JP2816940B2 - 切削液、その製造方法およびインゴットの切断方法 - Google Patents

切削液、その製造方法およびインゴットの切断方法

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  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶や多結
晶、その他化合物半導体やセラミック等のインゴットの
切断用に有効な切削液(水溶性切削液)、その製造方法
およびこの切削液を用いるインゴットの切断方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン単結晶等のインゴット切
断用の切削液としては、主に、鉱物油を主成分とする非
水溶性切削油が用いられており、この切削油にSiC等
の砥粒を混合・分散させた切削剤(スラリー)をインゴ
ットの切断部に供給することにより、インゴットのスラ
イスが行われている。そして、このスライス品は、洗浄
工程を経て次工程に供される。また、インゴットの切断
に用いられた後のスラリーは、廃棄物として処理されて
いる。
【0003】前記スライス品の洗浄は、これに付着する
切削油等を除去するものであり、従来、洗浄液として有
機溶剤系のもの(例えばトリクロロエタン、塩化メチレ
ン等)が用いられてきた。この有機溶剤系の洗浄液によ
れば、洗浄作業が簡単になる利点がある。
【0004】また、上記インゴット切断用の加工具とし
ては外周刃、内周刃、バンドソーまたはワイヤソーが用
いられている。この場合、直径3インチ以上の比較的大
径のインゴットの切断には、ワイヤソーやバンドソーが
多用されるようになっている。その理由は他の加工具に
比べて、より均一厚さでインゴットをスライスすること
ができ、切断屑の発生量が少なくてすむだけでなく、一
度に多数枚のウエーハを切断することができるからであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、鉱物油を主成
分とする切削油は、引火性のある危険物であり、上記有
機溶剤系の洗浄液は、発ガンや大気汚染(オゾン層の破
壊)の主原因になるため最近、使用が禁止されている。
また、前記スラリーは切断に供された後、廃棄物として
焼却処理されるのが一般的であり、この焼却も大気汚染
の一原因になっている。このため、その代替品の開発が
待たれていた。
【0006】さらに、インゴット切断の場合において
は、切断速度の増大とともに得られたスライス品に「反
り」が発生(スライス品の中央部が凸状になる)しやす
くなり、ワイヤソーの場合では、直径6インチのシリコ
ン単結晶インゴットを切断速度1mm/min以上で切
断すると、反りが10μmを超えることがあり、このよ
うな大きな反りは、シリコンウエーハ等を製造加工する
時の障害になると共に、結果として、その歩留りが低下
する原因にもなっている。
【0007】本発明は、切削液を水溶性とすることによ
り、上記従来の問題点を解決したものである。すなわち
本発明の目的は、従来の非水溶性切削油を用いる場合に
おける引火の危険性や、被切削材洗浄工程における有機
溶剤の使用に伴う大気汚染等の諸問題を解決するととも
に、大径のシリコン単結晶インゴット等を切断するとき
のスライス品の反りを低下させることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の切削液
は、有機ベントナイトまたは無機ベントナイトの少なく
とも一方と、水と、アルカノールアミンと高級脂肪酸と
を反応させてなる脂肪酸アミンとの均一混合物を主成分
として含有することを特徴とする。
【0009】請求項2に記載の切削液は、請求項1にお
いて前記主成分と、保水性向上剤、洗浄性向上剤、摩擦
係数低下剤、防錆力補助剤、洗浄性向上補助剤および消
泡剤からなる群より任意に選ばれた一種または複数種の
補助剤とからなることを特徴とする。
【0010】請求項3に記載の切削液の製造方法は、請
求項1に記載の切削液を製造するに際し、水に有機ベン
トナイトまたは無機ベントナイトの少なくとも一方を添
加して保潤分散させ、該分散液にアルカノールアミンを
添加してアルカリ性となし、さらに該分散液に高級脂肪
酸を添加し、該高級脂肪酸とアルカノールアミンとを反
応させて脂肪酸アミンとなすことを特徴とする。
【0011】請求項4に記載のインゴットの切断方法
は、請求項1または2に記載の切削液に砥粒を分散させ
た分散液を切削剤(スラリー)として用い、ワイヤソー
またはバンドソーによりシリコン単結晶等のインゴット
をスライスすることを特徴とする。
【0012】本発明の切削液はベントナイトと、水と、
アルカノールアミンと高級脂肪酸とを反応させてなる脂
肪酸アミンとを、必須の構成成分として含有するもので
あり、一般的に下記の主原料と各種補助剤との組合せに
より構成される。 (A)無機・有機ベントナイト(主原料):架橋性の分
散性向上剤(沈降防止剤)であって、砥粒の分散性を向
上させるためのものである。 (B)アルカノールアミン(主原料):この切削液の主
原料であると同時に、防錆力補助剤としても作用する。
通常、分子量140以上のものとして、ここではトリエ
タノールアミンを使用した。 (C)高級脂肪酸(主原料):この切削液の主原料であ
ると同時に摩擦係数低下剤(潤滑性向上剤)としても作
用する。通常、不飽和脂肪酸の含有量90重量%以上の
ものが用いられ、ここではオレイン酸を使用した。 (D)保水性向上剤:この切削液の保水性向上剤および
潤滑性を補足するための補助剤として作用する。例え
ば、ポリアルキレングリコール高分子重合体が用いら
れ、一般的には分子量15,000〜30,000の重
合体が好ましい。 (E)洗浄性向上剤:この洗浄性向上剤は砥粒の分散性
向上用の補助剤としても作用する。例えば、ポリエチレ
ングリコールブロックポリマーが用いられ、通常、分子
量40〜60のものが用いられる。 (F)摩擦係数低下剤:上記(C)高級脂肪酸が摩擦係
数低下剤としても作用する。 (G)防錆力補助剤:例えば、ベンゾトリアゾール(ト
リルトリアゾール)を使用する。分子量は110〜14
0のものが好ましい。 (H)洗浄性向上補助剤:グリコールエーテルとして、
例えばトリプロピレングリコールモノメチルエーテルが
用いられる。 (I)消泡剤:前記成分(D)(E)の発泡性を抑える
もので、シリコーン樹脂系のものを使用した。 (J)精製水(主原料):各原料をイオン化するための
イオン化溶媒として作用する。
【0013】本発明の切削液は、以下の手順で製造され
る。すなわち、精製水(例えばイオン交換水)に無機お
よび/または有機ベントナイトを添加して十分保潤・分
散させ、この分散液にアルカノールアミンを添加して、
この分散液をアルカリ性とすることにより、前記ベント
ナイトの分散状態を更に均一化する。次に、高級脂肪酸
を添加してアルカノールアミンと反応させて脂肪酸アミ
ンを形成させる。この反応が十分進行した後、前記保水
性向上剤、洗浄性向上剤、摩擦係数低下剤、防錆力補助
剤、洗浄性向上補助剤および消泡剤等のうちから任意に
一種または複数種を選んで添加して完成品とする。
【0014】従来、水溶性切削液自体は公知であるが、
従来のものでは表面張力が高くて浸透性に劣るうえ、摩
擦係数が高くて潤滑性が十分でない。また、防錆力も不
足しているだけでなく、液分が蒸発しやすいという欠点
があった。これに対し、本発明の水溶性切削液は、それ
ぞれの構成成分の潜在的特性を活かすことにより、上記
従来のものの欠点を解消するとともに、構成成分の一つ
である脂肪酸の長所であり、かつ短所でもある起泡性
を、脂肪酸アミンに変化させることで解消した点に、特
徴の一つがある。
【0015】本発明の切削液は、これに砥粒を混合・分
散させて用いられ、シリコン単結晶または多結晶からな
るインゴットの切断用に特に有効であるが、化合物半導
体あるいはセラミック等々の切断にも広く使用すること
ができる。また、この切削液が用いられる切断装置とし
ては、ワイヤソーやバンドソー、これらを多重化したマ
ルチワイヤソーやマルチバンドソーが含まれる。更には
外周刃や内周刃の切断装置にも転用が可能である。
【0016】実際に製造され、使用に供される本発明の
切削液の原料成分およびその組成は、標準的には[表
1]に示すとおりである。
【0017】
【表1】
【0018】
【実施例】つぎに本発明の実施例と、従来の切削油によ
る比較例について説明する。 実施例1および比較例1 この実施例の切削液(1)を構成する原料成分および割
合は、[表2]に示すとおりである。
【0019】
【表2】
【0020】上記本発明の水溶性切削液(1)と従来例
の非水溶性切削油(2)の物性を示すと、[表3]のと
おりである。
【0021】
【表3】
【0022】上記切削液(1),切削油(2)と砥粒
(SiC砥粒であり、GC♯600、平均砥粒径19〜
20μm)を1.0〜1.5リットル:1.5kgの割
合で混合・分散させたスラリーを用い、線径が0.18
mmのマルチワイヤソーの張力を3.0kgfとし、シ
リコン単結晶のインゴットを切断速度1mm/min
で、肉厚0.75mmのスライス品に切断した。
【0023】その結果、実施例1の切削液(1)を用い
た場合、直径6インチのインゴットでは、スライス品の
反り(凸状に変形した中央部と、外周部との高さの差の
最大値)は、すべて10μm以下となり、直径8インチ
のインゴットでは、スライス品の反りは100枚の全て
が20μm以下となった。これに対し、比較例1の切削
油(2)を用いた場合、直径6インチのインゴットで
は、スライス品の反りは100枚中、98枚が10μm
以下となり、直径8インチのインゴットでは、スライス
品の反りは100枚中、98枚が20μm以下となっ
た。このように、本発明の水溶性切削液によって、従来
の非水溶性切削油と同等の切断結果を得ることができ
た。
【0024】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
切削液によれば、大径のシリコン単結晶等のインゴット
を、従来の切削油の場合と同等に高速で、かつスライス
品に大きな反りを発生させることなく切断することがで
きる効果がある。また、本発明の切削液は水溶性である
から引火による火災の危険性はなく、得られたスライス
品に付着する切削液の洗浄を水洗により行うことができ
て好都合である。また、洗浄排水の処理では、既設の排
水設備を利用することが可能であり、切断に供したスラ
リーの処理も同様に行うことができるため、従来の有機
溶媒系の洗浄液を用いる場合と異なり大気汚染を引き起
こす心配もなくなるなどの効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C10M 133/06 C10M 133/06 H01L 21/304 311 H01L 21/304 311Z (72)発明者 芦田 昭雄 東京都墨田区八広2丁目17番10号 大智 化学産業株式会社内 (72)発明者 木内 悦男 群馬県群馬郡群馬町足門762番地 三益 半導体工業株式会社内 (72)発明者 早川 和男 群馬県群馬郡群馬町足門762番地 三益 半導体工業株式会社内 (72)発明者 外山 公平 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社 半導体 白河研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−297062(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10M 173/02 B24B 27/06 B28D 5/04 C09K 3/14 550 C10M 125/30 C10M 133/06 H01L 21/304 311 WPI/L(QUESTEL)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機ベントナイトまたは無機ベントナイ
    トの少なくとも一方と、水と、アルカノールアミンと高
    級脂肪酸とを反応させてなる脂肪酸アミンとの均一混合
    物を主成分として含有することを特徴とする切削液。
  2. 【請求項2】 前記主成分と、保水性向上剤、洗浄性向
    上剤、摩擦係数低下剤、防錆力補助剤、洗浄性向上補助
    剤および消泡剤からなる群より任意に選ばれた一種また
    は複数種の補助剤とからなることを特徴とする請求項1
    に記載の切削液。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の切削液を製造するに際
    し、水に有機ベントナイトまたは無機ベントナイトの少
    なくとも一方を添加して保潤分散させ、該分散液にアル
    カノールアミンを添加してアルカリ性となし、さらに該
    分散液に高級脂肪酸を添加し、該高級脂肪酸とアルカノ
    ールアミンとを反応させて脂肪酸アミンとなすことを特
    徴とする切削液の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または2に記載の切削液に砥粒
    を分散させた分散液を切削剤(スラリー)として用い、
    ワイヤソーまたはバンドソーにより、シリコン単結晶等
    のインゴットをスライスすることを特徴とするインゴッ
    トの切断方法。
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