[发明专利]一种处理硅晶板切割废弃物的方法及装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种处理硅晶板切割废弃物的方法及装置。

背景技术

半导体产业(Semiconductor Industry)及太阳能光电板产业(Silicon Solar Cell & Photovoltaic Industry)正蓬勃发展，而在半导体晶片以及太阳 能板的生产过程中，为了将硅晶板切割成符合需要的尺寸，制造商通常 会使用到硅晶板切割方法(wafer cutting process)。虽然，硅晶板切割方法 有很多种，但是技术最成熟也广为大多数制造商所采用的是一种名为轴 线锯切(wire sawing)的被授予专利的硅晶板切割方法。

所谓轴线锯切是一种运用俗名为金钢砂的碳化硅做为切割研磨料的 切割技术；作业时，切割机台上配置一组能够不断的自动调整张力(tension) 且多条并行的不锈钢轴线机构(stainless steel wire mechanism)不断的回 转运行，而其运行速度达到每秒10-15米(10-15m/sec)而能与硅晶板被切 割面维持一种持续施压的密接；同时，机台上向着不锈钢轴线面对硅晶 板一侧的一种高速喷嘴则不间断的喷射出一种预先调配好的水溶性切割 液(Aqueous cutting fluid或称为cutting slurry)喷在不锈钢轴线上，而切割 液的主要成份则包含俗称金钢砂的碳化硅(Silicon Carbide)、聚乙二醇 (Polyethylene Glycol简称PEG)、切削油(Cutting oil)、以及冷却水等成份。 由于切割液中所含的碳化硅是一种硬度极高的研磨料(abrasive)，因此， 喷在轴线锯上面对硅晶板的施压面时，会使轴线锯在高速运行中对硅晶 板产生蚀刻及锯切作用，而切割液中的聚乙二醇与水则作为冷却剂及清 洗剂以便将锯屑即硅粉及杂质不断的排出轴线锯以及硅晶板的接触面将 锯切面洗净，切削油则提供润滑功能，使得锯切过程能顺利行进而不产 生跳动以使切割面保持平整，整个切割方法于焉能够顺利进行。

而于切割作业中，使用过的切割液则会与被切下的硅粉以及杂质混 合且不断的排出至机台外部成为一种浆状的废弃物，一般称为硅晶板切 割废弃物(PV-Panel or wafer cutting waste)；此种废弃物系一种有害工业废 弃物，如未进行处理而随意弃置，将会对环境造成危害。

虽然，之前有业者尝试使用焚化法或深井注入法处理此种废弃物， 但其成效不彰；例如，采用焚化法时，由于硅晶板切割废弃物本身热值 很低，焚化前必须在废弃物中添加足够的燃料油以提高其热值再进行焚 化，再则，由于废弃物中的固体废弃物所含的碳化硅在焚化后会形成一 层粘膜渗透入焚化炉炉壁，容易造成炉壁结构毁损，因此，由于高昂的 处理费以及容易毁损焚化炉的问题使得焚化法目前已极少被采用。而在 深井注入法方面，主要是利用废弃的矿坑，将废弃物注入其中储藏，但 由于此种方式如不慎引起渗漏将会产生污染地下水的问题，因此除了之 前日本有些许案例外，其他国家很少采用。

除了焚化法、深井注入法之外，德国厂商也有采用框板式过滤机 (Chamber filter press)，或以Hydro-cyclone(旋流式固液分离机)先将废弃 物过滤之后，再进一步对固体物进行选别(Sorting)，之后，再将废弃物中 的碳化硅(SiC)、聚乙二醇(PEG)，以及硅粉(Si)分别加以回收，以便再度 将碳化硅、聚乙二醇再度调制成切割硅晶片方法所需的切割液供方法再 利用，这是比较先进的做法。

但是由于使用这种方法所使用的设备其造价很高，因此其服务费用 也非常高昂。因此，除了德国及德商在中国大陆设厂的部份外，其他国 家的工厂则很少采用这种处理技术或服务。

根据统计，目前提供硅晶板切割所需的切割液(Cutting fluid)，至2008 年6月份为止，每年的总需求量约为20万吨(200,000T)，工厂使用回收 的切割液的总量则不足8万吨，换言之，未经处理的切割废弃物则有12 万吨。而至2010年为止，全球总需求量约为57万吨，而预估使用回收 的切割液的总量约为23万吨，亦即，未经处理的废弃物将会高达34万 吨，而在2011年，估计全球全球总需求量将会超过69万吨，未经处理 的废弃物将会高达46万吨，这个数字真是令人触目心惊。