晶圆、抛光液（Slurry）1和抛光垫（CMP pad）是半导体制造过程中不可或缺的耗材， 通常在生产结束后需要对其进行废弃处理。这些废弃物的处理过程不仅会导致碳排放增加和有害气体的产生，对环境造成不良影响，同时也带来了额外的处理成本。
为解决这一难题，SK海力士最近研发出一种技术，即对化学机械抛光（CMP）2工艺中使用的抛光垫（以下简称抛光垫）进行回收再利用的技术。我们有幸采访到开发该技术的核心成员们，包括C&C（Cleaning & Chemical Mechanical Polishing，清洗与化学机械抛光）技术部门的组长曹载沅、金景源TL、姜周沅TL、李准哲TL以及FE购买（Front-end，前端工艺购买）部门的金熙埈TL，了解其研发过程和未来规划。
1抛光液（Slurry）：涂在晶圆表面的液体，以防划痕并帮助控制过程中的任何不稳定性。
2化学机械抛光（CMP, Chemical Mechanical Polishing）：半导体制造中的重要工艺之一，通过化学/机械手段对沉积在晶圆上呈不规则面貌的薄膜进行抛光，以实现表面的平整化。
CMP工艺是打造高性能半导体芯片的基础构成
半导体是由电路和元件在晶圆表面逐层堆叠而制成，因此需要利用CMP工艺来抛光晶圆表面，去除多余的材料，使其表面平整，以确保各层堆叠均匀。如果缺少这一步骤，各层电路和元件便会出现凹凸不平的情况，影响导线宽度和薄膜厚度的均匀性，从而阻碍电信号的流畅传输。
▲ CMP 工艺用于平整晶圆表面
在半导体的制造过程中，沉积在晶圆表面的薄膜会出现凹凸不平的情况，此时需要利用CMP工艺使其表面变平整。换句话说，这是一种通过化学作用和机械力对晶圆进行抛光以平整表面的过程。用于抛光的抛光垫类似于砂纸，具有粗糙的表面特性，通过物理手段研磨使晶圆表面变得光滑；抛光头（Chuck）通过真空吸附于晶圆，将其固定；此外，抛光液是一种溶液，用于对晶圆进行化学抛光；最后，抛光垫修整器（Pad Conditioner）可以在抛光过程中最小化抛光垫的磨损程度，并清除抛光垫上的晶圆残留物及抛光液，保持其耐用性。
▲ C&C技术部门姜周沅TL强调CMP工艺的重要性
随着半导体的性能越来越高，体积越来越小，CMP工艺也变得愈发关键和重要。C&C技术部门姜周沅TL解释道。
“为了制造更高性能的半导体芯片，需要在晶圆上进行更多层的堆叠，并创建更为精细的电路。因此，抛光的次数也随之增加，整个抛光过程需要更高的精密度。”
回收抛光垫，实现环境保护与成本节约的双赢
随着对CMP工艺需求的日益增强，耗材的用量也在迅速攀升，这导致了废弃物的显著增加。事实上，2019年至2022年期间，半导体行业的消耗品废弃物同比增加了四分之一。
C&C技术部门的组长曹载沅从生产率和环境、社会、公司治理的角度与相关部门共同探讨解决方案，并得出结论：减少CMP工艺中产生的废弃物，最为有效的途径是“回收消耗品中的抛光垫”。
▲ SK海力士2022年的CMP耗材占比
“抛光垫是使用最广泛的CMP耗材，由于其更换周期短，所以会产生大量废弃物。此外，抛光垫的主要材料聚氨酯是从石油中提取的聚合物，难以自然降解，焚烧过程中还会释放大量有害气体。因此，通过抛光垫回收，不仅可以减少耗材使用、实现成本节约，同时还能最大程度地降低环境影响 。”
▲ FE购买部门的金熙埈TL介绍关于抛光垫回收的经济效益
FE购买部门的金熙埈TL表示：“公司每月都会消耗1万多个抛光垫。随着半导体行业的持续发展，抛光垫的需求量会持续上升。因此，我们积极推进相关回收利用技术的研发。”
最终，我们成功研发出完善的CMP抛光垫回收技术
▲ 组长曹载沅（中）解释抛光垫回收技术的必要条件
团队始终遵循此次研发抛光垫回收技术的一切必要条件，不仅要满足“性能保障、设备兼容、保护环境、经济可行”等多项要求，同时该技术必须是“SK海力士的独有技术”。
组长曹载沅解释关于项目早期开发阶段的背景：“市场上已经存在其他公司的抛光垫回收技术专利。我们始终致力于另辟蹊径，在不侵犯他人专利的前提下，开发出具有竞争力的独特解决方案。”
▲ C&C技术部门的金景源TL检查回收抛光垫样品的表面
C&C技术部门的金景源TL表示：“抛光垫的关键在于其表层特性，一旦表层磨损就会失去其可用性。为了解决该问题，我们探讨了如何重新构建废弃抛光垫表层特性的方法，使其达到与新抛光垫相同水平性能的规格。”他补充道：“只要这种重新构建的方法行之有效，我们就可以确保获得比竞争公司更高的成本效益。”
▲ 技术研发核心成员们讨论回收抛光垫的规格，以及可重新构建表层特性的范围
明确方向后，团队开始全面进行技术研发。曹载沅组长和金景源TL与合作伙伴共同研究生产方法，同时考虑回收抛光垫的规格和可重建表层范围；李准哲TL和姜周沅TL将回收抛光垫样品应用于实操流程进行验证；最后，FE购买部门的金熙埈TL负责评估其经济可行性。
▲ C&C技术部门的李准哲TL介绍成功研发的回收抛光垫规格
最终在10月，即该项目启动的十个月后，团队成功地研发出与全新抛光垫性能相当的回收抛光垫。李准哲TL表示：“通过对晶圆进行测试，数据证明，应用于实操过程中的全新抛光垫与回收抛光垫之间没有性能差异。因此我们计划从明年开始，逐步将回收抛光垫应用于Touch CMP3工艺中，相较于其他CMP工艺，其难度较低，风险也相对较小。”
3Touch CMP：一种擦拭晶圆表面的工艺，用于清除微小颗粒和残留物。
金景源TL预测，相较于传统的一次性抛光垫，回收抛光垫应用于Touch CMP工艺后，将减少约12亿韩元的成本。他还强调了环境效益，并表示：“仅这一项工艺，预计每年就可以减少数吨抛光垫废弃物，这也意味着焚烧过程中产生的氮氧化物等有害气体也将会减少。”
▲ 庆祝成功研发CMP抛光垫回收技术的团队成员（从左至右：姜周沅TL，李准哲TL，组长曹载沅，金景源TL，金熙埈TL）
“明年，我们计划从废弃的抛光垫中提取原材料进行回收，减少环境污染，促进资源的良性循环。我们将继续利用可持续技术为解决环境问题做出贡献。”
