JP2002060777A

JP2002060777A - ワイヤーソー用水性スラリー

Info

Publication number: JP2002060777A
Application number: JP2000251391A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Mihara; 隆文三原; Manabu Nakabashi; 学中橋; Mikio Yamaguchi; 美樹男山口
Original assignee: Ishii Hyoki Co Ltd
Current assignee: Ishii Hyoki Co Ltd
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本願発明は、切削液として水性の液を使用し、
かつ、加工能率の向上とカーフロスの低減が図れるワイ
ヤーソー用水性スラリーを提供することを目的とする。【解決手段】このワイヤーソー用水性スラリーは、水性
切削液にダイヤモンド砥粒を分散させたものを基本構成
とする。水性切削液は、ワイヤーソー用水性スラリーと
しての所要の砥粒の分散安定性、粘度、ｐＨ値などを備
えるべく、精製水に界面活性剤、分散剤、保湿剤、ｐH
調整剤、防錆剤を含有したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、ワイヤーソーに
使用されるワイヤーソー用水性スラリーに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体用シリコンインゴット、セラミッ
ク、ガラスなどの硬脆材料からなるワークを切断する加
工装置としてワイヤーソーがある。このワイヤーソー
は、複数のメインローラにワイヤーを所定ピッチで巻き
掛けてワイヤー列を形成し、ワイヤーに所要のテンショ
ンと送りを与えつつ、ワイヤー列にワークを押付けて砥
粒の研磨作用によりワークを切断するものである。

【０００３】このワイヤーソーによる切削加工時に使用
される砥粒は、ワイヤーに固着される場合（固定砥粒方
式）もあるが、切削液に砥粒を分散させたスラリー液を
使用する場合（遊離砥粒方式）が多い。

【０００４】この遊離砥粒方式では、流動性を調整しや
すい点から、主に鉱物油を主成分とする非水溶性切削液
に砥粒（主に緑色炭化珪素砥粒）を懸濁したスラリーを
使用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、非水溶性切削
液に砥粒を懸濁したスラリー（油性スラリー）は、鉱物
油が主成分であることから作業環境の悪化や産業廃棄物
の処理の問題や、切断加工後の被加工物の洗浄に有機系
洗浄剤が必要であるなどの問題があるため、作業環境の
改善や環境への負荷軽減を目的として、水性切削液に砥
粒を懸濁したスラリー（水性スラリー）への移行が求め
られている。従来の水性スラリーとしては、水性切削液
に緑色炭化珪素砥粒を分散させたものが知られている。

【０００６】また、高生産性を目的として、切削能率の
向上と、図１（ａ）（ｂ）に示すように切削加工時に発
生する素材損失（カーフロス）の低減が求められてい
る。

【０００７】遊離砥粒方式における半導体インゴット１
の切削加工では、図１（ｂ）に拡大して示すように、カ
ーフロス（X）と、ワイヤーソーのワイヤー２の直径（d
1）（以下、ワイヤー径（d1）という。）と、砥粒３の
直径（d2）（以下、砥粒径（d2）という。）との関係
は、X＝d1＋d2×３であるとされている。

【０００８】このことからカーフロス（X）の低減には
ワイヤー径（d1）を細くすること、及び、砥粒径（d2）
を小さくすることが有効である。その一方で、ワイヤー
径（d1）を細くするとワイヤー２の引張り強度が低下す
るため、ワイヤー２の断線の可能性が増大する。これを
防止するためには、ワイヤー２に付与するテンションを
下げる必要があり、その結果、切削速度が遅くなり、切
削能率が低下する。また、砥粒径（d2）を小さくする
と、切削面の面粗度が小さくなり良好な切削面が得られ
るが、切削能率が低下するという問題があった。

【０００９】本願発明は、切削液として水性の液を使用
し、かつ、加工能率の向上とカーフロスの低減が図れる
ワイヤーソー用水性スラリーを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のワイヤーソー用
水性スラリーは、水性切削液に従来の水性スラリーに比
べて切削能力の高いダイヤモンド砥粒を分散させたこと
を特徴とする。これにより従来の緑色炭化珪素砥粒を分
散させた水性スラリーに比べて切削能率を向上させるこ
とができる。また、従来の水性スラリー液と同程度若し
くはそれ以上の切削能率を確保しつつ、ワイヤー径を細
くし、砥粒径を小さくして、カーフロスを飛躍的に低減
させることができる。さらに、砥粒径を小さくすること
によって、切削面の面粗度を小さくして良好な切削面を
得ることができる。

【００１１】また、水性切削液は、水性液に、界面活性
剤と、分散剤と、保湿剤と、ｐH調整剤と、防錆剤とを
含有させたものであることを特徴とする。これによりワ
イヤーソー用水性スラリーとして適切なダイヤモンド砥
粒の適切な分散安定性、粘度、ｐＨ、防錆性を確保でき
る。

【００１２】また、前記界面活性剤は、低発泡性のプロ
ピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であ
る非イオン界面活性剤が好適である。プロピレンオキサ
イドとエチレンオキサイドの共重合体である非イオン界
面活性剤は、表面張力の低下及び浸透性向上が図れる。

【００１３】また、前記分散剤は、分散安定性を向上さ
せる点で、スメクタイト粘土鉱物が好適であり、その中
でも、合成スメクタイトが特に好適である。

【００１４】また、前記保湿剤をD−ソルビトールとし
たものは、酸化防止効果が良好である。Ｄ−ソルビトー
ルは、１０〜３０重量％で混合することにより、適切な
水分蒸発防止効果を発揮することができる。

【００１５】前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径を9.4μ
ｍ以下とすることにより、カーフロスを飛躍的に低減さ
せることができるとともに、切削面の面粗度を小さくす
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施形態に係る
ワイヤーソー用水性スラリーを説明する。

【００１７】このワイヤーソー用水性スラリーは、水性
切削液にダイヤモンド砥粒を分散させたものを基本構成
とする。水性切削液は、ワイヤーソー用水性スラリーと
しての所要の砥粒の分散安定性、粘度、ｐＨ値などを備
えるべく、精製水に界面活性剤、分散剤、保湿剤、ｐH
調整剤、防錆剤を含有したものである。

【００１８】ダイヤモンド砥粒は、粒径が小さい高番手
のものがよい。ダイヤモンド砥粒は、従来の緑色炭化珪
素砥粒よりも切削能力に優れている。このため、ダイヤ
モンド砥粒の砥粒径が、従来の緑色炭化珪素砥粒と同程
度であっても、ワイヤーソーの切削能率が向上し、切断
速度を早くすることができるとともに、切断面の面粗度
が小さくなる。

【００１９】さらに、ダイヤモンド砥粒を使うと、ワイ
ヤーソーのワイヤー径をワンランク細くし、それに応じ
てワイヤーに負荷するテンションを下げた場合でも、従
来のものと比べて同程度の切削能率を確保することがで
きる。また、ダイヤモンド砥粒の砥粒径を小さくした場
合でも、従来と同程度か若しくはそれ以上の切削能力を
発揮するので、従来と同程度の切削能率を確保すること
ができる。

【００２０】即ち、このワイヤーソー用水性スラリー
は、ダイヤモンド砥粒を含有しているので、切削能率の
向上させ、かつ、切断面の面粗度を小さくすることがで
きる。さらに、ワイヤー径を細し、かつ、砥粒径を小さ
くしても、従来と同程度若しくはそれ以上の切削能率を
維持しつつ、カーフロスの低減を図ることができる。

【００２１】また、このワイヤーソー用水性スラリー
は、ダイヤモンド砥粒、切削屑を分離・回収した後で一
般排水として処理することが可能であり、環境への負荷
軽減を達成できる。また、水性であり引火性の物質を含
有しないから引火などのおそれがなく、また、衣服への
付着やワイヤー等の加工装置に付着した場合も簡単に洗
い落とすことができ、作業環境の改善を達成できる。

【００２２】次に、ダイヤモンド砥粒を分散させる水性
切削液について詳述する。この水性切削液は、蒸留水や
イオン交換水などの精製水に界面活性剤、分散剤、
保湿剤、ｐH調整剤、防錆剤の各添加物を加えた
ものである。

【００２３】界面活性剤は、発泡性の低いものが良
く、例えば、非イオン界面活性剤であるプロピレンオキ
サイドとエチレンオキサイドの共重合体は、表面張力を
低下させる効果、があり、切削液の浸透性向上させるの
で好適である。尚、添加量は0.5〜2.0重量%が適量であ
る。

【００２４】分散剤は、架橋性による砥粒沈降防止剤
を使用する。架橋性による砥粒進行防止剤としては、ス
メクタイト粘土鉱物群に属するモンモリロナイト、サポ
ナイト、バイデライト、ヘクトライト、スチィブンサイ
トなどがあり、特に、高粘性が得られ、強いチクソトロ
ピー性を持つ、合成スメクタイトが好適である。合成ス
メクタイトは、水溶性高分子増粘剤と組合せることによ
って、相乗効果が選られ粘度を高くできるため好適であ
る。合成スメクタイトの添加量は、流動性改良の面から
0.5〜2.0重量％が適量である。

【００２５】保湿剤は、グリセリン、エチルグリコー
ル、ポリエチレングリコール、ソルビトール、キシリト
ール、還元澱粉加水分解物（還元水あめ等）があるが、
保湿性に優れたＤ−ソルビトール液が好適である。

【００２６】Ｄ−ソルビトール液は、金属イオンと反応
し、キレートを作る機能を持っているため、金属イオン
による酸化を防止する効果がある。なお、Ｄ−ソルビト
ール液の添加量は、10重量％以下であると水分蒸発防止
効果が十分に得られないため、１０〜３０重量％が適量
である。また、保湿補助剤としてジエチレングリコール
を１〜１０重量%程度添加するとより好適である。

【００２７】ｐＨ調整剤は、切削液のｐＨ値を7.0〜
8.0に調整することが望ましい。ｐＨ値が高いときは、
例えば、被加工物がシリコンの場合、切断時に発生する
シリコン切粉により、化学反応が生じ、切削液がゲル化
する可能性がある。ｐＨ調整剤としては、無公害で、効
果の高いリンゴ酸が好適である。また、リンゴ酸は、砥
粒の沈降防止の効果がある。

【００２８】防錆剤は、発泡性の低いものが良い。カ
ルボン酸を配合した防錆剤を使用すると、切削時の切削
液のｐＨ変化をｐＨ８以下に調整することができるため
好適である。添加量は、少ないと防錆効果が低下し、多
いとコスト高となるため、0.25〜0.5重量％が適量であ
る。

【００２９】以下、本願発明に係るワイヤーソー用水性
スラリーと従来の緑色炭化珪素砥粒について各添加物の
配合比を変えた実施例の性能を、従来品の油性切削液の
性能と比較する。

【００３０】実施例に係るワイヤーソー用水性スラリー
は、ダイヤモンド砥粒（平均粒径9.4μm）と水性切削液
を１：４の重量比で混合したものとし、その比較例に係
るワイヤーソー用水性スラリーは、ダイヤモンド砥粒に
換えて緑色炭化珪素砥粒♯1000（平均粒径11.5μm）と
水性切削液を１：４の重量比で混合した。なお、水性切
削液は、界面活性剤としてのプロピレンオキサイドとエ
チレンオキサイドの共重合体を0.9重量%、分散剤として
の合成スメクタイトを０．３２重量%、保湿剤としてのD
−ソルビトール液を５７重量%、保湿補助剤としてのジ
エチレングリコール５．８５重量%、ｐH調整剤としての
リンゴ酸を０．０１５重量%、ｐH緩衝剤としてのリンゴ
酸ナトリウムを０．０１５重量%、防錆剤を０．９重量
%、蒸留水を３５重量%の割合で配合したものである。

【００３１】後記の表１にしめすように、上記実施例と
比較例を比較したところ、粘度、ｐＨ、スラリー付着
性、分散安定性、再分散性は、それぞれ同程度の性能で
あることが確認できた。そして、実際の切断加工では、
ダイヤモンド砥粒を用いた実施例のワイヤーソー用水性
スラリーの方が、切断速度が速く、面粗度が小さく、カ
ーフロスも低減されることが解った。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のワイヤ
ーソー用水性スラリーは、水性切削液に従来の緑色炭化
珪素砥粒に比べて切削能力の高いダイヤモンド砥粒を分
散させたので、従来の緑色炭化珪素砥粒を分散させたワ
イヤーソー用水性スラリーに比べて切削能率を向上させ
ることができる。また、従来の水性スラリーと同程度若
しくはそれ以上の切削能率を確保しつつ、ワイヤー径を
細くし、砥粒径を小さくして、カーフロスを飛躍的に低
減させることができる。さらに、砥粒径を小さくするこ
とによって、切削面の面粗度を小さくして良好な切削面
を得ることができる。また、切削液として水性の液を使
用するため引火の危険性がなく、切断加工後の被加工物
も水で簡単に洗浄可能となった。

【００３４】また、水性切削液が、水性液に、界面活性
剤と、分散剤と、保湿剤と、ｐH調整剤と、防錆剤とを
含有させたものであるので、ワイヤーソー用水性スラリ
ーとして適切なダイヤモンド砥粒の適切な分散安定性、
粘度、ｐＨ、防錆性を確保できる。

【００３５】また、前記界面活性剤は、非イオン界面活
性剤で、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの
共重合体とすることが好適である。

【００３６】また、前記分散剤は、分散安定性を向上さ
せる点で、スメクタイト粘土鉱物が好適であり、その中
でも、合成スメクタイトが特に好適である。

【００３７】また、前記保湿剤をD−ソルビトールとし
たので、酸化防止効果が良好である。Ｄ−ソルビトール
は、１０〜３０重量％で混合することにより、適切な水
分蒸発防止効果を発揮することができる。

【００３８】前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径を9.4μ
ｍ以下とすることにより、カーフロスを飛躍的に低減さ
せることができるとともに、切削面の面粗度を小さくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、ワイヤーソーによる半導体インゴ
ットの切断を示す図、（ｂ）は切断時のカーフロスを示
す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｍ 125/02 Ｃ１０Ｍ 125/02 125/30 125/30 129/08 129/08 129/28 129/28 129/36 129/36 145/26 145/26 // Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｚ 30:04 30:04 30:12 30:12 40:00 40:00 Ｚ (72)発明者山口美樹男広島県深安郡神辺町旭丘５番地株式会社石井表記内Ｆターム(参考） 3C058 AA05 CB03 DA02 DA17 3C069 AA01 BA06 BB01 BB02 CA04 CA11 DA06 EA01 EA04 EA05 4D077 AA10 AB02 AB20 AC05 BA15 DC23X DD32X DD33X 4H104 AA01Z AA04A AA04C AA24C BB04C BB15C BB19C BB44C CB16C EA08A EA08C EB10 LA02 LA06 QA02 RA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水性切削液にダイヤモンド砥粒を分散させ
たことを特徴とするワイヤーソー用水性スラリー。
【請求項２】前記水性切削液が、水性液に、界面活性剤
と、分散剤と、保湿剤と、ｐH調整剤と、防錆剤とを含
有させたものであることを特徴とする請求項１記載のワ
イヤーソー用水性スラリー。
【請求項３】前記界面活性剤は非イオン界面活性剤でプ
ロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体で
あることを特徴とする請求項２記載のワイヤーソー用水
性スラリー。
【請求項４】前記分散剤が、スメクタイト粘土鉱物であ
ることを特徴とする請求項２記載のワイヤーソー用水性
スラリー。
【請求項５】前記スメクタイト粘土鉱物が合成スメクタ
イトであることを特徴とする請求項４記載のワイヤーソ
ー用水性スラリー。
【請求項６】前記保湿剤がD−ソルビトールであること
を特徴とする請求項２記載のワイヤーソー用水性スラリ
ー。
【請求項７】前記Ｄ−ソルビトールを１０〜３０重量％
混合したことを特徴とする請求項６記載のワイヤーソー
用水性スラリー。
【請求項８】前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径が、9.4
μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のワイヤ
ーソー用水性スラリー。