JP2015054881A - 油中高分散性炭化ケイ素粉 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、炭化ケイ素粉を構成成分として含む油性オイルスラリーによってウェハなどのワークを切断・研磨した際に、切断・研磨後にワーク同士を容易に剥がすことができる油中高分散性炭化ケイ素粉を提供することである。
【解決手段】
本発明の油中高分散性炭化ケイ素粉は、この炭化ケイ素粉を水スラリーにした際に、水スラリーの粘度が経時的に上昇しない特性を有することを特徴とする。また、この油中高分散性炭化ケイ素粉は、イオン交換水或いは純水で煮沸水処理又はアルカリ水で加熱処理されることが好ましく、その平均粒径は1〜7μmであることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、油性オイルスラリーでワークを切断・研磨する際のスラリー構成成分である油中高分散性炭化ケイ素粉に関する。

炭化ケイ素粉と液体との混合スラリーは、切断、研磨用の媒体として広く使用されている。その際、炭化ケイ素分は、切断・研磨面の仕上げ表面粗さ等の要求に従って用いられており、一般的には平均粒径が1〜15μmの範囲内のものから選択して使用されている。また、液体としては、水、水溶性有機物、油性オイルが用途によって使い分けられている。

これら液体には、その実用性能や寿命の観点から、防錆剤、粉体分散剤、安定剤等の添加剤が加えられている。そして、この場合の添加剤は、有機酸、有機酸塩類、無機塩類等水溶性の物質であることが多く、水や水溶性有機物は溶解して透明な溶液となるが、油性オイルは溶解しないものが多い。したがって、油性オイルへ添加する際には同時に界面活性剤を加えるために、油性オイルは乳化分散した乳濁液状態のオイルになっている。

特許文献１には、例えばダイヤモンド、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素等の砥粒をベースオイルと研磨促進剤としてエステル基を有する化合物を含む分散媒体に分散させた研磨用のスラリー組成物が記載されている。しかし、この特許文献１に記載されているスラリー組成物は、研磨速度の向上や表面研磨傷の防止を図ったものであり、しかもこのスラリーを用いた研磨はウェハ片面研磨に関するものである。具体的には、ウェハ上面をキャリアにワックスで固着固定し、ウェハ下面と定盤間に油性スラリーを介在させてウェハ下面片面のみ研磨するものである。そして、研磨終了後にはウェハキャリア一体品を上昇させて定盤から離した後、ウェハキャリア一体品を研磨機から取り外し、固着しているワックスを融解することでキャリアからウェハを容易に剥がすことができるので、このようなウェハ片面研磨の場合、ウェハを剥がすことができないという不都合な事態は生じない。

特開２００９−２６３５３４号

ところで、このような炭化ケイ素粉を分散させた油性オイルスラリーは、従来から切断・研磨用として使用されているが、最近になって、油性オイルスラリーを用いてインゴット等からウェハを切断する場合に、切断したウェハ同士がくっついて剥がれないという問題が生じるとの指摘があるので、以下、簡単にこの問題について説明する。

インゴット等を切断する場合には、外周刃切断機、内周刃切断機、マルチワイヤソー切断機が用いられるが、近年では、その経済性や生産性の高さから、マルチワイヤソーが用いられることが多く、シリコンインゴット、酸化物半導体インゴット、セラミックスインゴットの切断に盛んに用いられている。マルチワイヤソーの場合では、切断ツールとなる太さ100〜200μmの高張力ワイヤが数百ミクロンの間隔で並列に走行しており、そのワイヤに炭化ケイ素粉を含むスラリー液を掛け流しながら、インゴットに接触させ同時にインゴットを多数枚のウェハに切断することができる。

このようなマルチワイヤソーの場合、インゴットは外周面の一部が支持ビームプレートに接着保持されているので、インゴットの切断が完了しても支持ビームプレートまで切断しなければ、多数枚に切断されたウェハは、バラバラに落下せずに整列した櫛状の状態で一体に保持されている。したがって、切断が完了したならば、ウェハ間の溝からワイヤ束を引き抜き、櫛状に整列したウェハと一体となっている支持ビームプレートごとにワイヤソー装置から取り外して、次の洗浄工程において付着残存したスラリーを洗浄除去した後に、支持ビームプレートからウェハ１枚１枚をそれぞれ単独に剥離しているのが実情である。

ところが、このような切断工程において付着残留スラリーを洗浄除去する際に、数百ミクロン間隔で整列したウェハ間の溝に残留しているスラリーが恰も接着剤のような作用を及ぼして隣り合うウェハ平面同士がくっついて離れないために、残留スラリーを洗浄除去することができないという事態が発生している。また、ウェハを敢えて強引に剥がそうとするとウェハが割れてしまうという不都合な事態さえ発生している。

また、ウェハの両面同時研磨においても、上下一対の平定盤からなる回転研磨機の定盤間に、ウェハ形状大に複数個の穴の開いた薄板キャリアプレートを挟み、その穴にウェハをセットして、定盤を回転しながら、上定盤に開いた散布孔から炭化ケイ素を含むスラリーを掛け流してウェハ両面を同時に研磨する。このような両面研磨の場合、薄板キャリアプレートとウェハとはワックス等で固着固定されておらず、ウェハ上下面が油性スラリーを介して上下定盤と接した状態である。そして、この研磨後に上定盤を回転させながら上昇させてキャリアプレートからウェハ１枚１枚を剥離取り出して、次の洗浄工程において付着残存したスラリーを洗浄除去しているが、このような研磨工程でも、切断工程の場合と同様に、下定盤からウェハを剥離することができないという不都合な事態が発生している。

そこで、本発明の目的は、炭化ケイ素粉を構成成分として含む油性オイルスラリーによってウェハなどのワークを切断・研磨した際に、切断・研磨後にワーク同士がくっついて離れないなどという上記のような不都合な事態が生じない油中高分散性炭化ケイ素粉を提供することである。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねたところ、炭化ケイ素粉を水スラリーにしたときに、この水スラリーの粘度が経時的に上昇しない特殊な特性を有する炭化ケイ素粉を構成成分とする油性オイルスラリーを用いてワークを切断・研磨した際に、切断・研磨後にウェハなどのワーク同士が容易に剥がれると共に、ウェハが定盤とくっつくこともなく、ウェハを容易に剥すことができることを見出し、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明は、油中高分散性炭化ケイ素粉を水スラリーにした際に、水スラリーの粘度が経時的に上昇しない特性を有することを特徴とするものであり、煮沸水処理又はアルカリ水で加熱処理されることが好ましい。

また、本発明の煮沸水処理は、イオン交換水又は純水による煮沸水処理が好ましく、アルカリ水は、その濃度が5〜40wt％の水酸化ナトリウムが好ましい。さらに、油中高分散性炭化ケイ素粉は、微細な粒径のものが好ましく、平均粒径が1〜7μmのものが好ましい。

本発明によれば、この特性を有する炭化ケイ素粉を分散させた油性オイルスラリーを用いてワークを切断・研磨したときに、切断・研磨後にウェハ同士が容易に剥がれると共に、ウェハが定盤とくっつくこともなく、ウェハを容易に剥すことができるので、ウェハの割れがなく生産性や歩留まりの向上が期待できる。

炭化ケイ素粉の水スラリーを回転粘度計で測定したときの粘度変化を示す図である。

次に、本発明の一実施形態について具体的に説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

本発明でいう油中高分散性炭化ケイ素粉の特殊な特性とは、この炭化ケイ素粉を水スラリーにして回転数が一定の条件下で水スラリーの粘度を測定した際に、該水スラリーの粘度が経時的に上昇しない特性のことである。

このような特性の炭化ケイ素粉を分散させた油性オイルスラリーを用いて、ワークからウェハを切断したときに、何故に切断後のウェハ同士が容易に剥がれるのか、その理由が必ずしも明らかではない。このような事実は、多くの実験を繰り返す中で確認されたことであるが、推察するに、従来の炭化ケイ素粉のスラリーは恰もウェハ同士をくっつける接着剤のような作用を及ぼしていたが、炭化ケイ素粉を煮沸水処理又はアルカリ水で加熱処理すると、その粒子表面の改質によってその作用が消失してしまうためではないかと考えられる。また、この炭化ケイ素粉を水スラリーとしたときに、粒子表面の改質によってその粘度が経時的に上昇しない特性を有することになるのではないかとも考えられる。本発明では、このような特性を有する炭化ケイ素粉は、煮沸水処理又はアルカリ水による加熱処理によって得ているが、炭化ケイ素粒子の表面をこのように改質することができる処理であれば、煮沸水処理又はアルカリ水による加熱処理に限られるものではない。例えば、塩酸、フッ酸等による酸処理、有機溶剤による洗浄処理、乾燥状態で500℃以上の加熱処理も選択することができる。

粘度の測定に供する水スラリーを作成する場合、水として水道水を使用すると、水道水に含有されるアルカリ土類金属イオンが炭化ケイ素粉を凝集させてしまうことになり正確な粘度判定ができないから、イオン交換水又は純水を使用することが好ましい。

炭化ケイ素粉の平均粒径には特別な制約はないが、微細な粒径のものが好ましく、平均粒径が1〜15μmであり、現実的な用途上の要求からは平均粒径1〜7μmのものがより好ましい。また、スラリー濃度は、薄過ぎても濃過ぎても粘度の経時的な変化量が少なくその良否の判定がし辛くなるので、10〜70wt％、好ましくは30〜60wt％の範囲に設定するのがよい。作成したスラリーは、粘度測定の前に予め別容器で数時間回転混合する方が再現性ある結果が得られるので好ましい。

粘度計のタイプは、コーンプレート型Ｅ形回転粘度計、Ｂ形回転粘度計、音叉型粘度計等種々のタイプがあるが、実際の切断・研磨の場合のように、狭い隙間に存在するスラリーが剪断力を受けるという条件に似たタイプのコーンプレート型Ｅ形回転粘度計を用いるのが好ましい。このコーンプレート型Ｅ形回転粘度計を使用する場合に限らず各種回転粘度計を使用する場合でも、機器仕様の範囲内で回転数を任意に調整することになる。回転数を調整する場合、回転数が低過ぎても高過ぎても粘度の経時的な変化量が少なくその良否の判定がし辛くなるので、一定の回転数としては、10〜100rpmの範囲内で選択するのが好ましく、より好ましくは30〜60rpmである。

以上のような条件を設定して炭化ケイ素粉の水スラリー粘度を測定し始めると、本発明の炭化ケイ素粉の場合では、回転粘度計による回転測定が一定時間経過しても、回転測定開始時の粘度が変化せずに一定の粘度に保持されている。一方、切断終了後に隣り合うウェハ平面同士がくっついて離れないような、又は研磨終了後に下定盤からウェハを剥離できないような炭化ケイ素粉では、その水スラリーの粘度が測定開始から徐々に高くなり、初期粘度の数倍にも達したところで一定の値に収斂することになる。したがって、この差によって炭化ケイ素粉の良否の判定を行うことができる。

次に、本発明の炭化ケイ素粉の製造方法について具体的に説明する。切断終了後に隣り合うウェハ平面同士がくっついて離れないような、又は研磨終了後に下定盤からウェハを剥離できないような炭化ケイ素粉であっても、アルカリ水による加熱又は煮沸水による処理を実施することによって本発明の炭化ケイ素粉に変えることができるので、以下、これらの処理操作について説明する。

<アルカリ水による加熱処理>
アルカリ水による加熱処理では、特性未達の炭化ケイ素粉をアルカリ水に加えて加熱した後、冷却、濾過、水洗、乾燥して本発明の炭化ケイ素粉を得ることができる。この場合、アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、重曹等の無機アルカリやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の有機アルカリが挙げられるが、アルカリ強度、排水処理、コストの観点から水酸化ナトリウムが好ましい。

また、水酸化ナトリウムの濃度は、5〜40wt％であり、処理効果とコストの点から20〜30wt％が好ましい。炭化ケイ素粉に対して体積比率で1〜3倍の水酸化ナトリウム水を加えて、加熱下で攪拌し混合する。このときの加熱温度は、加熱時間との兼ね合いもあるが、40〜80℃であり、実用的には50〜70℃が好ましい。また、これらの条件下での加熱時間は1〜3時間程度であり、その後、冷却、濾過、水洗、乾燥して本発明の炭化ケイ素粉を得ることができる。

<煮沸水による処理>
煮沸水による処理では、炭化ケイ素粉に対して体積比率で1〜3倍のイオン交換水又は純水を加えて2〜5時間程度煮沸して攪拌した後に、冷却、濾過、乾燥して本発明の炭化ケイ素粉を得ることができる。煮沸しない熱水で処理すると時間が掛かり好ましくない。また、加圧下で煮沸すれば、100℃以上の温度でより短時間で処理することができるので好ましい。

以下、実施例について説明するが、本発明の炭化ケイ素粉の特殊な特性を説明するために、先ず、特性未達の炭化ケイ素粉を使用して切断した場合の比較例と、特性未達の炭化ケイ素粉の純水スラリー粘度を測定した場合の参考例から説明する。

<比較例>
比較例では、平均粒径が4μmの特性未達の炭化ケイ素粉を切削用市販油性オイルに重量比1：1.1で混合したスラリーを用いて、ワイヤ線径が140μmのワイヤソーで6インチ角長さ200mmのシリコンインゴットをウェハピッチ350μmで切断した。切断後にインゴットテーブルを上昇することでワイヤ束を切断溝から引き抜き、ウェハが載った支持ビームプレート毎にワイヤソー装置から取り外して、溶剤洗浄槽に浸漬した。このときに大部分のウェハ同士がくっついて剥離できなかったので、機械的に剥離しょうとしたところウェハが割れてしまった。

<参考例>
参考例では、比較例で用いた平均粒径が4μmの特性未達の炭化ケイ素粉を使用し、濃度が50wt％の純水スラリーを調整した。その後、この純水スラリーを25℃、回転数50rpmの条件下でコーンプレート型Ｅ形回転粘度計を用いてその粘度を測定したところ、図１に「未処理品」と表示する測定開始からの粘度推移が得られた。この結果から、未処理品である特性未達の炭化ケイ素粉では、開始直後は粘度が低かったものの徐々に高くなり20分後には一定の値に収斂したことが確認された。

<実施例１>
実施例１では、比較例で用いた平均粒径が4μmの炭化ケイ素粉に対して体積比率で3倍の25wt％水酸化ナトリウム水を加えて攪拌し、70℃で2時間混合加熱した後に、冷却、濾過、水洗、乾燥して、アルカリ水で加熱処理した炭化ケイ素粉を得た。この炭化ケイ素粉を用いて比較例と同様にワイヤソーで切断して得られたウェハは、ウェハ同士のくっつきもなく、ウェハ間の溝には残留スラリーもなく洗浄することができた。

また、本実施例１で得られたアルカリ処理した炭化ケイ素粉を参考例と同様に純水スラリーを調整してその粘度を測定したところ、図１に「アルカリ処理」と表示する測定開始からの粘度推移が得られた。この結果から、アルカリ処理した炭化ケイ素粉では、開始直後の粘度から変化が無く、時間が経過しても一定の粘度を示すことが確認された。

<実施例２>
実施例２では、比較例で用いた平均粒径が4μmの炭化ケイ素粉に対して体積比率で5倍の純水を加えて、100℃沸騰の条件の下で3時間攪拌し混合した後に、冷却、濾過、乾燥して、煮沸水処理した炭化ケイ素粉を得た。この炭化ケイ素粉を用いて比較例と同様にワイヤソーで切断して得られたウェハは、ウェハ同士のくっつきもなく、ウェハ間の溝には残留スラリーもなく洗浄することができた。

また、本実施例２で得られた煮沸水処理した炭化ケイ素粉を参考例と同様に純水スラリーを調整してその粘度を測定したところ、図１に「煮沸水処理」と表示する測定開始からの粘度推移が得られた。この結果から、煮沸水処理した炭化ケイ素粉では、開始直後の粘度から変化が無く、時間が経過しても一定の粘度を示すことが確認された。

Claims (4)

1. 油性オイルスラリーでワークを切断・研磨する際のスラリー構成成分である炭化ケイ素粉であって、該炭化ケイ素粉を水スラリーにして回転数が一定の条件下で水スラリーの粘度を測定した際に、該水スラリーの粘度が経時的に上昇しない特性を有することを特徴とする油中高分散性炭化ケイ素粉。
2. 前記炭化ケイ素粉は、煮沸水処理又はアルカリ水で加熱処理されることを特徴とする請求項１に記載の油中高分散性炭化ケイ素粉。
3. 前記煮沸水処理は、イオン交換水又は純水による煮沸水処理であり、前記アルカリ水は、濃度が5〜40wt％の水酸化ナトリウムであることを特徴とする請求項２に記載の油中高分散性炭化ケイ素粉。
4. 前記炭化ケイ素粉は、その平均粒径が1〜7μmであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の油中高分散性炭化ケイ素粉。
   
   

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