本发明涉及一种清洁污染碳化硅(SiC)粒子的方法与系统，尤指当SiC粒子用于切或割开太阳能电池与电子对象的硅晶圆用的切割介质悬浮液(常称为切割细泥废料(spentsawingsludge))之后，藉由除去黏附在污染SiC粒子上的微细粒子而清洁该污染SiC粒子。
背景技术：
当切割薄硅片(一般称为“晶圆”)时，将特定砂砾大小(如FEPA类别F500、F600、以及F800)的碳化硅(SiC)粒子分散在有机液体中形成悬浮液，作为切割介质之用。最常见的分散剂为有机乙二醇液体，如聚乙二醇(polyethyleneglycol)或一缩二丙二醇(di-propyleneglycol)。有时会在悬浮液中加入界面活性剂，用以降低表面张力。
通常利用表面具有黄铜的薄硬铁线的线切割器进行切割，其将硅(Si)块切成一系列薄晶圆，而切割所致的粒子悬浮在含SiC的悬浮液中。在切割制程中，悬浮液会受到来自Si块的Si、来自切割线的铁(Fe)、以及研磨颗粒裂解所致的SiC微粒(即微细粒子)所污染。
一般而言，该Si晶圆用以制造电子或微电子组件，或用以制造太阳能面板以产生电力。对这些Si晶圆干净度的要求基本上很高，实际上只能使用无Si无Fe的悬浮液。另外，必须精准要求粒径分布，以得到平滑的Si晶圆表面。切割用的SiC粒子落在一个很窄的颗粒尺寸范围内，亦即最大与最小粒子的尺寸间必须几无差异或尽可能小。
在使用一段时间之后，切割悬浮液会被SiC微粒、Si与Fe粒子所污染，因此必须换新的悬浮液。此外，SiC粒子的粒径分布会超出所欲的窄范围之外。当弃置于特定的垃圾掩埋场时会有乙二醇漏进环境中的风险。另外一个选择是燃烧该废弃切割悬浮液，将液相和固体粒子一起烧掉。当乙二醇燃烧还原成二氧化碳和水时，该固体粒子会形成含重金属的灰烬，因而产生另一个环境问题。
因此从资源、成本与环境等观点，需要发展出可从悬浮液中移除并回收SiC微粒、Si与Fe粒子的非化学方法。SiC微粒的回收，在例如太阳能电池的制程中，亦代表总能量消耗的降低。回收同时意味着相对于无清洁程序下的SiC的生产与含碳化物悬浮液的燃烧或弃置于特定垃圾掩埋场相关问题而言，较低的环境冲击。
一个经济实惠的方法代表它应该有高回收率回收组件再利用，且带有Fe、Si与SiC微粒污染的废弃物应该要可以作为有用资源加以再利用，例如用以生产铁和钢、铁合金、或耐火材料。这反过来暗示回收方法应朝此方向设计，以高产率回收有机分散试剂、重复用于Si晶圆的切割。
FEPAF500、F600以及F800微砂砾一般用于Si晶圆的切割。重要的是SiC颗粒要符合标准，才能得到好的结果。传统实务上会以大量水稀释粒子与聚乙二醇或一缩二丙二醇的悬浮液，并在沉淀容器(settlingvessel)中处理悬浮液。此方法利用SiC粒子的直径比污染物SiC微粒、Si与Fe粒子大的事实。
严格要求粒径在窄的限制范围内会导致产率低。因此需要在SiC微粒、Si与Fe的更小粒子达到所欲颗粒尺寸SiC的沉淀相前中断该沉淀程序。在沉淀容器中所得的SiC沉淀粒子透过已知方法加以干燥与筛选。需要利用以乙二醇为主经水高度稀释的分散剂来增加沉淀的速度，其使得该分散剂难以有经济与生态兼顾的回收方法。
在一个研究中，若利用标准SiC悬浮液粒子的直接沉淀，沉淀99％的最细粒子会花上一年。因此根据此原理的分离在例如Si晶圆的工业生产上不符经济效益。
因此，对于清洁切割细泥废料中的污染SiC粒子的替代方法与系统仍有其需求。
发明概述
本案的第一方面提供一种藉由除去黏附在污染SiC粒子上的微细粒子而清洁污染碳化硅(SiC)粒子的方法。
该方法包括将污染SiC粒子馈给到一气流粉碎机(jetmill)中，以得到一分散粉末。
该方法可另外包括将该分散粉末进料到一分级机系统，以得到净化的SiC粒子。该分级机系统可包括超过一个分级机。
在本案的第二方面提供一种藉由除去黏附在污染SiC粒子上的微细粒子而清洁污染碳化硅(SiC)粒子的系统。
该系统包括一气流粉碎机。
该系统可另外包括一分级机系统。该分级机系统可包括超过一个分级机。
附图说明
在附图中，类似的参考标记通常在不同视图中代表相同的部件。该附图一般不一定按照尺寸比例，而主要是为了展示不同实施例背后的原理。在后续说明中，各种不同发明实施例是参考以下附图加以说明。
图1显示本发明方法与系统的流程。
图2A显示图1系统第一分级机所得细份的粒径分布。
图2B显示图1系统第二分级机所得细份的粒径分布。
图2C显示图1系统第三分级机所得细份的粒径分布。
图3A显示硅晶圆切割前新SiC粒子的SEM(1000x放大)。
图3B显示硅晶圆切割后污染SiC粒子的SEM(1000x放大)。
图3C显示本案方法所得清洁后SiC粒子的SEM(1000x放大)。
图4A显示硅晶圆切割前新SiC粒子的SEM(2000x放大)。
图4B显示硅晶圆切割后污染SiC粒子的SEM(2000x放大)。
图4C显示本案方法所得清洁后SiC粒子的SEM(2000x放大)。
具体实施方式
以下细节说明参考所附附图进行，其利用图式的绘示表现出实施本发明的细节与实施例。这些实施例的详细说明足以使本领域技术人员实施本发明。亦可使用其他实施例进行结构、逻辑、以及电子上的变化，仍不脱本发明的范围。这些变化实施例并不一定要互斥，有些实施例可和一或多个其他实施例组合成为新的实施例。
以下揭露一种清洁污染碳化硅(SiC)粒子的方法与系统，此处的碳化硅粒子用于切或割开太阳能电池与电子对象的硅晶圆用的切割介质悬浮液(常称为切割细泥废料(spentsawingsludge))。该污染的SiC粒子藉由除去黏附在用于切割悬浮液后被污染的SiC粒子上的微细粒子而加以清洁。有利的是该方法可藉由将较小粒子(例如但不限于铁(Fe)、硅(Si)与SiC微粒)从SiC粒子中移除而回收窄颗粒尺寸范围的SiC。该方法与系统可以有效益的成本应用在工业规模，同时对环境的负面影响降至最低。
在本文中，可达成FEPA(欧洲模料模具生产联合会(FederationofEuropeanProducersofAbrasives))微砂砾标准内的SiC回收粒子。FEPA是这些种类材料必须符合的国际标准。相关的标准是FEPA标准42-6B1984,R1993。(附带一提，ISO6344-31968,第3部“微砂砾F230到F1200颗粒尺寸分布的测定(DeterminationofgrainsizedistributionofmicrogritsF230toF1200)”也有相同的定义。)
藉由一般的分类，最小的粒子会以个别颗粒存在，可利用制程参数的方便选择和较大粒子分离。然而，关于这些SiC粒子，在从用过的悬浮液中移除并回收分散剂之后，小粒子会黏附在较大颗粒(例如一般用于硅晶圆切割的F500、F600或F800SiC颗粒)上。
因此，在本案的第一方面，提供一藉由除去黏附在污染SiC粒子上的微细粒子而清洁污染碳化硅(SiC)粒子的方法。该方法以及实施该方法的对应系统的大致流程绘示于图1中。
硅晶圆切割所使用的含SiC悬浮液根据现有技术过滤，以将固体流与液体流分离。搅拌下加热该固体流，使该污染的SiC粒子基本上形成干粉末。根据已知技术另外回收该液体流。
接着将包括SiC、Si(硅)与Fe(铁)的干燥污染SiC粒子(10)进给到一气流粉碎机(12)中，以得到一分散粉末。在此过程中，利用压缩的空气研磨并分散任何结块的粉末。研磨结块的粉末而不压碎SiC颗粒。然后利用一组转子将分散的粉末送离该气流粉碎机。
在所举实施例中，该气流粉碎机(12)以大约800到大约1200rpm的转速运作。例如，气流粉碎机(12)的转速可设定在800rpm、900rpm、1000rpm、1100rpm或1200rpm。
将粉末适当分散在空气中对于后续处理步骤中是否可得到好的粒子分离效果甚为关键。在此方面，可控制压缩空气压力、转速与转子间隙开口(rotorgapopening)来确保好的粒子分离效果。
接着将分散粉末进给到一分级机系统，以得到净化的SiC粒子。该分级机系统可包括超过一个分级机。
分级机是一种将粒子离心分离为粗份和细份的形式。操作时，经由底部将分散粉末进给到一分级机，并带往一组分级机顶部的转子。细微的粉末通过转子从顶部离开分级机，而粗粉末经由底部离开分级机。接着使细份过一空气过滤器(集尘系统)收集细微粉末。为达成有效分离，使用如图1所示，由三个分级机(14)、(16)、(18)组成的三重分级系统。每一分级机都有自己空气过滤器来收集细微粉末。应了解的是亦可同样使用任何其他数目的分级机，例如4、5、6、或更多分级机。
在各种实施例中，分级机可以串连方式配置。换言之，在如图1所示的例子中，第一分级机(14)位于第二分级机(16)的上游，第二分级机(16)又位于第三分级机(18)的上游。
每一个分级机(14)、(16)、(18)产生一个粗份和一个细份。当分级机串连连接的情况下，一上游分级机的粗份会进给到一下游分级机，而各分级机的每一细份会从该分级机系统分离出来。
因此，在图1所示实施例中，该第一分级机(14)所得的粗份被送到该第二分级机(16)。该第二分级机(16)所得的粗份被送到该第三分级机(18)。该第一分级机(14)、第二分级机(16)与第三分级机(18)所得的细份可独立收集。
或者，亦可将该第一分级机(14)、第二分级机(16)与第三分级机(18)所得的细份收集在一起。
细份中通常包含不少部分的粗粉末。透过将该分级机系统所得的一或多个细份回收回该气流粉碎机(12)中，本方法所得净化SiC粒子的产率可改善例如至少3％。因此，在各种实施例中，至少该细份之一被回收回该气流粉碎机(12)中。如图1所例示，可将来自第三分级机(18)的细份回收回该气流粉碎机(12)中。
在其他例子中，亦可回收来自该第一分级机(14)或该第二分级机(16)的细份回该气流粉碎机(12)中。
在某些其他例子中，该第二分级机(16)与第三分级机(18)所得的细份可收集在一起，回收回该气流粉碎机(12)中。
该第一分级机(14)、第二分级机(16)与第三分级机(18)分别所得的细份可独立收集，并从该分级机系统分离出来。该细份可作为有用产物卖出。例如，收集该第一分级机(14)所得的细份，以商标名卖出。收集该第二分级机(16)所得的细份，以商标名卖出。
最后一个分级机(即图1中的第三分级机(18))的粗份包含净化后的SiC粒子。
在各种实施例中，该第一分级机(14)于大约2100到大约2800rpm的转速运作。例如，该转速可设定在2100rpm、2200rpm、2300rpm、2400rpm、2500rpm、2600rpm、2700rpm或2800rpm。
图2A显示图1系统的第一分级机的该进料(样品1)、细份(样品3)以及粗份(样品4)的粒径分布。
在各种实施例中，该第二分级机(16)于大约2100到大约2800rpm的转速运作。例如，该转速可设定在2100rpm、2200rpm、2300rpm、2400rpm、2500rpm、2600rpm、2700rpm或2800rpm。
图2B显示图1系统的第二分级机的该进料(样品4)、细份(样品5)以及粗份(样品6)的粒径分布。
在各种实施例中，该第三分级机(18)系于大约2100到大约2800rpm的转速运作。例如，该转速可设定在2100rpm、2200rpm、2300rpm、2400rpm、2500rpm、2600rpm、2700rpm或2800rpm。
图2C显示图1系统的第三分级机的该进料(样品6)、细份(样品7)以及粗份(样品8)的粒径分布。
除了分级机转速之外，转子间隙开口与空气过滤器转子速度也是重要因素，可加以控制以使该清洁程序最适化。
根据本案的第二方面，揭露一种藉由除去黏附在污染SiC粒子上的微细粒子而清洁污染碳化硅(SiC)粒子的系统。
该系统可包括一气流粉碎机。
该系统可另外包括一分级机系统。该分级机系统可包括超过一个分级机。
在各种实施例中，分级机可以串连方式配置。在此配置下，每一分级机产生一粗份和一细份，一上游分级机的粗份可进给到一下游分级机，而各分级机的每一细份会从该分级机系统分离出来。
为了证明本发明方法与系统的有效性，把晶圆切割前后的SiC粒子加以比较：图3A显示硅晶圆切割前新SiC粒子的SEM(1000x放大)。图3B显示硅晶圆切割后污染SiC粒子的SEM(1000x放大)。图3C显示本案方法所得清洁后SiC粒子的SEM(1000x放大)。图4A显示硅晶圆切割前新SiC粒子的SEM(2000x放大)。图4B显示硅晶圆切割后污染SiC粒子的SEM(2000x放大)。图4C显示本案方法所得清洁后SiC粒子的SEM(2000x放大)。
为了使本发明易于了解并落实实用效果，现将透过以下非限制目的的实例说明特别的实施例。
实例
实例：受污染FEPAF800碳化硅粒子的清洁
有些使用者使用根据FEPAF800所制得的碳化硅，悬浮于聚乙二醇中做为切割介质。在使用后，该悬浮液会充满微小不纯物，使得粒径分布偏移到所欲窄范围之外。
藉由本发明方法，意图清洁受污染的碳化硅粒子，使其符合以下的粒径分布：
D3<18.00微米
D507.00微米到9.00微米
D94>4.00微米
测试方法：利用马尔文mastersizer2000激光粒度仪(MalvernMastersizer2000)进行激光衍射
用过的悬浮液根据现有技术过滤，并加热固体成为干燥的污染碳化硅粉末，具有以下粒径分布：
D315.53微米
D507.46微米
D940.92微米
此粉末装载了很多细微不纯物。
如本发明所述，图1所示的方式清洁污染的碳化硅粉末。首先，将材料馈给至一COMEXJMX200气流粉碎机，于约4巴(bar)的压缩空气设定下，于其中将任何结块研磨与分裂。然后该分散粉末于1000rpm转速下离开该气流粉碎机。
接着如下所述，于一串3个COMEXJMX200气流分级机中清洁分散的粉末。
分散的粉末接着进入第一分级机的底部，于2400rpm转速下分成一细份与一粗份。这些分流的粒径分布如下所示：
进料图2A样品1
细图2A样品3
粗图2A样品4
该第一细份经过转子离开第一分级机顶部，并被收集在一空气过滤器中(风扇速度3300rpm)，为此第一细份的组成物典型上为：
碳化硅微粒>50wt％
硅微粒<40wt％
铁<6wt％
该第一粗份接着进入第二分级机底部，于2700rpm转速下分离成第二细份与第二粗份。这些分流的粒径分布如下所示：
进料图2B样品4
细图2B样品5
粗图2B样品6
该第二细份经过转子离开第二分级机顶部，并被收集在一空气过滤器中(风扇速度3400rpm)，为此第二细份的组成物典型上为：
碳化硅微粒>70wt％
硅微粒<25wt％
铁<4wt％
从图2B样品6得知，该第二粗份已经符合FEPAF800粒径要求。然而，为了将细微不纯物减至最少，此第二粗份再度进给至第三分级机底部，于2700rpm转速下分离成第三细份与第三粗份。这些分流的粒径分布如下所示：
进料图2C样品6
细图2C样品7
粗图2C样品8
从图2C样品7得知，该第三细份中包含不少部分的粗碳化硅粒子，因此再绕回该气流粉碎机，以增加产率。
收集第三粗份，为净化的碳化硅粒子，具有以下符合FEPAF800的粒径分布：
D313.62微米
D507.71微米
D944.75微米
如图3C与图4C所示，清洁后的碳化硅粒子被彻底“除尘”，换言之，以除去大部分最细的不纯物。
清洁后的碳化硅粒子的总产率为约73％。
藉由“包括”表达包含，但不限于“包括”之后所用的字词，因此“包括”一词指出所列要素为必须或强制，但其他要素为选择性存在，也可以不存在。
藉由“由…组成”表达包含且限于“由…组成”之后所用的字词，因此“由…组成”一词指出所列要素为必须或强制，且无其他要素存在。
于此处举例说明的本发明可于缺少任何未于此处特别说明的要素、限制之下实施。因此，例如“包括”、“包含”等词可扩大阅读而不加限制。此外，此处所用的词汇和表达是用以说明而非限制，并不欲利用此等词汇和表达来排除所显示或陈述的均等特征或其部分，而应知悉各种修饰均可列于本发明所主张保护的范围内。因此，应了解的是，虽然本发明已特别透过较佳实施例和可变选项加以说明，此处所列举的本发明实施方式仍可由本领域技术人员进行修饰与变化，且此等修饰与变化应视为落在本发明范围内。
与所举数值相关的“约”，例如温度和时间，意谓包括在所指明数值10％范围内的数值。
此处对本发明做广泛而一般性的说明。落在上位揭露下的每一更窄的类别(species)与下位群组(sub-genericgrouping)亦形成本发明的一部分。此包括带有条件或将任何标的从上位概念中除去的负面限制的发明的上位叙述，不论是否于此特别指明所实施的材料。
其他实施例落于以下权利要求与非限制实例中。此外，若发明特色与领域以马库什群组方式表达，本领域技术人员将知悉本发明亦可以任何马库什独立成员或成员的子群组加以说明。