JP2013248707A - クーラント廃液の再生方法、クーラント廃液の処理方法、クーラント廃液の処理システム、及び再生クーラント液の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クーラント廃液から十分なクーラント性能を示すクーラント廃液の再生方法の提供を目的とする。
【解決手段】クーラント廃液貯留槽１に、シリコンインゴッド等のスライスなどの切り出しに用いられた使用済みのクーラント液（クーラント廃液）を収容し、クーラント廃液貯留槽１から遠心分離機２に所定量のクーラント廃液を供給する。遠心分離機２による遠心分離後の分離液（上清）を濾過機３に供給し、分離液の濾過を行い、分離液に含まれるシリコン微細粒子、及び細菌等の固形分を除去し、濾液と濾過濃縮液とに分離する。濾過機３で得られた濾液を回収槽４に供給し、回収槽４において、加熱殺菌処理された濾液と、必要に応じて純水及び使用前のクーラント液等を用いて、再生クーラント液の濃度を所定の濃度に調整する。クーラント廃液から、クーラント再生液中の粒子濃度を低下させ、十分な加工速度が得られるクーラント廃液の再生方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クーラント廃液の再生方法、クーラント廃液の処理方法、クーラント廃液の処理システム、及び再生クーラント液の製造方法に関する。

半導体の製造等といった金属加工の工程では、インゴットの切り出しやウエハの研削・研磨等における潤滑、冷却及び洗浄のために多量のクーラント液が用いられ、使用済みのクーラント液（クーラント廃液）が多量に排出される。このため、クーラント廃液を低コスト且つ簡単に再利用することが求められている。例えば、特許文献１には、研削装置のクーラント装置において、使用済みのクーラント液を濾過して浄化するための静圧用フィルタが設けられること、フィルタの孔径が５μｍ程度であることが開示されている。特許文献２には、使用済みのクーラント液に混入した切り屑を袋状のフィルタで回収すること等により水溶性クーラント液を浄化すること、フィルタの孔径が５〜２００ｍｍであることが開示されている。

特開２０１０−２８４７２３号公報 特開平０９−２０１５０２号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された方法では、浄化後のクーラント液のＳｉ粒子がＳｉＯ₂化し、クーラント液中に粒子として存在し、シリコンインゴットのスライスなどの加工速度が悪化する場合があるという課題がある。クーラント液は高粘度を呈するものが多く精密なろ過が困難であり、遠心分離で除去されない１０ミクロン以下の粒子は循環により濃縮され、一定濃度に達すると排出される。このクーラント液は有機性成分であり、老廃クーラント液の排出は排水処理上の大きな負荷となっている。この課題解決のため、クーラント濃度を下げ、あるいは／および加水分解後にＳｉＯ₂化するＳｉ粒子の除去を行なうことでリサイクル率の改善が図られる。本発明は、クーラント廃液から、十分な加工速度が得られるクーラント廃液の再生方法を提供する。

本発明は、一つの態様として、クーラント廃液を遠心分離する工程、及び前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、を含む、クーラント廃液を再生する方法に関する。

本発明は、その他の態様として、クーラント廃液を遠心分離する工程、及び前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、を含む、クーラント廃液の処理方法に関する。

本発明は、さらにその他の態様として、クーラント廃液を遠心分離する遠心分離手段と、前記遠心分離装置によって得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する濾過手段と、を含む、クーラント廃液の処理システムに関する。

本発明は、さらにその他の態様として、クーラント廃液を遠心分離する工程、前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、及び前記濾過工程により濾液を用いて再生されたクーラント液を調製する工程、を含む、再生クーラント液の製造方法に関する。

本発明によれば、クーラント廃液を遠心分離して得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過することにより、加工速度と加工品質に悪影響を及ぼすシリコン粒子、固形物、あるいは／および細菌類等の微生物を除去でき、クーラント再生液中の粒子濃度を低下させ、クーラント廃液から、クーラント液が用いられる加工時に、加工速度と加工品質の悪化を抑制するクーラント廃液の再生方法を提供できる。

図１は、実施形態１のクーラント廃液の再生方法に用いる処理システムの概略構成図である。

本発明は、クーラント廃液を遠心分離する工程、及び前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、を含む、クーラント廃液の再生方法、としたものである。
これにより、加工速度と加工品質に悪影響を及ぼすシリコン粒子、固形物、あるいは／および細菌類等の微生物を除去でき、クーラント再生液中の粒子濃度を低下させ、クーラント廃液から、クーラント液が用いられる加工時に、加工対象物に対して加工速度が遅くなる、あるいは、クラッシュあるいはひびなどが発生し易くなるなどの、加工速度と加工品質の悪化を抑制するクーラント廃液の再生方法を提供できるという効果を奏する。十分な加工速度が得られる再生クーラント液が得られる。

クーラント廃液を遠心分離してスラッジ（固形分を含む濃縮液）と分離液とに分離し、得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過することによって、分離液に含まれるＳｉ粒子を十分に除去でき、かつ、微生物を除去することができる。
このため、再生クーラント液におけるＳｉ粒子が加水分解によりＳｉＯ₃ ^-2となり溶出しその後に析出して粒子化、ＳｉＯ₂化することを低減でき、かつ、除菌を行うことができる。
クーラント再生液中のシリコン粒子、固形物、あるいは微生物性粒子などの粒子は、クーラント再生液が用いられる加工時に、加工対象物に対して加工速度が遅くなる、あるいは、クラッシュあるいはひびなどが発生し易くなる等、加工速度と加工品質の悪化を招き易くする。例えば、シリコンインゴットなどのスライスなどの加工時に悪影響を及ぼし、加工速度、あるいは／および加工品質が悪化する。
微生物性粒子は、微生物に起因する粒子であり、例えば、真菌、細菌等の微生物自体、あるいは微生物によって分解、合成、あるいは生成などする粒子などがある。
したがって、クーラント廃液から、クーラント再生液中のシリコン粒子、微生物性粒子などの粒子濃度を低下させ、クーラント再生液が用いられる加工時に、加工対象物に対して加工速度が遅くなる、あるいは、クラッシュあるいはひびなどが発生し易くなるなどの、加工速度と加工品質の悪化を抑制し、クーラント新液（使用前のクーラント液）と略同程度、略クーラント新液並み、あるいはクーラント新液に略準ずる加工速度と加工品質が得られ、リサイクル率の改善が図られることとなる。本発明によれば、十分な加工速度を示すクーラント廃液の再生方法を提供できる。ただし、これらは本発明を限定するものではない。

本明細書において「クーラント廃液」とは、クーラント液として用いられた後に排出された使用済みのクーラント液のことをいう。例えば、金属加工に用いられた使用済みのクーラント液をいう。金属加工とは、例えば、電気電子部品及び半導体製造工程で行われる金属加工等が挙げられる。クーラント廃液は、例えば、シリコンウエハ等の半導体製造工程において用いられたクーラント液の廃液などがある。クーラント廃液は、例えば、クーラント液と、砥粒及び又は切粉（例えば、シリコン切粉、シリコン屑）とを含みうる。

本明細書において「再生クーラント液」とは、クーラント廃液を再生又は処理して得られた処理液を用いて調製されたクーラント液のこという。本明細書においてクーラント液は特に制限されるものではなく、公知のクーラント液であればよいが、例えば、潤滑用又は冷却用に用いられるクーラント液などがある。クーラント液の組成は、特に制限されるものではないが、一例を挙げると、グリコール類及びトリエタノールアミン等を基材とする水溶性クーラント液がある。
クーラント液におけるグリコール類の濃度は特に制限されるものではないが、クーラント液の粘度低下による濾過し易さ、すなわち、濾過時の低圧力損失化を考慮に入れると、例えば、２〜２０重量％、好ましくは２〜７重量％である。グリコール類としては、例えば、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、及びポリエチレングリコール等が挙げられ、中でもジエチレングリコールが好ましい。

本明細書において「再生クーラント液が十分な加工速度を示す」としては、例えば、再生クーラント液が、使用前のクーラント液と略同程度又は使用前のクーラント液と遜色ない程度の加工速度で、例えば、シリコンインゴットのワイヤーカットを行うことができることが挙げられる。ただし、これに限定されるものではない。

本発明は、一つの態様として、クーラント廃液を遠心分離する工程、及び前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、を含む、クーラント廃液を再生する方法（以下、「本発明の再生方法」ともいう）に関する。本発明の再生方法によれば、クーラント廃液を遠心分離及び濾過処理した後、濾過後の濾液を加熱処理することから、濾過手段による濾過前のクーラント廃液は加熱されておらず、クーラント廃液に含まれるシリコン粒子が加熱による加水分解により溶け出し、濾過されずに濾過手段を通過し濾液中への溶出とその後の冷えによる固形物析出を防止することができる。
したがって、クーラント廃液から、クーラント再生液中の粒子濃度を低下させ、クーラント液が用いられる加工時に、加工対象物に対して、加工速度と加工品質の悪化を防止できるという効果を奏する。十分な加工速度が得られる再生クーラント液を得ることができるという効果を奏する。

遠心分離工程は、クーラント廃液を遠心分離する工程であって、例えば、遠心分離によってクーラント廃液をスラッジ（固形分を含む濃縮液）と分離液と分離することが挙げられる。固形分としては、例えば、砥粒及び又は切粉（例えば、シリコン切粉、シリコン屑）等が挙げられる。遠心分離条件は特に制限されるものではなく、クーラント廃液の組成に応じて適宜決定できるが、例えば、１０００Ｇ〜４０００G、１８００Ｇ〜４０００Ｇ、２５００Ｇ〜４０００Ｇ、１０００Ｇ〜２５００Ｇ、又は１８００Ｇ〜２５００Ｇの範囲で行うことができる。

濾過工程は、遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過処理する工程である。孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過処理することにより、分離液に含まれるＳｉ粒子を十分に除去できると共に、分離膜に含まれる微生物を除去することができる。一般的な微生物の大きさは０．５〜１μｍであり、また、略１．０μｍ程度の粒子を除去すれば、回収クーラント中のＳｉ濃度はほとんど除去できることから、上記範囲の濾過膜であれば、分離液に含まれる微生物は、濾過膜によって濾過及び又は付着する等により除去される。
なお、０．５μｍ未満の微生物もあり、また、１．０μｍ未満の粒子もあることから、より高性能に確実性を期して、Ｓｉ粒子及びに生物の除去を十分に行う点と圧力損失から、濾過膜の孔径は、０．１μｍ以上１．０μｍ未満が好ましく、より好ましくは０．２μｍ以上０．５μｍ未満である。更に好ましくは、０．２μｍ以上０．４μｍ未満である。濾過膜としては、例えば、中空糸膜等を用いることができる。

濾過工程における分離液に含まれるグリコール類及び又はトリエタノールアミン等（以下、「グリコール類等」ともいう）を含み、その濃度は、例えば、２０重量％以下であり、濾過効率の点から、好ましくは３〜２０重量％、より好ましくは２〜７重量％、さらに好ましくは５重量％である。

本発明の再生方法は、濾過効率の点から、濾過工程に先立ち、分離液の粘度及び又はグリコール類等の濃度を調整する工程を含んでいてもよい。

本発明の再生方法は、さらに、再生クーラント液の調製工程を含んでいてもよい。再生クーラント液の調製工程は、濾過工程で得られた濾液を用いて再生クーラント液を調製するための工程であって、例えば、濾液と、必要に応じて、水、及び／又は使用前のクーラント液（新液）とを混合して再生クーラント液の濃度を調整する工程、再生クーラント液を加熱殺菌する工程、及び再生クーラント液を冷却する工程を含んでいてもよい。再生クーラント液の冷却は、室温にまで冷却すればよい。加熱殺菌工程における加熱温度は特に制限されるものではなく、再生クーラント液を十分に殺菌し、細菌の繁殖を抑制可能な温度であって、例えば、６０〜８０℃、好ましくは７０〜８０℃、より好ましくは略８０℃である。加熱時間も特に制限されるものではなく、クーラント廃液を十分に殺菌可能な時間であって、例えば、１〜２時間、０．５〜１時間が好ましい。再生クーラント液の濃度を維持する点から、再生クーラント液を加熱した時に発生した蒸気を回収することが好ましい。

再生クーラント液の加熱殺菌は、細菌の繁殖を抑制する点から、定期的に行ってもよく、例えば、６〜４８時間毎に１０分〜１時間程度の加熱を行うことができる。加熱温度は上記の通りである。

本発明の再生方法において、熱効率の点及びランニングコストの低減の点から、再生クーラント液の調製工程における再生クーラント液の加熱と再生クーラント液の冷却とをヒートポンプの凝縮熱による加熱と蒸発による冷却、又はペルチェ素子（サーモ・モジュール）の発熱と冷却により行ってもよい。ヒートポンプあるいはペルチェ素子のように、同時に発熱と冷却するものを使用すれば、エネルギー効率の良い加熱冷却を行なうことができる。省エネとなる。

本発明の再生方法は、濾過膜を逆洗する工程を含んでいてもよい。濾過効率及び再生効率の点から、濾過膜の逆洗を定期的に行うことが好ましい。逆洗は、例えば、予め決定された間隔で行ってもよいし、処理量が所定量を超えた場合に行ってもよいし、検知された濾過圧が所定値以上の場合に行ってもよい。このため、本発明の再生方法は、濾過膜の濾過差圧を検知すること、及び検知した濾過差圧が所定の値以上であれば前記濾過膜の逆洗を行うことを含んでいてもよい。濾過差圧の検知は、例えば、半導体歪センサーなどにより行うことができる。

本発明は、その他の態様として、クーラント廃液を遠心分離する工程、及び前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、を含む、クーラント廃液の処理方法（以下、「本発明の処理方法」ともいう）に関する。本発明の処理方法によれば、クーラント廃液を遠心分離及び濾過処理した後、加熱処理することから、十分な加工速度が得られる再生クーラント液を得ることができるという効果を奏する。本発明の処理方法において、遠心分離工程、及び濾過工程は本発明の再生方法と同様に行うことができ、本発明の再生方法において行うことができるその他の工程についても同様である。

本発明は、さらにその他の態様として、クーラント廃液を遠心分離する遠心分離手段と、前記遠心分離装置によって得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する濾過手段とを含む、クーラント廃液の処理システム（以下、「本発明の処理システム」ともいう）に関する。本発明の処理システムによれば、クーラント廃液を遠心分離及び濾過処理した後、加熱処理することから、十分な加工速度が得られる再生クーラント液を得ることができるという効果を奏する。

本発明は、さらにその他の態様として、クーラント廃液を遠心分離する工程、前記遠心分離工程により得られた分離液を濾過する工程、前記濾過工程により得られた濾液を加熱する工程、及び前記加熱後の濾液を用いて再生クーラント液を調製する工程、を含む、再生クーラント液の製造方法（以下、「本発明の製造方法」ともいう）に関する。本発明の製造方法によれば、クーラント廃液を遠心分離及び濾過処理した後、加熱処理することから、十分な加工速度が得られる再生クーラント液を得ることができるという効果を奏する。本発明の製造方法において、遠心分離工程、濾過工程、及び再生クーラント液の調製工程は本発明の再生方法と同様に行うことができ、本発明の再生方法において行うことができるその他の工程についても同様である。

以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１のクーラント廃液の再生方法に用いる処理システムの概略構成図である。本実施形態１のクーラントは、クーラント廃液回収槽１と、遠心分離機２と、濾過機３と、回収槽４と、再生クーラント液貯留槽５とを有する。

クーラント廃液回収槽１は、使用済みのクーラント液（クーラント廃液）を貯留するための槽である。クーラント廃液回収槽１には、底部に沈殿したスラッジ等の固形分を排出可能な排出口を備えていてもよい、

遠心分離機２は、クーラント廃液回収槽１から供給されたクーラント廃液をスラッジ（固形分を含む濃縮液）と分離液と分離するできるものであれば特に制限されず、公知の遠心分離装置を使用することができる。遠心分離機２は、クーラント廃液の遠心分離により分離された固形分を排出可能な排出口を備えていてもよい。

濾過機３は、遠心分離機２から供給された分離液を濾過理して、分離液中の固形分（例えば、シリコン微細粒子、及び殺菌等）を除去するためのものであって、少なくとも、孔径１．０μｍ未満の濾過膜を備える。濾過膜としては、例えば、中空糸膜当が使用できる。中空糸膜の直径（φ）は、例えば、４〜８ｍｍである。

回収槽４は、濾過機３で濾過された濾液を回収し、その濃度を調整することによって再生クーラント液を調製するためのものであって、例えば、純水貯留槽６と使用前のクーラント液（新液）貯留槽７とを備えていてもよい。また、回収槽５は、調製される再生クーラント液の濃度を計測できる濃度計等を備えていてもよい。

再生クーラント液貯留槽５は、回収槽４で濃度調整された再生クーラント液を貯留するための槽である。再生クーラント液貯留槽５は、再生クーラント液を冷却可能な冷却手段、及び又は再生クーラント液を加熱して殺菌可能な加熱手段を備えていてもよい。

以下に、本実施形態１のクーラント廃液の処理システムを用いてクーラント廃液を再生し、再生クーラント液を調製する方法について、シリコンインゴットをワイヤーソーでウエハにスライスする工程において排出されるクーラント廃液（使用済みクーラント液）を例にとり、説明する。

まず、クーラント廃液貯留槽１に、例えば、シリコンインゴッド等のスライスなどの切り出しに用いられた使用済みのクーラント液（クーラント廃液）が収容される。クーラント廃液は、例えば、シリコン切粉、及びシリコン屑等を含む。クーラント廃液貯留槽１にクーラント廃液が所定量収容されると、クーラント廃液貯留槽１からポンプ等を用いて遠心分離機２に所定量のクーラント廃液を供給する。遠心分離機２にクーラント廃液が所定量供給されると、遠心分離機２において遠心分離を行い、クーラント廃液をスラッジと分離液（上清）とに分離する。これにより、クーラント廃液に含まれる固形分の少なくとも一部が分離される。分離条件は、上述の通りであり、例えば、１０００Ｇ〜４０００G、好ましくは１８００Ｇ〜２５００Ｇの範囲で行うことができる。

ついで、遠心分離機２で分離された分離液を濾過機３にポンプ等で供給し、濾過機３において分離液の濾過（例えば、膜濾過等）を行う。これにより、分離液に含まれるシリコン微細粒子、及び細菌等の微生物等の固形分、粒子を除去し、濾液と濾過濃縮液とに分離する。

濾過条件は特に制限されるものではないが、例えば、濾過膜が中空糸膜である場合、φ４〜８ｍｍ×１〜２ｍＬとし、濾過差圧は、例えば、５０〜１５０ｋＰａ（０．５〜１．５ｋｇ／ｃｍ²）となるにすることができる。

濾過効率の点から、濾過に先立ち、必要に応じて分離液の粘度又はグリコール類の濃度を調整してもよい。

濾過機３で得られた濾液を回収槽４に供給し、回収槽４において再生クーラント液を調製する。再生クーラント液の調製は、濾液を加熱殺菌処理し、その加熱殺菌処理された濾液と、必要に応じて純水あるいは／および使用前のクーラント液等を用いて、再生クーラント液の濃度を所定の濃度に調整することによって行うことができる。使用前のクーラント液として、例えば、ジエチレングリコールを用いて、再生クーラント液の濃度を所定の濃度に調整する。
クーラント液の粘度低下による濾過し易さ、すなわち、濾過時の低圧力損失化を考慮に入れて、再生クーラント液の濃度を、例えば、２〜２０重量％、好ましくは２〜７重量％に調整する。
クーラント液としては、潤滑、冷却、あるいは／および洗浄機能があればよく、例えば、グリコール類あるいは／およびトリエタノールアミン等を基材とする水溶性クーラント液などがある。グリコール類としては、例えば、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、およびポリエトレングリコール等が挙げられ、中でもジエチレングリコールが好ましい。
所定の濃度に調整された再生クーラント液を再生クーラント液貯留槽６に供給し、貯留する。再生クーラント液貯留槽６に貯留された再生クーラント液は、使用前のクーラント液と同様に、シリコンインゴット等の切り出し等といった金属加工のためのクーラント液として用いることができる。

再生クーラント液貯留槽６への供給に先立ち、再生クーラント液を加熱殺菌し、ついで常温（例えば、２５℃）までに冷却することが好ましい。これにより、再生クーラント液における細菌等の発生をさらに抑制することができる。加熱温度は、特に制限されるものではないが、上記の通りであり、例えば、５０〜８０℃、好ましくは６０〜８０℃である。再生クーラント液の冷却は、自然冷却であってもよいし、冷却手段を用いて行ってもよく、処理効率の点から、冷却手段を用いて行ってもよい。
加熱と冷却はヒートポンプの凝縮による加熱と蒸発による冷却を用いても良いし、ペルチェ素子の発熱と冷却を用いても良い。ヒートポンプあるいはペルチェ素子のように、同時に発熱と冷却するものを使用すれば、エネルギー効率の良い加熱冷却を行なうことができる。

遠心分離機２で分離されたスラッジ及び／又は濾過機３で濾別された濾過濃縮液を回収してもよい。

本発明は、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断やスライス、研磨、ダイシング、インゴッドの切り出しなどに用いられたクーラント廃液の再生処理などに用いることができる。

１ クーラント廃液回収槽
２ 遠心分離機
３ 濾過機
４ 回収槽
５ 再生クーラント液貯留槽
６ 純水貯留槽
７ クーラント液（新液）貯留槽

Claims (10)

1. クーラント廃液を遠心分離する工程、及び
   前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、
   を含む、クーラント廃液の再生方法。
2. 前記クーラント廃液は、半導体製造工程で使用されたクーラント液である、請求項１記載の再生方法。
3. 前記クーラント液は、ジエチレングリコールを２〜２０重量％含む、請求項１又は２に記載の再生方法。
4. 前記濾過膜は、中空糸膜である、請求項１から３のいずれかに記載の再生方法。
5. 前記濾過膜を定期的に逆洗することを含む、請求項１から４のいずれかに記載の再生方法。
6. 濾過差圧を検知すること、及び検知した濾過差圧が所定の値以上であれば前記濾過膜の逆洗を行う、請求項１から５のいずれかに記載の再生方法。
7. 前記濾過工程により濾液を用いて再生されたクーラント液を調製する工程を含む、請求項１から６のいずれかに記載の再生方法。
8. クーラント廃液を遠心分離する工程、及び
   前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、
   を含む、クーラント廃液の処理方法。
9. クーラント廃液を遠心分離する遠心分離手段と、
   前記遠心分離装置によって得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する濾過手段と、
   を含む、クーラント廃液の処理システム。
10. クーラント廃液を遠心分離する工程、
    前記遠心分離工程により得られた分離液を孔径１．０μｍ未満の濾過膜を用いて濾過する工程、及び
    前記濾過工程により濾液を用いて再生されたクーラント液を調製する工程、
    を含む、再生クーラント液の製造方法。

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