(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴットのスライス工程から排出された増粘剤を含有するクーラントを、セラミック膜によりろ過して切り粉を膜分離し、回収された清澄なクーラントを回収するクーラント回収方法であって、
膜孔径が１〜１０μｍのモノリス型セラミック膜を用いることにより、増粘剤を含有するクーラントのろ過速度を確保するとともに、ろ過運転の継続中に定期的に１〜５秒の空気逆洗を繰り返すことにより、ろ過速度の低下を抑制しつつクロスフローろ過することを特徴とするクーラント回収方法。
【請求項２】
インゴットのスライス工程が固定砥粒方式であることを特徴とする請求項１に記載のクーラント回収方法。
【請求項３】
回収された清澄なクーラントに新クーラントを添加調合し、インゴットのスライス工程に返送する工程が付加されたことを特徴とする請求項１に記載のクーラント回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴットのスライス工程から排出されたクーラントの回収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や太陽電池などの製造工程中には、シリコン、ＳｉＣ、サファイヤ等のインゴットをワイヤソーによりスライスする工程がある。このスライス工程ではクーラントと呼ばれる冷却液をワイヤに吹き付けながら切断を行っている。ワイヤにより切断を補助する目的でＳｉＣ等の砥粒が用いられており、砥粒をクーラント中に分散させてワイヤによる切断を行う遊離砥粒方式と、砥粒が固定されたワイヤを用いる固定砥粒方式とが採用されている。この固定砥粒方式は遊離砥粒方式に比べて切れ味が良く、作業時間を短縮できるうえ、切断されたウエハーの厚みのバラツキを小さくできる利点がある。
【０００３】
このようなインゴットのスライス工程からは、多量のクーラントが排出されるが、そのまま廃棄することは経済的な観点からも、環境保全の観点からも好ましくない。そこで排出されたクーラントを回収して再利用することが望まれる。
【０００４】
このクーラント中には砥粒のほかにインゴットの切り粉が多量に混入している。このためこれらの混在物を分離除去してクーラント成分のみを回収する必要がある。そこで特許文献１には、回収されたクーラントを遠心分離器にかけたうえ、さらに不織布からなるフィルタで処理する方法が提案されている。また特許文献２にも、遠心分離機を用いる方法が開示されている。
【０００５】
しかし、これらの従来方法では砥粒や切り粉の分離効率が悪く、特にシリコン切り粉は０．１〜１０μｍの範囲の粒度を持つために十分に除去することができず、得られた回収液の清澄度が低いという問題があった。
【０００６】
そこで本発明者は、膜孔径が０．１μｍ程度のセラミック膜を用いてクーラント中のシリコン切り粉を分離除去することを試みた。このようなセラミック膜を用いれば、０．１〜１０μｍのシリコン切り粉をほぼ完全に除去することができるはずである。しかし、クーラント中には分子量が１万〜１００万の増粘剤を含有するものがあり、そのようなクーラントをろ過しようとすると増粘剤が膜を透過することができないためにろ過速度を上げることができず、実用性に乏しいことが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１６８９７１号公報
【特許文献２】特開平１１−３３９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、インゴットのスライス工程から排出されたクーラントに増粘剤が含まれている場合にも、混入しているシリコン粉を十分に除去することができ、しかも実用的なろ過速度を維持することができるクーラントの回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、インゴットのスライス工程から排出された増粘剤を含有するクーラントを、セラミック膜によりろ過して切り粉を膜分離し、回収された清澄なクーラントを回収するクーラント回収方法であって、膜孔径が１〜１０μｍのモノリス型セラミック膜を用いることにより、増粘剤を含有するクーラントのろ過速度を確保するとともに、ろ過運転の継続中に定期的に１〜５秒の空気逆洗を繰り返すことにより、ろ過速度の低下を抑制しつつクロスフローろ過することを特徴とするものである。
【００１０】
なお、好ましい実施形態においては、スライス工程が固定砥粒方式であり、クーラントがポリエチレングリコールを主成分とし、分子量が１万〜１００万の増粘剤を含有するものである。
【００１１】
また、回収された清澄なクーラントに新クーラントを添加調合し、インゴットのスライス工程に返送する工程を付加することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のクーラントの回収方法によれば、インゴットのスライス工程から排出された増粘剤を含有するクーラントを、膜孔径が１〜１０μｍのセラミック膜によりクロスフローろ過して切り粉を膜分離する。このような膜孔径の大きいセラミック膜を用いたので、クーラント中に含まれている分子量が１万〜１００万の増粘剤も膜孔を透過することができる。また前記したように切り粉は０．１〜１０μｍの粒度分布を有するが、セラミック膜の膜内部での捕捉か膜の一次側の表面に堆積する切り粉による捕捉効果から、膜孔径が１〜１０μｍのセラミック膜でも切り粉を十分に分離除去することができる。
【００１３】
また本発明のクーラントの回収方法によれば、ろ過運転の継続中に定期的に１〜５秒の空気逆洗を繰り返すことにより、クーラントのろ過速度の低下を抑制する。このためろ液をセラミック膜の逆洗に使用する必要がないので、クーラントの回収効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施形態を示す。以下の説明ではインゴットはシリコンインゴットであるが、ＳｉＣ，サファイヤ等のインゴットのスライス工程から排出されるクーラントについても、同様に適用することができる。
【００１６】
図１は本発明の実施形態を示すブロック図であり、１はシリコンインゴットのスライス工程、２はこのスライス工程１から排出されたクーラントの回収槽である。スライス工程１ではクーラントと呼ばれる冷却液をワイヤに吹き付けながら切断を行っている。前述したとおり、切断方式には固定砥粒方式と遊離砥粒方式とが知られているが、本発明はいずれの方式にも対応することができる。シリコンインゴットをスライスするワイヤソー用クーラントはポリエチレングリコールを主成分とし、分子量が１万〜１００万の増粘剤を含有し、１５〜２０センチポアズの粘性を有するものが多い。切削が進行するとクーラント中にシリコン切り粉が徐々に蓄積されて性能が劣化して行くので、使用済みのクーラントは回収槽２にバッチ的に排出される。前述したように、シリコン切り粉は、０．１〜１０μｍの粒度分布を有する。
【００１７】
排出された使用済みのクーラントは回収槽２からろ過用ポンプ３によりセラミック膜４に送られ、クロスフローろ過が行われる。セラミック膜４は膜孔径が１〜１０μｍのもので、セラミック製のモノリス膜が用いられている。使用するセラミック膜４の膜孔径を１〜１０μｍとしたのは、これよりも膜孔径が小さいと増粘剤の分子が膜孔を透過しにくくなり、ろ過速度が遅くなって実用的ではなく、逆に１０μｍを超えると０．１〜１０μｍの粒度分布を有するシリコン切り粉の一部が分離除去できず、清澄なクーラントを得られなくなるためである。膜孔径が１〜１０μｍの範囲にあれば、シリコン切り粉をほぼ１００％分離除去することができる。なおセラミック膜４の膜孔径のより好ましい範囲は、１〜３μｍである。
【００１８】
このようにしてシリコン切り粉等が除去されたセラミック膜４の透過液は、ろ過クーラント槽５に送られる。またセラミック膜４の一次側を通過した濃縮液は配管６により回収槽２に返送される。この濃縮液は使用済みのクーラントと混合されて再びポンプ３によりセラミック膜４に送られ、クロスフローろ過が行われるので、回収槽２の内部のクーラントは次第に濃縮されて行く。これとともにろ過速度も次第に低下して行くが、本発明では、定期的に空気のみの逆洗を繰り返すことにより、クーラントのろ過速度の低下を抑制する。
【００１９】
空気逆洗は、逆洗用空気源７から圧縮空気をセラミック膜４の二次側に導入することにより行われる。本発明において空気のみの逆洗が有効な理由は、セラミック膜４の膜孔径が１〜１０μｍと大きいために、比較的低圧の空気が膜面を貫通して一次側から吹き出し、膜面の閉塞物を剥離させることができるためである。このとき、膜内に残留している増粘剤も一次側に吹き出される。空気逆洗の頻度は５〜３０分に１回、１回の空気逆洗に要する時間は１〜５秒程度である。この空気逆洗は、ろ過運転の継続中に行うものとし、その圧力は一次側の液体圧力よりも０．２〜０．５ＭＰａ程度高圧とすればよい。
【００２０】
このような空気逆洗を繰り返しながらクロスフローろ過を行って行くと、回収槽２内の使用済みのクーラントのＳＳ濃度は２５〜４０ｗｔ％に達する。この状態に至ると濃縮された使用済みのクーラントは廃棄槽８に取り出され、セラミック膜４は水酸化ナトリウムや硝酸等の薬品により薬液洗浄される。セラミック膜４は高分子膜に比べて耐薬品性に優れるため、水酸化ナトリウムや硝酸等を用いた薬液洗浄を繰り返しても劣化することがない。
【００２１】
一方、ろ過クーラント槽５にはシリコン切り粉等が除去されたクーラントが集められる。このクーラントはシリコン切り粉がほぼ１００％除去された清澄なクーラントであるから、調合槽９において新規クーラントを添加したうえでスライス工程１に返送され、再使用される。
【００２２】
以上に説明した実施形態では、使用済みのクーラントは回収槽２からセラミック膜４に直接送られてクロスフローろ過が行われたが、既存技術であるデカンタと呼ばれる遠心分離機１０を図２のようにセラミック膜４の前段に設置することもできる。この遠心分離機１０によるシリコン切り粉の分離回収は不完全ではあるが、クーラントに混入しているシリコン切り粉の一部を遠心分離機１０で除去すれば、セラミック膜４の負荷が軽減され、ろ過速度をより高速に維持することが可能となる。なお、遠心分離機１０をセラミック膜４と並列に設けることも可能である。
【００２３】
このように、本発明によればインゴットのスライス工程から排出される増粘剤が含まれているクーラントから、実用的なろ過速度で切り粉を十分に除去し、清澄なクーラントを回収することができる。以下に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００２４】
膜孔径が２μｍのモノリス型セラミック膜（出願人会社製：１９穴）を用い、シリコンインゴットのスライス工程から排出された４種類の使用済みのクーラントのろ過を行った。ろ過温度は室温（２５℃）である。ろ過開始直後から１０分ごとに２秒間の空気逆洗を繰り返しながら、２４時間にわたりクロスフローろ過を継続した。
【００２５】
その結果は図３のグラフに示す通りであり、使用済みのクーラントＡはろ過開始時にＳＳ濃度が約１０ｗｔ％であったが、約３５ｗｔ％にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には４５Ｌ/ｍ２ｈであったが、ろ過終了時には２０Ｌ/ｍ２ｈであった。使用済みのクーラントＢはろ過開始時にＳＳ濃度が約１０ｗｔ％であったが、約３０ｗｔ％にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には５０Ｌ/ｍ２ｈであったが、ろ過終了時には１５Ｌ/ｍ２ｈであった。使用済みのクーラントＣはろ過開始時にＳＳ濃度が約８ｗｔ％であったが、約２５ｗｔ％にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には３０Ｌ/ｍ２ｈであったが、ろ過終了時には１０Ｌ/ｍ２ｈであった。使用済みのクーラントＤはろ過開始時にＳＳ濃度が約６ｗｔ％であったが、約２５ｗｔ％にまで濃縮することができた。なおろ過速度はろ過開始時には２０Ｌ/ｍ２ｈであったが、ろ過終了時には１０Ｌ/ｍ２ｈであった。このように、使用済みのクーラントの特性には大きなバラツキがあるが、本発明によればいずれもシリコン切り粉を含有する使用済みクーラントを大幅に濃縮し、清澄なクーラントを回収することができた。
【００２６】
これに対して分画分子量が２万のＵＦ膜を用いてＳＳ濃度が約１０ｗｔ％の使用済みのクーラントＥをろ過した場合には、ろ過終了時のＳＳ濃度は２０ｗｔ％であったが、ろ過速度が１０Ｌ/ｍ２ｈよりかなり低く、ろ液品質としても、増粘剤が大幅に除去されてしまい、再生クーラントとしての品質が変化してしまっているため実用的ではなかった。
【００２７】
なお、この実施例におけるＳＳ濃度の測定は、次の方法で行った。
（１）まず、デシケータ内で乾燥保管された０．１μｍメンブレンフィルタの重量Ｗ１（ｍｇ）を測定する。
（２）０．１μｍメンブレンフィルタにてＶ（ｍＬ）のサンプルをろ過する。
（３）溶媒成分からの析出を防止するために、０．１μｍメンブレンフィルタ上に堆積した懸濁物質を純水にて十分洗浄する。
（４）０．１μｍメンブレンフィルタ及び懸濁物質を十分に乾燥させた後、重量Ｃ（ｍｇ）を測定する。
（５）ＳＳ濃度（ｍｇ／Ｌ）を、ＳＳ濃度＝（Ｗ２−Ｗ１）／（Ｖ／１０００）の式により算出する。
【００２８】
以上に説明したように、本発明によれば、インゴットのスライス工程から排出された増粘剤を含有するクーラントから切り粉を分離除去し、清澄なクーラントを回収することができるので、経済面でも環境保全面でも優れた成果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  インゴットのスライス工程
２  クーラントの回収槽
３  ろ過用ポンプ
４  セラミック膜
５  ろ過クーラント槽
６  配管
７  逆洗用空気源
８  廃棄槽
９  調合槽
１０  遠心分離機
【図１】
0005640260.tif 000002
【図２】
0005640260.tif 000003
【図３】
0005640260.tif 000004