JP2006088455A

JP2006088455A - シリコン加工用水溶性切削剤組成物及び加工方法

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Publication number: JP2006088455A
Application number: JP2004275387A
Authority: JP
Inventors: Haruo Okahara; 治男岡原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP4493454B2

Abstract

【課題】シリコンを加工する際に水素ガス発生を防止するとともにスラリーの粘度上昇を抑制する。
【解決手段】シリコン微粉末を酸化するための酸化剤をシリコン加工用水溶性切削剤に配合することを特徴とするシリコン加工用水溶性切削剤組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、シリコン加工用水溶性切削剤組成物及び加工方法に関する。

太陽電池やデバイス用半導体に用いられるシリコンウエハは、単結晶や多結晶のインゴットから製造されている。この際、インゴットを加工するために不水溶性や水溶性の切削液を用いながらバンドソーで切断したり、不水溶性や水溶性の切削液にシリコンカーバイドの砥粒を混合して作製したスラリーを使用しながらワイヤソーで切削加工が行われている（例えば特許文献１〜３）。

不水溶性の切削油剤には鉱物油や植物油あるいは合成油などが使用されているが、シリコンの加工後は産業廃棄物として焼却処分されることが多く、このため大量の二酸化炭素ガスが発生し地球温暖化に対して悪影響を与えている。
このような問題に対して、最近の環境対策への意識の高まりから、この切削液には不水溶性から水溶性に切り替えていくことが強く望まれている。

また、不水溶性切削剤は引火の危険性がある。

水溶性の切削剤成分として、様々な特許が出されているが、一般的にはプロピレングリコールなどのグリコール化合物に引火点を無くすために水を混合したもの、さらにこれに分散剤や防錆剤を添加したものなどが使用されている。

しかしながら、水溶性の切削液を使用すると切断時や切削時に発生したシリコンの微紛が水と反応し、水素ガスが発生して危険であり、さらにワイヤソーで切削加工する場合にはスラリー粘度が上昇し、切削抵抗の増加に伴う加工後のシリコンの厚み変動やワイヤーの切断などのトラブルが発生する。

この問題を解決する手段は見つかっていないのが現状である。

キレート剤を用いて加工により発生した活性なシリコン微粉をキレートし不活性して水との反応を防止するなどの方法が考えられているが、水素ガスの発生や粘度の上昇を抑制することは出来ていない。

また、シリコンウエハを製造するために、ワイヤソーでスライス加工をする工程ではコストを削減するためにスラリーの交換頻度を減らす必要があるが、粘度上昇のため1回スライス加工するごとに、スラリー全量を交換しているのが現状であり、スラリー交換を部分交換することが出来れば、大幅なコストダウンにつなげることが出来る。
特開平８−５７８４７号公報特開２０００−３４３５２５特開２００３−８２３３４

本発明は、水溶性の切削剤を使用してシリコンを加工する際に水素ガス発生を防止するとともにスラリーの粘度上昇を抑制し、さらに水溶性切削剤の腐敗をも防止する技術を提供することを目的とする。

本発明は、以下のシリコン加工用水溶性切削剤組成物及び加工方法に関する。

１．シリコン微粉末を酸化するための酸化剤を配合することを特徴とするシリコン加工用水溶性切削剤組成物。

２．酸化剤が無機酸化剤及び有機酸化剤からなる群から選ばれる少なくとも１種である項１に記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物。

３．無機酸化剤が、タングステン酸、モリブデン酸、バナジン酸、クロム酸あるいはそれらの塩類、硝酸及びその塩類、次亜塩素酸あるいはその塩類、過塩素酸あるいはその塩類、過炭酸及びその塩類、過ホウ素酸あるいはその塩類、過マンガン酸塩類及び過酸化水素からなり、有機酸化剤が水溶性有機化合物の過酸化物であることを特徴とする項２に記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物
４．酸化剤の添加量が水溶性切削剤組成物に対して0.01重量％から20重量％であることを特徴とする項１〜３のいずれかに記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物。

５．項１〜４のいずれかに記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物を使用して単結晶または多結晶シリコンインゴットを切断することを特徴とするシリコンインゴットの加工方法。

６．シリコン加工用水溶性切削剤に酸化剤を配合することを特徴とする、切削剤組成物中のシリコン微粉末に由来する水素発生及び粘度上昇を抑制したシリコン加工用水溶性切削剤組成物の製造方法。

本発明によれば、単結晶または多結晶のシリコンインゴットを加工する際において、水溶性切削剤組成物または水溶性切削剤組成物と砥粒とを混合したスラリーに酸化剤を添加することにより、加工中に発生するシリコン微粉表面を酸化させて二酸化ケイ素に導くことで水との反応による水素ガスの発生を抑制し、しかも得られた二酸化ケイ素表面を有する微粉は粘度が非常に低下し、スラリー粘度の上昇も防止することが出来る。

酸化剤としては、無機酸化剤や有機酸化剤が使用出来る、無機酸化剤としては、タングステン酸、モリブデン酸、バナジン酸、クロム酸あるいはそれらの塩類（、硝酸及びその塩類（例えばナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属塩、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩など）、過塩素酸、過臭素酸、過ヨウ素酸あるいはその塩類、塩素酸、臭素酸、ヨウ素酸あるいはその塩類、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸あるいはその塩類、過炭酸及びその塩類、炭酸ナトリウム過酸化水素化物(Na₂CO₃・H₂O₂)、炭酸カリウム過酸化水素化物(K₂CO₃・H₂O₂)、炭酸リチウム過酸化水素化物(Li₂CO₃・H₂O₂)、過ホウ酸（ペルオキソホウ酸）あるいはその塩類、過硫酸あるいはその塩類、過リン酸あるいはその塩類、過酸化ナトリウム、過酸化カルシウム、過マンガン酸塩類及び過酸化水素が挙げられ、前記塩類としては対応する酸のナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属塩、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩などが挙げられる。有機酸化剤としては、水溶性有機化合物の過酸化物が挙げられ、具体的には過ギ酸、過酢酸等が挙げられる。

好ましい酸化剤は無機酸化剤であり、より好ましくは過酸化水素、次亜塩素酸塩、特に好ましくは過酸化水素である。過酸化水素は、シリコンとの反応により二酸化ケイ素と水とが生じるため、無害であり環境負荷もない。また、スラリーや切削液の腐敗を防止する効果があるため切削液を長期間使用可能である。なお、過酸化水素は、通常水溶液（例えば３５重量％水溶液）として入手できるが、上記の配合量は、水を除く過酸化水素（H₂O₂）の量に基づく。

酸化剤の配合量は、発生するシリコン微粉の表面を酸化して水素の発生を抑制できる限り特に限定されないが、通常切削剤組成物１００重量部当たり０．０５〜２０重量部程度、好ましくは０．１〜１０重量部程度である。

なお、上記の配合量は、使用前の水溶性切削剤組成物の配合量であり、使用後のＳｉ微粉末を含むスラリー中の濃度としては、より高くてもよく、例えば０．１〜３０重量％、好ましくは０．２〜２０重量％が例示される。

酸化剤が過酸化水素の場合、切削剤組成物中の過酸化水素の含量として０．１〜２０重量％、好ましくは０．１７〜１０重量％、より好ましくは０．３〜５重量％である。

また、使用後のSi微粉末を含むスラリー中の過酸化水素濃度としては、例えば０．１５〜２０重量％、好ましくは０．２５〜１０重量％、より好ましくは０．３５〜５重量％が例示される。

理論により拘束されることを望むものではないが、本発明者は、酸化剤の配合によりシリコン微粉に基づく粘度上昇を抑制できることについて、以下のように考えている。すなわち、単結晶または多結晶のシリコンインゴットの切断時に生じるシリコン微粉末が酸化剤の作用を受けると、その表面が二酸化ケイ素に酸化され、切削剤組成物中の水により水和されてコロイド状となり、切削液中で分散するため、粘度が大幅に低下するものと考えられる。

本発明の切削剤組成物は、公知の水溶性切削剤に、酸化剤を配合することにより製造することができる。公知の水溶性切削剤としては、水の他に（ポリ）エチレングリコール、（ポリ）プロピレングリコール、（ポリ）ブチレングリコールなどの（ポリ）アルキレングリコール類、或いは、（ポリ）アルキレングリコール類のモノまたはジアルキル（メチル、エチル、プロピル、ブチル）エーテル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸またはその塩等が挙げられこれらの他に、アミン類、カルボン酸類、シリカゾル、防錆剤、界面活性剤、消泡剤、砥粒（例えばＳｉＣ）等を配合することができる。

例えば水、アルキレングリコール類及び酸化剤を含む本発明の水溶性切削剤組成物は、水を1〜50重量％、アルキレングリコール類を99〜50重量％、酸化物を0.01〜20重量％配合することができる。また、これら以外の成分の配合量は、水、アルキレングリコール類及び酸化剤の合計量を１００重量部として0.1〜10重量部程度である。

本発明の加工剤組成物は、粘度が低く、水素発生がないか非常に低いレベルに抑制されているため、１回のシリコンインゴットの切断後にその一部（例えば１／１０〜１／２）を交換すればよく、このような１０〜１００回程度の一部交換後に新しい切削剤組成物と全部を交換することで対応可能である。

加工後のスラリー（交換分或いは全体）は遠心分離機や蒸留によって、砥粒や切削されたシリコン微粉などを除去した後、再利用されるが、この液に所定量の酸化剤を添加して使用することも可能である。

酸化剤の添加量としては、スラリーに対して0.01重量％から20重量％の範囲でよく、それ以上添加しても効果は向上しない。さらに、望ましくは0.02重量％から10重量％である。

以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１〜６及び比較例１〜２
プロピレングリコール８５重量％、過酸化水素（３５重量％の水溶液を使用）及び水を表１に示す濃度とし、砥粒（ＳｉＣ）を切削液１Ｌ当たり１．２ｋｇ配合し、マルチワイヤソーを使用して単結晶シリコンインゴットを切断した。切断後の切削液中には、切断時に発生したＳｉ微粉末が約７重量％含まれていた。

得られたＳｉ微粉末を含有する切削液組成物を回転粘度計（ＢＬ型粘度計）を使用し、ローターＮｏ．２、６０ｒｐｍの条件で室温で粘度を測定した。結果を表１及び図１に示す。

上記の結果に示されるように、本発明の切削剤組成物は、単結晶または多結晶のシリコンインゴットの切断時に発生するシリコン微粉末を多量に（約７重量％）含んでいても、その粘度は低いままであり、また水素の発生（目視で確認）も観察されなかった。

実施例の結果を示すグラフである。

Claims

シリコン微粉末を酸化するための酸化剤をシリコン加工用水溶性切削剤に配合することを特徴とするシリコン加工用水溶性切削剤組成物。
酸化剤が無機酸化剤及び有機酸化剤からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物。
無機酸化剤が、タングステン酸、モリブデン酸、バナジン酸、クロム酸あるいはそれらの塩類、硝酸及びその塩類、次亜塩素酸あるいはその塩類、過塩素酸あるいはその塩類、過炭酸及びその塩類、過ホウ素酸あるいはその塩類、過マンガン酸塩類及び過酸化水素からなり、有機酸化剤が水溶性有機化合物の過酸化物であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物。
酸化剤の添加量が水溶性切削剤組成物に対して0.01重量％から20重量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物。
請求項１〜４のいずれかに記載のシリコン加工用水溶性切削剤組成物を使用して単結晶または多結晶シリコンインゴットを切断することを特徴とするシリコンインゴットの加工方法。
シリコン加工用水溶性切削剤に酸化剤を配合することを特徴とする、切削剤組成物中のシリコン微粉末に由来する水素発生及び粘度上昇を抑制したシリコン加工用水溶性切削剤組成物の製造方法。