JPH07251373A - Method of recovering cut particle - Google Patents
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- JPH07251373A JPH07251373A JP7053702A JP5370295A JPH07251373A JP H07251373 A JPH07251373 A JP H07251373A JP 7053702 A JP7053702 A JP 7053702A JP 5370295 A JP5370295 A JP 5370295A JP H07251373 A JPH07251373 A JP H07251373A
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、切削粒子と、半導体材
料から生じた砕片とが分散されている切削液から成る、
半導体材料の機械加工の際に使用した使用済研磨剤から
の切削粒子の回収方法に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention comprises a cutting fluid in which cutting particles and debris generated from a semiconductor material are dispersed.
The present invention relates to a method for recovering cutting particles from a used abrasive used in machining a semiconductor material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】分散遊離している切削粒子を含む研磨剤
は、主に多結晶または単結晶半導体材料、たとえば塊状
または棒状の半導体結晶の切断およびラッピングに使用
される。前述の研磨剤の別の使用分野は、多結晶または
単結晶半導体材料から成る半導体ウェーハ表面のラッピ
ングである。この研磨剤は、切削粒子が分散されている
切削液から形成される。半導体材料の機械加工中、研磨
剤の中に含まれる切削粒子は、該研磨剤の金属除去効果
を発揮すべき箇所に搬送され、加工工具、たとえばバン
ドソーまたはワイヤーソーまたはラッピング盤を利用し
て押圧される。Abrasives containing dispersed free-cutting particles are mainly used for the cutting and lapping of polycrystalline or single-crystal semiconductor materials, for example bulk or rod-shaped semiconductor crystals. Another area of application for the aforementioned abrasives is the lapping of semiconductor wafer surfaces of polycrystalline or monocrystalline semiconductor materials. This abrasive is formed from cutting fluid in which cutting particles are dispersed. During the machining of semiconductor materials, the cutting particles contained in the abrasive are conveyed to the place where the metal removing effect of the abrasive is to be exerted, and are pressed by using a processing tool such as a band saw or a wire saw or a lapping machine. To be done.
【０００３】使用時間が増加するにつれて、研磨剤の効
果が低減し、この結果、設定された加工目標は使用済研
磨剤ではもはや達成し得ないため、最終的には前記研磨
剤を交換する必要がある。As the time of use increases, the effectiveness of the abrasives diminishes and, as a result, the set processing objectives can no longer be achieved with the used abrasives, so that eventually the abrasives need to be replaced. There is.
【０００４】切削粒子にかかるコストは、半導体材料の
機械加工の総費用の大部分を占めているので、研磨剤の
効果が所定目標値以下に低下すると直ちに前記使用済研
磨剤を廃棄物として処分する広く普及している実施方法
は不経済である。あらゆる使用済研磨剤に対して成功裡
に適用可能の切削粒子のための回収方法は、まだ知られ
ていない。Since the cost of cutting particles occupies most of the total cost of machining of semiconductor materials, the used abrasive is immediately disposed of as waste as soon as the effect of the abrasive falls below a predetermined target value. The widely practiced implementation method is uneconomical. A recovery method for cutting particles that is successfully applicable to any used abrasive is not yet known.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、半導体材料の機械加工のための切削粒子をより長
く使用することができ、且つ可能な限り簡単な切削粒子
の回収方法を見出すことである。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to find a method of recovering cutting particles which allows longer use of cutting particles for the machining of semiconductor materials and which is as simple as possible. is there.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この目的は、下記構成に
よって達成される。 （１）切削粒子と、半導体材料から生じた砕片とが分散
されている切削液から成る、半導体材料の機械加工の際
に使用した使用済研磨剤からの切削粒子の回収方法であ
って、第１処理工程において該研磨剤が遠心分離され、
第２処理工程において、該遠心分離の際に分離された固
形物を新しい切削液の中に再分散して再生研磨剤を作製
することを特徴とする切削粒子の回収方法。This object is achieved by the following constitution. (1) A method of recovering cutting particles from a used abrasive used during machining of a semiconductor material, which comprises cutting fluid in which cutting particles and debris generated from the semiconductor material are dispersed. In one processing step, the abrasive is centrifuged,
A method for recovering cutting particles, characterized in that, in the second treatment step, the solid matter separated during the centrifugal separation is redispersed in a new cutting fluid to produce a regenerated abrasive.
【０００７】下記に本発明の方法の好ましい態様を示
す。 （２） 該研磨剤が、少なくとも２０００〜８０００
ｇ、好ましくは４０００〜６０００ｇの遠心加速度で遠
心分離されることを特徴とする上記（１）に記載の方
法。 （３） 該研磨剤が３０〜３２０秒、好ましくは６０〜
１００秒の持続時間で遠心分離されることを特徴とする
上記（１）または（２）に記載の方法。 （４） 該分離された固形物が、使用済研磨剤中の切削
粒子の量に対して６０〜９５重量％切削粒子と、使用済
研磨剤中の砕片量に対して、半導体材料から生じた砕片
の２〜８重量％とを含むことを特徴とする上記（１）〜
（３）のいずれか１つに記載の方法。The following is a preferred embodiment of the method of the present invention. (2) The abrasive is at least 2000 to 8000.
g, preferably 4000-6000 g, centrifugal separation is performed, and the method according to (1) above. (3) The abrasive is used for 30 to 320 seconds, preferably 60 to
The method according to (1) or (2) above, which comprises centrifuging for a duration of 100 seconds. (4) The separated solid matter was produced from the semiconductor material with respect to the amount of cutting particles in the used abrasive of 60 to 95% by weight, and the amount of debris in the used abrasive. 2 to 8% by weight of crushed pieces are contained, and the above (1) to
The method according to any one of (3).
【０００８】本発明者らの検討によると、研磨剤が半導
体材料の機械加工のためにまだ有効に使用し得る間の使
用時間は、半導体材料から生じた砕片が研磨剤の中にど
の程度入るかに依存する。使用時間が増加するにつれ
て、砕片からの粒子がますます切削粒子に堆積し、かつ
該粒子とともに凝集塊を形成する。前記凝集塊は、自由
切削粒子とは逆に、もはや研磨剤の物質切削成分として
は適さないため、一定量の砕片が研磨剤の中に到達した
なら（以下“臨界量”と呼ぶ）、直ちに使用済研磨剤を
交換することが理に適っている。According to the studies made by the present inventors, the usage time during which the polishing agent can still be effectively used for machining the semiconductor material depends on how much debris generated from the semiconductor material enters the polishing agent. Depends on As the use time increases, particles from the debris increasingly deposit on the cutting particles and form agglomerates with the particles. Contrary to free-cutting particles, the agglomerates are no longer suitable as a material-cutting component of the abrasive, so if a certain amount of debris reaches the abrasive (hereinafter referred to as "critical amount"), immediately It makes sense to replace the used abrasive.
【０００９】以下により詳しく説明する方法によって、
半導体材料を加工するためにもはや有効に使用すること
ができない研磨剤から切削粒子を大部分回収し、かつ第
２の処理工程の処理生成物の構成部分として（前記処理
生成物は、以下“再生研磨剤”と呼ぶ）半導体材料の機
械加工のために再利用することに成功している。By the method described in more detail below,
Most of the cutting particles are recovered from the abrasive which can no longer be used effectively for processing semiconductor materials, and as a constituent part of the treated product of the second treatment step (the treated product is hereinafter referred to as "regenerated"). It has been successfully reused for the machining of semiconductor materials.
【００１０】再生研磨剤を製造するためには、まず最初
に、未使用の研磨剤と反対に、半導体材料から生ずる一
定量の砕片を含む使用済研磨剤が、市販の遠心分離機で
遠心分離される。前記第１処理工程の目標は、研磨剤か
ら粗粒状の物質を分離することである。前記粗粒状の物
質は、多かれ少なかれ多量に半導体材料から生ずる砕片
で占められている切削粒子から形成されている。この砕
片の粒子は、通常１μｍ以下の平均粒子径を有し、かつ
基本的に研磨剤中で微細粒子物質を形成する。前記微細
粒子物質の一部が切削液の中で分散して存在するのに対
し、別の部分は上述の凝集塊を形成しながら切削粒子に
付着する。In order to produce a reclaimed abrasive, first of all, the used abrasive, which contains a certain amount of debris originating from the semiconductor material, is centrifuged in a commercially available centrifuge, as opposed to the unused abrasive. To be done. The goal of the first treatment step is to separate the coarse-grained material from the abrasive. The coarse-grained material is formed from cutting particles that are more or less heavily occupied by debris originating from the semiconductor material. The particles of this debris usually have a mean particle size of less than 1 μm and basically form a fine-grained substance in the abrasive. Some of the fine-grained material is present dispersed in the cutting fluid, while another is attached to the cutting particles forming the agglomerates described above.
【００１１】遠心分離の際に、粗粒子状および微細粒子
状物質成分を含む固形物が分離される。分離された固形
物中の粗粒状および微細粒子状物質の分布は、基本的に
遠心分離の持続時間と、その際に作用する遠心加速度に
影響される。したがって、前実験において前記処理パラ
メータを体系的に試験する必要があり、この結果、遠心
分離結果は、粗粒状物質を分離するという上述の目標に
極めて近づき、かつこの分離工程による切削粒子の損失
は許容することができる。During centrifugation, solids containing coarse and fine particulate matter components are separated. The distribution of coarse and fine particulate matter in the separated solids is basically influenced by the duration of centrifugation and the centrifugal acceleration acting at that time. Therefore, it is necessary to systematically test the processing parameters in the previous experiments, so that the centrifugation results are very close to the above-mentioned goal of separating coarse particles, and the loss of cutting particles due to this separation step. Can be tolerated.
【００１２】元々、使用済研磨剤の中に存在した切削粒
子の、好ましくは６０〜９５重量％、特に好ましくは８
５〜９５重量％が分離した固形物の中に存在しなければ
ならない。分離された固形物中の半導体材料から生ずる
砕片の成分は、元々使用済研磨剤中に含まれている砕片
の、好ましくは最高２〜８重量％、特に好ましくは３〜
５重量％にしなければならない。通常、前記目標値を達
成するためには、第１処理工程において、３０〜３２０
秒の持続時間、好ましくは６０〜１００秒の持続時間で
遠心分離し、かつその際、遠心加速度は、２０００〜８
０００ｇの範囲、特に好ましくは４０００〜６０００ｇ
の範囲に設定するだけで十分である。The cutting particles originally contained in the used abrasive are preferably 60 to 95% by weight, particularly preferably 8% by weight.
5 to 95% by weight should be present in the solids separated. The components of the debris originating from the semiconductor material in the separated solids are preferably up to 2 to 8% by weight of the debris originally contained in the used abrasive, particularly preferably 3 to
Must be 5% by weight. Usually, in order to achieve the target value, in the first treatment step, 30 to 320
Centrifugation with a duration of seconds, preferably 60-100 seconds, and a centrifugal acceleration of 2000-8
000g range, particularly preferably 4000-6000g
It is enough to set to the range of.
【００１３】第２処理工程においては、遠心分離によっ
て分離された固形物は、新しい切削液の中で激しく撹拌
されながら再分散される。切削粒子と砕片の割合に関し
て分離された固形物中の量比が、上述の帯域に在ると
き、第２処理工程の生成物として、直ちに別の半導体材
料の機械加工用として使用することができる再生研磨剤
が得られる。分離された固形物中の半導体材料から生じ
た砕片の割合が、使用済研磨剤中の砕片の全重量に対し
て上述の８重量％より上回る場合、この措置によって別
の切削粒子が失われることになっても、再生研磨剤とと
もに上述の方法を繰り返すことが合目的である。In the second treatment step, the solid matter separated by centrifugation is redispersed in fresh cutting fluid with vigorous stirring. When the quantity ratio in the separated solid matter with respect to the proportion of cutting particles and debris is in the above-mentioned zone, it can be used immediately as a product of the second processing step, for the machining of another semiconductor material. A regenerated abrasive is obtained. If the proportion of debris generated from semiconductor material in the separated solids exceeds the above-mentioned 8% by weight with respect to the total weight of debris in the used abrasive, this measure causes the loss of other cutting particles. Even then, the goal is to repeat the above method with a reclaimed abrasive.
【００１４】驚くべきことに、棒状単結晶の切断および
ラッピングによって製造されるシリコンウェーハの品質
特徴と見なされていた側面の平行性は、ウェーハを切断
する際に、未使用研磨剤の代わりに再生研磨剤を使用し
た時に改善されている。Surprisingly, the side-to-side parallelism, which was regarded as a quality feature of silicon wafers produced by cutting and lapping rod-shaped single crystals, was regenerated in slicing instead of virgin abrasive when cutting the wafer. Improved when using abrasives.
【００１５】本発明者らは、未使用および使用済研磨剤
を検討し、半導体材料の機械加工中に切削粒子の平均粒
子径が約１０〜１２％低い値に変位することを確認し
た。この変位は、主として、切削粒子の直径が平均粒子
径を上回る前記切削粒子の破砕の結果として生ずるもの
である。当初確認された平均粒子径以下の直径領域の切
削粒子の場合の粒度分布は、研磨剤の使用によっては殆
ど変化しない。巨大切削粒子が、半導体結晶と該半導体
結晶から切断される半導体ウェーハとの間の切削間隙を
拡張するので、ウェーハが切断される際に未使用研磨剤
の代わりに再生研磨剤を使用する場合、半導体ウェーハ
側面の上述の改良された平行性は、見出された粒度分布
の変化によって説明される。The present inventors have examined unused and used abrasives and have determined that during machining of semiconductor materials the average particle size of the cutting particles shifts to a value which is about 10-12% lower. This displacement mainly results from the crushing of the cutting particles whose diameter exceeds the average particle size. The particle size distribution in the case of cutting particles in the diameter region below the initially confirmed average particle size hardly changes depending on the use of the abrasive. When using reclaimed abrasive instead of virgin abrasive when the wafer is cut, because the giant cutting particles expand the cutting gap between the semiconductor crystal and the semiconductor wafer cut from the semiconductor crystal, The above-mentioned improved parallelism of the semiconductor wafer side is explained by the changes in the particle size distribution found.
【００１６】さらに驚くべきことは、使用済研磨剤は再
生研磨剤によって完全に代用でき、且つ研磨剤の更新を
示す時点を未使用研磨剤を使用する場合に該当する時点
よりも早く設定する必要がないことである。使用者に
は、ここに提示した方法を利用する幾つかの可能性が開
かれている。研磨剤が、負荷をかけてから数時間後に半
導体材料から生じた砕片の臨界量を含む場合、完全に再
生研磨剤によって代用することができる。当然のことな
がら、再生研磨剤の使用中に半導体材料から生じた砕片
を多量に有し、交換する必要がある該再生研磨剤も、新
たな再生処理循環工程に供給し、再利用することができ
る。ただし、使用済研磨剤が、すでに再生処理循環工程
を１０回以上終了した場合、更なる再生処理からこの使
用済研磨剤を除くことが合目的である。再生研磨剤によ
る使用済研磨剤の交換は、連続的に行うこともでき、か
つ場合によってはすでに交換すべき研磨剤中の砕片がま
だ臨界量に達していない時点で開始することもできる。
研磨剤を連続的に交換する場合、循環の中で半導体材料
の機械加工工程から使用済研磨剤を連続的に取り去り、
かつ再生処理を施した形態において再び供給するときに
特に好ましいことが判明した。この循環の中で、使用済
研磨剤は、上述の方法に従って再生処理され、かつ場合
によってはその際に発生する切削粒子の損失は、再生研
磨剤の中に砕片不含の切削粒子を供給することによって
調整される。Even more surprisingly, the spent abrasive can be completely replaced by the reclaimed abrasive and the time point indicating the renewal of the abrasive must be set earlier than the time applicable when using the unused abrasive. There is no. The user has several possibilities for utilizing the method presented here. If the abrasive contains a critical amount of debris generated from the semiconductor material several hours after being loaded, then a completely regenerated abrasive can be substituted. As a matter of course, a large amount of debris generated from the semiconductor material during the use of the recycled abrasive and the recycled abrasive that needs to be replaced can also be supplied to a new recycling process circulation step and reused. it can. However, if the used polishing agent has already completed the recycling treatment circulation step 10 times or more, it is purposeful to remove this used polishing agent from the further regeneration treatment. The replacement of the used abrasive with the reclaimed abrasive can be carried out continuously and, optionally, can also be started when the debris in the abrasive to be replaced has not yet reached its critical amount.
When continuously exchanging the abrasive, the used abrasive is continuously removed from the machining process of the semiconductor material in the circulation,
In addition, it has been found to be particularly preferable when re-supplied in the regenerated form. In this cycle, the used abrasive is regenerated according to the method described above, and the loss of cutting particles which may occur in this case supplies debris-free cutting particles in the regenerated abrasive. Adjusted by
【００１７】本発明による方法は、切削粒子が切削液の
中に分散して存在する、半導体材料の機械加工用の公知
のあらゆる研磨剤に適用することができる。切削液とし
ては、特に油または水溶液が考慮され、その際、前記溶
液には、その都度、界面活性剤またはポリマーのような
助剤を含むことができる。切削粒子として好ましくは、
硬質粒子、たとえば酸化アルミニウム、炭化ケイ素また
は炭化ホウ素が使用され、前記硬質粒子の平均粒子径
は、好ましくは６〜２０μｍの範囲である。切削粒子を
回収するための上記方法は、切削粒子に対する切削液の
重量比が未使用研磨剤において１：１〜１：２、好まし
くは１：１．２５〜１：１．７である場合、特に良好な
結果で実施可能である。使用済研磨剤からの切削粒子の
回収は、半導体材料の機械加工のための研磨剤を例に説
明されたが、この方法は他の脆弱硬質材料、たとえば、
ガラスまたはセラミックスの機械加工用として使用され
る研磨剤に対しても適用可能である。The method according to the invention can be applied to all known abrasives for machining semiconductor materials, in which the cutting particles are present dispersed in the cutting fluid. As cutting fluids, oils or aqueous solutions are especially conceivable, in which case the solutions can in each case contain auxiliaries such as surfactants or polymers. Preferably as cutting particles,
Hard particles such as aluminum oxide, silicon carbide or boron carbide are used, the average particle size of said hard particles preferably being in the range 6 to 20 μm. The above method for recovering cutting particles comprises the steps of: if the weight ratio of cutting fluid to cutting particles is 1: 1 to 1: 2, preferably 1: 1.25 to 1: 1.7 in the fresh abrasive, It can be carried out with particularly good results. The recovery of cutting particles from used abrasives has been described with reference to abrasives for the machining of semiconductor materials, but this method can be used for other brittle hard materials, such as
It is also applicable to an abrasive used for machining glass or ceramics.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明による方法を１つの例で説明す
る。 実施例 まず最初に、切削液として使用された切削油２０ｋｇの
中に、平均粒子径１０μｍを有する２５ｋｇ炭化ケイ素
粒子が分散されている研磨剤が準備された。次いで、こ
の研磨剤を使用して直径１００ｍｍの約２０００枚のウ
ェーハが切断およびラッピングにより単結晶のシリコン
結晶から切断することができた。この時点までに、使用
済研磨剤中には１ｋｇのシリコン砕片（５ｋｇの砕片不
含の研磨剤に対して）が蓄積された。The method according to the invention will now be described by way of an example. Example First, an abrasive having 20 kg of cutting oil used as a cutting fluid and 25 kg of silicon carbide particles having an average particle diameter of 10 μm dispersed therein was prepared. Then, using this abrasive, about 2000 wafers having a diameter of 100 mm could be cut and cut from a single crystal silicon crystal by lapping. By this time, 1 kg of silicon debris had been accumulated in the spent abrasive (for 5 kg debris-free abrasive).
【００１９】その後で使用済研磨剤は、市販のデカンタ
（遠心分離機）で７０秒の時間を通して、かつ約５００
０ｇの遠心加速度で遠心分離された。その際、分離され
た固形物は、１６ｋｇの新しい切削油の中で激しく撹拌
されながら再分散され、かつこれに続いて別のシリコン
ウェーハを切断するために使用された。新たな再生処理
循環工程が示される前に、前記再生研磨剤により約２０
００枚の別のシリコンウェーハを製造することができ
た。After that, the used abrasive is treated with a commercially available decanter (centrifuge) for about 70 seconds and about 500 times.
Centrifuged at 0 g of centrifugal acceleration. The separated solids were then redispersed in 16 kg of fresh cutting oil with vigorous stirring and subsequently used to cut another silicon wafer. Before the new reclaiming process cycle is shown, the reclaimed abrasive will remove about 20
It was possible to manufacture 00 different silicon wafers.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明により、半導体材料の機械加工の
ための切削粒子をより長く使用することができ、且つ可
能な限り簡単な切削粒子の回収方法を提供できる。Industrial Applicability According to the present invention, it is possible to use a cutting particle for machining a semiconductor material for a longer period of time, and to provide a method for collecting the cutting particle as simple as possible.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァルター・フランク ドイツ連邦共和国 ブルクキルヒェン、ヴ ァツマンリング 25 (72)発明者 マクシミリアン・カエサー ドイツ連邦共和国 メーリング−エード、 ボツェンシュトラーセン 12 (72)発明者 アルベルト・ペンヴィエザー オーストリア国 アハ、ミッテンドルフ 14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Walter Frank Germany Federal Republic of Germany Kirkkirchen, Vatsmannring 25 (72) Inventor Maximilian Caesar Federal Republic of Germany Mailing-Aed, Bozenstraßen 12 (72) Inventor Albert Penviezer Mittendorf 14 Acha, Austria
Claims (1)
とが分散されている切削液から成る、半導体材料の機械
加工の際に使用した使用済研磨剤からの切削粒子の回収
方法であって、第１処理工程において該研磨剤が遠心分
離され、第２処理工程において、該遠心分離の際に分離
された固形物を新しい切削液の中に再分散して再生研磨
剤を作製することを特徴とする切削粒子の回収方法。1. A method of recovering cutting particles from a used abrasive used in machining a semiconductor material, which comprises cutting fluid in which cutting particles and debris generated from the semiconductor material are dispersed. In the first processing step, the abrasive is centrifuged, and in the second processing step, the solid matter separated during the centrifugation is redispersed in a new cutting fluid to prepare a regenerated abrasive. A characteristic method of collecting cutting particles.
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