KR100776966B1 - 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100776966B1
KR100776966B1 KR1020060069485A KR20060069485A KR100776966B1 KR 100776966 B1 KR100776966 B1 KR 100776966B1 KR 1020060069485 A KR1020060069485 A KR 1020060069485A KR 20060069485 A KR20060069485 A KR 20060069485A KR 100776966 B1 KR100776966 B1 KR 100776966B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dimensional
liquid phase
centrifuge
waste slurry
heat supply
Prior art date
Application number
KR1020060069485A
Other languages
English (en)
Inventor
장영철
Original Assignee
장영철
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 장영철 filed Critical 장영철
Priority to KR1020060069485A priority Critical patent/KR100776966B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100776966B1 publication Critical patent/KR100776966B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02032—Preparing bulk and homogeneous wafers by reclaiming or re-processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges
    • B04B7/08—Rotary bowls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리를 재생하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐슬러리로부터 절삭재 및 절삭유를 효율적으로 분리 회수하여 재생하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리 재생 장치에 관한 것이다. 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치는 폐슬러리를 60℃ 이상 비등점 이하로 가열하는 제1열공급부; 상기 제1열공급부에서 가열된 폐슬러리를 1200 ~ 1500 rpm의 회전수로 회전시켜 고형분과 1차액상분으로 원심 분리하는 1차원심분리기(5); 상기 1차원심분리기에서 분리된 1차액상분을 50℃ 이상 비등점 이하로 가열하는 제2열공급부; 및 상기 제2열공급부에서 가열된 1차액상분을 2800 rpm 이상의 회전수로 회전시켜 미분과 2차액상분으로 원심 분리하는 2차원심분리기(11)를 포함하여 이루어진다.

Description

반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치{APPARATUS FOR RECYCLING THE DISPOSED SLURRY PRODUCED IN THE MANUFACTURING PROCESS OF THE SILICON WAFER}
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 폐슬러리로부터 절삭재, 절삭분 및 절삭유를 분리하고 재생하는 과정을 순차적으로 도식화한 도면이다.
도2는 도1의 과정을 수행하기 위한 폐슬러리 재생장치의 개략 구성도이다.
도3은 원심분리기의 처리 속도 식의 유도와 관련한 참고 도면이다.
도 4는 온도 및 회전수 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분에 포함된 오일 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 온도 및 회전수 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분에 포함된 절삭분(Si) 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 온도 및 회전수 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분에 포함된 절삭재(SiC) 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7은 1000 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 1000 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고 형분의 입도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 1200 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 1200 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 입도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 1500 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 12는 1500 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 입도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13은 온도 및 회전수 변화에 따른 2차 원심 분리된 2차액상분에 포함된 오일 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 14는 온도 및 회전수 변화에 따른 2차 원심 분리된 2차액상분에 포함된 절삭분(Si) 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 15는 온도 및 회전수 변화에 따른 2차 원심 분리된 2차액상분에 포함된 절삭재(SiC) 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 16은 온도 및 2차 원심 분리 회수 변화에 따른 2차 원심 분리된 2차액상분의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
5: 1차원심분리기 11: 2차원심분리기
14: 반송라인
본 발명은 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리를 재생하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐슬러리로부터 절삭재 및 절삭유를 효율적으로 분리 회수하여 재생하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신 및 반도체 산업의 발전에 따라 실리콘 단결정 웨이퍼의 수요가 매우 급증하는 추세이다. 일반적으로 실리콘 단결정 웨이퍼는 실리콘 단결정 잉곳에 절삭재와 절삭유를 공급하면서 와이어소우(wiresaw)로 절삭한 후, 연마기로 연마하여 제조한다. 이 과정에서 일반적으로 최초 공급되는 실리콘 단결정 잉곳의 약 20 ~ 30%의 양이 절삭분(saw dust)으로 발생한다.
실리콘 단결정 웨이퍼 제조시, 절삭재(탄화규소, 산화알미늄, 이산화규소, 등), 절삭분 및 절삭유와 같은 부산물들은 세정과정을 통해 반도체 웨이퍼로부터 제거된다. 따라서 일반적으로 반도체 웨이퍼 제조에 따라 발생하는 폐슬러리 내에는, 절삭재와 Si 성분인 절삭분이 절삭유에 분산된 형태로 존재한다.
반도체 웨이퍼 제조 시 발생하는 폐슬러리는 특수산업폐기물로 분류된다. 발생된 폐슬러리는 절삭분과 절삭유를 함유하므로 단순히 소각 처리할 수 없으며, 또 한 단순 매립의 경우 절삭유에 의한 심각한 토양오염이 우려된다. 따라서 발생된 폐슬러리는 시멘트로 고형화 하여 매립 처리하는 특수한 처리 방법이 적용되고 있는 실정이다.
그러나 위의 처리방법은 환경적, 경제적, 시간적인 측면에서 매우 부적합하다. 따라서 근래에, 폐슬러리를 고형화 하여 매립 처리하는 대신, 폐슬러리 내에 포함되어 있는 절삭재, 절삭분 및 절삭유를 회수하여 재사용 하는 방안이 제시되고 있다.
이들 폐슬러리 재생 방법으로, 솔벤트 추출에 의해 재생하는 방법보다는 통상 원심분리법이 많이 적용되고 있다. 폐슬러리는 물이나 솔벤트에 의해 쉽게 용해되어 절삭유를 분리할 수 있으나, 건조나 증류 과정에서 절삭유에 포함된 유화첨가제가 변화되어 재사용시 절삭재가 분산되지 않고 침전되는 문제점이 있기 때문이다.
원심분리는 통상 2단계에 걸쳐 이루어지고 있다. 1차 원심 분리 단계에서는 절삭재가 다수 포함된 고형분과 절삭분과 절삭액이 다수 포함된 1차액상분으로 분리하여 절삭재를 회수하고, 2차 원심 분리 단계에서는 1차 원심 분리에 의하여 얻어진 1차액상분을 다시 절삭액이 대부분인 2차액상분과 미분으로 분리하여 절삭액을 회수하는 것이다.
종래의 2단계 원심분리에 의한 폐슬러리 재생방법에서는 1차 원심 분리에 앞서 폐슬러리에 절삭액을 첨가한다. 이는 폐슬러리 내에 Si 성분의 절삭분이 포함되어 있어 폐슬러리의 점도가 높아 이 상태로는 원심 분리가 가능하지 않기 때문이 다. 첨가되는 절삭액으로는 통상 2차 원심 분리에서 회수된 절삭액을 반송하여 사용하는 것이 일반적이다.
종래의 기술에 따라서는, 상기 절삭액의 첨가에 보조하여 1차 원심 분리에 앞서 상온 또는 이보다 다소 높은 온도(예컨대 30℃ ± 15℃)로 폐슬러리를 가열하기도 하였다. 그러나, 이는 폐슬러리와 첨가 절삭액의 혼합을 원활하게 하기 위한 수단, 그 이상은 아니었다. 즉, 가열이 절삭액의 첨가 효과를 높이기 위한 보조 수단으로서만 인식되어 온 것이다.
상기 폐슬러리에 절삭액을 첨가하여 원심 분리하는 재생방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다.
먼저, 절삭액의 첨가는 필연적으로 처리 용량의 증가를 야기한다. 이는 공정 시간의 증가, 운전 비용의 증가와 장치의 대형화를 초래한다. 절삭액의 첨가로 인하여 약 4 ~ 5배의 처리 용량의 증가를 야기하는 것으로 조사되었다.
또한, 절삭액의 첨가, 특히 2차 원심 분리에서 회수된 절삭액을 반송하여 폐슬러리에 첨가하는 재생방법은, 절삭액을 반송하기 위한 장치 구성과 함께 폐슬러리와 절삭액의 혼합 비율을 일정하게 유지하기 위한 장치 구성이 필요하게 되어, 폐슬러리 재생장치의 구성을 복잡하게 하는 요인이 된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 가지는 종래의 희석용 절삭액 첨가를 대체하는 대체 수단을 제안하여, 폐슬러리 재생의 효율성을 높일 수 있는 폐슬 러리 재생장치를 제공하는데 있다.
즉, 본 발명의 목적은 공정 시간의 최소화, 운전 비용의 최소화 및 장치의 컴팩트화를 달성할 수 있는 폐슬러리 재생장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 재생장치의 구성을 단순화하여 장치 설비 비용을 최소화할 수 있는 폐슬러리 재생장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐슬러리를 60℃ 이상 비등점 이하로 가열하는 제1열공급부; 상기 제1열공급부에서 가열된 폐슬러리를 1200 ~ 1500 rpm의 회전수로 회전시켜 고형분과 1차액상분으로 원심 분리하는 1차원심분리기; 상기 1차원심분리기에서 분리된 1차액상분을 50℃ 이상 비등점 이하로 가열하는 제2열공급부; 및 상기 제2열공급부에서 가열된 1차액상분을 2800 rpm 이상의 회전수로 회전시켜 미분과 2차액상분으로 원심 분리하는 2차원심분리기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 제1열공급부는 폐슬러리를 60℃ ~ 90℃의 온도로 가열한다.
바람직하게는, 상기 폐슬러리 재생장치는 상기 2차원심분리기에서 분리되어 배출된 절삭유를 다시 상기 2차원심분리기로 반송시키는 반송라인을 추가적으로 구비하여, 상기 2차원심분리기는 2회 이상 원심 분리를 반복한다.
바람직하게는, 상기 반송라인은 2차액상분을 상기 제2열공급부로 유입시켜, 상기 제2열공급부에서 가열된 후 상기 2차원심분리기로 유입되도록 하거나, 상기 반송라인 상에 2차액상분을 50℃ 이상 비등점 이하로 가열하는 제3열공급부가 추가적으로 구비된다.
바람직하게는, 상기 2차원심분리기는, 원심 분리를 반복함에 따라 회전수를 같거나 증가시킨다.
바람직하게는, 상기 폐슬러리 재생장치는, 상기 1차원심분리기에서 원심 분리된 고형분과 상기 2차원심분리기에서 원심 분리된 2차액상분을 혼합하여 재생 슬러리로 재생하는 재생부를 추가적으로 구비한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 폐슬러리로부터 절삭재, 절삭분 및 절삭유를 분리하고 재생하는 과정을 순차적으로 도식화한 도면이다.
폐슬러리에서 절삭재와 절삭유를 분리/회수하여 재생하기 위해서는 2단계 원심 분리 과정을 거쳐야 한다.
1차 원심 분리에서는 절삭재(SiC)가 다수 포함된 고형분과 절삭유가 다수 함유된 1차액상분으로 분리된다. 이어, 2차 원심 분리에서는 고속으로 운전하여 1차액상분에서 미분의 절삭분(Si)을 제거하여 신유(new oil)의 밀도인 0.89g/cc에 근접한 절삭유로 재생한다.
도2는 도1의 과정을 수행하기 위한 폐슬러리의 재생장치의 개략 구성도이다.
폐슬러리가 탱크로리 또는 드럼(1)으로 입고되면 펌프(P)에 의하여 저장탱 크(3)로 이송된다. 와이어소우의 장비와 재생 회수, 보관 기간, 외기 온도 등 회수 조건에 따라 절삭재 농도의 변화가 동반되므로, 이송된 폐슬러리는 저장탱크(3) 내에서 균일하게 교반된다.
저장탱크(3)는 폐슬러리를 소정 온도로 가열하여 점도를 저하시킨다. 바람직하게는, 60℃ 이상 비등점 이하, 더욱 바람직하게는, 60℃ ~ 90℃의 온도 범위가 유지되도록 가열한다.
따라서 저장탱크(3)는 제1열공급부로 기능한다. 실시예에 따라서는 저장탱크(3)와는 별도로 제1열공급부를 구성할 수도 있을 것이다.
가열된 폐슬러리는 1차원심분리기(5)로 유입된다. 1차원심분리기는 1200 ~ 1500 rpm의 회전수로 운전되어, 폐슬러리를 절삭재(SiC)가 대부분을 차지하는 고형분과 절삭분(Si) 및 절삭유가 대부분을 차지하는 1차액상분으로 분리한다.
폐슬러리의 온도가 60℃ 미만인 상태로 1차원심분리기(5)에 유입되거나 1200 rpm 미만으로 1차원심분리기(5)가 운전되면, 1차원심분리기(5)에서의 1차 원심 분리 효율이 극히 저하되고, 이로 인하여 2차원심분리기(11)의 운전이 불가능해지게 된다. 즉, 1차 원심 분리 효율이 저하되어, 다량의 절삭재가 2차원심분리기로 유입되고, 이는 고속으로 운전되는 2차원심분리기의 운전 중단 등을 야기한다.
폐슬러리에 절삭액의 첨가가 수반되지 않으므로, 처리 용량의 증가를 가져오지 않는다. 따라서 공정 시간의 증가, 운전 비용의 증가, 장치의 대형화를 야기하지 않는다.
1차원심분리기(5)에서 분리된 고형분은 저장탱크(7)를 거쳐 재생탱크(15)로 이송되고, 1차액상분은 저장탱크(9)로 이송된다.
저장탱크(9)는 1차원심분리기(5)에서 원심 분리된 1차액상분을 50°C 이상 비등점 이하로 가열하여 점도를 저하시킨다.
따라서 저장탱크(9)는 제2열공급부로 기능한다. 실시예에 따라서는 저장탱크(9)와 별도로 제2열공급부를 구성할 수도 있을 것이다.
가열된 1차액상분은 2차원심분리기(11)로 유입된다. 2차원심분리기(11)는 2800 rpm 이상의 고속으로 운전되면서, 유입된 1차액상분을 다시 미분과 2차액상분으로 분리한다. 여기서, 미분에는 Si 성분인 절삭분이 대부분을 차지하며, 2차액상분에는 절삭액이 대부분을 차지한다.
2차원심분리기(11)에서 분리된 2차액상분은 저장탱크(13)로 이송된다.
저장탱크(13)로 이송된 2차액상분은 반송라인(14)를 통하여 다시 2차원심분리기(11)로 유입된다. 저장탱크(13)는 반송하기에 앞서, 2차액상분을 50°C 이상 비등점 이하로 가열하여 점도를 저하시킨다.
따라서 저장탱크(13)는 제3열공급부로 기능한다. 실시예에 따라서는 저장탱크(13)와 별도로 제3열공급부를 구성할 수도 있을 것이다. 또한, 절삭액을 제2열공급부의 상류로 반송하여 제2열공급부에서 절삭액을 가열하도록 구성할 수도 있을 것이다.
이러한 반송 및 원심 분리의 과정은 1회 이상 수행된다. 따라서 2차원심분리기(11)는 2회 이상 원심 분리를 반복하게 된다.
바람직하게는 2차원심분리기(11)는 원심 분리를 반복함에 따라 회전수를 같 거나 증가시킨다.
2차원심분리기(11)가 설정된 회수만큼 원심 분리를 반복하면, 원심 분리된 액상분은 저장탱크(13)을 거쳐 재생탱크(15)로 이송된다.
재생탱크(15)는 저장탱크(13)로부터 이송되어온 절삭유와 저장탱크(7)로부터 이송되어온 절삭재를 적절한 혼합비로 혼합하여, 재생 슬러리를 생산한다. 따라서 재생탱크(15)는 재생부로서 기능한다.
도3은 원심분리기의 처리 속도 식의 유도와 관련한 참고 도면이다.
원심력장에서 원심 분리의 대상이 되는 입자에 대하여 원심력, 부력 및 마찰력 이 아래의 식과 같이 작용하게 된다.
Figure 112006053053219-pat00001
Figure 112006053053219-pat00002
입자는 그 직경이 수 μ의 미립자 이며, 입자가 부유하는 액체는 그 점도가 매우 높으므로 마찰력에 있어서는 Stoke's Law(스토크의 법칙)이 적용된다고 가정할 수 있으며, 아래의 식이 성립된다.
Figure 112006053053219-pat00003
위의 식(2)를 식(1)에 대입하면 아래와 같이 정리된다.
Figure 112006053053219-pat00004
또한 고점도 액체의 원심력장 내에서 미립자의 거동에 있어서는 입자에 작용하는 모든 힘이 평형을 이루게 되므로 가속도는 0이 된다. 이에 따라 식(3)에서의 좌항은 0이 되며 속도에 대한 식은 아래의 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112006053053219-pat00005
식(4)에서의 υ는 반경방향으로의 중심으로부터 멀어지는 쪽으로의 속도이므로
Figure 112006053053219-pat00006
로 표현될 수 있고 이를 식(4)에 대입하면 아래와 같이 정리할 수 있다.
Figure 112006053053219-pat00007
위의 식을 적분하면
Figure 112006053053219-pat00008
위의 식(6)을 t에 대하여 정리하면
Figure 112006053053219-pat00009
즉, 미립자가 출발지역 R0에서 임의의 반경 R까지 진행하기 위하여 필요한 시간은 위의 식(7)을 통해 구할 수 있게 된다.
원료 슬러리의 선속도
Figure 112006053053219-pat00010
는 아래의 식으로 표현할 수 있다.
Figure 112006053053219-pat00011
또한 원심분리기 내에서의 원료 슬러리의 체류시간 τ는 아래의 식(9)를 통해 구할 수 있다.
Figure 112006053053219-pat00012
식(7)에서 원심분리를 위하여 필요한 시간을 식(9)의 체류시간으로 대체하면 아래의 식을 얻을 수 있다.
Figure 112006053053219-pat00013
위의 식(10) 좌변에서의 R1, R0 및 L은 도2에서와 같이 원심분리기의 용적을 나타내는 항이며, Q는 원심분리기에 주입되는 유체의 유속으로서 원심분리기의 처리 속도를 나타낸다.
위의 식 (10)은 원심분리기의 처리 속도로 정리하면
Figure 112006053053219-pat00014
위의 식에서 R1, R0 및 L 은 원심분리기의 용적에 관련된 항이며, a, ρ, ρ 0 및 μ 는 입자 및 유체의 물성에 관한 항이며, 원심분리기의 운전에 대한 항은 ω이다.
원심분리기의 처리속도를 증가시키는 방법은 원심분리기의 용적을 증가시키는 방법, 원심분리기의 회전속도를 증가시키는 방법 등이 있으며, 원심분리기의 용적과 운전조건이 고정된 상태에서 처리 속도를 증가시키는 방안으로는, 유체의 점도를 낮추는 것이 가장 효율적인 방법으로 알려져 있다.
유체의 점도를 낮추는 방법으로는 유체에 용매를 첨가하여 농도를 낮추는 방법과 유체의 온도를 높이는 방법이 있다.
유체 내에 미립자의 농도가 증가하면 유체의 겉보기점도가 매우 높아지며 이는 분리효율을 낮추고 처리 속도를 감소시키는 요인이 된다. 이 경우, 유체에 용매를 첨가하여 농도를 낮추면 유체의 겉보기 점도도 감소하며 원심분리기의 처리속도를 증가시킬 수 있게 된다.
그러나 원심분리의 궁극적인 목적은 입자의 농축인데, 이를 위하여 희석이 선행된다는 모순이 존재하게 되며, 용매를 첨가함으로써 폐슬러리의 용적이 증가하고 따라서 원심분리기의 처리용량이 더 증가해야 하는 단점이 있다.
이에 비해 온도를 높이는 방법은 폐슬러리의 용적은 일정하게 유지된 상태로 점도만 감소시키는 결과를 초래하므로 슬러리 입자의 농축에 있어서 용매를 첨가하는 방법에 비하여 월등하게 우위를 갖게 된다.
따라서 본 발명에서는 슬러리를 희석하지 않고 슬러리의 온도를 높이는 방법으로 폐슬러리의 점도를 낮추는데 초점을 맞추었다.
아울러 본 발명은 최적의 원심분리기의 회전속도로 원심분리기를 운전함으로써, 폐슬러리의 처리 속도를 높이는 방법을 병행한다.
이들은 매우 단순한 원리 및 구성만으로, 폐슬러리의 재생 효율을 높이고자 하는 본 발명의 목적과 합치된다.
폐슬러리로부터 절삭재가 대부분을 차지하는 고형분 및 절삭유가 대부분을 차지하는 2차 액상분을 회수하고, 이들을 혼합하여 사용한 결과, 고형분의 밀도는 2.04 g/cc 이상, 입도는 4.2μm 이상이 되어야 하고, 2차 액상분의 밀도는 0.93g/cc 이하가 되는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
고형분의 밀도 및 입도가 이보다 작은 경우에는 SiC가 충분히 분리되지 못하고 절삭분 및 절삭액이 다량 혼입되었음을 의미하는 것으로, 절삭이 원활히 이루어지지 않고 웨이퍼의 휨(warp)를 유발하여, 정밀도를 생명으로 하는 반도체 분야에서 치명적인 결과를 유발하였다.
또한, 2차액상분의 밀도가 이보다 큰 경우, 웨이퍼 품질(웨이퍼의 표면 거칠기, 표면 굴곡도, 평탄도 등)에 영향을 주며, 결국 신유(밀도: 0.89g/cc)의 추가적인 혼합을 유발하여 비용 증가를 수반하였다.
폐슬러지의 온도와 1차원심분리기의 회전수를 변화시켜 가면서, 고형분의 성분, 밀도 및 입도를 측정하였다.
표 1 내지 표 3은 각각 1차원심분리기를 1000 rpm, 1200 rpm 및 1500 rpm의 회전수에서 운전한 실험 결과를 보여준다.
Figure 112006053053219-pat00015
Figure 112006053053219-pat00016
Figure 112006053053219-pat00017
도 4 내지 도 6은 각각 온도 및 회전수 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분에 포함된 오일 함량, 절삭분(Si) 함량 및 절삭재(SiC) 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도시한 바와 같이, 1000 rpm 회전수에서는 온도가 증가되더라도 SiC의 함량 변화에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 그러나, 1200 rpm 및 1500 rpm에서는 온도 60°C에서 급격한 증가를 보이고, 그 이후로는 완만한 증가를 보였다.
반복적인 실험 결과, 온도 60°~ 90°C의 범위에서 가장 효율적인 SiC 회수 결과를 보이고, 그 이상의 온도 범위에서는 매우 미약한 함량 증가를 보이기는 하지만, 회수된 SiC의 원가 비용과 온도를 유지하기 위한 에너지 비용을 대비할 때, 바람직하지 않은 것으로 나타났다.
마찬가지로, 회전수도 1200 rpm ~ 1500 rpm의 범위에서 가장 효율적인 SiC 회수 결과를 보이고, 그 이상의 회전수 범위에서는 함량 증가를 거의 보이지 않았다. 따라서 회수된 SiC의 원가 비용과 회전수를 높이기 위한 에너지 비용을 대비할 때, 1200 rpm ~ 1500 rpm의 회전수 범위가 최적인 것으로 판단되었다.
도 7 및 도 8은 1000 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 밀도 변화 및 입도 변화를 보여주는 그래프이다.
도시한 바와 같이, 1000 rpm 회전수의 조건에서는 온도를 높이더라도 고형분의 목표 밀도인 2.04 g/cc와 목표 입도인 4.2 μm에 도달할 수 없는 것으로 나타났다. 따라서 1000 rpm 회전수는 1차원심분리기의 회전수로 적합치 않은 것으로 판단되었다.
도 9 및 도 10은 1200 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 밀도 변화 및 입도 변화를 보여주는 그래프이다.
도시한 바와 같이, 1200 rpm 회전수의 조건에서는 60°C 에서부터 고형분의 목표 밀도와 목표 입도에 도달할 수 있는 것으로 나타났다.
도 11 및 도 12는 1500 rpm 회전수의 조건에서, 온도 변화에 따른 1차 원심 분리된 고형분의 밀도 변화 및 입도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9 및 도 10과 유사하게 60°C 에서부터 고형분의 목표 밀도와 목표 입도에 도달할 수 있는 것으로 나타났다.
다음으로, 1차원심분리기에서 분리된 1차액상분의 온도와 2차원심분리기의 회전수를 변화시켜 가면서, 2차원심분리기에서 분리된 2차액상분의 성분를 분석하였다.
표 4 내지 표 7은 각각 2차원심분리기를 2600 rpm, 2800 rpm, 3000 rpm 및 3200 rpm의 회전수에서 운전한 실험 결과를 보여준다.
Figure 112006053053219-pat00018
Figure 112006053053219-pat00019
Figure 112006053053219-pat00020
Figure 112006053053219-pat00021
도 13 내지도 15는 각각 온도 및 회전수 변화에 따른 2차 원심 분리된 2차액상분에 포함된 오일 함량, 절삭분(Si) 함량 및 절삭재(SiC) 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도시한 바와 같이, 50°C 이상, 2800 rpm 이상의 조건에서 절삭유의 회수율이 우수함을 보여준다.
표 8은 온도 및 2차원심분리기의 원심 분리 반복 회수 변화에 따른 2차 원심 분리된 2차액상분의 밀도 변화를 보여주는 도면이다.
Figure 112006053053219-pat00022
도 16은 온도 및 2차 원심 분리 회수 변화에 따른 2차 원심 분리된 2차액상분의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도시한 바와 같이, 상온 조건에서는 2차액상분의 밀도가 목표 밀도와 큰 차이를 보이나, 50°C에서는 목표 밀도 값에 근접하였고, 원심 분리를 반복함에 따라 목표 밀도 값 이하로 저하되는 실험 결과를 보였다.
또한, 원심 분리를 반복함에 있어, 회전수를 일정하게 유지하는 것보다는 회전수를 증가시키는 것이 절삭액 회수 효율을 높일 수 있음을 알 수 있었다.
위 실험 결과를 종합적으로 분석하면, 폐슬러리의 온도가 60℃ 미만으로 1차원심분리기로 유입되거나 1200 rpm 미만으로 1차 원심 분리가 수행되는 경우, 1차 원심 분리 효율의 저하로 인하여, 고속으로 운전되는 2차원심분리기에서 재사용 가능한 기준 밀도로 오일을 정제하는 것이 불가능하였고, 관로의 막힘 현상을 유발하여 양산 공정에 적용하기 어려웠다.
다만, 실험 결과 폐슬러리의 온도가 90℃ 이상이 되거나, 1차원심분리기의 회전수가 1500 rpm 이상이 되면, 분리 효율에는 큰 변화는 없는 반면, 온도 및 회전수를 유지하기 위하여 소비되는 운전 비용은 급증함을 알 수 있었다. 따라서 더욱 바람직한 폐슬러리의 온도 구간은 60℃ ~ 90℃이고, 1차원심분리기의 회전수는 1200 ~ 1500 rpm 인 것으로 판단된다.
또한 1차액상분의 온도가 50°C 미만으로 2차원심분리기에 유입되거나 2차원심분리기의 회전수가 2800 rpm 미만이 되면, 2차 원심 분리의 효율 저하로 2차 원심 분리된 절삭유가 와이어 소잉에 재사용 가능한 수준(밀도: 0.93g/cc 이하)을 가질 수 없었다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명은 종래의 희석용 절삭액 첨가를 대체하여 폐슬러리의 가열을 통한 점도 조절 및 원심 분리의 회전수 제어를 통하여 우수한 재생 효율을 가지는 폐슬러리 재생장치를 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 처리 용적의 증가를 수반하지 않아, 공정 시간의 최소화, 운전 비용의 최소화 및 장치의 컴팩트화를 달성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 재생장치의 구성을 단순화하여 장치 설비 비용을 최소화할 수 있는 폐슬러리 재생장치를 제공할 수 있게 된다. 즉 본 발명은 매우 단순한 원리 및 구성만을 이용하여 고효율의 폐슬러리 재생장치를 구현할 수 있다는데 특징이 있는 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 폐슬러리를 60℃ 이상 90℃ 이하로 가열하는 제1열공급부;
    상기 제1열공급부에서 가열된 폐슬러리를 1200 ~ 1500 rpm의 회전수로 회전시켜 고형분과 1차액상분으로 원심 분리하는 1차원심분리기;
    상기 1차원심분리기에서 분리된 1차액상분을 50℃ 이상 비등점 이하로 가열하는 제2열공급부; 및
    상기 제2열공급부에서 가열된 1차액상분을 2800 rpm 이상의 회전수로 회전시켜 미분과 2차액상분으로 원심 분리하는 2차원심분리기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2차원심분리기에서 분리되어 배출된 2차액상분을 다시 상기 2차원심분리기로 반송시키는 반송라인을 추가적으로 구비하여,
    상기 2차원심분리기는 2회 이상 원심 분리를 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 2차원심분리기에서 분리되어 배출된 2차액상분을 다시 상기 제2열공급부로 반송시키는 반송라인을 추가적으로 구비하여, 상기 2차액상분이 상기 제2열공급부에서 가열된 후 상기 2차원심분리기로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 반송라인 상에는 2차액상분을 50℃ 이상 비등점 이하로 가열하는 제3열공급부가 추가적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 2차원심분리기는, 원심 분리를 반복함에 따라 회전수를 같거나 증가시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 1차원심분리기에서 원심 분리된 고형분과 상기 2차원심분리기에서 원심 분리된 2차액상분을 혼합하여 재생 슬러리로 재생하는 재생부를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 1차원심분리기에서 원심 분리된 고형분과 상기 2차원심분리기에서 원심 분리된 2차액상분을 혼합하여 재생 슬러리로 재생하는 재생부를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치.
KR1020060069485A 2006-07-25 2006-07-25 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치 KR100776966B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060069485A KR100776966B1 (ko) 2006-07-25 2006-07-25 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060069485A KR100776966B1 (ko) 2006-07-25 2006-07-25 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100776966B1 true KR100776966B1 (ko) 2007-11-21

Family

ID=39079894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060069485A KR100776966B1 (ko) 2006-07-25 2006-07-25 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100776966B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101059194B1 (ko) * 2009-04-10 2011-08-24 (주)클린솔루션 반도체웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리로부터 절삭재를 재생하는 방법 및 그 재생장치
KR101179521B1 (ko) 2010-01-12 2012-09-07 공주대학교 산학협력단 폐 실리콘웨이퍼 슬러지의 재활용 방법 및 장치
KR101597161B1 (ko) 2014-09-05 2016-02-24 주식회사 씨에스이엔지 제철용 승열체 제조방법
KR20160112617A (ko) 2015-03-20 2016-09-28 주식회사 씨에스이엔지 제강용 승열제 및 성분조절체 제조방법
KR20160119524A (ko) 2015-04-06 2016-10-14 주식회사 씨에스이엔지 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법
KR20160121811A (ko) 2015-04-13 2016-10-21 주식회사 씨에스이엔지 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법
KR20170035787A (ko) 2015-09-23 2017-03-31 주식회사 씨에스이엔지 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법
KR20170036608A (ko) 2015-09-24 2017-04-03 주식회사 씨에스이엔지 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020080195A (ko) * 2001-04-12 2002-10-23 김철원 와이어 소우 절단용 폐 절단액 재생방법
JP2003309091A (ja) * 2003-03-14 2003-10-31 Fujitsu Ltd 半導体製造における研磨廃液再利用方法及び破砕装置
KR20050096328A (ko) * 2004-03-30 2005-10-06 고등기술연구원연구조합 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020080195A (ko) * 2001-04-12 2002-10-23 김철원 와이어 소우 절단용 폐 절단액 재생방법
JP2003309091A (ja) * 2003-03-14 2003-10-31 Fujitsu Ltd 半導体製造における研磨廃液再利用方法及び破砕装置
KR20050096328A (ko) * 2004-03-30 2005-10-06 고등기술연구원연구조합 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101059194B1 (ko) * 2009-04-10 2011-08-24 (주)클린솔루션 반도체웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리로부터 절삭재를 재생하는 방법 및 그 재생장치
KR101179521B1 (ko) 2010-01-12 2012-09-07 공주대학교 산학협력단 폐 실리콘웨이퍼 슬러지의 재활용 방법 및 장치
KR101597161B1 (ko) 2014-09-05 2016-02-24 주식회사 씨에스이엔지 제철용 승열체 제조방법
KR20160112617A (ko) 2015-03-20 2016-09-28 주식회사 씨에스이엔지 제강용 승열제 및 성분조절체 제조방법
KR20160119524A (ko) 2015-04-06 2016-10-14 주식회사 씨에스이엔지 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법
KR20160121811A (ko) 2015-04-13 2016-10-21 주식회사 씨에스이엔지 제강용 승열 및 성분조절체 제조방법
KR20170035787A (ko) 2015-09-23 2017-03-31 주식회사 씨에스이엔지 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법
KR20170036608A (ko) 2015-09-24 2017-04-03 주식회사 씨에스이엔지 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100776966B1 (ko) 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러리의 재생장치
JP3199159B2 (ja) 油性スラリー廃液の再利用システム
CN101528597B (zh) 硅回收装置和回收硅的方法
CN1280077C (zh) 废乙二醇基浆料的分离,再生和重新使用的方法
JP2003340719A (ja) スラリ再生方法
CN101681808B (zh) 从半导体晶片制造工艺再生废浆料的再生工艺和再生系统
KR101179521B1 (ko) 폐 실리콘웨이퍼 슬러지의 재활용 방법 및 장치
EP2207869A1 (en) Method for treating spent abrasive slurry
KR100703963B1 (ko) 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러지의 재생방법
CN103183349B (zh) 硅片切割废砂浆中碳化硅和聚乙二醇切割液的回收方法
TWI406737B (zh) Method and device for managing coolant of wire saw
JP3768891B2 (ja) 廃スラッジの再利用システム
KR100625283B1 (ko) 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러지의 재생 장치 및방법
KR100542208B1 (ko) 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치
KR101250376B1 (ko) 원심분리 및 멤브레인을 이용한 태양전지용 웨이퍼 폐슬러리의 고효율 재생방법 및 재생시스템
WO2008013327A1 (en) Apparatus for recycling the disposed slurry produced in the manufacturing process of the silicon wafer
KR20130060470A (ko) 멤브레인공정을 이용한 반도체 및 태양전지용 웨이퍼 폐슬러리중 절삭액의 고효율 재생방법 및 재생시스템
CN102428042A (zh) 废硅浆液提炼方法
JP2010047443A (ja) シリコン精製方法、シリコン精製装置および再生砥粒
KR101047383B1 (ko) 폐슬러리 재활용 방법 및 장치
KR20070028496A (ko) 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러지의 재생방법
CN102757856B (zh) 一种硅片切割产生废砂浆在线回收方法
KR100636335B1 (ko) 반도체 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러지의 재생 장치
KR101020151B1 (ko) 폐슬러리 재생장치 및 재생방법
WO2007119308A1 (ja) シリコン含有材料の回収方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100927

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131108

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141111

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee