CN215470448U - 半导体化学机械抛光液回收处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体化学机械抛光液回收处理装置，其通过过滤器过滤钨抛光废液泡沫和微米级的大颗粒，于重力分离罐内调整废液pH值以生成铁/钨氢氧化物胶体颗粒，并通过重力分离罐将废液中铁/钨氢氧化物胶体颗粒及剩余固体颗粒浓缩于重力分离罐的底部；而后，再将浓缩有固体颗粒的浓缩液通入固液分离器，在固液分离器中对浓缩液进行润洗稀释，以去除铁/钨氢氧化物胶体颗粒，稀释浓缩液中的铁、钨离子浓度，并保留分散性好的二氧化硅纳米颗粒；最后将稀释后的废液通入再生槽进行二次稀释和pH调整以得到再生抛光液，实现对含钨抛光废液的回收处理。

Description

半导体化学机械抛光液回收处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体材料抛光设备的技术领域，特别涉及一种半导体化学机械抛光液回收处理装置。

背景技术

化学机械抛光(CMP)技术是半导体晶圆表面加工的关键技术之一，除了晶圆基板表面的平坦化以外，被用于集成电路制造过程中不同阶段表面的平整化处理中，比如埋入基板的导体金属的平坦化。随着化学机械研磨法在半导体材料的平坦化中的作用越来越重要，CMP制成中使用的CMP浆料的量也在增加，同时在半导体集成电路的制造成本中所占的比率也在变高。CMP过程中使用的材料是晶圆制造的核心耗材，占晶圆制造成本的7%；其中抛光液和抛光垫是其中最重要的2种材料，占比分别为49%和33%。抛光液是CMP技术中的决定性因素之一，其性能直接影响被加工晶圆的表面质量以及抛光的效率。抛光液的研发和生产具有技术含量高和保密性强等特点，并且不容易被回收利用，这使其成为CMP技术中成本最高的部分，因此限制了该技术的进一步发展。据统计，仅用于购买商业化抛光液的费用就占整个抛光过程成本的50%。但是在实际抛光过程中，仅很小一部分抛光液成分的化学及物理性能发生改变，抛光液中价值最高的磨料颗粒的性能可以被很好的保留。因此，研究如何实现对CMP研磨浆的回收再利用对降低抛光加工的成本具有重要意义。

目前，工业生产中用于降低抛光加工成本常采用的方法有混合使用新旧抛光液法及循环使用法，前者虽然在一定程度上降低了成本，但抛光效果不理想；后者则更为先进，效果更佳，故大都采用后者来降低抛光加工成本。

在半导体晶圆生产中，有很多个钨金属抛光阶段，对钨抛光液的需求量较大。但金属钨和含钨的化合物硬度很高，不能直接被循环使用，钨抛光液在大多数情况下都是被废弃处理，而我国也还没有针对钨抛光液的回收处理装置。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的主要目的是提供一种半导体化学机械抛光液回收处理装置，旨在解决钨抛光液的回收循环利用。

为实现上述目的，本实用新型提出的半导体化学机械抛光液回收处理装置，包括过滤器、废液罐、重力分离罐、浓缩液罐、固液分离器、再生槽以及排放槽；所述过滤器的进口端与抛光平台的钨抛光废液排放口连通，其出口端通过第一管路与所述废液罐的进口端连接；所述废液罐的出口端通过第二管路与所述重力分离罐的第一上层进口端连通；所述重力分离罐的上层出口端通过第三管路与所述排放槽的第一进口端连接，其下层出口端通过第四管路与所述浓缩液罐的第一进口端连通；所述浓缩液罐的出口端通过第五管路与所述固液分离器的进口端连通；所述固液分离器的第一出口端通过第六管路与所述再生槽连通，其第二出口端通过第七管路与所述排放槽的第二进口端连通。

可选地，还包括水槽，所述水槽的进口端与外部去离子水供给单元连通，其第一出口端通过第八管路与所述重力分离罐的第二上层进口端连通，其第二出口端通过第九管路与所述浓缩液罐的第二进口端连通。

可选地，所述重力分离罐和再生槽中分别设有用于检测pH值的第一pH检测器和第二pH值检测器。

可选地，所述固液分离器中设有固液分离过滤膜，所述固液分离过滤膜的过滤孔直径在100nm和5um之间。

可选地，所述固液分离过滤膜为陶瓷过滤膜或者是螯合型树脂。

可选地，所述固液分离器中设有铁离子检测器和钨离子检测器。

可选地，所述第二管路上和第五管路上分别设有第一压力泵和第二压力泵。

本实用新型提供的回收处理装置，其通过过滤器过滤钨抛光废液泡沫和微米级的大颗粒，于重力分离罐内调整废液pH值以生成铁/钨氢氧化物胶体颗粒，并通过重力分离罐将废液中铁/钨氢氧化物胶体颗粒及剩余固体颗粒浓缩于重力分离罐的底部；而后，再将浓缩有固体颗粒的浓缩液通入固液分离器，在固液分离器中对浓缩液进行润洗稀释，以去除铁/钨氢氧化物胶体颗粒，稀释浓缩液中的铁、钨离子浓度，并保留分散性好的二氧化硅纳米颗粒；最后将稀释后的废液通入再生槽进行二次稀释和pH调整以得到再生抛光液，由此以实现对含钨抛光废液的回收处理。

采用本实用新型提供的回收处理装置，能够有效地除去CMP抛光过程中生成的含钨化合物及固体杂质，并且保留二氧化硅纳米颗粒和部分有用的低浓度铁金属元素，以用于下一个阶段的研浆再生过程。且成本低廉，能够大大降低晶圆的生产成本，并且有效的回收稀有金属元素，促进半导体生产向绿色和环保方向发展。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的回收处理流程示意图；

图3为不同处理阶段CMP抛光液的参数列表；

图4为原CMP抛光液与再生抛光液的抛光效果参数列表。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在CMP抛光过程中，钨或者钨的化合物通过化学机械作用被研磨下来溶解于或者以颗粒形式存在于废弃研磨液中，这里，”废液”代表收集的用于抛光过程后的研磨液。这些废液如果不经过处理而再次被使用，里面含有的粒径较大的颗粒会对被抛光表面造成划痕、存留在金属表面而成为污染物。这也是通常钨金属抛光废液被直接废弃掉的原因。因此，为了在循环使用中达到好的抛光效果，就必须除去废液中的无用的成分和大颗粒杂质。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种半导体化学机械抛光液回收处理装置，以去除钨抛光废液中的无用的成分和大颗粒杂质，提高再生抛光液的质量。具体地，请参阅说明书附图1，该回收处理装置包括过滤器100、废液罐200、重力分离罐300、浓缩液罐400、固液分离器500、再生槽600以及排放槽700。过滤器100的进口端与抛光平台的钨抛光废液排放口连通，其出口端通过第一管路与废液罐200的进口端连接。废液罐200的出口端通过第二管路与重力分离罐300的第一上层进口端连通。重力分离罐300的上层出口端通过第三管路与排放槽700的第一进口端连接，其下层出口端通过第四管路与浓缩液罐400的第一进口端连通。浓缩液罐400的出口端通过第五管路与固液分离器500的进口端连通。固液分离器500的第一出口端通过第六管路与再生槽600连通，其第二出口端通过第七管路与排放槽700的第二进口端连通。

在本实施例中，第一管路、第三管路、第四管路、第六管路、第七管路第八管路、第九管路上分别设置有阀门以控制各管路的开闭，第二管路和第五管路上分别设置第一压力泵和第二压力泵，以将废液罐200中的废液加压送入重力分离罐300、浓缩液罐400中的浓缩液加压送入固液分离器500。

如图2所示，该回收处理装置的处理步骤具体包括：

步骤1，抛光平台将使用过的钨抛光废液送入过滤器100，通过过滤器100中的过滤网除去钨抛光废液中泡沫和微米级大颗粒（如被研磨下来的钨金属微粒，氧化钨及铁-钨复合氧化物等），而后将过滤后的钨抛光废液收集于废液罐200中。

步骤2，通过第一压力泵将过滤后钨抛光废液送入重力分离罐300，调节罐内废液的pH值，使其中过量的铁/钨元素生成溶解度较低的氢氧化物胶体颗粒，这些氢氧化物胶体颗粒与二氧化硅磨料颗粒在重力作用下沉淀到重力分离罐300的下层，于重力分离罐300的下层形成含有固体颗粒的浓缩液，与重力分离罐300的上层形成不含固体壳体的清液。

步骤3，将重力分离罐300上层的清液输送至排放槽700中，重力分离罐300下层的浓缩液输送到浓缩液罐400中进行集中，再通过第二压力泵将浓缩液罐400中的浓缩液送入固液分离器500，在固液分离器500中对浓缩液进行润洗稀释。

固液分离器500中配置有固液分离过滤膜，具体可采用陶瓷过滤膜或者是螯合型树脂制成的膜材作为固液分离过滤膜，该过滤膜的直径在100nm和5um之间，由此，在润洗过程中可以把大颗粒的铁/钨氧化物胶体过滤去除，而溶解在浓缩液中的有效化学成分和分散的很好的纳米二氧化硅颗粒能够得以保存，以便用于后续抛光液的再生。应当说明的是，过滤膜的孔径可以根据实际情况，比如回收率或者易堵塞程度，挑选合适的尺寸。

固液分离器500中还设有铁离子检测器和钨离子检测器。润洗的同时还会稀释浓缩液中的铁/钨离子浓度，通过铁离子检测器和钨离子检测器实时或者定时检测铁/钨离子浓度。若铁离子浓度和钨离子浓度未达到预定的临界值时，则直接将润洗稀释后的浓缩液送入排放槽700；若铁离子浓度和钨离子浓度达到预定的临界值，则关闭第七管路上的阀门，打开第六管路上的阀门，将固液分离器500中存储的被润洗稀释后的浓缩液送入再生槽600。

在步骤3的处理阶段，可以很好的去除铁/钨氢氧化物胶体及残留的氧化铁，铁-钨复合氧化物。且步骤3中所采用的固液分离过程操作简单，不需要高速剪切和高温环境，可以很大程度上保留废液中的有效成分、二氧化硅纳米颗粒，以便用于后续的浆料再生。

步骤4，在再生槽600中对废液进行二次稀释和pH调整，使得废液中的固体含量被调整能够被用于CMP抛光的浓度。而当废液的pH数值被调整到2.2-2.5之间时，废液中的残存的氢氧化铁胶体微粒被重新溶解成铁离子，若pH不能达到这个数值，那么氢氧化铁可能被氧化成三氧化二铁而导致再生浆料的颜色变为棕色。

在本实施例中，该回收处理装置还包括水槽800，水槽800的进口端与外部去离子水供给单元连通，其第一出口端通过第八管路与重力分离罐300的第二上层进口端连通。由于钨抛光废液的pH数值一般在2-4的范围内，酸性很强，不利于生成溶解度较低的铁/钨元素的氢氧化物胶体颗粒，通过向重力分离罐300内添加去离子水以稀释钨抛光废液，将废液的pH值调整至5-6左右就能够生成溶解度较低的氢氧化铁和氢氧化钨胶体颗粒，以便于去除过量的铁/钨元素。

同时，水槽800的第二出口端通过第九管路与浓缩液罐400的第二进口端连通，以稀释浓缩液的浓度，以便于第二压力泵将浓缩液顺利送入固液分离器500中。

在本实施例中，在重力分离罐300中设置第一pH检测器，以实时或定时检测重力分离罐300的pH值。在再生槽600中设置第二pH值检测器，以实时或定时检测再生槽600中的pH值。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种半导体化学机械抛光液回收处理装置，其特征在于，包括过滤器废液罐、重力分离罐、浓缩液罐、固液分离器、再生槽以及排放槽；所述过滤器的进口端与抛光平台的钨抛光废液排放口连通，其出口端通过第一管路与所述废液罐的进口端连接；所述废液罐的出口端通过第二管路与所述重力分离罐的第一上层进口端连通；所述重力分离罐的上层出口端通过第三管路与所述排放槽的第一进口端连接，其下层出口端通过第四管路与所述浓缩液罐的第一进口端连通；所述浓缩液罐的出口端通过第五管路与所述固液分离器的进口端连通；所述固液分离器的第一出口端通过第六管路与所述再生槽连通，其第二出口端通过第七管路与所述排放槽的第二进口端连通。

2.如权利要求1所述的半导体化学机械抛光液回收处理装置，其特征在于，还包括水槽，所述水槽的进口端与外部去离子水供给单元连通，其第一出口端通过第八管路与所述重力分离罐的第二上层进口端连通，其第二出口端通过第九管路与所述浓缩液罐的第二进口端连通。

3.如权利要求2所述的半导体化学机械抛光液回收处理装置，其特征在于，所述重力分离罐和再生槽中分别设有用于检测pH值的第一pH检测器和第二pH值检测器。

4.如权利要求1所述的半导体化学机械抛光液回收处理装置，其特征在于，所述固液分离器中设有固液分离过滤膜，所述固液分离过滤膜的过滤孔直径在100nm和5um之间。

5.如权利要求4所述的半导体化学机械抛光液回收处理装置，其特征在于，所述固液分离过滤膜为陶瓷过滤膜或者是螯合型树脂。

6.如权利要求4所述的半导体化学机械抛光液回收处理装置，其特征在于，所述固液分离器中设有铁离子检测器和钨离子检测器。

7.如权利要求1-6任意一项所述的半导体化学机械抛光液回收处理装置，其特征在于，所述第二管路上和第五管路上分别设有第一压力泵和第二压力泵。

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