JP5259215B2

JP5259215B2 - 脆性材料用加工油

Info

Publication number: JP5259215B2
Application number: JP2008049394A
Authority: JP
Inventors: 友彦北村
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: WO2009107530A1; CN101960000B; TW201000624A; JP2009203411A; CN101960000A; TWI456048B

Description

本発明は、脆性材料用加工油に関し、詳しくは、遊離砥粒を利用してワイヤーソーで脆性材料を切断する際に好適に用いられる脆性材料用加工油に関する。

半導体製品の製造においては脆性材料であるシリコンインゴットを精度よく加工することが重要であり、その切断においてはその加工精度および生産性の観点から一般にワイヤーソー加工が利用されている。通常、ワイヤーソー加工においては遊離砥粒を加工油中に分散させたスラリーが用いられ、ピアノ線等からなるワイヤーソーにより脆性材料が切断される。したがって、当該加工油に関しては潤滑性能や冷却性能の他に遊離砥粒の分散性能や加工後の洗浄の容易性等が求められ、これまでに様々な技術開発が行われている。

例えば、特許文献１は、ポリエチレングリコール等の特定の基油、ポリアルキレングリコール等の増粘剤、および水を含有する切断加工用油剤等を開示する。特許文献２は、鉱物油、ベントナイト、脂肪酸アミン塩等の潤滑剤、スルフォネート系アニオン界面活性剤、およびグリコール誘導体を含有する切削油を開示する。特許文献３は、合成油、多価アルコールの１〜４量体のアルキルエーテル、および多価アルコールの１〜４量体の脂肪酸エステルを含有する金属加工油組成物を開示する。特許文献４は、プロピレングリコールエーテル、ソルビタン誘導体、変性シリコーン、および鉱油等を含む金属加工油組成物を開示する。

上記のように、これまでにワイヤーソー加工に用いられる様々な加工油が知られている。しかしながら、近年、半導体製品等は大型化、高集積度化する傾向があり、これにともない加工油の性能向上が必要な状況にある。すなわち、ワイヤーソー加工に対しては大型の材料を従来以上の精度で加工することが求められているが、従来の加工油を使用した場合、加工間隙へ十分にスラリーを供給することが困難であった。このため、シリコンインゴットを切断する場合は切断面にソーマークが発生し易く、ウェーハの厚さが均一になり難いなどの問題が生じていた。

特開平３−１８１５９８号公報特開平１０−１１０１８０号公報特開２００２−５３８８５号公報特開２００７−１０６８３５号公報

本発明はこのような状況下でなされたものであり、加工間隙に十分にスラリーを供給でき、加工性に優れる脆性材料用加工油を提供することを目的とするものである。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、加工間隙に十分にスラリーを供給するためには加工油を低粘度化することが必要であり、通常、加工油の低粘度化によって引き起こされる砥粒分散性の低下は特定成分を併用することで回避できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は低粘度と優れた砥粒分散性を両立する以下の脆性材料用加工油および脆性材料加工用組成物を提供するものである。
１．（ａ）基油、（ｂ）２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物であって、アルキレンオキサイドの付加モル数が２〜５０の非イオン系界面活性剤および／または２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物の誘導体であって、アルキレンオキサイドの付加モル数が２〜５０の非イオン系界面活性剤、および（ｃ）ベントナイトを配合してなる脆性材料用加工油であって、加工油全量基準で（ｂ）成分の含有量が０．２〜３０質量％、（ｃ）成分の含有量が０．１〜１０質量％である脆性材料用加工油、
２．４０℃動粘度が２〜３０ｍｍ²／ｓである、上記１に記載の脆性材料用加工油、
３．ワイヤーソー加工に用いられる、上記１または２に記載の脆性材料用加工油、
４．上記１〜３のいずれかに記載の脆性材料用加工油と遊離砥粒を含有する脆性材料加工用組成物。

本発明によれば、低粘度かつ優れた砥粒分散性を有する脆性材料用加工油が提供される。本発明の加工油は、上記性質を有するため加工間隙に砥粒を細かく、均一に、多量に供給することができる。したがって、加工精度が向上し、大型の脆性材料を加工することができる。

本発明の脆性材料用加工油は、（ａ）基油、（ｂ）特定の非イオン系界面活性剤、および（ｃ）ベントナイトを含有する。

本発明で用いられる（ａ）基油に関しては特に制限はないが、加工油の低粘度化と性能の観点から、好ましくは４０℃における動粘度が１〜２０ｍｍ²／ｓのものが用いられ、２〜１５ｍｍ²／ｓのものがより好ましい。

基油としては、鉱油や合成油が挙げられる。鉱油としては、例えば、パラフィン基系原油，中間基系原油あるいはナフテン基系原油を常圧蒸留するか、あるいは常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、またはこれを常法にしたがって精製することによって得られる精製油、例えば、溶剤精製油，水添精製油，脱ロウ処理油，白土処理油等が挙げられる。合成油としては、例えば、炭素数８〜１４のポリ−α−オレフィン，オレフィンコポリマー（例えば、エチレン−プロピレンコポリマーなど）、あるいはポリブテン，ポリプロピレン等の分岐オレフィンやこれらの水素化物、さらにはポリオールエステル（トリメチロールプロパンの脂肪酸エステル，ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなど）や二塩基酸エステル等のエステル系化合物、アルキルベンゼン等が挙げられる。

本発明においては、基油として前記鉱油および前記合成油のうち、いずれか１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

本発明で用いられる（ｂ）成分の非イオン系界面活性剤としては、アルキレンオキサイドの付加モル数が２〜５０の非イオン系界面活性剤が用いられ、具体的には２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物であって、アルキレンオキサイドの付加モル数が２〜５０の非イオン系界面活性剤や２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物の誘導体であって、アルキレンオキサイドの付加モル数が２〜５０の非イオン系界面活性剤が使用される。当該非イオン系界面活性剤としてはエステル基を有する化合物が好ましい。

２〜６価の多価アルコールとしては、具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、トリメチロールアルカン（例えば、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン）及びこれらの２〜３量体、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタンなどを挙げることができる。なかでも、２〜４価の多価アルコールが好ましく、特に、グリセリンまたはソルビタンが好ましい。

２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物を製造する際には、上記の多価アルコールをそのまま用いてもよいし、その一部の水酸基が脂肪酸と反応して得られるエステル基を有する化合物を用いてもよい。脂肪酸は、直鎖状、分岐状または環状であってもよく、飽和または不飽和であってもよい。脂肪酸の炭素数は、２〜２４が好ましく、４〜２０がより好ましい。具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、イソステアリン酸などが挙げられる。

上記多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、ポリオキシエチレンソルビタントリオレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート、ポリオキシエチレングリセリルモノイソステアレート等が挙げられる。

上記多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物において、アルキレンオキサイドの付加モル数は２〜５０である。付加モル数が１以下では砥粒分散性の効果が低く、５０を超えると油への溶解性が低下しやすい。上記観点から好ましくは３〜４０、さらに好ましくは、３〜２５である。好ましいアルキレンオキサイドとして、エチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイドが挙げられ、特にエチレンオキサイドが好ましい。また、アルキレンオキサイドは一部の水酸基にのみ付加させてもよいが、効果の点から全ての水酸基に付加させた方が好ましい。

２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物の誘導体としては、上記多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物の脂肪酸エステルが好ましい。当該脂肪酸エステルを製造する際に使用される脂肪酸としては、多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物に関する上記説明の中で示したものを使用することができる。

本発明においては、（ｂ）成分の非イオン系界面活性剤は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。（ｂ）成分の含有量は、加工油全量基準で０．２〜３０質量％である。０．２質量％未満であると、砥粒分散性が低下しやすく、３０質量％を超えると加工油の粘度が上昇し、加工間隙に十分にスラリーを供給することが困難になる。上記観点から好ましくは、１〜２０質量％、より好ましくは１〜１０質量％である。

本発明で用いる（ｃ）ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とする粘土であり、平均粒径が１０μｍ以下のものが好ましく、８μｍ以下のものがより好ましい。

本発明においては、（ｃ）成分としては有機物で処理したベントナイトがより好ましい。この有機物で処理したベントナイトとは、ベントナイトの結晶層間に存在する無機陽イオンを有機陽イオンと交換して生成される有機イオン複合体であり、いわゆる、有機ベントナイトを意味する。上記有機陽イオンとしては、アンモニウムイオンが好ましく、特に四級アンモニウムイオンが好ましい。

本発明においては、（ｃ）成分のベントナイトは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。（ｃ）成分の含有量は、加工油全量基準で０．１〜１０質量％である。０．１質量％未満であると、砥粒分散性が低下しやすく、１０質量％を超えると加工油の粘度が上昇し、加工間隙に十分にスラリーを供給することが困難になる。上記観点から好ましくは、０．５〜５質量％である。

本発明の脆性材料用加工油の４０℃動粘度は好ましくは２〜３０ｍｍ²／ｓ、より好ましくは３〜２０ｍｍ²／ｓ、特に好ましくは５〜１５ｍｍ²／ｓである。４０℃動粘度が上記範囲であることで、加工間隙に十分にスラリーを供給でき、優れた加工性が得られる。
上記のように本発明の脆性材料用加工油は低い動粘度を有するものである。通常は低粘度の加工油においては砥粒が沈降し易くなるため加工精度が低下するが、本発明の加工油においては、上記の（ｂ）成分と（ｃ）成分を併用することで優れた砥粒分散性が得られる。

本発明の脆性材料用加工油においては、本発明の目的に反しない範囲で防錆剤、消泡剤、酸化防止剤、金属不活性化剤等の公知の添加剤を配合できる。防錆剤としては、アルキルベンゼンスルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等が挙げられる。消泡剤としては、シリコーン油、フルオロシリコーン油及びフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤やアミン系酸化防止剤が挙げられる。金属不活性化剤としては、イミダゾリン、ピリミジン誘導体、チアジアゾール、ベンゾトリアゾール及びチアジアゾール等が挙げられる。
これらの添加剤の配合量は、目的に応じて適宜選定すればよいが、通常これらの添加剤の合計が加工油全量を基準にして、通常０．０１〜５質量％程度である。

本発明の脆性材料用加工油は、ワイヤーソーやマルチワイヤーソー等を用いて脆性材料をワイヤーソー加工する際に好適に用いられる。脆性材料としては、シリコン、水晶、セラミックスおよびカーボン等が挙げられる。ワイヤーソー加工においては、通常は遊離砥粒が用いられ、本発明の脆性材料用加工油および遊離砥粒を混合し脆性材料加工用組成物（スラリー）を調製する。遊離砥粒としては、特に制限なく使用することができ、例えばＳｉＣ（シリコンカーバイド）砥粒、アルミナ砥粒、ダイヤモンド砥粒などが挙げられる。遊離砥粒の配合量は目的に合わせて適宜決定できるが、通常は、質量比で脆性材料用加工油：遊離砥粒が９５：５〜１０：９０、好ましくは９０：１０〜３０：７０である。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

実施例１〜５、比較例１〜１０
第１表に示す組成の加工油を調製した。

基油：鉱油（４０℃動粘度：３．３ｍｍ²／ｓ）
エステル化合物１：ポリオキシエチレンソルビタントリオレート（付加モル数２０）
エステル化合物２：ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート（付加モル数２０）
エステル化合物３：ポリオキシエチレングリセリルモノイソステアレート（付加モル数１０）
エステル化合物４：ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート（付加モル数６）
エステル化合物５：ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（付加モル数６）
エステル化合物６：ソルビタンモノラウレート（付加モル数０）
エーテル化合物１：ポリオキシエチレンラウリルエーテル（付加モル数６）
エーテル化合物２：ポリオキエチレンオレイルエーテル（付加モル数６）
脂肪酸塩１：オレイン酸Ｎ−（２ヒドロキシエチル）ピペラジン塩
ベントナイト：ニューＤオルベン（白石工業（株）製）

［砥粒分散安定性試験］
得られた加工油について、以下に示す方法で砥粒分散安定性試験を行った。
１．砥粒（（株）フジミインコーポレーテッド製ＧＣ＃１０００）４０ｇと加工油４０ｇを混合し、スラリーを調製した。
２．調製直後のスラリーを１００ｍｌのサンプル瓶に入れ、３０℃で２４時間放置した。
３．液全体の厚さ（ｍｍ）と上層の砥粒分離層の厚さ（ｍｍ）を測定し、以下の式により砥粒分離層の比率を求めることで、砥粒分散安定性を調べた。
砥粒分離層の比率（％）＝砥粒分離層の厚さ／液全体の厚さ×１００
結果を第２表に示す。

［４０℃動粘度］
ＪＩＳＫ２２４２に準じて測定した。測定結果を第２表に示す。

実施例１〜５の加工油は低粘度でありながら、優れた砥粒分散性を示すものであり、加工性に優れることが期待される。一方、比較例９および比較例１０の加工油は砥粒分散性に優れるが低粘度化は達成されていない。したがって、比較例９および比較例１０の加工油を使用した場合、狭い加工間隙に十分な量の砥粒を供給することは困難である。
実施例１〜５と比較例１、６および７の対比から、本願発明の効果は（Ｂ）成分と（Ｃ）成分の相乗効果であることが示唆される。これは特定のエステル化合物である（Ｂ）成分を選択したことに由来するものであり、（Ｂ）成分の代わりに他の界面活性化剤を使用する比較例２〜５においては本願発明の効果を奏しない。

本発明の加工油は、ワイヤーソー加工において好適に用いられ、低粘度かつ優れた砥粒分散性を有するため加工間隙に砥粒を細かく、均一に、多量に供給することができる。したがって、加工精度が向上し、大型の脆性材料を加工することができる。

Claims

（ａ）基油、（ｂ）２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物であって、アルキレンオキサイドの付加モル数が２〜５０の非イオン系界面活性剤および／または２〜６価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物の誘導体であって、アルキレンオキサイドの付加モル数が２〜５０の非イオン系界面活性剤、および（ｃ）ベントナイトを配合してなる脆性材料用加工油であって、加工油全量基準で（ｂ）成分の含有量が１〜２０質量％、（ｃ）成分の含有量が０．１〜１０質量％であり、さらに４０℃動粘度が２〜３０ｍｍ ² ／ｓである、脆性材料用加工油。
（ａ）基油が、鉱油及び合成油から選択されるとともに、前記合成油が、炭素数８〜１４のポリ−α−オレフィン、オレフィンコポリマー、分岐オレフィン、及びこれらの水素化物、エステル系化合物、並びにアルキルベンゼンから選択される請求項１に記載の脆性材料用加工油。
ワイヤーソー加工に用いられる、請求項１または２に記載の脆性材料用加工油。
請求項１〜３のいずれかに記載の脆性材料用加工油および遊離砥粒を含有する脆性材料加工用組成物。