KR101331446B1

KR101331446B1 - 폐절삭연마혼합액 재생방법

Info

Publication number: KR101331446B1
Application number: KR1020120005910A
Authority: KR
Inventors: 이좋은
Original assignee: 이좋은
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-11-20
Also published as: KR20130084935A

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 절삭연마재, 냉각유제 및 절삭분을 함유하는 폐절삭연마혼합액을 정제하여 재생 가능한 절삭연마재 및 냉각유제를 회수하여 절삭연마재혼합액을 생성하는 폐절삭연마혼합액 재생방법에 관한 것으로서, 제1분리단계와, 제1여과단계와, 제1혼합단계와, 제2분리단계와, 제2혼합단계를 포함한다. 제1분리단계는 폐절삭연마혼합액을 원심분리하여, 재생 가능한 절삭연마재와 불순물을 포함하는 제1고형물과, 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리한다. 제2여과단계는 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액을 여과함으로써, 폐절삭연마혼합액으로부터 절삭분을 제거하고, 폐절삭연마혼합액으로부터 냉각유제를 회수한다. 제1혼합단계는 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 일부와 제1분리단계에서 분리된 제1고형물을 혼합한다. 제2분리단계는 제1혼합단계에서 혼합된 제1고형물과 냉각유제를 원심분리하여, 불순물이 제거되고 재생 가능한 절삭연마재를 포함하는 제2고형물과, 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리한다. 제2혼합단계는 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 나머지 일부와 제2분리단계에서 분리된 제2고형물을 혼합하여 절삭연마혼합액을 생성한다.

Description

폐절삭연마혼합액 재생방법{Method For Purificating Abrasive Cutting Sludge}

본 발명은 폐절삭연마혼합액 재생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 절삭연마재, 냉각유제 및 절삭분을 함유하는 고농도, 고점도의 폐절삭연마혼합액에서 재생 가능한 절삭연마재 및 냉각유제를 회수하여 새로운 절삭연마혼합액을 생성하는 폐절삭연마혼합액 재생방법에 관한 것이다.

최근 정보통신, 반도체 및 태양전지 산업의 발전에 따라 실리콘 단결정 웨이퍼의 수요가 매우 급증하는 추세이다. 일반적으로 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳에 냉각유제와 절삭연마재를 공급하면서 와이어소우(wiresaw)로 절삭한 후, 연마기로 연마하여 제조한다. 이 과정에서 일반적으로 최초 공급되는 실리콘 잉곳의 약 40-50%의 양이 절삭분(saw dust)으로 발생한다.

실리콘 웨이퍼 제조시, 절삭분, 절삭연마재(탄화규소, 산화알미늄, 이산화규소, 다이아몬드, 보론 카바이드 등) 및 냉각유제와 같은 부산물들은 세정과정을 통해 웨이퍼로부터 제거된다. 따라서, 일반적으로 웨이퍼 제조에 따라 발생하는 폐절삭연마혼합액 내에는, 절삭연마재와 실리콘(Si) 성분인 절삭분이 냉각유제에 분산된 형태로 존재한다.

웨이퍼 제조시 발생하는 폐절삭연마혼합액은 특수산업폐기물로 분류된다. 발생된 폐절삭연마혼합액은 절삭분과 냉각유제를 함유하므로 단순히 소각 처리할 수 없으며, 또한 단순 매립의 경우 냉각유제에 의한 심각한 토양오염이 우려된다. 따라서, 발생된 폐절삭연마혼합액을 고형화하여 매립 처리하는 특수한 처리 방법이 적용되고 있는 실정이다. 그러나, 매립 처리방법은 매우 특수한 처리방법이므로 환경적, 경제적, 시간적인 측면에서 매우 부적합하다.

따라서, 폐절삭연마혼합액을 재생하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 근래에, 폐절삭연마혼합액을 고형화하여 매립 처리하는 대신, 폐절삭연마혼합액 내에 포함되어 있는 재생 가능한 절삭연마재 또는 냉각유제를 회수하여 재사용하는 방안이 제시되고 있다.

이러한 폐절삭연마혼합액 재생방법은 솔벤트를 이용하는 방법과 원심분리법이 대표적이다. 그러나, 솔벤트를 이용하는 방법에서는 폐절삭연마혼합액이 물이나 솔벤트에 의해 쉽게 용해되어 냉각유제를 분리할 수 있으나, 건조나 증류 과정에서 냉각유제에 포함된 유화첨가제가 변화되어 재사용시 절삭연마재가 분산되지 않고 침전되는 문제점이 있다.

한편 원심분리법은 절삭연마재의 회수율이 저조할 뿐 아니라, 회수된 절삭연마재의 순도도 좋지 못한 문제점이 있다. 절삭연마재로서 수명이 다한 절삭연마재가 제거되지 않고 계속 회수되어 재사용됨에 따라 연마 품질 및 연마속도 저하의 원인이 되었다. 또한, 입도가 아주 작아 더이상 절삭연마능력이 없는 절삭분이나 절삭연마재가 제대로 제거되지 않고 회수된 냉각유제에 잔류함으로써, 웨이퍼의 절삭연마면에 와이어마크(wire mark)가 남고, 절삭연마속도가 저하되는 등 웨이퍼의 품질 및 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 이와 함께, 회수된 냉각유제에서 제거되지 못한 철분 성분은 웨이퍼 표면에 금속오염을 증가시키는 원인을 제공한다.

또한 절삭연마재를 사용하지 않고 와이어에 다이아몬드를 부착하여 절단하는 방식도 사용되고 있으며, 이 경우는 냉각유제만 회수하여 사용하고 있으며 저조한 회수율로 많은 양의 폐기물들이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 절삭연마재, 냉각유제 및 절삭분을 함유하는 고농도, 고점도의 폐절삭연마혼합액에서 절삭연마기능을 상실한 절삭연마재를 선별하여 제거하고, 재생 가능한 절삭연마재와 순도가 높은 냉각유제의 회수율을 최대화함으로써, 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 폐기물의 양을 최소화할 수 있으며, 양질의 재생절삭연마혼합액을 이용하여 웨이퍼의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 폐절삭연마혼합액 재생방법을 제공함에 있다.

또한, 이 과정에서 세척수 및 화학 약품을 전혀 사용하지 않음으로써, 환경오염 문제를 최소화할 수 있는 폐절삭연마혼합액 재생방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 폐절삭연마혼합액 재생방법은, 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 절삭연마재, 냉각유제 및 절삭분을 함유하는 폐절삭연마혼합액을 정제하여 재생 가능한 절삭연마재 및 냉각유제를 회수하여 절삭연마재혼합액을 생성하는 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 상기 폐절삭연마혼합액을 원심분리하여, 재생 가능한 절삭연마재와 불순물을 포함하는 제1고형물과, 상기 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리하는 제1분리단계; 상기 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액을 여과함으로써, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 절삭분을 제거하고, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 냉각유제를 회수하는 제1여과단계; 상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 일부와 상기 제1분리단계에서 분리된 제1고형물을 혼합하는 제1혼합단계; 상기 제1혼합단계에서 혼합된 제1고형물과 냉각유제를 원심분리하여, 불순물이 제거되고 재생 가능한 절삭연마재를 포함하는 제2고형물과, 상기 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리하는 제2분리단계; 상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 나머지 일부와 상기 제2분리단계에서 분리된 제2고형물을 혼합하여 절삭연마혼합액을 생성하는 제2혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1여과단계에서는, 외부에 여과막이 형성된 회전드럼이 마련되고, 상기 회전드럼 내부를 대기압보다 낮은 진공 상태로 형성하며, 상기 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액이 상기 회전드럼 외부에서 내부 방향으로 상기 여과막을 경유하면서, 상기 절삭분은 상기 여과막에 걸러지고, 상기 냉각유제는 상기 회전드럼 내부로 흡입되어 회수된다.

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본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 일부를 상기 여과막에 이용되는 실리카 분말 또는 규조토 분말에 혼합하여 상기 여과막을 형성한다.

본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제2분리단계를 통해 분리된 상기 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액을 상기 회전드럼을 이용하여 여과함으로써, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 절삭분을 제거하고, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 냉각유제를 회수한다.

본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1여과단계 이후, 상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제에 함유된 수분을 제거하는 수분제거단계;를 더 포함한다.

본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1여과단계 이후, 프리코트 캔들필터(Precoat Candle Filter)를 이용하여 상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제를 재차 여과시키는 제2여과단계;를 더 포함한다.

본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제2혼합단계는, 회수된 냉각유제와 상기 제2고형물을 혼합하여 미리 정해진 제1밀도에 도달하도록 절삭연마혼합액을 생성하고, 절삭연마공정에 사용되지 않은 새로운 절삭연마재를 추가하여 상기 절삭연마혼합액을 상기 제1밀도보다 높은 제2밀도에 도달하도록 한다.

본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제2혼합단계에서 생성된 절삭연마혼합액으로부터 철분을 제거하는 철분제거단계;를 더 포함한다.

본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 철분제거단계는, 자석분리기를 이용하여 상기 절삭연마혼합액으로부터 철 분자를 제거하는 제1제거단계; 전기탈이온을 이용하여 상기 절삭연마혼합액으로부터 철 이온을 제거하는 제2제거단계;를 포함한다.

본 발명의 폐절삭연마혼합액 재생방법에 따르면, 회수율을 향상시킴으로써 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 폐기물의 양을 줄여서 환경오염 방지에 기여할 수 있으며, 양질의 재생절삭연마혼합액을 이용하여 웨이퍼의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 폐절삭연마혼합액 재생방법에 따르면, 제1고형물 내에 뭉쳐 있는 재생 가능한 절삭연마재와 절삭분 등의 불순물을 용이하게 분리하여 재생 절삭연마재의 품질을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 폐절삭연마혼합액 재생방법에 따르면, 일반적인 여과방법에 비해 많은 여과량과 빠른 여과속도를 제공할 수 있으며, 허용되는 조건이 변경되는 경우에 능동적으로 대처할 수 있다.

또한, 본 발명의 폐절삭연마혼합액 재생방법에 따르면, 절삭연마혼합액의 점도를 향상시키고, 마찰열에 의한 기포의 형성을 방지하며, 절삭연마공정에서 절삭연마재혼합액을 고르게 분산시켜 절삭연마 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 폐절삭연마혼합액 재생방법에 따르면, 웨이퍼 표면의 금속오염을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법을 순서적으로 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 폐절삭연마혼합액 재생방법을 구현하는 시스템의 일례를 도시한 도면이고,
도 3은 도 1의 폐절삭연마혼합액 재생방법의 제1여과단계를 구현하는 회전드럼의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 폐절삭연마혼합액 재생방법은, 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 절삭연마재, 냉각유제 및 절삭분을 함유하는 고농도, 고점도의 폐절삭연마혼합액에서 재생 가능한 절삭연마재 및 냉각유제를 회수하여 새로운 절삭연마혼합액을 생성하는 것으로서, 제1분리단계(S10)와, 제1여과단계(S20)와, 수분제거단계(S30)와, 제2여과단계(S40)와, 제1혼합단계(S50)와, 제2분리단계(S60)와, 제2혼합단계(S70)와, 철분제거단계(S80)를 포함한다.

상기 제1분리단계(S10)는, 원심분리기(110)를 이용하여 폐절삭연마혼합액을 원심분리함으로써, 재생 가능한 절삭연마재와 불순물을 포함하는 제1고형물과, 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리한다.

본 실시예의 재생 가능한 절삭연마재는 절삭연마기능을 상실하지 않고 추후 절삭연마공정에서 이용되더라도 절삭연마기능을 충분히 수행할 수 있는 절삭연마재로서, 폐절삭연마혼합액에 포함되어 있는 다량의 절삭연마재 중 입도분포도에서 크기를 기준으로 순서적으로 배열할 때 10% 내지 90%의 위치에 배치되는 절삭연마재를 말한다.

본 실시예의 불순물은 절삭분, 수분, 철분 등을 포함하는 것으로서, 추후 재생될 절삭연마혼합액에 사용되는 절삭연마재와 냉각유제 이외의 불필요한 성분들을 총괄하는 개념이다.

제1고형물은 이러한 재생 가능한 절삭연마재와 불순물이 섞여 있으면서 완전히 딱딱하지 않은 케이크 또는 슬러지 형태로 형성된다.

제1분리단계(S10)를 통해 분리된 제1고형물과, 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액은 각각 개별적으로 탱크에 수용된다. 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액은 제1탱크(120)에 수용되어 추후 제1여과단계(S20)에서 이용되는 회전드럼(140)으로 이송되고, 제1고형물은 제2탱크(130)에 수용되어 제1여과단계(S20) 이후 회수되는 냉각유제의 일부와 혼합된다.

상기 제1여과단계(S20)는, 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액(10)을 실리카 또는 규조토를 포함하는 여과막(141)에 통과시켜, 폐절삭연마혼합액(10)으로부터 절삭분을 제거하고, 폐절삭연마혼합액(10)으로부터 냉각유제를 회수한다.

제1여과단계(S20)에서 제거되는 절삭분은 절삭연마공정에서 웨이퍼 잉곳으로부터 배출되는 매우 작은 입도의 분말을 말한다. 또한, 제1여과단계(S20)에서는 입도가 아주 작은 절삭연마재도 제거될 수 있다. 여기서, 입도가 아주 작은 절삭연마재란 절삭연마공정에서 잘게 부서져 입도분포도에서 크기를 기준으로 순서적으로 배열할 때 10% 미만의 위치에 배치되는 아주 작은 입도를 가지며, 너무 입도가 작아서 절삭연마기능을 완전히 상실한 절삭연마재를 말한다. 입도가 작은 절삭연마재는 제1고형물에 포함된 재생 가능한 절삭연마재와 비교하여 상대적으로 입도가 작다.

도 3을 참조하면, 제1여과단계(S20)에서는, 외부에는 여과막(141)이 형성되어 있고, 내부는 대기압보다 낮은 진공 상태로 형성된 회전드럼(140)을 이용하여 냉각유제를 회수한다. 회전드럼(140) 내부의 진공에 의해 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액(10)이 회전드럼(140) 외부에서 내부 방향으로 여과막(141)을 통과하면서, 폐절삭연마혼합액(10)에 함유된 절삭분은 여과막(141)에 걸러지고, 냉각유제는 회전드럼(140) 내부로 흡입되어 회수된다.

회전드럼(140)은 제1여과단계(S20)에서 여과될 폐절삭연마혼합액(10)을 수용하는 수용부(142)와, 회전드럼(140) 내부를 400~700 mmHg 정도의 진공 상태를 유지할 수 있는 진공펌프(144)와, 회전드럼(140)을 회전시키는 구동유닛(미도시)과, 여과막(141)에서 절삭분이 누적된 부분을 깎아 폐기물로 배출하여 새로운 여과막(141)을 형성시켜 주는 나이프(143) 등의 장치들과 연결된다.

회전드럼(140) 외부에 실리카 또는 규조토를 포함하는 여과막(141)을 형성하고, 재생공정이 진행하는 동안 나이프(143)를 이용하여 여과막(141)에서 절삭분이 누적된 표면을 깎아내어 새로운 여과막(141)을 지속적으로 공급함으로써, 일반적인 여과방법에 비해 많은 여과량과 빠른 여과속도를 제공할 수 있다.

제1여과단계(S20)에서는 회전드럼(140)의 회전속도를 조절함으로써 폐절삭연마혼합액(10)의 여과속도를 조절할 수 있다. 회전드럼(140)은 회전축을 중심으로 회전하면서 수용부(142)에 수용된 폐절삭연마혼합액(10)에 일부분은 잠기고 나머지 부분은 공기 중에 노출되는데, 회전속도를 높여 여과할 폐절삭연마혼합액(10)과 빠르게 접촉함으로써, 폐절삭연마혼합액(10)의 여과속도를 높일 수 있다.

또한 나이프(143)를 이용하여 여과막(141)을 깎아 여과막(141)의 두께를 조절함으로써, 폐절삭연마혼합액(10)의 여과속도 또는 회수되는 냉각유제의 품질을 조절할 수도 있다. 여과막(141)의 두께가 두꺼울수록 폐절삭연마혼합액(10)이 여과막(141)을 통과하는 시간이 오래 걸리게 되어 폐절삭연마혼합액(10)의 여과속도는 느려지나, 더 많은 절삭분이 여과되어 회수되는 냉각유제의 품질은 높아진다. 따라서, 재생공정에서 허용되는 조건이 변경되는 경우 나이프(143)를 이용하여 여과막(141)의 두께를 조절하여 여과속도 및 냉각유제의 품질을 조절할 수 있다.

상기 수분제거단계(S30)는, 제1여과단계(S20) 이후 제1여과단계(S20)를 거치고 회수된 냉각유제에 함유된 수분을 제거한다.

제1여과단계(S20)에서 회전드럼(140) 내부에 회수된 냉각유제는 제3탱크(151)로 이송되며, 제3탱크(151)에는 회수된 냉각유제에 열을 공급하는 열교환기(미도시)와 진공펌프(152)가 장착되어 있다. 냉각유제의 화학분자결합이 80도 이상의 온도에서 분해되어 다른 성질을 가질 수 있으므로, 감압증류 방식을 적용하여 내부의 수분이 저온(45도~70도)에서 증발할 수 있도록 진공펌프(152)로 감압한다. 열교환기로부터 공급된 열에 의해 증발된 수분은 제3탱크(151)에 연결되어 장착된 진공펌프(152)에 의해 공기와 함께 외부로 배출된다. 수분이 제거된 냉각유제는 캔들 필터(160)로 이송된다.

한편, 제1여과단계(S20) 및 수분제거단계(S30)를 거치고 회수된 냉각유제의 일부는 여과막(141)에 이용되는 실리카 분말 또는 규조토 분말이 저장되어 있는 제5탱크(172)로 이송되어 실리카 분말 또는 규조토 분말에 혼합되어 여과막(141)을 형성하는데 이용될 수 있다.

상기 제2여과단계(S40)는, 제1여과단계(S20) 이후 프리코트 캔들필터(Precoat Candle Filter)를 이용하여 제1여과단계(S20)를 거치고 회수된 냉각유제를 재차 여과시킨다. 캔들필터(160)의 외부에 규조토 성분의 여과조제로 프리코팅 필터를 형성하고, 수분제거단계(S30)를 통과한 냉각유제를 복수 회 반복하여 여과시킨다. 제2여과단계(S40)를 통해 냉각유제 내의 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 캔들필터(160)에 의해 이물질이 제거된 냉각유제는 제4탱크(171)로 이송되어 저장된다.

상기 제1혼합단계(S50)는, 제1여과단계(S20), 바람직하게는 제2여과단계(S40)를 거치고 회수되어 제4탱크(171)에 저장된 냉각유제의 일부를 제1분리단계(S10)에서 분리된 제1고형물을 저장하는 제2탱크(130)로 이송하여 냉각유제와 제1고형물을 혼합한다.

상기 제2분리단계(S60)는, 원심분리기(110)를 이용하여 제1혼합단계(S50)에서 혼합된 제1고형물과 냉각유제를 원심분리함으로써, 불순물이 재차 제거되고 재생 가능한 절삭연마재를 포함하는 제2고형물과, 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리한다. 제2분리단계(S60)에 의해 분리된 제2고형물은 제6탱크(180)로 이송되어 저장된다.

제1분리단계(S10)에 의해 분리된 제1고형물에는 재생 가능한 절삭연마재와 절삭분, 철분 등의 불순물이 뭉쳐 있어서 이를 분리시키기가 용이하지 않다. 따라서 제1고형물이 저장된 제2탱크(130)에 회수된 냉각유제의 일부를 이송하여 제1고형물과 냉각유제를 혼합하여 제1고형물을 희석시킴으로써, 원심분리기(110)를 통해 재생 가능한 절삭연마재와 불순물을 용이하게 분리시킬 수 있다.

제2고형물은 제2분리단계(S60)에 의해 제1고형물에 잔존해 있던 불순물이 거의 다 제거되고 재생 가능한 절삭연마재가 대부분을 차지하고 있는 케이크 또는 슬러지 형태의 성분이다.

제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액은, 제2분리단계(S60)를 통해 제1고형물로부터 분리된 불순물과 제1혼합단계(S50)에서 추가된 냉각유제가 주된 성분을 구성하고 있다. 여기서, 불순물은 절삭분, 수분, 철분 등을 포함하는 것으로서, 재생될 절삭연마혼합액에 사용되는 절삭연마재와 냉각유제 이외의 불필요한 성분들을 총괄하는 개념이다.

본 실시예에서는 제1분리단계(S10)와 제2분리단계(S60)에서 동일한 원심분리기(110)를 이용하였으나, 각각 별도의 원심분리기를 마련하여 개별적으로 분리공정을 수행할 수도 있다.

또한, 제2분리단계(S60)를 통해 분리된 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액을 회전드럼(140)으로 이송하여 회전드럼(140)을 이용하여 여과한다. 회전드럼(140) 내부의 진공에 의해 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액(10)이 회전드럼(140) 외부에서 내부 방향으로 여과막(141)을 통과하면서, 폐절삭연마혼합액(10)에 함유된 절삭분은 여과막(141)에 걸러지고, 냉각유제는 회전드럼(140) 내부로 흡입되어 회수된다.

회수된 냉각유제는 이후 수분제거단계(S30), 제2여과단계(S40)를 거쳐 제4탱크(171)로 이송된다.

상기 제2혼합단계(S70)는, 제1여과단계(S20), 바람직하게는 제2여과단계(S40)를 거치고 회수되어 제4탱크(171)에 저장된 냉각유제의 나머지 일부를 제2분리단계(S60)에서 분리된 제2고형물을 저장하는 제6탱크(180)로 이송하여 냉각유제와 제2고형물을 혼합하여 새로운 절삭연마혼합액을 생성한다.

제2혼합단계(S70)에서는, 우선 1차적으로 냉각유제와 제2고형물을 혼합하여 미리 정해진 제1밀도(1.30~1.50 g/cc)에 도달하도록 절삭연마혼합액을 생성한다. 냉각유제와 제2고형물을 혼합하는 과정에서 밀도계(미도시)를 이용하여 지속적으로 절삭연마혼합액의 밀도를 측정한다.

이후, 절삭연마공정에 사용되지 않은 새로운 절삭연마재를 추가하여 절삭연마혼합액을 제1밀도보다 높은 제2밀도에 도달하도록 한다. 제2밀도는 실제 절삭연마공정에서 사용되는 절삭연마혼합액이 갖추어야 하는 사용밀도로서, 약 1.50 ~ 1.70 g/cc의 밀도이다. 새로운 절삭연마재가 추가되어 제2밀도에 도달된 절삭연마혼합액은 실제 절삭연마공정에서 사용되는 최종 제품이 저장되는 제7탱크(190)로 이송되어 저장된다.

상기 철분제거단계(S80)는, 제2혼합단계(S70)에서 생성된 절삭연마혼합액으로부터 철분을 제거한다. 절삭연마공정에서 와이어소우가 마모되어 폐절삭연마혼합액에 철분이 혼입될 수 있는데, 재생 절삭연마혼합액에 잔류된 철분은 추후 웨이퍼 표면에 금속오염을 야기하는 원인이 된다. 철분제거단계(S80)는 제1제거단계와, 제2제거단계를 포함한다.

제1제거단계는 제6탱크(180)에 자석분리기(181)를 장착하여 제2혼합단계(S70)에서 생성된 절삭연마혼합액으로부터 철 분자를 제거한다. 제6탱크(180)와 자석분리기(181) 사이에서 절삭연마혼합액을 순환시켜 절삭연마혼합액에 잔류된 철 분자를 제거할 수 있다.

제2제거단계는 제7탱크(190)에 전기탈이온기(191)를 장착하여 전기탈이온을 이용하여 새로운 절삭연마재가 추가된 절삭연마혼합액으로부터 철 이온을 제거한다. 제7탱크(190)와 전기탈이온기(191) 사이에서 절삭연마혼합액을 순환시켜 절삭연마혼합액에 잔류된 철 이온을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법은, 고농도, 고점도의 폐절삭연마혼합액에서 절삭연마기능을 상실한 절삭연마재를 선별하여 제거하고, 재생 가능한 절삭연마재와 순도가 높은 냉각유제를 회수함으로써, 웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 폐기물의 양을 줄여서 환경오염 방지에 기여할 수 있으며, 양질의 재생절삭연마혼합액을 이용하여 웨이퍼의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법은, 회수된 냉각유제를 제1분리단계를 거친 제1고형물에 혼합하여 희석시킴으로써, 제1고형물 내에 뭉쳐 있는 재생 가능한 절삭연마재와 절삭분 등의 불순물을 용이하게 분리하여 재생 절삭연마재의 품질을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법은, 실리카 또는 규조토를 포함하는 여과막을 형성하고 재생공정 중 불필요하게 누적된 표면을 깎아내어 새로운 여과막을 지속적으로 공급하고 회전드럼의 회전속도를 조절함으로써, 일반적인 여과방법에 비해 많은 여과량과 빠른 여과속도를 제공할 수 있으며, 허용되는 조건이 변경되는 경우에 능동적으로 대처할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법은, 회수된 냉각유제로부터 수분을 제거함으로써, 절삭연마혼합액의 점도를 향상시키고, 마찰열에 의한 기포의 형성을 방지하며, 절삭연마공정에서 절삭연마재혼합액을 고르게 분산시켜 절삭연마 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 폐절삭연마혼합액 재생방법은, 절삭연마혼합액에 잔류하는 철분을 제거함으로써, 웨이퍼 표면의 금속오염을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에서는 절삭연마재를 사용한 폐절삭연마혼합액의 재생방법에 대해 설명하였으나, 절삭연마재를 사용하지 않고 와이어에 다이아몬드를 부착하여 절단하는 방식에서 발생한 폐절삭연마혼합액의 재생도 가능하다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110 : 원심분리기
120 : 제1탱크
130 : 제2탱크
140 : 회전드럼
151 : 제3탱크
160 : 캔들 필터
171 : 제4탱크
180 : 제6탱크
190 : 제7탱크

Claims

웨이퍼의 절삭연마공정에서 발생하는 절삭연마재, 냉각유제 및 절삭분을 함유하는 폐절삭연마혼합액을 정제하여 재생 가능한 절삭연마재 및 냉각유제를 회수하여 절삭연마재혼합액을 생성하는 폐절삭연마혼합액 재생방법에 있어서,
상기 폐절삭연마혼합액을 원심분리하여, 재생 가능한 절삭연마재와 불순물을 포함하는 제1고형물과, 상기 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리하는 제1분리단계;
상기 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액을 여과함으로써, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 절삭분을 제거하고, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 냉각유제를 회수하는 제1여과단계;
상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 일부와 상기 제1분리단계에서 분리된 제1고형물을 혼합하는 제1혼합단계;
상기 제1혼합단계에서 혼합된 제1고형물과 냉각유제를 원심분리하여, 불순물이 제거되고 재생 가능한 절삭연마재를 포함하는 제2고형물과, 상기 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액으로 분리하는 제2분리단계;
상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 나머지 일부와 상기 제2분리단계에서 분리된 제2고형물을 혼합하여 절삭연마혼합액을 생성하는 제2혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제1여과단계에서는,
외부에 여과막이 형성된 회전드럼이 마련되고, 상기 회전드럼 내부를 대기압보다 낮은 진공 상태로 형성하며,
상기 제1고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액이 상기 회전드럼 외부에서 내부 방향으로 상기 여과막을 경유하면서, 상기 절삭분은 상기 여과막에 걸러지고, 상기 냉각유제는 상기 회전드럼 내부로 흡입되어 회수되는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
삭제
제2항에 있어서,
상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제의 일부를 상기 여과막에 이용되는 실리카 분말 또는 규조토 분말에 혼합하여 상기 여과막을 형성하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
제2항에 있어서,
상기 제2분리단계를 통해 분리된 상기 제2고형물이 제거된 폐절삭연마혼합액을 상기 회전드럼을 이용하여 여과함으로써, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 절삭분을 제거하고, 상기 폐절삭연마혼합액으로부터 냉각유제를 회수하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제1여과단계 이후,
상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제에 함유된 수분을 제거하는 수분제거단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제1여과단계 이후,
프리코트 캔들필터(Precoat Candle Filter)를 이용하여 상기 제1여과단계를 거치고 회수된 냉각유제를 재차 여과시키는 제2여과단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제2혼합단계는,
회수된 냉각유제와 상기 제2고형물을 혼합하여 미리 정해진 제1밀도에 도달하도록 절삭연마혼합액을 생성하고,
절삭연마공정에 사용되지 않은 새로운 절삭연마재를 추가하여 상기 절삭연마혼합액을 상기 제1밀도보다 높은 제2밀도에 도달하도록 하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제2혼합단계에서 생성된 절삭연마혼합액으로부터 철분을 제거하는 철분제거단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.
제9항에 있어서,
상기 철분제거단계는,
자석분리기를 이용하여 상기 절삭연마혼합액으로부터 철 분자를 제거하는 제1제거단계;
전기탈이온을 이용하여 상기 절삭연마혼합액으로부터 철 이온을 제거하는 제2제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐절삭연마혼합액 재생방법.