JP7341611B2 - 廃液処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンを含む廃液を処理する廃液処理装置に関する。

デバイスチップの製造工程では、格子状に配列された複数の分割予定ライン（ストリート）によって区画された複数の領域の表面側にそれぞれＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハを分割予定ラインに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。ウェーハの分割には、環状の切削ブレードでウェーハを切削する切削装置等が用いられる。

また、近年では、電子機器の小型化、薄型化に伴い、デバイスチップにも薄型化が求められている。そこで、ウェーハの分割前に、ウェーハの裏面側を研削することによってウェーハを薄化する処理が施されることがある。ウェーハの研削加工には、複数の研削砥石を備える研削ホイールでウェーハを研削する研削装置等が用いられる。

上記の切削装置、研削装置等の加工装置を用いてウェーハを加工する際には、ウェーハに加工液が供給される。この加工液によって、ウェーハと加工工具（切削ブレード、研削ホイール等）とが冷却されるとともに、加工によって発生した屑（加工屑）が洗い流される。そして、使用済みの加工液は、加工廃液として加工装置の外部に排出され、処分される。

しかしながら、加工装置では大量の加工液が使用されるため、使用済みの加工液を全て加工廃液として処分してしまうとコストがかかる。そこで、加工装置から排出された加工廃液を再利用する方法が提案されている。加工廃液を再利用する場合には、加工廃液から不純物を除去して加工廃液を精製する作業が行われる。

例えば、加工装置でシリコンウェーハを加工した場合には、加工廃液に大量のシリコン微粒子が含まれており、加工廃液を再利用するためには、加工廃液からシリコン微粒子を除去する必要がある。特許文献１には、シリコン微粒子を含む加工廃液に二酸化炭素（炭酸水）を供給して加工廃液の水素イオン指数（ｐＨ）を制御することにより、加工廃液からシリコン微粒子を効率よく分離する手法が開示されている。

特開２０１３－２５１４３５号公報

シリコンを含む廃液の精製には、廃液を貯留する廃液処理槽と、廃液処理槽内に互いに対面するように設けられた陽極及び陰極とを備える廃液処理装置等が用いられる。この廃液処理装置では、廃液処理槽が廃液で満たされた状態で、陽極及び陰極に所定の電圧を印加することにより、廃液からシリコンが分離される。ここで、前述の通り廃液に二酸化炭素を供給して廃液の水素イオン指数を適切に制御すると、シリコンが陽極に捕獲されやすくなり、廃液処理の効率が向上する。

上記の廃液処理装置によって精製された廃液は、例えばイオン交換樹脂を用いて液体を精製する純水生成装置に供給され、純水に変換される。しかしながら、廃液処理装置から供給される廃液は、シリコンが除去された状態である一方、水素イオン指数の制御に用いられた二酸化炭素を含んでいる。そのため、純水生成装置では廃液から二酸化炭素を除去する必要がある。

純水生成装置は、イオン交換樹脂が充填されたボンベ（イオン交換塔）等、廃液から不純物を除去するための構成要素（不純物除去手段）を備えている。そして、純水生成装置に二酸化炭素を含む廃液が供給された場合には、不純物除去手段は廃液から相当量の二酸化炭素を除去する必要がある。その結果、不純物除去手段の消耗が早まり、純水生成装置の純水生成能力の低下や、不純物除去手段の交換によるコストの増大等の問題が生じ得る。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、廃液に含まれる不純物の量を低減することが可能な廃液処理装置の提供を目的とする。

本発明の一態様によれば、シリコンを含む廃液を処理する廃液処理装置であって、該廃液が流入する流入口を備える廃液処理槽と、該廃液処理槽内に設けられマイナスに帯電する陰極と、該廃液処理槽内に該陰極と対面するように設けられプラスに帯電する陽極と、該廃液処理槽に流入する該廃液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源と、シリコンが除去された該廃液を該廃液処理槽から回収する回収ユニットと、を備え、該回収ユニットは、該廃液処理槽に接続された流路と、該流路に接続され該廃液処理槽内の該廃液を吸引する吸引ユニットと、該流路又は該吸引ユニットに気体を供給する気体供給源と、を備え、該気体供給源から該流路内又は該吸引ユニット内の該廃液に該気体を供給することにより、該廃液から二酸化炭素を除去する廃液処理装置が提供される。

なお、好ましくは、該吸引ユニットは、ポンプである。

本発明の一態様に係る廃液処理装置は、気体供給源から流路内又は吸引ユニット内の廃液に該気体を供給することにより、廃液から二酸化炭素を除去する。これにより、廃液に含まれる二酸化炭素の量が廃液処理装置の内部で効率的に低減され、廃液処理装置から廃液が供給される他の装置等において、廃液から二酸化炭素を除去する作業の負担が軽減される。

廃液処理装置を示す斜視図である。 廃液処理装置を示す一部断面正面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の一態様に係る実施形態を説明する。まず、本実施形態に係る廃液処理装置の構成例について説明する。図１は廃液処理装置（濾過装置）２を示す斜視図であり、図２は廃液処理装置２を示す一部断面正面図である。

例えば廃液処理装置２は、被加工物を加工する加工装置（不図示）に接続され、加工装置から排出された廃液を精製する。具体的には、加工装置はシリコンを含む被加工物（シリコンウェーハ等）を加工し、シリコンを含む廃液を排出する。そして、廃液処理装置２は、加工装置から供給された廃液からシリコンを除去する。

廃液処理装置２に接続される加工装置の種類に制限はない。加工装置の例としては、環状の切削ブレードで被加工物を切削する加工ユニット（切削ユニット）を備える切削装置、複数の研削砥石が固定された研削ホイールで被加工物を研削する加工ユニット（研削ユニット）を備える研削装置、研磨パッドで被加工物を研磨する加工ユニット（研磨ユニット）を備える研磨装置等が挙げられる。

例えば、格子状に配列された複数の分割予定ライン（ストリート）によって区画された複数の領域の表面側にそれぞれＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されたシリコンウェーハが、加工装置によって加工される。このシリコンウェーハを研削装置及び研磨装置によって薄化した後、切削装置によって分割予定ラインに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数の薄型化されたデバイスチップが製造される。

ただし、加工装置によって加工される被加工物の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。また、被加工物に形成されるデバイスの種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等にも制限はなく、被加工物にはデバイスが形成されていなくてもよい。

加工装置では、被加工物の加工時に加工ユニット及び被加工物に供給される加工液や、加工後の被加工物を洗浄するための洗浄液等が用いられる。加工液によって、被加工物と加工ユニットとが冷却されるとともに、加工によって発生した屑（加工屑）が洗い流される。また、洗浄液によって、加工後の被加工物に付着した異物（加工屑等）が洗い流される。そして、使用済みの加工液や洗浄液が、加工装置から廃液として排出され、廃液処理装置２に供給される。

廃液処理装置２は、加工装置から排出された廃液（加工廃液）を貯留する廃液貯留槽４を備える。例えば廃液貯留槽４は、パイプ、チューブ等によって構成される流路６を介して加工装置に接続されており、加工装置から排出された廃液が流路６を伝って廃液貯留槽４に供給される。

なお、加工装置から廃液貯留槽４に供給される廃液は、シリコンを含んでいる。この廃液は、例えば加工装置でシリコンウェーハを加工する際に使用された加工液や洗浄液であり、シリコン微粒子を含んでいる。特に、シリコンウェーハを大量に加工する研削装置では、大量のシリコン微粒子を含んだ廃液が排出される。そして、加工装置から排出されたシリコンを含む廃液が、廃液貯留槽４に貯留される。

廃液貯留槽４には、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源８が接続されている。二酸化炭素供給源８は、廃液貯留槽４に貯留された廃液に炭酸ガス又は炭酸水を供給する。具体的には、二酸化炭素供給源８は、炭酸ガス又は炭酸水を収容する容器と、該容器に接続されたバルブとを備える。二酸化炭素供給源８から供給される二酸化炭素が廃液貯留槽４に貯留された廃液に混合されることにより、廃液の水素イオン指数（Ｐｈ）が制御される。なお、廃液の水素イオン指数の詳細については後述する。

廃液貯留槽４は、パイプ、チューブ等によって構成される流路１０を介して、廃液からシリコンを除去（分離）する除去ユニット（分離ユニット）１４に接続されている。なお、流路１０には、廃液貯留槽４に貯留された廃液を吸引して除去ユニット１４に送り出す吸引ユニット（吸引手段）１２が接続されている。吸引ユニット１２は、例えばカスケードポンプ等のポンプによって構成される。

なお、二酸化炭素供給源８は、流路１０又は吸引ユニット１２に接続されていてもよい。この場合には、排液貯留槽４から排出され流路１０又は吸引ユニット１２の内部を流れる廃液に二酸化炭素が添加され、シリコン及び二酸化炭素を含む廃液が生成される。

除去ユニット１４は、廃液貯留槽４から供給された廃液を貯留する廃液処理槽１６を備える。廃液処理槽１６は、例えば直方体状の箱型に形成され、上面で開口する直方体状の開口（溝）１６ａを備える。また、廃液処理槽１６は、廃液処理槽１６の幅方向（平面視で短手方向）に沿って配置され開口１６ａの内側で互いに対面する一対の内壁（側面）１６ｂ，１６ｃと、廃液処理槽１６の長さ方向（平面視で長手方向）に沿って配置され開口１６ａの内側で互いに対面する一対の内壁（側面）１６ｄ，１６ｅとを備える。

内壁１６ｂの下端部には、廃液処理槽１６の外部と開口１６ａの底部とを接続する流入口（開口）１６ｆが形成されている。この流入口１６ｆには流路１０が接続されており、流路１０から流入口１６ｆを介して廃液処理槽１６にシリコン及び二酸化炭素を含む廃液が流入する。

また、図１に示すように、内壁１６ｄ，１６ｅにはそれぞれ、廃液処理槽１６の高さ方向に沿う複数の溝１６ｇ，１６ｈが線状（帯状）に形成されている。溝１６ｇと溝１６ｈとは、廃液処理槽１６の長さ方向（内壁１６ｄ，１６ｅの長手方向）に沿って交互に配列されている。

図１には、内壁１６ｄ，１６ｅにそれぞれ、６本の溝１６ｇと、互いに隣接する溝１６ｇの間に配置された５本の溝１６ｈとが形成されている例を示している。なお、内壁１６ｄに形成された溝１６ｇと内壁１６ｅに形成された溝１６ｇとは、開口１６ａを挟んで互いに対向するように配置されている。同様に、内壁１６ｄに形成された溝１６ｈと内壁１６ｅに形成された溝１６ｈとは、開口１６ａを挟んで互いに対向するように配置されている。

廃液処理槽１６内には、複数の陽極１８及び陰極２０が設置される。陽極１８及び陰極２０は、銅、ステンレス鋼等の金属でなる板状の電極であり、例えば矩形状に形成される。なお、陽極１８の上端側の中央部には、陽極１８を廃液処理槽１６から出し入れする際に把持される把手１８ａが設けられている。

陽極１８は、その両端部が内壁１６ｄ，１６ｅに形成された一対の溝１６ｇに嵌め込まれるように、開口１６ａに挿入される。また、陰極２０は、その両端部が内壁１６ｄ，１６ｅに形成された一対の溝１６ｈに嵌め込まれるように、開口１６ａに挿入される。その結果、陽極１８と陰極２０とは、互いに対面するように、廃液処理槽１６の高さ方向に沿って配置される（図２参照）。

図２に示すように、陽極１８と陰極２０とはそれぞれ直流電源２２に接続されている。複数の陽極１８は直流電源２２のプラス端子に接続され、複数の陰極２０は直流電源２２のマイナス端子に接続されている。そのため、陽極１８はプラスに帯電し、陰極２０はマイナスに帯電する。後述の通り、陽極１８及び陰極２０を帯電させることにより、廃液処理槽１６に貯留されている廃液からシリコンが除去される。

除去ユニット１４には、廃液処理槽１６から廃液を回収する回収ユニット（回収手段）２４が接続されている。回収ユニット２４は、例えば複数の陰極２０の上部にそれぞれ設置された複数のパイプ２６を備える。パイプ２６は、両端が閉塞された中空の円柱状に形成され、その高さ方向が陰極２０の上端に沿うように配置されている。また、パイプ２６には、パイプ２６の内部と外部とを接続する複数の開口２６ａが形成されている。廃液処理槽１６に貯留された廃液は、開口２６ａを介してパイプ２６の内部に入り込む。

パイプ２６の上端側には、パイプ２６から廃液が流出する流出口２８が設けられている。流出口２８の下端側はパイプ２６の内部に接続され、流出口２８の上端側は廃液処理槽１６の外部に設けられた流路３０に接続されている。流路３０は、パイプ、チューブ等によって構成され、流路３０の先端部は廃液処理装置２によって生成された液体の供給先に接続されている。

流路３０には、廃液処理槽１６に貯留された廃液を吸引して供給先に送り出す吸引ユニット（吸引手段）３２が接続されている。吸引ユニット３２は、例えばカスケードポンプ等のポンプによって構成される。また、吸引ユニット３２には、気体を供給する気体供給源３４が接続されている。気体供給源３４は、吸引ユニット３２の内部を流れる廃液に所定の気体（エアー、窒素ガス等）を供給する。具体的には、気体供給源３４は、気体を収容する容器と、該容器に接続されたバルブとを備える。

流路３０は、例えば純水を生成する純水生成装置に接続される。この場合、シリコンが除去された廃液が、廃液処理槽１６からパイプ２６、流出口２８、流路３０、吸引ユニット３２を介して純水生成装置に供給される。そして、純水生成装置は、廃液処理装置２によって処理（濾過）された廃液から、例えばイオン交換樹脂等を用いて不純物を除去し、純水を生成する。

次に、廃液処理装置２の具体的な動作例について説明する。廃液処理装置２を用いて廃液を処理する際は、まず、シリコンを含む廃液（加工廃液）３６（図２参照）が加工装置から排出され、廃液貯留槽４に貯留される。例えば廃液３６は、加工装置でシリコンウェーハを加工した際に発生したシリコン微粒子を含む水である。なお、廃液３６に含まれるシリコン微粒子は、マイナスに帯電している。

そして、二酸化炭素供給源８から廃液貯留槽４に二酸化炭素（炭酸ガスや炭酸水）が供給され、廃液３６に混合される。なお、二酸化炭素供給源８から廃液貯留槽４に供給される二酸化炭素の流量は、バルブ（不図示）によって制御される。これにより、廃液３６の水素イオン指数（Ｐｈ）が制御される。二酸化炭素が添加された廃液３６は、吸引ユニット１２によって廃液貯留槽４から廃液処理槽１６に送り出され、廃液処理槽１６に流入する。

そして、廃液処理槽１６に廃液３６が貯留された状態で、陽極１８及び陰極２０が直流電源２２（図２参照）に接続される。これにより、陽極１８がプラスに帯電し、陰極２０がマイナスに帯電する。その結果、マイナスに帯電しているシリコン微粒子が、プラスに帯電している陽極１８に引き寄せられて吸着する。これにより、廃液３６からシリコンが分離され、廃液３６が精製される。

ここで、仮に加工装置から排出された廃液３６に二酸化炭素を添加せずに廃液処理槽１６に貯留した場合、陽極１８に吸着するシリコン微粒子の量が少ないことが確認されている。この現象は、最初に陽極１８に吸着したシリコン微粒子の帯電が強く、後に陽極１８に引き寄せられたシリコン微粒子が、既に陽極１８に吸着しているシリコン微粒子と反発することにより、シリコン微粒子の陽極１８への吸着が阻害されていることに起因すると推察される。

本発明者らの検証によると、廃液処理槽１６に供給される廃液３６の水素イオン指数を制御し、シリコン微粒子の帯電を適度に弱めると、シリコン微粒子が陽極１８に捕獲されやすくなることが確認された。そのため、廃液処理槽１６に流入する廃液３６の水素イオン指数を、二酸化炭素供給源８から供給される二酸化炭素によって制御することにより、シリコン微粒子が陽極１８で捕獲されやすくなり、廃液３６からシリコンを効率的に除去することが可能となる。

廃液３６に供給される二酸化炭素の量は、例えば廃液３６のｐＨが５程度となるように調整される。この場合、シリコン微粒子のゼータ電位は－４０ｍＶ程度、電気抵抗率は１ＭΩ・ｃｍ程度となり、シリコン微粒子が陽極１８によって特に捕獲されやすくなることが確認された。

陽極１８にシリコン微粒子が吸着、堆積されると、陰極２０の周囲（特に陰極２０の上部）にはシリコンが除去された廃液３６（清水）が集まる。この状態で、吸引ユニット３２を作動させると、シリコンが除去された廃液３６がパイプ２６内に開口２６ａを介して入り込み、流出口２８及び流路３０を介して所定の供給先（純水生成装置等）に供給される。

ここで、流路３０を流れる廃液３６には、水素イオン指数の制御のために添加された二酸化炭素が含まれている。廃液３６に含まれる二酸化炭素は、例えば、廃液３６の供給先である純水生成装置に備えられたイオン交換樹脂等の不純物除去手段によって除去される。しかしながら、廃液３６に大量の二酸化炭素が含まれていると、不純物除去手段が消耗しやすくなる。そのため、廃液３６に含まれる二酸化炭素の量は、廃液３６が廃液処理装置２から他の装置等に供給されるまでに極力低減されていることが好ましい。

本実施形態に係る廃液処理装置２では、気体供給源３４から吸引ユニット３２に気体（エアー、窒素ガス等）が供給されることにより、吸引ユニット３２の内部を流れる廃液３６に気体が供給され、廃液３６から二酸化炭素が除去される。その結果、廃液処理装置２から他の装置等に供給される廃液３６に含まれる二酸化炭素の量が低減される。

具体的には、気体供給源３４から吸引ユニット３２に気体が噴射されると、吸引ユニット３２の内部を流れる廃液３６に物理的な衝撃が加えられてエネルギーが付与され、廃液３６の内部から二酸化炭素（炭酸ガス）が放出される。また、気体供給源３４から供給された気体が吸引ユニット３２によって廃液３６とともに攪拌されることにより、廃液３６と気体との接触面積が増加し、廃液３６の内部から二酸化炭素（炭酸ガス）が放出されやすくなる。その結果、廃液３６に含まれる二酸化炭素の量が減少する。なお、気体供給源３４から吸引ユニット３２に供給される気体の流量は、バルブ（不図示）によって制御される。

このように、廃液処理装置２は、廃液３６に気体を供給するという極めて簡易な方法により、廃液３６に含まれる二酸化炭素の量を廃液処理装置２の内部で効率的に低減できる。これにより、廃液処理装置２から廃液３６が供給される装置において、廃液３６から二酸化炭素を除去する作業の負担が軽減され、廃液３６から不純物を除去するための構成要素（不純物除去手段）の消耗が抑制される。

なお、上記の実施形態では、気体供給源３４が吸引ユニット３２に接続された構成例について説明したが（図１及び図２参照）、気体供給源３４の接続先は吸引ユニット３２に限定されない。例えば、気体供給源３４は、流路３０の、流出口２８と吸引ユニット３２との間に位置する領域に接続されていてもよい。この場合には、流路３０の内部を流れる廃液３６に気体が供給され、流路３０の内部で廃液３６から二酸化炭素が除去される。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ 廃液処理装置（濾過装置）
４ 廃液貯留槽
６ 流路
８ 二酸化炭素供給源
１０ 流路
１２ 吸引ユニット（吸引手段）
１４ 除去ユニット（分離ユニット）
１６ 廃液処理槽
１６ａ 開口（溝）
１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ 内壁（側面）
１６ｆ 流入口（開口）
１６ｇ，１６ｈ 溝
１８ 陽極
１８ａ 把手
２０ 陰極
２２ 直流電源
２４ 回収ユニット（回収手段）
２６ パイプ
２６ａ 開口
２８ 流出口
３０ 流路
３２ 吸引ユニット（吸引手段）
３４ 気体供給源
３６ 廃液（加工廃液）

Claims (2)

1. シリコンを含む廃液を処理する廃液処理装置であって、
   該廃液が流入する流入口を備える廃液処理槽と、
   該廃液処理槽内に設けられマイナスに帯電する陰極と、
   該廃液処理槽内に該陰極と対面するように設けられプラスに帯電する陽極と、
   該廃液処理槽に流入する該廃液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源と、
   シリコンが除去された該廃液を該廃液処理槽から回収する回収ユニットと、を備え、
   該回収ユニットは、該廃液処理槽に接続された流路と、該流路に接続され該廃液処理槽内の該廃液を吸引する吸引ユニットと、該流路又は該吸引ユニットに気体を供給する気体供給源と、を備え、
   該気体供給源から該流路内又は該吸引ユニット内の該廃液に該気体を供給することにより、該廃液から二酸化炭素を除去することを特徴とする廃液処理装置。
2. 該吸引ユニットは、ポンプであることを特徴とする請求項１記載の廃液処理装置。

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