CN104141164A - 化学液供液及回收再利用系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种化学液供液及回收再利用系统，该系统分别与原液槽、机台储液槽及废液回收槽连接，该系统包括：混液槽、温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置。混液槽存放化学液，其中，化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽，或者由混液槽注入机台储液槽或废液回收槽，或者化学液从混液槽抽出后再注入混液槽。温度检测调节装置检测和调节化学液的温度，以使注入至混液槽内的化学液的温度达到目标温度。粘度检测调节装置检测和调节化学液的粘度，以使注入至混液槽内的化学液的粘度达到目标粘度。金属离子浓度检测调节装置检测和调节化学液的金属离子浓度，以使注入至混液槽内的化学液的金属离子浓度小于或等于目标浓度。本发明还揭示了一种化学液供液及回收再利用方法。

Description

化学液供液及回收再利用系统与方法

技术领域

本发明涉及电化学抛光技术领域，尤其涉及一种化学液供液及回收再利用系统与方法。

背景技术

随着半导体工业的快速发展，极大规模集成电路(VLSI)以及超大规模集成电路(ULSI)已经被广泛的应用。相比以往的集成电路，极大规模集成电路和超大规模集成电路具有更复杂的多层结构，更小的特征尺寸。然而，多层布线会造成硅片表面凸凹不平，对后续图形制作非常不利。因此，需要对硅片的表面进行平坦化处理。较为常见的平坦化方法是化学机械研磨(CMP)。化学机械研磨虽然能够对硅片的表面平坦化，但是，由于铜和低K或者超低K电介质材料被广泛应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路中，化学机械研磨产生的强机械作用力可能会对低K或者超低K电介质材料造成永久性的损伤。

鉴于此，电化学抛光技术引起了越来越多的半导体厂商的关注与兴趣，并致力于研发适于大规模生产的工艺与设备。电化学抛光过程中，仅有抛光液与硅片表面接触，因此，可以无机械应力的对硅片表面进行平坦化，克服了传统的化学机械研磨技术在超微细特征尺寸集成电路中的缺陷。为了保证平坦化工艺中的去除率和片间均匀性，提高产品良率，抛光液的供应是电化学抛光中重要环节之一。目前的抛光液供应设备自动化程度较低，自动检测、自动控制的精度不高，往往难以达到生产工艺的要求，影响了产品的良率。而且，大量的抛光液使用过后的回收利用率不高，造成了生产成本的上升。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够精确检测和控制化学液的温度、粘度及金属离子浓度，并且能够使化学液循环使用的化学液供液及回收再利用系统与方法。

为实现上述目的，本发明提供的化学液供液及回收再利用系统，该系统分别与原液槽、机台储液槽及废液回收槽连接，该系统包括：混液槽、温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置。混液槽存放化学液，其中，化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽，或者由混液槽注入机台储液槽或废液回收槽，或者化学液从混液槽抽出后再注入混液槽。温度检测调节装置检测和调节化学液的温度，以使注入至混液槽内的化学液的温度达到目标温度。粘度检测调节装置检测和调节化学液的粘度，以使注入至混液槽内的化学液的粘度达到目标粘度。金属离子浓度检测调节装置检测和调节化学液的金属离子浓度，以使注入至混液槽内的化学液的金属离子浓度小于或等于目标浓度。

在一个实施例中，温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置均检测和调节混液槽内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度。

在一个实施例中，该系统还包括金属离子回收槽，金属离子回收槽分别与机台储液槽及混液槽连接，以允许化学液由机台储液槽注入金属离子回收槽以及允许化学液由金属离子回收槽注入混液槽。金属离子浓度检测调节装置检测和调节金属离子回收槽内的化学液的金属离子浓度，以使化学液的金属离子浓度小于或等于目标浓度之时将化学液由金属离子回收槽注入混液槽。

为实现上述目的，本发明提供的化学液供液及回收再利用方法，包括步骤：将化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽；检测和调节化学液的温度、粘度及金属离子浓度，以使注入至混液槽内的化学液的温度、粘度达到目标温度、目标粘度及金属离子浓度小于或等于目标浓度；及将混液槽内的化学液注入机台储液槽。

在一个实施例中，化学液使用一预定时间段后，由混液槽注入废液回收槽。

在一个实施例中，检测和调节化学液的温度、粘度及金属离子浓度的步骤进一步包括：检测和调节混液槽内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度。

在一个实施例中，将化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽的步骤进一步包括：当机台储液槽内的化学液的金属离子浓度大于所述目标浓度时，将一定体积的化学液由机台储液槽注入金属离子回收槽，同时将混液槽内相同体积的化学液注入机台储液槽。

在一个实施例中，检测和调节化学液的温度、粘度及金属离子浓度的步骤进一步包括：检测和调节金属离子回收槽内的化学液的金属离子浓度，将小于或等于目标浓度的化学液由金属离子回收槽注入混液槽。

本发明的有益效果是：本发明通过设置温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置，能够精确检测和调节注入至混液槽内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度，从而使输送至机台储液槽的化学液的温度、粘度及金属离子浓度得到精确的控制，以确保产品良率，且化学液能够循环使用，降低了生产成本。

附图说明

图1为根据本发明的化学液供液及回收再利用系统的第一实施例的结构示意图。

图2为根据本发明的化学液供液及回收再利用系统的第一实施例的混液槽的结构示意图。

图3为根据本发明的化学液供液及回收再利用系统的第二实施例的结构示意图。

图4为根据本发明的化学液供液及回收再利用系统的第二实施例的混液槽的结构示意图。

图5为根据本发明的化学液供液及回收再利用系统的第二实施例的金属离子回收槽的结构示意图。

图6为根据本发明的化学液供液及回收再利用方法的第一实施例的流程图。

图7为根据本发明的化学液供液及回收再利用方法的第二实施例的流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。

参阅图1和图2，揭示了根据本发明的化学液供液及回收再利用系统的第一实施例。该系统分别与原液槽110、机台储液槽140及废液回收槽160连接。该系统包括混液槽120、泵130、温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置。混液槽120存放化学液，该化学液由原液槽110或机台储液槽140注入混液槽120。泵130将化学液由原液槽110注入混液槽120，或者由混液槽120注入机台储液槽140或废液回收槽160，或者将混液槽120内的化学液从混液槽120抽出后再注入混液槽120。温度检测调节装置检测和调节注入至混液槽120内的化学液的温度，以使混液槽120内化学液的温度达到目标温度。粘度检测调节装置检测和调节注入至混液槽120内的化学液的粘度，以使混液槽120内化学液的粘度达到目标粘度。在本文中，所述“达到”可以理解为近似于或等于。金属离子浓度检测调节装置检测和调节注入至混液槽120内的化学液的金属离子浓度，以使混液槽120内化学液的金属离子浓度小于或等于目标浓度。

具体地，原液槽110储存化学液原液，原液槽110内的化学液原液通过泵130输送至混液槽120。混液槽120内的化学液通过泵130进行内循环，即泵130将混液槽120内的化学液抽出后再注入混液槽120，目的是使混液槽120内的化学液充分混合。在混液槽120中，检测和调节混液槽120内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度，以满足工艺所需。混液槽120内的化学液通过泵130输送至机台储液槽140，以用于电化学抛光工艺。机台储液槽140内的化学液使用一定时间后，化学液的金属离子浓度会高于目标浓度，因此，需将机台储液槽140内一定体积的化学液通过机台内的泵150输送至混液槽120进行金属离子回收，以使化学液的金属离子浓度等于或小于目标浓度。化学液循环使用一预定时间段后，机台储液槽140内的化学液通过机台内的泵150排放至废液回收槽160，混液槽120内的化学液通过泵130排放至废液回收槽160。

如图2所示，在该实施例中，温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置均检测和调节混液槽120内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度，以使混液槽120内化学液的温度、粘度达到目标温度、目标粘度及金属离子浓度小于或等于目标浓度。

温度检测调节装置包括控制器125、温度测量装置121及温度控制装置126。粘度检测调节装置包括控制器125、粘度测量装置122、液位测量装置124及液体供应控制装置127。检测和调节混液槽120内化学液的温度和粘度使化学液的温度和粘度达到目标温度和目标粘度的方法已在本申请人于2012年5月22日，申请号为CN201210163151.X，发明名称为“粘度自动控制系统及自动控制方法”中披露，该发明专利申请中的内容全部适用于此，故在此不再赘述。

金属离子浓度检测调节装置包括金属离子浓度测量装置123、控制器125及金属离子回收装置128。金属离子浓度测量装置123与控制器125电连接，控制器125与金属离子回收装置128电连接。金属离子浓度测量装置123测量混液槽120内化学液的金属离子浓度，并将测量到的金属离子浓度值发送至控制器125，控制器125将测量到的金属离子浓度值与金属离子目标浓度值比较，若测量到的金属离子浓度值大于金属离子目标浓度值，控制器125发送第一控制信号至金属离子回收装置128，金属离子回收装置128接收第一控制信号后，开始金属离子回收处理。金属离子回收的方法有多种，如电镀法、萃取法、离子交换层析法等。在本发明中，采用的是电镀法将化学液中的金属离子转移至阴极板上，从而回收化学液中的金属离子，阴极板在使用一定周期后可以更换。若金属离子浓度测量装置123测量到的金属离子浓度值等于或小于金属离子目标浓度值，控制器125发送第二控制信号至金属离子回收装置128，金属离子回收装置128接收第二控制信号后，停止金属离子回收处理。为了提高系统的工作效率，混液槽120内化学液的温度、粘度及金属离子浓度的检测和调节可以同时进行。

根据本发明的第一实施例的工作原理如下：原液槽110内的化学液原液通过泵130输送至混液槽120，混液槽120内的化学液内循环，温度检测调节装置和粘度检测调节装置检测和调节混液槽120内化学液的温度和粘度使化学液的温度和粘度达到目标温度和目标粘度，然后，混液槽120内的化学液通过泵130输送至机台储液槽140开始电化学抛光工艺。机台内的金属离子浓度测量装置(图中未示)实时检测机台储液槽140内化学液的金属离子浓度，并将测量到的机台储液槽140内化学液的金属离子浓度值与金属离子目标浓度值比较，若前者小于或等于后者，则继续检测机台储液槽140内化学液的金属离子浓度；若前者大于后者，则将机台储液槽140内一定体积的化学液通过机台内的泵150输送至混液槽120。金属离子浓度检测调节装置在混液槽120中回收金属离子，同时调节混液槽120内化学液的温度和粘度与目标温度和目标粘度一致。实时检测混液槽120内化学液的金属离子浓度，并将测量到的混液槽120内化学液的金属离子浓度值与金属离子目标浓度值比较，若前者大于后者，则继续回收金属离子；若前者小于或等于后者，则停止回收金属离子。混液槽120内的化学液通过泵130输送至机台储液槽140，以用于电化学抛光工艺。机台储液槽140内的化学液循环使用一预定时间段后，通过机台内的泵150排放至废液回收槽160或者通过混液槽120及泵130排放至废液回收槽160。

参阅图3至图5，揭示了根据本发明的化学液供液及回收再利用系统的第二实施例。该系统分别与原液槽210、机台储液槽240及废液回收槽260连接。与第一实施例相比，该系统除了包括混液槽220、泵230、温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置外，还包括金属离子回收槽270及第二泵280。金属离子回收槽270分别与机台储液槽240及混液槽220连接，以允许化学液由机台储液槽240注入金属离子回收槽270以及允许化学液由金属离子回收槽270注入混液槽220。

具体地，原液槽210储存化学液原液，原液槽210内的化学液原液通过泵230输送至混液槽220。混液槽220内的化学液进行内循环，即混液槽220内的化学液通过泵230从混液槽220抽出后再注入混液槽220。在混液槽220中，将化学液的温度和粘度调节至目标温度和目标粘度，以满足工艺所需。混液槽220内的化学液通过泵230输送至机台储液槽240，以用于电化学抛光工艺。机台储液槽240内的化学液使用一定时间后，机台储液槽240内化学液的金属离子浓度会高于金属离子目标浓度，因此，需将机台储液槽240内一定体积的化学液通过机台内的泵250输送至金属离子回收槽270进行金属离子回收，以使化学液的金属离子浓度等于或小于金属离子目标浓度。当金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度等于或小于金属离子目标浓度后，金属离子回收槽270内的化学液通过第二泵280输送至混液槽220。机台储液槽240内的化学液循环使用一预定时间段后，机台储液槽240内的化学液通过机台内的泵250排放至废液回收槽260，混液槽220内的化学液通过泵230排放至废液回收槽260。

在该实施例中，温度检测调节装置和粘度检测调节装置分别在混液槽220内检测和调节化学液的温度和粘度，以使混液槽220内化学液的温度和粘度分别达到目标温度和目标粘度。而金属离子浓度检测调节装置在金属离子回收槽270内检测和调节化学液的金属离子浓度，以使化学液的金属离子浓度小于或等于目标浓度之时将化学液由金属离子回收槽270注入混液槽220。

温度检测调节装置包括控制器225、温度测量装置221及温度控制装置226。粘度检测调节装置包括控制器225、粘度测量装置222、第一液位测量装置224及液体供应控制装置227。检测和调节混液槽220内化学液的温度和粘度使化学液的温度和粘度达到目标温度和目标粘度的方法已在本申请人于2012年5月22日，申请号为CN201210163151.X，发明名称为“粘度自动控制系统及自动控制方法”中披露，该发明专利申请中的内容全部适用于此，故在此不再赘述。

金属离子浓度检测调节装置包括金属离子浓度测量装置271、控制器225、金属离子回收装置272及第二液位测量装置273。金属离子浓度测量装置271与控制器225电连接，控制器225与金属离子回收装置272电连接，第二液位测量装置273与控制器225电连接。金属离子浓度测量装置271测量金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度，并将测量到的金属离子浓度值发送至控制器225，控制器225将测量到的金属离子浓度值与金属离子目标浓度值比较，若测量到的金属离子浓度值大于金属离子目标浓度值，控制器225发送第一控制信号至金属离子回收装置272，金属离子回收装置272接收第一控制信号后，开始金属离子回收处理。在本实施例中，利用电镀原理将化学液中的金属离子转移至阴极板上，从而回收化学液中的金属离子，阴极板在使用一定周期后可以更换。若金属离子浓度测量装置271测量到的金属离子浓度值等于或小于金属离子目标浓度值，控制器225发送第二控制信号至金属离子回收装置272，金属离子回收装置272接收第二控制信号后，停止金属离子回收处理。第二液位测量装置273测量金属离子回收槽270内化学液的液位，以防金属离子回收槽270内化学液过满。

根据本发明的第二实施例的工作原理如下：原液槽210内的化学液原液通过泵230输送至混液槽220，混液槽220内的化学液内循环，温度检测调节装置和粘度检测调节装置分别在混液槽220内检测和调节化学液的温度和粘度，以使混液槽220内化学液的温度和粘度分别达到目标温度和目标粘度，然后，混液槽220内的化学液通过泵230输送至机台储液槽240开始电化学抛光工艺。机台内的金属离子浓度测量装置实时检测机台储液槽240内化学液的金属离子浓度，并将测量到的机台储液槽240内化学液的金属离子浓度值与金属离子目标浓度值比较，若前者小于或等于后者，则继续检测机台储液槽240内化学液的金属离子浓度；若前者大于后者，则将机台储液槽240内一定体积的化学液通过机台内的泵250输送至金属离子回收槽270，同时从混液槽220内输送相同体积的已调节好的化学液至机台储液槽240，以保证电化学抛光工艺的持续进行。金属离子浓度检测调节装置在金属离子回收槽270中回收金属离子。实时检测金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度，并将测量到的金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度值与金属离子目标浓度值比较，若前者大于后者，则继续回收金属离子；若前者小于或等于后者，则停止回收金属离子，金属离子回收槽270内的化学液通过第二泵280输送至混液槽220。在混液槽220中，将混液槽220内化学液的温度和粘度调节至与目标温度和目标粘度一致。机台储液槽240内的化学液循环使用一预定时间段后，通过机台内的泵250排放至废液回收槽260或者通过混液槽220及泵230排放至废液回收槽260。

本发明还提供了一种化学液供液及回收再利用方法，包括步骤：

将化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽；

检测和调节化学液的温度、粘度及金属离子浓度，以使注入至混液槽内的化学液的温度、粘度分别达到目标温度、目标粘度及金属离子浓度小于或等于目标浓度；及

将混液槽内的化学液注入机台储液槽。

具体地，如图6所示，揭示了根据本发明的化学液供液及回收再利用方法的第一实施例的流程图。该方法包括如下步骤：

S310：实时检测机台储液槽140内化学液的金属离子浓度；

S320：将机台储液槽140内化学液的金属离子浓度与金属离子目标浓度值比较，若机台储液槽140内化学液的金属离子浓度小于或等于金属离子目标浓度，则返回步骤S310；若机台储液槽140内化学液的金属离子浓度大于金属离子目标浓度，则进入步骤S330；

S330：将机台储液槽140内一定体积的化学液输送至混液槽120；

S340：回收化学液的金属离子并调节混液槽120内化学液的温度和粘度与目标温度和目标粘度一致；

S350：检测混液槽120内化学液的金属离子浓度；

S360：将混液槽120内化学液的金属离子浓度与金属离子目标浓度值比较，若混液槽120内化学液的金属离子浓度大于金属离子目标浓度，则返回步骤S340；若混液槽120内化学液的金属离子浓度小于或等于金属离子目标浓度，则进入步骤S370；

S370：将混液槽120内的化学液输送至机台储液槽140。

如图7所示，揭示了根据本发明的化学液供液及回收再利用方法的第二实施例的流程图。该方法包括如下步骤：

S410：实时检测机台储液槽240内化学液的金属离子浓度；

S420：将机台储液槽240内化学液的金属离子浓度与金属离子目标浓度值比较，若机台储液槽240内化学液的金属离子浓度小于或等于金属离子目标浓度，则返回步骤S410；若机台储液槽240内化学液的金属离子浓度大于金属离子目标浓度，则进入步骤S430；

S430：将机台储液槽240内一定体积的化学液输送至金属离子回收槽270，同时从混液槽220内输送相同体积的化学液至机台储液槽240；

S440：回收金属离子回收槽270内化学液的金属离子；

S450：检测金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度；

S460：将金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度与金属离子目标浓度值比较，若金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度大于金属离子目标浓度，则返回步骤S440；若金属离子回收槽270内化学液的金属离子浓度小于或等于金属离子目标浓度，则进入步骤S470；

S470：将金属离子回收槽270内的化学液输送至混液槽220；

S480：调节混液槽220内化学液的温度和粘度与目标温度和目标粘度一致。

本发明通过设置温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置，能够精确检测和调节注入至混液槽内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度，从而使输送至机台储液槽的化学液的温度、粘度及金属离子浓度得到精确的控制，以确保产品良率，且化学液能够循环使用，降低了生产成本。

综上所述，本发明通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。

Claims (9)

1.一种化学液供液及回收再利用系统，该系统分别与原液槽、机台储液槽及废液回收槽连接，其特征在于，该系统包括：

混液槽，所述混液槽存放化学液，

其中，所述化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽，或者由混液槽注入机台储液槽或废液回收槽，或者化学液从混液槽抽出后再注入混液槽；

温度检测调节装置，所述温度检测调节装置检测和调节化学液的温度，以使注入至混液槽内的化学液的温度达到目标温度；

粘度检测调节装置，所述粘度检测调节装置检测和调节化学液的粘度，以使注入至混液槽内的化学液的粘度达到目标粘度；及

金属离子浓度检测调节装置，所述金属离子浓度检测调节装置检测和调节化学液的金属离子浓度，以使注入至混液槽内的化学液的金属离子浓度小于或等于目标浓度。

2.根据权利要求1所述的化学液供液及回收再利用系统，其特征在于，所述温度检测调节装置、粘度检测调节装置及金属离子浓度检测调节装置均检测和调节混液槽内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度。

3.根据权利要求1所述的化学液供液及回收再利用系统，其特征在于，还包括金属离子回收槽，所述金属离子回收槽分别与机台储液槽及混液槽连接，以允许化学液由机台储液槽注入金属离子回收槽以及允许化学液由金属离子回收槽注入混液槽。

4.根据权利要求3所述的化学液供液及回收再利用系统，其特征在于，所述金属离子浓度检测调节装置检测和调节金属离子回收槽内的化学液的金属离子浓度，以使化学液的金属离子浓度小于或等于目标浓度之时将化学液由金属离子回收槽注入混液槽。

5.一种化学液供液及回收再利用方法，其特征在于，包括步骤：

将化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽；

检测和调节化学液的温度、粘度及金属离子浓度，以使注入至混液槽内的化学液的温度、粘度达到目标温度、目标粘度及金属离子浓度小于或等于目标浓度；及

将混液槽内的化学液注入机台储液槽。

6.根据权利要求5所述的化学液供液及回收再利用方法，其特征在于，所述化学液使用一预定时间段后，由混液槽注入废液回收槽。

7.根据权利要求5所述的化学液供液及回收再利用方法，其特征在于，所述检测和调节化学液的温度、粘度及金属离子浓度的步骤进一步包括：检测和调节混液槽内的化学液的温度、粘度及金属离子浓度。

8.根据权利要求5所述的化学液供液及回收再利用方法，其特征在于，所述将化学液由原液槽或机台储液槽注入混液槽的步骤进一步包括：当机台储液槽内的化学液的金属离子浓度大于所述目标浓度时，将一定体积的化学液由机台储液槽注入金属离子回收槽，同时将混液槽内相同体积的化学液注入机台储液槽。

9.根据权利要求8所述的化学液供液及回收再利用方法，其特征在于，所述检测和调节化学液的温度、粘度及金属离子浓度的步骤进一步包括：检测和调节金属离子回收槽内的化学液的金属离子浓度，将小于或等于目标浓度的化学液由金属离子回收槽注入混液槽。