JP5640260B2 - Coolant recovery method - Google Patents
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Description
本発明は、インゴットのスライス工程から排出されたクーラントの回収方法に関するものである。 The present invention relates to a method for recovering coolant discharged from an ingot slicing step.
半導体や太陽電池などの製造工程中には、シリコン、SiC、サファイヤ等のインゴットをワイヤソーによりスライスする工程がある。このスライス工程ではクーラントと呼ばれる冷却液をワイヤに吹き付けながら切断を行っている。ワイヤにより切断を補助する目的でSiC等の砥粒が用いられており、砥粒をクーラント中に分散させてワイヤによる切断を行う遊離砥粒方式と、砥粒が固定されたワイヤを用いる固定砥粒方式とが採用されている。この固定砥粒方式は遊離砥粒方式に比べて切れ味が良く、作業時間を短縮できるうえ、切断されたウエハーの厚みのバラツキを小さくできる利点がある。 During the manufacturing process of semiconductors and solar cells, there is a process of slicing ingots such as silicon, SiC, and sapphire with a wire saw. In this slicing step, cutting is performed while spraying a coolant called coolant on the wire. Abrasive grains such as SiC are used for the purpose of assisting the cutting with the wire, and the free abrasive grain method in which the abrasive grains are dispersed in the coolant and cut by the wire, and the fixed abrasive using the wire to which the abrasive grains are fixed Grain method is adopted. This fixed abrasive method has the advantage of being sharper than the free abrasive method, reducing the working time, and reducing the variation in the thickness of the cut wafer.
このようなインゴットのスライス工程からは、多量のクーラントが排出されるが、そのまま廃棄することは経済的な観点からも、環境保全の観点からも好ましくない。そこで排出されたクーラントを回収して再利用することが望まれる。 Although a large amount of coolant is discharged from such an ingot slicing step, it is not preferable to discard the coolant as it is from the viewpoints of economy and environmental conservation. Therefore, it is desired to recover and reuse the discharged coolant.
このクーラント中には砥粒のほかにインゴットの切り粉が多量に混入している。このためこれらの混在物を分離除去してクーラント成分のみを回収する必要がある。そこで特許文献1には、回収されたクーラントを遠心分離器にかけたうえ、さらに不織布からなるフィルタで処理する方法が提案されている。また特許文献2にも、遠心分離機を用いる方法が開示されている。
In this coolant, a large amount of ingot cutting powder is mixed in addition to abrasive grains. For this reason, it is necessary to separate and remove these inclusions and recover only the coolant component. Therefore,
しかし、これらの従来方法では砥粒や切り粉の分離効率が悪く、特にシリコン切り粉は0.1〜10μmの範囲の粒度を持つために十分に除去することができず、得られた回収液の清澄度が低いという問題があった。 However, in these conventional methods, the separation efficiency of abrasive grains and chips is poor, and in particular, silicon chips have a particle size in the range of 0.1 to 10 μm and cannot be removed sufficiently. There was a problem of low clarity.
そこで本発明者は、膜孔径が0.1μm程度のセラミック膜を用いてクーラント中のシリコン切り粉を分離除去することを試みた。このようなセラミック膜を用いれば、0.1〜10μmのシリコン切り粉をほぼ完全に除去することができるはずである。しかし、クーラント中には分子量が1万〜100万の増粘剤を含有するものがあり、そのようなクーラントをろ過しようとすると増粘剤が膜を透過することができないためにろ過速度を上げることができず、実用性に乏しいことが判明した。 Therefore, the present inventor tried to separate and remove silicon chips in the coolant using a ceramic membrane having a membrane pore diameter of about 0.1 μm. If such a ceramic film is used, it should be possible to almost completely remove 0.1 to 10 μm of silicon chips. However, during the coolant while others molecular weight contains 10,000 to 1,000,000 thickeners, filtration rate for thickening when you try to filtration such coolant can not pass through the membrane It was found that the practicality was poor.
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、インゴットのスライス工程から排出されたクーラントに増粘剤が含まれている場合にも、混入しているシリコン粉を十分に除去することができ、しかも実用的なろ過速度を維持することができるクーラントの回収方法を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to sufficiently remove the mixed silicon powder even when the thickener is contained in the coolant discharged from the ingot slicing process. It is another object of the present invention to provide a coolant recovery method capable of maintaining a practical filtration rate.
上記の課題を解決するためになされた本発明は、インゴットのスライス工程から排出された増粘剤を含有するクーラントを、セラミック膜によりろ過して切り粉を膜分離し、回収された清澄なクーラントを回収するクーラント回収方法であって、膜孔径が1〜10μmのモノリス型セラミック膜を用いることにより、増粘剤を含有するクーラントのろ過速度を確保するとともに、ろ過運転の継続中に定期的に1〜5秒の空気逆洗を繰り返すことにより、ろ過速度の低下を抑制しつつクロスフローろ過することを特徴とするものである。 The present invention made in order to solve the above-mentioned problems is a clear coolant obtained by filtering the coolant containing the thickener discharged from the ingot slicing step through a ceramic membrane and separating the chips into a membrane. A coolant recovery method for recovering the coolant, and by using a monolithic ceramic membrane having a membrane pore diameter of 1 to 10 μm, while ensuring the filtration speed of the coolant containing the thickener , periodically during the filtration operation By repeating air backwashing for 1 to 5 seconds, crossflow filtration is performed while suppressing a decrease in filtration rate.
なお、好ましい実施形態においては、スライス工程が固定砥粒方式であり、クーラントがポリエチレングリコールを主成分とし、分子量が1万〜100万の増粘剤を含有するものである。 Incidentally, in a preferred embodiment, a slicing process is fixed abrasive grain system, in which the coolant is mainly composed of polyethylene glycol, the molecular weight contains 10,000 to 1,000,000 thickeners.
また、回収された清澄なクーラントに新クーラントを添加調合し、インゴットのスライス工程に返送する工程を付加することができる。 In addition, it is possible to add a step of adding a new coolant to the recovered clear coolant and returning it to the ingot slicing step.
本発明のクーラントの回収方法によれば、インゴットのスライス工程から排出された増粘剤を含有するクーラントを、膜孔径が1〜10μmのセラミック膜によりクロスフローろ過して切り粉を膜分離する。このような膜孔径の大きいセラミック膜を用いたので、クーラント中に含まれている分子量が1万〜100万の増粘剤も膜孔を透過することができる。また前記したように切り粉は0.1〜10μmの粒度分布を有するが、セラミック膜の膜内部での捕捉か膜の一次側の表面に堆積する切り粉による捕捉効果から、膜孔径が1〜10μmのセラミック膜でも切り粉を十分に分離除去することができる。 According to the coolant recovery method of the present invention, the coolant containing the thickener discharged from the ingot slicing step is cross-flow filtered through a ceramic membrane having a membrane pore diameter of 1 to 10 μm to separate the chips. Since such a ceramic membrane having a large membrane pore diameter is used, a thickener having a molecular weight of 10,000 to 1,000,000 contained in the coolant can also pass through the membrane pores. Further, as described above, the chip has a particle size distribution of 0.1 to 10 μm, but the membrane pore size is 1 to 2 because of the trapping effect inside the ceramic film or the trapping powder deposited on the primary surface of the film. Even with a 10 μm ceramic membrane, the chips can be sufficiently separated and removed.
また本発明のクーラントの回収方法によれば、ろ過運転の継続中に定期的に1〜5秒の空気逆洗を繰り返すことにより、クーラントのろ過速度の低下を抑制する。このためろ液をセラミック膜の逆洗に使用する必要がないので、クーラントの回収効率を高めることができる。 In addition, according to the coolant recovery method of the present invention, the air backwashing is periodically repeated for 1 to 5 seconds during the continuation of the filtration operation , thereby suppressing a decrease in the coolant filtration rate. For this reason, since it is not necessary to use a filtrate for backwashing of a ceramic membrane, the recovery efficiency of a coolant can be improved.
以下に本発明の実施形態を示す。以下の説明ではインゴットはシリコンインゴットであるが、SiC,サファイヤ等のインゴットのスライス工程から排出されるクーラントについても、同様に適用することができる。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description, the ingot is a silicon ingot, but the present invention can also be applied to coolant discharged from an ingot slicing process such as SiC or sapphire.
図1は本発明の実施形態を示すブロック図であり、1はシリコンインゴットのスライス工程、2はこのスライス工程1から排出されたクーラントの回収槽である。スライス工程1ではクーラントと呼ばれる冷却液をワイヤに吹き付けながら切断を行っている。前述したとおり、切断方式には固定砥粒方式と遊離砥粒方式とが知られているが、本発明はいずれの方式にも対応することができる。シリコンインゴットをスライスするワイヤソー用クーラントはポリエチレングリコールを主成分とし、分子量が1万〜100万の増粘剤を含有し、15〜20センチポアズの粘性を有するものが多い。切削が進行するとクーラント中にシリコン切り粉が徐々に蓄積されて性能が劣化して行くので、使用済みのクーラントは回収槽2にバッチ的に排出される。前述したように、シリコン切り粉は、0.1〜10μmの粒度分布を有する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, in which 1 is a silicon ingot slicing step, and 2 is a recovery tank for coolant discharged from the
排出された使用済みのクーラントは回収槽2からろ過用ポンプ3によりセラミック膜4に送られ、クロスフローろ過が行われる。セラミック膜4は膜孔径が1〜10μmのもので、セラミック製のモノリス膜が用いられている。使用するセラミック膜4の膜孔径を1〜10μmとしたのは、これよりも膜孔径が小さいと増粘剤の分子が膜孔を透過しにくくなり、ろ過速度が遅くなって実用的ではなく、逆に10μmを超えると0.1〜10μmの粒度分布を有するシリコン切り粉の一部が分離除去できず、清澄なクーラントを得られなくなるためである。膜孔径が1〜10μmの範囲にあれば、シリコン切り粉をほぼ100%分離除去することができる。なおセラミック膜4の膜孔径のより好ましい範囲は、1〜3μmである。
The discharged used coolant is sent from the
このようにしてシリコン切り粉等が除去されたセラミック膜4の透過液は、ろ過クーラント槽5に送られる。またセラミック膜4の一次側を通過した濃縮液は配管6により回収槽2に返送される。この濃縮液は使用済みのクーラントと混合されて再びポンプ3によりセラミック膜4に送られ、クロスフローろ過が行われるので、回収槽2の内部のクーラントは次第に濃縮されて行く。これとともにろ過速度も次第に低下して行くが、本発明では、定期的に空気のみの逆洗を繰り返すことにより、クーラントのろ過速度の低下を抑制する。
The permeated liquid of the
空気逆洗は、逆洗用空気源7から圧縮空気をセラミック膜4の二次側に導入することにより行われる。本発明において空気のみの逆洗が有効な理由は、セラミック膜4の膜孔径が1〜10μmと大きいために、比較的低圧の空気が膜面を貫通して一次側から吹き出し、膜面の閉塞物を剥離させることができるためである。このとき、膜内に残留している増粘剤も一次側に吹き出される。空気逆洗の頻度は5〜30分に1回、1回の空気逆洗に要する時間は1〜5秒程度である。この空気逆洗は、ろ過運転の継続中に行うものとし、その圧力は一次側の液体圧力よりも0.2〜0.5MPa程度高圧とすればよい。
Air backwashing is performed by introducing compressed air from the
このような空気逆洗を繰り返しながらクロスフローろ過を行って行くと、回収槽2内の使用済みのクーラントのSS濃度は25〜40wt%に達する。この状態に至ると濃縮された使用済みのクーラントは廃棄槽8に取り出され、セラミック膜4は水酸化ナトリウムや硝酸等の薬品により薬液洗浄される。セラミック膜4は高分子膜に比べて耐薬品性に優れるため、水酸化ナトリウムや硝酸等を用いた薬液洗浄を繰り返しても劣化することがない。
When cross-flow filtration is performed while repeating such air backwashing, the SS concentration of the used coolant in the
一方、ろ過クーラント槽5にはシリコン切り粉等が除去されたクーラントが集められる。このクーラントはシリコン切り粉がほぼ100%除去された清澄なクーラントであるから、調合槽9において新規クーラントを添加したうえでスライス工程1に返送され、再使用される。
On the other hand, coolant from which silicon chips and the like are removed is collected in the
以上に説明した実施形態では、使用済みのクーラントは回収槽2からセラミック膜4に直接送られてクロスフローろ過が行われたが、既存技術であるデカンタと呼ばれる遠心分離機10を図2のようにセラミック膜4の前段に設置することもできる。この遠心分離機10によるシリコン切り粉の分離回収は不完全ではあるが、クーラントに混入しているシリコン切り粉の一部を遠心分離機10で除去すれば、セラミック膜4の負荷が軽減され、ろ過速度をより高速に維持することが可能となる。なお、遠心分離機10をセラミック膜4と並列に設けることも可能である。
In the embodiment described above, the used coolant is directly sent from the
このように、本発明によればインゴットのスライス工程から排出される増粘剤が含まれているクーラントから、実用的なろ過速度で切り粉を十分に除去し、清澄なクーラントを回収することができる。以下に本発明の実施例を示す。 Thus, according to the present invention, from the coolant containing the thickener discharged from the ingot slicing step, it is possible to sufficiently remove chips at a practical filtration rate and recover a clear coolant. it can. Examples of the present invention are shown below.
膜孔径が2μmのモノリス型セラミック膜(出願人会社製:19穴)を用い、シリコンインゴットのスライス工程から排出された4種類の使用済みのクーラントのろ過を行った。ろ過温度は室温(25℃)である。ろ過開始直後から10分ごとに2秒間の空気逆洗を繰り返しながら、24時間にわたりクロスフローろ過を継続した。 Using a monolithic ceramic membrane having a membrane pore diameter of 2 μm (manufactured by the applicant company: 19 holes), four types of used coolant discharged from the slicing process of the silicon ingot were filtered. The filtration temperature is room temperature (25 ° C.). Cross flow filtration was continued for 24 hours while repeating air backwashing for 2 seconds every 10 minutes immediately after the start of filtration.
その結果は図3のグラフに示す通りであり、使用済みのクーラントAはろ過開始時にSS濃度が約10wt%であったが、約35wt%にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には45L/m2hであったが、ろ過終了時には20L/m2hであった。使用済みのクーラントBはろ過開始時にSS濃度が約10wt%であったが、約30wt%にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には50L/m2hであったが、ろ過終了時には15L/m2hであった。使用済みのクーラントCはろ過開始時にSS濃度が約8wt%であったが、約25wt%にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には30L/m2hであったが、ろ過終了時には10L/m2hであった。使用済みのクーラントDはろ過開始時にSS濃度が約6wt%であったが、約25wt%にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には20L/m2hであったが、ろ過終了時には10L/m2hであった。このように、使用済みのクーラントの特性には大きなバラツキがあるが、本発明によればいずれもシリコン切り粉を含有する使用済みクーラントを大幅に濃縮し、清澄なクーラントを回収することができた。 The result is as shown in the graph of FIG. 3, and the used coolant A had an SS concentration of about 10 wt% at the start of filtration, but could be concentrated to about 35 wt%. Note filtration rate at the start filtration was 45L / m 2 h, but filtration completion was 20L / m 2 h. The used coolant B had an SS concentration of about 10 wt% at the start of filtration, but could be concentrated to about 30 wt%. The filtration rate was 50 L / m 2 h at the start of filtration, but 15 L / m 2 h at the end of filtration. The used coolant C had an SS concentration of about 8 wt% at the start of filtration, but could be concentrated to about 25 wt%. The filtration rate was 30 L / m 2 h at the start of filtration, but 10 L / m 2 h at the end of filtration. The used coolant D had an SS concentration of about 6 wt% at the start of filtration, but could be concentrated to about 25 wt%. The filtration rate was 20 L / m 2 h at the start of filtration, but 10 L / m 2 h at the end of filtration. Thus, although there is a large variation in the characteristics of the used coolant, according to the present invention, it was possible to greatly concentrate the used coolant containing silicon chips and recover a clear coolant. .
これに対して分画分子量が2万のUF膜を用いてSS濃度が約10wt%の使用済みのクーラントEをろ過した場合には、ろ過終了時のSS濃度は20wt%であったが、ろ過速度が10L/m2hよりかなり低く、ろ液品質としても、増粘剤が大幅に除去されてしまい、再生クーラントとしての品質が変化してしまっているため実用的ではなかった。 On the other hand, when the used coolant E having an SS concentration of about 10 wt% was filtered using a UF membrane having a molecular weight cut off of 20,000, the SS concentration at the end of filtration was 20 wt% . The filtration rate was considerably lower than 10 L / m 2 h, and the filtrate quality was not practical because the thickener was significantly removed and the quality of the regenerated coolant was changed.
なお、この実施例におけるSS濃度の測定は、次の方法で行った。
(1)まず、デシケータ内で乾燥保管された0.1μmメンブレンフィルタの重量W1(mg)を測定する。
(2)0.1μmメンブレンフィルタにてV(mL)のサンプルをろ過する。
(3)溶媒成分からの析出を防止するために、0.1μmメンブレンフィルタ上に堆積した懸濁物質を純水にて十分洗浄する。
(4)0.1μmメンブレンフィルタ及び懸濁物質を十分に乾燥させた後、重量C(mg)を測定する。
(5)SS濃度(mg/L)を、SS濃度=(W2−W1)/(V/1000)の式により算出する。
The SS concentration in this example was measured by the following method.
(1) First, the weight W1 (mg) of a 0.1 μm membrane filter stored dry in a desiccator is measured.
(2) Filter the sample of V (mL) with a 0.1 μm membrane filter.
(3) In order to prevent precipitation from the solvent component, the suspended matter deposited on the 0.1 μm membrane filter is sufficiently washed with pure water.
(4) After sufficiently drying the 0.1 μm membrane filter and the suspended substance, the weight C (mg) is measured.
(5) The SS concentration (mg / L) is calculated by the equation SS concentration = (W2−W1) / (V / 1000).
以上に説明したように、本発明によれば、インゴットのスライス工程から排出された増粘剤を含有するクーラントから切り粉を分離除去し、清澄なクーラントを回収することができるので、経済面でも環境保全面でも優れた成果を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to separate and remove the chips from the coolant containing the thickener discharged from the ingot slicing step, and to recover a clear coolant. Excellent results can be obtained in terms of environmental conservation.
1 インゴットのスライス工程
2 クーラントの回収槽
3 ろ過用ポンプ
4 セラミック膜
5 ろ過クーラント槽
6 配管
7 逆洗用空気源
8 廃棄槽
9 調合槽
10 遠心分離機
DESCRIPTION OF
Claims (3)
膜孔径が1〜10μmのモノリス型セラミック膜を用いることにより、増粘剤を含有するクーラントのろ過速度を確保するとともに、ろ過運転の継続中に定期的に1〜5秒の空気逆洗を繰り返すことにより、ろ過速度の低下を抑制しつつクロスフローろ過することを特徴とするクーラント回収方法。 A coolant recovery method in which the coolant containing the thickener discharged from the ingot slicing step is filtered through a ceramic membrane to separate the chips, and the recovered clear coolant is recovered.
By using a monolithic ceramic membrane having a membrane pore diameter of 1 to 10 μm, the filtration speed of the coolant containing the thickener is secured, and air backwashing is periodically repeated for 1 to 5 seconds during the filtration operation. Thus, the coolant recovery method characterized by carrying out crossflow filtration, suppressing the fall of a filtration rate.
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