JPH09109144A - シリコン切断廃液からの砥粒回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン単結晶のワイヤーソー切断において
生じる廃砥粒調合油から再利用可能な砥粒を回収する。 【解決手段】 ａ）砥粒調合油に含まれる油分と相溶す
る低粘度の抽出剤を廃砥粒調合油に添加する工程と、
ｂ）この抽出剤を添加した廃砥粒調合油を被処理液とし
て、沈降分離槽の上部より連続的に供給し、前記と同様
の抽出剤を沈降分離槽の下部より上向きに注入すること
により、所定粒径未満の固形物を含有する溢流液と、所
定の粒径以上の固形物を含有する底部排出流とに分離す
る工程とを有することを特徴とするシリコン切断廃液か
らの砥粒回収方法である。さらに上記ｂ）工程において
得られた底部排出流を被処理液として、さらに上記ｂ）
工程を１ないし複数回繰返すことにより精選を行なうこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン切断廃液
からの砥粒回収方法に係り、詳しく述べると、ワイヤー
ソー切断機などを用いて、例えば、シリコン単結晶イン
ゴットを切断しシリコンウェハを作製する場合におけ
る、廃砥粒調合油からの砥粒回収技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン単結晶インゴットを切断
し、シリコンウェハを作製する場合、内周刃切断機が一
般に用いられている。しかしながら、インゴットの大口
径化に伴ない、例えば直径８インチ以上のインゴットを
切断可能な内周刃切断機の製作が困難となってきてい
る。また、カーフロス（切代）の減少による収率の向
上、切断作業の無人運転化等の作業効率の観点からワイ
ヤーソー方式の切断機の使用が着目されている。

【０００３】このワイヤーソー切断機は、例えば図７に
示すように、互いにその軸線が平行となるように離間配
置された複数の溝車１２（例えば３つの溝車１２の各軸
線が正三角柱の各側辺を形成するように配置する）を有
する。駆動装置（図示せず）によって摺動可能とされた
ワイヤ１１が、これらの溝車１２間に複数回巻装されて
いる。従って、溝車１２に平行に設置される、シリコン
単結晶インゴット等のワーク１３に対し、軸線と垂直な
方向からワイヤ１１が定間隔毎に当接し、ワーク１３と
溝車１２との相対位置を変動させることによって、同時
に複数枚のウェハが切断できるようになっている。な
お、切断部位においてワイヤ１１には、砥液供給部１４
から砥粒を高粘性油に配合してなる砥粒調合油が供給さ
れる。

【０００４】しかしながら、このようなワイヤーソーに
よる切断の欠点の１つとして、上記砥粒調合油の寿命が
約１カ月と短いことが挙げられる。すなわち、シリコン
単結晶の切断処理を継続していくと、砥粒調合油中にシ
リコン切粉等の混入量が増加し切断効率が短期間で低下
してしまう。

【０００５】このため経済的観点から、廃砥粒調合油の
再生技術の開発が要望されていた。本出願人は、先にこ
のような廃砥粒調合油の回収方法として、砥粒調合油に
含まれる油分と相溶する低粘度の抽出剤を廃砥粒調合油
に添加する工程と、この抽出剤を添加した廃砥粒調合油
を遠心分離にかけて、所定の粒径以上の固形物を含有す
る固相と、所定の粒径未満の固形残渣を含有する液相と
に分離する工程とを有する方法を提案した（特願平０６
−１９２０４２号）。

【０００６】しかしながら、このように遠心処理を利用
した回収方法では、装置が大型なものとなり、また処理
が連続的に行なえないために回収コストが高くなってし
まうといった問題が残るものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、シリ
コン単結晶のワイヤーソー切断において生じる廃砥粒調
合油の、効率のよいかつ設備的にもコンパクトなものと
なる再生技術を提供することを目的とする。本発明はま
た、廃砥粒調合油からの砥粒回収方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず、ワ
イヤーソー切断機を用いて、シリコン単結晶インゴット
を切断した際に用いられた砥粒調合油の廃液中に含まれ
るＳｉＣ砥粒の粒子径分布を検討した結果、使用前の砥
粒調合油中の砥粒の形状および粒子径分布と、廃液中の
砥粒の形状および粒子径分布を比較すると、廃液中には
使用前の砥粒と実質的に遜色のない大きさおよび形状の
砥粒が数多く含まれており、これらを回収分級すること
ができれば、再利用可能であるとの知見を得た。

【０００９】ここで、シリコンの切断に用いられる砥粒
調合油は、ＳｉＣ粒を砥粒として、これを粘性の高い重
質油に添加分散させたものであり、さらに分散安定剤、
非イオン界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤が配合され
ているものであることから、廃液の油分から砥粒等の固
形分を直接的に分離することが困難である。また砥粒と
シリコン切粉との比重差は１以上あり、比重選鉱による
砥粒回収が有力な方法であると考えられるが、上記した
ように調合油の粘性が高く処理不能であり、また調合油
による希釈程度では処理不能である。さらに廃砥粒調合
油においては機械油の混入あるいは調合油の劣化により
鉱物油の分離が起っており、油分抽出処理が困難であ
る。そこで本発明者らは、砥粒調合油に含まれる油分と
相溶する例えば灯油などといった低粘度の抽出剤を、廃
砥粒調合油に添加し、この抽出剤を添加した廃砥粒調合
油を分離処理にかけることを想到した。さらに、その分
離処理として、いわゆる水力分級器におけるように、沈
降分級器の分級室の底部から上向きに低粘度抽出剤を供
給し、微粒を槽外に溢流させ、上昇流に抗して沈降した
粗粒（砥粒）は底部から回収すれば、連続的にかつ効率
よく廃砥粒調合油から砥粒を回収でき、しかも遠心分離
を用いるよりも装置的に小型でかつ省エネルギーである
有効な回収方法となることを見い出した。

【００１０】すなわち、本第１発明は、シリコン結晶の
切断の際に使用される砥粒調合油の廃液からの砥粒の回
収方法であって、 ａ）砥粒調合油に含まれる油分と相溶する低粘度の抽出
剤を、廃砥粒調合油に添加する工程と、 ｂ）この抽出剤を添加した廃砥粒調合油を被処理液とし
て、沈降分離槽の上部より連続的に供給し、前記と同様
の抽出剤を沈降分離槽の下部より上向きに注入すること
により、所定粒径未満の固形物を含有する溢流液と、所
定の粒径以上の固形物を含有する底部排出流とに分離す
る工程とを有する。

【００１１】また、本第２発明は、シリコン結晶の切断
の際に使用される砥粒調合油の廃液からの砥粒の回収方
法であって、上記ｂ）工程において得られた底部排出流
を被処理液として、さらに上記ｂ）工程を１ないし複数
回繰返すことを有する。

【００１２】このように本発明においては、廃砥粒調合
油に灯油等の抽出剤を添加することで、沈降分離による
固液分離を容易なものとする。さらに第１発明において
は、このように抽出剤を添加した廃砥粒調合油を沈降分
離にかける際に、分離槽内に抽出剤による上昇流を形成
することにより所定粒径以上の固形物（砥粒）と所定粒
径未満の固形物（シリコン切粉等）との分離を促進さ
せ、所定粒径未満の固形物は溢流液に乗せ、上昇流に抗
して槽内を沈降する所定粒径以上の固形物と分離するも
のである。さらにこのように分離槽内において抽出剤の
上昇流にさらされることで、砥粒の洗浄化も同時に行な
えるものである。

【００１３】また第２発明においては、このように抽出
剤を添加した廃砥粒調合油を沈降分離にかけた後、得ら
れた所定粒径以上の固形物を含む底部排出流を、さらに
上記と同様な沈降分離操作に１ないし複数回かけること
により、より確実にかつ品位高く所定粒径以上の砥粒を
回収する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に基づき、より
詳細に説明する。図１は、本発明に係わる廃砥粒調合油
からの砥粒の回収方法の一実施形態における装置構成例
を模式的に示す図面である。

【００１５】シリコン結晶のワイヤーソー切断機での切
断の際に使用される砥粒調合油は、粒径６〜２０μｍ程
度のＳｉＣ砥粒を、１５ｍｐ・Ｓ（２０℃）程度の高粘
性の調合油に分散させたものである。砥粒調合油のより
具体的な組成の一例を例示すると、最大径２０．２μ
ｍ、５０％径１２．１μｍのＳｉＣ砥粒（嵩比重１．０
５２（真比重４））を、精製鉱油（粘度５ｃＳｔ（４０
℃））４３％、石油系溶剤（粘度２ｃＳｔ（４０℃））
３５％、分散安定剤１０％、高分子活性剤（非イオン界
面活性剤）１０％および酸化防止剤（脂肪酸誘導体）２
％からなる調合油（Ｄ4 15：０．８２１、粘度：１４．
５ｍｐ・Ｓ（２０℃））に、１．６：１の割合（砥粒：
調合油の重量比）で、配合したものなどが挙げられる。

【００１６】このような砥粒調合油を、ワイヤーソー切
断機において例えば１ケ月程度使用すると、砥粒調合油
中には、粒径１〜５μｍ程度のシリコン切粉が多量に混
入し、切断効率が低下してしまうために使用に絶えられ
ないものとなる。なお、砥粒調合油には、使用によりワ
イヤー鉄粉、ワイヤーメッキ粉、ガラス成分、接着剤成
分、機械油なども混入する虞れがあるが、その量は、多
くてもシリコン切粉の数％程度と微量である。

【００１７】このようにしてシリコン切粉が混入した砥
粒調合油の廃液は、例えば、廃液１００リットル（１８
０ｋｇ）当り、砥粒９５ｋｇ、潤滑油６０ｋｇ、シリコ
ン切粉２５ｋｇを含有する。もちろん、本発明において
対象とする砥粒調合油の組成および処理される廃砥粒調
合油の組成としてはそれぞれ上記に例示したものに何ら
限定されるものではない。

【００１８】本発明においては、まずこのような廃液に
対し、必要に応じて、セットリングを行ない上層浮上油
分を除去する。次いで、廃液に抽出剤として灯油を添加
し油分抽出処理を行なう（ａ工程）。抽出剤としては、
砥粒調合油に含まれる油分と相溶する低粘度のもので特
に限定されるものではなく、灯油以外にも例えば、ガソ
リン、軽油等が使用され得るが、経済性および安全性の
面から灯油が好ましい。また、抽出油の添加量として
は、廃液に対し容量比（抽出油／廃液）で少なくとも１
以上、好ましくは２以上、より好ましくは３以上となる
ようにする。すなわち、容量比が１未満では廃液の十分
な希釈が行なえず後続する沈降分離による固液分離が困
難となるためである。なお、容量比が５を越える程に過
度に抽出剤を添加することは、操作効率および経済的な
面から好ましくない。図１に示す実施の形態において、
このような油分抽出処理は、撹拌機１を備えた希釈槽２
において行なう。

【００１９】このように抽出剤（灯油）を添加された廃
液（以下、希釈廃液と称する。）は、定量ポンプ３によ
り分配槽４へと送られ、分配槽より所定流量、例えば３
５〜４０ｍｌ／分が、沈降槽５へと供給される（ｂ工
程）。なお、定量ポンプ３での揚液量は、配管の閉塞が
起きないような管内流速になる量、例えば７０〜１００
ｍｌ／分とされ、余分量は、分配槽より希釈槽へと返戻
される。

【００２０】沈降槽５においては、上部より希釈廃液が
前記所定流量で供給される一方で、底部側からは、抽出
剤槽６より定量ポンプ７を介して所定流量で送られてき
た上記したと同様の抽出剤、例えば灯油が、沈降槽５内
において上昇流を形成するように上向きに注入される。
ここで、この上昇流を形成するに導入される抽出剤の量
は、先のａ工程における廃液の抽出剤による希釈割合、
沈降槽の大きさおよび形状等によっても左右されるが、
希釈廃液に含まれる廃液量に対する抽出剤の量（容量
比：抽出剤／廃液）が、１〜３倍、好ましくは２倍程度
となるように流量を調節する。すなわち、容量比が１倍
未満では十分な上昇流分級が行なえず、一方、容量比が
３倍を越えるものとなると、上昇流が強くなりすぎて所
望粒径の固形物まで溢流に同伴されてしまう可能性が高
くなり、かつ抽出剤の消費量が大きくなり経済的でなく
なる虞れもあるためである。

【００２１】なお、このような沈降分離を行なう沈降槽
５を有する沈降分離器としては、特に限定されるもので
はなく、一般に水力分級器として知られる、例えば、単
純なコーン型の選別筒（沈降槽）を有する分級器、渦動
分級器などといった自由沈降水力分級器、あるいはファ
ーレンワルドサイザー、ドルコサイザーなどといった干
渉沈降水力分級器、さらには液体サイクロンの底部付近
に抽出剤導入口を設けて改良したような遠心力を併用す
るもの、さらにはシックナーなどのように排泥機構（レ
ーキ）を有し、所定の粒径以上の固形物を含有する底部
排出流の排出能を高めたものなどが採用可能である。

【００２２】沈降槽５において前記抽出剤による上昇流
の上昇速度より大きい沈降速度をもつ所定粒径以上の固
形物は、沈降槽内を下降し底部排出口５ａよりアンダフ
ロー受槽８へと導出され、一方、所定粒径未満の固形物
は前記上昇流に搬送されて溢流として沈降槽上部より取
出されオーバフロー受槽９へと送られる。

【００２３】第１発明においては、アンダーフロー受槽
８に得られた所定粒径以上の固形物を含むアンダーフロ
ー液は、例えば加圧フィルター等を用いて固液分離さ
れ、回収された固相は回収砥粒として再利用される。な
お、固相と分離された液相は、再使用抽出剤として使用
することも可能であり、この場合、再使用抽出剤は不足
分を新鮮な抽出剤により補われ、希釈槽２における廃液
の油分抽出処理へと循環利用され、抽出剤の消費量を抑
えることができる。

【００２４】なお、必要に応じて、このように回収され
た固相に対し、さらに砥粒／切粉分離操作を行なっても
よい。この分離操作は、ＳｉＣ砥粒とＳｉ切粉との比重
差が１以上あること、また水等に対する濡れ性が相違す
ることから、比重分離または水ないし水系媒体等の適当
な媒体を使用しての浮遊分離により行なうことが適当で
ある。この操作により、主として所望径以上の砥粒を含
有する回収砥粒と、切粉および所望径未満の砥粒を含有
する残渣とに分離され、回収砥粒は再利用される。な
お、このような分離操作に代えて、湿式分級あるいはふ
るい、サイクロンなどによる乾式分級を採用することも
可能であり、またこのような分級操作を前記したような
分離操作と併用することも可能である。また、本発明に
おいて、回収された固相中に含まれる鉄粉の割合が比較
的多い場合には、必要に応じて磁気選鉱により、鉄分を
除去する操作を付加することも可能である。

【００２５】なお、オーバフロー液は、一端貯槽等に貯
溜した後、廃棄処分される。一方、第２発明において
は、アンダーフロー受槽８に得られた所定粒径以上の固
形物を含むアンダーフロー液を被処理液として、前記ｂ
工程と同様の操作を繰返し、回収砥粒の品位を高める。
すなわち、アンダーフロー受槽８に回収されたアンダー
フロー液を、前記したと同様な沈降槽の上部より所定流
量で供給し、一方沈降槽の底部側からは、所定流量の抽
出剤を沈降槽５内において上昇流を形成するように上向
きに注入し、沈降槽底部からより精選された固形物を含
むアンダーフロー液を回収するものである。さらに必要
に応じて、この精選アンダーフロー液を再度被処理液と
して、その後所定回数、同様に沈降槽にて処理し、さら
に品位の向上を図ることも可能である。

【００２６】第２発明におけるこのような精選工程は、
図１に示すような装置構成において、希釈槽２に対し設
けられた定量ポンプ３および分配槽４を有する管路と同
様の管路をアンダーフロー槽８に対しても設け、希釈槽
２からの所定量の被処理液の沈降槽５による処理が終了
した時点で、管路を切替え、アンダーフロー槽８からの
被処理液を沈降槽５へと流し精選処理を行なうというよ
うに、１つの沈降槽５を用いて処理することも可能であ
るが、好ましくは、前記沈降槽５とは別途に精選処理用
の沈降槽を１ないし複数、前記沈降槽５より下流側に配
置し、アンダーフロー槽８からの被処理液をこの下流側
に配された第２の沈降槽に対し供給し、さらにこの第２
の沈降槽からのアンダーフロー液を第３の沈降槽へ、第
３の沈降槽からのアンダーフロー液を第４の沈降槽へ…
といった構成を取ることが、連続処理が可能となり、操
作管理等も容易となるといった面から好ましい。

【００２７】第２発明、すなわち精選工程を付した場合
においても、第１発明の場合と同様に、最終的なアンダ
ーフロー液は、例えば加圧フィルター等を用いて固液分
離され、回収された固相は回収砥粒として再利用され
る。なお、固相と分離された液相は、再使用抽出剤とし
て使用することが可能である。さらに精選工程における
オーバフロー液は、固形分含有量が非常に少ないもので
あるためそのまま再使用抽出剤として使用することが可
能であり、前記アンダーフロー液からの分離液と合せ
て、希釈槽２における廃液の油分抽出処理へと利用され
得る。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。図１に示すような構成を有する試験装置によ
り、ワイヤーソー廃液の連続沈降分離試験を行なった。

【００２９】まず、粗選では、ワイヤーソー廃液と灯油
を容量比１：２に混合したもの（３倍希釈液）を沈降槽
５上部から３５〜４０ｍｌ／分の流量で供給した。ま
た、ワイヤーソー廃液の容量比２倍分の灯油を沈降槽５
下部から上向きに供給した。また、精選では、同じ装置
を用いて、前記粗選におけるアンダーフロー液を沈降槽
５上部から３５〜４０ｍｌ／分の流量で供給した。ま
た、沈降槽上部からの供液量の２／３相当分の灯油を沈
降槽５下部から上向きに供給した。

【００３０】なお、その他の条件、例えば沈降槽、分配
槽の形状等は図１に示す通りであった。表１に、ワイヤ
ーソ廃液（原液）と粗選の結果得られたオーバフロー液
（Ｏｆ）およびアンダーフロー液（Ｕｆ）の成分割合
を、試験を行なった６つの異なる廃液ロッド（試験区
分）に関して表わした。また、表２に、これらの試験区
分の平均として、ワイヤーソ廃液（原液）と、粗選の結
果得られた粗選オーバフロー液（粗選Ｏｆ）および粗選
アンダーフロー液（粗選Ｕｆ）と、精選の結果得られた
精選オーバフロー液（精選Ｏｆ）および精選アンダーフ
ロー液（精選Ｕｆ）との成分割合を示す。

【００３１】表２に示すように、回収ＳｉＣは、粗選の
みでも品位約８８％、回収率約８７％に達し、さらに精
選まで行なうと品位約９２％となり、また最終回収率
（粗選回収率×精選回収率）約８２％となり、有効な砥
粒回収方法であることが確認された。

【００３２】また、精選後回収された砥粒は、図４およ
び図５に示すように、図２および図３に示す廃液中に含
まれる微細粉が実質的に除去され、使用前の砥粒調合油
に含まれる砥粒の形状と何ら遜色のないものであり、ま
た図６に示すように精選後の産物（上記連続試験の累計
として表わした。）の粒径分布も、廃液（原液）中の微
細粉がきれいに除去された良好なものとなり、使用前の
砥粒調合油に含まれる砥粒の粒径分布と遜色なく、本発
明により回収された砥粒が再利用可能であることが実証
された。なお図６において、参考のために回分試験の結
果得られた粒径分布を併せて示すが、連続処理によって
も回分処理と遜色ない良好な粒径分布が得られ、処理効
果を低下させることなく連続処理により処理効率を高め
ることができることが明らかとなった。

【００３３】なお、回分試験は、次のようにして行っ
た。ワイヤーソ廃液に灯油を添加し、回分的に自然沈降
分離試験を行った。５倍希釈となるように、ワイヤーソ
廃液６００ｍｌに灯油を２４００ｍｌ添加し、撹拌、静
置後、サイフォンで洗浄灯油分の上相、不溶解油分相、
沈降した固相に分離する。その後は固相に最初の廃液量
と同量の６００ｍｌの灯油を添加し、撹拌、静置、分離
を５回繰り返して洗浄を行った。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、シリ
コン結晶の切断の際に使用された砥粒調合油の廃液から
の砥粒再生技術が確立でき、シリコンウェーハ製造にお
いて、有効なコスト削減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係わる廃砥粒調合油からの砥粒
の回収方法の一実施形態における装置構成例を模式的に
示す図面である。

【図２】図２は廃液中のＳｉＣ砥粒とＳｉ切粉の形状を
示す顕微鏡写真（倍率５００倍）である。

【図３】図３は廃液中のＳｉＣ砥粒とＳｉ切粉の形状を
示す顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。

【図４】図４は本発明方法により回収されたＳｉＣ砥粒
の形状を示す顕微鏡写真（倍率５００倍）である。

【図５】図５は本発明方法により回収されたＳｉＣ砥粒
の形状を示す顕微鏡写真（倍率１０００倍）である。

【図６】図５は廃液中のＳｉＣ砥粒、および本発明方法
により回収されたＳｉＣ砥粒の粒径分布を示すグラフで
ある。

【図７】図７はワイヤーソー切断機の構成を模式的に示
す斜視図である。

【符号の説明】 １…撹拌機、 ２…希釈槽、 ３…定量ポンプ、 ４…分配槽、 ５…沈降槽、 ８…アンダーフロー受槽、 ９…オーバーフロー受槽、 １１…ワイヤ、 １２…溝車、 １３…ワーク、 １４…砥液供給部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン結晶の切断の際に使用される砥
   粒調合油の廃液からの砥粒の回収方法であって、 ａ）砥粒調合油に含まれる油分と相溶する低粘度の抽出
   剤を、廃砥粒調合油に添加する工程と、 ｂ）この抽出剤を添加した廃砥粒調合油を被処理液とし
   て、沈降分離槽の上部より連続的に供給し、前記と同様
   の抽出剤を沈降分離槽の下部より上向きに注入すること
   により、所定粒径未満の固形物を含有する溢流液と、所
   定の粒径以上の固形物を含有する底部排出流とに分離す
   る工程と、 を有することを特徴とするシリコン切断廃液からの砥粒
   回収方法。
2. 【請求項２】 上記ｂ）工程において得られた底部排出
   流を被処理液として、さらに上記ｂ）工程を１ないし複
   数回繰返すことを特徴とする請求項１に記載のシリコン
   切断廃液からの砥粒回収方法。