JP4234806B2 - スラリーの分離方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ、石英ガラス、ガリウム系ウェーハ等やマスク材等の処理工程等広く半導体産業から発生するスラリーを、微粒子と液とに効果的に分離できるようにしたスラリーの分離方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体産業等においてシリコンウェーハ、石英ガラス、ガリウム系ウェーハ等を切断、切削、研磨等の処理を行う工程では、水（純水）或いは油等の液を供給しながら上記処理を行うようにしており、従って前記処理工程では微粒子（及び粗粒子）と液（水或いは油）とが混合した微粒子混合スラリーが廃液として発生しており、このスラリーは微粒子と液とに分離することにより、微粒子又は液、或いはその両者を再利用することが考えられている。
【０００３】
この種のスラリーを微粒子と液とに分離する方法としては、特開平５−２４５４７１号公報記載の方法、及び特開平９−１６８９７１号公報記載の方法が知られている。
【０００４】
特開平５−２４５４７１号公報記載の分離方法は、油分を含む廃水を遠心分離装置或いは浮上分離装置により油分とエマルジョンとに分離し、油分は回収し、エマルジョンはセラミック分離膜を備えた濾過装置の一次側に供給し、分離膜の二次側から処理水を取出すとともに、一次側の濃縮水が所定濃度になるまで濾過装置の一次側に濃縮水を循環供給するようにしている。
【０００５】
また、特開平９−１６８９７１号公報記載の分離方法は、ワイヤソーより排出された廃スラリーをデカンタに搬送して廃スラリーから砥粒を分離回収し、その後フィルタに搬送して切り粉等を分離するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記前者である特開平５−２４５４７１号公報記載の方法、及び後者である特開平９−１６８９７１号公報記載の従来の方法は、何れも下記に示すような問題を有していた。
【０００７】
ここで、遠心分離機は、微粒子と液との比重差が大きい、或いは微粒子の混合濃度が高い場合には非常に効果的に且つ高能率に分離できるという利点がある反面、微細な微粒子は分離が困難であるという欠点を有する。
【０００８】
また、フィルタによる濾過は、微細な微粒子も分離できるという利点がある反面、分離処理速度が低く、そのために処理量を増大しようとすると装置が大掛かりになってしまい、また、極端に微粒子濃度が低いスラリー或いは極端に微粒子濃度が高いスラリーを濾過する場合には更に処理速度が低くなって装置が更に大掛かりになってしまうという欠点がある。
【０００９】
前者では、油分を含む廃水を、遠心分離装置或いは浮上分離装置によって油分とエマルジョンとに分離し、このエマルジョンを、セラミック分離膜を備えた濾過装置に導いて循環させることによって濃縮するようにしているために、濃縮に時間が掛かり、所定の処理量を得るためには濾過器を大型のものとする必要がある。また、エマルジョンをセラミック分離膜を用いて濃縮する方法では、脱水率を高めてフレーク（或いはケーク）のような状態で取り出すことは不可能である。
【００１０】
又、このように濃縮したエマルジョンをフレーク等にして取り出すためには、従来方法では凝集剤などの濾過補助材をエマルジョンに添加し、凝集物をフィルタにより加圧脱水することによってフレークを得ることが行われているが、この方法は連続した分離作業を行うことができず、しかも濾過補助剤を含有したフレークは再利用できなかったり、濾過補助剤を含有した分離液は河川等へ放流することが規制によりできない場合があった。
【００１１】
また、後者では、ワイヤソーから排出された廃スラリーをデカンタに搬送して廃スラリーから砥粒を分離回収し、その後フィルタに搬送して切り粉等を分離するようにしており、従って前記デカンタに供給する廃スラリー中の微粒子の濃度が低い場合には、所定の処理量を得るためにデカンタを大型化したり或いは回転数を増大する必要があるという問題がある。
【００１２】
また、砥粒を回収したスラリーをフィルタに搬送して切り粉等を分離するようにしているために、通常のフィルタでは加圧に制限が有るために濃縮に時間が掛かり、所定の処理量を得るためには濾過器を大型のものとする必要がある。
【００１３】
このように、従来の方法は、何れも効果的な分離が行える構成とはなっておらず処理速度が低く、よって所定の処理量を得るためには装置を大型化する必要があるといった問題を有していた。
【００１４】
本発明は、かかる従来装置のもつ問題点を解決すべくなしたもので、装置のもつ特長を活かした構成とすることによって、小型の装置にてスラリーを再利用可能な微粒子と液とに効果的に分離することができるようにしたスラリーの分離方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、シリコンウェーハ、石英ガラス、ガリウム系ウェーハ及びマスク材の処理工程から発生する微粒子混合スラリーを微粒子と液とに分離するスラリーの分離方法であって、前記微粒子混合スラリーの粒度分布が０．０２μｍ〜７μｍであり、該微粒子混合スラリーを細孔径０．０２μｍ〜０．１μｍのセラミックフィルタに導いてスラリー濃度２ｐｐｍ以下の清浄液と濃縮スラリーとに分離した後、濃縮スラリーを遠心分離機に導いて連続的に微粒子フレークと分離液とに分離することを特徴とするスラリーの分離方法、に係るものである。
【００１６】
請求項２記載の発明は、シリコンウェーハ、石英ガラス、ガリウム系ウェーハ及びマスク材の処理工程から発生する微粒子混合スラリーを微粒子と液とに分離するスラリーの分離装置であって、粒度分布が０．０２μｍ〜７μｍである前記微粒子混合スラリーを一時貯留するスラリー貯留タンクと、該スラリー貯留タンクのスラリーを導入してスラリー濃度２ｐｐｍ以下の清浄液と濃縮スラリーとに分離する細孔径０．０２μｍ〜０．１μｍのセラミックフィルタと、該セラミックフィルタにて分離した濃縮スラリーを導入して微粒子フレークと分離液とに連続的に分離する遠心分離機とを備えたことを特徴とするスラリーの分離装置、に係るものである。
【００１７】
請求項１及び２記載の発明では、セラミックフィルタは、スラリーから清浄液を分離して濃縮スラリーにするという得意な作業を行い、且つ遠心分離機は濃縮スラリーを微粒子フレークと分離液とに分離するという得意な作業を行うようにしているので、小型の装置によってスラリーの分離を連続して効果的に行える。分離した清浄液及び微粒子フレークは、再利用することができる。
【００１８】
また、遠心分離機で分離した分離液をスラリー貯留タンクに戻すようにすると、廃液の発生を防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００２０】
図１は本発明を実施する形態の一例を示す系統ブロック図であり、図中１は、シリコンウェーハ、石英ガラス、ガリウム系ウェーハ等を切断、切削、研磨等の処理を行う処理装置であり、該処理装置１の各工程において使用されて微粒子が混合された使用済みのスラリー２は、スラリー貯留タンク３に一時貯留するようにしている。４はスラリー貯留タンク３内に微粒子が沈殿されないように攪拌するための攪拌羽根である。
【００２１】
スラリー貯留タンク３のスラリー２は、ポンプ５を介してセラミックフィルタ６に供給することにより、清浄液７と濃縮スラリー８とに分離するようにしている。図中９は前記セラミックフィルタ６に間欠的に圧縮空気を送って前記セラミックフィルタ６のセラミック膜を逆洗し、同時に濃縮スラリー８を排出するようになっている逆洗装置である。
【００２２】
図２は、該セラミックフィルタ６を構成するセラミック膜１０の形状例を示したものである。セラミック膜１０は、六角柱形状を有している支持体に形成された約４〜６ｍｍ前後の多数のスラリー導入口１１を内表面に備えており該スラリー導入口１１に供給されたスラリー２は、液のみがセラミック膜１０の細孔（気径約０．０１〜１μｍ前後）を通って清浄液７となって滲み出すようになっている。セラミック膜１０の細孔を通過できない微粒子は、前記した逆洗によって濃縮スラリー８となって排出されるクロスフロー濾過やセミデッドエンド濾過（半全量濾過）等の濾過を行うようになっている（半全量濾過については必要であれば特許第２６８９０６５号参照）。
【００２３】
前記セラミックフィルタ６で分離された濃縮スラリー８は、例えばデカンタ型のような遠心分離機１２によって、微粒子フレーク１３と分離液１４とに連続的に分離するようにしている。
【００２４】
また、遠心分離機１２で分離された分離液１４は、ポンプ１５により前記スラリー貯留タンク３に戻されるようになっている。但し、スキミング形遠心分離等の強制排出可能な分離器では、ポンプ１５を使用せずに、分離液１４をタンク３に戻すようにしている。
【００２５】
図１に示した形態例によれば、セラミックフィルタ６は、スラリー２から清浄液７を分離して濃縮スラリー８にするという得意な作業を行い、且つ遠心分離機１２はセラミックフィルタ６によって微粒子濃度が高められた濃縮スラリー８を微粒子フレーク１３と分離液１４とに分離するという得意な作業を行うようにしているので、小型の装置によってスラリー２の分離を連続して効果的に行うことができる。
【００２６】
前記セラミックフィルタ６で分離された清浄液７は、微粒子を殆ど含んでいないので、前記処理装置１に供給して処理工程で再利用することができ、また遠心分離機１２で分離される微粒子フレーク１３は、例えば、含水率４０％以下にまで低下させることができ、よって前記微粒子に不純物等が含有されていない場合には、前記微粒子フレーク１３を有効に再利用することができる。
【００２７】
また、前記したように、遠心分離機１２で分離した分離液１４をスラリー貯留タンク３に戻すようにすると、図１の構成から出てくるものは清浄液７と微粒子フレーク１３のみとなり、廃液等の発生を防止できるので廃液の処理等を全く無くすことができる。
【００２８】
図３は本発明の別の形態例を示したもので、スラリー中の微粒子濃度が低濃度の場合のスラリー２ａの分離を行う場合を示している。
【００２９】
図３に示すように、セラミックフィルタ６の前段に、スラリー貯留タンク３からの低濃度のスラリー２ａを受けて微粒子濃度を増加させたスラリー２'（スラリー２）と上澄液７'（清浄液７）とに分離するようにした沈降槽１６を設け、該沈降槽１６で分離されて微粒子濃度が増加されたスラリー２'を、ポンプ１７により前記セラミックフィルタ６に供給するようにしている。図中１８は分離堰である。
【００３０】
図３の形態例によれば、スラリー中の微粒子濃度が低い場合に、そのスラリー２ａを沈降槽１６に導いて微粒子濃度を増加させたスラリー２'（スラリー２）と上澄液７'（清浄液７）とに分離するようにしているので、簡単な設備で微粒子濃度を高めることができる。また、このようにして微粒子濃度を高めたスラリー２'は、セラミックフィルタ６によって効果的に分離されることになるのでセラミックフィルタ６を小型のものとすることができる。更にその他については図１の場合と同様に作用することができる。
【００３１】
図４は、本発明の更に別の形態例を示したもので、スラリー中の微粒子濃度が高濃度の場合のスラリー２ｂの分離を行う場合を示している。
【００３２】
図４に示すように、セラミックフィルタ６の前段に、スラリー貯留タンク３からの高濃度のスラリー２ｂを受けて高濃度スラリー２ｂ'と中濃度スラリー２ｂ"（スラリー２）とに分離するようにした粗取り装置１９を設けている。
【００３３】
粗取り装置１９で分離した高濃度スラリー２ｂ'は、遠心分離機１２に供給してそのまま遠心分離するようにし、また中濃度スラリー２ｂ"（スラリー２）はセラミックフィルタ６に供給して清浄液７と濃縮スラリー８とに分離し、セラミックフィルタ６で分離した濃縮スラリー８は前記高濃度スラリー２ｂ'と共に遠心分離機１２に供給するようにしている。
【００３４】
前記粗取り装置１９としては、遠心分離機、或いはサイクロン、或いは沈降槽、或いは濾過器等を用いることができる。
【００３５】
図４の形態例によれば、スラリー中の微粒子濃度が高い場合に、そのスラリー２ｂを粗取り装置１９に導いて高濃度スラリー２ｂ'と中濃度スラリー２ｂ"（スラリー２）とに分離し、分離した高濃度スラリー２ｂ'を遠心分離機１２に供給し、中濃度スラリー２ｂ"をセラミックフィルタ６に供給するようにしているので、遠心分離機１２及びセラミックフィルタ６による分離を夫々効果的に行わせて遠心分離機１２とセラミックフィルタ６を小型なものとすることができる。また、その他については図１の場合と同様に作用することができる。
【００３６】
図５は、本発明の更に別の形態例を示したもので、スラリーがセラミックフィルタ６の図２のセラミック膜１０へのスラリー導入口１１の口径と同等以上の粗粒子を含んでいる場合のスラリー２ｃの分離を行う場合を示している。
【００３７】
図５に示すように、セラミックフィルタ６の前段に、スラリー貯留タンク３からの粗粒子を含むスラリー２ｃを受けて粗粒子２０を分離するようにした粗粒分離器２１を設けるようにしている。
【００３８】
粗粒分離器２１としては、遠心分離機、或いはサイクロン、或いは沈降槽、或いは濾過器等を用いることができる。
【００３９】
図５の形態例によれば、スラリー中にセラミックフィルタ６のスラリー導入口１１の口径と同等以上の粗粒子を含んでいる場合に、そのスラリー２ｃを粗粒分離器２１に導いて粗粒子２０を分離する。粗粒子２０が分離されたスラリー２は、セラミックフィルタ６によって効果的に分離されることになり、セラミックフィルタ６のスラリー導入口１１が目詰まりする問題を防止できる。その他については図１の場合と同様に作用することができる。
【００４０】
以下に本発明の実施例を示す。本発明がこの実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【００４１】
実施例１
スラリー濃度２００ｐｐｍ、スラリー粒度分布０．０９μｍ〜７μｍ、スラリー平均粒度２．２０μｍ、粒子の比重２．３、スラリー粘性１ｃｐのシリコンウェーハの研磨廃液（水スラリー）を、細孔径０．１μｍ、膜面積７．６ｍ2のセラミック膜に４０００ｌ／ｈの割合で供給し、セミデッドエンド濾過を行い、４０００ｐｐｍ近くまで濃縮した。その濃縮スラリー全てを、デカンタ型遠心分離機にて２０００Ｇの加速度をかけながら２００ｌ／ｈの割合で連続供給した。その結果フレーク（ケーク）が約１９５０ｃｃ／ｈの割合で連続的に得られ、その含水率は約６０％であった。セラミックフィルタによるセミデッドエンド濾過で生じる清浄水は、スラリー濃度２ｐｐｍ以下となり、従来難しかった廃水中の含有物の大幅低下が可能になった。尚、デカンタ型遠心分離機からの分離液はスラリー貯留タンクへ戻した。又、前述の通り最終的には、フレークの含水率を４０％以下とすることは可能であるが、フレークを排水する処理が容易となるように本実施例では６０％にとどめた。これは実施例２においても同様である。
【００４２】
実施例２
スラリー濃度１０００ｐｐｍ、スラリー粒度分布０．０２μｍ〜５μｍ、スラリー平均粒度０．７μｍ、粒子の比重２．０、スラリー粘性１ｃｐのシリカ粒子を含むケミカルメカニカルポリッシュ（ＣＭＰ）廃液（水スラリー）を、細孔径０．０２μｍ、膜面積７．６ｍ2のセラミック膜に１５００ｌ／ｈの割合で供給し、クロスフロー濾過を行い、１００００ｐｐｍ近くまで濃縮した。その濃縮スラリー全てを、デカンタ型遠心分離機にて３０００Ｇの加速度をかけながら１５０ｌ／ｈの割合で連続供給した。その結果フレーク（ケーク）が約３３００ｃｃ／ｈの割合で連続的に得られ、その含水率は約５５％であった。セラミックフィルタによるクロスフロー濾過で生じる清浄水は、スラリー濃度２ｐｐｍ以下となり、著しい効果があった。
【００４３】
比較例１（凝集剤）
上記実施例１のシリコンウェーハの研磨廃液に凝集剤（パック）を０．１〜０．５％の割合で添加し、凝集粒子の沈殿後、凝集部分をフィルタプレスにてフレーク化を行い、残されたスラリー濃度を確認した。このスラリー濃度は、２０〜７０ｐｐｍである上に、凝集剤が含まれており、河川への放流が規制によりできない場合があった。
【００４４】
比較例２（セラミックフィルタ→フィルタプレス）
上記実施例１のシリコンウェーハの研磨廃液を実施例１と同様にセラミックフィルタで濃縮し、その後、濃縮液をフイルタプレスで脱水濃縮を試みたが、濾布に目詰まりが発生し、連続的な運転ができなかった。
【００４５】
比較例３（サイクロン→セラミックフィルタ）
上記実施例１のシリコンウェーハの研磨廃液をサイクロンにかけた後、実施例１と同様にセラミックフィルタで濃縮した。その濃縮液は２００００ｐｐｍで、フレークとして回収することはできなかった。
【００４６】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１及び２記載の発明では、セラミックフィルタは、スラリーから清浄液を分離して濃縮スラリーにするという得意な作業を行い、且つ遠心分離機は濃縮スラリーを微粒子フレークと分離液とに分離するという得意な作業を行うようにしているので、小型の装置によってスラリーの分離を連続して効果的に行える。分離した清浄液及び微粒子フレークは、再利用することができる。
【００４８】
また、遠心分離機で分離した分離液をスラリー貯留タンクに戻すようにすると、廃液の発生を防止できる。
【００４９】
上述したように、本発明では、セラミックフィルタの細孔径、膜面積、デカンタ型遠心分離機の能力等を適宜設定することにより、半導体産業等のように比較的粒度、混合物種、粘性等が一定した多様なスラリーの微粒子分離を大容量で連続的に行うことができ、これまで困難であった廃水の略完全な処理を行うことができる効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施する形態の一例を示す系統ブロック図である。
【図２】 セラミックフィルタの一例を示す斜視図である。
【図３】 本発明を実施する別の形態を示す系統ブロック図である。
【図４】 本発明を実施する更に別の形態を示す系統ブロック図である。
【図５】 本発明を実施する更に別の形態を示す系統ブロック図である。
【符号の説明】
２ スラリー（微粒子混合スラリー）
３ スラリー貯留タンク
６ セラミックフィルタ
７ 清浄液
８ 濃縮スラリー
１２ 遠心分離機
１３ 微粒子フレーク
１４ 分離液

Claims (2)

1. シリコンウェーハ、石英ガラス、ガリウム系ウェーハ及びマスク材の処理工程から発生する微粒子混合スラリーを微粒子と液とに分離するスラリーの分離方法であって、前記微粒子混合スラリーの粒度分布が０．０２μｍ〜７μｍであり、該微粒子混合スラリーを細孔径０．０２μｍ〜０．１μｍのセラミックフィルタに導いてスラリー濃度２ｐｐｍ以下の清浄液と濃縮スラリーとに分離した後、濃縮スラリーを遠心分離機に導いて連続的に微粒子フレークと分離液とに分離することを特徴とするスラリーの分離方法。
2. シリコンウェーハ、石英ガラス、ガリウム系ウェーハ及びマスク材の処理工程から発生する微粒子混合スラリーを微粒子と液とに分離するスラリーの分離装置であって、粒度分布が０．０２μｍ〜７μｍである前記微粒子混合スラリーを一時貯留するスラリー貯留タンクと、該スラリー貯留タンクのスラリーを導入してスラリー濃度２ｐｐｍ以下の清浄液と濃縮スラリーとに分離する細孔径０．０２μｍ〜０．１μｍのセラミックフィルタと、該セラミックフィルタにて分離した濃縮スラリーを導入して微粒子フレークと分離液とに連続的に分離する遠心分離機とを備えたことを特徴とするスラリーの分離装置。

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