JP5624449B2 - ワイヤソーのスラリ管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定砥粒ワイヤソーに供給するスラリの調整が容易で且つ安定した切断が図れるようにしたワイヤソーのスラリ管理装置に関するものである。

従来から、切断対象ワーク（例えば、シリコンインゴット）を切断してウェハを形成するための装置としてワイヤソーが用いられている。このワイヤソーには、テンションを付与した細いワイヤ列を走行させ、そのワイヤ列に、切削熱を除去するクーラントに切削を行うための砥粒を含有させたスラリを吹き付けながら被切断物をワイヤ列に押し当てることにより、被切断物を複数枚のウェハ状に同時に切断するようにした遊離砥粒ワイヤソーがある（例えば、特許文献１等参照）。

又、近年、細いワイヤの表面にダイヤモンド砥粒等を予め付着した固定砥粒ワイヤ列を用いて、そのワイヤ列に、クーラントであるスラリを吹き付けながら被切断物をワイヤ列に押し当てることにより、被切断物を複数枚のウェハ状に同時に切断するようにした固定砥粒ワイヤソーがある（例えば、特許文献２等参照）。

前記遊離砥粒ワイヤソー及び固定砥粒ワイヤソーでは、シリコンインゴットを切断して多数のウェハを形成するために、切断作業の開始から終了までの間を１つのバッチ操作で行っているのが一般的である。又、このようなワイヤソーからのスラリ廃液は、資源の有効活用、廃棄物の減容化等のために、分離回収を行って再利用することによるスラリ管理が検討されている。

前記遊離砥粒ワイヤソーでは、クーラントに砥粒を混合したスラリをワイヤに供給してシリコンインゴットを切断しているために、遊離砥粒ワイヤソーから排出されるスラリ廃液は、クーラントに砥粒（ＳｉＣ）と切屑（Ｓｉ）が混合した状態となっている。そのため、このようなスラリ廃液を分離回収するには、スラリ廃液をクーラントと固形分とに分離すると共に、固形分は砥粒＝回収、切屑＝廃棄の２段階を踏んで分離することになる。ここで、連続分離を行おうとした場合には、スラリ廃液を連続的に抜き取り、その抜取量と各々の回収量を監視しながら砥粒の回収、切屑の廃棄、新クーラントと新砥粒の調合、再生スラリの返送といった複雑な操作を行う必要があって管理が難しいという問題がある。このため、遊離砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液のスラリ管理は一般にバッチ式が主流となっている。

又、前記固定砥粒ワイヤソーでは、クーラントのみからなるスラリを固定砥粒ワイヤに供給してシリコンインゴットを切断しているために、固定砥粒ワイヤソーから排出されるスラリ廃液は、クーラントに切削されたシリコン粒子等が混合されたものとなっている。

特開平１１−３０９６７４号公報 特開２０１０−２９９９８号公報

前記固定砥粒ワイヤソーでは、前記遊離砥粒ワイヤソーに比して切断速度を大幅に高められることが知られており、切断速度が早いために、スラリの品質（即ち、スラリ中の固形分の比重から得られる濃度に対して固形分の粘度から得られる粒径を考慮した切断性を表わすスラリ濃度）を精度良く制御しないと、切断品質が安定しないという問題がある。バッチ式のスラリ管理では切断開始時と切断終了時のスラリ濃度が大きく変化して切断品質が変化することになるため、固定砥粒ワイヤソーのスラリ廃液の管理にバッチ式を採用することは困難である。又、バッチ式を用いて安定した品質のスラリを固定砥粒ワイヤソーに供給するためには大量のスラリを貯留しておく必要があるために、設備及びコストが増加するという問題がある。

このため、固定砥粒ワイヤソーのスラリ廃液の管理には、少量のスラリを用いて切断したスラリ廃液を連続分離して再利用する管理が望ましいが、従来、スラリ廃液から固体粒子を容易に安定して分離することができ、しかも、切断に適したスラリ濃度に調整したスラリを固定砥粒ワイヤソーに安定供給できるようにしたスラリの管理について開示したものは存在していない。

本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、固定砥粒ワイヤソーに供給するスラリの調整が容易で且つ安定した切断が図れるようにしたワイヤソーのスラリ管理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のワイヤソーのスラリ管理装置は、固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液を受けて貯留する第１槽と、該第１槽のスラリ廃液を導入して固体粒子を分離する遠心分離機と、該遠心分離機で固体粒子が分離されたスラリを受けて貯留する第２槽と、該第２槽のスラリを前記固定砥粒ワイヤソーに供給するスラリ供給系路と、前記第２槽のスラリを取り出して循環する循環流路に備えた比重計及び粘度計と、前記比重計による比重検出値と前記粘度計による粘度検出値を取り入れて、スラリ中の固形分の比重から得られる濃度に対して固形分の粘度から得られる粒径を考慮したスラリ濃度を検出する制御器と、第２槽のスラリの一部を廃スラリとして排出するスラリ排出系路と、新スラリを前記第２槽に供給する新スラリ供給系路とを備え、前記制御器は、前記検出しているスラリ濃度が規定濃度を保持するように、前記スラリ排出系路による廃スラリの排出と新スラリ供給系路による新スラリの供給とを行うようにしたことを特徴としている。

上記ワイヤソーのスラリ管理装置において、前記第１槽にサイクロン分離機を備え、前記固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液をサイクロン分離機に導いて固体粒子の濃度を高めたスラリ廃液を前記遠心分離機に供給することは好ましい。

又、上記ワイヤソーのスラリ管理装置において、前記第１槽と第２槽とを一体に構成し、第１槽のスラリ廃液がオーバーフロー壁を介して第２槽に供給されるようにしたことは好ましい。

本発明のワイヤソーのスラリ管理装置によれば、第１槽に受け入れたスラリ廃液を遠心分離機に導いて固体粒子を分離することにより得たスラリを第２槽に供給し、該第２槽のスラリを固定砥粒ワイヤソーに供給するようにし、第２槽のスラリの固形分の濃度を示す比重に対して固形分の粒径を示す粘度を考慮したスラリ濃度が規定濃度になるように、第２槽のスラリの一部を廃スラリとして排出すると共に、新スラリを前記第２槽に供給するようにしたので、比較的小さな容積の第１槽と第２槽及び遠心分離機によりスラリ廃液から規定濃度のスラリを生成することができ、且つ規定濃度のスラリを固定砥粒ワイヤソーに供給することにより常に安定した切断が確保できるという優れた効果を奏し得る。

本発明におけるワイヤソーのスラリ管理装置の一実施例を示すブロック図である。 本発明によるスラリの管理と、従来においてスラリ廃液をバッチ処理した際の管理を比較して示した線図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は本発明におけるワイヤソーのスラリ管理装置の一実施例を示すブロック図であり、図中、１は固定砥粒ワイヤソーであり、固定砥粒ワイヤソー１ではクーラントからなるスラリ２が供給されて図示しない固定砥粒ワイヤによるインゴットの切断を行っており、固定砥粒ワイヤソー１から排出されるスラリ廃液３は液受け容器４で受けている。

図中、５は貯槽であり、該貯槽５は、内部に備えたオーバーフロー壁６によって左右に仕切られた第１槽５Ａと第２槽５Ｂを形成しており、第１槽５Ａには下側に向かって先細り形状のサイクロン分離機７が設けられている。

前記液受け容器４のスラリ廃液３は、ポンプ８を備えた廃液取入系路９によって前記第１槽５Ａに設けたサイクロン分離機７に供給されるようになっている。即ち、廃液取入系路９は、前記先細り形状のサイクロン分離機７の大径部に設けた接線方向の導入口１０に対してスラリ廃液３を導入するように接続されており、これによりサイクロン分離機７の小径端１１からはスラリ濃度が高められたスラリ廃液３ｂが取り出され、又、大径側の中心口１２からはスラリ濃度が低下したスラリ廃液３ａが第１槽５Ａ内に排出されるようになっている。

前記サイクロン分離機７の小径端１１は取出系路１３を介して遠心分離機１４に接続されており、前記小径端１１からのスラリ濃度が高められたスラリ廃液３ｂは、遠心分離機１４によって固体粒子１５と、固体粒子の含有が低下されたスラリ２とに分けられ、固体粒子１５は回収容器１６に回収され、スラリ２はスラリタンク１７に回収される。

前記スラリタンク１７のスラリ２はポンプ１８を備えた供給管１９により前記第２槽５Ｂに供給するようにしている。前記取出系路１３と供給管１９には比重計２３，２４が設けてあり、この比重計２３，２４による比重の計測によって遠心分離機１４での固体粒子の除去率が求められるようになっている。

前記第２槽５Ｂの内部のスラリ２は、ポンプ２５を有するスラリ供給系路２６によって前記固定砥粒ワイヤソー１に供給されるようになっている。又、前記第２槽５Ｂの内部のスラリ２をポンプ２７により取り出して再び前記第２槽５Ｂに戻す循環流路２８が設けてあり、該循環流路２８には比重計２９と温度計３０ａが付属された粘度計３０を設けている。

前記循環流路２８には、循環しているスラリ２を廃スラリ３１として廃スラリタンク３２に排出するためのスラリ排出系路３３が設けてあり、前記循環流路２８とスラリ排出系路３３には、スラリ２を廃スラリタンク３２へ排出するように切り替えるバルブ３４，３５を設けている。尚、前記ではスラリ排出系路３３を循環流路２８に接続して設けた場合について説明したが、前記第２槽５Ｂのスラリ２を廃スラリタンク３２に直接排出するようにスラリ排出系路３３を独立して設けるようにしてもよい。

又、前記第２槽５Ｂには、新スラリタンク３６に貯留された新スラリ２ａを、ポンプ３７により供給するようにした新スラリ供給系路３８が設けられている。図１中、３９は第２槽５Ｂに設けた攪拌機、４０は前記第１槽５Ａのスラリ廃液３ａがオーバーフロー壁６を超えて前記第２槽５Ｂに流入した際にスラリ廃液３ａを下方へ向かわせて攪拌機３９によって撹拌されるように案内するガイド壁である。

図１中、４１は制御器であり、制御器４１は、前記比重計２９による比重検出値と前記温度計３０ａが付属された粘度計３０による粘度・温度検出値を入力して、スラリ２中の固形分の粒度を考慮したスラリ濃度（固定砥粒ワイヤソー１での切断性能に関係する値）を検出している。そして、制御器４１において検出しているスラリ濃度が規定濃度に達した場合には、制御器４１は、前記バルブ３４，３５を操作して第２槽５Ｂ内の所定量のスラリ２を廃スラリ３１として廃スラリタンク３２に排出し、同時に、ポンプ３７を駆動して、新スラリタンク３６に貯留された新スラリ２ａを、前記廃スラリ３１と等量だけ第２槽５Ｂに供給する。これにより、第２槽５Ｂ内のスラリ２のスラリ濃度は規定濃度以下に回復するようになる。

次に、上記実施例の作動を説明する。

固定砥粒ワイヤソー１から液受け容器４に排出されたスラリ廃液３は、ポンプ８の作動により廃液取入系路９を介して前記第１槽５Ａに設けたサイクロン分離機７に供給される。すると、サイクロン分離機７の小径端１１からはスラリ濃度が高められたスラリ廃液３ｂが取り出され、又、大径側の中心口１２からはスラリ濃度が低下したスラリ廃液３ａが第１槽５Ａ内に排出される。

前記サイクロン分離機７の小径端１１からのスラリ濃度が高いスラリ廃液３ｂは、取出系路１３を介して遠心分離機１４に供給されることにより、固体粒子１５と、固体粒子の含有が低下されたスラリ２とに分けられ、固体粒子１５は回収容器１６に回収され、スラリ２はスラリタンク１７に回収される。この時、遠心分離機１４は供給されるスラリの濃度が高いほど高い分離性能を発揮するので、前記したようにサイクロン分離機７によってスラリ濃度を高めたスラリ廃液３ｂを遠心分離機１４に供給することにより、遠心分離機１４は効果的に固体粒子１５を分離する。

遠心分離機１４によってスラリタンク１７に回収されたスラリ２は、ポンプ１８の作動により供給管１９を介して前記第２槽５Ｂに供給され、又、該第２槽５Ｂのスラリ２は、ポンプ２５の作動によりスラリ供給系路２６を介して前記固定砥粒ワイヤソー１に供給されて循環使用されるようになる。

前記第２槽５Ｂに備えている循環流路２８に設けた比重計２９からの比重検出値と温度計３０ａが付属された粘度計３０からの粘度・温度検出値が制御器４１に入力されており、制御器４１は、スラリ２中の固形分の粒度を考慮したスラリ濃度を検出している。

図２は、本発明によるスラリの管理と、従来におけるスラリ廃液をバッチ処理した際の管理を比較して示したものであり、横軸に時間、縦軸に比重を示している。ここで、本発明の管理では比重と共に粘度を検出することで、固定砥粒ワイヤソー１での切断性能に影響を与えるスラリ濃度を検出している。即ち、前記遠心分離機１４による分離ではその特性上小粒径の固体粒子が蓄積するようになり、このために、比重は高くないのに微細粒子が増加して粘度が高くなることにより、固定砥粒ワイヤソー１による切断性能が低下する問題があり、この問題を解消するために、前記スラリ２中の固形分の粒度を考慮したスラリ濃度を求めて制御している。

前記スラリ濃度が、図２に示す規定濃度Ｓより低いときは、第２槽５Ｂのスラリ２をそのまま前記固定砥粒ワイヤソー１に供給する作業を継続する。このとき、図２のＸは固定砥粒ワイヤソー１による切断を安定して行うことができる限界値であり、前記規定濃度Ｓは、前記限界値Ｘに近い、固定砥粒ワイヤソー１による安定切断が可能な最大濃度である。

前記制御器４１で検出しているスラリ濃度が図２の規定濃度Ｓに達した場合には、制御器４１は、前記バルブ３４，３５を操作して第２槽５Ｂ内の所定量のスラリ２を廃スラリ３１として廃スラリタンク３２に排出し、同時に、ポンプ３７を駆動して、新スラリタンク３６の新スラリ２ａを、前記廃スラリ３１と同等量だけ第２槽５Ｂに供給する。これにより、第２槽５Ｂ内のスラリ２は新スラリ２ａによって希釈され、スラリ濃度は規定濃度Ｓ以下に回復するようになる。

上記操作により、第２槽５Ｂ内のスラリ２は常に図２の規定濃度Ｓ以下に安定して保持されるようになり、このように安定したスラリ濃度のスラリ２が固定砥粒ワイヤソー１に供給されることにより、固定砥粒ワイヤソー１では常に安定した切断が達成されるようになる。

一方、図２のＹは、従来におけるスラリ廃液のバッチ処理を示しており、線Ｙのようなバッチ処理の場合には、切断作業を継続していくと徐々にスラリ濃度は増加することになるため、先ず、切断終了時のスラリ濃度を限界値Ｘの直前値になるように設定し、この切断終了時の設定値が保持されるように切断開始時のスラリ濃度を逆算して求めて調整しているため、従来においては、切断開始時におけるスラリ濃度を極めて低い値に調整する必要があり、このために、膜濾過器等の分離装置による精密な分離を行う必要があり、コストが増加するという問題を有していた。

これに対し、本発明では、図２に示したように、スラリ２のスラリ濃度を限界値Ｘに近い規定濃度Ｓに調整するようにしたので、遠心分離機１４を用いてスラリ濃度を規定濃度Ｓの近い値に維持することは容易となる。即ち、遠心分離機１４は、固体粒子の濃度が高いほど回収量が増加する性能を有するので、サイクロン分離機７で濃縮したスラリ廃液３ｂを遠心分離機１４に供給することで固体粒子１５を良好に分離することができ、よって、スラリ濃度を規定濃度Ｓ以下に容易に保持させることができる。又、上記遠心分離機１４による分離によっても、スラリ濃度が規定濃度Ｓより大きくなってしまう場合には、第２槽５Ｂ内のスラリ２の一部を捨てて、新しい新スラリ２ａを供給することで規定濃度Ｓに回復するようにしているので、スラリ２の管理を容易且つ安価に実施することができ、固定砥粒ワイヤソー１に供給するスラリ２を常に安定させられる利点がある。又、スラリ濃度が規定濃度Ｓより大きくなって外部に排出する廃スラリ３１は膜濾過装置、例えばスイングセパレータ等を付属して備えてクーラントの回収率を高めることは好ましい。この場合の膜濾過装置は従来のバッチ式における分離装置に比して飛躍的に小規模なものとすることができる。

尚、複数備えられている固定砥粒ワイヤソー１からのスラリ廃液３を第１槽５Ａに導入した場合には、第１槽５Ａのスラリ廃液３ａがオーバーフロー壁６を超えて第２槽５Ｂに供給されることにより対応することができ、又、第１槽５Ａのスラリ廃液３ａはサイクロン分離機７によってスラリ濃度が高いスラリ廃液３ｂが分離されたものであるため、このスラリ濃度の低いスラリ廃液３ａが第２槽５Ｂに供給されても問題を生じることはない。このように第１槽５Ａと第２槽５Ｂがオーバーフロー壁６で隔てられて一体に構成した貯槽５によれば、液の受渡しが簡略化され、多量のスラリ廃液３の処理に好適に適用することができる。

又、前記廃スラリタンク３２に排出された廃スラリ３１は濾過機等に導いて固液分離することにより、濾液をスラリとして回収し有効利用することができる。

又、本発明のワイヤソーのスラリ管理装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、第１槽５Ａと第２槽５Ｂを一体に設けることなく別個に設けていてもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 固定砥粒ワイヤソー
２ スラリ
２ａ 新スラリ
３ スラリ廃液
３ａ スラリ廃液
３ｂ スラリ廃液
５Ａ 第１槽
５Ｂ 第２槽
６ オーバーフロー壁
７ サイクロン分離機
１４ 遠心分離機
１５ 固体粒子
２３，２４ 比重計
２６ スラリ供給系路
２８ 循環流路
２９ 比重計
３０ 粘度計
３１ 廃スラリ
３３ スラリ排出系路
３８ 新スラリ供給系路
４１ 制御器
Ｓ 規定濃度

Claims (3)

1. 固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液を受けて貯留する第１槽と、該第１槽のスラリ廃液を導入して固体粒子を分離する遠心分離機と、該遠心分離機で固体粒子が分離されたスラリを受けて貯留する第２槽と、該第２槽のスラリを前記固定砥粒ワイヤソーに供給するスラリ供給系路と、前記第２槽のスラリを取り出して循環する循環流路に備えた比重計及び粘度計と、前記比重計による比重検出値と前記粘度計による粘度検出値を取り入れて、スラリ中の固形分の比重から得られる濃度に対して固形分の粘度から得られる粒径を考慮したスラリ濃度を検出する制御器と、第２槽のスラリの一部を廃スラリとして排出するスラリ排出系路と、新スラリを前記第２槽に供給する新スラリ供給系路とを備え、前記制御器は、前記検出しているスラリ濃度が規定濃度を保持するように、前記スラリ排出系路による廃スラリの排出と新スラリ供給系路による新スラリの供給とを行うようにしたことを特徴とするワイヤソーのスラリ管理装置。
2. 前記第１槽にサイクロン分離機を備え、前記固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液をサイクロン分離機に導いて固体粒子の濃度を高めたスラリ廃液を前記遠心分離機に供給するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤソーのスラリ管理装置。
3. 前記第１槽と第２槽とを一体に構成し、第１槽のスラリ廃液がオーバーフロー壁を介して第２槽に供給されるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤソーのスラリ管理装置。

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