KR20130103892A - 절삭액 재활용 시스템 및 그 재활용 방법 - Google Patents

절삭액 재활용 시스템 및 그 재활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사파이어 잉곳의 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정을 수행하면서 함께 사용한 절삭액을 폐기하지 않고 동일 공정에 안정적으로 재사용할 수 있도록 하는 절삭액 재활용 시스템 및 그 재활용 방법에 관한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 절삭액 재활용 시스템은, MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 사용된 절삭액에 포함된 분순물을 침전시키며, 침전된 현탁액을 배출하는 하나 또는 둘 이상의 배출포트가 형성되는 오버플로우(Over-flow) 침전부; 상기 오버플로우 침전부의 바닥에 침전된 현탁액(Slurry)를 밖으로 뽑아내는(Pumping) 현탁액 펌프부; 상기 현탁액 펌프부로부터 상기 현탁액을 공급받아 원심력을 이용하여 현탁액에서 절삭액을 분리해내는 원심분리부; 및 상기 현탁액 펌프부와 원심분리부로부터 전달되는 절삭액의 순도를 높이기 위하여 걸러내어(Filtering) 상기 화학적 기계적 연마공정에 공급하는 필터부;를 포함한다.

Description

절삭액 재활용 시스템 및 그 재활용 방법{RECYCLING SYSTEM OF CUTTING FLUID AND METHOD THEREOF}
본 발명은 사파이어 잉곳의 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정을 수행하면서 함께 사용한 절삭액을 회수재활용하는 절삭액 재활용 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 잉곳의 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정을 수행하면서 함께 사용한 절삭액을 폐기하지 않고 동일 공정에 안정적으로 재사용할 수 있도록 하는 절삭액 재활용 시스템 및 그 재활용 방법에 관한 것이다.
LED 웨이퍼를 만들기 위해서, 먼저 산화알루미늄에 미량의 금속을 넣고 녹여서 식히면서 결정을 성장시켜 사파이어 잉곳(Ingot)을 만든다. 이렇게 성장시킨 사파이어 잉곳을 얇게 절단하여 LED 웨이퍼를 만들게 된다. 사파이어 잉곳을 절단하기 위해서 다이아몬드로 제작된 MWS(Multi-Wire Saw)를 이용한다. 즉 사파이어 잉곳을 절단하기 위한 MWS를 이용하는 MWS 절삭공정이 개발되었다.
MWS 절삭공정은 실수(수돗물)과 절삭유를 혼합한 절삭액을 사파이어 잉곳과 MWS(Multi-Wire Saw) 사이에 주입시켜 사파이어 잉곳을 절단하는 방식을 이용한다. 이때 사용되는 절삭유가 포함된 절삭액이 상당량 폐기되고 있는 것이 현실이다.
따라서, 고가의 절삭유를 낭비하게 됨으로써 환경오염을 야기할 뿐만 아니라 반도체 소자의 제조단가를 상승시키는 원인이 되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사파이어 잉곳의 MWS 절삭공정을 수행하면서 함께 사용한 절삭액을 폐기하지 않고 동일 공정에 안정적으로 재사용할 수 있도록 하는 절삭액 재활용 시스템 및 그 재활용 방법을 제공함에 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 절삭액 재활용 시스템은, MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 사용된 절삭액에 포함된 분순물을 침전시키며, 침전된 현탁액을 배출하는 하나 또는 둘 이상의 배출포트가 형성되는 오버플로우(Over-flow) 침전부; 상기 오버플로우 침전부의 바닥에 침전된 현탁액(Slurry)를 밖으로 뽑아내는(Pumping) 현탁액 펌프부; 상기 현탁액 펌프부로부터 상기 현탁액을 공급받아 원심력을 이용하여 현탁액에서 절삭액을 분리해내는 원심분리부; 및 상기 현탁액 펌프부와 원심분리부로부터 전달되는 절삭액의 순도를 높이기 위하여 걸러내어(Filtering) 상기 화학적 기계적 연마공정에 공급하는 필터부;를 포함한다.
또한 상기 절삭액 재활용 시스템은, 상기 오버플로우 침전부의 절삭액을 상기 절삭액 탱크부로 뽑아내는 절삭액 펌프부;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 오버플로우 침전부는, 상기 사용된 절삭액을 침전시키기 위하여 높이가 낮아지는 다수개의 오버플로우 수조로 형성된다.
또한 상기 원심분리부는, 상기 절삭액이 분리된 현탁액을 외부로 배출하는 배출포트;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 절삭액 재활용 시스템은, 상기 오버플로우 침전부에서 흘러넘친 절삭액과 상기 원심분리부를 거친 절삭액을 저장하여 상기 필터부로 전달하는 절삭액 회수부;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 원심분리부는, 단위시간당 상기 현탁액 분리량을 늘리기 위하여 내벽에 형성된 탈수공의 크기가 다른 둘 이상의 원심분리기가 동일 회전축상에 배치될 수 있다.
또한 상기 원심분리부는, 안에서 밖으로 갈수록 형성된 탈구공의 크기가 작아질 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 절삭액 재활용 방법은, 1) MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 사용된 절삭액(실수와 절삭유의 혼합액)을 침전시키는 단계; 2) 상기 침전된 현탁액(Slurry)를 밖으로 뽑아내는(Pumping) 단계; 3) 상기 현탁액을 공급받아 원심력을 이용하여 현탁액에서 절삭액을 분리해내는 단계; 4) 1) 단계 후에 흘러넘치는 절삭액과 상기 3) 단계 후에 분리되는 절삭액을 저장하는 단계; 및 5) 상기 저장된 절삭액의 순도를 높이기 위하여 걸러내어(Filtering) 상기 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 전달하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 사파이어 잉곳의 MWS 절삭공정을 수행하면서 함께 사용한 절삭액을 폐기하지 않고 동일 공정에 안정적으로 재사용할 수 있는 효과가 있다.
더욱이 본 발명에 따르면, 절삭액을 재사용함으로써 환경 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 그로 인한 제품 단가를 낮추는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 시스템 중 오버플로우 침전부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 시스템 중 원심분리부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 방법의 흐름도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, '절삭액'이란 실수(수돗물)과 절삭유의 혼합액을 의미한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 시스템을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 절삭액 재활용 시스템(100)은 오버플로우(Over-flow) 침전부(110), 현탁액 펌프부(120), 원심분리부(130) 및 필터부(140)를 포함한다. 절삭액 재활용 시스템(100)은 사파이어 잉곳을 전단하는 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에서 사용된 절삭액이 공급배출되는 경로상에 설치되는 시스템이다.
오버플로우(Over-flow) 침전부(110)는 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정(10)에 사용된 절삭액(실수(수돗물)과 절삭유의 혼합액)를 침전시키는 장치로서, 침전된 현탁액을 배출하는 하나 또는 둘 이상의 배출포트가 형성된다. MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정(10)에 사용된 절삭액은 오버플로우 침전부(110)에 공급된다.
현탁액 펌프부(120)는 오버플로우 침전부(110)의 바닥에 침전된 현탁액(Slurry)를 밖으로 뽑아내는 장치이다. 보다 자세한 설명은 아래에서 도 2를 참조하여 설명한다.
원심분리부(130)는 현탁액 펌프부(120)으로부터 현탁액을 공급받아 원심력을 이용하여 현탁액에서 절삭액을 걸러내는 장치이다. 보다 자세한 설명은 아래에서 도 3을 참조하여 설명한다.
필터부(140)는 현탁액 펌프부(120)와 원심분리부(130)로부터 전달되는 절삭액을 걸러내어 상기 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정(10)에 공급하는 장치이다.
필터부(140)는 UF Filter(Ultra Filtration Filter, 한외여과방식 또는 중공사막방식 필터)로 구성함이 바람직하다. 이러한 UF Filter는 기존을 필터와 달리 필터를 일정시간 이상 사용한 후에는 백워싱(Backwashing, 역세척)을 수행하는데, 역세척을 통하여 필터에 축적되어 있는 오염물질을 제거함으로써 필터의 수명을 연장할 수 있다.
절삭액 재활용 시스템(100)은 오버플로우(Over-flow) 침전부(110)에서 흘러넘친 절삭액과 원심분리부(130)를 거친 절삭액을 저장하여 필터부(140)로 공급하는 절삭액 회수부(160)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 MWS(Multi-Wire Saw)는 잉곳 연마기(Ingot Grinder) 또는 엣지 연마기(Edge Grinder)로 대체될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 시스템 중 오버플로우 침전부의 단면도이다.
오버플로우 침전부(110)는 사용된 절삭액을 침전시키기 위하여 높이가 낮아지는 다수개의 오버플로우 수조(111)로 형성되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 것은 세 개의 오버플로우 수조(111)가 형성된 오버플로우 침전부(110)이다.
오버플로우 침전부(110)에는 하나 또는 둘 이상의 배출포트(115)가 형성되는데, 도 2에 도시된 것은 세 개의 배출포트(115)가 형성된 오버플로우 침전부(110)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정(10)을 거쳐 사용된 절삭액이 오버플로우 침전부(110)로 들어오게 된다. 첫 번째 오버플로우 수조(111)에 공급되는 절삭액은 중력의 작용으로 불순물은 밑으로 가라앉아 현탁액이 되고, 절삭액은 두 번째 오버플로우 수조(111)로 흘러넘쳐 간다. 두 번째 오버플로우 수조(111)에서도 동일한 과정이 반복되고, 세 번째 오버플로우 수조(111)로 흘러넘쳐 간다. 세 번째 오버플로우 수조(111)에서도 동일한 과정이 반복되고, 불순물이 걸러진 절삭액은 오버플로우 침전부(110) 밖으로 흘러나간다.
절삭액 재활용 시스템(100)에는 오버플로우(Over-flow) 침전부(110)의 절삭액을 뽑아내는 절삭액 펌프부(150)가 더 포함될 수 있으며, 오버플로우(Over-flow) 침전부(110)에서 뽑아낸 절삭액 필터부(140) 또는 절삭액 회수부(160)로 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 시스템 중 원심분리부의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 원심분리부(130)는 단위시간당 현탁액 분리량을 늘리기 위하여 내벽에 형성된 탈수공(135)의 크기가 다른 적어도 둘 이상의 원심분리기(131)가 동일 회전축상에 배치될 수 있다. 이때 원심분리기(131)에는 안에서 밖으로 갈수록 탈구공(135)의 크기가 작아지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 탈수공(135)이 형성되면, 원심분리기(131)가 단위 시단당 현탁액으로부터 분리하는 절삭액의 양이 늘어나서 결과적으로 원심분리부(130)의 효율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 절삭액 재활용 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면 절삭액 재활용 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다. S410은 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 사용된 절삭액(실수(수돗물)과 절삭유의 혼합액)을 침전시키는 단계이다. 즉 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정(10)에 사용된 절삭액은 불순물과 섞이게 되는데, 이를 모아서 오버플로우(Over-flow) 침전부(110)로 공급한다. 사용된 절삭액은 오버플로우 침전부(110)를 구성하는 다수개의 수조 중 첫번째 수조에 공급되어 중력의 작용에 의해 침전물이 아래로 내려가서 현탁액(Slurry)이 되고, 일부 불순물이 제거된 절삭액은 두 번째 수조로 자연스럽게 넘쳐흐른다(오버플로우된다). 이러한 과정을 반복하게 되면 불순물은 수조의 바닥에 침전되어 현탁액이 되고, 순도가 높아진 절삭액은 오버플로우 침전부(110) 밖으로 흘러나가게 된다. 이때 절삭액 펌프부(150)를 통해 밖으로 배출될 수도 있다.
S420은 침전된 현탁액(Slurry)를 밖으로 뽑아내는(Pumping) 단계이다. 즉 다수개의 수조 바닥에 침전되어 있는 현탁액은 오버플로우 침전부(110)에 형성되어 있는 하나 또는 둘 이상의 배출포트(115)를 이용하여 현탁액 펌프부(120)를 통해 뽑아내어져(Pumping) 원심분리부(130)에 공급된다.
S430은 현탁액을 공급받아 원심력을 이용하여 현탁액에서 절삭액을 분리해내는 단계이다. 즉 원심분리부(130)에 공급된 현탁액은 각각의 원심분리기(135)를 거치면서 입자가 큰 불순물 순으로 중력에 의해 아래로 내려가고, 절삭액은 원심력에 의해 밖으로 튕겨져서 최외각에 위치한 저수조(137)에 채워지게 된다. 분리된 절삭액은 저수조(137)와 연결된 배출구를 통해 외부로 배출된다.
S440은 S410 후에 흘러넘치는 절삭액과 S430 후에 분리되는 절삭액을 저장하는 단계이다. 즉 오버플로우 침전부(110) 밖으로 흘러나가거나 절삭액 펌프부(150)를 통해 밖으로 배출된 절삭액 및 원심분리부(130)에서 배출된 절삭액을 저장하는 절삭액 회수부(160)에 저장된다.
S450은 저장된 절삭액의 순도를 높이기 위하여 걸러내어(Filtering) MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 전달하는 단계이다. 즉 절삭액 회수부(160)에 저장된 절삭액의 순도를 높이기 위하여, 저장된 절삭액을 필터부(140)로 공급한다. 걸러진(Filtering) 절삭액은 다시 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 공급되어 연마할 때에 다시 사용된다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : MWS 절삭공정 100 : 절삭액 재활용 시스템
110 : 오버플로우 침전부 111 : 오버플로우 수조
115 : 침전부 배출포트 120 : 현탁액 펌프부
130 : 원심분리부 131 : 원심분리기
135 : 탈수공 137 : 저수조
140 : 필터부 150 : 절삭액 펌프부
160 : 절삭액 회수부

Claims (8)

  1. MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 사용된 절삭액에 포함된 분순물을 침전시키며, 침전된 현탁액을 배출하는 하나 또는 둘 이상의 배출포트가 형성되는 오버플로우(Over-flow) 침전부;
    상기 오버플로우 침전부의 바닥에 침전된 현탁액(Slurry)를 밖으로 뽑아내는(Pumping) 현탁액 펌프부;
    상기 현탁액 펌프부로부터 상기 현탁액을 공급받아 원심력을 이용하여 현탁액에서 절삭액을 분리해내는 원심분리부; 및
    상기 현탁액 펌프부와 원심분리부로부터 전달되는 절삭액의 순도를 높이기 위하여 걸러내어(Filtering) 상기 화학적 기계적 연마공정에 공급하는 필터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오버플로우 침전부의 절삭액을 상기 절삭액 탱크부로 뽑아내는 절삭액 펌프부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 오버플로우 침전부는
    상기 사용된 절삭액을 침전시키기 위하여 높이가 낮아지는 다수개의 오버플로우 수조로 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 원심분리부는
    상기 절삭액이 분리된 현탁액을 외부로 배출하는 배출포트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 오버플로우 침전부에서 흘러넘친 절삭액과 상기 원심분리부를 거친 절삭액을 저장하여 상기 필터부로 전달하는 절삭액 회수부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 원심분리부는
    단위시간당 상기 현탁액 분리량을 늘리기 위하여 내벽에 형성된 탈수공의 크기가 다른 둘 이상의 원심분리기가 동일 회전축상에 배치되는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 원심분리부는
    안에서 밖으로 갈수록 형성된 탈구공의 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 시스템.
  8. 1) MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 사용된 절삭액(실수와 절삭유의 혼합액)을 침전시키는 단계;
    2) 상기 침전된 현탁액(Slurry)를 밖으로 뽑아내는(Pumping) 단계;
    3) 상기 현탁액을 공급받아 원심력을 이용하여 현탁액에서 절삭액을 분리해내는 단계;
    4) 1) 단계 후에 흘러넘치는 절삭액과 상기 3) 단계 후에 분리되는 절삭액을 저장하는 단계; 및
    5) 상기 저장된 절삭액의 순도를 높이기 위하여 걸러내어(Filtering) 상기 MWS(Multi-Wire Saw) 절삭공정에 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭액 재활용 방법.
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