复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备及处理方法技术

本发明专利技术提供一种复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备及处理方法，设备包括：复合型化学机械抛光装置，包括抛光盘、抛光垫、载物台、施压器、抛光液滴加器、液体存放盘、光源、直流电源、红外测温仪和废液出水管；废液循环处理系统，包括沉淀室、化合室、生曝室、光化室、固废室及磨粒回收机构。本发明专利技术加装光电催化装置，协助材料去除。在复合型化学机械抛光装置上连接抛光废液及清洗液的循环处理系统，实现磨粒的循环使用及零排放的目标。绿色抛光废液的处理循环系统，由沉淀装置、磨粒收集、生化装置及光化学催化装置等连接组成，采用物理沉降法、化学絮凝法、生物分解法及光能转化法对抛光废液进行循环收集处理。转化法对抛光废液进行循环收集处理。转化法对抛光废液进行循环收集处理。

【技术实现步骤摘要】
复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备及处理方法


[0001]本专利技术涉及抛光设备和废水处理
，具体而言，尤其涉及一种复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备及处理方法。

技术介绍

[0002]目前，随着精密设备的需求增多，光滑或者超光滑表面元器件的需求越来越大。化学机械抛光技术(CMP)是实现器件表面平坦化的重要技术手段之一。为了提高器件的光滑度，在采用化学腐蚀和机械磨削相互作用的基础上，利用光电催化原理，完善微细加工过程，器件表面粗糙度能达到1nm以下。复合型化学机械抛光的设备主要是在传统的化学机械抛光上加装光源及电源装置。在紫外光或模拟的太阳光的照射下，半导体磨粒表面生成电子/空穴(e
‑
/h
+
)对，抛光液中的水分子与OH
‑
可以有效的捕获光生空穴，生成具有强氧化能力的羟基自由基(OH)，与元件表面发生化学腐蚀反应，便于去除。同时，为了提高光催化效率，在设备上以外电路的形式施加一个阳极偏压，使光生电子经由外电路迁移至阴极表面，抑制电子e
‑
和空穴h
+
的复合。在磨料的机械作用促进下，羟基自由基作为强氧化剂可以将材料表面氧化，然后磨料机械去除材料表面的形成的软化层。获得的光滑表面是抛光液的化学作用和磨料的机械作用相结合的结果。
[0003]在抛光加工过程中，抛光液是抛光作业的核心材料，包含磨料颗粒和一些化学试剂，消耗量极大，由此，抛光液的使用不仅会造成CMP的加工成本，而且会产生大量污染物，对环境造成严重的破坏。若是将抛光后使用的抛光液成分进行回收利用及处理，降低器件抛光加工成本的同时，还能避免污染物的排放，保护生态环境。因此，研究如何实现对CMP抛光液的回收再利用对降低抛光加工的成本和避免环境污染具有重要意义。
[0004]在整个抛光过工程中，由于使用后的磨料颗粒性能不被破坏，结构保留完整，可将磨料颗粒利用沉降振荡法与溶液分离回收进行循环，会大大降低器件的加工成本。同时，抛光溶液中包含多种化学试剂，例如分散剂、絮凝剂、氧化剂、表面活性剂、pH调节剂等各种无机和有机污染物，在CMP抛光和后续的清洗过程中，此废液产生的量大，pH、色度、总铜/铁/铬/铝、总化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)等严重超标，难以达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918
‑
2002，需要妥善处理。
[0005]目前，缺少针对化学机械抛光及抛光液回收处理一体化的装置，无法实现加工
‑
清洗
‑
回收
‑
利用
‑
排放的绿色环保循环化学机械抛光体系。

技术实现思路

[0006]根据上述提出的缺少针对化学机械抛光及抛光液回收处理一体化的装置，无法实现加工
‑
清洗
‑
回收
‑
利用
‑
排放的绿色环保循环化学机械抛光体系的技术问题，而提供一种复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备及处理方法。本专利技术在传统化学机械抛光设备的基础上，加装光电流辅助设备，针对磨粒回收和废液处理装置进行了系统研究，
最终设计一套完整的抛光
‑
处理一体化的设备，提高了精密抛光的抛光效率，避免了抛光废液污染环境、实现抛光磨粒的循环使用及克服抛光环节
‑
废液处理环节分离脱节的现象。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，包括：
[0009]复合型化学机械抛光装置，用于实现光催化氧化反应、电化学反应、化学腐蚀反应以及机械磨削去除作业，包括抛光盘、抛光垫、载物台、施压器、抛光液滴加器、液体存放盘、光源、直流电源、红外测温仪和废液出水管，所述抛光垫安装于抛光盘的上表面，载物台安装在抛光盘上且位于抛光垫上方，施压器安装在载物台上，待处理体放置于载物台上，抛光液滴加器安装在抛光设备外壳体上方，用于向抛光垫上滴入抛光液；所述液体存放盘安装在安装在抛光垫下方，废液出水管与液体存放盘相连；所述光源安装在抛光设备左侧上方，镜头照射位置可调，直流电源的工作电极分别与导电的抛光垫以及导电的待处理体连接；所述红外测温仪安装在抛光设备左侧下方，用于实时记录抛光时抛光垫上的温度，分析反应机理以及整个抛光过程中是否有光热腐蚀现象；
[0010]废液循环处理系统，包括依次相连的沉淀室、化合室、生曝室和光化室、与化合室和生曝室相连的固废室以及与沉淀室相连的磨粒回收机构，所述废液出水管与沉淀室相连，用于将抛光废液及清洗废液输送至沉淀室中，所述沉淀室用于实现磨粒与液体的固液分离，所述磨粒回收机构用于回收经沉淀室分离后的磨粒；所述化合室用于实现分离的上层液体中有机和无机的胶体或悬浮物的去除；所述生曝室利用生物膜法将溶液中的悬浮物，有机物分解去除；所述光化室用于实现废液中有机物的降解以及水中微污染物的去除和细菌/病毒的灭活。
[0011]进一步地，所述抛光液中含有抛光磨粒，抛光磨粒选用禁带宽度较小的半导体颗粒。
[0012]进一步地，所述光源为氙灯光源，选用全波段的模拟太阳光，用于模拟太阳光或紫外光，利用自然光激发半导体抛光磨粒产生电子空穴转移到材料表面，电子通过外置偏电压转移，空穴被水分子或氢氧根离子捕获，生成强氧化性的羟基自由基，随之将材料表面进行氧化，形成易去除的氧化层，在机械磨削的作用下，去除不平坦表面，形成精密光滑面实现有效的光催化反应。
[0013]进一步地，所述沉淀室中设置有固液分离装置，固液分离装置连接有压缩烘干装置，固液分离装置采用重力沉淀法将磨粒与液体分离，分离出的磨粒进入压缩烘干装置；
[0014]所述固液分离装置根据磨粒的尺寸来调节离心转速，分离出的液体利用抽水装置回流至固液分离装置的沉淀池中，并反复进行多次沉淀分离；
[0015]所述固液分离装置的离心装置(即离心机)上方安装有自动上下起降的搅拌器，以便于磨粒清洗的过程中，水与磨粒充分的混合；
[0016]所述固液分离装置包括架桥、驱动装置、进水口Ⅰ、出水口Ⅰ、刮板、离心机和液体收集室，进水口Ⅰ与抛光机的废液出水管连接，出水口Ⅰ与化合室连接，架桥与驱动装置相连，方便去除上层漂浮物质，稳定运行。驱动装置的主轴在沉淀池的中心并与刮板相连，用于带动刮板收集磨料，刮板底部设置有磨料出口，磨料出口与离心机进口相连，离心机将磨料与液体分离，收集的液体会在抽水装置的作用下流入沉淀池，从出水口Ⅰ流入下一个处理环节。
[0017]进一步地，所述化合室设置有化学混凝池，沉淀室的沉淀池连接有单向阀，用于液体流向化学混凝池；所述化学混凝池中加入混凝剂，胶粒与混凝剂作用，通过压缩双电层和电中和机理，失去或降低稳定性，生成微粒或微絮粒，凝聚之后的微絮粒在水流搅动下，通过吸附架桥和沉淀物网捕机理成长为大絮体，最终收集到废渣池中，实现有机和无机的胶体或悬浮物去除；
[0018]所述化合室分为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，其特征在于，包括：复合型化学机械抛光装置，用于实现光催化氧化反应、电化学反应、化学腐蚀反应以及机械磨削去除作业，包括抛光盘、抛光垫、载物台、施压器、抛光液滴加器、液体存放盘、光源、直流电源、红外测温仪和废液出水管，所述抛光垫安装于抛光盘的上表面，载物台安装在抛光盘上且位于抛光垫上方，施压器安装在载物台上，待处理体放置于载物台上，抛光液滴加器安装在设备外壳体上方，用于向抛光垫上滴入抛光液；所述液体存放盘安装在抛光垫下方，废液出水管与液体存放盘相连；所述光源安装在设备左侧上方，镜头照射位置可调，直流电源的工作电极分别与导电的抛光垫以及导电的待处理体连接；所述红外测温仪安装在设备左侧下方，用于实时记录抛光时抛光垫上的温度，分析反应机理以及整个抛光过程中是否有光热腐蚀现象；废液循环处理系统，包括依次相连的沉淀室、化合室、生曝室和光化室、与化合室和生曝室相连的固废室以及与沉淀室相连的磨粒回收机构，所述废液出水管与沉淀室相连，用于将抛光废液及清洗废液输送至沉淀室中，所述沉淀室用于实现磨粒与液体的固液分离，所述磨粒回收机构用于回收磨粒；所述化合室用于实现液体中有机和无机的胶体或悬浮物的去除；所述生曝室用于去除液体中未去除的悬浮物，及过量的氮、磷物质；所述光化室用于实现废液中有机物的降解以及水中微污染物的去除和细菌/病毒的灭活。2.根据权利要求1所述的复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，其特征在于，所述抛光液中含有抛光磨粒，抛光磨粒选用禁带宽度较小的半导体颗粒。3.根据权利要求2所述的复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，其特征在于，所述光源为氙灯光源，选用全波段的模拟太阳光，用于模拟太阳光或紫外光，利用自然光激发半导体抛光磨粒产生电子空穴转移到材料表面，电子通过外置偏电压转移，空穴被水分子或氢氧根离子捕获，生成强氧化性的羟基自由基，随之将材料表面进行氧化，形成易去除的氧化层，在机械磨削的作用下，去除不平坦表面，形成精密光滑面实现有效的光催化反应。4.根据权利要求1所述的复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，其特征在于，所述沉淀室中设置有固液分离装置，固液分离装置连接有压缩烘干装置，固液分离装置采用重力沉淀法将磨粒与液体分离，分离出的磨粒进入压缩烘干装置；所述固液分离装置根据磨粒的尺寸来调节离心转速，分离出的液体利用抽水装置回流至固液分离装置的沉淀池中，并反复进行多次沉淀分离；所述固液分离装置的离心装置上方安装有自动上下起降的搅拌器，以便于磨粒清洗的过程中，水与磨粒充分的混合；所述固液分离装置包括架桥、驱动装置、进水口Ⅰ、出水口Ⅰ、刮板、离心机和液体收集室，进水口Ⅰ与废液出水管连接，出水口Ⅰ与化合室连接，架桥与驱动装置相连，用于去除上层漂浮物质，稳定运行；驱动装置的主轴设置在沉淀池的中心并与刮板相连，用于带动刮板收集磨料，刮板底部设置有磨料出口，磨料出口与离心机进口相连，离心机用于实现磨料与液体的分离，收集的液体在抽水装置的作用下回流至沉淀池，从出水口Ⅰ流入下一个处理环节。5.根据权利要求1或4所述的复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，其特征在于，所述化合室设置有化学混凝池，沉淀室的沉淀池连接有单向阀，用于液体流向化
学混凝池；所述化学混凝池中加入混凝剂，胶粒与混凝剂作用，通过压缩双电层和电中和机理，失去或降低稳定性，生成微粒或微絮粒，凝聚之后的微絮粒在水流搅动下，通过吸附架桥和沉淀物网捕机理成长为大絮体，最终收集到废渣池中，实现有机和无机的胶体或悬浮物去除；所述化合室分为上下两层，上层包括混合室以及与混合室相连的加药器和搅拌器Ⅰ，所述搅拌器Ⅰ的搅拌部位于混合室内，所述加药器至少设置一个，用于向混合室内加入混凝剂试剂，所述混合室的侧壁连接有进水口Ⅱ；下层为沉淀仓，沉淀仓的底部设置有泥渣出口，侧壁连接有出水口Ⅱ；上层用于将混合室内的污染物与混凝剂试剂充分搅拌混合，快速发生凝聚反应，待试剂与液体充分反应后，将下层设置的进液阀门打开，污染液在下层不断的絮凝沉降，利用物理沉降法来处理悬浮颗粒及胶体。6.根据权利要求1所述的复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，其特征在于，所述生曝室具有蛇形结构的三个反应空间，每个反应空间的生物膜培养时间不同，呈交替式生长，则废液总会停留在微生物培养最好的空间内，废液处理效率最佳；所述生曝室的顶部连接有进水口Ⅲ，侧壁连接有出水口Ⅲ，中部连接有进气口Ⅰ，底部设置有活性污泥出口。7.根据权利要求1所述的复合型化学机械抛光和抛光液循环处理一体化的设备，其特征在于，所述光化室包括进水口Ⅳ、出水口Ⅳ、进气口Ⅱ、出气口Ⅱ、曝气口、搅拌器Ⅱ、光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振宇，石春景，刘振颂，崔祥祥，孟凡宁，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：