KR20050096328A - 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 제조공정 중에서 발생하는 절삭재, 절삭유 그리고 Si 분말이 포함된 슬러지를 처리하여 절삭유 및 절삭재, 실리콘분말을 분리 회수하여 재활용할 수 있는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치에 관한 것으로서, 폐슬러지를 공급받아 점도조절제와 혼합하는 제1혼합기와, 상기 제1혼합기로부터 폐슬러지를 공급받아 고형물과 액상을 분리하는 제1분리기와, 상기 제1분리기로부터 분리된 고형물을 공급받아 용제와 혼합하는 제2혼합기와, 상기 제2혼합기로부터 용제와 혼합된 고형물을 공급받아 SiC 성분과 Si 성분으로 분리하는 제2분리기와, 상기 제2분리기로부터 분리된 SiC 성분과 Si 성분을 각각 건조하는 제1 및 제2건조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치를 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 폐실리콘 슬러지를 폐기처분하지 않고, 이에 포함된 절삭유 및 절삭재(SiC)를 거의 전량 회수하여 재사용하는 것이 가능하여 반도체 생산단가를 낮출 수 있는 효과가 있으며, 폐슬러지량을 최소화함으로서 주위 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치{SYSTEM FOR RECYCLING WASTE SLUDGE OF SEMICONDUCTOR WAFER}

본 발명은 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 제조공정 중에서 발생하는 절삭재, 절삭유 그리고 Si 분말이 포함된 슬러지를 처리하여 절삭유, 절삭재 및 실리콘분말을 분리 회수하여 재활용할 수 있는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 실리콘 웨이퍼의 제작공정은 노 내에서 실리콘(Si) 단결정 성장을 통하여 인고트 상태로 고순도의 실리콘을 뽑아내어 이를 규격에 맞게 연마하고, 줄톱(Wire Saw)을 이용하여 웨이퍼를 절단하는 과정이 현재 가장 널리 쓰이는 방법이다. 상기 인고트 상태의 실리콘 덩어리를 절단하는 과정에서는 경도가 우수한 실리콘카바이드(이하, ‘SiC’)를 절삭재로 사용하고 있고, 아울러 다량의 절삭유를 공급해 가면서 인고트를 절단하여 웨이퍼를 생산한다. 이러한 과정에서 특수환경 폐기물로 분류되는 다량의 유기성 폐기물을 함유한 슬러지가 배출되고 있다.

상기와 같이 웨이퍼 제조시 발생하는 폐슬러지를 이용한 환경무해화 처리기술과 이의 자원화 이용에 관한 방법이 실리콘 웨이퍼 제조사와 관련 연구 기관 등에 의하여 오래전부터 개발되어 왔다. 현재까지 개발되었거나 실제로 웨이퍼 제조사에서 사용하고 있는 기술은 실리콘 인고트 절단시 사용된 절삭유를 제거한 후 절단시 톱날에 묻혀 사용한 SiC 분말과 실리콘 톱밥을 원심분리법을 이용하여 분리한 후 사용된 SiC의 일부를 회수하여 새로운 SiC와 혼합하여 재활용하는 방식이다.

그러나, 원심분리법을 이용한 처리방식은 여전히 회수 불가능한 다량의 폐실리콘 슬러지를 배출하고 있으며 여기에는 회수하지 못한 SiC와 실리콘 찌꺼기 및 절삭유가 포함되어 있으므로 단순히 소각처리할 수 없으며, 또한 단순매립의 경우 절삭유에 의한 심각한 토양오염이 우려된다.

따라서, 발생된 폐실리콘 슬러지는 시멘트로 고형화하여 매립처리 하는 특수한 처리방법이 적용되고 있는 실정이다. 그러나, 이러한 처리방식은 폐실리콘 및 SiC를 재활용하는 것이 아니라 고형화한 후 완전 매립하여 폐기처리하는 것으로서 고형화 기술 및 별도의 매립지를 요구하기 때문에 많은 비용이 발생되고 있다. 더욱이 매립된 고형물이 시간이 지남에 따라 매립지로부터 침출수를 발생시켜 주위 환경오염을 유발시키는 문제점은 여전히 남아 있게 된다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 웨이퍼 제조공정 중에 발생하는 절삭재(SiC), 절삭유 그리고 실리콘(Si) 분말이 포함된 슬러지를 용제 등으로 처리하여, 절삭유 및 절삭재는 분리 회수하여 웨이퍼 제조공정에서 재활용하고, 분리된 실리콘분말은 회수하여 실리콘 원료로 활용할 수 있는 폐슬러지 재생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐슬러지 저장탱크로부터 슬러지를 공급받아 점도조절제와 혼합하는 제1혼합기와, 상기 제1혼합기로부터 슬러지를 공급받아 고형물과 액상을 분리하는 제1분리기와, 상기 제1분리기로부터 분리된 고형물을 공급받아 용제와 혼합하는 제2혼합기와, 상기 제2혼합기로부터 고형물을 공급받아 SiC 성분과 Si 성분으로 분리하는 제2분리기와, 상기 제2분리기로부터 분리된 SiC 성분과 Si 성분을 건조하는 제1 및 제2건조기를 포함하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서, 상기 폐슬러지 저장탱크는 슬러지를 가열하는 가열수단이 구비되어 있으며, 상기 제1혼합기는 상기 제1분리기로부터 분리되어 재생된 점도조절제를 공급받아 이용하도록 한다.

또한, 본 발명에서 상기 제1분리기는 원심분리형이며, 상기 제2혼합기는 상기 제1 및 제2건조기로부터 증발된 용제를 응축하는 응축기로부터 재생된 용제를 공급받아 이용하도록 한다.

본 발명에서의 제2분리기는 원심분리형이거나 중력침강 분리형인 것을 이용하는데, 원심분리형은 하이드로사이클론(Hydrocyclone), 중력침강 분리형은 상승분리기를 이용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치를 위한 공정순서도이다.

먼저, 본 발명은 반도체 웨이퍼 제조공정에서 발생하는 폐실리콘 슬러지를 고형물과 액상으로 분리하게 된다. 여기에 적용되는 분리방식은 통상적으로 이용되는 탈수방식으로 원심분리법을 이용하였다.

상기 원심분리법을 이용하여 고형물과 액상을 분리하는 공정에서 가장 중요한 인자는 슬러지의 점도로서, 슬러지의 점도를 적정한 수준으로 조절하여만 양호하게 액상이 고형물로부터 분리되어진다. 상기 폐슬러지의 점도를 조절하는 방식은 절삭유, 또는 n-Hexane, 아세톤 및 알코올 등과 같은 용제를 점도조절제로서 투입하거나 폐실리콘 슬러지를 직접 가열하여 점도를 조절하게 된다. 이때 고형물로부터 분리된 액상은 별도의 저장탱크에 저장하게 되어 폐실리콘 점도조절에 재활용되거나, 반도체 제조공정으로 도입되어 재활용될 수 있는 것이다.

한편, 액상과 분리된 Si성분과 SiC성분으로 구성된 고형물은 후공정으로 이송되어 SiC 성분과 Si 성분으로 분리되어진다. 즉, 상기 고형물에 n-Hexane, 아세톤 및 알코올 등과 같은 용제를 일정수준 혼합한 다음, 비중분리에 의하여 SiC 성분과 Si 성분으로 분리하게 된다.

통상적으로 반도체 웨이퍼 제조공정에서 발생하는 폐슬러지에 함유된 SiC 입자는 평균입도가 11㎛이면서 입도분포가 5~20㎛의 범위에 걸쳐 분포하고, Si 입자의 경우에는 1~2㎛의 입도를 가진다. 이와 같이 SiC와 Si분말의 입도 차이가 크고 SiC의 밀도가 3200㎏/㎥으로 Si의 밀도인 2330㎏/㎥보다 또한 크므로 분리방식은 밀도차이를 이용한 비중분리 방식이 적절하다. 따라서 SiC입자와 Si의 분리방식으로는 비중분리 방식이 이용되며, 여기에는 하이드로사이클론(Hydrocyclone)과 같은 원심분리법 또는 상승분리기와 같은 중력침강법이 적용될 수 있다.

상기 원심분리법인 하이드로사이클론(Hydrocyclone)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 습식분리의 대표적인 장치로서, 고형물 분리, 분급, 분류, 농축, 탈수 및 수처리, 정제용으로 이용되며, 대상물이 입고되는 헤드(Head; 1)와 대상물이 와류(Vortex)형으로 낙하하는 콘부(Cone; 3)와, 콘부(3)의 꼭짓점인 정점부(Apex; 4)와, 비중에 가벼운 물질을 상부로 배출하는 파인더(Finder; 2)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 하이드로사이클론의 원리는 상기 헤드(1)로 유입된 슬러지는 콘부(3)의 외접선 방향으로 선회하여 와류형으로 하부로 이동할수록 회전속도가 빨라지게 되어 비중이 큰 입자는 외접선 방향으로 하향 이동하여 하부 정점부(4)로 배출되고, 비중이 작은 입자는 하이드로사이클론의 중심 상부로 이동하여 파인더(2)로 배출되어 포집된다.

또한, 상기 상승분리기는, 도 4에 도시된 바와 같이, 대상물이 유입되는 상부 투입구(11), 유입된 대상물을 하부로 확장시켜주는 분배기(12), 대상물의 비중차를 이용해 하부로 이동시키는 수직형 몸체(13), 액체가 유입되는 노즐부(14), 비중이 무거운 물질을 배출하는 하부 배출구(15), 비중이 가벼운 물질을 배출하는 상부 배출구(16)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 상승분리기의 원리는 상부 투입구(11)에 유입된 슬러지가 분배기(12)를 통해 하부의 수직형 몸체(13)에 고르고 넓게 유입되면, 비중이 큰 입자는 먼저 하강하여 하부에 쌓이게되고, 하부의 노즐부(14)를 통해 유입된 액체로 인해 하부에 쌓여있는 비중이 큰 물질은 씻겨져서 하부 배출구(15)로 배출되고, 비중이 작은 입자는 상승분리기의 상부로 이동하여 상부 배출구(16)로 배출된다.

상기와 같은 방식으로 비중 분리된 Si성분 및 SiC성분은 다량의 용제를 함유하고 있어 건조단계를 거쳐 각각 건조되어 회수되는데, 건조시 증발된 용제는 응축단계를 거쳐 용제저장탱크에 저장되었다가 상기 고형물과 용제를 혼합하는 단계로 재활용되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 폐슬러지 재생장치에 대하여 순차적으로 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 폐슬러지 재생장치는 상기 설명한 재생공정에 근거하여 구성되었다.

먼저, 반도체 제조공정에서 발생한 폐실리콘 함유 슬러지를 공급(101)받아 저장할 수 있는 폐슬러지 저장탱크(Tank1)를 마련한다. 이 폐슬러지 저장탱크(Tank1)의 상부는 슬러지로부터 발생한 기체성분을 배기(103)할 수 있으며, 하부는 슬러지를 일정온도 이상 가열할 수 있는 가열수단(HT1)이 구비되어 있다.

상기 폐슬러지 저장탱크(Tank1)에서 일정온도 이상으로 가열되어 점도가 조절된 폐슬러지는 이송펌프(Pump1)를 통하여 제1혼합기(Mixer1)로 이송(102, 104)된다. 상기 제1혼합기(Mixer1)에서는 이송된 폐슬러지의 점도조절을 위하여 절삭유 또는 n-Hexane, 아세톤, 알코올 등과 같은 용제(Solvent)를 점도조절제로 이용하여 혼합하게 된다. 따라서 폐슬러지는 온도가열방식 또는 점도조절제 투입방식을 단독 또는 병행하여 후술하는 원심분리에 가장 적합한 점도를 유지하도록 하는 것이다.

상기 폐슬러지 저장탱크(Tank1) 및 제1혼합기(Mixer1)로부터 점도가 조절된 폐슬러지는 제1분리기(Sepa1)로 이송펌프(Pump2)에 의하여 이송(105, 106)된다. 상기 제1분리기(Sepa1)는 점도가 조절된 폐슬러지를 고형물과 액상으로 분리하는 공정의 설비로서, 일반적인 탈수방식의 원심분리방식을 취하고 있으며, 상부에는 배기시설(108)을 갖추고 있다.

상기와 같이 원심분리방식인 제1분리기(Sepa1)에 의하여 분리된 고형물은 제1분리기(Sepa1)의 하부를 통하여 이송펌프(Pump4)에 의하여 후공정으로 이송(109, 116)되며, 액상은 액상저장탱크(Tank2)로 이송(107)되어 저장된 다. 저장된 액상은 점도조절제와 절삭유로 분리(Tee1)되어 점도조절제는 이송펌프(Pump3)에 의하여 상기 제1혼합기(Mixer1)로 이송(113, 115)되어 재활용되며, 절삭유는 반도체 제조공정의 절삭공정에서 재활용된다.

상기 분리된 고형물은 n-Hexane, 아세톤, 알코올 등과 같은 용제(Solvent)와 혼합하는 제2혼합기(Mixer2)로 이송(109, 116)되는데, 이 제2혼합기(Mixer2)에 공급되는 용제는 후술하는 Si성분 및 SiC성분의 건조설비에서 증발되어 응축된 재생 용제를 사용하게 된다.

여기에서 혼합되는 용제의 기능은 회수되지 않은 절삭유를 녹이는 기능과 정전기적인 힘으로 결합되어 있는 SiC와 Si입자의 분리하는 기능을 하며, 용제로서는 상기한 바와 같이, n-Hexane, 아세톤, 알코올 등이 사용될 수 있다.

상기와 같이 재생용제와 혼합된 고형물은 이송펌프(Pump5)에 의하여 SiC 성분과 Si 성분으로 분리하는 제2분리기(Sepa2)로 이송(117, 118)된다.

상기 제2분리기(Sepa2)는 원심분리된 고형물과 용제의 혼합액을 비중차이에 의하여 SiC가 주로 함유된 혼합물과 Si가 주로 함유된 혼합물로 분리하는 설비이다. 전술한 바와 같이 SiC와 Si분말의 입도차이가 크고, SiC와 Si의 밀도차이 또한 크므로 분리방식은 밀도차이를 이용한 비중분리 방식이 적절한 것이다.

따라서, SiC입자와 Si입자의 분리방식으로는 어떠한 분리방식도 사용가능하나, 본 발명에서는 도 3 또는 도 4에 도시된 원심력 또는 중력침강법과 같은 하이드로사이클론(Hydrocyclone), 상승분리기형을 사용하였다.

상기와 같은 방식에 의하여 제2분리기(Sepa2)로부터 각각 분리된 SiC분말과 Si분말은 다량의 용제성분이 함유되어 있기 때문에 각각 제1 및 제2건조기(Dryer1, Dryer2)로 이송되어 건조과정을 거치게 된다. 상기 건조과정에서 증발되어 기화된 용제는 하나의 응축기(Cond1)로 유도(123, 125)되어 액상으로 응축되며, 응축된 액상용제는 용제 저장탱크(Tank3)에 저장되었다가 이송펌프(Pump7)에 의하여 상기 제2혼합기(Mixer2)로 이송(128, 130)되어 전량 재활용되어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 제조공정에서 발생하는 절삭재, 절삭유 그리고 실린콘 분말이 포함된 슬러지를 폐기처분하지 않고, 이에 포함된 절삭유 및 절삭재(SiC)를 거의 전량 회수하여 재사용하는 것이 가능하여 반도체 생산단가를 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한, 재생처리에 사용되는 용제 역시 초기 혼합단계 및 Si-SiC 분리단계에서 재활용됨으로써 폐용제의 배출을 최소화하여 환경에 대하여 친화적인 효과가 있으며, 매립되거나 배출되는 폐슬러지량을 최소화함으로서 주위 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치의 공정을 공정순서도,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치의 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치를 구성하는 하이드로사이클론의 원리도,

도 4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치를 구성하는 상승분리기의 원리도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

Tank1: 폐슬러지 저장탱크 HT1: 가열수단

Mixer1: 제1혼합기 Sepa1: 제1분리기

Tank2: 액상저장탱크 Mixer2: 제2혼합기

Sepa2: 제2분리기 Cond1: 응축기

Claims (7)

1. 반도체 웨이퍼 폐슬러지를 재생하는 장치에 있어서,

   상기 폐슬러지를 공급받아 점도조절제와 혼합하는 제1혼합기와,

   상기 제1혼합기로부터 폐슬러지를 공급받아 고형물과 액상을 분리하는 제1분리기와,

   상기 제1분리기로부터 분리된 고형물을 공급받아 용제와 혼합하는 제2혼합기와,

   상기 제2혼합기로부터 용제와 혼합된 고형물을 공급받아 SiC 성분과 Si 성분으로 분리하는 제2분리기와,

   상기 제2분리기로부터 분리된 SiC 성분과 Si 성분을 각각 건조하는 제1 및 제2건조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1혼합기에 폐슬러지를 공급하는 폐슬러지 저장탱크를 더 포함하고, 상기 폐슬러지 저장탱크는 슬러지를 가열하는 가열수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1혼합기는 상기 제1분리기로부터 분리되어 재생된 점도조절제를 공급받아 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1분리기는 원심분리형인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1 및 제2건조기로부터 증발된 용제를 공급받아 응축하는 응축기가 상기 제2혼합기와 연결되어 재생된 용제를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2분리기는 원심분리형이거나 중력침강 분리형인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 원심분리형은 하이드로사이클론(Hydrocyclone)이고, 중력침강 분리형은 상승분리기인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폐슬러지의 재생장치.