JP2000288935A

JP2000288935A - 非コロイド状研磨材の回収方法及び装置

Info

Publication number: JP2000288935A
Application number: JP11100346A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Hayashi; 一樹林; Ryohei Miwa; 良平三輪; Masahiro Furukawa; 征弘古川; Motomu Koizumi; 求小泉
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨工程排水から研磨材スラリとして容易に
再利用可能な研磨粒子のスラリを効率的に回収する。【解決手段】研磨工程排水を精密濾過処理し、透過液
を遠心分離することにより濃縮し、濃縮液を水洗する非
コロイド状研磨材の回収方法。研磨工程排水が導入され
る精密濾過膜手段１と、該精密濾過手段１の透過液が導
入される遠心分離手段２と、該遠心分離手段２で得られ
た濃縮液を水洗する洗浄手段３とを備えてなる非コロイ
ド状研磨材の回収装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非コロイド状研磨
材を含むウエハの研磨工程排水から研磨材を回収する方
法及び装置に係り、特に、半導体製造工程等から回収さ
れた研磨工程排水から研磨材を効率的に回収して再利用
するための方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ及びその上に形成された絶
縁膜、メタル薄膜等の被膜の表面は高度な平坦面である
ことが望まれる。従来、ウエハや、その上に形成された
被膜の平坦化には、研磨材のスラリを用いて化学機械研
磨（ＣＭＰ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）する方法が採用されている。この
方法では、研磨パッド等の研磨部材と半導体ウエハとの
間に研磨材スラリを介在させた状態で研磨を行い、半導
体ウエハあるいはシリコン酸化膜や金属薄膜等の被膜表
面を平坦化する。このＣＭＰで用いられる研磨材は、酸
化セリウムＣｅＯ₂、アルミナＡｌ₂Ｏ₃等の平均粒径が
０．０５〜０．５μｍ程度の無機酸化物の粒子であり、
これが水中に分散したスラリとして使用される。このス
ラリ中には、通常、添加薬剤としてｐＨ調整剤（ＫＯ
Ｈ，ＮＨ₄ＯＨ，有機酸，アミン類）が含まれている
が、使用時に界面活性剤（分散剤）、酸化剤（Ｈ₂Ｏ₂，
ＫＩＯ₃，Ｆｅ（ＮＯ₃）₃）等を別途添加して使用す
る。

【０００３】この研磨材スラリは、１枚のウエハ当りの
使用量が多く、しかも非常に高価であることから、ウエ
ハのＣＭＰ工程から排出される排水から研磨材を回収
し、回収した研磨材を用いて所定の組成の研磨材スラリ
を調整し、これを再利用することが望まれる。このよう
な回収再利用は廃液処理量の低減の面からも重要であ
る。

【０００４】しかし、ＣＭＰ工程から排出される排水は
その使用により稀釈されて研磨材濃度が低下している上
に、被研磨物である半導体ウエハや被膜層を形成する薄
膜材料或いは研磨パッド等の研磨部材が削り取られた研
磨屑、研磨材としての無機酸化物粒子が破壊された微細
粒子や、研磨された薄膜材料片等と研磨粒子とが凝集す
ることによって生じる粒径の大きな研磨屑等の不純物が
混入したものであるため、再使用に当っては、濃縮、不
純物除去等の処理が必要となる。

【０００５】従来、この研磨工程排水を回収して再利用
する技術として、次のような方法が提案されている。

【０００６】研磨工程排水から精密濾過膜処理で粗
大不純物を除去した後限外濾過膜処理し、濃縮液を研磨
材スラリとして再利用する方法（特開平８−１１５８９
２号公報、同１０−１１８８９９号公報）。研磨工程排水に有機凝縮剤を加えて固液分離するこ
とにより研磨粒子を回収して再利用する方法（特開平１
０−２８００６０号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来法のうち、の限外濾過膜を用いる方法では、膜の目
詰まりの可能性が高く、膜の洗浄や膜交換などのメンテ
ナンスに多大な労力と時間及び費用がかかるという欠点
がある。また、精密濾過膜と限外濾過膜との２段階の膜
処理を行うため、処理に要する時間が長いという欠点も
ある。

【０００８】また、の有機凝集剤を用いる方法では、
添加した有機凝集剤が再利用する上での不純物となると
いう欠点がある。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点を解決し、研
磨工程排水から研磨材として容易に再利用可能な研磨粒
子のスラリを効率的に回収することができる非コロイド
状研磨材の回収方法及びそのための装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の非コロイド状研
磨材の回収方法は、非コロイド状研磨材を含むウエハの
研磨工程排水から該研磨材を回収する方法において、該
研磨工程排水を精密濾過膜処理して粗大不純物を除去
し、得られた透過液を遠心分離することにより濃縮し、
濃縮液を水洗することを特徴とする。

【００１１】本発明の非コロイド状研磨材の回収装置
は、非コロイド状研磨材を含むウエハの研磨工程排水か
ら該研磨材を回収する装置において、該研磨工程排水が
導入される精密濾過膜処理手段と、該精密濾過膜処理手
段の透過液が導入される遠心分離手段と、該遠心分離手
段で得られた濃縮液を水洗する洗浄手段を備えてなるこ
とを特徴とする。

【００１２】なお、本発明において濃縮液の水洗とは、
濃縮液に水を加えて希釈、再分散し、次いで遠心分離等
の固液分離操作によって濃縮する操作である。

【００１３】本発明では、研磨工程排水をまず精密濾過
（ＭＦ）膜処理することにより粗大な不純物を取り除い
た後、遠心分離することにより濃縮する。そして濃縮液
を水洗することにより塩類や有機成分、研磨屑のような
微細不純物を除去する。

【００１４】このようにＭＦ膜処理、遠心分離及び水洗
することにより、未使用の研磨材スラリ（以下「新スラ
リ」と称す場合がある。）とほぼ同等の性状を有する研
磨粒子のスラリを得ることができる。

【００１５】このような一連の処理において、膜処理は
ＭＦ膜処理のみである。しかも、このＭＦ膜処理は粗大
な不純物を取り除き、大部分の研磨材粒子は透過するよ
うな孔径の膜を用いるものであるため、膜の目詰まりの
問題は殆どなくメンテナンスも著しく軽減される。ま
た、膜処理は一段のみであるため、処理時間の短縮を図
ることができる。

【００１６】なお、水洗に超純水を使用することによ
り、塩類や有機成分等の不純物を効果的に分離して純度
の高い研磨粒子のスラリを回収することができる。

【００１７】本発明においては、水洗後の液を更に濃度
調整するか、或いは粒度調整した後濃度調整するのが好
ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１９】図１〜３は本発明の非コロイド状研磨材の
回収装置の実施の形態を示す系統図である。

【００２０】ウエハの研磨工程から排出された非コロイ
ド状研磨材（平均粒径は０．０５〜０．５μｍ）を含む
研磨材は、まず、ＭＦ膜処理装置１に導入して全量をＭ
Ｆ膜濾過することにより、研磨工程で発生する研磨パッ
ト屑などの、研磨材粒子に比べて粒径の大きな不純物を
除去する。

【００２１】このＭＦ膜処理装置のＭＦ膜としては、こ
のような大粒径の不純物が除去できればよく、一般的に
は孔径１０〜１００μｍ程度のものが用いられる。膜材
質としては、ポリプロピレン、ポリカーボネート、三酢
化セルロース、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリフッ
化ビニリデン等が用いられる。特に、これらのいずれか
の単繊維をワインドしたワインドタイプの濾過エレメン
トを有するＭＦ膜を用いるのが好ましい。

【００２２】このＭＦ膜処理条件としては、基本的には
全量濾過方式とする。運転に際しては入口と出口の差圧
が１ｋｇｆ／ｃｍ²以上になったら逆洗をかけるか、又
は膜の交換を行うのが好ましい。

【００２３】このＭＦ膜処理装置１の透過液は次いで遠
心分離器２に送給し、水を遠心分離して濃縮する。この
遠心分離器２としては、遠心力を利用した一般的な分離
手段、例えば、デカンタ、サイクロン、回転円筒式等の
各種の遠心分離手段を用いることができる。この遠心分
離器２による濃縮の程度には特に制限はないが、通常の
場合、濃縮液中のスラリー（ＳＳ）濃度が５〜５０重量
％程度となるような濃縮条件とするのが好ましい。

【００２４】この遠心分離器２で分離した水は系外へ排
出して廃水処理する。また、濃縮液は攪拌槽３に送給
し、この攪拌槽３で超純水を加えて攪拌することにより
希釈し、次いで遠心分離分離器４で濃縮処理する。この
水洗により、塩類や有機物、微小な研磨屑などの不純物
が除去される。この水洗に用いる超純水の量が少なすぎ
ると十分な洗浄効果が得られず、逆に過度に多いと使用
水量が増大して回収処理コストが増大するため、濃縮液
の濃度によっても異なるが、通常の場合、濃縮液に対し
て１０〜１００容量倍の超純水を用いるのが好ましい。

【００２５】攪拌槽３内の希釈液を遠心分離器４に送給
して濃縮する過程で生じる洗浄排水は、系外へ排出して
廃水処理しても良く、膜処理等の適当な前処理を施して
超純水の製造工程へ送給しても良い。

【００２６】このようにＭＦ膜処理、遠心分離及び水洗
を行うことにより、研磨粒子よりも粒径の大きい不純物
や塩類、有機物等の溶解成分或いは微細な研磨屑等の不
純物が除去された研磨粒子のスラリ（以下「回収スラ
リ」と称す場合がある。）を得ることができる。

【００２７】図１の実施の形態では、この回収スラリを
更に分級器５で粒度調整し、なお残留する研磨屑などの
微粒子や大粒子を除去して粒径をより均一なものとし、
その後、調整槽６で超純水と必要に応じて水酸化カリウ
ム、アンモニア、塩酸、硫酸等のｐＨ調整剤、その他の
薬剤を添加して新スラリと同等の研磨粒子濃度、更に
は、新スラリと同等の液性状に調整して再生スラリを得
る。

【００２８】遠心分離器４としては、遠心分離器２と同
様のデカンタ、サイクロン、回転円筒式などの遠心分離
手段を用いることができる。

【００２９】なお、このような遠心分離器４の代わり
に、図３に示すような膜分離手段（図３においてはＵＦ
膜処理装置７）等の固液分離手段（濃縮手段）を用いて
も良い。

【００３０】ここで用いられる膜としては一般的には孔
径０．０５〜１μｍのＭＦ膜やＵＦ膜を用いることがで
きる。

【００３１】このＭＦ膜材質としてはポリカーボネー
ト、三酢化セルロース、ポリアミド、ポリ塩化ビニルな
どが例示される。

【００３２】また、ＵＦ膜材質としてはポリサルフォ
ン、コロシオン膜、ホルムアルデヒド硬化ゼラチン、セ
ロハン、セルロース、酢酸セルロース、ポリエチレンな
どが例示される。

【００３３】これらの膜で濃縮する場合、超純水を加え
たスラリを膜に通液し、濃縮液を循環させる。これを繰
り返すことでスラリの濃縮と洗浄を同時に行うことがで
きる。

【００３４】粒度調整用の上記分級器５としては、重力
式、機械式、水力式等の各種のものを用いることができ
る。この分級器５により回収スラリ中の研磨粒子の粒径
範囲を０．０１〜１μｍに調整するのが好ましい。

【００３５】なお、図１では、水洗後回収スラリを更に
分級器５で粒度調整した後、調整槽６で濃度調整等を行
っているが、この粒度調整及び濃度調整は必ずしも必要
とされない。洗浄排水の分離手段として遠心分離器４の
ように分離条件を任意に変更可能なものを用いた場合に
は、この粒度調整を省略し、図２に示す如く、遠心分離
器４からの回収スラリを調整槽６で濃度調整した後研磨
工程に循環再利用することもできる。

【００３６】即ち、遠心分離器のような固液分離手段で
あれば、分離する洗浄排水量やその洗浄排水中の粒子の
移行量等を適宜調整することができるため、条件設定に
より、所望の濃度の研磨材スラリを得ることができるた
め、分級器等の粒度調整手段を省略することができる。

【００３７】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

【００３８】実施例１平均粒径０．４μｍの酸化セリウムを研磨粒子として用
いたウエハの研磨工程排水を、図２に示す装置で処理し
て再生スラリを得た。

【００３９】まず、この研磨工程排水を孔径５０μｍの
ワインドＭＦ膜を装備したＭＦ膜処理装置１で全量濾過
処理して透過液を得た。

【００４０】この透過液は次いでデカンタ式遠心分離器
２に導入し、遠心力１０００Ｇ、分離時間１０分の条件
で遠心分離して水を分離することにより、濃縮液を得
た。このときの濃縮液中のスラリー濃度は３０重量％で
あった。

【００４１】この濃縮液に１００容量倍の超純水を添加
して攪拌槽３で５分間、１５０ｒｐｍで攪拌した後、上
記と同様のデカンタ型遠心分離器４に導入し、同様の条
件で遠心分離して洗浄排水を分離した。

【００４２】この回収スラリに調整槽６で超純水と、塩
類及びｐＨ調整剤としてアンモニア及び硫酸を添加する
ことにより表１に示す濃度及び性状の再生スラリを得
た。なお、表１には比較のため新スラリの濃度及び性状
を併記する。

【００４３】また、得られた再生スラリと新スラリ中の
各研磨粒子の粒径分布を図４に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１及び図４より、研磨工程排水をＭＦ膜
処理した後、遠心分離器で濃縮し、これを水洗して濃度
調整することにより新スラリと同等の粒径分布、濃度及
び性状を有し、研磨工程にそのまま再利用可能な再生ス
ラリを得ることができることが分る。

【００４６】実施例２酸化セリウムを研磨粒子として用いたウエハの研磨工程
排水を、図３に示す装置で処理して再生スラリを得た。
なお、この研磨工程排水（排スラリ）の濃度及び性状は
表２に示す通りである。

【００４７】まず、この研磨工程排水を孔径５０μｍの
ワインドＭＦ膜を装備したＭＦ膜処理装置１で全量濾過
処理して透過液を得た。

【００４８】この透過液は次いでデカンタ式遠心分離器
２に導入し、遠心力１０００Ｇ、分離時間１０分の条件
で遠心分離して水を分離することにより、濃縮液を得
た。このときの濃縮液中のスラリー濃度は３０重量％で
あった。

【００４９】この濃縮液に１０容量倍の超純水を添加し
て攪拌槽３で５分間、１５０ｒｐｍで攪拌した後、分画
分子量１３０００のポリサルフォン製の中空糸ＵＦ膜処
理装置７に導入し、クロスフロー方式で膜分離すること
により濃縮した。得られた回収スラリを調整槽６で濃度
及びｐＨの調整を行うことにより、表２に示す濃度及び
性状の再生スラリを得た。なお、表２には比較のため新
スラリの濃度及び性状を併記する。

【００５０】また、得られた再生スラリと新スラリ中の
各研磨粒子の粒径分布を図５に示す。

【００５１】

【表２】

【００５２】表２及び図５からも、研磨工程排水をＭＦ
膜処理した後、遠心分離器で濃縮し、これを水洗して濃
度調整することにより新スラリと同等の粒径分布、濃度
及び性状を有し、研磨工程にそのまま再利用可能な再生
スラリを得ることができることが分る。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の非コロイド
状研磨材の回収方法及び装置によれば、研磨工程排水か
ら研磨材スラリとして容易に再利用可能な研磨粒子のス
ラリを効率的に得ることができる。しかも、回収された
研磨材スラリは新品の研磨材スラリとほぼ同等の性状を
有し、十分に再利用することができる。従って、本発明
によれば、ウエハの研磨工程における高価な研磨材スラ
リの使用量を削減することができ、スラリコストの低減
を図ることができる。また、排出される廃液量が低減さ
れるため、廃液処理系統の負荷を軽減することによって
も処理コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非コロイド状研磨材の回収装置の実施
の形態を示す系統図である。

【図２】本発明の非コロイド状研磨材の回収装置の別の
実施の形態を示す系統図である。

【図３】本発明の非コロイド状研磨材の回収装置の他の
実施の形態を示す系統図である。

【図４】実施例１で得られた再生スラリと新スラリ中の
各粒径分布を示すグラフである。

【図５】実施例２で得られた再生スラリと新スラリ中の
各粒径分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１ＭＦ膜処理装置２，４遠心分離器３攪拌槽５分級器６調整槽７ＵＦ膜処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古川征弘東京都新宿区西新宿三丁目４番７号栗田工業株式会社 (72)発明者小泉求東京都新宿区西新宿三丁目４番７号栗田工業株式会社Ｆターム(参考） 3C047 GG14 GG17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非コロイド状研磨材を含むウエハの研磨
工程排水から該研磨材を回収する方法において、該研磨工程排水を精密濾過膜処理して粗大不純物を除去
し、得られた透過液を遠心分離することにより濃縮し、
濃縮液を水洗することを特徴とする非コロイド状研磨材
の回収方法。
【請求項２】請求項１において、水洗した濃縮液を濃
度調整することを特徴とする非コロイド状研磨材の回収
方法。
【請求項３】請求項２において、水洗した濃縮液を粒
度調整した後、濃度調整することを特徴とする非コロイ
ド状研磨材の回収方法。
【請求項４】非コロイド状研磨材を含むウエハの研磨
工程排水から該研磨材を回収する装置において、該研磨工程排水が導入される精密濾過膜処理手段と、該
精密濾過膜処理手段の透過液が導入される遠心分離手段
と、該遠心分離手段で得られた濃縮液を水洗する洗浄手
段とを備えてなることを特徴とする非コロイド状研磨材
の回収装置。
【請求項５】請求項４において、洗浄手段からの液が
導入される濃度調整手段を備えてなることを特徴とする
非コロイド状研磨材の回収装置。
【請求項６】請求項５において、洗浄手段からの液が
導入される粒度調整手段と、該粒度調整手段からの液が
導入される濃度調整手段とを備えてなることを特徴とす
る非コロイド状研磨材の回収装置。