可用于为可选的整合控制系统提供反馈，该整合控制系统将CMP水及浆料回收系统连同CMP工具及水装备作为单元操作整体组进行管理，而不是作为一串个别控制线路来管理。在另一实施例中，磁浮离心泵可用以降低污染水平，此归因于泵系统中用惰性聚合物完全密封所有运动部件且不存在金属或陶瓷驱动密封件。图2B为本发明的实施例的研磨系统200B的示意图。研磨系统200B与图2A的研磨系统200A类似，不同之处在于研磨系统200B具有分离单元四5，用来在回收之前从流体中分离聚合粒子或大粒子，诸如大的二氧化硅粒子。在实施例中，分离单元295为离心分离器。所分离的粒子可从出口 296离开该系统。图2C为根据本发明的实施例的研磨系统200C的示意图。研磨系统200C与图2B 的研磨系统200B类似，不同之处在于分离器单元295布置在第一过滤单元250下游。图2D为根据本发明的实施例的研磨系统200D的示意图。研磨系统200D与图2A 的研磨系统200A类似，不同之处在于研磨系统200D使用换向阀294来分离水流及浓缩流， 而不是如同研磨系统200A中使用第一过滤单元250。换向阀294连接到研磨站201的集料仓216。集料仓216可固定或可移动。在实施例中，换向阀294配置为将集料仓216中的内容物导引至第二过滤单元沈0以便进行浆料回收，或导引至处理单元270以便进行水回收。在实施例中，换向阀294为三通阀。可根据在研磨站201中的过程，通过系统控制器来控制换向阀四4的状态。例如，当研磨浆料从浆料喷嘴214流至研磨站201时，可调整换向阀四4以将流体导引至第二过滤单元沈0，且在冲洗期间或没有浆料从上游流过时可调整换向阀四4以将流体导引向处理单元270。在实施例中，研磨系统200D包括可选分离单元四5，其连接在换向阀294与第二过滤单元260之间以在浆料回收之前移除聚合粒子及/或大粒子。图3为根据本发明的另一实施例的具有专用回收浆料槽3M及专用原始浆料槽 327的研磨系统300的示意图。研磨系统300与图2的研磨系统200类似，不同之处在于浆料单元302的差异。浆料单元302配置为在研磨期间向研磨站301提供未与回收浆料混合的原始研磨浆料。这允许研磨站301执行多个研磨步骤且仅在过程参数许可时才使用回收的研磨浆料。图4为根据本发明的另一实施例的具有专用回收冲洗水槽432的研磨系统400的示意图。研磨系统400与图2的研磨系统200类似，不同之处在于冲洗水单元403中的差
已冲洗水单元403包括收纳回收的冲洗水的回收冲洗水槽432及无回收的冲洗水的原始冲洗水槽431。这允许研磨站301执行多次冲洗且仅在过程参数许可时(诸如在最初冲洗期间)才使用回收的冲洗水。图5为根据本发明的另一实施例的具有多个研磨站501a、501b、501c及回收单元 504的研磨系统500的示意图。研磨系统500配置为执行多个研磨步骤。每一研磨站501a、 501b,501c专门用于具有不同研磨率的研磨步骤。来自研磨站501a、501b、501c的研磨废料集中在槽519中且发送至回收单元504 中，回收单元504与上文所述的回收单元104及204类似。研磨源502向研磨站501a、501b、501c提供回收的研磨浆料及原始研磨浆料。在实施例中，该回收的研磨浆料仅供应至配置为执行大批研磨的研磨站。冲洗水源503配置为选择性地供应回收的冲洗水及原始冲洗浆料至每一研磨站。虽然图5中图标三个研磨站，但是根据过程要求可使用更多或更少的研磨站。虽然前文针对本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其它及另外实施例，且本发明的范围由以下权利要求确定。
权利要求
1.一种用于回收的装置，包括 分离单元，其包括入口，作用是收纳用过的研磨浆料、冲洗流体及研磨废料的混合物； 水出口，作用是输出第一流体以便进行废料或水回收；及浆料出口，作用是输出第二流体以便进行浆料回收研磨；以及浆料过滤单元，其包括 入口，与所述分离单元的所述浆料出口连接； 一种或多种过滤介质，用来过滤或移除离子及有机物；及泵，布置在所述一种或多种过滤介质上游并用来对流体加压以使其穿过所述一个或多个薄膜；产物出口，用来输出浓缩并回收的研磨浆料流；及水出口，用于水回收或废料。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分离单元包括换向阀，所述换向阀可以选择性地将所述入口连接至所述水出口或所述浆料出口。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述浆料过滤单元的所述泵为下列之一活塞泵、隔膜泵、风箱泵、蠕动泵、磁浮离心泵及用于通过真空抽吸或增压而传递流体的设备。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述浆料过滤单元的所述过滤介质为以闭端过滤法、逆流冲洗过滤法或交叉流动过滤法操作的螺旋膜、中空纤维膜、管状膜、板框式膜，或者是通过深度过滤操作的过滤介质。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述浆料过滤单元包括以下一种或多种微滤膜、纳米滤膜及超滤膜，并且所述浆料过滤单元还包括回洗或交叉流动清洁能力。
6.根据权利要求2所述的装置，还包括UV(紫外线)单元，作用是使流过所述UV单元的流体中细菌及有机污染减少，其中，所述UV单元包括入口，与所述分离单元的所述水出口及/或所述浆料过滤单元的所述水出口连接；及出口，作用是输出卫生清洁处理过的流体，以及水处理单元，作用是通过移除痕量化学物质来净化所述卫生清洁处理过的流体，其中， 所述处理单元包括入口，连接到所述UV单元的出口 ；及出口，用来输出净化流体。
7.根据权利要求2所述的装置，还包括定量加料单元，所述定量加料单元连接到所述浆料过滤单元，以便在所述浆料过滤单元处理期间定量加料调节化学物质。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分离单元是过滤单元，其包括 过滤介质，其包括微滤膜；及纳米滤膜，其布置在所述微滤膜下游；以及泵，其布置在所述微滤膜上游并用来对流体加压使其穿过所述过滤介质，其中，所述浆料出口布置在所述微滤膜与所述纳米滤膜之间，并且所述分离单元的所述水出口布置在所述过滤介质下游。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括离心分离器，用来分离聚合的或大的粒子，其中，所述离心分离器布置在所述分离单元的上游或下游。
10.一种用于回收研磨流体的方法，包括以下步骤由用过的研磨浆料、冲洗流体及研磨废料的混合物产生废水流及浓缩流； 使所述浓缩流过滤穿过浆料过滤单元以便从水流中分离出可再次使用的研磨浆料流；使所述可再次使用的研磨浆料流流到研磨站的研磨浆料源中；及使所述水流流至回收水源中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，产生所述废水流及所述浓缩流的步骤包括以下步骤使所述混合物过滤穿过具有多个薄膜的过滤单元或使用换向阀选择性地引导所述混合物至浆料出口及水出口。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤在使所述可再次使用的研磨浆料流流至研磨站的研磨浆料源之前，测量所述可再次使用的研磨浆料的一个或多个特性，其中，所述可再次使用的研磨浆料的所述一个或多个特性包括以下一种或多种zeta电位、 密度、粒度及粒子分布。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤在使所述水流流至所述回收水源之前卫生清洁处理所述水流以从所述水流中移除有机物质；通过逆渗透过程经处理单元来净化所述卫生清洁处理过的水流；及在使所述水流流至所述回收水源之前通过连续的电去离子(CEDI)过程、离子交换或离子移除中的一者来使所述净化的水流去离子。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤从所述回收水源中供应冲洗水，以在研磨站中执行一或多次最初冲洗；及供应原始超净水，以在所述研磨站中执行最后冲洗。
15.一种用于研磨系统的研磨浆料单元，其包括浆料贮器，其具有贮器泵，其中，所述浆料贮器连接至原始浆料源； 回收单元，其包括一个或多个过滤单元，所述过滤单元包括过滤泵，其中，所述回收单元连接至所述浆料贮器并用来回收用过的研磨浆料、将所述用过的浆料抽吸穿过所述一个或多个过滤单元并将过滤的研磨浆料提供到所述浆料贮器，并且所述过滤泵为磁浮离心泵；及阀门系统，用来在研磨期间将过量研磨浆料分流到浆料回收单元并在冲洗期间将流体冲洗到冲洗水回收单元；以及控制器，连接到所述贮器泵及所述过滤泵中的至少一个，其中，所述控制器用来根据与其连接的至少一个泵的过程参数监控及/或调整所述研磨浆料的特性。
全文摘要
本发明主要是关于从化学机械研磨(CMP)过程中回收研磨浆料及冲洗水的装置和方法。本发明也是关于使用离心泵来进行流变学测量及聚结预防。
文档编号H01L21/00GK102365716SQ201080013937
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年3月25日
发明者丹尼尔·O·克拉克, 克利福德·斯托, 加米尔·莱斯顿, 安德烈亚斯·纽伯, 菲尔·钱德勒, 迈克·科菲尔 申请人:应用材料公司