一种超纯水抛光系统的制作方法

本发明涉及超纯水抛光，特别涉及一种超纯水抛光系统。

背景技术：

1、随着电子行业和半导体行业的发展，超纯水在制造过程中的作用越来越举足轻重，超纯水的水质要求也越来越严苛。

2、超纯水的品质直接影响到半导体器件的制造良率。尤其半导体迈入到先进制程后，随着制程线宽的缩小，一些过去没有影响到制造良率的痕量成分，现在也成为影响制造良率的关键因素。

3、国际半导体技术蓝图(itrs)在2016年的报告中更新对超纯水水质的指标要求，如下表所示。从表1中可以看出先进制程半导体对超纯水的水质要求已经基本达到极致了。如此极致水质的超纯水，极小的污染也会导致超纯水的水质无法达到先进制程半导体制造的使用要求。先进制程超纯水，优先关注的水质指标为：电阻率、微粒、toc(总有机碳)、细菌、可溶硅、硼、重金属、do(溶解氧)等，它们对半导体器件的生产影响很大。在先进制程半导体制造过程中，与硅片接触的介质所含离子越多，对产品良率影响就越大，超纯水中的离子浓度可通过电阻率来表征。微粒数也是衡量超纯水纯度的指标，在集成电路光刻工序的清洗用水中如果含有不纯物质或微粒，将导致栅氧化膜厚度不均，产品图形发生缺陷。浸没式光刻机的浸没液体含有超标颗粒时会导致曝光缺陷。超纯水中的微量有机物会影响栅氧化膜的绝缘耐压性能。在超纯水中，细菌的影响与toc、微粒基本相同，主要是因为细菌在系统里的繁殖使它成为有机物和微粒的来源。至于超纯水中的溶解氧，它将加快硅片表面的氧化反应进而造成氧化膜提前形成。超纯水中气泡的影响主要是其与超纯水折射率差异造成的。气泡的折射率(1.00)和超纯水的折射率(1.44)差异很大，以浸没式光刻机为例，其浸液中的气泡易造成光刻机曝光缺陷，会对芯片制造良率造成较大影响。在半导体生产过程中，硼是一种p型杂质。过量会使n型硅反转，从而影响电子和空穴的浓度。因此，在先进制程超纯水中应充分考虑硼的去除。

4、

5、表1

6、目前半导体制造工艺设备机台(为简便叙述，下文简称tool)所需的超纯水一般由远端的超纯水系统生产。生产出的超纯水通过一次配同程供回水环路(为简便叙述，下文简称“loop”)供应到tool。为保持满足严苛的超纯水水质指标状态，loop采取不间断的循环状态向tool供水。loop与tool之间则是通过二次配管路(为简便叙述，下文简称hook-up)连接起来。

7、相关技术方案中，在半导体迈入先进制程后，抛光系统传统工艺流程逐渐显现出一些风险性和局限性，现实的负面案例逐渐增多，具体主要体现在如下几个方面：

8、第一个风险和局限是超纯水系统施做过程中的污染。近些年来，由于先进制程半导体对超纯水水质要求越来越苛刻，超纯水水质长时间不达标的工程项目已屡见不鲜，例如最近几年出现的大量工程项目中颗粒指标长时间无法达标的现象，冲洗半年颗粒指标方才达标的工程项目已比比皆是，甚至部分工程项目出现颗粒指标一年以上方才达标的现象，这对先进制程半导体工厂的正常投产造成极大的不良影响。

9、产生这种情况，既有客观上的原因，也有主观上的原因。客观上的原因主要是：半导体制程技术升级造成超纯水水质要求提高，而超纯水相关技术进步未跟上半导体制程技术升级的脚步。主观上的原因主要是：业内公司和技术人员专业水平上的差异，洁净施工及洁净封堵的相关意识水平和执行落实的严格程度参差不齐，导致污染的发生。很多超纯水系统的失败是与施做过程中品控工作不到位密切相关的。由于超纯水的超洁净状态，即使是痕量级的污染，往往处理和挽回的难度也非常大。超纯水的技术进步，既需要在客观上加强对施做污染的控制，尤其要加强洁净施工和洁净封堵的品控，也需要在主观上对现有超纯水工艺进行改进，增加一些应对污染风险的技术措施和屏障。

10、第二个风险和局限是超纯水系统调试过程的污染。由于具体技术人员专业水平上的差异，是否能有效的避开超纯水调试过程中的污染风险，在现实工程项目中存在很大的不确定性。以loop杀菌消毒过程为例，原本loop杀菌消毒过程在过去曾经是一个相对普通的调试过程，但在半导体迈入到先进制程后，loop杀菌消毒却成为一个污染风险极高的调试过程，也成为一个极度容易被忽视的调试过程。虽然在loop杀菌消毒过程中污染是痕量级的，但对先进制程超纯水来说往往已经难以承受。最近几年来，按照过往的传统技法进行先进制程超纯水loop杀菌消毒，导致抛光系统和loop污染的案例逐渐增多。为应对调试过程污染的风险，既需要在客观上加强对调试过程污染的控制，改进调试方案和技法，也需要在主观上对现有超纯水工艺进行改进，增加一些应对调试过程污染的技术措施和屏障。

11、第三个风险和局限是超纯水系统运行的稳定性挑战。在半导体工厂中，hook-up的冲洗和tool的调试往往是逐步进行的，也就是说，通常情况下，在超纯水系统水质达标并正常投入生产后，随着tool的逐步搬入，对tool及对应的hook-up进行安装、冲洗和调试。在这个过程中，应严格按照hook-up冲洗和tool调试的专业规程进行，否则，loop回流水中可能出现大量污染物或空气混入，导致颗粒、总有机碳(下文简称toc)、溶解氧(下文简称do)、电阻率等指标劣化。如果未及时将污染的loop回流水排放或回流到超纯水制备工艺段，则污染水回流到纯水箱(下文简称upw水箱)中，进而对抛光系统造成污染，严重时甚至造成抛光系统宕机。在半导体迈入到先进制程后，以往能够接受的loop回水污染程度往往现在已不能再被接受。实际上，在现有传统的超纯水抛光系统中，loop回流水的劣化是客观存在的，无法完全避免的。传统的超纯水抛光系统的技术路线，选择接受这种loop回流水劣化，并将loop回流水与超纯水制备工艺段来水在upw水箱内混合，然后通过在loop供水端的工艺处理设备进行处理。但现实情况下，即使loop回流水劣化程度是相对可以接受的，其对抛光系统的供水水质也还是会造成一定程度的冲击，使其发生一定程度的波动。

12、另外，劣化污染水的置换会耗费一定的时间。如果loop回流水污染严重并已进入到upw水箱，其置换时间会比较长，更严重的将导致供水水质超标，抛光系统宕机，甚至可达到影响半导体工厂正常生产的程度。

13、在hook-up冲洗和tool调试过程中，既需要在客观上严格遵守hook-up冲洗和tool调试的专业规程，避免或减少回流水污染，也需要在主观上对超纯水工艺进行改进，采取一些增强超纯水系统稳定性的技术措施。

技术实现思路

1、本发明公开了一种超纯水抛光系统，用于缓解回流水污染的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种超纯水抛光系统，包括：水箱、供水管路和回流管路，所述回流管路串联有回流比例背压阀和回流纯水箱自动阀，所述回流管路的出口与所述水箱的入水口连接，所述供水管路的入口与所述水箱的出水口连接；所述供水管路上设有用于调节超纯水参数的超纯水工艺处理设备，所述回流纯水箱自动阀与所述水箱的入水口之间设有回流滤器。

4、上述超纯水抛光系统，则打破根深蒂固的旧有技术理念，突破不在回流管路设置超纯水工艺处理设备的思维定势和固有做法，克服了技术偏见，不仅在供水管路上设有用于调节超纯水参数的超纯水工艺处理设备，用于调节超纯水的相关参数，还在回流纯水箱自动阀与水箱的入水口之间设有回流滤器，用于滤除回流管路中回流水的污染物，与供水管路的超纯水工艺处理设备一起形成处理工艺流程的全闭环，缓解回流管路中回流水容易出现污染物的技术问题。

5、可选地，所述回流纯水箱自动阀与所述水箱的入水口之间还设有回流抛光混床。

6、可选地，所述回流抛光混床位于所述回流滤器的上游。

7、可选地，所述超纯水工艺处理设备由上游至下游依次包括送水泵、热交换器、二级降总有机碳紫外线装置、抛光混床、二级脱气膜、终端增压泵、终端微滤和终端超滤。

8、可选地，所述抛光混床包括一级抛光混床和二级抛光混床。

9、可选地，所述回流纯水箱自动阀与所述水箱的入水口之间还设有回流脱气膜。

10、可选地，所述回流脱气膜位于所述回流抛光混床和所述回流滤器之间。

11、可选地，所述回流滤器包括回流微滤和/或回流超滤。

12、可选地，当所述回流滤器包括回流微滤和回流超滤时，所述回流超滤位于所述回流微滤的下游。

13、可选地，所述回流微滤的滤芯精度介于0.1微米至0.04微米之间；所述回流超滤的滤芯精度优于或等于10000道尔顿分子量。