JP3708748B2 - 研磨剤の再生装置および研磨剤の再生方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行なうために使用される研磨剤を回収、再利用するための再生装置および再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上にトランジスタ等を形成する製造工程において、層間絶縁膜の平坦化などの目的で、研磨粒子としてのヒュームドシリカやコロイダルシリカをアンモニア水溶液のようなアルカリ性溶液などに分散させてなるスラリーを研磨剤として用いた化学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing, CMP）を行なって、基板平坦度を高く維持する技術が知られている。
【０００３】
研磨粒子であるコロイダルシリカの１次粒子の粒径は２０〜３０ｎｍである。これらの１次粒子が凝集することにより、粒径が２００ｎｍ程度のコロイダルシリカの２次粒子が形成される。また、ヒュームドシリカは、製造当初に得られた粒子を粉砕し、２００ｎｍ程度にしている。
【０００４】
一度研磨に使用されたスラリーには、研磨中に劣化した研磨粒子、パッドコンディショニングにより発生したパッド片、研磨により発生した被研磨物片等の不純物が含まれている。また、研磨時、廃液回収時の急激なpH変化や外部からのエネルギーにより、２次粒子の凝集した粒径７００〜１５００ｎｍの粗大粒子もこのスラリー中には存在している。この様に一度研磨に使用されたスラリーには均一性の悪い研磨や研磨傷（マイクロスクラッチ）の原因となるものが多く含まれている。そのため、通常、一度研磨に使用されたスラリーは回収された後、廃棄される。
【０００５】
最近、スラリーを用いた化学機械的研磨が多用されるようになったため、環境負荷や、廃棄物処理費用の増大が懸念されている。そこで、１度研磨に使用したスラリーを回収した後、再生することにより再利用する試みがなされている。
【０００６】
例えば、図２１は、特開平８−１１５８９２号公報に開示されている従来の研磨剤回収装置の構造を示す図である。
【０００７】
この研磨剤回収装置においては、まず、被処理液槽５０１中の使用済み研磨用スラリーを精密濾過装置５０２に導入することにより、スラリー中の粒径が５００ｎｍを越える粗大不純物、および粒径が５００ｎｍを越える凝集した研磨粒子を除去する。精密濾過装置５０２のフィルターを通過しなかった粒子を含むスラリーを被処理液槽５０１に戻した後に、再び、被処理液槽５０１中のスラリーを精密濾過装置５０２に導入する。この循環を繰り返すことにより、粗大不純物および凝集した研磨粒子の濃度が大きくなったスラリーは、廃液路に排出される。
【０００８】
次に、精密濾過装置５０２中のフィルターを通過したスラリーを、中間処理液槽５０３を経て、限外濾過装置５０４に導入することにより、スラリー中の粒径が数１０ｎｍ未満の微細不純物、および粒径が数１０ｎｍ未満の微細研磨粒子を除去する。この際に、限外濾過装置５０４のフィルターを通過しなかった粒子を含むスラリーを、中間処理液槽５０３に戻すことにより、スラリーを循環させる。循環を繰り返した後に、微細不純物、および微細研磨粒子が除去された粒径が数１０ｎｍ〜５００ｎｍの研磨粒子を回収する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の研磨剤回収装置においては、研磨粒子を主に含む粗大粒子や、研磨粒子の２次粒子等からなる固形分の相当量が、精密濾過装置により除去される。このため、限外濾過装置および精密濾過装置のフィルターのポアー直径の適切な選択と組み合わせとが重要である。例えば、フィルターの目詰まりを防ぐために、精密濾過装置のフィルターのポアー直径を大きくすると、本来除去すべき上記粗大粒子あるいは不純物の除去能力が低下し、結果として研磨傷を発生させ、一方、ポアー直径を小さくすると、研磨粒子の１次粒子、２次粒子を含む固形分の数十％まで捕獲してしまうため、フィルターの目詰まりにより、研磨剤の回収・供給が停止してしまうからである。
【００１０】
これを防ぐための方法として、例えば特開平１０―１１８８９９に記載された発明のように、粗大粒子の粒径より大きい２５〜１００μｍのポアー直径であるワインドタイプのフィルターを用いることにより、ゲル等の不純物の架橋による急速な目詰まりを抑制しながら研磨屑、不純物、および粗大粒子を除去する方法がある。この発明により、フィルターの目詰まりはある程度抑制することができるが、粗大粒子を構成する固形分の一部である研磨粒子も失われる。よって、ＣＭＰ装置から排出される研磨用スラリーを、従来の研磨剤回収装置を用いて、繰り返し再生した場合には、スラリー中の研磨粒子が再生するごとに失われるため、研磨粒子の回収率は非常に低くならざるをえない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、電磁気、超音波、および分散剤を用いて、研磨粒子等が凝集することにより生成する粗大粒子を再び分散（以下、再分散という。）することにより、研磨に使用した後の研磨剤から、研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる研磨剤の再生装置とその方法とを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る研磨剤の再生方法は、化学機械的研磨装置を用いて化学機械的研磨に使用され、回収された研磨剤の研磨により生じる高濃度の不純物を含んだ高濃度廃液と、研磨後に上記化学機械的研磨装置内を洗浄する際に生じる低濃度の不純物を含んだ低濃度廃液とを回収ラインを切り替えて分離する工程（ａ）と、上記高濃度廃液から上限値以上の粒径を持つ研磨粒子以外の粗大不純物を除去する工程（ｂ）と、上記高濃度廃液から下限値以下の粒径を持つ微小不純物及び微小研磨粒子を除去する工程（ｃ）と、上記高濃度廃液中の分散媒のpHを調整する工程（ｄ）と、上記高濃度廃液中に分散剤を投入し、超音波を印加し、ポンプを介設された攪拌用循環ラインを用いて、上記研磨粒子が凝集することにより形成された粗大粒子を上記研磨粒子に再分散させる工程（ｅ）とを備えている。
【００１５】
これにより、上記化学機械的研磨に使用された研磨剤から、凝集によって粗大化した研磨粒子があっても、再分散して研磨に適する径の粒子になる。よって、上記研磨剤中の研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる。
【００１７】
本発明の研磨剤の再生方法において、上記分散剤として、研磨剤にアンモニア性高分子界面活性剤を加えることが好ましい。
【００１８】
本発明の研磨剤の再生方法において、上記超音波として、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの条件下で発振されるものを用いることが好ましい。
【００１９】
本発明の研磨剤の再生方法において、研磨剤中の微小研磨粒子を除去する前に、上記再分散を行うことにより、上記研磨剤中の微小研磨粒子を除去する際の精密濾過膜の目詰まりを抑制できる。よって、精密濾過膜の使用寿命が長くなるという利点もある。
【００２２】
本発明に係る研磨剤の再生装置は、化学機械的研磨装置を用いて化学機械的研磨に使用され、回収された研磨剤の研磨により生じる高濃度の不純物を含んだ高濃度廃液と、研磨後に上記化学機械的研磨装置内を洗浄する際に生じる低濃度の不純物を含んだ低濃度廃液とを回収ラインを切り替えて分離する機構（ｆ）と、上記高濃度廃液から上限値以上の粒径を持つ研磨粒子以外の粗大不純物を除去する機構（ｇ）と、上記高濃度廃液から下限値以下の粒径を持つ微小不純物及び微小研磨粒子を除去する機構（ｈ）と、上記高濃度廃液中の分散媒のpHを調整をする機構（ｉ）と、上記高濃度廃液中に分散剤を投入し、超音波を印加し、ポンプを介設された攪拌用循環ラインを用いて、上記研磨粒子が凝集することにより形成された粗大粒子を上記研磨粒子に再分散させる機構（ｊ）とを備えている。
【００２３】
これにより、上記化学機械的研磨に使用された研磨剤から、凝集によって粗大化した研磨粒子があっても、再分散して研磨に適する径の粒子になる。よって、上記研磨剤中の研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる。
【００２５】
本発明の研磨剤の再生装置において、上記機構（ｇ）において用いるフィルターのポアー直径は、１００μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
本発明の研磨剤の再生装置において、上記分散剤として、研磨剤にアンモニア性高分子界面活性剤を加えるように構成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の研磨剤の再生装置において、上記超音波として、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの条件下で発振されるものを用いることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について概説する。
【００３０】
図１は、第１の実施形態に係るＣＭＰ装置および研磨剤の再生装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、この研磨剤の再生装置は、ＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液を回収するための機構Ａと、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構Ｂと、低濃度廃液のpHを調整をするための機構Ｃと、処理済みの低濃度廃液を貯蔵するための機構Ｄと、高濃度廃液中の研磨粒子以外の固形物を除くための機構Ｅと、微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構Ｆと、分散媒調整剤の濃度を調節するための機構Ｇと、分散媒の濃度調整をするための機構Ｈと、分散剤を投入するための装置Ｉと、研磨粒子を再分散するための機構Ｊと、再分散後の高濃度廃液と新しい研磨用スラリーとを混合するための機構Ｋと、再生された研磨用スラリーを供給するための機構Ｌとを備えている。
【００３１】
研磨用スラリーは、スラリー供給ライン１を経て、ＣＭＰ装置に供給される。ＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液は、機構Ａにおいて回収され、廃液ライン４を経て、機構Ｂにおいて低濃度廃液と高濃度廃液とに分離される。低濃度廃液は、低濃度廃液ライン５を経て、機構Ｃに送られる。機構ＣにおいてそのpHが調整された後に、研磨剤の再生装置を洗浄するために、機構Ｄに送られ、貯蔵される。一方、高濃度廃液は、高濃度廃液回収ライン６を経て、機構Ｅに送られる。機構Ｅにおいては、濾過により研磨粒子以外の固形物が除かれる。その後、この高濃度廃液は、高濃度廃液ライン１９を経て、機構Ｆに送られる。機構Ｆにおいては、濾過等により微小不純物および微小研磨粒子が除かれる。次に、この高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０１を経て、機構Ｈに送られる。この機構Ｈにおいては、高濃度廃液中の分散媒の濃度調整のため、高濃度廃液と分散媒調整剤との混合が行われる。なお、この分散媒調整剤は、機構Ｇにおいてその濃度が調整された後に、Ｎ2圧送ライン３６を経て、機構Ｈに供給される。次に、この高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０２を経て、機構Ｊに送られる。この機構Ｊにおいて、分散剤、超音波、または電磁気により高濃度廃液中の研磨粒子が再分散される。なお、この分散剤は、機構Ｉに貯蔵された後、分散剤Ｎ2圧送ライン４８を経て、機構Ｊに投入される。次に、この再分散後の廃液は、再生液ライン５１を経て、機構Ｋにおいて新しい研磨用スラリーと混合される。その後、その再生された研磨用スラリーは、調合液供給ライン８０を経て、機構Ｌにおいて、貯蔵される。
【００３２】
なお、第１の実施形態では、上記研磨粒子としてヒュームドシリカ、上記分散媒としてアンモニアＮＨ3の１％水溶液、上記分散媒調整剤としてアンモニアＮＨ3の２９％水溶液、上記分散剤としてアニオン性高分子界面活性剤を使用する。
【００３３】
次に、第１の実施形態に係る研磨剤の回収および再生の各機構Ａ〜Ｌの構造および処理内容について説明する。
【００３４】
─廃液回収─
図２は、ＣＭＰ装置１００およびＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液を回収するための機構Ａを示す図である。ＣＭＰ装置１００においては、スラリー供給ライン１から供給された研磨用スラリーを用いて、ウエハの化学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing, CMP）が行われる。このＣＭＰ装置１００においては、定盤（プラテン）１０４の上に研磨布１０３が敷かれている。また、研磨布（パッド）１０３の上には、ヘッド１０１に押しつけられたウエーハ１０２が設置されている。一方、機構Ａは、ドレインパン２と、ドレインパン２に接続されて下方に延びる廃液ライン４とによって構成されている。
【００３５】
ＣＭＰ装置１００においては、研磨用スラリーを、スラリー供給ライン１から研磨布（パッド）１０３上に供給し、また、定盤（プラテン）１０４とヘッド１０１とを同方向に回転させる。このとき、研磨用スラリーによる化学反応と、研磨布（パッド）１０３─ウエーハ１０２間の押圧による機械的作用とにより、ウエーハ１０２の研磨が進む。
【００３６】
なお、ＣＭＰ装置１００から生じたスラリー廃液は、２種類に大別できる。一方は、通常の研磨等により生じる高濃度の不純物を含んだスラリー廃液（高濃度廃液）であり、他方は、研磨後にＣＭＰ装置内を純水で洗浄する際等に生じる低濃度の不純物を含んだスラリー廃液（低濃度廃液）である。
【００３７】
このＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液は、ドレインパン２によって回収される。回収されたスラリー廃液は、廃液ライン４を経て、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構Ｂに送られる。
【００３８】
─低濃度廃液と高濃度廃液との分離─
図３は、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構Ｂを示す図である。機構Ｂは、廃液ライン４と、廃液ライン４の端部に接続された低濃度廃液回収ライン５と、廃液ライン４の端部に接続された高濃度廃液回収ライン６とによって構成され、各ライン４、５、６によりＴ字形の交叉部を形成している。また、低濃度廃液回収ライン５には、バルブＶ１が備えられ、高濃度廃液回収ライン６には、バルブＶ２が備えられている。
【００３９】
廃液ライン４を経て、機構Ｂに送られたスラリー廃液は、バルブＶ１あるいはバルブＶ２の開閉により低濃度廃液と高濃度廃液とに分離される。すなわち、ＣＭＰ装置１００から生じるスラリー廃液が低濃度廃液であるか、あるいは高濃度廃液であるかは、上述のように、ＣＭＰ装置１００における工程によって決まるため、低濃度廃液が生ずる工程のときは、バルブＶ１を開き、バルブＶ２を閉じる一方、高濃度廃液が生ずる工程のときは、バルブＶ２を開き、バルブＶ１を閉じることにより、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離することができる。この機構Ｂは、ＣＭＰ装置と連動して制御されており、研磨に使用された研磨用スラリーの約８０％を高濃度廃液として回収するためのシーケンス制御が構築されている。
【００４０】
─低濃度廃液の処理─
図４は、低濃度廃液のpHを調整をするための機構Ｃを示す図である。機構Ｃは、第１中和槽８と第２中和槽１２とによって構成されている。第１中和槽８には、低濃度廃液回収ライン５が接続されている。また、第２中和槽１２には、ポンプＰ２およびバルブＶ６が介設された処理済低濃度廃液ライン１１が接続されている。また、第１中和槽８と第２中和槽１２とは、ポンプＰ１とバルブＶ５とが介設された低濃度廃液ライン１３により接続されている。さらに、第１中和槽８と第２中和槽１２との双方には、バルブＶ３とバルブＶ４とが介設された中和剤投入ライン７が接続され、攪拌機９と、pH計１０とが付設されれている。
【００４１】
機構Ｂにおいて分離された低濃度廃液は、低濃度廃液ライン５を経て、第１中和槽８へ投入される。第１中和槽８内において、攪拌機９により低濃度廃液を攪拌しながら、中和剤投入ライン７から中和剤を投入することにより、低濃度廃液は中和される。第１の実施形態では、研磨用スラリーの分散媒としてアンモニアの水溶液を用いているため、中和剤としては、硫酸を使用する。なお、分散媒として酸性の溶液を用いるときには、中和剤としては、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）の水溶液を使用する。このとき、pH計１０によって計測された低濃度廃液のpHの測定結果をフィードバックしてバルブＶ３の開閉を行うことにより、投入する中和剤の量を調節する。こうして、中和処理は精密に行われることとなる。その後、第１中和槽で中和された低濃度廃液は、低濃度廃液ライン１３を経て、第２中和槽１２へ投入される。第１中和槽８における手法と同様の手法により、第２中和槽１２においても、pH計による中和の確認と、pHの管理とが行われる。十分な中和処理が行われた後に、この処理済低濃度廃液は、ポンプＰ２を用いることにより、処理済処理済低濃度廃液ライン１１を経て再生装置逆洗用水貯蔵槽１４へ送られる。
【００４２】
─処理済低濃度廃液の使用法─
図５は、処理済みの低濃度廃液を貯蔵するための機構Ｄを示す図である。機構Ｄにおいては、再生装置逆洗用水貯蔵槽１４が、処理済処理済低濃度廃液ライン１１、排水ライン１５、および再生装置逆洗用水供給ライン１６と接続されている。排水ライン１５には、バルブＶ７が介設され、また、再生装置逆洗用水供給ライン１６には、バルブＶ８が介設されている。
【００４３】
処理済低濃度廃液は、処理済処理済低濃度廃液ライン１１を経て再生装置逆洗用水貯蔵槽１４へ送られた後、その再生装置逆洗用水貯蔵槽１４に貯蔵される。この処理済低濃度廃液中には不純物が少ないこと、および処理済低濃度廃液は中性であることにより、処理済低濃度廃液は、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置内の濾過装置の逆洗、各槽、および配管の洗浄等に使用される。具体的には、供給ライン１６から供給され、以下に述べる廃液中継槽１７、フィルター１８、廃液タンク廃液タンク２０、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２、分散媒pH調整槽２６、再分散槽４５、新スラリー・再生スラリー調合槽５３、スラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２、スラリー供給ライン６３、および精密濾過膜６８等の洗浄等に使用する。また、この研磨剤の再生装置は、この処理済低濃度廃液により、配管、タンク、フィルター等、スラリーと接触する全ての箇所を洗浄できるよう構成されている。なお、排水の際には、排水ライン１５を使用して排水される。
【００４４】
─高濃度廃液中の粗大不純物の除去─
図６は、高濃度廃液中の研磨粒子以外の固形物を除くための機構Ｅを示す図である。機構Ｅは、廃液中継槽１７とフィルター１８とによって構成されている。廃液中継槽１７には、高濃度廃液回収ライン６が接続されている。また、フィルター１８には、バルブＶ１１が介設された高濃度廃液ライン１９とが接続されている。さらに、廃液中継槽１７とフィルター１８とは、上流側から順にバルブＶ９と、ポンプＰ３と、バルブＶ１０とが介設された高濃度廃液ライン３により互いに接続されている。
【００４５】
機構Ｂによって分離された高濃度廃液は、廃液ライン６を経て廃液中継槽１７へ送られる。廃液中継槽１７が一定量になった時点で、ポンプＰ３によって廃液中継槽１７内の高濃度廃液はフィルター１８へ送られる。このフィルター１８の役割は、高濃度廃液中に混入している不純物（パッドコンディショニング時に発生するパッド片、研磨によって発生する被研磨物片等）、すなわち、研磨特性に悪影響を及ぼすもので研磨用スラリーに含まれる研磨粒子以外の粗大不純物を除去することである。第１の実施形態では、１２０μｍのポアー直径のものを使用する。上述のように、研磨用スラリー中の研磨粒子であるシリカの２次粒子の直径は約２００nmであるため、研磨粒子を主成分とする粒子は、ほとんど除去されることない。したがって、フィルター１８により高濃度廃液を濾過しても、研磨粒子の減少は１％以下に抑えられる。また、このフィルター１８のポアー直径は１００μｍ以上２００μｍ以下とするのが望ましい。
【００４６】
─微小不純物および微小研磨粒子の除去─
図７は、微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構Ｆを示す図である。機構Ｆは、廃液タンク２０、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、および攪拌用循環・温調・濾過ライン２２からなる。また、廃液タンク２０には、高濃度廃液ライン１９が、また、バルブＶ１５を介して閉ループ上の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２が、接続されている。また、廃液タンク２０には、バルブＶ１２とバルブＶ１３とを付設した廃液の組成変化を確認するためのサンプリングポート２１が取り付けられている。このサンプリングポート２１は、廃液タンク２０の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。さらに、環状の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２には、バルブＶ１５′、ポンプＰ４、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、固形分濃度測定機２４、およびスラリー温度計２５が備えられている。また、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２は、バルブＶ１４およびポンプＰ５が介設された高濃度廃液ライン２０１により、分散媒pH調整槽２６に接続されている。
【００４７】
機構Ｅにおける粗大不純物の除去の後、高濃度廃液は高濃度廃液ライン１９を経て、廃液タンク２０へ送られる。次に、ポンプＰ４により、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２中においてこの高濃度廃液を強制的に循環させている。この循環により、高濃度廃液は攪拌されることになる。
【００４８】
また、この際に、精密濾過膜６８（ポアー直径が０．２５μｍである中空糸膜を使用）により、高濃度廃液の濾過を行う。濾過により、高濃度廃液中の微小不純物および微小研磨粒子（研磨中に劣化した微小な研磨粒子）を除去するためである。
【００４９】
さらに、熱交換槽２３により、高濃度廃液の温度を制御する。スラリーの組成はその温度に依存して変化するからである。つまり、スラリーの温度が極度に低下したときは、スラリーがゲル化するため、そのスラリーの再生は不可能となる。また、スラリーの温度の極度の上昇や低下により、分散媒（ＮＨ3など）の状態が不安定になるため、研磨粒子の凝集が起こる。したがって、これらを抑制するため、スラリー温度計２５を用いて、高濃度廃液の温度を管理する。また、固形分濃度測定機２４を用いて、高濃度廃液中の固形分の濃度を管理する。
【００５０】
─分散媒調整液濃度コントロール─
図８は、分散媒調整剤の濃度を調節するための機構Ｇを示す図である。機構Ｇは、希釈液バッファータンク３０、分散媒調整剤バッファータンク３１、第１分散媒希釈・供給タンク３２、および第２分散媒希釈・供給タンク３３からなる。希釈液バッファータンク３０には、バルブＶ２１が介設された希釈液投入ライン２８と、ポンプＰ６、バルブＶ５０、およびバルブＶ１６が介設された第１定量供給ライン３４との各一端が接続されている。分散媒調整剤バッファータンク３１には、バルブＶ２２が介設された分散媒調整剤投入ライン２９と、ポンプＰ７、バルブＶ１７、およびバルブＶ１８が介設された第２定量供給ライン３５との各一端が接続されている。第１分散媒希釈・供給タンク３２には、バルブＶ１９が介設されたＮ2供給ライン２７と、第１定量供給ライン３４と、第２定量供給ライン３５と、バルブＶ２３が介設されたＮ２圧送ライン３６とが接続されている。第２分散媒希釈・供給タンク３３には、バルブＶ２０が介設されたＮ2供給ライン２７と、第１定量供給ライン３４と、第２定量供給ライン３５と、バルブＶ２４が介設されたＮ2圧送ライン３６とが接続されている。なお、２個の分散媒希釈・供給タンク３２、３３を設けたのは、メンテナンス等の場合を考慮したためである。
【００５１】
再生された研磨用スラリー中の固形分である研磨粒子の量の減少を防ぐために、再生された研磨用スラリー中の分散媒（アンモニアＮＨ3の水溶液）の濃度（pH）を調整することが必要である。このためには、高濃度廃液中に分散媒の濃度を調整するための薬剤、すなわち分散媒調整剤（例えば、アンモニアＮＨ3の２９％水溶液）を添加する必要がある。機構Ｇにおいては、この分散媒調整剤の濃度の調節を行う。
【００５２】
分散媒調整剤投入ライン２９から投入された分散媒調整剤は、調整剤バファータンク３１に一時的に貯蔵される。濃度の調節に使用される希釈剤は、希釈液投入ライン２８から投入され、希釈液バファータンク３０に一時的に貯蔵される。これらはポンプＰ６、Ｐ７（定量ポンプ）によって定量供給ライン３４、３５を経て分散媒調整剤希釈・供給タンク３２、３３へ送液される。分散媒調整剤希釈・供給タンク３２、３３内で適切な濃度に調節された分散媒調整剤は、Ｎ2供給ライン２７から供給された窒素（Ｎ2）ガスにより加圧されることにより、Ｎ2圧送ライン３６を経て分散媒pH調整槽２６へ送液される。
【００５３】
─分散媒濃度調整─
図９は、分散媒の濃度調整をするための機構Ｈを示す図である。機構Ｈは、分散媒ｐＨ調整槽２６を備えている。この分散媒ｐＨ調整槽２６には、高濃度廃液ライン２０１と、バルブＶ２９およびポンプＰ８が介設された高濃度廃液ライン２０２と、バルブＶ２５が介設されたＮ2圧送ライン３６とが接続されている。また、分散媒ｐＨ調整槽２６には、ポンプＰ９が介設された攪拌用循環ライン４２と、分散媒濃度計３９と、固形分濃度計４０とが取り付けられている。また、分散媒ｐＨ調整槽２６には、バルブＶ３８を付設したゼータ電位測定機３８と、バルブＶ２６とバルブＶ２７とを付設した調整後の高濃度廃液の組成を確認するためのサンプリングポート３７とが取り付けられている。このサンプリングポート３７は、調整槽２６の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００５４】
機構Ｆにおいて処理された高濃度廃液はポンプＰ５によって高濃度廃液ライン２０１を経て、分散媒pH調整槽２６へ送られる。また、分散媒の濃度（pH）調整のため、分散媒調整剤がＮ2圧送ライン３６からこの分散媒pH調整槽２６へ投入される。このとき、高濃度廃液は攪拌用循環ライン４２で循環されることにより、攪拌されることになる。また、分散媒pH調整槽２６内においては、分散媒濃度計３９によって分散媒中の分散媒濃度が計測される。この計測された分散媒濃度に基づき、分散媒調整剤の添加量をフィードバック制御することにより、分散媒の濃度管理を行う。また、ゼータ電位測定機３８により、分散媒の濃度変化によって生じる高濃度廃液の組成変化をモニターする。さらに、固形分濃度計４０により、分散媒調整剤の添加による固形分濃度の変化をモニターする。なお、分散媒濃度計３９に代えて、pH計を用いることもできる。
【００５５】
─分散剤投入機構─
図１０は、分散剤を投入するための機構Ｉを示す図である。機構Ｉは、分散剤貯蔵槽７１によって構成されている。分散剤貯蔵槽７１には、分散剤Ｎ2圧送ライン４８と、バルブＶ３１が介設されたＮ2投入ライン４９と、バルブＶ３１′が介設された分散剤投入ライン５０とが接続されている。
【００５６】
再分散工程で使用される分散剤（アニオン性高分子界面活性剤）は、分散剤投入ライン５０から投入され、分散剤貯蔵槽７１に貯蔵される。この分散剤は、Ｎ2投入ライン４９から供給されるＮ2によって圧送されることにより、分散剤Ｎ2圧送ライン４８を経て再分散槽４５へ投入される。
【００５７】
─再分散工程─
図１１は、研磨粒子を再分散するための機構Ｊを示す図である。機構Ｊは、再分散槽４５によって構成され、再分散槽４５には、電磁気処理装置４３およびバルブＶ３０が介設された高濃度廃液ライン２０２と、バルブＶ３２が介設された分散剤Ｎ2圧送ライン４８と、バルブＶ３４およびポンプＰ１２が介設された再生液ライン５１とが接続されている。また、再分散槽４５の側壁には、超音波発振板４６が取り付けられている。さらに、再分散槽４５には、ポンプＰ１０が介設された攪拌用循環ライン４７と、粒度分布測定機６４と、固形分濃度測定機６５とが取り付けられている。また、再分散槽４５には、バルブＶ３３を付設したゼータ電位測定機６９と、バルブＶ３９とバルブＶ４０とを付設した再生液の組成を確認するためのサンプリングポート５６とが取り付けられている。このサンプリングポート５６は、再分散槽４５の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００５８】
第１の実施形態においては、研磨粒子の２次粒子等が凝集することにより形成される粗大粒子を除去するのではなく、この粗大粒子を１次粒子または２次粒子にまで再分散する。したがって、廃液中に含まれる研磨粒子のほとんど（９８％以上）を再度利用できることになる。また、以下に述べる処理で用いるフィルター５５の目詰まりを防止できるという利点もある。
【００５９】
第１の実施形態においては、電磁気、超音波、および分散剤を利用することにより、粗大粒子を再分散する。ただし、電磁気、超音波、および分散剤のうち少なくともいずれか１つを利用しても粗大粒子を再分散することもできる。また、電磁気、超音波、または分散剤を併用してもよい。
【００６０】
高濃度廃液は、ポンプＰ８により高濃度廃液ライン２０２を経て、分散媒pH調整槽２６から再分散槽４５へ送られる。この際には、高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０２に介設された電磁気処理装置４３内を通過する。この電磁気処理装置４３内で、電磁気的に高濃度廃液中の粗大粒子が再分散される。
【００６１】
また、再分散槽４５においては、高濃度廃液中の粗大粒子は、超音波発振板４６から発振される超音波によっても再分散される。なお、再分散のためには、超音波の条件は、４００〜８００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚとするのが望ましい。
【００６２】
さらに、分散剤供給ライン４８から分散剤を、高濃度廃液に対して約０．１wt%〜２wt%程度（例えば０．５wt%）の濃度となるように投入する。この分散剤には、凝集した粒子の帯電状態を変化させることにより、各粒子を相互に引き離す作用がある。よって、高濃度廃液中の粗大粒子は、投入された分散剤により、さらにきめ細やかに再分散されることになる。また、分散剤には、粒子のゼータ電位を高くすることにより、粒子の凝集を防ぐ作用もある。よって、いったん再分散された研磨粒子の凝集を、分散剤を用いることにより、抑制することもできる。
【００６３】
また、実施形態においては、上述のように、分散剤として、アニオン性高分子界面活性剤を使用している。しかし、研磨粒子として、コロイダルシリカを用いる場合には、特別な分散剤によらないでも、純水を添加すれば、再分散を実現できる。
【００６４】
なお、ポンプＰ１０と攪拌用循環ライン４７とを使用することにより、高濃度廃液全体の粒子の凝集・沈降を防ぎ、粗大粒子を再分散させることができる。したがって、新しい研磨用スラリーの研磨粒子と同等の分散状態をつくることが可能になる。また、ゼータ電位測定機６９、粒度分布測定機６４、固形分濃度測定機６５により高濃度廃液における再分散処理の効果を確認する。
【００６５】
ここで、粒度分布測定機６４による測定結果に基づいて、超音波による再分散の効果について説明する。
【００６６】
図１４は、新しい研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１４に示すように、この粒度分布のばらつきは小さいものであった。また、この粒度分布のメジアン径は、０．１３５μｍであった。
【００６７】
図１５は、攪拌用循環ライン４７中を６時間循環させたまま放置した研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１５に示すように、この粒度分布のばらつきは、図１４に比べ大きくなっている。また、この粒度分布のメジアン径は、０．３７０μｍであり、図１４に比べ大きい。この粒径の増大は、時間がたつとともに粒子が凝集していることに起因するものと考えられる。
【００６８】
図１６は、図１５に示したスラリーに、超音波（６００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚ）に７分間あてた研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１６に示すように、粒度分布のばらつきが小さくなっている。また、この粒度分布のメジアン径は、０．１５μｍであり、小さくなっている。よって、スラリー中において、いったん凝集した粒子が、超音波により、再分散していることがわかる。また、超音波にあてた後の研磨用スラリーの粒度分布は、新しい研磨用スラリーの粒度分布とほぼ同様であるため、超音波による再分散工程により、廃液であるスラリーから新しい研磨用スラリーと同等の研磨能力を有する研磨用スラリーを再生できることもわかる。したがって、第１の実施形態においては、研磨に使用した後の研磨用スラリーから、研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨用スラリーを容易に再生できることになる。
【００６９】
図１７は、超音波を印加することなく攪拌用循環ライン４７中を数日間循環させたのみの研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１７に示すように、この粒度分布のばらつきは、図１４から図１７のうちで最も大きいものであった。また、この粒度分布のメジアン径もまた、２．４３μｍであり、図１４から図１７のうちで最大であった。したがって、再分散工程を行わない従来の研磨剤回収装置では、研磨用スラリーの再利用には、不十分であるといえる。
【００７０】
次に、研磨用スラリーをライン中で循環させた場合におけるスラリー中の粒子の粒径と時間との関係について説明する。
【００７１】
図１８は、スラリー中の粒子の粒径と時間との関係を示す図である。図１８に示すように、時間が長くなるにつれ、粒径が大きくなる。ゆえに、研磨粒子として使用できる粒子の粒径の上限は、０．４５μｍであることを考慮すると、研磨用スラリーを使用することができる時間は、１２時間しかないことになる。しかし、上述のように、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置によれば、再分散により、粒子の粒径を小さくすることができる。よって、従来は、時間が長すぎるために、研磨用スラリーとしては使うことできなかった廃液を、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置を用いることにより、研磨用スラリーとして再生することができる。
【００７２】
─再生液と新液調合槽─
図１２は、再分散後の高濃度廃液（以下では再生液という。）と新しい研磨用スラリーとを混合するための機構Ｋを示す図である。機構Ｋは、新スラリー・再生スラリー調合槽５３によって構成されており、新スラリー・再生スラリー調合槽５３には、再生液ライン５１と、ポンプＰ１４およびバルブＶ３５が介設された新スラリー投入ライン５２と、ポンプＰ１３およびバルブＶ３６が介設された調合液供給ライン８０とが接続されている。また、新スラリー・再生スラリー調合槽５３には、ポンプＰ１１が介設された攪拌用循環ライン５４が付設されている。さらに、新スラリー・再生スラリー調合槽５３には、バルブＶ４１とバルブＶ４２とを付設した調合を行った後の再生液の組成を確認するためのサンプリングポート５７が取り付けられている。このサンプリングポート５７は、新スラリー・再生スラリー調合槽５３の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００７３】
研磨用スラリーとして使用するには、一定量以上の研磨粒子が再生液に含まれていることが必要である。よって、機構Ｋにおいては、新しい研磨用スラリーとの調合を行う。再分散処理を行った再生液はポンプＰ１２によって再生液ライン５１を経て、新スラリー・再生スラリー調合槽５３へ投入される。この新スラリー・再生スラリー調合槽５３において、ポンプＰ１４によって新スラリー投入ライン５２から投入された新しい研磨用スラリーと再生液とが調合される。ポンプＰ１１、攪拌用循環ライン５４を用いることにより、槽内の再生液の攪拌、混合を行う。
【００７４】
─再生された研磨用スラリーの供給─
図１３は、新しい研磨用スラリーと混合して得られた再生された研磨用スラリー（再生液）を供給するための機構Ｌを示す図である。機構Ｌは、フィルター５５とスラリー供給槽５９とによって構成されている。フィルター５５とスラリー供給槽５９とは、スラリー比重計５８およびバルブＶ３７が介設された調合液供給ライン２０３により接続されている。このフィルター５５には、調合液供給ライン２０３の他に、調合液供給ライン８０が接続されている。また、スラリー供給槽５９には、調合液供給ライン２０３の他に、ポンプＰ１４が介設されたスラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２が接続されている。このスラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２は、バルブＶ３８を介してスラリー供給ライン６３に接続されている。さらに、スラリー供給槽５９には、粒度分布測定機６０とゼータ電位測定機６１とが取り付けられている。
【００７５】
再生液中の不純物は、機構Ｅにおけるフィルター１８により既に除去されている。しかし、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置内で発生したパーティクルが供給前の再生液内に混入している可能性がある。このパーティクルは、研磨に悪影響を及ぼすものである。したがって、研磨に悪影響を及ぼすパーティクルを、フィルター５５を用いて除去する。このフィルター５５は粗大パーティクルを捕捉し、かつ、研磨粒子の濃度に影響を及ぼさないことが必要とされるため、フィルター１８と同様に、１００μｍ以上２００μｍ以下のポアー直径のフィルターを使用するのが望ましい。第１の実施形態では、１２０μｍのフィルターを使用する。フィルター５５を再生液が通過した後、研磨粒子の濃度の変化が無いことをスラリー比重計５８（固形分濃度計でもよい）により確認することにより、再生液を管理する。なお、フィルター５５による不純物除去後の再生液においては、新しい研磨用スラリーの９９％以上の濃度となる研磨粒子が含まれている。
【００７６】
フィルター５５を通った再生液は、調合液供給ライン２０３を経てスラリー供給槽５９へ送られた後、貯蔵される。スラリー供給槽５９においては、粒度分布測定機６０、ゼータ電位測定機６１により再生液の組成の管理が行われる。ポンプＰ１４によってスラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２中を再生液を循環させ、スラリー供給ライン６３に流路を分岐することにより、再生液をＣＭＰ装置に供給する。また、常時タンク内のスラリーを連続循環させていると、研磨粒子の粒子径が成長し、マイクロスクラッチの原因となるため、それを軽減させる間欠循環を行う。すなわち、第１の実施形態では、１時間に１回、５〜１０分程度の循環を行う。なお、スラリー供給ライン６３に濾過装置を設けることにより、再生液中の微細な不純物を除いた上で、再生液をＣＭＰ装置に供給することもできる。
【００７７】
─密閉式タンク─
なお、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置においては、すべてのタンクは密閉式のものである。これは、タンク内のスラリーが空気などに触れることにより、スラリーの組成変化が起こらないようにし、また、タンク内壁にスラリーが乾燥することにより、固着しないようにするためである。
【００７８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る研磨剤の回収および再生の各機構Ａ〜Ｌの構造および処理内容は、第１の実施形態のものとほぼ同じである。そこで、第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点のみを説明する。
【００７９】
─微小不純物および微小研磨粒子の除去─
図１９は、微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構Ｆを示す図である。機構Ｆは、廃液タンク２０、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、および攪拌用循環・温調・濾過ライン２２からなる。廃液タンク２０の側壁には、超音波発振板９１が取り付けられ、廃液タンク２０内には、超音波発振機９０が設置されている。また、廃液タンク２０には、高濃度廃液ライン１９が、また、バルブＶ１５を介して閉ループ上の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２が、接続されている。また、廃液タンク２０には、バルブＶ１２とバルブＶ１３とを付設した廃液の組成変化を確認するためのサンプリングポート２１が取り付けられている。このサンプリングポート２１は、廃液タンク２０の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。さらに、環状の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２には、バルブＶ１５′、ポンプＰ４、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、固形分濃度測定機２４、およびスラリー温度計２５が備えられている。また、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２は、バルブＶ１４およびポンプＰ５が介設された高濃度廃液ライン２０１により、分散媒pH調整槽２６に接続されている。
【００８０】
機構Ｅにおける粗大不純物の除去の後、高濃度廃液は高濃度廃液ライン１９を経て、廃液タンク２０へ送られる。廃液タンク２０内において、高濃度廃液中の粗大粒子は、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの超音波により、研磨に有効な二次粒子の粒径となるよう再分散される。この超音波処理により、以下の処理において用いる精密濾過膜６８の目詰まりが抑制される。したがって、精密濾過膜６８により、研磨に有効な粒子が除去されることがほとんどなくなるため、第２の実施形態に係る研磨剤の再生装置においては、一度使用された研磨粒子をより効率よく再生することができる。また、精密濾過膜６８の使用寿命が長くなるという利点もある。
【００８１】
次に、ポンプＰ４により、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２中においてこの高濃度廃液を強制的に循環させている。この循環により、高濃度廃液は攪拌されることになる。
【００８２】
また、この際に、精密濾過膜６８（ポアー直径が０．２５μｍである中空糸膜を使用）により、高濃度廃液の濾過を行う。濾過により、高濃度廃液中の微小不純物および微小研磨粒子（研磨中に劣化した微小な研磨粒子）を除去するためである。
【００８３】
さらに、熱交換槽２３により、高濃度廃液の温度を制御する。スラリーの組成はその温度に依存して変化するからである。つまり、スラリーの温度が極度に低下したときは、スラリーがゲル化するため、そのスラリーの再生は不可能となる。また、スラリーの温度の極度の上昇や低下により、分散媒（ＮＨ3など）の状態が不安定になるため、研磨粒子の凝集が起こる。したがって、これらを抑制するため、スラリー温度計２５を用いて、高濃度廃液の温度を管理する。また、固形分濃度測定機２４を用いて、高濃度廃液中の固形分の濃度を測定、管理する。
【００８４】
─再分散工程─
図２０は、研磨粒子を再分散するための機構Ｊを示す図である。機構Ｊは、再分散槽４５によって構成され、再分散槽４５には、電磁気処理装置４３およびバルブＶ３０が介設された高濃度廃液ライン２０２と、バルブＶ３２が介設された分散剤Ｎ2圧送ライン４８と、バルブＶ３４およびポンプＰ１２が介設された再生液ライン５１とが接続されている。また、再分散槽４５の側壁には、超音波発振板４６が取り付けられ、再分散槽４５内にも、超音波発振機９２が設置されている。さらに、再分散槽４５には、ポンプＰ１０が介設された攪拌用循環ライン４７と、粒度分布測定機６４と、固形分濃度測定機６５とが取り付けられている。また、再分散槽４５には、バルブＶ３３を付設したゼータ電位測定機６９と、バルブＶ３９とバルブＶ４０とを付設した再生液の組成を確認するためのサンプリングポート５６とが取り付けられている。このサンプリングポート５６は、再分散槽４５の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００８５】
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、電磁気、超音波、および分散剤を利用することにより、粗大粒子を再分散する。ただし、電磁気、超音波、および分散剤のうち少なくともいずれか１つを利用しても粗大粒子を再分散することもできる。また、電磁気、超音波、または分散剤を併用してもよい。
【００８６】
高濃度廃液は、ポンプＰ８により高濃度廃液ライン２０２を経て、分散媒pH調整槽２６から再分散槽４５へ送られる。この際には、高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０２に介設された電磁気処理装置４３内を通過する。この電磁気処理装置４３内で、電磁気的に高濃度廃液中の粗大粒子が再分散される。
【００８７】
また、再分散槽４５においては、高濃度廃液中の粗大粒子は、超音波発振板４６と超音波発振機９２との双方から発振される超音波によっても再分散される。なお、再分散のためには、超音波の条件は、４００〜８００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚとするのが望ましい。第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態においては、再分散槽４５の側壁だけでなく、再分散槽４５内の高濃度廃液中にも超音波発振機９２が設けられているため、超音波を高濃度廃液全体にまんべんなく印加することができる。
【００８８】
さらに、分散剤供給ライン４８から分散剤を、高濃度廃液に対して投入する。この分散剤には、凝集した粒子の帯電状態を変化させることにより、各粒子を相互に引き離す作用がある。よって、高濃度廃液中の粗大粒子は、投入された分散剤により、さらにきめ細やかに再分散されることになる。また、分散剤には、粒子のゼータ電位を高くすることにより、粒子の凝集を防ぐ作用もある。よって、いったん再分散された研磨粒子の凝集を、分散剤を用いることにより、抑制することもできる。
【００８９】
また、実施形態においては、上述のように、分散剤として、アニオン性高分子界面活性剤を使用している。しかし、研磨粒子として、ヒュームドシリカを用いる場合には、特別な分散剤によらないでも、純水を添加すれば、再分散を実現できる。
【００９０】
なお、ポンプＰ１０と攪拌用循環ライン４７とを使用することにより、高濃度廃液全体の粗大粒子を再分散させることができる。したがって、新しい研磨用スラリーの研磨粒子と同等の分散状態をつくることが可能になる。また、ゼータ電位測定機６９、粒度分布測定機６４、固形分濃度測定機６５により高濃度廃液における再分散処理の効果を確認する。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の研磨剤の再生装置又は研磨剤の再生方法によれば、化学機械的研磨に使用された研磨剤から、研磨剤中の研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るＣＭＰ装置および研磨剤の再生装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係るＣＭＰ装置およびＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液を回収するための機構を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る低濃度廃液のpHを調整をするための機構を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る処理済みの低濃度廃液を貯蔵するための機構を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る高濃度廃液中の研磨粒子以外の固形物を除くための機構を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る分散媒調整剤の濃度を調節するための機構を示す図である。
【図９】第１の実施形態に係る分散媒の濃度調整をするための機構を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係る分散剤を投入するための機構を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に係る研磨粒子を再分散するための機構を示す図である。
【図１２】第１の実施形態に係る再分散後の高濃度廃液と新しい研磨用スラリーとを混合するための機構を示す図である。
【図１３】第１の実施形態に係る新しい研磨用スラリーと混合して得られた再生された研磨用スラリー（再生液）を供給するための機構を示す図である。
【図１４】新しい研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１５】攪拌用循環ライン中を６時間循環させたまま放置した研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１６】攪拌用循環ライン中を６時間循環させたまま放置した研磨用スラリーに超音波（６００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚ）に７分間あてた研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１７】超音波を印加することなく攪拌用循環ライン中を数日間循環させたのみの研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１８】スラリー中の粒子の粒径と時間との関係を示す図である。
【図１９】第２の実施形態に係る微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構を示す図である。
【図２０】第２の実施形態に係る研磨粒子を再分散するための機構を示す図である。
【図２１】特開平８−１１５８９２号公報に開示されている従来の研磨剤回収装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
１ スラリー供給ライン
２ ドレインパン
３ 高濃度廃液ライン
４ 廃液ライン
５ 低濃度廃液回収ライン
６ 高濃度廃液回収ライン
７ 中和剤投入ライン
８ 第１中和槽
９ 攪拌機
１０ ｐＨ計
１１ 処理済低濃度廃液ライン
１２ 第2中和槽
１３ 低濃度廃液ライン
１４ 再生装置逆洗用水貯蔵槽
１５ 排水ライン
１６ 再生装置逆洗用水供給ライン
１７ 廃液中継槽
１８ フィルター
１９ 高濃度廃液ライン
２０ 廃液タンク
２１ サンプリングポート
２２ 攪拌用循環・温調・濾過ライン
２３ 熱交換槽
２４ 固形分濃度測定機
２５ スラリー温度計
２６ 分散媒ｐＨ調整槽
２７ Ｎ2供給ライン
２８ 希釈液供給ライン
２９ 分散媒調整剤投入ライン
３０ 希釈液バッファータンク
３１ 分散媒調整剤バッファータンク
３２ 第１分散媒希釈・供給タンク
３３ 第２分散媒希釈・供給タンク
３４ 第１定量供給ライン
３５ 第２定量供給ライン
３６ Ｎ2圧送ライン
３７ サンプリングポート
３８ ゼータ電位測定機
３９ 分散媒濃度計
４０ 固形分濃度計
４２ 攪拌用循環ライン
４３ 電磁気処理装置
４５ 再分散槽
４６ 超音波発振板
４７ 攪拌用循環ライン
４８ 分散剤Ｎ2圧送ライン
４９ Ｎ2投入ライン
５０ 分散剤投入ライン
５１ 再生液ライン
５２ 新スラリー投入ライン
５３ 新スラリー・再生スラリー調合槽
５４ 攪拌用循環ライン
５５ フィルター
５６ サンプリングポート
５７ サンプリングポート
５８ スラリー比重計
５９ スラリー供給槽
６０ 粒度分布測定機
６１ ゼータ電位測定機
６２ スラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン
６３ スラリー供給ライン
６４ 粒度分布測定機
６５ 固形分濃度測定機
６６ 分散媒調整剤濃度制御装置
６８ 精密濾過膜
６９ ゼータ電位測定機
７０ サンプリングポート
７１ 分散剤貯蔵槽
８０ 調合液供給ライン
９０ 超音波発振機
９１ 超音波発振板
９２ 超音波発振機
１００ ＣＭＰ装置
１０１ ヘッド
１０２ ウエーハ
１０３ 研磨布
１０４ 定盤（プラテン）
２０１ 高濃度廃液ライン
２０２ 高濃度廃液ライン
２０３ 調合液供給ライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行なうために使用される研磨剤を回収、再利用するための再生装置および再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上にトランジスタ等を形成する製造工程において、層間絶縁膜の平坦化などの目的で、研磨粒子としてのヒュームドシリカやコロイダルシリカをアンモニア水溶液のようなアルカリ性溶液などに分散させてなるスラリーを研磨剤として用いた化学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing, CMP）を行なって、基板平坦度を高く維持する技術が知られている。
【０００３】
研磨粒子であるコロイダルシリカの１次粒子の粒径は２０〜３０ｎｍである。これらの１次粒子が凝集することにより、粒径が２００ｎｍ程度のコロイダルシリカの２次粒子が形成される。また、ヒュームドシリカは、製造当初に得られた粒子を粉砕し、２００ｎｍ程度にしている。
【０００４】
一度研磨に使用されたスラリーには、研磨中に劣化した研磨粒子、パッドコンディショニングにより発生したパッド片、研磨により発生した被研磨物片等の不純物が含まれている。また、研磨時、廃液回収時の急激なpH変化や外部からのエネルギーにより、２次粒子の凝集した粒径７００〜１５００ｎｍの粗大粒子もこのスラリー中には存在している。この様に一度研磨に使用されたスラリーには均一性の悪い研磨や研磨傷（マイクロスクラッチ）の原因となるものが多く含まれている。そのため、通常、一度研磨に使用されたスラリーは回収された後、廃棄される。
【０００５】
最近、スラリーを用いた化学機械的研磨が多用されるようになったため、環境負荷や、廃棄物処理費用の増大が懸念されている。そこで、１度研磨に使用したスラリーを回収した後、再生することにより再利用する試みがなされている。
【０００６】
例えば、図２１は、特開平８−１１５８９２号公報に開示されている従来の研磨剤回収装置の構造を示す図である。
【０００７】
この研磨剤回収装置においては、まず、被処理液槽５０１中の使用済み研磨用スラリーを精密濾過装置５０２に導入することにより、スラリー中の粒径が５００ｎｍを越える粗大不純物、および粒径が５００ｎｍを越える凝集した研磨粒子を除去する。精密濾過装置５０２のフィルターを通過しなかった粒子を含むスラリーを被処理液槽５０１に戻した後に、再び、被処理液槽５０１中のスラリーを精密濾過装置５０２に導入する。この循環を繰り返すことにより、粗大不純物および凝集した研磨粒子の濃度が大きくなったスラリーは、廃液路に排出される。
【０００８】
次に、精密濾過装置５０２中のフィルターを通過したスラリーを、中間処理液槽５０３を経て、限外濾過装置５０４に導入することにより、スラリー中の粒径が数１０ｎｍ未満の微細不純物、および粒径が数１０ｎｍ未満の微細研磨粒子を除去する。この際に、限外濾過装置５０４のフィルターを通過しなかった粒子を含むスラリーを、中間処理液槽５０３に戻すことにより、スラリーを循環させる。循環を繰り返した後に、微細不純物、および微細研磨粒子が除去された粒径が数１０ｎｍ〜５００ｎｍの研磨粒子を回収する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の研磨剤回収装置においては、研磨粒子を主に含む粗大粒子や、研磨粒子の２次粒子等からなる固形分の相当量が、精密濾過装置により除去される。このため、限外濾過装置および精密濾過装置のフィルターのポアー直径の適切な選択と組み合わせとが重要である。例えば、フィルターの目詰まりを防ぐために、精密濾過装置のフィルターのポアー直径を大きくすると、本来除去すべき上記粗大粒子あるいは不純物の除去能力が低下し、結果として研磨傷を発生させ、一方、ポアー直径を小さくすると、研磨粒子の１次粒子、２次粒子を含む固形分の数十％まで捕獲してしまうため、フィルターの目詰まりにより、研磨剤の回収・供給が停止してしまうからである。
【００１０】
これを防ぐための方法として、例えば特開平１０―１１８８９９に記載された発明のように、粗大粒子の粒径より大きい２５〜１００μｍのポアー直径であるワインドタイプのフィルターを用いることにより、ゲル等の不純物の架橋による急速な目詰まりを抑制しながら研磨屑、不純物、および粗大粒子を除去する方法がある。この発明により、フィルターの目詰まりはある程度抑制することができるが、粗大粒子を構成する固形分の一部である研磨粒子も失われる。よって、ＣＭＰ装置から排出される研磨用スラリーを、従来の研磨剤回収装置を用いて、繰り返し再生した場合には、スラリー中の研磨粒子が再生するごとに失われるため、研磨粒子の回収率は非常に低くならざるをえない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、電磁気、超音波、および分散剤を用いて、研磨粒子等が凝集することにより生成する粗大粒子を再び分散（以下、再分散という。）することにより、研磨に使用した後の研磨剤から、研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる研磨剤の再生装置とその方法とを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る研磨剤の再生方法は、化学機械的研磨装置を用いて化学機械的研磨に使用され、回収された研磨剤の研磨により生じる高濃度の不純物を含んだ高濃度廃液と、研磨後に上記化学機械的研磨装置内を洗浄する際に生じる低濃度の不純物を含んだ低濃度廃液とを回収ラインを切り替えて分離する工程（ａ）と、上記高濃度廃液から上限値以上の粒径を持つ研磨粒子以外の粗大不純物を除去する工程（ｂ）と、上記高濃度廃液から下限値以下の粒径を持つ微小不純物及び微小研磨粒子を除去する工程（ｃ）と、上記高濃度廃液中の分散媒のpHを調整する工程（ｄ）と、上記高濃度廃液中に分散剤を投入し、超音波を印加し、ポンプを介設された攪拌用循環ラインを用いて、上記研磨粒子が凝集することにより形成された粗大粒子を上記研磨粒子に再分散させる工程（ｅ）とを備えている。
【００１５】
これにより、上記化学機械的研磨に使用された研磨剤から、凝集によって粗大化した研磨粒子があっても、再分散して研磨に適する径の粒子になる。よって、上記研磨剤中の研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる。
【００１７】
本発明の研磨剤の再生方法において、上記分散剤として、研磨剤にアンモニア性高分子界面活性剤を加えることが好ましい。
【００１８】
本発明の研磨剤の再生方法において、上記超音波として、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの条件下で発振されるものを用いることが好ましい。
【００１９】
本発明の研磨剤の再生方法において、研磨剤中の微小研磨粒子を除去する前に、上記再分散を行うことにより、上記研磨剤中の微小研磨粒子を除去する際の精密濾過膜の目詰まりを抑制できる。よって、精密濾過膜の使用寿命が長くなるという利点もある。
【００２２】
本発明に係る研磨剤の再生装置は、化学機械的研磨装置を用いて化学機械的研磨に使用され、回収された研磨剤の研磨により生じる高濃度の不純物を含んだ高濃度廃液と、研磨後に上記化学機械的研磨装置内を洗浄する際に生じる低濃度の不純物を含んだ低濃度廃液とを回収ラインを切り替えて分離する機構（ｆ）と、上記高濃度廃液から上限値以上の粒径を持つ研磨粒子以外の粗大不純物を除去する機構（ｇ）と、上記高濃度廃液から下限値以下の粒径を持つ微小不純物及び微小研磨粒子を除去する機構（ｈ）と、上記高濃度廃液中の分散媒のpHを調整をする機構（ｉ）と、上記高濃度廃液中に分散剤を投入し、超音波を印加し、ポンプを介設された攪拌用循環ラインを用いて、上記研磨粒子が凝集することにより形成された粗大粒子を上記研磨粒子に再分散させる機構（ｊ）とを備えている。
【００２３】
これにより、上記化学機械的研磨に使用された研磨剤から、凝集によって粗大化した研磨粒子があっても、再分散して研磨に適する径の粒子になる。よって、上記研磨剤中の研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる。
【００２５】
本発明の研磨剤の再生装置において、上記機構（ｇ）において用いるフィルターのポアー直径は、１００μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
本発明の研磨剤の再生装置において、上記分散剤として、研磨剤にアンモニア性高分子界面活性剤を加えるように構成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の研磨剤の再生装置において、上記超音波として、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの条件下で発振されるものを用いることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について概説する。
【００３０】
図１は、第１の実施形態に係るＣＭＰ装置および研磨剤の再生装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、この研磨剤の再生装置は、ＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液を回収するための機構Ａと、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構Ｂと、低濃度廃液のpHを調整をするための機構Ｃと、処理済みの低濃度廃液を貯蔵するための機構Ｄと、高濃度廃液中の研磨粒子以外の固形物を除くための機構Ｅと、微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構Ｆと、分散媒調整剤の濃度を調節するための機構Ｇと、分散媒の濃度調整をするための機構Ｈと、分散剤を投入するための装置Ｉと、研磨粒子を再分散するための機構Ｊと、再分散後の高濃度廃液と新しい研磨用スラリーとを混合するための機構Ｋと、再生された研磨用スラリーを供給するための機構Ｌとを備えている。
【００３１】
研磨用スラリーは、スラリー供給ライン１を経て、ＣＭＰ装置に供給される。ＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液は、機構Ａにおいて回収され、廃液ライン４を経て、機構Ｂにおいて低濃度廃液と高濃度廃液とに分離される。低濃度廃液は、低濃度廃液ライン５を経て、機構Ｃに送られる。機構ＣにおいてそのpHが調整された後に、研磨剤の再生装置を洗浄するために、機構Ｄに送られ、貯蔵される。一方、高濃度廃液は、高濃度廃液回収ライン６を経て、機構Ｅに送られる。機構Ｅにおいては、濾過により研磨粒子以外の固形物が除かれる。その後、この高濃度廃液は、高濃度廃液ライン１９を経て、機構Ｆに送られる。機構Ｆにおいては、濾過等により微小不純物および微小研磨粒子が除かれる。次に、この高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０１を経て、機構Ｈに送られる。この機構Ｈにおいては、高濃度廃液中の分散媒の濃度調整のため、高濃度廃液と分散媒調整剤との混合が行われる。なお、この分散媒調整剤は、機構Ｇにおいてその濃度が調整された後に、Ｎ2圧送ライン３６を経て、機構Ｈに供給される。次に、この高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０２を経て、機構Ｊに送られる。この機構Ｊにおいて、分散剤、超音波、または電磁気により高濃度廃液中の研磨粒子が再分散される。なお、この分散剤は、機構Ｉに貯蔵された後、分散剤Ｎ2圧送ライン４８を経て、機構Ｊに投入される。次に、この再分散後の廃液は、再生液ライン５１を経て、機構Ｋにおいて新しい研磨用スラリーと混合される。その後、その再生された研磨用スラリーは、調合液供給ライン８０を経て、機構Ｌにおいて、貯蔵される。
【００３２】
なお、第１の実施形態では、上記研磨粒子としてヒュームドシリカ、上記分散媒としてアンモニアＮＨ3の１％水溶液、上記分散媒調整剤としてアンモニアＮＨ3の２９％水溶液、上記分散剤としてアニオン性高分子界面活性剤を使用する。
【００３３】
次に、第１の実施形態に係る研磨剤の回収および再生の各機構Ａ〜Ｌの構造および処理内容について説明する。
【００３４】
─廃液回収─
図２は、ＣＭＰ装置１００およびＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液を回収するための機構Ａを示す図である。ＣＭＰ装置１００においては、スラリー供給ライン１から供給された研磨用スラリーを用いて、ウエハの化学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing, CMP）が行われる。このＣＭＰ装置１００においては、定盤（プラテン）１０４の上に研磨布１０３が敷かれている。また、研磨布（パッド）１０３の上には、ヘッド１０１に押しつけられたウエーハ１０２が設置されている。一方、機構Ａは、ドレインパン２と、ドレインパン２に接続されて下方に延びる廃液ライン４とによって構成されている。
【００３５】
ＣＭＰ装置１００においては、研磨用スラリーを、スラリー供給ライン１から研磨布（パッド）１０３上に供給し、また、定盤（プラテン）１０４とヘッド１０１とを同方向に回転させる。このとき、研磨用スラリーによる化学反応と、研磨布（パッド）１０３─ウエーハ１０２間の押圧による機械的作用とにより、ウエーハ１０２の研磨が進む。
【００３６】
なお、ＣＭＰ装置１００から生じたスラリー廃液は、２種類に大別できる。一方は、通常の研磨等により生じる高濃度の不純物を含んだスラリー廃液（高濃度廃液）であり、他方は、研磨後にＣＭＰ装置内を純水で洗浄する際等に生じる低濃度の不純物を含んだスラリー廃液（低濃度廃液）である。
【００３７】
このＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液は、ドレインパン２によって回収される。回収されたスラリー廃液は、廃液ライン４を経て、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構Ｂに送られる。
【００３８】
─低濃度廃液と高濃度廃液との分離─
図３は、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構Ｂを示す図である。機構Ｂは、廃液ライン４と、廃液ライン４の端部に接続された低濃度廃液回収ライン５と、廃液ライン４の端部に接続された高濃度廃液回収ライン６とによって構成され、各ライン４、５、６によりＴ字形の交叉部を形成している。また、低濃度廃液回収ライン５には、バルブＶ１が備えられ、高濃度廃液回収ライン６には、バルブＶ２が備えられている。
【００３９】
廃液ライン４を経て、機構Ｂに送られたスラリー廃液は、バルブＶ１あるいはバルブＶ２の開閉により低濃度廃液と高濃度廃液とに分離される。すなわち、ＣＭＰ装置１００から生じるスラリー廃液が低濃度廃液であるか、あるいは高濃度廃液であるかは、上述のように、ＣＭＰ装置１００における工程によって決まるため、低濃度廃液が生ずる工程のときは、バルブＶ１を開き、バルブＶ２を閉じる一方、高濃度廃液が生ずる工程のときは、バルブＶ２を開き、バルブＶ１を閉じることにより、低濃度廃液と高濃度廃液とを分離することができる。この機構Ｂは、ＣＭＰ装置と連動して制御されており、研磨に使用された研磨用スラリーの約８０％を高濃度廃液として回収するためのシーケンス制御が構築されている。
【００４０】
─低濃度廃液の処理─
図４は、低濃度廃液のpHを調整をするための機構Ｃを示す図である。機構Ｃは、第１中和槽８と第２中和槽１２とによって構成されている。第１中和槽８には、低濃度廃液回収ライン５が接続されている。また、第２中和槽１２には、ポンプＰ２およびバルブＶ６が介設された処理済低濃度廃液ライン１１が接続されている。また、第１中和槽８と第２中和槽１２とは、ポンプＰ１とバルブＶ５とが介設された低濃度廃液ライン１３により接続されている。さらに、第１中和槽８と第２中和槽１２との双方には、バルブＶ３とバルブＶ４とが介設された中和剤投入ライン７が接続され、攪拌機９と、pH計１０とが付設されれている。
【００４１】
機構Ｂにおいて分離された低濃度廃液は、低濃度廃液ライン５を経て、第１中和槽８へ投入される。第１中和槽８内において、攪拌機９により低濃度廃液を攪拌しながら、中和剤投入ライン７から中和剤を投入することにより、低濃度廃液は中和される。第１の実施形態では、研磨用スラリーの分散媒としてアンモニアの水溶液を用いているため、中和剤としては、硫酸を使用する。なお、分散媒として酸性の溶液を用いるときには、中和剤としては、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）の水溶液を使用する。このとき、pH計１０によって計測された低濃度廃液のpHの測定結果をフィードバックしてバルブＶ３の開閉を行うことにより、投入する中和剤の量を調節する。こうして、中和処理は精密に行われることとなる。その後、第１中和槽で中和された低濃度廃液は、低濃度廃液ライン１３を経て、第２中和槽１２へ投入される。第１中和槽８における手法と同様の手法により、第２中和槽１２においても、pH計による中和の確認と、pHの管理とが行われる。十分な中和処理が行われた後に、この処理済低濃度廃液は、ポンプＰ２を用いることにより、処理済処理済低濃度廃液ライン１１を経て再生装置逆洗用水貯蔵槽１４へ送られる。
【００４２】
─処理済低濃度廃液の使用法─
図５は、処理済みの低濃度廃液を貯蔵するための機構Ｄを示す図である。機構Ｄにおいては、再生装置逆洗用水貯蔵槽１４が、処理済処理済低濃度廃液ライン１１、排水ライン１５、および再生装置逆洗用水供給ライン１６と接続されている。排水ライン１５には、バルブＶ７が介設され、また、再生装置逆洗用水供給ライン１６には、バルブＶ８が介設されている。
【００４３】
処理済低濃度廃液は、処理済処理済低濃度廃液ライン１１を経て再生装置逆洗用水貯蔵槽１４へ送られた後、その再生装置逆洗用水貯蔵槽１４に貯蔵される。この処理済低濃度廃液中には不純物が少ないこと、および処理済低濃度廃液は中性であることにより、処理済低濃度廃液は、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置内の濾過装置の逆洗、各槽、および配管の洗浄等に使用される。具体的には、供給ライン１６から供給され、以下に述べる廃液中継槽１７、フィルター１８、廃液タンク廃液タンク２０、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２、分散媒pH調整槽２６、再分散槽４５、新スラリー・再生スラリー調合槽５３、スラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２、スラリー供給ライン６３、および精密濾過膜６８等の洗浄等に使用する。また、この研磨剤の再生装置は、この処理済低濃度廃液により、配管、タンク、フィルター等、スラリーと接触する全ての箇所を洗浄できるよう構成されている。なお、排水の際には、排水ライン１５を使用して排水される。
【００４４】
─高濃度廃液中の粗大不純物の除去─
図６は、高濃度廃液中の研磨粒子以外の固形物を除くための機構Ｅを示す図である。機構Ｅは、廃液中継槽１７とフィルター１８とによって構成されている。廃液中継槽１７には、高濃度廃液回収ライン６が接続されている。また、フィルター１８には、バルブＶ１１が介設された高濃度廃液ライン１９とが接続されている。さらに、廃液中継槽１７とフィルター１８とは、上流側から順にバルブＶ９と、ポンプＰ３と、バルブＶ１０とが介設された高濃度廃液ライン３により互いに接続されている。
【００４５】
機構Ｂによって分離された高濃度廃液は、廃液ライン６を経て廃液中継槽１７へ送られる。廃液中継槽１７が一定量になった時点で、ポンプＰ３によって廃液中継槽１７内の高濃度廃液はフィルター１８へ送られる。このフィルター１８の役割は、高濃度廃液中に混入している不純物（パッドコンディショニング時に発生するパッド片、研磨によって発生する被研磨物片等）、すなわち、研磨特性に悪影響を及ぼすもので研磨用スラリーに含まれる研磨粒子以外の粗大不純物を除去することである。第１の実施形態では、１２０μｍのポアー直径のものを使用する。上述のように、研磨用スラリー中の研磨粒子であるシリカの２次粒子の直径は約２００nmであるため、研磨粒子を主成分とする粒子は、ほとんど除去されることない。したがって、フィルター１８により高濃度廃液を濾過しても、研磨粒子の減少は１％以下に抑えられる。また、このフィルター１８のポアー直径は１００μｍ以上２００μｍ以下とするのが望ましい。
【００４６】
─微小不純物および微小研磨粒子の除去─
図７は、微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構Ｆを示す図である。機構Ｆは、廃液タンク２０、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、および攪拌用循環・温調・濾過ライン２２からなる。また、廃液タンク２０には、高濃度廃液ライン１９が、また、バルブＶ１５を介して閉ループ上の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２が、接続されている。また、廃液タンク２０には、バルブＶ１２とバルブＶ１３とを付設した廃液の組成変化を確認するためのサンプリングポート２１が取り付けられている。このサンプリングポート２１は、廃液タンク２０の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。さらに、環状の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２には、バルブＶ１５′、ポンプＰ４、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、固形分濃度測定機２４、およびスラリー温度計２５が備えられている。また、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２は、バルブＶ１４およびポンプＰ５が介設された高濃度廃液ライン２０１により、分散媒pH調整槽２６に接続されている。
【００４７】
機構Ｅにおける粗大不純物の除去の後、高濃度廃液は高濃度廃液ライン１９を経て、廃液タンク２０へ送られる。次に、ポンプＰ４により、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２中においてこの高濃度廃液を強制的に循環させている。この循環により、高濃度廃液は攪拌されることになる。
【００４８】
また、この際に、精密濾過膜６８（ポアー直径が０．２５μｍである中空糸膜を使用）により、高濃度廃液の濾過を行う。濾過により、高濃度廃液中の微小不純物および微小研磨粒子（研磨中に劣化した微小な研磨粒子）を除去するためである。
【００４９】
さらに、熱交換槽２３により、高濃度廃液の温度を制御する。スラリーの組成はその温度に依存して変化するからである。つまり、スラリーの温度が極度に低下したときは、スラリーがゲル化するため、そのスラリーの再生は不可能となる。また、スラリーの温度の極度の上昇や低下により、分散媒（ＮＨ3など）の状態が不安定になるため、研磨粒子の凝集が起こる。したがって、これらを抑制するため、スラリー温度計２５を用いて、高濃度廃液の温度を管理する。また、固形分濃度測定機２４を用いて、高濃度廃液中の固形分の濃度を管理する。
【００５０】
─分散媒調整液濃度コントロール─
図８は、分散媒調整剤の濃度を調節するための機構Ｇを示す図である。機構Ｇは、希釈液バッファータンク３０、分散媒調整剤バッファータンク３１、第１分散媒希釈・供給タンク３２、および第２分散媒希釈・供給タンク３３からなる。希釈液バッファータンク３０には、バルブＶ２１が介設された希釈液投入ライン２８と、ポンプＰ６、バルブＶ５０、およびバルブＶ１６が介設された第１定量供給ライン３４との各一端が接続されている。分散媒調整剤バッファータンク３１には、バルブＶ２２が介設された分散媒調整剤投入ライン２９と、ポンプＰ７、バルブＶ１７、およびバルブＶ１８が介設された第２定量供給ライン３５との各一端が接続されている。第１分散媒希釈・供給タンク３２には、バルブＶ１９が介設されたＮ2供給ライン２７と、第１定量供給ライン３４と、第２定量供給ライン３５と、バルブＶ２３が介設されたＮ２圧送ライン３６とが接続されている。第２分散媒希釈・供給タンク３３には、バルブＶ２０が介設されたＮ2供給ライン２７と、第１定量供給ライン３４と、第２定量供給ライン３５と、バルブＶ２４が介設されたＮ2圧送ライン３６とが接続されている。なお、２個の分散媒希釈・供給タンク３２、３３を設けたのは、メンテナンス等の場合を考慮したためである。
【００５１】
再生された研磨用スラリー中の固形分である研磨粒子の量の減少を防ぐために、再生された研磨用スラリー中の分散媒（アンモニアＮＨ3の水溶液）の濃度（pH）を調整することが必要である。このためには、高濃度廃液中に分散媒の濃度を調整するための薬剤、すなわち分散媒調整剤（例えば、アンモニアＮＨ3の２９％水溶液）を添加する必要がある。機構Ｇにおいては、この分散媒調整剤の濃度の調節を行う。
【００５２】
分散媒調整剤投入ライン２９から投入された分散媒調整剤は、調整剤バファータンク３１に一時的に貯蔵される。濃度の調節に使用される希釈剤は、希釈液投入ライン２８から投入され、希釈液バファータンク３０に一時的に貯蔵される。これらはポンプＰ６、Ｐ７（定量ポンプ）によって定量供給ライン３４、３５を経て分散媒調整剤希釈・供給タンク３２、３３へ送液される。分散媒調整剤希釈・供給タンク３２、３３内で適切な濃度に調節された分散媒調整剤は、Ｎ2供給ライン２７から供給された窒素（Ｎ2）ガスにより加圧されることにより、Ｎ2圧送ライン３６を経て分散媒pH調整槽２６へ送液される。
【００５３】
─分散媒濃度調整─
図９は、分散媒の濃度調整をするための機構Ｈを示す図である。機構Ｈは、分散媒ｐＨ調整槽２６を備えている。この分散媒ｐＨ調整槽２６には、高濃度廃液ライン２０１と、バルブＶ２９およびポンプＰ８が介設された高濃度廃液ライン２０２と、バルブＶ２５が介設されたＮ2圧送ライン３６とが接続されている。また、分散媒ｐＨ調整槽２６には、ポンプＰ９が介設された攪拌用循環ライン４２と、分散媒濃度計３９と、固形分濃度計４０とが取り付けられている。また、分散媒ｐＨ調整槽２６には、バルブＶ３８を付設したゼータ電位測定機３８と、バルブＶ２６とバルブＶ２７とを付設した調整後の高濃度廃液の組成を確認するためのサンプリングポート３７とが取り付けられている。このサンプリングポート３７は、調整槽２６の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００５４】
機構Ｆにおいて処理された高濃度廃液はポンプＰ５によって高濃度廃液ライン２０１を経て、分散媒pH調整槽２６へ送られる。また、分散媒の濃度（pH）調整のため、分散媒調整剤がＮ2圧送ライン３６からこの分散媒pH調整槽２６へ投入される。このとき、高濃度廃液は攪拌用循環ライン４２で循環されることにより、攪拌されることになる。また、分散媒pH調整槽２６内においては、分散媒濃度計３９によって分散媒中の分散媒濃度が計測される。この計測された分散媒濃度に基づき、分散媒調整剤の添加量をフィードバック制御することにより、分散媒の濃度管理を行う。また、ゼータ電位測定機３８により、分散媒の濃度変化によって生じる高濃度廃液の組成変化をモニターする。さらに、固形分濃度計４０により、分散媒調整剤の添加による固形分濃度の変化をモニターする。なお、分散媒濃度計３９に代えて、pH計を用いることもできる。
【００５５】
─分散剤投入機構─
図１０は、分散剤を投入するための機構Ｉを示す図である。機構Ｉは、分散剤貯蔵槽７１によって構成されている。分散剤貯蔵槽７１には、分散剤Ｎ2圧送ライン４８と、バルブＶ３１が介設されたＮ2投入ライン４９と、バルブＶ３１′が介設された分散剤投入ライン５０とが接続されている。
【００５６】
再分散工程で使用される分散剤（アニオン性高分子界面活性剤）は、分散剤投入ライン５０から投入され、分散剤貯蔵槽７１に貯蔵される。この分散剤は、Ｎ2投入ライン４９から供給されるＮ2によって圧送されることにより、分散剤Ｎ2圧送ライン４８を経て再分散槽４５へ投入される。
【００５７】
─再分散工程─
図１１は、研磨粒子を再分散するための機構Ｊを示す図である。機構Ｊは、再分散槽４５によって構成され、再分散槽４５には、電磁気処理装置４３およびバルブＶ３０が介設された高濃度廃液ライン２０２と、バルブＶ３２が介設された分散剤Ｎ2圧送ライン４８と、バルブＶ３４およびポンプＰ１２が介設された再生液ライン５１とが接続されている。また、再分散槽４５の側壁には、超音波発振板４６が取り付けられている。さらに、再分散槽４５には、ポンプＰ１０が介設された攪拌用循環ライン４７と、粒度分布測定機６４と、固形分濃度測定機６５とが取り付けられている。また、再分散槽４５には、バルブＶ３３を付設したゼータ電位測定機６９と、バルブＶ３９とバルブＶ４０とを付設した再生液の組成を確認するためのサンプリングポート５６とが取り付けられている。このサンプリングポート５６は、再分散槽４５の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００５８】
第１の実施形態においては、研磨粒子の２次粒子等が凝集することにより形成される粗大粒子を除去するのではなく、この粗大粒子を１次粒子または２次粒子にまで再分散する。したがって、廃液中に含まれる研磨粒子のほとんど（９８％以上）を再度利用できることになる。また、以下に述べる処理で用いるフィルター５５の目詰まりを防止できるという利点もある。
【００５９】
第１の実施形態においては、電磁気、超音波、および分散剤を利用することにより、粗大粒子を再分散する。ただし、電磁気、超音波、および分散剤のうち少なくともいずれか１つを利用しても粗大粒子を再分散することもできる。また、電磁気、超音波、または分散剤を併用してもよい。
【００６０】
高濃度廃液は、ポンプＰ８により高濃度廃液ライン２０２を経て、分散媒pH調整槽２６から再分散槽４５へ送られる。この際には、高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０２に介設された電磁気処理装置４３内を通過する。この電磁気処理装置４３内で、電磁気的に高濃度廃液中の粗大粒子が再分散される。
【００６１】
また、再分散槽４５においては、高濃度廃液中の粗大粒子は、超音波発振板４６から発振される超音波によっても再分散される。なお、再分散のためには、超音波の条件は、４００〜８００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚとするのが望ましい。
【００６２】
さらに、分散剤供給ライン４８から分散剤を、高濃度廃液に対して約０．１wt%〜２wt%程度（例えば０．５wt%）の濃度となるように投入する。この分散剤には、凝集した粒子の帯電状態を変化させることにより、各粒子を相互に引き離す作用がある。よって、高濃度廃液中の粗大粒子は、投入された分散剤により、さらにきめ細やかに再分散されることになる。また、分散剤には、粒子のゼータ電位を高くすることにより、粒子の凝集を防ぐ作用もある。よって、いったん再分散された研磨粒子の凝集を、分散剤を用いることにより、抑制することもできる。
【００６３】
また、実施形態においては、上述のように、分散剤として、アニオン性高分子界面活性剤を使用している。しかし、研磨粒子として、コロイダルシリカを用いる場合には、特別な分散剤によらないでも、純水を添加すれば、再分散を実現できる。
【００６４】
なお、ポンプＰ１０と攪拌用循環ライン４７とを使用することにより、高濃度廃液全体の粒子の凝集・沈降を防ぎ、粗大粒子を再分散させることができる。したがって、新しい研磨用スラリーの研磨粒子と同等の分散状態をつくることが可能になる。また、ゼータ電位測定機６９、粒度分布測定機６４、固形分濃度測定機６５により高濃度廃液における再分散処理の効果を確認する。
【００６５】
ここで、粒度分布測定機６４による測定結果に基づいて、超音波による再分散の効果について説明する。
【００６６】
図１４は、新しい研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１４に示すように、この粒度分布のばらつきは小さいものであった。また、この粒度分布のメジアン径は、０．１３５μｍであった。
【００６７】
図１５は、攪拌用循環ライン４７中を６時間循環させたまま放置した研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１５に示すように、この粒度分布のばらつきは、図１４に比べ大きくなっている。また、この粒度分布のメジアン径は、０．３７０μｍであり、図１４に比べ大きい。この粒径の増大は、時間がたつとともに粒子が凝集していることに起因するものと考えられる。
【００６８】
図１６は、図１５に示したスラリーに、超音波（６００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚ）に７分間あてた研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１６に示すように、粒度分布のばらつきが小さくなっている。また、この粒度分布のメジアン径は、０．１５μｍであり、小さくなっている。よって、スラリー中において、いったん凝集した粒子が、超音波により、再分散していることがわかる。また、超音波にあてた後の研磨用スラリーの粒度分布は、新しい研磨用スラリーの粒度分布とほぼ同様であるため、超音波による再分散工程により、廃液であるスラリーから新しい研磨用スラリーと同等の研磨能力を有する研磨用スラリーを再生できることもわかる。したがって、第１の実施形態においては、研磨に使用した後の研磨用スラリーから、研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨用スラリーを容易に再生できることになる。
【００６９】
図１７は、超音波を印加することなく攪拌用循環ライン４７中を数日間循環させたのみの研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。図１７に示すように、この粒度分布のばらつきは、図１４から図１７のうちで最も大きいものであった。また、この粒度分布のメジアン径もまた、２．４３μｍであり、図１４から図１７のうちで最大であった。したがって、再分散工程を行わない従来の研磨剤回収装置では、研磨用スラリーの再利用には、不十分であるといえる。
【００７０】
次に、研磨用スラリーをライン中で循環させた場合におけるスラリー中の粒子の粒径と時間との関係について説明する。
【００７１】
図１８は、スラリー中の粒子の粒径と時間との関係を示す図である。図１８に示すように、時間が長くなるにつれ、粒径が大きくなる。ゆえに、研磨粒子として使用できる粒子の粒径の上限は、０．４５μｍであることを考慮すると、研磨用スラリーを使用することができる時間は、１２時間しかないことになる。しかし、上述のように、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置によれば、再分散により、粒子の粒径を小さくすることができる。よって、従来は、時間が長すぎるために、研磨用スラリーとしては使うことできなかった廃液を、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置を用いることにより、研磨用スラリーとして再生することができる。
【００７２】
─再生液と新液調合槽─
図１２は、再分散後の高濃度廃液（以下では再生液という。）と新しい研磨用スラリーとを混合するための機構Ｋを示す図である。機構Ｋは、新スラリー・再生スラリー調合槽５３によって構成されており、新スラリー・再生スラリー調合槽５３には、再生液ライン５１と、ポンプＰ１４およびバルブＶ３５が介設された新スラリー投入ライン５２と、ポンプＰ１３およびバルブＶ３６が介設された調合液供給ライン８０とが接続されている。また、新スラリー・再生スラリー調合槽５３には、ポンプＰ１１が介設された攪拌用循環ライン５４が付設されている。さらに、新スラリー・再生スラリー調合槽５３には、バルブＶ４１とバルブＶ４２とを付設した調合を行った後の再生液の組成を確認するためのサンプリングポート５７が取り付けられている。このサンプリングポート５７は、新スラリー・再生スラリー調合槽５３の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００７３】
研磨用スラリーとして使用するには、一定量以上の研磨粒子が再生液に含まれていることが必要である。よって、機構Ｋにおいては、新しい研磨用スラリーとの調合を行う。再分散処理を行った再生液はポンプＰ１２によって再生液ライン５１を経て、新スラリー・再生スラリー調合槽５３へ投入される。この新スラリー・再生スラリー調合槽５３において、ポンプＰ１４によって新スラリー投入ライン５２から投入された新しい研磨用スラリーと再生液とが調合される。ポンプＰ１１、攪拌用循環ライン５４を用いることにより、槽内の再生液の攪拌、混合を行う。
【００７４】
─再生された研磨用スラリーの供給─
図１３は、新しい研磨用スラリーと混合して得られた再生された研磨用スラリー（再生液）を供給するための機構Ｌを示す図である。機構Ｌは、フィルター５５とスラリー供給槽５９とによって構成されている。フィルター５５とスラリー供給槽５９とは、スラリー比重計５８およびバルブＶ３７が介設された調合液供給ライン２０３により接続されている。このフィルター５５には、調合液供給ライン２０３の他に、調合液供給ライン８０が接続されている。また、スラリー供給槽５９には、調合液供給ライン２０３の他に、ポンプＰ１４が介設されたスラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２が接続されている。このスラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２は、バルブＶ３８を介してスラリー供給ライン６３に接続されている。さらに、スラリー供給槽５９には、粒度分布測定機６０とゼータ電位測定機６１とが取り付けられている。
【００７５】
再生液中の不純物は、機構Ｅにおけるフィルター１８により既に除去されている。しかし、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置内で発生したパーティクルが供給前の再生液内に混入している可能性がある。このパーティクルは、研磨に悪影響を及ぼすものである。したがって、研磨に悪影響を及ぼすパーティクルを、フィルター５５を用いて除去する。このフィルター５５は粗大パーティクルを捕捉し、かつ、研磨粒子の濃度に影響を及ぼさないことが必要とされるため、フィルター１８と同様に、１００μｍ以上２００μｍ以下のポアー直径のフィルターを使用するのが望ましい。第１の実施形態では、１２０μｍのフィルターを使用する。フィルター５５を再生液が通過した後、研磨粒子の濃度の変化が無いことをスラリー比重計５８（固形分濃度計でもよい）により確認することにより、再生液を管理する。なお、フィルター５５による不純物除去後の再生液においては、新しい研磨用スラリーの９９％以上の濃度となる研磨粒子が含まれている。
【００７６】
フィルター５５を通った再生液は、調合液供給ライン２０３を経てスラリー供給槽５９へ送られた後、貯蔵される。スラリー供給槽５９においては、粒度分布測定機６０、ゼータ電位測定機６１により再生液の組成の管理が行われる。ポンプＰ１４によってスラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン６２中を再生液を循環させ、スラリー供給ライン６３に流路を分岐することにより、再生液をＣＭＰ装置に供給する。また、常時タンク内のスラリーを連続循環させていると、研磨粒子の粒子径が成長し、マイクロスクラッチの原因となるため、それを軽減させる間欠循環を行う。すなわち、第１の実施形態では、１時間に１回、５〜１０分程度の循環を行う。なお、スラリー供給ライン６３に濾過装置を設けることにより、再生液中の微細な不純物を除いた上で、再生液をＣＭＰ装置に供給することもできる。
【００７７】
─密閉式タンク─
なお、第１の実施形態に係る研磨剤の再生装置においては、すべてのタンクは密閉式のものである。これは、タンク内のスラリーが空気などに触れることにより、スラリーの組成変化が起こらないようにし、また、タンク内壁にスラリーが乾燥することにより、固着しないようにするためである。
【００７８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る研磨剤の回収および再生の各機構Ａ〜Ｌの構造および処理内容は、第１の実施形態のものとほぼ同じである。そこで、第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点のみを説明する。
【００７９】
─微小不純物および微小研磨粒子の除去─
図１９は、微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構Ｆを示す図である。機構Ｆは、廃液タンク２０、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、および攪拌用循環・温調・濾過ライン２２からなる。廃液タンク２０の側壁には、超音波発振板９１が取り付けられ、廃液タンク２０内には、超音波発振機９０が設置されている。また、廃液タンク２０には、高濃度廃液ライン１９が、また、バルブＶ１５を介して閉ループ上の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２が、接続されている。また、廃液タンク２０には、バルブＶ１２とバルブＶ１３とを付設した廃液の組成変化を確認するためのサンプリングポート２１が取り付けられている。このサンプリングポート２１は、廃液タンク２０の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。さらに、環状の攪拌用循環・温調・濾過ライン２２には、バルブＶ１５′、ポンプＰ４、精密濾過膜６８、熱交換槽２３、固形分濃度測定機２４、およびスラリー温度計２５が備えられている。また、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２は、バルブＶ１４およびポンプＰ５が介設された高濃度廃液ライン２０１により、分散媒pH調整槽２６に接続されている。
【００８０】
機構Ｅにおける粗大不純物の除去の後、高濃度廃液は高濃度廃液ライン１９を経て、廃液タンク２０へ送られる。廃液タンク２０内において、高濃度廃液中の粗大粒子は、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの超音波により、研磨に有効な二次粒子の粒径となるよう再分散される。この超音波処理により、以下の処理において用いる精密濾過膜６８の目詰まりが抑制される。したがって、精密濾過膜６８により、研磨に有効な粒子が除去されることがほとんどなくなるため、第２の実施形態に係る研磨剤の再生装置においては、一度使用された研磨粒子をより効率よく再生することができる。また、精密濾過膜６８の使用寿命が長くなるという利点もある。
【００８１】
次に、ポンプＰ４により、攪拌用循環・温調・濾過ライン２２中においてこの高濃度廃液を強制的に循環させている。この循環により、高濃度廃液は攪拌されることになる。
【００８２】
また、この際に、精密濾過膜６８（ポアー直径が０．２５μｍである中空糸膜を使用）により、高濃度廃液の濾過を行う。濾過により、高濃度廃液中の微小不純物および微小研磨粒子（研磨中に劣化した微小な研磨粒子）を除去するためである。
【００８３】
さらに、熱交換槽２３により、高濃度廃液の温度を制御する。スラリーの組成はその温度に依存して変化するからである。つまり、スラリーの温度が極度に低下したときは、スラリーがゲル化するため、そのスラリーの再生は不可能となる。また、スラリーの温度の極度の上昇や低下により、分散媒（ＮＨ3など）の状態が不安定になるため、研磨粒子の凝集が起こる。したがって、これらを抑制するため、スラリー温度計２５を用いて、高濃度廃液の温度を管理する。また、固形分濃度測定機２４を用いて、高濃度廃液中の固形分の濃度を測定、管理する。
【００８４】
─再分散工程─
図２０は、研磨粒子を再分散するための機構Ｊを示す図である。機構Ｊは、再分散槽４５によって構成され、再分散槽４５には、電磁気処理装置４３およびバルブＶ３０が介設された高濃度廃液ライン２０２と、バルブＶ３２が介設された分散剤Ｎ2圧送ライン４８と、バルブＶ３４およびポンプＰ１２が介設された再生液ライン５１とが接続されている。また、再分散槽４５の側壁には、超音波発振板４６が取り付けられ、再分散槽４５内にも、超音波発振機９２が設置されている。さらに、再分散槽４５には、ポンプＰ１０が介設された攪拌用循環ライン４７と、粒度分布測定機６４と、固形分濃度測定機６５とが取り付けられている。また、再分散槽４５には、バルブＶ３３を付設したゼータ電位測定機６９と、バルブＶ３９とバルブＶ４０とを付設した再生液の組成を確認するためのサンプリングポート５６とが取り付けられている。このサンプリングポート５６は、再分散槽４５の底面から約５ｃｍ上の位置に１箇所、液面より約１０ｃｍ下の位置に１箇所の計２箇所に設けられている。
【００８５】
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、電磁気、超音波、および分散剤を利用することにより、粗大粒子を再分散する。ただし、電磁気、超音波、および分散剤のうち少なくともいずれか１つを利用しても粗大粒子を再分散することもできる。また、電磁気、超音波、または分散剤を併用してもよい。
【００８６】
高濃度廃液は、ポンプＰ８により高濃度廃液ライン２０２を経て、分散媒pH調整槽２６から再分散槽４５へ送られる。この際には、高濃度廃液は、高濃度廃液ライン２０２に介設された電磁気処理装置４３内を通過する。この電磁気処理装置４３内で、電磁気的に高濃度廃液中の粗大粒子が再分散される。
【００８７】
また、再分散槽４５においては、高濃度廃液中の粗大粒子は、超音波発振板４６と超音波発振機９２との双方から発振される超音波によっても再分散される。なお、再分散のためには、超音波の条件は、４００〜８００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚとするのが望ましい。第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態においては、再分散槽４５の側壁だけでなく、再分散槽４５内の高濃度廃液中にも超音波発振機９２が設けられているため、超音波を高濃度廃液全体にまんべんなく印加することができる。
【００８８】
さらに、分散剤供給ライン４８から分散剤を、高濃度廃液に対して投入する。この分散剤には、凝集した粒子の帯電状態を変化させることにより、各粒子を相互に引き離す作用がある。よって、高濃度廃液中の粗大粒子は、投入された分散剤により、さらにきめ細やかに再分散されることになる。また、分散剤には、粒子のゼータ電位を高くすることにより、粒子の凝集を防ぐ作用もある。よって、いったん再分散された研磨粒子の凝集を、分散剤を用いることにより、抑制することもできる。
【００８９】
また、実施形態においては、上述のように、分散剤として、アニオン性高分子界面活性剤を使用している。しかし、研磨粒子として、ヒュームドシリカを用いる場合には、特別な分散剤によらないでも、純水を添加すれば、再分散を実現できる。
【００９０】
なお、ポンプＰ１０と攪拌用循環ライン４７とを使用することにより、高濃度廃液全体の粗大粒子を再分散させることができる。したがって、新しい研磨用スラリーの研磨粒子と同等の分散状態をつくることが可能になる。また、ゼータ電位測定機６９、粒度分布測定機６４、固形分濃度測定機６５により高濃度廃液における再分散処理の効果を確認する。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の研磨剤の再生装置又は研磨剤の再生方法によれば、化学機械的研磨に使用された研磨剤から、研磨剤中の研磨粒子のほとんどを失うことなく、かつ、研磨レートの低下や研磨傷の発生がない、新液と同等の研磨性能を有する研磨粒子を含む研磨剤を容易に再生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るＣＭＰ装置および研磨剤の再生装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係るＣＭＰ装置およびＣＭＰ工程により生じたスラリー廃液を回収するための機構を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る低濃度廃液と高濃度廃液とを分離するための機構を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る低濃度廃液のpHを調整をするための機構を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る処理済みの低濃度廃液を貯蔵するための機構を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る高濃度廃液中の研磨粒子以外の固形物を除くための機構を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る分散媒調整剤の濃度を調節するための機構を示す図である。
【図９】第１の実施形態に係る分散媒の濃度調整をするための機構を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係る分散剤を投入するための機構を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に係る研磨粒子を再分散するための機構を示す図である。
【図１２】第１の実施形態に係る再分散後の高濃度廃液と新しい研磨用スラリーとを混合するための機構を示す図である。
【図１３】第１の実施形態に係る新しい研磨用スラリーと混合して得られた再生された研磨用スラリー（再生液）を供給するための機構を示す図である。
【図１４】新しい研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１５】攪拌用循環ライン中を６時間循環させたまま放置した研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１６】攪拌用循環ライン中を６時間循環させたまま放置した研磨用スラリーに超音波（６００Ｗ、１０〜３０ｋＨｚ）に７分間あてた研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１７】超音波を印加することなく攪拌用循環ライン中を数日間循環させたのみの研磨用スラリーの粒度分布を示す図である。
【図１８】スラリー中の粒子の粒径と時間との関係を示す図である。
【図１９】第２の実施形態に係る微小不純物および微小研磨粒子を除去するための機構を示す図である。
【図２０】第２の実施形態に係る研磨粒子を再分散するための機構を示す図である。
【図２１】特開平８−１１５８９２号公報に開示されている従来の研磨剤回収装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
１ スラリー供給ライン
２ ドレインパン
３ 高濃度廃液ライン
４ 廃液ライン
５ 低濃度廃液回収ライン
６ 高濃度廃液回収ライン
７ 中和剤投入ライン
８ 第１中和槽
９ 攪拌機
１０ ｐＨ計
１１ 処理済低濃度廃液ライン
１２ 第2中和槽
１３ 低濃度廃液ライン
１４ 再生装置逆洗用水貯蔵槽
１５ 排水ライン
１６ 再生装置逆洗用水供給ライン
１７ 廃液中継槽
１８ フィルター
１９ 高濃度廃液ライン
２０ 廃液タンク
２１ サンプリングポート
２２ 攪拌用循環・温調・濾過ライン
２３ 熱交換槽
２４ 固形分濃度測定機
２５ スラリー温度計
２６ 分散媒ｐＨ調整槽
２７ Ｎ2供給ライン
２８ 希釈液供給ライン
２９ 分散媒調整剤投入ライン
３０ 希釈液バッファータンク
３１ 分散媒調整剤バッファータンク
３２ 第１分散媒希釈・供給タンク
３３ 第２分散媒希釈・供給タンク
３４ 第１定量供給ライン
３５ 第２定量供給ライン
３６ Ｎ2圧送ライン
３７ サンプリングポート
３８ ゼータ電位測定機
３９ 分散媒濃度計
４０ 固形分濃度計
４２ 攪拌用循環ライン
４３ 電磁気処理装置
４５ 再分散槽
４６ 超音波発振板
４７ 攪拌用循環ライン
４８ 分散剤Ｎ2圧送ライン
４９ Ｎ2投入ライン
５０ 分散剤投入ライン
５１ 再生液ライン
５２ 新スラリー投入ライン
５３ 新スラリー・再生スラリー調合槽
５４ 攪拌用循環ライン
５５ フィルター
５６ サンプリングポート
５７ サンプリングポート
５８ スラリー比重計
５９ スラリー供給槽
６０ 粒度分布測定機
６１ ゼータ電位測定機
６２ スラリー供給・供給タンク内攪拌用循環ライン
６３ スラリー供給ライン
６４ 粒度分布測定機
６５ 固形分濃度測定機
６６ 分散媒調整剤濃度制御装置
６８ 精密濾過膜
６９ ゼータ電位測定機
７０ サンプリングポート
７１ 分散剤貯蔵槽
８０ 調合液供給ライン
９０ 超音波発振機
９１ 超音波発振板
９２ 超音波発振機
１００ ＣＭＰ装置
１０１ ヘッド
１０２ ウエーハ
１０３ 研磨布
１０４ 定盤（プラテン）
２０１ 高濃度廃液ライン
２０２ 高濃度廃液ライン
２０３ 調合液供給ライン
Claims (8)
- 化学機械的研磨装置を用いて化学機械的研磨に使用され、回収された研磨剤の研磨により生じる高濃度の不純物を含んだ高濃度廃液と、研磨後に上記化学機械的研磨装置内を洗浄する際に生じる低濃度の不純物を含んだ低濃度廃液とを回収ラインを切り替えて分離する工程（ａ）と、
上記高濃度廃液から上限値以上の粒径を持つ研磨粒子以外の粗大不純物を除去する工程（ｂ）と、
上記高濃度廃液から下限値以下の粒径を持つ微小不純物及び微小研磨粒子を除去する工程（ｃ）と、
上記高濃度廃液中の分散媒のpHを調整する工程（ｄ）と、
上記高濃度廃液中に分散剤を投入し、超音波を印加し、ポンプを介設された攪拌用循環ラインを用いて、上記研磨粒子が凝集することにより形成された粗大粒子を上記研磨粒子に再分散させる工程（ｅ）とを備えていることを特徴とする研磨剤の再生方法。 - 請求項１記載の研磨剤の再生方法において、
上記分散剤として、研磨剤にアンモニア性高分子界面活性剤を加えることを特徴とする研磨剤の再生方法。 - 請求項１記載の研磨剤の再生方法において、
上記超音波として、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの条件下で発振されるものを用いることを特徴とする研磨剤の再生方法。 - 請求項１記載の研磨剤の再生方法において、
研磨剤中の微小研磨粒子を除去する前に、上記再分散を行うことを特徴とする研磨剤の再生方法。 - 化学機械的研磨装置を用いて化学機械的研磨に使用され、回収された研磨剤の研磨により生じる高濃度の不純物を含んだ高濃度廃液と、研磨後に上記化学機械的研磨装置内を洗浄する際に生じる低濃度の不純物を含んだ低濃度廃液とを回収ラインを切り替えて分離する機構（ｆ）と、
上記高濃度廃液から上限値以上の粒径を持つ研磨粒子以外の粗大不純物を除去する機構（ｇ）と、
上記高濃度廃液から下限値以下の粒径を持つ微小不純物及び微小研磨粒子を除去する機構（ｈ）と、
上記高濃度廃液中の分散媒のpHを調整をする機構（ｉ）と、
上記高濃度廃液中に分散剤を投入し、超音波を印加し、ポンプを介設された攪拌用循環ラインを用いて、上記研磨粒子が凝集することにより形成された粗大粒子を上記研磨粒子に再分散させる機構（ｊ）とを備えていることを特徴とした化学機械的研磨に使用された研磨剤の再生装置。 - 請求項５記載の研磨剤の再生装置において、
上記機構（ｇ）において用いるフィルターのポアー直径は、１００μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする研磨剤の再生装置。 - 請求項５記載の研磨剤の再生装置において、
上記分散剤として、研磨剤にアンモニア性高分子界面活性剤を加えるように構成されていることを特徴とする研磨剤の再生装置。 - 請求項５記載の研磨剤の再生装置において、
上記超音波として、１０〜３０ｋＨｚ、４００〜８００Ｗの条件下で発振されるものを用いることを特徴とする研磨剤の再生装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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