JP3572180B2 - Abrasive grain dispersion medium composition for ingot cutting and cutting fluid for ingot cutting - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インゴット切断用の砥粒分散媒として有用であり、かつ引火性の低い非水溶性分散媒組成物及びインゴット切断用切削液に関する。本発明の分散媒組成物から調整された切削液は、特にワイヤソーまたはバンドソーによるシリコンインゴットの切断に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン単結晶のインゴットを切断するための砥粒分散媒としては、鉱物油を主成分とする非水溶性の切削油が主に用いられている。この分散媒にＳｉＣなどの砥粒を混合・分散させたスラリー状の切削液を、インゴット切断装置の刃の部分に供給しながらインゴットの切断が行われる。切断されたシリコンウエハは、切削により生成する切屑や付着した切削液を除去する洗浄工程を経て後続工程へと供される。一方、切断に用いられた後の切削液は廃棄物として処理される。
【０００３】
しかし、鉱物油を主成分とする上記従来の分散媒は引火性の危険物であるため、消防法により貯蔵数量が制限されている。また、上記廃棄物についても取り扱いに注意を要する。
このため、切削液用の分散媒の分野において、非水溶性分散媒の代替品として水溶性の砥粒分散媒が種々提案されている。例えば、特開平８−５７８４７号公報には、有機または無機ベントナイト水溶液に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を均一に混合させた砥粒の分散媒が開示されている。上記公報では、この分散媒によると前記非水溶性分散媒の使用に起因する種々の問題が解決されるとともにウエハの反りなどが改善されると記載されている。
【０００４】
インゴット形状物の切断装置としては、一般に内周刃または外周刃切断装置、バンドソー、ワイヤソーなどが使用されている。近年、半導体用シリコン単結晶インゴットの大径化に伴い、比較的大径の、例えば３インチ以上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傾向にある。これは、上記ワイヤソーやバンドソーを用いると、内周刃または外周刃切断装置に比べてスライス厚さを均一化することができ、切断代が減少するので材料の利用率が高くなり、また一度に多数枚のスライスが可能なので作業効率の向上が図れるなどの理由による。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の水溶性分散媒は、一般に非水溶性分散媒に比べて機械的安定性が低いなどの理由から、この水溶性分散媒に砥粒を分散させた切削液の粘度や密度が切断中に変動しやすい。このため、水溶性分散媒を用いた切削液によると切断が不安定になりやすいという問題がある。また、この切削液によると、分散媒中における砥粒の沈降・堆積が十分に防止されていないため、切削液中の砥粒濃度が加工中に低下するなど変動を起しやすい。さらに、水溶性分散媒を用いた切削液は非水溶性の分散媒を用いた場合に比べて、切断ワイヤやバンドなどの金属製切断部材に対する付着性が劣る。このため、この切削液を用いるとウエハなどのスライス品の反り量が増大する、スライス品の厚さのばらつき（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ；以下、「ＴＴＶ」という。）が増すなどの現象が生じる。
【０００６】
特に、前述のようにワイヤソーやバンドソーを用いて比較的大径のシリコンインゴットを切断する場合には、水溶性分散媒を用いることによる上記現象が問題となりやすい。例えば、ワイヤソーやバンドソーによる直径６インチのシリコン単結晶の切断において上記水溶性分散媒からなる切削液を用いると、スライス品の中央部が凸状になる、いわゆる「反り」の量が２０μｍを超える場合がある。このような大きな反りは、シリコンウエハを製造加工する際の障害となるとともに、歩留り低下の原因ともなっている。
【０００７】
上記のようにスライス品の大きな反りが発生しやすくなる一因は、切断速度、ワイヤまたはバンドの進行速度や張力などの加工条件にもある。しかし、切削液中の砥粒濃度の変動や、切断ワイヤや切断バンドなどの金属製切断部材に対する切削液の付着性不足によっても、スライス品の反りは増大する。すなわち、切削液に水溶性分散媒を用いたことに起因する砥粒分散性や金属付着性の不足が、スライス品に大きな反りを発生させているものと推察される。
【０００８】
本発明の目的は、引火性の低い分散媒組成物であって、この分散媒組成物から調整された切削液の性能に優れたインゴット切断用砥粒分散媒組成物及びインゴット切断用切削液を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、非水溶性分散媒に水分を添加した組成物は、水分を添加しない組成物に比べて、加熱された場合にこの水分が発泡することにより引火性が著しく減少することを見出した。さらに、この組成物をインゴット切断用の砥粒分散媒に用いた切削液が従来の非水溶性分散媒による切削液とほぼ同等の切削性能を示し得る水分添加量を見出して、本発明を完成したのである。
【００１０】
すなわち、本発明のインゴット切断用砥粒分散媒組成物は、砥粒分散媒組成物全体を１００重量％とした場合、鉱油系潤滑油基油並びに／又はポリαオレフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ポリオールエステル、及び天然油脂から選ばれる合成系潤滑油基油４０〜９０重量％と、水分５を超え２０重量％以下とを含有し、ノニオン系界面活性剤としてポリオキシアルキレンアルキルエーテルを含む湿潤剤１〜３０％重量未満並びに無機及び／又は有機ベントナイトを含有し、且つ、ＨＬＢ１．５〜１２の脂肪酸エステルを含まないことを特徴とする。
【００１１】
この組成物は、水分５を超え２０重量％以下を含有するので、上述のように加熱時にこの水分が発泡することにより組成物の引火性が抑制され、例えばクリーブランド開放式測定法において引火点を生じない程度の低い引火性とすることができる。また、非水溶性の分散媒からなるので、従来の水溶性分散媒に比べてこの組成物から調整された切削液の切削性能に優れ、例えば従来の非水溶性分散媒からなる切削液とほぼ同等の切削性能を得ることが可能である。
【００１２】
本発明の組成物は、保水剤、湿潤剤、防錆剤、非鉄金属防食剤、潤滑油添加剤、消泡剤、無機または有機ベントナイトから選択される一種または二種以上を添加剤として含有することが好ましい。
【００１３】
この組成物は、ワイヤソーまたはバンドソーによるシリコンインゴット切断において特に好適に用いられる。この用途において、切削液として従来の水溶性分散媒を用いた場合には上述のようにスライス品の反りが問題となっていたが、本発明によればこの問題が解決されるためである。具体的には、ワイヤソーやバンドソーによる直径６インチのシリコン単結晶の切断において、本発明の組成物からなる切削液を用いると、スライス品の反り量については２０μｍ以下とすることが可能であり、またスライス品のＴＴＶについては２５μｍ以下とすることが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（１）水分について
本発明のインゴット切断用砥粒分散媒組成物に含有される「水分」としては、通常は精製水が好ましく、脱イオン水がさらに好ましい。本発明の組成物における水分の含有量は、組成物全体に対して５を超え２０重量％以下とする必要があり、５を超え１５重量％以下とすることが好ましく、５を超え１０重量％以下とすることがさらに好ましい。水分の含有量が少ないと、この水分による引火性抑制効果が不十分であり、クリーブランド開放式測定において組成物が引火点を生じる場合がある。一方、水分の含有量が２０重量％を超えると、この組成物に砥粒を分散させた切削液の粘度が著しく高くなって流動性が失われるため、インゴット切断用の砥粒分散媒として用いるには不適当な組成物となる。
【００１５】
（２）基油について
本発明の組成物の「基油」としては、一般的な鉱油系および／または合成系潤滑油基油を用いればよい。
鉱油系潤滑油基油としては、例えば原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分を溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの精製処理を組み合わせて精製したパラフィン系、ナフテン系などの油を使用することができる。
また、合成系潤滑油基油としては、例えばポリブテン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマーなどのポリαオレフィン；アルキルベンゼン；アルキルナフタレン；ジトリデシルグルタレート、ジ−２−エチルヘキシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジ−２−エチルヘキシルセバケートなどのジエステル；トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴレート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサエート、ペンタエリスリトールペラルゴレートなどのポリオールエステル；ナタネ油などの天然油脂などを用いることができる。
【００１６】
本発明の組成物の基油は、上記潤滑油基油のうち一種のみを用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
この基油としては、クリーブランド開放式測定法による引火点が１００℃以上（より好ましくは１２０℃以上）のものが好ましく使用される。二種以上の潤滑油基油を用いる場合には、それらの混合物のクリーブランド開放式測定法による引火点が１００℃以上（より好ましくは１２０℃以上）であることが好ましい。本発明の組成物全体に占める基油の割合は、４０〜９０重量％とすることが好ましく、４５〜８５重量％とすることがより好ましく、６０〜８０重量％とすることがさらに好ましい。
【００１７】
（３）添加剤について
本発明のインゴット切断用砥粒分散媒組成物は、上記必須成分に加えて、一般的な砥粒分散媒組成物に添加される従来公知の各種添加剤を含有することができる。以下、これらの添加剤について説明する。
【００１８】
（３−１）保水剤
保水剤は、本発明のインゴット切断用砥粒分散剤組成物中に含まれる水分が揮発することを防止する目的で用いられる。
保水剤の好ましい使用量は、分散剤組成物全体に対して０．１〜５重量％（より好ましくは０．５〜３重量％）である。この含有量が０．１重量％未満では、水分揮発抑制効果が不十分となるため保存中または使用中に組成物中の水分が失われやすいので、引火性の抑制効果が経時的に低下する恐れがある。一方、含有量が５重量％を超えると、この組成物に砥粒を分散させた切削液の粘度が著しく高くなって流動性が不足するため好ましくない。
この保水剤としては、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの炭素数２〜３の多価アルコールが好適に用いられる。
【００１９】
（３−２）湿潤剤
湿潤剤は、本発明の分散媒組成物に砥粒を分散させて調整された切削液において、この砥粒の表面に湿潤性を付与したり、加工後の洗浄性を付与したりするなどの目的で用いられる。
湿潤剤の好ましい使用量は、組成物全体に対して１〜３０重量％未満（より好ましくは３〜２５重量％、さらに好ましくは５〜２０重量％）である。使用量が１重量％未満では砥粒表面の湿潤性が不足するため、この砥粒を分散させた切削液の粘度が著しく高くなって流動性が不足するため好ましくない。一方、使用量が３０重量％を超えると切削液を循環使用する際に泡が発生しやすくなり、ポンプにより循環させる場合にはポンプがこの泡をかみこむ恐れがあるので、切削液の円滑な循環が困難となる。
この湿潤剤としては、一般的なノニオン系、アニオン系またはカチオン系の界面活性剤を使用すればよい。例えば、石油スルフォン酸のアルカリ金属塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどが好適に用いられる。
【００２０】
（３−３）防錆剤
防錆剤は、この組成物から調整された切削液をワイヤソーまたはバンドソーによるインゴット切断に用いる場合において、ワイヤソーマシンまたはバンドソーマシンの鉄製部分を防錆する目的で使用される。
防錆剤の好ましい使用量は、組成物全体に対して０．０１〜５重量％（より好ましくは０．１〜４重量％）である。使用量が０．０１重量％未満では防錆効果が不十分となる場合がある。一方、使用量が５重量％を超えると切削液を循環使用する際に泡が発生しやすくなり、ポンプにより循環させる場合にはポンプがこの泡をかみこむ恐れがあるので、切削液の円滑な循環が困難となる。
この防錆剤としては、カプリル酸、ノナン酸などの中級脂肪酸；セバシン酸、ドデカン二酸などの二塩基酸；オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの高級脂肪酸；ｐ−ｔ−ブチル安息香酸などの芳香族カルボン酸のアミン塩などを用いることができる。
【００２１】
（３−４）非鉄金属防食剤
非鉄金属防食剤は、この組成物から調整された切削液をワイヤソーまたはバンドソーによるインゴット切断に用いる場合において、ワイヤソーマシンにおけるワイヤまたはバンドソーマシンにおけるバンドを被覆する銅、黄銅などの防食剤として作用する。
防食剤の好ましい使用量は、組成物全体に対して０．０１〜０．５重量％（より好ましくは０．０５〜０．３重量％）である。使用量が０．０１重量％未満では防食効果が不十分となる場合がある。一方、使用量が０．５重量％を超えると、分散媒組成物の原料コストが嵩むため好ましくない。
この防食剤としては、ベンゾトリアゾールなどを用いることができる。
【００２２】
（３−５）潤滑油添加剤
潤滑油添加剤は、インゴットの加工効率などをさらに高める目的で組成物に含有させるものである。好ましく使用される潤滑油添加剤の例とその好適な使用量を下記▲１▼〜▲５▼に示す。使用量が下記範囲未満ではその効果が不十分となる場合がある。一方、使用量が下記範囲を超えると、切削液の粘度が著しく上昇したり分散媒組成物の原料コスト増を招いたりする恐れがあるので好ましくない。
▲１▼摩擦低減剤；酸化パラフィン金属塩、金属セッケン、アルケニルコハク酸エステル、脂肪族アミンアルコール、脂肪酸アミドなど。好ましい使用量は、組成物全体に対して０．０１〜５重量％である。
▲２▼酸化防止剤；フェノール系、アミン系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛系、フェノチアジン系など。好ましい使用量は、組成物全体に対して０．０１〜１重量％である。
▲３▼極圧添加剤；硫化油脂、硫化オレフィン、リン酸エステル、ジチオリン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸亜鉛、ジチオリン酸モリブデン、二硫化モリブデン、グラファイトなど。好ましい使用量は、組成物全体に対して０．１〜１０重量％である。
▲４▼粘度指数向上剤；ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテートなど。好ましい使用量は、組成物全体に対して０．１〜３重量％である。
▲５▼流動点降下剤；ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテートなど。好ましい使用量は、組成物全体に対して０．１〜３重量％である。
【００２３】
（３−６）消泡剤
消泡剤としては、シリコーン系、フッ素系などを用いることができ、その好ましい使用量は組成物全体に対して０．０１〜１重量％である。この使用量が０．０１重量％未満では消泡効果が不十分となる場合があり、１重量％を超えると分散媒組成物の原料コストが嵩むため好ましくない。
【００２４】
（３−７）無機または有機ベントナイト
本発明において使用する無機または有機ベントナイトは、高純度のソジウムモンモロナイトおよびその有機変性物であり、本発明の分散媒組成物に含有される水分または鉱物油と混合されて安定なゲルを生成する。このような状態において、この分散媒組成物中に砥粒を添加分散させて調整した切削液によると、砥粒の沈降を防止することができる。
この無機または有機ベントナイトは、一種のみを用いてもよいし二種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましい合計使用量は、組成物全体に対して０．１〜１０重量％（より好ましくは２〜７重量％）である。使用量が０．１重量％未満では切削液における砥粒の沈降防止効果が不十分となる場合がある。一方、使用量が１０重量％を超えると、切削液の粘度が著しく高くなる恐れがあり、また原料コストも増大するため好ましくない。
【００２５】
（４）組成物の製造方法および使用方法
本発明のインゴット切断用砥粒分散媒組成物は、例えば、まず基油に上記（３−１）〜（３−７）の添加剤を必要に応じて所定量加え、次いで水分（好ましくはイオン交換水）を加えて混合することにより得られる。なお、本発明の組成物には、上記以外の添加剤をさらに加えてもよい。
また、本発明のインゴット切断用砥粒分散媒組成物からインゴット切断用の切削液を調整するには、この組成物に例えばＳｉＣなどからなる砥粒を所定量混合して均一に分散させればよい。
本発明の組成物からなる切削液は、シリコン単結晶などの各種インゴットの切断において切断装置の切断刃に供給される切削液として好適である。本発明の組成物の効果が特に顕著に発揮される切断装置としては、ワイヤソー、バンドソー、およびこれらを多重化したマルチワイヤソー、マルチバンドソーなどが挙げられる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明する。
下記の材料を表１に示す割合で配合して、実施例１〜４、参考例１〜２および比較例１、２の分散媒組成物を調整した。得られた分散媒組成物につき、下記（１）〜（３）の評価試験を行った。その結果を表１に併せて示す。なお、比較例３には市販の水溶性分散媒を用いた。
【００２７】
基油；パラフィン系鉱物油、％ＣＮ３５、動粘度７ｍｍ２／ｓ（４０℃）、クリーブランド開放式測定法による引火点１４０℃
保水剤；エチレングリコール
湿潤剤ａ；ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ＨＬＢ ５．７
湿潤剤ｂ；ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ＨＬＢ １２．６
湿潤剤ｃ；石油スルフォン酸ナトリウム塩、平均分子量３５０
防錆剤；ノナン酸とトリエタノールアミンとのモル比１：１の混合物の中和塩
非鉄金属防食剤；ベンゾトリアゾール
潤滑油添加剤；酸化防止剤としてのブチルヒドロキシアニソール
消泡剤；メチルフェニルポリシロキサン、信越化学株式会社製、商品名「シリコンＫＦ５６」
無機ベントナイト；株式会社豊順洋行製、商品名「ベンゲル−ＦＷ」
有機ベントナイト；株式会社豊順洋行製、商品名「エスベン」
【００２８】
（１）分散媒の引火点
得られた各分散媒組成物につき、クリーブランド開放式測定法により引火点を測定した。なお、表１において「〇」は引火しなかったことを示す。
【００２９】
（２）ウエハの反り
各分散媒組成物１００重量部に、市販のＧＣ＃１００の砥粒（平均粒子径約２０μｍ）１２５重量部を加えて切削液を調整した。この切削液を用いて、ワイヤソー・バンドソーマシンにより直径８インチのシリコンインゴットをワイヤソーで８８０μｍ厚に切断し、ウエハの反り量を測定した。測定結果は、◎；５〜１０μｍ、〇；１０〜１５μｍ、△；１５〜２０μｍ、×；２０μｍ以上、の４段階で示す。
【００３０】
（３）ウエハのＴＴＶ
上記評価試験で切断したウエハにつき、一般的に使用されているＡＤＥＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ９５００を使用してＴＴＶを求めた。評価結果は、◎；２０μｍ以下、〇；２０〜２５μｍ、△；２５〜３０μｍ、×；３０μｍ以上、の４段階で示す。
【００３１】
【表１】
表１に示すように、実施例１〜４の分散媒組成物はいずれも引火点を示さず、耐火性（難燃性）に優れていた。これに対して、水分含有量が本発明範囲に満たない比較例１では引火性の抑制効果が不十分であり、水分を含有しない比較例２とほぼ同程度の引火性を示した。
また、実施例１〜４の分散媒組成物から調整された切削液を用いると、水溶性分散媒である比較例３からなる切削液に比べて、反り量およびＴＴＶが著しく少ないウエハを得ることができた。すなわち、実施例１〜４の分散媒組成物からなる切削液は、その切削性能が良好であった。
なお、水分含有量の多い実施例４から調整された切削液は、実施例１〜３を用いた切削液に比べて流動性がやや低いものの、実用上は問題のない程度であった。
【００３３】
なお、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のインゴット切断用砥粒分散媒組成物は、水分５を超え２０重量％以下を含有するので耐火性（難燃性）に優れる。これにより、従来の非水溶性分散媒における引火性の問題を解決することができる。また、本発明の分散媒組成物は非水溶性であるため、従来の水溶性分散媒とは異なり、この分散媒から調整された切削液における砥粒の分散安定性や金属製切断部材への付着性が良好である。したがって、従来の水溶性分散媒からなる切削液ではスライス品の反りやＴＴＶが問題となっていた大径のインゴットの切断においても、本発明の分散媒組成物からなる切削液によれば反りおよびＴＴＶの少ないスライス品を得ることができる。このように、従来の非水溶性分散媒を用いた切削液に匹敵する切削性能が得られ、かつ水溶性分散媒と同様に非引火性切削油として取り扱うことができるので、本発明の分散媒組成物は極めて有用である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a water-insoluble dispersion medium composition which is useful as an abrasive dispersion medium for cutting an ingot and has low flammability, and a cutting fluid for cutting an ingot . The cutting fluid prepared from the dispersion medium composition of the present invention is particularly useful for cutting a silicon ingot with a wire saw or band saw.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an abrasive dispersion medium for cutting a silicon single crystal ingot, a water-insoluble cutting oil mainly composed of mineral oil has been mainly used. The ingot is cut while a slurry-like cutting fluid in which abrasive grains such as SiC are mixed and dispersed in the dispersion medium is supplied to the blade portion of the ingot cutting device. The cut silicon wafer is provided to a subsequent process through a cleaning process for removing chips generated by the cutting and attached cutting fluid. On the other hand, the cutting fluid after being used for cutting is treated as waste.
[0003]
However, since the conventional dispersion medium containing mineral oil as a main component is a flammable dangerous substance, the storage quantity is restricted by the Fire Service Law. In addition, the above-mentioned waste must be handled with care.
Therefore, in the field of dispersion media for cutting fluid, various water-soluble abrasive dispersion media have been proposed as alternatives to non-water-soluble dispersion media. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-57847 discloses a dispersion medium of abrasive grains in which a fatty acid amine obtained by reacting an alkanolamine and a higher fatty acid is uniformly mixed with an organic or inorganic bentonite aqueous solution. The above-mentioned publication describes that this dispersion medium solves various problems caused by the use of the water-insoluble dispersion medium and also improves the warpage of the wafer.
[0004]
As an ingot-shaped cutting device, an inner or outer blade cutting device, a band saw, a wire saw, and the like are generally used. In recent years, with the increase in the diameter of silicon single crystal ingots for semiconductors, wire saws and band saws tend to be frequently used for cutting relatively large diameter ingots, for example, 3 inches or more. This is because the use of the above-mentioned wire saw or band saw makes it possible to make the slice thickness uniform compared to the inner peripheral blade or outer peripheral blade cutting device, and the cutting margin is reduced, so that the utilization rate of the material is increased, and at the same time, This is because a large number of slices can be formed, thereby improving work efficiency.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional water-soluble dispersion medium generally has lower mechanical stability than the water-insoluble dispersion medium, the viscosity and density of the cutting fluid in which abrasive grains are dispersed in this water-soluble dispersion medium are being cut. Easy to fluctuate. For this reason, there is a problem that cutting is likely to be unstable with a cutting fluid using a water-soluble dispersion medium. Further, according to the cutting fluid, sedimentation / accumulation of the abrasive grains in the dispersion medium is not sufficiently prevented, so that the abrasive grains in the cutting fluid tend to fluctuate, for example, the concentration of the abrasive grains decreases during processing. Furthermore, the cutting fluid using a water-soluble dispersion medium has poor adhesion to a metal cutting member such as a cutting wire or a band as compared with a case using a water-insoluble dispersion medium. For this reason, when this cutting fluid is used, phenomena such as an increase in the amount of warpage of a sliced product such as a wafer and an increase in variation in the thickness of the sliced product (Total Thickness Variation; hereinafter, referred to as “TTV”) occur.
[0006]
In particular, when a silicon ingot having a relatively large diameter is cut using a wire saw or a band saw as described above, the above phenomenon caused by using a water-soluble dispersion medium tends to be a problem. For example, when cutting a silicon single crystal having a diameter of 6 inches with a wire saw or a band saw and using a cutting fluid composed of the above water-soluble dispersion medium, the central part of the sliced product becomes convex, so-called “warpage” exceeds 20 μm. There are cases. Such a large warp becomes an obstacle when manufacturing and processing a silicon wafer, and also causes a decrease in yield.
[0007]
One of the causes of the large warpage of the sliced product, as described above, also depends on the processing conditions such as the cutting speed, the moving speed of the wire or the band, and the tension. However, the warpage of the sliced product also increases due to fluctuations in the concentration of abrasive grains in the cutting fluid and insufficient adhesion of the cutting fluid to a metal cutting member such as a cutting wire or a cutting band. In other words, it is presumed that the lack of abrasive grain dispersibility and metal adhesion due to the use of the water-soluble dispersion medium as the cutting fluid causes large warpage of the sliced product.
[0008]
An object of the present invention is a dispersion medium composition having a low flammability, and an abrasive dispersion medium composition for ingot cutting and a cutting fluid for ingot cutting which are excellent in performance of a cutting fluid prepared from the dispersion medium composition. To provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found that a composition obtained by adding water to a water-insoluble dispersion medium has a markedly reduced flammability due to foaming of this water when heated, as compared to a composition not containing water. I found it. Further, the present invention was completed by finding a water addition amount in which a cutting fluid using this composition as an abrasive dispersion medium for ingot cutting can exhibit almost the same cutting performance as a cutting fluid using a conventional water-insoluble dispersion medium. It was done.
[0010]
That is, the abrasive particle dispersion medium composition for ingot cutting of the present invention, when the total amount of the abrasive particle dispersion medium composition is 100% by weight, a mineral oil-based lubricating base oil and / or a poly-α-olefin, alkylbenzene, alkylnaphthalene, polyol Wetting agent 1 containing 40 to 90% by weight of a synthetic lubricating base oil selected from esters and natural fats and oils, containing more than 5 to 20% by weight of water, and containing polyoxyalkylene alkyl ether as a nonionic surfactant 1 It is characterized by containing less than未 満30% by weight , inorganic and / or organic bentonite, and not containing fatty acid esters of HLB 1.5-12.
[0011]
Since this composition contains more than 5% water and not more than 20% by weight , the flammability of the composition is suppressed by foaming of this water during heating as described above. Low flammability that does not occur can be obtained. In addition, since it is made of a water-insoluble dispersion medium, the cutting performance of the cutting fluid adjusted from this composition is superior to that of a conventional water-soluble dispersion medium, and is substantially the same as that of a conventional cutting fluid made of a water-insoluble dispersion medium. It is possible to obtain equivalent cutting performance.
[0012]
The composition of the present invention contains one or more additives selected from water retention agents, wetting agents, rust inhibitors, non-ferrous metal anticorrosives, lubricating oil additives, defoamers, inorganic or organic bentonites as additives. Is preferred.
[0013]
This composition is particularly preferably used for cutting a silicon ingot with a wire saw or a band saw. In this application, when a conventional water-soluble dispersion medium is used as the cutting fluid, the warpage of the sliced product has been a problem as described above. However, according to the present invention, this problem is solved. Specifically, when cutting a silicon single crystal having a diameter of 6 inches using a wire saw or a band saw, when a cutting fluid comprising the composition of the present invention is used, the warpage of the sliced product can be reduced to 20 μm or less. The TTV of the sliced product can be set to 25 μm or less.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1) Regarding Water As the “water” contained in the abrasive particle dispersion medium composition for cutting an ingot of the present invention, purified water is usually preferable, and deionized water is more preferable. The water content in the composition of the present invention must be more than 5 and not more than 20% by weight, preferably more than 5 and not more than 15% by weight, more preferably more than 5 and 10% by weight based on the whole composition. It is more preferable to set the following . If the water content is low, the effect of suppressing the flammability due to the water is insufficient, and the composition may generate a flash point in the Cleveland open-type measurement. On the other hand, if the water content exceeds 20% by weight, the viscosity of the cutting fluid in which the abrasive grains are dispersed in the composition becomes extremely high, and the fluidity is lost. Therefore, the cutting fluid is used as an abrasive dispersion medium for ingot cutting. Will result in an unsuitable composition.
[0015]
(2) Base Oil As the “base oil” of the composition of the present invention, a common mineral oil and / or synthetic lubricating oil base oil may be used.
As a mineral oil-based lubricating base oil, for example, a lubricating oil fraction obtained by distilling crude oil under normal pressure and reduced pressure is desolvated, solvent extracted, hydrocracked, solvent dewaxed, catalytic dewaxed, hydrorefined Oils such as paraffinic and naphthenic oils that have been purified by a combination of purification treatments such as sulfuric acid washing and clay treatment can be used.
Examples of the synthetic lubricating base oil include polyalphaolefins such as polybutene, 1-octene oligomer and 1-decene oligomer; alkylbenzene; alkylnaphthalene; ditridecyl glutarate, di-2-ethylhexyl adipate, diisodecyl adipate and ditriene. Diesters such as decyl adipate and di-2-ethylhexyl sebacate; polyol esters such as trimethylolpropane caprylate, trimethylolpropaneperalgolate, pentaerythritol-2-ethylhexaate, and pentaerythritol peralgolate; natural fats and oils such as rapeseed oil Etc. can be used.
[0016]
As the base oil of the composition of the present invention, only one kind of the above lubricating base oils may be used, or two or more kinds may be used in combination.
As the base oil, those having a flash point of 100 ° C. or higher (more preferably 120 ° C. or higher) according to the Cleveland open measurement method are preferably used. When two or more lubricating base oils are used, the mixture preferably has a flash point of 100 ° C. or higher (more preferably 120 ° C. or higher) according to the Cleveland open measurement method. The proportion of the base oil in the entire composition of the present invention is preferably 40 to 90% by weight, more preferably 45 to 85% by weight, and still more preferably 60 to 80% by weight.
[0017]
(3) Additives The abrasive particle dispersion medium composition for ingot cutting of the present invention contains, in addition to the above essential components, various conventionally known additives added to a general abrasive particle dispersion medium composition. Can be. Hereinafter, these additives will be described.
[0018]
(3-1) Water Retaining Agent The water retaining agent is used for the purpose of preventing the water contained in the abrasive dispersant composition for ingot cutting of the present invention from volatilizing.
The preferred amount of the water retention agent is 0.1 to 5% by weight (more preferably 0.5 to 3% by weight) based on the whole dispersant composition. When the content is less than 0.1% by weight, the effect of suppressing the volatilization of water becomes insufficient, so that the water in the composition is easily lost during storage or use, so that the effect of suppressing the flammability decreases with time. There is fear. On the other hand, if the content exceeds 5% by weight, the viscosity of the cutting fluid in which the abrasive grains are dispersed in this composition becomes extremely high, and the fluidity becomes insufficient, which is not preferable.
As this water retention agent, polyhydric alcohols having 2 to 3 carbon atoms such as glycerin, ethylene glycol, and propylene glycol are preferably used.
[0019]
(3-2) Wetting agent The wetting agent imparts wettability to the surface of the abrasive grains in the cutting fluid prepared by dispersing the abrasive grains in the dispersion medium composition of the present invention, and the cleaning property after processing. It is used for the purpose of giving or the like.
The preferred use amount of the wetting agent is 1 to less than 30% by weight (more preferably 3 to 25% by weight, further preferably 5 to 20% by weight) based on the whole composition. If the amount is less than 1% by weight, the wettability of the surface of the abrasive grains is insufficient, so that the viscosity of the cutting fluid in which the abrasive grains are dispersed becomes extremely high and the fluidity is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if the used amount exceeds 30% by weight, bubbles are likely to be generated when the cutting fluid is circulated and used. When the cutting fluid is circulated by the pump, the pump may bite the bubbles, so that the cutting fluid is smoothly circulated. Circulation becomes difficult.
As the wetting agent, a general nonionic, anionic or cationic surfactant may be used. For example, alkali metal salts of petroleum sulfonic acid, polyoxyalkylene alkyl ethers and the like are preferably used.
[0020]
(3-3) Rust preventive The rust preventive is used for the purpose of preventing rust on the iron part of the wire saw machine or the band saw machine when the cutting fluid prepared from this composition is used for cutting an ingot with a wire saw or a band saw. You.
A preferred amount of the rust inhibitor is 0.01 to 5% by weight (more preferably 0.1 to 4% by weight) based on the whole composition. If the amount used is less than 0.01% by weight, the rust prevention effect may be insufficient. On the other hand, if the amount used exceeds 5% by weight, bubbles are likely to be generated when the cutting fluid is circulated and used. When the cutting fluid is circulated by the pump, the pump may bite the bubbles. Circulation becomes difficult.
Examples of the rust preventive include middle fatty acids such as caprylic acid and nonanoic acid; dibasic acids such as sebacic acid and dodecane diacid; higher fatty acids such as oleic acid, linoleic acid and linolenic acid; pt-butylbenzoic acid Amine salts of aromatic carboxylic acids of the above can be used.
[0021]
(3-4) Non-ferrous metal anticorrosive The non-ferrous metal anticorrosive is, when a cutting fluid prepared from this composition is used for ingot cutting with a wire saw or a band saw, copper covering a wire in a wire saw machine or a band in a band saw machine, Acts as an anticorrosive such as brass.
The preferred amount of the anticorrosive is 0.01 to 0.5% by weight (more preferably 0.05 to 0.3% by weight) based on the whole composition. If the amount is less than 0.01% by weight, the anticorrosion effect may be insufficient. On the other hand, if the use amount exceeds 0.5% by weight, the raw material cost of the dispersion medium composition is undesirably increased.
Benzotriazole or the like can be used as this anticorrosive.
[0022]
(3-5) Lubricating oil additive The lubricating oil additive is included in the composition for the purpose of further increasing the processing efficiency of the ingot. Examples of preferably used lubricating oil additives and suitable amounts thereof are shown in the following (1) to (5). If the amount used is less than the following range, the effect may be insufficient. On the other hand, if the amount used exceeds the following range, the viscosity of the cutting fluid may be significantly increased or the raw material cost of the dispersion medium composition may be increased, which is not preferable.
{Circle around (1)} Friction reducing agents: paraffin oxide metal salts, metal soaps, alkenyl succinates, aliphatic amine alcohols, fatty acid amides and the like. A preferred amount is 0.01 to 5% by weight based on the whole composition.
{Circle around (2)} Antioxidants: phenol-based, amine-based, sulfur-based, zinc dithiophosphate-based, phenothiazine-based and the like. The preferred amount is 0.01 to 1% by weight based on the whole composition.
(3) Extreme pressure additives: sulfurized oils and fats, sulfurized olefins, phosphate esters, zinc dithiophosphate, zinc dithiocarbamate, molybdenum dithiophosphate, molybdenum disulfide, graphite, and the like. A preferred amount is 0.1 to 10% by weight based on the whole composition.
{Circle around (4)} Viscosity index improvers; polymethacrylate, polyisobutylene, polystyrene, polyvinyl acetate and the like. The preferred amount is 0.1 to 3% by weight based on the whole composition.
{Circle around (5)} Pour point depressants: polymethacrylate, polyisobutylene, polystyrene, polyvinyl acetate and the like. The preferred amount is 0.1 to 3% by weight based on the whole composition.
[0023]
(3-6) Antifoaming agent As the antifoaming agent, a silicone type, a fluorine type or the like can be used, and its preferable use amount is 0.01 to 1% by weight based on the whole composition. If the amount is less than 0.01% by weight, the defoaming effect may be insufficient. If the amount exceeds 1% by weight, the raw material cost of the dispersion medium composition is undesirably increased.
[0024]
(3-7) Inorganic or organic bentonite The inorganic or organic bentonite used in the present invention is high-purity sodium montmoronite and its organic modification, and water or mineral contained in the dispersion medium composition of the present invention. Mixes with oil to form a stable gel. In such a state, according to the cutting fluid prepared by adding and dispersing abrasive grains in the dispersion medium composition, sedimentation of the abrasive grains can be prevented.
This inorganic or organic bentonite may be used alone or in combination of two or more. A preferable total amount is 0.1 to 10% by weight (more preferably 2 to 7% by weight) based on the whole composition. If the amount used is less than 0.1% by weight, the effect of preventing the settling of abrasive grains in the cutting fluid may be insufficient. On the other hand, if the use amount exceeds 10% by weight, the viscosity of the cutting fluid may be significantly increased, and the raw material cost is increased, which is not preferable.
[0025]
(4) Method for Producing and Using Composition The abrasive dispersion medium composition for cutting an ingot of the present invention may be prepared by, for example, first adding the above-mentioned additives (3-1) to (3-7) to a base oil, if necessary. And then add a predetermined amount, and then add water (preferably ion-exchanged water) and mix. In addition, you may further add additives other than the above to the composition of this invention.
Further, in order to adjust the cutting fluid for ingot cutting from the abrasive grain dispersion medium composition for ingot cutting of the present invention, a predetermined amount of abrasive grains made of, for example, SiC or the like is mixed and uniformly dispersed in the composition. Good.
The cutting fluid comprising the composition of the present invention is suitable as a cutting fluid supplied to a cutting blade of a cutting device in cutting various ingots such as a silicon single crystal. Examples of the cutting device in which the effect of the composition of the present invention is particularly prominent include a wire saw, a band saw, and a multi-wire saw or a multi-band saw obtained by multiplexing these.
[0026]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.
The following materials were blended at the ratios shown in Table 1 to prepare the dispersion medium compositions of Examples 1 to 4, Reference Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2. With respect to the obtained dispersion medium composition, the following evaluation tests (1) to (3) were performed. The results are shown in Table 1. In Comparative Example 3, a commercially available water-soluble dispersion medium was used.
[0027]
Base oil; paraffinic mineral oil,% C N 35, kinematic viscosity 7 mm 2 / s (40 ° C.), flash point 140 ° C. by Cleveland open measurement method
Water retention agent; ethylene glycol wetting agent a; polyoxyethylene nonyl phenyl ether, HLB 5.7
Wetting agent b; polyoxyethylene nonyl phenyl ether, HLB 12.6
Wetting agent c; petroleum sulfonate sodium salt, average molecular weight 350
Rust preventive agent; Neutralized salt of a mixture of nonanoic acid and triethanolamine at a molar ratio of 1: 1 Non-ferrous metal anticorrosive agent; Benzotriazole lubricating oil additive; Butylhydroxyanisole antifoaming agent as antioxidant; Siloxane, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name "Silicone KF56"
Inorganic bentonite; product name "Bengel-FW", manufactured by Toyojun Yoko Co., Ltd.
Organic bentonite; manufactured by Toyojun Yoko Co., Ltd., trade name "Esven"
[0028]
(1) Flash Point of Dispersion Medium The flash point of each of the obtained dispersion medium compositions was measured by the Cleveland open-type measurement method. In Table 1, "〇" indicates that no fire occurred.
[0029]
(2) Warpage of Wafer To 100 parts by weight of each dispersion medium composition, 125 parts by weight of commercially available GC # 100 abrasive grains (average particle diameter: about 20 μm) were added to prepare a cutting fluid. Using this cutting fluid, a silicon ingot having a diameter of 8 inches was cut to a thickness of 880 μm with a wire saw using a wire saw / band saw machine, and the amount of warpage of the wafer was measured. The measurement results are shown in four stages: ；; 5 to 10 μm, Δ; 10 to 15 μm, Δ; 15 to 20 μm, ×;
[0030]
(3) TTV of wafer
For the wafer cut in the above evaluation test, TTV was determined using ADEC Corporation 9500 which is generally used. The evaluation results are shown in four stages: ；: 20 μm or less, Δ: 20 to 25 μm, Δ: 25 to 30 μm, ×: 30 μm or more.
[0031]
[Table 1]
As shown in Table 1, none of the dispersion medium compositions of Examples 1 to 4 exhibited a flash point and were excellent in fire resistance (flame retardancy). On the other hand, in Comparative Example 1 in which the water content was less than the range of the present invention, the effect of suppressing flammability was insufficient, and the flammability was almost the same as in Comparative Example 2 containing no water.
In addition, when a cutting fluid prepared from the dispersion medium compositions of Examples 1 to 4 is used, a wafer having significantly less warpage and TTV can be obtained as compared with the cutting fluid of Comparative Example 3, which is a water-soluble dispersion medium. Was completed. That is, the cutting fluid comprising the dispersion medium compositions of Examples 1 to 4 had good cutting performance.
The cutting fluid prepared from Example 4 having a high water content had a slightly lower fluidity than the cutting fluids used in Examples 1 to 3 , but had no practical problem.
[0033]
It should be noted that the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but may be variously modified within the scope of the present invention in accordance with the purpose and application.
[0034]
【The invention's effect】
The abrasive dispersion medium composition for cutting an ingot according to the present invention has an excellent fire resistance (flame retardancy) because it contains more than 5 moisture and not more than 20% by weight . Thereby, the problem of flammability in the conventional water-insoluble dispersion medium can be solved. Further, since the dispersion medium composition of the present invention is water-insoluble, unlike the conventional water-soluble dispersion medium, the dispersion stability of the abrasive grains in the cutting fluid adjusted from this dispersion medium and the metal cutting member. Good adhesion. Therefore, in the cutting fluid composed of the dispersion medium composition according to the present invention, the cutting fluid composed of the dispersion medium composition of the present invention can also be used for cutting a large-diameter ingot, in which the conventional cutting fluid composed of a water-soluble dispersion medium has a problem of warpage or TTV of a sliced product. A sliced product with a small TTV can be obtained. Thus, the cutting performance comparable to the cutting fluid using the conventional water-insoluble dispersion medium is obtained, and it can be treated as a non-flammable cutting oil like the water-soluble dispersion medium. The composition is very useful.
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