JPH10118665A - Nh4系cmp廃液の処理方法 - Google Patents

Nh4系cmp廃液の処理方法

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JPH10118665A
JPH10118665A JP27271396A JP27271396A JPH10118665A JP H10118665 A JPH10118665 A JP H10118665A JP 27271396 A JP27271396 A JP 27271396A JP 27271396 A JP27271396 A JP 27271396A JP H10118665 A JPH10118665 A JP H10118665A
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JP
Japan
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soln
treatment
flocculation
cmp
waste liquid
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JP27271396A
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English (en)
Inventor
Noboru Yamada
登 山田
Takashi Enomoto
俊 榎本
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Kurita Water Industries Ltd
Original Assignee
Kurita Water Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンモニア水溶液にSiO2微粒子が懸濁し
たCMP(Chemical Mechanical Polishing)廃液を処
理するに際し、脱水性および剥離性に優れ、しかもろ布
の目詰りも起こしにくい大形のフロックを形成させる。 【解決手段】 半導体製造工程の研磨工程などから排出
されるNH4系CMP廃液を第1凝集槽1に導入し、カ
チオン系高分子凝集剤7を添加して攪拌機9により急速
攪拌して反応させ、第1の凝集処理を行う。第2凝集槽
2では無機系凝集剤10を添加し、攪拌機12により急
速攪拌して反応させ、第2の凝集処理を行う。フロック
形成槽3では攪拌機13により緩速攪拌してフロックを
生長させ、大形のフロックを形成させる。沈殿槽4で固
液分離した分離液は処理水として系外に排出し、分離汚
泥は脱水装置5で脱水処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程の
研磨工程などから排出されるNH4系CMP(Chemical
Mechanical Polishing)廃液の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板またはその上に形成された皮
膜の研磨にCMP(Chemical Mechanical Polishing)
が行われている。例えば半導体ウエハはCMPにより研
磨され、鏡面仕上が行われている。また半導体の高集積
化に伴って多層配線構造が採用されるようになっている
が、多層配線の高信頼性および高歩留を実現するには多
層配線用層間絶縁層の平坦化が重要であり、このため層
間絶縁層の研磨としてCMPが行われている。
【0003】CMPは化学研磨と機械研磨とを複合した
研磨であり、研磨剤としてアルカリ水溶液に砥粒を懸濁
させたCMP液が用いられている。従来このようなCM
P液としては、KOH水溶液にSiO2微粒子を懸濁さ
せた、いわゆるコロイダルシリカからなるCMP液(以
下、KOH系CMP液という場合がある)が用いられて
いる。
【0004】半導体製造工程の研磨工程から排出される
CMP廃液中には、砥粒として懸濁させたSiO2粒子
のほかに、ウエハや皮膜および研磨パッドが削られて生
成する研磨屑粒子などが含まれており、CMP廃液の処
理では凝集沈殿によりこれらの粒子の除去が行われてい
る。具体的には、KOH系CMP液を用いる研磨工程か
ら排出される廃液(以下、KOH系CMP廃液という場
合がある)に、Al塩またはFe塩などの無機系凝集剤
を添加して急速攪拌したのち、高分子凝集剤を添加して
緩速攪拌を行い、これによりSiO2等の懸濁粒子を凝
集させてフロックを形成し、これを沈降分離し、分離汚
泥は脱水機により脱水処理している。
【0005】ところが最近は、CMP液としてアンモニ
ア水溶液にSiO2微粒子を懸濁させたCMP液(以
下、NH4系CMP液という場合がある)が使用される
ようになり、このようなNH4系CMP液を用いた研磨
工程から排出される廃液(以下、NH4系CMP廃液と
いう場合がある)に従来のKOH系CMP廃液の処理方
法をそのまま適用すると、フロックの脱水性が悪く、フ
ィルタープレスなどの脱水機により容易に脱水処理でき
ないという問題点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来の問題点を解決するため、脱水性および剥離性に優
れ、しかもろ布の目詰りも起こしにくいフロックを形成
させることができるNH 4系CMP廃液の処理方法を提
案することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、アンモニアを
含むCMP廃液にカチオン系高分子凝集剤を添加し攪拌
して第1の凝集処理を行った後、無機系凝集剤を添加し
攪拌して第2の凝集処理を行い、フロックを形成させる
ことを特徴とするNH4系CMP廃液の処理方法であ
る。
【0008】本発明で処理の対象となるNH4系CMP
廃液は、アンモニア水溶液にSiO2微粒子を懸濁させ
て研磨剤として用いるCMP液の廃液であり、具体的な
ものとしては、半導体製造工程の研磨工程やリンス工程
等から排出されるCMP廃液などがあげられる。
【0009】本発明で用いるカチオン系高分子凝集剤と
しては、従来から使用されているカチオン系高分子凝集
剤が使用でき、例えばアミノアルキル(メタ)アクリレ
ート4級塩(共)重合体、ポリアミノメチルアクリルア
ミドの塩もしくは4級塩、ポリアクリルアミドのマンニ
ッヒ変性物、キトサン、ポリビニルアミジンなどがあげ
られる。これらの中では、(メタ)アクリロイルオキシ
エチルトリメチルアンモニウムクロリドとアクリルアミ
ドとの共重合体などのアミノアルキル(メタ)アクリレ
ート4級塩(共)重合体が好ましい。カチオン系高分子
凝集剤は市販品を使用することもできる。
【0010】カチオン系高分子凝集剤の添加量は原廃液
濃度により異なるが、通常は10〜200mg/l、好
ましくは50〜150mg/l程度である。なお、カチ
オン系高分子凝集剤の代わりにノニオン系またはアニオ
ン系高分子凝集剤を用いた場合、フロックは形成される
が、このフロックの脱水性はカチオン系高分子凝集剤を
用いた場合に比べて劣っている。
【0011】本発明で用いる無機系凝集剤としては、従
来から使用されている無機系凝集剤が使用でき、例えば
ポリ塩化アルミニウム(PAC)、硫酸バンド等のアル
ミニウム塩;硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄等の
鉄塩;水酸化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化カル
シウム等のアルカリ土類金属塩などがあげられる。これ
らの中ではNH4−Nと錯体を形成しにくいポリ塩化ア
ルミニウム、硫酸バンドなどが好ましい。無機系凝集剤
は市販品を使用することもできる。無機系凝集剤の添加
量は一般的に100〜20000mg/l、好ましくは
1500〜10000mg/lである。
【0012】本発明では、まずNH4系CMP廃液に前
記カチオン系高分子凝集剤を添加し、攪拌して第1の凝
集処理を行う。この場合、廃液のpHは添加するカチオ
ン系高分子凝集剤に適したpHとなるようにpH調整す
るのが好ましい。例えば、カチオン系高分子凝集剤とし
て(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモ
ニウムクロリドとアクリルアミドとの共重合体を使用す
る場合は、pH6.5〜7.5、好ましくは6.8〜
7.0に調整するのが望ましい。またカチオン系高分子
凝集剤の添加後は、5〜15分間急速攪拌を行い反応さ
せるのが好ましい。急速攪拌は攪拌手段の形状や大きさ
等によっても異なるが、通常は100〜400rpm程
度で行うのが好ましい。このように第1の凝集処理を行
うことにより、CMP廃液中に懸濁しているSiO2
粒子およびその他の粒子が凝集してフロックが形成され
る。第1の凝集処理は連続式でもバッチ式でも行うこと
ができる。連続式で行う場合、上記攪拌時間は攪拌処理
における平均滞留時間である。第1の凝集処理におい
て、急速攪拌して続いて緩速攪拌を行ってもよいが、通
常は必要でない。
【0013】次に第1の凝集処理液に前記無機系凝集剤
を添加し、攪拌して第2の凝集処理を行い、フロックを
形成させる。この場合、廃液のpHは添加する無機系凝
集剤に適したpHとなるようにpH調整するのが好まし
い。例えば、無機系凝集剤としてポリ塩化アルミニウム
を使用する場合は、pH6〜8、好ましくは6.5〜7
に調整するのが望ましい。また無機系凝集剤の添加後
は、5〜15分間急速攪拌を行って反応させ、次に5〜
30分間緩速攪拌を行ってフロックを生長させるのが望
ましい。上記急速攪拌は攪拌手段の形状や大きさ等によ
っても異なるが、通常は100〜400rpm程度、緩
速攪拌も攪拌手段の形状や大きさ等によっても異なる
が、通常は10〜100rpm程度で行うのが好まし
い。
【0014】第2の凝集処理も連続的でもバッチ式でも
行うことができる。連続時で行う場合、上記攪拌時間は
攪拌処理における平均滞留時間である。なおバッチ式で
行う場合、急速攪拌および緩速攪拌は同一の凝集槽で行
うことができるが、連続式で行う場合は別々の槽で行う
のが好ましい。
【0015】このように第1の凝集処理を行ったのち第
2の凝集処理を行ってフロックを生長させることによ
り、第1の凝集処理で生成した難脱水性の微細なフロッ
クが無機系凝集剤の水酸化物のフロックに抱き込まれて
大形のフロックに生長し、これにより脱水性、剥離性に
優れ、しかもろ布の目詰りも起こしにくいフロックが形
成される。
【0016】第2の凝集処理を行い、フロックを生長さ
せた凝集処理液は、通常沈降分離、濾過分離等により固
液分離され、分離液は処理水として系外に排出され、分
離汚泥は脱水処理されて脱水ケーキとされる。本発明の
方法により形成されるフロックは前記のように脱水性な
どに優れているため、フィルタープレスなどの公知の脱
水機により容易に脱水することができ、含水率の低い、
通常40〜50%の含水率の脱水ケーキが得られる。ま
た脱水ケーキの粘着性は低く、ろ布から簡単に剥離す
る。またろ布の目詰りが起こりにくいほか、ろ液(透過
液)側へのSiO 2粒子の再拡散もほとんど起こらな
い。
【0017】本発明の方法は濃厚CMP廃液を希釈する
ことなく、直接処理することができ、このため装置が小
型でよいほか、従来用いられているKOH系CMP廃液
処理装置をそのまま使用することもできる。さらに凝集
効率がよいため、凝集剤の添加量は少なくてよく、この
ためスラッジの発生量は少なくなる。
【0018】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例を図面により
説明する。図1は本発明の処理方法を連続式で実施する
廃液処理装置の系統図であり、1は第1凝集槽、2は第
2凝集槽、3はフロック形成槽、4は沈殿槽、5は脱水
装置である。
【0019】図1の装置で廃液を処理するには、NH4
系CMP廃液6を第1凝集槽1に連続的に導入し、カチ
オン系高分子凝集剤7およびpH調整剤8を添加して攪
拌機9により急速攪拌して反応させ、第1の凝集処理を
行う。第1凝集槽1の槽内液は第2凝集槽2に連続的に
導入し、無機系凝集剤10およびpH調整剤11を添加
して攪拌機12により急速攪拌して反応させ、第2の凝
集処理を行う。第2凝集槽2の槽内液はフロック形成槽
3に連続的に導入し、攪拌機13により緩速攪拌を行
い、フロックを生長させて、さらに大形のフロックを形
成する。
【0020】フロック形成槽3の槽内液は沈殿槽4に連
続的に導入し、沈降分離により固液分離する。分離液は
処理水14として系外に排出し、分離汚泥は脱水装置5
に送る。脱水装置5としては、フィルタープレス、ベル
トフィルターなどが用いられ、これによりフロックを機
械的に脱水する。脱水した脱水ケーキ15は系外に排出
し、ろ液は第2凝集槽2に循環する。脱水装置5におい
ては、フロックは脱水性および剥離性に優れているの
で、容易に脱水することができ、脱水後の脱水ケーキ1
5もろ布から簡単に剥離することができる。またろ布の
目詰りも起こりにくく、繰返し脱水することができる。
【0021】図2は本発明の処理方法をバッチ式で実施
する廃液処理装置の系統図である。図2の装置で廃液を
処理するには、NH4系CMP廃液6を第1凝集槽1に
導入し、カチオン系高分子凝集剤7およびpH調整剤8
を添加して攪拌機9により急速攪拌して反応させ、第1
の凝集処理を行う。次に第1凝集槽1の槽内液を第2凝
集槽2に導入し、無機系凝集剤10およびpH調整剤1
1を添加して攪拌機12により急速攪拌して反応させ、
第2の凝集処理を行う。その後攪拌機12により緩速攪
拌を行ってフロックを生長させ、さらに大形のフロック
を形成する。次に第2凝集槽2の槽内液を沈殿槽4に導
入し、沈降分離により固液分離する。他の処理は図1と
同様である。
【0022】図1、図2においては、脱水により生じる
ろ液を第2凝集槽2に循環しているが、ろ液へのSiO
2微粒子の再拡散はほとんど起こらないので、ろ液はそ
のまま系外へ排出することもできる。また循環する場合
は、第1凝集槽1に循環することもできる。なお図1お
よび図2の廃液処理装置としては、従来KOH系CMP
廃液の処理装置として用いられていた装置を、凝集剤の
添加順序を図1および図2のように変更するだけでその
まま使用することができる。
【0023】
【実施例】
実施例1〜2 表1に示す人工NH4系CMP廃液の処理を行った。な
おSS成分は0.2μm以下のSiO2粒子である。
【表1】
【0024】表1に示す廃液を500mlビーカーに採
り、攪拌しながら表2に示すカチオン系高分子凝集剤を
添加し、長さ65mm、幅25mmの攪拌羽根を約20
0rpmで回転させ、5分間急速攪拌した。次にポリ塩
化アルミニウム(PAC)を表2に示す量で添加し、上
記と同様の急速攪拌、次いで50rpmで10分間緩速
攪拌した。その後静置し、上澄液は処理水とし、沈殿フ
ロックは脱水処理した。脱水処理は、フロックを約0.
1mmの粗め和紙上に載せ、手で絞る方法を繰返した。
脱水性、剥離性、目詰りの具合などの結果を表2に示
す。
【0025】比較例1 PACを添加しないで緩速攪拌を行った以外は実施例1
と同様に行った。結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】表2の注 ポリマー:(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチ
ルアンモニウムクロリドとアクリルアミドとの共重合体
(カチオン系高分子凝集剤) PAC:ポリ塩化アルミニウム 凝集状態:次の基準で評価した。 良好;SSが50mg/l以下 不十分;SSが50mg/lを超える 脱水性:次の基準で評価した。 ○;ろ布で容易に水を絞ることができ、ろ液が透明な場
合 △;ろ布で容易に水を絞ることができるが、ろ液が白く
濁る場合 ×;汚泥が流出する場合 剥離性:次の基準で評価した。 ○;ろ布から簡単に脱水ケーキが剥離する △;ろ布面にケーキが付着している ×;ケーキを形成しないで流動性がある 目詰り:次の基準で評価した。 ○;6〜7回繰返し脱水試験してもろ布が目詰りしない △;3〜4回繰返し脱水試験するとろ布の目詰りが多く
なる ×;1回目の脱水試験でろ布が目詰まりする
【0028】表2の結果から、ポリマーの添加だけで凝
集は起こる(比較例1)が、このフロックの脱水性、剥
離性は悪く、目詰りも起こることがわかる。しかしPA
Cをその後添加することにより、脱水性、剥離性に優
れ、目詰りを起こさないフロックを形成させることがで
きることがわかる(実施例1、2)。
【0029】比較例2 凝集剤の添加順序を逆にして、実施例1と同様にして行
った。すなわち、まずPACを5000mg/l添加し
て5分間急速攪拌した後、ポリマーを150mg/l添
加して5分間急速攪拌、および10分間緩速攪拌した。
その結果、上澄液のSS濃度は15mg/l、SS除去
率は99.9%で、凝集は十分であった。しかし、表2
と同様な基準で評価した脱水性は△、剥離性は×、目詰
りは×であった。
【0030】比較例2の結果から、凝集剤の添加順序を
逆にした場合は、フロックの形成は十分であるが、形成
されたフロックの脱水性、剥離性、目詰まりは悪いこと
がわかる。
【0031】比較例3〜5 表1に示す廃液を2倍に希釈し、ポリマーのみ添加して
凝集処理を行った。結果を表3に示す。
【表3】
【0032】表3の注 ポリマー:表2参照 SV:凝集後のスラッジの体積割合 凝集状態:表2参照
【0033】比較例6 従来のKOH系CMP廃液の処理方法と同様に、表1に
示す廃液にPACを8000〜16000mg/l添加
した後、アニオン系高分子凝集剤を20〜80mg/l
添加して凝集処理した。いずれの添加量においてもフロ
ックは形成されるが、フロックの脱水はできなかった。
このことから、従来の処理方法はNH4系CMP廃液処
理に適用できないことがわかる。
【0034】
【発明の効果】本発明のNH4系CMP廃液の処理方法
は、カチオン系高分子凝集剤を添加して第1の凝集処理
を行った後、無機系凝集剤を添加して第2の凝集処理を
行い、フロックを形成させるようにしているので、脱水
性および剥離性に優れ、しかもろ布の目詰りも起こしに
くい大形のフロック形成させることができる。また濃厚
廃液を直接処理することができるので、装置は小型でよ
いほか、凝集剤の添加順序を変更するだけで現状の廃液
処理装置が使用できる。またスラッジの発生量が少な
い。さらに凝集分離したフロックを脱水処理する際、ろ
液側へのSiO2粒子の再拡散がほとんど起こらない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の連続式NH4系CMP廃液処理装置の
系統図である。
【図2】実施例のバッチ式NH4系CMP廃液処理装置
の系統図である。
【符号の説明】
1 第1凝集槽 2 第2凝集槽 3 フロック形成槽 4 沈殿槽 5 脱水装置 6 廃液 7 カチオン系高分子凝集剤 8、11 pH調整剤 9、12、13 攪拌機 10 無機系凝集剤 14 処理水 15 脱水ケーキ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C02F 1/58 CDJ C02F 1/58 CDJP

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンモニアを含むCMP廃液にカチオン
    系高分子凝集剤を添加し攪拌して第1の凝集処理を行っ
    た後、無機系凝集剤を添加し攪拌して第2の凝集処理を
    行い、フロックを形成させることを特徴とするNH4
    CMP廃液の処理方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101290333B1 (ko) * 2011-05-31 2013-07-29 주식회사 글라소울 식각 용액 재생 시스템
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