专利名称：硅切削废液的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种硅切削废液的处理方法，更详细地说，涉及用简单廉价手段使得在半导体元件制造等的晶体硅(crystalline silicon)的切削加工中排出的硅切削废液良好地固液分离、使得硅切削废液中含有的硅以及其他有用成分的实际回收、再生、再利用成为可能或容易的硅切削废液的处理方法。
背景技术：
在半导体元件或太阳能电池等的制造工序中，对作为基材的单晶硅或多晶硅施以切断、磨削、切削、研磨加工(以下，根据需要总称为“切削加工”)，因这些切削加工产生的多量的硅切屑大多白白地废弃。例如，在半导体元件制造中，将作为原材料的单晶硅锭切断为薄板状的硅片(切片)，对该硅片磨边以及两面磨削，且研磨加工成镜面后，对硅片表面用分割线划分成多个矩形区域，在上述多个矩形区域形成相同电路，通过对硅片背面进行磨削加工(背面磨削)，磨薄直至规定厚度，通过切削加工(切成小片，dicing)分割切断为半导体元件的个片(芯片，chip)，因上述一系列的切削加工产生硅切屑的微细切削粉末，包含在各加工工序中供给加工部的加工水(磨削水或切削水等)或清洗水中，作为废液(下面，在本说明书中，将上述一系列的切削加工工序全部或一部分加工工序产生排出的废液都称为“硅切削废液”)从制造工序排出。包含在由这些切削加工产生的硅切削废液中排出的被废弃的硅切屑达到多量，例如在专利文献1中记载，将硅锭体积设为100%场合，将硅锭切割形成作为基材的晶片时被废弃的体积为20%，镜面加工时被废弃的体积为20%，磨削使得晶片厚度减薄时被废弃的体积为55%，将晶片分割成各个元件时被废弃的体积为1%，直到得到元件，硅锭的96%被废弃。这样白白地废弃大量硅不仅成为半导体元件制品制造成本高的主要原因，而且无论从贵重资源有效利用角度看，还是从废液造成的环境负荷角度看都是一个大问题，将从硅切削废液回收的硅再精炼熔融后再凝固，成为硅锭场合，从纯度上来说，虽然提供作为半导体元件制造的再利用不现实，但在太阳能电池的基板材料或构成液晶显示的TFT的半导体基板的制造中，具有再利用余地，此外，在钢铁制造中的电炉的保温剂或冶炼工序中使用的脱氧剂，汽车用DPF或磨粒使用的碳化硅原料，作为环境半导体备受瞩目的硅化铁的原料等，再利用用途多方面可以期待。因此，除了原来就要求的包含在硅切削废液中的硅切削屑，还包含磨粒或冷却介质等其他有用成分，强力要求必须回收、再生、再利用，为此，提出了各种方案，但是，在作为再生及再利用前提的上述有用成分的分离回收中，伴随复杂的处理工序，设备，以及设施的很大负担，不能确保满足商业成本的充分的回收效率，以硅切削屑为主，包含在硅切削废液中的有用成分大多继续被废弃，实质上还没有现实可行的回收、再生、再利用的方法。这样，关于在包含于硅切削废液的有用成分回收中增加处理工序、设备、以及设施的大的负担、阻止现实地回收、再生、再利用的主要原因，本发明人考虑如下。S卩，硅切削屑或磨粒等有用的固体成分，磨具或钢丝锯磨耗片，以及破碎磨粒等杂质的固体成分成为微细粒子包含在硅切削废液中，这些固体成分粒子分散成胶状，成为使得硅切削废液稳定的悬浊液，因此，通过固体成分自然沉淀，使用过滤器，或由分离膜过滤、 离心分离等通常手段实现良好的固液分离、分离回收固相极为困难，又，在硅切削废液中， 因硅切削屑微粒氧化反应活泼地产生氢气，所以，蒸馏分离还伴随非常大的危险。这点已经在以往技术中指出，例如，参照专利文献4，将硅切削废液集中在沉淀槽自然沉淀，施以PH值调整，只能实现以废弃为目的的水平的固液分离，即使用离心分离装置实行固液分离场合，虽然液相通过过滤可以供给再利用，但固相的处理极为困难，且处理速度慢处理效率差，再有，即使采用分离膜过滤，为了捕捉固体成分，不得不使得区分性能微细，因此，过滤速度慢，赶不上处理量。如上所述，对于硅切削废液，具有能实际实施水平、有效且良好的固液分离极为困难，不充分的固液分离本身造成了很大的负担，且从通过不充分的固液分离回收的固相个别地分离回收硅或磨粒等所希望的有用的固体成分的处理工序，从固相没有充分分离回收的液相分离回收冷却介质等有用成分的处理工序，都要求复杂、烦杂的处理、设备、以及设施的很大负担，导致需要阻止实际实施的成本的结果。作为其一例可以列举例如专利文献5的“硅的回收方法”，图2将其处理工序表示为流程图，为了从硅切削废液回收硅，需要非常多的处理工序，且各工序处理复杂、烦杂，并要求庞大设备以及设施负担，另一方面，按照专利文献2，即使使用有机溶剂清洗固形份，还是难以除去分散剂等杂质，残留在固形份中，导致妨害提高回收的硅的纯度，即使将固形份投入气流中，也不一定能充分除去氧化硅和磨粒，难以得到高纯度的硅，再有，该专利文献2 的“从废弃污泥提取硅的制造方法”提出用离心分离将分离磁体的废弃污泥分离成以硅分散液和磨粒为主体的固形杂质沉降层，但在离心分离中不能得到充分的固液分离，因此，其后处理工序要求很大负担，很难说是实际能实施的简单高效的方法。反而言之，如果在硅切削废液处理的最初阶段能够简单且廉价地实现良好的固液分离，不仅能大大降低固液分离工序其本身的处理负担，而且，此后，从分离回收的固相和液相中分别分离有用成分供再生再利用的处理工序也简单易行，成为廉价，且分离回收包含在硅切削废液中的全部有用成分也比以往容易，因此，是一种回收包含在硅切削废液中且大多被废弃的硅等的有用成分使其再生、再利用的实际方法，但在以往技术中没有提出或暗示关于这种处理的有意义的方案。专利文献1日本特开2010-46763号公报专利文献2日本特开2007-332001号公报专利文献3日本特开2006-315099号公报专利文献4日本特开2005-3；34992号公报专利文献5日本特开2001-278612号公报
发明内容
本发明的课题在于，提供一种硅切削废液的处理方法，其以简单廉价的手段使得含有硅切削屑等的固体成分的微细粒子分散成胶状悬浮的硅切削废液良好地固液分离，从分离的固相及液相双方低负担且低成本地回收所希望的有用成分，供给再生及再利用，本发明的硅切削废液的处理方法使得上述处理可能或容易。本发明人持续研究试验结果得知，在含有半导体元件等制造工序中产生的硅切屑以及其他个体成分的微粒而排出的硅切削废液中，上述微粒分散成胶状悬浮，难以容易地固液分离的原因如下。S卩，在例如半导体元件制造中，在从硅锭切出硅片的切片加工中，一边向切断用的钢丝锯和硅锭的压接部循环供给由磨粒和冷却介质(切削油)构成的料浆，一边切断，在硅切削废液中也含有废料浆(磨粒和冷却介质)，该冷却介质的主要成分为多醇类溶剂，其部分醚类，上述成分的混合物，表面活性剂，PH调整剂，硅切削废液中含有的固体成分微粒的表面吸附多醇类溶剂或表面活性剂，形成胶束，成为胶体胶束，该胶体胶束之间互相电荷相斥，保持为稳定的分散状态，妨害固相自然沉淀或通过过滤等固液分离。这样，可以通过中和包含在硅切削废液中的固体成分微粒的表面电荷等的方法， 破坏胶体胶束，使其失去稳定的分散，通过基于静电相互作用的分子间力，固体成分微粒之间接触，发生集块化的二次凝集，使固相凝集沉淀，因此，可以通过在硅切削废液的分散体系中添加有机溶剂，破坏胶体胶束，发生固体成分微粒的二次凝集，使固相凝集沉淀。本发明人根据上述见解，进一步经过研究和试验结果发现，在硅切削废液中添加以下成分等场合，能容易确保本发明人要求的良好的固液分离(以下，在本说明书中，将其称为“相分离成分”)。(1)由在分子内存在电双极距的极性分子构成，在通常条件下质子不离解的极性非质子型溶剂。(2)同样由极性分子构成，具有质子供给性的极性质子型溶剂。(3)作为非离子型的非离子型凝集剂(4)有机螯合剂(氨基羧酸类、多元羧酸类、膦酸类等)、盐酸或硫酸等的无机酸。本发明涉及上述本发明人的研究及试验成果，为了实现本发明的目的，提出本发明技术方案如下(1) 一种硅切削废液的处理方法，其特征在于在半导体元件制造等因晶体硅切削加工产生的硅切屑等分散悬浮的硅切削废液中，添加相分离成分，进行固液分离。(2)在上述技术方案(1)所述的硅切削废液的处理方法中，其特征在于上述相分离成分是丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、乙腈、1，4_ 二氧杂环己烷、1，3-二氧杂环戊烷、四氢呋喃、N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、1，3- 二甲基-2-咪唑烷酮等的极性非质子型溶剂。(3)在上述技术方案(1)所述的硅切削废液的处理方法中，其特征在于上述相分离成分为水、碳原子数1 4的醇等极性质子型溶剂。(4)在上述技术方案(1)所述的硅切削废液的处理方法中，其特征在于上述相分离成分为非离子型凝集剂。(5)在上述技术方案(1)所述的硅切削废液的处理方法中，其特征在于上述相分离成分为有机螯合剂(氨基羧酸类、多元羧酸类、膦酸类等)、盐酸或硫酸等的无机酸。
(6)在上述技术方案(1)所述的硅切削废液的处理方法中，其特征在于使用压滤机、带式压滤机、离心分离机、加压或减压式过滤器，从由上述相分离成分使得固液分离的上述硅切削废液，分离回收固相。(7)在上述技术方案(6)所述的硅切削废液的处理方法中，其特征在于对分离回收上述固相后的上述硅切削废液进行减压或常压蒸馏，分离切削油的原料和相分离用溶剂进行回收。下面说明本发明的效果。按照本发明，提供一种硅切削废液的处理方法，对于含有硅切屑等固体成分微粒分散成胶状悬浮、固液分离困难的硅切削废液，仅仅以添加相分离成分这种极简单廉价的手段，能容易地使固相凝集沉降，因此，在处理工序的最初阶段能确保良好的固液分离，以低负担且低成本从分离的固相和液相双方回收所希望的有用成分，供再生及再利用，本发明的硅切削废液的处理方法使得上述处理可能或容易。
图1是根据本发明涉及的硅切削废液处理方法、表示分离回收废液中有用成分的处理工序一例的流程图(实施例1)。图2是根据以往技术、表示分离回收废液中有用成分的处理工序的流程图(专利文献5)。
具体实施例方式下面，参照
用于实施本发明的形态。在以下实施形态中，虽然对构成要素，种类，组合等作了各种限定，但是，这些仅仅是例举，本发明并不局限于此。[实施例1]以下，参照图1，说明本发明涉及的一实施例。在本实施例中作为处理对象的硅切削废液是指，由包含因半导体元件制造中单晶硅切削加工(从硅锭切出硅片的切片到形成电路的分割切断半导体元件个片的切成小片的切断、磨削、切削、研磨的一系列加工)产生的硅切屑等排出的加工水(磨削水，切削水等)、或清洗水构成的废液，含有如下表1所示成分(从表可知，充分分离回收所含有的固体成分的本发明涉及的处理后的液相全部能供给再利用)，作为添加到该硅切削废液的相分离成分，选择作为极性非质子型溶剂之一的丁酮。表 权利要求
1.一种硅切削废液的处理方法，其特征在于在半导体元件制造等因晶体硅切削加工产生的硅切屑等分散悬浮的硅切削废液中，添加相分离成分，进行固液分离。
2.如权利要求1所述的硅切削废液的处理方法，其特征在于上述相分离成分是丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、乙腈、1，4_ 二氧杂环己烷、1，3_ 二氧杂环戊烷、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮等的极性非质子型溶剂。
3.如权利要求1所述的硅切削废液处理方法，其特征在于上述相分离成分为水、碳原子数1 4的醇等极性质子型溶剂。
4.如权利要求1所述的硅切削废液处理方法，其特征在于上述相分离成分为非离子型凝集剂。
5.如权利要求1所述的硅切削废液处理方法，其特征在于上述相分离成分为有机螯合剂(氨基羧酸类、多元羧酸类、膦酸类等)、盐酸或硫酸等的无机酸。
6.如权利要求1所述的硅切削废液处理方法，其特征在于使用压滤机、带式压滤机、离心分离机、加压或减压式过滤器，从由上述相分离成分使得固液分离的上述硅切削废液，分离回收固相。
7.如权利要求6所述的硅切削废液处理方法，其特征在于对分离回收上述固相后的上述硅切削废液进行减压或常压蒸馏，分离切削油的原料和相分离用溶剂进行回收。
全文摘要
本发明涉及硅切削废液的处理方法。在含有固体成分的微粒分散的悬浮液即硅切削废液中，添加极性非质子型溶剂、极性质子型溶剂、非离子型凝集剂、乙二胺多价酸及其盐等的相分离成分，使废液中的固相凝集沉淀，在废液处理的最初阶段确保良好的固液分离，使得废液中的有用成分的分离回收容易。提供使得在以半导体元件制造等晶体硅为基材的加工工序中排出的硅切削废液良好地固液分离、以低负担且低成本分离回收硅切屑等的含有的有用成分供再生及再利用的处理方法。
文档编号C10M175/00GK102559361SQ201110388299
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年11月30日
发明者加贺谷亮俊, 长泽义则 申请人:Sanwa生物技术株式会社, 日本Ad技术株式会社