化学机械研磨废水处理技术.PDF

化學機械研磨廢水處理技術 一、緣 起 現今化學機械研磨（ CMP ）製程已經廣泛使用於半導體業晶圓 的製造程序，對於晶圓表面全面性平坦化是有效的製程。雖然 CMP 製程是現代半導體業晶圓製造重要的技術，但是 CMP 製程在無塵室 中是一個高污染的製程，因為過程中使用了研磨液（ Slurry ）。一般 而言，此研磨液主要包含有5～10％的30～100 奈米（nm ）的微細 研磨粉體（亦稱為砥粒）及其他化學物質。這些化學物質包含：（ 1 ） pH 緩衝劑（例如：KOH 、NH OH 、HNO 或有機酸 …等）；（2 ） 4 3 氧化劑（例如：雙氧水、硝酸鐵、碘酸鉀 …等）；（3 ）界面活性劑。 一般而言，界面活性劑的使用可以幫助粉體在水溶液中之懸浮穩定 性，抑制其膠凝或結塊，使晶圓表面的刮傷降至最低、獲得更好的 再現性（ Repeatability ）及使CMP 後續的洗淨能力提高。 因此， CMP 廢水包含來自於研磨液、晶圓本身以及 CMP 後續 清洗程序所產生的各種無機及有機污染物質，大部份的無機物質係 以氧化物存在，主要的非溶解性無機物來自研磨液的砥粒，包含 SiO 、Al O 及 CeO ，還有一些在研磨時從晶圓本身掉下來的無機 2 2 3 2 物質（例如：金屬、金屬氧化物及低介電材料等）。溶解性的無機 物質包含溶解性矽酸鹽與氧化劑。CMP 廢水中的有機物包含界面 活性劑、金屬錯合劑以及其他物質。為了移除在晶圓表面的上述物 質，需要使用大量超純水於 CMP 後續清洗程序。 據統計，以一個擁有20 個 CMP 製程機具的公司而言，每天將 產生700 m3的 CMP 廢水。根據文獻的報導，在 1999 年及2000 年 估計分別有 4.088 x 108 3 3 m 及超過 5.223 x 108 m 的超純水用於 CMP 製程，此用水佔了整個半導體用水的 40%左右。如此龐大的 CMP 製程用水必定產生大量的 CMP 廢水，此廢水量大且鹼度、總 -1- 固體物及濁度高，因此必須妥善加以處理。 -2- 二、化學機械研磨製程簡介 2.1 化學機械研磨（ CMP ）技術 CMP （Chemical Mechanical Polishing ）是現在唯一能提供超大 型積體電路（VLSI ），甚至極大型積體電路（ ULSI ）製程全面性平 坦化的一種新技術，這項技術來自於 IBM 公司，經其數十年的發 展，已成功地應用在微處理器等產品製程上，因為這項技術極可能 是半導體業者唯一且必須仰賴的平坦化製程，因此，現在全世界（包 括台灣）著名的晶圓廠與研究機構莫不全力開發研究此項技術，以 便維持以後的競爭優勢。這項平坦化技術的原理就是利用類似 “磨 刀”這種機械式的原理，配合適當的化學藥劑（Reagent ），將晶片 表面高低起伏不一的輪廓一併加以“磨平的平坦化技術。只要各種” 製程的參數控制得宜，CMP 可以提供被研磨表面高達 94%的平坦 度，以利後續的製程操作。 圖 2-1顯示一個用來進行 CMP 平坦化製程的設備示意圖，基本 上是由一個用來進行晶片研磨的研磨台及一個用來抓住被研磨晶片 的抓具所組成的，其中抓具抓住晶片的背面，然後將晶片的正面壓 在舖有一層研磨墊的研磨台上，以便進行所謂的化學機械研磨。當 CMP 在進行時，研磨台與抓具均將順著一定之方向旋轉，並且在 研磨時，用來幫助 CMP 進行的化學藥劑則沿著一條輸送管持續地 供應到研磨台