JP7433702B2

JP7433702B2 - 加工廃液処理装置

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Publication number: JP7433702B2
Application number: JP2019219299A
Authority: JP
Inventors: 賢新井; 幹吉田; 淳斎藤; ヴァントアンダン
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2024-02-20
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: JP2021087910A

Description

本発明は、水からイオンを除去するイオン交換ユニット、及び、該イオン交換ユニットを備えた加工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り、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。ただし、加工液に不純物が含まれていると、不純物がウェーハに固着して残痕が生じる、不純物によってデバイスの動作不良が引き起こされる等の不都合が生じ、デバイスチップの品質が低下する恐れがある。そのため、加工液としては純度の高い水（純水）が用いられる。

加工装置で使用された純水は、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純水が使用されるため、加工装置で使用された純水を全て加工廃液として処分してしまうと、コストが増大する。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。例えば特許文献１には、加工装置から排出された加工廃液をイオン交換によって精製することにより、純水を生成する加工廃液処理装置が開示されている。

特開２００９－１９０１２８号公報

イオン交換によって水からイオンを除去する方式としては、混床塔方式と多床塔方式とが知られている。混床塔方式では、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合された状態で充填されたボンベ（イオン交換塔）を備える加工廃液処理装置が用いられる。一方、多床塔方式では、カチオン交換樹脂が充填されたボンベと、アニオン交換樹脂が充填されたボンベとが直列に接続された加工廃液処理装置が用いられる。

上記の加工廃液処理装置には、イオン交換樹脂が充填されたボンベを設置するための専用のスペースを確保する必要がある。そのため、加工廃液処理装置は大型になりやすく、加工廃液処理装置の設置場所が制限されやすい。その結果、加工廃液処理装置を所望の場所（例えば、加工装置の近傍）に設置することが困難になる場合がある。特に、多床塔方式を用いる場合には、加工廃液処理装置に少なくとも２種類のボンベを設置する必要があり、加工廃液処理装置がより大型化しやすい。

また、イオン交換樹脂による水（加工廃液）の精製の指標として、空間速度（ＳＶ：Space Velocity）や線速度（ＬＶ：Linear Velocity）が用いられる。空間速度や線速度の値は、イオン交換樹脂が収容される領域（イオン交換樹脂収容領域）の大きさに依存する。

しかしながら、加工廃液処理装置に使用されるボンベは規格化されており、ボンベ内のイオン交換樹脂収容領域の大きさも、規格に準拠する範囲内で設定されている。そのため、空間速度及び線速度の範囲は、使用されるボンベによってある程度限定されてしまい、空間速度及び線速度を所望の値に厳密に調整することが難しい。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、省スペース化が可能で、且つ、イオン交換樹脂が収容される領域の大きさを変更可能なイオン交換ユニット、及び、該イオン交換ユニットを備えた加工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、加工装置に接続され、該加工装置から排出された加工廃液を処理する加工廃液処理装置であって、該加工廃液を貯留する廃液貯留タンクと、該廃液貯留タンクから供給された該加工廃液を濾過する廃液濾過ユニットと、該廃液濾過ユニットによって濾過された該加工廃液からイオンをイオン交換樹脂によって除去するイオン交換ユニットと、該イオン交換ユニットによってイオンが除去された該加工廃液の温度を調節する温度調節ユニットと、を備え、該イオン交換ユニットは、該イオン交換樹脂を収容する変形可能なチューブ状の容器を備え、該容器は、曲がった状態で設置可能である加工廃液処理装置が提供される。

なお、好ましくは、該イオン交換ユニットは、該容器の一端側に接続され該廃液濾過ユニットによって濾過された該加工廃液が流入する流入部と、該容器の他端側に接続され該イオン交換樹脂によってイオンが除去された該加工廃液が流出する流出部と、を備え、該イオン交換樹脂によってイオンが除去された該加工廃液の純度は、該容器の該イオン交換樹脂が収容される領域の断面積及び長さを変更することによって調整可能である。

本発明の一態様に係るイオン交換ユニットは、イオン交換樹脂を収容する変形可能なチューブ状の容器を備える。これにより、イオン交換ユニットを加工廃液処理装置の構造等に合わせて自由に変形させた状態で設置することが可能になり、加工廃液処理装置の省スペース化を図ることができる。また、容器の寸法を変更することにより、イオン交換樹脂が収容される領域の大きさを自由に変更でき、空間速度や線速度等の値を厳密に調整することが可能となる。

加工廃液処理装置を示す斜視図である。図２（Ａ）はイオン交換ユニットを示す断面図であり、図２（Ｂ）は曲がった状態のイオン交換ユニットを示す断面図である。図３（Ａ）は大径の容器を備えるイオン交換ユニットを示す断面図であり、図３（Ｂ）は小径の容器を備えるイオン交換ユニットを示す断面図である。

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、本実施形態に係る加工廃液処理装置の構成例について説明する。図１は、加工廃液処理装置（純水生成装置）２を示す斜視図である。

加工廃液処理装置２は、純水を用いて被加工物を加工する加工装置（不図示）に接続される。そして、加工廃液処理装置２は、加工装置から排出された使用済みの純水等の液体（加工廃液）を精製して純水を生成し、加工装置に供給する。

加工廃液処理装置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。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、被加工物の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば被加工物は、シリコン以外の半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ等）、ガラス、サファイア、セラミックス、樹脂、金属等でなるウェーハであってもよい。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。さらに、被加工物は、ＣＳＰ（Chip Size Package）基板、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded package）基板等のパッケージ基板であってもよい。

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、ウェーハ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。加工液や洗浄液としては、例えば純水が用いられ、使用済みの加工液や洗浄液は加工廃液として加工装置から排出される。

加工廃液処理装置２は、加工廃液処理装置２を構成する各構成要素を収容する直方体状の枠体４を備える。枠体４の底面４ａ上には、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タンク６が設けられている。

廃液貯留タンク６は、配管、チューブ等の流路（不図示）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加工廃液はこの流路を伝って廃液貯留タンク６に供給され、貯留される。具体的には、加工屑等の異物や不純物イオンを含む水が、加工廃液として加工装置から廃液貯留タンク６に供給される。

廃液貯留タンク６には、廃液貯留タンク６に貯留された加工廃液を送り出す廃液供給ポンプ８が接続されている。廃液供給ポンプ８は、廃液貯留タンク６に貯留された加工廃液を後述の廃液濾過ユニット１０に供給するポンプである。この廃液供給ポンプ８によって、廃液貯留タンク６から廃液濾過ユニット１０に供給される加工廃液の量が制御される。

廃液貯留タンク６の上方には、一対のガイドレール１２が設けられている。一対のガイドレール１２は、加工廃液処理装置２の幅方向（Ｙ軸方向）に所定の距離離れた状態で、加工廃液処理装置２の長さ方向（Ｘ軸方向）に沿って枠体４に固定されている。また、一対のガイドレール１２には、平面視で矩形状の受け皿（パン）１４が、ガイドレール１２に沿ってＸ軸方向にスライド可能な状態で装着されている。これにより、受け皿１４の枠体４からの引き出しと、受け皿１４の枠体４への収容とが可能となる。

受け皿１４上には、廃液貯留タンク６から供給された加工廃液を濾過する廃液濾過ユニット（廃液濾過手段）１０が搭載されている。廃液貯留タンク６に貯留された加工廃液は、廃液供給ポンプ８によって各廃液濾過ユニット１０に供給される。なお、図１には受け皿１４上に２つの廃液濾過ユニット１０が設けられた例を示しているが、廃液濾過ユニット１０の数に制限はない。

例えば廃液濾過ユニット１０は、加工廃液を濾過するためのフィルターを備える濾過器によって構成される。廃液濾過ユニット１０のフィルターとしては、逆浸透膜（ＲＯ膜）等が用いられる。このフィルターを加工廃液が通過すると、加工廃液に含まれる異物がフィルターによって捕獲され、加工廃液が精製される。

廃液濾過ユニット１０及び受け皿１４の下側の廃液貯留タンク６に隣接する領域には、廃液濾過ユニット１０によって濾過された加工廃液を貯留する濾過水貯留タンク１６が設けられている。濾過水貯留タンク１６は、濾過水貯留タンク１６の上面側に設けられ、外部から加工廃液が流入する流入部（流入口）１６ａと、濾過水貯留タンク１６の側面側に設けられ、濾過水貯留タンク１６に貯留された加工廃液が流出する流出部（流出口）１６ｂとを備える。

廃液濾過ユニット１０はそれぞれ、受け皿１４を介して濾過水貯留タンク１６に接続されている。具体的には、受け皿１４には加工廃液を排出する排出路（不図示）が設けられており、この廃液路は濾過水貯留タンク１６の流入部１６ａに接続されている。廃液濾過ユニット１０によって濾過された加工廃液は、受け皿１４に一時的に貯留された後、排出路を介して濾過水貯留タンク１６に供給され、貯留される。

濾過水貯留タンク１６の流出部１６ｂには、濾過水貯留タンク１６に貯留された加工廃液を精製するイオン交換ユニット（イオン交換手段）１８が接続されている。イオン交換ユニット１８は、廃液濾過ユニット１０によって濾過された加工廃液からイオンをイオン交換樹脂によって除去する。

図２（Ａ）は、イオン交換ユニット１８を示す断面図である。イオン交換ユニット１８は、イオン交換樹脂２４を収容する変形可能なチューブ状（管状）の容器２０を備える。容器２０は、可撓性を有する柔軟な部材（合成樹脂等）でなり、所望の形状に曲げることができる。

容器２０の例としては、軟質塩化ビニル等の樹脂でなるホース等が挙げられる。容器２０としてホースを用いる場合には、軟質塩化ビニル等でなる内管が糸状のポリエステル等の補強材によって覆われて補強されたホース（ブレードホース）を用いることが好ましい。また、容器２０は、長さ方向に沿って伸縮な部材（伸縮ホース等）であってもよい。

図２（Ｂ）は、曲がった状態のイオン交換ユニット１８を示す断面図である。容器２０は、イオン交換樹脂２４を収容した状態で自在に変形させることができる。そのため、イオン交換ユニット１８は、所望の形に変形させた状態で加工廃液処理装置２に設置することができる。ただし、容器２０にキンク（折れ、捩れ等）が生じると水が容器２０を通過しにくくなるため、イオン交換ユニット１８の変形は容器２０にキンクが生じない範囲内で行われる。

容器２０の一端側には水（加工廃液）が流入する環状の流入部（流入口）２２ａが接続されており、容器２０の他端側には水が流出する環状の流出部（流出口）２２ｂが接続されている。流入部２２ａ及び流出部２２ｂは、金属等でなる環状の部材であり、加工廃液処理装置２の所定の構成要素に接続可能に構成されている。

容器２０には、水からイオンを除去するためのイオン交換樹脂２４が収容される。例えば、カチオンを交換するイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂）と、アニオンを交換するイオン交換樹脂（アニオン交換樹脂）とが、互いに混合された状態で容器２０の内壁２０ａ（直径φ_１）の内側に充填される。すなわち、内壁２０ａの内側（内壁２０ａに囲まれた領域）は、イオン交換樹脂２４が収容される円柱状の領域（イオン交換樹脂収容領域）に相当する。

なお、流入部２２ａ及び流出部２２ｂの内部には、イオン交換樹脂２４の流出を防ぐフィルターが設けられていてもよい。このフィルターは、水（加工廃液）が通過可能で、且つ、イオン交換樹脂２４が通過できない大きさの開口を複数備える。このフィルターによってイオン交換樹脂２４が塞き止められ、イオン交換ユニット１８からのイオン交換樹脂２４の流出が防止される。

流入部２２ａに水が流入すると、水は容器２０の内部を流入部２２ａ側から流出部２２ｂ側に向かって流れる。このとき、水に含まれるイオンがイオン交換樹脂２４によって除去される。具体的には、水に含まれるカチオンがカチオン交換樹脂によって捕獲されるとともに、水に含まれるアニオンがアニオン交換樹脂によって捕獲される。これにより、水が精製されて、例えば電気抵抗率が０．１ＭΩ・ｃｍ以上、好ましくは１５ＭΩ・ｃｍ以上である純度の高い水が生成される。

このように、濾過された加工廃液をイオン交換ユニット１８に供給して容器２０の中を通過させることにより、例えば加工装置で使用可能な純水が生成される。そして、生成された純水は、流出部２２ｂから流出する。

図１に示すように、容器２０の一端側（流入部２２ａ側）は、濾過水貯留タンク１６の流出部１６ｂに接続される。また、容器２０の他端側（流出部２２ｂ側）は、廃液貯留タンク６の上側に設けられた温度調節ユニット（温度調節手段）２６に接続される。なお、濾過水貯留タンク１６には、濾過水貯留タンク１６から加工廃液を送り出すポンプ（不図示）が接続されている。このポンプは、濾過水貯留タンク１６に貯留された加工廃液を、イオン交換ユニット１８を介して温度調節ユニット２６に供給する。

温度調節ユニット２６は、温度調節器等によって構成され、イオン交換ユニット１８から供給された水の温度を調整する。温度調節ユニット２６は加工廃液を排出した加工装置（不図示）に接続されており、温度調節ユニット２６によって温度が調節された水は加工装置に供給される。

温度調節ユニット２６から加工装置に供給された水は、異物やイオンが除去されており、例えば加工装置で純水として用いられる。このように、加工装置から排出された使用済みの加工液や洗浄液を、加工廃液処理装置２によって精製することにより、加工装置で純水として再利用される。

廃液濾過ユニット１０の上側には、加工廃液処理装置２の各構成要素に接続された制御ユニット（制御部）２８が設けられている。例えば、制御ユニット２８はコンピュータを備え、加工廃液処理装置２の各構成要素の動作を制御する。

また、制御ユニット２８は、加工廃液処理装置２に所定の情報を入力するための入力部３０と、加工廃液処理装置２に関する所定の情報を表示する表示部３２とを備える。例えば、入力部３０は複数の操作キーによって構成され、表示部３２はディスプレイによって構成される。なお、制御ユニット２８は、入力部３０及び表示部３２として機能するタッチパネルを備えていてもよい。例えば、入力部３０には水の精製の条件（生成される純水の量、温度等）等が入力され、表示部３２には、加工廃液処理装置２の稼働状況や水の精製の条件等が表示される。

上記の加工廃液処理装置２では、変形可能なチューブ状の容器２０にイオン交換樹脂２４が収容されたイオン交換ユニット１８が、水の精製に用いられる。そして、イオン交換ユニット１８は、自由に変形させることが可能であるため（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）、加工廃液処理装置２の構造に合わせて変形させた状態で設置できる。

例えば、イオン交換ユニット１８を加工廃液処理装置２のデッドスペース（構成要素間の隙間等）に合わせて変形させることにより、イオン交換ユニット１８をデッドスペースに設置できる。図１には、イオン交換ユニット１８が濾過水貯留タンク１６の直上の隙間を通過するように配置されている例を示している。また、例えばイオン交換ユニット１８は、渦巻き状又は螺旋状に巻いた状態で、他の構成要素上等に設置することもできる。

なお、容器２０の寸法は自由に設定することができる。図３（Ａ）は大径の容器２０を備えるイオン交換ユニット１８を示す断面図であり、図３（Ｂ）は小径の容器２０を備えるイオン交換ユニット１８を示す断面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すイオン交換ユニット１８の構成は、容器２０（内壁２０ａ）、流入部２２ａ、流出部２２ｂの直径及び長さが異なる点を除いて、図２（Ａ）に示すイオン交換ユニット１８と同様である。

図３（Ａ）に示すイオン交換ユニット１８は、内径（内壁２０ａの直径）がφ_２である容器２０を備え、容器２０の両端部にはそれぞれ容器２０の外径及び内径に応じた大きさの流入部２２ａと流出部２２ｂとが接続されている。なお、直径φ_２は、図２（Ａ）に示す容器２０の内径（内壁２０ａの直径）φ_１よりも大きい。

また、図３（Ｂ）に示すイオン交換ユニット１８は、内径（内壁２０ａの直径）がφ_３である容器２０を備え、容器２０の両端部にはそれぞれ容器２０の外径及び内径に応じた大きさの流入部２２ａと流出部２２ｂとが接続されている。なお、直径φ_３は、図２（Ａ）に示す容器２０の内径（内壁２０ａの直径）φ_１よりも小さい。

容器２０の内径（イオン交換樹脂２４が収容される領域の断面積）と長さ（イオン交換樹脂２４が収容される領域の長さ）とは、容器２０を適宜交換又は加工することによって容易に所望の値に変更できる。これにより、空間速度（ＳＶ）や線速度（ＬＶ）の値を厳密に制御することが可能となり、イオン交換ユニット１８による精製後の水の純度を高精度に調整できる。

以上の通り、本実施形態に係るイオン交換ユニット１８は、イオン交換樹脂２４を収容する変形可能なチューブ状の容器２０を備える。これにより、イオン交換ユニット１８を加工廃液処理装置２の構造等に合わせて自由に変形させた状態で設置することが可能になり、加工廃液処理装置２の省スペース化を図ることができる。また、容器２０の寸法を変更することにより、イオン交換樹脂２４が収容される領域の大きさを自由に変更でき、空間速度（ＳＶ）や線速度（ＬＶ）等の値を厳密に調整することが可能となる。

なお、上記実施形態では、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合された状態で容器２０に収容される場合について説明したが、イオン交換樹脂２４の収容方法に制限はない。例えば、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが互いに分離された状態で容器２０に収容されてもよい。

具体的には、容器２０の中央部の内側に、水が通過可能で、且つ、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂が通過できない大きさの開口を複数備えるフィルターを設置してもよい。そして、容器２０の流入部２２ａ側にカチオン交換樹脂又はアニオン交換樹脂の一方が、容器２０の流出部２２ｂ側にカチオン交換樹脂又はアニオン交換樹脂の他方が、それぞれ収容される。また、容器２０にカチオン交換樹脂を収容したイオン交換ユニット１８と、容器２０にアニオン交換樹脂を収容したイオン交換ユニット１８とを、直列に接続させてもよい。

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加工廃液処理装置（純水生成装置）
４枠体
４ａ底面
６廃液貯留タンク
８廃液供給ポンプ
１０廃液濾過ユニット（廃液濾過手段）
１２ガイドレール
１４受け皿（パン）
１６濾過水貯留タンク
１６ａ流入部（流入口）
１６ｂ流出部（流出口）
１８イオン交換ユニット（イオン交換手段）
２０容器
２０ａ内壁
２２ａ流入部（流入口）
２２ｂ流出部（流出口）
２４イオン交換樹脂
２６温度調節ユニット（温度調節手段）
２８制御ユニット（制御部）
３０入力部
３２表示部

Claims

加工装置に接続され、該加工装置から排出された加工廃液を処理する加工廃液処理装置であって、
該加工廃液を貯留する廃液貯留タンクと、
該廃液貯留タンクから供給された該加工廃液を濾過する廃液濾過ユニットと、
該廃液濾過ユニットによって濾過された該加工廃液からイオンをイオン交換樹脂によって除去するイオン交換ユニットと、
該イオン交換ユニットによってイオンが除去された該加工廃液の温度を調節する温度調節ユニットと、を備え、
該イオン交換ユニットは、該イオン交換樹脂を収容する変形可能なチューブ状の容器を備え、
該容器は、曲がった状態で設置可能であることを特徴とする加工廃液処理装置。
該イオン交換ユニットは、該容器の一端側に接続され該廃液濾過ユニットによって濾過された該加工廃液が流入する流入部と、該容器の他端側に接続され該イオン交換樹脂によってイオンが除去された該加工廃液が流出する流出部と、を備え、
該イオン交換樹脂によってイオンが除去された該加工廃液の純度は、該容器の該イオン交換樹脂が収容される領域の断面積及び長さを変更することによって調整可能であることを特徴とする請求項１記載の加工廃液処理装置。