專利名稱：回收化學(xué)和機(jī)械平整化所用水與漿料研磨劑的方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
相關(guān)申請本申請是1997年6月5日提出的申請的接續(xù)，其專利申請?zhí)枮?8/870,082的接續(xù)。
由于在這種半導(dǎo)體器件上的掃描線寬度和元件尺寸變窄，所以在所述半導(dǎo)體器件上的電學(xué)元件密度日益提高。例如，在所述器件上掃描線寬度通常的范圍為1μm到4μm。然而，這些年來，只就用于集成電路的掃描線寬度已減小至1μm以下來說，工業(yè)已取得了巨大的進(jìn)步。目前，0.5-0.35μm的掃描線寬度是普通的，并且正在研究如何達(dá)到0.25-0.18μm的掃描線寬度。此外，提高存儲與計(jì)算能力的需要，使每一集成電路上的半導(dǎo)體器件數(shù)目達(dá)到了限度，甚至達(dá)到更高數(shù)目，結(jié)果導(dǎo)致了施加到半導(dǎo)體晶片上的層數(shù)增加，而集成電路的常用尺寸持續(xù)下降。更窄的掃描線寬度、更多的材料層數(shù)和每一集成電路更高密度的半導(dǎo)體器件的結(jié)合，由于半導(dǎo)體晶片表面的不一致性，所以日益使這類器件易于失效，結(jié)果使這類半導(dǎo)體晶片的表面和介質(zhì)層具有均勻一致的平滑性變得日益重要起來。
為了拋光半導(dǎo)體晶片的表面，已開發(fā)出了許多化學(xué)機(jī)械平整化的方法(CMP)，一般包括使晶片在拋光墊上旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)卡盤施加壓力，再往拋光墊上施加含研磨拋光劑的含水化學(xué)漿料以進(jìn)行表面活性化和研磨作用。能用于化學(xué)機(jī)械漿料中的研磨劑包含熱解法二氧化硅、銫和氧化鋁顆粒?；瘜W(xué)機(jī)械漿料還含有穩(wěn)定劑或氧化劑。熱解法二氧化硅通常與穩(wěn)定劑如氫氧化鉀或氫氧化銨混合，一般是用于拋光半導(dǎo)體晶片的介質(zhì)或氧化物層。銫和氧化鋁通常與氧化劑如硝酸鐵或過氧化氫混合，通常是用于拋光金屬層，如鎢、銅和鋁。
從半導(dǎo)體晶片的各層除去的漿料和材料構(gòu)成通常作為工業(yè)廢物處置的廢水。研磨成分大約占未處理廢水的8％-15％，其余為其它的化學(xué)試劑，如穩(wěn)定劑或氧化劑和水。未處理廢水通常用漂洗水稀釋，使產(chǎn)生的廢水的最終固體含量大約為1％-1.5％。然而，工業(yè)廢水中的可溶的或懸浮固體的處置，由于嚴(yán)格的地方、州和聯(lián)邦政府的法規(guī)，一直是眾所關(guān)心的爭論問題，因此希望提供一種去除廢水中研磨成分的方法與設(shè)備，以可能去除需單獨(dú)處置的重金屬成分。
就相當(dāng)長的時(shí)間來說，由于廢水僅含有去離子水，所以還希望回用廢水的上清液，以便能把上清液用于化學(xué)機(jī)械平整化工藝中。理想的是，這種工藝將會(huì)用于拋光工具上，為的是能有效地回用去離子水和節(jié)省費(fèi)用，。盡管常規(guī)的過濾技術(shù)存在使用點(diǎn)過濾，這項(xiàng)技術(shù)不適合用于在廢水中含有高幾率的懸浮物。就常規(guī)過濾而言，所有的廢水流都應(yīng)與膜元件成直角進(jìn)入過濾器。包埋在膜介質(zhì)和過濾器中的顆粒接著就成為堵塞物。這就引起了長時(shí)間的停工和相關(guān)操作費(fèi)用的增加。
替代使用點(diǎn)過濾可以包括中央工廠處理，如pH中和，添加絮凝劑或沉降劑同時(shí)產(chǎn)生濾餅；超濾或反滲透過濾的系統(tǒng)。對于適當(dāng)使用一些拋光工具和持續(xù)操作費(fèi)用高的用戶來說，這些系統(tǒng)是成本過高的系統(tǒng)。此外，這些系統(tǒng)是基于現(xiàn)代化學(xué)的原理，并且對處理未來漿料的必要性是不靈活的。由此，希望具有一種這樣的方法，它能處理初次懸浮顆粒問題，其靈活性又足以滿足漿料的特殊問題。還希望具有一種能實(shí)現(xiàn)從試產(chǎn)到大規(guī)模制造的方法。本發(fā)明能滿足這些和另外的一些要求。
發(fā)明概述概括地說，本發(fā)明提供分離和回收用于平整化半導(dǎo)體材料的含水化學(xué)機(jī)械漿料中的研磨成分和流體，可使液體流出物回用于非工藝用途，以及用作灌溉、工藝?yán)鋮s水的灰水(gray water)或反滲透系統(tǒng)的補(bǔ)充水，或者按要求在工業(yè)廢水中安全處置。
由此，本發(fā)明提供一種適于回收來自漿料廢水流中的清徹液體和適于濃縮和回收來自同一水溶液中的研磨材料顆粒的方法和設(shè)備。在本發(fā)明的方法與設(shè)備中，在不規(guī)則的基礎(chǔ)上，將含有研磨成分的漿料廢水流引入顆粒檢測裝置中，所述裝置使用若干技術(shù)中的一種技術(shù)檢測研磨劑顆粒的存在。檢測裝置可以使用光學(xué)、超聲或其它類似的檢測技術(shù)，以測定研磨劑固體在廢水流中的密度或在廢水流的濁度?；跈z測裝置所作出的檢測結(jié)果，當(dāng)指示固體含量低于預(yù)定極限值時(shí)，廢水流則被轉(zhuǎn)移到一個(gè)或多個(gè)小型的收集槽中。收集的液體，經(jīng)過能給拋光機(jī)提供作為漂洗水回用的非工藝用水的裝置，而泵回至拋光機(jī)中?；蛘撸?dāng)檢測的固體含量超過預(yù)定極限值時(shí)，全部廢水流都被轉(zhuǎn)移到使用超濾裝置而把固體與廢水流中的液體成分分開的裝置中。清徹的液體收集在一個(gè)或多個(gè)收集槽中而以各種方式利用，以返回拋光機(jī)作非工藝用的漂洗水、超濾裝置用的反沖洗水或者轉(zhuǎn)移至工廠工業(yè)廢物處理系統(tǒng)處置。在附加處理(例如，離子交換或除銅的洗脫)的情況下，這股廢水可用于灰水的用途中，如冷卻水或灌溉用水或作裝置反滲透系統(tǒng)的供料水以進(jìn)一步減少用水量。
本發(fā)明的設(shè)備還提供使來自超濾裝置的廢固體流再循環(huán)的設(shè)備，以進(jìn)一步濃縮固體和最大程度地從廢水中分離清徹的液體。該設(shè)備能把固體從少至0.2％(重量)的固體，濃縮至高達(dá)50％(重量)的固體。當(dāng)固體含量達(dá)到優(yōu)選的濃度時(shí)，就把固體廢物轉(zhuǎn)移到收集固體于容器內(nèi)的裝置，然后工場外處置或回收以再次用于其它工業(yè)中。
對于本發(fā)明的這些和另外一些方面與優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)通過實(shí)施例說明本發(fā)明特征的下面詳細(xì)的闡述和附圖，將會(huì)更加明白。
附圖概述圖1是本發(fā)明回收用于化學(xué)機(jī)械平整化半導(dǎo)體晶片的液體和漿料研磨劑的第一實(shí)施方案的方法和設(shè)備示意圖；圖2是圖1的分離塔的剖面圖；圖3是本發(fā)明回收用于化學(xué)和機(jī)械平整化半導(dǎo)體晶片的水和漿料研磨劑的第二實(shí)施方案的方法和設(shè)備示意圖；圖4是圖3的緩沖槽的剖面圖；
圖5是圖3的過濾裝置的剖面圖；圖6是圖5的過濾裝置中的過濾器的剖面圖；圖7是圖3的分離塔的剖面圖；圖8是按照本發(fā)明的原理回收用于化學(xué)機(jī)械平面化半導(dǎo)體晶片的液體和漿料研磨劑的第三實(shí)施方案的方法和設(shè)備；圖9是按照本發(fā)明的原理用于檢測廢水流中的固體含量并轉(zhuǎn)移清徹液體流至界面裝置再返回到拋光機(jī)的裝置示意圖；圖10是用于圖9或圖11的裝置中的超濾裝置的透視圖；和圖11是按照本發(fā)明的原理回收漿料研磨劑廢水中的清徹液體和濃縮廢水最大程度地回收清徹液體的裝置的示意圖。
最佳實(shí)施方案的詳細(xì)說明當(dāng)半導(dǎo)體裝置中的電器元件和配線的密度提高時(shí)，由于半導(dǎo)體晶片上的表面不規(guī)則性，使所述裝置更易于失效。用于化學(xué)機(jī)械平整化半導(dǎo)體晶片表面的工業(yè)的常規(guī)方法，涉及這一問題，通常會(huì)引起拋光半導(dǎo)體晶片各層的漿料中的研磨劑和水的廢物處理。
如


的，本發(fā)明是以回收來自研磨材料顆粒的含水漿料中的研磨材料顆粒的方法和設(shè)備進(jìn)行具體化的。參照附圖1，在本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方案中，用于從研磨材料顆粒的含水漿料中回收研磨材料顆粒的設(shè)備10，通常接受來自入口管線12的未處理廢水，該廢水包括在漿料廢水收集槽14中的含水化學(xué)和機(jī)械漿料，它含有半導(dǎo)體材料平整化時(shí)除去的研磨劑顆粒和材料。漿料廢水的流量由與未處理廢水入口管線連接的流量計(jì)16加以測量。漿料廢水收集槽中的漿料廢水，優(yōu)選保持在環(huán)境溫度和壓力條件下，并且優(yōu)選保持其接近中性的pH下。漿料廢水的酸性或堿性優(yōu)選通過與漿料廢水收集槽連接的pH計(jì)18監(jiān)測。
收集槽中的漿料廢水的pH所顯示的電信號，能為控制器19所接受，用以控制pH中和劑在漿料廢水收集槽中的引入，所述中和劑的選擇取決于漿料流出物的pH。中和劑包括例如來自儲酸器20的酸、或者來自儲堿器22的堿、或者是pH緩沖劑，所述酸是經(jīng)過由控制器控制的酸閥24分配的，而堿是經(jīng)過由控制器控制的堿閥26分配的，所有這些中和劑都為本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員所知曉。收集槽中的漿料廢水通常是通過收集槽內(nèi)的攪拌器(未示出)攪拌，該攪拌器是通過馬達(dá)27驅(qū)動(dòng)。漿料流出物與任何中和劑的混合物，可保存在漿料收集槽內(nèi)持續(xù)到要處理的時(shí)間，然后，經(jīng)過收集槽出口28排放以進(jìn)一步處理?；蛘?，處理的漿料流出物可連續(xù)地經(jīng)收集槽出口28排放。
來自收集槽的要處理漿料流出物液流，易于通過收集槽出口和處理漿料流出物管線30之間連接的泵29，以導(dǎo)致進(jìn)一步處理漿料流出物。壓力計(jì)32和總?cè)芙夤腆w檢測計(jì)34都與處理漿料流出物管線相連接，以監(jiān)測處理漿料流出物的條件。
由流出物管線輸送的處理漿料流出物，優(yōu)選通過真空提取后送入一個(gè)或多個(gè)處理室或分離塔36，以把處理漿料流出物分離成為含高比例研磨劑顆粒的部分，和含低比例研磨劑顆粒的上清液部分。或者，漿料流出物可通過正壓泵送通過分離塔。每個(gè)分離塔都具有接受處理漿料流出物的進(jìn)口38，用于漿料流出物較輕的上清液部分的上清液出口管線40，以及用于大部分含高比例研磨劑顆粒的分離漿料流出物更重的部分的底部固體出口42。正如圖1所述，在本優(yōu)選實(shí)施方案中，許多分離塔可串聯(lián)連接，致使大多數(shù)上流分離塔接受來自漿料流出物收集槽的處理漿料流出物，而隨后下流分離塔接受來自上流分離塔的漿料流出物較輕的上清液部分。大多數(shù)下流分離塔上清液出口輸送處理的上清液以進(jìn)一步處理。
參照圖2，各分離塔優(yōu)選具有一個(gè)用于引導(dǎo)處理漿料流出物進(jìn)入分離塔冷卻部分45的噴嘴44，塔周圍為攜帶冷卻劑流的冷卻蛇管46所環(huán)繞。噴嘴優(yōu)選以與分離塔縱軸相切的方向把漿料流出物引入分離塔的冷卻部分，以在分離塔的冷卻部分產(chǎn)生螺旋狀的或環(huán)狀的漿料流出物液流。冷卻蛇管優(yōu)選能把漿料流出物冷卻至溫度約0℃～約15℃的范圍內(nèi)，這易于顆粒的集聚。
在漿料流出物冷卻后，流經(jīng)介于兩個(gè)充電電極板之間的精密機(jī)械加工的開口。冷卻的漿料流出物在充電的陰極48和充電的陽極50之間的流過，導(dǎo)致顆粒的電性能的改變，從而引起它們附聚，使所得的顆粒絮凝物的由漿料流出物的上清液部分分離。漿料流出物再流經(jīng)第二個(gè)噴嘴52，該噴嘴以與分離塔縱軸相切的方向引入漿料流出物，以便產(chǎn)生螺旋狀的或環(huán)狀的漿料流出物的液流，導(dǎo)致部分含顆粒附聚物或絮凝物的含水漿料移至分離塔的固體沉降室54，而剩余的含水漿料內(nèi)的上清液經(jīng)上清液出口40排出。
固體出口閥56能控制來自底部固體出口42的液流，致使固體沉降室內(nèi)的含顆粒附聚物的含水漿料部分，按需要自固體沉降室經(jīng)固體出口管線58排放到固體收集糟60，既可間歇地也可連續(xù)性地進(jìn)行。在本優(yōu)選實(shí)施方案中，許多分離塔可串聯(lián)連接，致使來自一個(gè)分離塔上清液出口的上清液能流到按順序的下一個(gè)分離塔的入口，而按順序?yàn)樽詈笠粋€(gè)分離塔的上清液出口，輸送上清液以進(jìn)一步處理和收集。
在一優(yōu)選實(shí)施方案中，來自分離塔的上清液流經(jīng)上清液管線61進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)與真空源64連接的真空室62。上清液管線內(nèi)的上清液溫度和壓力，如有必要，可通過溫度和壓力傳感器監(jiān)測。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，含水漿料在環(huán)境溫度和壓力下被引入處理室。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，來自分離塔的上清液管線與入口66連接而到達(dá)許多真空室，各室均具有到上清液出口管線70的上清液出口68，導(dǎo)至入口72而通向上清液收集槽74。當(dāng)真空室內(nèi)的上清液減壓處理時(shí)，截留在上清液中的氣體鼓泡至上清液的表面。到達(dá)上清液表面上的氣體鼓泡被認(rèn)為能使上清液內(nèi)的顆粒緊靠一起，而由于顆粒之間存在著范德瓦引力致使顆粒進(jìn)一步附聚。附聚后的顆粒具有高于上清液中的水的比重，從而使它們分離并沉淀至真空室的底部?；蛘?，用氣體，如清潔的干燥空氣、氧氣或氮?dú)?，以少量注入真空室?nèi)的上清液中，以進(jìn)一步提高經(jīng)過上清液的氣體鼓泡量。
引自各真空室底部的固體出口管線76，連接到通向固體收集槽的固體管線78。在本優(yōu)選的實(shí)施方案中，來自固體收集槽的出口管線80與離心分離器82連接以輸送收集的固體和液體。來自離心分離器的液體流入上清液收集槽74中。來自固體收集槽60的液體流經(jīng)流體管線84進(jìn)入壓濾器86，壓濾器還接受經(jīng)離心分離器的固體出口管線87而從離心分離器來的濃縮固體。最后，固體是經(jīng)固體廢物管線88從壓濾器86收集的。來自離心分離器的上清液流經(jīng)上清液出口管線90進(jìn)入上清液收集槽74。上清液的pH可通過與上清液收集槽連接的pH計(jì)92加以監(jiān)測。上清液可經(jīng)過出口94收集，并且能通過泵96經(jīng)管線98泵送進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)具有上清液出口102的接受槽100，在那里上清液的數(shù)量和質(zhì)量可由例如pH計(jì)104、總?cè)芙夤腆w計(jì)106、濁度計(jì)108和流量計(jì)110進(jìn)行監(jiān)測。
參照附圖3～7，在本文第二最佳實(shí)施方案中，用于回收來自研磨材料顆粒的含水漿料中的研磨材料顆粒的裝置210，通常是接受來自入口管線212的未處理廢水，該廢水包括含水化學(xué)與機(jī)械漿料，而該漿料含有研磨劑顆粒和平整化半導(dǎo)體材料時(shí)去除的材料而送到漿料廢水pH緩沖槽214中。漿料廢水的流量可以通過與未處理廢水入口管線連接的流量計(jì)216測量。漿料廢水pH緩沖槽內(nèi)的漿料廢水，優(yōu)選保存在環(huán)境溫度和壓力的條件下，并優(yōu)選保存在大約2～4的pH值下。漿料廢水的pH優(yōu)選用與漿料廢水pH緩沖槽連接的pH計(jì)218監(jiān)測。
參照圖3和4，指示pH緩沖槽內(nèi)漿料廢水pH的電信號，可為控制器219所接受，用以控制酸，例如HCl和其它的pH調(diào)節(jié)劑引入漿料廢水pH緩沖槽，其量取決于漿料流出物的pH。由儲酸器220經(jīng)由控制器控制的酸閥224分配酸，或者由儲堿器222經(jīng)由控制器控制的堿閥226分配堿，或者是pH緩沖劑。pH緩沖槽內(nèi)的漿料廢水通常是通過pH緩沖槽內(nèi)的攪拌器221攪拌，該攪拌器由馬達(dá)227驅(qū)動(dòng)。漿料流出物與任何中和劑的混合物都可以保存在漿料pH緩沖槽內(nèi)，持續(xù)到需要進(jìn)行處理時(shí)，一般在緩沖槽內(nèi)保持的時(shí)間可高達(dá)約1小時(shí)。酸化的含水漿料再經(jīng)過pH緩沖槽出口228排放至pH平衡槽214′內(nèi)以進(jìn)一步處理。
如圖4所述，漿料廢水pH緩沖槽214在攪拌軸223的末端裝有攪拌器221的螺旋槳，它還用作陰極，用于經(jīng)酸化含水漿料施加電位，以改變顆粒的電性能，以易于顆粒的附聚和絮凝。金屬絲網(wǎng)陽極柵格225安置在緩沖槽內(nèi)，圍繞在攪拌器軸陰極周圍，并且在電學(xué)上與緩沖槽的底部連接，從而起到陽極的作用。向緩沖槽內(nèi)的含水漿料施加電壓，一般約12～5500伏，盡管更高的電壓效果會(huì)更好些。緩沖槽還具有上清液溢流出口229，用來釋放緩沖槽內(nèi)的過量含水漿料。一個(gè)通常與用于冷卻處理室相似的蛇管冷卻夾套(未畫出)，優(yōu)選安排在pH緩沖槽的周圍，以便能把含水漿料的溫度冷卻至溫度在約0℃～15℃的范圍。在pH緩沖槽中徑向地實(shí)施電泳，從而驅(qū)動(dòng)顆粒通過分開的陽極格柵。在金屬絲網(wǎng)格柵內(nèi)的攪拌區(qū)的外部，顆粒附聚而落入槽的底部，再通過槽底部上的陽極板引導(dǎo)至槽的底部。通過驟冷含水漿料至溫度約0℃和15℃，可以提高附聚的過程，降低焦耳熱效應(yīng)并由電泳過程引起對流混合。還能把上清液從有待于中和的pH緩沖槽的頂部引出而與來自工藝過程其他部分的上清液一起循環(huán)。
參考圖3，酸化的固體/流體溶液在真空下從pH緩沖槽的底部引出，進(jìn)入pH平衡槽214′，并與經(jīng)入口管線212′所接受的未處理廢水漿料混合，并將中和劑加到pH平衡槽中。指示pH平衡槽內(nèi)漿料廢水pH的電信號，能為控制器219′接受，用以控制pH中和劑引入漿料廢水pH平衡槽，所用中和劑依據(jù)漿料流出物的pH進(jìn)行選擇。中和劑可以包括例如酸，如HCl，來自儲酸器220′并經(jīng)過受控制器控制的酸閥224′分配，或者堿，如碳酸氫鈉(Na2CO3)，來自儲堿器222′并經(jīng)由控制器控制的堿閥226′分配，或者是pH緩沖劑，所有的這些都為本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員所知曉。pH平衡槽內(nèi)的漿料廢水通常由pH平衡槽內(nèi)的攪拌器221′攪拌，攪拌器由馬達(dá)227′驅(qū)動(dòng)。漿料流出物和任意中和劑的混合物，都可以保存在漿料pH平衡槽內(nèi)，持續(xù)到需要處理時(shí)，然后經(jīng)pH平衡槽出口228′排放以進(jìn)一步處理?；蛘?，處理漿料流出物可經(jīng)pH平衡槽出口228′連續(xù)排放。與用于冷卻處理室的和pH緩沖槽的類似的蛇管冷卻夾套(未示出)，優(yōu)選是圍繞在pH平衡槽的周圍，以保持pH中和過的含水漿料的溫度在約0℃～約15℃的范圍內(nèi)，以提高附聚的速度。在攪拌器攪拌區(qū)的外部，附聚的顆粒降到pH平衡槽的底部。
來自pH平衡槽的流出物優(yōu)選在真空下引至第一自凈化可逆粗顆粒過濾裝置230，再引至第二自凈化可逆過濾器裝置230′，它與過濾裝置230基本相同，正如圖3和5所說明的。過濾裝置230和230′參照圖5所示的過濾裝置230予以詳細(xì)描述。自凈化粗粒過濾器是通過強(qiáng)迫流體流過含有能捕獲粗顆粒的多層過濾材料的過濾器進(jìn)行操作的。在定時(shí)間的間隔后，流體反向流經(jīng)過濾器，使前被捕獲在過濾介質(zhì)內(nèi)的粗顆粒流出，并落入收集室內(nèi)。在重復(fù)這一工藝過程的情況下，過濾器收集粗顆粒，減少了頻繁置換過濾器的要求。
來自pH平衡槽出口228′的流出物與過濾裝置的過濾裝置入口256連通，所述裝置包括一系列與入口256連接的流量控制閥231a～231f，這些閥能開啟和關(guān)閉，以導(dǎo)向控制pH中和過的漿料流經(jīng)連在兩個(gè)過濾器總管233a，b之間的過濾器232。正如圖6所示，在本優(yōu)選實(shí)施方案中，過濾器裝有一系列對稱排列的過濾器介質(zhì)層234a-g，從外層到內(nèi)層具有從最粗到最細(xì)的梯度。這樣，過濾器分別具有與中等過濾介質(zhì)234b、f相鄰近的兩個(gè)外部粗過濾介質(zhì)234a，g，接著在內(nèi)部最細(xì)過濾介質(zhì)234d的兩側(cè)，分別是相鄰的中等/細(xì)過濾介質(zhì)231c，e。過濾介質(zhì)其它的類似排列也是合適的。這樣，在操作時(shí)，過濾裝置可以以兩種結(jié)構(gòu)形式中的任何一種運(yùn)行，既可使流經(jīng)過濾器的方向周期性地逆轉(zhuǎn)，以沖洗來自過濾器的粗顆粒，又可使待排放的粗顆粒流經(jīng)過濾器裝置出口258。在典型的第一結(jié)構(gòu)形式中，閥231a，b，d，f是關(guān)閉的，而閥231c和e是開啟的，這樣可使從右向左流經(jīng)過濾器。過濾過的上清液向上流過上清液的出口235。經(jīng)一段時(shí)間在過濾器的右邊收集粗顆粒后，閥的結(jié)構(gòu)形式可以改變成反向沖洗的形式，其中閥231a，c和e是關(guān)閉的，閥231d瞬時(shí)開啟，而閥231f是瞬時(shí)關(guān)閉，以使有待沖洗的粗顆粒向右流入固體出口258。之后，關(guān)閉閥231d，開啟閥231f，使流體處于正常的第二結(jié)構(gòu)形式，即從左向右流經(jīng)過濾器，再向上流過上清液出口235。經(jīng)過一段時(shí)間以在過濾器左側(cè)收集粗顆粒后，再次變更閥的結(jié)構(gòu)形式為沖洗過濾器的原來流動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，其中閥231b，d，f是關(guān)閉的，閥231c是開啟的，使流體從右向左流經(jīng)過濾器，閥231a瞬時(shí)開啟而閥231e瞬時(shí)關(guān)閉，以使有待沖洗的粗顆粒向左流經(jīng)到固體出口258。之后，閥a，b，d，f關(guān)閉而閥231c和e開啟，處于正常的第一種流動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，則可使從右向左流經(jīng)過濾器，過濾過的上清液再經(jīng)過上清液出口235流出。
由流出物管線輸送的處理漿料流出物，優(yōu)選通過真空經(jīng)入口238引至一個(gè)或多個(gè)處理室或分離塔236，以分離處理漿料流出物成為含較大比例研磨劑顆粒的部分，和含較小比例研磨劑顆粒的上清液部分。正如圖3所說明的，在本實(shí)施方案中，許多的分離塔可串聯(lián)相接，致使大多數(shù)上流分離塔接受來自漿料流出物收集槽內(nèi)的處理漿料流出物，而隨后下流分離塔接受來自上流分離塔的較輕漿料流出物的上清液。大多數(shù)下流分離塔上清液出口輸送處理上清液以進(jìn)一步處理和收集。各分離塔都具有用于接受處理漿料流出物的入口238，用于漿料流出物較輕的上清液部分的上清液出口管線240，和用于含高比例研磨劑顆粒的較重部分的分離漿料流出物的底部固體出口242。
參照圖7，各分離塔通常具有固體出口端蓋255和上清液出口端蓋257。為了把處理漿料流出物引入分離塔的冷卻部分245，塔被輸送冷卻劑流體的冷卻蛇管246所環(huán)繞。接受來自入口的含水漿料流的噴嘴252，優(yōu)選把漿料流出物引至分離塔的冷卻部分，其引入的方向是與分離塔縱軸相切，以便在分離塔的冷卻部分產(chǎn)生螺旋狀或環(huán)狀的漿料流出物的流體。冷卻蛇管優(yōu)選把漿料流出物冷卻至約0℃和約15℃的溫度，以易于使顆粒的附聚，引起部分含顆粒附聚物或絮凝物的部分含水漿料停止懸浮而進(jìn)入分離塔底部的固體沉降室254，而剩余在含水漿料內(nèi)的上清液經(jīng)上清液出口240排出。累積的固體既可間歇性地清除，也可通過真空由分離塔連續(xù)排出送到粗固體收集槽260。
參照圖3和7，固體出口閥256可控制來自底部固體出口242的流體，致使部分含顆粒附聚物的固體沉降室內(nèi)的含水漿料，按需要從固體沉降室經(jīng)固體出口管線258排放到粗固體收集槽260，既可間歇性地，又可連續(xù)性地進(jìn)行。在本發(fā)明最佳實(shí)施方案中，來自固體出口管線258的流出物通過與真空源264連接的真空重力管261而送到粗固體收集槽。當(dāng)流體連續(xù)流過分離塔時(shí)，粗固體收集槽是空的。
在這最佳實(shí)施方案中，來自分離塔的上清液經(jīng)上清液出口管線240流入一個(gè)或多個(gè)與真空源264連接的真空重力管262中。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，含水漿料在環(huán)境溫度和壓力下引入處理室。在這最佳實(shí)施方案中，來自分離塔的上清液管線連接到入口266而通到許多真空重力管，各真空重力管均具有與細(xì)淤渣收集槽270連接的上清液出口268，所述槽270具有出口272。
來自固體收集槽的出口管線280，與離心分離器282連接，以便輸送來自粗固體收集槽出口的收集固體和來自細(xì)淤渣收集槽出口的細(xì)淤渣以及剩余在粗淤渣和細(xì)淤渣中的液體。在離心分離器內(nèi)分離出的較輕液體部分引至上清液收集槽274。來自離心分離器濃縮的固體經(jīng)固體出口管線287送至干燥器286。最后，固體是經(jīng)固體廢物管線288從干燥器收集。來自離心分離器的上清液流經(jīng)上清液出口管線290進(jìn)入上清液收集槽274。由離心提取的上清液，經(jīng)過任選的UV光源和離子交換樹脂珠除去溶解的固體，進(jìn)入最終處理用的上清液收集槽。上清液的pH和總?cè)芙夤腆w，可分別通過與上清液收集槽連接的pH計(jì)292和總?cè)芙夤腆w檢測站293監(jiān)測。上清液經(jīng)過出口294收集，并用泵296經(jīng)管線298泵送，它可安裝一個(gè)或多個(gè)過濾器297。
在二氧化硅基的和TEOS基的的漿料情況下，回收絮凝材料可再次使用漿料中的硅或TEOS。在氧化鋁基的漿料情況下，絮凝材料也可回收以再次使用漿料中的硅。由于金屬雜質(zhì)，回收氧化鋁基的漿料再次用于半導(dǎo)體工業(yè)中是不太可能的。在TEOS或二氧化硅基的和氧化鋁或銫基的漿料混合情況下，絮凝的材料可按氧化鋁基固體進(jìn)行處理再次使用或廢物處置。硅、氧化鋁和其它金屬的回用或處理以及任何這樣的回用時(shí)的必要純度，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員是通曉的。
參照圖8，在本發(fā)明第三最佳實(shí)施方案中，首先提供一種方法和設(shè)備，以從含有研磨材料的廢水流中回收清徹液體，然后再從水溶液中除去固體。用于檢測廢水流中研磨劑固體含量的裝置300，接受來自拋光機(jī)302的未處理廢水，該廢水包括含有研磨劑顆粒和從平整化半導(dǎo)體材料上去除的材料的含水漿料。裝置300位于極靠近拋光工具的地方，并產(chǎn)生信號304到控制閥308的控制單元306，以指引來自檢測裝置300的流出物。當(dāng)研磨劑固體含量低于預(yù)定的極限值時(shí)，由閥308把全部流出物液流轉(zhuǎn)移到裝置310，以回用于拋光工具中的非嚴(yán)格的漂洗用途中。當(dāng)研磨劑固體的含量超過預(yù)定極限值時(shí)，全部流出物液流，包括含研磨劑顆粒和從平整化半導(dǎo)體材料除去的材料的含水漿料，由閥309轉(zhuǎn)移至可以成為圖1-2或圖4-7的濃縮裝置的裝置312，以進(jìn)一步分離清徹液體成分與研磨劑固體并且濃縮研磨劑固體以清除。來自濃縮裝置312的清徹液體，經(jīng)管線313循環(huán)返回到循環(huán)濃縮檢測儀器300，以再循環(huán)或送至工業(yè)廢物處理系統(tǒng)314以處理。濃縮的研磨劑固體和從平整化半導(dǎo)體材料去除的材料，轉(zhuǎn)移至裝置316，以另外填充若干廢物收集容器317中的一個(gè)，當(dāng)充滿時(shí)，移出以進(jìn)行工場外的處理318。
參照圖9，在另一最佳實(shí)施方案中，檢測水溶液中研磨劑和其它材料含量的裝置320，接受固體檢測裝置322內(nèi)的可能含有研磨劑顆粒的含水漿料的未處理廢水，在那里進(jìn)來的流體324和流出物pH326都可以檢測。固體檢測裝置利用光、超聲或類似的檢測技術(shù)，以檢測濁度和/或顆粒密度。固體檢測裝置產(chǎn)生信號328，到控制閥332的控制單元330，以引導(dǎo)來自固體檢測裝置的流出物。假若引入的流出物液流含有預(yù)定極限值下的固體，則把全部流出物液流由閥332轉(zhuǎn)入至一個(gè)或多個(gè)收集槽334；否則，含有研磨劑固體的全部流出物液流由閥332轉(zhuǎn)移至一個(gè)或多個(gè)局部過濾的收集槽336。如圖10中所說明的，從槽336出來，含有研磨劑固體和來自拋光半導(dǎo)體晶片的材料的流出物，由泵338輸送過陶瓷或燒結(jié)金屬結(jié)構(gòu)的超濾裝置340。超濾裝置優(yōu)選由陶瓷或燒結(jié)金屬制造，盡管其它的結(jié)構(gòu)材料如聚砜也可以代替使用。在一次通過后，含有研磨劑固體和來自拋光半導(dǎo)體晶片的材料的水溶液，由排水管342送到固體濃縮裝置以進(jìn)一步處理。來自該超濾裝置的清徹液體收集在一個(gè)或多個(gè)收集槽334中。當(dāng)拋光機(jī)344需要非工藝裝置漂洗水時(shí)，有拋光機(jī)的控制單元的電子界面有指示。基于接受來自拋光機(jī)的信號，泵346自一個(gè)或多個(gè)收集槽334提取清徹液體，經(jīng)流量計(jì)348和閥350后泵送液體返回拋光機(jī)以作為非工藝裝置的漂洗水。當(dāng)相當(dāng)?shù)幕赜盟荒軓氖占?34得到時(shí)，可通過旁路閥352打開去離子水而獲得另外的漂洗水。當(dāng)收集槽334供料足夠滿足拋光機(jī)需要時(shí)，過量水時(shí)可以經(jīng)溢流管354轉(zhuǎn)移至工業(yè)廢物處理系統(tǒng)。
參照圖11，用于濃縮廢水流中的研磨劑固體的裝置360，接受來自固體檢測裝置362的水溶液進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)濃縮槽364。該槽的固體含量可連續(xù)用固體含量測量裝置366監(jiān)測，而液體的pH用pH傳感器368連續(xù)監(jiān)測。當(dāng)固體含量低于預(yù)定的極限值和槽中的流體含量低于傳感器370的水平時(shí)，泵372再循環(huán)水溶液流經(jīng)超濾裝置374，如圖10所示。超濾裝置374優(yōu)選由陶瓷或燒結(jié)金屬制成，盡管其它的結(jié)構(gòu)材料如聚砜也可以代替使用。來自超濾器的滯留物(retentate)375返回到濃縮槽364以再次過濾，而來自超濾裝置374的滲透液377或清徹的液體被送至工業(yè)廢物處理系統(tǒng)(未畫出)或返回固體檢測裝置362用作非工藝裝置用漂洗水，或者經(jīng)閥376到反沖洗水收集槽379。超濾裝置374，通過閥378轉(zhuǎn)移廢水至收集固體廢物的裝置(未畫出)和短時(shí)間開啟閥380而間歇性地進(jìn)行反沖洗(優(yōu)選每次為10-20分鐘)。反沖洗水由泵從反沖洗水收集槽(未畫出)提取并用于對超濾裝置的反面加壓。這一點(diǎn)有可能引起包埋的顆粒從超濾單元沖出而返回濃縮槽364。
當(dāng)固體含量達(dá)到預(yù)定的極限值，或當(dāng)濃縮槽364中的流體含量達(dá)到傳感器370的水平，則由泵372流出的流體由閥378轉(zhuǎn)入至收集固體廢物的裝置(未畫出)。
很明顯，根據(jù)前述，盡管已闡述和說明本發(fā)明特殊形式，但仍可作出各種改進(jìn)方案而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。由此，它不能用于對本發(fā)明進(jìn)行限制，除非所附的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種用于從漿料廢水流中回收用于化學(xué)機(jī)械平整化的液體和研磨劑材料顆粒的方法，漿料廢水流的液體中研磨劑材料顆粒的密度不規(guī)則變化，該方法包括的步驟有測量漿料廢水流中的研磨劑顆粒密度；比較漿料廢水流中的研磨劑顆粒密度和含水漿料密度的極限值；當(dāng)漿料廢水流中研磨劑顆粒的密度低于所述含水漿料流密度的極限值時(shí)，根據(jù)密度測量值轉(zhuǎn)移漿料廢水流到至少一個(gè)回用收集槽；和當(dāng)漿料廢水流中的研磨劑顆粒密度大于或等于所述含水漿料的密度極限值時(shí)，根據(jù)密度測量值將漿料廢水流轉(zhuǎn)移；以分離研磨劑顆粒與廢水流的液體而提供廢固體流。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述使研磨劑顆粒與廢水流的液體分離的步驟還包括使所述研磨劑顆粒與廢水流的液體通過超濾分離。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括再循環(huán)所述廢固體流的步驟以進(jìn)一步濃縮所述廢固體流中的研磨劑顆粒和進(jìn)一步除去所述廢固體流中的清徹液體。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括的步驟有測量所述廢固體流中的研磨劑顆粒密度；比較所述廢固體流中的研磨劑的密度與廢固體流密度極限值；和當(dāng)所述廢固體流中的研磨劑顆粒密度大于或等于所述廢固體流密度極限值時(shí)轉(zhuǎn)移所述廢固體流。
5.一種從漿料廢水流中回收用于化學(xué)機(jī)械平面化的液體和研磨材料顆粒用的設(shè)備，漿料廢水流的液體中的研磨劑材料顆粒的密度不規(guī)則的變化，該設(shè)備包含供測量漿料廢水流中的研磨劑顆粒密度用的裝置；用于比較漿料廢水流中研磨劑顆粒密度與含水漿料密度極限值的裝置；當(dāng)漿料廢水流中研磨劑顆粒密度低于所述含水漿料密度極限值時(shí)，用于根據(jù)密度測量值轉(zhuǎn)移漿料廢水流到至少一個(gè)回用收集槽的裝置；和當(dāng)漿料廢水流中的研磨劑顆粒密度大于或等于所述含水漿料密度極限值時(shí)，用于根據(jù)密度測量值轉(zhuǎn)移漿料廢水流至使研磨劑顆粒與廢水流的液體分離的裝置中的裝置。
6.按權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中用于分離研磨劑顆粒與廢水流中的液體的裝置包括超濾裝置。
7.按權(quán)利要求5所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括再循環(huán)所述廢固體流以進(jìn)一步濃縮所述廢固體流中的研磨劑顆粒和進(jìn)一步除去所述廢固體流中的清徹液體用的裝置。
8.按權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括測量所述廢固體流中的研磨劑顆粒密度用的裝置；比較所述廢固體流中的研磨劑顆粒密度與廢固體流密度極限值用的裝置；當(dāng)所述廢固體流中的研磨劑顆粒密度大于或等于所述廢固體流密度極限值時(shí)，轉(zhuǎn)移所述廢固體流用的裝置。
9.一種從漿料廢水流中回收用于化學(xué)機(jī)械平面化的液體和研磨材料顆粒用的設(shè)備，漿料廢水流的液體中研磨材料顆粒的密度不規(guī)則變化，該設(shè)備包括；接受含有液體和研磨材料顆粒的漿料廢水流的檢測器，用于測量漿料廢水流中研磨劑顆粒的密度；用于比較漿料廢水流中研磨劑顆粒密度與含水漿料密度極限值的比值器；和當(dāng)漿料廢水流中的研磨劑顆粒的密度低于所述含水漿料密度極限值時(shí)，根據(jù)密度測量值轉(zhuǎn)移漿料廢水流到至少一個(gè)回用收集槽用的閥，以及當(dāng)漿料廢水流中研磨劑顆粒的密度大于或等于所述含水漿料密度極限值時(shí)，根據(jù)密度測量值轉(zhuǎn)移漿料廢水流至超濾裝置，以分離研磨劑顆粒與廢水流中的液體用的閥。
10.按權(quán)利要求9所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括再循環(huán)所述廢固體流用的閥，以便進(jìn)一步濃縮所述廢固體流中的研磨劑顆粒和進(jìn)一步去除所述廢固體流中的清徹液體。
11.按權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括測量所述廢固體流中所述研磨劑顆粒密度用的檢測器；比較所述廢固體流中所述研磨劑顆粒密度與廢固體極限值用的比值器；和當(dāng)所述廢固體流中所述研磨劑顆粒密度大于或等于所述廢固體極限值時(shí)用于轉(zhuǎn)移所述廢固體流的閥。
全文摘要
一種從含有粉碎的、懸浮固體的含水漿料中回收液體和研磨劑的方法,該法包含至少一個(gè)過濾步驟,該步驟用燒結(jié)金屬膜和/或陶瓷膜并和測量比重或密度方法相連結(jié)、物理地濃縮和使研磨劑顆粒從可通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)廢物系統(tǒng)處置的液流中分離或回用上清液流的方法。該方法還用于回收固體以回用于其它的、嚴(yán)格性差些的用途中,由此減少或消除拋光工藝的無用的副產(chǎn)物。
文檔編號B24B37/04GK1305393SQ99807438
公開日2001年7月25日 申請日期1999年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者加里·L·科利特, 小愛德華·T·費(fèi)里, J·托賓·吉茨 申請人:盧西德處理系統(tǒng)公司