[发明专利]化学和机械磨平过程中所用过的水和浆状磨料的回收方法和设备

说明书

本发明的技术背景

本发明的领域

一般来说，本发明涉及半导体片的化学和机械加工，而更具体地说，本发明涉及在半导体片加工过程中使用后的包含细分散悬浮颗粒的含水化学和机械加工磨料浆料成分的回收方法和设备。

相关现有技术的描述

通常，通过层敷设置导电材料和介电材料，以实现适宜的电特性，生产多个电子元件例如电阻器、电容器和晶体管来制造半导体元件。许多这些分离器件被引入集成电路中，用于生产微处理机、存储器芯片和逻辑电路等。通过层敷设置介电材料和导电材料，在一较小的区域设置多个半导体器件，在半导体片上就可以产生许多集成电路。

随着在这些半导体器件上的线迹宽度和元件尺寸的变细，在这些半导体器件上的电子元件的密度不断地增加。例如，在过去，在这些半导体器件上的线迹宽度一般为1μm-4μm。但是，在近几年，在集成电路所使用的线迹宽度已降低到小于1μm，在工业上已经取得了极大的进展。现在，线迹宽度为0.5-0.35μm是普通的情况，而且实现迹线宽度为0.25μm-0.18μm的研究正在进行中。此外，虽然集成电路的有代表性尺寸继续降低，但是增加储存量和计算功能的需求驱使在每个集成电路中半导体器件的数量可达到更高的极限，产生了敷设到半导体片上层数的增加。由于在半导体片表面上的不相容性，因此将更窄的线迹宽度、增加材料的层数和每个集成电路中半导体器件更高的密度相结合，制成的这些器件易于损坏，这些半导体片有均匀光滑的表面层和介电层日益变得重要。

为磨平半导体片的表面，已经开发出了化学机械处理磨平(CMP)的方法，该方法一般包括在磨光片上旋转半导体片，通过一旋转夹盘施加压力和向磨光片供给有表面活性剂作用和磨光作用的包含磨料磨光剂的含水化学浆料。该化学浆料可附加地包含在加工过程中侵蚀半导体不同表面的化学品。在化学和机械加工浆料中可以使用的磨料剂包括气相二氧化硅、铯和三氧化二铝。化学机械加工浆料还可包括稳定剂或氧化剂。气相二氧化硅通常与氢氧化钾或氢氧化铵之类的稳定剂混合，通常用于磨光半导体片上的介电层或氧化物层。铯和三氧化二铝通常与硝酸铁或过氧化氢之类的氧化剂混合，并一般用于磨光钨、铜和铝之类的金属层。

从半导体片各层除去的浆料物料生成的废液物流一般作为工业废液处理。磨料成分占生废液物流的约8％-15％，其余的由稳定剂或氧化剂之类的化学品和水构成。生废液物流通常用漂洗水稀释，生成的废液物流中最终固体浓度为约1％-1.5％。但是，由于地方政府和中央政府的严格法规，在工业废液物流中溶解或悬浮的固体的处理已引起有关的争论，因此，希望提供从废液物流中除去磨料成分的方法和设备，以便在化学机械加工浆料中的磨料可再次用于再加工，或其它的再利用或处理，或独立地进行处理，可以除去其中的重金属成分。还希望处理和回收废液物流中的上清液，使来之化学机械磨平过程中的上清液能够再利用。

虽然反渗透过滤、离心分离和电泳传统技术已经被用于从含粒径为3-4微米以上的大颗粒的流体，例如煤水浆、泥浆和金属电镀过程的废液中回收水，但是这些技术不能够有效地处理来自半导体片制造和精磨工业的工业废物产生的亚微粒胶体悬浮物。这些技术通常也受批量加工或低生产量的限制，不易适于大量体积和连续的处理。对除去这种废液物流中的细悬浮固体颗粒来说，过滤器一般也无效且贵。

为除去悬浮的固体，废水的其它处理方法包括PH中和和添加絮凝剂或沉淀剂，例如，碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物和阳离子型聚合物和从沉降罐倾析出上清液。但是，这些絮凝剂的使用可能造成回收的固体颗粒和回收的水在半导体制造工业中再利用的严重问题。这些系统在除去细小颗粒或胶体颗粒中偏大和相对来说无效，也不容易适宜于大量废液的连续处理。由于半导体片制造过程产生大量的废液，因此人们要求提供以连续而不是间歇方式处理来自半导体制造工业废液物流的能力。

为了输送浆料，传统的技术利用泵，泵非常适用于胶体性质的浆料。这些浆料用轻微的搅拌，一般维持悬浮状态。离心泵之类的泵的使用通常使絮状物分裂开，使细分散的悬浮颗粒的量增加，妨碍从浆料中除去絮状物。隔膜泵和蠕动泵通常产生更小的微粒，因此进一步妨碍从浆料中除去固体颗粒。所以，人们仍然希望提供从浆料中分离和回收较小颗粒的方法和系统，推动通过轻微的搅拌处理浆料。本发明满足了全部的这些要求。

本发明的概述