矽切削廢液的處理方法
2023-10-29 19:10:22
專利名稱：矽切削廢液的處理方法
技術領域：
本發明涉及一種矽切削廢液的處理方法，更詳細地說，涉及用簡單廉價手段使得在半導體元件製造等的晶體矽(crystalline silicon)的切削加工中排出的矽切削廢液良好地固液分離、使得矽切削廢液中含有的矽以及其他有用成分的實際回收、再生、再利用成為可能或容易的矽切削廢液的處理方法。
背景技術：
在半導體元件或太陽能電池等的製造工序中，對作為基材的單晶矽或多晶矽施以切斷、磨削、切削、研磨加工(以下，根據需要總稱為「切削加工」)，因這些切削加工產生的多量的矽切屑大多白白地廢棄。例如，在半導體元件製造中，將作為原材料的單晶矽錠切斷為薄板狀的矽片(切片)，對該矽片磨邊以及兩面磨削，且研磨加工成鏡面後，對矽片表面用分割線劃分成多個矩形區域，在上述多個矩形區域形成相同電路，通過對矽片背面進行磨削加工(背面磨削)，磨薄直至規定厚度，通過切削加工(切成小片，dicing)分割切斷為半導體元件的個片(晶片，chip)，因上述一系列的切削加工產生矽切屑的微細切削粉末，包含在各加工工序中供給加工部的加工水(磨削水或切削水等)或清洗水中，作為廢液(下面，在本說明書中，將上述一系列的切削加工工序全部或一部分加工工序產生排出的廢液都稱為「矽切削廢液」)從製造工序排出。包含在由這些切削加工產生的矽切削廢液中排出的被廢棄的矽切屑達到多量，例如在專利文獻1中記載，將矽錠體積設為100%場合，將矽錠切割形成作為基材的晶片時被廢棄的體積為20%，鏡面加工時被廢棄的體積為20%，磨削使得晶片厚度減薄時被廢棄的體積為55%，將晶片分割成各個元件時被廢棄的體積為1%，直到得到元件，矽錠的96%被廢棄。這樣白白地廢棄大量矽不僅成為半導體元件製品製造成本高的主要原因，而且無論從貴重資源有效利用角度看，還是從廢液造成的環境負荷角度看都是一個大問題，將從矽切削廢液回收的矽再精煉熔融後再凝固，成為矽錠場合，從純度上來說，雖然提供作為半導體元件製造的再利用不現實，但在太陽能電池的基板材料或構成液晶顯示的TFT的半導體基板的製造中，具有再利用餘地，此外，在鋼鐵製造中的電爐的保溫劑或冶煉工序中使用的脫氧劑，汽車用DPF或磨粒使用的碳化矽原料，作為環境半導體備受矚目的矽化鐵的原料等，再利用用途多方面可以期待。因此，除了原來就要求的包含在矽切削廢液中的矽切削屑，還包含磨粒或冷卻介質等其他有用成分，強力要求必須回收、再生、再利用，為此，提出了各種方案，但是，在作為再生及再利用前提的上述有用成分的分離回收中，伴隨複雜的處理工序，設備，以及設施的很大負擔，不能確保滿足商業成本的充分的回收效率，以矽切削屑為主，包含在矽切削廢液中的有用成分大多繼續被廢棄，實質上還沒有現實可行的回收、再生、再利用的方法。這樣，關於在包含於矽切削廢液的有用成分回收中增加處理工序、設備、以及設施的大的負擔、阻止現實地回收、再生、再利用的主要原因，本發明人考慮如下。S卩，矽切削屑或磨粒等有用的固體成分，磨具或鋼絲鋸磨耗片，以及破碎磨粒等雜質的固體成分成為微細粒子包含在矽切削廢液中，這些固體成分粒子分散成膠狀，成為使得矽切削廢液穩定的懸濁液，因此，通過固體成分自然沉澱，使用過濾器，或由分離膜過濾、 離心分離等通常手段實現良好的固液分離、分離回收固相極為困難，又，在矽切削廢液中， 因矽切削屑微粒氧化反應活潑地產生氫氣，所以，蒸餾分離還伴隨非常大的危險。這點已經在以往技術中指出，例如，參照專利文獻4，將矽切削廢液集中在沉澱槽自然沉澱，施以PH值調整，只能實現以廢棄為目的的水平的固液分離，即使用離心分離裝置實行固液分離場合，雖然液相通過過濾可以供給再利用，但固相的處理極為困難，且處理速度慢處理效率差，再有，即使採用分離膜過濾，為了捕捉固體成分，不得不使得區分性能微細，因此，過濾速度慢，趕不上處理量。如上所述，對於矽切削廢液，具有能實際實施水平、有效且良好的固液分離極為困難，不充分的固液分離本身造成了很大的負擔，且從通過不充分的固液分離回收的固相個別地分離回收矽或磨粒等所希望的有用的固體成分的處理工序，從固相沒有充分分離回收的液相分離回收冷卻介質等有用成分的處理工序，都要求複雜、煩雜的處理、設備、以及設施的很大負擔，導致需要阻止實際實施的成本的結果。作為其一例可以列舉例如專利文獻5的「矽的回收方法」，圖2將其處理工序表示為流程圖，為了從矽切削廢液回收矽，需要非常多的處理工序，且各工序處理複雜、煩雜，並要求龐大設備以及設施負擔，另一方面，按照專利文獻2，即使使用有機溶劑清洗固形份，還是難以除去分散劑等雜質，殘留在固形份中，導致妨害提高回收的矽的純度，即使將固形份投入氣流中，也不一定能充分除去氧化矽和磨粒，難以得到高純度的矽，再有，該專利文獻2 的「從廢棄汙泥提取矽的製造方法」提出用離心分離將分離磁體的廢棄汙泥分離成以矽分散液和磨粒為主體的固形雜質沉降層，但在離心分離中不能得到充分的固液分離，因此，其後處理工序要求很大負擔，很難說是實際能實施的簡單高效的方法。反而言之，如果在矽切削廢液處理的最初階段能夠簡單且廉價地實現良好的固液分離，不僅能大大降低固液分離工序其本身的處理負擔，而且，此後，從分離回收的固相和液相中分別分離有用成分供再生再利用的處理工序也簡單易行，成為廉價，且分離回收包含在矽切削廢液中的全部有用成分也比以往容易，因此，是一種回收包含在矽切削廢液中且大多被廢棄的矽等的有用成分使其再生、再利用的實際方法，但在以往技術中沒有提出或暗示關於這種處理的有意義的方案。專利文獻1日本特開2010-46763號公報專利文獻2日本特開2007-332001號公報專利文獻3日本特開2006-315099號公報專利文獻4日本特開2005-3；34992號公報專利文獻5日本特開2001-278612號公報
發明內容
本發明的課題在於，提供一種矽切削廢液的處理方法，其以簡單廉價的手段使得含有矽切削屑等的固體成分的微細粒子分散成膠狀懸浮的矽切削廢液良好地固液分離，從分離的固相及液相雙方低負擔且低成本地回收所希望的有用成分，供給再生及再利用，本發明的矽切削廢液的處理方法使得上述處理可能或容易。本發明人持續研究試驗結果得知，在含有半導體元件等製造工序中產生的矽切屑以及其他個體成分的微粒而排出的矽切削廢液中，上述微粒分散成膠狀懸浮，難以容易地固液分離的原因如下。S卩，在例如半導體元件製造中，在從矽錠切出矽片的切片加工中，一邊向切斷用的鋼絲鋸和矽錠的壓接部循環供給由磨粒和冷卻介質(切削油)構成的料漿，一邊切斷，在矽切削廢液中也含有廢料漿(磨粒和冷卻介質)，該冷卻介質的主要成分為多醇類溶劑，其部分醚類，上述成分的混合物，表面活性劑，PH調整劑，矽切削廢液中含有的固體成分微粒的表面吸附多醇類溶劑或表面活性劑，形成膠束，成為膠體膠束，該膠體膠束之間互相電荷相斥，保持為穩定的分散狀態，妨害固相自然沉澱或通過過濾等固液分離。這樣，可以通過中和包含在矽切削廢液中的固體成分微粒的表面電荷等的方法， 破壞膠體膠束，使其失去穩定的分散，通過基於靜電相互作用的分子間力，固體成分微粒之間接觸，發生集塊化的二次凝集，使固相凝集沉澱，因此，可以通過在矽切削廢液的分散體系中添加有機溶劑，破壞膠體膠束，發生固體成分微粒的二次凝集，使固相凝集沉澱。本發明人根據上述見解，進一步經過研究和試驗結果發現，在矽切削廢液中添加以下成分等場合，能容易確保本發明人要求的良好的固液分離(以下，在本說明書中，將其稱為「相分離成分」)。(1)由在分子內存在電雙極距的極性分子構成，在通常條件下質子不離解的極性非質子型溶劑。(2)同樣由極性分子構成，具有質子供給性的極性質子型溶劑。(3)作為非離子型的非離子型凝集劑(4)有機螯合劑(氨基羧酸類、多元羧酸類、膦酸類等)、鹽酸或硫酸等的無機酸。本發明涉及上述本發明人的研究及試驗成果，為了實現本發明的目的，提出本發明技術方案如下(1) 一種矽切削廢液的處理方法，其特徵在於在半導體元件製造等因晶體矽切削加工產生的矽切屑等分散懸浮的矽切削廢液中，添加相分離成分，進行固液分離。(2)在上述技術方案(1)所述的矽切削廢液的處理方法中，其特徵在於上述相分離成分是丙酮、丁酮、甲基異丁基酮、乙腈、1，4_ 二氧雜環己烷、1，3-二氧雜環戊烷、四氫呋喃、N，N- 二甲基甲醯胺、N，N- 二甲基乙醯胺、1，3- 二甲基-2-咪唑烷酮等的極性非質子型溶劑。(3)在上述技術方案(1)所述的矽切削廢液的處理方法中，其特徵在於上述相分離成分為水、碳原子數1 4的醇等極性質子型溶劑。(4)在上述技術方案(1)所述的矽切削廢液的處理方法中，其特徵在於上述相分離成分為非離子型凝集劑。(5)在上述技術方案(1)所述的矽切削廢液的處理方法中，其特徵在於上述相分離成分為有機螯合劑(氨基羧酸類、多元羧酸類、膦酸類等)、鹽酸或硫酸等的無機酸。
(6)在上述技術方案(1)所述的矽切削廢液的處理方法中，其特徵在於使用壓濾機、帶式壓濾機、離心分離機、加壓或減壓式過濾器，從由上述相分離成分使得固液分離的上述矽切削廢液，分離回收固相。(7)在上述技術方案(6)所述的矽切削廢液的處理方法中，其特徵在於對分離回收上述固相後的上述矽切削廢液進行減壓或常壓蒸餾，分離切削油的原料和相分離用溶劑進行回收。下面說明本發明的效果。按照本發明，提供一種矽切削廢液的處理方法，對於含有矽切屑等固體成分微粒分散成膠狀懸浮、固液分離困難的矽切削廢液，僅僅以添加相分離成分這種極簡單廉價的手段，能容易地使固相凝集沉降，因此，在處理工序的最初階段能確保良好的固液分離，以低負擔且低成本從分離的固相和液相雙方回收所希望的有用成分，供再生及再利用，本發明的矽切削廢液的處理方法使得上述處理可能或容易。
圖1是根據本發明涉及的矽切削廢液處理方法、表示分離回收廢液中有用成分的處理工序一例的流程圖(實施例1)。圖2是根據以往技術、表示分離回收廢液中有用成分的處理工序的流程圖(專利文獻5)。
具體實施例方式下面，參照
用於實施本發明的形態。在以下實施形態中，雖然對構成要素，種類，組合等作了各種限定，但是，這些僅僅是例舉，本發明並不局限於此。[實施例1]以下，參照圖1，說明本發明涉及的一實施例。在本實施例中作為處理對象的矽切削廢液是指，由包含因半導體元件製造中單晶矽切削加工(從矽錠切出矽片的切片到形成電路的分割切斷半導體元件個片的切成小片的切斷、磨削、切削、研磨的一系列加工)產生的矽切屑等排出的加工水(磨削水，切削水等)、或清洗水構成的廢液，含有如下表1所示成分(從表可知，充分分離回收所含有的固體成分的本發明涉及的處理後的液相全部能供給再利用)，作為添加到該矽切削廢液的相分離成分，選擇作為極性非質子型溶劑之一的丁酮。表 權利要求
1.一種矽切削廢液的處理方法，其特徵在於在半導體元件製造等因晶體矽切削加工產生的矽切屑等分散懸浮的矽切削廢液中，添加相分離成分，進行固液分離。
2.如權利要求1所述的矽切削廢液的處理方法，其特徵在於上述相分離成分是丙酮、丁酮、甲基異丁基酮、乙腈、1，4_ 二氧雜環己烷、1，3_ 二氧雜環戊烷、四氫呋喃、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮等的極性非質子型溶劑。
3.如權利要求1所述的矽切削廢液處理方法，其特徵在於上述相分離成分為水、碳原子數1 4的醇等極性質子型溶劑。
4.如權利要求1所述的矽切削廢液處理方法，其特徵在於上述相分離成分為非離子型凝集劑。
5.如權利要求1所述的矽切削廢液處理方法，其特徵在於上述相分離成分為有機螯合劑(氨基羧酸類、多元羧酸類、膦酸類等)、鹽酸或硫酸等的無機酸。
6.如權利要求1所述的矽切削廢液處理方法，其特徵在於使用壓濾機、帶式壓濾機、離心分離機、加壓或減壓式過濾器，從由上述相分離成分使得固液分離的上述矽切削廢液，分離回收固相。
7.如權利要求6所述的矽切削廢液處理方法，其特徵在於對分離回收上述固相後的上述矽切削廢液進行減壓或常壓蒸餾，分離切削油的原料和相分離用溶劑進行回收。
全文摘要
本發明涉及矽切削廢液的處理方法。在含有固體成分的微粒分散的懸浮液即矽切削廢液中，添加極性非質子型溶劑、極性質子型溶劑、非離子型凝集劑、乙二胺多價酸及其鹽等的相分離成分，使廢液中的固相凝集沉澱，在廢液處理的最初階段確保良好的固液分離，使得廢液中的有用成分的分離回收容易。提供使得在以半導體元件製造等晶體矽為基材的加工工序中排出的矽切削廢液良好地固液分離、以低負擔且低成本分離回收矽切屑等的含有的有用成分供再生及再利用的處理方法。
文檔編號C10M175/00GK102559361SQ201110388299
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月29日 優先權日2010年11月30日
發明者加賀谷亮俊, 長澤義則 申請人:Sanwa生物技術株式會社, 日本Ad技術株式會社