KR20090089092A - 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 및 그 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 및 그 제조장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 혼합하고, 비누화제를 첨가하여 비누화 반응을 시키고, 분산제와 고체부상 첨가제를 첨가하여 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유를 제조하여 연마재와 실리콘 잉곳 절삭과정에서 발생되는 절삭분(실리콘 미분)이 침전되지 않고 절삭유에 고르게 분산되도록 함으로써, 와이어와 실리콘 잉곳 사이에 연마재가 균일하게 들어가도록 하여 절삭속도를 증가시킬 수 있고 실리콘 웨이퍼의 품질을 향상시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 및 제조장치 및 그 방법을 제공한다.

Description

실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 및 그 제조장치 및 그 방법{WATER CUTTING OILS AND THE PRODUCTION SYSTEM AND THE METHOD THEREOF FOR SILICON INGOT}
본 발명은 실리콘 잉곳을 절삭하여 실리콘 웨이퍼를 제조할 때 사용되는 절삭유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마재가 절삭유 속에서 침전되지 않고 고르게 분산되도록 하여 연마재가 와이어와 실리콘 잉곳 사이에 균일하게 분포되도록 함으로써, 절삭 성능을 향상시키고 실리콘 웨이퍼의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유와 그 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 및 반도체 산업의 발전과 석유 에너지 고갈, 지구온난화 방지를 위한 태양열 에너지를 이용하는 산업이 급부상하면서 실리콘 웨이퍼의 수요가 급증하고 있는 추세이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳(sillicon ingot)에 절삭유와 연마재(탄화규소, 산화 알미늄, 이산화규소 등)를 혼합한 슬러리를 공급하면서 와이어 소우(wire saw)로 절삭하여 제조된다. 그리고, 절삭된 실리콘 웨이퍼는 절삭유 및 연마재(탄화규소, 산화 알류미늄, 이산화규소 등)가 혼합된 슬러리와 절삭분(saw dust)이 섞여있는 폐 슬러리가 묻어 있는 상태에서 세정장비(와이어 소우 크린너) 로 옮겨져 세정제(계면활성제)를 혼합한 물에 초음파를 인가하여 세정하는 세정과정을 통해 솔라셀용 실리콘 웨이퍼로 제조되거나, 연마, 식각 및 세정공정 등을 거쳐 반도체용 실리콘 웨이퍼로 제조된다.
이러한 과정에서, 솔라셀용 실리콘 웨이퍼 제조시 최초 공급되는 실리콘 잉곳의 약 40% 정도의 절삭분이 발생되고, 반도체 웨이퍼 제조 시에는 최초 공급되는 실리콘 잉곳의 약 20%~30%의 정도의 절삭분(saw dust)이 발생된다. 이렇게 발생된 절삭분은 연마재 및 절삭유를 혼합한 슬러리에 섞여 폐기물로 발생되고 있다.
현재 와이어 소우에 사용되는 절삭유는 석유계의 파라핀 오일 80-90%에 계면 활성제와 분산제, 증점제 등을 혼합한 물질로 구성되고, 이 절삭유는 연마재와 절삭분이 고르게 잘 분산되어 와이어와 잉곳 사이에 연마재가 균일하게 들어가게 하고 절삭과정에서 빠른 와이어 견인으로 발생되는 마찰열을 냉각시키고 윤활작용의 역할을 한다.
또한, 파라핀 또는 나프탈렌 오일은 비수용성 광물유이기 때문에 폐 슬러리가 묻어있는 실리콘 웨이퍼 세정하는 과정에서 많은 량의 세정제(계면활성제)를 혼합한 뜨거운 물에 40Mz초음파를 인가하는 세정과 부러쉬 롤러를 이용하여 기계적인 세정 등을 거쳐야 실리콘 웨이퍼로부터 파라핀 또는 나프탈렌 오일이 이탈 세정된다.
솔라셀용 실리콘 웨이퍼는 200~250 ㎛ 정도로 반도체용 실리콘 웨이퍼의 1/3 정도로 얇은 박막으로 절삭되고 있기 때문에 파라핀계 오일을 기유로 제조된 절삭유는 기계적 세정공정에서 깨어지는 문제로 사용을 하지 못하고 수용성 폴리에틸렌 그리콜(PEG) 또는 폴리프로필렌 그리콜(PPG)에 탄화규소를 혼합한 슬러리를 사용하고 있다.
수용성 폴리에틸렌 클리콜(PEG) 또는 폴리프로필렌 그리콜(PPG)에 탄화규소를 혼합한 슬러리는 5-20㎛ 탄화규소(sic) 및 절삭분(실리콘 Si)이 침강되는 것을 줄여주기 위해 계속적으로 교반하며 실리콘 잉곳(ingot)을 절삭하고 있으나 탄화규소와 절삭분이 슬러리 용기 내에 침적과 연마재와 절삭분이 불규칙적으로 혼합되어 이송됨으로써 실리콘 웨이퍼의 절삭면이 뒤틀림, 휨 현상 등 실리콘 웨이퍼의 품질이 저하되는 문제가 발생된다.
또한, 와이어 소우 장비의 냉각계통이나 슬러리 이송계통에 누적되어 냉각 효율감소와 연마제가 실리콘 잉곳의 절삭 참여율 감소로 인한 절삭속도 저하 및 절삭면에 와이어 마크(Wire mark)등 평탄도가 불균일하며 또한 재생이 30-50%정도로 낮은 재활용율 등의 문제점이 발생된다.
현재 반도체용 실리콘 웨이퍼 제조시 와이어 소우에서 사용되는 절삭유는 석유계의 파라핀 오일 80-90%에 계면 활성제와 분산제, 증점제 등을 혼합한 물질로 구성되기 때문에 웨이퍼 제조공정에서 발생되는 폐 슬러리는 특수산업폐기물로 분류되며 발생된 폐 슬러리는 절삭분과 절삭유를 함유하므로 단순히 소각 처리할 수 없으며, 또한 단순 매립의 경우 절삭유에 의한 심각한 토양오염이 우려된다. 따라서 발생된 폐 슬러리는 시멘트로 고형화하여 매립 처리하는 특수한 처리 방법이 적용되고 있는 실정이다.
그러나. 상기와 같은 폐 슬러리 처리방법은 매우 특수한 처리방법이므로 환 경적, 경제적, 시간적인 측면에서 매우 부적합하다. 따라서 폐 슬러리를 재생하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되어 근래에, 폐 슬러리를 고형화하여 매립 처리하는 대신, 폐 슬러리 내에 포함되어 있는 연마재, 절삭분 및 절삭유를 회수하여 재사용하는 방안이 제시되고 있다.
이들 종래의 폐 슬러리 재생 방법은 솔벤트 추출에 의해 재생하는 방법보다는 통상 원심분리법이 많이 적용되고 있다. 폐 슬러리는 솔벤트에 의해 쉽게 용해되어 절삭유를 분리할 수 있으나, 건조나 증류 과정에서 절삭유에 포함된 유화첨가제가 변화되어 재 사용시 연마재가 분산되지 않고 침전되는 문제점이 있기 때문이다. 따라서 통상 많은 량의 정제된 오일을 혼합하거나 70℃이하의 온도에서 2단계의 원심분리기를 걸쳐 이루어지고 있다. 1차 분리 단계에서는 1000~1200rpm의 원심분리기로 연마재를 회수하고, 2차 분리 단계에서는 2700~3200rpm의 원심분리기로 절삭유를 회수하는 것이다.
그러나, 종래의 절삭유(파라핀유,수용성 PEG 또는수용성PPG)와 재생방법에 의해서는 온도를 70℃이상 올리게 되면 오일의 성상이 바뀌게 되어 재생오일을 사용할 수 없게 됨으로써 70℃이하의 온도에서 원심분리를 함으로써 연마재 및 절삭유의 회수율이 저조할 뿐 아니라, 회수된 연마재와 절삭유의 순도도 좋지 못한 문제점가 발생된다.
또한, 연마재로서 수명이 다한 연마재가 선별 제거됨이 없이 계속적으로 회수되어 재사용됨에 따라 연마 품질 및 연마 속도 저하의 원인이 되었다.
또한, 2차 분리 단계에서, 절삭유에 분산된 연마분을 완전히 제거하기에는 절삭유에 첨가되어 있는 첨가제와 점도에 의해 불가능한 한계를 내포하고 있었다. 결국, 회수 및 재사용이 계속됨에 따라, 연마 슬러리 내에 연마 수명이 다한 연마재와 절삭분의 혼입량이 점점 증가하게 되어, 통상적으로 매회 20 ~ 30%의 새로운 연마재와 절삭유를 혼합하여 사용하고 있으며, 3개월간 사용 후 전량 폐기하고 있는 실정이다.
특히, 솔라셀용 실리콘 웨이퍼에 제조에 사용되는 수용성 폴리에틸렌 그리콜(PEG)에스터 또는 폴리프로필렌 그리콜(PPG)에스터를 단독으로 사용하는 절삭유는 수용성으로 재활용이 30-50%로 많은 량의 폐기물이 발생되거나 폐수로 처리되고 있어 생산원가가 증가되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 연마재와 실리콘 잉곳 절삭과정에서 발생되는 절삭분(실리콘 미분)이 침전되지 않고 절삭유에 고르게 분산되도록 함으로써, 와이어와 실리콘 잉곳 사이에 연마재가 균일하게 들어가도록 하여 절삭속도를 증가시킬 수 있고 실리콘 웨이퍼의 품질을 향상시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 및 그 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 절삭된 실리콘 웨이퍼를 세정할 때 세정제를 사용하지 않거나 세정제를 최소로 사용하여 세정을 수행할 수 있는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 및 그 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 잉곳을 절삭, 세정할 때 발생되는 폐수를 처리할 때 황산 산성에서 무기응집제 및 음이온 고분자응집제에 의한 침전분리와 활성오니법의 미생물에 의한 생물학적 분해가 잘 되어 별도의 유수분리장치를 설치할 필요 없이 폐수처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 20℃-150℃의 폭넓은 사용온도범위를 갖은 절삭유를 제조함으로써 80℃-150℃ 고온원심분리에 의해 재생효율을 70-80% 이상 유지할 수 있어 폐기물 발생을 최소화할 수 있는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유의 재생방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유는 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와, 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 혼합하고, 금속수산화물을 첨가하여 비누화 반응을 시키고, 다공성 실리카와 양이온 분산제와 부식방지제를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와, 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 혼합물에 금속수산화물(비누화제)은 0.5~3% 첨가되고, 다공성 실리카(고체부상첨가제)와 양이온 분산제와 알킬렌그리콜(PAG)에스터 부식방지제는 각각 1~3% 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상기의 금속수산화물이나 고체부상 첨가제는 연마제 입자와 유사한 입자분포를 갖는 1-20㎛의 다공성 실리카로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치는 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 저장, 계량 및 공급하는 분산성 PAG 유닛과, 수용성 폴리알킬렌 그리콜(PAG)에스터를 저장, 계량 및 공급하는 수용성 PAG 유닛과, 금속수산화물을 마이크로 분쇄, 저장, 계량 및 공급하는 금속수산화물 공급 유닛과, 다공성 실리카를 공급하는 다공성 실리카 공급 유닛과, 양이온 분산제를 저장, 계량 및 공급하는 양이온 분산제 유닛과, 부식방지제를 저장, 계량 및 공급하는 부식방지제 유닛과, 각각의 유닛에서 공급되는 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터, 금속수산화물, 다공성 실리카, 양이온 분산제 및 부식방지제를 혼합, 교반하는 절삭유 제조탱크를 포함한다.
분산성 PAG 유닛과 수용성 PAG 유닛과 양이온 분산제 유닛 및 부식방지제 유닛은 약품들을 각각 저장하는 저장조와, 각 약품들을 개량하는 개량조와, 각 약품들을 펌핑하는 펌프와, 절삭유 제조탱크로 공급되는 각 약품들의 유로를 개폐하는 개폐밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
각 계량조들은 저장조에서 과잉으로 이송된 약품을 다시 저장조로 오버-플로우하여 항상 일정량을 약품이 절삭유 제조탱크로 공급되도록 하는 오버-플로우 관이 연결되는 것을 특징으로 한다.
금속수산화물 공급유닛은 금속수산화물 입자를 마이크로 입자로 분쇄하는 분쇄기와, 분쇄된 금속수산화물 입자를 절삭유 제조탱크로 공급하는 스크류 공급기가 장착되어 분쇄와 공급이 동시에 일어날 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
다공성 실리카 공급유닛은 다공성 실리카가 저장되는 저장조와, 상기 저장조의 하측에 설치되어 다공성실리카가 충분히 용해되도록 일정 속도로 절삭유 제조탱크로 공급하는 스크류 공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
절삭유 제조탱크에는 제조탱크에 저장된 유체를 순환시키는 순환펌프가 순환라인에 설치되고, 금속수산화물 분말과 다공성실리카 분말이 공급될 순환펌프에 의해 펌핑되는 유체가 스프레이 되도록 하는 스프레이 노즐이 상측에 설치되고, 공급되는 약품을 혼합할 수 있는 교반기가 장착되고, 절삭유 제조탱크의 외주면에는 절삭유 제조탱크 내부를 일정한 온도로 제어하는 스팀 또는 열수 자켓이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조방법은 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터를 혼합하는 단계와, 단계에서 제조된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합액을 비누화하는 단계와, 단계에서 비누화가 완료되면 다공성 실리카로 구성되는 고체입자 부상제를 혼합하는 단계와, 고체입자 부상제의 혼합이 완료되면, 양이온 분산제로 구성되는 고체입자 분산제 및 부식방지제를 혼합하는 단계를 포함한다.
수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 혼합하는 단계에서는 HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance)가 7-9가 되도록
계산식 Q₂=[(THLB× Q₁)+(HLB₁× Q₁)]/(HLB₂-THLB)(여기에서 THLB=만들고자하는 용액의 HLB, HLB₁=수분산성 용액의 HLB, HLB₂=수용성 용액의 HLB, Q₁=수분산성 용액의 유량, Q₂=수용성 용액의 유량)에 의해 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합량을 결정하는 것을 특징으로 한다.
HLB가 7-9이 되도록 조정하는 방법은 HLB가 7보다 낮은 분산성 폴리에틸렌그리콜(PEG)에스터와 HLB가 9보다 높은 수용성 폴리에틸렌 그리콜(PEG)에스터를 혼합 하거나, HLB가 7보다 낮은 수용성 폴리 알킬렌그리콜(PAG)에스터 HLB가 9보다 높은 분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터를 혼합하여 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 따르면, 본 발명에 따른 절삭유는 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 혼합하고, 금속수산화물을 첨가하여 비누화 반응을 시키고, 다공성실리카 고체부상 첨가제와 양이온분산제 및 폴리알킬렌그리콜(PAG)부식방지제를 첨가하여 제조된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유에 탄화규소(sic)연마재를 혼합한 슬러리를 실리콘 잉곳 절삭에 사용하게 된다.
따라서 슬러리가 실리콘 잉곳 절삭과정에서 발생되는 절삭분(실리콘 미분)과 탄화규소(sic)연마재가 침전되지 않고 절삭유에 고르게 분산되도록 함으로써, 와이어와 실리콘 잉곳 사이에 연마재가 균일하게 들어가도록 하여 절삭속도를 증가시킬 수 있고, 실리콘 웨이퍼의 휨 현상, 뒤틀림 등을 감소시켜 실리콘 웨이퍼의 품질을 향상시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 절삭된 실리콘 웨이퍼를 세정할 때 세정제를 사용하지 않거나 세정제를 최소로 사용하여 물이나 IPA로 세정을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼 세정시 발생되는 폐수를 폐수처리 할 때 황산 산성에서 무기응집제 및 음이온 고분자응집제에 의한 침전분리와 활성오니법의 미생물에 의한 생물학적 분해가 잘 되어 별도의 유수분리장치를 설치할 필요가 없이 폐수처리 를 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 솔라셀 제조용 실리콘 웨이퍼 공정에서는 반도체 실리콘 웨이퍼공정의 약 1.8~2배의 절삭분이 발생하여 절삭유의 재생 시 70℃이하에서 행해지는 2단계 원심분리 방법으로는 분리재생이 불가능하거나 재생효율이 20-40%로 저조한 불합리한점이 있으나 20℃-150℃의 온도범위에서 사용할 수 있는 수용?분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유를 제조하여 공급함으로써 80℃-150℃의 온도에서 3단계에 걸친 고온 원심분리방법 및 장치를 이용하여 재생효율을 70-80% 이상 유지할 수 있어 폐기물 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 장기간 사용으로 연마재의 모서리 부분이 완만해져 더 이상 연마재로 사용할 수 없는 폐 연마재를 소각하여 매립에 의존하던 폐기처리 방법에서 탈피하여 수용?분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유를 제조된 폐 슬러리를 1차 원심분리로 분리한 폐 연마제를 산화, 건조로에 의해 세라믹스 소결용 원자재로 생산 공급함으로써 폐기물의 발생을
대폭적으로 감소할 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치를 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치는 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 저장, 계량 및 공급하는 분산성 PAG 유닛(100)과, 수용성 폴리알 킬렌그리콜(PAG)에스터를 저장, 계량 및 공급하는 수용성 PAG 유닛(200)과, 금속수산화물을 마이크로 분쇄, 저장, 계량 및 공급하는 금속수산화물 공급 유닛(300)과, 다공성 실리카를 공급하는 다공성 실리카 공급 유닛(400)과, 양이온 분산제를 저장, 계량 및 공급하는 양이온 분산제 유닛(500)과, 부식방지제를 저장, 계량 및 공급하는 부식방지제 유닛(600)과, 상기 각각의 유닛에서 공급되는 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터, 금속수산화물, 다공성 실리카, 양이온 분산제, 부식방지제를 혼합, 교반하는 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유 제조탱크(700)로 구성된다.
분산성 PAG 유닛(100)은 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 저장하는 저장조(110)와, 이 저장조(110)에서 공급되는 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 계량하는 계량조(120)와, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 펌핑하는 펌프(130) 및 절삭유 제조탱크(700)로 공급되는 유로를 개폐하는 개폐밸브(140)로 구성된다.
수용성 PAG 유닛(200)은 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 저장하는 저장조(210)와, 이 저장조(210)에서 공급되는 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 계량하는 계량조(220)와, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 펌핑하는 펌프(230) 및 절삭유 제조탱크(700)로 공급되는 유로를 개폐하는 개폐밸브(240)와, 저장조(210)에 설치되어 저장조를 가열하는 히터(250)로 구성된다.
금속수산화물 공급 유닛(300)은 금속수산화물이 저장되는 저장조(310)와, 이 저장조(310)의 하측에 설치되어 금속수산화물 입자를 마이크로 입자로 분쇄하여 절 삭유 제조탱크(700)로 공급하는 분쇄기(320)와 스크류 공급기(330)로 구성된다.
다공성 실리카 공급 유닛(400)은 다공성 실리카가 저장되는 저장조(410)와, 이 저장조(410)의 하측에 설치되어 다공성실리카가 충분히 용해되도록 서서히 절삭유 제조탱크(700)로 공급하는 스크류 공급기(420)로 구성된다.
양이온 분산제 유닛(500)은 양이온 분산제가 저장되는 저장조(510)와, 이 저장조(510)에서 공급되는 양이온 분산제를 계량하는 계량조(520)와, 양이온 분산제를 펌핑하는 펌프(530) 및 절삭유 제조탱크(700)로 공급되는 유로를 개폐하는 개폐밸브(540)로 구성된다.
부식방지제 유닛(600)은 부식 방지제가 저장되는 저장조(610)와, 이 저장조(610)에서 공급되는 부식 방지제를 계량하는 계량조(620)와, 부식 방지제를 펌핑하는 펌프(630) 및 절삭유 제조탱크(700)로 공급되는 유로를 개폐하는 개폐밸브(640)로 구성된다.
상기 계량조(120,220,520,620)는 저장조로부터 과잉으로 이송된 약품을 오버-플로우(over-flow)되어 다시 저장조로 리턴시켜 항상 일정량의 약품이 절삭유 제조탱크(700)에 공급할 수 있도록 한다.
상기 절삭유 제조탱크(700)에는 제조탱크(700)에 저장된 유체를 순환시키는 순환펌프(710)가 순환라인에 설치되고, 금속수산화물 분말과 다공성실리카 분말이 공급될 순환펌프(710)에 의해 펌핑되는 유체가 스프레이 되도록 하는 스프레이 노즐(720)이 상측에 설치되고, 공급되는 약품을 혼합할 수 있는 교반기(730)가 장착되고, 절삭유 제조탱크의 외주면에는 절삭유 제조탱크 내부를 일정한 온도로 제어 하는 스팀 또는 열수 자켓(730)이 설치된다.
그리고, 상기 절삭유 제조장치는 각각의 유닛에서 공급되는 각각의 개폐밸브를 제어하고, 공급시간, 온도, 교반속도 등을 제어하는 콘트롤 유니트(750)을 더 포함하여 구성된다.
이와 같이, 구성되는 본 발명에 따른 절삭유 제조장치에 의한 절삭유 제조공정을 다음에서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 절삭유 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
먼저, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터를 혼합한다.(S10)
이에 대해 자세히 설명하면, 분산성 PAG 유닛(100)에서는 저장조(110)에 저장된 분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터가 펌프(130)에 의해 펌핑되어 계량조(120)로 이송된다. 이때, 계량조(120)로 과잉으로 이송된 약품은 오버-플로우(over-flow)되어 다시 저장조(110)로 리턴되어 항상 일정한 량을 계량한다. 그리고, 계량조(120)의 유량이 안정되면 개폐밸브(140)를 열어 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 절삭유 제조탱크(700)로 공급한다.
그리고, 수용성PAG에스터 공급 유니트(200)에서는 저장조(210)에 저장된 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터가 펌프(230)에 의해 펌핑되어 계량조(220)로 이송된다. 이때, 계량조(220)로 과잉으로 이송된 약품을 오버-플로우(over-flow)되어 다시 저장조로 리턴되어 항상 일정한 량을 계량할 수 있도록 한다.
이러한 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 혼합하는 공정에서는 HLB (Hydrophilic Lipophilic Balance)가 7-9가 되도록
계산식 Q₂=[(THLB× Q₁)+(HLB₁× Q₁)]/(HLB₂-THLB)에 의해 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합량을 결정한다.(여기에서 THLB=만들고자하는 용액의 HLB, HLB₁=수분산성 용액의 HLB, HLB₂=수용성 용액의 HLB, Q₁=수분산성 용액의 유량, Q₂=수용성 용액의 유량)
상기에서 결정된 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합량을 계량조(220)에 세팅하여 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 공급량을 결정한다.
여기에서, HLB(Hydrophilic lipophilic balance)는 7-9가 되도록 조정할 때 HLB가 7보다 낮은 분산성 폴리에틸렌그리콜(PEG)에스터와 HLB가 9보다 높은 수용성 폴리에틸렌 그리콜(PEG)에스터를 혼합하거나, HLB가 7보다 낮은 수용성 폴리 알킬렌그리콜(PAG)에스터와 HLB가 9보다 높은 분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터를 혼합하여 HLB를 7-9로 조정한다.
이와 같이, 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 공급량이 결정되어 수용성 PAG 에스터 계량조의 유량이 안정되면 개폐밸브(240)를 열어 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 절삭유 제조탱크(700)에 공급한다.
그리고, 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터가 절삭유 제조탱크(700)에서 1시간동안 교반하여 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합액을 제조한다.
상기 단계에서 제조된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합액을 비누화한다.(S20)
비누화 단계(S20)에서는 상기 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 혼합액에 금속 수산화물을 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터의 1-3%를 계량하여 금속수산화물 분쇄 공급 유닛(300)의 저장조(310)에 투입하면 분쇄기(320)에 의해 마이크로 입자로 분쇄되면서 스크루 공급기(330)에 의해 절삭유 제조탱크(700)로 공급되면서 비누화 반응이 일어나게 된다.
이때 절삭유 제조탱크(700)의 하부에 설치된 순환펌프(710)에 의해 펌핑된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터가 스프레이 노즐(720)을 통해 스프레이 되고 교반기(730)에 의해 혼합되기 때문에 충분한 비누화 반응이 일어날 수 있다.
이와 같이, 비누화 단계가 완료되면 고체입자 부상제를 혼합하는 단계를 수행한다.(S30)
고체입자 부상제 혼합단계(S30)는 상기 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 비누액에 1-20㎛ 다공성 실리카를 총량의 1-3%을 계량하여 다공성 실리카 공급유닛(400)의 저장조(410)에 투입하면 스크루 공급기(420)에 의해 절삭유 제조탱크(700)로 공급되면서 서서히 혼합된다.
이때 절삭유 제조탱크(700) 하부에 설치된 순환펌프(710)에 의해 펌핑된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터가 스프레이 노즐(720)을 통해 스프레이 되고 교반기(730)에 의해 충분한 혼합되도록 한다.
이와 같이, 고체입자 부상제 혼합이 완료되면, 고체입자 분산공정을 수행한다.(S40)
고체입자 분산단계(S40)는 상기의 고체부상제가 혼합된 수용/분산성 폴리알 킬렌그리콜(PAG) 에스터 비누액에 저장조(510)에 저장된 양이온 분산제를 총량의 1-3%을 펌프(530)에 의해 펑핑하여 계량조(520)로 이송한다.
이때, 계량조(520)로 과잉으로 이송된 약품은 오버-플로우(over-flow)되어 다시 저장조(510)로 리턴되어 항상 일정한 량을 계량할 수 있도록 한다.
양이온 분산제 계량조(520)의 유량이 안정되면 개폐밸브(540)를 열어 양이온 분산제를 절삭유 제조탱크(700)에 공급한다. 이때, 다공성 실리카가 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 비누액에 충분히 분산되도록 교반기(730)로 교반하여 준다.
이와 같이, 고체입자 분산공정이 완료되면 부식방지제 혼합공정을 수행한다.(S50)
부식 방지제 혼합단계(S50)는 상기의 고체부상제가 충분히 분산된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유에 저장조(620)에 저장된 부식 방지제는 총량의 1-3% 정도가 펌프(640)에 의해 펑핑되어 계량조(620)로 이송된다.
이때, 계량조(620)로 과잉으로 이송된 약품은 오버-플로우(over-flow)되어 다시 저장조(610)로 리턴되어 항상 일정한 량을 계량할 수 있다.
부식방지제 계량조의 유량이 안정되면 개폐밸브(640)를 열어 절삭유 제조탱크(700)에 부식방지제를 공급한다. 부식방지제가 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유에 충분히 혼합되도록 교반기(730)로 교반하여 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유를 제조한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조공정 및 슬러리 재생 및 재활용 공정을 도시한 공정 순서도이다.
상기에서 제조된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유를 사용하여 실리콘웨이퍼 절삭용 슬러리 혼합 방법과 실리콘 웨이퍼 제조공정공정을 설명한다.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유 350리터 절삭유에 320KG의 연마재(탄화규소)를 혼합조(61)에서 혼합한 슬러리를 와이어 소우(62)에 공급하여 실리콘 잉곳을 절삭한다.
와이어 소우 슬러리는 실리콘 잉곳을 절삭하는 과정에서 실리콘 미분이 발생되어 와이어 소우 슬러리에 혼합된다. 절삭이 진행되는 동안 연마재(탄화규소)와 절삭분(실리콘 미분)이 고루게 혼합 분산되어 점진적으로 미분함량이 증가되며 실리콘 잉곳의 절삭이 종료되면 약 20%정도의 많은 실리콘 미분이 혼합되어 분산된 상태가 된다.
이와 같이, 본 실시 예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조용 절삭유는 연마재로 사용되는 비중이 무거운 고체입자(예:탄화규소 비중3.21)가 저점도 저 비중(예:절삭유점도:120cp, 절삭유비중:0.982)인 수용해분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유 속에서 침전되지 않고 분산되기 때문에 연마재가 고르게 분포되어 와이어와 실리콘 잉곳 사이에 연마재가 균일하게 들어가게 하고, 절삭과정에서 빠른 와이어 견인으로 발생되는 마찰열을 냉각시킬 수 있게 된다.
좀더 자세히 설명하면, 저 비중 액체 속에 고 비중 고체입자가 분산되는 원리는 수용해성과 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 혼합하여 HLB(Hydrophilic lipophilic balance)를 조정하고 비누화제를 첨가하여 비누화 반응을 시키고 분산제와 고체 부상 첨가제를 첨가한다.
이때, 고체 부상 첨가제는 음전하를 띠고 고체입자(연마재인 탄화규소 SiC 및 실리콘 절삭분 규소 si)는 양전하를 띠고 있다. 따라서, 고체 부상 첨가제의 음전하와 고체입자의 양전하가 결합하여 고체입자(연마재인 탄화규소 SiC 및 실리콘 절삭분 규소 si)의 표면에 고체 부상 첨가제가 붙어 탄화규소(SiC)의 겉보기 비중을 낮추어 주는 역할을 함으로써 고체입자가 부상하게 되며 분산제 의해 고체입자와 고체 입자 간에 일정한 거리를 유지하게 된다.
상기와 같이 제조된 저점도 저 비중(예: 절삭유 비중: 0.982) 액체 속에서도 고 비중(예:탄화규소 비중: 3.21)의 고체와 고체 간의 서로 일정한 간격을 유지하여 분산되는 원리를 이용하여 비누화제 0.5~3%, 분산제와 고체 부상 첨가제를 각각 1~3%, 수용분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 93~96%를 혼합한 혼합물로 이루어진 실리콘 잉곳 절삭유로써 연마재는 물론 실리콘 잉곳의 절삭과정에서 발생되는 절삭분(실리콘 미분)이 침전되지 않고, 고르게 잘 분산되어 와이어와 잉곳 사이에 연마재가 균일하게 들어가게 하고, 절삭과정에서 빠른 와이어 견인으로 발생되는 마찰열을 냉각시키고, 윤활작용으로 실리콘 웨이퍼의 절삭속도를 증가시켜 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.
상기에서 제조된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유 슬러리로 실리콘 웨이퍼 세정방법을 다음에서 설명한다.
실리콘 잉곳의 절삭이 완료되면 실리콘 웨이퍼가 지지층에 붙어있는 상태에 서 물을 분사하여 웨이퍼 표면에 있는 슬러리를 제거하고 70± 10℃에서 지지층으로부터 웨이퍼를 떼어낸 후 카세트에 담는다.
수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유로 제조된 슬러리는 찬물에서도 쉽게 용해되고 50~60℃의 따듯한 물 또는 이소프로필 알콜(IPA)에 잘 녹기 때문에 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유로 제조된 슬러리로 절삭된 실리콘 웨이퍼는 세정조(63)에서 세정이 간편하게 이루어질 수 있다.
따라서, 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유를 혼합한 슬러리로 절삭된 실리콘 웨이퍼는 50~60℃의 물속에서 40Mz의 초음파 세정을 하고 헹굼(린스)한 다음 이소프로필 알콜에 담갔다가 꺼냄으로써 실리콘 웨이퍼의 세정과 건조가 동시에 실시할 수 있도록 한다. 그리고, 이소프로필 알콜(IPA)은 울트라 필터(ultra filter)에 의해 수분과 이물질을 제거하고 다시 순환시켜 재사용한다.
다음에서 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유로 제조된 슬러리로 절삭된 실리콘 웨이퍼는 세정조(63)에서 세정할 때 발생되는 폐수처리 공정을 상세하게 설명한다.
수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유로 제조된 슬러리로 절삭된 실리콘 웨이퍼를 세정조(63)에서 세정할 때 발생되는 폐수는 황산 산성에서 무기응집제 및 고분자응집제에 의해 침전 또는 부상되며 활성오니법의 미생물에 의해 분해되어 폐수처리장(65)에서 폐수처리가 이루어진다.
이와 같이, 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유로 제조된 슬러리를 사용하기 때문에 별도의 유수분리 장치를 설치할 필요가 없이 폐수처리가 이 루어지므로 공정을 단순화하고 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
그리고, 다음에서 상기 공정에서 발생되는 폐슬러리를 재생하는 공정을 상세하게 설명한다.
와이어 소우(62)에서 실리콘 잉곳의 절삭이 완료되어 절삭분 농도가 증가된 폐슬러리는 실리콘 웨이퍼 절삭면의 평탄도에서 불량률이 증가되고 슬러리의 온도 상승 등을 유발하므로 그 상태로는 더 이상 사용할 수 없기 때문에 폐슬러리를 와이어 소우에서 인출하여 재생 공정에서 재생한 후 와이어 소우에서 재사용하게 된다.
슬러리 재생공정은 와이어 소우(62)에서 인출되는 슬러리는 폐슬러리 저장탱크(71)로 공급되고, 저장탱크(71)에서 가열된 슬러리가 열교환기(72)로 공급되어 일정한 온도로 가열된 후 고온저속 원심분리기(73)에서 1차 원심분리가 이루어진다. 이때, 1차 원심분리에서 회수 연마재(78)와 나머지 폐슬러리(파쇄된 연마재, 절삭분 및 절삭유)가 분리되고 나머지 폐슬러리(파쇄된 연마재, 절삭분 및 절삭유)는 1차 원심분리 저장탱크(74)에 모아진다.
이때, 분리된 연마재 내에 파쇄된 작은 연마입자와 비교적 큰 절삭분 입자가 서로 섞이는 것을 최소화하고 절삭유 중에 함유된 수분을 증발 제거하기 위해 열교환기(72)에서 일정한 온도(80~150℃)를 유지하고, 고온 저속 원심분리기(73)에서 가능한 낮고 일정한 1000RPM이하에서 가동시간은 길게 하여 회수 연마제와 나머지 폐슬러리(파쇄된 연마재, 절삭분 및 절삭유)가 용이하게 이루어지도록 한다.
이와 같이, 1차 원심분리가 완료되어 1차원심분리 저장탱크(74)에 모아진 폐 슬러리(파쇄 된 연마재, 절삭분 및 절삭유)는 고온중속 원심분리기(75)와, 고온고속 원심분리기(77)에서 2차 및 3차 원심 분리에 의해 정제된 절삭유와 나머지 폐슬러리(파쇄된 연마재 및 절삭분)로 분리된다.
상기 제2차 원심분리 단계는 고온저속 원심분리기(73)에서 분리된 파쇄된 연마재와 절삭분과 절삭유 혼합물 속에 절삭분 함유량에 따라(솔라셀 제조용 실리콘 웨이퍼 공정에서는 반도체 실리콘 웨이퍼공정의 약 1.8~2배의 절삭분이 발생하고, 절삭되는 실리콘 잉곳의 무게에 따라 절삭유 속에 절삭분의 함유량이 달라짐) 원심분리기에 공급되는 압력이 높아지게 되며 그로인해 연속 고속원심 분리가 불가능해진다.
따라서, 고온(80~150℃)에서 압력상승속도에 따라 가변되는 중속 1500~2500 RPM으로 고온중속 원심분리기(75)를 사용하여 절삭유로부터 연마재 미분과 큰 절삭분을 분리제거 함으로써 후 공정인 제3차 고온고속 원심분리기(77)의 부하를 감소시켜 주는 역할을 한다.
그리고, 제2차 원심분리가 완료된 불완전 정제오일(폐 연마재, 절삭분 및 절삭유)은 제2원심분리 오일탱크(76)에 모아지고 가열된 후 고온고속 원심분리기(77)로 공급되어 3차 원심 분리가 이루어진다.
여기에서, 고온고속 원심분리 단계는 고온중속 원심분리기(75)에 의해 전처리 된 절삭유를 가능한 높고, 일정한 온도(80~150℃)와 3500~4000 RPM으로 절삭유의 손실을 최소화하고 미세(대부분 절삭분0.1㎛이하)절삭분이 절삭유에 혼입되는 것을 최소화하는 3차 원심 분리가 이루어진다.
제1차 고온저속 원심분리기(73)에서 분리된 회수 연마재(78)와, 고온중속 원심분리기(75) 및 고온고속 원심분리기(77)에서 2차 및 3차 원심분리에 의해 분리 정제된 절삭유(79)는 재생 슬러리 혼합 및 저장공정을 거쳐 재사용한다.
그리고, 와이어 소우에서 인출된 슬러리는 복수의 원심 분리단계를 거치면서 절삭유와 연마재와 절삭분의 혼합유로 분리된 후 연마재와 절삭분의 혼합유는 절삭분 소각로(81)에 공급 소각되어 폐기된다.
다음에서, 재생 슬러리 혼합공정에 대해 상세하게 설명한다.
재생 슬러리 혼합 공정은 상기의 고온고속 원심분리기(86)에서 3차 분리된 수용분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 재생 절삭유(79)와 고온저속 원심분리기(71)에서 1차 분리된 재생 연마재를 혼합하여 일정한 밀도를 갖은 슬러리(slurry)를 만들고, 새로운 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유와 새로운 연마재를 혼합한 슬러리(slurry)를 재생슬러리의 20~30%를 보충하여 사용함으로써 절삭된 모서리가 마모된 연마제로 인한 절삭된 웨이퍼 평탄도, 휨 현상 등 품질의 문제와 절삭속도 저하 등 실리콘 웨이퍼의 품질과 생산성에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 실리콘 잉곳(silicon ingot) 절삭용 슬러리(slurry)의 이상적인 혼합 방안을 제공한다.
다음에서, 폐연마재 재활용 방법에 대해 상세하게 설명한다.
장기간 사용으로 인해 연마재의 모서리가 마모되어 더 이상 연마재의 역할이 불가능한 폐 연마재의 폐 절삭유의 재활용방안을 살펴보면, 세라믹스 소결용 탄화 실리콘 회수 공정과, 폐기된 절삭유로부터 수용분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스 터 분리 회수 와 폐 절삭분 폐기 공정으로 구성된다.
먼저, 세라믹스 소결용 탄화 실리콘 회수공정을 살펴보면, 장시간 재활용되어 연마재가 마모되어 모서리 각도가 완만해지고 미립자의 농도가 높아져 더 이상 사용이 불가능하게 되는 경우 상기 재생공정과 같은 방법으로 고온저속 원심분리기(71)에서 폐 연마재(82)를 분리하고, 폐 연마재(82)를 산화 건조로(86)에서 실리콘 절삭분을 산화시켜 이산화규소로 만들고, 연마재 반응조(87)에서 불산으로 이산화규소를 녹여 냄으로써 순수한 탄화규소만을 남게 된다.
이산화규소를 녹여낸 연마재를 세정조(88)에서 세정하고 침전조(84)에서 침전시키고 침전물을 탈수기(85)로 탈수한다.
탈수된 침전물을 산화 건조로(86)에서 건조하여 정제된 탄화규소는 연마재로는 사용이 불가하여 세라믹스 소결용 탄화규소(90)로 재활용된다.
폐기된 절삭유로부터 수용분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 분리 회수공정을 살펴보면,
상기의 세라믹스 소결용 탄화규소 재활용 공정으로 연마재를 분리한 절삭유와 절삭분으로부터 수용분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 분리 회수공정을 살펴보면, 제1 고온저속 원심분리기(73)에서 배출된 절삭분과 절삭유를 고온중속 원심분리기(75)와 고온고속 원심분리기(77)에서 분리된 절삭분은 폐기처리하고 수용분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유에 IPA를 첨가하여 폐 오일 혼합조(91)에서 충분히 교반한다.
그리고, 침전조(92)에서 절삭분 미립자를 침전시키고 상등액을 여과기(93)에 서 여과하여 절삭된 미분을 제거한다. 여과된 액을 증류기(94)에서 감압 증류하여 IPA를 분리회수하면 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터만 남음으로써 폐기된 절삭유로부터 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 회수 재 절삭유제조용 원재료로 재사용한다.
폐 절삭분 폐기 방안으로는 소각로(81)에서 소각시켜 절삭유를 제거하고 시멘트 원료에 혼합하는 실리카로 공급한다.
본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 사용에 대한 효과를 정리하면,
상기의 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유에 탄화규소(sic)연마재를 혼합한 슬러리는 실리콘 잉곳 절삭과정에서 발생되는 절삭분(실리콘 미분)과 탄화규소(sic)연마재가 침전되지 않고 절삭유에 고르게 분산되도록 함으로써, 와이어와 실리콘 잉곳 사이에 연마재가 균일하게 들어가도록 하여 절삭속도를 증가시킬 수 있고, 실리콘 웨이퍼의 휨 현상, 뒤틀림 등을 감소시켜 실리콘 웨이퍼의 품질을 향상시키고 생산성을 향상에 기여 할 수 있다.
또한, 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 절삭유에 탄화규소(sic)연마재를 혼합한 슬러리에 의해 절삭된 실리콘 웨이퍼를 세정할 때 세정제를 사용하지 않거나 세정제를 최소량을 첨가한 물이나 IPA로 세정을 수행할 수 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼 세정에서 발생되는 폐수처리 할 때 황산산성에서 무기응집제 및 음이온 고분자응집제에 의한 침전분리와 활성오니법의 미생물에 의한 생물학적 분해가 잘 되어 별도의 유수분리장치를 설치할 필요가 없이 폐수처리를 수 행할 수 있다.
또한, 솔라셀 제조용 실리콘 웨이퍼 공정에서는 반도체 실리콘 웨이퍼공정의 약 1.8~2배의 절삭분이 발생하여 절삭유의 재생 시 70℃이하에서 행해지는 2단계 원심분리 방법으로는 분리재생이 불가능하거나 재생효율이 20-40%로 저조한 불합리한점이 있으나 20-150℃의 온도범위에서 사용할 수 있는 수용?분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유를 제조하여 공급함으로써 80-150℃의 온도에서 3단계에 걸친 고온 원심분리방법 및 장치를 이용하여 재생효율을 70-80% 이상 유지할 수 있어 폐기물 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 장기간 사용으로 연마재의 모서리 부분이 완만해져 더 이상 연마재로 사용할 수 없는 폐 연마재를 소각하여 매립에 의존하던 폐기처리 방법에서 탈피하여 수용?분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터 절삭유를 제조된 폐 슬러리를 1차 원심분리로 분리한 폐 연마제를 산화, 건조로에 의해 세라믹스 소결용 원자재로 생산 공급함으로써 폐기물의 발생을 대폭적으로 감소할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 잉곳 절삭유 제조장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 잉곳 절삭유 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 재생공정을 나타낸 공정 순서도이다.

Claims (16)

  1. 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 혼합하고, 금속수산화물을 비누화제로 첨가하여 비누화 반응을 일으키고, 고체입자 부상제와, 고체입자 분산제와, 금속부식 방지제를 첨가하여 제조되는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체부상 첨가제는 1-20㎛ 입자분포를 갖는 다공성 실리카가 사용되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 혼합할 때 HLB(Hydrophilic lipophilic balance)는 7~9가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비누화제는 수산화바륨 또는 금속수산화물이 포함된 0.5~3% 가 첨가되고, 고체입자 부상제로 사용되는 양이온 분산제와, 부식방지제는 각각 1~3% 첨가되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유.
  5. 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 저장, 계량 및 공급하는 분산성 PAG 유닛과;
    수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터를 저장, 계량 및 공급하는 수용성 PAG 유닛과;
    금속수산화물을 마이크로 분쇄, 저장, 계량 및 공급하는 금속수산화물 공급 유닛과;
    다공성 실리카를 공급하는 다공성 실리카 공급 유닛과;
    양이온 분산제를 저장, 계량 및 공급하는 양이온 분산제 유닛과;
    부식방지제를 저장, 계량 및 공급하는 부식방지제 유닛과;
    상기 각각의 유닛에서 공급되는 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터, 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터, 금속수산화물, 다공성 실리카, 양이온 분산제 및 부식방지제를 혼합, 교반하는 절삭유 제조탱크를 포함하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분산성 PAG 유닛과 수용성 PAG 유닛과 양이온 분산제 유닛 및 부식방지제 유닛은 약품들을 각각 저장하는 저장조와;
    각 약품들을 개량하는 개량조와;
    각 약품들을 펌핑하는 펌프와;
    절삭유 제조탱크로 공급되는 각 약품들의 유로를 개폐하는 개폐밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각 계량조들은 저장조에서 과잉으로 이송된 약품을 다시 저장조로 오버-플로우하여 항상 일정량을 약품이 절삭유 제조탱크로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 금속수산화물 공급유닛은 금속수산화물 입자를 마이크로 입자로 분쇄하는 분쇄기와, 분쇄된 금속수산화물 입자를 절삭유 제조탱크로 공급하는 스크류 공급기가 장착되어 분쇄와 공급이 동시에 일어날 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 실리카 공급유닛은 다공성 실리카가 저장되는 저장조와, 상기 저장조의 하측에 설치되어 다공성실리카가 충분히 용해되도록 일정 속도로 절삭유 제조탱크로 공급하는 스크류 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 절삭유 제조탱크에는 제조탱크에 저장된 유체를 순환시키는 순환펌프가 순환라인에 설치되고, 금속수산화물 분말과 다공성실리카 분말이 공급될 순환펌프에 의해 펌핑되는 유체가 스프레이 되도록 하는 스프레이 노즐이 상측에 설치되고, 공급되는 약품을 혼합할 수 있는 교반기가 장착되고, 절삭유 제조탱크의 외주면에는 절삭유 제조탱크 내부를 일정한 온도로 제어하는 스팀 또는 열수 자켓이 설치되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 절삭유 제조장치는 각 개폐밸브를 제어하고, 공급시간, 온도, 교반속도를 제어하는 콘트롤 유니트을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조장치.
  12. 분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터와 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터를 혼합하는 단계와;
    상기 단계에서 제조된 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합액을 비누화하는 단계와;
    상기 단계에서 비누화가 완료되면 다공성 실리카로 구성되는 고체입자 부상제를 혼합하는 단계와;
    고체입자 부상제의 혼합이 완료되면, 양이온 분산제로 구성되는 고체입자 분 산제 및 부식방지제를 혼합하는 단계를 포함하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 혼합하는 단계에서는 HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance)가 7~9가 되도록
    계산식 Q₂=[(THLB× Q₁)+(HLB₁× Q₁)]/(HLB₂-THLB)(여기에서 THLB=만들고자하는 용액의 HLB, HLB₁=수분산성 용액의 HLB, HLB₂=수용성 용액의 HLB, Q₁=수분산성 용액의 유량, Q₂=수용성 용액의 유량)에 의해 수용성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터 혼합량을 결정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 HLB가 7~9이 되도록 조정하는 방법은 HLB가 7보다 낮은 분산성 폴리에틸렌그리콜(PEG)에스터와 HLB가 9보다 높은 수용성 폴리에틸렌 그리콜(PEG)에스터를 혼합하거나, HLB가 7보다 낮은 수용성 폴리 알킬렌그리콜(PAG)에스터 HLB가 9보다 높은 분산성 폴리 알킬렌그리콜(PAG) 에스터를 혼합하여 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 비누화 단계는 상기 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 혼합액에 총량의 1~3%의 금속 수산화물을 마이크로 입자로 분쇄한 후 교반시켜서 비누화 반응이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 고체입자 부상제 혼합단계는 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG) 에스터 비누액에 1~20㎛ 다공성 실리카를 총량의 1~3%을 투입하여 혼합하고, 상기 수용/분산성 폴리알킬렌그리콜(PAG)에스터가 스프레이 노즐을 통해 스프레이 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 절삭용 절삭유 제조방법.
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