JP4584117B2 - シリコン粒子を含む廃液を処理する方法、及びシリコン粒子を含む廃液からシリコンを回収する方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造におけるシリコンウエハの研磨または切断工程から排出されるシリコン粒子を含む廃液の処理、及び該シリコン粒子を含む廃液からのシリコンの回収を安全かつ経済的に行う方法に関する。

シリコンなどの有害金属を含む廃液を、公共水域放流規制値を満足する放流可能な廃液になるように処理する方法として、フェライト化法と凝集沈殿法が一般的に使用される。

フェライト化法は、廃液に第一鉄イオン（例えば硫酸第一鉄）を添加し、アルカリ性にした後、空気酸化により有害金属を固定化する方法であり、凝集沈殿法は、廃液をアルカリ性にした後、水酸化物により有害金属を不溶化する方法である。

しかしながら、シリコン粒子を含む廃液をこれらの方法でアルカリ性にすると、水素ガスが多く発生し、処理工程において火災爆発の可能性が生じ、極めて危険である。

かかる問題を解消するために、シリコン粒子を含有する廃液を中性に保ち、シリコン粒子を濾過膜等で除去した後、アルカリ性にして有害金属を処理する方法（特許文献１参照）が提案されている。しかし、かかる方法はシリコン粒子を除去する濾過膜の設備及びランニングコストが高価であり、廃液処理技術として経済的でない。

また、シリコン粒子を含有する廃液にフッ酸及び水溶性無機電解質を凝集剤として添加してシリコン粒子を凝集沈殿させシリコンを分離する方法（特許文献２参照）や、シリコン粒子を含有する廃液をカスケード式水槽で水素放出並びにシリコンの沈殿分離を行った後、その上澄水にｐＨ調整しかつ凝集剤を添加して凝集沈殿処理し、さらに濾過して放流する方法（特許文献３参照）が提案されているが、これらの方法は劇毒物の使用や水素ガスによる火災爆発の危険性の面から適切な方法とは言い難い。

従って、従来の廃液処理技術のような危険性を伴うことなく、従来の設備を利用して、安全かつ経済的に、シリコン粒子を含む廃液の処理、及び該廃液からのシリコンの回収を行う方法が強く求められている。
特開２００２−１７６０１６号公報 特開平８−１６４３０４号公報 特開平６−１３４４６９号公報

本発明は、かかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は、従来の廃液処理設備を利用でき、かつ水素ガスの発生による危険性を低減させた、シリコン粒子を含む廃液の処理、及び該廃液からのシリコンの回収を安全かつ経済的に行う方法を提供することにある。

本発明者らは、かかる目的を達成するために、従来の廃液処理工程において水素ガスの発生を低減させる方法について鋭意検討した結果、廃液中のシリコン粒子の表面を不活性にすることによって、廃液をアルカリ性にしても水素ガスがしばらく発生せず、その後水素ガスの発生が見られるものの発生量が大幅に減少すること、そしてかかるシリコン粒子の表面を不活性にする成分として界面活性剤が好ましいことを見出した。

即ち、本発明は、かかる水素ガスの発生がない又は低減した環境で、シリコン粒子を含む廃液を処理する方法、及び該廃液からシリコンを回収する方法に関する。

具体的には、本発明は、シリコン粒子を含む廃液に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、及びノニオン界面活性剤からなる群から選択される少なくとも一種のシリコン粒子の表面を不活性にする成分を０．１〜２０重量％の割合で添加し、次いで廃液をｐＨ８以上のアルカリ性にした後、所望により廃液に放流可能な処理を行うことを特徴とするシリコン粒子を含む廃液を処理する方法である。

また、本発明は、シリコン粒子を含む廃液に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、及びノニオン界面活性剤からなる群から選択される少なくとも一種のシリコン粒子の表面を不活性にする成分を０．１〜２０重量％の割合で添加し、次いで廃液をｐＨ８以上のアルカリ性にした後、廃液から水素ガスが発生しない５分以内に廃液を濾過してシリコンを回収し、所望により廃液に放流可能な処理を行うことを特徴とするシリコン粒子を含む廃液からシリコンを回収する方法である。

本発明の上記方法の好ましい実施態様では、シリコン粒子の表面を不活性にする成分が廃液に対して０．１〜１０重量％の割合で添加される。

本発明の方法は、シリコン粒子を含む廃液にシリコン粒子の表面を不活性にする成分を添加するようにしているので、廃液をアルカリ性にしても数分間水素ガスの発生がない状態を生じさせることができ、全体の水素ガス発生量も従来工程より大幅に低減させることができる。従って、従来より安全にシリコン粒子を含む廃液の処理及び該廃液からのシリコンの回収を行うことができる。また、本発明の方法は、新たな設備を設けずに従来の設備をそのまま利用できるので、経済的に有利に処理及び回収を行うことができる。

本発明のシリコン粒子を含む廃液を処理する方法、及び該廃液からシリコンを回収する方法は、シリコン粒子の表面を不活性にする成分を廃液に添加することによって、廃液をアルカリ性にした後の水素ガスの発生をなくす又は低減すること以外は、従来公知の廃液処理及び回収技術を利用するものである。従って、本発明の方法は、従来の廃液処理設備をそのまま転用でき、煩雑な工程もなく、経済的に極めて有利である。

本発明の方法で使用するシリコン粒子の表面を不活性にする成分は、シリコン粒子の表面の反応性を不活性にし、アルカリ性下での水素ガス発生開始時間を遅らせるか又は水素ガス発生量を低減させるものであればよく、例えばアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、及びノニオン界面活性剤等の界面活性剤が挙げられる。

シリコン粒子の表面を不活性にする成分は、廃液に対して好ましくは０．１〜２０重量％、より好ましくは０．５〜１０重量％の割合で添加される。前記下限の割合より少ないとシリコン表面の不活性効果が不十分であり、一方前記上限を越えると効果に差異が生じないため経済的に好ましくない。

シリコン粒子の表面を不活性にする成分を廃液に添加すると、廃液を苛性アルカリなどでｐＨ８以上、好ましくはｐＨ８〜１１のアルカリ性にした後、数分間水素ガスの発生がない状態が生じ、その後水素ガスの発生が見られるものの発生量が大幅に減少する。従って、この水素ガスの発生がない時間内に廃液中のシリコン粒子の濾過を行えば、安全かつ経済的にシリコンの回収が可能になると共に、濾液はｐＨを調整するだけで公共水域放流規制値を満足した廃液となり放流可能である。また、水素ガスの発生が見られたとしても上記成分が無添加である場合に比べて水素ガス発生量が大幅に低減するため、より安全に従来の設備で凝集処理等が可能である。

本発明の方法の優位性を以下具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

比較例
１．５２重量％のシリコン粒子を含む懸濁廃液５ｇに、１Ｎの苛性ソーダ溶液２ｍｌを添加してｐＨ１０のアルカリ性にしたところ、すぐに水素ガスの発生が見られ、５分後に１２２ｍｌ、１０分後に１３５ｍｌ、４０分後に１３６ｍｌ発生し、その後の発生はなくなった。同時に、廃液中のシリコン粒子は溶解し、無色透明な溶液となった。

実施例１
１．５２重量％のシリコン粒子を含む懸濁廃液５ｇに、アニオン界面活性剤のドデシル硫酸ナトリウム（以後ＳＤＳという）を処理廃液に対して５重量％添加した後、１Ｎの苛性ソーダ溶液２ｍｌを添加してｐＨ１０のアルカリ性にしたところ、７分間水素ガスの発生しない状態が生じた。その後水素ガスの発生が見られ、１０分後７ｍｌ、２０分後１６ｍｌ、４０分後３０ｍｌ、６０分後４１ｍｌ発生し、もはや水素ガスの発生がない状態で５７ｍｌであった。

このことから、廃液にＳＤＳを添加することによって、無添加に比べ水素ガスの発生開始時間が遅くなると共に、最終的な水素ガスの発生量が無添加に比べ５６％減少したことがわかる。従って、本発明の方法によれば、シリコン粒子を含有する廃液を従来の一般的なアルカリ処理による凝集沈殿処理を行っても、水素ガス発生量が少なくなるため、より安全に処理できるようになる。

実施例２
実施例１のＳＤＳの添加量を処理廃液に対して１重量％および１０重量％にしたところ、実施例１とほぼ同様の結果を得た。その水素ガス発生量の結果を比較例、実施例１の結果とともに表１に示す。

実施例３
１．５２重量％のシリコン粒子を含む懸濁廃液５００ｇにＳＤＳ５ｇを添加し、次いで１Ｎの苛性ソーダ溶液２００ｍｌを添加してｐＨ１０とした後、Ｎｏ．５の濾紙を用いて５分以内で吸引濾過し、純水２００ｇで洗浄後乾燥したところ７．５ｇの固形物を得た。この固形物１ｇを苛性アルカリに溶解し、水素ガス発生量による純度を測定したところ、９１％であり、得られた固形物がシリコンであることをエックス線回折分析で確認した。一方、濾液を塩酸でｐＨ８にｐＨ調整したところ、公共水域放流規制値を満足し放流可能であった。

実施例４
実施例１のＳＤＳの代わりに、カチオン界面活性剤のセチルトリメチルアンモニウムブロミド（以後ＣＴＡＢｒという）を用いたところ、５分間水素ガスの発生しない状態が生じ、その後水素ガスの発生が見られ、１０分後１８ｍｌ、２０分後４０ｍｌ、４０分後６９ｍｌ、６０分後８０ｍｌ発生し、もはや水素ガスの増加がない状態で９２ｍｌであった。このことから、廃液にＣＴＡＢｒを添加することによって、無添加に比べ水素ガスの発生開始時間が遅くなると共に、最終的な発生量は無添加に比べ３０％減少したことがわかる。

実施例５
実施例２のＳＤＳの代わりに、ＣＴＡＢｒを用いたところ、実施例４とほぼ同様の結果を得た。その水素ガス発生量の結果を比較例、実施例４の結果とともに表２に示す。

実施例６
実施例３のＳＤＳの代わりに、ＣＴＡＢｒを用いたところ、７．４ｇの固形物を得た。この固形物１ｇを苛性アルカリに溶解し、発生水素ガス量による純度を測定したところ、９２％であり、得られた固形物がシリコンであることをエックス線回折分析で確認した。一方、濾液を塩酸でｐＨ８にｐＨ調整したところ、公共水域放流規制値を満足し放流可能であった。

実施例７
実施例１のＳＤＳの代わりに、ノニオン界面活性剤のポリオキシエチレンラウリルエーテルを用いたところ、６分間水素ガスの発生しない状態が生じ、その後水素ガスの発生が見られ、１０分後８ｍｌ、２０分後２３ｍｌ、４０分後４２ｍｌ、６０分後５４ｍｌ発生し、もはや水素ガスの増加がない状態で６８ｍｌであった。このことから、廃液にポリオキシエチレンラウリルエーテルを添加することによって、無添加に比べ水素ガスの発生開始時間が遅れると共に、最終的な発生量は無添加に比べ５５％減少したことがわかる。

実施例８
実施例２のＳＤＳの代わりに、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを用いたところ、実施例７とほぼ同様の結果を得た。その水素ガス発生量の結果を比較例、実施例７の結果とともに表３に示す。

本発明によれば、従来の廃液処理設備を利用でき、かつ水素ガスの発生による危険性を低減させた、シリコン粒子を含む廃液の処理、及び該廃液からのシリコンの回収を安全かつ経済的に行う方法を提供でき、産業上極めて有益である。

Claims (4)

1. シリコン粒子を含む廃液に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、及びノニオン界面活性剤からなる群から選択される少なくとも一種のシリコン粒子の表面を不活性にする成分を０．１〜２０重量％の割合で添加し、次いで廃液をｐＨ８以上のアルカリ性にすることを特徴とするシリコン粒子を含む廃液を処理する方法。
2. シリコン粒子の表面を不活性にする成分が廃液に対して０．１〜１０重量％の割合で添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. シリコン粒子を含む廃液に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、及びノニオン界面活性剤からなる群から選択される少なくとも一種のシリコン粒子の表面を不活性にする成分を０．１〜２０重量％の割合で添加し、次いで廃液をｐＨ８以上のアルカリ性にした後、廃液から水素ガスが発生しない５分以内に廃液を濾過してシリコンを回収することを特徴とするシリコン粒子を含む廃液からシリコンを回収する方法。
4. シリコン粒子の表面を不活性にする成分が廃液に対して０．１〜１０重量％の割合で添加されることを特徴とする請求項３に記載の方法。