JP3547832B2 - Apparatus and method for heat recovery and reuse of waste liquid - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、いろいろな薬液処理工程を経て製造される半導体装置やLCDなどの電子デバイスの製造工程において、薬液を供給する装置と薬液の廃液を回収する装置を備えた熱回収再利用装置に関する。
【0002】
薬液処理工程を経て製造される電子デバイスの製造工程においては、例えば、70°Cとか180 °Cといった温度に加温した薬液を用いて半導体ウェーハやガラスなどの基板処理を行っており、供給する薬液の加温と廃液の冷却に莫大なエネルギを消費している。この消費エネルギを削減することが望まれている。
【0003】
また、こうした薬液処理工程を経て製造される電子デバイスでは、例えば、サブμmの微細なパターンあるいは一辺が数百mmの大きな基板に数千本の無欠陥のパターンを形成するので、製造工程で用いられる薬液の純度はいわゆる半導体グレードであり、夾雑物などの混入も厳しく抑える必要がある。従って、供給薬液と廃液とを直接熱交換することは熱交換体の損傷などによる汚染の危険性があって採用できない。そのため、汚染の危険性が少ない熱媒体を使った熱交換が望まれている。
【0004】
【従来の技術】
図3は従来の廃液回収装置の要部のブロック図、図4は従来の薬液供給装置の要部のブロック図である。図において、4は薬液、7はポンプ、8はろ過フィルタ、9は薬液処理装置、11は薬液回収装置、12は貯液槽、13は廃液回収装置、14は廃液回収槽である。
【0005】
図3において、従来の廃液回収装置11では、薬液処理装置9で使用済みの薬液4が使用中の温度のまゝか若干冷やされたあと廃液回収槽12に回収される。
図4において、従来の薬液供給装置13では、貯液槽14に蓄えられている使用前の薬液4をポンプ7によって取り出し、ろ過フィルタ8を透してろ過して図示してない薬液処理装置へ供給される。薬液4は図3に示した薬液処理装置9内で適宜加温されて使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の薬液供給装置と廃液回収装置のそれぞれは、互いに独立していたために、昇温された使用済みの薬液のもつ熱量が有効に利用されずにむざむざ捨てられており、薬液を昇温するためのエネルギの消費量とコストが大きかった。
【0007】
そこで本発明は、薬液に対して不活性なガスを熱交換媒体として用い、回収した廃液の熱を供給する薬液の加温に再利用できる廃液の熱回収再利用装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上で述べた課題は、
使用済みの薬液を回収する回収槽と、使用前の薬液を貯留する供給槽と、熱交換媒体のガスを、第一の撥水性フィルタを介して該回収槽の薬液中に送入し、該薬液中をバブリングして送出した該ガスを第二の撥水性フィルタと第一のバルブと第三の撥水性フィルタと第四の撥水性フィルタをこの順序で介して排気するガス用主管路と、該供給槽内の薬液を、第三と第四の撥水性フィルタとの中間部で該ガス主管路に送入して該ガスで熱交換し、第四の撥水性フィルタで該ガスと分離されてポンプとろ過フィルタと第二のバルブをこの順序で介して薬液処理装置へ送出する薬液用主管路とで構成された廃液の熱回収再利用装置と、該装置を用いて使用済みの薬液の熱を回収して使用前の薬液を加温する廃液の熱回収再利用方法とによって解決される。
【0009】
また、前記薬液用主管路内の薬液を、前記ろ過フィルタと前記第二のバルブの中間部から分岐して第三のバルブを介して前記供給槽に送入する薬液用バイパス管路、あるいは前記第四の撥水性フィルタで分離された前記ガスを分岐して前記第一の撥水性フィルタの手前のガス用主管路へ送入するガス用バイパス管路を有する廃液の熱回収再利用装置と、これらの装置を用いた廃液の熱回収再利用方法によって解決される。
【0010】
さらに、前記薬液には、りん酸、硫酸、塩酸の少なくとも一つを含む薬液が適用でき、該薬液に対して難溶性のHe、Ar、N2 の少なくとも一つを含むガスが適用できる。
【0011】
【作用】
撥水性フィルタは、ガスと液体とを分離できるフィルタで、例えば、ふっ素化高分子の延伸多孔質膜で形成されたフィルタである。このフィルタは水を透さない性質、いわゆる撥水性が強く、水の表面張力のためにろ過膜の微細な空孔に毛細管現象を生じない。従って、この撥水性フィルタは、液体の中に泡粒状に混入している気体を液体から分離する脱泡に用いることができる。
【0012】
そこで、本発明においては、まず、薬液に難溶性のガスを撥水性フィルタを透して使用済みの高温の廃液の中にバブリングさせて熱を回収するようにしている。そして、加温されたガスを撥水性フィルタを透して使用前の低温の薬液に接触させて熱交換し、薬液を加温するようにしている。さらに、撥水性フィルタを透してガスと薬液を分離するようにしている。
【0013】
こうして、ガスを熱交換媒体として廃液の冷却を兼ねて廃液の熱を回収し、使用前の薬液を加温するので、半導体装置などの製造工程において消費されるエネルギの使用効率を改善することができる。
【0014】
【実施例】
図1は本発明になる熱回収再利用装置の実施例を説明するブロック図、図2は本発明になる熱回収方法を示す工程図である。図において、1は回収槽、2は供給槽、3はガス、3aはガス用主管路、3bはガス用バイパス管路、4は薬液、4aは薬液用主管路、4bは薬液用バイパス管路、5aは第一の撥水性フィルタ、5bは第二の撥水性フィルタ、5cは第三の撥水性フィルタ、5dは第四の撥水性フィルタ、6aは第一のバルブ、6bは第二のバルブ、6cは第三のバルブ、7はポンプ、8はろ過フィルタ、9は薬液処理装置、10は熱回収再利用装置である。
【0015】
図1〜2において、本発明になる熱回収再利用装置10の基本構成は、回収槽1と供給槽2と、ガス3を輸送するガス用主管路3aやガス用バイパス管路3b、薬液4を輸送する薬液用主管路4aや薬液用バイパス管路4bが両槽1、2に連なった構成になっている。
【0016】
半導体ウェーハなどの基板を薬液処理装置9の中で酸洗い処理する工程を例にとると、その薬液処理装置9の中に入っている例えば、りん酸、硫酸、塩酸などを含む薬液4は、例えば70°Cないし180 °Cといった高い温度に加温されている。この薬液処理装置9の中の薬液4は、使用済みになると回収槽1に回収され貯留されるようになっている。
【0017】
一方、ガス3がガス用主管路3aから第一の撥水性フィルタ5aを透して回収槽1の底部から送入される。このガス3には、薬液4に対して難溶性であり、かつ化学的に安定なHe、Arなどの希ガスやN2ガスなどが用いられる。また、第一の撥水性フィルタ5aには、例えば、ふっ素化高分子の延伸多孔質膜、つまりPTFE(ポリテトラフロロエチレン)とかPVDF(ポリビニルフロライド)などのろ過膜で形成されたフィルタが用いられる。この第一の撥水性フィルタ5aは、膜の素材自体が水に濡れないいわゆる撥水性が強い。従って、水の界面自由エネルギのためにろ過膜の微細な空孔に毛細管現象を生じない特異な性質をもっている。その結果、液体の中に泡粒状に混入している気体は透すが水を透さず、つまり、薬液4を透さずガス3だけが透過し、薬液4とガス3を分離することができる。第二〜第三の撥水性フィルタ5b、5c も同一の特性をもったフィルタである。第四の撥水性フィルタ 5d も特性は同一であるが、薬液4から分離したガス3がガス用バイパス管路 3b に分岐して輸送される構成になっている。
【0018】
回収槽1に貯留された薬液4の中はいわゆる熱吸収領域となっており、薬液4の中をバブリングして加温されたガス3は、第二の撥水性フィルタ5bを透ってガス用主管路3aに送出される。そして、第一のバルブ6aを透って使用済みの薬液4と分離されたあと第三の撥水性フィルタ5cを透り、第四の撥水性フィルタ5dからバイパスして排気されるようになっている。
【0019】
一方、供給槽2には薬液処理装置9に送入する使用前の薬液4が貯留されている。この薬液4は、供給槽2から連なる薬液用主管路4aを通り第三の撥水性フィルタ5cと第四の撥水性フィルタ5dとの中間でガス用主管路3aに連結されている。第三の撥水性フィルタ5cは薬液4がガス用主管路3aの方へ逆流することを防ぎ、第四の撥水性フィルタ5dでは分離されたガス3がガス用パイパス管路 3b に分岐され、薬液用主管路4aの方へ輸送されて薬液4に混入することを防いでいる。つまり、第三の撥水性フィルタ5cと第四の撥水性フィルタ5dとの間の管路領域では、ガス用主管路3aと薬液用主管路4aとが共通になっており、回収槽1で薬液4から熱吸収して加温されたガス3と供給槽2から送出された薬液4とが共存して熱交換が行われる熱交換領域となっている。
【0020】
ガス3は第四の撥水性フィルタ5dでバイパスされ、加温された薬液4のみがポンプ7で輸送されてろ過フィルタ8を通り、第二のバルブ6bを通って薬液処理装置9に送入されるようになっている。
【0021】
こうして、本発明になる熱回収再利用装置10によれば、例えば、70°Cで回収槽1に回収された硫酸を含む薬液4をHeのガス3で熱交換したところ、25°Cの室温の薬液4を40°Cまで予熱することができた。
【0022】
薬液4と熱交換したあとバイパスされたガス3は、排気せずにガス用バイパス管路3bを通って第一の撥水性フィルタ5aの手前のガス用主管路3aへ戻せば再度使用することができる。また、加温された薬液4を薬液処理装置9に送入しない場合には、第二のバルブ6bを閉栓して第三のバルブ6cを開栓する。そして、薬液用主管路4aから薬液用バイパス管路4bへバイパスして供給槽2へ還流させる。そうすると、供給槽2の中の薬液処理装置9へ輸送する前の使用前の薬液4の加温を繰り返し予熱することができ、使用済みの廃液の熱回収効率を上げることができる。
【0023】
【発明の効果】
半導体ウェーハなどの基板を加温した薬液を用いて行う処理において、使用済みの廃液をそのまゝ廃棄していたが、本発明によれば、不活性なガスを熱交換媒体として用い、回収した廃液の熱を薬液の加温に再利用することができる。
【0024】
その結果、エネルギ効率を格段に高めることが可能となり、特に半導体装置などの電子デバイスの製造コストの削減と省エネルギに対して本発明は寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる熱回収再利用装置の実施例を説明するブロック図である。
【図2】本発明になる熱回収方法を示す工程図である。
【図3】従来の廃液回収装置の要部のブロック図である。
【図4】従来の薬液供給装置の要部のブロック図である。
【符号の説明】
1 回収槽
2 供給槽
3 ガス 3a ガス用主管路 3b ガス用バイパス管路
4 薬液、 4a 薬液用主管路 4b 薬液用バイパス管路
5a 第一の撥水性フィルタ 5b 第二の撥水性フィルタ
5c 第三の撥水性フィルタ 5d 第四の撥水性フィルタ
6a 第一のバルブ 6b 第二のバルブ 6c 第三のバルブ
7 ポンプ、
8 ろ過フィルタ
9 薬液処理装置
10 熱回収再利用装置[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a heat recovery and reuse apparatus including a device for supplying a chemical solution and a device for collecting a waste liquid of a chemical solution in a process of manufacturing an electronic device such as a semiconductor device or an LCD manufactured through various chemical solution treatment processes.
[0002]
In a manufacturing process of an electronic device manufactured through a chemical treatment process, for example, a substrate treatment of a semiconductor wafer or glass is performed by using a chemical heated to a temperature of 70 ° C. or 180 ° C. Huge energy is consumed for heating the chemical and cooling the waste liquid. It is desired to reduce this energy consumption.
[0003]
Further, in an electronic device manufactured through such a chemical solution processing step, for example, a submicron fine pattern or a thousands of defect-free patterns are formed on a large substrate having a side of several hundred mm. The purity of the chemical solution to be used is a so-called semiconductor grade, and it is necessary to strictly suppress the contamination of foreign substances and the like. Therefore, direct heat exchange between the supplied chemical liquid and the waste liquid cannot be adopted due to the risk of contamination due to damage to the heat exchanger. Therefore, heat exchange using a heat medium with low risk of contamination is desired.
[0004]
[Prior art]
FIG. 3 is a block diagram of a main part of a conventional waste liquid collecting apparatus, and FIG. 4 is a block diagram of a main part of a conventional chemical liquid supply apparatus. In the figure, 4 is a chemical solution, 7 is a pump, 8 is a filtration filter, 9 is a chemical solution processing device, 11 is a chemical solution recovery device, 12 is a storage tank, 13 is a waste liquid recovery device, and 14 is a waste liquid recovery tank.
[0005]
In FIG. 3, in the conventional waste liquid collecting apparatus 11, the used
In FIG. 4, in the conventional chemical liquid supply device 13, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the conventional chemical liquid supply device and the waste liquid recovery device are independent of each other, the amount of heat of the used chemical liquid whose temperature has been raised is not effectively used and is discarded without necessity. Energy consumption and cost for raising the temperature were large.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a waste liquid heat recovery and reuse device that can be reused for heating a chemical liquid that supplies heat of the collected waste liquid, using a gas that is inert to the chemical liquid as a heat exchange medium. I have.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The issues mentioned above are:
A recovery tank for collecting used chemicals, a supply tank for storing chemicals before use, and a gas of a heat exchange medium are fed into the chemicals in the recovery tank through a first water-repellent filter, A gas main pipe that exhausts the gas that has been delivered by bubbling through the chemical solution through the second water repellent filter, the first valve, the third water repellent filter, and the fourth water repellent filter in this order, The chemical solution in the supply tank is fed into the gas main pipe at an intermediate portion between the third and fourth water repellent filters and exchanges heat with the gas, and is separated from the gas by the fourth water repellent filter. A heat recovery and reuse device for waste liquid, which comprises a pump, a filtration filter, and a main line for chemical liquid that is sent to the chemical liquid treatment apparatus through the second valve in this order, and a chemical liquid used by using the apparatus. Solved by heat recovery and reuse method of waste liquid that recovers heat and heats chemical solution before use That.
[0009]
In addition, the chemical liquid in the main liquid chemical channel is branched from an intermediate portion between the filtration filter and the second valve, and is fed into the supply tank via a third valve. A heat recovery and reuse device for waste liquid having a gas bypass pipe for branching the gas separated by the fourth water repellent filter and feeding the gas to the gas main pipe before the first water repellent filter, The problem is solved by a method for recovering and reusing waste liquid using these devices.
[0010]
Further, wherein the chemical solution, phosphoric acid, sulfuric acid, can be applied chemical solution containing at least one hydrochloric acid, can hardly soluble He, Ar, a gas containing at least one N 2 applied to the liquid chemical.
[0011]
[Action]
The water-repellent filter is a filter capable of separating gas and liquid, for example, a filter formed of a stretched porous membrane of a fluorinated polymer. This filter has the property of being impermeable to water, that is, has high water repellency, and does not cause capillary action in fine pores of the filtration membrane due to the surface tension of water. Therefore, this water repellent filter can be used for defoaming for separating gas mixed in the form of bubbles into the liquid from the liquid.
[0012]
Therefore, in the present invention, first, heat is recovered by bubbling a gas that is hardly soluble in a chemical solution through a water-repellent filter into a used high-temperature waste liquid. Then, the heated gas is passed through a water-repellent filter and brought into contact with a low-temperature chemical solution before use to exchange heat, thereby heating the chemical solution. Further, the gas and the chemical are separated through a water-repellent filter.
[0013]
In this way, since the heat of the waste liquid is recovered by also using the gas as a heat exchange medium to cool the waste liquid and the chemical liquid before use is heated, it is possible to improve the use efficiency of the energy consumed in the manufacturing process of the semiconductor device and the like. it can.
[0014]
【Example】
FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a heat recovery and reuse apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a process diagram illustrating a heat recovery method according to the present invention. In the figure, 1 is a recovery tank, 2 is a supply tank, 3 is a gas, 3a is a gas main line, 3b is a gas bypass line, 4 is a chemical solution, 4a is a chemical line, 4b is a chemical liquid bypass line. 5a is a first water repellent filter, 5b is a second water repellent filter, 5c is a third water repellent filter, 5d is a fourth water repellent filter, 6a is a first valve, and 6b is a second valve. , 6c is a third valve, 7 is a pump, 8 is a filtration filter, 9 is a chemical solution treatment device, and 10 is a heat recovery and reuse device.
[0015]
1 and 2, the basic configuration of a heat recovery and reuse apparatus 10 according to the present invention includes a recovery tank 1, a supply tank 2, a gas
[0016]
Taking the step of pickling a substrate such as a semiconductor wafer in the chemical processing apparatus 9 as an example, the
[0017]
On the other hand, the
[0018]
The inside of the
[0019]
On the other hand, in the supply tank 2, the
[0020]
The
[0021]
Thus, according to the heat recovery and reuse apparatus 10 of the present invention, for example, when the
[0022]
The
[0023]
【The invention's effect】
In a process performed using a heated chemical solution for a substrate such as a semiconductor wafer, used waste liquid was discarded as it was, but according to the present invention, an inert gas was used as a heat exchange medium and recovered. The heat of the waste liquid can be reused for heating the chemical.
[0024]
As a result, energy efficiency can be significantly improved, and the present invention greatly contributes to reduction of manufacturing cost and energy saving of electronic devices such as semiconductor devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a heat recovery and reuse apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a process chart showing a heat recovery method according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a main part of a conventional waste liquid collecting device.
FIG. 4 is a block diagram of a main part of a conventional chemical liquid supply device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Recovery tank 2
8 Filtration filter 9 Chemical treatment device 10 Heat recovery and reuse device
Claims (6)
前記ガス用主管路は、熱交換媒体のガスを、第一の撥水性フィルタを介して前記回収槽の薬液中に送入し、該薬液中をバブリングして送出した該ガスを第二の撥水性フィルタと第一のバルブと第三の撥水性フィルタと第四の撥水性フィルタをこの順序で介して排気するものであり、
前記薬液用主管路は、前記供給槽内の薬液を、第三と第四の撥水性フィルタとの中間部で前記ガス主管路に送入して前記ガスで熱交換し、第四の撥水性フィルタで該ガスと分離されてポンプとろ過フィルタと第二のバルブをこの順序で介して薬液処理装置へ送出するものである
ことを特徴とする廃液の熱回収再利用装置。A collection tank for collecting used chemicals, a supply tank for storing chemicals before use, a main pipe for gas, and a main pipe for chemicals,
The gas main line feeds the gas of the heat exchange medium into the chemical solution in the recovery tank via the first water-repellent filter, and bubbling through the chemical solution and sends out the gas to the second liquid repellent. A water filter, a first valve, a third water repellent filter, and a fourth water repellent filter are exhausted in this order,
The chemical liquid main conduit is configured to supply the chemical liquid in the supply tank to the gas main conduit at an intermediate portion between the third and fourth water repellent filters and to perform heat exchange with the gas, thereby forming a fourth water repellent. A heat recovery and reuse device for waste liquid, wherein the waste gas is separated from the gas by a filter and sent to a chemical solution treatment device through a pump, a filtration filter, and a second valve in this order.
前記薬液用バイパス管路は、前記薬液用主管路内の薬液を、前記ろ過フィルタと前記第二のバルブの中間部から分岐して第三のバルブを介して前記供給槽に送入するものである請求項1記載の廃液の熱回収再利用装置。It has a chemical bypass line,
The bypass for chemical solution is a device for branching a chemical solution in the main pipeline for chemical solution from an intermediate portion between the filtration filter and the second valve and feeding the branched solution to the supply tank via a third valve. The waste liquid heat recovery and reuse apparatus according to claim 1.
前記ガス用バイパス管路は、前記第四の撥水性フィルタで分離された前記ガスを分岐して前記第一の撥水性フィルタの手前のガス用主管路へ送入するものである請求項1記載の廃液の熱回収再利用装置。Having a gas bypass line,
2. The gas bypass pipe is for branching the gas separated by the fourth water-repellent filter and feeding the branched gas into a gas main pipe before the first water-repellent filter. 3. Waste liquid heat recovery and reuse equipment.
ことを特徴とする廃液の熱回収再利用方法。A method for heat recovery and reuse of waste liquid, comprising recovering heat of a used chemical liquid and heating the chemical liquid before use by using the waste liquid heat recovery and reuse apparatus according to claim 1.
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