KR20010101382A - 구리 화학적 기계적 연마 폐기물의 슬러지 없는 처리 - Google Patents

Abstract

CMP(11)로부터의 용해 금속을 포함하는 폐기물 슬러리는 예를 들면, 슬러지-없는 처리된다. 실시예들은 상기 페기물 슬러리를 솔리트 필터를 사용하여 솔리드-없는 용해 금속-함유 액체 여과물 부분(18)과, 농축 솔리드-함유 부분(16)으로 분리하는 단계와, 이온 교환기(20)에 의해서 상기 여과물로부터의 용해 금속을 제거하는 단계와, 용해 금속 내용물을 감소시키기 위해 상기 이온 교환기(20)로부터의 금속-없는 방출물(25)로 상기 농축된 솔리드-함유 부분을 재-세척하는 단계와, 상기 세척된 농축 솔리드-함유 부분을 폐기물 배출구(23)로 배출하는 단계와, 상기 이온 교환기로부터의 상기 금속을 용제 형태로 제거하는 단계 및, 전해채집(32)에 의해 상기 용제로부터 솔리드 금속을 선택적으로 추출하는 단게를 포함한다.

Description

구리 화학적 기계적 연마 폐기물의 슬러지 없는 처리{SLUDGE-FREE TREATMENT OF COPPER CMP WASTES}

본 발명은 용해 금속을 함유하는 폐기물 액체 슬러리들의 처리 및 처분에 관한 것이며, 특히 구리-기반 접촉부들, 비아(via)들, 중간층 금속화(interlevel metallization), 그리고 디바이스 상호연결 라우팅(routing)을 가지는 집적 회로 반도체 디바이스들의 "후미" 금속화 공정에 사용된다.

금속 막들은 반도체 생산 기법에서 활성(active)부, 그리고 수동 디바이스 영역들 또는 반도체 기판 상부 혹은 내부에 형성되는 요소들과 전기적으로 도전성 접촉부들을 형성하고, 비아 홀(hole)들을 채우고, 중간층 금속화, 그리고 상기 요소들 그리고/또는 영역들과 함께 배선되기 위한 상호연결 라우팅 패턴을 형성하기위해 사용된다. 금속들은 이러한 목적을 위해 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 니켈, 코발트, 은, 금, 구리, 그리고 이들의 합금들을 포함한다. 이들 중에서, 구리 및 구리-기반 합금들은 반도체 웨이퍼들의 "후미" 공정에 적용되는 VLSI 및 ULSI 다중층 금속화 시스템들에 사용하기에 특히 매력적이다. 구리는 대단히 낮은 저항을 가지는데, 이는 알루미늄 보다 낮으며, 대단히 높은 전자이동(electromigration) 저항성을 가진다. 또한, 구리와 그 합금들은 은이나 금, 그리고 그들의 합금들에 비해 상대적으로 비용이 저렴하다.

도 1을 참조하면, 여기서 간략하게 도시하는 단면도는 집적 회로 디바이스들의 "후미" 금속화에 특정하게 사용되는 공정이고, 이는 다양한 전기적 요소들, 회로 보드들 등의 생산에 유용하며, 이 공정은 리세스된(recessed) 금속화 패턴들 그리고/또는 접촉부들을 형성하기위해 "상감"(또는 내부에 박아 넣는(in-laid)) 기법을 적용한다. 예시적으로, 기판(1)은 반도체 웨이퍼를 포함하는데, 전형적으로 단결정 실리콘이고, 이는 그 상부 또는 내부에 형성된 적어도 하나의 활성 디바이스 영역을 포함한다. 초기 단계에서, 상기 반도체 기판 상에 형성된 유전층(3)에 홈(groove)들, 트랜치(trench)들, 홀(hole)들 등과 같은 다수의 리세스들(2)로서 원하는 도전체 패턴이 정의된다. 다음 단계는 상기 리세스들(2)을 채우는 적절한 도전성 금속층(5)(예를 들어 구리 또는 구리 합금)의 증착을 포함한다. 전형적으로, 상기 리세스들의 완전한 채움을 보장하기 위해서, 상기 금속 층(5)은 상기 리세스들을 넘치게 채우고 상기 유전층(3)의 상부 표면(4)을 덮도록 과다 두께(t)의 블랭킷(blanket) 층으로 증착된다. 비록 상기 상부 표면(6)이 상기 도면에 예시적인 간략화를 통해 평탄한 것으로 도시되지만, 실질적으로는 상기 평탄하지 않은 기판 토폴로지(topology)와 증착 방법 자체 특성 때문에 대단히 울퉁불퉁하다.

상감 기법에 따르는 상기 다음 단계에서, 상기 유전층(3)의 표면 상부 상기 금속 층(5)은 평탄화 공정에의해 제거되는데, 전형적으로 화학적-기계적 연마("CMP")를 통해, 상기 리세스들(2)의 금속 부분들(5')을 남겨둔체로 그들의 드러난 표면(7)은 실질적으로 상기 유전층(3)의 상기 표면(4)과 동일 평면을 이룬다. 이러한 상감 공정은 예를들어 금속 식각 및 유전체 갭(gap) 채움과 같은 다른 종류의 공정들과 관련되는 문제들을 방지하면서 유전층에 상감되는 도전체들을 형성한다.

일반적인 장치들에 적용되는 전형적인 CMP 방법에서, 상기 반도체 웨이퍼(1)는 연마재와 화학적으로 반응하는 용액/슬러리를 회전 패드에 공급하면서 회전 패드에 대어진 채 회전된다. 다른 CMP 장치들은 진동 또는 연속적인 벨트 패드를 사용할 수 있다.

반도체 웨이퍼의 CMP를 위한 슬러리들은 그 사용 목적에 따라서 3개의 범주들로 구분되는데, 실리콘 연마 슬러리들, 옥사이드 연마 슬러리들, 그리고 금속 연마 슬러리들이다. 상기 실리콘 연마 슬러리들은 순수 실리콘 웨이퍼를 연마하고 평탄화 하기 위해 구성되고, 상기 옥사이드 연마 슬러리들은 웨이퍼 상의 유전층, 특히 실리콘 옥사이드 층을 연마하고 평탄화 하기 위해 설계된다. 본 발명에 따르는 공정에 대해서 사용되기 위해 형성된 상기 금속 연마 슬러리들은 반도체 웨이퍼 상의 도전성 금속-함유 층을 연마하고 평탄화 하기 위해 적용된다.

상기 설명된 바와 같이, 상기 도전성 금속-함유층은 전형적으로 유전층 상에증착되고, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 니켈, 코발트, 은, 금, 구리, 그리고 이들의 합금들을 포함할 수 있다. 일반적으로 적용되는 CMP 금속 연마들은 직경이 약 50-1,000nm이고, 물을 기본으로 하는 용액에 부유하는(suspended) 실리카, 알루미나, 또는 세리아(ceria)와 같은 연마재의 대단히 작은 입자들을 포함한다. 상기 슬러리의 입자들의 비율은 사용되는 특정 슬러리에 따르며, 전형적으로 무게의 약 1-5%이다. 상기 금속 연마 슬러리의 pH는 사용되는 특정 배합에 따라서 약한 산성(예를 들어 약 5.0)에서 거의 중성(예를 들어 약 7.5)까지 변한다. 약한 산셩 배합의 경우에서, 상기 pH는 초산(acetic)이나 구연산(citric)과 같은 유기 산의 첨가에 의해 선택적으로 제어된다. 부가적으로, 상기 슬러리는 상기 도전성 금속-함유 물질을 용해하기 위한 하나 이상의 옥시다이징 약품들을 포함할 수 있으며, 그로인해 그 제거를 돕는다. 전형적인 옥시다이저(oxidizer)들은 하이드로겐 페럭사이드(peroxide), 포테시엄(potassium) 페리시아니드(ferricyanide), 페릭 니트레이트(ferric nitrate), 그리고/또는 그 혼합을 포함한다. 반도체 웨이퍼의 CMP 공정을 위한 금속 연마 슬러리들의 구성을 고려하는 부가적인 자세한 사항들 및 공정 파라메터들은 미국 특허 제5,340,370호에서 설명되며, 여기서는 전체 명세서에 대한 참조로서 관련된다.

CMP 중에, 상기 웨이퍼 표면 상의 금속화 층(들)과 패턴(들) 상의 슬러리 입자들의 연마 활동의 결과 금속의 대단히 작은 입자들(즉, 약 0.2um)이 제거되는데, 상기 CMP 슬러리에 포함되는 다른 독점적인 약품들과 옥시다이징에 의해서 그 입자들은 빠르게 용해된다(즉, 녹는다). 결과적으로, 사용되거나 다 쓴 CMP는 희석되거나 세척되었다 하더라도 대단히 높은 농도의 용해된 금속을 포함한다.

어떠한 CMP 시스템들에서는, 사용된 슬러리와 세척액을 분리할 수 없으며, 이들 모두를 폐기물 배출구로 배출한다. 사용되는 세척액의 양은 전형적으로 사용된 슬러리 양의 30배 이상이며 100배까지 사용된다. 전형적인 반도체 생산 공장에서, 약 10에서 약 100 gpm의 생산 폐기물(즉, 사용된 슬러리 + 폐기 용액)이 폐기물 배출구로 버려진다. 이러한 거대한 폐기물 양의 이동에 대한 엄청난 양의 화학물질 소모는 웨이퍼 생산업체에 상당한 환경적 충격을 더한다. 또한, 중요한 고려사항은 특정 금속화 시스템들의 CMP의 결과로 사용된 슬러리들에 용해된 몇몇 금속들은 독성이 있으며, 이러한 독성은 CMP 폐기물들의 방출에 대해 몇몇 환경적인 제한이 강요될 수 있다. 상기에 더하여, 이러한 CMP 폐기물 처분의 중요한 경제적 고려사항은 예를 들어 상기 CMP 폐기물에 용해된 은이나 금과 같은 비싼 금속들의 손실이다.

또한, 비록 CMP 슬러리들이 비싸지만, 수만 달러의 값어치를 가지는 웨이퍼에 손상을 줄 수 있는 위험은 비용을 절감하기 위하여 재생 슬러리를 이용하는 가능성을 방해한다. 실질적으로, 재생 슬러리의 사용으로 인한 웨이퍼 손상의 위험은 새로운 슬러리로 인한 손상의 위험보다 클 수 없다. 결과적으로, 사용된 CMP 슬러리의 재생은 반도체 업계에서 일반적인 것이 아니다.

CMP 폐기물 처리에 대한 다른 일반적인 접근 방법에서, 사용된 CMP 슬러리들은 액체 여과물을 배출구로 버리기 전에 이들로부터 솔리드(연마 물질들)를 분리하기 위해 필터링하는 것이다. 상기 분리된 솔리드들은 원거리(off-site) 처분을 위해 여과 케이크("슬러지")로 상기 솔리드들은 압축하기 위하여 필터 압력을 가한다. 그러나, 상기 슬러지는 많은 지역들에서 유해한 폐기물로 간주되는데, 이는 이를 생성하기 위한 공정에서 이러한 원거리 처리를 다루는 것이 많은 환경들에서는 바람직하지 않다.

상기 공정에 선택적으로 부가하는 것으로, 몇가지 예에서 상기 여과물은 상기 폐기물 배출구에 버려지기 전, 용해된 금속을 제거하기 위하여, 전형적으로 이온 교환과 같은 공정들을 통해 솔리드들을 분리하는 것으로 얻어진다. 다른 선택으로, 상기 용해된 금속은 재 사용을 위하여 솔리드 형태로 여과물으로부터 복구된다.

그래서, 적어도 하나의 용해된 금속을 함유하는 사용되거나 폐기되는 CMP 슬러리들을 처리하기 위한 방법 및 시스템이 필요하며, 이는 종래 기술에 비하면, 대량의 처리되지 않은 폐기물 액체들을 폐기물 배출구에 버리는 것, 상기 폐기물 흐름으로 독성 또는 다른 환경에 유해한 물질들을 버리는 것, 유해한 솔리드 폐기물 슬러리의 처리와 결부되는 물제점들, 그리고 반도체 웨이퍼의 "후미" 금속화 공정에 사용되는 비싼 금속들의 손실과 같은 문제점이나 단점들이 없다.

또한, 존재하는 CMP 방법론과의 호환성을 가지고, 환경적인 요구를 완전히 만족시키며, CMP 처리 폐기물들의 솔리드 및 액체 요소 모두를 다루기 위한 표준을 가지는 개선된 CMP 폐기물 슬러리들의 처리 방법 및 시스템이 요구된다.

본 발명은 적어도 하나의 용해된 금속을 포함하는 폐기물 액체 슬러리들(slurries)의 슬러지(sludge) 없는 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 반도체 집적 회로 디바이스들의 "후미(back-end)" 금속화 공정 동안 수행되는 화학적 기계적 연마(CMP)에 적용되는 용해 금속을 함유한 슬러리들을 슬러지 없이 처리하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

도 1은 화학적-기계적 연마(CMP)를 이용하는 상감(damascene)형 금속 처리를 수행하는 종래 방법들을 간단한 단면도로 도시한다;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속-함유 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리를 수행하는 시스템을 간단한 형태로 도시한다.

본 발명은 후미 금속 공정 동안의 반도체 웨이퍼의 CMP에 의해 생성되는 것과 같이, 용해 금속(들)을 포함한 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 슬러지 없는 방법이다.

본 발명은 용해 금속(들)을 포함한 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 방법이고, 상기 슬러리 솔리드들은 상기 용해 금속(들)을 포함하는 액체로부터 분리되어 상기 솔리드내의 용해 금속(들)이 농도를 환경적으로 허용가능한 낮은 레벨까지 감소시키도록 처리되고, 폐기물 배출구로 슬러지 없는 방법으로 배출된다.

본 발명은 용해 금속(들)을 포함하는 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 슬러지 없는 방법이고, 상기 용해 금속(들)을 포함하는 액체는 상기 슬러리 솔리드들로부터 분리되고, 상기 용해 금속(들)은 상기 분리된 액체로부터 제거되고, 상기 금속(들)-없는 액체의 부분은 상기 분리된 슬러리 솔리드들을 세척하는데 사용되고, 상기 금속(들)-없는 액체의 다른 부분은 환경적으로 허용가능한 상태로 폐기물 배출구로 배출되거나 CMP 처리에서 사용되기 위해 재생이용된다.

본 발명은 용해 금속(들)을 포함한 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 슬러지 없는 방법이고, 상기 용해 금속(들)을 포함하는 액체는 상기 슬러리 솔리드들로부터 분리되고, 상기 금속(들)은 상기 액체로부터 제거되고, 상기 금속(들)은 재-사용을 위해 솔리드 형태로 재생되고, 상기 슬러리 솔리드들은 환경적으로 허용가능한 상태로 직접 배출된다.

또한 본 발명은 용해 금속(들)을 포함하는 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리를 수행하는 시스템이다.

또한 본 발명은 용해 금속(들)을 포함하는 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리를 수행하고, 재사용을 위해 상기 금속(들)을 솔리드 형태로 재생하는 시스템이다.

본 발명의 다른 면은 하기의 상세한 설명에서 개시될 것이고, 하기의 검사 시에 종래 기술에 익숙한 사람에게는 명백할 것이고 본 발명의 실시로부터 알려질 것이다. 본 발명의 장점들은 첨부된 청구범위에서 지적되는 바와 같이 실현되고 획득될 것이다.

본 발명의 다른 특성에 따르면, 다른 장점들은 용해 금속(들)을 포함하는 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 슬러지 없는 방법에 의해 부분적으로 성취되고, 상기 방법은:

솔리드 필터와 이온 교환기를 구비하는 폐기물 처리 시스템을 제공하는 단계와;

상기 슬러리를 제 1의 상기 용해 금속(들)을 포함하는 솔리드-없는 액체 여과물 부분과, 실질적으로 감소된 용해 금속(들) 농도를 구비하는 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분으로 분리하기 위해, 상기 용해 금속(들)을 함유하는 폐기물 액체 슬러리를 상기 솔리드 필터에 제공하는 단계와;

실질적으로 상기 용해 금속(들)을 제거하고, 상기 이온 교환기로부터 방출되는 실질적으로 금속(들)-없는 액체를 제공하기 위해, 상기 제 1의 솔리드-없는 액체 여과 부분을 상기 이온 교환기로 통과시키는 단계와;

상기 솔리드 필터내의 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 상기 이온 교환기로부터 방출된 상기 실질적으로 금속(들)-없는 액체로 통과시킴으로써,상기 폐기물 부분에 함유된 용해 금속(들)의 양을 감소시키기 위해, 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 세척하는 단계 및;

상기 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리를 제공하기 위해 상기 세척된 농축 솔리드-함유 부분을 폐기물 배출구로 방출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 이온 교환기로부터 방출된 실질적인 금속(들)-없는 액체의 제 2 부분은 폐기물 배출구로 배출되거나 CMP 처리에서의 사용을 위해 재생사용되고, 상기 이온 교환기에 의해 상기 여과물로부터 제거된 금속(들)은 액체 용제로서 추출되고, 상기 추출된 액체 용제는 전해채집에 의해, 재-사용을 위해 솔리드-금속(들)을 획득하도록 처리된다.

본 발명의 다른 특성에 따르면, 화학적-기계적 연마(CMP) 공정으로부터의 용해 구리-포함 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 슬러지 없는 방법은:

솔리드 필터와 이온 교환기를 구비한 폐기물 처리 시스템을 제공하는 단계와;

상기 슬러리를 제 1의 상기 용해 구리를 포함하는 솔리드-없는 액체 여과물 부분과, 실질적으로 감소된 용해 구리 농도를 구비하는 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분으로 분리하기 위해, 상기 용해 구리-함유 폐기물 액체 슬러리를 상기 솔리드 필터에 제공하는 단계와;

실질적으로 상기 용해 구리를 제거하고, 상기 이온 교환기로부터 방출되는 실질적으로 구리-없는 액체를 제공하기 위해, 상기 제 1의 솔리드-없는 액체 여과물 부분을 상기 이온 교환기로 통과시키는 단계와;

상기 솔리드 필터내의 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 상기 이온 교환기로부터 방출된 상기 실질적으로 구리-없는 액체로 통과시킴으로써, 상기 폐기물 부분에 함유된 용해 구리의 양을 감소시키기 위해, 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 세척하는 단계 및;

상기 CMP 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리를 제공하기 위해 상기 세척된 농축 솔리드-함유 부분을 폐기물 배출구로 방출하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 이온 교환기로부터 방출된 실질적인 구리없는 액체의 제 2 부분은 폐기물 배출구로 배출되거나 CMP 처리에서의 사용을 위해 재생사용되고, 액체 재생성 에이전트는 액체 용제로서 상기 구리를 추출하기 위해 상기 이온 교환기로 통과되고, 상기 추출된 구리-포함 액체 용제는 재-사용을 위해 솔리드 구리를 얻기 위해 전해채집을 수행하기 위해 전기화학 셀로 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 용해 금속(들)을 포함하는 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리 시스템은:

상기 폐기물 액체 슬러리의 입력 스트림을, 상기 용해 금속(들)을 포함하는 제 1 솔리드-없는 여과물 부분과, 실질적으로 감소된 용해 금속(들) 농도를 구비하는 제 2 농축 솔리드-함유 폐기물 부분으로 분리하는 솔리드 필터와;

상기 용해 금속(들)을 포함한 상기 제 1 솔리드(들)-없는 액체 여과물 부분을 수신하여 상기 부분으로부터 실질적인 금속(들)-없는 방출물을 공급하는 이온 교환기와;

상기 제 2의 농축 솔리드들-함유 부분에 포함된 용해 금속(들)의 양을 감소시키기 위해 세척하는 상기 솔리드 필터로 상기 이온 교환기로부터의 상기 실질적 솔리드(들)-없는 방출물의 부분을 제공하는 도관 및;

상기 세척된 농축 솔리드들-함유 부분을 폐기물 배출구로 배출하기 위한 상기 솔리드 필터로부터의 배수구(outlet)를 구비한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 시스템은 상기 이온 교환기로부터 금속(들)-함유 용제의 형태로 상기 금속(들)을 추출하는 재생성 에이전트의 소스 및, 상기 금속(들) 포함 용제를 수신하여 재-사용을 위해 솔리드 금속(들)을 획득하기 위해 전해채집 공정을 수행하는 전기분해 셀로 이루어진다.

본 발명의 추가적인 장점들 및 특성들은 하기의 상세한 설명으로부터 종래의 기술에 익숙한 사람에게는 명백할 것이고, 본 발명의 바람지한 실시에는 본 발명의 방법을 수행하기 위해 고안된 최적실시예의 설명을 통하여 개시되고 설명된다. 개시된 바와 같이, 본 발명은 다른 실시예들이 가능하고, 여러 설명이 가능하고 다양한 명백한 관점들에서의 변형들이 본 발명으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. 따라서, 도면과 설명은 성질상으로 설명적인 것이고, 한정적인 것이 아니다.

도 2에서, 본 발명에 따른 용해 금속(들)을 포함하는 폐기물 액체 슬러리들의 슬러지 없는 처리를 실행하기 위한 시스템(10)의 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 폐기물 액체 슬러리(11)는 입구 도관(conduit)(12)을 통하여 솔리드 필터(13)으로 제공되어 상기 액체 용액(vehicle)로부터 상기 슬러리 입자(paricles)를 분리한다. 필터(13)는 상기 슬러리 솔리드들을 통과시키지 않으나 금속(들)-포함 액체 용액을 자유롭게 통과시키는 필터 요소 또는 구성원(14)을 구비한다. 필터 요소 또는 구성원은 필터(13)의 내부 용적을 상기 폐기물 액체 슬러리(11)의 농축 솔리드 부분(16)을 저장하기 위한 제 1 공간 또는 구획(compartment)(15)과, 용해 금속(들)을 포함하는 상기 폐기물 액체 슬러리(11)의 솔리드-없는 여과물 부분(18)을 수신하기 위한 제 2 공간 또는 구획(17)으로 분리한다. 전형적이나 비제한적인 예에서, 상기 입구 도관(12)을 통하여 상기 시스템에 제공된 폐기물 액체 슬러리(11)는 무게의 약 0.1%인 솔리드 내용물을 포함하고, 구획(15)내의 상기 농축 솔리드 부분은 무게의 약 5%의 솔리드 내용물을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 하기의 단계에서, 솔리드-없는 용해 금속(들) 함유 여과물 부분(18)은 이온 교환 수지를 채용하는 종래 형태에 적합하게, 이온 교환기(20)로 도관(19)을 통하여 제공되고, 상기 금속(들)은 상기 솔리드-없는 여과물로부터 제거된다. 실질적인 금속-없는 액체 방출물(21)은 배수구(outlet) 도관(22)을 통하여 상기 이온 교환기(20)로부터 나와서 2개의 스트림(stream)으로 분리된다. 제 1 스트림(23)은 재사용된 린스(rinse) 물(필요하다면 pH 조절후에)로서의 사용을 위해 도관(24)을 통하여 흐르거나, 상기 시스템으로부터 폐기물 배출구(drain)로 방출된다. 제 2 스트림(25)은 상기 농축 솔리드 부분(16)을 재-세척하기(back-wash) 위해 도관(24)을 통해 필터(13)의 제 1 구획(15)으로 제공된다. 농축 솔리드 부분(16)의 금속(들) 내용물은 배수구 도관(17)을 통한 폐기물 배출구로의 환경적으로 허용가능한, 직접적인 슬러지 없는 방출을 허용하기 위해 충분히 낮은 레벨로 감소된다. 입구 도관(12)을 통하여 상기 폐기물 액체 슬러리(11)가 초기에 제공됨에 따라, 상기 농축 솔리드 부분(12)으로부터 추출된 어느 금속(들)을 포함한 재-세척 액체(25)는 필터 요소(14)를 통하여 자유롭게 통과하고 이온 교환기(20)에 의한 금속(들) 제거가 용이하다.

본 발명의 다른 특징에서, 액체 재생성 에이전트(liquid regenerating agent)(28)는 황산과 같은 무기질 산으로 설명되고, 입구 도관(29)을 통하여 이온 교환기(20)에 제공되어 필터(13)의 상기 제 2 구획(17)으로부터 제공된 솔리드-없는 여과물(18)로부터의 이전의 동일한 제거의 결과로서 포함된 금속(들)을 추출한다. 상기 재생성 에이전트(28)내에 포함된 금속(들)은 전착(electrodeposition)되기 쉽고, 상기 재생성 에이전트에 포함된 추출된 금속(들)의 액체 용제(30)는 입구 도관(31)을 통하여 전기분해 셀(32)에 제공되고, 솔리드 금속(들)은 전해채집(electrowinning) 공정을 수행함으로써 회복된다. 상기 회복된 금속(들)은 금속화 공정 또는 다른 응용 분야에서의 재-사용을 위해 추가적으로 처리될 것이다. 이 경우, 상기 이온 교환기(20)로부터 추출된 상기 금속(들)은 전기분해 회복이 용이하지 않으며, 종래 기술에 익숙한 사람에 의해 결정될 수 있는 다른 종래 화학 기술이, 예를 들면 침전,흡수 등은 솔리드 형태로 금속(들) 또는 파생물들을회복시키기 위해 채용될 것이다.

예

린스 액체로 희석되고 물과, 약 2-15ppm의 농도의 용해 구리와, 무게의 0.03-1%의 연마 집합(알루미나)의 솔리드 입자들, 가용제(solubilizer) 및 첨가물을 포함한 사용된 CMP 금속 연마 슬러리는 반도체 처리 라인의 CMP 스테이션으로부터 균일(equalization) 탱크로 배출된다.

상기 균일 탱크에서 상기 슬러리의 pH 및 산화환원 전위(Oxidation-Reduction Potential: ORP)가 감시되고 조절된 후, 종래 방법으로, 상기 슬러리는 무게의 약 5%의 솔리드 내용물을 구비한 농축 솔리드-함유 슬러리를 형성하기 위해, 폴리프로필렌 섬유-기반 필터 요소(EPOX, 카이네티코(Kinetico), 산 안셀모(San Anselmo), 캘리포니아)를 구비한 솔리드 필터를 통하여 펌프된다. 상기 필터 요소를 통과하는 솔리드-없는 함동의(copper-bearing) 용제는 유기물의 제거를 위해 활성화된 탄소 필터 등으로 통과되고, 이온 교환기(예를 들면, 미국 필터 코퍼레이티드(U.S. Filter Co.), 빌레리카, 엠에이(MA.))를 통과시켜 실질적으로 구리를 제거한다.

상기 이온 교환기로부터의 실질적인 구리-없는 방출물은 2개의 스트림으로 분리된다. 제 1 스트림은 상기 솔리드 연마 집합물을 재-세척하여 가용성의 구리를 추출하기 위해, 상기 폐기물 슬러리의 상기 농축 솔리드 부분을 포함하는 필터 구획으로 유입된다. 상기 구리를 추출한 후, 상기 재-세척 용액은 이전과 같이, 상기 탄소 필터와 이온 교환기를 통과한다. 상기 폐기물 메인(main)으로의 직접적인 방출을 위해 상기 구리 레벨을 환경적으로 허용가능한 레벨(지역에 따라 다른)로 감소시키는 것이 요구되는 재-세척 용액의 용량은 상기 CMP 폐기물 슬러리에서의 초기 구리 농도와 상기 필터의 농축 솔리드 부분의 용량에 의존한다. 다른 경우에, pH에 의존하여, 상기 세척된 농축 솔리드 슬러리는 상기 폐기물 메인으로 배출되기 이전에 산 폐기물 중성화 탱그에 제공된다.

다른 경우, 상기 이온 교환기로부터의 실질적인 구리-없는 방출물의 제 2 스트림은 pH에 의존하여 상기 폐기물 메인으로 직접 배출되거나 주로 산 폐기물 중성화 탱크로 제공된다. 다른 경우, 상기 구리-없는 방출물은 상기 폐기물 배출구로 배출되기 보다 산 폐기물 중성화이후에, 재사용된다.

상기 CMP 폐기물 슬러리 내의 용해 구리의 초기 농도와 흐름 속도 및 이온 교환 용량에 의존하여, 상기 이온 교환기는 제거된 구리를 추출하고 상기 이온 교환 수지를 재생성하기 위해 황산 포함 용제를 사용한 종래의 방법으로 주기적으로 처리된다. 상기 구리는 구리 황산염의 용제의 형태로, 종래의 전해채집 프로세스가 음극 전착에 의한 솔리드 형태로 상기 구리를 실질적으로 제거하도록 실행된 전기분해 셀에 공급된다. 상기 구리는 반도체 금속화 또는 다른 응용에서의 재-사용을 위해 재처리될 것이다. 전해채칩 후의 상기 전기분해 셀내에 남은 낮은-구리 레벨 용제는 추가적인 재생성/추출을 수행하기 위해 상기 이온 교환기로 돌려지거나 상기 균등 탱크에서 유입하는 CMP 폐기물 슬러리와 혼합될 것이다.

많은 장점들이 본 발명에 의해 제공되고, 하기 사항을 포함하고 제한되지 않는다: 환경적인 허용가능 방법으로 소비된 CMP 슬러리들로부터의 슬러지 없는 처리및 배출; 선택적인 재생사용 및 CMP 및 린스 물의 재-사용; CMP 및 린스 물의 환경적으로 허용가능한 배출을 허용하는 레벨로의 용해 금속의 제거 및; 재-사용가능한 솔리드 형태로 용해 금속(들)의 회복. 또한, 본 발명은 종래의 CMP 처리 기술의 모든 특성에 비교될 수 있다.

이전의 설명에서, 수많은 상세한 설명이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 물질들, 구조, 반응물들, 처리 등과 같이 개시되었다. 그러나, 본 발명은 상세하게 개시된 설명에 의존함이 없이 실시될 수 있음이 인식되어야 한다. 예를 들면, 본 발명은 다양한 금속-마무리 및 야금 샘플 준비 과정에서 획득된 금속 포함 슬러리들을 처리하는 것에도 적용될 수 있다. 다른 경우, 종래의 처리 구조, 장치들 및 기술들은 본 발명을 불필요하게 불명료하지 않게 하기 위해 상세히 설명되지 않았다.

본 발명의 바람직한 실시예들가 상기에서 개시되고 상술된다. 본 발명은 상술된 발명의 개념의 범위 내에서의 변경들 및/또는 변형들에 적용될 수 있음이 인식되어야 한다.

Claims (20)

1. 용해 금속(들)을 함유하는 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 슬러지 없는 방법에 있어서, 상기 방법은:

   솔리드 필터와 이온 교환기를 구비하는 폐기물 처리 시스템을 제공하는 단계와;

   상기 슬러리를 제 1의 상기 용해 금속(들)을 포함하는 솔리드-없는 액체 여과물 부분과, 실질적으로 감소된 용해 금속(들) 농도를 구비하는 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분으로 분리하기 위해, 상기 용해 금속(들)을 함유하는 폐기물 액체 슬러리를 상기 솔리드 필터에 제공하는 단계와;

   실질적으로 상기 용해 금속(들)을 제거하고, 상기 이온 교환기로부터 방출되는 실질적으로 금속(들)-없는 액체를 제공하기 위해, 상기 제 1의 솔리드-없는 액체 여과물 부분을 상기 이온 교환기로 통과시키는 단계와;

   상기 솔리드 필터내의 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 상기 이온 교환기로부터 방출된 상기 실질적으로 금속(들)-없는 액체로 통과시킴으로써, 상기 폐기물 부분에 함유된 용해 금속(들)의 양을 감소시키기 위해, 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 세척하는 단계 및;

   상기 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리를 제공하기 위해 상기 세척된 농축 솔리드-함유 부분을 폐기물 배출구로 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 이온 교환기로부터 상기 실질적으로 금속(들)없는 방출물의 제 2 부분을 방출하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 여과물로부터 제거된 금속(들)을 상기 이온 교환기에 의해 추출하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 금속(들)의 액체 용제로서 상기 금속(들)을 추출하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 방법은 상기 솔리드 금속(들) 또는 그로부터의 금속(들)-함유 물질을 획득하기 위해 상기 액체 용제를 처리하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 방법은 상기 솔리드 필터로 화학적-기계적 연마 세척 기구로부터의 폐기물 액체 슬러리를 통과시키는 단계를 추가적으로 포함하고, 상기 솔리드들은 연마 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 방법은 상기 액체 용체로부터 솔리드 금속(들)을 획득하기 위해 전해채집에 의해 상기 액체 용체를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속(들)은 코발트, 니켈, 구리, 금, 은 및 상기 금속들의 함금들 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속은 구리 또는 구리 함금인 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 솔리드 필터에 제공된 폐기물 액체 슬러리는 무게의 약 0.03-1%의 솔리드 내용물을 포함하고, 상기 솔리드 필터로부터 상기 폐기물 배출구로 방출된 농축 솔리드-함유 폐기물 부분은 무게의 약 5%의 솔리드 농도를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
11. 화학적-기계적 연마(CMP) 프로세스로부터 용해된 구리-함유 폐기물 액체 슬러리를 처리하는 슬러지 없는 방법에 있어서, 상기 슬러리는 연마 조작들을 구비하고, 상기 방법은:

    솔리드 필터와 이온 교환기를 구비한 폐기물 처리 시스템을 제공하는 단계와;

    상기 슬러리를 제 1의 상기 용해 구리를 포함하는 솔리드-없는 액체 여과물 부분과, 실질적으로 감소된 용해 구리 농도를 구비하는 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분으로 분리하기 위해, 상기 용해 구리-함유 폐기물 액체 슬러리를 상기 솔리드 필터에 제공하는 단계와;

    실질적으로 상기 용해 구리를 제거하고, 상기 이온 교환기로부터 방출되는 실질적으로 구리-없는 액체를 제공하기 위해, 상기 제 1의 솔리드-없는 액체 여과 부분을 상기 이온 교환기로 통과시키는 단계와;

    상기 솔리드 필터내의 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 상기 이온 교환기로부터 방출된 상기 실질적으로 구리-없는 액체로 통과시킴으로써, 상기 폐기물 부분에 함유된 용해 구리의 양을 감소시키기 위해, 상기 제 2의 농축 솔리드-함유 폐기물 부분을 세척하는 단계 및;

    상기 CMP 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리를 제공하기 위해 상기 세척된 농축 솔리드-함유 부분을 폐기물 배출구로 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 상기 이온 교환기로부터 제 2의 상기 실질적으로 용해 구리-없는 방출물을 배출하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 구리-함유 액체 용제를 추출하기 위해 상기 이온 교환기로 액체 재생성 에이전트를 통과시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 액체 재생성 에이전트는 황산을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 구리-함유 액체 용체를 전기화학 셀로 전달하여 솔리드 구리를 얻기 위해 전해채집 프로세스를 수행하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 방법.
16. 용해 금속(들)을 포함하는 폐기물 액체 슬러리의 슬러지 없는 처리 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    상기 폐기물 액체 슬러리의 입력 스트림을, 상기 용해 금속(들)을 포함하는 제 1 솔리드-없는 여과물 부분과, 실질적으로 감소된 용해 금속(들) 농도를 구비하는 제 2 농축 솔리드-함유 폐기물 부분으로 분리하는 솔리드 필터와;

    상기 용해 금속(들)을 포함한 상기 제 1 솔리드(들)-없는 액체 여과물 부분을 수신하여 상기 부분으로부터 실질적인 금속(들)-없는 방출물을 공급하는 이온 교환기와;

    상기 제 2의 농축 솔리드들-함유 부분에 포함된 용해 금속(들)의 양을 감소시키기 위해 세척하는 상기 솔리드 필터로 상기 이온 교환기로부터의 상기 실질적 솔리드(들)-없는 방출물의 부분을 제공하는 도관 및;

    상기 세척된 농축 솔리드들-함유 부분을 폐기물 배출구로 배출하기 위한 상기 솔리드 필터로부터의 배수구를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 처리 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 시스템은 금속(들)-함유 액체 용제의 형태로 상기 이온 교환기로부터 상기 금속(들)을 추출하는 재생성 에이전트의 소스를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 처리 시스템.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 금속(들)-함유 액체 용제를 수신하기 위한 전기 분해 셀을 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 처리 시스템.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 전기 분해 셀은 상기 금속-함유 액체 용제의 전기 분해에 의해 솔리드 금속(들)을 획득하는 전해채집 셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 처리 시스템.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 전기채집 셀로부터의 전기분해된 액체를 상기 이온 교환기로 제공하여 상기 금속(들)을 추출하기 위한 도관을 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 없는 처리 시스템.