JP2001170652A - Cmp用研磨スラリー含有排水処理装置 - Google Patents

Cmp用研磨スラリー含有排水処理装置

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JP2001170652A JP35338799A JP35338799A JP2001170652A JP 2001170652 A JP2001170652 A JP 2001170652A JP 35338799 A JP35338799 A JP 35338799A JP 35338799 A JP35338799 A JP 35338799A JP 2001170652 A JP2001170652 A JP 2001170652A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】CMP工程より排出されるCMP用研磨スラリ
ー含有排水に含まれる微細な砥粒などを凝集させて固液
分離し、固形分を含まない水を容易に回収することがで
きるCMP用研磨スラリー含有排水処理装置を提供す
る。 【解決手段】CMP用研磨スラリー含有排水を酸化処理
する酸化装置、酸化処理された該排水に凝集剤を添加し
て凝集反応を行う凝集反応装置及び凝集反応を受けた該
排水中の固形物を分離する固液分離装置を有することを
特徴とするCMP用研磨スラリー含有排水処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CMP用研磨スラ
リー含有排水処理装置に関する。さらに詳しくは、本発
明は、CMP工程より排出されるCMP用研磨スラリー
含有排水に含まれる微細な砥粒などを凝集させて固液分
離し、固形分を含まない水を容易に回収することができ
るCMP用研磨スラリー含有排水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの微細化、高集積化、多
層配線化が進むにつれ、電子材料表面の平坦化が強く求
められるようになり、CMP(ケミカルメカニカルポリ
ッシング)による平坦化が行われている。CMPは、回
転する電子材料と研磨布を張り付けた定盤の間に研磨ス
ラリーを連続的に注入しつつ、電子材料の研磨を行うも
のであって、機械加工とは異なり、グローバルな平坦化
が可能であり、潜在傷などの加工変質層が残らず、歩留
りと品質を向上することができるので、近年に至って急
速に普及してきた。しかし、CMPは比較的新しい技術
であるために、CMP工程から発生する排水の処理方法
は未だ確立されていない。CMP工程において発生する
排水中には、CMP用研磨スラリーをはじめとして、電
子材料と研磨布の研磨屑などが含まれる。CMP用研磨
スラリーは、シリカ(SiO2)、セリア(CeO2)、
アルミナ(Al23)などの微細な砥粒の分散液に、加
工促進剤としてアンモニア、水酸化カリウムなどのアル
カリを加えたものが一般的である。通常、水回収には凝
集、ろ過による固液分離が行われるが、CMP用研磨ス
ラリー含有排水は凝集が起こりにくく、水回収が困難で
あった。CMP工程においては、研磨後のリンスや、そ
の後の洗浄工程で大量の超純水を消費するので、CMP
用研磨スラリー含有排水から固形分を分離し、容易に水
回収を行うことができるCMP用研磨スラリー含有排水
処理装置が求められていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、CMP工程
より排出されるCMP用研磨スラリー含有排水に含まれ
る微細な砥粒などを凝集させて固液分離し、固形分を含
まない水を容易に回収することができるCMP用研磨ス
ラリー含有排水処理装置を提供することを目的としてな
されたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、CMP用研磨スラ
リー含有排水中の固形分の凝集を妨げている物質は、砥
粒を分散状態に保つために添加されている分散剤であ
り、該排水を酸化処理して分散剤を酸化分解することに
より、砥粒などの固形分の凝集が可能となることを見い
だし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、(1)CMP用研磨スラリー含有
排水を酸化処理する酸化装置、酸化処理された該排水に
凝集剤を添加して凝集反応を行う凝集反応装置及び凝集
反応を受けた該排水中の固形物を分離する固液分離装置
を有することを特徴とするCMP用研磨スラリー含有排
水処理装置、を提供するものである。さらに、本発明の
好ましい態様として、(2)酸化装置が、CMP用研磨
スラリー含有排水配管に過酸化水素水を注入する配管、
その下流側にオゾンガスの微細気泡を乳液状に含む流体
を注入する配管及びその下流側の反応部からなる第1項
記載のCMP用研磨スラリー含有排水処理装置、及び、
(3)固液分離装置が、有機高分子膜又はセラミック膜
からなるろ過装置である第1項記載のCMP用研磨スラ
リー含有排水処理装置、を挙げることができる。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明のCMP用研磨スラリー含
有排水処理装置は、CMP用研磨スラリー含有排水を酸
化処理する酸化装置、酸化処理された該排水に凝集剤を
添加して凝集反応を行う凝集反応装置及び凝集反応を受
けた該排水中の固形物を分離する固液分離装置を有す
る。図1は、本発明装置の一態様の工程系統図である。
電子材料は、CMP処理装置において、研磨スラリーの
連続的な注入を受けつつ研磨される。CMP処理を終え
た電子材料は、乾燥させることなく洗浄装置に移され、
付着している砥粒などが洗浄により除去される。洗浄液
としては、アンモニア水、アンモニアと過酸化水素を含
む水などを用いることができる。CMP処理装置から排
出される使用済みの研磨スラリーと、洗浄装置より排出
される使用済みの洗浄液は、合わせてCMP用研磨スラ
リー含有排水としてポンプにより酸化装置に送られる。
本発明装置において、酸化装置の形態に特に制限はな
く、例えば、排水に過酸化水素水を添加したのちオゾン
ガス又はオゾンの微細気泡を含む乳液状の液体を添加、
混合し、オゾン由来の酸化性ラジカルにより酸化する装
置、排水にオゾン水又はオゾンガスを添加してオゾンの
酸化力により酸化する装置、排水に紫外線を照射して酸
化する紫外線酸化装置、排水に超音波照射を施し、酸化
力の強いラジカル種を発生させて酸化する超音波照射酸
化装置、酸化剤を添加し、加熱や触媒との併用により酸
化する加熱分解酸化装置、触媒酸化装置などを挙げるこ
とができる。これらの中で、過酸化水素水を添加したの
ちオゾンを添加、混合する装置を特に好適に用いること
ができる。
【0006】図2は、酸化装置の一態様の工程系統図で
ある。本態様においては、CMP用研磨スラリー含有排
水(図中においては、CMP排水と略す。)に、過酸化
水素水貯槽1よりポンプ2を経由して過酸化水素水が注
入され、ミキサー3において均一に混合される。一方、
オゾン発生器4において発生したオゾンガスは、ミキシ
ングポンプ5において水と混合され、オゾンガスの微細
気泡を乳液状に含む流体となって、過酸化水素を含有す
るCMP用研磨スラリー含有排水に注入され、ミキサー
6において均一に混合される。オゾンガスを混合する水
として、CMP用研磨スラリー含有排水を用いることも
できる。過酸化水素とオゾンが添加されたCMP用研磨
スラリー含有排水は、反応器7に送られ、酸化反応が進
行したのち、酸化処理水として反応器7より流出する。
本態様において、CMP用研磨スラリー含有排水中の過
酸化水素の濃度に特に制限はないが、0.01〜10mg
/Lであることが好ましく、0.1〜1mg/Lであるこ
とがより好ましい。CMP用研磨スラリー含有排水中の
オゾンの濃度にも特に制限はないが、1〜50mg/Lで
あることが好ましく、2〜20mg/Lであることがより
好ましい。反応器における反応条件にも特に制限はない
が、通常は20〜30℃で0.1〜10分間反応するこ
とが好ましい。
【0007】本態様の酸化装置においては、酸化力の強
いオゾンを使用するので、過酸化水素は還元剤としては
たらくとともに、オゾン分解触媒としての作用も発揮す
る。したがって、CMP用研磨スラリー含有排水にあら
かじめ過酸化水素水を注入し、次いでオゾンガスの微細
気泡を乳液状に含む流体を注入することにより、オゾン
由来の酸化性ラジカルが活発に発生し、CMP用研磨ス
ラリー含有排水に含まれる分散剤を酸化分解して低分子
量化するので、分散剤が有していた分散効果が失われ、
凝集反応装置においてCMP用研磨スラリー含有排水中
の砥粒などの固形分を凝集処理することが可能となる。
酸化装置として、排水にオゾン水又はオゾンガスを添加
してオゾンの酸化力により酸化する装置を用いる場合、
オゾンの濃度は5mg/L以上であることが好ましい。紫
外線酸化装置を用いる場合、波長185nmの紫外線を
発生する装置を用いることが好ましい。超音波照射酸化
装置を用いる場合、超音波の周波数は20kHz以上であ
ることが好ましく、100kHz以上であることがより好
ましく、1MHz以上であることがさらに好ましい。加熱
分解酸化装置を用いる場合、酸化剤として過硫酸ナトリ
ウム、過硫酸カリウム、過酸化水素などを用い、90〜
170℃に加熱することが好ましく、95〜100℃の
常圧処理又は110〜150℃の加圧処理を行うことが
より好ましい。触媒酸化装置を用いる場合、白金などの
貴金属触媒を用いることが好ましい。
【0008】図3は、凝集反応装置の一態様の工程系統
図である。本態様においては、酸化処理水に、凝集剤貯
槽8よりポンプ9を経由して凝集剤が添加され、ミキサ
ー10において均一に混合される。凝集剤が添加された
酸化処理水は、反応器11に送られ、凝集反応を促進し
てフロックを形成したのち、凝集処理水として反応器1
1より流出する。凝集反応を行うことにより、排水中の
固形分は見かけ上の粒径が増大し、水と分離しやすい形
態となる。凝集反応装置において添加する凝集剤に特に
制限はなく、例えば、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アル
ミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄などの無機凝集剤、
ポリジメチルジアリルアンモニウムクロライド、アルキ
ルアミン−エピクロルヒドリン縮合物、アルキレンジク
ロライド−ポリアルキレンポリアミン縮合物などのカチ
オン性高分子凝集剤、ポリエチレンイミン、ジシアンジ
アミド−ホルマリン縮合物などのノニオン性高分子凝集
剤、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミドの
部分加水分解物、2−アクリルアミド−2−メチルプロ
パンスルホン酸単位を有するポリマーなどのアニオン性
高分子凝集剤などを挙げることができる。これらの凝集
剤は、1種を単独で用いることができ、あるいは、2種
以上を組み合わせて用いることもできる。例えば、複数
個の凝集剤貯槽と複数個の反応器を設け、無機凝集剤を
添加して急速撹拌しつつ、pH調整したのち、さらに高分
子凝集剤を添加して緩速撹拌して凝集処理することがで
きる。
【0009】本発明装置において、固液分離装置に特に
制限はなく、例えば、膜ろ過装置、遠心分離機、重力沈
澱槽、加圧浮上分離槽などを挙げることができる。これ
らの中で、精密ろ過膜などを用いた膜分離装置は、装置
を小型化し、処理水質を向上することができるので特に
好適に用いることができる。膜分離装置に用いるろ過膜
に特に制限はなく、例えば、ポリカーボネート、セルロ
ース、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデンなどの有機高
分子膜、セラミック膜などの無機膜などを挙げることが
できる。膜形式にも特に制限はなく、例えば、平膜、管
状膜、中空糸膜などを挙げることができる。膜分離装置
への給水方式は、吸引型、加圧型のいずれともすること
ができる。図4は、固液分離装置の一態様の工程系統図
である。凝集処理水が膜ろ過装置12に送られ、ろ過膜
を透過した水が処理水として回収される。CMP用研磨
スラリーに含まれていた砥粒などの固形分の凝集物は、
濃縮水に含有されて除去される。本発明装置を用いる処
理によれば、排水処理工程の最前段においてCMP用研
磨スラリー含有排水に含まれる分散剤を、酸化により低
分子量化して分散効果を失わせることにより、排水中の
固形分を凝集処理し、固液分離することが可能となる。
固液分離して得られる処理水は、再度純水の原水とし
て、あるいは別用途の設備用水などとして利用すること
ができる。
【0010】
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例1 図1に示す工程により、CMP用研磨スラリー含有排水
の処理を行った。処理した排水は、フュームドシリカ1
5.7g/Lを含有するの白濁液であり、pH9.5、有機
体炭素(TOC)濃度10mgC/Lであった。この排水
に、過酸化水素水を排水中の過酸化水素濃度が0.5mg
/Lになるように添加した。次いで、オゾン濃度が50
mg/Lであるオゾンガスの微細気泡を乳液状に含む水
を、排水中のオゾン濃度が5mg/Lになるように添加
し、撹拌しつつ25℃で1分間酸化処理を行った。酸化
処理後の排水のTOC濃度は、5mgC/Lであった。こ
の酸化処理水に、ポリ塩化アルミニウムを濃度200mg
/Lになるように添加し、pH7に調整しつつ5分間急速
撹拌を行ったところ、固形分の凝集が生じた。次いで、
ポリアクリルアミド部分加水分解物を濃度1mg/Lにな
るように添加し、5分間緩速撹拌を行ったところ、凝集
物は粗大なフロックとなった。この凝集処理水を、精密
ろ過膜を備えた膜ろ過装置を用いて加圧ろ過した。膜を
透過して得られる処理水は、無色透明であった。 比較例1 実施例1と同じCMP用研磨スラリー含有排水に、ポリ
塩化アルミニウムを濃度200mg/Lになるように添加
し、pH7に調整して5分間急速撹拌を行ったが、固形分
の凝集は全く生じなかった。実施例1と比較例1の結果
から、CMP用研磨スラリー含有排水を酸化処理するこ
とにより、ポリ塩化アルミニウムによる凝集反応が可能
になるのに対して、酸化処理を行わない場合は、凝集反
応が起こらないことが確かめられた。
【0011】
【発明の効果】本発明のCMP用研磨スラリー含有排水
の処理装置によれば、CMP用研磨スラリー含有排水に
含まれる固形分を凝集処理して、簡単に固液分離を行う
ことが可能となる。これによって、水回収及び再利用が
容易になり、水資源の節減に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明装置の一態様の工程系統図であ
る。
【図2】図2は、酸化装置の一態様の工程系統図であ
る。
【図3】図3は、凝集反応装置の一態様の工程系統図で
ある。
【図4】図4は、固液分離装置の一態様の工程系統図で
ある。
【符号の説明】
1 過酸化水素水貯槽 2 ポンプ 3 ミキサー 4 オゾン発生器 5 ミキシングポンプ 6 ミキサー 7 反応器 8 凝集剤貯槽 9 ポンプ 10 ミキサー 11 反応器 12 膜ろ過装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D015 BA19 BA23 BB05 BB12 CA20 DA04 DA05 DA13 DA15 DB08 DB12 DB24 DB25 DB30 DC06 DC07 DC08 EA07 EA32 EA33 EA37 EA39 FA01 FA24 4D050 AA13 AB02 BB02 BB09 BB13 BC01 BC02 BC04 BC09 BC10 BD06 CA16 4D062 BA19 BA23 BB05 BB12 CA20 DA04 DA05 DA13 DA15 DB08 DB12 DB24 DB25 DB30 DC06 DC07 DC08 EA07 EA32 EA33 EA37 EA39 FA01 FA24

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CMP用研磨スラリー含有排水を酸化処理
    する酸化装置、酸化処理された該排水に凝集剤を添加し
    て凝集反応を行う凝集反応装置及び凝集反応を受けた該
    排水中の固形物を分離する固液分離装置を有することを
    特徴とするCMP用研磨スラリー含有排水処理装置。
JP35338799A 1999-12-13 1999-12-13 Cmp用研磨スラリー含有排水処理装置 Expired - Fee Related JP4310718B2 (ja)

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