JP7691102B2 - Method for cleaning a slurry concentrator using a separation membrane for cross-flow filtration - Google Patents
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Description
本発明は、スラリー濃縮装置の洗浄方法に関し、特に、CMPプロセスから排出される使用済CMPスラリー再生用のクロスフローろ過に用いられる分離膜を用いたスラリー濃縮装置の洗浄方法に関する。 The present invention relates to a method for cleaning a slurry concentrator, and in particular to a method for cleaning a slurry concentrator that uses a separation membrane used in cross-flow filtration for regenerating used CMP slurry discharged from a CMP process.
半導体集積回路の製造において、ウェハー基板表面の平坦化に加えて、近年はダマシン法における基板に埋め込まれた導体金属の平坦化、SiO2に比較して低い比誘電率をもつ絶縁材料の平坦化、セルの積層数を増やすためのビアホールの平坦化など、高密度セルの製造および100nm以下のより微細なパターンの製造などの方法が重要となってきている。ウェハーおよびこの基板上に形成された部材の平坦化は化学機械研磨法(以下、CMPプロセスという)が広く採用され、半導体製造プロセスにおいてより重要となっている。半導体材料の平坦化がより重要となるに従って、CMPプロセスに使用されるCMPスラリーの量が増えるとともに、半導体集積回路の製造コストに占める割合も高まっている。このため、CMPスラリーの品質を維持しながら価格を低減することが求められている。 In the manufacture of semiconductor integrated circuits, in addition to planarizing the surface of a wafer substrate, in recent years, methods such as planarizing conductor metals embedded in a substrate in the Damascene method, planarizing insulating materials with a lower relative dielectric constant than SiO2 , and planarizing via holes to increase the number of stacked cells, as well as methods for manufacturing high-density cells and manufacturing finer patterns of 100 nm or less, have become important. Chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP process) is widely adopted for planarizing wafers and members formed on the substrate, and is becoming more important in the semiconductor manufacturing process. As planarization of semiconductor materials becomes more important, the amount of CMP slurry used in the CMP process increases, and the proportion of CMP slurry in the manufacturing cost of semiconductor integrated circuits also increases. For this reason, there is a demand to reduce the price of CMP slurry while maintaining its quality.
CMPスラリーの価格を低減するための一つの方法として、使用済みのCMPスラリーを再生する方法が知られている。CMPスラリーを再生する方法として、例えば、砥粒、分散媒および不純物を含む使用済CMPスラリーより分散媒の一部を除去する濃縮工程と、濃縮されたスラリーのpHを調整するpH調整工程と、pHが調整されたスラリーより所定粒径以下の砥粒および分散媒を回収する回収工程とを有するCMPスラリー再生方法が知られている(特許文献1)。この特許文献1は、固液分離により砥粒(研磨剤)を効率的に回収することを目的としている。
One method for reducing the price of CMP slurry is known to be the regeneration of used CMP slurry. For example, a method for regenerating CMP slurry is known that includes a concentration step for removing part of the dispersion medium from used CMP slurry containing abrasive grains, dispersion medium, and impurities, a pH adjustment step for adjusting the pH of the concentrated slurry, and a recovery step for recovering abrasive grains and dispersion medium having a predetermined particle size or less from the pH-adjusted slurry (Patent Document 1).
また、CMPスラリー再生方法として、タンクに回収された使用済CMPスラリーを、クロスフロー型の限外濾過ユニットを通じて水を除去しながら循環濃縮し、濃縮物のpHを調整してCMPスラリーを再生させる方法も知られている(特許文献2)。限外濾過ユニットとしては、セラミックフィルターなどの膜フィルターが用いられる。 In addition, a method for regenerating CMP slurry is also known in which used CMP slurry collected in a tank is circulated and concentrated while removing water through a cross-flow type ultrafiltration unit, and the pH of the concentrate is adjusted to regenerate the CMP slurry (Patent Document 2). A membrane filter such as a ceramic filter is used as the ultrafiltration unit.
クロスフロー型の限外濾過ユニットなどを用いた循環濃縮を長期間にわたって行うとフィルターユニットに凝集物などの汚染物質が付着するため、その場合はフィルターユニットの洗浄が行われる。フィルターユニットの洗浄は、濃縮装置を分解してフィルター部や、連結流路に付着している凝集物などを物理的に除去したり、濃縮装置は分解せず洗浄液を循環させたり、透過液側から濃縮液側へ洗浄液を流す逆洗をしたりするなどして行われる(特許文献3)。洗浄効果の観点からは、装置を分解して洗浄することが最も好ましいが、多くの費用を要する場合がある。そのため、洗浄に要する負担や費用を鑑みると、装置の分解を行わない洗浄方法が好ましい。しかし、濃縮装置を分解せずに行う洗浄方法では、汚染物質の種類、量によっては、その除去が不十分な場合がある。 When circulating concentration using a cross-flow type ultrafiltration unit or the like is performed for a long period of time, contaminants such as aggregates adhere to the filter unit, and in such cases the filter unit is washed. The filter unit can be washed by disassembling the concentration device to physically remove aggregates adhering to the filter section or the connecting flow path, by circulating a washing liquid without disassembling the concentration device, or by backwashing by running a washing liquid from the permeate side to the concentrate side (Patent Document 3). From the viewpoint of the washing effect, it is most preferable to disassemble the device for washing, but this can be very costly. Therefore, in consideration of the burden and cost required for washing, a washing method that does not require disassembly of the device is preferable. However, depending on the type and amount of contaminants, washing methods that do not require disassembly of the concentration device may not be sufficient to remove them.
特許文献4には、フィルターユニット(中空糸膜モジュール)の洗浄方法として、原水室に空気を供給して該原水室の上部から空気及び該原水室内の水の一部を排出する第1次空気洗浄工程と、該第1次空気洗浄工程の後、透過水を原水側に押し出す逆洗浄工程と、該逆洗浄工程の後に該容器の下部から洗浄排水を排出する排水工程とを有する方法が開示されており、中空糸膜に付着した濁質を万遍なく十分に除去できる旨が記載されている。
装置の分解を行わない洗浄方法として、空気を含む液体をフィルターに流してフィルター表面の堆積物を除去する空気洗浄が知られているが、空気洗浄を行うために、気泡を発生させる気体発生装置を別途設けるなどする必要がある。これは、装置コストの上昇やメンテナンス負担の増大につながるおそれがある。また、フィルターユニット内部に凹凸形状や屈曲形状があったり、流路の内径が一定でなかったりする場合、凝集物などが堆積しやすく、洗浄性が不十分となるおそれがある。 Air washing is a known cleaning method that does not require disassembly of the device, in which a liquid containing air is passed through the filter to remove deposits on the filter surface. However, in order to perform air washing, it is necessary to install a separate gas generator to generate air bubbles. This may lead to increased device costs and maintenance burdens. Furthermore, if the inside of the filter unit has an uneven or bent shape, or if the inner diameter of the flow path is not constant, aggregates and the like are likely to accumulate, and cleaning may be insufficient.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複雑な内部形状を有するフィルターユニットを、特別な機構を追加することなく、簡易に洗浄できるクロスフローろ過に用いられる分離膜を用いたスラリー濃縮装置の洗浄方法の提供を目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a method for cleaning a slurry concentrator that uses a separation membrane used in cross-flow filtration, which allows filter units with complex internal shapes to be easily cleaned without adding any special mechanisms.
本発明の洗浄方法は、貯液タンクと、上記貯液タンクからポンプによりスラリーが通液するクロスフロー型のフィルターユニットと、上記貯液タンクと上記フィルターユニットとを環状に繋ぎ、上記スラリーを循環可能とする循環流路とを備えたスラリー濃縮装置(以下、単に「濃縮装置」ともいう)の洗浄方法であって、上記フィルターユニットは、複数のフィルター部と、隣接する上記フィルター部の間に配置される連結流路とを有し、上記洗浄方法は、上記濃縮装置の内部の流路に空気溜まりを形成した後に、上記フィルター部および上記連結流路に、上記スラリーまたは他の液体と、上記空気溜まりの空気とを含む気液混合流体を通過させることを特徴とする。以下、本発明の洗浄方法を、「本空気洗浄」ともいう。 The cleaning method of the present invention is a method for cleaning a slurry concentrating device (hereinafter also simply referred to as "concentrating device") that includes a liquid storage tank, a cross-flow type filter unit through which slurry is pumped from the liquid storage tank, and a circulation flow path that connects the liquid storage tank and the filter unit in a ring shape and enables the slurry to circulate, the filter unit having a plurality of filter parts and a connecting flow path disposed between adjacent filter parts, and the cleaning method is characterized in that after forming an air pool in the internal flow path of the concentrating device, a gas-liquid mixture fluid containing the slurry or other liquid and the air in the air pool is passed through the filter parts and the connecting flow path. Hereinafter, the cleaning method of the present invention is also referred to as "this air cleaning".
上記スラリーとしては、一般的に懸濁液と言われている様々な液体を考え得るが、半導体製造工程に用いられるシリカやセリア等の砥粒を含んだスラリー、半導体集積回路を製造するためのスラリーであることを特徴とする。上記スラリーは、高密度半導体集積回路を製造するためのCMPプロセスから排出される使用済CMPスラリーであることが好ましい。 The above-mentioned slurry may be any of a variety of liquids commonly referred to as suspensions, but is characterized by being a slurry containing abrasive grains such as silica or ceria used in the semiconductor manufacturing process, or a slurry for manufacturing semiconductor integrated circuits. The above-mentioned slurry is preferably used CMP slurry discharged from a CMP process for manufacturing high-density semiconductor integrated circuits.
上記空気溜まりは、上記フィルターユニットの流路前に設けられた少なくとも2つのバルブを閉止し、閉止された当該バルブの間の上記スラリーまたは他の液体を抜き取ることで形成されることを特徴とする。また、上記フィルターユニットの流路前に設けられたバルブを閉止し、上記フィルターユニットにおける上記連結流路と上記フィルター部、および上記循環流路のスラリーの全部または一部を上記貯液タンクに戻すことで形成してもよい。 The air reservoir is formed by closing at least two valves provided before the flow path of the filter unit and draining the slurry or other liquid between the closed valves. It may also be formed by closing a valve provided before the flow path of the filter unit and returning all or part of the slurry in the connecting flow path, the filter section, and the circulation flow path in the filter unit to the liquid storage tank.
上記フィルター部は、セラミックフィルターを有することを特徴とする。 The filter section is characterized by having a ceramic filter.
上記連結流路の形状に限定は無いが、複数のフィルターユニットの配置が容易な屈曲形状を用いる場合が多く、本空気洗浄を実施する際に、連結流路内部の流速変化が起こりやすくなる。これにより、U字管のような屈曲形状の連結流路の内側壁に付着している凝集物の剥離がより起こりやすくなり、洗浄効果に一層優れる。 There is no limitation on the shape of the connecting flow path, but a bent shape is often used to facilitate the arrangement of multiple filter units, and when carrying out this air cleaning, the flow rate inside the connecting flow path is more likely to change. This makes it easier for aggregates adhering to the inner wall of the connecting flow path, which has a bent shape like a U-shaped tube, to peel off, resulting in even better cleaning effects.
本空気洗浄は、濃縮装置の内部の流路に空気溜まりを形成した後に、フィルター部および連結流路に、スラリーまたは他の液体と、空気溜まりの空気とを含む気液混合流体を通過させ、フィルターユニットは、複数のフィルター部と、隣接するフィルター部の間に配置される連結流路とを有するので、特別な気体発生装置を追加することなくフィルターユニット全体に対して、効果的に洗浄を行うことが可能となる。これにより、フィルターユニット内、特にフィルター部間の屈曲形状の連結流路に付着している凝集物を除去することができる。 In this air cleaning, after forming an air pool in the internal flow path of the concentrator, a gas-liquid mixed fluid containing slurry or other liquid and the air from the air pool is passed through the filter section and connecting flow path. Since the filter unit has multiple filter sections and connecting flow paths arranged between adjacent filter sections, it is possible to effectively clean the entire filter unit without adding a special gas generation device. This makes it possible to remove aggregates that are attached inside the filter unit, especially to the bent connecting flow paths between the filter sections.
CMPプロセスから排出された使用済CMPスラリーを濃縮して再生させる場合、フィルターユニット内の連結流路などには、パット屑、スラリー凝集物などのゲルが蓄積されやすい。本空気洗浄で洗浄される濃縮装置により濃縮されるスラリーは、半導体集積回路を製造するためのCMPプロセスから排出される使用済CMPスラリーである。本発明では、このような使用済CMPスラリーの濃縮時の凝集物の除去が可能であり、フィルターユニット全体としてみた場合の透過水量の低下を防止することができる。このため、使用済CMPスラリーの再生効率を向上させることができる。 When concentrating and regenerating used CMP slurry discharged from a CMP process, gels such as pad debris and slurry agglomerates tend to accumulate in the connecting flow paths within the filter unit. The slurry concentrated by the concentrating device cleaned by this air cleaning is used CMP slurry discharged from a CMP process for manufacturing semiconductor integrated circuits. In the present invention, it is possible to remove the agglomerates when concentrating such used CMP slurry, and it is possible to prevent a decrease in the amount of permeated water when viewed as the entire filter unit. This makes it possible to improve the efficiency of regeneration of used CMP slurry.
空気溜まりは、フィルターユニットの流路前に設けられた少なくとも2つのバルブを閉止し、閉止された当該バルブの間のスラリーまたは他の液体を抜き取ることで形成されるので、特別な気体発生装置を用いることなく、フィルターユニットの流路前において、バルブで閉じられた範囲の流路に空気溜まりを形成できる。これにより、フィルターユニット洗浄のための気液混合流体を簡易に形成できる。 The air pocket is formed by closing at least two valves provided before the flow path of the filter unit and draining the slurry or other liquid between the closed valves, so that an air pocket can be formed in the flow path in the area closed by the valves before the flow path of the filter unit without using a special gas generating device. This makes it easy to form a gas-liquid mixture fluid for cleaning the filter unit.
フィルターユニットに用いられる分離膜としてセラミック製のフィルターを有する場合は本発明の最も好ましいケースである。フィルター部の強度が有機材料を素材とした場合よりも高く、急激な流速変化や圧力変化を受けても、微細孔の孔径変化やフィルター部の破損のおそれが少ない。 The most preferred case of the present invention is when the filter unit has a ceramic filter as the separation membrane. The strength of the filter part is higher than when it is made of organic materials, and even if it is subjected to sudden changes in flow rate or pressure, there is little risk of the pore size of the micropores changing or the filter part being damaged.
連結流路の形状に限定は無いが、複数のフィルターユニットの配置が容易な屈曲形状を用いる場合が多く、連結流路に空気を含む液体を流す時に、連結流路内部の流速変化が起こりやすくなる。これにより、U字管のような屈曲形状の連結流路の内側壁に付着している凝集物の剥離がより起こりやすくなり、洗浄効果に一層優れる。 There are no limitations on the shape of the connecting flow path, but a bent shape is often used to facilitate the arrangement of multiple filter units, and when liquid containing air is passed through the connecting flow path, the flow rate inside the connecting flow path is more likely to change. This makes it easier for aggregates adhering to the inner wall of a connecting flow path with a bent shape such as a U-shaped tube to peel off, resulting in even better cleaning effects.
本空気洗浄の対象となるスラリー濃縮装置について説明する。図1は、本発明の第1実施形態の洗浄方法で洗浄される濃縮装置の一例を示す模式図である。図1において、P01はスラリーなどの流体を流すために加圧するポンプ、V01~V04は流体の流れる方向および流量を調節するためのバルブである。 The following describes the slurry concentrating device that is the subject of this air washing. Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a concentrating device that is washed using the washing method of the first embodiment of the present invention. In Figure 1, P01 is a pump that applies pressure to a fluid such as a slurry to cause it to flow, and V01 to V04 are valves for adjusting the flow direction and flow rate of the fluid.
図1に示すように、濃縮装置1は、貯液タンク2と、貯液タンク2からポンプP01により送液されるスラリーが通液するクロスフロー型のフィルターユニット3と、貯液タンク2とフィルターユニット3とを環状に繋ぎ、スラリーを循環可能とする循環流路4とを備える。フィルターユニット3は、複数のフィルター部31と、隣接するフィルター部31の間に配置される連結流路32とを有する。濃縮装置1は、複数のバルブV01~V04を備える。なお、連結流路32や循環流路4には、スラリーを濃縮装置1の外へ導出したり、洗浄用の液体を導入したりするための流路やポンプが別途設けられていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
上記濃縮装置を用いてスラリーを濃縮する方法の一例として、半導体集積回路を製造するためのCMPプロセスから排出される使用済みCMPスラリーを濃縮する方法について説明する。CMPスラリーの濃縮方法において、使用済みCMPスラリーは、まず貯液タンク2に貯液される。貯液された使用済みCMPスラリーはポンプP01によって送液されてフィルターユニット3を通液する。上記スラリーは、フィルターユニット3の流入口3aから流入し各フィルター部31の内部のスラリー流通経路(フィルターチャンネル)の側壁に設けられたろ過膜を介して濃縮(ろ別)される。ろ過膜を透過した透過水は、排出口31dより濃縮装置1の外部へ排出される。透過水を濃縮装置1の外部へ排出しながら、濃縮されたスラリー(流出液)は貯液タンク2へ戻される。この循環を繰り返すことにより使用済みCMPスラリーの濃縮度は高まっていく。なお、上記濃縮は、スラリーをフィルターユニット3の流出口3bの側から流入させて流入口3aより流出させる逆転運転により行ってもよい。
As an example of a method for concentrating a slurry using the concentrating device, a method for concentrating used CMP slurry discharged from a CMP process for manufacturing semiconductor integrated circuits will be described. In the method for concentrating CMP slurry, the used CMP slurry is first stored in the
上記のようなスラリーの濃縮を長期間にわたって行うと、スラリーの濃度、酸性度、組成などの変化が起こることで、液中の有機粒子や無機粒子が凝集した凝集物が発生する場合がある。凝集物は、凝集が進み粗大化した過大な凝集物(例えば1μm以上の大きさの凝集物)となる場合がある。ここで、凝集物の大きさは、その凝集物の最大長さ(長径)をいう。過大な凝集物が増加すると、フィルターユニットを閉塞するおそれが高まる。このような場合に、本発明の洗浄方法を用いることにより濃縮装置を簡易に洗浄でき、フィルターユニットが閉塞する可能性を低減できる。 When the above-mentioned slurry concentration is carried out over a long period of time, changes in the concentration, acidity, composition, etc. of the slurry occur, which may result in the formation of aggregates of organic and inorganic particles in the liquid. The aggregates may become excessively large as the aggregation progresses (for example, aggregates of 1 μm or more in size). Here, the size of the aggregate refers to the maximum length (major axis) of the aggregate. If the number of excessively large aggregates increases, the risk of clogging the filter unit increases. In such cases, the cleaning method of the present invention can be used to easily clean the concentrator and reduce the possibility of the filter unit becoming clogged.
正転運転で第1実施形態の洗浄方法を実施する詳細について説明する。正転運転を行う場合、予めバルブV02、V03は閉止しておき、装置の洗浄中もこれらのバルブは閉止した状態を維持する。これにより、バルブV01、V04の開閉に応じて、気液混合流体はフィルターユニットの流入口3aから流れ込んで流出口3bから流出し、循環流路4を正転する方向に流れる。
Details of carrying out the cleaning method of the first embodiment in forward rotation operation will be described below. When performing forward rotation operation, valves V02 and V03 are closed in advance, and these valves remain closed even while the device is being cleaned. As a result, depending on the opening and closing of valves V01 and V04, the gas-liquid mixture fluid flows into the inlet 3a of the filter unit and out of the
洗浄を行う作業者は、ポンプP01の稼働を停止して、フィルターユニット3の流路前(流入口3aの側)に設けられたバルブV04を閉止する。作業者は、フィルターユニット3における連結流路32とフィルター部31のスラリーの一部を貯液タンク2に戻すことで、濃縮装置1の内部の流路に空気溜まりを形成する。なお、作業者は、バルブV04を開放した状態で空気溜まりを形成してもよい。また、フィルターユニット3における連結流路32とフィルター部31、および循環流路4のスラリーの全部または一部を貯液タンク2に戻してもよい。作業者は、スラリーの一部を貯液タンク2に戻すことに限らず、特別な気体発生装置により発生させた空気を導入するなどして空気溜まりを形成してもよい。
The operator performing the cleaning stops the operation of the pump P01 and closes the valve V04 installed in front of the flow path of the filter unit 3 (on the side of the inlet 3a). The operator returns part of the slurry in the connecting
具体的には、作業者は、スラリーの濃縮運転の途中でポンプP01の稼働を停止し、フィルターユニット3における連結流路32とフィルター部31の内部のスラリーを、回収用流路(図示省略)を通じて貯液タンク2へ戻す。これにより、濃縮装置1の内部の流路には液体と空気が存在する。この際、バルブV01、V04は、開放状態、閉止状態のいずれの状態でもよい。なお、回収用流路として、連結流路32や循環流路4を用いてもよいし、各部位に別途接続した配管を用いてもよい。
Specifically, the operator stops the operation of pump P01 during the slurry concentration operation, and returns the slurry in the connecting
空気溜まりを形成する前には、スラリーの濃縮運転に限らず、液体での洗浄を行ってもよい。そのため、濃縮装置の流路内にはスラリーに限らず、純水やアルカリ性水溶液などの液体が満たされていてもよい。液体としては、例えば、シリカ砥粒スラリーの場合、スラリーや、純水、アルカリ性水溶液、水道水、イオン交換水、透過水などが用いられる。液体は、洗浄性の観点からは純水、アルカリ性水溶液、イオン交換水、透過水が好ましく、作業性の観点からスラリーが好ましい。 Before forming the air pocket, cleaning with a liquid may be performed in addition to the slurry concentration operation. Therefore, the flow path of the concentration device may be filled with liquid such as pure water or an alkaline aqueous solution, not limited to slurry. For example, in the case of a silica abrasive grain slurry, the liquid may be slurry, pure water, an alkaline aqueous solution, tap water, ion-exchanged water, or permeated water. From the viewpoint of cleaning properties, pure water, an alkaline aqueous solution, ion-exchanged water, or permeated water is preferred, and from the viewpoint of workability, slurry is preferred.
作業者は、濃縮装置1の内部の流路に空気溜まりを形成した後に、フィルター部31および連結流路32に、スラリーと、空気溜まりの空気とを含む気液混合流体を通過させる。具体的には、ポンプP01を再度稼働して気液混合流体を濃縮装置1の内部の流路に循環させる。なお、バルブV04を閉止している場合は当該バルブを開放する。その場合、バルブV04の開放は、ポンプP01の稼働の前に行ってもよいし、稼働の後に行ってもよい。なお、作業者は、スラリーに限らず、他の液体と、空気溜まりの空気とを含む気液混合流体を通過させてもよい。
After forming an air pocket in the flow path inside the concentrating
複数のフィルター部と、隣接するフィルター部の間に配置される連結流路とから構成されるフィルターユニット全体に対して、空気と液体の混合流体を通過させることで、フィルターユニット通過時に効果的な洗浄が行われる。これにより、フィルターチャンネルを通過できずにフィルター部間の連結流路に付着している凝集物(堆積物)が小粒径化されて連結流路の外へ除去することができる。 By passing a mixed fluid of air and liquid through the entire filter unit, which is composed of multiple filter parts and connecting flow paths arranged between adjacent filter parts, effective cleaning is performed as it passes through the filter unit. This reduces the particle size of aggregates (sediments) that cannot pass through the filter channels and are attached to the connecting flow paths between the filter parts, allowing them to be removed from the connecting flow paths.
濃縮装置の洗浄は、流体をフィルターユニットの流入口3aの側から流出口3bの側へ流す正転運転で行ってもよいし、流出口3bの側から流入口3aの側へと流す逆転運転で行ってもよい。洗浄性の観点からは、正転運転と逆転運転を組み合わせて洗浄することが好ましい。さらに、本発明の洗浄方法は、透過水側から濃縮液側へ流体を流す逆洗による洗浄方法と組み合わせて行ってもよい。
The cleaning of the concentrator may be performed by forward rotation, in which the fluid flows from the inlet 3a side of the filter unit to the
次に、図1に示した装置を逆転運転により洗浄する場合について説明する。逆転運転では、正転運転の場合に閉止したバルブV02、V03を開放して洗浄する。バルブV01、V04については予め閉止しておき、装置の洗浄中もこれらのバルブは閉止した状態を維持する。その他の操作は正転運転時と同様に行うことができる。洗浄時の正転運転および逆転運転は、それぞれ交互に運転してもよいし、いずれか一方のみを連続的に運転してもよい。本空気洗浄の効果は非常に高く、また、短時間で実行できることが特徴であるが、濃縮装置を連続で運転している場合でも、1~3ヶ月に一回実施すれば十分な効果を得ることができる。 Next, we will explain how to clean the device shown in Figure 1 by reverse rotation operation. In reverse rotation operation, valves V02 and V03, which are closed during forward rotation operation, are opened for cleaning. Valves V01 and V04 are closed in advance, and these valves remain closed while the device is being cleaned. Other operations can be performed in the same way as in forward rotation operation. Forward rotation and reverse rotation during cleaning may be operated alternately, or only one of them may be operated continuously. This air cleaning is very effective and can be performed in a short time, but even if the concentrator is operated continuously, sufficient effects can be obtained by performing it once every one to three months.
図1に示した濃縮装置の詳細について以下に説明する。フィルターユニット3は、3本のフィルター部31と、隣接するフィルター部31の間を繋ぐように配置される2本の屈曲形状の連結流路32とを有する。フィルターユニット3には、フィルターユニット3の流入口3aの側から、流出口3bの側へ向かって順番に、フィルター部31a、31b、31cが配置されている。
The details of the concentrator shown in FIG. 1 are described below. The
連結流路32の形状に限定は無いが、複数のフィルターユニットの配置が容易なU字管のような屈曲形状を用いることが多い。なお、連結流路32は屈曲形状でなく直管形状であってもよい。また、内径が異なる異径連結流路を用いることもできる。
The shape of the connecting
フィルター部は、内部にろ過膜としてセラミックフィルターを有する。なお、フィルター部が内部に有するろ過膜としては、セラミックフィルターに限らず、種々のフィルターから自由に選択できる。 The filter section has a ceramic filter inside as a filtration membrane. Note that the filtration membrane inside the filter section is not limited to a ceramic filter and can be freely selected from various filters.
濃縮装置に使用されるろ過膜は、クロスフローろ過に用いられる分離膜であって、中空糸型の形状を有するものであれば、限外ろ過膜であってもよく、逆浸透膜であっても使用できる。使用済みCMPスラリーの濃縮、再生に用いる場合、回収後の濃縮液中の研磨剤粒子を最も効率よく回収する観点から、限外ろ過膜を好適に用いることができる。 The filtration membrane used in the concentrator is a separation membrane used in cross-flow filtration, and may be an ultrafiltration membrane or a reverse osmosis membrane as long as it has a hollow fiber shape. When used to concentrate and regenerate used CMP slurry, an ultrafiltration membrane is preferably used from the viewpoint of most efficiently recovering the abrasive particles in the concentrated liquid after recovery.
本洗浄方法を適用するクロスフローろ過に用いられる分離膜は、有機材料からなる有機膜であってもよく、無機セラミックからなる無機膜(セラミックフィルター)であってもよい。有機膜としては、ポリエチレン、4フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリスルホン、またはポリエーテルスルホン、芳香族ポリアミドまたはポリビニルアルコールのいずいれかで構成されていることが好ましく、無機膜としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンのセラミックス材料や、ステンレス、ガラスなどを用いることが好ましい。 The separation membrane used in the cross-flow filtration to which this cleaning method is applied may be an organic membrane made of an organic material, or an inorganic membrane (ceramic filter) made of an inorganic ceramic. The organic membrane is preferably made of any of polyethylene, tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polypropylene, cellulose acetate, polyacrylonitrile, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, aromatic polyamide, and polyvinyl alcohol, and the inorganic membrane is preferably made of ceramic materials such as aluminum oxide, zirconium oxide, and titanium oxide, stainless steel, and glass.
本空気洗浄で洗浄される濃縮装置のフィルター部に好ましいろ過膜はセラミックフィルターである。この膜は、1つのセラミック製モジュールに蓮根の様に内径3mm~4mmの穴(フィルターチャンネル)が約30本~40本開いており、それを伸ばした形で長さが1m程度あり、それを約20本束ね、フィルター部に収容される。流速は自由に設定できるが、例えば、液体が濃縮装置の内部の流路を60m3/hの流速で流れる場合、フィルターチャンネルの中の流路を約3.4m/sで流れる。 A preferred filtration membrane for the filter section of the concentrator cleaned by this air cleaning is a ceramic filter. This membrane has about 30 to 40 holes (filter channels) with an inner diameter of 3 mm to 4 mm, like a lotus root, in one ceramic module, and when stretched out, it is about 1 m long, and about 20 of these are bundled together and housed in the filter section. The flow rate can be freely set, but for example, when the liquid flows through the internal flow path of the concentrator at a flow rate of 60 m 3 /h, it flows through the flow path inside the filter channel at about 3.4 m/s.
フィルター部は3本に限らず、自由な数を設けることができる。フィルター部の数は、例えば、1本~10本とすることができる。濃縮処理速度、装置の費用、メンテナンス負担などの観点から、フィルター部は2本~8本であることが好ましく、3本~6本であることがより好ましい。 The number of filter parts is not limited to three, and any number can be provided. The number of filter parts can be, for example, 1 to 10. From the standpoint of concentration processing speed, equipment costs, maintenance burden, etc., it is preferable that the number of filter parts is 2 to 8, and more preferably 3 to 6.
フィルター部がセラミックフィルターを有することで、フィルター部の強度が有機材料を素材とした場合よりも高く、急激な流速変化や圧力変化を受けても、微細孔の孔径変化やフィルター部の破損のおそれが少ない。これにより、通常の濃縮運転時よりも高い圧力をフィルターユニットにかけることができ、より大きな洗浄効果が得られる。 By using a ceramic filter in the filter section, the strength of the filter section is higher than when it is made of organic materials, and even if it is subjected to sudden changes in flow rate or pressure, there is little risk of the pore size of the micropores changing or the filter section being damaged. This allows a higher pressure to be applied to the filter unit than during normal concentration operation, resulting in a greater cleaning effect.
フィルターユニットに流入した気液混合流体は、多数の小径のフィルターチャンネルを透過しながら、流入時よりもさらに細かく気体が分断され、0.5mm~1mm程度の泡を含む気液混合流体となる。これにより、連結流路の内側に付着した堆積物が、一層剥離や除去されやすくなると考えられる。 As the gas-liquid mixture that flows into the filter unit passes through many small-diameter filter channels, the gas is divided even finer than when it flowed in, and the gas becomes a gas-liquid mixture that contains bubbles of about 0.5 mm to 1 mm. This is thought to make it even easier to peel off and remove deposits that have adhered to the inside of the connecting flow path.
次に、本発明の第2実施形態の洗浄方法について、図2を用いて説明する。なお、図1を用いて説明した事項については、詳細な説明を省略する。 Next, a cleaning method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. Note that detailed descriptions of the matters described with reference to FIG. 1 will be omitted.
図2は、第2実施形態の洗浄方法で洗浄される濃縮装置の一例を示す模式図である。図2において、P01は流体を流すために加圧するポンプ、V01~V04’は流体の流れる方向および流量を調節するためのバルブである。図2に示すように、循環流路4はポンプP01からフィルターユニット3へ向かって延出し、2つに分岐する。分岐した一方の循環流路4において、正転運転の場合にフィルターユニット3の流路前となる流入口3aの側には2つのバルブV04およびV04’が設けられる。また、分岐した他方の循環流路4において、逆転運転の場合にフィルターユニット3の流路前となる流出口3bの側には2つのバルブV02、V02’が設けられる。ここで、「フィルターユニットの流路前」とは、フィルターユニットに流体が流入する際に実際に流入する側であり、正転運転時にはフィルターユニット3の流入口3aの側がフィルターユニットの流路前であり、逆転運転時にはフィルターユニット3の流出側3bの側がフィルターユニットの流路前である。
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a concentrating device cleaned by the cleaning method of the second embodiment. In Figure 2, P01 is a pump that pressurizes the fluid to flow, and V01 to V04' are valves for adjusting the flow direction and flow rate of the fluid. As shown in Figure 2, the
なお、第2実施形態において、正転運転のみを行う場合はフィルターユニット3の流出口3bの側には1つのバルブV02のみが設けられていてもよく、逆転運転のみを行う場合はフィルターユニット3の流入口3aの側には1つのバルブV04のみが設けられていてもよい。正転運転で洗浄する場合、2つのバルブV04、V04’は、空気溜まりを形成する前に閉止されるとともに、気液混合流体をフィルターユニットへ通過させる前に開放される。また、逆転運転で洗浄する場合、2つのバルブV02、V02’は、空気溜まりを形成する前に閉止されるとともに、気液混合流体をフィルターユニットへ通過させる前に開放される。
In the second embodiment, when only forward operation is performed, only one valve V02 may be provided on the
正転運転で第2実施形態の洗浄方法を実施する詳細について説明する。正転運転を行う場合、予めバルブV02、V02’、V03は閉止しておき、装置の洗浄中もこれらのバルブは閉止した状態を維持する。これにより、バルブV01、V04、V04’の開閉に応じて、気液混合流体はフィルターユニットの流入口3aから流れ込んで流出口3bから流出し、循環流路4を正転する方向に流れる。
Details of carrying out the cleaning method of the second embodiment in forward rotation operation will be described below. When performing forward rotation operation, valves V02, V02', and V03 are closed in advance, and these valves remain closed even while the device is being cleaned. As a result, depending on the opening and closing of valves V01, V04, and V04', the gas-liquid mixture fluid flows into the inlet 3a of the filter unit and out of the
洗浄を行う作業者は、ポンプP01の稼働を停止して、フィルターユニット3の流路前に設けられた2つのバルブV04、V04’を閉止し、閉止された当該バルブの間のスラリーを抜き取る。これにより、2つのバルブV04、V04’の間の流路に空気溜まりが形成される。なお、作業者は、フィルターユニットの流路前に設けられた2つよりも多くのバルブを閉止してもよく、抜き取る液体はスラリーに限らず純水や透過水などの液体であってもよい。
The operator performing the cleaning stops the operation of pump P01, closes the two valves V04 and V04' installed in front of the flow path of the
具体的には、作業者は、スラリーの濃縮運転の途中でポンプP01の稼働を停止し、2つのバルブV04、V04’を閉止し、2つのバルブV04、V04’の間の流路内のスラリーを、回収用流路(図示省略)を通じて抜き取り、貯液タンク2へ戻す。これにより、濃縮装置1の内部の流路には液体と空気が存在する。なお、この際ポンプP01は稼働を停止してもよいし、稼働したままでもよい。また、抜き取られたスラリーは貯液タンク2へ戻さなくてもよい。
Specifically, the operator stops the operation of pump P01 during the slurry concentration operation, closes the two valves V04 and V04', and extracts the slurry in the flow path between the two valves V04 and V04' through a recovery flow path (not shown) and returns it to the
作業者は、濃縮装置1の内部の流路に空気溜まりを形成した後に、フィルター部31および連結流路32に、スラリーと、空気溜まりの空気とを含む気液混合流体を通過させる。具体的には、ポンプP01を再度稼働するとともに、バルブV04、V04’を開放して気液混合流体を濃縮装置1の内部の流路に循環させる。なお、バルブV04、V04’の開放は、ポンプP01の稼働の前に行ってもよいし、稼働の後に行ってもよい。
After forming an air pocket in the internal flow path of the concentrating
上述の方法で洗浄することで、特別な気体発生装置を設けなくとも、フィルターユニットの流路前において、バルブで閉じられた範囲の流路に空気溜まりを形成できる。これにより、フィルターユニット洗浄のための気液混合流体を簡易に形成できる。 By cleaning using the above-mentioned method, an air pocket can be formed in the flow path in front of the filter unit flow path in the area closed by the valve without the need for a special gas generating device. This makes it easy to create a gas-liquid mixture fluid for cleaning the filter unit.
また、バルブV04、V04’を開放する際にかかる圧力が大きいほど、急激な圧力変化が生じ、フィルターユニット内の流路が受ける振動や衝撃も大きくなる。そのため、洗浄性の観点から、空気溜まりを形成したバルブV04、V04’を開放するのと同時にポンプP01を稼働させて気液混合流体に加圧することが好ましく、バルブV04、V04’を開放する前からポンプP01を稼働させて空気溜まりに加圧しておくことがより好ましい。急激な圧力変化が生じると、連結流路に気液混合流体が急激に流れ込み、バルブ開放後にポンプを稼働する場合よりも大きな振動や衝撃が連結流路に与えられるため、洗浄効果により優れる。なお、バルブV04、V04’とともにバルブV01も閉止した場合、フィルター部31および連結流路32に気液混合流体を通過させるために、バルブV04、V04’とともにバルブV01も開放する。複数の閉止状態のバルブを開放する場合、急激な圧力変化を生じさせる観点から、閉止状態のバルブは同時に開放することが好ましい。
In addition, the greater the pressure applied when the valves V04 and V04' are opened, the greater the sudden pressure change, and the greater the vibration and impact that the flow path in the filter unit receives. Therefore, from the viewpoint of cleaning, it is preferable to open the valves V04 and V04' that form the air reservoir and operate the pump P01 at the same time to pressurize the gas-liquid mixture fluid, and it is more preferable to operate the pump P01 before opening the valves V04 and V04' to pressurize the air reservoir. When a sudden pressure change occurs, the gas-liquid mixture fluid flows suddenly into the connecting flow path, and greater vibration and impact are applied to the connecting flow path than when the pump is operated after the valves are opened, so that the cleaning effect is superior. Note that when the valve V01 is closed together with the valves V04 and V04', the valve V01 is also opened together with the valves V04 and V04' in order to pass the gas-liquid mixture fluid through the
濃縮装置の内部の流路で急激に圧力降下すると、流体として水系の液体を使用している場合に、いわゆるキャビテーションと呼ばれる水蒸気の気泡が発生する。本発明の洗浄方法は、ポンプの稼働とバルブ開閉の操作により急激な圧力降下を生じさせ、それに起因して気泡を発生させて気液混合流体として洗浄に用いることもできる。 When pressure suddenly drops in the internal flow path of the concentrator, if an aqueous liquid is used as the fluid, water vapor bubbles, a phenomenon known as cavitation, are generated. The cleaning method of the present invention creates a sudden pressure drop by operating the pump and opening and closing the valve, which generates bubbles that can be used for cleaning as a gas-liquid mixed fluid.
また、第2実施形態の洗浄方法は、第1実施形態に倣って正転、逆転のいずれの方向で運転してもよい。逆転で運転した場合、連結流路には正転運転の場合とは逆方向に気液混合流体が流れ込む。これにより、連結流路に対して通常の運転時(正転運転時)には流体からの流れを受けにくい方向から気液混合流体による振動や衝撃が与えられ、洗浄効果に優れることが期待できる。 The cleaning method of the second embodiment may be operated in either the forward or reverse direction, following the first embodiment. When operated in reverse, the gas-liquid mixture flows into the connecting flow path in the opposite direction to when the connecting flow path is operated in forward direction. This allows the gas-liquid mixture to apply vibrations and impacts to the connecting flow path from a direction that is less likely to receive flow from the fluid during normal operation (forward operation), and is expected to provide excellent cleaning effects.
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
フィルター部にセラミックフィルターを備えた図1の濃縮装置を200日間運転させる間に、後述する実施例、比較例、参考例の方法で洗浄試験を行い、各洗浄前後での膜差圧、透過水量の変化について評価した。ここで、膜差圧は、フィルター部31aの流入口3aの側の端部における圧力(圧力1)と、フィルター部31cの流出口3bの側の端部における圧力(圧力3)との間の圧力差である(図1参照)。正転運転の場合の膜差圧は圧力1-圧力3であり、逆転運転の場合の膜差圧は圧力3-圧力1である。また、透過水量について、フィルター部31aからの透過水量をF1透過水量、フィルター部31bからの透過水量をF2透過水量、フィルター部31cからの透過水量をF3透過水量という。
The concentrator shown in FIG. 1, which is equipped with a ceramic filter in the filter section, was operated for 200 days, during which cleaning tests were conducted using the methods of the Examples, Comparative Examples, and Reference Examples described below, and the changes in the transmembrane pressure and permeate volume before and after each cleaning were evaluated. Here, the transmembrane pressure is the pressure difference between the pressure (pressure 1) at the end of the
[実施例]
フィルター部にセラミックフィルターを備える図1に示した濃縮装置1において、スラリーを約60m3/hの流速で循環する濃縮運転の途中でポンプP01の稼働を停止した。フィルター部31、連結流路32、循環流路4の内部のスラリーを貯液タンク2へ戻して濃縮装置1の内部の流路に空気溜まりを形成した。この際、バルブV01、V04は、開放状態であった。次に、停止したポンプP01を再度稼働して濃縮装置1の内部の流路に、スラリーと空気溜まりの空気とを含む気液混合流体を循環させて洗浄した。正転運転によりスラリーの流速として約30m3/hで9時間循環した(空気洗浄)。
[Example]
In the
[比較例]
フィルター部31に設けられた排出口31dからフィルターユニット3の内部へ透過水を送液してスラリーと置換することにより、濃縮装置1の流路内に透過水を満たした。その後、空気貯まりを形成することなく、正転運転により透過水を流速約60m3/hで9時間循環した(液体洗浄)。ここで、透過水は含有成分濃度が非常に低く純水に近い状態であった。
[Comparative Example]
The permeated water was pumped from the outlet 31d provided in the
[参考例]
従来の洗浄方法として、濃縮装置を分解して、貯液タンクや、循環流路、連結流路の内部洗浄、セラミックフィルターの交換などを行った(分解洗浄)。
[Reference example]
As a conventional cleaning method, the concentrator was disassembled and the inside of the storage tank, circulation flow path, and connecting flow path were cleaned, and the ceramic filter was replaced (disassembly and cleaning).
図3に、濃縮装置を200日間運転した際の、正転運転での膜差圧(圧力1-圧力3)と、逆転運転での膜差圧(圧力3-圧力1)の一日ごとの平均値の推移を示す。濃縮運転中、正転運転と逆転運転は約1時間ごとに交互に運転した。なお、洗浄時や、設備上の理由で装置が停止していた期間については測定されていない。また、図4には濃縮装置を200日間運転した際の、正転運転での透過水量の一日ごとの平均値の推移を示し、図5には逆転運転での透過水量の一日ごとの平均値の推移を示す。図中において、実施例、比較例、参考例として示した箇所は、各洗浄方法での洗浄を行った時期を意味する。 Figure 3 shows the daily average transmembrane pressure (pressure 1 - pressure 3) during forward operation and the daily average transmembrane pressure (pressure 3 - pressure 1) during reverse operation when the concentrator was operated for 200 days. During the concentration operation, forward and reverse operation were alternated approximately every hour. Note that no measurements were taken during cleaning or when the device was stopped for equipment reasons. Figure 4 shows the daily average permeate volume during forward operation when the concentrator was operated for 200 days, and Figure 5 shows the daily average permeate volume during reverse operation. In the figures, the locations shown as examples, comparative examples, and reference examples indicate the time when cleaning was performed using each cleaning method.
図3に示すように、膜差圧は、正転運転、逆転運転ともに、全期間にわたって運転状況、洗浄の前後に関わらず、殆ど変化していない。正転運転時の膜差圧が約430kPaであるのに対して、逆転運転時の膜差圧が約380kPaであるのは、ポンプ側および貯液タンク側からみた、配管長さ、バルブ、フィルターユニットなどの位置関係(距離)の違いによるものと考えられる。 As shown in Figure 3, the transmembrane pressure difference hardly changes over the entire period, in both forward and reverse operation, regardless of the operating conditions or before and after cleaning. The transmembrane pressure difference during forward operation is approximately 430 kPa, while the transmembrane pressure difference during reverse operation is approximately 380 kPa. This is thought to be due to differences in the positional relationships (distances) of the piping length, valves, filter units, etc., as viewed from the pump side and the storage tank side.
透過水量については、洗浄後に回復し、経時で徐々に減少していく傾向が確認された。正転運転の場合、洗浄後の運転によるF1透過水量の減少は比較的小さい一方、F3透過水量は減少が顕著であった。またF3透過水量だけでなく、F2透過水量も運転の継続により徐々に減少する傾向を示した(図4)。また、逆転運転の場合、正転運転とは反対に、洗浄後の運転によるF3透過水量の減少は比較的小さく、F1透過水量の減少が最も大きかった。またF1透過水量だけでなくF2透過水量も運転の継続により徐々に減少する傾向を示した(図5)。 It was confirmed that the amount of permeated water recovered after cleaning and gradually decreased over time. In the case of normal rotation operation, the decrease in the amount of F1 permeated water due to operation after cleaning was relatively small, while the decrease in the amount of F3 permeated water was significant. Not only the amount of F3 permeated water, but also the amount of F2 permeated water tended to gradually decrease with continued operation (Figure 4). In the case of reverse rotation operation, in contrast to normal rotation operation, the decrease in the amount of F3 permeated water due to operation after cleaning was relatively small, and the decrease in the amount of F1 permeated water was the largest. Not only the amount of F1 permeated water, but also the amount of F2 permeated water tended to gradually decrease with continued operation (Figure 5).
各洗浄方法での洗浄による透過水量の回復程度を比較すると、参考例(分解洗浄)は、濃縮装置の各部材を、洗浄器具を用いて物理的に洗浄するとともに、セラミックフィルターの交換も行うため、洗浄後の透過水量の回復程度が大きく、洗浄効果が大きい。実施例(空気洗浄)は、参考例ほどではないものの、濃縮装置の分解やフィルターの交換などを行っていないにもかかわらず、透過水量の大幅な回復が確認された。これに対し、比較例(液体洗浄)でも、透過水量の若干の回復が確認されたが、実施例に比べて回復の程度は小さく、また洗浄後の運転初期における急速な透過水量の減少が見られた。 Comparing the degree of recovery of the permeate volume by each cleaning method, the Reference Example (disassembly and cleaning) has a large degree of recovery of the permeate volume after cleaning and a large cleaning effect because each component of the concentrator is physically cleaned using cleaning tools and the ceramic filter is also replaced. In the Example (air cleaning), a significant recovery of the permeate volume was confirmed, although not as much as in the Reference Example, despite the fact that the concentrator was not disassembled or the filter was not replaced. In contrast, a slight recovery of the permeate volume was confirmed in the Comparative Example (liquid cleaning), but the degree of recovery was small compared to the Example, and a rapid decrease in the permeate volume was observed in the initial operation after cleaning.
図4および図5に示したように、長期間の濃縮運転による経時での透過水量の減少は、正転運転、逆転運転いずれでも確認された。貯液タンク内に貯液されるスラリーが、仮に汚れの無い純水などであったとすると、経時での透過水量の減少は起こらないと考えられる。しかし、実際にはCMP研磨により発生するパット屑、スラリー中の粒子成分の凝集物、またはそれらのゲル化物などが少しずつ蓄積され、透過水量の減少を引き起こしていると考えられる。 As shown in Figures 4 and 5, a decrease in the amount of permeated water over time due to long-term concentration operation was confirmed in both forward and reverse rotation. If the slurry stored in the storage tank were uncontaminated pure water, it is thought that there would be no decrease in the amount of permeated water over time. However, in reality, pad debris generated by CMP polishing, aggregates of particulate components in the slurry, or gelled products of these substances gradually accumulate, and it is thought that this causes a decrease in the amount of permeated water.
一般的には、セラミックフィルターの内径3mmのフィルターチャンネル内の側壁に形成されている50nm程度の微細孔は、フィルター詰まりの原因とみなされやすい。しかし、クロスフロー型のフィルターユニットを備えるこのような濃縮装置には、濃縮運転の間に設定された時間毎に逆洗タンクに透過水を貯液し、高圧にてフィルターチャンネルに戻して微細孔の目詰まりを抑制する逆洗モードが実行される。このため、通常の濃縮運転運転において目詰まりは起こりにくい。 In general, micropores of about 50 nm formed on the side walls of a filter channel with an inner diameter of 3 mm in a ceramic filter are likely to be considered the cause of filter clogging. However, in such concentrating devices equipped with cross-flow type filter units, a backwash mode is executed in which permeate water is stored in a backwash tank at set intervals during concentration operation and returned to the filter channel at high pressure to prevent clogging of the micropores. For this reason, clogging is unlikely to occur during normal concentration operation.
正転運転時の流入口側のフィルター部からの透過水量であるF1透過水量と、逆転運転時の流出口側のフィルター部からの透過水量であるF3透過水量は、ともに約20L/minであり、経時的な減少も起こらなかったことから、3本のセラミックフィルター自体の目詰まりには大差がないと考えられる。 The F1 permeate volume, which is the volume of water that passes through the filter section on the inlet side during forward operation, and the F3 permeate volume, which is the volume of water that passes through the filter section on the outlet side during reverse operation, were both approximately 20 L/min and did not decrease over time, so it is believed that there is no significant difference in the clogging of the three ceramic filters themselves.
経時での透過水量の減少の原因としてフィルター部以外を考えた場合、フィルターユニットが備える連結流路に付着した凝集物の可能性が考えられる。本試験に用いた連結流路はU字管であるため、管内の流れは乱流となりやすく、流れの停滞しやすい場所ができやすい。さらに、連結流路の内径は一定でないことから、U字管内の場所によって流速も異なり、管内側壁の流速が遅い箇所などに凝集物の堆積が起こりやすいものと考えられる。 Considering factors other than the filter section as causes of the decrease in the amount of permeate over time, one possibility is that aggregates have adhered to the connecting flow path of the filter unit. Because the connecting flow path used in this test was a U-shaped tube, the flow inside the tube was prone to turbulence, and areas where the flow was prone to stagnation were likely to occur. Furthermore, because the inner diameter of the connecting flow path was not constant, the flow speed differed depending on the location inside the U-shaped tube, and it is thought that aggregates were likely to accumulate in areas on the inner wall of the tube where the flow speed was slow.
流体がフィルター部から出て、連結流路を通って隣接する次のフィルター部へ流れ込む場合、最も流速が遅くなるのは管径が大きい部分や、凹状の部分などである。例えば、フィルター部に接続する部分である両端部の内径が約200mmで、中間部の内径が約100mmの連結流路の場合、両端部の流路内を通過する流体の流速は、中間部の流速の約1/4と大幅に遅くなる。連結流路はチャンネル径3mmのセラミックフィルターを備えたフィルター部に挟まれるため、凝集物の粒径が3mmを超える場合、連結流路内に留まって堆積しやすい。この堆積物がフィルターハウジング表面に滞積するとフィルターチャンネルを閉塞すると考えられる。 When a fluid leaves a filter section and flows through a connecting flow path into the next adjacent filter section, the flow rate is slowest in the sections with a large pipe diameter or in concave sections. For example, in the case of a connecting flow path with an inner diameter of about 200 mm at both ends, which are connected to the filter section, and an inner diameter of about 100 mm at the middle section, the flow rate of the fluid passing through the flow paths at both ends is significantly slower, at about 1/4 of the flow rate at the middle section. Because the connecting flow path is sandwiched between filter sections equipped with ceramic filters with a channel diameter of 3 mm, if the particle size of the aggregates exceeds 3 mm, they tend to remain and accumulate in the connecting flow path. It is thought that if this deposit accumulates on the surface of the filter housing, it will clog the filter channel.
フィルターユニットの流入口側、流出口側に配置される各フィルター部の、循環流路に接続される側のハウジング表面にも凝集物は堆積しうる。しかし、濃縮運転時に定期的に行われる逆洗モードでは、通常の濃縮運転の流速の約5倍の流速で送液するため、ハウジング表面に堆積物が一時的に発生しても、逆洗の強力な流れにより押し流されて、除去されやすいと考えられる。 Coagulation can also accumulate on the housing surface on the side connected to the circulation flow path of each filter section located on the inlet and outlet sides of the filter unit. However, in the backwash mode, which is performed periodically during concentration operation, the liquid is sent at a flow rate about five times faster than the flow rate during normal concentration operation, so even if deposits temporarily form on the housing surface, they are likely to be washed away and removed by the strong backwash flow.
分解洗浄がされた直後の、堆積物やフィルター目詰まりが無い状態などの流体が理想的に流れる場合の各フィルター部からの透過水量について説明する。正転運転条件で、流入口から60m3/hで流入した場合、F1透過水量は20L/min、F2透過水量は19.6L/min、F3透過水量は19.2L/minで、流出口からは56.5m3/hで流出する。しかし実際には、図4に示したように、貯液タンク側の2つのフィルター部からの透過水量(F2透過水量およびF3透過水量)のみが経時で減少する挙動を示した。これは、濃縮運転を長期間継続することで、2本のU字管内に凝集物が堆積し、各フィルターの膜差圧にアンバランスが生じたためと考えられる。 The amount of permeated water from each filter part when the fluid flows ideally, such as in a state without deposits or filter clogging immediately after decomposition and cleaning, will be described. Under normal operation conditions, when the inlet flows in at 60 m 3 /h, the amount of permeated water F1 is 20 L/min, the amount of permeated water F2 is 19.6 L/min, the amount of permeated water F3 is 19.2 L/min, and the amount of permeated water flows out from the outlet at 56.5 m 3 /h. However, in reality, as shown in FIG. 4, only the amount of permeated water from the two filter parts on the storage tank side (the amount of permeated water F2 and the amount of permeated water F3) decreased over time. This is thought to be due to the fact that the flocculated matter was deposited in the two U-shaped tubes by continuing the concentration operation for a long period of time, causing an imbalance in the membrane pressure difference of each filter.
具体的には、3つの各フィルター部に理想的に掛かる膜差圧は、フィルターユニット全体に掛かる膜差圧の約1/3である。濃縮運転を長期間行って連結流路内に凝集物が堆積して連結流路を流れるのに要する負荷が増えた場合、当該連結流路に接続する下流側のフィルター部には、理想的な膜差圧から上記負荷が圧力損失として失われた膜差圧が掛かると考えられる。このため、各セラミックフィルターの微細孔が目詰まりしていないにもかかわらず、下流側の2つのフィルター部からの透過液量が経時で減少したと考えられる。 Specifically, the transmembrane pressure ideally applied to each of the three filter sections is approximately 1/3 of the transmembrane pressure applied to the entire filter unit. When concentration operation is performed over a long period of time, causing aggregates to accumulate in the connecting flow path and increasing the load required to flow through the connecting flow path, it is believed that the downstream filter section connected to the connecting flow path is subjected to a transmembrane pressure in which the above load is lost as pressure loss from the ideal transmembrane pressure. It is believed that this is why the amount of permeated liquid from the two downstream filter sections decreased over time, even though the micropores of each ceramic filter were not clogged.
本発明の濃縮装置の洗浄方法は、複雑な内部形状を有するフィルターユニットを簡易に洗浄できるので、CMPプロセスから排出される使用済CMPスラリーの再生に用いられる濃縮装置の洗浄に好適に利用できる。 The concentrator cleaning method of the present invention can easily clean filter units with complex internal shapes, and is therefore suitable for cleaning concentrators used to regenerate used CMP slurry discharged from CMP processes.
1 濃縮装置
2 貯液タンク
3 フィルターユニット
3a 流入口
3b 流出口
31、31a、31b、31c フィルター部
31d 排出口
32 連結流路
4 循環流路
P01 ポンプ
V01~V04、V02’、V04’ バルブ
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記フィルターユニットは、複数のフィルター部と、隣接する前記フィルター部の間に配置される連結流路とを有し、
前記洗浄方法は、前記濃縮装置の内部の流路に空気溜まりを形成した後に、前記フィルター部および前記連結流路に、前記スラリーまたは他の液体と、前記空気溜まりの空気とを含む気液混合流体を通過させる方法であり、
前記空気溜まりは、前記フィルターユニットの流路前に設けられた少なくとも2つのバルブを閉止し、閉止された当該バルブの間の前記スラリーまたは他の液体を抜き取ることで形成されることを特徴とするクロスフローろ過に用いられる分離膜を用いたスラリー濃縮装置の洗浄方法。 A method for cleaning a slurry concentrating apparatus using a separation membrane used for cross-flow filtration, the apparatus comprising: a liquid storage tank; a cross-flow type filter unit through which a slurry is passed from the liquid storage tank by a pump; and a circulation flow path that connects the liquid storage tank and the filter unit in a ring shape and enables the slurry to circulate, the method comprising the steps of:
The filter unit has a plurality of filter parts and a connecting flow path disposed between adjacent filter parts,
the cleaning method is a method of forming an air pocket in a flow path inside the concentrating device, and then passing a gas-liquid mixture fluid containing the slurry or other liquid and the air in the air pocket through the filter unit and the connecting flow path ,
a filter unit that is provided with a filter section that is connected to the filter unit through a passage for filtering the slurry or other liquid from the passage; a filter unit that is connected to the filter section through the passage for filtering the slurry or other liquid from ...
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