CN115781497A - 一种cmp用抛光液循环再利用处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CMP用抛光液循环再利用处理系统及方法，包括内设有搅拌器、液位传感器、密度计、pH计和电导度计的调配桶，调配桶的顶部连通有DIW添加管、pH调整液添加管、抛光原液添加管及处理液管、处理液管的入口端依次通过泥浆过滤器、第一离心泵与回收桶相连通，调配桶的底部分两路，一路依次通过第二离心泵、超滤设备浓缩调整后回流，另一路依次通过第三离心泵、抛光液过滤器与循环输送管路相连通，循环输送管路上设有粒径分布检测分析仪和大粒子计数器，且其出口端分两路，一路与调配桶相连通，另一路与抛光机供液管路相连通。本发明解决了如何能有效提升抛光液研磨效能的再生恢复率，并能及时地对抛光液进行更换的技术问题。

Description

一种CMP用抛光液循环再利用处理系统及方法

技术领域

本发明涉及CMP用抛光液技术领域，尤其是指一种CMP用抛光液循环再利用处理系统及方法。

背景技术

目前，硅片生产企业为了节约生产成本，在化学机械抛光(CMP)过程中均采用调整pH值后过滤回流的方式对抛光液进行循环利用，并根据经验预判总循环时间对抛光液进行换新，明显的，由于化学机械抛光(CMP)是在一定压力与转速的机械条件下，利用抛光液中的化学组合物与晶圆表面材料进行化学反应溶解蚀刻，以及其含有的微小硬质且比表面积大的粒子与晶圆表面材料进行机械力加压碰撞的共同作用对晶圆表面材料杂质、缺陷及不平坦高处去除，研磨粒子与化学反应液会与表面硅材料结合后刮除至废液中，结合后长大的粒子及部分化学液亦会被滤芯移除，而pH调整并不能恢复抛光液的抛光液密度浓度以及固含量，这就使得在循环过程中微小硬质且比表面积大的粒子彼此吸附以及溶解蚀刻反应的化学组合物越来越少，大颗粒粒径的粒子分布越来越多，从而不仅导致抛光效率低，而且导致抛光质量差。同时，由于不是根据抛光液的实际品质状态对其进行更换，而是根据经验预判的固定总循环时间对其进行换新，故不仅导致研磨效能逐步降低，生产产能也随时间逐渐降低直至更换新鲜研磨液为止，而且容易发生抛光液更换过晚造成晶圆损伤甚至报废或者更换过早造成抛光液循环利用不充分而浪费的问题。

发明内容

鉴于背景技术中存在的不足，本发明提供了一种CMP用抛光液循环再利用处理系统及方法，以解决如何能有效提升抛光液研磨效能的再生恢复率，并能及时地对抛光液进行更换。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CMP抛光液循环再利用处理系统，包括回收桶、泥浆过滤器、调配桶、超滤设备和抛光液过滤器，所述调配桶的内部设有搅拌器、密度计、pH计、电导度计、固含量浓度计和液位传感器，所述调配桶的顶部连通有DIW添加管、pH调整液添加管、抛光原液添加管和处理液管，所述处理液管的入口端与所述泥浆过滤器的出口端相连通，所述泥浆过滤器的入口端通过第一离心泵与所述回收桶的底部相连通，所述回收桶的顶部设有废液收集管路，所述调配桶的底部分两路，一路通过第二离心泵与所述超滤设备的入水口相连通，所述超滤设备的排放口与所述调配桶相连通，另一路通过第三离心泵与所述抛光液过滤器的入口端相连通，所述抛光液过滤器的出口端连通有循环输送管路，所述循环输送管路上设有粒径分布检测分析仪和大粒子计数器，且其出口端分两路，一路经第一电动阀后与所述调配桶相连通，另一路经第二电动阀后与抛光机供液管路相连通，所述第二电动阀、所述第一电动阀、所述大粒子计数器、所述粒径分布检测分析仪、所述抛光液过滤器、所述泥浆过滤器、所述超滤设备、所述搅拌器、所述密度计、所述pH计、所述电导度计、所述固含量浓度计、所述第一离心泵、所述第二离心泵和第三离心泵均与PLC控制器相连。

在本发明的一个实施例中，所述超滤设备的出水口连通有集水箱，所述集水箱通过第四离心泵连通有出水管路，所述第四离心泵与所述PLC控制器相连。

在本发明的一个实施例中，所述第一离心泵、所述第二离心泵和所述第三离心泵的数量均为两个且各自并联或者串联设置。

在本发明的一个实施例中，所述第三离心泵与所述抛光液过滤器之间连通有流量控制阀，所述流量控制阀与所述PLC控制器相连。

在本发明的一个实施例中，所述第一离心泵、所述第二离心泵和所述第三离心泵为无轴封磁力离心泵或者磁悬浮离心泵。

本发明还提供了一种CMP抛光液循环再利用处理方法，在上述CMP抛光液循环再利用处理系统中进行，包括以下步骤：

步骤S1，将抛光机研磨晶圆后的抛光液通过所述废液收集管路集中输送至所述回收桶内；

步骤S2，所述PLC控制器启动所述第一离心泵使所述回收桶内的抛光液经过所述泥浆过滤器进行泥浆碎屑、反应聚集的化学成分组合物及硅浆料聚集物的去除，去除后通过所述处理液管进入所述调配桶内；

步骤S3，根据所述密度计、所述电导度计、所述固含量浓度计和pH监测的所述PLC控制器的确认所述调配桶内的抛光液是否需要调配，若需要调配，则转至步骤S4；否则，则转至步骤S5；

步骤S4，根据所述液位传感器的监测所述PLC控制器启闭所述第二离心泵动态调整流速压力，使所述调配桶内1％-10％的抛光液经过所述超滤设备析水处理后回流至所述调配桶内，再根据所述密度计、所述电导度计和所述固含量浓度计监测，适时浓缩调整已研磨使用过滤后减固之抛光液,并通过所述抛光原液添加管往所述调配桶内添加粒子浓度为40-50wt％的抛光浓缩原液，使所述调配桶内的抛光液的粒子浓度调配回1-40wt％并使抛光液的密度和固含量回到抛光液的初用标准，然后再根据pH计的监测通过所述pH调整液添加管和DIW添加管往所述调配桶内对应添加pH调整液或者DIW水将所述调配桶内抛光液的pH值调配为11-12，在此步骤中，所述搅拌器对调配桶内再生抛光液进行均质搅拌；

步骤S5，所述PLC控制器启动所述第三离心泵使调配桶内的抛光液经过所述抛光液过滤器进行大粒径研磨粒子的去除后至所述循环输送管路，根据所述大粒子计数器和所述粒径分布检测分析仪的监测，所述PLC控制器确认抛光液是否达到使用标准，若达标，则通过所述抛光机供液管路输送至抛光机继续使用；否则输送回所述调配桶，将所述调配桶内的抛光液全部排除清洗桶槽后注入新抛光液待机使用，并同时切换为由另一CMP用抛光液循环再利用处理系统为抛光机提供抛光液。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明通过先在密度计、电导度计、固含量浓度计和液位传感器的实时监控下，透过超滤设备将过多的水分析出移除，并添加抛光液原液使抛光液的固含量补足至初用标准，再在pH计的实时监控下，添加pH调整液进行pH值补正，从而实现了有效提升了抛光液研磨效能的恢复率的技术效果，大大提高了抛光效率以及抛光液的循环再利用率，进而稳定高研磨速率并大幅度提升生产产能。

2、本发明通过在循环输送管路上设有粒径分布检测分析仪和大粒子计数器，且其出口端分两路，一路经第一电动阀后与所述调配桶相连通，另一路经第二电动阀后与抛光机供液管路相连通的设置，粒径分布检测分析仪和大粒子计数器实时监测准备送往抛光机的抛光液的品质状态，并将数据发送给PLC控制器，PLC控制器将数据与使用标准进行比较，若达标，则控制第一电动阀关闭第二电动阀打开，通过抛光机供液管路输送往抛光机；若不达标则控制第一电动阀打开第二电动阀关闭输送回调配桶，将调配桶内的调配桶内的抛光液全部排除清洗桶槽后注入新抛光液待机使用，并同时切换为由另一CMP用抛光液循环再利用处理系统为抛光机提供抛光液，从而实现了及时地对抛光液进行更换的技术效果，有效避免了更换过晚造成晶圆损伤甚至报废以及更换过早造成抛光液循环利用不充分而浪费的问题。

3、本发明通过沿处理方向依次设置泥浆过滤器和抛光液过滤器的配合，通过粗过滤和细过滤的配合的方式实现了滤泥浆碎屑、反应聚集的化学成分组合物、硅浆料聚集物以及反应聚集的大粒径研磨粒子的去除，与现有单独采用抛光液过滤器进行去除的方式相比，不仅大大延长了抛光液过滤器的使用寿命，节约了使用成本，而且保证了去除效果。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的使用状态示意图；

图3是本发明与现有技术抛光液循环使用时间与研磨速率的变化对比图；

说明书附图标记说明：1、回收桶，2、泥浆过滤器，3、调配桶，4、超滤设备，5、抛光液过滤器，6、搅拌器，7、密度计，8、pH计，9、电导度计，10、固含量浓度计，11、液位传感器，12、DIW添加管，13、pH调整液添加管，14、抛光原液添加管，15、处理液管，16、第一离心泵，17、废液收集管路，18、第二离心泵，19、第三离心泵，20、循环输送管路，21、粒径分布检测分析仪，22、大粒子计数器，23、第一电动阀，24、第二电动阀，25、抛光机供液管路，26、集水箱，27、第四离心泵，28、出水管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

关于本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明，此外，在全部实施例中，相同的附图标号表示相同的元件。

4、参照图1和图2所示，一种CMP用抛光液循环再利用处理系统，包括回收桶1、泥浆过滤器2、调配桶3、超滤设备4和抛光液过滤器5，所述调配桶3的内部设有搅拌器6、密度计7、pH计8、电导度计9、固含量浓度计10和液位传感器11，所述调配桶3的顶部连通有DIW添加管12、pH调整液添加管13、抛光原液添加管14和处理液管15，所述处理液管15的入口端与所述泥浆过滤器2的出口端相连通，所述泥浆过滤器2的入口端通过第一离心泵16与所述回收桶1的底部相连通，所述回收桶1的顶部设有废液收集管路17，所述调配桶3的底部分两路，一路通过第二离心泵18与所述超滤设备4的入水口相连通，所述超滤设备4的排放口与所述调配桶3相连通，另一路通过第三离心泵19与所述抛光液过滤器5的入口端相连通，所述抛光液过滤器5的出口端连通有循环输送管路20，所述循环输送管路20上设有粒径分布检测分析仪21和大粒子计数器22，且其出口端分两路，一路经第一电动阀23后与所述调配桶3相连通，另一路经第二电动阀24后与抛光机供液管路25相连通，所述第二电动阀24、所述第一电动阀23、所述大粒子计数器22、所述粒径分布检测分析仪21、所述抛光液过滤器5、所述泥浆过滤器2、所述超滤设备4、所述搅拌器6、所述密度计7、所述pH计8、所述电导度计9、所述固含量浓度计10、所述第一离心泵16、所述第二离心泵18和第三离心泵19均与PLC控制器(图中未示出)相连。在密度计7、电导度计9、固含量浓度计10、液位传感器11和pH计8的实时监控下，透过超滤设备4将过多的水分析出移除，以及先后添加抛光液原液和pH调整液的操作下使抛光液的固含量得以补足、pH值得以补正，实现了有效提升了抛光液研磨效能的再生恢复率的技术效果。又通过粒径分布检测分析仪21、大粒子计数器22和PLC控制器的如下配合：粒径分布检测分析仪21和大粒子计数器22实时监测准备送往抛光机的抛光液的品质状态，并将数据发送给PLC控制器，PLC控制器将数据与使用标准进行比较，若达标，则控制第一电动阀23关闭第二电动阀24打开，通过抛光机供液管路输送往抛光机；若不达标则控制第一电动阀23打开第二电动阀24关闭输送回调配桶3，将调配桶3内的抛光液全部排除清洗桶槽后注入新抛光液待机使用，并同时控制另一CMP用抛光液循环再利用处理系统运行，实现了及时地对抛光液进行更换的技术效果。

5、所述超滤设备4的出水口连通有集水箱26，所述集水箱26通过第四离心泵27连通有出水管路28，所述第四离心泵27与所述PLC控制器相连，这样设置避免了水资源的浪费，使得析出的水可以作为二级用水再生使用，提高了资源的利用率。

所述第一离心泵16、所述第二离心泵18和所述第三离心泵19的数量均为两个且各自并联或者串联设置。串联可以增加输送压力，提高输送的稳定性；并联可以增加输送量，并在一台损坏时，另一台仍可继续使用，保障整个系统的持续运行。

所述第三离心泵19与所述抛光液过滤器5之间连通有流量控制阀，所述流量控制阀与所述PLC控制器相连，这样设置有效避免了抛光液过滤器5超负荷运行，不仅提高了抛光液过滤器5的使用寿命，而且保证了过滤效果。

所述第一离心泵16、所述第二离心泵18和所述第三离心泵19为无轴封磁力离心泵或者磁悬浮离心泵，这样设置提高了输送的稳定性。

一种CMP用抛光液循环再利用处理方法，在上述CMP用抛光液循环再利用处理系统中进行，包括以下步骤：

步骤S1，将抛光机研磨晶圆后的抛光液通过所述废液收集管路17集中输送至所述回收桶1内；

步骤S2，所述PLC控制器启动所述第一离心泵16使所述回收桶1内的抛光液经过所述泥浆过滤器2进行泥浆碎屑、反应聚集的化学成分组合物及硅浆料聚集物的去除，去除后通过所述处理液管15进入所述调配桶3内；

步骤S3，根据所述密度计7、所述电导度计9、所述固含量浓度计10和pH监测的所述PLC控制器的确认所述调配桶3内的抛光液是否需要调配，若需要调配，则转至步骤S4；否则，则转至步骤S5；

步骤S4，根据所述液位传感器11的监测所述PLC控制器启闭所述第二离心泵18动态调整流速压力，使所述调配桶3内1％-10％的抛光液经过所述超滤设备4析水处理后回流至所述调配桶3内，再根据所述密度计7、所述电导度计9和所述固含量浓度计10监测，适时浓缩调整已研磨使用过滤后减固之抛光液,并通过所述抛光原液添加管14往所述调配桶3内添加粒子浓度为40-50wt％的抛光浓缩原液使所述调配桶3内的抛光液的粒子浓度调配回1-40wt％并使抛光液的密度和固含量回到抛光液的初用标准，然后再根据pH计8的监测通过所述pH调整液添加管13和DIW添加管12往所述调配桶3内对应添加pH调整液或者DIW水将所述调配桶3内抛光液的pH值调配回工艺所需pH11-12，在此步骤中，所述搅拌器6对调配桶3内的再生抛光液进行均质搅拌；

步骤S5，所述PLC控制器启动所述第三离心泵19使调配桶3内的抛光液经过所述抛光液过滤器5进行大粒径研磨粒子的去除后至所述循环输送管路20，根据所述大粒子计数器22和所述粒径分布检测分析的监测，所述PLC控制器确认抛光液是否达到使用标准，若达标，则通过所述抛光机供液管路输送至抛光机继续使用；否则输送回所述调配桶3，将所述调配桶3内的抛光液全部排除清洗桶槽后注入新抛光液待机使用，并同时切换为由另一CMP用抛光液循环再利用处理系统为抛光机提供抛光液。采用该方法实现了有效提升抛光液研磨效能的恢复率，并能及时地对抛光液进行更换的技术效果，有效避免了更换过晚造成晶圆损伤甚至报废以及更换过早造成抛光液循环利用不充分的问题，并如图3所示，大大提高了研磨速率、抛光液的循环利用率和生产产能。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种CMP用抛光液循环再利用处理系统，其特征在于，包括回收桶、泥浆过滤器、调配桶、超滤设备和抛光液过滤器，所述调配桶的内部设有搅拌器、密度计、pH计、电导度计、固含量浓度计和液位传感器，所述调配桶的顶部连通有DIW添加管、pH调整液添加管、抛光原液添加管和处理液管，所述处理液管的入口端与所述泥浆过滤器的出口端相连通，所述泥浆过滤器的入口端通过第一离心泵与所述回收桶的底部相连通，所述回收桶的顶部设有废液收集管路，所述调配桶的底部分两路，一路通过第二离心泵与所述超滤设备的入水口相连通，所述超滤设备的排放口与所述调配桶相连通，另一路通过第三离心泵与所述抛光液过滤器的入口端相连通，所述抛光液过滤器的出口端连通有循环输送管路，所述循环输送管路上设有粒径分布检测分析仪和大粒子计数器，且其出口端分两路，一路经第一电动阀后与所述调配桶相连通，另一路经第二电动阀后与抛光机供液管路相连通，所述第二电动阀、所述第一电动阀、所述大粒子计数器、所述粒径分布检测分析仪、所述抛光液过滤器、所述泥浆过滤器、所述超滤设备、所述搅拌器、所述密度计、所述pH计、所述电导度计、所述固含量浓度计、所述第一离心泵、所述第二离心泵和第三离心泵均与PLC控制器相连。

2.根据权利要求1所述的CMP用抛光液循环再利用处理系统，其特征在于，所述超滤设备的出水口连通有集水箱，所述集水箱通过第四离心泵连通有出水管路，所述第四离心泵与所述PLC控制器相连。

3.根据权利要求1所述的CMP用抛光液循环再利用处理系统，其特征在于，所述第一离心泵、所述第二离心泵和所述第三离心泵的数量均为两个且各自并联或者串联设置。

4.根据权利要求1所述的CMP用抛光液循环再利用处理系统，其特征在于，所述第三离心泵与所述抛光液过滤器之间连通有流量控制阀，所述流量控制阀与所述PLC控制器相连。

5.根据权利要求1所述的CMP用抛光液循环再利用处理系统，其特征在于，所述第一离心泵、所述第二离心泵和所述第三离心泵为无轴封磁力离心泵或者磁悬浮离心泵。

6.一种CMP用抛光液循环再利用处理方法，其特征在于，在权利要求1-5任一项所述的CMP用抛光液循环再利用处理系统中进行，包括以下步骤：

步骤S1，将抛光机研磨晶圆后的抛光液通过所述废液收集管路集中输送至所述回收桶内；

步骤S2，所述PLC控制器启动所述第一离心泵使所述回收桶内的抛光液经过所述泥浆过滤器进行泥浆碎屑、反应聚集的化学成分组合物及硅浆料聚集物的去除，去除后通过所述处理液管进入所述调配桶内；

步骤S3，根据所述密度计、所述电导度计、所述固含量浓度计和pH监测的所述PLC控制器的确认所述调配桶内的抛光液是否需要调配，若需要调配，则转至步骤S4；否则，则转至步骤S5；

步骤S4，根据所述液位传感器的监测所述PLC控制器启闭所述第二离心泵动态调整流速压力，使所述调配桶内1％-10％的抛光液经过所述超滤设备析水处理后回流至所述调配桶内，再根据所述密度计、所述电导度计和所述固含量浓度计监测，适时浓缩调整已研磨使用过滤后减固之抛光液,并通过所述抛光原液添加管往所述调配桶内添加粒子浓度为40-50wt％的抛光浓缩原液，使所述调配桶内的抛光液的粒子浓度调配回1-40wt％并使抛光液的密度和固含量回到抛光液的初用标准，然后再根据pH计的监测通过所述pH调整液添加管和DIW添加管往所述调配桶内对应添加pH调整液或者DIW水将所述调配桶内抛光液的pH值调配回工艺所需pH11-12，在此步骤中，所述搅拌器对调配桶再生抛光液进行均质搅拌；

步骤S5，所述PLC控制器启动所述第三离心泵使调配桶内的抛光液经过所述抛光液过滤器进行大粒径研磨粒子的去除后至所述循环输送管路，根据所述大粒子计数器和所述粒径分布检测分析仪的监测，所述PLC控制器确认抛光液是否达到使用标准，若达标，则通过所述抛光机供液管路输送至抛光机继续使用；否则输送回所述调配桶，将所述调配桶内的抛光液全部排除清洗桶槽后注入新抛光液待机使用，并同时控制另一CMP用抛光液循环再利用处理系统运行，并同时切换为由另一CMP用抛光液循环再利用处理系统为抛光机提供抛光液。

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