(57)【要約】【課題】短時間のうちに、使用済クーラントからシリコン切削屑を充分に分離することができるクーラント再生方法を提供する。【解決手段】シリコン材料を切断する際に生じたシリコン切削屑を含む使用済クーラントから、前記シリコン切削屑を分離するクーラント再生方法であって、前記シリコン切削屑が凝集するように、高分子凝集剤を前記使用済クーラントに添加する添加工程と、凝集した前記シリコン切削屑を分離して再生クーラントを得る再生工程と、を含むクーラント再生方法。【選択図】図１
2015139861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン材料を切断する際に生じたシリコン切削屑を含む使用済クーラントから、前記シリコン切削屑を分離するクーラント再生方法であって、
前記シリコン切削屑が凝集するように、高分子凝集剤を前記使用済クーラントに添加する添加工程と、
凝集した前記シリコン切削屑を分離して再生クーラントを得る再生工程と、
を含むクーラント再生方法。
【請求項２】
前記高分子凝集剤は、窒素を含有する窒素含有高分子凝集剤である、請求項１記載のクーラント再生方法。
【請求項３】
前記窒素含有高分子凝集剤は、ポリエチレンイミンまたはポリアクリルアミドのうち少なくともいずれか一方である、請求項２記載のクーラント再生方法。
【請求項４】
前記高分子凝集剤は、前記使用済クーラントに対して１００〜２０００ｐｐｍとなるように添加される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のクーラント再生方法。
【請求項５】
前記再生工程は、ろ過工程または遠心分離工程のうち少なくともいずれか一方の工程を含み、
前記ろ過工程は、前記使用済クーラントをろ過して、ろ過液と濃縮液とに分離する工程であり、
前記遠心分離工程は、前記使用済クーラントを遠心分離して固形分と希釈液とに分離する工程である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のクーラント再生方法。
【請求項６】
前記再生工程は、前記ろ過工程と前記遠心分離工程との両方の工程を含み、
前記使用済クーラントの一部に対して前記ろ過工程を行い、残部に対して前記遠心分離工程を行う、請求項５記載のクーラント再生方法。
【請求項７】
前記再生工程は、前記ろ過工程と前記遠心分離工程との両方の工程を含み、
前記遠心分離工程の後に、該遠心分離工程を経て得られた前記希釈液に対して前記ろ過工程を行う、請求項５記載のクーラント再生方法。
【請求項８】
前記再生工程は、前記ろ過工程を経て得られた前記濃縮液に対して再度実施される、請求項６または７記載のクーラント再生方法。
【請求項９】
前記再生工程は、前記遠心分離工程を経て得られた前記希釈液に対して再度実施される、請求項６または７記載のクーラント再生方法。
【請求項１０】
前記ろ過工程では、前記使用済クーラントが膜ろ過される、請求項５〜９のいずれか１項に記載のクーラント再生方法。
【請求項１１】
シリコン材料を切断する際に生じたシリコン切削屑を含む使用済クーラントから、前記シリコン切削屑を分離して再生クーラントを得る過程で生成され、
前記使用済クーラントと、前記シリコン切削屑を凝集させる高分子凝集剤とを含む、再生クーラント中間生成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクーラント再生方法および再生クーラント中間生成物に関する。より詳細には、シリコン材料を切断する際に生じるシリコン切削屑を含む使用済クーラントから、シリコン切削屑を分離して再生クーラントを得るためのクーラント再生方法および再生クーラントを得る過程において生成される再生クーラント中間生成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子等の各種製品には、シリコン材料が使用されている。シリコン材料は、一般的に塊状（シリコンインゴット）であり、製品毎に規定されたサイズに切断して使用される。シリコン材料の切断には、たとえば極細のワイヤーを備えるワイヤーソー切断装置が使用される。この際、ワイヤーがなめらかにシリコン材料を切断でき、かつ、切断時に発生する摩擦熱を効率的に除去するために、クーラントが併用される。クーラントは、主に有機溶媒からなり、ワイヤーとシリコン材料との接触部位に連続的に供給され、ワイヤーの動作をなめらかにしつつ、発生した摩擦熱を除去する。使用済クーラントには、シリコン材料の切断時に生じた微細なシリコン切削屑が含まれる。
【０００３】
低コスト化を図るため、使用済クーラントは再利用される。具体的には、使用済クーラントの回収後に、シリコン切削屑が分離される。シリコン切削屑が分離された使用済クーラントは、再生クーラントとして再利用される。特許文献１には、分離設備（膜ろ過装置）を用いて、使用済クーラントからシリコン切削屑を分離する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、微細なシリコン切削屑は、分離設備に不具合（たとえば膜ろ過装置におけるフィルタの目詰まり）を引き起こしやすく、分離速度を低下させやすい。そのため、特許文献１に開示された技術によれば、クーラント中に分散した微細なシリコン切削屑を充分に分離するために長時間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、短時間のうちに、使用済クーラントからシリコン切削屑を充分に分離することができるクーラント再生方法および再生クーラント中間生成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の一局面のクーラント再生方法は、シリコン材料を切断する際に生じたシリコン切削屑を含む使用済クーラントから、前記シリコン切削屑を分離するクーラント再生方法であって、前記シリコン切削屑が凝集するように、高分子凝集剤を前記使用済クーラントに添加する添加工程と、凝集した前記シリコン切削屑を分離して再生クーラントを得る再生工程と、を含む。
【０００８】
このようなクーラント再生方法によれば、シリコン切削屑は、添加工程において、高分子凝集剤によって凝集が促され、径が大きくなる。凝集したシリコン切削屑は、凝集前の微細なシリコン切削屑よりも、種々の分離方法（たとえば遠心分離操作やろ過操作等）により、使用済クーラントから分離されやすい。その結果、本発明に係るクーラント再生方法によれば、再生クーラントが得られやすい。また、本発明に係るクーラント再生方法によれば、凝集したシリコン切削屑は、凝集前の微細なシリコン切削屑と比べて、分離設備の不具合（たとえばろ過装置におけるフィルタの目詰まり）を引き起こしにくい。そのため、クーラント再生方法によれば、再生に要する時間は、短縮化される。
【０００９】
上記構成において、前記高分子凝集剤は、窒素を含有する窒素含有高分子凝集剤であることが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、シリコン切削屑は、凝集されやすい。そのため、シリコン切削屑は、再生工程において使用済クーラントから分離されやすい。
【００１１】
上記構成において、前記窒素含有高分子凝集剤は、ポリエチレンイミンまたはポリアクリルアミドのうち少なくともいずれか一方であることが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、シリコン切削屑は、より凝集されやすい。そのため、シリコン切削屑は、再生工程において使用済クーラントからより分離されやい。
【００１３】
上記構成において、前記高分子凝集剤は、前記使用済クーラントに対して１００〜２０００ｐｐｍとなるように添加されることが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、シリコン切削屑は、凝集されやすい。そのため、シリコン切削屑は、再生工程において使用済クーラントから分離されやすい。
【００１５】
上記構成において、前記再生工程は、ろ過工程または遠心分離工程のうち少なくともいずれか一方の工程を含み、前記ろ過工程は、前記使用済クーラントをろ過して、ろ過液と濃縮液とに分離する工程であり、前記遠心分離工程は、前記使用済クーラントを遠心分離して固形分と希釈液とに分離する工程であることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、凝集したシリコン切削屑は、ろ過工程または遠心分離工程により分離される。シリコン切削屑は、ろ過工程により分離される場合には、濃縮液中に主に存在し、ろ過液からは分離されている。そのため、ろ過液は、再生クーラントとして使用することができる。また、シリコン切削屑は、遠心分離工程により分離される場合には、固形分中に主に存在し、希釈液からは分離されている。そのため、希釈液は、再生クーラントとして使用することができる。
【００１７】
上記構成において、前記再生工程は、前記ろ過工程と前記遠心分離工程との両方の工程を含み、前記使用済クーラントの一部に対して前記ろ過工程を行い、残部に対して前記遠心分離工程を行うことが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、ろ過工程だけでなく遠心分離工程によっても使用済クーラントから凝集したシリコン切削屑が分離される。ここで、ろ過工程によれば、凝集したシリコン切削屑は高度に分離されやすい。しかしながら、上記のとおり、ろ過工程では、ろ過装置のフィルタの目詰まりが引き起こされるならば、再生に要する時間が長くなる虞がある。そのため、このように使用済クーラントの一部を遠心分離工程に送ることにより、ろ過工程に送られる使用済クーラントの量を減らすことができる。その結果、ろ過装置のフィルタの目詰まりがより起こりにくく、再生に要する時間が短縮化されやすい。
【００１９】
上記構成において、前記再生工程は、前記ろ過工程と前記遠心分離工程との両方の工程を含み、前記遠心分離工程の後に、該遠心分離工程を経て得られた前記希釈液に対して前記ろ過工程を行うことが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、シリコン切削屑は、あらかじめ遠心分離工程により分離され、その後、ろ過工程によりさらに分離される。また、シリコン切削屑は、ろ過工程前に分離されているため、ろ過工程においてろ過装置のフィルタの目詰まりを起こしにくい。
【００２１】
上記構成において、前記再生工程は、前記ろ過工程を経て得られた前記濃縮液に対して再度実施されることが好ましい。
【００２２】
このような構成によれば、濃縮液に対して、再度の再生工程において、遠心分離工程またはろ過工程が行われる。その結果、シリコン切削屑は、使用済クーラントから高度に分離されやすい。また、回収される再生クーラントの量が増え、リサイクル効率が向上する。
【００２３】
上記構成において、前記再生工程は、前記遠心分離工程を経て得られた前記希釈液に対して再度実施されることが好ましい。
【００２４】
このような構成によれば、再度の再生工程において、使用済クーラントは、希釈液と混合され、流動性が増す。そのため、再度の再生工程におけるろ過工程は、円滑に実施されやすい。
【００２５】
上記構成において、前記ろ過工程では、前記使用済クーラントが膜ろ過されることが好ましい。
【００２６】
このような構成によれば、ろ過工程において、凝集したシリコン切削屑は高度に分離されやすい。また、膜ろ過の際に使用される膜は、逆洗等により容易に再生されやすく、メンテナンス性が優れる。
【００２７】
本発明の他の一局面の再生クーラント中間生成物は、シリコン材料を切断する際に生じたシリコン切削屑を含む使用済クーラントから、前記シリコン切削屑を分離して再生クーラントを得る過程で生成され、前記使用済クーラントと、前記シリコン切削屑を凝集させる高分子凝集剤とを含む。
【００２８】
このような再生クーラント中間生成物によれば、シリコン切削屑は、高分子凝集剤により凝集が促され、径が大きくなる。凝集したシリコン切削屑は、凝集前の微細なシリコン切削屑よりも、種々の分離方法（たとえば遠心分離操作やろ過操作等）により使用済クーラントから分離されやすい。その結果、本発明に係る再生クーラント中間生成物によれば、再生クーラントが得られやすい。また、本発明に係る再生クーラント中間生成物によれば、含まれるシリコン切削屑の平均粒子径が、凝集前の微細なシリコン切削屑よりも大きいため、分離設備の不具合（たとえばろ過装置におけるフィルタの目詰まり）を引き起こしにくい。そのため、このような再生クーラント中間生成物を用いて再生クーラントを得る過程において、再生に要する時間は、短縮化される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、短時間のうちに、使用済クーラントからシリコン切削屑を充分に分離することができるクーラント再生方法および再生クーラント中間生成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態のクーラント再生方法を実施するためのクーラント再生装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のクーラント再生方法を実施するためのクーラント再生装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のクーラント再生方法を実施するためのクーラント再生装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１の実施形態）
以下、本発明のクーラント再生方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態のクーラント再生方法を実施するためのクーラント再生装置１００のブロック図である。クーラント再生装置１００は、処理タンク１１０と、遠心分離装置１２０と、ろ過装置１３０と、分岐配管１４０と、返送配管１５０と、返送配管１６０とを含む。このクーラント再生装置１００を用いて、本実施形態のクーラント再生方法が実施される。
【００３２】
処理タンク１１０は、高分子凝集剤が添加された使用済クーラントを一時的に貯留するための比較的大容量のタンクである。処理タンク１１０において、後述する添加工程Ｓ１００が実施されてもよい。
【００３３】
なお、本明細書において、使用済クーラントとは、シリコン材料を切断する際に使用され、切断時に生じたシリコン切削屑を含むクーラントをいう。クーラントとしては特に限定されず、シリコン材料の切断に使用される汎用のクーラントが挙げられる。具体的には、クーラントとしては、各種防錆剤や界面活性剤を主成分とする水溶性クーラント、エチレングリコールなどの水溶性油剤と水とを混合したクーラント、防錆油、灯油、潤滑油などがベースになった油系クーラント等が挙げられる。また、再生クーラントとは、使用済クーラントから、少なくとも一部のシリコン材料が分離されたクーラントをいう。再生クーラントは、必要に応じて砥粒や未使用のクーラントと混合され、再利用される。
【００３４】
分岐配管１４０は、処理タンク１１０と、遠心分離装置１２０およびろ過装置１３０とを接続する管路であり、使用済クーラントを、処理タンク１１０から遠心分離装置１２０およびろ過装置１３０に同時並行に導入するために設けられている。なお、処理タンク１１０と、遠心分離装置１２０およびろ過装置１３０とは、分岐配管１４０に代えて、別々の独立した配管（図示せず）により処理タンク１１０と接続されてもよい。
【００３５】
遠心分離装置１２０は、処理タンク１１０から導入された使用済クーラントを遠心分離して、固形分と希釈液とに分離するための装置である。遠心分離装置１２０により、後述する遠心分離工程Ｓ２１０が実施される。
【００３６】
遠心分離装置の種類としては特に限定されず、回転軸が縦方向である縦型の遠心分離装置や、回転軸が横方向である横型の遠心分離装置が挙げられる。また、これら遠心分離装置に使用済クーラントを導入する方法としては特に限定されず、バッチ式であってもよく、連続式であってもよい。また、このような遠心分離装置は、固形分と希釈液とに分離することのできる他の装置（たとえばフィルタープレス等）であってもよい。
【００３７】
遠心分離装置１２０により実施される遠心力（Ｇ）としては特に限定されず、処理すべき使用済クーラントの量、シリコン切削屑の量、使用済クーラントの粘度等に基づいて適宜決定される。たとえば、遠心力は、５００〜５０００Ｇに調整される。
【００３８】
遠心分離装置１２０の運転時間（遠心時間）としては特に限定されず、処理すべき使用済クーラントの量、シリコン切削屑の量、使用済クーラントの粘度等に基づいて適宜決定される。たとえば、バッチ式で行う場合において、遠心時間は、使用済クーラント（約１０μｍに凝集したシリコン切削屑を含み、固形分濃度１５質量％）を３０Ｌ／分の速度で供給しながら３０００Ｇで遠心分離する場合には、１５〜１２０分に調整される。
【００３９】
返送配管１５０は、遠心分離装置１２０と処理タンク１１０とを接続する管路である。遠心分離装置１２０から排出される希釈液は、返送配管１５０を経て処理タンク１１０に返送される。
【００４０】
ろ過装置１３０は、使用済クーラントをろ過して、ろ過液と濃縮液とに分離するための装置である。ろ過装置１３０により、後述するろ過工程Ｓ２２０が実施される。
【００４１】
ろ過装置の種類としては特に限定されず、たとえば膜ろ過装置等が挙げられる。これらの中でも、凝集したシリコン切削屑を高度に分離することができる観点から、膜ろ過装置が好ましい。膜ろ過装置の膜としては特に限定されず、中空糸膜（内圧式または外圧式）、スパイラル膜、チューブラー膜、セラミック膜等が採用される。また、膜ろ過装置に代えてフィルタープレスが使用されてもよい。これらの中でも、中空糸膜を用いたろ過方式を採用することにより、凝集したシリコン切削屑は、高度に分離されやすい。また、使用された中空糸膜は、逆洗等により容易に再生されやすく、メンテナンス性が優れる。
【００４２】
ろ過膜として中空糸膜が採用される場合、中空糸膜内に供給される使用済クーラントの線速度は、０．１〜１０ｍ／秒とすることができる。
【００４３】
ろ過膜の孔径としては特に限定されず、分離すべきシリコン切削屑の平均粒子径に合わせて適宜調整される。ろ過膜の孔径としては、たとえば、０．００１〜０．２μｍとすることができる。また、ろ過膜の分画分子量としては特に限定されず、分離すべきシリコン切削屑の平均粒子径に合わせて適宜調整される。分画分子量としては、たとえば、１０００〜５００００とすることができる。
【００４４】
ろ過速度としては特に限定されず、処理すべき使用済クーラントの量、シリコン切削屑の量、ろ過膜の種類等に基づいて適宜決定される。たとえば、ろ過速度は、５〜２００Ｌ／ｍ２・ｈｒとすることができる。
【００４５】
返送配管１６０は、ろ過装置１３０と処理タンク１１０とを接続する管路である。ろ過装置１３０から排出される濃縮液は、返送配管１６０を経て処理タンク１１０に返送される。
【００４６】
次に、このクーラント再生装置１００を用いたクーラント再生方法について説明する。本実施形態のクーラント再生方法は、使用済クーラントから、シリコン切削屑を分離して再生クーラントを得る方法であり、添加工程Ｓ１００と、再生工程Ｓ２００とを含む。
【００４７】
（添加工程Ｓ１００）
添加工程Ｓ１００は、シリコン切削屑が凝集するように、高分子凝集剤を使用済クーラントに添加する工程である。高分子凝集剤は、後述する再生工程Ｓ２００が実施される前の使用済クーラントに対して添加されればよい。そのため、高分子凝集剤は、たとえば、再生工程Ｓ２００を行うために移送される使用済クーラントに添加されてもよく、処理タンク１１０に貯留された使用済クーラントに添加されてもよい。高分子凝集剤は、使用済クーラントに含まれるシリコン切削屑と接触しやすいように、処理タンク１１０に貯留された使用済クーラントに添加されることが好ましい。添加工程Ｓ１００によれば、使用済クーラントと、高分子凝集剤とを含む再生クーラント中間生成物が生成される。
【００４８】
なお、シリコン材料の切断時に遊離砥粒が使用される場合には、遊離砥粒を多く含む使用済スラリー（使用済クーラントと遊離砥粒との混合物）から使用済クーラントを再生する必要がある。この場合、添加工程Ｓ１００よりも前に、使用済スラリーに対して遊離砥粒を適宜回収する前処理が行われてもよい。
【００４９】
添加工程Ｓ１００において添加される高分子凝集剤としては特に限定されず、上記したクーラントに含まれるシリコン切削屑を凝集させることのできる高分子凝集剤であればよい。高分子凝集剤の中でも、窒素を含有する窒素含有高分子凝集剤が好ましい。窒素含有高分子凝集剤としては、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド等が挙げられる。窒素含有高分子凝集剤は、上記クーラントに含まれるシリコン切削屑を凝集される性質が優れているため、好適に使用される。特に、ポリエチレンイミンやポリアクリルアミドは、クーラントに含まれるシリコン切削屑を凝集される性質が優れている。これらの高分子凝集剤は、単独で使用されてもよく、複数が混合して使用されてもよい。また、このような高分子凝集剤の重量平均分子量としては特に限定されず、たとえば１，０００〜２０，０００，０００が挙げられる。
【００５０】
高分子凝集剤は、処理タンク１１０に貯留された使用済クーラントに対して所定濃度となるよう添加されてもよく（バッチ式）、処理タンク１１０に連続的に導入される使用済クーラントに対して所定濃度となるよう連続的に供給されてもよい（連続式）。
【００５１】
添加される高分子凝集剤の量としては特に限定されず、使用済クーラントに含まれるシリコン切削屑の量や種類等に応じて適宜調整される。すなわち、添加される高分子凝集剤の量は、使用済クーラントに含まれる全シリコン切削屑のうち、たとえば６０質量％以上のシリコン切削屑を凝集させることのできる量を採用することができる。このような高分子凝集剤の量としては、たとえば、使用済クーラントに対して１００〜２０００ｐｐｍ、好ましくは２００〜８００ｐｐｍが挙げられる。１００〜２０００ｐｐｍとなるよう高分子量凝集剤が使用済クーラントに添加される場合、シリコン切削屑は、凝集されやすい。一方、添加量が１００ｐｐｍ未満の場合、シリコン切削屑を凝集する効果が不充分となりろ過速度が低下したり膜寿命が短くなる傾向がある。また、添加量が２０００ｐｐｍを超える場合も同様に、ろ過速度が低下する傾向がある。より具体的には、たとえば、ジエチレングリコールを主成分とする使用済クーラントに８質量％のシリコン切削屑が含まれる場合において、ポリエチレンイミンは、２００〜８００ｐｐｍとなるように添加されればよい。この場合、使用済クーラントに含まれる全シリコン切削屑のうち、８０質量％以上が凝集される。同様に、ポリエチレングリコールを主成分とする使用済クーラントに１５質量％のシリコン切削屑が含まれる場合において、ポリアクリルアミドは、２００〜８００ｐｐｍとなるように添加されればよい。この場合、使用済クーラントに含まれる全シリコン切削屑のうち、８０質量％以上が凝集される。
【００５２】
また、使用済クーラントに含まれるシリコン切削屑の量（固形分濃度）としては特に限定されず、たとえば、３〜２０質量％程度である。また、使用済クーラントに含まれるシリコン切削屑の平均粒子径としては特に限定されず、たとえば、０．０１〜５μｍ程度である。
【００５３】
高分子凝集剤により凝集されたシリコン切削屑の平均粒子径は特に限定されず、たとえば２〜２０μｍである。シリコン切削屑は、このような平均粒子径となるように凝集される場合、後述する再生工程において分離されやすく、かつ、分離装置の不具合（たとえばろ過装置におけるフィルタの目詰まり）を引き起こしにくい。
【００５４】
添加工程Ｓ１００を経た使用済クーラント（再生クーラント中間生成物）に対して、再生工程Ｓ２００が行われる。
【００５５】
（再生工程Ｓ２００）
再生工程Ｓ２００は、使用済クーラントから凝集したシリコン切削屑を分離して再生クーラントを得る工程であり、遠心分離工程Ｓ２１０とろ過工程Ｓ２２０とを含む。本実施形態において、遠心分離工程Ｓ２１０とろ過工程Ｓ２２０とは、同時並行して実施される。
【００５６】
（遠心分離工程Ｓ２１０）
遠心分離工程Ｓ２１０は、処理タンク１１０から分岐配管１４０を経て遠心分離装置１２０に導入された使用済クーラントを遠心分離して固形分と希釈液とに分離する工程である。遠心分離工程Ｓ２１０によれば、凝集したシリコン切削屑や高分子凝集剤は、固形分として遠心分離される。固形分は、廃棄される。
【００５７】
ここで、凝集したシリコン切削屑は、従来の凝集されていないシリコン切削屑よりも、シリコン切削屑１個当たりの質量が大きいため、遠心分離により短時間のうちに分離されやすい。そのため、遠心分離工程Ｓ２１０によれば、シリコン切削屑は、固形分として分離されやすい。その結果、遠心分離工程Ｓ２１０によれば、固形分濃度が５質量％以下の希釈液を得ることができる。
【００５８】
遠心分離装置１２０から排出される希釈液は、返送配管１５０を経て処理タンク１１０に返送される。返送された希釈液は、再度、再生工程Ｓ２００が実施される。この際、返送された希釈液は、処理タンク１１０内において、使用済クーラントや、後述するろ過工程Ｓ２２０を経て得られる比較的高粘度の濃縮液と混合される。
【００５９】
（ろ過工程Ｓ２２０）
ろ過工程Ｓ２２０は、処理タンク１１０から分岐配管１４０を経てろ過装置１３０（膜ろ過装置）に導入された使用済クーラントを膜ろ過して、ろ過液と濃縮液とに分離する工程である。ろ過工程Ｓ２２０によれば、凝集したシリコン切削屑や高分子凝集剤は、濃縮液中に主に含まれることとなる。ろ過液は、再生クーラントとして利用される。
【００６０】
ろ過装置１３０から排出される濃縮液は、返送配管１６０を経て処理タンク１１０に返送される。返送された濃縮液は、再度、再生工程Ｓ２００が実施される。この際、濃縮液は、ろ過工程Ｓ２２０が行われる前の使用済クーラントと比較して高粘度であるため、取り扱いにくい。そこで、返送された濃縮液は、処理タンク１１０内において、使用済クーラントや、上記した遠心分離工程Ｓ２１０を経て得られた希釈液と混合される。そして、混合液は、上記の遠心分離工程Ｓ２１０およびろ過工程Ｓ２２０が実施され、ろ過装置１３０から再生クーラントがさらに分離される。
【００６１】
以上、本実施形態のクーラント再生方法によれば、添加工程Ｓ１００において、使用済クーラントに対して高分子凝集剤が添加される。その結果、使用済クーラントに含まれるシリコン切削屑は、凝集される。凝集したシリコン切削屑は、続く再生工程Ｓ２００において、高分子凝集剤とともに良好に除去される。具体的には、凝集したシリコン切削屑は、遠心分離工程Ｓ２１０において、遠心分離装置１２０により、短時間のうちに遠心分離され、固形分として分離される。また、凝集したシリコン切削屑は、ろ過工程Ｓ２２０において、ろ過装置１３０の不具合（たとえば膜ろ過装置の中空糸膜の目詰まり）を起こしにくい。その結果、ろ過装置１３０の性能（ろ過速度や線速度）が低下しにくく、クーラントの再生に要する時間は、短縮化される。
【００６２】
また、本実施形態のクーラント再生方法によれば、遠心分離工程Ｓ２１０とろ過工程Ｓ２２０とが同時並行して実施される。このように使用済クーラントの一部に対して遠心分離工程Ｓ２１０を実施することにより、ろ過工程Ｓ２２０が実施される使用済クーラント中のシリコン切削屑の量が減らされる。その結果、ろ過装置１３０への負担が減少し、ろ過装置１３０のフィルタの目詰まりがより起こりにくく、再生に要する時間が短縮化されやすい。
【００６３】
さらに、本実施形態のクーラント再生方法によれば、遠心分離装置１２０から排出される希釈液は、返送配管１５０を経て処理タンク１１０に返送され、再度、再生工程Ｓ２００が実施される。そのため、再度の再生工程Ｓ２００おいて、使用済クーラントは、返送された希釈液と混合され、流動性が増す。その結果、再度の再生工程Ｓ２００は、円滑に実施されやすい。同様に、ろ過装置１３０から排出される濃縮液は、返送配管１６０を経て処理タンク１１０に返送され、再度、再生工程Ｓ２００が実施される。そのため、回収される再生クーラントの量が増え、リサイクル効率が向上する。
【００６４】
（第２の実施形態）
本発明のクーラント再生方法の第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態のクーラント再生方法を実施するためのクーラント再生装置１０１のブロック図である。クーラント再生装置１０１は、遠心分離装置１２０と、ろ過装置１３０と、導入配管１７０と、返送配管１８０とを含み、遠心分離装置１２０とろ過装置１３０とが直列に接続されている点を特徴とする。このクーラント再生装置１０１を用いて、本実施形態のクーラント再生方法が実施される。なお、以下の説明において、第１の実施形態と共通する構成には同一の参照符号が付され、適宜、説明が省略される。また、本実施形態では、遠心分離装置１２０の前段に、使用済クーラントと高分子凝集剤とを一時的に貯留する処理タンク１１０（図１参照）が設けられてもよく、遠心分離装置１２０とろ過装置１３０との間に、希釈液を一時的に貯留するための膜処理タンクが設けられてもよい。
【００６５】
導入配管１７０は、遠心分離装置１２０とろ過装置１３０とを直列に接続する管路である。遠心分離装置１２０から排出される希釈液は、導入配管１７０を経てろ過装置１３０に導入される。
【００６６】
返送配管１８０は、ろ過装置１３０と遠心分離装置１２０とを接続する管路である。ろ過装置１３０から排出される濃縮液は、返送配管１８０を経て遠心分離装置１２０に返送される。
【００６７】
次に、このクーラント再生装置１０１を用いたクーラント再生方法について説明する。本実施形態のクーラント再生方法は、添加工程Ｓ１００と、再生工程Ｓ３００とを含む。添加工程Ｓ１００において高分子凝集剤は、再生工程Ｓ３００を行うために移送される使用済クーラントに添加されてもよく、図示しない処理タンクに貯留された使用済クーラントに添加されてもよい。本実施形態の添加工程Ｓ１００では、高分子凝集剤は、遠心分離工程Ｓ３１０を実施するために図示しない導入配管を経て遠心分離装置１２０に導入される使用済クーラントに対して添加される。再生工程Ｓ３００は、遠心分離工程Ｓ３１０とろ過工程Ｓ３２０とを含む。なお、本実施形態のクーラント再生方法は、遠心分離工程Ｓ３１０およびろ過工程Ｓ３２０が、それぞれ第１の実施形態として上記した遠心分離工程Ｓ２１０およびろ過工程Ｓ２２０と異なる以外は同様の構成である。そのため、遠心分離工程Ｓ３１０およびろ過工程Ｓ３２０のみが説明され、他の工程は省略される。
【００６８】
（遠心分離工程Ｓ３１０）
遠心分離工程Ｓ３１０は、図示しない導入配管を経て遠心分離装置１２０に導入された使用済クーラントおよび高分子凝集剤を遠心分離し、固形分と希釈液とに分離する工程である。固形分は、廃棄される。希釈液は、ろ過工程Ｓ３２０が実施される。
【００６９】
（ろ過工程Ｓ３２０）
ろ過工程Ｓ３２０は、遠心分離装置１２０から導入配管１７０を経てろ過装置１３０に導入された希釈液をろ過して、ろ過液と濃縮液とに分離する工程である。ろ過液は、再生クーラントとして利用される。ろ過装置１３０から排出される濃縮液は、返送配管１８０を経て遠心分離装置１２０に返送される。返送された濃縮液は、再度、遠心分離工程Ｓ２１０が実施される。
【００７０】
以上、本実施形態によれば、遠心分離工程Ｓ３１０を経ることにより予めシリコン切削屑の低減された希釈液に対して、ろ過工程Ｓ３２０が実施される。そのため、シリコン切削屑は、高度に分離されやすい。その結果、ろ過液は、再生クーラントとして好適に利用される。また、遠心分離工程Ｓ３１０を経てシリコン切削屑が低減された希釈液に対してろ過工程Ｓ３２０が行われるため、ろ過装置１３０のフィルタ（たとえば膜ろ過装置の中空糸膜）はシリコン切削屑により閉塞されにくい。その結果、クーラントの再生に要する時間が短縮化され、かつ、ろ過装置が長寿命化される。
【００７１】
（第３の実施形態）
本発明のクーラント再生方法の第３の実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態のクーラント再生方法を実施するためのクーラント再生装置１０２のブロック図である。クーラント再生装置１０２は、返送配管１８０に代えて、返送配管１９０を備える以外は、第２の実施形態において上記したクーラント再生装置１０１（図２参照）と同様の構成である。返送配管１９０は、ろ過装置１３０から排出される濃縮液を再びろ過装置１３０に返送するための管路である。なお、以下の説明において、第２の実施形態と共通する構成には同一の参照符号が付され、適宜、説明が省略される。このクーラント再生装置１０２を用いて、本実施形態のクーラント再生方法が実施される。
【００７２】
本実施形態のクーラント再生方法は、添加工程Ｓ１００と、再生工程Ｓ４００とを含む。再生工程Ｓ４００は、遠心分離工程Ｓ３１０とろ過工程Ｓ４２０とを含む。本実施形態のクーラント再生方法は、ろ過工程Ｓ４２０が第２の実施形態として上記したろ過工程Ｓ３２０と異なる以外は同様の構成である。そのため、ろ過工程Ｓ４２０のみが説明され、他の工程は省略される。
【００７３】
（ろ過工程Ｓ４２０）
ろ過工程Ｓ４２０は、遠心分離装置１２０から導入配管１７０を経てろ過装置１３０に導入された希釈液をろ過して、ろ過液と濃縮液とに分離する工程である。ろ過液は、再生クーラントとして利用される。濃縮液は、返送配管１９０を経てろ過装置１３０の入口に返送される。返送された濃縮液は、再度ろ過工程Ｓ４２０が行われることにより濃縮倍率が高められた後に、図示しない排出口より排出される。このように、ろ過工程Ｓ４２０が複数回行われることにより、得られるろ過液の量が増加するため好ましい。濃縮倍率は、希釈液に含まれるシリコン切削屑の濃度によっても異なるが、通常２〜１０倍程度である。濃縮液は、シリコン切削屑濃度が７〜３０質量％にまで高められた時点で排出されてもよい。なお、濃縮液は、複数回ろ過工程Ｓ４２０が行われることなくそのまま廃棄されてもよい。
【００７４】
以上、本実施形態によれば、濃縮液は、遠心分離工程Ｓ３１０に返送されない。そのため、遠心分離工程Ｓ３１０前の使用済クーラントは、濃縮液と混合されることがなく、高粘度化されることがない。その結果、使用済クーラントは、円滑に再生工程Ｓ４００が行われやすく、再生に要する時間が短縮化される。
【００７５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば次のような変形実施形態を採用することができる。
【００７６】
（１）第１の実施形態では、再生工程Ｓ２００が、遠心分離工程Ｓ２１０およびろ過工程Ｓ２２０の両方の工程を備える場合について例示した。本発明は、これに代えて、再生工程Ｓ２００が遠心分離工程Ｓ２１０またはろ過工程Ｓ２２０のいずれか一方の工程のみを含んでもよい。この場合、遠心分離工程Ｓ２１０を経て得られる希釈液は、再生クーラントとして利用される。
【００７７】
（２）第１の実施形態では、遠心分離工程Ｓ２１０を経た希釈液に対して再度、再生工程Ｓ２００が行われ、ろ過工程Ｓ２２０を経た濃縮液に対して再度、再生工程Ｓ２００が行われる場合について例示した。本発明は、これに代えて、濃縮液または希釈液のいずれか一方のみについて再度、再生工程Ｓ２００を行ってもよい。
【００７８】
（３）第２の実施形態では、遠心分離工程Ｓ３１０を経た希釈液に対してろ過工程Ｓ３２０が行われ、ろ過工程Ｓ３２０を経た濃縮液に対して再度、再生工程Ｓ３００（すなわち遠心分離工程Ｓ３１０）が行われる場合について例示した。本発明は、これに代えて、遠心分離工程Ｓ３１０を経た希釈液に対して、ろ過工程Ｓ３２０が行われる前に、再度、再生工程Ｓ３００（すなわち遠心分離工程Ｓ３１０）が行われてもよい。また、ろ過工程Ｓ３２０を経た濃縮液に対して再度、再生工程Ｓ３００が行われる場合において、濃縮液に対して遠心分離工程Ｓ３１０が行われるのではなく、再度、ろ過工程Ｓ３２０が行われてもよい。
【００７９】
（４）第１の実施形態では、遠心分離工程Ｓ２１０を経た希釈液を処理タンク１１０に返送する場合について例示し、第２の実施形態および第３の実施形態では、遠心分離工程Ｓ３１０を経た希釈液をろ過装置１３０に導入する場合について例示した。本発明は、これらに代えて、希釈液を再生クーラントとして利用してもよい。
【実施例】
【００８０】
以下、本発明のクーラント再生方法を実施例により詳述する。なお、本発明のクーラント再生方法は、以下に示す実施例になんら限定されるものではない。
【００８１】
＜実施例１＞
図１に示されるクーラント再生装置１００を使用し、使用済クーラントから再生クーラントを得た。なお、本実施例では、以下のとおりシリコンインゴットの切断時に遊離砥粒を使用したため、使用済スラリーには、使用済クーラントと遊離砥粒とが含まれた。そのため、高分子凝集剤を添加する前に、以下の前処理を行って使用済スラリーから遊離砥粒を回収した。
【００８２】
（前処理）
シリコンインゴッドを、ワイヤーソー切断装置を用いて切断した。シリコンインゴットの切断は、ワイヤーとの接触部位にクーラントと遊離砥粒とを含む研磨スラリーを供給しながら行った。クーラントとしては、ポリエチレングリコール９８質量％、水２質量％からなるものを使用した。遊離砥粒としては、平均粒径１０μｍの炭化ケイ素を使用した。得られた使用済スラリーは、固形分濃度５２．５質量％であった。この使用済スラリーには、０．０１〜４μｍのシリコン切削屑が含まれていた。この使用済スラリーを前処理タンク（図示せず）へ投入し、前処理タンクから５００Ｇの遠心力に調整した縦型遠心分離装置（ＭＧ−５０型、ジー・フォース  ジャパン（株）製）に４０Ｌ／分の速度で供給し、処理液を前処理タンクへ戻す循環運転を１２０分間行い、遊離砥粒を回収した。遊離砥粒の回収は、１５〜３０分毎に遠心分離装置の回転速度を落とし、スクレーパーを遠心分離装置の釜の内壁へ押し当てて堆積物を掻き落すことにより行った。９０分間の運転後、前処理タンク内の液は、固形分濃度が２９質量％となった。引き続き１０００Ｇに遠心力を調整し、９０分間、同様の方法にて破砕した砥粒とシリコン切削屑を回収した。前処理タンク内の液（使用済クーラント）は、固形分濃度が１５質量％となった。
【００８３】
（クーラントの再生）
使用済クーラントに対して、系中濃度が５００ｐｐｍになるようにポリアクリルアミド（ＰＡＡ、分子量１６００万）を添加し、処理タンク１１０に貯留した（添加工程）。これにより、シリコン切削屑を、５〜３０μｍに凝集させた。凝集したシリコン切削屑は、全シリコン切削屑中９０質量％であった。次いで、使用済クーラントを、処理タンク１１０から分岐配管１４０を介して、３０００Ｇに調整した遠心分離装置１２０（ＮＥＯ−２００型、ジー・フォース  ジャパン（株）製）に３０Ｌ／分の速度で導入し、固形分と希釈液とに分離した。得られた希釈液は、返送配管１５０を介して処理タンク１１０へ返送し、繰り返し同様の遠心分離を行った（遠心分離工程）。遠心分離工程においてシリコン切削屑の排出量（ｋｇ／ｈｒ）を計測した。また、遠心分離工程と同時並行して、使用済クーラントを、処理タンク１１０から分岐配管１４０を介して、ろ過装置１３０（内圧式膜ろ過装置、分画分子量が１３，０００の親水化ポリフッ化ビニリデン中空糸膜（ＭＵ−６３０２ＨＧ、（株）クラレ製を使用、線速度０．４ｍ／秒）を含む）にクロスフロー方式で導入し、ろ過液と濃縮液とに分離した。得られた濃縮液は、返送配管１６０を介して処理タンク１１０へ返送し、繰り返し膜ろ過を行った（ろ過工程）。ろ過工程において膜ろ過速度（Ｌ／ｍ２・ｈｒ）と、膜寿命を計測した。膜寿命は、膜ろ過速度が初期の値の６０％未満となる単位面積当たりの膜透過量（Ｌ／ｍ２）とした。なお、遠心分離工程において生じた固形分と、ろ過工程で生じたろ過液とが排出されることにより、系内の液が低減したが、低減分は、あらたに使用済クーラント（５００ｐｐｍのＰＡＡを含む）を所定の速度で供給し、かつ、ろ過装置１３０の膜ろ過速度を調整することにより補った。
【００８４】
ろ過液（再生クーラント）は、シリコンの切削屑が完全に除去された透明な液体であった。ろ過液は、先に回収した砥粒、本操作で失われた量に相当する未使用のクーラントおよび新たな砥粒と混合され、再生スラリーとした。
【００８５】
＜比較例１＞
実施例１において得られた使用済クーラントに対して高分子凝集剤を添加することなく、そのまま処理タンク１１０へ導入した以外は、実施例１と同様の処理を行い、再生クーラントおよび再生スラリーを得た。
【００８６】
＜実施例２＞
シリコンインゴッドを、平均粒径１０μｍの炭化ケイ素を固定したワイヤーを備えるワイヤーソー切断装置を用いて切断した。シリコンインゴットの切断は、ワイヤーとの接触部位にクーラントを供給しながら行った。クーラントとしては、ジエチレングリコール７０質量％、水２９質量％、その他添加剤１質量％からなるものを使用した。得られた使用済クーラントは、固形分濃度８．２質量％であった。この使用済クーラントに対して、系中濃度が５００ｐｐｍになるようにポリエチレンイミン（ＰＥＩ、分子量７万）を添加し、処理タンク１１０に貯留した（添加工程）。次いで、実施例１と同様の再生処理（遠心分離処理（遠心分離工程）およびろ過処理（ろ過工程））を行い、再生クーラントおよび再生スラリーを得た。
【００８７】
＜比較例２＞
使用済クーラントにＰＥＩを添加しなかった以外は、実施例２と同様の処理を行い、再生クーラントおよび再生スラリーを得た。
【００８８】
＜実施例３＞
図２に示されるクーラント再生装置１０１を使用し、使用済クーラントから再生クーラントを得た。具体的には、実施例２と同様に使用済クーラントに対して系中濃度が５００ｐｐｍになるようにＰＥＩを添加し（添加工程）、遠心分離装置１２０の前段に設けた処理タンク（図示せず）に貯留した。その後、３０００Ｇに調整した遠心分離装置１２０（ＮＥＯ−２００型、ジー・フォース  ジャパン（株）製）に３０Ｌ／分の速度で供給し、固形分と希釈液とに分離した（遠心分離工程）。得られた希釈液は、処理タンクへ返送し、繰り返し同様の遠心分離を行った。ろ過工程において得られた希釈液の固形分濃度（質量％）および、その固形分濃度を達成するための所要時間（分）を計測した。その後、希釈液を、導入配管１７０を介して遠心分離装置１２０とろ過装置１３０との間に設けた膜処理タンク（図示せず）へ導入し、次いで、ろ過装置１３０により膜ろ過を行い、ろ過液と希釈液とに分離した（ろ過工程）。ろ過工程の開始直後における膜ろ過速度（Ｌ／ｍ２・ｈｒ）と膜寿命とを計測した。を計測した。得られた濃縮液は、返送配管１８０を介して遠心処理タンクに返送した。返送された濃縮液に対して、あらたな使用済クーラント（５００ｐｐｍのＰＥＩを含む）を混合し、その後、再度、遠心分離および膜ろ過を行い、再生クーラントおよび再生スラリーを得た。また、ろ過工程の所要時間（分）を計測した。
【００８９】
＜比較例３＞
使用済クーラントにＰＥＩを添加しなかった以外は、実施例３と同様の処理を行い、再生クーラントおよび再生スラリーを得た。
【００９０】
＜実施例４＞
図３に示されるクーラント再生装置１０２を使用した以外は実施例３と同様の処理を行い、使用済クーラントから再生クーラントを得た。なお、ろ過装置１３０から排出された濃縮液は、返送配管１９０によりろ過装置１３０に返送させることなく廃棄した。
【００９１】
＜比較例４＞
使用済クーラントにＰＥＩを添加しなかった以外は、実施例４と同様の処理を行い、再生クーラントおよび再生スラリーを得た。
【００９２】
実施例１〜４および比較例１〜４における使用済クーラントの再生条件および各評価結果を表１および表２に示す。
【００９３】
【表１】
2015139861.tif 000003
【００９４】
【表２】
2015139861.tif 000004
【００９５】
（評価結果および考察）
実施例１〜４および比較例１〜４において再生された再生スラリーを用いてシリコンインゴットを切削したところ、いずれも付着物がなく傷の少ない良好な表面性状のシリコンウェハが得られることが確認された。
【００９６】
しかしながら、表１に示されるように、高分子凝集剤を添加する添加工程を採用した実施例１および実施例２のクーラント再生方法によれば、添加工程を採用しなかった比較例１および比較例２のクーラント再生方法と比べ、遠心分離工程において、単位時間当たり多くの固形分を排出することができた。すなわち、実施例１および実施例２のクーラント再生方法によれば、比較例１および比較例２のクーラント再生方法と比べ、シリコン切削屑を短時間にうちに分離でき、遠心分離工程を短縮化することができた。また、実施例１および実施例２のクーラント再生方法によれば、比較例１および比較例２のクーラント再生方法と比べ、ろ過工程において大きな膜ろ過速度が得られ、ろ過工程の所要時間が短縮化することができた。
【００９７】
表２に示されるように、高分子凝集剤を添加する添加工程を採用した実施例３および実施例４のクーラント再生方法によれば、添加工程を採用しなかった比較例３および比較例４のクーラント再生方法と比べ、遠心分離工程において希釈液中の固形分濃度を短時間で低減させることができ、シリコン切削屑を短時間にうちに分離することができた。すなわち、実施例３および実施例４のクーラント再生方法によれば、比較例３および比較例４のクーラント再生方法と比べ、遠心分離工程を短縮化することができた。また、実施例３および実施例４のクーラント再生方法によれば、比較例３および比較例４のクーラント再生方法と比べ、ろ過工程において大きな膜ろ過速度が得られた。また、添加工程の有無が異なる実施例３と比較例３との比較、および、実施例４と比較例４との比較において、実施例３および実施例４のクーラント再生方法の方が、比較例３および比較例４のクーラント再生方法よりも、膜ろ過の所要時間が短縮化することができた。
【符号の説明】
【００９８】
１００、１０１、１０２  クーラント再生装置
１１０  処理タンク
１２０  遠心分離装置
１３０  ろ過装置
１４０  分岐配管
１５０、１６０、１８０、１９０  返送配管
１７０  導入配管
Ｓ１００  添加工程
Ｓ２００、Ｓ３００、Ｓ４００  再生工程
Ｓ２１０、Ｓ３１０  遠心分離工程
Ｓ２２０、Ｓ３２０、Ｓ４２０  ろ過工程
【図１】
2015139861.tif 000005
【図２】
2015139861.tif 000006
【図３】
2015139861.tif 000007