JP2011083845A - 研磨用固液回収分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、研磨用固液回収分離装置に関し、切り屑の含有率を下げるために分散液を廃棄していたために当該分散液の回収率が低下してコストが嵩んでいること、また、一次分離及び二次分離の負荷低減によってコストダウンを図ることが課題であって、それを解決することである。
【解決手段】ウエハ切断に使用される研磨用固液回収分離装置であって、ワイヤソー１のワイヤに吹き付けられたスラリーを集めてリサイクル装置に移送させる途中に、切り屑の混入が少ないスラリー２と切り屑の混入が多いスラリー３とに分けるスラリー分別装置１４が設けられ、前記スラリー分別装置１４で分けられた切り屑の混入が少ないスラリー２はタンクに戻され繰り替えし使用され、前記スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が多いスラリー３は分離装置に送られ固形物と液体成分とに分けてからリサイクル装置に移送される研磨用固液回収分離装置とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子等のシリコンウエハ製造において、シリコンインゴットをウエハに切断する際に使用される研磨用固液回収分離装置に関するものである。

従来、シリコンインゴットをウエハに切断する際に使用される研磨用固液回収分離装置は、例えば、研削液から大部分の油を除去する工程と、この油の大部分が除去された残りの廃液に油性の溶剤を添加後、遠心分離して固形層を分離し、引き続きこの固形層に水溶性の溶剤を添加・遠心分離する事により固形物に付着した油分を除去する工程と、前記工程で回収された固形物から砥粒と研削粉を分離する工程とを有する砥粒回収方法が知られている。

特開平１１−４８１４６号公報 特開２０００−５１７３４号公報

しかし、従来の研磨用固液回収分離装置には、例えば、図１０に示すように、ワイヤに吹き付けられたスラリーは切り屑と共に回収しその全量をリサイクルシステムで処理しているので、システム内の分離回収装置が大型になり、負荷も大きく回収効率が低くなる。更に、前記分離回収装置は遠心分離による一段分離法または二段分離法が多いことから、前記一段分離法では切り屑と分散液は廃棄されるが、この分散液が再利用されないのでコストが高くなり、前記二段分離法では二段目で遠心分離機で分離される分散液の半分を廃棄することで切り屑の含有率を下げているので、分散液の回収率が低くなってコストが高くなっている。本発明に係る研磨用固液回収分離装置は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る研磨用固液回収分離装置の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、ウエハ切断に使用される研磨用固液回収分離装置であって、ワイヤソーのワイヤに吹き付けられたスラリーを集めてリサイクル装置に移送させる途中に、切り屑の混入が少ないスラリーと切り屑の混入が多いスラリーとに分けるスラリー分別装置が設けられ、前記スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が少ないスラリーはタンクに戻され繰り替えし使用され、前記スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が多いスラリーは分離装置に送られ固形物と液体成分とに分けてからリサイクル装置に移送されることである。

前記切り屑の混入が少ないスラリーが戻されるタンクにおいては、このスラリーの切り屑含有量が設定した濃度になるとリサイクル装置の分離機に送られること、更に、前記スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が多いスラリーは分離装置で固形物と液体成分とに分けられ、この固形成分がリサイクル装置の一段目分離機に送られ、前記液体成分がリサイクル装置の三段目分離機に送られ、分離されてから調合タンクに移送されて切り屑の混入が少ないスラリーが戻されるタンクに戻されて再利用されることを含むものである。

本発明の研磨用固液回収分離装置によれば、スラリーがワイヤに吹き付けられて回収される際に、予めスラリー分別装置により、切屑の含有が多いものと少ないものに分けること及び固形物と液体成分に分けて処理することは、リサイクルシステムの負荷低減の効果がある。また、三次処理で切り屑含有率を下げることで分散液の廃棄がなくなると言う優れた効果を奏するものである。
また、スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が少ないスラリーが戻されるタンクにおいては、スラリーの切り屑含有量が設定した濃度になるとリサイクル装置の分離機に送られるので、このタンクの切り屑含有量を一定の値に維持して、回収後のスラリーを再利用することができる。
更に、切り屑の混入が多いスラリーも、分離された液体成分は、リサイクルシステム内の二次分離液とともに三次分離機で処理してから、調合タンクに移送して再利用しているので、高効率のリサイクルが達成される。

本発明に係る研磨用固液回収分離装置を示す簡略概念ブロック図である。 シリコンインゴットをワイヤソー１で切断する使用態様を示す概略構成斜視図である。 同本発明に係る研磨用固液回収分離装置の一部を示す構成ブロック図である。 同本発明に係る研磨用固液回収分離装置の後半部を示す構成ブロック図である。 沈降処理装置３１の具体例を示す構成概念図である。 同沈降処理装置３１の具体例を示す構成概念図である。 二次分離液を固形物である切り屑と三次分離液とに分離するフィルタ７０ａ，７０ｂの構造の一例を示す構成概念図である。 同二次分離液を固形物である切り屑と三次分離液とに分離するフィルタ７０ａ，７０ｂの構造の一例を示す構成概念図である。 同二次分離液を固形物である切り屑と三次分離液とに分離するフィルタ７０ａ，７０ｂの構造の一例を示す構成概念図である。 従来例に係る研磨用固液回収分離装置を示す簡略概念ブロック図である。

本発明に係る研磨用固液回収分離装置は、図１に示すように、ワイヤソー１においてワイヤに吹き付けられたスラリーを、スラリー分別装置１４により切り屑の混入が少ないスラリー２と切り屑の混入が多いスラリー３とに分けて回収する。前記切り屑の混入が少ないスラリー２は、専用のタンク４に戻して繰り返し使用する。

また、切り屑の混入が多いスラリー３は、沈降処理，遠心分離，ろ過等の分離方法により切り屑の大部分を液体と分離し、固形物３ａと液体成分３ｂとに分けてその後、リサイクルシステムに移送する。

リサイクルシステムにおいては、回収された使用済みスラリー２ａを一段目の分離機５に供給する。そして、再利用可能な粒径の砥粒５ａを回収し、一次分離液５ｂはクッションタンク６ａに入れる。この一次分離液５ｂは二段目の分離機７で微小な砥粒および固形物７ａと、二次分離液７ｂに分離される。

この二次分離液７ｂはクッションタンク６ｂに入れられる。この二次分離液７ｂは、三段目の分離機８により、切り屑などの固形物８ａが分離され、三次分離液８ｂは切り屑が混ざっていない状態で回収される。

前記一段目で回収した砥粒５ａと、二段目で回収した砥粒の一部７ａと、三段目で回収した三次分離液８ｂとを、調合タンク９で新しい砥粒および分散液を加えて調合し、スラリー９ａとして再利用する。

図２に示すように、前記ワイヤソー１は、溝を切ったローラに一本の鋼鉄製ワイヤを巻き付け、ワイヤの両端部で巻取り装置と巻きだし装置とが設けられているものである。前記ワイヤを高速でローラ間を走行させてそのワイヤにスラリーを掛けながら、シリコンインゴットをゆっくり押しつけて、スライスして複数枚のウエハを切り出すものである。

本発明に係る研磨用固液回収分離装置は、図３に示すように、ワイヤソー１において、３本のローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃには一本のワイヤ１１が所定ピッチで連続して巻かれている。被切削体１２は前記２本のローラ１０ａ，１０ｂ間に形成されたワイヤ１１の水平面の上方側に配置され、ワイヤ１１に向かうように下降される。前記水平なワイヤ１１の上で前記被切削体１２の前方には、ワイヤ１１にスラリーを供給するスラリー供給ノズル１３が配設されている。

前記ローラ１０ａ〜１０ｃにより形成された三角領域の内部には、ワイヤ１１に吹き付けられたスラリーを受け止め且つ分別するためのスラリー分別装置である板１４が設けられている。この板１４により、切り屑の混入が僅かなスラリー２と、切り屑の混入が多いスラリー３とに分けられる。

前記スラリー２は管路１６を通ってタンク２３に入り、スラリー３は管路１７を通ってタンク３０に入る。前記タンク２３には、タンク２０に供給するための供給管２５とポンプ２４とが配設される。また、図４に示す新スラリー供給タンク１００にストックしてある再生・調合されたスラリーをこのタンク２３に供給するための管路２８と、使用済みスラリーを図４に示す受入タンク４０に送るための管路２７およびポンプ２６が配設されている。

前記タンク２０には、スラリー供給ノズル１３にスラリーを供給するための供給管２２とポンプ２１とが配設されている。また、前記タンク３０のスラリーは、沈降処理，遠心分離，ろ過等の沈降処理装置３１に管路３４ａで移送され、そこで固形物と液体成分とに分けられる。沈降処理には、図５乃至図６に示すような方法がある。

前記沈降処理，遠心分離，ろ過等の沈降処理装置３１等で分けられた固形物は、前記受入タンク４０に送るための管路３３とポンプ３２とによって送られ、液体成分は管路３５とポンプ３４とによって、図４に示す二次分離液タンク６６に送られる。図３に示すスラリーの管理ユニット１５は、複数台のワイヤソー１に対してスラリーを管理するものである。よって、管路１６，１７と供給管２２とが併設して複数配置されているものである。

図４に示すように、前記受入タンク４０には、管路２７，３３が接続されていて、使用済みのスラリーがポンプで送られ一旦ストックされる。この受入タンク４０には、攪拌機４０ａが設けられ、スラリーに含まれる固形物と液体成分との分離および固形物の沈殿・堆積を防止している。

また、前記受入タンク４０は、管路４３にて原液タンク４４に接続され、この管路４３にはポンプ４１とフィルタ４２が配設されている。原液タンク４４には攪拌機４４ａが設置され、スラリーに含まれる固形物と液体成分との分離および固形物の沈殿・堆積を防止している。また、原液タンク４４には、管路４６にて一段目分離機５０に接続されており、この管路４６には、ポンプ４５が配設されている。

前記一段目分離機５０は、スクリュー５０ｃを有するデカンタ型の遠心分離機であり、比重および粒径の大きい固形物が排出される固形物排出口５０ａと、比重および粒径の小さい粒子が混在した分離液が排出される液体排出口５０ｂとが形成されている。この一段目分離機５０では、例えば１０００Ｇの遠心加速度で分離回収が行われるように設定されている。よって、１０μｍ以上の固形物（大部分が砥粒）と、二次分離液（小さな砥粒および切り屑を含む液体）とが分離される。

前記固形物排出口５０ａは、管路５１を介して一次回収スラリータンク５３に接続され、リサイクル使用する砥粒が回収される。前記液体排出口５０ｂは、管路５２を介して一次分離液タンク５６に接続されている。この一次分離液タンク５６には、攪拌機５６ａが設置され、一次分離液に含まれる固形物と液体成分の分離および固形物の沈殿・堆積を防止している。また、管路５８によって二段目分離機６０に接続されており、この管路５８にはポンプ５７が配設されている。

前記二段目分離機６０は、スクリュー６０ｃを有するデカンタ型の遠心分離機であり、固形物が排出される固形物排出口６０ａと、分離液が排出される液体排出口６０ｂとが形成されている。この二段目分離機６０では、例えば２５００Ｇの遠心加速度で分離回収が行われるように設定されている。よって、５μｍ以上の固形物（砥粒および切り屑）と、二次分離液（微小な切り屑を含む液体）とが分離される。前記固形物排出口６０ａは、管路６１を介して二次回収スラリータンク６３に接続され、液体排出口６０ｂは、管路６２を介して二次分離液タンク６６に接続されている。また、この二次分離液タンク６６には、図３にて示す管路３５とポンプ３４とによって液体成分が移送される。

二次分離液タンク６６には、攪拌機６６ａが設置され二次分離液に含まれる固形物と液体成分の分離および固形物の沈殿・堆積を防止している。この二次分離液タンク６６は、管路６８にて三段目分離機７０に接続されており、該管路６８にはポンプ６７が配設されている。

前記三段目分離機７０は、フィルタ７０ａ，７０ｂを並列に配置している。そして、５μｍ未満の固形物が混在している二次分離液を固形物である切り屑と三次分離液とに分離する。前記フィルター７０ａ，７０ｂは二台並列設置されているが、処理量に応じて三台以上並列設置することもある。このフィルタ７０ａ，７０ｂの構造は、バッグフィルタや、図７乃至図９に示すような方式がある。

前記フィルタ７０ａ，７０ｂで捕捉された固形物は、微細（サブμｍ〜数μｍ）な切り屑を主成分とする粘土状のものであり、捕捉して廃棄する。前記三次分離液は、管路７１を介して三次分離液タンク７３に接続され、分散液としてリサイクル使用する。三次分離タンク７３には、攪拌機７３ａが設置され、三次分離液に含まれる固形物と液体成分の分離および固形物の沈殿・堆積を防止している。

回収された一次回収スラリータンク５３の砥粒，二次回収スラリータンク６３の砥粒および三次分離液タンク７３の分散液は、それぞれ配設されている管路５５とポンプ５４，管路６５とポンプ６４，管路７５とポンプ７４によって調合タンク９０に移送される。それらの供給量は前記調合タンク９０に設けられた図示しない比重計の出力信号に基づいて制御される。

前記調合タンク９０には、新液としての分散液がストックされた新オイルタンク８０が、管路８２およびポンプ８１を介して接続されており、不足した分散液の補充および比重調整が行われる。この分散液の供給量は、調合タンク９０に設けられた図示しない比重計の出力信号に基づいて制御される。

減少したスラリーについても、その分を補充する必要がある。このスラリーは砥粒タンク９４にストックされており、管路９６と砥粒供給装置９５とを介して前記調合タンク９０に接続されている。この砥粒の供給量は、調合タンク９０に設けられた図示しない比重計の出力信号に基づいて制御される。

前記調合タンク９０は、攪拌機９０ａを有しており、この攪拌機９０ａによって均一に砥粒が分散されて調合されるようにスラリーが撹拌される。また、調合タンク９０は、管路９２およびポンプ９１を介して新スラリー供給タンク１００に接続されている。調合タンク９０で調合完了したリサイクルスラリーは、前記ポンプ９１により新スラリー供給タンク１００に送られる。新スラリー供給タンク１００は、攪拌機１００ａを有しており、固形物と液体成分の分離および固形物の沈殿・堆積を防止している。この新スラリー供給タンク１００に管路２８およびポンプ１０１が接続され図３に示すタンク２３に新スラリーを供給している。

以上のような構成の研磨用固液回収分離装置によれば、図３乃至図４に示すように、被切削体１２の切断加工においてスラリーがスラリー供給ノズル１３からワイヤ列１１に吹き付けられる。ワイヤ列１１に供給されたスラリーは、ポリエチレングリコールまたはプロピレングリコールなどの水溶液からなる分散液に、例えば５〜１５μｍの粒径の砥粒を分散させているが、切断加工に伴いこのスラリーの中には、サブμｍ〜数μｍ程度の被切削体１２の切り屑が含まれてくる。そしてこのスラリーはタンク２３およびタンク３０に至る。

タンク２３およびタンク３０では、図示しないフィルタによって、砥粒よりも遙かに大きな切り屑が除去される。切断加工に使用するスラリーは、スラリー分別装置１４により、切り屑があまり混入しないスラリー２と、切り屑の混入が多いスラリー３とに分けられる。前記スラリー２は、タンク２３に入る。このスラリー２は、常時比重監視されながらタンク２０に戻される。このように、循環使用され、設定比重になった時点で、前記タンク２３からポンプ２６の運転により受入タンク４０へ移送する。その後、同量のリサイクルスラリーがポンプ１０１の運転により新スラリー供給タンク１００からタンク２３に管路２８を介して供給される。

前記切り屑の混入が多いスラリー３は、大量の切り屑とともに図３に示すタンク３０に入る。タンク３０の液は、沈降処理，遠心分離，ろ過等の沈降処理装置３１により固形物と液体成分とに分けられ、固形物は管路３３とポンプ３２により受入タンク４０に入れられ、液体成分は管路３５とポンプ３４により二次分離液タンク６６に移送されて、リサイクル処理される。

前記受入タンク４０の使用済みスラリーは、管路４３とポンプ４１により原液タンク４４に送られる。更に、管路４６とポンプ４５により一段目分離機５０に送られる。この一段目分離機５０で、例えば、１０μｍ以上の固形物（大部分が砥粒）と、二次分離液（微小な砥粒および切り屑を含む液体）とが分離される。ここで分離された砥粒は、管路５１を介して一次回収スラリータンク５３に送られ、一次分離液は、管路５２を介して一次分離液タンク５６に送られる。

前記一次分離液タンク５６の一次分離液は、管路５８とポンプ５７により二段目分離機６０に送られる。二段目分離機６０では、例えば、５μｍ以上の固形物（砥粒および切り屑）と、二次分離液（微小な切り屑を含む）とが分離される。ここで分離された固形物は、管路６１を介して二次回収スラリータンク６３に送られ、二次分離液は管路６２を介して二次分離液タンク６６に送られる。

この二次分離液タンク６６には、図３に示す沈降処理，遠心分離，ろ過等の沈降処理装置３１で分離された液体成分も管路３５を介して移送される。二次分離液タンク６６の二次分離液は、管路６８とポンプ６７により三段目分離機７０に送られる。

前記三段目分離機７０は、フィルタ７０ａ，７０ｂを並列に配置しており、切り屑（５μｍ未満の砥粒を含む）が混在している二次分離液を固形物である切り屑と三次分離液とに分離する。前記各フィルタ７０ａ，７０ｂは、運転（ろ過）とろ過材とのメンテナンスを行う。メンテナンスの間は該当するフィルタのバルブは閉状態としておく。フィルタで捕捉された固形物は、微細（サブμｍ〜数μｍ程度）な切り屑を主成分とする粘土状のものであり、捕捉して廃棄する。三次分離液は、管路７１を介して三次分離液タンク７３に供給される。

回収された一次スラリータンク５３の砥粒、二次回収スラリータンク６３の砥粒および三次分離液タンク７３の分散液は、それぞれ調合タンク９０に送られリサイクルされる。
かかる三段目分離機７０では、廃棄される切り屑等の固形物と共に分散液も減ってしまう。そのような減少については、新オイルタンク８０から新たな分散液が前記調合タンク９０に供給される。

同様に、廃棄される固形物には、僅かな量の砥粒が含まれるため、それを補うように新たな砥粒を追加する必要がある。更に、切断した被切削体１２にスラリー砥粒が付着することで砥粒が減ってしまう。その分も補充する必要がある。新しい砥粒は砥粒タンク９４から管路９６を介して、また、新しい分散液は新オイルタンク８０から管路８２を介して、それぞれ前記調合タンク９０に供給される。そして、調合タンク９０で調合されたリサイクルスラリーは、管路９２を介して新スラリー供給タンク１００に送られる。そこで、一時的に貯留されてワイヤソー１のタンク２３に送られる。

本発明に係る研磨用固液回収分離装置は、固形物と液体成分とが混雑した各種のスラリーに適用できるものである。

１ ワイヤソー、
２ 切り屑の混入が少ないスラリー、 ２ａ 使用済みスラリー、
３ 切り屑の混入が多いスラリー、 ３ａ 固形物、
３ｂ 液体成分、
４ タンク、
５ 分離機、 ５ａ 砥粒、
５ｂ 一次分離液、
６ クッションタンク、
６ａ，６ｂ クッションタンク、
７ 二段目の分離機、 ７ａ 固形物、
７ｂ 二次分離液、
８ 三段目の分離機、 ８ａ 固形物、
９ 調合タンク、 ９ａ スラリー、
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ローラ、
１１ ワイヤ、
１２ 被切削体、
１３ スラリー供給ノズル、
１４ スラリー分別装置（板）。

Claims (3)

1. ウエハ切断に使用される研磨用固液回収分離装置であって、
   ワイヤソーのワイヤに吹き付けられたスラリーを集めてリサイクル装置に移送させる途中に、切り屑の混入が少ないスラリーと切り屑の混入が多いスラリーとに分けるスラリー分別装置が設けられ、
   前記スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が少ないスラリーはタンクに戻され繰り替えし使用され、
   前記スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が多いスラリーは分離装置に送られ固形物と液体成分とに分けてからリサイクル装置に移送されること、
   を特徴とする研磨用固液回収分離装置。
2. 切り屑の混入が少ないスラリーが戻されるタンクにおいては、このスラリーの切り屑含有量が設定した濃度になるとリサイクル装置の分離機に送られること、
   を特徴とする請求項１に記載の研磨用固液回収分離装置。
3. スラリー分別装置で分けられた切り屑の混入が多いスラリーは分離装置で固形物と液体成分とに分けられ、
   この固形成分がリサイクル装置の一段目分離機に送られ、
   前記液体成分がリサイクル装置の三段目分離機に送られ、分離されてから調合タンクに移送されて切り屑の混入が少ないスラリーが戻されるタンクに戻されて再利用されること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の研磨用固液回収分離装置。

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