CN104395448A - 水性加工液 - Google Patents
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Abstract
一种在通过线锯切割脆性材料时使用的水性加工液，其特征在于配合有水溶性高分子，所述水溶性高分子的质均分子量为3×103以上且6×105以下，并且该水性加工液在25℃下的粘度为1.5mPa·s以上且15Pa·s以下。
Description
技术领域
本发明涉及水性加工液，详细而言，涉及在通过固定磨粒线锯切割脆性材料时使用的水性加工液。
背景技术
在半导体制品的制造中，需要切割作为脆性材料的硅锭，并且从切割精度和生产率的观点考虑，一般采用线锯加工。这里，在硅锭的切割中，有在将磨粒分散在加工液中的状态下切割硅锭的游离磨粒方式、和在预先将磨粒固定于线表面上的状态下切割硅锭的固定磨粒方式。
作为游离磨粒方式中使用的加工液，例如有包含摩擦系数降低剂和防锈助剂等的水溶性加工液。作为该加工液中包含的摩擦系数降低剂，可以使用不饱和脂肪酸，作为防锈助剂，可以使用苯并三唑（参见专利文献1）。在这种游离磨粒方式中，当线较粗时，由于切料变大，因此生成较多的切粉，硅锭切割的收率变差。另外，由于线随着使用而磨损，因此在使线本身变细方面有限。因此，在今后期待大幅增产的太阳能电池用等的硅晶片的制造中，游离磨粒方式在生产率方面存在问题。
另一方面，作为固定磨粒方式中使用的加工液，例如，已知有含有二醇类的水溶性加工液（参见专利文献2、3）。根据这种固定磨粒方式，由于预先将磨粒固定在线上，因此可以使线变细，可以减少切粉，因此生产率优良。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8－57848号公报
专利文献2：日本特开2003－82334号公报
专利文献3：日本特开2011－21096号公报。
发明内容
发明要解决的问题
在通过线锯切割硅锭而得到晶片的加工中，严格要求低成本化，为了提高晶片的收率，希望锯线的直径极细。然而，如果锯线的直径变细，则必须以低张力切割硅锭，因此线容易弯曲，并且切割精度也可能会降低。在使用专利文献2、3记载的水溶性加工液的固定磨粒方式中，未充分应对上述问题。
本发明目的在于提供一种在使用细线直径的锯线切割脆性材料时，也可以抑制线的弯曲，得到良好的切割精度的水性加工液。
用于解决问题的方法
为了解决前述问题，本发明提供以下的水性加工液。
（1）一种在通过线锯切割脆性材料时使用的水性加工液，其特征在于配合有水溶性高分子，所述水溶性高分子的质均分子量为3×103以上且6×105以下，并且该水性加工液在25℃下的粘度为1.5mPa·s以上且15Pa·s以下。
（2）如上述（1）所述的水性加工液，其特征在于，所述线锯是固定磨粒线锯。
（3）如上述（2）所述的水性加工液，其特征在于，所述固定磨粒线锯中的锯线的直径为φ0.2mm以下。
（4）如上述（1）～（3）中任一项所述的水性加工液，其特征在于，以该加工液总量为基准计，所述水溶性高分子的配合量为0.5质量%以上且40质量%以下。
（5）如上述（1）～（4）中任一项所述的水性加工液，其特征在于，进一步配合有防锈剂、摩擦调节剂、消泡剂、金属钝化剂、杀菌剂（防腐剂）和pH调节剂中的至少任一种。
（6）如上述（1）～（5）中任一项所述的水性加工液，其特征在于，所述脆性材料为硅锭。
根据本发明的水性加工液，即使在使用细线直径的锯线切割脆性材料时，也可以抑制线的弯曲，得到高切割精度。本发明的水性加工液，可以特别优选地用于固定磨粒方式的线锯。
发明实施方式
本发明的水性加工液（以下，也仅称为“本加工液”）是通过线锯加工脆性材料时使用的水性加工液，其配合有特定的水溶性高分子。
因此，本加工液的主成分为水。作为水，可以没有特别限制地使用，但优选使用纯化水，特别优选去离子水。以本加工液总量为基准计，水的配合量优选为50质量%以上且99质量%以下，更优选为60质量%以上且95质量%以下。通过为50质量%以上，降低了可燃性，因此安全性提高，同时从节省资源和环境方面考虑也是优选的。对于其上限，在与其他成分的配合量的关系方面，优选为99质量%以下。
需要说明的是，本加工液可以以最初所需的浓度配合水溶性高分子等成分而调制，但也可以暂时调制浓缩液（原液），并在使用时稀释使用。作为这种浓缩液，从操作性的观点考虑，以体积倍率计优选为2倍以上且160倍以下左右。
本加工液在25℃下的粘度为1.5mPa·s以上且15Pa·s以下，优选为2mPa·s以上且10mPa·s以下，更优选为3mPa·s以上且8mPa·s以下。如果该粘度小于1.5mPa·s，则线附着力下降，润滑不良，切割精度降低。另一方面，如果该粘度过高，则切割中线表面的油膜变厚，磨粒对被加工件的咬合变差。结果线弯曲增大，切割精度降低。
作为本加工液中使用的水溶性高分子，其质均分子量优选为3×103以上且6×105以下，更优选为5×103以上且5×105以下，进一步优选为7×103以上且3×105以下，最优选为7×103以上且1×105以下。
如果该质均分子量为3×103以上，则增粘效果提高，因此本加工液容易附着在线上而浸透至加工间隙中，并且可以有效地抑制磨粒的剥离，因此可以进一步加快切割速度。但是，如果该质均分子量超过6×105，则分子链容易因剪切而断裂，粘度的下降可能会增大。因此，在配合有这种高分子量的水溶性高分子时，与配合有适度分子量的水溶性高分子时相比，即使是相同粘度的加工液，线的切割精度也会变差。
作为前述的水溶性高分子，从加工性的观点考虑，优选具有含氧基团。作为这种含氧基团，例如，可以列举羧基、羟基和氧化乙烯基，以及氧化丙烯基。此处，该羧基、羟基也包括通过脱质子化、中和而成为阴离子的基团。
作为这种水溶性高分子，例如，可以列举聚（甲基）丙烯酸、聚（甲基）丙烯酸的金属盐（Na、K等）、（甲基）丙烯酸/马来酸共聚物或其金属盐（Na、K等）、（甲基）丙烯酸/磺酸共聚物或其金属盐（Na、K等）、聚氧乙二醇、聚氧丙二醇等聚氧亚烷基二醇、聚乙烯醇、乙烯性不饱和单体与乙酸乙烯酯的共聚物进行皂化的产物以及改性淀粉等。
本加工液中所述水溶性高分子的配合量，优选为0.5质量%以上且40质量%以下，更优选为1质量%以上且20质量%以下，进一步优选为2质量%以上且12质量%以下。如果所述水溶性高分子的配合量为该范围，则本加工液的粘度范围也可以控制在优选的范围，更容易发挥本发明的效果。
这样的本加工液可以一边防止磨粒的脱落，一边高速切割硅锭等脆性材料，因此通过固定磨粒线锯也能够以高精度进行切割。因此，在使用需要以低张力进行切割的细线的固定磨粒线时极其有效。
固定磨粒线锯的线直径优选为φ0.2mm以下，更优选为φ0.12mm以下，进一步优选为φ0.1mm以下，特别优选为φ0.08mm以下。如果减小该线锯的线直径，则可以提高由作为加工对象的脆性材料得到制品时的收率。如果使用本加工液，则提高了磨粒的咬合，可以提高切割效率，因此在使用线直径小的线锯时，也可以抑制弯曲。但是，该线锯的线直径，从强度的观点考虑，优选为φ0.06mm以上。
在本加工液中，还可以在不损害发明效果的范围内含有防锈剂、摩擦调节剂、消泡剂、金属钝化剂、杀菌剂（防腐剂）和pH调节剂等公知的添加剂。
作为防锈剂，可以列举烷基苯磺酸盐、二壬基萘磺酸盐、烯基丁二酸酯、多元醇酯等。作为配合量，以加工液总量为基准计，优选为0.01质量%以上且5质量%以下左右。
摩擦调节剂可以用于抑制磨粒的磨耗。作为摩擦调节剂，可以使用各种表面活性剂。作为表面活性剂，可以优选列举二醇类等非离子表面活性剂。作为配合量，以加工液总量为基准计，优选为0.01质量%以上且5质量%以下左右。
消泡剂可以用于防止加工液从设置在加工室内的加工液槽中溢出。作为消泡剂，例如，可以列举硅油、氟化硅油、氟化烷基醚等。作为配合量，以加工液总量为基准计，优选为0.001质量%以上且1质量%以下左右。
作为金属钝化剂，可以列举咪唑啉、嘧啶衍生物、噻二唑、苯并三唑等。作为配合量，以加工液总量为基准计，优选为0.01质量%以上且5质量%以下左右。
杀菌剂（防腐剂）可以用于防止加工液腐化。作为杀菌剂（防腐剂），可以列举对羟基苯甲酸酯类（paraben类）、苯甲酸、水杨酸、山梨酸、脱氢乙酸、对甲苯磺酸以及它们的盐类、苯氧基乙醇等。作为配合量，以加工液总量为基准计，优选为0.01质量%以上且1质量%以下左右。
pH调节剂可以用于将加工液的pH调节至3以上且9以下的范围。如果pH小于3，则防锈性可能会变差，如果pH高于9，则硅可能会腐蚀。作为这种pH调节剂，可以列举乙酸、苹果酸、柠檬酸等有机酸或其盐、磷酸等及其盐。
实施例
接着，通过实施例和比较例更详细地说明本发明，但本发明并不受这些例子的任何限定。
[实施例1～6、比较例1～3]
调制表1所示配合组成的水性加工液（供试液），进行以下所示的切割加工和评价。评价结果也一并示于表1。
[表1]
※1 质均分子量为13000的氧化乙烯·氧化丙烯嵌段共聚物
※2 质均分子量为20000的聚乙二醇
※3 质均分子量为798000的聚丙烯酸。
（加工方法）
一边使供试液流过固定磨粒线锯一边切割硅锭，得到硅晶片。具体的条件如下所述。
切割机：WSD－K2（Takatori制）
线：电沉积金刚石线（φ0.08mm，粒度8－16μm）
被加工件（锭）：多晶硅125mm
张力：10N
线速：700m/min
新线供给量：0.2m/min
线恒定速度时间：10s
线加减速度时间：3s
切割距离：133mm。
（评价方法）
测定通过上述切割加工得到的晶片的平坦度（TTV：Total Thickness Variation）和翘曲量（SORI）。
所谓平坦度（TTV）是用测微仪（dial
gauge）测定所得的晶片的厚度，并以最大厚度和最小厚度之差来表示的值。在本实施例中，使用三丰制DIGIMATIC INDICATOR ID－C112CX作为测微计。
所谓翘曲量（SORI）是用日本水晶设备工业会制定的技术标准QIAJ－B－007（2000年2月10日制定）所规定的方法测定的参数，其表示在未夹紧的状态下晶片的翘曲程度，是以与晶片的背面接触的平面作为基准平面，并以与该平面的偏差的最大值表示的值。在本实施例中，使用黑田精工制NANOMETRO440F进行测定。
另外，加工液的粘度使用B型旋转粘度计TVB－10（东机产业制）进行测定。
（评价结果）
实施例1～6的供试液含有本发明规定的水溶性高分子，并且供试液的粘度也为规定的范围，因此切出的硅晶片的精度（TTV和SORI）优异。另外，尽管锯线的直径极细至φ0.08mm，在切割加工中的弯曲也大幅减少。
另一方面，在完全未配合水溶性高分子并且以100质量%的离子交换水作为供试液的比较例1中，在切割过程中产生断线。比较例2由于供试液的粘度过高，因此硅晶片的精度（TTV和SORI）非常差。另外，比较例3的供试液粘度为规定的范围，但由于配合的水溶性高分子的质均分子量过高，因此硅晶片的精度（TTV和SORI）仍然较差。
产业上的可利用性
本发明的水性加工液在通过固定磨粒的多线锯对硅锭等脆性材料进行切割加工时是适合的。
Claims (6)
1.一种在通过线锯切割脆性材料时使用的水性加工液，其特征在于配合有水溶性高分子，所述水溶性高分子的质均分子量为3×103以上且6×105以下，并且该水性加工液在25℃下的粘度为1.5mPa·s以上且15Pa·s以下。
2.如权利要求1所述的水性加工液，其特征在于，所述线锯是固定磨粒线锯。
3.如权利要求2所述的水性加工液，其特征在于，所述固定磨粒线锯中的锯线的直径为φ0.2mm以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的水性加工液，其特征在于，以该加工液总量为基准计，所述水溶性高分子的配合量为0.5质量%以上且40质量%以下。
5.如权利要求1～4中任一项所述的水性加工液，其特征在于，进一步配合有防锈剂、摩擦调节剂、消泡剂、金属钝化剂、杀菌剂即防腐剂、和pH调节剂中的至少任一种。
6.如权利要求1～5中任一项所述的水性加工液，其特征在于，所述脆性材料为硅锭。
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