JP2008188683A - Silicon ingot cutting method and cutting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体用および太陽電池用のウェハを製造するために、単結晶、多結晶又はアモルファスのシリコンインゴットを切削する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for cutting a monocrystalline, polycrystalline or amorphous silicon ingot to produce semiconductor and solar cell wafers.
従来、シリコンインゴットの切削には、一度に多数枚のウェハを切削することができるワイヤーソーが用いられている。このワイヤーソーを用いたシリコンインゴットの切断は、走行するワイヤーに砥粒を含む切削用スラリーを供給し、そのワイヤーをシリコンインゴットに押し付けることによって行われている。シリコンインゴットの切削においては、切り屑として発生するシリコン粒子(以後、シリコンインゴット切削屑という)がスラリーに混入することになる。切削が進むにつれてシリコンインゴット切削屑の混入量が多くなると、スラリー粘度が変化したり、切削効率が低下する。このことにより、切削の状態が変化し、得られるウェハの表面状態も変化してしまい好ましくない。また最終的にはスラリーの使用ができなくなる。多数枚のシリコンインゴットを低コストで得るためには、スラリーからシリコンインゴット切削屑を分離してスラリーを再生する必要がある。
そこで、このような課題への対策として、砥粒成分と潤滑液成分とを含む使用済みスラリーを加熱して粘度を低下させた後、固体部分と液体部分とに分離し、固体部分に水を添加して懸濁液とし、これを再使用可能な砥粒を含む懸濁液とシリコンインゴット切削屑等を含む懸濁液とに分離する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
また、沈降分離等の方法により使用済みスラリーを、砥粒を主として含む分散液とシリコンインゴット切削屑を主として含む分散液とに分離し、次いで、遠心分離等の方法によりシリコンインゴット切削屑を主として含む分散液から分散媒を回収する方法が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。
Conventionally, for cutting a silicon ingot, a wire saw capable of cutting a large number of wafers at a time has been used. Cutting a silicon ingot using this wire saw is performed by supplying a cutting slurry containing abrasive grains to a traveling wire and pressing the wire against the silicon ingot. In cutting a silicon ingot, silicon particles generated as chips (hereinafter referred to as silicon ingot cutting scraps) are mixed into the slurry. When the amount of silicon ingot cutting scraps mixed increases as cutting progresses, the slurry viscosity changes and cutting efficiency decreases. As a result, the cutting state changes and the surface state of the resulting wafer also changes, which is not preferable. Finally, the slurry cannot be used. In order to obtain a large number of silicon ingots at low cost, it is necessary to separate the silicon ingot cutting waste from the slurry and regenerate the slurry.
Therefore, as a countermeasure to such a problem, after heating the used slurry containing the abrasive component and the lubricating liquid component to reduce the viscosity, the solid portion is separated into the liquid portion, and water is poured into the solid portion. A method of adding a suspension and separating the suspension into a suspension containing reusable abrasive grains and a suspension containing silicon ingot cutting waste or the like has been proposed (for example, see Patent Document 1). ).
Further, the used slurry is separated into a dispersion mainly containing abrasive grains and a dispersion mainly containing silicon ingot cutting waste by a method such as sedimentation separation, and then mainly containing silicon ingot cutting waste by a method such as centrifugation. A method for recovering the dispersion medium from the dispersion has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記した従来の方法では、使用済みスラリーの再生は可能であるが、切削中にシリコンインゴット切削屑を除去することができず、切削中のスラリー特性の変化を抑制することができないという問題がある。
したがって、本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、シリコンインゴットの切削中においても、スラリーからシリコンインゴット切削屑を分離して、切削中のスラリーの安定性を向上させ、スラリーを長寿命化することを目的とする。
However, in the conventional method described above, it is possible to regenerate the used slurry, but it is not possible to remove silicon ingot cutting scraps during cutting, and it is impossible to suppress changes in slurry characteristics during cutting. There is.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and even during cutting of a silicon ingot, the silicon ingot cutting waste is separated from the slurry to improve the stability of the slurry during cutting, and the slurry can be made longer. The purpose is to extend the service life.
そこで、本発明者らは上記のような従来の問題点を解決すべく鋭意研究、開発を遂行した結果、このような問題点を解決するためには、極性溶媒含有スラリーと相分離を起こす極性の低い溶媒を極性溶媒含有スラリーに添加して、シリコンインゴット切削屑を極性の低い溶媒相に移動させ、シリコンインゴット切削屑が除去された極性溶媒含有スラリー相をシリコンインゴットの切削に用いることが有効であることに想到し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、シリコンインゴットを切削するのに使用された極性溶媒含有スラリーを回収して再使用するシリコンインゴットの切削方法であって、極性溶媒含有スラリーと相分離を起こす極性の低い溶媒を極性溶媒含有スラリーに添加することにより極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相との二相に分離させ、極性溶媒含有スラリー相の少なくとも一部をシリコンインゴットの切削に用いることを特徴とするシリコンインゴット切削方法である。
また、本発明は、極性溶媒含有スラリーをスラリータンクから走行中のワイヤーに供給し、そのワイヤーをシリコンインゴットに押し付けてシリコンインゴットを切削しつつ、ワイヤーへ供給した極性溶媒含有スラリーをスラリータンクに回収して再使用するシリコンインゴット切削装置であって、スラリータンク中で二相に分離した極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相とのうち、極性溶媒含有スラリー相の少なくとも一部をスラリータンクから取り出す機構と、取り出された極性溶媒含有スラリーをワイヤーに供給する機構とを備えることを特徴とするシリコンインゴット切削装置である。
Thus, as a result of intensive research and development to solve the above-described conventional problems, the present inventors have solved polarities that cause phase separation with the polar solvent-containing slurry. It is effective to use a polar solvent-containing slurry phase from which silicon ingot swarf has been removed for silicon ingot cutting by adding a low solvent to a polar solvent-containing slurry to move the silicon ingot swarf to a less polar solvent phase. As a result, the present invention has been completed.
That is, the present invention is a silicon ingot cutting method for recovering and reusing a polar solvent-containing slurry used to cut a silicon ingot, and a low-polarity solvent that causes phase separation from the polar solvent-containing slurry. A silicon characterized in that it is separated into two phases of a polar solvent-containing slurry phase and a low-polarity solvent phase by adding to the polar solvent-containing slurry, and at least a part of the polar solvent-containing slurry phase is used for cutting a silicon ingot This is an ingot cutting method.
In addition, the present invention supplies polar solvent-containing slurry from a slurry tank to a running wire, and presses the wire against the silicon ingot to cut the silicon ingot while collecting the polar solvent-containing slurry supplied to the wire in the slurry tank. A silicon ingot cutting device to be reused, wherein at least a part of the polar solvent-containing slurry phase is separated from the slurry tank out of the polar solvent-containing slurry phase and the low-polarity solvent phase separated into two phases in the slurry tank. A silicon ingot cutting device comprising a mechanism for taking out and a mechanism for supplying the taken-out polar solvent-containing slurry to a wire.
本発明によれば、シリコンインゴットの切削中においても、スラリーからシリコンインゴット切削屑を分離して、切削中のスラリーの安定性を向上させ、スラリーを長寿命化することができる。 According to the present invention, even during the cutting of a silicon ingot, the silicon ingot cutting waste can be separated from the slurry to improve the stability of the slurry during cutting, and the life of the slurry can be extended.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るシリコンインゴット切削方法に用いるシリコンインゴット切削装置1を説明するための図であり、図2は、シリコンインゴット切削装置1によるシリコンインゴットの切削工程を説明するための図である。
図1及び2において、シリコンインゴット切削装置1は、シリコンインゴット送り機構2とワイヤー送り機構3とを備えている。シリコンインゴット送り機構2は、シリコンインゴット4を固定する固定機構と、固定されたシリコンインゴット4をワイヤー5に向けて押し下げ又は引き上げるためのインゴット移動機構とから構成されている。ワイヤー送り機構3は、ワイヤー5を送るためのワイヤー送出機構6と、ワイヤー5を巻き取るためのワイヤー巻取機構7と、ワイヤー5の張力を一定に保つための張力制御ローラー8とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining a silicon
1 and 2, the silicon
また、シリコンインゴット切削装置1では、シリコンインゴット送り機構2の下方となる位置に、同期回転する二本の回転ローラー9a、9bが配置されている。この回転ローラー9a、9bの外周壁面には、ワイヤー5を案内する溝が螺旋状に形成されている。ワイヤー送り機構3においてワイヤー5は、ワイヤー送出機構6から引き出されて、回転ローラー9a、9bの溝に案内されることによって、回転ローラー9a、9b間で螺旋状に周回すると共に、ワイヤー送出機構6とワイヤー巻取機構7との間で一定の張力を維持しつつ走行可能に掛け渡されている。ここで用いるワイヤー5としては、金属製のものや樹脂製のものが挙げられ、切削効率の観点から、金属製のものが好ましい。
In the silicon
また、シリコンインゴット切削装置1は、シリコンインゴット4を切削するのに使用された極性溶媒含有スラリー10あるいは切削に使用されることなくワイヤー5から脱落した極性溶媒含有スラリー10を回収するためのスラリー回収部11と、極性溶媒含有スラリー10をワイヤー5に供給するためのスラリー供給機構12と、極性溶媒含有スラリー10を一時的に貯留するためのスラリータンク13とを備えている。スラリー回収部11は、回転ローラー9a、9bの下方に配置され、スラリー回収配管14を介してスラリータンク13に接続されている。スラリー回収部11で回収された極性溶媒含有スラリー10は、スラリー回収配管14を通ってスラリータンク13に戻る構成になっている。スラリー供給機構12は、シリコンインゴット4を切削する部位の上流側に配置された回転ローラー9aとシリコンインゴット4を切削する部位との間の上方に配置されている。更に、スラリータンク13は、スラリータンク13中で二相に分離した極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相とのうち、極性溶媒含有スラリー相を取り出す機構、例えばポンプを備えている。この極性溶媒含有スラリー相取出し機構は、スラリー供給配管15を介してスラリー供給機構12に接続されている。このように、スラリータンク13中で分離された極性溶媒含有スラリー相の少なくとも一部は、極性溶媒含有スラリー相取出し機構によりスラリータンク13から取り出され、スラリー供給配管15及びスラリー供給機構12を介してワイヤー5に供給される構成になっている。
Moreover, the silicon
このようなシリコンインゴット切削装置1では、ワイヤー送出機構6とワイヤー巻取機構7とが駆動すると、ワイヤー5は、張力制御ローラー8によって張力が一定に維持されながら、一定方向に所定の速度で走行する。ワイヤー5は回転ローラー9a、9bの溝に沿って案内されているため、シリコンインゴット送り機構2の下方で、ワイヤー5の列が平行に走行しながら一定の張力で配置されることになる。このとき、回転ローラー9a、9bは、ワイヤー5の走行速度に応じた回転速度で同期回転する。
In such a silicon
このように構成されたシリコンインゴット切削装置1によりシリコンインゴット4の切削を行うには、図1及び図2に示すように、シリコンインゴット送り機構2が、シリコンインゴット4をワイヤー5に向けて押し下げることによって、シリコンインゴット4が、走行するワイヤー5と接触し、押し付けられる。このとき、極性溶媒含有スラリー10が、スラリー供給機構12から供給され、走行するワイヤー5に供給されると、走行するワイヤー5によってシリコンインゴット4の切削部に運ばれる。シリコンインゴット4は、極性溶媒含有スラリー10のラッピング作用や化学的作用によって削られ、切断される。シリコンインゴット4の切削に使用された極性溶媒含有スラリー10及び切削に使用されることなくワイヤー5から脱落した極性溶媒含有スラリー10は、スラリータンク13に回収される。なお、図2では、シリコンインゴット送り機構2は省略されている。
In order to cut the
本実施の形態において使用する極性溶媒含有スラリー10は、砥粒と極性溶媒とを少なくとも含有するものである。砥粒としては、極性溶媒に馴染みが良い親水性の高い粒子を使用することが好ましい。スラリータンク13内の極性溶媒含有スラリー10に、分子全体あるいは分子の一部に極性が低い部分を有する極性の低い溶媒を添加すると、極性の低い溶媒は極性溶媒含有スラリー10と相分離を起こし、極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相とが形成される。切削により発生したシリコンインゴット切削屑は、上記砥粒に比較して親水性が低い。そのため、極性溶媒に対するより、極性の低い溶媒の方に馴染みが良い。極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相とが混在した状態であると、極性溶媒含有スラリー10に混入したシリコンインゴット切削屑は極性の低い溶媒相に移動されることになる。当然、この時には、砥粒は極性溶媒含有スラリー相に残留するため、極性溶媒含有スラリー相からシリコンインゴット切削屑だけが極性の低い溶媒相に移動することになる。シリコンインゴット切削屑が選択的に除去された極性溶媒含有スラリー相の少なくとも一部をスラリータンク13から取り出し、シリコンインゴット4の切削に再使用することで、シリコンインゴット4の切削に伴うスラリー特性の変化を抑制することができ、尚且つスラリー寿命を延ばすことができる。
The polar solvent-containing
ここで、本実施の形態における極性溶媒含有スラリー10と極性の低い溶媒との混合方法について説明する。極性の低い溶媒は、極性溶媒含有スラリー10より比重が小さいためスラリー液面に浮く傾向がある。このままでは、極性溶媒含有スラリー10と極性の低い液体の接触面積が小さく、シリコンインゴット切削屑の移動の効率が低いことがあるため、撹拌することが好ましい。
通常、スラリータンク13にはスラリー全体を流動させるための撹拌機構が設けられているので、極性の低い溶媒が添加された極性溶媒含有スラリー10全体をこの撹拌機構により十分に撹拌しておけば、シリコンインゴット切削屑の除去効果は得られる。しかし、この撹拌機構だけでは二相に分離した極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相との混合が十分になされず、シリコンインゴット切削屑が極性の低い溶媒相へ効率的に移動されないことがある。極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相とを十分に混合するために、スラリータンク13に貯留されたスラリーを上記撹拌機構により激しく撹拌する方法が考えられるが、この方法では極性の低い溶媒がスラリー全体に分散してしまう。極性の低い溶媒がスラリー全体に分散すると、シリコンインゴット4の切削部に極性の低い溶媒が多量に導入されて切削効率が低下したり、極性の低い溶媒相に移動したシリコンインゴット切削屑を除去することが困難になったりすることがあるため現実的ではない。そこで、シリコンインゴット切削屑を極性の低い溶媒相へ効率的に移動させる方法として、極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相とを部分的に撹拌混合する機構をスラリータンク13に具備させることが有効である。
Here, a mixing method of the polar solvent-containing
Usually, the
図3は、極性溶媒含有スラリー相16と極性の低い溶媒相17とを部分的に撹拌混合する機構の一例を示している。図3に示される該機構において、スラリータンク13内のスラリー液面近傍には、撹拌羽根を備えた攪拌機18が設置されており、また、スラリータンク13の底部近傍には、例えば排出口及びポンプから構成される極性溶媒含有スラリー相取出し機構19が設けられている。攪拌機18を作動させると、撹拌羽根が回転して渦流れが発生し、スラリー液面の極性の低い液体が渦流れに巻き込まれ、極性溶媒含有スラリー相16と極性の低い溶媒相17とが部分的に撹拌混合される。この渦流れにより極性の低い液体の一部は極性溶媒含有スラリー相16中に分散するがスラリーの流動が激しくない部分で再浮上し、スラリー液面に極性の低い液体が集まる。このようにスラリータンク13内に極性溶媒含有スラリー相16と極性の低い溶媒相17とを部分的に撹拌混合する機構を設けることで、極性溶媒含有スラリーと極性の低い溶媒との接触面積を拡大させることができ、シリコンインゴット切削屑の移動効率を大きく向上させることができる。
FIG. 3 shows an example of a mechanism for partially stirring and mixing the polar solvent-containing
また、シリコンインゴット4の切削を継続するうちに極性の低い溶媒相には、シリコンインゴット切削屑が次第に蓄積され、極性の低い溶媒相の流動性が低下し、シリコンインゴット切削屑の移動効率が低下したり、シリコンインゴット4の切削部に悪影響を及ぼしたりする虞がある。そのため、極性の低い溶媒相からシリコンインゴット切削屑を分離(除去)することができれば、スラリー特性の変化抑制効果及びスラリー寿命延長効果が大きくなる。そこで、極性の低い溶媒相からシリコンインゴット切削屑を分離する機構をシリコンインゴット切削装置1に具備させることが有効である。
In addition, as the
図4は、極性の低い溶媒相からシリコンインゴット切削屑を分離する機構の一例を示している。図4に示される該機構は、スラリータンク13内のスラリー液面近傍のシリコンインゴット切削屑を含む極性の低い溶媒相の一部を吸い上げるための極性の低い溶媒相吸上げ機構20(例えば、ポンプ)と、極性の低い溶媒相吸上げ機構20により吸い上げられたシリコンインゴット切削屑を含む極性の低い溶媒をシリコンインゴット切削屑と極性の低い溶媒とに分離するための固液分離機21と、固液分離機21によりシリコンインゴット切削屑が除去された極性の低い溶媒をスラリータンク13に戻すための極性の低い溶媒戻し配管22とを備えている。このように構成された該機構において、スラリー液面近傍に集まった極性の低い溶媒相の一部は極性の低い溶媒相吸上げ機構20により吸い上げられ、次いで固液分離機21に導入されて、シリコンインゴット切削屑と極性の低い溶媒とに分離される。シリコンインゴット切削屑が除去された極性の低い溶媒は、極性の低い溶媒戻し配管22を通ってスラリータンク13に戻される(極性溶媒含有スラリー10に再添加される)。
また、吸い上げられた極性の低い溶媒には、極性溶媒含有スラリー10が混入することがあるので、図5に示すような極性の低い溶媒と極性溶媒含有スラリー10とを分離する機構23を、極性の低い溶媒相吸上げ機構20と固液分離機21との間に設置してもよい。図5に示される該機構23では、傾斜して設置された分離フィルター24上に、吸い上げられた極性の低い溶媒を流すことで、低粘度で比重の大きい極性溶媒含有スラリー10は分離フィルター24を通って落下する一方、極性の低い溶媒は分離フィルター24上を流れていき、固液分離機21に導入される。分離フィルター24を通って落下した極性溶媒含有スラリー10は、極性の低い溶媒戻し配管22を介してスラリータンク13に戻される。分離フィルター24の目開きは、特に限定されるものではなく、極性溶媒含有スラリー10の粘度等を考慮して適宜決定すればよい。このような機構23をシリコンインゴット切削装置1に具備させることで、スラリー特性の変化抑制効果及びスラリー寿命延長効果を更に高めることができる。
FIG. 4 shows an example of a mechanism for separating silicon ingot cutting waste from a solvent phase with low polarity. The mechanism shown in FIG. 4 includes a low-polarity solvent phase suction mechanism 20 (for example, a pump) for sucking up a part of a low-polarity solvent phase containing silicon ingot cutting scraps in the vicinity of the slurry liquid level in the
Moreover, since the polar solvent-containing
なお、図4では、回転可能な円筒状フィルターの内部にシリコンインゴット切削屑を含む極性の低い溶媒を流し込み、遠心力で濾過する固液分離機を用いて、吸い上げられた極性の低い溶媒を連続的に処理する方法を示しているが、特に連続で行う必要はなく、吸い上げた極性の低い溶媒を回分処理して戻す操作を繰り返してもよい。また、図4では、極性の低い溶媒相吸上げ機構20により極性の低い溶媒相の一部を吸い上げる方法を示しているが、特にこの方法に限定されるものではなく、適当な装置により極性の低い溶媒相の一部をすくい取ってもよい。
In FIG. 4, a low-polarity solvent containing silicon ingot cutting waste is poured into a rotatable cylindrical filter, and the sucked low-polarity solvent is continuously used using a solid-liquid separator that is filtered by centrifugal force. However, it is not necessary to carry out the treatment continuously, and the operation of batch-treating the sucked-down low-polarity solvent back may be repeated. FIG. 4 shows a method of sucking up a part of the solvent phase having a low polarity by the solvent
本実施の形態における極性溶媒含有スラリー10を構成する極性溶媒としては、水、アルコール類、グリセリンやエチレングリコール等の多価アルコール類、エタノールアミン類、DMF、DMA、NMP等の極性有機溶剤を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせた混合物として用いることができる。
Examples of the polar solvent constituting the polar solvent-containing
本実施の形態における砥粒としては、研磨材として一般的に用いられ、上記極性溶媒に馴染みが良い親水性の高い粒子ものであればよく、例えば、炭化ケイ素、酸化セリウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。このような砥粒は市販されており、具体的には炭化ケイ素としては、商品名GC(Green Silicon Carbide)およびC(Black Silicon Carbide)(株式会社フジミインコーポレーテッド製)、酸化アルミニウムとしては、商品名FO(Fujimi Optical Emery)、A(Regular Fused Alumina)、WA(White Fused Alumina)およびPWA(Platelet Calcined Alumina)(株式会社フジミインコーポレーテッド社製)等が挙げられる。砥粒の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、好ましくは1μm〜60μm、より好ましくは5μm〜20μmである。砥粒の平均粒子径が1μm未満であると、切削速度が著しく遅くなってしまい実用的ではなく、砥粒の平均粒子径が60μmを超えると、切削後のシリコンウェハ表面の表面粗さが大きくなり、ウェハ品質が低下してしまうことがあるため好ましくない。砥粒の含有量は、特に限定されるものではないが、極性溶媒含有スラリー全体の質量に対して、好ましくは30質量%〜70質量%である。砥粒の含有量が30質量%未満であると、切削速度が遅くなり、実用性が乏しくなることがあり、砥粒の含有量が70質量%を超えると、極性溶媒含有スラリー10の粘度が過大になって、極性溶媒含有スラリー10をシリコンインゴット4の切削部に導入し難くなることがある。
As the abrasive grains in the present embodiment, any particles that are generally used as an abrasive and are highly hydrophilic particles that are familiar with the above polar solvent may be used. For example, silicon carbide, cerium oxide, boron nitride, aluminum oxide Zirconium oxide and silicon dioxide can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more. Such abrasive grains are commercially available. Specifically, as silicon carbide, trade names GC (Green Silicon Carbide) and C (Black Silicon Carbide) (manufactured by Fujimi Incorporated), and as aluminum oxide, products Names include FO (Fujimi Optical Emery), A (Regular Fused Aluminum), WA (White Fused Aluminum), and PWA (Platelet Calcined Alumina) (manufactured by Fujimi Incorporated). Although the average particle diameter of an abrasive grain is not specifically limited, Preferably it is 1 micrometer-60 micrometers, More preferably, it is 5 micrometers-20 micrometers. When the average particle diameter of the abrasive grains is less than 1 μm, the cutting speed is remarkably slow, which is not practical. When the average particle diameter of the abrasive grains exceeds 60 μm, the surface roughness of the silicon wafer surface after cutting is large. This is not preferable because the wafer quality may deteriorate. Although content of an abrasive grain is not specifically limited, Preferably it is 30 mass%-70 mass% with respect to the mass of the whole polar solvent containing slurry. When the content of the abrasive grains is less than 30% by mass, the cutting speed becomes slow and the practicality may become poor. When the content of the abrasive grains exceeds 70% by mass, the viscosity of the polar solvent-containing
また、上記極性溶媒含有スラリー10に対して、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類水酸化物等の塩基性物質を添加してもよい。この場合には、ワイヤー5とシリコンインゴット4との抵抗を減らす効果がある。アニオン系、カチオン系、非イオン系の各種界面活性剤を添加してもよい。この場合には、極性溶媒含有スラリー10の粘度の安定性向上や極性溶媒含有スラリー10とワイヤー5やシリコンインゴット4との馴染みを良くする効果がある。高分子や低分子の増粘剤等を混合してもよい。この場合には、極性溶媒含有スラリーをシリコンインゴット4の切削部に効率的に導入したり、極性溶媒含有スラリー10中の砥粒の沈降を抑制したりする効果がある。
Moreover, alkaline metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, and alkaline earth hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide and barium hydroxide with respect to the polar solvent-containing
本実施の形態における極性溶媒含有スラリー10は、上記の各成分を所望の割合で混合することにより調製することができる。各成分を混合する方法は任意であり、例えば、翼式撹拌機で撹拌することにより行うことができる。また、各成分の混合順序についても任意である。更に、精製などの目的で、調製された極性溶媒含有スラリー10に更なる処理、例えば、濾過処理、イオン交換処理等を行ってもよい。
The polar solvent-containing
本実施の形態における極性の低い溶媒とは、極性溶媒含有スラリー10に全く溶解しないものである必要はなく、極性溶媒より比重が低く、添加した際に極性溶媒含有スラリー10中に完全に溶解してしまうことなく極性溶媒含有スラリー10と別の液体相を形成する(相分離を起こす)ものであればよい。このような溶媒は、極性の低い構造を分子全体又は一部に有する化合物であることができる。極性の低い構造を有する化合物としては、脂肪族や芳香族の炭化水素、ポリシロキサン、ポリオキシアルキレン、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック共重合体、フッ素や塩素を含有する有機物等が挙げられる。極性溶媒含有スラリー10と相分離を起こすものであれば、分子内に親水基を有するものであってもよい。適切な親水基、例えば、窒素、硫黄、酸素等を含む官能基を有する極性の低い溶媒は、その分子内に極性の高い部分が局部的に形成されているので、極性の低い溶媒が界面活性剤的に機能し、シリコンインゴット切削屑の極性の低い溶媒への移動を起こりやすくすることができる。また、上記極性の低い溶媒の中でも、シリコン表面に特異的に吸着する官能基を有するものを使用することで、極性溶媒含有スラリー相から極性の低い溶媒相へのシリコンインゴット切削屑の移動をより起こし易くすることができる。また、シリコンインゴット切削屑は酸化されやすく、特に極性溶媒含有スラリー10がアルカリ性である場合には酸化が顕著である。このような場合、シリコンインゴット切削屑の酸化により極性溶媒含有スラリー10の特性が変化する虞があるが、シリコン表面に特異的に吸着する官能基を有する溶媒を用いることで、シリコンインゴット切削屑の酸化を抑制すること(防食)もできる。このような吸着官能基としては、例えば、アミノ基、アルキルアミノ基、ヒドロキシアミノ基、イミノ基、シアノ基、ニトロ基、ニトロソ基などの窒素原子(N)、メルカプト基、スルフィニル、スルフォニル基等の硫黄原子(S)、カルボニル基やエーテル基などの酸素原子(O)等を有する各種置換基が挙げられる。上記した極性の低い溶媒の中でも、蒸気圧が小さく作業上の安全性が高いという観点から、ポリジメチルシロキサン、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック共重合体、ポリオキシエチレンアルキルアミンエーテル等の分子量の大きい液体を用いることが好ましい。
極性の低い溶媒の添加量は、シリコンインゴット4の切削に悪影響を与えない程度の量とすることが好ましい。具体的には、極性の低い溶媒を極性溶媒含有スラリー10に対して、0.1質量%以上、20質量%未満で添加することが好ましく、0.15質量%以上、10質量%未満で添加することが更に好ましい。極性の低い溶媒の添加量が0.1質量%未満であると、極性の低い溶媒の添加効果が十分に得られないことがあり、また、20質量%以上であると、極性の低い溶媒がシリコンインゴット4の切削部に侵入して悪影響を与える可能性がある。つまり、上記のような範囲にすることで、極性の低い溶媒は液滴の状態で、或いはシリコンインゴット切削屑や砥粒に付着した状態で極性溶媒含有スラリー相中に少量存在するだけで、その大部分はスラリー液面に集まるので、シリコンインゴット4の切削に与える影響を著しく小さくすることができる。
極性の低い溶媒は、シリコンインゴット4の切削の開始前又は開始時に、スラリータンク13内の極性溶媒含有スラリー10に予め添加してもよいし、或いはシリコンインゴット4の切削の開始後に、シリコンインゴット4の切削に悪影響を与えないような場所、例えば、スラリー回収部11、スラリー回収配管14、スラリータンク13等から添加してもよい。
The low-polarity solvent in the present embodiment does not have to be completely insoluble in the polar solvent-containing
The addition amount of the low polarity solvent is preferably set to an amount that does not adversely affect the cutting of the
The low-polarity solvent may be added in advance to the polar solvent-containing
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to these.
〔実施例1〜3及び比較例1〕
水40kg、グリセリン20kg及びSiC砥粒(株式会社フジミインコーポレーテッド製、GC#1200)50kgを混合して極性溶媒含有スラリーとした。この極性溶媒含有スラリーと、図1及び2に示したものと同じ構成のシリコンインゴット切削装置(マルチワイヤーソー)とを用いて、下記に示す切削条件で多結晶のシリコンインゴット(150mm角、25mm長)が切断されるまで切削を行った。
[Examples 1 to 3 and Comparative Example 1]
40 kg of water, 20 kg of glycerin, and 50 kg of SiC abrasive grains (manufactured by Fujimi Incorporated, GC # 1200) were mixed to obtain a polar solvent-containing slurry. Using this polar solvent-containing slurry and a silicon ingot cutting device (multi-wire saw) having the same configuration as that shown in FIGS. 1 and 2, a polycrystalline silicon ingot (150 mm square, 25 mm length) under the cutting conditions shown below. ) Was cut until it was cut.
<切削条件>
ワイヤー径:100μm
切削代:0.13mm
切削ピッチ:0.39mm
切削速度:0.35mm/分
ワイヤー走行速度:600m/分
<Cutting conditions>
Wire diameter: 100 μm
Cutting allowance: 0.13mm
Cutting pitch: 0.39 mm
Cutting speed: 0.35 mm / min Wire traveling speed: 600 m / min
実施例1〜3では、切削開始時にスラリータンク内に表1に示した極性の低い溶媒を添加した。比較例1では、極性の低い溶媒を添加しなかった。切削前後における極性溶媒含有スラリーの粘度の変化を表1に示した。 In Examples 1 to 3, the low polarity solvent shown in Table 1 was added to the slurry tank at the start of cutting. In Comparative Example 1, no low polarity solvent was added. Changes in the viscosity of the polar solvent-containing slurry before and after cutting are shown in Table 1.
表1から分かるように、比較例1では、シリコンインゴットの切削により極性溶媒含有スラリーの粘度が上昇した。これに対し、実施例1〜3では、切削前後における極性溶媒含有スラリーの粘度変化が極めて小さく、極性の低い溶媒の添加により粘度上昇を有意に抑制することができた。これは、極性溶媒含有スラリーに混入してくるシリコンインゴット切削屑を極性の低い溶媒相に移動させることができているためである。 As can be seen from Table 1, in Comparative Example 1, the viscosity of the polar solvent-containing slurry was increased by cutting the silicon ingot. In contrast, in Examples 1 to 3, the change in the viscosity of the polar solvent-containing slurry before and after cutting was extremely small, and the increase in viscosity could be significantly suppressed by the addition of a low polarity solvent. This is because the silicon ingot cutting waste mixed in the polar solvent-containing slurry can be moved to the solvent phase having a low polarity.
〔実施例4〜6及び比較例2〕
水40kg、グリセリン20kg、SiC砥粒(株式会社フジミインコーポレーテッド製、GC#1200)50kg及び水酸化ナトリウム500gを混合して極性溶媒含有スラリーとした。この極性溶媒含有スラリーを用いて実施例1〜3と同様にシリコンインゴットの切削を行った。
[Examples 4 to 6 and Comparative Example 2]
40 kg of water, 20 kg of glycerin, 50 kg of SiC abrasive grains (manufactured by Fujimi Incorporated, GC # 1200) and 500 g of sodium hydroxide were mixed to obtain a polar solvent-containing slurry. The silicon ingot was cut in the same manner as in Examples 1 to 3 using this polar solvent-containing slurry.
表2から分かるように、比較例2では、シリコンインゴットの切削により極性溶媒含有スラリーの粘度が大きく上昇した。これは、シリコンインゴット切削屑の混入に加え、アルカリによるシリコンインゴット切削屑の酸化が影響している。これに対し、実施例4〜5では、切削前後における極性溶媒含有スラリーの粘度変化が極めて小さく、極性の低い溶媒の添加により粘度上昇を有意に抑制することができた。これは、極性溶媒含有スラリーに混入してくるシリコンインゴット切削屑を極性の低い溶媒相に移動させると共に、シリコンインゴット切削屑の酸化を抑制することができているためである。また、実施例6では、極性の低い溶媒として添加したポリオキシエチレンアルキルアミンエーテルが、分子中の窒素原子がシリコンインゴット切削屑に吸着し易く、シリコンインゴット切削屑に対する防食作用が強いため、極性溶媒含有スラリーの粘度変化をより抑えることができた。 As can be seen from Table 2, in Comparative Example 2, the viscosity of the polar solvent-containing slurry was greatly increased by cutting the silicon ingot. This is influenced by the oxidation of silicon ingot cutting scraps by alkali in addition to the mixing of silicon ingot cutting scraps. In contrast, in Examples 4 to 5, the change in viscosity of the polar solvent-containing slurry before and after cutting was extremely small, and the increase in viscosity could be significantly suppressed by the addition of a low polarity solvent. This is because the silicon ingot cutting waste mixed in the polar solvent-containing slurry can be moved to a solvent phase having a low polarity and the oxidation of the silicon ingot cutting waste can be suppressed. Moreover, in Example 6, since the polyoxyethylene alkylamine ether added as a low-polarity solvent is easy to adsorb | suck to the silicon ingot cutting waste, the nitrogen atom in a molecule | numerator, and since the anticorrosion action with respect to a silicon ingot cutting waste is strong, a polar solvent The viscosity change of the containing slurry could be further suppressed.
1 シリコンインゴット切削装置、2 シリコンインゴット送り機構、3 ワイヤー送り機構、4 シリコンインゴット、5 ワイヤー、6 ワイヤー送出機構、7 ワイヤー巻取機構、8 張力制御ローラー、9a,9b 回転ローラー、10 極性溶媒含有スラリー、11 スラリー回収部、12 スラリー供給機構、13 スラリータンク、14 スラリー回収配管、15 スラリー供給配管、16 極性溶媒含有スラリー相、17 極性の低い溶媒相、18 攪拌機、19 極性溶媒含有スラリー相取出し機構、20 極性の低い溶媒相吸上げ機構、21 固液分離機、22 極性の低い溶媒戻し配管、23 極性の低い溶媒と極性溶媒含有スラリーとを分離する機構、24 分離フィルター。 1 Silicon Ingot Cutting Device, 2 Silicon Ingot Feeding Mechanism, 3 Wire Feeding Mechanism, 4 Silicon Ingot, 5 Wire, 6 Wire Feeding Mechanism, 7 Wire Winding Mechanism, 8 Tension Control Roller, 9a, 9b Rotating Roller, 10 Contains Polar Solvent Slurry, 11 Slurry recovery unit, 12 Slurry supply mechanism, 13 Slurry tank, 14 Slurry recovery piping, 15 Slurry supply piping, 16 Polar solvent-containing slurry phase, 17 Low polarity solvent phase, 18 Stirrer, 19 Polar solvent-containing slurry phase extraction Mechanism, 20 Low-polarity solvent phase suction mechanism, 21 Solid-liquid separator, 22 Low-polarity solvent return piping, 23 Mechanism that separates low-polarity solvent and polar solvent-containing slurry, 24 Separation filter.
Claims (6)
極性溶媒含有スラリーと相分離を起こす極性の低い溶媒を極性溶媒含有スラリーに添加することにより極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相との二相に分離させ、極性溶媒含有スラリー相の少なくとも一部をシリコンインゴットの切削に用いることを特徴とするシリコンインゴット切削方法。 A method for cutting a silicon ingot that recovers and reuses a slurry containing a polar solvent used to cut a silicon ingot,
A low-polarity solvent that causes phase separation with the polar solvent-containing slurry is added to the polar solvent-containing slurry to separate the polar solvent-containing slurry phase and the low-polarity solvent phase into at least one of the polar solvent-containing slurry phases. A silicon ingot cutting method, wherein the portion is used for cutting a silicon ingot.
スラリータンク中で二相に分離した極性溶媒含有スラリー相と極性の低い溶媒相とのうち、極性溶媒含有スラリー相の少なくとも一部をスラリータンクから取り出す機構と、
取り出された極性溶媒含有スラリーをワイヤーに供給する機構と
を備えることを特徴とするシリコンインゴット切削装置。 Supplying the polar solvent-containing slurry from the slurry tank to the running wire, pressing the wire against the silicon ingot to cut the silicon ingot, and collecting the polar solvent-containing slurry supplied to the wire into the slurry tank for reuse An ingot cutting device,
Among the polar solvent-containing slurry phase and the low-polarity solvent phase separated into two phases in the slurry tank, a mechanism for taking out at least a part of the polar solvent-containing slurry phase from the slurry tank;
A silicon ingot cutting device comprising: a mechanism for supplying the extracted polar solvent-containing slurry to a wire.
取り出された極性の低い溶媒を固液分離する機構と、
固液分離された液体分としての極性の低い溶媒を前記スラリータンクに戻す機構と
を更に備えることを特徴とする請求項4又は5に記載のシリコンインゴット切削装置。 A mechanism for removing from the slurry tank at least a part of the low-polarity solvent phase separated in the slurry tank;
A mechanism for solid-liquid separation of the extracted low polarity solvent;
6. The silicon ingot cutting device according to claim 4, further comprising a mechanism for returning a low-polarity solvent as a liquid component subjected to solid-liquid separation to the slurry tank.
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