JPH1053789A - ワイヤー切断加工機用水性加工液組成物 - Google Patents

ワイヤー切断加工機用水性加工液組成物

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JPH1053789A
JPH1053789A JP8212720A JP21272096A JPH1053789A JP H1053789 A JPH1053789 A JP H1053789A JP 8212720 A JP8212720 A JP 8212720A JP 21272096 A JP21272096 A JP 21272096A JP H1053789 A JPH1053789 A JP H1053789A
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water
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fatty acid
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Takashi Kanbe
孝 神戸
Takeaki Miyata
健章 宮田
Kazuo Tanaka
和雄 田中
Eiichi Ide
栄一 井出
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PARESU KAGAKU KK
Nippei Toyama Corp
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PARESU KAGAKU KK
Nippei Toyama Corp
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    • C10M2215/14Containing carbon-to-nitrogen double bounds, e.g. guanidines, hydrazones, semicarbazones
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    • C10M2219/104Heterocyclic compounds containing sulfur, selenium or tellurium compounds in the ring containing sulfur and carbon with nitrogen or oxygen in the ring
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    • C10N2070/02Concentrating of additives

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥粒を分散させて使用した場合、ワイヤソー
による安定した切断加工性に優れ、しかも切断後の加工
物から砥粒、加工物切粉、加工液を水で容易に取り去る
ことができる、ワイヤー切断加工機用水性加工液組成物
である。 【解決手段】 下記の成分A、B、C、D及びEを含有
することを特徴とする。 A.特定のポリグリコールエーテルを10〜60重量
%。 B.有機ベントナイト及び無機ベントナイトの中より選
択された少なくとも一種を0.1〜5.0重量%。 C.カルボキシメチルセルロース(CMC)、MgO、
メタノール及びエタノールの中より選択された少なくと
も一種を0.01〜5.0重量%。 D.β−ナフタレンスルホン酸ソーダホルマリン縮合物
及び石油又は合成スルホン酸のNa、K、Li、アミン
の各塩の中より選択された少なくとも一種を0.1〜
2.0重量%。 E.水を28〜70重量%。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術の分野】本発明は、ワイヤー切断加
工機において砥粒を分散させて使用する加工液組成物に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】シリコンインゴット、GaAs、GaP
等の結晶物、石英ガラス、水晶等の光学材料やセラミッ
クス等の硬脆性材料の切断にはワイヤソーが用いられて
いる。ワイヤソーによる切断法は、巻かれたピアノ線等
の細線を引き出し加工物に押しつけて走らせ、その細線
と加工物の間に加工液で分散された緑色炭化ケイ素(G
C)等の遊離砥粒を介在させることによって切断する方
法である。
【0003】シリコンウェハーの切断を例にとれば、径
が3インチ以下の小片を切り出す場合、例えばシリコン
ウェハーから小片チップを切り出す場合は外周刃による
切断が用いられている。しかし3インチ以上の円柱イン
ゴットを切断する場合には切刃がぶれて切断面の形状が
悪くなるので、刃が外周部分から抱束れている内周刃が
用いられている。内周刃の場合、切断面の平行性を得る
ために刃の剛性を強くする必要から厚みを0.5mm以
上にしなければならず、それだけ切断ロスが出るが、ワ
イヤソーではワイヤー線径が0.2mmφ以下でも切断
が可能であり、それだけ収率が良くなるため、最近は8
インチ以上のインゴット切断にワイヤソーが用いられる
ようになった。しかしワイヤソーでは内周刃や外周刃の
ように刃そのものが既についているのではなく、先に述
べたように遊離砥粒を細線と加工物の間にいかに平均的
に介在させるかがポイントとなり、そのための有効な加
工液が必要となる。
【0004】従来このような切断用加工液には、低粘度
鉱油に油脂又は極圧添加剤を配合した非水系のものや、
水をベースに安息香酸塩等の防錆剤に非イオン系界面活
性剤やグリコールを配合した、いわゆるケミカルタイプ
と言われる水系加工液が使用されていた。外周刃や内周
刃のように刃先に砥粒が固定されているものに関しては
このような低粘度加工液でも問題はないが、ワイヤソー
切断のように刃物となる物質が遊離砥粒として存在して
いる場合は加工液の粘性構造が重要なポイントとなる。
即ち遊離砥粒が加工物にうまく供給されるためには供給
タンクでの加工液と砥粒の分散安定性が必要となり、ワ
イヤソ−の細線への加工液と砥粒のからみ性などは、そ
の加工液が持つ粘性構造と吸着性に依存するからであ
る。近年ワイヤソーにおいても改良がなされ、切断速度
の高速化、加工物の面粗度の精度アップが画され、より
大口径のインゴット、例えば12インチの円柱インゴッ
トの切断が行われるようになり、機械、加工液(油剤)
共に一層の性能向上が要求されるようになっている。
【0005】ワイヤソー切断に用いる新しい油剤とし
て、特開平4−216897号及び特開平4−2185
94号にはグリコール類と水溶性増粘剤を主体とした水
系の油剤が開示されているが、これも現在ではウエハー
の厚さむら(TTV)や平坦度(LTV)に対する市場
の要求が厳しくなってきたため、要求に応えられなくな
っている。この原因は、加工油剤を用いて切断時の細線
に砥粒をむらなく均一に巻き付けると言う至難の特性と
適度な潤滑性に欠けるためである。砥粒を均一に細線に
巻きつけるためには、加工液の砥粒の分散安定性及び細
線への均一付着性(吸着性)が必要であり、また砥粒が
最適な切断性をもつためには加工液が適度な潤滑性を持
つ必要がある。砥粒の分散安定性は加工液の粘度と界面
活性的な性能によるが、粘度は構造粘性を持つ必要があ
る。潤滑性は、ありすぎると砥粒が加工物に食い込まず
に滑り切断性が落ち、ないと砥粒の個々の切断性能が充
分発揮されないことになる。
【0006】特開平8−57847号には有機及び無機
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の均一混合物を主成分
とする組成物;特開平8−60176号にはベントナイ
トの水分散液にN−メチル−2−ピロリドンとステアリ
ン酸との反応物とベンゾトリアゾールとオレイン酸との
反応物とエタノールアミンとを溶解してなる主成分から
なる組成物;また特開平8−57848には2−メチル
−1−ステアロイルイミダゾール及び2−メチル−1−
オレイルイミダソールの水溶液を主成分とした組成物
が、ワイヤソー切断加工液として開示されている。ここ
でベントナイトは架橋型の分散剤であり、砥粒の分散性
を向上させるものであるとあり、又イミダゾールも増粘
剤として砥粒の分散性に寄与するとある。ベントナイト
の増粘による砥粒の分散に関しては特公昭57−457
94号に有機ベントナイトとしてベントナイトと有機ア
ミンによる包接化合物に砥粒を分散してなる組成が開示
されているので、ベントナイトとアミンによる砥粒分散
効果は公知と言えるが、その作用は増粘によるものであ
る。
【0007】単に増粘のみに頼る分散の場合は、その増
粘に由来する構造粘性の長期安定性と言うものが大きな
要因となる。特にワイヤソー切断油剤の場合は、ミクロ
ン単位の切断巾、切断面精度が要求される。このために
は、常に一定の砥粒分散性が必要となる。
【0008】ベントナイトの増粘はある種の極性の強い
無機物、有機物をベントナイトの層間に入れて層間化合
物を作り、それが水や他の溶媒でより膨潤しやすくな
り、粘性を増やすわけであるが、その選択を誤ると折角
膨潤したベントナイトが再凝集することがあり、層間化
合物の選択は重要な要素を持っている。ベントナイトと
エタノールアミンの包接による増粘は、一時的には好ま
しい結果は得られるが、長期安定性で問題がある。イミ
ダゾールの増粘も安定性に難がある。
【0009】また最近、加工液に対する新たな要求性能
として切断後の洗浄性が問題になってきている。ワイヤ
ソーにおいて切り出されたウェハーは次工程のラップ工
程に移すが、切り出された直後のウェハーには当然粉砕
された砥粒、加工液、加工物切粉等が付着しており、こ
のままでは厳しい表面精度を要求するラップ工程には移
すことができない。そこで従来は新たに洗浄剤を添加し
て切り出されたウェハーを洗浄しているが、従来洗浄液
として使用していた有機溶剤などは発がん性や廃棄物規
制により使用できなくなってきており、ワイヤソー切断
後、新たに洗浄剤を添加することなく、水だけで洗浄で
きないかとの市場の要求が出ている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、砥粒を分散
させて使用した場合、ワイヤソーによる安定した切断加
工性に優れ、しかも切断後の加工物から砥粒、加工物切
粉、加工液(油剤)を水で容易に取り去ることができ
る、ワイヤー切断加工機用水性加工液組成物を提供する
ことを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明にかかわるワイヤ
ー切断加工機用水性加工液組成物は、下記の成分A、
B、C、D及びEを含有することを特徴とする。 A.次の一般式(1)又は(2)で表されるポリグリコ
ールエーテルの中より選択された少なくとも一種を10
〜60重量%。
【化1】
【化2】 ここでR1 は水素又は炭素原子数が1〜6のアルキル
基、またはフェニル基、R2 は水素又はアセチル基、n
は1〜4の整数。 B.有機ベントナイト及び無機ベントナイトの中より選
択された少なくとも一種を0.1〜5.0重量%。 C.カルボキシメチルセルロース(CMC)、MgO、
メタノール及びエタノールの中より選択された少なくと
も一種を0.01〜5.0重量%。 D.β−ナフタレンスルホン酸ソーダホルマリン縮合物
及び石油又は合成スルホン酸のNa、K、Li、アミン
の各塩の中より選択された少なくとも一種を0.1〜
2.0重量%。 E.水を10〜70重量%。
【0012】上記のA、B、C、D及びEの成分を含有
する組成物には、さらに次の一般式(3)又は(4)で
表される水溶性リン化合物がアルカリ剤である水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、モノエタ
ノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールア
ミンの中の少なくとも一種でPH6〜10に中和された
ものが0.5〜10.0重量%添加されていても良い。
【化3】
【化4】 ここでnは2〜5の整数、Rは炭素数1〜18のアルキ
ル基、またはフェニル基。
【0013】また上記のA、B、C、D及びEの成分を
含有する組成物には、さらに下記の成分イ、ロ及びハの
中の少なくとも一種が添加されていても良い。 (イ)次の一般式(5)又は(6)で表されるアミド化
合物の中の少なくとも一種が1.0〜10.0重量%。
【化5】
【化6】 ここでRはC10〜C18の飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸又は
ヤシ油脂肪酸、nは2〜6の整数。 (ロ)次の一般式(7)で表される脂肪酸塩の中の少な
くとも一種が2〜50重量%。
【化7】 ここでRはC10〜C18の飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸又は
ヤシ油脂肪酸、MはNa、K、Li又はアミン。 (ハ)硼酸が0.1〜5.0重量%。
【0014】以下、本発明の水性加工液組成物に使用さ
れる構成成分について具体的に説明する。A.ポリグリ
コールエーテル類は本発明の基材をなすものであり、前
記の一般式(1)又は(2)で表される。具体的には、
エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレング
リコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモ
ノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチル
エーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジ
エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレング
リコールモノブチルエーテル等の水溶性グリコールエー
テルであり、品質的には市販一般品以上でよく、配合量
は組成物全体に対して10〜60重量%である。この配
合量は他の配合品によって律されるが、10重量%より
少なすぎると砥粒の分散性やワイヤーへの砥粒の巻き込
み均一性が悪くなり、60重量%より多くなると他の組
成物の配合割合が少なくなり、切断性が阻害される。ま
た上記のグリコールエーテル系化合物の他に、エチレン
グリコール、ジエチレングリコールや他のポリエチレン
グリコール、ポリオキシエチレングリコールやポリオキ
シエチレングリコールとポリエキシプロピレングリコー
ルとのコーポリマー等、そのものが水溶性であるグリコ
ール系溶剤も適宜使用することが出来る。
【0015】本発明におけるB.無機又は有機ベントナ
イトは、粘土鉱物のモンモリロナイト結晶体そのもので
ある無機ベントナイト、又はモンモリロナイトと有機塩
基の複合体である有機ベントナイトである。これらの純
度は少なくとも90%以上の純度が必要である。純度が
悪い無機ベントナイトでは石英、泥岩等が混入してお
り、有機ベントナイトでも材料として無機ベントナイト
を使用するため純度の悪いものでは同様な不純物の混入
が考えられ、半導体のワイヤソー切断のように精密を必
要とするものにあっては所期の性能が得られなくなる。
無機又は有機ベントナイトの配合量は全組成物に対し、
0.1〜5.0重量%が適当であり、上記の範囲より少
なすぎると粘度が出なくなり砥粒の分散安定性に難を来
し、多すぎると粘度が出すぎて砥粒との混合がうまく行
かず、又切断面への加工油剤の供給性に難をもたらす。
【0016】本発明に用いられるC.カルボキシメチル
セルロース(CMC)、MgO、メタノール等はベント
ナイト膨潤促進剤として用いられ、その添加量は組成物
全体量に対し、0.01〜5.0重量%である。0.0
1重量%より少ないとベントナイト膨潤効果が劣り、
5.0重量%より多すぎるとやはりベントナイト膨潤効
果が阻害される。
【0017】本発明におけるD.β−ナフタレンスルホ
ン酸ソーダホルマリン縮合物、或は石油又は合成スルホ
ン酸塩(Na、K、Li、アミン塩)は、砥粒の分散性
を良好ならしめると共にCMC、MgO、メタノール、
エタノール等のベントナイトの膨潤剤と共にベントナイ
トの安定な膨潤に相乗的効果を示し、砥粒を安定に分散
せしめワイヤソー細線上への砥粒供給に対し卓越した効
果をもたらす。その配合量は組成物全体量に対し0.1
〜2.0重量%であり、0.1%より少なすぎると砥粒
分散に係わる性能が劣り、多すぎるとベントナイトの膨
潤を逆に阻害する等の問題が生じる。
【0018】一般式(3)又は(4)で表されるリン化
合物は、水溶性になるようにオキシエチレン基が付加さ
れたもので、更にアルカリ剤である水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、水酸化リチウム、モノエタノールアミ
ン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンの中の
少なくとも一種でPH6〜10に中和されたものであ
る。これらのリン化合物はワイヤソーにおける切断性を
良好にせしめるために添加されており、切断ウェハーの
TTV(Total Thickness Valuation)の結果を良好にす
る。添加量は全組成物に対し0.5〜10.0重量%と
するのが良い。添加量が0.5重量%より少なくなると
その効果が出なくなり、10.0重量%より多くなると
ワイヤソー機械に対する防食性や砥粒の分散性に悪影響
を及ぼす。
【0019】一般式(5)又は(6)で表されるアミド
化合物は、増粘効果による砥粒の分散性と切断潤滑性を
向上させる効果を持ち、次のような化合物が用いられ
る。ヤシ油脂肪酸等の油脂脂肪酸のジエタノールアミ
ド、ラウリン酸等の飽和脂肪酸ジエタノールアミド、オ
レイン酸等の不飽和脂肪酸ジエタノールアミド、ボリオ
キシエチレンヤシ油脂肪酸モノエタノールミド等であ
り、これらの添加量は組成物中1.0〜10.0重量%
が適当である。1重量%より少ない場合は添加効果が明
らかでなく、10重量%より多くなると増粘しすぎて切
断安定性に支障をもたらす。
【0020】一般式(7)で表される脂肪酸塩はワイヤ
ソー切断時に潤滑効果をもたらす。添加量は組成物中2
〜50重量%が適当である。2重量%より少ない場合は
添加効果が明らかでなく、50重量%より多くなると粘
性のバランスがくずれて種々な問題が生じる。
【0021】本発明で用いられる硼酸は防錆効果を示す
と共に組成物のPHを調整し、粘性のバランスを保持す
る。純度は化学用以上の純度を有するものが好ましい。
添加量は組成物中0.1〜5.0重量%が適当である。
0.1重量%より少ない場合は添加効果が明らかでな
く、5重量%より多すぎるとベントナイトの増粘効果を
阻害する。
【0022】本発明のワイヤー切断加工機用水性加工液
組成物には、ワイヤソー機械及びワイヤーの防錆性を付
与させるために、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾー
ル、Na−ベンゾチアゾール等の水溶性防錆剤を添加す
ることが好ましい。その添加量はそれらの一種又は二種
以上の組み合わせで0.01〜1.0重量%とするのが
良い。0.01重量%より少なすぎると防錆効果が劣
り、1.0重量%より多すぎても効果は飽和状態にな
り、経済性で意味がなくなる。
【0023】また本発明のワイヤー切断加工機用水性加
工液組成物には、貯蔵時や稼動時にカビや腐敗菌の発生
がないように、チアゾール系、イミダゾール系、クレゾ
ール系、トリアジン系、4級アンモニウム塩系、ビクア
ナイド系等の市販水溶性防腐剤を添加することが好まし
い。その添加量は全体に対し0.01〜1.0重量%と
するのが良い。0.01重量%より少なくなると防腐効
果が劣り、1.0重量%より多くなるとベントナイトの
膨潤性に支障をきたす。
【0024】本発明のワイヤー切断加工機用加工液組成
物は、その効果及び作業性を高めるために、当該技術分
野において使用される油性剤、極圧剤及び消泡剤を適宜
選択して添加することが出来る。例えば油脂類、塩素及
び硫黄、リン等の極圧剤、シリコン系消泡剤等である。
【0025】
【発明の実施の形態】以下実施例を比較例と対比して本
発明の構成及び効果を具体的に説明するが、本発明は以
下の実施例に限定されるものではない。
【0026】表1及び表2に示す組成の実施例1、2、
3、4、5及び6の加工液組成物を調製した。比較のた
め表2に示す組成(市販品の組成)を有する比較例1、
2、3及び4の加工液組成物を準備した。なお実施例及
び比較例で使用した原料の詳細を表4に示した。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】砥粒(緑色炭化ケイ素#600)と加工液
を重量比で1:1の割合で混合した液を1500rpm
で撹拌し、その撹拌中の液にφ0.16mm×100m
mのワイヤーを浸漬し、ただちに引き上げ垂直に吊して
5分間液滴を切った後、ワイヤーへの砥粒の付着具合を
顕微鏡で観察した結果を表5に示す。
【0032】
【表5】
【0033】表5から明らかなように、本発明の組成を
有する加工液を用いるとワイヤー面の90〜100%に
砥粒が均一に付着している。
【0034】日平トヤマ製ワイヤーソー444型のワイ
ヤー切断加工機を使用し、表6に示す作業条件でφ30
0mm×200mmのSi単結晶の切断を行った結果を
表7に示す。
【0035】
【表6】
【0036】
【表7】
【0037】表7から明らかなように、本発明の組成を
有する加工液を用いると厚さむらが小さい。
【0038】表7に示した切断加工後のウェハー水道流
水下で裏、表を各2分間万遍なく洗浄し、洗浄後のウェ
ハーの洗浄状態を目視で観察した結果を表8に示す。
【0039】
【表8】
【0040】表8から明らかなように、本発明の加工液
を使用した場合には、砥粒、切断くず、加工液が完全に
洗浄されていて、目視では汚れは確認できない。
【0041】
【発明の効果】砥粒の分散安定性が良く、且つ細線への
均一付着性及び加工物の切断性が良好であると共に、切
断後加工物に付着した砥粒、切断くず、加工液混合物を
加工物から水で容易に洗浄除去できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10M 125:00 135:10 137:04 133:04) C10N 40:20 (72)発明者 田中 和雄 神奈川県横浜市戸塚区上矢部町1776−8 (72)発明者 井出 栄一 神奈川県横浜市港南区笹下6−35−25

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の成分A、B、C、D及びEを含有す
    ることを特徴とするワイヤー切断加工機用水性加工液組
    成物。 A.次の一般式(1)又は(2)で表されるポリグリコ
    ールエーテルの中より選択された少なくとも一種を10
    〜60重量%。 【化1】 【化2】 ここでR1 は水素又は炭素原子数が1〜6のアルキル
    基、またはフェニル基、R2 は水素又はアセチル基、n
    は1〜4の整数。 B.有機ベントナイト及び無機ベントナイトの中より選
    択された少なくとも一種を0.1〜5.0重量%。 C.カルボキシメチルセルロース(CMC)、MgO、
    メタノール及びエタノールの中より選択された少なくと
    も一種を0.01〜5.0重量%。 D.β−ナフタレンスルホン酸ソーダホルマリン縮合物
    及び石油又は合成スルホン酸のNa、K、Li、アミン
    の各塩の中より選択された少なくとも一種を0.1〜
    2.0重量%。 E.水を28〜70重量%。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の組成物に、次の一般式
    (3)又は(4)で表される水溶性リン化合物がアルカ
    リ剤である水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化
    リチウム、モノエタノールアミン、ジエタノールアミ
    ン、トリエタノールアミンの中の少なくとも一種でPH
    6〜10に中和されたものが0.5〜10.0重量%添
    加されたものであるワイヤー切断加工機用水性加工液組
    成物。 【化3】 【化4】 ここでnは2〜5の整数、Rは炭素数1〜18のアルキ
    ル基、またはフェニル基。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の組成物に下記の成分イ、
    ロ及びハの中の少なくとも一種が添加されたものである
    ワイヤー切断加工機用水性加工液組成物。 (イ)次の一般式(5)又は(6)で表されるアミド化
    合物の中の少なくとも一種が1.0〜10.0重量%。 【化5】 【化6】 ここでRはC10〜C18の飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸又は
    ヤシ油脂肪酸、nは2〜6の整数。 (ロ)次の一般式(7)で表される脂肪酸塩の中の少な
    くとも一種が2〜50重量%。 【化7】 ここでRはC10〜C18の飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸又は
    ヤシ油脂肪酸、MはNa、K、Li又はアミン。 (ハ)硼酸が0.1〜5.0重量%。
  4. 【請求項4】 ベンゾチアゾール、ベンゾトリアゾール
    及びNa−メルカブトベンゾチアゾールの中から選ばれ
    る少なくとも一種の水溶性防食剤を0.01〜1.0重
    量%、並びにイミダゾール系、クレゾール系、トリアジ
    ン系、4級アンモニウム塩系及びビクアナイド系の中か
    ら選ばれる少なくとも一種の水溶性防腐剤を0.01〜
    1.0重量%含有する請求項1、請求項2又は請求項3
    に記載のワイヤー切断加工機用水性加工液組成物。
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