專利名稱：硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種處理硅晶圓廢棄物的方法與裝置，且特別是有關于一種能增加產(chǎn) 品附加價值，且能有效地解決環(huán)境污染問題的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法及其設備。
背景技術：
在制造半導體芯片及太陽能板的產(chǎn)業(yè)中，將硅晶棒切割成厚薄均一的硅晶圓(片)已屬于標準流程的一環(huán)，其通常使用特殊的金屬線鋸(Wire Saw)為切割刀具，并采用高硬度的碳化硅(SiC，金鋼砂)為研磨料，再輔以混有聚乙二醇(PEG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇(PG)等礦物油酯為切削冷卻液，這樣，當金屬線鋸高速往復運行時，就可配合碳化硅為介質(zhì)來提高線鋸的切削能力，以對硅芯片形成切割作用，且切割同時，將以聚乙二醇為主成份的切削液對著切割部位噴出，一方面除了作為冷卻及潤滑用途之外，另一方面尚可將切割時所產(chǎn)生的硅粉及雜質(zhì)帶出切割槽道，使晶圓切割制程能順利且平穩(wěn)地進行，以利進行后續(xù)制程。在硅晶圓被切割、研磨的過程中，對切割區(qū)所噴出且使用過后的切削液，會夾帶著切削時所產(chǎn)生的硅粉碎屑、雜質(zhì)與被磨耗的碳化硅，不斷地排出切割區(qū)外，進而成為粒子濃度與濁度極高的漿狀廢油泥，以往，國內(nèi)多數(shù)的硅晶圓切割廠商對于這些廢油泥，只能以廢棄物方式來處理，或是以重油進行焚燒后將灰渣掩埋，但是，仍需要支出高昂的費用請廢棄物業(yè)者處理，且廢油泥如果以焚化方式處理，也會產(chǎn)生大量的二氧化碳，相當不環(huán)保，因此，對于硅晶圓切割研磨后所產(chǎn)生的廢油泥，焚化或掩埋均非理想的處理方法。目前，國外業(yè)者已嘗試采用過濾設備來回收廢油泥中的切削油料，其通常利用薄膜技術來進行固液分離，雖然此方式可獲得部分液態(tài)再生油，供硅晶圓切割研磨時回收再使用，但此法卻也會產(chǎn)生大量的污泥(濾餅)，這些污泥中仍含有可再利用的碳化硅、硅粒與聚乙二醇，但并沒有再予以回收處理，而只視同廢棄物來掩埋，同樣造成嚴重的環(huán)保問題，且僅以固液分離方式來進行再生油的回收，其經(jīng)濟效益并不理想，主因在于廢油泥進行膜過濾時，并沒有獲得良好的前處理，使得膜孔極易污堵，造成膜的操作周期降低，成本增加。此外，近年來在太陽能產(chǎn)業(yè)的強力帶動之下，使得原本作為耗材的碳化硅已嚴重供不應求，連帶讓作為潤滑與冷卻用途的聚乙二醇也隨之大幅提升用量，且已成了一項頗高的支出，因此，基于成本與環(huán)保因素的考慮之下，業(yè)者除了自廢油泥中回收再生油之外，也勢必須考慮將尚有利用價值的碳化硅、硅粉，自濾餅中進一步地分離回收，以減少廢棄物的生成與總量，以降低環(huán)境污染與處置成本。因此，如何在回收成本與環(huán)保之間達成平衡，至今仍沒有一有效率且符合操作成本的處理方法，使得硅晶圓切割業(yè)者在環(huán)保改善成本負荷上愈來愈高，故如何積極通過提高生產(chǎn)質(zhì)量及污染防治技術來兼顧經(jīng)濟與環(huán)保，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)業(yè)競爭力，已成為目前相關產(chǎn)業(yè)迫切努力的目標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種可減少廢棄物生成、相對回收成本低，不僅能有效地解決環(huán)保問題，且可自廢棄物中分離出可回收的再生油及碳化硅等副產(chǎn)品的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其中，包含以下步驟
步驟A:將預先經(jīng)過脫水后的一濾餅置入一處理槽中，該濾餅是自硅晶圓切割研磨后所產(chǎn)生的漿狀廢油泥進行壓濾后所生成，并且至少含有硅粉、碳化硅以及由聚乙二醇為主所構成的殘留切削液；
步驟B :在該處理槽內(nèi)加入一催化劑，使該濾餅被混合稀釋成一工作液體，且可促使工作液體中的娃與該催化劑產(chǎn)生催化反應后，以生成固態(tài)的二氧化娃及氣態(tài)的氫氣；
步驟C :將處理槽內(nèi)的氫氣抽引入一集氣槽內(nèi)壓縮儲置；
步驟D :利用比重分離方式在已稀釋污泥濃度后的工作液體之中，更進一步地分離出其內(nèi)的硅及碳化硅，以便選別回收；
步驟E :將選別出硅及碳化硅的工作液體，再利用膜過濾方式進行固液分離，促使該工作液體能被分離成固態(tài)的二氧化硅及液態(tài)的水、聚乙二醇；以及
步驟F :將液態(tài)的水及聚乙二醇再經(jīng)過逆滲透處理后，而獲得可再利用的水以及以聚乙二醇為主成份的回收切削液。進一步，在步驟B時，所加入的催化劑為水。進一步，在步驟E時，所使用的固液分離是采用圓型平板UF膜來進行分離。進一步，在步驟F之后，可將經(jīng)過逆滲透回收后的水，再引回該處理槽中，供步驟B的催化劑來使用。進一步，在步驟F之后，液態(tài)的聚乙二醇再以蒸餾方式除去其殘留水分及廢油，以形成可供再使用的再生油。進一步，在步驟F時，是以RO或NF膜來進行逆滲透處理。進一步，在步驟B時，還包含有在該處理槽內(nèi)打入加壓氣體，以混合成該工作液體。進一步，在步驟D之后，更具有將選別后的硅及碳化硅經(jīng)過干燥處理，以便包裝回收。
進一步，在步驟E時，是以負壓吸力來抽取工作水體中的水及聚乙二醇。本發(fā)明的第二目的在于提供一種能降低膜堵塞，以延長膜操作壽命，且能增加回收處理效率的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理設備。為了達到該第二目的，其采用的技術方案為
一種硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理設備，其中，包含
一處理槽，為密閉式的容器,用以容置廢棄濾餅及水液混后的工作液體,具有一高于液面高度的投料口、一用以抽引氫氣的排氣口，以及一曝氣孔；
一集氣槽，用來回收產(chǎn)生于該處理槽內(nèi)的氫氣；
一過濾槽，具有一伸縮管，該伸縮管自外部延伸入該處理槽內(nèi)，其底端具有一活動吸嘴，用以將工作液體內(nèi)的水、二氧化硅及聚乙二醇等液體抽送至該過濾槽內(nèi)；一固液分離單元，為圓型平板UF膜組并設置在該過濾槽內(nèi)，具有多個UF膜、組串有前述UF膜且呈水平可樞轉(zhuǎn)的一集液管、一位于該過濾槽外部用以帶動UF膜以集液管為中心轉(zhuǎn)動的馬達，以及一用來唧取透過UF膜且匯集到該集液管內(nèi)液體的抽油泵；以及
一逆滲透過濾單元，接設在該抽油泵的出水端，用以進一步地分離出水及濃縮的聚乙二醇，而獲得可回收再利用的水及以聚乙二醇為主成份的再生油，該逆滲透過濾裝置具有一使回收的水可借著該回水管路抽引回該處理槽內(nèi)的回水管路。采用上述結構后，本發(fā)明先以水為主成份的催化劑來混合濾餅，使濾餅被稀釋成工作液體，進而與硅粉產(chǎn)生催化作用形成二氧化硅與氫氣，然后將氫氣抽引回收，接著，再通過水來進行比重分離，以選別碳化硅與剩余的硅粒，繼之，再進行固液分離，使工作液體被分離成固態(tài)的二氧化硅與液態(tài)的水及聚二乙醇，最后，再來進一步分離出水及聚乙二醇，如此，使得原本回收制程中所產(chǎn)出的廢泥渣，能再回收出有用的硅粒、碳化硅、二氧化硅及聚乙二醇，以減少廢棄物總量，降低廢棄物以掩埋方式的困擾，且更附帶產(chǎn)出具有商業(yè)價值的氫氣，使本發(fā)明能提升利用的附加價值，更達成節(jié)能減廢的目的。


圖I為一方塊流程圖，說明本發(fā)明硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法的處理流程。圖2為一系統(tǒng)結構圖，說明本發(fā)明處理濾餅的回收系統(tǒng)整體配設情形。圖3為一局部剖視圖，說明本發(fā)明的過濾槽內(nèi)部結構。圖4為一局部剖視圖，說明本發(fā)明的圓型平板UF膜過濾裝置的剖面結構。圖中
100濾餅200處理槽210投料口220曝氣孔230排氣口240落料口250篩料桶300工作液'400集氣槽500過濾槽510伸縮管520吸嘴600固液分離單元610UF膜620集液管630馬達640抽油泵650刮動組件700逆滲透處理單元710回水管路800儲油槽。
具體實施例方式為了進一步解釋本發(fā)明的技術方案，下面通過具體實施例來對本發(fā)明進行詳細闡述。參照圖I至圖3，本發(fā)明硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法的一實施例，包含以下步驟
步驟(A):將預先經(jīng)過壓濾脫水處理后的一濾餅100 (Filter Cake)由一投料口 210置入一處理槽200中，而該處理槽200呈密閉狀，該濾餅100自晶圓切割研磨后所產(chǎn)生的漿狀廢油泥(Wafer Cutting Waste)進行初步的壓濾后所生成,并且至少含有娃粉(Si)、碳化娃(SiC)及聚乙二醇(PEG)為主所構成的殘留切削液。
在本實施例中，衆(zhòng)狀廢油泥采用板框式壓濾機(plate-frame filter press,或稱污泥脫水機)來進行脫水，利用壓濾機的濾布來截留廢油泥中大部分的固形物，再經(jīng)由高壓空氣的二次壓縮后形成泥渣狀的濾餅，這種濾餅除了含有硅粉(Si)、碳化硅(SiC)及雜質(zhì)之外，仍殘留少量由聚乙二醇(PEG)為主所構成的切削油酯，本發(fā)明即是針對濾餅100中的這些組成物來進行再處理及回收包裝。步驟(B):在該處理槽200內(nèi)泵送入一催化劑，在本實施例中，該催化劑較佳地為含有水成份的液體，更進一步地，此液體中并帶有少量的微細氣泡，如此，可使原本呈泥渣狀的濾餅100在被稀釋后，成為帶有氣泡與固形物的工作液體300，而前述的微細氣泡可以采用文氏管原理，將液、氣預先混合后再打入該處理槽200中，一方面可加速水體與濾餅100的攪拌以產(chǎn)生化學反應，另一方面，可將濾餅100中質(zhì)量較輕的殘余聚乙二醇等油質(zhì)及雜質(zhì)，借著氣泡的浮力而托升于液面上層，以利于后續(xù)的分離。因此，在預定時間之后，工作液體300中的催化劑與硅粉形成催化反應，并逐漸地生成固態(tài)的二氧化硅(SiO2，玻璃砂)及氣態(tài)的氫氣(H)，其化學反應式為
Si+2H20 = SiO2 (固態(tài))+2 (氣態(tài))
在本實施例中，該催化劑是由該處理槽200近底部的一曝氣孔220泵入，此外，上述催化劑中所含有的液體與氣泡量的比例，是以3 :1為最佳，且工作液體300的液面高度略低于該投料口 210，以提供氫氣暫存空間。步驟(C):在預定時間之后，將處理槽200上層的氫氣自一排氣口 230抽引入一集氣槽400內(nèi)作壓縮儲置，其產(chǎn)生的氫氣可以另外分裝出售，供產(chǎn)生熱源再利用。步驟(D):由于硅粒與碳化硅的比重皆高于水(硅比重為2. 3，碳化硅的比重為
3.2)，因此，在氫氣(H)被抽引出處理槽200后，便可以利用比重分離方式，在該工作液體300之中更進一步地分離出殘留硅粒及碳化硅，在本實施例中，依序沉降在該處理槽200底部的固態(tài)碳化硅及硅粒，可再由底部的一落料口 240排出至一篩料桶250中，并經(jīng)過干燥處理后，以便各自選別(Sorting)回收。步驟(E):將選別出硅粒及碳化硅的工作液體300，抽送至一過濾槽500內(nèi)進行固液分離，在本實施例中，該過濾槽500具有一伸縮管510，該伸縮管510自外部延伸入該處理槽200內(nèi)，且底端接設有一圓錐形的吸嘴520，該吸嘴520可隨著工作液體300的液位高度進行活動升降，且該吸嘴520底端的開孔設有細微網(wǎng)目(圖未示)，用以將工作液體300內(nèi)的水、二氧化硅及聚乙二醇等液體抽送至該過濾槽內(nèi)500。而且，該過濾槽500內(nèi)設有半沉降式的一固液分離單元600，該固液分離單元600優(yōu)選地采用圓型平板UF膜，請參圖4所示，其整體結構是將多個UF膜610串組于一呈水平且可樞轉(zhuǎn)的集液管620上，并在該過濾槽500外部以馬達630來帶動UF膜610以集液管620為中心轉(zhuǎn)動，而另一側則利用一抽油泵640，來唧取透過UF膜610且匯集到該集液管620內(nèi)的液體，借著抽油泵640的負壓吸力抽引之下，使工作液體300中呈液態(tài)的水、聚乙二醇等切削液，便可以通過UF膜610的過濾而被抽送出該過濾槽500外匯集，而固態(tài)的二氧化硅等細小雜質(zhì)等固形物則被截留在過濾槽500內(nèi)，且隨著過濾槽500內(nèi)固形物粒子濃度的不
7斷提高，就可以將二氧化硅及雜質(zhì)經(jīng)過蒸發(fā)干燥處理，以回收作為二級建材再利用(例如作為燒磚、建筑隔間材料或步道用地磚…等)，這樣，原有的工作液體300就能被分離成固態(tài)的二氧化硅及液態(tài)的水、聚乙二醇等切削液。在此步驟中，為了延長UF膜的操作周期，每個UF膜610之間可掛置上一刮動組件650，該刮動組件650可以在UF膜610旋轉(zhuǎn)時，對膜面形成自動刮泥的作用，以防止膜表面積垢、堵塞，進而降低水液通過膜的濾速。步驟(F):將液態(tài)的水及聚乙二醇再經(jīng)過一逆滲透處理單元700的逆滲透處理，該逆滲透處理單兀700可米用NF (Nano Filtration)膜或RO (Reverse Osmosis)膜來進行，本實施例是使用RO膜，利用RO膜只允許水分子透析過膜孔的特性，來進一步地分離出水及濃縮的聚乙二醇，而獲得可回收再利用的水及以聚乙二醇為主成份的油酯，其中，回收水可以一回水管路710抽送到步驟(B)的處理槽200內(nèi)，以提供作為與硅粉的催化催化劑使用，以減少處理槽200所需要的用水量。步驟(G):前述的液態(tài)聚乙二醇可再以蒸餾方式除去其殘留水分及廢油，而濃縮后的聚乙二醇則可以通過濁度計的檢測后，以形成可供回收再利用的再生油，并送至一儲油槽800，再生油可另行包裝后供晶圓切割研磨制程使用。因此，本發(fā)明先利用以水為主成份的催化劑來混合經(jīng)過壓濾脫水處理后的濾餅100 (廢泥渣)，使濾餅100被稀釋成污泥濃度較低的工作液體300，進而與硅粉產(chǎn)生催化作用形成固態(tài)的二氧化硅與氣態(tài)的氫氣，然后將氫氣抽引回收，接著，再藉由水來進行比重分離，以選別出工作液體300中的碳化硅與剩余的硅粒，繼之，再采用UF膜610的來進行固液分離，使工作液體300被分離成固態(tài)的二氧化硅與液態(tài)的水及聚二乙醇，最后，再以RO膜來進一步分離水及聚乙二醇，如此，使得原本回收制程中所產(chǎn)出的廢泥渣，能再回收出有用的硅粒、碳化硅、二氧化硅及聚乙二醇，以減少廢棄物總量，降低廢棄物以掩埋方式的困擾，且更附帶產(chǎn)出具有商業(yè)價值的氫氣，使發(fā)明能提升利用的附加價值，更達成節(jié)能減廢的目的。如上所述，相較于以往晶圓切割研摩廢棄物處理方法的問題，本發(fā)明具有以下功效及優(yōu)點
一、本發(fā)明將原本不能再處理的廢棄濾餅100 (泥渣)，先經(jīng)過加水以催化出氫氣，再以比重分離選粒出碳化硅與硅粒，并通過UF膜610與RO膜的設置，來進一步分離工作液體300中的二氧化硅、水及聚乙二醇，最后產(chǎn)出可供回收使用的氫氣、硅粒、碳化硅、二氧化硅、水及聚乙二醇，使本發(fā)明能提升回收利用的附加價值，且處理后剩余的淤渣等廢棄物量相當少，以達成節(jié)能減廢的目的。二、本發(fā)明在進行固液分離程序前，先以比重分離方式選取出固態(tài)的碳化硅及硅粒，來降低工作液體300中固形物的比例，能有效地延緩后續(xù)進行固液分離時，UF膜610的積垢堵塞與工作液體300的濃度極化現(xiàn)象，膜的使用周期壽命得以延長，降低工作成本。三、此外，固液分離所采用的圓型平板UF膜610，利用膜轉(zhuǎn)動時同步被刮動的效果，可以大幅降低膜面結垢與濾餅的生成，故能提高整體回收處理的效率，并延長膜的操作壽命性，使本發(fā)明能兼顧回收效率與成本。上述實施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
權利要求
1.一種硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，包含以下步驟步驟A :將預先經(jīng)過脫水后的一濾餅置入一處理槽中，該濾餅是自硅晶圓切割研磨后所產(chǎn)生的漿狀廢油泥進行壓濾后所生成，并且至少含有硅粉、碳化硅以及由聚乙二醇為主所構成的殘留切削液；步驟B :在該處理槽內(nèi)加入一催化劑，使該濾餅被混合稀釋成一工作液體，且可促使工作液體中的娃與該催化劑產(chǎn)生催化反應后，以生成固態(tài)的二氧化娃及氣態(tài)的氫氣；步驟C :將處理槽內(nèi)的氫氣抽引入一集氣槽內(nèi)壓縮儲置；步驟D :利用比重分離方式在已稀釋污泥濃度后的工作液體之中，更進一步地分離出其內(nèi)的硅及碳化硅，以便選別回收；步驟E :將選別出硅及碳化硅的工作液體，再利用膜過濾方式進行固液分離，促使該工作液體能被分離成固態(tài)的二氧化硅及液態(tài)的水、聚乙二醇；以及步驟F :將液態(tài)的水及聚乙二醇再經(jīng)過逆滲透處理后，而獲得可再利用的水以及以聚乙二醇為主成份的回收切削液。
2.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟B時，所加入的催化劑為水。
3.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟E時，所使用的固液分離是采用圓型平板UF膜來進行分離。
4.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟F之后，可將經(jīng)過逆滲透回收后的水，再引回該處理槽中，供步驟B的催化劑來使用。
5.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟F之后，液態(tài)的聚乙二醇再以蒸餾方式除去其殘留水分及廢油，以形成可供再使用的再生油。
6.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟F時,是以RO或NF膜來進行逆滲透處理。
7.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟B時,還包含有在該處理槽內(nèi)打入加壓氣體，以混合成該工作液體。
8.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟D之后，更具有將選別后的硅及碳化硅經(jīng)過干燥處理，以便包裝回收。
9.如權利要求I所述的硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法，其特征在于，在步驟E時，是以負壓吸力來抽取工作水體中的水及聚乙二醇。
10.一種硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理設備，其特征在于，包含一處理槽，為密閉式的容器,用以容置廢棄濾餅及水液混后的工作液體,具有一高于液面高度的投料口、一用以抽引氫氣的排氣口，以及一曝氣孔；一集氣槽，用來回收產(chǎn)生于該處理槽內(nèi)的氫氣；一過濾槽，具有一伸縮管，該伸縮管自外部延伸入該處理槽內(nèi)，其底端具有一活動吸嘴，用以將工作液體內(nèi)的水、二氧化硅及聚乙二醇等液體抽送至該過濾槽內(nèi)；一固液分離單元，為圓型平板UF膜組并設置在該過濾槽內(nèi)，具有多個UF膜、組串有前述UF膜且呈水平可樞轉(zhuǎn)的一集液管、一位于該過濾槽外部用以帶動UF膜以集液管為中心轉(zhuǎn)動的馬達，以及一用來唧取透過UF膜且匯集到該集液管內(nèi)液體的抽油泵；以及一逆滲透過濾單元，接設在該抽油泵的出水端，用以進一步地分離出水及濃縮的聚乙二醇，而獲得可回收再利用的水及以聚乙二醇為主成份的再生油，該逆滲透過濾裝置具有一使回收的水可借著該回水管路抽引回該處理槽內(nèi)的回水管路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種硅晶圓切割研磨廢棄物的回收處理方法及其設備，先以水來混合經(jīng)過脫水的濾餅，使濾餅被稀釋成工作液體，且通過水與濾餅中的硅反應形成二氧化硅與氫氣，然后將氫氣抽引回收，接著，再通過水來進行碳化硅與硅粒的比重分離，以便選別回收，繼之，再進行固液分離，使液體被分離成固態(tài)的二氧化硅與液態(tài)的水及聚二乙醇，最后，再來進一步分離水及聚乙二醇，如此，即能在濾餅中回收有用的硅粒、碳化硅、二氧化硅及聚乙二醇，以減少廢棄物總量，且更附帶產(chǎn)出具有商業(yè)價值的氫氣，使本發(fā)明能提升利用的附加價值。
文檔編號C01B33/02GK102952621SQ201110239229
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2011年8月19日
發(fā)明者楊志中 申請人:臺灣水再生科技股份有限公司