專利名稱：一種化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域，特別涉及化學(xué)機(jī)械拋光液回收及重復(fù)利用的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)是現(xiàn)在使用非常廣泛的技術(shù)，它所使用的拋光液是最大的消耗 品，例如微電子工藝金屬拋光等都只使用一次，成本占此工藝的很大一部分。拋光液一般包 括水、磨料、各種化學(xué)試劑，拋光液使用過程中，化學(xué)試劑與被拋材料發(fā)生反應(yīng)，生成各種離 子，其中的磨料吸附了一些離子或者有小部分損壞，直到化學(xué)試劑反應(yīng)完或者生成的離子 對(duì)被拋材料產(chǎn)生污染，廢棄的拋光液一般都中和處理，排到廢液池中，造成了污染和很大的 浪費(fèi)。 專利CN9117409. 7公開了一種鋁型材拋光液無能耗回收方法，此方法專門針對(duì)鋁 型材拋光液的回收，通過水洗和氧化的方法，不具有普適性。專利US 20020014448公開了 一種可以篩選磨料粒徑的回收研磨液方法，但是價(jià)格昂貴。專利US6929537公開了一種硅 片切片中的磨削液的回收方法，但它不屬于化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域。專利US20090053981公開 了一種硅片拋光液回收的方法，它通過加入分散劑、有機(jī)物和超聲過濾的方法調(diào)節(jié)拋光廢 液，達(dá)到重新使用的目的。US6183352公開了一種微電子用的拋光液可回收工藝，它提供一 個(gè)泵將已使用的拋光液混和到新液之中，此中方法不適合微電子拋光中拋光液要求離子含 量底的要求。US20030189004、US20020104806、6402599都是通過化學(xué)反應(yīng)和發(fā)明設(shè)備對(duì)于 特定的拋光液進(jìn)行回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利 用的方法，用于化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域。 本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法包括下列步驟 1)將已使用過的拋光液經(jīng)過濾膜過濾后收集濾液； 2)將濾液過陽(yáng)離子交換樹脂后，收集流出液； 3)將步驟2獲得的流出液再過陰離子交換樹脂，收集流出液； 4)將步驟3獲得的流出液作為原料用于配制新的化學(xué)機(jī)械拋光液，或者將步驟3 獲得的流出液濃縮后作為原料用于配制新的化學(xué)機(jī)械拋光液。 所述步驟1中，過濾前，根據(jù)需要采用水稀釋使用過的拋光液，以使拋光液中的磨
料固含量在1%_10% (重量百分比)的范圍內(nèi)。 過濾膜的孔徑根據(jù)拋光液中的磨料粒徑確認(rèn)，一般選擇比磨料平均粒徑大，一般 孔徑范圍在20nm-120nm。過濾膜的目的是去除大顆粒。 所述步驟2中，陽(yáng)離子交換樹脂可采用不同類型陽(yáng)離子樹脂，優(yōu)選磺酸型樹脂。
在過陰離子交換樹脂前，濾液可一次也可反復(fù)多次經(jīng)過陽(yáng)離子交換樹脂，至金屬陽(yáng)離子的含量達(dá)到新拋光液的配制要求。如銅拋光液中銅的含量降低到lppm以下。過陽(yáng) 離子交換樹脂的目的是去除拋光液中的陽(yáng)離子如Na、 K、 Zn、 Cu、 Al、 Ca、 Cr、 Ni、 W或Mn。所 述步驟3中，陰離子交換樹脂可采用不同類型陰離子樹脂，優(yōu)選季胺型樹脂。
濾液經(jīng)過陽(yáng)離子交換樹脂后，可一次也可反復(fù)多次經(jīng)過陰離子交換樹脂，至陰離 子含量達(dá)到新拋光液的配制要求。如Cl—含量低于lppm。過陰離子交換樹脂的目的是去除 拋光液中的陰離子如S042—、 Cl—、 F—、 Si032—、 SCN—或N03—。 所述陽(yáng)離子交換樹脂的出口可以安裝離子選擇電極，檢測(cè)離子含量，通過電位差 方法檢測(cè)出液陽(yáng)離子的濃度，如可以用鉀離子選擇電極檢測(cè)可檢測(cè)下下線10—6mol/L的鉀 離子含量；所述陰離子交換樹脂的出口同樣安裝陰離子選擇電極檢測(cè)陰離子濃度，如硫酸 根離子選擇電極可檢測(cè)下線為0. 002mg/L溶液。 所述步驟4的流出液的濃縮方法為將過濾后的拋光液調(diào)節(jié)pH值后(調(diào)節(jié)pH的 物質(zhì)根據(jù)所需配置新的拋光液加入)，經(jīng)過超濾膜濃縮，濃縮范圍最大可達(dá)60% 。 一般情況 下濃縮范圍沒有確定值，可根據(jù)后續(xù)配制新拋光液的需要確定。 本發(fā)明的工藝所需環(huán)境和設(shè)備為優(yōu)質(zhì)，但不限于優(yōu)質(zhì)，環(huán)境優(yōu)選凈化間，設(shè)備的制
造材料優(yōu)選無雜質(zhì)含量的有機(jī)材料如聚四氟乙烯，如放置拋光液的桶，過濾器外殼，安裝管
道，閥門等優(yōu)選低雜質(zhì)含量有機(jī)材料，交換柱優(yōu)選聚四氟襯底外包不銹鋼。 所述步驟4，將濃縮后的濾液作為原料用于配制新的化學(xué)機(jī)械拋光液。此時(shí)，濃縮
后的濾液作為新拋光液中磨料的來源，根據(jù)新拋光液的配方，加入其余化學(xué)試劑配得新的
化學(xué)機(jī)械拋光液。 本發(fā)明的方法所適用的拋光液可以是各種含有磨料及化學(xué)試劑的化學(xué)機(jī)械拋光 液，如用于襯底材料、玻璃、硬盤、微電子用銅、鎢、多晶硅、絕緣層等拋光用的化學(xué)機(jī)械光拋 光液。本發(fā)明的方法所適用的化學(xué)機(jī)械拋光液中的化學(xué)試劑種類不限，優(yōu)選化學(xué)試劑是以 離子或分子形式存在的化學(xué)機(jī)械拋光液。本發(fā)明的方法所適用的化學(xué)機(jī)械拋光液中的磨 料種類不限，可以是二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化猛或氧化鋯等，磨料的形狀及粒徑也不 限，優(yōu)選磨料粒徑大于io納米。 本發(fā)明將已使用過的拋光液稀釋后，先通過一定目數(shù)的過濾膜去除大顆粒；然后 經(jīng)過陽(yáng)離子交換樹脂交換，交換掉其中的陽(yáng)離子，根據(jù)需要可以交換多次，直至達(dá)到要求， 此時(shí)流出液一般為酸性；接著經(jīng)過陰離子交換樹脂，去除其中陰離子，根據(jù)需要可交換多 次，直至達(dá)到要求；最后再經(jīng)過濃縮，并加入化學(xué)試劑配制成新的需要的拋光液，從而達(dá)到 了化學(xué)機(jī)械拋光液的回收再利用。本發(fā)明的方法磨料回收率高，環(huán)保且節(jié)省資源。


圖1 :本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用方法的工藝流程圖
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過稀釋_過濾_陽(yáng)離子樹脂交換_陰離子樹脂交換_濃縮和配制拋光液 步驟分別去除大粒徑顆粒、陽(yáng)離子、陰離子，從而凈化其中的雜質(zhì)和離子，并通過樹脂交換 掉磨料表面0H吸附的離子，達(dá)到使磨料能夠重復(fù)利用的目的；然后經(jīng)過濃縮使磨料濃度增 加，降低運(yùn)輸成本，加入各種化學(xué)試劑，配置成新的拋光液，進(jìn)行拋光。在樹脂交換過程中，設(shè)置有檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)樹脂交換效果，如果一次交換不徹底，可經(jīng)過多次交換，直至離子含量 達(dá)到要求為止。稀釋的目的是為了減小磨料濃度，使得下一步的樹脂交換能夠更加充分、徹 底，如果濃度很低，則不用稀釋。具體為加入水達(dá)到目標(biāo)濃度后，劇烈攪拌，進(jìn)入下一步。過 濾的目的是去除拋光液中的大顆粒，大顆粒如雜質(zhì)、凝結(jié)的溶膠等。具體方法是將稀釋的拋 光液通過一定目數(shù)的過濾膜，目數(shù)根據(jù)產(chǎn)品要求確定。交換樹脂分為陽(yáng)離子交換和陰離子 交換樹脂，目的分別為交換掉經(jīng)過過濾的拋光液中所有陽(yáng)離子和陰離子，包括磨料上面吸 附的離子。具體方法為先通過陽(yáng)離子交換樹脂去掉陽(yáng)離子，交換后拋光液成酸性；然后通過 陰離子交換樹脂交換掉陰離子，交換后拋光液變成弱堿性。最后再經(jīng)過濃縮和加入一定量 的化學(xué)試劑，配制成新的拋光液。
實(shí)施例1 用已廢棄的硅襯底拋光粗拋液，拋光液配方磨料平均粒徑為110nm、pH值為8. 7、 固含量為3. 7%的硅溶膠10kg，加8. 5kg去離子水稀釋至固含量為2%，用750目的過濾膜 過濾后收集濾液，經(jīng)過再生好的磺酸型陽(yáng)離子交換樹脂一次，再經(jīng)過再生好的季胺型交換 樹脂四次，超濾濃縮成5 % ，并加入KOH配制成新的拋光液。
實(shí)施例2 用已廢棄的集成電路用銅拋光液，拋光液配方磨料平均粒徑35nm、四甲基氫氧 化銨調(diào)劑pH值為9. 1、 H202濃度為3% ， BTA濃度為1 % ，磨料固含量為4. 2%的硅溶膠，用 水稀釋至磨料濃度為1%，用900目的過濾膜過濾后收集濾液，經(jīng)過再生好的璜酸型陽(yáng)離子 交換樹脂五次，再經(jīng)過再生好的季胺型交換樹脂一次，超濾方法濃縮成5% ，加入有機(jī)堿、抑 制劑、螯合劑和表面活性劑配制成新的拋光液。
實(shí)施例3 用已廢棄的集成電路用ILD拋光液，拋光液配方磨料平均粒徑65nm、 pH值為 5.6、磨料固含量為1. 1%的氧化鈰溶液，不加水稀釋，用800目的過濾膜過濾后收集濾液， 經(jīng)過再生好的璜酸型陽(yáng)離子交換樹脂一次，再經(jīng)過再生好的季胺型交換樹脂四次，超濾濃 縮成2%，加入分散劑、螯合劑與表面活性劑配制成新的拋光液。
實(shí)施例4 實(shí)施例1-3回收前后各項(xiàng)指標(biāo)比較。
實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3
廢棄拋回收后的廢棄拋光回收后的廢棄拋光回收后的
光液濃縮液液濃縮液液濃縮液
陽(yáng)離子總濃度3mol/L10—W/L2.3mol/L10—5mol/L4. 6mol/LlO—W/L
陰離子總濃度2mol/L10"6 raol/L3.6mol/L10—W/L2.8mol/L10—W/L
磨料回收率93. 1%98, 3%90. 6%權(quán)利要求
一種化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，包括下列步驟1)將已使用過的拋光液經(jīng)過濾膜過濾后收集濾液；2)將濾液過陽(yáng)離子交換樹脂后，收集流出液；3)將步驟2獲得的流出液再過陰離子交換樹脂，收集流出液；4)將步驟3獲得的流出液作為原料用于配制新的化學(xué)機(jī)械拋光液，或者將步驟3獲得的流出液濃縮后作為原料用于配制新的化學(xué)機(jī)械拋光液。
2. 如權(quán)利要求l所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所述步 驟l)中，根據(jù)需要在過濾前先用水稀釋使用過的拋光液，以使拋光液中的磨料固含量在 1% _10%的范圍內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所述步驟1) 中，過濾膜的孔徑根據(jù)拋光液中的磨料粒徑確認(rèn)，選擇比磨料平均粒徑大的過濾膜，一般 孔徑范圍在20nm-120nm。
4. 如權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所述步驟2) 中，陽(yáng)離子交換樹脂為磺酸型樹脂；所述步驟3)中，陰離子交換樹脂為季胺型樹脂。
5. 如權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所述步驟 2)中，濾液一次或反復(fù)多次經(jīng)過陽(yáng)離子交換樹脂；所述步驟3)中，步驟2)獲得的流出液一 次或反復(fù)多次經(jīng)過陰離子交換樹脂。
6. 如權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所述步驟 4)的流出液的濃縮方法為超濾膜濃縮。
7. 如權(quán)利要求1-6任一所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所 述陽(yáng)離子交換樹脂的出口安裝離子選擇電極，檢測(cè)離子含量，通過電位差方法檢測(cè)流出液 陽(yáng)離子的濃度。
8. 如權(quán)利要求7所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所述陰離 子交換樹脂的出口安裝離子選擇電極，檢測(cè)離子含量，通過電位差方法檢測(cè)流出液陰離子 的濃度。
9. 如權(quán)利要求l-6任一所述化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，其特征在于，所 述陰離子交換樹脂的出口安裝離子選擇電極，檢測(cè)離子含量，通過電位差方法檢測(cè)流出液 陰離子的濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光液回收和重復(fù)利用的方法，包括下列步驟將已使用過的拋光液經(jīng)過濾膜過濾后收集濾液；將濾液過陽(yáng)離子交換樹脂后，收集流出液；將獲得的流出液再過陰離子交換樹脂，收集流出液；將獲得的流出液作為原料用于配制新的化學(xué)機(jī)械拋光液，或者將獲得的流出液濃縮后作為原料用于配制新的化學(xué)機(jī)械拋光液。本發(fā)明的方法磨料回收率高，環(huán)保且節(jié)省資源。
文檔編號(hào)B24B57/00GK101758457SQ20101002299
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者劉衛(wèi)麗, 宋志棠, 汪海波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所