TWI432281B - 切削液之回收方法 - Google Patents

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Description

切削液之回收方法
本發明係關於一種回收方法，特別是一種關於矽晶圓切削作業用的切削液之回收方法。
隨著太陽能產業及半導體產業的蓬勃發展，矽晶板的需求急遽增長，因此，將矽晶圓(矽晶板之原料)切削成矽晶板的切削過程所需之耗材(例如切削工具或切削液等)也相對增加，並且，該矽晶圓經過切削後會產生大量的切削矽漿(廢料)。
在矽晶板的切削製程中，利用切削工具以連續迴轉方式對矽晶圓進行切削動作，該切削動作係將該切削工具對矽晶圓施予一密接且不間斷的壓力，其中，該切削工具係以一高硬度的碳化矽(即俗稱金鋼砂)製作而成。切削動作的同時必須將一預先調配好的切削液噴在切削處，使切削動作順利進行，幫助矽晶圓及矽晶片的切削面保持平整且無刮痕。
該切削液中包含有碳化矽粉、聚乙二醇(Polyethylene Glycol，簡稱PEG)或二乙二醇(Diethylene Glycol，簡稱DEG)及冷卻水等，該碳化矽粉係用以輔助該切削工具對矽晶圓施壓，增加該切削工具之切削作用；該聚乙二醇或二乙二醇與水係作為冷卻劑，使切削過程中所產生的碳化矽粉與矽晶圓的矽粉排出該切削面，避免該碳化矽粉對矽晶圓的切削面造成刮痕，且聚乙二醇或二乙二醇的浸潤性佳、排削能力強，對於碳化矽粉具有良好的分散性，因此，在矽晶圓切削作業中，聚乙二醇或二乙二醇係作為切削液之最佳選擇。
由於應用矽晶片之產業對於該矽晶片品質要求嚴格，例如該矽晶片表面必須平整、潔淨、導電性佳且均勻等，隨著矽晶圓切削過程該切削液中會混有雜質(如矽晶圓所產生之矽粉、或其他切削工具上的碎屑或鐵粉等)，則會影響該矽晶片的表面平整度等特性，當該切削液經過使用後，一旦雜質混於該切削液中，該切削液便不可繼續使用，而產生大量的切削矽漿(廢液)，如能回收該切削矽漿則能減少廢液排放，並能回收再利用，以符合現今提倡環保之潮流。
習知應用於矽晶圓製程之回收方法主要係對該切削矽漿中的碳化矽粉及矽粉進行回收，而非回收切削液，習知將碳化矽粉或矽粉回收的方法係以沉降離心或旋風分級的原理對廢液進行固液分離，得到碳化矽粉或矽粉，或加入大量分離助劑使碳化矽粉或矽粉形成膠態沉降後，再進行固液分離。
然而，以上述方式所分離得之切削液，其回收效率不佳、品質不良，甚至因添加其他分離助劑而使該切削液發生變質而無法回收再利用，因此，習知回收方法所得到可利用之產物係以固態的碳化矽粉或矽粉為主，其餘切削液通常因品質不良而無法進行再利用。
本發明之主要目的係提供一種切削液之回收方法，可提高切削液之再利用率。
本發明之次一目的係提供一種切削液之回收方法，可提高切削液之回收率。
本發明之又一目的係提供一種切削液之回收方法，可提高切削液與固態碳化矽粉與矽粉之分離效果。
為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段包含有：
一種切削液之回收方法，係包含：一分離步驟，提供一切削矽漿，該切削矽漿係包含有一含矽混合物及一切削液，將該切削矽漿置於一貧氧之狀態、溫度為150~350℃之容室中至該切削液汽化，獲得一汽化切削液及一矽泥；及一回收步驟，將該汽化切削液進行冷卻，得到一回收切削液。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖所示，係本發明切削液之回收方法，包含一分離步驟S1及一回收步驟S2。
該分離步驟S1係提供一切削矽漿，該切削矽漿係包含有一含矽混合物及一切削液，將該切削矽漿置於一貧氧之狀態、溫度為150~350℃之容室中至該切削液汽化，獲得一汽化切削液及一矽泥。更詳言之，該切削矽漿係為切削矽晶圓之切削矽漿，其中該切削矽漿之含矽混合物係包含有碳化矽粉、矽粉及其他因切削過程而產生之雜質，例如切削工具所產生之碎屑，通常為鐵屑或者其他金屬之碎屑；且該切削矽漿之切削液係可選擇為二乙二醇(DEG)或聚乙二醇(PEG)。
聚乙二醇又稱作聚環氧乙烯(Polyethylene Oxide，簡稱PEO)，係由環氧乙烷組成之聚合物，一般聚乙二醇是特指分子量低於20,000 g/mol之聚合物，分子量高於20,000 g/mol之聚合物則稱做聚環氧乙烯，其沸點為250~280℃，閃點為200~230℃，係根據分子量不同而有所改變；而二乙二醇之沸點為245℃，閃點為150℃。
由於該切削液(PEG或DEG)之閃點與本發明之分離步驟的操作溫度(150~350℃)相近，當該容室中存在有活性氣體(如氧氣、氫氣等)時會發生爆炸，因此，該切削矽漿係置於貧氧的容室內進行昇溫，該「貧氧」係相較於一大氣壓下空氣中的氧氣含量為低，即為低含氧量或無含氧量之狀態，更詳言之，本實施例係對該容室進行持續抽氣之動作，使該容室為一負壓狀態，待該容室之內部空間壓力低於負一大氣壓(約-0.1 MPa)下，即該內部空間接近不含有氧氣的狀態下進行昇溫，使該容室之操作溫度到達150~350℃時，該切削液不會因操作溫度到達其閃點而引發爆炸之危險，並使該切削液汽化，進一步得到該矽泥及該汽化切削液。
此外，經該分離步驟S1所得之矽泥係包含有碳化矽粉、矽粉、雜質及未汽化切削液之泥狀混合物，因此，對該矽泥進行碳化矽粉或矽粉之精煉，去除殘餘之切削液及其他雜質，得到碳化矽粉或矽粉後，再將該碳化矽粉或矽粉回收再利用於該矽晶圓之切削作業中，進一步達到節約資源之功效。
本實施例係對一切削矽漿進行固液分離，係選擇將該切削矽漿置於一裂解爐之容室中，且該容室貧氧之狀態下，其操作溫度設為150~350℃，使該切削矽漿之切削液汽化，而獲得一矽泥及一汽化切削液。由於此分離步驟S1係對該固態之碳化矽及矽成分與該切削液進行分離，無須額外添加分離助劑(例如絮凝劑或酸液等)，可降低回收成本，且無須擔心因添加分離助劑而造成該切削液變質的問題。
該回收步驟S2係將該汽化切削液進行冷卻，得到一回收切削液。更詳言之，將該汽化切削液進行冷凝，使之冷卻變為一液態的回收切削液，該回收切削液不含其它物質，例如碳化矽粉、矽粉或其他切削工具所產生之碎屑，該回收切削液係一純度高之切削液，因此能夠再將之應用於該矽晶圓之切削作業中，而不會影響該矽晶圓切削作業之品質。
本實施例係對該汽化切削液進行冷卻，並收集該回收切削液，其中，該冷卻方式係可選擇為水冷式冷凝系統或氣冷式冷凝系統將該汽化切削液冷卻為液態的回收切削液，可將該含矽混合物與該回收切削液完全分離，該回收切削液中不會含有其他物質，因此能夠將該液態切削液回收再利用，符合現代提倡環保及綠色產業之概念。
為證實本發明切削液之回收方法確實能夠將該切削矽漿中之聚乙二醇(PEG)或二乙二醇(DEG)進行回收，得到一回收切削液。
請參照第1表所示，係以本發明切削液之回收方法對一含有20% PEG之切削矽漿(1000克)進行回收的第一至第六實施例，該分離步驟S1之溫度分別為100℃、150℃、200℃、250℃、300℃及350℃進行該PEG之汽化，該分離步驟S1之操作時間為4小時，並得到該回收PEG之回收率。
由第1表可知，以本發明切削液之回收方法之150~350℃之溫度對切削矽漿進行PEG之分離，該PEG之回收率能夠達到95%以上，並且該矽泥之PEG殘留量少，因此亦能提高後續對該矽泥之碳化矽粉及矽粉的回收效率。
而第一實施例所示之操作溫度100℃之回收率僅為77.5%，該PEG之回收效率不佳，因此本發明之操作溫度設為150℃以上；此外，第五及第六實施例之操作溫度分別為300℃及350℃，當操作溫度設於350℃左右即達到該PEG之回收極限(99.5%)，因此不需再提高該分離步驟S1之操作溫度。
此外，DEG之化學性質與PEG相仿(沸點皆為250℃左右)，利用本發明切削液之回收方法對DEG進行回收，由第一至第六實施例得知，該六種操作溫度之切削液回收率以200℃以上即可達到95%以上，因此以下第七及第八實施例僅選擇為200℃及250℃以支持本發明分離DEG之效果。
請參照第2表所示，係以本發明切削液之回收方法對一含有20% DEG之切削矽漿(1000克)進行回收的第七及第八實施例，該分離步驟S1之操作溫度分別為200℃及250℃進行該DEG之汽化，該分離步驟S1之操作時間為4小時，並得到該回收DEG之回收率。
由第2表可知，以本發明切削液之回收方法中，該分離步驟S1之操作溫度係以200℃及250℃對切削矽漿進行DEG之分離，該DEG之回收率能夠達到97%以上，因此，如以本發明切削液之回收方法對DEG進行回收，以200℃~250℃溫度就能以進行DEG之分離步驟，不需將溫度提高至250℃以上，並且該矽泥之DEG殘留量少，因此亦能提高後續對該矽泥之碳化矽粉及矽粉的回收效率。
由此可知，本發明切削液之回收方法係能夠確實將該切削矽漿中之含矽混合物及切削液分離，且該回收切削液係能夠再次利用於該矽晶圓之切削作業中，並且經過分離步驟所得到之矽泥中含有之碳化矽粉及矽粉，能再進一步進行精煉得到純的碳化矽粉及矽粉，並回收再利用。
藉此，本發明切削液之回收方法，係可提高切削液之再利用率，以符合現今提倡綠色工業之概念，達到保護環境之功效。
本發明切削液之回收方法，係可提高切削液之回收率，達到降低矽晶圓切削作業之切削液回收成本之功效。
本發明切削液之回收方法，係可提高切削液與固態碳化矽粉與矽粉之分離效果，達到提高回收切削液品質之功效，並且對該碳化矽粉及矽粉進行回收再利用，又能達到降低矽晶片製造成本之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S1．．．分離步驟
S2．．．回收步驟
第1圖：本發明切削液之回收方法的流程圖。
S1．．．分離步驟
S2．．．回收步驟

Claims (3)

  1. 一種切削液之回收方法，係包含：一分離步驟，係提供及氧化一切削矽漿，該切削矽漿係包含有一含矽混合物及一切削液，該切削液係聚乙二醇或二乙二醇，將該切削矽漿置於一貧氧之狀態、溫度為150~350℃之容室中至該切削液汽化，獲得一汽化切削液及一矽泥，且將該汽化切削液與該矽泥分離；及一回收步驟，係將該汽化切削液進行冷卻，得到一回收切削液；其中，該貧氧狀態係對該容室進行持續抽氣，使該容室內之壓力低於負一大氣壓。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之切削液之回收方法，該分離步驟之操作時間為1~4小時。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之切削液之回收方法，該回收步驟係以一冷凝系統對該汽化切削液進行冷卻，得到一液態的回收切削液。
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