WO2014065487A1

WO2014065487A1 - Ｃｍｐ 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 ｃｍｐ 폐수 내 불순물 분리 장치

Info

Publication number: WO2014065487A1
Application number: PCT/KR2013/005965
Authority: WO
Inventors: 이해근; 송정빈; 이종석
Original assignee: Korea University Research and Business Foundation
Current assignee: Korea University Research and Business Foundation
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2015-04-23

Abstract

본 발명은 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(Magnetite)를 첨가한 후 교반하는 단계; 상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가한 후 교반하는 단계; 상기 CMP 폐수에 산도조절제를 첨가하여 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하여 제1 응집물을 생성하는 단계; 및 상기 CMP 폐수 내 생성된 제1 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치는 CMP 폐수로 응집제 및 산도조절제를 첨가하여 실리카 및 구리이온을 포함하는 응집물을 생성하고, 자성을 띠는 응집물을 자기장을 이용하여 용이하게 CMP폐수로부터 필터링할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＣＭＰ 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 ＣＭＰ 폐수 내 불순물 분리 장치

본 발명은 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체소자 제조공정 중 CMP공정 수행 후 발생하는 CMP 폐수 내 존재하는 실리카 및 구리이온을 제거할 수 있는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치에 관한 것이다.

IT 기술의 급격한 발달로 인하여, 사용자가 보다 많은 양의 정보를 저장하거나, 또는 보다 빠르게 정보의 처리를 요구하는 바, 이러한 사용자 요구를 만족시키기 위해 반도체 소자의 집적도 또한 급격히 향상하고 있는 추세이다.

따라서, 반도체 소자의 집적도를 향상시키기 위해서는 웨이퍼의 각 층마다 다층배선공정이 수행되어야 하는데, 이때 각 층의 표면이 평탄하지 않는 경우, 각 층의 배선간 접촉에 악영향을 주게 된다. 이에 따라, 웨이퍼의 표면을 평탄화시키기 위해, 패드에 의한 기계적연마와 연마제에 의한 화학적 연마가 혼합된 화학기계연마공정(CMP: Chemical Mechanic Polishing 이하, CMP공정이라 한다.)이 반도체 소자의 제조공정에서 널리 사용되고 있다.

특히, 반도체 소자의 배선재료로서, 구리는 전기 저항이 매우 낮고, 미세화 및 고집적화가 용이하므로, 널리 사용되는데, 이러한 구리배선의 평탄화를 위해, CMP공정이 주로 사용된다.

하지만, 이러한 CMP공정에서는 실리카 나노입상 미립자를 암모니아 수용액에 현탁시킨 연마제를 주로 사용하는데, 이때, 구리이온과 실리카 나노입상의 미립자가 현탁되어 있는 CMP폐수가 함께 발생한다.

이와 같이, CMP 공정에서 발생되는 CMP 폐수 내 실리카를 제거하기 위해서, 종래에는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 투약하여 CMP 폐수 내 실리카를 처리하는 방식이 주로 사용하였다. 하지만 이러한 종래방식은 응집물의 밀도가 작아 이를 침전시키기 위해서 CMP 폐수를 장시간 체류시켜야하고, 여과공정 시, 멤브레인 필터의 지속력이 감소하는 문제점이 발생하였다.

상술한 바와 같이, CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치에 대한 선행기술을 살펴보면 다음과 같다. 선행기술 1은 한국공개특허공보 제2009-0041953호(2009.04.29)로서, 화학기계적 연마장치의 구리 검출방법에 관한 것이다. 이러한 선행기술 1은 웨이퍼를 화학기계적 연마장치로 평탄화하는 화학기계적 연마단계와, 화학기계적 연마장치에서 발생되는 폐수를 수거하는 폐수 수거단계와, 수거된 폐수에 산화제를 드롭하는 산화제 드롭단계와, 산화제가 드롭된 폐수에 알데히드를 드롭하는 알데히드 드롭단계와, 산화제와 알데히드를 드롭한 폐수의 색 변화를 확인하는 폐수 색변화 확인단계를 포함함으로써, 구리의 유무를 확인할 수 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 반도체 소자의 CMP 공정 시 발생하는 CMP 폐수 내 존재하는 실리카 미립자와 구리이온에 대하여 자성을 띠는 응집물을 생성한 후, 자기장에 의해 CMP 폐수로부터 용이하게 분리할 수 있는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치를 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법은 반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(Magnetite)를 첨가한 후 교반하는 단계; 상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가한 후 교반하는 단계; 상기 CMP 폐수에 산도조절제를 첨가하여 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하여 제1 응집물을 생성하는 단계; 및 상기 CMP 폐수 내 생성된 제1 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 단계;를 포함한다.

특히, 염화제2철인 응집제를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는 실리카-마그네타이트-수산화철로 이루어진 응집물을 형성하는 제1 응집물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

특히, 실리카-마그네타이트-수산화철로 이루어진 응집물을 생성하는 제1 응집물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 CMP 폐수의 수소이온지수가 pH 6 내지 pH 7이 되도록 상기 산도조절제의 첨가량을 조절하는 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

특히, 수산화나트륨인 산도조절제를 포함할 수 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법은 반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(magnetite)를 첨가한 후 교반하는 단계; 상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가한 후 교반하는 단계; 상기 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가한 후 교반하는 단계; 상기 CMP 폐수로 산도조절제를 첨가하여 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하여 제2 응집물을 생성하는 단계; 및 상기 CMP 폐수 내 생성된 제2 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.

특히, 염화제2철인 응집제를 포함할 수 있다.

특히, 제올라이트(zeolite)인 이온교환제를 포함할 수 있다.

특히, 실리카-수산화철-마그네타이트-구리이온을 흡착한 제올라이트를 포함하는 제2 응집물을 생성하는 제2 응집물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 CMP 폐수의 수소이온지수가 pH 6 내지 pH 7이 되도록 상기 산도조절제의 첨가량을 조절하는 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

특히, 수산화나트륨인 산도조절제를 포함할 수 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치는 반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(magnetite)를 첨가하는 마그네타이트첨가부; 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물이 응집되어 제1 또는 제2 응집물이 생성되도록 상기 CMP 폐수로 응집제를 첨가하는 응집제첨가부; 상기 CMP 폐수의 수소이온지수가 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수로 산도조절제를 첨가하는 산도조절제첨가부; 상기 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가하는 이온교환제첨가부; 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간 동안 교반하는 교반부; 및 상기 CMP 폐수 내 존재하는 제1 또는 제2 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 필터링부;를 포함한다.

본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치는 CMP 폐수로 마그네타이트, 응집제 및 산도조절제를 첨가하여 실리카 및 구리이온을 포함하는 응집물을 생성하고, 자성을 띠는 응집물을 자기장을 이용하여 용이하게 CMP폐수로부터 분리할 수 있는 효과가 있다.

더불어, 본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치는 마그네타이트(magnetite)와 응집된 실리카는 별도의 침전과정 또는 멤브레인 여과필터를 사용하지 않고도 자기분리장치의 자기력에 의해 단시간 내 CMP폐수로부터 분리될 수 있어, 처리시간이 단축되는 효과가 있다.

이와 더불어, 본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치는 CMP 폐수 내 존재하는 실리카 미립자 뿐만 아니라, CMP 폐수로 이온교환제를 첨가하여 CMP 폐수 내 존재하는 구리이온 또한 흡착하는 응집물을 생성함으로써, CMP 폐수로부터 실리카 및 구리이온을 동시에 분리해낼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법의 순서도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법의 순서도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치의 개략도이다.

도 4는 실리카와 마그네타이트의 수소이온지수별 제타포텐셜을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 5는 제1 응집물에 자기장을 인가하여 CMP 폐수의 탁도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6은 제2 응집물에 자기장을 인가하여 CMP 폐수의 탁도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7은 제2 응집물에 대한 유도결합 플라즈마를 측정하여 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시 예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법은 먼저, 반도체 소자의 제조 시, 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위해 수행되는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 처리할 때, 함께 발생되는 CMP 폐수를 저장탱크에 저장하고, 저장된 CMP 폐수에 마그네타이트(magnetite)를 첨가하고, 이후, 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간동안 교반한다(S110). 이러한 상기 마그네타이트는 강한 자성을 띠며, 타이타늄을 함유한다.

상기 마그네타이트가 첨가된 상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가하고, 이후 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간동안 교반한다(S120).

이때, 상기 응집제는 염화제2철(ferric chloride)이 사용될 수 있는데, 이러한 염화제2철은 대단히 흡습성이 풍부한 육각형, 암색의 판상으로서, 물, 알코올, 에테르, 아세톤에 녹고, 2황화탄소에 약간 녹으며, 초산에틸에는 녹지 않는 특성을 갖는다. 특히, 임상적으로는 단백질침전 및 응고작용에 의해서 국소적 수렴, 지혈제로 사용되며, 유기반응의 촉매로서 주로 사용된다.

이처럼 마그네타이트와 응집제가 첨가된 CMP 폐수로 산도조절제로 첨가하여 상기 CMP 폐수의 산도 즉, 수소이온지수를 조절하고 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간 동안 교반하여 제1 응집물을 생성한다(S130).

즉, 상기 CMP 폐수는 그 수소이온지수가 pH 3 이상 pH 7 이하의 영역에서 실리카는 표면에 음전하 (-)를 띠고 있고, 마그네타이트는 양전하(+)를 띠고 있으므로, 서로 다른 전하를 가지게 됨에 따라, 반데르발스 힘(Van der waals force)에 의해 상호 간에 응집이 발생하게 된다. 상기 반데르발스 힘이란, 분자 사이에 작용하는 작은 힘 중 하나로서, 두 중성분자가 일정거리 떨어져 있어도 상호 간에 작용하는 인력을 나타낸다. 즉, 두 분자가 상호 근접할 때 각 분자의 전자가 전기적인 반발을 하게 되므로 서로 피하며 운동하게 되는데, 어느 순간은 한 분자의 +전하를 띤 부분과 다른 분자의 －전하를 띤 부분이 서로 마주쳐서 약한 전기적 인력이 발생하게 된다.

이후, 반데르발스 힘에 의해 실리카와 마그네타이트간 응집이 발생된 상기 CMP 폐수에 수소이온지수가 pH 6 내지 pH 7이 되도록 상기 산도조절제의 첨가량을 조절하여 투입한다. 이때, 상기 산도조절제는 수산화나트륨이 사용될 수 있다. 결국, CMP 폐수의 수소이온지수 pH 6 내지 pH 7 영역에서 FeCl₃ + 3NaOH Fe(OH)₃ + 3NaCl 과 같은 반응에 의하여 수산화철(Fe(OH)₃)이 형성되고, 이와 같이 형성된 수산화철이 CMP 폐수 내 마그네타이트 및 실리카와 응집하여 실리카-마그네타이트-수산화철로 이루어지는 제1 응집물이 생성된다.

이후, 자성을 띠는 상기 제1 응집물이 형성된 CMP 폐수가 마그넷이 포함되어 있는 필터링부를 통과하여 자기장에 의해 상기 제1 응집물이 CMP 폐수로부터 분리된다(S140).

본 발명의 CMP 폐수 내 존재하는 실리카 및 구리이온 등의 불순물을 분리하기 위한 다른 실시 예를 도 2를 참조하여 살펴보도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법은 먼저, 반도체 소자의 제조 시, 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위해 수행되는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 처리할 때, 함께 발생되는 CMP 폐수를 저장탱크에 저장하고, 저장된 CMP 폐수에 마그네타이트(magnetite)를 첨가하고, 이후, 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간동안 교반한다(S210). 이러한 상기 마그네타이트는 강한 자성을 띠며, 타이타늄을 함유한다.

상기 마그네타이트가 첨가된 상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가하고, 이후 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간동안 교반한다(S220). 이때, 상기 응집제는 염화제2철(ferric chloride)이 사용될 수 있는데, 이러한 염화제2철은 대단히 흡습성이 풍부한 육각형, 암색의 판상으로서, 물, 알코올, 에테르, 아세톤에 녹고, 2황화탄소에 약간 녹으며, 초산에틸에는 녹지 않는 특성을 갖는다. 특히, 임상적으로는 단백질침전 및 응고작용에 의해서 국소적 수렴, 지혈제로 사용되며, 유기반응의 촉매로서 주로 사용된다.

이와 같이, 마그네타이트와 응집제가 첨가된 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가하고, 이후 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간 동안 교반한다(S230). 이때, 상기 이온교환제는 제올라이트(zeolite)가 사용될 수 있는데, 이러한 제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 나타내는 것으로서, 특히, 결정구조적으로서 각 원자의 결합이 느슨하여 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 남아있기 때문에, 다른 미립물질을 흡착하게 되므로, 금속이온의 흡착제로 사용될 수 있다.

이때, 상기 과정 S220인 CMP 폐수로 응집제를 첨가하여 교반하는 과정과, 상기 과정 S230인 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가하여 교반하는 과정은 실시에 따라 수행순서가 변경될 수 있다.

이처럼 마그네타이트와 응집제 및 이온교환제가 첨가된 CMP 폐수로 산도조절제로 첨가하여 상기 CMP 폐수의 산도 즉, 수소이온지수를 조절하고 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간 동안 교반하여 제2 응집물을 생성한다(S240).

이후, 반데르발스 힘에 의해 실리카와 마그네타이트간 응집이 발생된 상기 CMP 폐수에 수소이온지수가 pH 6 내지 pH 7이 되도록 상기 산도조절제의 첨가량을 조절하여 투입한다. 이때, 상기 산도조절제는 수산화나트륨이 사용될 수 있다. 결국, CMP 폐수의 수소이온지수 pH 6 내지 pH 7 영역에서 FeCl₃ + 3NaOH Fe(OH)₃ + 3NaCl 과 같은 반응에 의하여 수산화철(Fe(OH)₃)이 형성되고, 이와 같이 형성된 수산화철이 CMP 폐수 내 마그네타이트 및 실리카와 응집하여 실리카-수산화철-마그네타이트-구리이온을 흡착한 제올라이트인 제2 응집물이 생성된다.

이후, 자성을 띠는 상기 제2 응집물이 형성된 CMP 폐수가 마그넷이 포함되어 있는 필터링부를 통과하여 자기장에 의해 상기 제2 응집물이 CMP 폐수로부터 분리된다(S250).

이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치의 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, CMP 폐수 내 불순물 분리장치(200)는 마그네타이트첨가부(210), 응집제첨가부(220), 이온교환제첨가부(230), 산도조절제첨가부(240), 교반부(250) 및 필터링부(260)를 포함한다.

마그네타이트첨가부(210)는 반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(magnetite)를 첨가한다.

응집제첨가부(220)는 상기 CMP 폐수로 응집제를 첨가한다. 이때, 상기 응집제는 염화제2철이 사용되는 것이 바람직하다.

이온교환제첨가부(230)는 상기 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가한다.

산도조절제첨가부(240)는 상기 CMP 폐수의 수소이온지수가 기설정된 범위에 해당하도록 산도조절제의 양을 조절하며, 상기 CMP 폐수로 첨가한다. 이때, 상기 산도조절제는 수산화나트륨이 사용될 수 있다.

교반부(250)는 상기 CMP 폐수를 기설정된 시간 동안 교반한다.

필터링부(260)는 상기 CMP 폐수 내 자성을 띠는 제2 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리한다.

도 4의 실험조건을 살펴보면, 입경 12nm의 실리카(SiO₂)와 입경 50nm의 마그네타이트(Fe₃O₄)가 사용된다.

도 4의 실험결과를 살펴보면, 상기 실리카의 등전점(IEP:Isoelectric Point)는 pH 3.1이고, 상기 마그네타이트의 등전점은 pH 7.3이다. 이때, 상기 등전점이란, 양쪽성 전해질 또는 콜로이드 입자 등을 가진 전하의 대수합이 0이 될 때의 상태를 용액의 수소이온지수 pH로 나타낸 것을 말한다.

즉, pH 3.1 과 pH 7.3 사이에서 상기 실리카와 마그네타이트의 전기역학적인 전위차를 나타내는 제타 포텐셜(zeta potential)은 서로 다른 부호이므로, 상기 실리카 및 마그네타이트 사이에 인력이 작용하는 것을 알 수 있으며, 이러한 두 물질사이의 응집을 위해서는 수용액의 수소이온지수를 pH 3.1 과 pH 7.3 사이로 조절하는 것이 바람직하다.

도 5의 실험조건을 살펴보면, 증류수 용액 100ml에 실리카 0.5g을 첨가하여 폐수용액을 만들고, 마그네타이트 0.1g과 염화제2철 0.05g을 상기 폐수용액에 첨가하고, 상기 폐수용액에 염산과 수산화나트륨을 첨가하여, 상기 폐수용액의 수소이온지수를 pH 3, pH 6, pH 9로 각각 조정하여 제1 응집물을 형성한다. 이때, 형성된 상기 제1 응집물은 실리카-마그네타이트-수산화철로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 형성된 제1 응집물에 최대 3500 가우스의 자성을 발생시키는 영구자석을 이용하여 자기장을 각각 10분, 20분, 30분, 60분씩 인가한 후, 자기장 인가시간 변화에 따른 폐수용액의 혼탁도를 측정하였다.

이러한 실험결과, 상기 폐수용액에 응집제를 첨가하였을 때, pH 6에서 폐수용액의 탁도가 처음 측정 시 202 NTU에서, 응집제 첨가 후 0.58 NTU가 측정됨에 따라, 폐수용액의 탁도가 처음 측정 보다 99.7% 개선된 것을 알 수 있으며, 특히, 수소이온지수가 pH 6에서 응집효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있다.

도 6의 실험조건을 살펴보면, 증류수 용액 100ml에 실리카 0.5g과, 염화구리 0.001g 을 첨가하여 폐수용액을 만들고, 상기 폐수용액에 마그네타이트 0.1g과 염화제2철 0.05g 및 합성 제올라이트 molecular sieve 13X 0.03g을 첨가한 후, 이를 30분간 교반한다. 이후, 상기 폐수용액에 염산과 염화나트륨을 첨가하여 상기 폐수용액의 수소이온지수를 pH 3, pH 6, pH 9로 조정하여 제2 응집물을 형성한다. 이와 같이 생성된 제2 응집물에 최대 3500 가우스의 자성을 발생시키는 영구자석을 이용한 자기장을 각각 10분, 20분, 30분, 60분씩 인가한 후, 자기장 인가시간 변화에 따른 폐수용액의 혼탁도를 측정하였다.

이러한 실험 결과, 폐수용액에 응집제를 첨가하였을 때, 수소이온지수 pH 6에서의 폐수용액의 탁도가 처음 202 NTU에서 응집제 첨가 후 4.14 NTU로 측정됨에 따라, 처음 탁도 측정 시 보다 폐수용액의 수질이 97.9% 개선되는 것을 알 수 있다. 특히, 수소이온지수가 pH 6에서 응집효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있다.

도 7의 실험조건을 살펴보면, 증류수 용액 100ml에 실리카 0.5g과, 염화구리 0.001g을 첨가하여 폐수용액을 만들고, 상기 폐수용액에 마그네타이트 0.1g과 염화제2철 0.05g 및 합성 제올라이트 molecular sieve 13X를 0.03g 첨가한 후, 상기 폐수용액을 30분간 교반한다.

이후, 30분간 교반한 폐수용액에 염산과 수산화나트륨을 첨가하여 상기 폐수용액의 수소이온지수를 pH 3, pH 5.6, pH 6.8, pH 7.2, pH 9로 조정하여 제2 응집물을 형성한다. 이와 같이 생성된 제2 응집물을 0.45 마이크로 기공의 크기를 갖는 필터를 이용하여 폐수용액으로부터 분리한다. 이후, 유도결합플라즈마(Induced coupled plasma)를 이용하여 폐수용액 내 구리이온의 함량을 측정하였다.

이러한 본 실험결과, 수소이온지수 pH 3에서 3.328 ppm, pH 5.6에서 0.138 ppm, pH 6.8에서 0.012 ppm, pH 7.2에서 0.018 ppm, pH 9에서 0.004 ppm에 해당하는 폐수용액 내 구리이온 함량이 측정되었고, 수소이온지수 pH 5.6 내지 pH 9 범위에서는 약 90% 이상의 구리이온이 합성 제올라이트 molecular sieve 13X에 흡착되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치는 CMP 폐수로 응집제 및 산도조절제를 첨가하여 실리카 및 구리이온을 포함하는 응집물을 생성하고, 자성을 띠는 응집물을 자기장을 이용하여 용이하게 CMP폐수로부터 필터링할 수 있는 효과가 있다.

더불어, 본 발명의 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법 및 이를 이용한 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치는 마그네타이트(magnetite)와 응집된 실리카는 별도의 침전과정 또는 멤브레인 여과필터를 사용하지 않고도 자기분리장치의 자기력에 의해 단시간 내 CMP 폐수로부터 분리될 수 있어, 처리시간이 단축되는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(Magnetite)를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수에 산도조절제를 첨가하여 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하여 제1 응집물을 생성하는 단계; 및

상기 CMP 폐수 내 생성된 제1 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 단계;

를 포함하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제1항에 있어서,

상기 응집제는

염화제2철을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1 응집물을 생성하는 단계는

실리카-마그네타이트-수산화철로 이루어진 응집물을 생성하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제1항에 있어서,

상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하는 단계는

상기 CMP 폐수의 수소이온지수가 pH 6 내지 pH 7이 되도록 상기 산도조절제의 첨가량을 조절하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제1항에 있어서,

상기 산도조절제는

수산화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(magnetite)를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수로 산도조절제를 첨가하여 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하여 제2 응집물을 생성하는 단계; 및

상기 CMP 폐수 내 생성된 제2 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 단계;

를 포함하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제6항에 있어서,

상기 응집제는

염화제2철을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제6항에 있어서,

상기 이온교환제는

제올라이트(zeolite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수의 불순물 분리 방법.
제8항에 있어서,

상기 제2 응집물을 생성하는 단계는

실리카-수산화철-마그네타이트-구리이온을 흡착한 제올라이트를 포함하는 제2 응집물을 형성하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제6항에 있어서,

상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하는 단계는

상기 CMP 폐수의 수소이온지수가 pH 6 내지 pH 7이 되도록 상기 산도조절제의 첨가량을 조절하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
제6항에 있어서,

상기 산도조절제는

수산화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(magnetite)를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수로 상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물을 응집시키기 위한 응집제를 첨가한 후 교반하는 단계;

상기 CMP 폐수로 산도조절제를 첨가하여 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수의 수소이온지수를 조절하여 제2 응집물을 생성하는 단계; 및

상기 CMP 폐수 내 생성된 제2 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 단계;

를 포함하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 방법.
반도체 소자의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 처리시 발생되는 CMP 폐수로 마그네타이트(magnetite)를 첨가하는 마그네타이트첨가부;

상기 CMP 폐수 내 존재하는 불순물이 응집되어 응집물이 생성되도록 상기 CMP 폐수로 응집제를 첨가하는 응집제첨가부;

상기 CMP 폐수로 이온교환제를 첨가하는 이온교환제첨가부;

상기 CMP 폐수의 수소이온지수가 기설정된 범위에 해당하도록 상기 CMP 폐수로 산도조절제를 첨가하는 산도조절제첨가부;

상기 CMP 폐수를 기설정된 시간 동안 교반하는 교반부; 및

상기 CMP 폐수로부터 생성된 응집물을 자기장을 이용하여 상기 CMP 폐수로부터 분리하는 필터링부;

를 포함하는 CMP 폐수 내 불순물 분리 장치.