JP3341601B2 - 研磨剤の回収再利用方法および装置 - Google Patents
研磨剤の回収再利用方法および装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板ある
いはその上に形成された被膜の化学機械研磨に使用した
研磨剤を回収する方法および装置に関する。
いはその上に形成された被膜の化学機械研磨に使用した
研磨剤を回収する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板そのものの表面はもちろん、
その上に形成された被膜の表面を平坦化することが行わ
れている。半導体集積回路の製造では、回路パターンを
形成するため光露光を用いてフォトレジストのパターニ
ング工程を行う。この際、より微細なパターンを露光す
るには、より波長の短い光源を用いなければならず、結
果的に露光焦点深度の許容範囲が１μｍを切るようにな
り、可能な限り平坦な露光面が必要となっている。すな
わち微細な回路パターンを形成するには、半導体基板上
に被膜表面が平坦であることが要求されるが、例えば配
線層が立体的に配置された多層配線層を有する半導体集
積回路を形成するには、下地配線パターンの存在で配線
層間の絶縁膜表面は平坦とはならない。従って、露光前
にかかる層間絶縁膜表面を平坦にする必要がある。ま
た、素子分離酸化膜を基板に埋込むことで基板表面が完
全平坦面となるトレンチ素子分離構造の形成にも、基板
および埋め込み絶縁膜の平坦化が必要となっている。
その上に形成された被膜の表面を平坦化することが行わ
れている。半導体集積回路の製造では、回路パターンを
形成するため光露光を用いてフォトレジストのパターニ
ング工程を行う。この際、より微細なパターンを露光す
るには、より波長の短い光源を用いなければならず、結
果的に露光焦点深度の許容範囲が１μｍを切るようにな
り、可能な限り平坦な露光面が必要となっている。すな
わち微細な回路パターンを形成するには、半導体基板上
に被膜表面が平坦であることが要求されるが、例えば配
線層が立体的に配置された多層配線層を有する半導体集
積回路を形成するには、下地配線パターンの存在で配線
層間の絶縁膜表面は平坦とはならない。従って、露光前
にかかる層間絶縁膜表面を平坦にする必要がある。ま
た、素子分離酸化膜を基板に埋込むことで基板表面が完
全平坦面となるトレンチ素子分離構造の形成にも、基板
および埋め込み絶縁膜の平坦化が必要となっている。
【０００３】さらに近年絶縁膜に形成された配線溝上に
リフロースパッタ法や化学気相成良法でＡｌ、Ｗあるい
はＣｕを成膜し、これら金属膜を化学機械研磨すること
で配線溝に金属を埋め込んだ平坦化配線を形成すること
も行われるようになっている。
リフロースパッタ法や化学気相成良法でＡｌ、Ｗあるい
はＣｕを成膜し、これら金属膜を化学機械研磨すること
で配線溝に金属を埋め込んだ平坦化配線を形成すること
も行われるようになっている。
【０００４】かかる絶縁膜の平坦化やＡｌやＷやＣｕ等
のメタル薄膜の埋込み平坦化には、研磨剤を用いて基板
または被膜を化学機械研磨する方法が採用されている。
この方法では、研磨パッド等の研磨部材と半導体基板と
の間にスラリー状の研磨剤を介在させた状態で研磨を行
い、半導体基板あるいはシリコン酸化膜や金属薄膜等被
膜表面を平坦化する。このとき用いる研磨剤としては、
分散性がよく、平均粒子径が揃っている等の理由で、シ
リカ微粒子が利用されている場合が多く、水等の分散媒
中にシリカ微粒子を分散させたシリカ懸濁液として使用
するる場合が一般的である。一般にこのような研磨剤を
用いた化学機械研磨法では研磨剤を一回使用で廃棄して
いる。通常一枚の基板表面層を化学機械研磨するのに２
５０ｍｌ〜５００ｍｌの研磨剤を使用するが、その結
果、研磨剤コスト増大により半導体製造プロセスコスト
を押し上げ、使用済みの研磨剤を回収して再利用する技
術が必要とされている。
のメタル薄膜の埋込み平坦化には、研磨剤を用いて基板
または被膜を化学機械研磨する方法が採用されている。
この方法では、研磨パッド等の研磨部材と半導体基板と
の間にスラリー状の研磨剤を介在させた状態で研磨を行
い、半導体基板あるいはシリコン酸化膜や金属薄膜等被
膜表面を平坦化する。このとき用いる研磨剤としては、
分散性がよく、平均粒子径が揃っている等の理由で、シ
リカ微粒子が利用されている場合が多く、水等の分散媒
中にシリカ微粒子を分散させたシリカ懸濁液として使用
するる場合が一般的である。一般にこのような研磨剤を
用いた化学機械研磨法では研磨剤を一回使用で廃棄して
いる。通常一枚の基板表面層を化学機械研磨するのに２
５０ｍｌ〜５００ｍｌの研磨剤を使用するが、その結
果、研磨剤コスト増大により半導体製造プロセスコスト
を押し上げ、使用済みの研磨剤を回収して再利用する技
術が必要とされている。
【０００５】このような研磨剤を用いて研磨を行うと、
半導体基板の表面被膜層（ここでは、シリコン酸化膜）
を形成する薄膜材料や研磨パッドが削り取られた研磨屑
とともに、研磨剤としてのシリカ微粒子が破壊された極
微細な粒子や、研磨された薄膜材料片と研磨粒子とが凝
集することによって生じる粒径の大きな研磨屑が研磨剤
に混じった状態の研磨廃液が排出される。また、絶縁膜
の平坦化研磨工程では、研磨前に研磨パッドの極表面層
をダイヤモンド微粒子を電着させた回転やすりで目立て
するコンディショニング工程を行うことが一般的であ
り、このパッドコンディショニング工程あるいはその後
のパッド水洗工程の際の純水が研磨廃液に混入し、研磨
廃液中の研磨剤が希釈された状態になっている。研磨廃
液を無処理で再び研磨剤として用いた場合、次のような
弊害が生じる。 研磨廃液に含まれる大粒径の研磨屑および凝集物は基
板表面にキズを発生させる原因になり、また研磨屑の蓄
積により研磨力が低下する。 研磨剤粒子の破壊によって生じる極微細粒子は、基板
汚染の原因となる。すなわち、基板と研磨剤粒子との吸
着力は表面張力に関係しているため、研磨剤粒子径が微
細になると単位体積あたりの表面積が増加して基板との
吸着力が過剰に強くなる。その結果、研磨後これらの極
微細粒子を基板表面層から洗浄除去できず、基板汚染の
原因となる。 さらに、研磨剤濃度が低下すると、シリコン基板表面
被膜（ここではシリコン酸化膜）の研磨速度が低下する
ことから、希釈された研磨廃液をそのまま循環再利用す
ることはできない。
半導体基板の表面被膜層（ここでは、シリコン酸化膜）
を形成する薄膜材料や研磨パッドが削り取られた研磨屑
とともに、研磨剤としてのシリカ微粒子が破壊された極
微細な粒子や、研磨された薄膜材料片と研磨粒子とが凝
集することによって生じる粒径の大きな研磨屑が研磨剤
に混じった状態の研磨廃液が排出される。また、絶縁膜
の平坦化研磨工程では、研磨前に研磨パッドの極表面層
をダイヤモンド微粒子を電着させた回転やすりで目立て
するコンディショニング工程を行うことが一般的であ
り、このパッドコンディショニング工程あるいはその後
のパッド水洗工程の際の純水が研磨廃液に混入し、研磨
廃液中の研磨剤が希釈された状態になっている。研磨廃
液を無処理で再び研磨剤として用いた場合、次のような
弊害が生じる。 研磨廃液に含まれる大粒径の研磨屑および凝集物は基
板表面にキズを発生させる原因になり、また研磨屑の蓄
積により研磨力が低下する。 研磨剤粒子の破壊によって生じる極微細粒子は、基板
汚染の原因となる。すなわち、基板と研磨剤粒子との吸
着力は表面張力に関係しているため、研磨剤粒子径が微
細になると単位体積あたりの表面積が増加して基板との
吸着力が過剰に強くなる。その結果、研磨後これらの極
微細粒子を基板表面層から洗浄除去できず、基板汚染の
原因となる。 さらに、研磨剤濃度が低下すると、シリコン基板表面
被膜（ここではシリコン酸化膜）の研磨速度が低下する
ことから、希釈された研磨廃液をそのまま循環再利用す
ることはできない。
【０００６】従来の技術として、本願発明者らによる特
開平８−１１５８９２号が公開されている。図６は特開
平８−１１５８９２号に示された従来の研磨剤粒子の回
収方法を示す系統図である。図６において、１０１は精
密濾過装置、１０２は限外濾過装置であって、それぞれ
精密濾過膜１０１ａ、限外濾過膜１０２ａにより濃縮液
室１０１ｂ、１０２ｂおよび透過液室１０１ｃ、１０２
ｃに分割されている。１０３は被処理液槽、１０４は中
間処理液槽である。
開平８−１１５８９２号が公開されている。図６は特開
平８−１１５８９２号に示された従来の研磨剤粒子の回
収方法を示す系統図である。図６において、１０１は精
密濾過装置、１０２は限外濾過装置であって、それぞれ
精密濾過膜１０１ａ、限外濾過膜１０２ａにより濃縮液
室１０１ｂ、１０２ｂおよび透過液室１０１ｃ、１０２
ｃに分割されている。１０３は被処理液槽、１０４は中
間処理液槽である。
【０００７】研磨液から研磨剤粒子であるコロイダルシ
リカの回収方法は、まず使用済研磨液１０５を被処理液
槽１０３に導入し、これをポンプＰ1で加圧して精密濾
過装置１０１の濃縮液室１０１ｂに供給し、精密濾過膜
１０１ａにより精密濾過を行う。これにより粒径が５０
０ｎｍ以下のコロイダルシリカ、微細不純物および分散
媒は透過液室１０１ｃに透過し、透過液は中間処理液１
０６として中間処理液槽１０４に取出される。粒径が５
００ｎｍを越える粗大不純物は濃縮液側に残留して濃縮
される。濃縮液は弁１０７を通して被処理液槽１０３に
循環する。この操作を継続し、濃縮液の濃縮倍率が３０
〜５０倍になった時点で、弁１０８から濃縮液を廃液１
１３ａとして廃液路１０９に排出する。
リカの回収方法は、まず使用済研磨液１０５を被処理液
槽１０３に導入し、これをポンプＰ1で加圧して精密濾
過装置１０１の濃縮液室１０１ｂに供給し、精密濾過膜
１０１ａにより精密濾過を行う。これにより粒径が５０
０ｎｍ以下のコロイダルシリカ、微細不純物および分散
媒は透過液室１０１ｃに透過し、透過液は中間処理液１
０６として中間処理液槽１０４に取出される。粒径が５
００ｎｍを越える粗大不純物は濃縮液側に残留して濃縮
される。濃縮液は弁１０７を通して被処理液槽１０３に
循環する。この操作を継続し、濃縮液の濃縮倍率が３０
〜５０倍になった時点で、弁１０８から濃縮液を廃液１
１３ａとして廃液路１０９に排出する。
【０００８】精密濾過により粗大不純物を除去した中間
処理液１０６は、中間処理液槽１０４からポンプＰ2に
より限外濾過装置１０２の濃縮液室１０２ｂに加圧下に
供給され、限外濾過膜１０２ａにより限外濾過を行う。
これにより粒径が数１０ｎｍ未満の微細不純物および分
散媒が透過液室１０２ｃに透過し、透過液は廃液１１３
ｂとして廃液路１１０に排出する。粒径が数１０〜５０
０ｎｍのコロイダルシリカ粒子は濃縮液側に残留する。
濃縮液は弁１１１を通して中間処理液槽１０４に循環す
る。この操作を継続し、濃縮液が所定濃度（１０〜３０
重量％）になった時点で、コロイダルシリカを含む回収
液１１４として弁１１２を通して回収する。
処理液１０６は、中間処理液槽１０４からポンプＰ2に
より限外濾過装置１０２の濃縮液室１０２ｂに加圧下に
供給され、限外濾過膜１０２ａにより限外濾過を行う。
これにより粒径が数１０ｎｍ未満の微細不純物および分
散媒が透過液室１０２ｃに透過し、透過液は廃液１１３
ｂとして廃液路１１０に排出する。粒径が数１０〜５０
０ｎｍのコロイダルシリカ粒子は濃縮液側に残留する。
濃縮液は弁１１１を通して中間処理液槽１０４に循環す
る。この操作を継続し、濃縮液が所定濃度（１０〜３０
重量％）になった時点で、コロイダルシリカを含む回収
液１１４として弁１１２を通して回収する。
【０００９】図７は図６の回収方法を層間絶縁膜の平坦
化ポリッシングに適用した例を示す系統図であり、図６
に示した研磨剤の回収方法により回収した研磨剤に電解
質塩溶液を添加し、再び研磨剤として半導体集積回路の
層間絶縁膜の平坦化ポリッシングに再利用する例を示
す。
化ポリッシングに適用した例を示す系統図であり、図６
に示した研磨剤の回収方法により回収した研磨剤に電解
質塩溶液を添加し、再び研磨剤として半導体集積回路の
層間絶縁膜の平坦化ポリッシングに再利用する例を示
す。
【００１０】図７において、１１５はポリッシング部、
１２０は回収調製部、１２１は図６全体で示される回収
／濃縮部、１２５は制御装置、１３０は液混合部であ
る。ポリッシング部１１５はケーシング１１５ａ内で回
転する回転定盤１１５ｂに研磨パッド１１５ｃが取付け
られており、これに半導体基板としてシリコン基板１１
６を回転基板チャック１１５ｄでチャックして研磨を行
うように構成されている。
１２０は回収調製部、１２１は図６全体で示される回収
／濃縮部、１２５は制御装置、１３０は液混合部であ
る。ポリッシング部１１５はケーシング１１５ａ内で回
転する回転定盤１１５ｂに研磨パッド１１５ｃが取付け
られており、これに半導体基板としてシリコン基板１１
６を回転基板チャック１１５ｄでチャックして研磨を行
うように構成されている。
【００１１】ポリッシング部１１５では、研磨剤１１７
およびパッド洗浄液（水）１１８を研磨パッド１１５ｃ
に滴下しながら、回転基板チャック１１５ｄに保持され
ているシリコン基板１１６を研磨パッド１１５ｃに押し
当てることにより研磨し、シリコン基板１１６の表面に
形成されている層間絶縁膜（図示せず）の表面の凹凸を
取り除く。シリコン酸化膜（層間絶縁膜）のポリッシン
グは、酸化シリコンの化学的エッチング作用と研磨剤粒
子との摩擦による機械的作用により進行する。
およびパッド洗浄液（水）１１８を研磨パッド１１５ｃ
に滴下しながら、回転基板チャック１１５ｄに保持され
ているシリコン基板１１６を研磨パッド１１５ｃに押し
当てることにより研磨し、シリコン基板１１６の表面に
形成されている層間絶縁膜（図示せず）の表面の凹凸を
取り除く。シリコン酸化膜（層間絶縁膜）のポリッシン
グは、酸化シリコンの化学的エッチング作用と研磨剤粒
子との摩擦による機械的作用により進行する。
【００１２】ポリッシング部１１５からは、使用済研磨
液１０５が排出される。この使用済研磨液１０５には、
層間絶縁膜の加工くず、シリカ粒子およびアンモニウム
塩が含まれている。この使用済研磨液１０５は回収調製
部１２０において、回収／濃縮部１２１により、図６に
ついて前述した通り、シリカ粒子を含む回収液１１４を
回収するとともに、加工くずおよび水を含む廃液１１３
を排出する。
液１０５が排出される。この使用済研磨液１０５には、
層間絶縁膜の加工くず、シリカ粒子およびアンモニウム
塩が含まれている。この使用済研磨液１０５は回収調製
部１２０において、回収／濃縮部１２１により、図６に
ついて前述した通り、シリカ粒子を含む回収液１１４を
回収するとともに、加工くずおよび水を含む廃液１１３
を排出する。
【００１３】回収／濃縮部１２１により回収された回収
液１１４の再利用方法は、まず回収液を回収液管１１９
から液混合部１３０に供給する途中で、１次サンプリン
グ管１１９ａから回収液１１４をサンプリングし、光透
過法によるシリカ濃度測定器１２２、ｐＨ測定器１２３
およびアンモニウム塩濃度を調べるための導電率測定器
１２４で、それぞれシリカ濃度、ｐＨ値およびアンモニ
ウム塩濃度を測定し、それぞれの値は制御装置１２５に
伝送される。
液１１４の再利用方法は、まず回収液を回収液管１１９
から液混合部１３０に供給する途中で、１次サンプリン
グ管１１９ａから回収液１１４をサンプリングし、光透
過法によるシリカ濃度測定器１２２、ｐＨ測定器１２３
およびアンモニウム塩濃度を調べるための導電率測定器
１２４で、それぞれシリカ濃度、ｐＨ値およびアンモニ
ウム塩濃度を測定し、それぞれの値は制御装置１２５に
伝送される。
【００１４】次に回収液管１１９内には、シリカ濃度、
ｐＨ値およびアンモニウム塩濃度がシリカ砥粒原液１２
６（シリカ濃度：１０重量％、ｐＨ＝６〜７、アンモニ
ウム塩濃度：１０重量％）と等しくなるように、制御装
置１２５からの制御信号により、流量調節器１２７ａ、
１２８ａで流量調節しながら２０重量％アンモニウム塩
水溶液（ｐＨ＝６）２７と純水１２８が所定量添加され
る。
ｐＨ値およびアンモニウム塩濃度がシリカ砥粒原液１２
６（シリカ濃度：１０重量％、ｐＨ＝６〜７、アンモニ
ウム塩濃度：１０重量％）と等しくなるように、制御装
置１２５からの制御信号により、流量調節器１２７ａ、
１２８ａで流量調節しながら２０重量％アンモニウム塩
水溶液（ｐＨ＝６）２７と純水１２８が所定量添加され
る。
【００１５】アンモニウム塩水溶液１２７および純水１
２８が添加された回収液１１４は、再利用液１１４ａと
して再利用されるが、その一部は２次サンプリング管１
１９ｂからサンプリングされ、そのシリカ濃度、ｐＨ値
および導電率（アンモニウム塩濃度）がそれぞれシリカ
濃度測定器１２２、ｐＨ測定器１２３および導電率測定
器１２４でモニターされ、制御装置１２５を介してそれ
らの値が設定値になるようにアンモニウム塩水溶液１２
７と純水１２８の滴下量（滴下速度）を微調整する機能
を備えている。
２８が添加された回収液１１４は、再利用液１１４ａと
して再利用されるが、その一部は２次サンプリング管１
１９ｂからサンプリングされ、そのシリカ濃度、ｐＨ値
および導電率（アンモニウム塩濃度）がそれぞれシリカ
濃度測定器１２２、ｐＨ測定器１２３および導電率測定
器１２４でモニターされ、制御装置１２５を介してそれ
らの値が設定値になるようにアンモニウム塩水溶液１２
７と純水１２８の滴下量（滴下速度）を微調整する機能
を備えている。
【００１６】この再利用液１１４ａの組成は、シリカ砥
粒原液１２６と等しいことから、液混合部１３０に導入
し、制御装置１２５からの制御信号により流量調節器１
２６ａで流量調節することにより、任意の割合で再利用
液１１４ａとシリカ砥粒原液１２６とを混合して使用で
き、研磨剤１１７として回転定盤１１５ｂ上の研磨パッ
ド１１５ｃに、流量調節器１１７ａにより流量を調節し
て滴下することができる。
粒原液１２６と等しいことから、液混合部１３０に導入
し、制御装置１２５からの制御信号により流量調節器１
２６ａで流量調節することにより、任意の割合で再利用
液１１４ａとシリカ砥粒原液１２６とを混合して使用で
き、研磨剤１１７として回転定盤１１５ｂ上の研磨パッ
ド１１５ｃに、流量調節器１１７ａにより流量を調節し
て滴下することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】以上の通り、従来技術
による研磨剤の回収方法は、図６に示すがごとく２段階
の濾過濃縮機能部から構成されている。すなわち第１段
階では、精密濾過膜１０１ａを用いた精密濾過装置１０
１に研磨廃液（使用済研磨液１０５）を循環濾過するこ
とで粗大不純物を濃縮液室１０１ｂに濃縮して除去し、
その透過液を限外濾過装置１０２により濃縮して、その
濃縮液を研磨剤として回収する方法である。
による研磨剤の回収方法は、図６に示すがごとく２段階
の濾過濃縮機能部から構成されている。すなわち第１段
階では、精密濾過膜１０１ａを用いた精密濾過装置１０
１に研磨廃液（使用済研磨液１０５）を循環濾過するこ
とで粗大不純物を濃縮液室１０１ｂに濃縮して除去し、
その透過液を限外濾過装置１０２により濃縮して、その
濃縮液を研磨剤として回収する方法である。
【００１８】しかし、この従来方法においても研磨剤の
回収・再利用に十分使えるのであるが、下記に示すよう
な問題もあった。第１に除去しようとする粗大不純物の
粒径と、回収しようとする研磨剤の粒径との中間の孔径
を有する精密濾過膜１０１ａを用いて研磨屑を濃縮して
除去すると、精密濾過膜１０１ａの目詰まりが急速に起
こり、頻繁に膜の洗浄または交換を行う必要があるとい
う問題点があった。第２に、回収液の中間処理槽１０４
に濃度センサーを具備しておらず、限外濾過膜を用いて
希釈された研磨廃液を濃縮する際に濃度を連続的に検出
することができず、本濃縮工程を自動的に終了させるこ
とができないと言った問題があった。
回収・再利用に十分使えるのであるが、下記に示すよう
な問題もあった。第１に除去しようとする粗大不純物の
粒径と、回収しようとする研磨剤の粒径との中間の孔径
を有する精密濾過膜１０１ａを用いて研磨屑を濃縮して
除去すると、精密濾過膜１０１ａの目詰まりが急速に起
こり、頻繁に膜の洗浄または交換を行う必要があるとい
う問題点があった。第２に、回収液の中間処理槽１０４
に濃度センサーを具備しておらず、限外濾過膜を用いて
希釈された研磨廃液を濃縮する際に濃度を連続的に検出
することができず、本濃縮工程を自動的に終了させるこ
とができないと言った問題があった。
【００１９】第３に、この精密濾過膜１０１ａの目詰ま
りを洗浄するための逆洗機能を具備しておらず、また精
密濾過装置１０１を１系統しか具備しておらず目詰まり
した精密濾過膜を交換する際に、精密濾過装置１０１と
限外濾過装置１０２とからなる研磨剤回収装置全体の機
能と停止する必要があった。第４に、さらに限外濾過膜
を介して中間処理液を循環させる際、ポンプＰ２により
液循環とともに液温が上昇していた。研磨液温の上昇と
ともに、シリコン酸化膜等の研磨速度が上昇することか
ら、研磨液温の上昇は化学機械研磨工程の安定性を損ね
るといった問題があった。
りを洗浄するための逆洗機能を具備しておらず、また精
密濾過装置１０１を１系統しか具備しておらず目詰まり
した精密濾過膜を交換する際に、精密濾過装置１０１と
限外濾過装置１０２とからなる研磨剤回収装置全体の機
能と停止する必要があった。第４に、さらに限外濾過膜
を介して中間処理液を循環させる際、ポンプＰ２により
液循環とともに液温が上昇していた。研磨液温の上昇と
ともに、シリコン酸化膜等の研磨速度が上昇することか
ら、研磨液温の上昇は化学機械研磨工程の安定性を損ね
るといった問題があった。
【００２０】第５に、限外濾過装置１０２の限外濾過膜
１０２ａに対して定期的に逆洗する機能も具備しておら
ず、装置を長時間連続的に稼動させることを困難として
いた。第６に、限外濾過器１０２からの廃液１１３ｂは
主成分が水であるのに廃液として廃棄していたため、化
学機械研磨機からの研磨廃液の内研磨剤粒子のみを回収
し、一方の主成分である水を廃棄していることとなり使
用した研磨液の完全再利用システムとはなりえなかっ
た。第７に、図７に示すが如く従来方法では、研磨剤の
回収／濃縮部１２１に回収液のｐＨを調整する機能が具
備されていなかったため、回収液１１４を輸送する配管
中で研磨剤粒子が凝集し、目詰まりを起こすといった問
題があった。
１０２ａに対して定期的に逆洗する機能も具備しておら
ず、装置を長時間連続的に稼動させることを困難として
いた。第６に、限外濾過器１０２からの廃液１１３ｂは
主成分が水であるのに廃液として廃棄していたため、化
学機械研磨機からの研磨廃液の内研磨剤粒子のみを回収
し、一方の主成分である水を廃棄していることとなり使
用した研磨液の完全再利用システムとはなりえなかっ
た。第７に、図７に示すが如く従来方法では、研磨剤の
回収／濃縮部１２１に回収液のｐＨを調整する機能が具
備されていなかったため、回収液１１４を輸送する配管
中で研磨剤粒子が凝集し、目詰まりを起こすといった問
題があった。
【００２１】本発明は、急速な目詰まりを起こすことな
く研磨屑等の粗大な不純物を除去し、連続して研磨剤と
水を回収して再利用することができる研磨剤の回収再利
用方法と、該研磨廃液から研磨剤回収液を生成しかつ該
回収液を化学機械研磨装置に自動供給する研磨剤の回収
再利用装置を提供して、研磨液の使用量を少なくし平坦
化研磨工程のコスト低減と環境負荷の低減を目的とした
ものである。
く研磨屑等の粗大な不純物を除去し、連続して研磨剤と
水を回収して再利用することができる研磨剤の回収再利
用方法と、該研磨廃液から研磨剤回収液を生成しかつ該
回収液を化学機械研磨装置に自動供給する研磨剤の回収
再利用装置を提供して、研磨液の使用量を少なくし平坦
化研磨工程のコスト低減と環境負荷の低減を目的とした
ものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は次の研磨材の回
収方法および装置である。 （１） 半導体基板あるいはその上に形成された被膜の
化学機械研磨を行った後の研磨廃液を、目開き２５〜１
００μｍの濾過器で全量濾過して粗大不純物を除去して
得られる濾過液を研磨材として回収して再利用すること
を特徴とする研磨材の回収再利用方法。 （２） 濾過器が単繊維をワインドした目開き２５〜１
００μｍのワインド型濾過エレメントを有する上記
（１）記載の方法。 （３） 上記（１）または（２）記載の濾過液を孔径２
〜１００ｎｍの限外濾過膜からなる限外濾過器に循環さ
せて濃縮し、該濃縮液を研磨材として回収して再利用す
ることを特徴とする研磨材の回収再利用方法。 （４） 限外濾過膜による濃縮液の研磨剤濃度を比重計
を用いた濃度モニタにより制御する上記（３）記載の方
法。 （５） 限外濾過膜の濃縮液が一定温度となるように温
度調整するようにした上記（３）または（４）記載の方
法。 （６） 限外濾過膜の濃縮液にアルカリまたは酸を添加
し、研磨液として回収するようにした上記（３）ないし
（５）のいずれかに記載の方法。 （７） 限外濾過膜の透過液を純水製造装置に送り、純
水として再利用する上記（３）ないし（６）のいずれか
に記載の方法。 （８） 研磨廃液を目開き２５〜１００μｍの濾過器で
全量濾過して粗大不純物を濾過器に捕捉して除去する少
なくとも２系統以上の濾過機能部と、該濾過液を循環さ
せながら孔径２〜１００ｎｍの限外濾過膜により濃縮す
る濃縮機能部とを備えた研磨材の回収再利用装置。 （９） 高圧気体を該濃縮機能部の限外濾過膜に供給し
て自動逆洗する逆洗機能部を付加した上記（８）記載の
装置。 （１０） 限外濾過器に循環中の研磨剤粒子濃度を連続
的に測定する濃度モニタ機能部を付加した上記（８）ま
たは（９）記載の装置。 （１１） 濃縮液のｐＨを測定するｐＨモニタ機能部
と、研磨剤粒子濃度が所定値に達した濃縮液にｐＨ調整
薬剤を供給するｐＨ調整薬剤供給機能部と、ｐＨ調整薬
剤供給機能部からｐＨ調整薬剤を供給してｐＨを所定値
とした濃縮液を研磨剤回収液として輸送する配管部とを
付加した上記（８）ないし（１０）のいずれかに記載の
装置。 （１２） 濾過機能部で粗大不純物を除去した濾過液を
該濃縮機能部に供給し、研磨剤粒子濃度が所定値に達し
たことを該濃度モニタ機能部で検出して化学機械研磨装
置に該研磨剤回収液を自動的に供給し、かつ定期的に該
限外濾過膜を自動逆洗して連続運転するようにした上記
（８）ないし（１１）のいずれかに記載の研磨剤の回収
再利用装置。
収方法および装置である。 （１） 半導体基板あるいはその上に形成された被膜の
化学機械研磨を行った後の研磨廃液を、目開き２５〜１
００μｍの濾過器で全量濾過して粗大不純物を除去して
得られる濾過液を研磨材として回収して再利用すること
を特徴とする研磨材の回収再利用方法。 （２） 濾過器が単繊維をワインドした目開き２５〜１
００μｍのワインド型濾過エレメントを有する上記
（１）記載の方法。 （３） 上記（１）または（２）記載の濾過液を孔径２
〜１００ｎｍの限外濾過膜からなる限外濾過器に循環さ
せて濃縮し、該濃縮液を研磨材として回収して再利用す
ることを特徴とする研磨材の回収再利用方法。 （４） 限外濾過膜による濃縮液の研磨剤濃度を比重計
を用いた濃度モニタにより制御する上記（３）記載の方
法。 （５） 限外濾過膜の濃縮液が一定温度となるように温
度調整するようにした上記（３）または（４）記載の方
法。 （６） 限外濾過膜の濃縮液にアルカリまたは酸を添加
し、研磨液として回収するようにした上記（３）ないし
（５）のいずれかに記載の方法。 （７） 限外濾過膜の透過液を純水製造装置に送り、純
水として再利用する上記（３）ないし（６）のいずれか
に記載の方法。 （８） 研磨廃液を目開き２５〜１００μｍの濾過器で
全量濾過して粗大不純物を濾過器に捕捉して除去する少
なくとも２系統以上の濾過機能部と、該濾過液を循環さ
せながら孔径２〜１００ｎｍの限外濾過膜により濃縮す
る濃縮機能部とを備えた研磨材の回収再利用装置。 （９） 高圧気体を該濃縮機能部の限外濾過膜に供給し
て自動逆洗する逆洗機能部を付加した上記（８）記載の
装置。 （１０） 限外濾過器に循環中の研磨剤粒子濃度を連続
的に測定する濃度モニタ機能部を付加した上記（８）ま
たは（９）記載の装置。 （１１） 濃縮液のｐＨを測定するｐＨモニタ機能部
と、研磨剤粒子濃度が所定値に達した濃縮液にｐＨ調整
薬剤を供給するｐＨ調整薬剤供給機能部と、ｐＨ調整薬
剤供給機能部からｐＨ調整薬剤を供給してｐＨを所定値
とした濃縮液を研磨剤回収液として輸送する配管部とを
付加した上記（８）ないし（１０）のいずれかに記載の
装置。 （１２） 濾過機能部で粗大不純物を除去した濾過液を
該濃縮機能部に供給し、研磨剤粒子濃度が所定値に達し
たことを該濃度モニタ機能部で検出して化学機械研磨装
置に該研磨剤回収液を自動的に供給し、かつ定期的に該
限外濾過膜を自動逆洗して連続運転するようにした上記
（８）ないし（１１）のいずれかに記載の研磨剤の回収
再利用装置。
【００２３】研磨の対象となる半導体基板は、ＩＣ、Ｌ
ＳＩ等の半導体素子を構成するシリコンウエハー、この
上に形成される多層配線用層間絶縁膜、トレンチ素子分
離用の埋め込み酸化膜、平坦埋込配線用メタル膜など、
半導体基板あるいは基板被膜層として研磨の対象となる
ものをすべて含む。このような半導体基板の化学機械研
磨は、無機酸化物微粒子あるいは該微粒子の複数個が凝
集した微粒子集合体を液層に分散させた研磨剤をパッド
等の研磨部材と半導体基板との間に介在させて研磨する
場合のほか、一定濃度に調整した研磨剤を循環しながら
研磨する場合、その他の研磨方法を含む。
ＳＩ等の半導体素子を構成するシリコンウエハー、この
上に形成される多層配線用層間絶縁膜、トレンチ素子分
離用の埋め込み酸化膜、平坦埋込配線用メタル膜など、
半導体基板あるいは基板被膜層として研磨の対象となる
ものをすべて含む。このような半導体基板の化学機械研
磨は、無機酸化物微粒子あるいは該微粒子の複数個が凝
集した微粒子集合体を液層に分散させた研磨剤をパッド
等の研磨部材と半導体基板との間に介在させて研磨する
場合のほか、一定濃度に調整した研磨剤を循環しながら
研磨する場合、その他の研磨方法を含む。
【００２４】本発明においては回収の対象となる研磨剤
の材料は特に限定されるものではなく、シリカ、アルミ
ナあるいは酸化セリウム等の無機酸化物微粒子あるいは
その集合体を含む。また、本発明において処理対象とす
る研磨廃液には、無機酸化物微粒子を含む研磨剤を半導
体基板あるいはその上の被膜の化学機械研磨に使用した
研磨工程から排出される研磨剤、研磨屑および研磨パッ
ドの洗浄液としての純水を含有する液であり、研磨力が
大幅に低下した使用済の研磨剤でも、未だ研磨力が残存
する研磨途中の研磨剤を含有する液でもよい。この研磨
剤を含有する液はコロイダルシリカ等の無機酸化物微粒
子を含んでいればよく、無機酸化物微粒子以外の成分を
含んでいても差支えない。
の材料は特に限定されるものではなく、シリカ、アルミ
ナあるいは酸化セリウム等の無機酸化物微粒子あるいは
その集合体を含む。また、本発明において処理対象とす
る研磨廃液には、無機酸化物微粒子を含む研磨剤を半導
体基板あるいはその上の被膜の化学機械研磨に使用した
研磨工程から排出される研磨剤、研磨屑および研磨パッ
ドの洗浄液としての純水を含有する液であり、研磨力が
大幅に低下した使用済の研磨剤でも、未だ研磨力が残存
する研磨途中の研磨剤を含有する液でもよい。この研磨
剤を含有する液はコロイダルシリカ等の無機酸化物微粒
子を含んでいればよく、無機酸化物微粒子以外の成分を
含んでいても差支えない。
【００２５】さらに、最も一般的なシリコン酸化膜の化
学機械研磨に使用される研磨剤は、主として３０〜３０
０ｎｍの粒径を有する液相成長あるいは気相成長シリカ
微粒子を含んでいる。研磨後の研磨廃液は上記の研磨剤
の他に、粒径７００〜１５００ｎｍの大粒径の研磨屑を
含んでおり、この大粒径の研磨屑がキズの原因となるの
で精密濾過により除去する。
学機械研磨に使用される研磨剤は、主として３０〜３０
０ｎｍの粒径を有する液相成長あるいは気相成長シリカ
微粒子を含んでいる。研磨後の研磨廃液は上記の研磨剤
の他に、粒径７００〜１５００ｎｍの大粒径の研磨屑を
含んでおり、この大粒径の研磨屑がキズの原因となるの
で精密濾過により除去する。
【００２６】理論的には研磨剤の粒径と研磨屑の粒径の
中間の孔径の精密濾過膜を用いれば両者を分離すること
ができるわけであるが、このような精密濾過膜を用いる
と目詰まりが激しくなる。この原因を調べた結果、膜面
にケーキ層が形成されるため、比較的小粒径のコロイダ
ルシリカが捕捉され、その結果目詰まりが発生し、差圧
が上昇することがわかった。
中間の孔径の精密濾過膜を用いれば両者を分離すること
ができるわけであるが、このような精密濾過膜を用いる
と目詰まりが激しくなる。この原因を調べた結果、膜面
にケーキ層が形成されるため、比較的小粒径のコロイダ
ルシリカが捕捉され、その結果目詰まりが発生し、差圧
が上昇することがわかった。
【００２７】本発明ではこのような点を改善するため
に、研磨屑等の粗大不純物の粒径よりも大きい目開きの
濾過器により濾過を行う。精密濾過器の目開きは２５〜
１００μｍ、好ましくは５０〜７５μｍのものを用い
る。
に、研磨屑等の粗大不純物の粒径よりも大きい目開きの
濾過器により濾過を行う。精密濾過器の目開きは２５〜
１００μｍ、好ましくは５０〜７５μｍのものを用い
る。
【００２８】本発明で用いる濾過器はマイクロフィルタ
とも呼ばれるもので、ポリカーボネート、三酢化セルロ
ース、ポリアミド（ナイロン）、ポリ塩化ビニル、ポリ
フッ化ビニリデン等の材質からなる目開き２５〜１００
μｍの濾過膜（ＭＦ膜）を用いることができるが、ポリ
プロピレン等のプラスチックその他の材質からなる目開
き２５〜１００μｍの単繊維をワインドしたワインドタ
イプの濾過エレメントを有する濾過器を用いるのが好ま
しい。
とも呼ばれるもので、ポリカーボネート、三酢化セルロ
ース、ポリアミド（ナイロン）、ポリ塩化ビニル、ポリ
フッ化ビニリデン等の材質からなる目開き２５〜１００
μｍの濾過膜（ＭＦ膜）を用いることができるが、ポリ
プロピレン等のプラスチックその他の材質からなる目開
き２５〜１００μｍの単繊維をワインドしたワインドタ
イプの濾過エレメントを有する濾過器を用いるのが好ま
しい。
【００２９】濾過膜を用いる場合は多孔性支持体上に支
持し、またワインドタイプの濾過エレメントを用いる場
合は支持板上に支持し、０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ
（０．０１〜０．５ＭＰａ）の圧力で、使用した研磨廃
液を濾過することにより濾過が行われ、大粒径の研磨
屑、凝集物、ゲル化物等の研磨時のキズの原因となる粗
大不純物が除去される。このとき不純物の架橋によりケ
ーキが形成され、濾材の目開きよりも小粒径の不純物が
除去され、しかも目詰まりが防止される。
持し、またワインドタイプの濾過エレメントを用いる場
合は支持板上に支持し、０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ
（０．０１〜０．５ＭＰａ）の圧力で、使用した研磨廃
液を濾過することにより濾過が行われ、大粒径の研磨
屑、凝集物、ゲル化物等の研磨時のキズの原因となる粗
大不純物が除去される。このとき不純物の架橋によりケ
ーキが形成され、濾材の目開きよりも小粒径の不純物が
除去され、しかも目詰まりが防止される。
【００３０】濾過後の研磨廃液、すなわち濾過液を孔径
２〜１００ｎｍの限外濾過膜（ＵＦ膜）を用いた限外濾
過器に連続的に循環させることで濃縮工程を行う。限外
濾過は、現在知られている範囲において、コロジオン
膜、ホルムアルデヒド硬化ゼラチン、セロハン、セルロ
ース、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、アセチルセルロース、ポリプロピレンとアセチルセ
ルロースの混合物、ポリアクリロニトリル、ポリスルホ
ン、スルホン化−２，５−ジメチルポリフェニレンオキ
サイド、ポリイオンコンプレックス、ポリビニルアルコ
ール、ポリ塩化ビニル等の材質からなる膜分離であり、
分子量１０3〜１ ０9の原子集団からなる分子コロイ
ド、ミセルコロイドや会合コロイドなどの粒子やウイル
スなどを濾別するためのものであるが、膜材質について
は特に限定するものではない。
２〜１００ｎｍの限外濾過膜（ＵＦ膜）を用いた限外濾
過器に連続的に循環させることで濃縮工程を行う。限外
濾過は、現在知られている範囲において、コロジオン
膜、ホルムアルデヒド硬化ゼラチン、セロハン、セルロ
ース、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、アセチルセルロース、ポリプロピレンとアセチルセ
ルロースの混合物、ポリアクリロニトリル、ポリスルホ
ン、スルホン化−２，５−ジメチルポリフェニレンオキ
サイド、ポリイオンコンプレックス、ポリビニルアルコ
ール、ポリ塩化ビニル等の材質からなる膜分離であり、
分子量１０3〜１ ０9の原子集団からなる分子コロイ
ド、ミセルコロイドや会合コロイドなどの粒子やウイル
スなどを濾別するためのものであるが、膜材質について
は特に限定するものではない。
【００３１】これらの限外濾過膜は多孔質支持体上に支
持し、０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ（０．０１〜０．５
ＭＰａ）の圧力で、精密濾過後の研磨剤を供給すること
により限外濾過が行われる。本発明では孔径が２〜１０
０ｎｍ、好ましくは２〜３０ｎｍ、市販品を用いる場合
は分画分子量が３００，０００付近の限外濾過膜を用い
ることにより、微細研磨屑等の微細不純物を含む水等の
分散媒を透過により除去し、粒径が数１０〜５００ｎｍ
の無機酸化物微粒子を主体とする研磨剤を濃縮して回収
する。
持し、０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ（０．０１〜０．５
ＭＰａ）の圧力で、精密濾過後の研磨剤を供給すること
により限外濾過が行われる。本発明では孔径が２〜１０
０ｎｍ、好ましくは２〜３０ｎｍ、市販品を用いる場合
は分画分子量が３００，０００付近の限外濾過膜を用い
ることにより、微細研磨屑等の微細不純物を含む水等の
分散媒を透過により除去し、粒径が数１０〜５００ｎｍ
の無機酸化物微粒子を主体とする研磨剤を濃縮して回収
する。
【００３２】こうして回収された研磨剤は、そのまま研
磨剤として研磨工程に循環して使用できるほか、回収し
た無機酸化物微粒子等の研磨剤を原料とし、他の成分を
補充して新しい研磨剤を調製し、再使用することもでき
る。また限外濾過の透過液は純水製造装置に供給し、逆
浸透膜分離、イオン交換処理等の処理を行うことにより
純水または超純水として回収することができる。回収し
た水は研磨工程における洗浄液として利用することがで
きる。
磨剤として研磨工程に循環して使用できるほか、回収し
た無機酸化物微粒子等の研磨剤を原料とし、他の成分を
補充して新しい研磨剤を調製し、再使用することもでき
る。また限外濾過の透過液は純水製造装置に供給し、逆
浸透膜分離、イオン交換処理等の処理を行うことにより
純水または超純水として回収することができる。回収し
た水は研磨工程における洗浄液として利用することがで
きる。
【００３３】本発明においては限外濾過膜による濃縮
は、濃縮液を循環しながら行われるが、濃縮液中の研磨
剤濃度が所定濃度となったときに、濃縮液槽から研磨工
程に送液するように制御するのが好ましく、このために
濃度モニタによりポンプの切換の制御を行うことができ
る。この場合濃度モニタとしては光散乱法等によるモニ
タも可能であるが、比重計を用いた濃度モニタにより濃
縮の制御を行うのが好ましい。この場合ガラス管に錘り
を封入した比重ビンを測定セルに投入し、浮き秤の高さ
を短距離アナログセンサにより検出して比重を測定し比
重と濃度の換算により濃度を制御するのが好ましい。
は、濃縮液を循環しながら行われるが、濃縮液中の研磨
剤濃度が所定濃度となったときに、濃縮液槽から研磨工
程に送液するように制御するのが好ましく、このために
濃度モニタによりポンプの切換の制御を行うことができ
る。この場合濃度モニタとしては光散乱法等によるモニ
タも可能であるが、比重計を用いた濃度モニタにより濃
縮の制御を行うのが好ましい。この場合ガラス管に錘り
を封入した比重ビンを測定セルに投入し、浮き秤の高さ
を短距離アナログセンサにより検出して比重を測定し比
重と濃度の換算により濃度を制御するのが好ましい。
【００３４】さらに、限外濾過膜による濃縮は、濃縮液
をポンプで循環することにより行うが、このときポンプ
の発熱により濃縮液が高温となるので、濃縮液が一定の
温度を維持するように制御するのが好ましい。このため
には濃縮液槽に冷却水管を設けて冷却水を循環させる方
法が好ましい。
をポンプで循環することにより行うが、このときポンプ
の発熱により濃縮液が高温となるので、濃縮液が一定の
温度を維持するように制御するのが好ましい。このため
には濃縮液槽に冷却水管を設けて冷却水を循環させる方
法が好ましい。
【００３５】研磨剤としてはシリカ微粒子を用いた場
合、そのままの状態で含むものが用いられるほか、水酸
化カリウム、水酸化アンモニウム等のアルカリ剤を添加
したものも用いられており、水酸化カリウムを用いるも
のが主流となっているが、水酸化カリウム等のアルカリ
剤は限外濾過膜により濃縮する際透過液側に透過して除
去される。このため濃縮液槽のｐＨを検出し、所定ｐＨ
となるように濃縮液中に水酸化カリウム等のアルカリを
添加して研磨工程に送るのが好ましい。透過液に移行し
たアルカリはイオン交換等により回収して再利用するこ
とが可能である。研磨剤として、酸化セリウムを用いた
場合も水酸化カリウム等の添加剤を用いるものが主流と
なっており、同様に濃縮液槽のｐＨを検出し、所定ｐＨ
となるように濃縮液中に水酸化カリウム等のアルカリを
添加して研磨工程に送るのが好ましい。研磨剤としてア
ルミナ微粒子を用いた場合、硝酸、りん酸等の酸性剤を
添加したものが主流であり、該酸性剤も限外濾過膜によ
り濃縮する際透過液側に透過して除去される。このため
濃縮液槽のｐＨを検出し、所定ｐＨとなるように濃縮液
中に酸を添加して研磨工程に送るのが好ましい。
合、そのままの状態で含むものが用いられるほか、水酸
化カリウム、水酸化アンモニウム等のアルカリ剤を添加
したものも用いられており、水酸化カリウムを用いるも
のが主流となっているが、水酸化カリウム等のアルカリ
剤は限外濾過膜により濃縮する際透過液側に透過して除
去される。このため濃縮液槽のｐＨを検出し、所定ｐＨ
となるように濃縮液中に水酸化カリウム等のアルカリを
添加して研磨工程に送るのが好ましい。透過液に移行し
たアルカリはイオン交換等により回収して再利用するこ
とが可能である。研磨剤として、酸化セリウムを用いた
場合も水酸化カリウム等の添加剤を用いるものが主流と
なっており、同様に濃縮液槽のｐＨを検出し、所定ｐＨ
となるように濃縮液中に水酸化カリウム等のアルカリを
添加して研磨工程に送るのが好ましい。研磨剤としてア
ルミナ微粒子を用いた場合、硝酸、りん酸等の酸性剤を
添加したものが主流であり、該酸性剤も限外濾過膜によ
り濃縮する際透過液側に透過して除去される。このため
濃縮液槽のｐＨを検出し、所定ｐＨとなるように濃縮液
中に酸を添加して研磨工程に送るのが好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は実施形態の研磨剤の回収再利用
方法を示す系統図である。
により説明する。図１は実施形態の研磨剤の回収再利用
方法を示す系統図である。
【００３７】図１において、１は研磨装置であり、研磨
剤槽２からポンプＰ３により研磨剤４を導入して、研磨
剤を基板と研磨パッド間に介在させながら研磨を行うよ
うに構成されている。なお、研磨前に研磨パッドに回転
ダイヤモンド電着板を押しあてて、研磨パッドの極表面
層を目立てする工程（コンディショニング工程）の際
に、超純水からなる洗浄液５を導入し、また該コンディ
ショニング工程後研磨パッドを洗浄する際にも洗浄液５
を供給する。６は回収研磨剤、７は補給研磨剤、Ｌ１は
レベル計である。
剤槽２からポンプＰ３により研磨剤４を導入して、研磨
剤を基板と研磨パッド間に介在させながら研磨を行うよ
うに構成されている。なお、研磨前に研磨パッドに回転
ダイヤモンド電着板を押しあてて、研磨パッドの極表面
層を目立てする工程（コンディショニング工程）の際
に、超純水からなる洗浄液５を導入し、また該コンディ
ショニング工程後研磨パッドを洗浄する際にも洗浄液５
を供給する。６は回収研磨剤、７は補給研磨剤、Ｌ１は
レベル計である。
【００３８】１１は被処理液槽、１２ａ、１２ｂは精密
濾過器、１３は濃縮液槽、１４は限外濾過器、１５は透
過液槽、１６は純水製造装置、１７はドレンパンであ
る。精密濾過器１２ａ、１２ｂはそれぞれポリプロピレ
ン単繊維をワインドした目開き２５〜１００μｍのワイ
ンドタイプの濾過エレメント１８ａ、１８ｂにより濾過
を行うように構成されている。濃縮液槽１３には冷却水
管１９が設けられ、冷却水循環装置２０により冷却水が
循環するように構成されている。
濾過器、１３は濃縮液槽、１４は限外濾過器、１５は透
過液槽、１６は純水製造装置、１７はドレンパンであ
る。精密濾過器１２ａ、１２ｂはそれぞれポリプロピレ
ン単繊維をワインドした目開き２５〜１００μｍのワイ
ンドタイプの濾過エレメント１８ａ、１８ｂにより濾過
を行うように構成されている。濃縮液槽１３には冷却水
管１９が設けられ、冷却水循環装置２０により冷却水が
循環するように構成されている。
【００３９】濃縮液槽１３には濃度モニタ２１が設けら
れており、測定セル内に濃縮液を導入し、浮き秤を投入
してその高さを短距離アナログセンサで測定して比重を
計測し研磨剤濃度をモニタするように構成されている。
限外濾過器１４にはチューブラー型のＵＦ膜２２が設け
られているが、平膜型、中空糸型、スパイラル型のもの
でもよい。純水製造装置１６は逆浸透膜装置、イオン交
換装置等により、不純物を除去するように構成されてい
る。
れており、測定セル内に濃縮液を導入し、浮き秤を投入
してその高さを短距離アナログセンサで測定して比重を
計測し研磨剤濃度をモニタするように構成されている。
限外濾過器１４にはチューブラー型のＵＦ膜２２が設け
られているが、平膜型、中空糸型、スパイラル型のもの
でもよい。純水製造装置１６は逆浸透膜装置、イオン交
換装置等により、不純物を除去するように構成されてい
る。
【００４０】研磨剤の回収方法は、研磨装置１から弁Ｖ
１を通して排出される研磨廃液２３を被処理液槽１１に
導入し、攪拌機２４により攪拌し、研磨剤、不純物等の
沈降を防止する。通常、酸化膜の化学機械研磨では、シ
リカ微粒子が２０ｗｔ％分散された研磨液を用いるが、
研磨パッドの洗浄水等が混入することで研磨廃液のシリ
カ粒子濃度は１〜１０％程度に希釈されている。液面計
Ｌ２で液面を監視しながら、ポンプＰ４により弁Ｖ２、
Ｖ３を介して被処理液２５を濾過器１２ａ、１２ｂに導
入し、濾過エレメント１８ａ、１８ｂにより濾過し、大
粒径の不純物を除去し、弁Ｖ４、Ｖ５を通して濾過液２
６を取出す。
１を通して排出される研磨廃液２３を被処理液槽１１に
導入し、攪拌機２４により攪拌し、研磨剤、不純物等の
沈降を防止する。通常、酸化膜の化学機械研磨では、シ
リカ微粒子が２０ｗｔ％分散された研磨液を用いるが、
研磨パッドの洗浄水等が混入することで研磨廃液のシリ
カ粒子濃度は１〜１０％程度に希釈されている。液面計
Ｌ２で液面を監視しながら、ポンプＰ４により弁Ｖ２、
Ｖ３を介して被処理液２５を濾過器１２ａ、１２ｂに導
入し、濾過エレメント１８ａ、１８ｂにより濾過し、大
粒径の不純物を除去し、弁Ｖ４、Ｖ５を通して濾過液２
６を取出す。
【００４１】濾過器１２ａ、１２ｂは二系列設けられて
いるので、両者を同時に運転してもよく、また一方を洗
浄中に他方を運転するようにしてもよい。濾過エレメン
トの洗浄（逆洗）は洗浄用ガス導入路２７、２７ａから
弁Ｖ６を通して洗浄用の高圧ガス（Ｎ2ガスまたは空気
等）を導入して逆洗し、剥離ケーキを含む洗浄排水２８
を弁Ｖ７を通して排出する。この洗浄は差圧上昇により
自動的に行うように構成する。
いるので、両者を同時に運転してもよく、また一方を洗
浄中に他方を運転するようにしてもよい。濾過エレメン
トの洗浄（逆洗）は洗浄用ガス導入路２７、２７ａから
弁Ｖ６を通して洗浄用の高圧ガス（Ｎ2ガスまたは空気
等）を導入して逆洗し、剥離ケーキを含む洗浄排水２８
を弁Ｖ７を通して排出する。この洗浄は差圧上昇により
自動的に行うように構成する。
【００４２】研磨初期において、研磨剤が高濃度で排出
され、濃縮が必要でないときは、濾過液２６は弁Ｖ８を
通して回収路２６ａから回収研磨剤６として研磨剤槽２
に回収する。濾過液２６が研磨剤を低濃度で含む場合は
弁Ｖ９を通して移送路２６ｂから濃縮液槽１３に導入す
る。濃縮液槽１３では液面計Ｌ３により最高液面を検出
するまで濾過液２６を導入する。温度計２９により濃縮
液３０の温度を検出し、その検出値が一定になるように
冷却水循環装置２０から冷却水管１９に循環する冷却水
量を制御する。
され、濃縮が必要でないときは、濾過液２６は弁Ｖ８を
通して回収路２６ａから回収研磨剤６として研磨剤槽２
に回収する。濾過液２６が研磨剤を低濃度で含む場合は
弁Ｖ９を通して移送路２６ｂから濃縮液槽１３に導入す
る。濃縮液槽１３では液面計Ｌ３により最高液面を検出
するまで濾過液２６を導入する。温度計２９により濃縮
液３０の温度を検出し、その検出値が一定になるように
冷却水循環装置２０から冷却水管１９に循環する冷却水
量を制御する。
【００４３】濃縮液槽１３内の濃縮液３０は循環路３１
ａから弁Ｖ１０を通して限外濾過器１４に導入し、ＵＦ
膜２２により膜分離して濃縮を行う。ＵＦ膜２２を透過
したアルカリ等の低電解質イオン、微細研磨屑および水
を含む透過液３２は弁Ｖ１１を通して透過液槽１５に取
出される。ＵＦ膜２２を透過しない濃縮液は弁Ｖ１２を
通して循環路３１ｂから濃縮液槽１３に循環する。ポン
プＰ５による発熱は冷却水管１９ 内の冷却水により冷
却され、濃縮液３０は一定温度に維持される。一般に、
研磨液の温度上昇とともに研磨速度は増加することか
ら、化学機械研磨工程の制御性を確保するため、研磨液
温度の管理は重要である。通常、研磨液温度が２０〜２
５℃一定にすることが望ましい。
ａから弁Ｖ１０を通して限外濾過器１４に導入し、ＵＦ
膜２２により膜分離して濃縮を行う。ＵＦ膜２２を透過
したアルカリ等の低電解質イオン、微細研磨屑および水
を含む透過液３２は弁Ｖ１１を通して透過液槽１５に取
出される。ＵＦ膜２２を透過しない濃縮液は弁Ｖ１２を
通して循環路３１ｂから濃縮液槽１３に循環する。ポン
プＰ５による発熱は冷却水管１９ 内の冷却水により冷
却され、濃縮液３０は一定温度に維持される。一般に、
研磨液の温度上昇とともに研磨速度は増加することか
ら、化学機械研磨工程の制御性を確保するため、研磨液
温度の管理は重要である。通常、研磨液温度が２０〜２
５℃一定にすることが望ましい。
【００４４】濃縮液槽１３の濃縮液３０は濃度モニタ２
１の測定セルに上向流で流され、ここで投入された浮き
秤の高さを短距離アナログセンサにより連続的に測定す
ることにより比重が検出され、その検出値を研磨剤濃度
に換算して研磨剤濃度を連続的にモニタする。限外濾過
器１４への濃縮液３０の循環は濃度モニタ２１による濃
度測定値が所定値に達するまで行う。
１の測定セルに上向流で流され、ここで投入された浮き
秤の高さを短距離アナログセンサにより連続的に測定す
ることにより比重が検出され、その検出値を研磨剤濃度
に換算して研磨剤濃度を連続的にモニタする。限外濾過
器１４への濃縮液３０の循環は濃度モニタ２１による濃
度測定値が所定値に達するまで行う。
【００４５】濃度測定値が所定値に達した段階でｐＨ計
３３により濃縮液３０のｐＨを測定し、所定ｐＨ値を示
すように水酸化カリウム、水酸化アンモニウム等のアル
カリ剤または硝酸やりん酸等の酸を薬注管３４から注入
し、研磨剤の組成に合うように調製される。ここでは、
ｐＨ測定に研磨剤の化学的特性をモニタリングし、これ
を調整することを示したが、本願においてはｐＨに変わ
る化学的特性（例えば、イオン濃度、導伝率や酸化還元
電位）をモニタする手段をとってもなんら変わものでは
ない。
３３により濃縮液３０のｐＨを測定し、所定ｐＨ値を示
すように水酸化カリウム、水酸化アンモニウム等のアル
カリ剤または硝酸やりん酸等の酸を薬注管３４から注入
し、研磨剤の組成に合うように調製される。ここでは、
ｐＨ測定に研磨剤の化学的特性をモニタリングし、これ
を調整することを示したが、本願においてはｐＨに変わ
る化学的特性（例えば、イオン濃度、導伝率や酸化還元
電位）をモニタする手段をとってもなんら変わものでは
ない。
【００４６】この状態でポンプＰ５が停止してポンプＰ
６が駆動し、弁Ｖ１３を通して回収路２６ａから濃縮液
３０が回収研磨剤６として研磨剤槽２に回収される。濃
縮液３０の排出は液面計Ｌ３が最低液面を検出するまで
行う。その後液面計Ｌ３が最高液面を検出するまで弁Ｖ
９を開いて濾過器１２ａ、１２ｂから濾過水を濃縮液槽
１３に導入し、再び限外濾過器１４に循環して濃縮工程
に移る。
６が駆動し、弁Ｖ１３を通して回収路２６ａから濃縮液
３０が回収研磨剤６として研磨剤槽２に回収される。濃
縮液３０の排出は液面計Ｌ３が最低液面を検出するまで
行う。その後液面計Ｌ３が最高液面を検出するまで弁Ｖ
９を開いて濾過器１２ａ、１２ｂから濾過水を濃縮液槽
１３に導入し、再び限外濾過器１４に循環して濃縮工程
に移る。
【００４７】透過液槽１５の透過液は弁Ｖ１４を通して
純水製造装置１６に送られ、ここで逆浸透膜装置、イオ
ン交換装置等により不純物を除去し純水または超純水を
得、これを回収水３５として洗浄液５その他に再利用す
る。
純水製造装置１６に送られ、ここで逆浸透膜装置、イオ
ン交換装置等により不純物を除去し純水または超純水を
得、これを回収水３５として洗浄液５その他に再利用す
る。
【００４８】限外濾過器には循環初期の低濃度（１〜５
ｗｔ％程度）から最終段階の高濃度（２０ｗｔ％程度）
の研磨剤が通過する。研磨液濃度が増加するとＵＦ膜２
２の目詰まりに対する負荷が増加すると考えられる。そ
こで、ＵＦ膜２２が目詰まりしたときあるいは定期的に
自動で洗浄用ガス導入路２７、２７ｂから弁Ｖ１５を通
して洗浄用の高圧ガスを導入し、ＵＦ膜を洗浄（逆洗）
する。洗浄排ガスは排出路３６から弁Ｖ１６を通して排
出し、洗浄排水３７は弁Ｖ１７を通して排出する。本装
置を用いることで、化学機械研磨装置１で使用する研磨
剤を循環再利用することができる。循環回数が多ければ
多いほど、基板被膜の平坦化研磨で使用する研磨剤の使
用量が減少して製造コストが低減されるが、循環回数が
あまりに多いと研磨速度の低下や研磨きずが発生する。
通常の循環回数は２〜５回程度であるが、本願ではこの
循環回数を制限するものではない。所定回数の研磨剤循
環が終了した後、弁Ｖ７を介して被処理液槽１１より研
磨廃液を廃棄する。この場合全量廃棄してもよいが、一
部を廃棄し、廃棄した量に見合う量の補給研磨剤７を供
給して循環再利用してもよい。
ｗｔ％程度）から最終段階の高濃度（２０ｗｔ％程度）
の研磨剤が通過する。研磨液濃度が増加するとＵＦ膜２
２の目詰まりに対する負荷が増加すると考えられる。そ
こで、ＵＦ膜２２が目詰まりしたときあるいは定期的に
自動で洗浄用ガス導入路２７、２７ｂから弁Ｖ１５を通
して洗浄用の高圧ガスを導入し、ＵＦ膜を洗浄（逆洗）
する。洗浄排ガスは排出路３６から弁Ｖ１６を通して排
出し、洗浄排水３７は弁Ｖ１７を通して排出する。本装
置を用いることで、化学機械研磨装置１で使用する研磨
剤を循環再利用することができる。循環回数が多ければ
多いほど、基板被膜の平坦化研磨で使用する研磨剤の使
用量が減少して製造コストが低減されるが、循環回数が
あまりに多いと研磨速度の低下や研磨きずが発生する。
通常の循環回数は２〜５回程度であるが、本願ではこの
循環回数を制限するものではない。所定回数の研磨剤循
環が終了した後、弁Ｖ７を介して被処理液槽１１より研
磨廃液を廃棄する。この場合全量廃棄してもよいが、一
部を廃棄し、廃棄した量に見合う量の補給研磨剤７を供
給して循環再利用してもよい。
【００４９】これらの装置はクリーンルーム内のドレン
パン１７上に配置され、各部からの漏水はドレンパン１
７に集められ、排水３８として系外に排出される。ドレ
ンパン１７には漏水センサ３９ａ、３９ｂが配置され、
これらが漏水を検出したとき装置を停止して対応できる
ように構成されている。また濃縮液槽１３およびポンプ
Ｐ５には洗浄流体路４１、４２が連絡しており、ここか
ら超純水、Ｎ2ガス等の洗浄用流体を導入して、長期停
止時あるいは装置移転時の濃縮液槽１３、ポンプＰ５を
含む系統の洗浄を行い排水は排出路３７から排出する。
パン１７上に配置され、各部からの漏水はドレンパン１
７に集められ、排水３８として系外に排出される。ドレ
ンパン１７には漏水センサ３９ａ、３９ｂが配置され、
これらが漏水を検出したとき装置を停止して対応できる
ように構成されている。また濃縮液槽１３およびポンプ
Ｐ５には洗浄流体路４１、４２が連絡しており、ここか
ら超純水、Ｎ2ガス等の洗浄用流体を導入して、長期停
止時あるいは装置移転時の濃縮液槽１３、ポンプＰ５を
含む系統の洗浄を行い排水は排出路３７から排出する。
【００５０】ポンプＰ３〜Ｐ６としてはギヤポンプ、ベ
ローズポンプなど任意のポンプを使用できる。ギヤポン
プを用いる場合は装置排気はクリーンルーム内の有機系
排気ダクトと接続するのが好ましい。
ローズポンプなど任意のポンプを使用できる。ギヤポン
プを用いる場合は装置排気はクリーンルーム内の有機系
排気ダクトと接続するのが好ましい。
【００５１】ここでは、化学機械研磨装置１台に対し
て、研磨剤の回収再利用装置１台を設置した場合を示し
たが、濾過器および限外濾過器の処理容量を増大させれ
ば複数台の化学機械研磨装置からの研磨廃液から研磨剤
を回収し、再び各化学機械研磨装置に対して、研磨液を
供給させることも可能である。
て、研磨剤の回収再利用装置１台を設置した場合を示し
たが、濾過器および限外濾過器の処理容量を増大させれ
ば複数台の化学機械研磨装置からの研磨廃液から研磨剤
を回収し、再び各化学機械研磨装置に対して、研磨液を
供給させることも可能である。
【００５２】第１の実施例 図１の装置により、０．１〜１．３重量％のシリカ微粒
子を含む研磨廃液を精密濾過および限外濾過処理し、２
０重量％の研磨剤回収液を得た。この時に、濾過エレメ
ント１８ａ、１８ｂとして目開き０．５，１，５，１
０，２５，５０，７５，１００，１５０μｍのワインド
タイプフィルターおよび１，３，１０，３０μｍのプリ
ーツカートリッジフィルターを用い、ＵＦ膜２２として
分画分子量２０，０００の膜を用いて、それぞれ回収液
を作成した。その結果を表１に示す。
子を含む研磨廃液を精密濾過および限外濾過処理し、２
０重量％の研磨剤回収液を得た。この時に、濾過エレメ
ント１８ａ、１８ｂとして目開き０．５，１，５，１
０，２５，５０，７５，１００，１５０μｍのワインド
タイプフィルターおよび１，３，１０，３０μｍのプリ
ーツカートリッジフィルターを用い、ＵＦ膜２２として
分画分子量２０，０００の膜を用いて、それぞれ回収液
を作成した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】上記より、フィルターサイズは２５〜１０
０μｍが望ましく、１０μｍ以下では濾過時の研磨剤ロ
スが大きいことがわかる。また、プリーツタイプフィル
ターよりワインドタイプフィルターの回収率が高いこと
がわかる。すなわち、研磨廃液の濾過膜として、フィル
ターサイズ２５〜１００μｍのワインドタイプフィルタ
ーの有効性が確認された。
０μｍが望ましく、１０μｍ以下では濾過時の研磨剤ロ
スが大きいことがわかる。また、プリーツタイプフィル
ターよりワインドタイプフィルターの回収率が高いこと
がわかる。すなわち、研磨廃液の濾過膜として、フィル
ターサイズ２５〜１００μｍのワインドタイプフィルタ
ーの有効性が確認された。
【００５５】第２の実施例 高濃度研磨剤（ここでは、研磨原液）を用いて、ＵＦ膜
２２の安定性を試験した。ここでは、市販の限外濾過膜
（クラレＫＬ−Ｕ−６３０３、膜面積０．１４ｍ2）と
市販の研磨剤（（株）フジミ、プレナライト４１０１）
を用いた場合の例を記す。試験方法としては、研磨剤原
液を８日間連続循環通水し、圧力・透過流量の安定性と
研磨剤濃度と粒度分布を調べた。ここでは、図１に示す
洗浄用ガス導入路２７、２７ｂから弁Ｖ１５を通して洗
浄用ガスを導入し、ＵＦ膜２２を１０分毎に３秒間逆洗
した。図２（ａ）に限外濾過器の圧力変化、（ｂ）に透
過水量の変化、（ｃ）に研磨剤濃度の変化を示し、図３
（ａ）に循環開始時の研磨剤の粒度分布、（ｂ）に循環
８日目の粒度分布を示す。図から明らかなように限外濾
過膜入口圧力＝１．０ｋｇ／ｃｍ2、膜出口圧力＝０ｋ
ｇ／ｃｍ2、透過水量１７５ｍｌ／ｍｉｎ、研磨剤濃度
１４ｗｔ％で、８日間の連続運転で変化はなかった。ま
た循環開始時の研磨剤の粒度分布と循環８日目の粒度分
布にも変化は認められなかった。以上の結果より、本発
明による研磨剤回収再利用装置の限外濾過膜を用いた濃
縮機能部の連続自動運転安定性が確認された。断続運転
や限外濾過面積を変えた場合であっても、同様な実験結
果が得られた。
２２の安定性を試験した。ここでは、市販の限外濾過膜
（クラレＫＬ−Ｕ−６３０３、膜面積０．１４ｍ2）と
市販の研磨剤（（株）フジミ、プレナライト４１０１）
を用いた場合の例を記す。試験方法としては、研磨剤原
液を８日間連続循環通水し、圧力・透過流量の安定性と
研磨剤濃度と粒度分布を調べた。ここでは、図１に示す
洗浄用ガス導入路２７、２７ｂから弁Ｖ１５を通して洗
浄用ガスを導入し、ＵＦ膜２２を１０分毎に３秒間逆洗
した。図２（ａ）に限外濾過器の圧力変化、（ｂ）に透
過水量の変化、（ｃ）に研磨剤濃度の変化を示し、図３
（ａ）に循環開始時の研磨剤の粒度分布、（ｂ）に循環
８日目の粒度分布を示す。図から明らかなように限外濾
過膜入口圧力＝１．０ｋｇ／ｃｍ2、膜出口圧力＝０ｋ
ｇ／ｃｍ2、透過水量１７５ｍｌ／ｍｉｎ、研磨剤濃度
１４ｗｔ％で、８日間の連続運転で変化はなかった。ま
た循環開始時の研磨剤の粒度分布と循環８日目の粒度分
布にも変化は認められなかった。以上の結果より、本発
明による研磨剤回収再利用装置の限外濾過膜を用いた濃
縮機能部の連続自動運転安定性が確認された。断続運転
や限外濾過面積を変えた場合であっても、同様な実験結
果が得られた。
【００５６】第３の実施例 図１の回収再利用装置を用いて、酸化膜を平坦化研磨し
た後の研磨廃液から濾過／濃縮過程を経て得られた研磨
剤回収液の特性を評価した。酸化膜の平坦化研磨に用い
た研磨剤原液（（株）フジミ、プレナライト４１０１）
を研磨パッド（（株）ロデール、ＩＣ１０００／ＳＵＢ
Ａ４００）に５０ｍｌ／ｍｉｎで供給し、研磨パッド回
転数３５ｒｐｍ、基板保持ヘッド回転数３５ｒｐｍ、研
磨圧力０．４ｋｇ／ｃｍ2で化学気相成長法によるシリ
コン酸化膜を研磨した。かかる研磨原液の濃度は２０ｗ
ｔ％であり、研磨廃液は１．７ｗｔ％にまで希釈されて
いた。かかる研磨廃液を図１に示した装置による濾過／
濃縮工程で得られた研磨剤回収液（濃度２２ｗｔ％）を
得た。そこで、レーザ散乱法により研磨原液および研磨
剤回収液の粒度分布を測定した。結果を図４に示す。
た後の研磨廃液から濾過／濃縮過程を経て得られた研磨
剤回収液の特性を評価した。酸化膜の平坦化研磨に用い
た研磨剤原液（（株）フジミ、プレナライト４１０１）
を研磨パッド（（株）ロデール、ＩＣ１０００／ＳＵＢ
Ａ４００）に５０ｍｌ／ｍｉｎで供給し、研磨パッド回
転数３５ｒｐｍ、基板保持ヘッド回転数３５ｒｐｍ、研
磨圧力０．４ｋｇ／ｃｍ2で化学気相成長法によるシリ
コン酸化膜を研磨した。かかる研磨原液の濃度は２０ｗ
ｔ％であり、研磨廃液は１．７ｗｔ％にまで希釈されて
いた。かかる研磨廃液を図１に示した装置による濾過／
濃縮工程で得られた研磨剤回収液（濃度２２ｗｔ％）を
得た。そこで、レーザ散乱法により研磨原液および研磨
剤回収液の粒度分布を測定した。結果を図４に示す。
【００５７】この方法では、シリカ粒子あるいはその凝
集粒子の径に関しては十分な精度を有しているが、その
頻度（存在割合）に関してはサンプリング時にバラツキ
が生じる。研磨剤回収液の粒度分布は、粒径６０ｎｍの
シリカ粒子と粒径２２０ｎｍ程度のシリカ凝集粒子から
構成されており、研磨剤原液（図３）とほぼ同じの粒度
分布を有していた。
集粒子の径に関しては十分な精度を有しているが、その
頻度（存在割合）に関してはサンプリング時にバラツキ
が生じる。研磨剤回収液の粒度分布は、粒径６０ｎｍの
シリカ粒子と粒径２２０ｎｍ程度のシリカ凝集粒子から
構成されており、研磨剤原液（図３）とほぼ同じの粒度
分布を有していた。
【００５８】図５は、研磨原液および研磨剤回収液を用
いた場合の酸化膜研磨速度を比較したものである。この
研磨原液あるいは研磨剤回収液を研磨パッド（（株）ロ
デール社製：ＩＣ１０００/ＳＵＢ４００）に、５０ｍ
ｌ/ｍｉｎで供給しながら、気相成長シリコン酸化膜を
化学機械研磨した。研磨圧力０.４ｋｇ/ｃｍ2における
研磨原液を用いた場合の研磨速度は９７ｎｍ/分であっ
た。一方、研磨剤回収液を用いた場合、１１０ｎｍ/分
と研磨原液を用いた場合と同等の酸化膜研磨速度が得れ
た。化学機械研磨後の酸化膜表面をスクラブ洗浄した基
板表面をレーザ光を用いたパーティクル検出器（サーフ
スキャン６２００）で測定した結果、研磨原液を用いた
場合と研磨剤回収液を用いた場合で、０.２μｍ以上の
残留粒子数はいずれも６インチ基板あたり２００個以下
とちがいは認められないことが確認された。すなわち、
化学機械研磨後の研磨剤粒子の洗浄除去性にも変化がな
いことが確認された。レーザ光を用いたパーティクル検
出器では、いずれの場合もスクラッチ（傷）は認められ
なかった。
いた場合の酸化膜研磨速度を比較したものである。この
研磨原液あるいは研磨剤回収液を研磨パッド（（株）ロ
デール社製：ＩＣ１０００/ＳＵＢ４００）に、５０ｍ
ｌ/ｍｉｎで供給しながら、気相成長シリコン酸化膜を
化学機械研磨した。研磨圧力０.４ｋｇ/ｃｍ2における
研磨原液を用いた場合の研磨速度は９７ｎｍ/分であっ
た。一方、研磨剤回収液を用いた場合、１１０ｎｍ/分
と研磨原液を用いた場合と同等の酸化膜研磨速度が得れ
た。化学機械研磨後の酸化膜表面をスクラブ洗浄した基
板表面をレーザ光を用いたパーティクル検出器（サーフ
スキャン６２００）で測定した結果、研磨原液を用いた
場合と研磨剤回収液を用いた場合で、０.２μｍ以上の
残留粒子数はいずれも６インチ基板あたり２００個以下
とちがいは認められないことが確認された。すなわち、
化学機械研磨後の研磨剤粒子の洗浄除去性にも変化がな
いことが確認された。レーザ光を用いたパーティクル検
出器では、いずれの場合もスクラッチ（傷）は認められ
なかった。
【００５９】このように、研磨剤回収液中のシリカ粒子
の粒度分布、研磨能、研磨後の研磨剤粒子の除去性のい
ずれも研磨原液と変化は認められなかった。さらに、図
１に示した装置を用いて、かかる研磨剤回収液を５回ま
で回収再利用したが、研磨能、研磨後の研磨剤粒子の除
去性に変化は認められなかった。回収再利用する回数が
１０回を越えると研磨速度の低下が認められた。
の粒度分布、研磨能、研磨後の研磨剤粒子の除去性のい
ずれも研磨原液と変化は認められなかった。さらに、図
１に示した装置を用いて、かかる研磨剤回収液を５回ま
で回収再利用したが、研磨能、研磨後の研磨剤粒子の除
去性に変化は認められなかった。回収再利用する回数が
１０回を越えると研磨速度の低下が認められた。
【００６０】第４の実施例 上述した実施例では中性シリカ研磨原液を用いたが、水
酸化カリウムを添加したｐＨ１１程度のシリカ研磨原液
を用いて実施例３と同様に研磨剤回収液の特性を評価し
た。研磨廃液のｐＨは９程度にまで低下していた。この
研磨廃液を図１に示した装置で、精密濾過および限外濾
過処理したところ、濃縮液槽１３の濃縮液３０のｐＨは
ｐＨ計３３を用いた測定により９程度にまで低下してい
た。この濃縮液にｐＨ１３程度の水酸化カリウム水溶液
を薬注管３４から注入し、研磨原液と同じｐＨ１１にま
で回復させたものを研磨剤回収液として回収した。かか
る研磨剤回収液を用いた場合、酸化膜の研磨速度は２０
０ｎｍ/分程度であり、シリカ研磨原液を用いた場合と
比較して変化はなかった。
酸化カリウムを添加したｐＨ１１程度のシリカ研磨原液
を用いて実施例３と同様に研磨剤回収液の特性を評価し
た。研磨廃液のｐＨは９程度にまで低下していた。この
研磨廃液を図１に示した装置で、精密濾過および限外濾
過処理したところ、濃縮液槽１３の濃縮液３０のｐＨは
ｐＨ計３３を用いた測定により９程度にまで低下してい
た。この濃縮液にｐＨ１３程度の水酸化カリウム水溶液
を薬注管３４から注入し、研磨原液と同じｐＨ１１にま
で回復させたものを研磨剤回収液として回収した。かか
る研磨剤回収液を用いた場合、酸化膜の研磨速度は２０
０ｎｍ/分程度であり、シリカ研磨原液を用いた場合と
比較して変化はなかった。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、目開き２５〜１００μ
ｍの濾過器により全量濾過して粗大不純物を除去し、さ
らには孔径２〜１００ｎｍの限外濾過膜により濃縮する
ようにしたので、急速な目詰まりを生じることなく、研
磨屑等の粗大な不純物を除去し、連続的に研磨剤を回収
することができる。
ｍの濾過器により全量濾過して粗大不純物を除去し、さ
らには孔径２〜１００ｎｍの限外濾過膜により濃縮する
ようにしたので、急速な目詰まりを生じることなく、研
磨屑等の粗大な不純物を除去し、連続的に研磨剤を回収
することができる。
【００６２】限外濾過膜による濃縮を比重計を用いた濃
度モニタにより制御することにより、研磨剤濃度を正確
かつ迅速に測定して制御することが可能となる。
度モニタにより制御することにより、研磨剤濃度を正確
かつ迅速に測定して制御することが可能となる。
【００６３】また限外濾過膜の濃縮液が一定温度となる
ように温度調整することにより、限外濾過を安定して行
うことができる。
ように温度調整することにより、限外濾過を安定して行
うことができる。
【００６４】さらに限外濾過膜の濃縮液のｐＨを測定
し、所定ｐＨとなるようにアルカリまたは酸を添加する
ことにより、ｐＨを調整して研磨剤粒子の凝集による目
詰まりを防止できるとともに研磨剤の組成に合った回収
研磨剤を得ることができる。
し、所定ｐＨとなるようにアルカリまたは酸を添加する
ことにより、ｐＨを調整して研磨剤粒子の凝集による目
詰まりを防止できるとともに研磨剤の組成に合った回収
研磨剤を得ることができる。
【００６５】限外濾過膜の透過液を純水製造装置におい
て処理することにより、純水または超純水として回収
し、洗浄液その他の用途に再利用することができる。
て処理することにより、純水または超純水として回収
し、洗浄液その他の用途に再利用することができる。
【図１】実施形態の研磨剤回収方法を示す系統図であ
る。
る。
【図２】実施例２の結果を示す図であり、（ａ）は限外
濾過器の圧力変化、（ｂ）は透過水量の変化、（ｃ）は
研磨剤濃度の変化を示す。
濾過器の圧力変化、（ｂ）は透過水量の変化、（ｃ）は
研磨剤濃度の変化を示す。
【図３】実施例２の結果を示す図であり、（ａ）は循環
開始時の粒度分布、（ｂ）は８日目の粒度分布を示す。
開始時の粒度分布、（ｂ）は８日目の粒度分布を示す。
【図４】実施例３の研磨剤回収液の粒度分布を示す図で
ある。
ある。
【図５】実施例３の酸化膜研磨速度を示す図である。
【図６】従来技術の回収方法を示す系統図である。
【図７】従来技術の回収方法を適用した層間絶縁膜の平
坦化ポリッシングの系統図である。
坦化ポリッシングの系統図である。
１ 研磨装置 ２ 研磨剤槽 ４ 研磨剤 ５ 洗浄液 ６ 回収研磨剤 ７ 補給研磨剤 １１ 被処理液槽 １２ａ、１２ｂ 濾過器 １３ 濃縮液槽 １４ 限外濾過器 １５ 透過液槽 １６ 純水製造装置 １７ ドレンパン １８ａ、１８ｂ 濾過エレメント １９ 冷却水管 ２０ 冷却水循環装置 ２１ 濃度モニタ ２２ ＵＦ膜 ２３ 研磨廃液 ２４ 攪拌機 ２５ 被処理液 ２６ 濾過液 ２６ａ 回収路 ２６ｂ 移送路 ２７、２７ａ、２７ｂ 洗浄用ガス導入路 ２８、３７ 洗浄排水 ２９ 温度計 ３０ 濃縮液 ３１ａ、３１ｂ 循環路 ３２ 透過液 ３３ ｐＨ計 ３４ 薬注管 ３５ 回収水 ３６ 排出路 ３８ 排水 ３９ａ、３９ｂ 漏水センサ ４１、４２ 洗浄流体路
フロントページの続き (72)発明者 中島 務 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 佐藤 伸 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗 田工業株式会社内 (72)発明者 古川 征弘 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗 田工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−115892（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−83086（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−157006（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−316846（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−329476（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−148488（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−11962（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 B01D 61/14 500 B24B 37/00 B24B 57/00
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体基板あるいはその上に形成された
被膜の化学機械研磨を行った後の研磨廃液を、目開き２
５〜１００μｍの濾過器で全量濾過して粗大不純物を除
去して得られる濾過液を研磨材として回収して再利用す
ることを特徴とする研磨材の回収再利用方法。 - 【請求項２】 濾過器が単繊維をワインドした目開き２
５〜１００μｍのワインド型濾過エレメントを有する請
求項１記載の方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の濾過液を孔径２〜
１００ｎｍの限外濾過膜からなる限外濾過器に循環させ
て濃縮し、該濃縮液を研磨材として回収して再利用する
ことを特徴とする研磨材の回収再利用方法。 - 【請求項４】 限外濾過膜による濃縮液の研磨剤濃度を
比重計を用いた濃度モニタにより制御する請求項３記載
の方法。 - 【請求項５】 限外濾過膜の濃縮液が一定温度となるよ
うに温度調整するようにした請求項３または４記載の方
法。 - 【請求項６】 限外濾過膜の濃縮液にアルカリまたは酸
を添加し、研磨液として回収するようにした請求項３な
いし５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 限外濾過膜の透過液を純水製造装置に送
り、純水として再利用する請求項３ないし６のいずれか
に記載の方法。 - 【請求項８】 研磨廃液を目開き２５〜１００μｍの濾
過器で全量濾過して粗大不純物を濾過器に捕捉して除去
する少なくとも２系統以上の濾過機能部と、該濾過液を
循環させながら孔径２〜１００ｎｍの限外濾過膜により
濃縮する濃縮機能部とを備えた研磨材の回収再利用装
置。 - 【請求項９】 高圧気体を該濃縮機能部の限外濾過膜に
供給して自動逆洗する逆洗機能部を付加した請求項８記
載の装置。 - 【請求項１０】 限外濾過器に循環中の研磨剤粒子濃度
を連続的に測定する濃度モニタ機能部を付加した請求項
８または９記載の装置。 - 【請求項１１】 濃縮液のｐＨを測定するｐＨモニタ機
能部と、研磨剤粒子濃度が所定値に達した濃縮液にｐＨ
調整薬剤を供給するｐＨ調整薬剤供給機能部と、ｐＨ調
整薬剤供給機能部からｐＨ調整薬剤を供給してｐＨを所
定値とした濃縮液を研磨剤回収液として輸送する配管部
とを付加した請求項８ないし１０のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項１２】濾過機能部で粗大不純物を除去した濾過
液を該濃縮機能部に供給し、研磨剤粒子濃度が所定値に
達したことを該濃度モニタ機能部で検出して化学機械研
磨装置に該研磨剤回収液を自動的に供給し、かつ定期的
に該限外濾過膜を自動逆洗して連続運転するようにした
請求項８ないし１１のいずれかに記載の研磨剤の回収再
利用装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27664396A JP3341601B2 (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 研磨剤の回収再利用方法および装置 |
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