JP3961637B2

JP3961637B2 - Abrasive recovery method

Info

Publication number: JP3961637B2
Application number: JP22443497A
Authority: JP
Inventors: 昭夫出羽; 幸雄奥田; 幸二小西
Original assignee: 三原菱重エンジニアリング株式会社
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: JPH1148146A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハーなどの切断に使われたワイヤーソーの研削廃液から砥粒を回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、特開平８−１６８９５０号公報に示されているシリコンウエハー等を切断するマルチワイヤーソーにて使用された研削液から砥粒を回収する装置である。
図６において、３３は遠心分離機を構成する回転体容器で、タンク３６からポンプ３７によって研削液（砥液）が供給管３４を介して供給される。
【０００３】
回転体容器３３内で大径の砥粒を遠心分離された研削液は外側のオーバーフロー回収容器３５に流れ研削液戻り口３８からタンク３６へ戻される。
３９は、タンク３６内の攪拌機である。
【０００４】
このように、本装置では、使用済みの研削液を遠心分離機にかけ、油（ラッピングオイル）中から大径（１０μｍ以上）の砥粒のみを回収しようとするもので、研削性能を低下させると考えられているワークの研削粉や破砕して微粉化した砥粒は油とともに排出し、残った大径の砥粒のみを再度支持油と混合し再使用するものである。
【０００５】
以上のような仕様では、切断性能に悪影響を及ぼすものは遠心分離によって全て除去されている筈であるから、砥粒は破砕して小径化しない限り、永久に使用可能な筈であるが、実際には寿命は２倍程度（再使用回数１回）しか伸びないと書かれている。
【０００６】
この事は、特開平８−１６８９５０号公報の技術では切断性能に悪影響する要因、物質が全て除去されていないものと思われる。また、砥粒径についても、新品の砥粒では、既に１０μｍ以下のものを含む砥粒であっても問題無く使用されている事から砥粒の小径化が切断性能の低下の主因では無いように考えられる。
【０００７】
そこで、上記の疑問を解明するために、ワイヤーソーの使用済み研削液を遠心分離し回収された大径の砥粒の性状の調査を試みた。しかし、そのままのものはもとより、更に支持油を添加・希釈し粘度を低下させて遠心分離し易くした後遠心分離しても、砥粒の周りには強固に油が付着しており、砥粒がどのようになっているのかを観察する事は出来なかった。
【０００８】
そこで、砥粒周りの油を除去するために、遠心分離して大部分の油を除去した後、油性の溶剤を添加後遠心分離してみたが、この状態では、相変わらずスラリー状を呈しており砥粒の観察は出来なかった。そこで次に、水溶性の溶剤であるメチルアルコールを添加し遠心分離したところ、油分は完全に除去され砥粒の状況を観察出来るようになった。
【０００９】
図７はこのときの砥粒の状況を走査型電子顕微鏡で観察したものである。砥粒の表面が粒状の物質で覆われている事がわかる。この物質をＥＰＭＡで分析したところ、Ｓｉ即ちワークであるシリコンウエハーの研削粉である事がわかった。
【００１０】
以上のようにワークの研削粉は砥粒表面に付着しており、単なる遠心分離ではこのワーク研削粉を除去不可能であり、これが特開平８−１６８９５０号の方法では砥粒の寿命が２倍程度しか伸びなかった理由と考えられる。更に、切断回数とともに研削性能が低下する主因も砥粒表面への研削粉の付着にあるものと推定される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のところで述べたように、単なる遠心分離では、砥粒表面に付着した研削粉の除去は不可能であり、これが従来法で回収された砥粒の寿命増加が２倍程度にとどまった理由と考えれた。
【００１２】
即ち、使用済み研削液から、効果的に砥粒を回収するためには、砥粒表面に付着したワークの研削粉を除去する方法を確立する必要があり、このため本発明は次の方法を確立することを課題としている。
（１）砥粒の周りに強固に付着している油を除去する方法の確立。
（２）砥粒表面に付着しているワークの研削粉を除去する方法の確立。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第一の課題の解決に対し、本発明では油性と水溶性の２種類の溶剤を用いる事で解決をはかった。
即ち、まず研削液から大部分の油を除去した後の廃液に対し油性の溶剤を添加した後、遠心分離等により液と固形物を濃縮した液とに分離し、次に固形物を濃縮した液に水溶性の溶剤を添加し遠心分離等により固形物を回収する。
【００１４】
尚、このようなプロセスを採用するに先立って、色々な溶剤を単独で用いる方法或いは、水溶性の溶剤をまず用い次に油性の溶剤を用いる方法を試みたがいずれも固形物と液の分離は出来なかった。
【００１５】
ワイヤーソーに用いられる研削液はラッピングオイルにＳｉＣ等の砥粒を添加したものであるが、砥粒の沈澱防止等を目的に種々の添加剤が加えられており、これが単一の溶剤では油と固形物が分離しなかった理由と考えられる。
【００１６】
油性の溶剤を先に用いる必要があったのは、量的に油分が多いだけでなく水溶性の溶剤に溶ける物質が固形物周りに存在し、水溶性の溶剤と接するためには、先ず周りの油分を取り除く必要があったものと考えられる。
【００１７】
ここで油性及び水溶性夫々の溶剤は次のものを試み、有効である事を確認した。
油性の溶剤：ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、アセトン、灯油、アイソパー。
水溶性の溶剤：メチルアルコール、エチルアルコール、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、か性ソーダ水溶液。
【００１８】
また、本発明において、研削液から大部分の油を除去する工程には遠心濾過法や遠心分離法を用いることができる。
【００１９】
次に、第二の課題の解決に対し、本発明では、研削液から前記したように油性の溶剤と水溶性の溶剤を用いて油分を除去した固形物を得たのち、この固形物から次の（１）、（２）のいづれかの方法で砥粒を分離することで対応する。
【００２０】
（１）か性ソーダ水溶液によりワーク研削粉を溶解。
常温近くの温度ではＳｉとか性ソーダの反応は不可能と考えられていたが、微粉末の場合には十分反応する事を見い出し、研削粉の除去に利用した。
【００２１】
この方法では、ワーク研削粉であるＳｉが定性的には次の反応によって除去される。
【００２２】
【化１】

【００２３】
尚、化学便覧によると７００℃以下ではＳｉはアルカリと反応しない事になっているが、本発明においてＳｉの除去にアルカリの使用が可能になったのは、Ｓｉが微粉末で極めて表面積が大であったためと考えれる。一例として２０％か性ソーダ水溶液に浸漬し２０℃において１０分間程度で除去できる。
この場合、ＳｉはＳｉＯ₃ ^2-として存在するため水洗により除去出来、フィルター等による分級は不要である。また、本法の場合、処理液が水溶性の溶剤と同系統となるため、濃度を適正化すれば統一することができる。
【００２４】
（２）界面活性剤を添加した水中で固形物に機械力を作用させ、砥粒からワークの研削粉を除去した後、フィルター等により大径の砥粒と小径の砥粒及び研削粉を分離。
第一の課題を解決する方法で分離した固形物を水或いはメチルアルコールに侵漬し、超音波洗浄を行ったが砥粒に付着した研削粉は除去出来なかった。
また、油性及び水溶性の溶剤による２段階の油除去では、ワークの研削粉と砥粒を付着させている油分等の除去は不可能であった。
【００２５】
そこで、本発明では研削粉表面の油分を表面活性剤と置換することにより研削粉と砥粒との付着力を弱めた後、超音波力や回転式の攪拌翼による攪拌などの機械的力を作用させ砥粒から研削粉を分離させ、その後フィルターにより砥粒より小径の研削粉を除去し、砥粒を回収する。
【００２６】
一例として１％の界面活性剤（商品名「ママレモン」）を添加後超音波洗浄や回転式の攪拌機による攪拌を実施したところ、砥粒から研削粉を分離する事が出来た。次に研削粉や微細な砥粒を除去するため５μｍのフィルターで濾過した結果、ほぼ砥粒のみを回収する事が出来た。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を用い、本発明の砥粒回収方法について実施の形態に基づいて具体的に説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１に第１実施形態における砥粒回収システムを示した。１は遠心濾過機である。１５は遠心濾過するための濾布１６と濾布を支持する金網１７を支持回転する回転ドラムであり、軸受５で支持しモーター４で駆動されるようになっている。回転ドラム１５の直径ｄは３８０ｍｍ、高さｈは２５０ｍｍ、堰の幅ａ（回転ドラムの回転による遠心力は水平方向に働くため、この幅ａは堰の高さとして働く）は５０ｍｍである。
【００２９】
２はスラリータンク、３は定量ポンプである。６は回収オイルタンク、７は溶剤（アセトン）タンク、８は溶剤（アルコール）タンク、９はアルカリタンクを示す。
１１は洗浄水の供給量を調節するバルブである。
【００３０】
図１の砥粒回収システムにおいて、研削廃液からの砥粒の回収は先ずスラリータンク２に溜められている研削廃液をポンプ３によって回転ドラム１５中に注ぎ回転ドラム１５の遠心力（１５００ｒ．ｐ．ｍ）によって濾過し、濾過した液は回収タンク６に入れる。１８は供給したスラリーがそのまま回収タンク６に流れ込まないようにするための堰である。
【００３１】
次に溶剤タンク７からアセトンをポンプ１２でくみ上げ、回転ドラム１５の内面の濾布１６上に堆積した油を含む固形層に吹き付ける等してアセトン中に油を溶かし込みながら遠心濾過し、濾過した液は溶剤タンク７に回収する。
【００３２】
更に引き続き、溶剤タンク８から水溶性の溶剤メチルアルコールをポンプ１３でくみ上げ遠心濾過機１の固形層上に注ぎ、遠心濾過し完全に油分を除去する。以上の操作で砥粒及びワーク研削粉上の油分は、ほぼ完全に取り除かれ研削粉末表面と溶液との反応が可能な状態となる。
【００３３】
この段階で次に２０％程度のか性ソーダ水溶液をタンク９からポンプ１４によりくみ上げ固形層の砥粒に接触させることによりＳｉの粉末を溶解し除去する。次に、アルカリ分を除去するためバルブ１１から洗浄水を供給し洗浄する。
【００３４】
最後に遠心力により水切りをし、図示されていないブレードにより固形層をかき落とし回転ドラムの下部にあけられたケーキ取り出し口より外部に取り出し、支持油等と混合し研削液として再利用する。図２は回収された砥粒の外観（走査型電子顕微鏡写真）であり、図７に見られるような研削粉の付着は認められない。尚、タンク７，８，９の洗浄液は洗浄効果が低下した場合更新が必要である。
【００３５】
この結果、回収された砥粒は回収率が９０％程度であったため、一部新品の砥粒を補給したが、５回までの再使用では、特に切断性能の低下は認められなかった。このように本方法で回収された砥粒は極めて優れており新品同様である事がわかった。
【００３６】
（第２実施形態）
第１実施形態では研削廃液からの砥粒の分離に遠心濾過法を採用したが、遠心分離法でも、砥粒の回収が可能な事が分かった。即ち、図１において１の遠心濾過機の代わりに遠心分離機を用いる方法である。この場合、回転ドラム１５は孔なしであり、濾布１６、金網１７は無い。
【００３７】
この代わりに回転ドラムの端部にある堰１８の幅を調整し分離された研削粉及び破砕した微細な砥粒粉が油とともにオーバーフローし回収オイルタンク６に入るようにする。この場合、遠心濾過と異なり固形層中の油分は回収不可能で、次の洗浄液に持ち込まれるため、その分、洗浄液の寿命が小さくなるが、回収される砥粒の品質は第１実施形態の場合と同様である。
【００３８】
（第３実施形態）
第１，第２実施形態においては砥粒上に付着したＳｉの粉末を、アルカリ水溶液中に溶解させる事により除去したが、本実施形態では図１のプロセスにおいて、水溶性の溶剤メチルアルコールで完全に油分を除去するまでの工程は同じとし、その後、次のように処理した。
【００３９】
界面活性剤を１％程度添加した水とともに、前記したようにほぼ完全に油分を除去した固形物（Ｓｉの研削粉が付着した砥粒）を図３の攪拌槽１９に入れ１０分間程度ヘリカルスクリュウ２０によって、攪拌した。その結果、砥粒とＳｉの粉末が分離する事を確認した。尚、ドラフト管２１は循環を安定化させるためのものである。
【００４０】
また、この時の水と砥粒の体積割合は１：１であった。そこで引き続き水洗するとともに５μｍのフィルターで濾過した結果、Ｓｉ粉末は５μｍ以下のため、フィルターを通過しフィルター上には粗い砥粒のみが残り、これを回収する事により砥粒の回収が出来た。
回収された砥粒による切断テストでは新品同様の性能が得られた。勿論、寿命についても５回までの再使用では、性能低下は見られなかった。
【００４１】
（第４実施形態）
第３実施形態と同様、図１のプロセスにおけるメチルアルコールで洗浄するまでの工程は同じで、その後、ほぼ完全に油分が除去された固形物を１％程度界面活性剤を添加した水とともに図４の攪拌槽１９に入れゆっくり攪拌しながら超音波振動子２４によって超音波エネルギーを照射した。
【００４２】
このように、超音波洗浄を併用した結果、Ｓｉの付着量が超音波洗浄を併用しなかった場合の１／２以下になり、超音波洗浄の併用の有効性がわかった。尚、砥粒は第３実施形態と同様水洗するとともに５μｍのフィルター２３で濾過後回収した。このようにして回収された砥粒の切断性能は他の実施形態の場合と同様であった。
【００４３】
（第５実施形態）
第１実施形態においてＳｉの粉末の除去に用いたか性ソーダ水溶液は水容性の溶剤であることから、メチルアルコールの添加工程を省略し、直ちにか性ソーダ水溶液による溶解除去に入ることを試みた。その結果、最初は洗浄作用のためか反応開始が多少遅れたが、その後は順調に反応が進み、本方法が実用可能なことを確認した。（メチルアルコールの添加を省略した以外は第１実施形態と同様である。
【００４４】
（第６実施形態）
図５はケーク層（砥粒が濃縮したスラリー層）の濾過抵抗が大きく、固形層が形成したままではアセトンやアルコールによる洗浄が不可能な場合のプロセスを示す図である。
１′は第２実施形態と同様、遠心分離機である。スラリータンク２から供給されたスラリーは、遠心分離器１によって２３００ｒ．ｐ．ｍ程度で、遠心分離され微細な砥粒及び研削粉は油とともに堰１８を越え、回収オイルタンク６に分離回収される。この場合、砥粒間に存在する油の分離は不可能である。
【００４５】
次に、回転ドラム１５′を６０ｒ．ｐ．ｍ程度で回転させながら、ブレード２５を半径方向及び上下方向に動かすことにより固形層を掻き落とし、次に溶剤タンク７よりアセトンを供給し、更に攪拌機２６により固形層とアセトンを十分に混合する事により、アセトン中に油を完全に溶け込ます。
【００４６】
ここで、回転ドラム１５′の回転を２３００ｒ．ｐ．ｍに上げ、油の溶け込んだアセトンと砥粒を分離し、アセトンは溶剤タンク７に回収する。
次にアルコールによる油分の分離についてもアセトンによる場合と同様に固形層の掻き落とし、溶剤タンク８からのアルコールの添加・攪拌機２６による攪拌、分離機１′による遠心分離でアルコールの回収を行う。
【００４７】
更にアルカリによる研削粉の溶解についても、同様の手順を踏み、処理を行った。最後に回収砥粒に付着しているアルカリ分を洗浄するのであるが、固形層を崩し、液を加えて再スラリー化する遠心分離機では底部に取り出し口を設ける事が困難なため、バルブ１１を開放して洗浄水を供給後、洗浄水とともに、砥粒を吸引ポンプ２８により吸出しフィルターにより濾過する。濾過排水は排水タンク１０′に回収する。
【００４８】
以上のプロセスにより固形層の濾過抵抗が大きいスラリーについても能率良く回収する事が出来る。以上のプロセスで砥粒を回収したが、回収された砥粒の切断性能には問題は見出せなかった。
【００４９】
以上の実施形態では、油性の溶剤としてはアセトン、水溶性の溶剤としてはメチルアルコール、か性ソーダ水溶液しか記述しなかったが、油性の溶剤については、ＴＨＦ、灯油，アイソパー、水溶性の溶剤については、エチルアルコール、ＩＰＡについて実施し、良好な結果を得た。このため、ここに記述した溶剤以外についても同様に回収プロセスが成り立つものと考えられる。尚、溶剤の選択は、研削液に添加された成分に拠る他、溶剤の価格、入手性、安全性、耐環境性等を考えて実施すればよい。
【００５０】
また、界面活性剤については、今回はテストにより非イオン系の界面活性剤（商品名「ママレモン」）を選択したが、ラッピングオイル中の添加剤によっては、イオン系界面活性剤（アニオン型、カチオン型、両性イオン型）を含めた各種の界面活性剤の中から適当なものを選定すればよい。
【００５１】
この他、前記実施形態には記述していないが、本発明の最初のステップにおける遠心濾過や遠心分離に代えて加圧濾過等の採用可能な事、また、本発明のプロセスの運転効率をあげるため、溶剤の蒸留回収などの設置が有効である事は自明である。
【００５２】
更に実施形態３、４において砥粒と研削粉の分離にフィルターを用いているが、これらの比重差や水に対する濡れ性の相違を利用した浮遊分離、サイクロン等の利用も有効である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の砥粒回収方法においては、油性の溶剤を使った遠心分離の後、分離された固形層に対し水溶性の溶剤を使った遠心分離で固形物に付着した油分を充分に除去することができる。こうして油分を除去した固形分からは、か性ソーダ水溶液によるＳｉの溶解、または界面活性剤を添加した水中で機械的力を作用させることにより付着しているＳｉ粒を分離し、再利用可能な砥粒を回収することができる。
【００５４】
以上のように、本発明の砥粒回収方法によれば、油分やＳｉ粒が付着していない純度の高い砥粒が回収されるため、切断性能の低下がなく繰り返し使用回数が大きい。また、本発明による砥粒回収方法は高温での反応を伴わないので、エネルギー効率が良く、安全なプロセスである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る砥粒回収システムの概念図。
【図２】第１実施形態の方法によって回収された砥粒の走査型電子顕微鏡写真。
【図３】第３実施形態における砥粒に付着した研削粉を分離する装置（攪拌槽）の説明図。
【図４】第４実施形態における砥粒に付着した研削粉を分離する装置（攪拌槽に超音波発振子を併設）の説明図。
【図５】第６実施形態における砥粒回収システムの概念図。
【図６】従来の砥粒回収システムを示す概念図。
【図７】油を完全に除去した砥粒表面に付着している研削粉の走査型電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
１遠心濾過機
１′ 遠心分離機
７油性の溶剤タンク
８水溶性の溶剤タンク
９アルカリタンク（Ｓｉの溶解用）
２３フィルター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for recovering abrasive grains from a wire saw grinding waste liquid used for cutting a silicon wafer or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 shows an apparatus for recovering abrasive grains from a grinding liquid used in a multi-wire saw for cutting a silicon wafer or the like disclosed in JP-A-8-168950.
In FIG. 6, reference numeral 33 denotes a rotating body container constituting a centrifuge, and a grinding liquid (abrasive liquid) is supplied from a tank 36 by a pump 37 through a supply pipe 34 .
[0003]
The grinding liquid obtained by centrifuging large-diameter abrasive grains in the rotating body container 33 flows into the outer overflow recovery container 35 and is returned to the tank 36 from the grinding liquid return port 38 .
Reference numeral 39 denotes a stirrer in the tank 36 .
[0004]
In this way, in this device, the used grinding fluid is applied to a centrifuge to collect only large-diameter (10 μm or larger) abrasive grains from the oil (lapping oil). The grinding powder of the workpiece considered and the abrasive grains crushed and pulverized are discharged together with the oil, and only the remaining large-diameter abrasive grains are mixed with the supporting oil again and reused.
[0005]
In the specifications as described above, all that have an adverse effect on cutting performance is the wrinkles that have been removed by centrifugation, so the abrasive grains should be usable permanently unless they are crushed and reduced in diameter. It is written that the service life will only be extended about twice (one reuse).
[0006]
This is considered to be because all the factors and substances that adversely affect the cutting performance are not removed by the technique of JP-A-8-168950. Also, with regard to the abrasive grain size, the new abrasive grains are already used without any problem even if the abrasive grains include those of 10 μm or less, so the reduction of the abrasive grain size does not seem to be the main cause of the decrease in cutting performance. Can be considered.
[0007]
Therefore, in order to elucidate the above question, an attempt was made to investigate the properties of the large-diameter abrasive grains recovered by centrifuging the used grinding fluid of the wire saw. However, even if it is centrifuged as it is, the oil is firmly attached around the abrasive grains even after centrifugation by adding and diluting the supporting oil to reduce the viscosity and making it easy to centrifuge. I couldn't observe how it was.
[0008]
Therefore, in order to remove the oil around the abrasive grains, after centrifuging to remove most of the oil, we tried centrifuging after adding an oily solvent, but in this state, it is still in the form of a slurry The abrasive grains could not be observed. Then, when methyl alcohol, which is a water-soluble solvent, was added and centrifuged, the oil was completely removed and the state of the abrasive grains could be observed.
[0009]
FIG. 7 shows the state of the abrasive grains observed with a scanning electron microscope. It can be seen that the surface of the abrasive grains is covered with a granular substance. When this material was analyzed by EPMA, it was found to be grinding powder of Si, that is, a silicon wafer as a workpiece.
[0010]
As described above, the workpiece grinding powder adheres to the surface of the abrasive grains, and it is impossible to remove the workpiece grinding powder by simple centrifugation. This is because the life of the abrasive grains is doubled in the method of JP-A-8-168950. This is thought to be due to the fact that it only grew to a certain extent. Furthermore, it is presumed that the main cause of the decrease in grinding performance with the number of cuttings is the adhesion of grinding powder to the abrasive grain surface.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the prior art, it is impossible to remove the abrasive powder adhering to the abrasive grain surface by simple centrifugation, and this is the reason why the increase in the life of the abrasive grains recovered by the conventional method is only about twice. It was thought.
[0012]
In other words, in order to effectively recover abrasive grains from the used grinding fluid, it is necessary to establish a method for removing grinding powder on the workpiece adhered to the abrasive grain surface. The challenge is to establish it.
(1) Establishment of a method for removing oil firmly adhering around abrasive grains.
(2) Establishment of a method for removing workpiece grinding powder adhering to the abrasive grain surface.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the first problem, the present invention has solved the problem by using two kinds of solvents, oily and water-soluble.
That is, first, an oily solvent is added to the waste liquid after removing most of the oil from the grinding liquid, and then the liquid and the solid are separated by centrifugation or the like, and then the solid is concentrated. A water-soluble solvent is added to the liquid, and the solid is recovered by centrifugation or the like.
[0014]
Prior to adopting such a process, a method of using various solvents alone or a method of using a water-soluble solvent first and then an oil-based solvent was tried. I couldn't.
[0015]
Grinding fluid used in wire saws is a wrapping oil with abrasive grains such as SiC added, but various additives are added to prevent precipitation of the abrasive grains. This is probably because the solids did not separate.
[0016]
It was necessary to use an oil-based solvent first because not only the amount of oil was quantitatively high but also a substance that was soluble in a water-soluble solvent was present around the solid material. It is thought that it was necessary to remove the oil content.
[0017]
Here, the following oil-based and water-soluble solvents were tried and confirmed to be effective.
Oily solvent: THF (tetrahydrofuran), acetone, kerosene, Isopar.
Water-soluble solvent: methyl alcohol, ethyl alcohol, IPA (isopropyl alcohol), caustic soda aqueous solution.
[0018]
In the present invention, a centrifugal filtration method or a centrifugal separation method can be used for the step of removing most of the oil from the grinding fluid.
[0019]
Next, in order to solve the second problem, in the present invention, after obtaining a solid from which oil has been removed from the grinding liquid using an oil-based solvent and a water-soluble solvent as described above, This is achieved by separating the abrasive grains by either method (1) or (2).
[0020]
(1) Dissolve workpiece grinding powder with caustic soda solution.
Although it was thought that the reaction of Si and soda was impossible at a temperature close to room temperature, it was found that it reacted sufficiently in the case of fine powder and was used for removing grinding powder.
[0021]
In this method, Si, which is a workpiece grinding powder, is qualitatively removed by the following reaction.
[0022]
[Chemical 1]

[0023]
According to the chemical handbook, Si does not react with alkali at 700 ° C. or lower. However, in the present invention, alkali can be used to remove Si because Si is a fine powder and has a very large surface area. It is thought that it was. As an example, it can be immersed in a 20% sodium hydroxide aqueous solution and removed at 20 ° C. in about 10 minutes.
In this case, since Si exists as SiO ₃ ^2−, it can be removed by washing with water, and classification by a filter or the like is not necessary. In the case of this method, since the processing solution is the same system as the water-soluble solvent, it can be unified by optimizing the concentration.
[0024]
(2) Acting mechanical force on the solid in water to which a surfactant has been added to remove the workpiece grinding powder from the abrasive grains, and then separating the large-diameter abrasive grains from the small-diameter abrasive grains and grinding powder with a filter or the like .
The solid separated by the method for solving the first problem was immersed in water or methyl alcohol and subjected to ultrasonic cleaning, but the grinding powder adhering to the abrasive grains could not be removed.
In addition, in the two-stage oil removal with an oily and water-soluble solvent, it is impossible to remove the oil or the like adhering the workpiece grinding powder and abrasive grains.
[0025]
Therefore, in the present invention, after reducing the adhesive force between the grinding powder and the abrasive grains by replacing the oil on the surface of the grinding powder with a surfactant, mechanical force such as ultrasonic force or stirring with a rotary stirring blade is applied. The abrasive powder is separated from the abrasive grains by the action, and then the abrasive powder having a smaller diameter than the abrasive grains is removed by a filter, and the abrasive grains are recovered.
[0026]
As an example, when 1% of a surfactant (trade name “Mama Lemon”) was added and then ultrasonic cleaning and stirring with a rotary stirrer were performed, the grinding powder could be separated from the abrasive grains. Next, as a result of filtering with a 5 μm filter in order to remove the grinding powder and fine abrasive grains, only the abrasive grains could be recovered.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the abrasive grain recovery method of the present invention will be specifically described based on embodiments with reference to FIGS.
[0028]
(First embodiment)
FIG. 1 shows an abrasive grain recovery system in the first embodiment. Reference numeral 1 denotes a centrifugal filter. Reference numeral 15 denotes a rotating drum that supports and rotates a filter cloth 16 for centrifugal filtration and a wire mesh 17 that supports the filter cloth, and is supported by a bearing 5 and driven by a motor 4. The diameter d of the rotary drum 15 is 380 mm, the height h is 250 mm, and the width a of the weir (the centrifugal force due to the rotation of the rotary drum acts in the horizontal direction, so this width a acts as the height of the weir) is 50 mm.
[0029]
2 is a slurry tank, 3 is a metering pump. 6 is a recovery oil tank, 7 is a solvent (acetone) tank, 8 is a solvent (alcohol) tank, and 9 is an alkali tank.
Reference numeral 11 denotes a valve for adjusting the supply amount of the washing water.
[0030]
In the abrasive recovery system of FIG. 1, the abrasive recovery from the grinding waste liquid is performed by first pouring the grinding waste liquid stored in the slurry tank 2 into the rotary drum 15 by the pump 3 (1500 rp. m), and the filtered liquid is put into the collection tank 6. Reference numeral 18 denotes a weir for preventing the supplied slurry from flowing into the recovery tank 6 as it is.
[0031]
Next, acetone is pumped up from the solvent tank 7 by a pump 12, and is centrifugally filtered while dissolving the oil in acetone by, for example, spraying it on a solid layer containing oil deposited on the filter cloth 16 on the inner surface of the rotary drum 15, and filtered. The liquid is collected in the solvent tank 7.
[0032]
Subsequently, the water-soluble solvent methyl alcohol is pumped up from the solvent tank 8 by the pump 13 and poured onto the solid layer of the centrifugal filter 1 and centrifugally filtered to completely remove the oil. With the above operation, the oil on the abrasive grains and the workpiece grinding powder is almost completely removed, and the surface of the grinding powder can react with the solution.
[0033]
At this stage, about 20% caustic soda aqueous solution is pumped from the tank 9 by the pump 14 and brought into contact with the abrasive grains of the solid layer to dissolve and remove the Si powder. Next, cleaning water is supplied from the valve 11 to remove the alkali content.
[0034]
Finally, the water is drained by centrifugal force, the solid layer is scraped off by a blade (not shown), taken out from the cake take-out port formed in the lower part of the rotating drum, mixed with supporting oil and reused as a grinding fluid. FIG. 2 shows the appearance of the recovered abrasive grains (scanning electron micrograph), and no adhesion of grinding powder as seen in FIG. 7 is observed. It should be noted that the cleaning liquids in the tanks 7, 8, and 9 need to be updated when the cleaning effect decreases.
[0035]
As a result, since the recovered abrasive grains had a recovery rate of about 90%, some new abrasive grains were replenished. However, when reused up to 5 times, the cutting performance was not particularly deteriorated. Thus, it turned out that the abrasive grain collect | recovered by this method is very excellent, and is the same as a new article.
[0036]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the centrifugal filtration method is employed for separating the abrasive grains from the grinding waste liquid. However, it has been found that the abrasive grains can be recovered even by the centrifugal separation method. That is, in this method, a centrifugal separator is used instead of the centrifugal filter 1 shown in FIG. In this case, the rotating drum 15 has no holes, and the filter cloth 16 and the wire mesh 17 do not exist.
[0037]
Instead, the width of the weir 18 at the end of the rotating drum is adjusted so that the separated grinding powder and crushed fine abrasive powder overflow with the oil and enter the recovered oil tank 6. In this case, unlike centrifugal filtration, the oil content in the solid layer cannot be recovered and is brought into the next cleaning liquid. Therefore, the life of the cleaning liquid is reduced correspondingly, but the quality of the recovered abrasive grains is the same as that of the first embodiment. Same as the case.
[0038]
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the Si powder adhering to the abrasive grains was removed by dissolving it in an alkaline aqueous solution. In this embodiment, in the process of FIG. The steps until the oil was removed were the same, and then treated as follows.
[0039]
Along with water to which about 1% of a surfactant is added, the solid matter (abrasive grains to which Si grinding powder is adhered) from which oil has been almost completely removed as described above is placed in the stirring vessel 19 of FIG. 3 for about 10 minutes. 20 and stirred. As a result, it was confirmed that the abrasive grains and the Si powder were separated. The draft pipe 21 is for stabilizing the circulation.
[0040]
At this time, the volume ratio of water and abrasive grains was 1: 1. Accordingly, as a result of subsequent washing with water and filtration through a 5 μm filter, the Si powder was 5 μm or less, so that only coarse abrasive grains remained on the filter after passing through the filter, and the abrasive grains could be recovered by collecting this.
In the cutting test with the collected abrasive grains, the same performance as a new article was obtained. Of course, with regard to the lifetime, no performance degradation was observed after re-use up to 5 times.
[0041]
(Fourth embodiment)
As in the third embodiment, the steps up to washing with methyl alcohol in the process of FIG. 1 are the same. Thereafter, the solids from which oil has been almost completely removed are mixed with water to which about 1% of surfactant is added, as shown in FIG. Then, ultrasonic energy was irradiated by the ultrasonic vibrator 24 while slowly stirring.
[0042]
Thus, as a result of using ultrasonic cleaning together, the adhesion amount of Si became 1/2 or less of the case where ultrasonic cleaning was not used together, and the effectiveness of the combined use of ultrasonic cleaning was found. The abrasive grains were washed with water in the same manner as in the third embodiment and collected after filtration with a 5 μm filter 23. The cutting performance of the abrasive grains thus collected was the same as in the other embodiments.
[0043]
(Fifth embodiment)
In the first embodiment, since the caustic soda aqueous solution used for removing the Si powder is a water-soluble solvent, the step of adding methyl alcohol was omitted, and an attempt was made to immediately start dissolving and removing with the caustic soda aqueous solution. . As a result, the start of the reaction was somewhat delayed at first because of the cleaning action, but thereafter the reaction proceeded smoothly, confirming that this method was practical. (Same as the first embodiment except that the addition of methyl alcohol is omitted.
[0044]
(Sixth embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a process in the case where the cake layer (slurry layer in which abrasive grains are concentrated) has high filtration resistance and cannot be washed with acetone or alcohol while the solid layer is formed.
1 'is a centrifuge like 2nd Embodiment. The slurry supplied from the slurry tank 2 is supplied by the centrifuge 1 to 2300 r. p. At about m, the finely divided abrasive grains and grinding powder are separated and collected in the recovered oil tank 6 through the weir 18 together with the oil. In this case, separation of the oil existing between the abrasive grains is impossible.
[0045]
Next, the rotating drum 15 'is moved to 60r. p. While rotating at about m, the solid layer is scraped off by moving the blade 25 in the radial direction and the vertical direction, then acetone is supplied from the solvent tank 7, and the solid layer and acetone are sufficiently mixed by the stirrer 26. To completely dissolve the oil in acetone.
[0046]
Here, the rotation of the rotary drum 15 'is reduced to 2300r. p. m, the acetone in which the oil is dissolved and the abrasive grains are separated, and the acetone is recovered in the solvent tank 7.
Next, as for the separation of oil with alcohol, the solid layer is scraped off as in the case of acetone, alcohol is recovered by adding alcohol from the solvent tank 8, stirring with the stirrer 26, and centrifuging with the separator 1 '.
[0047]
Furthermore, the same procedure was followed for the dissolution of the grinding powder with alkali. Finally, the alkali component adhering to the recovered abrasive grains is washed. However, in a centrifuge that breaks the solid layer and re-slurries by adding liquid, it is difficult to provide a take-out port at the bottom. Is opened and cleaning water is supplied, and then the abrasive grains are filtered by the suction pump 28 through the suction filter together with the cleaning water. The filtered waste water is collected in a drain tank 10 '.
[0048]
Through the above process, a slurry having a large solid layer filtration resistance can be efficiently recovered. Abrasive grains were recovered by the above process, but no problem was found in the cutting performance of the recovered abrasive grains.
[0049]
In the above embodiment, only acetone as an oily solvent, methyl alcohol as a water-soluble solvent, and a caustic soda aqueous solution are described. However, as for an oily solvent, THF, kerosene, Isopar, and a water-soluble solvent are described. Were carried out with ethyl alcohol and IPA, and good results were obtained. For this reason, it is considered that the recovery process is similarly established for solvents other than those described here. The solvent may be selected in consideration of the price, availability, safety, environmental resistance, and the like of the solvent in addition to the components added to the grinding fluid.
[0050]
For the surfactant, a non-ionic surfactant (trade name “Mama Lemon”) was selected by a test this time, but depending on the additive in the wrapping oil, an ionic surfactant (anionic type, cationic) was selected. Appropriate ones may be selected from various types of surfactants, including ionic and zwitterionic types.
[0051]
In addition, although not described in the above embodiment, it is possible to adopt pressure filtration or the like in place of centrifugal filtration or centrifugal separation in the first step of the present invention, and increase the operational efficiency of the process of the present invention. Therefore, it is obvious that installation of solvent distillation recovery is effective.
[0052]
Further, in Embodiments 3 and 4, a filter is used for separating the abrasive grains and the grinding powder, but it is also effective to use a floating separation, a cyclone or the like using the difference in specific gravity or the wettability with respect to water.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, in the abrasive recovery method of the present invention, after centrifugation using solvent oily, attached to solid in centrifugal away using a water-soluble solvent to the separated solid layer Oil can be sufficiently removed. From the solid content from which oil has been removed in this way, the Si particles adhered can be separated by dissolving the Si in a caustic soda solution or by applying mechanical force in water to which a surfactant has been added. Grains can be recovered.
[0054]
As described above, according to the abrasive grain recovery method of the present invention, high-purity abrasive grains to which no oil or Si grains are adhered are recovered, so that the cutting performance is not deteriorated and the number of repeated uses is large. Further, the abrasive grain recovery method according to the present invention does not involve a reaction at a high temperature, and thus is an energy efficient and safe process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of an abrasive grain recovery system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a scanning electron micrograph of abrasive grains recovered by the method of the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view of an apparatus (stirring tank) for separating grinding powder adhering to abrasive grains in a third embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view of an apparatus for separating grinding powder adhering to abrasive grains according to a fourth embodiment (an ultrasonic oscillator is provided in a stirring tank).
FIG. 5 is a conceptual diagram of an abrasive grain recovery system in a sixth embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a conventional abrasive grain collection system.
FIG. 7 is a scanning electron micrograph of grinding powder adhering to the surface of an abrasive grain from which oil has been completely removed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal filter 1 'Centrifugal separator 7 Oil-based solvent tank 8 Water-soluble solvent tank 9 Alkali tank (for dissolution of Si)
23 Filter

Claims

A method for recovering abrasive grains from a waste liquid of a wire saw grinding liquid used for cutting a silicon wafer,
a) removing most of the oil from the grinding fluid;
b) An oily solvent is added to the remaining waste liquid from which most of the oil has been removed, and then a solid layer is separated by centrifugation, and a water-soluble solvent is added to the solid layer obtained by separation with the oily solvent. A process of removing oil adhering to the solid by adding and centrifuging;
and c) a step of separating the abrasive grains and the grinding powder from the solid matter recovered in the above step, and a method for recovering the abrasive grains from the silicon wafer cutting waste liquid.

A method for recovering abrasive grains, wherein a centrifugal filtration method is used in the step a) according to the method of claim 1.

A method for recovering abrasive grains, wherein a centrifugal separation method is used in the step a) according to the method of claim 1.

A method for recovering abrasive grains, wherein the step c) is a step of dissolving Si with a caustic soda aqueous solution.

The method of claim 1 wherein the step c) uses a filter for the separation operation by the mechanical action in water to which a surfactant is added and the subsequent separation of the large diameter abrasive grains, the small diameter abrasive grains and the grinding powder. Abrasive recovery method characterized by this.

6. A method for recovering abrasive grains, characterized by using specific gravity separation or floating separation instead of using the filter for separating large-diameter abrasive grains from small-diameter abrasive grains and grinding powders according to the method of claim 5.