JP2647104B2 - 半導体ウエハーの製造工程より排出される排水の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は半導体ウエハーの製造工程より排出される、
シリコン微粒子と界面活性剤とを含む排水の処理方法に
関する。

＜従来の技術＞ 集積回路（IC）や大規模集積回路（LSI）を製造する
場合、その半製品である半導体ウエハーを切断したり、
あるいは研摩する際に、ダイサー排水あるいはバックグ
ラインド排水と称されるシリコン微粒子を含む排水が排
出される。

当該排水は通常の場合、前記半導体ウエハーを比較的
純度の高い水（通常純水）を介して切断あるいは研摩す
る際に発生するものであって、シリコン微粒子を懸濁物
として10〜500mg/前後含んでいるが、シリコン微粒子
以外の不純物はあまり含まれていない。従って、排水中
に含まれているシリコン微粒子さえ除去すれば、当該排
水を放流することが出来るし、場合によっては前記半導
体ウエハーの切断用水、研摩用水、洗浄用水等の製造用
水あるいは他の各種用水として回収することも可能であ
る。

しかしながら、当該排水中に含まれているシリコン微
粒子は、その粒径が0.1μｍ〜1.0μｍと細かく、かつそ
の凝集性も非常に悪いので、古くから知られている砂濾
過や凝集沈殿処理等の古典的な固液分離手段では除去す
ることが困難である。従って、従来は当該排水を精密濾
過膜や限外濾過膜のような濾過膜で濾過することによっ
て排水中のシリコン微粒子を除去し、その処理水を回収
するかあるいは放流するようにしていた。

ところが、最近になって前記半導体ウエハーの切断用
水あるいは研摩用水として、従来のように比較的純度の
高い水をそのまま使用するのではなく、当該水にアニオ
ン系、ノニオン系等の界面活性剤を、例えばその濃度が
0.01〜0.1％程度となるように添加した水を使用する切
断方法あるいは研摩用水が開発されるに至った。

このように界面活性剤を添加した水を前記切断用水あ
るいは研摩用水として使用した場合には、その際排出さ
れる排水中に、シリコン微粒子と、界面活性剤とが共存
することとなるが、このような切断あるいは研摩方法は
極く最近開発されたものであり、従って当該排水の処理
方法に関しては現在のところ確立されたものがなく、ま
たこれに関する文献等も見当たらない。

＜発明が解決しようとする問題点＞ そこで、本発明者等はシリコン微粒子だけでなく、界
面活性剤をも含有するダイサー排水あるいはバックグラ
インド排水を、従来と同様に精密濾過膜や限外濾過膜の
ような濾過膜で直接濾過することを試みた。しかしなが
ら、この場合には発泡現象が著しいために処理が困難と
なったり、また排水中に含まれる界面活性剤の種類によ
っては、界面活性剤自体が前記濾過膜に吸着して膜を汚
染したりするという不具合を生じることがわかった。更
に、精密濾過膜や限外濾過膜では、シリコン微粒子は除
去出来ても、界面活性剤はほとんど除去することが出来
ないので、当該排水を前記濾過膜によって処理しただけ
では、その処理水を放流した際に発泡するので好ましく
なく、また処理水を半導体ウエハーの切断用水あるいは
研摩用水として回収再使用する場合には、界面活性剤の
濃度管理が難しくなるという不具合を生じる。

次に、本発明者等は当該排水を前述のような濾過膜に
よって処理するに際し、予め当該排水中の界面活性剤を
除去することを考え、その一方法として活性炭処理を検
討した。その結果、活性炭処理によって排水中の界面活
性剤をほぼ完全に除去することが出来、従ってその処理
水を前記濾過膜に供給するようにすれば、前述したよう
な不具合はすべて解消されることがわかったが、その反
面以下のような新たな問題点があることも明らかとなっ
た。

すなわち、当該排水中の界面活性剤濃度は、前述の如
く0.01〜0.1％と比較的高濃度であって、これを直接活
性炭処理する場合には大量の活性炭が必要であり、かつ
活性炭を頻繁に交換したり再生したりしなければならな
い。しかし、活性炭は比較的高価な吸着材であるから、
このような場合には大規模な吸着塔や再生設備を必要と
し、設備費が非常に高価となり、かつランニングコスト
も高くなって決して実用的とは言えない。

本発明は、半導体ウエハーの製造工程より排出され
る、シリコン微粒子と界面活性剤とを含む排水の処理に
係わる上述のような問題点に鑑みてなされたもので、当
該排水中に含まれる前記不純物を効率よく除去し、処理
水を何ら問題なく放流出来るようにすることは勿論、半
導体ウエハーの切断用水あるいは研摩用水等の用水とし
て回収することをも可能とする、シリコン微粒子と界面
活性剤とを含む排水の処理方法を提供することを目的と
するものである。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明方法の特徴は、半導体ウエハーの製造工程より
排出されるシリコン微粒子と界面活性剤とを含む排水を
泡沫分離処理する第１工程と、当該第１工程の処理水を
活性炭処理する第２工程と、当該第２工程の処理水を更
に精密濾過膜や限外濾過膜等の濾過膜によって膜処理す
る第３工程とからなるところにある。

＜作用＞ 以下に本発明を図面を用いて詳細に説明する。

図面は本発明の実施態様の一例を示すフローの説明図
であり、１は泡沫分離装置、２は塔内に例えば粒状また
は球状の活性炭３を充填した活性炭吸着塔、４は精密濾
過膜、限外濾過膜等の濾過膜を用いた濾過膜装置であ
る。なお、図面では、処理に必要なポンプ、弁類等は省
略してある。

本発明においては、半導体製造工程より排出される、
シリコン微粒子と界面活性剤とを含む原排水をまず原水
管５、ディストリビュータ６を介して泡沫分離装置１の
上方部から流入し、一方、当該分離装置１の下部から
は、空気管７を介して空気を導入し、更に当該空気管７
に接続した散気管８から微細気泡を発生させて、いわゆ
る泡沫分離処理を行う。すなわち、散気管８から発生さ
せた微細気泡は、泡沫分離装置１の下部に形成させた液
相部９内を上昇する間に、当該微細気泡の表面に界面活
性剤が吸着して界面活性剤の被膜が形成され、更に当該
被膜に排水中のシリコン微粒子が付着する。シリコン微
粒子が付着した界面活性剤の被膜を伴った気泡は更に上
昇し、いわゆる泡沫として液相部９から分離する。液相
部９から分離した泡沫は、泡沫分離装置１の上方部から
流入する原排水と接触して原排水中の界面活性剤及びシ
リコン微粒子を更に吸着しながら、次々と発生する他の
泡沫に押し上げられて泡沫分離装置１の上部に達し、更
に泡沫液流出管10を介して泡沫液濃縮槽11に導かれる。
一方、泡沫を分離することによって界面活性剤及びシリ
コン微粒子を除去された泡沫分離装置１の処理水は、当
該装置１の下部より泡沫分離処理水管12を介して流出さ
せる。なお、泡沫液濃縮槽11に導いた泡沫は、例えば消
泡剤を添加したり、あるいは加熱するなどの公知の手段
によって破泡して減容化し、界面活性剤とシリコン微粒
子とを多量に含む濃縮液となす。当該濃縮液は通常廃棄
処分とするが、その発生量は、シリコン微粒子と界面活
性剤とを含む原排水量の例えば1/100程度というように
著しく少量であるから、これを廃棄するのは比較的安価
に行える。

以上が原排水を泡沫分離処理する第１工程であるが、
後述の実施例で示す如く、当該泡沫分離処理によって原
排水中の界面活性剤を80〜90％除去することが出来、併
せてシリコン微粒子をも80〜90％除去することが出来
る。

なお、泡沫分離処理に使用する装置はいかなるもので
もよく、従来公知の泡沫分離装置を使用することが出来
る。また、微細気泡の発生手段として、上述のような散
気装置の代わりに排水中に加圧水を導入する方法を採用
してもよい。

次いで第２工程においては、前記第１工程の処理水を
泡沫分離処理水管12を介して後段の活性炭吸着塔２に導
入し、前記第１工程で除去出来なかった残部の界面活性
剤を、塔内に充填した活性炭３の吸着作用によって除去
する。当該活性炭処理によって水中の界面活性剤をほぼ
完全に除去することが出来、処理水は全く発泡現象を呈
しなくなる。

本発明においては、第１工程の泡沫分離処理によって
原排水中の界面活性剤の大部分を除去出来るので、第２
工程の活性炭処理においては極く少量の残留界面活性剤
を除去すればよく、従って原排水を直接活性炭処理する
場合に比して活性炭３の使用量を著しく少なくすること
が出来、また活性炭３の交換頻度や再生頻度を著しく少
なくすることが出来る。

なお、活性炭処理の方法は上述のような粒状または球
状の活性炭を使用した吸着塔方式が一般的であるが、こ
れに限定されるものではなく、例えば粉末状のものを使
用して処理することも可能である。

以上如く、第２工程においては活性炭３の作用によっ
て前記第１工程で除去出来なかった残留界面活性剤をほ
ぼ完全に除去することが出来るが、前記第１工程で除去
出来なかった残留シリコン微粒子はほとんど除去出来な
い。というのは、当該シリコン微粒子の径は前述したよ
うに著しく小さく、従って、活性炭３の充填層の間隙を
通過してしまうからである。

そこで、第３工程においては、上記第２工程の処理水
を濾過膜装置４に導いて膜処理を行う。すなわち、第２
工程の処理水を活性炭処理水管13を介して一旦循環槽14
に受け、更に循環槽14内の処理水を濾過膜装置４に導い
て膜処理し、シリコン微粒子をほぼ完全に除去した透過
水と、シリコン微粒子を濃縮した非透過水とに分離す
る。本発明においては、第１工程の泡沫分離処理及び第
２工程の活性炭処理によって、原排水中の界面活性剤を
ほぼ完全に除去出来るので、当該膜処理に際して発泡等
の不具合を生じることはない。

得られた透過水は透過水管15を介して系外に取り出
す。当該透過水中にはシリコン微粒子、界面活性剤とも
ほとんど含まれていないのでこれをそのまま放流しても
よく、また半導体ウエハーの切断用水あるいは研摩用水
等として回収することも可能である。

一方、非透過水は非透過水管16を介して循環槽14に循
環する。このような処理により循環槽14内にシリコン微
粒子が濃縮されるので、適当な時期に濃縮槽14内の濃縮
水をブロー管17からブローし、ブロー濃縮水は凝集沈殿
処理などしてシリコン微粒子をスラッジあるいは固形物
として系外に排出する。なお、非透過水を全量循環槽14
に循環せずに、濃縮された非透過水の少量を点線で示し
た如く非透過水管16Aを介して常時系外に取り出すこと
も出来る。

本発明においては、前述の如く第１工程の泡沫分離処
理において原排水中のシリコン微粒子の大部分を除去出
来るので、濾過膜装置４の被処理水である第２工程の処
理水中には、比較的少量のシリコン微粒子しか含まれて
いない。従って、濾過膜装置４に対する負荷は、原排水
を直接膜処理する場合に比べて著しく小さくなり、その
結果、処分すべきブロー濃縮水の量は著しく少なくな
り、かつ濾過膜の洗浄頻度も少なくなる。

上記第３工程で用いる濾過膜としては精密濾過膜、限
外濾過膜及び逆浸透膜が挙げられる。特に逆浸透膜は従
来、半導体ウエハーの切断あるいは研摩工程から排出さ
れる排水の処理にほとんど用いられていないが、切断用
水あるいは研摩用水として界面活性剤を添加した水を使
用する場合には、当該界面活性剤に付随してイオン等の
他の不純物が混入する恐れもあるので、処理水である濾
過膜装置４の透過水を回収しようとする場合には、逆浸
透膜が最適である。

なお、逆浸透膜は本来水中の塩類を脱塩するための透
過（Permeation）膜であって、精密濾過膜や限外濾過膜
のようないわゆる濾過（Filtration）膜とはその分離機
能を異にするものであると言われているが、近年では例
えば半導体洗浄用超純水の処理工程の末端に設置して、
純水中のTOC（全有機炭素）と共に、各種細菌等の微粒
子を除去するといった目的に使用されているように、い
わゆる濾過を主目的とした使用方法も出現してきている
ので、本発明においては便宜上、逆浸透膜も濾過膜に含
めることとした。

＜効果＞ 泡沫分離処理は、前述の如く散気管等の散気装置を介
して排水中に空気を吹き込むか、あるいは加圧水を導入
するなど、要するに排水中に空気を微細気泡として導入
するだけで処理を行うことが出来るので、当該処理に要
するランニングコストは極めて安価であり、また、設備
的にも比較的安価である。これに対して活性炭処理は、
活性炭が比較的高価なために一般にランニングコストが
高くなり易く、また設備的にも高価な再生設備を必要と
するなど、建設費が高くなり易いという難点を有する。
従って、半導体ウエハーの製造工程より排出される、シ
リコン微粒子と界面活性剤とを含む排水を直接活性炭処
理したのでは膨大なランニングコストと高額な設備費を
必要とするが、本発明によれば、活性炭処理の前段で泡
沫分離処理を行うことによって排水中の界面活性剤の大
部分を除去することが出来るので、第２工程における活
性炭処理に対する界面活性剤負荷を著しく軽減すること
が出来、当該処理に要するランニングコスト、設備費を
極めて安価にすることが出来る。その結果、本発明は活
性炭処理の前段に泡沫分離という処理手段を付加するに
も係わらず、当該排水を直接活性炭処理する場合に比べ
て排水処理全体のランニングコストを著しく軽減するこ
とが出来るという優れた効果を有するものであり、また
設備的にもほぼ同等かあるいはそれ以下のものとするこ
とが可能である。

更に、本発明によれば第１工程の泡沫分離処理によっ
て、界面活性剤だけでなくシリコン微粒子をも大部分除
去することが出来るので、第３工程の膜処理に対する負
荷を著しく軽減することが出来、従来より膜の洗浄回数
を減らすことが出来るなどの効果もある。

なお、本発明方法によって、シリコン微粒子と界面活
性剤とを含む半導体ウエハー製造工程の排水を、そのま
ま放流することは勿論、前記工程の用水等として回収可
能な程度まで処理出来ることは言うまでもないことであ
る。

＜実施例＞ 以下に本発明の効果をより明確にするために実施例を
説明する。

シリコン微粒子を懸濁物質（以下SSという）として12
0mg/、及び界面活性剤を180mg/（TOC100mgC/）含
むダイサー排水を、塔径140mmφ、塔高4,000mmHの図面
に示したような泡沫分離装置に60/Hrの流量で流入
し、これに６/minの空気を微細気泡として導入して、
第１工程の泡沫分離処理を行った。当該第１工程の処理
水水質はSS20mg/、界面活性剤濃度23mg/（TOC13mgC
/）であり、除去率はSSが約83％、界面活性剤が約87
％であった。

次いで、当該第１工程の処理水を、塔内に粒状活性炭
を充填した塔径80mmφ、塔高4,000mmH（活性炭充填層高
3,000mmH）の活性炭吸着塔に通水し、第２工程の活性炭
処理を行った。当該第２工程の処理水水質は、界面活性
剤濃度1mg/以下（TOC1mg/以下）となり、ほぼ完全
に除去された。なお、この時の処理水のSSは19mg/で
あってSSはほとんど除去されなかった。

更に当該第２工程の処理水を、限外濾過膜を使用した
限外濾過膜装置に導いて第３工程の膜処理を行った。

その結果、当該第３工程の処理水水質はSS1mg/以
下、界面活性剤1mg/以下（TOC1mgC/以下）となり、
放流することは勿論、回収することも可能なものとなっ
た。

以上の如く、本発明においては第１工程の泡沫分離処
理によって処理水中の界面活性剤濃度を、原排水のそれ
の約1/8に低減出来るので、原排水を直接活性炭処理す
る場合に比べて活性炭吸着塔の規模を約1/8とすること
が出来るのは明白である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様の一例を示すフローの説明図で
ある。 １……泡沫分離装置、２……活性炭吸着塔 ３……活性炭、４……濾過膜装置 ５……原水管 ６……ディストリビュータ ７……空気管、８……散気管 ９……液相部、10……泡沫液流出管 11……泡沫液濃縮槽、12……泡沫分離処理水管 13……活性炭処理水管、14……循環槽 15……透過水管、16……非透過水管 17……ブロー管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−189987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−61691（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−167494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−115169（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−11859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−76337（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−34871（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハーの製造工程より排出される
   シリコン微粒子と界面活性剤とを含む排水を泡沫分離処
   理する第１工程と、当該第１工程の処理水を活性炭処理
   する第２工程と、当該第２工程の処理水を更に精密濾過
   膜や限外濾過膜等の濾過膜によって膜処理する第３工程
   と、からなることを特徴とする半導体ウエハーの製造工
   程より排出される排水の処理方法。