JP2002113499A - スラリー廃液の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理能力が大で低コストにて適正なるスラリ
ー廃液の処理方法を提供する。 【解決手段】 スラリー廃液を送り込むｐＨ調整槽３で
は分散している一の粒子の等電点近傍のｐＨ値になるよ
うに所定の薬液を注入する。一の粒子は等電点において
溶解度が極小値を示すので溶解度を超える粒子は析出す
る。攪拌混合及びｐＨ調整されたスラリー廃液は電極板
群が設置された荷電処理槽５に送られる。比較的大きい
粒子で電極板にクーロン力で吸引されるものは電極周囲
に集まりゼータ電位が消去されて分子間引力で凝集粗大
化し、析出した重い粒子は沈降分離する。一定時間処理
した後、凝集固形分は下部より排出し、上澄み液は上部
より排水処理工程に送る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、湿式精密研磨業
界並びに半導体業界、鍍金業界等の各種研磨業界より排
出されるスラリー廃液の処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェハ、液晶ガラス、水晶発信
子、セラミック基板、光学ガラス、建築用ガラス、宝石
等は１０〜３０μｍの砥粒を混合したスラリーにて湿式
精密研磨される。この工程で排出されるスラリー廃液
は、コストダウンを目的に数回再循環使用される。その
ため、スラリー中には０．０５〜１μｍまで微粒子化し
た砥粒や研磨屑等が大量に蓄積されることになる。

【０００３】例えば半導体シリコンウェハを製造する際
には、湿式精密研磨工程にて粒子径が１０〜３０μｍの
ＳｉＯ₂、ＣｅＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの研磨剤粒子を酸、酸
化剤、アルカリ、有機系分散剤などの薬液を含む水中に
分散させた研磨液を利用して、シリコン基板上に形成し
たＳｉＯ₂絶縁膜をポリッシングしているが、この研磨
工程においては、研磨液、半導体シリコンウェハ等の被
研磨物及び研磨パッドを含む廃液が排出されることにな
り、この廃液中に存在する微粒子は、電気的に帯電して
おり、粒子周辺にはその電荷を中和するためのイオンが
拡散的に分布し、電気二重層を形成している。

【０００４】電気二重層は固定層とイオン拡散層とに分
けられる。その境界面に近い滑り面での電位をゼータ電
位というが、微粒子等の場合、このゼータ電位がゼロに
近くなると粒子間の反発力が弱くなり凝集しやすくな
る。逆にゼータ電位の絶対値が増加すると粒子間の反発
力が強くなり分散するが、電場をかけると、その表面電
位の符号と反対方向に泳動する性質を有する。

【０００５】廃液中に存在する微粒子は電気二重層を形
成して非常に安定した状態になっているので浮遊懸濁し
て、決して沈殿することがない。従来のスラリー廃液処
理は、このように浮遊する微粒子を凝集沈殿、遠心分
離、濾過分離、限外濾過、精密濾過、逆浸透濾過、酸化
処理並びに生物化学処理等により固液分離し、上澄み液
を放流もしくは各種用水として回収し、固形分はスラッ
ジとして処分していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の各種スラ
リー廃液処理技術は、何れも時間当たりの処理能力が低
く、又濾布の目詰まりが頻繁となり、ランニングコスト
及びメンテナンスコストが高いなどの理由により未だ普
及するに至っていない。従って廃液を産業廃棄物処理業
者に委託して焼却・埋立によって処分しているのが現状
であった。ところが、その処分場の余裕も無くなり、今
後も、特に半導体分野においては高集積化、高精密化が
進み、それに伴い研磨媒体である砥粒も超微粒子化し、
そのスラリー廃液量も増大の一途を辿るものと予測され
ている。

【０００７】この発明は、上記のような従来のスラリー
廃液の処理方法が有する問題点を解消すべくなされたも
のであり、地球環境保全の観点から、処理能力が大で、
かつ低コストにて適正なるスラリー廃液の処理方法を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明のスラリー廃液の処理方法は、スラリー廃
液中に分散している一の粒子の等電点近傍になるように
ｐＨ調整した後、このスラリー廃液を攪拌しながら荷電
処理によりゼータ電位を破壊して粒子同士を凝集するこ
とによりスラリー廃液を上澄み液と固形物とに分離する
ことを特徴とするものである。

【０００９】スラリー廃液中に分散している微粒子やコ
ロイド粒子は電気二重層を形成しているが、これらの粒
子は溶液のｐＨが変わるとゼータ電位が大きく変化し、
ある特定のｐＨでは表面電位がゼロとなり、電気泳動な
どの界面動電現象を全く示さなくなる等電点をもつ。こ
の等電点では静電的な反発力が消失するため粒子は凝集
してしまう。即ち等電点において溶解度は極小値を示
し、等電点より酸性もしくはアルカリ側にずれるに従っ
て溶解度は増大することになる。

【００１０】又廃液中の粒子は電圧印加手段によって荷
電処理を行う場合にも粒子の電気二重層のゼータ電位を
破壊して粒子同士が静電凝集して大きくなる。例えば外
周に＋電荷を帯びた微粒子は、その外側にこの＋電荷に
対応する−電子を帯びて電気二重層を形成している。電
圧印加手段の電位に基づき廃液中に＋イオンと−イオン
とが発生すると外層の−電子と水中の＋イオンが荷電中
和し、かつ微粒子の＋電荷と−イオンとが荷電中和する
こととなり、従ってゼータ電位が零、即ち等電点とな
る。

【００１１】請求項２記載のスラリー廃液の処理方法
は、半導体シリコンウェハ製造工程から排出されＡｌ₂
Ｏ₃とＳｉＯ₂を含むスラリー廃液であって、ＳｉＯ₂の
等電点近傍になるようにｐＨ１．８〜ｐＨ３．０程度に
調整した後、攪拌しながら荷電処理を行うことを特徴と
するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】次にこの発明の実施の形態を添付
図面に基づき詳細に説明する。図１はスラリー廃液処理
システムを説明する設備フロー図である。各種研磨工程
１で発生する研磨材等を含むスラリー廃液は廃液受槽２
に収納した後、ｐＨ調整槽３に送り込む。ｐＨ調整槽３
では、スラリー廃液中に分散している一の粒子の等電点
近傍のｐＨ値になるように薬注設備４から所定の薬液が
注入される。なお、ｐＨ調整槽３内には図示しない攪拌
機が設けられており濃度ムラが生じないように攪拌混合
が行われる。一の粒子は等電点において溶解度が極小値
を示すので溶解度を超える粒子は析出することになる。

【００１３】このようにｐＨ調整され均一攪拌状態のス
ラリー廃液は荷電処理槽５に送られる。荷電処理槽５内
には図示しない縦置き又は横置きの電極板群を設置す
る。電極板単体は夫々互いに平行で、互いに隣り合うも
の同士は電極が相違するように電気的結線がされてお
り、ＡＣ電源に接続するＡＣ／ＤＣ変換器６を介して直
流電流が供給される。なお電極板材料としては網目状の
電極を用いるのが望ましい。

【００１４】又荷電処理槽５には微細気泡発生装置７が
接続しており、送り込まれる気泡に廃液中に存在する比
重の軽い不純物が付着して浮上分離する。更に比較的大
きい粒子で電極板にクーロン力で吸引されるものは、電
気泳動で電極の周囲に集まりゼータ電位が消去されて分
子間引力で凝集粗大化する。又析出した重い粒子は沈降
分離する。

【００１５】荷電処理槽５内で一定時間処理した後、凝
集固形分は下部より排出し、上澄み液は上部より排水処
理工程に送り、更に気体成分は洗浄集塵処理を行った後
大気に放出する。分離された凝集固形分は図示しない脱
水及び乾燥工程を経た後回収固形分として貯蔵し、その
後成分分離処理を行い研磨材回収または被研磨物の回収
等を行う。又排水処理済みの上澄み液は工程内に循環再
利用したり、一部は中水道へ再利用する。

【００１６】スラリー廃液は荷電処理及び気泡吸着処理
を行うことにより容易に分離でき１／１０程度に減容が
可能となる。本処理方法は、新たな薬剤添加並びに新た
な廃棄物の副生がない、地球環境にやさしいクリーンシ
ステムにて廃棄物を処理することができる。

【００１７】

【実施例】半導体シリコンウェハ製造工程から排出され
るＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂及び界面活性剤等の分散剤を含む
研磨材濃度約２５％、初期濁度３００〜５００ＮＴＵ、
ｐＨ８、容量約１０００ｍｌのスラリー廃液処理を行っ
た。このスラリー廃液中に分散している一の粒子である
ＳｉＯ₂の等電点近傍になるように、ＨＣｌの添加によ
る酸処理でｐＨ１．８〜ｐＨ３．０程度に調整した後、
５〜１０ｒｐｍで攪拌しながら３０ｗ以下の荷電処理を
行った。電極としては比表面積が大きく接触回数が大に
なるよう白金チタンのメッシュ形状のものを使用した。

【００１８】処理開始後約３時間で容器下部には厚さ約
５ｍｍ程度の沈殿物が確認され、中間の懸濁浮遊も既に
幾らか清澄度が向上しており、一部の懸濁浮遊物質は気
泡と共に浮上分離し溶液界面に浮遊していた。５時間処
理後、懸濁浮遊物質の大半は凝集沈殿していたが沈殿物
質の厚みは約５ｍｍと変化が無かった。清澄度はかなり
向上しており、界面の気泡の径はかなり大きく成長して
いたが、付着粒子の大半は既に再度溶液中に懸濁沈降し
ていた。なお、溶液量は約３００ｍｌ減少していた。

【００１９】一方未処理のスラリー廃液は１２０時間放
置後も初期状態と全く変化なく均一懸濁状態のままで、
下部への凝集沈降は見受けられなかった。又荷電処理の
みを実施した場合には、１２０時間経過後、依然懸濁状
態ではあるものの上層部(約２／３)は若干清澄度が向上
し、下層部には上層部の一部が沈降し懸濁物質が浮遊し
ている状態が確認された。但し、粒度そのものには変化
がないようであった。溶液界面部分には電気分解にて発
生したガス気泡が確認され、供試溶液量は約２００ｍｌ
減少していた。

【００２０】又攪拌しながら荷電処理のみを行った場合
には初期状態のｐＨ８から約０．５程度酸性側に変化す
るが、大きなシフトは起こらなかった。このように荷電
処理のみでは大きな変化が見られなかったが、ｐＨ調整
を１〜４．５とし荷電処理を行った場合には、処理時間
とともにｐＨ２〜２．５に変化し、濁度も５０ＮＴＵ以
下になった。即ち酸処理により濁度を急激に低下できる
ことが判明した。酸処理を行うと溶液の電気抵抗が下が
るため温度上昇が少なく低電力にて効率よく処理が可能
となる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のスラリ
ー廃液の処理方法は、一の粒子の等電点近傍になるよう
にｐＨ調整した後、攪拌しながら荷電処理を行うので効
率よくスラリー廃液を上澄み液と固形物とに分離するこ
とができる。請求項２記載のスラリー廃液の処理方法
は、Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂を含むスラリー廃液をＳｉＯ₂の
等電点近傍になるようにｐＨ１．８〜ｐＨ３．０程度に
調整した後、攪拌しながら荷電処理を行うので半導体シ
リコンウェハを製造する際のスラリー廃液を効率よく低
コストで処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラリー廃液処理システムの設備フロー図であ
る。

【符号の説明】

３ ｐＨ調整槽 ５ 荷電処理槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG15 GG17 4D059 AA30 BE31 BE41 BE49 BF12 BK16 BK30 CA14 CA21 CC10 DA32 EB05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スラリー廃液中に分散している一の粒子
   の等電点近傍になるようにｐＨ調整した後、このスラリ
   ー廃液を攪拌しながら荷電処理によりゼータ電位を破壊
   して粒子同士を凝集することによりスラリー廃液を上澄
   み液と固形物とに分離することを特徴とするスラリー廃
   液の処理方法。
2. 【請求項２】 前記スラリー廃液は、半導体シリコンウ
   ェハ製造工程から排出されＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂を含むス
   ラリー廃液であって、ＳｉＯ₂の等電点近傍になるよう
   にｐＨ１．８〜ｐＨ３．０程度に調整した後、攪拌しな
   がら荷電処理を行うことを特徴とする請求項１記載のス
   ラリー廃液の処理方法。