專(zhuān)利名稱(chēng)：被除去物的除去方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到被除去物的除去方法，主要是關(guān)于在膠體溶液(溶膠)中含有0.15μm以下的非常微小的被除去物的流體被除去物的除去方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，減少產(chǎn)業(yè)廢棄物，還有產(chǎn)業(yè)廢棄物分類(lèi)后再利用或者產(chǎn)業(yè)廢棄物不向自然界中排放，從生態(tài)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看是重要的主題，21世紀(jì)的企業(yè)課題。在產(chǎn)業(yè)廢棄物中，有含有被除去物的各種各樣的流體。
這些流體用污水、排水、廢液等各種各樣的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，下面把水和藥品等流體中所含有的作為被除去物的物質(zhì)稱(chēng)為排水來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。這些排水用高昂的過(guò)濾處理裝置等除去所述被除去物，或者把排水變?yōu)楦蓛舻乃倮?，分?lèi)的被除去物或者不能過(guò)濾的剩余物作為產(chǎn)業(yè)廢棄物進(jìn)行處理。特別是水，利用過(guò)濾以滿(mǎn)足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的干凈狀態(tài)返回河與海，或者再利用。
但是，從過(guò)濾處理等的設(shè)備費(fèi)用，運(yùn)行成本等的問(wèn)題來(lái)看，采用這些裝置是非常困難的，并且還會(huì)引起環(huán)境問(wèn)題。
從這些問(wèn)題可以看出，排水處理的技術(shù)，從環(huán)境污染來(lái)看，及從再利用的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看是重要的問(wèn)題，希望盡快有低原價(jià)、低運(yùn)行費(fèi)的系統(tǒng)。
下面作為一例，說(shuō)明在半導(dǎo)體領(lǐng)域中進(jìn)行的排水處理。一般地，在對(duì)金屬、半導(dǎo)體、陶瓷等的板狀體進(jìn)行磨削或研磨時(shí)，考慮到防止由于摩擦而使研磨(磨削)的夾具等溫度上升、提高潤(rùn)滑性、附著于板狀體的磨削屑或切削屑，而向研磨(磨削)夾具和板狀體噴淋水等的流體。
具體的是，作為半導(dǎo)體板狀體材料的半導(dǎo)體晶片或切割、或背部研磨時(shí)，采用了清水流動(dòng)的方法。為了防止切割裝置切割刀片溫度上升，另外防止切割屑附著于晶片上，在半導(dǎo)體晶片上使清水流動(dòng)，為了清水接觸到刀片，安裝有放水用的噴嘴進(jìn)行噴淋。另外在背部研磨使晶片變薄時(shí)，也是由于同樣的理由進(jìn)行清水流動(dòng)。
從所述切割裝置和背部研磨裝置排出的磨削屑或混入研磨屑的排水，經(jīng)過(guò)濾變?yōu)楦蓛舻乃祷卮笞匀?，或者被再利用，濃縮的排水進(jìn)行回收。
目前半導(dǎo)體制造的現(xiàn)狀是，在以Si為主體的被除去物(屑)混入排水的處理方法有凝集沉淀法、過(guò)濾器過(guò)濾和離心分離機(jī)組合的方法兩種。
前者的凝集沉淀法，把作為凝集劑的PAC(聚氯化鋁)或AL2(SO4)3(明礬)等混入排水中，生成與Si的反應(yīng)物，除去該反應(yīng)物，對(duì)排水進(jìn)行過(guò)濾。
后者的過(guò)濾器和離心分離機(jī)組合的方法，過(guò)濾排水，被濃縮的水灌入離心分離機(jī)中，在以淤渣的形式回收硅屑的同時(shí)，把經(jīng)過(guò)過(guò)濾的排水變成干凈的水再向大自然排出，或者再利用。
例如，如圖11所示，在切割時(shí)產(chǎn)生的排水，收集到原水罐201中，泵202把水送到過(guò)濾裝置203。由于過(guò)濾裝置203中安裝有陶瓷系和有機(jī)物系的過(guò)濾器F，被過(guò)濾的水通過(guò)配管204送到回收水罐205，再利用或者排放到大自然。
一方面，過(guò)濾裝置203由于發(fā)生過(guò)濾器F堵塞，需要定期清洗。例如，原水罐201側(cè)的閥門(mén)B1關(guān)閉，為從閥門(mén)B3和原水罐送洗凈水而把閥門(mén)B2打開(kāi)，利用回收水罐205的水，對(duì)過(guò)濾器F進(jìn)行逆向清洗。由此而產(chǎn)生的被混入高濃度Si屑的排水回到原水罐201。另外濃縮水罐206的濃縮水，通過(guò)泵208向離心分離器209輸送，由離心分離器209把污泥(淤渣)與分離液分離。由Si屑形成的污泥，污泥收集到回收罐210，分離液由分離液罐收集。另外收集分離液的分離液罐21的排水，通過(guò)泵212輸送到原水罐201。
例如，由磨削、研磨Cu、Fe、Al等金屬材料為主材料的固體形物或者板狀物、陶瓷等的無(wú)機(jī)物形成固體形物或者板狀物的的時(shí)候產(chǎn)生的屑也采用這樣的方法回收。
一方面，CMP(Chemical-Mechanical Polishing)作為新的半導(dǎo)體處理技術(shù)出現(xiàn)了。
該CMP技術(shù)所帶來(lái)的是①實(shí)現(xiàn)平坦的裝置面形狀②實(shí)現(xiàn)與基板不同材料的嵌入構(gòu)造。
①使用平板印刷技術(shù)形成精度高的細(xì)微圖形。并且由并用Si晶片粘貼技術(shù)等，帶來(lái)實(shí)現(xiàn)三次元IC的可能性。
②使嵌入構(gòu)造成為可能?，F(xiàn)有IC多層配線(xiàn)是采用鎢(W)嵌入技術(shù)。這是在層間膜的溝道上用CVD法嵌入W，用表面蝕刻使其平面化，但最近使用CMP使其平坦化。該嵌入技術(shù)的應(yīng)用提高了波形花紋處理、元件分離技術(shù)。
該CMP技術(shù)及其應(yīng)用在科學(xué)論壇發(fā)行的“CMP的科學(xué)”中有詳細(xì)的論述。
接著，簡(jiǎn)單地說(shuō)明CMP結(jié)構(gòu)。如圖12所示，在轉(zhuǎn)動(dòng)定盤(pán)250上的研磨布251放置半導(dǎo)體晶片252，通過(guò)研磨材(膏)253邊流動(dòng)邊磨擦，進(jìn)行研磨加工和化學(xué)蝕刻，使晶片252表面的凹凸消失。由研磨材253中溶劑的化學(xué)反應(yīng)和研磨布與研磨劑中的研磨砂粒的機(jī)械研磨作用使其平坦化。作為研磨布251，例如采用發(fā)泡聚氨酯、無(wú)紡布，研磨材采用硅、氧化鋁等研磨砂粒，與含有PH值調(diào)整材料的水混合，一般稱(chēng)呼為研磨膏。讓該研磨膏253流動(dòng)著的同時(shí)，在研磨布251上使晶片252一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊施加壓力而進(jìn)行磨擦。另外，254是維持研磨布251的研磨能力的，是經(jīng)常使研磨布251表面處于整理狀態(tài)的整理部。另外202、208、212是電機(jī)，255～257是皮帶。
所述結(jié)構(gòu)如圖13所示，是作為系統(tǒng)構(gòu)成的。該系統(tǒng)的構(gòu)成從大的方面可分為晶片盒的裝載·卸載臺(tái)260、晶片移載機(jī)構(gòu)部261、圖12說(shuō)明的研磨機(jī)構(gòu)部262、晶片清洗機(jī)構(gòu)部263及控制這些機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)控制。
首先把裝有晶片的盒264放在晶片盒·裝載·卸載臺(tái)260上，取出盒264中的晶片。接著，晶片移載機(jī)構(gòu)部261，例如利用機(jī)械手265保持所述晶片，把晶片放置在設(shè)置于研磨機(jī)構(gòu)262的轉(zhuǎn)動(dòng)定盤(pán)250上，利用CMP技術(shù)使晶片平坦化。該平坦化作業(yè)結(jié)束后，由于要進(jìn)行清洗研磨膏，用所述機(jī)械手265把晶片移到晶片清洗機(jī)構(gòu)部263，進(jìn)行清洗。然后把清洗干凈的晶片收容在晶片盒中266。
例如，一個(gè)工序流程所使用研磨膏的量是約500cc～1升/晶片。另外，利用所述研磨機(jī)構(gòu)部262、晶片清洗機(jī)構(gòu)部263使清水流動(dòng)。而這些水的排水由下水道最后一起排掉，一次平坦化的作業(yè)要排出約5升～10升/晶片的水。例如，如果是三層金屬、那么由金屬的平坦化和層問(wèn)絕緣膜的平坦化，要進(jìn)行7次的平坦化作業(yè)，一個(gè)晶片到完成為止，要排出7倍的5～10升排水。
因此可看出，如果使用CMP裝置，被稀釋的研磨膏要排出相當(dāng)?shù)牧俊?br> 而這樣的排水是用凝集沉淀法處理的。
但是，凝集沉淀法是投入作為凝集劑的化學(xué)藥品。然而特定完全反映的藥品的量是非常困難的，無(wú)論如何投入藥品多而殘留未反應(yīng)的藥品。反之藥品的量如果少，就不能把全部被除去物凝集沉降。被除去物不被分離而殘留。特別是，藥品量多的時(shí)候，上部澄清的液體中殘留有藥物。如果再利用的時(shí)候，由于過(guò)濾液體中殘留有藥物，對(duì)于不能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的情況，就有不能再利用該過(guò)濾液體的問(wèn)題。
另外藥品與被除去物的反應(yīng)物成為絮狀沉淀，生成像藻樣的浮游物。該絮狀沉淀的形成條件是，pH值條件嚴(yán)格，而必須要有攪拌機(jī)，pH值測(cè)定裝置，凝集注入裝置及控制這些裝置的控制機(jī)器。并且為了使絮狀沉淀穩(wěn)定地沉降，需要有大的沉淀槽。例如，如果是3立方(m3)/1小時(shí)的排水處理能力，就需要有直徑3米，深4米大小的罐(約15噸的沉淀罐)，全部的系統(tǒng)需要有約11米×11米大小的地面，而成為大規(guī)模的系統(tǒng)。
然而在沉淀槽中還有不沉淀而漂浮的絮狀沉淀，有從槽中向外部溢出的可能性，使全部回收困難。總之，存在從設(shè)備大、系統(tǒng)的基本成本高、水難于再利用、使用藥物導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高的問(wèn)題。
另外，如圖11，5立方米(m3)/1小時(shí)的過(guò)濾器和離心分離機(jī)組合的方法，在過(guò)濾裝置203中由于使用了過(guò)濾器F(稱(chēng)為UF組件，是由聚砜系纖維構(gòu)成的，或者陶瓷過(guò)濾器)，使水能夠再利用。但是，過(guò)濾裝置203上安裝有4個(gè)過(guò)濾器F，該過(guò)濾器的價(jià)格高達(dá)50萬(wàn)日元/個(gè)，從過(guò)濾器的壽命來(lái)看至少一年就要換一次。并且過(guò)濾裝置203之前的泵202，由于過(guò)濾器是加壓型的過(guò)濾方法，在過(guò)濾器的孔眼發(fā)生堵塞就會(huì)使電機(jī)的負(fù)荷加大，泵202成為了高容量的。另外，在通過(guò)過(guò)濾器F的排水中的三分之二返回到原水罐201。還有由于利用泵202把被混入了除去物的排水輸送，泵202的內(nèi)壁被磨削，泵202的壽命也就會(huì)非常短。
歸納所述各點(diǎn)，由于電機(jī)非常耗電，還要花泵P和過(guò)濾器F的替換費(fèi)用，而產(chǎn)生運(yùn)行成本非常大的問(wèn)題。
另外，在CMP中，切割加工要排出無(wú)法比擬的排水量。研磨膏以膠體溶液的形狀分布在流體中，由于布朗運(yùn)動(dòng)而總是不沉淀。并且混入研磨膏中的砂粒直徑為10～200nm是極微小的。因此，當(dāng)利用過(guò)濾器過(guò)濾微小砂粒形成的研磨膏時(shí)，砂粒進(jìn)入過(guò)濾器的孔中，立即就會(huì)發(fā)生堵塞，而由于頻繁發(fā)生堵塞，會(huì)發(fā)生不能進(jìn)行大量處理排水的問(wèn)題。
從到此為止的說(shuō)明可看出，為了把對(duì)地球環(huán)境危害的物質(zhì)盡可能地除去，或者為了再利用過(guò)濾流體和分離的被除去物，排水的過(guò)濾裝置變成了追加各種各樣的裝置而成為大規(guī)模的系統(tǒng)，結(jié)果是基本成本、運(yùn)行成本變大。從而，到現(xiàn)在為止的污水過(guò)濾裝置，最終也不能變?yōu)椴捎玫南到y(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于如上所述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種被除去物的除去方法，該方法包括在含有被除去物流體中配置第1過(guò)濾器并進(jìn)行吸引使所述流體通過(guò)，在所述第1過(guò)濾器表面上成膜由凝膠膜構(gòu)成第2過(guò)濾器，利用所述第2過(guò)濾器過(guò)濾所述被除去物，在所述第2過(guò)濾器發(fā)生堵塞時(shí)使第2過(guò)濾器再生后再次繼續(xù)過(guò)濾所述被除去物。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是利用溶膠把含在流體中的被除去物除去。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是利用由被除去物成膜的凝膠膜作為過(guò)濾器。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是利用從第1過(guò)濾器吸引流體在其表面成膜形成的凝膠膜作為第2過(guò)濾器。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是在使第2過(guò)濾器成膜時(shí)的過(guò)濾量與過(guò)濾時(shí)的過(guò)濾量基本等量的吸引壓力下選擇成膜的第2過(guò)濾器。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是吸引壓力設(shè)定為過(guò)濾時(shí)能夠保持過(guò)濾量長(zhǎng)時(shí)間一定的微弱吸引壓力。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是利用第2過(guò)濾器成膜時(shí)的吸引壓力與過(guò)濾時(shí)的吸引壓力基本相等的情況下而成膜的第2過(guò)濾器。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，吸引壓力設(shè)定為第2過(guò)濾器成膜時(shí)及過(guò)濾時(shí)吸引壓力能長(zhǎng)時(shí)間保持一定的微弱吸引壓力。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器成膜時(shí)及過(guò)濾時(shí)，向第2過(guò)濾器表面供給氣體氣泡并產(chǎn)生并行流。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器過(guò)濾量減少時(shí)進(jìn)行第2過(guò)濾器再生。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器再生時(shí)解除第1過(guò)濾器的吸引。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器再生時(shí)氣體氣泡量比過(guò)濾時(shí)增加本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是把主要為0.15μm以下的微小顆粒作為被除去物的。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是把CMP研磨膏作為被除去物的。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是把CMP研磨膏及CMP加工時(shí)所發(fā)生的加工屑作為被除去物。
還有本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，該方法包括在含有被除去物流體中配置第1過(guò)濾器吸引所述流體通過(guò)的并在所述第1過(guò)濾器表面上成膜由凝膠膜形成的第2過(guò)濾器的工序；利用所述第2過(guò)濾器吸引所述被除去物凝膠進(jìn)行過(guò)濾的工序；當(dāng)?shù)?過(guò)濾器表面吸附所述被除去物凝膠發(fā)生堵塞時(shí)，停止吸引使吸附在第2過(guò)濾器表面的凝膠脫離后使第2過(guò)濾器再生的工序；再次開(kāi)始吸引利用所述第2過(guò)濾器過(guò)濾所述被除去物凝膠的工序。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，使第2過(guò)濾器成膜時(shí)的過(guò)濾量與過(guò)濾時(shí)的過(guò)濾量變成基本等量的吸引壓力下選擇成膜。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，吸引壓力設(shè)定為過(guò)濾時(shí)能夠保持過(guò)濾量長(zhǎng)時(shí)間一定的微弱吸引壓力。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，第2過(guò)濾器成膜時(shí)及過(guò)濾時(shí)，向第2過(guò)濾器表面供給氣體氣泡并產(chǎn)生并行流。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，是利用第2過(guò)濾器成膜時(shí)的吸引壓力與過(guò)濾時(shí)的吸引壓力基本相等的情況下而成膜的第2過(guò)濾器。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，吸引壓力設(shè)定為第2過(guò)濾器成膜時(shí)及過(guò)濾時(shí)吸引壓力能長(zhǎng)時(shí)間保持一定的微弱吸引壓力。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器過(guò)濾量減少時(shí)進(jìn)行第2過(guò)濾器再生。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器再生時(shí)解除吸引。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器再生時(shí)向第1過(guò)濾器逆流過(guò)濾水。
本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，在第2過(guò)濾器再生時(shí)氣體氣泡量比過(guò)濾時(shí)增加，以促進(jìn)第2過(guò)濾器所吸附凝膠的脫離。
還有本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，第2過(guò)濾器形成工序，利用第2過(guò)濾器的過(guò)濾工序及第2過(guò)濾器再過(guò)濾工序，使從第2過(guò)濾器的過(guò)濾量一定。
還有本發(fā)明的其它目的是提供一種被除去物的除去方法，第2過(guò)濾器形成工序，利用第2過(guò)濾器的過(guò)濾工序及第2過(guò)濾器再過(guò)濾工序，使從第1過(guò)濾器的過(guò)濾量一定。
除去像混入CMP研磨膏的砂粒那樣200nm級(jí)別以下的顆粒體，一般是采用比該顆粒體還要小孔的過(guò)濾膜。但是在本發(fā)明中，利用被除去物形成的凝膠膜作為過(guò)濾器，靈活應(yīng)用在過(guò)濾器上所形成的數(shù)量多的間隙作為流體的通路。另外本發(fā)明由于過(guò)濾器本身就是被除去物顆粒體的集合體，能夠把成為堵塞的原因的被除去物從過(guò)濾器分離，所以能夠?qū)崿F(xiàn)維持過(guò)濾能力。還有由于本發(fā)明凝膠膜過(guò)濾器持續(xù)過(guò)濾即使發(fā)生堵塞，也能對(duì)該過(guò)濾器再生后再進(jìn)行過(guò)濾，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾。


圖1是本發(fā)明過(guò)濾器說(shuō)明圖；圖2是本發(fā)明過(guò)濾器動(dòng)作原理說(shuō)明圖；圖3是說(shuō)明本發(fā)明第2過(guò)濾器成膜條件的(A)剖視圖及(B)特性圖；圖4是本發(fā)明第2過(guò)濾器特性的說(shuō)明圖；圖5是本發(fā)明具體化過(guò)濾裝置的說(shuō)明圖；圖6是本發(fā)明過(guò)濾器裝置的說(shuō)明圖；圖7是本發(fā)明進(jìn)一步具體化的過(guò)濾器裝置的說(shuō)明圖；圖8是本發(fā)明過(guò)濾器裝置再生的說(shuō)明圖；圖9是本發(fā)明過(guò)濾裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的說(shuō)明圖；圖10是本發(fā)明過(guò)濾特性的說(shuō)明圖；圖11是現(xiàn)有過(guò)濾系統(tǒng)的說(shuō)明圖；
圖12是CMP裝置的說(shuō)明圖；圖13是CMP裝置系統(tǒng)的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
在說(shuō)明本發(fā)明之前，要明確在本發(fā)明中所使用的詞語(yǔ)的定義。
膠體溶液是指，其直徑為1nm～1μm大小的微小顆粒在媒質(zhì)中的分散狀態(tài)。該微小顆粒被認(rèn)為進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)，具有通過(guò)普通過(guò)濾紙但不通過(guò)半透明的過(guò)濾膜的性質(zhì)。另外凝集速度非常慢的性質(zhì)是由于在微小顆粒之間作用有靜電的相斥力，而使微小顆粒接近的機(jī)會(huì)小。
溶膠與膠體溶液基本同義使用，溶膠與凝膠的不同在于，在液體中分散而顯示流動(dòng)性，微小顆?；钴S地進(jìn)行著布朗運(yùn)動(dòng)。
凝膠是指膠體溶液粒子失去獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)性，形成集合固化狀態(tài)。例如瓊脂和明膠在溫水中溶化分散而成為溶膠，但是把其冷卻就會(huì)失去流動(dòng)性而成為凝膠。在凝膠中有液體部分多的水凝膠和稍微干燥的干凝膠。
作為凝膠化的主要原因，包括或是除去分散媒的水使其干燥，或是在硅研磨膏(PH9～PH10)中添加電解質(zhì)鹽使PH值調(diào)整到PH6～PH7，使其冷卻失去流動(dòng)性等原因。
研磨膏是把砂粒與液體及化學(xué)藥品混合后，在拋光時(shí)使用的膠體溶液或者溶膠。在所述CMP中使用的研磨劑被稱(chēng)為CMP研磨膏。在CMP研磨膏中所知道的有硅系研磨劑、氧化鋁(礬土)系研磨劑、氧化鈰(二氧化鈰)系研磨劑等。利用最多的是硅系研磨劑，其中膠態(tài)硅應(yīng)用最廣泛。膠態(tài)硅是7～300nm的膠體溶液大小的硅超微小顆粒在水或有機(jī)溶劑中沒(méi)有沉淀而均勻分散的分散液，也被稱(chēng)為硅膠。由于膠態(tài)硅在水中的粒子是單分散的，因此由膠體溶液粒子的相斥力即使放置一年以上幾乎也沒(méi)有沉淀。
首先，本發(fā)明是提供一種被除去物的除去方法，是利用從被除去物以含在流體中的膠體溶液或溶膠狀態(tài)的排水中過(guò)濾除去被除去物。
被除去物是以3nm～2μm的顆粒直徑分布的微小顆粒大量進(jìn)入體溶液(溶膠)，例如在CMP中采用的硅、氧化鋁或二氧化鈰等砂粒和用砂粒切削而產(chǎn)生的半導(dǎo)體材料屑、金屬屑及/絕緣膜材料屑。在本優(yōu)選實(shí)施例中CMP研磨膏是采用キヤボツト公司W(wǎng)2000鎢研磨用的研磨膏。該研磨膏的pH2.5，以砂粒分布10～200nm的硅為主要成分。
參照本發(fā)明的原理圖1進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明是利用由被除去物形成的凝膠膜構(gòu)成的過(guò)濾器除去混入膠體溶液(溶膠)的被除去物流體(排水)。
如果具體地說(shuō)明，在有機(jī)高分子的第1過(guò)濾器1表面，形成由作為膠體溶液被除去物CMP研磨膏形成的第2過(guò)濾器2的凝膠膜，把該過(guò)濾器1、2浸入罐內(nèi)的流體3中，過(guò)濾含有被除去物的排水。
第1過(guò)濾器1如果可以附著凝膠膜，從原理上考慮可采用有機(jī)高分子系、陶瓷系中的任何一種。在此，采用平均孔徑0.25μm，厚0.1μm聚烯烴系高分子膜。圖2B表示的是該聚烯烴系構(gòu)成的過(guò)濾器膜表面照片。
另外，第1過(guò)濾器1有在框架4的兩面設(shè)置的平面膜構(gòu)造，與流體垂直方式浸入，構(gòu)成通過(guò)泵6從框架4中空部5的吸引，而取出過(guò)濾液7。
接著，第2過(guò)濾器2附著于第1過(guò)濾器1的整個(gè)表面，由吸引被除去物溶膠而形成凝膠化的凝膠膜。一般認(rèn)為由于凝膠膜是果凍狀，所以作為過(guò)濾器是沒(méi)有作用的。但是，本發(fā)明通過(guò)選擇凝膠的生成條件能夠使第2過(guò)濾器2帶有過(guò)濾的功能。該生成條件將在后面詳細(xì)描述。
由所述被除去物膠體溶液(溶膠)形成被除去物凝膠膜的第2過(guò)濾器2，除去被除去物的過(guò)濾參照?qǐng)D1及圖2A進(jìn)行說(shuō)明。
1是第1過(guò)濾器，11是過(guò)濾器孔。在過(guò)濾器孔11的開(kāi)口部及第1過(guò)濾器1表面所形成層狀的膜是被除去物13的凝膠膜。該被除去物13由泵的吸引壓力通過(guò)第1過(guò)濾器1吸引，為了吸取流體3的水分進(jìn)行干燥(脫水)，膠體溶液被除去物的微小顆粒被凝膠化而結(jié)合，不能通過(guò)過(guò)濾器孔11的大凝膠膜形成于第1過(guò)濾器1的表面。該凝膠膜形成第2過(guò)濾器2。
不久在第2過(guò)濾器2達(dá)到預(yù)定的膜厚時(shí)，第2過(guò)濾器2形成不讓被除去物凝膠通過(guò)的間隙，利用該第2過(guò)濾器2可以開(kāi)始膠體溶液被除去物的過(guò)濾。隨著泵6的吸引過(guò)濾的繼續(xù)，在第2過(guò)濾器2表面凝膠膜漸漸地積層變厚，不久第2過(guò)濾器2堵塞而不能繼續(xù)過(guò)濾。在此期間被除去物膠體溶液一邊被凝膠化，一邊附著第2過(guò)濾器2表面在膠體溶液水通過(guò)第1過(guò)濾器1作為過(guò)濾水而取出。
圖2中，在第1過(guò)濾器1的一面上有被除去物所混入的膠體溶液的排水，在第1過(guò)濾器1的另一面上生成通過(guò)第1過(guò)濾器1的過(guò)濾水。沿著箭頭方向排水被吸引而流動(dòng)，通過(guò)該吸引把膠體溶液中的微小顆粒引向接近第1過(guò)濾器1，失去靜電排斥力而被凝膠化，一些微小顆粒結(jié)合為凝膠膜被第1過(guò)濾器1表面吸引形成第2過(guò)濾器2。由于該第2過(guò)濾器2的作用膠體溶液中的被除去物一邊被凝膠化一邊進(jìn)行排水的過(guò)濾。由第1過(guò)濾器1的另一面吸引過(guò)濾水。
由如上所述通過(guò)第2過(guò)濾器2緩慢吸引膠體溶液的排水，使排水中的水作為過(guò)濾水取出，被除去物進(jìn)行干燥凝膠化在第2過(guò)濾器2上積層，被除去物作為凝膠膜被捕獲。
下面，參照?qǐng)D3說(shuō)明關(guān)于第2過(guò)濾器2的生成條件。圖3表示第2過(guò)濾器2生成條件和其后的過(guò)濾量。
在本發(fā)明的方法中首先由第2過(guò)濾器2的生成和過(guò)濾工序構(gòu)成?？芍赖氖?，根據(jù)第2過(guò)濾器2的生成條件過(guò)濾時(shí)的精制水過(guò)濾量有很大的差異，如果第2過(guò)濾器2的精制條件不合適選擇，利用凝膠膜的第2過(guò)濾器2幾乎不能過(guò)濾。這與現(xiàn)有技術(shù)中所說(shuō)的膠體溶液不能過(guò)濾的事實(shí)是一致的。
圖3B所表示的特性是通過(guò)圖3A所示方法的實(shí)驗(yàn)得到的。即，在圓筒容器21的底部設(shè)置第1過(guò)濾器1，把キヤボツト公司制的W2000鎢研磨用的研磨膏22的原液50cc倒入并改變吸引壓力以便生成凝膠膜。接著把剩余的研磨膏22扔掉，倒入100cc精制水23，以極小的吸引壓力進(jìn)行過(guò)濾。因此就能夠調(diào)查分析出成為第2過(guò)濾器2凝膠膜的過(guò)濾特性。而且，此時(shí)采用第1的過(guò)濾器1的直徑為47mm，其面積為1734mm2。
在圖3B中，在凝膠膜生成工序中，的吸引壓力改變?nèi)缦拢?55cmHg、-30cmHg、-10cmHg、-5cmHg、-2cmHg，進(jìn)行120分鐘的成膜，調(diào)查了凝膠膜的性質(zhì)。其結(jié)果是吸引壓力設(shè)定為-55cmHg強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)2小時(shí)的過(guò)濾量最多是16cc，過(guò)濾量依次如下為12.5cc、7.5cc、6cc、4.5cc。
接著，換入精制水用該凝膠膜過(guò)濾。此時(shí)的吸引壓力設(shè)定為一定值10cmHg。用吸引壓力-55cmHg所成膜的凝膠膜只能過(guò)濾0.75cc/小時(shí)。用吸引壓力-30cmHg所成膜的凝膠膜能過(guò)濾1cc/小時(shí)。但是，吸引壓力-10cmHg的凝膠膜是2.55cc/小時(shí)，吸引壓力-5cmHg的凝膠膜是3.25cc/小時(shí)，吸引壓力-2cmHg的凝膠膜是3.1cc/小時(shí)，以極弱的吸引壓力所成膜的凝膠膜即使是過(guò)濾工序也安定進(jìn)行地過(guò)濾。從該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知道，如果第2過(guò)濾器2的凝膠膜生成工序是以約3cc/小時(shí)的過(guò)濾量設(shè)定吸引壓力，那么通過(guò)其后的過(guò)濾工序的過(guò)濾量達(dá)到最大。
其理由認(rèn)為是，如果吸引壓力強(qiáng)，則成膜的凝膠膜的膨潤(rùn)度低，致密且硬，由于凝膠膜水分含量少并以收縮狀態(tài)成膜，精制水的浸透通路幾乎沒(méi)有。
對(duì)此如果吸引壓力弱，所成膜的凝膠膜膨潤(rùn)度高，密度低且軟，在凝膠膜的水分含量多以保持膨潤(rùn)的狀態(tài)成膜，能夠確保多的精制水浸透通路。如果考慮小雪緩慢降落堆積的狀態(tài)就可理解。本發(fā)明的特征是利用以微弱的吸引壓力進(jìn)行成膜的膨潤(rùn)度高的凝膠膜，利用該凝膠膜中水分的浸透性質(zhì)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾。
參照?qǐng)D4，說(shuō)明凝膠膜的特性。
圖4A表示含在凝膠膜中溶膠與過(guò)濾量的關(guān)系。溶膠除去量是求出由研磨膏濃度3％的精制水從凝膠膜成膜時(shí)的過(guò)濾量被第1過(guò)濾器1所捕捉的溶膠量。該溶膠量被認(rèn)為是通過(guò)吸引干燥作為第2過(guò)濾器2凝膠化附著的量。由此可清楚地知道，通過(guò)微弱吸引沒(méi)有比在成膜為第2過(guò)濾器2時(shí)的溶膠量少。即，3cc/小時(shí)的過(guò)濾量時(shí)所耗費(fèi)的溶膠量極少，為0.15cc，在第2過(guò)濾器2中含有的溶膠量越少過(guò)濾量越大。這里指出了本發(fā)明的要點(diǎn)，即是盡可能地形成溶膠量少的第2過(guò)濾器2以便能夠?qū)崿F(xiàn)膠體溶液排水的過(guò)濾。
另外，在圖4B中從所述溶膠除去量和凝膠膜的體積表示其膨潤(rùn)度即凝膠膜中密度。從吸引壓力為-30cmHg時(shí)的第2過(guò)濾器2膜厚是6mm、吸引壓力為-10cmHg時(shí)的第2過(guò)濾器2膜厚是4mm的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到膨潤(rùn)度從27增加到30。即，吸引壓力越大膨潤(rùn)度越低，并且第2過(guò)濾器2溶膠量的密度越高。更重要的是證實(shí)了吸引壓力越低第2過(guò)濾器2膜厚也越薄并且膨潤(rùn)度越大，圖3B所示使吸引壓力微弱形成的第2過(guò)濾器2過(guò)濾時(shí)的過(guò)濾量多并且能夠長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾。
因此，可以明確的是本發(fā)明能夠過(guò)濾主要為0.15μm以下微小顆粒膠體溶液排水的要點(diǎn)是以第2過(guò)濾器2成膜條件為根據(jù)的。
圖2所示過(guò)濾器是表示圖1過(guò)濾器的一側(cè)，實(shí)際上是說(shuō)明凝膠膜是如何進(jìn)行附著的模式圖。
第1過(guò)濾器1與膠體溶液的排水成垂直豎立地浸入，排水成為被除去物13分散的膠體溶液。被除去物13用小黑點(diǎn)表示。當(dāng)由泵6通過(guò)第1過(guò)濾器1以微弱的吸引壓力吸引排水時(shí)，引向接近第1過(guò)濾器1被除去物的微小顆粒凝膠化而被附著在第1過(guò)濾器1表面。白點(diǎn)表示的凝膠化微小顆粒14比第1過(guò)濾器1的過(guò)濾器孔11大的微小顆粒漸漸地被第1過(guò)濾器1表面吸附并積層，形成由凝膠膜構(gòu)成的第2過(guò)濾器2。而比過(guò)濾器孔11直徑小的凝膠化微小顆粒14通過(guò)第1過(guò)濾器1，由于成膜第2過(guò)濾器2工序中由于過(guò)濾水再次排水循環(huán)所以是不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題的。在如上所述花費(fèi)約120分鐘形成第2過(guò)濾器2。該成膜工序由于以極微弱吸引壓力進(jìn)行吸引，凝膠化的微小顆粒14一邊形成各種各樣形狀的間隙一邊積層，成為膨潤(rùn)度極低柔軟凝膠膜的第2過(guò)濾器2。排水中的水把該膨潤(rùn)度高的凝膠膜進(jìn)行浸透吸引通過(guò)第1過(guò)濾器1作為過(guò)濾水取出，最終排水被過(guò)濾。
即，本發(fā)明是由膨潤(rùn)度高的凝膠膜形成第2過(guò)濾器2，由于第1過(guò)濾器1的微弱吸引壓力吸引，把與第1過(guò)濾器1靠近的凝膠膜中所含的水分進(jìn)行脫水使凝膠膜收縮，并反復(fù)進(jìn)行其凝膠膜從與排水靠近的凝膠膜開(kāi)始使水分浸透補(bǔ)給使其膨潤(rùn)，使第2過(guò)濾器2只對(duì)水分浸透過(guò)濾。
另外，在第1過(guò)濾器1從排水的底面送空氣氣泡，沿著第1過(guò)濾器1表面形成與排水的并行流。這是為了第2過(guò)濾器2平均附著在第1過(guò)濾器1表面整體和在第2過(guò)濾器2中形成間隙以便柔軟地附著。具體的是雖然設(shè)定1.8升/分的空氣流量，但是要根據(jù)第2過(guò)濾器2膜質(zhì)來(lái)選擇。
下面的過(guò)濾工序是，在第2過(guò)濾器2表面由微弱吸引壓力一邊吸附白圈所示凝膠化微小顆粒14一邊緩慢地積層。此時(shí)精制水浸透第2過(guò)濾器2及所積層的由白圈所示凝膠化微小顆粒14作為過(guò)濾水從第1過(guò)濾器1取出。即是含在排水中的例如CMP情況下硅、氧化鋁或二氧化鈰等砂粒和由砂粒磨削產(chǎn)生的半導(dǎo)體屑、金屬屑/或及絕緣材料屑等的加工屑作為凝膠在第2過(guò)濾器2表面緩慢地積層而被捕獲，水浸透凝膠膜作為過(guò)濾水從第1過(guò)濾器1取出。
但是，圖3B所示如果持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾，在第2過(guò)濾器2表面由于附著厚的凝膠膜所述間隙不久也將引起堵塞，過(guò)濾水無(wú)法取出。因此為了過(guò)濾能力的再生有必要把積層的凝膠膜除去。
下面，參照?qǐng)D5說(shuō)明具體化的過(guò)濾裝置。
圖5中，50是原水罐。該原水罐的上方設(shè)有作為排水裝置的管道51。該管道51把混入被除去物的流體導(dǎo)入罐50。例如，用半導(dǎo)體領(lǐng)域來(lái)說(shuō)明，混入從切割裝置、背部研磨裝置、鏡面拋光裝置或CMP裝置流出的膠體溶液的被除去物的排水(原水)所要被導(dǎo)入的地方是原水罐。另外，需要說(shuō)明的是，該排水是從CMP裝置流出的砂粒、和由砂粒研磨或磨削的屑混入的排水。
儲(chǔ)存在原水罐50的原水52中，設(shè)置多個(gè)第2過(guò)濾器形成的過(guò)濾器裝置53。在該過(guò)濾裝置的下方，例如，在管道開(kāi)了小孔，還有在魚(yú)的水槽中使用氣體發(fā)泡裝置那樣，設(shè)置散氣管54，為了剛好通過(guò)過(guò)濾器裝置53的表面而調(diào)整了位置，以便能夠讓氣泡在過(guò)濾裝置全面均勻供給。55是氣泵。在此的過(guò)濾器裝置53是指如圖1所示表示的第1過(guò)濾器1、框架4、中空部5及第2過(guò)濾器2。
固定在過(guò)濾器裝置53的管道56，與圖1的管道8相當(dāng)。該管道56流通由過(guò)濾器裝置53過(guò)濾的過(guò)濾流體，通過(guò)閥門(mén)1連接到進(jìn)行吸引的磁泵57。管道58從磁泵57通過(guò)控制閥門(mén)CV1連接到閥門(mén)V3及閥門(mén)V4。另外管道56的閥門(mén)V1之后設(shè)有第一壓力計(jì)59，用于測(cè)定吸引壓力Pin。還有管道58的控制閥門(mén)CV1之后設(shè)有流量計(jì)F及第2壓力計(jì)60。用流量計(jì)61控制一定的流量。另外氣泵55發(fā)出的氣流量由控制閥門(mén)CV2控制。
由管道51提供的原水52儲(chǔ)存在原水罐50中，由過(guò)濾器裝置53過(guò)濾。在該過(guò)濾裝置安裝的第2過(guò)濾器2的表面，通過(guò)氣泡，由于氣泡上升力和破裂產(chǎn)生了并行流，使在第2過(guò)濾器2上吸附凝膠化的被除去物活動(dòng)，使過(guò)濾器裝置53全面均勻的吸附維持其過(guò)濾能力不下降。
在此參照?qǐng)D6及圖7對(duì)所述過(guò)濾器裝置53，具體地來(lái)說(shuō)，對(duì)在原水罐50中浸入的過(guò)濾器裝置53進(jìn)行說(shuō)明。
圖6A所示的符號(hào)30是像畫(huà)框形狀的框架，與圖1的框架4相對(duì)應(yīng)。在該框架30兩面成為第1過(guò)濾器1(圖1)的過(guò)濾膜31、32粘合固定。在框架30、過(guò)濾膜31、32圍起來(lái)的內(nèi)側(cè)空間33(與圖1的中空部5相對(duì)應(yīng))中，由于吸引管道34(與圖1的管道8對(duì)應(yīng))，通過(guò)過(guò)濾膜31、32過(guò)濾。然后通過(guò)在框架30密封安裝的管道34取出過(guò)濾水。為了不使排水從過(guò)濾膜以外侵入所述空間33，過(guò)濾膜31、32和框架30當(dāng)然進(jìn)行了完全密封。
圖6A的過(guò)濾器膜31、32因?yàn)槭潜?shù)脂，一被吸引就向內(nèi)側(cè)彎曲，以致也會(huì)發(fā)生破壞的情況。因此，該空間要盡可能的小，但為了加大過(guò)濾能力，該空間33有必要形成大的空間。解決該問(wèn)題的方法如圖6B所示。圖6B只表示了9個(gè)空間33，實(shí)際上是由多個(gè)形成的。另外實(shí)際采用的過(guò)濾器31是約0.1mm厚的聚烯烴系高分子膜，如圖6所示，薄的過(guò)濾器膜形成為袋狀，在圖6B中由FT所示。在該袋狀過(guò)濾器膜FT中，管道34插入一體化的框架30，所述框架30和所述過(guò)濾器膜FT粘合。符號(hào)RG是擠壓裝置，從兩側(cè)擠壓粘合框的過(guò)濾器FT。然后從擠壓裝置開(kāi)口部OP，過(guò)濾器FT露出。詳細(xì)內(nèi)容將參照?qǐng)D7再次說(shuō)明。
圖6C是表示把過(guò)濾器裝置53本身形成為圓筒形。管道34上安裝的框架是圓筒形，在側(cè)面設(shè)有開(kāi)口部OP1、OP2。為了把對(duì)應(yīng)開(kāi)口部OP1和開(kāi)口部OP2側(cè)面取掉，在開(kāi)口部間設(shè)有支持過(guò)濾器膜31的支持裝置SUS。然后在側(cè)面粘合過(guò)濾器膜31。
進(jìn)一步參照?qǐng)D7，詳細(xì)描述圖6B的過(guò)濾器裝置53。
首先說(shuō)明與圖6B的框架30相當(dāng)?shù)牟糠?0a由圖7A及圖7B。部分30a只限于所見(jiàn)看起來(lái)像紙箱的樣子。把0.2mm程度薄樹(shù)脂板SHT1、SHT2重疊，在其中在縱向設(shè)有多個(gè)間隔SC，設(shè)有由樹(shù)脂SHT1、SHT2、間隔SC圍起來(lái)的空間33。該空間33的斷面形成為縱3mm、橫4mm的矩形，如果是另外的表現(xiàn)，則是具有該矩形斷面的細(xì)管是被并排一體化的形狀。部分30a由于是以一定間隔維持兩側(cè)的過(guò)濾器膜FT，所以稱(chēng)為隔板。
在構(gòu)成該隔板30a的薄樹(shù)脂板SHT1、SHT2的表面，開(kāi)有許多直徑1mm的孔HL，在該表面上粘合過(guò)濾器膜FT。因此，由過(guò)濾器膜FT過(guò)濾的過(guò)濾水，通過(guò)孔HL、空間33，最終從管道34出去。
另外過(guò)濾器膜FT粘合在隔板30a的兩面SHT1、SHT2上。在隔板30a的兩面SHT1、SHT2上有未形成孔HL的部分，在此如果直接粘貼過(guò)濾器膜FT1，則與未形成孔HL部分對(duì)應(yīng)的過(guò)濾器膜FT1，由于沒(méi)有過(guò)濾機(jī)能則排水不能通過(guò)，所以發(fā)生不能捕獲被除去物的部分。為了防止該現(xiàn)象，過(guò)濾器膜FT至少要粘合兩張。最外側(cè)的過(guò)濾器膜FT1利用捕獲被除去物的過(guò)濾器膜，從該過(guò)濾器膜FT1帶向隔板30a表面SHT1，設(shè)置具有比過(guò)濾器膜FT1孔還大孔的過(guò)濾器膜，在此粘合一張過(guò)濾器膜FT2。因此，即使是隔板30a未形成孔HL的部分，由于在中間設(shè)有過(guò)濾器膜FT2，過(guò)濾器膜FT1全面具有過(guò)濾機(jī)能，過(guò)濾器膜FT1能全面捕獲被除去物，第2過(guò)濾器膜的里外面SH1、SH2能全面形成。另外根據(jù)圖面的情況，過(guò)濾器膜薄SHT1、SHT2表現(xiàn)為矩形板的樣子，但是實(shí)際上如圖6B所示形成為袋狀。
下面就如何安裝袋狀過(guò)濾器膜SHT1、SHT2、隔板30a及擠壓裝置RG，參照?qǐng)D7A、圖7C圖7D進(jìn)行說(shuō)明。
圖7A是完成圖，圖7C是表示如圖7A的A-A線(xiàn)所示，從管道34頭部開(kāi)始在管道34延伸方向(縱向)剖開(kāi)的圖。圖7D如圖B-B所示，是沿過(guò)濾器裝置35水平方向剖開(kāi)的剖面圖。
一看圖7A、圖7C圖7D就能明白，插入袋狀過(guò)濾器膜FT的隔板30a，由擠壓裝置RG夾住也包含過(guò)濾器膜FT的四個(gè)側(cè)邊。然后制成袋狀的三個(gè)側(cè)邊及剩下的一邊，利用涂覆在擠壓裝置RG的粘結(jié)劑AD1固定。還有在剩下的一邊(袋的開(kāi)口部)與擠壓裝置RG之間形成空間SP，在空間33發(fā)生的過(guò)濾水通過(guò)空間SP吸引到管道34。在擠壓裝置RG的開(kāi)口部OP，在四周涂覆有粘結(jié)劑AD2完全密封，形成從過(guò)濾器外部使流體不能浸入的構(gòu)造。
因此，空間33與管道34連通，如果吸引管道34，流體通過(guò)過(guò)濾器膜FT的孔、隔板30a的孔HL流向空間33，再?gòu)目臻g33經(jīng)過(guò)管道34形成了能夠向外部輸送過(guò)濾水的構(gòu)造。
在此使用的過(guò)濾器裝置53采用圖7的構(gòu)造，安裝過(guò)濾器膜的框架(擠壓裝置RG)是A4尺寸，具體的是縱約為19mm；橫約為28.8mm；厚約為5～10mm。由于實(shí)際上過(guò)濾器裝置53的兩面設(shè)有框架，所以形成了所述2倍的面積(面積0.109m2)。但是根據(jù)原水罐50的大小可任意選擇過(guò)濾裝置的個(gè)數(shù)和大小，可從要求的過(guò)濾量來(lái)決定。
下面，具體說(shuō)明利用圖5所示過(guò)濾裝置的過(guò)濾方法。
首先通過(guò)管道51向原水罐50裝進(jìn)混入膠體溶液被除去物的排水。在罐50中浸入未形成第2過(guò)濾器2的只在第1過(guò)濾器1的過(guò)濾器裝置53，通過(guò)管道56利用泵57微弱吸引壓力一邊吸引一邊排水循環(huán)。循環(huán)路徑為由過(guò)濾器裝置53、管道56、閥門(mén)V1、泵57、管道58、控制閥門(mén)CV1、流量計(jì)61、光傳感器62、到閥門(mén)V3。排水從罐50吸引再返回罐50。
由于循環(huán)，在過(guò)濾器裝置53的第1過(guò)濾器1(圖6中是31)上第2過(guò)濾器2成膜，最終的目的是捕獲膠體溶液被除去物。
即，當(dāng)利用泵57對(duì)通過(guò)第1過(guò)濾器1把排水以微弱吸引壓力吸引時(shí)，被引向靠近第1過(guò)濾器1的被除去物微小顆粒凝膠化后吸附在第1過(guò)濾器1表面。大于第1過(guò)濾器1過(guò)濾器孔11的凝膠化微小顆粒緩慢地被第1過(guò)濾器1吸附而積層，形成由凝膠膜構(gòu)成的第2過(guò)濾器2。另外，小于過(guò)濾器孔11的凝膠化微小顆粒通過(guò)第1過(guò)濾器1，與第2過(guò)濾器2成膜同時(shí)，排水中的水浸透凝膠膜，并被吸引作為通過(guò)第1過(guò)濾器1的過(guò)濾水被取出，排水被過(guò)濾。
利用光傳感器62監(jiān)視在過(guò)濾水中所含微小顆粒的濃度，并且確認(rèn)微小顆粒比所希望的混入率低之后再開(kāi)始過(guò)濾。過(guò)濾開(kāi)始時(shí)，閥門(mén)V3利用從光傳感器62的檢出信號(hào)關(guān)閉，閥門(mén)V4打開(kāi)所述循環(huán)通路被關(guān)閉。所以，從閥門(mén)V4取出精制水。散氣管54經(jīng)常利用氣泵55提供空氣氣泡，該氣泡由控制閥CV2調(diào)整向過(guò)濾器裝置53表面提供。
然后如果連續(xù)過(guò)濾不斷的進(jìn)行，原水罐50排水中的水作為過(guò)濾水向罐50外取出，所以排水中被除去物濃度上升。即，膠體溶液被濃縮其粘度增加。因此向原水罐50補(bǔ)充從管道51流出的排水，抑制排水濃度上升以便提高過(guò)濾效率。但是，在過(guò)濾器裝置53的第2過(guò)濾器2表面凝膠膜附著過(guò)厚，不久第2過(guò)濾器2孔眼發(fā)生堵塞，而成為不能進(jìn)行過(guò)濾的狀態(tài)。
如果過(guò)濾器裝置53的第2過(guò)濾器2孔眼發(fā)生堵塞，要進(jìn)行第2過(guò)濾器2過(guò)濾能力的再生。即，泵57停止，解除對(duì)過(guò)濾器裝置53施加負(fù)的吸引壓力。
參照?qǐng)D8所示的模式圖，詳細(xì)描述其再生工序。圖8A表示過(guò)濾工序過(guò)濾器裝置53的狀態(tài)。第1過(guò)濾器1中空部5由于微弱吸引壓力，如果與外側(cè)比較成為負(fù)壓，所以第1過(guò)濾器1成為向內(nèi)側(cè)凹的狀態(tài)。所以，其表面吸附的第2過(guò)濾器2也同樣成為向內(nèi)側(cè)凹的狀態(tài)。還有被第2過(guò)濾器2表面緩慢吸附的凝膠膜也是同樣的。
但是，由于再生工序停止該微弱吸引壓力恢復(fù)到基本大氣壓，返回到過(guò)濾器裝置53第1過(guò)濾器1的原狀態(tài)。所以第2過(guò)濾器2及其被表面吸附的凝膠膜也同樣返回。其結(jié)果，首先由于沒(méi)有了吸附凝膠膜的吸引壓力，在凝膠膜失去向過(guò)濾器裝置53吸附力的同時(shí)受到向外側(cè)的膨脹力。因此，曾被吸附的凝膠膜由于自重從過(guò)濾器裝置53開(kāi)始脫離。并且，為了加快該脫離，從散氣管54發(fā)出的氣泡量也可以增加2倍。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，從過(guò)濾器裝置53下端脫離開(kāi)始，像雪崩那樣第1過(guò)濾器1的第2過(guò)濾器2脫離，沉降到原水罐50的底部。然后，第2過(guò)濾器2可以利用所述循環(huán)路徑使排水循環(huán)進(jìn)行再次成膜。利用該再生工序第2過(guò)濾器2返回到原狀態(tài)，能夠恢復(fù)到進(jìn)行排水過(guò)濾狀態(tài)，再次進(jìn)行排水過(guò)濾。
還有，如果在該再生工序向中空部5使過(guò)濾水逆流，第1，能幫助第1過(guò)濾器1恢復(fù)原狀并且加上過(guò)濾水的靜水壓，更能增加膨脹力，第2，從第1過(guò)濾器內(nèi)側(cè)通過(guò)過(guò)濾器11的過(guò)濾水沿著第1過(guò)濾器1和第2過(guò)濾器2的邊界滲出，從而促進(jìn)從第1過(guò)濾器1表面脫離的第2過(guò)濾器2的凝膠膜。
如上所述如果第2過(guò)濾器2一邊再生一邊繼續(xù)過(guò)濾，原水罐50排水被除去物的濃度上升，不久排水也會(huì)有相當(dāng)?shù)恼扯?。所以，如果排水被除去物濃度超過(guò)預(yù)定的濃度，則停止過(guò)濾作業(yè)進(jìn)行放置沉淀。這樣罐50底部積存了濃縮的研磨膏，該凝膠濃縮研磨膏通過(guò)打開(kāi)閥門(mén)64回收。被回收濃縮研磨膏壓縮或熱干燥以除去其中的水分使其更加壓縮。因此作為工業(yè)廢棄物進(jìn)行處理能夠大幅減少研磨膏量。
參照?qǐng)D9，說(shuō)明圖5所示過(guò)濾裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。運(yùn)轉(zhuǎn)條件是利用所述一張的兩面A4尺寸的過(guò)濾器裝置53(面積0.109m2)。初期流量設(shè)定為所述的高的過(guò)濾效率是3cc/小時(shí)(0.08m3/日)，再生后流量也設(shè)定為同樣?？諝饬髁吭诔赡r(shí)和過(guò)濾時(shí)為1.8L/分，再生時(shí)為3L/分。Pin及再Pin是吸引壓力，由壓力計(jì)59測(cè)定。Pout及再Pout是閥門(mén)58的壓力，由壓力計(jì)60測(cè)定。流量及再流量由流量計(jì)測(cè)定，顯示由過(guò)濾器裝置53所吸引的過(guò)濾量。
圖9的左側(cè)Y軸是表示壓力(單位MPa)，表示越接近X軸負(fù)壓越大。右側(cè)Y軸表示流量(單位cc/分)。X軸表示的是成膜時(shí)間(單位分)。
本發(fā)明的要點(diǎn)是在第2過(guò)濾膜2的成膜工序、過(guò)濾工序及再生后的過(guò)濾工序中，為了維持流量及再流量為3cc/小時(shí)而進(jìn)行控制。為此在成膜工序中，以Pin從-0.001MPa到-0.005MPa的極微弱吸引壓力輕柔的吸附著凝膠膜而形成第2過(guò)濾器2。
接著，在過(guò)濾工序中Pin從-0.005MPa開(kāi)始緩慢增大，一邊保持一定的流量一邊繼續(xù)過(guò)濾。過(guò)濾持續(xù)約為1000分鐘，不久在流量開(kāi)始減少時(shí)進(jìn)行再生工序。這是因?yàn)樵诘?過(guò)濾器2表面上凝膠膜附著厚而引起堵塞。
在第2過(guò)濾器2進(jìn)行再生時(shí)，一邊緩慢地增大再Pin一邊以一定的流量繼續(xù)再次過(guò)濾。第2過(guò)濾器2再生及再過(guò)濾直到原水52預(yù)定的濃度，具體的是直到從5倍到10倍的濃縮度繼續(xù)進(jìn)行。
另外，與所述運(yùn)行方法不同，進(jìn)行過(guò)濾的方法也采用吸引壓力固定在過(guò)濾量多的-0.005MPa。這時(shí)，在第2過(guò)濾器2堵塞的同時(shí)過(guò)濾流量也緩慢減少，有過(guò)濾時(shí)間長(zhǎng)并且泵57的控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。所以，第2過(guò)濾器2的再生也可以在過(guò)濾流量減少到一定值以下時(shí)進(jìn)行。
圖10A表示CMP用研磨膏中所含砂粒的直徑分布。該砂粒是由Si氧化物構(gòu)成的層間絕緣膜進(jìn)行CMP的材料，材料由Si氧化物構(gòu)成，一般稱(chēng)為硅。最少顆粒直徑約0.076μm最大顆粒直徑是0.34μm。該大顆粒是其中多個(gè)顆粒集成為凝集顆粒。并且平均顆粒直徑約0.1448μm，該值附近的0.13～0.15μm的分布為峰值。作為研磨膏的調(diào)整劑，一般采用KOH或NH3。PH約從10到11之間。
具體的是，CMP用的砂粒以硅系、氧化鋁系、氧化鈰系、金剛石系為主，其它有氧化鉻系、氧化鐵系、氧化錳系、BaCO4系、氧化銻系、氧化鋯系、氧化釔系。硅土系用于半導(dǎo)體層間絕緣膜、P-Si、SOI等平坦化、鋁·玻璃盤(pán)平坦化。氧化鋁系用于硬盤(pán)拋光、全部金屬、Si氧化膜的平坦化。還有氧化鈰用于玻璃拋光、作為Si氧化物拋光、氧化鉻用于鋼鐵鏡面研磨。另外氧化錳、BaCO4用于拋光鎢的配線(xiàn)。
被稱(chēng)為氧化物溶膠的該溶膠是由鈰硅、氧化鋁、氧化鋯等、金屬氧化物或由一部分水氧化物構(gòu)成的膠體溶液尺寸的微小顆粒在水或液體中均勻分散的東西，用于半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜和金屬的平坦化，另外對(duì)于鋁盤(pán)等的信息盤(pán)的應(yīng)用也正在研討中。
圖10B是表示過(guò)濾CMP排水捕獲砂粒數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)中，所述研磨膏的原液被清水50倍、500倍、5000倍地沖淡，準(zhǔn)備作為試驗(yàn)液。該3種試驗(yàn)液，如現(xiàn)有的例子所說(shuō)明的，在CMP工序中，由于晶片用清水洗凈，所以設(shè)想并準(zhǔn)備了排水被50倍～5000倍地稀釋。
用400nm波長(zhǎng)的光調(diào)查該3種試驗(yàn)液的光透過(guò)率，50倍試驗(yàn)液為22.5％；500倍試驗(yàn)液為86.5％；5000倍試驗(yàn)液為98.3％。原理為在排水種如果不含砂粒，則光不漫射，應(yīng)無(wú)限接近100％的數(shù)值。
當(dāng)把形成所述第2過(guò)濾器膜13的過(guò)濾器浸入該3種試驗(yàn)液中進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾后的透過(guò)率為3種試驗(yàn)液均為99.8％。即，由于與過(guò)濾前的光透過(guò)率比較過(guò)濾后的光透過(guò)率值大，所以砂粒被捕獲。另外，50倍稀釋的試驗(yàn)液透過(guò)率數(shù)據(jù)，由于值小而在圖面中表示不出來(lái)。
由以上結(jié)果可知，如果由在本發(fā)明過(guò)濾裝置上設(shè)置的過(guò)濾器裝置53的凝膠膜構(gòu)成的第2過(guò)濾器2，對(duì)從CMP裝置排出的膠體溶液的被除去物進(jìn)行過(guò)濾，則能夠過(guò)濾達(dá)到透過(guò)率為99.8％。
對(duì)于除去像混入CMP研磨膏的砂粒那樣0.15μm水平以下的微小顆粒，一般采用比該微小顆粒小孔的過(guò)濾器膜，但是由于這樣的膜不存在而不能過(guò)濾。但是，本發(fā)明不是利用0.15μm以下小孔的過(guò)濾器膜，是把膠體溶液的被除去物進(jìn)行成膜，形成凝膠膜過(guò)濾器而實(shí)現(xiàn)了過(guò)濾。
另外，由于利用溶膠所含被除去物流體形成凝膠膜過(guò)濾器，所以，沒(méi)有添加凝集劑等藥品并且也沒(méi)有用微小孔過(guò)濾器而實(shí)現(xiàn)了過(guò)濾。
凝膠膜構(gòu)成第2過(guò)濾器成膜是在通過(guò)吸引在第1過(guò)濾器表面上使微小顆粒凝膠化的同時(shí)進(jìn)行。并且通過(guò)設(shè)定微弱的吸引壓力，緩慢地吸引排水而能夠?qū)崿F(xiàn)極高過(guò)濾效率的被除去物的除去方法。
凝膠膜構(gòu)成第2過(guò)濾器由于要最適當(dāng)?shù)剡x擇成膜條件及保持一定的過(guò)濾流量，很難堵塞并且能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾。
為了實(shí)現(xiàn)用于制造CSP半導(dǎo)體裝置的CMP研磨膏的過(guò)濾，其優(yōu)點(diǎn)為，在CMP研磨膏中所含大量砂粒和CMP所排出電極材料屑和硅或硅氧化膜屑也同時(shí)能夠過(guò)濾。
另外，在本發(fā)明中，由于持續(xù)在第2過(guò)濾器表面過(guò)濾，而使泵對(duì)所吸附的凝膠停止吸引，凝膠利用自重能夠脫離，所以有第2過(guò)濾器容易再生的優(yōu)點(diǎn)。并且過(guò)濾工序、再生工序及再過(guò)濾工序多次反復(fù)進(jìn)行，能夠持續(xù)極長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)濾。
在本發(fā)明中，在第2過(guò)濾器再生時(shí)，只是泵吸引停止，由于利用過(guò)濾器裝置向外側(cè)膨脹恢復(fù)力進(jìn)行第2過(guò)濾器表面所吸附的凝膠的脫離，具有完全沒(méi)有必要像現(xiàn)有過(guò)濾裝置那樣很費(fèi)事的逆清洗的優(yōu)點(diǎn)。另外由于再生工序比過(guò)濾時(shí)的氣泡有增加，由于氣泡上升力和破裂產(chǎn)生的力更向第2過(guò)濾器表面增加力的作用，有更加促進(jìn)凝膠脫離的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)濾裝置中，為了第2過(guò)濾器不發(fā)生堵塞，由于有微弱吸引壓力吸引，能夠使泵小型化。并且過(guò)濾水通過(guò)泵，所以也不用擔(dān)心被除去物的磨損，其壽命也變得很長(zhǎng)。因此，系統(tǒng)的規(guī)模能小，能節(jié)約泵的電費(fèi)，大副抑制更換泵的費(fèi)用，基本成本、運(yùn)行成本也能消減。
由于只是用原水罐使排水濃縮，多余的配管、罐或泵不需要，可以成為省資源型的過(guò)濾系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種被除去物的除去方法，其特征在于，在含有被除去物流體中配置第1過(guò)濾器并進(jìn)行吸引使所述流體通過(guò)，在所述第1過(guò)濾器表面上成膜由凝膠膜構(gòu)成第2過(guò)濾器，利用所述第2過(guò)濾器過(guò)濾所述被除去物，在所述第2過(guò)濾器發(fā)生堵塞時(shí)使第2過(guò)濾器再生后再次繼續(xù)過(guò)濾所述被除去物。
2.如權(quán)利要求1所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物以溶膠形式含于所述流體中。
3.如權(quán)利要求1所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述第2過(guò)濾器是由所述被除去物成膜的凝膠膜。
4.如權(quán)利要求3所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述第2過(guò)濾器是由第1過(guò)濾器吸引所述流體在其表面上成膜。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器成膜時(shí)的過(guò)濾量與過(guò)濾時(shí)的過(guò)濾量變成基本等量的吸引壓力下選擇成膜。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述吸引壓力設(shè)定為過(guò)濾時(shí)能夠保持過(guò)濾量長(zhǎng)時(shí)間一定的微弱吸引壓力。
7.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述第2過(guò)濾器在成膜時(shí)的吸引壓力與過(guò)濾時(shí)的吸引壓力基本相等的情況下成膜。
8.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述吸引壓力設(shè)定為所述第2過(guò)濾器成膜時(shí)和過(guò)濾時(shí)能夠保持吸引長(zhǎng)時(shí)間一定的微弱吸引壓力。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器成膜時(shí)及過(guò)濾時(shí)通過(guò)向所述第2過(guò)濾器表面供給氣體氣泡并產(chǎn)生并行流。
10.如權(quán)利要求9所述的被除去物的除去方法，其特征在于，向第2過(guò)濾器整個(gè)底邊范圍供給所述氣體氣泡。
11.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器的過(guò)濾量減少時(shí)進(jìn)行第2過(guò)濾器再生。
12.如權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述第2過(guò)濾器再生時(shí)解除所述吸引。
13.如權(quán)利要求12所述的被除去物的除去方法，其特征在于，使所述第2過(guò)濾器再生時(shí)氣體氣泡量比過(guò)濾時(shí)增加。
14.如權(quán)利要求12或13所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器再生時(shí)使過(guò)濾水向第1過(guò)濾器逆流。
15.如權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物主要是由0.15μm以下的微小顆粒組成。
16.如權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物是由CMP研磨膏組成。
17.如權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物是由CMP研磨膏和CMP加工時(shí)產(chǎn)生的加工屑組成。
18.一種被除去物的除去方法，其特征在于，包括在含有被除去物流體中配置第1過(guò)濾器吸引所述流體通過(guò)的并在所述第1過(guò)濾器表面上成膜由凝膠膜形成的第2過(guò)濾器的工序；利用所述第2過(guò)濾器吸引所述被除去物凝膠進(jìn)行過(guò)濾的工序；當(dāng)?shù)?過(guò)濾器表面吸附所述被除去物凝膠發(fā)生堵塞時(shí)，停止吸引使吸附在第2過(guò)濾器表面的凝膠脫離后使第2過(guò)濾器再生的工序；再次開(kāi)始吸引利用所述第2過(guò)濾器過(guò)濾所述被除去物凝膠的工序。
19.如權(quán)利要求18所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物以溶膠形式含于所述流體中。
20.如權(quán)利要求18所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器成膜時(shí)的過(guò)濾量與過(guò)濾時(shí)的過(guò)濾量變成基本等量的吸引壓力下選擇成膜。
21.如權(quán)利要求18所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述吸引壓力設(shè)定為過(guò)濾時(shí)能夠保持過(guò)濾量長(zhǎng)時(shí)間一定的微弱吸引壓力。
22.如權(quán)利要求18或19所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述第2過(guò)濾器在成膜時(shí)的吸引壓力與過(guò)濾時(shí)的吸引壓力基本相等的情況下而成膜。
23.如權(quán)利要求18或19所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述吸引壓力設(shè)定為所述第2過(guò)濾器成膜時(shí)和過(guò)濾時(shí)能夠保持吸引長(zhǎng)時(shí)間一定的微弱吸引壓力。
24.如權(quán)利要求13所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器成膜時(shí)及過(guò)濾時(shí)通過(guò)向所述第2過(guò)濾器表面供給氣體氣泡并產(chǎn)生并行流。
25.如權(quán)利要求24所述的被除去物的除去方法，其特征在于，向第2過(guò)濾器整個(gè)底邊范圍供給所述氣體氣泡。
26.如權(quán)利要求18或19所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器過(guò)濾量減少時(shí)進(jìn)行第2過(guò)濾器再生工序。
27.如權(quán)利要求18或19所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器再生時(shí)解除所述吸引。
28.如權(quán)利要求27所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器再生時(shí)使過(guò)濾水向第1過(guò)濾器逆流。
29.如權(quán)利要求18至28中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，使所述第2過(guò)濾器再生時(shí)氣體的氣泡量比過(guò)濾時(shí)增加。
30.如權(quán)利要求18或19所述的被除去物的除去方法，其特征在于，在所述第2過(guò)濾器形成工序，所述第2過(guò)濾器的過(guò)濾工序和第2過(guò)濾器再過(guò)濾工序中，使從所述第2過(guò)濾器的過(guò)濾量一定。
31.如權(quán)利要求18或19所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述第2過(guò)濾器形成工序，利用所述第2過(guò)濾器的過(guò)濾工序及第2過(guò)濾器再過(guò)濾工序，使從所述第1過(guò)濾器的吸引壓力一定。
32.如權(quán)利要求18至31中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物主要是由0.15μm以下的微小顆粒組成。
33.如權(quán)利要求18至32中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物是由CMP研磨膏組成。
34.如權(quán)利要求18至32中任意一項(xiàng)所述的被除去物的除去方法，其特征在于，所述被除去物由CMP研磨膏和CMP加工時(shí)產(chǎn)生加工屑組成。
全文摘要
一種被除去物的除去方法，在以往的CMP等機(jī)械加工所產(chǎn)生的排水，由于在CMP研磨膏中包含砂粒的微小顆粒形成為膠體溶液，而沒(méi)有有效的過(guò)濾方法。本發(fā)明除去物的除去方法是利用由第1過(guò)濾器1表面吸引所形成的凝膠膜構(gòu)成的第2過(guò)濾器2過(guò)濾含有膠體溶液微小顆粒的排水。此時(shí)吸引壓力極微弱，即延遲第2過(guò)濾器2堵塞又維持過(guò)濾能力。另外第2過(guò)濾器2表面所吸附的凝膠利用停止吸引能夠容易地從第2過(guò)濾器2表面脫離，可再次繼續(xù)過(guò)濾。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1417131SQ0214795
公開(kāi)日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者梅澤浩之, 井關(guān)正博, 対比地元幸, 飯沼宏文 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社