JPH11198016A - ワーク切削液、ワーク切削剤およびワークの切断方法 - Google Patents

ワーク切削液、ワーク切削剤およびワークの切断方法

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JPH11198016A
JPH11198016A JP10006052A JP605298A JPH11198016A JP H11198016 A JPH11198016 A JP H11198016A JP 10006052 A JP10006052 A JP 10006052A JP 605298 A JP605298 A JP 605298A JP H11198016 A JPH11198016 A JP H11198016A
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JP
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cutting
work
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water
work cutting
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JP10006052A
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Hisafuku Yamaguchi
久福 山口
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28DWORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/007Use, recovery or regeneration of abrasive mediums
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 引火の危険性、被切断品の洗浄工程における
有機ハロゲン化合物の使用による作業環境の問題、さら
には環境保全などに対する問題を解決することができる
ワーク切削液およびこの切削液を用いる切断方法を提供
する。 【解決手段】 無機ベントナイトとポリエチレングリコ
ールと水とを含むワーク切削液、上記切削液にさらに砥
粒を含む切削剤を提供する。また、上記切削液に砥粒を
添加して切削剤を調製する調製工程と、上記切削剤をワ
ークに供給しながら切断装置を用いてワークを切断する
切断工程とを備えるワークの切断方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、切断加工用切削液
に関する。特に、ワイヤーソー用切削液およびこの切削
液を用いる半導体シリコン単結晶インゴットなどのワー
クの切断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン単結晶などのインゴット
切断(スライス)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液が用いられている。インゴッ
トの切断は、この切削液にシリコンカーバイドなどの砥
粒を混合・分散さて分散液を調製し、これを切削剤(ス
ラリー)としてインゴット切断部に供給することにより
行なわれる。このようにして切断された被切断品は、清
浄な表面を有することが必要とされるため、洗浄工程を
経て次工程に供される。また、インゴット切断に用いら
れた後の切削剤(スラリー)は廃棄物として処理されて
いる。
【0003】前記のようにスライスされた被切断品の洗
浄は、これに付着する切削液等を除去するために行なう
ものであり、上述のように非水溶性の切削液が使用され
ていたことから、従来は、有機系のハロゲン化合物、特
に、フロン113、トリクロロエタン、塩化メチレンな
どの有機塩素系化合物が洗浄剤として用いられてきた。
これらの有機ハロゲン化合物を用いると、洗浄作業を簡
便に行なうことができるという利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、鉱物油を主成
分とする非水溶性切削液は、引火性のある危険物である
ことが多い。また、上記洗浄液として用いられる有機ハ
ロゲン化合物、特に有機塩素系化合物の中には発癌性を
有するものもあり、さらに、オゾン層破壊の原因ともな
るものもあるため、使用の規制または禁止が行なわれつ
つある。このため、これらの代替品の早急な開発が待た
れていた。
【0005】鉱物油を主成分とせず、かつ切断工程後に
被切断品を有機ハロゲン化合物で洗浄する必要のない切
削液としては水溶性の切削液がある。しかし、従来の水
溶性の切削液には、粘度が低いために砥粒を分散させる
ことが難しいこと、摩擦係数が高く潤滑性が不十分であ
ること、防錆力が不足すること、そして溶媒成分が蒸発
しやすいことといった問題点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、従来の
非水溶性切削液を用いる際の引火の危険性、被切断品の
洗浄工程における有機ハロゲン化合物の使用による作業
環境の問題、さらには環境保全などに対する問題を解決
することができる水溶性のワーク切削液、その切削液を
用いるワークの切断方法を提供することにある。
【0007】すなわち、本発明は、無機ベントナイト
と、ポリエチレングリコールと、水とを含むことを特徴
とするワーク切削液である。そして、前記ベントナイト
の含有量が0.5〜5重量%、ポリエチレングリコール
の含有量が20〜80重量%、水の含有量が19〜79
重量%であることが好適である。
【0008】また本発明は、上記切削液と砥粒とを含む
ワーク切削剤である。上記砥粒の含有量は、前記ワーク
切削液に対して50〜150重量%であることが好適で
ある。
【0009】本発明は、また、切削剤調製工程と、ワー
クの所望の箇所に前記ワーク切削剤を供給しながら切断
装置でワークを切削する切断工程とを備えることを特徴
とするワークの切断方法である。さらに、上記切断装置
はワイヤーソーであることが好適である。さらにまた、
上記ワークは半導体シリコン単結晶インゴットであるこ
とが好適である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0011】本発明のワーク切削液は、無機ベントナイ
トと、ポリエチレングリコールと、水とを含む。
【0012】本発明の切削液に含まれる無機ベントナイ
トは、架橋性の砥粒分散向上剤(砥粒沈降防止剤)とし
て作用するものである。ここで、無機ベントナイトと
は、有機分子と結合されていないベントナイトをいう。
天然のベントナイトは、モンモリロナイトを主成分と
し、その他石英、クリストバライトなどを含有する無機
物である。一方、市販のベントナイトの中には、有機分
子と結合させた「有機ベントナイト」と呼ばれるものも
ある。有機分子が結合されたベントナイトは水との親和
性が低下して十分に膨潤できなくなり、切削液に添加す
る砥粒の分散性を向上させることができないため、無機
ベントナイトを使用することが好ましい。無機ベントナ
イトとしては、各種のグレードの製品が市販されている
が、商品名:ベンゲル(豊順株式会社製)、商品名:ク
ニピア(クニミネ工業株式会社製)、商品名:ニッカゲ
ル(日本活性白土株式会社製)などを使用することが好
ましい。天然のベントナイトを高度に精製した無機ベン
トナイトを使用すると、架橋性の砥粒の分散を十分に向
上させる(砥粒の沈降を防止する)ことができる。上記
切削液中の無機ベントナイトの含有量は0.5〜5重量
%であることが好ましい。0.5重量%未満では砥粒が
沈降を起こし、5重量%を超えるとワーク切削液の粘土
が高くなり過ぎるためである。含有量を1〜4重量%と
すると、より高い砥粒の分散効果を得ることができる。
【0013】ポリエチレングリコールは、インゴットと
切断装置、例えば、半導体シリコン単結晶インゴットと
ワイヤーソーとの摩擦係数を低下させる潤滑剤として作
用するものである。ポリエチレングリコールとしては、
各種の平均分子量を有するものが市販されているが、本
発明で使用するものとしては、平均分子量200〜1,
000の範囲のものが好ましい。平均分子量200未満
のものを添加しても切削液の粘度が不足し、逆に1,0
00を超えるものを添加すると粘度が高くなり過ぎるた
めである。平均分子量600前後のポリエチレングリコ
ールを用いることが、ワーク切削剤を好適な粘度とする
上でさらに好ましい。ポリエチレングリコールの含有量
は、20〜80重量%とすることが好ましい。20重量
%未満では粘度が不十分で十分な潤滑性が得られず、8
0重量%を超えると粘度が高くなり過ぎ、砥粒の分散性
が低下するためである。30〜70重量%とすると、よ
り好適な潤滑性と分散性とを得ることができる。
【0014】水は、本発明のワーク切削剤において、冷
却剤および粘度調節剤として作用するものである。切削
の後に洗浄工程に供するため、ここで使用する水は上水
程度の純度のものを使用することが好ましい。水の含有
量は、19〜79重量%であることが好ましい。19重
量%未満では切削時の冷却力が不十分となり、また、7
9重量%を超えると粘度不足をきたすためである。55
〜75重量%とすると、切削時における十分な冷却力が
保持されると共に、粘度も好適に保つことができること
による。
【0015】本発明のワーク切削剤は、上記成分に砥粒
を添加して調製する。ここで使用する砥粒としては、S
iC、ZrO、Al2O3などを挙げることができる。
砥粒の粒径は、5〜30μmであることが、研磨力保持
の理由から好ましい。砥粒をワーク切削液へ添加して切
削剤とするにあたっては、その添加量をワーク切削液に
対して50〜150重量%とすることが好ましい。50
重量%未満ではワークを切削する際の研磨力が不足し、
150重量%を超えると切削時の流動性が低下してワー
クに熱がかかるためである。60〜120重量%とする
と、良好な流動性を保持できると共に、高い研磨力を保
持でき、しかも、ワークの冷却効果が高い。本発明のワ
ーク切削液には、切削液の表面張力を低下させるため
に、界面活性剤を適宜添加してもよい。このような界面
活性剤としては、陰イオン系又は非イオン系の界面活性
剤が挙げられる。例えば、陰イオン系のものとしてはパ
イオニンA−15(竹本油脂株式会社製)、非イオン系
のものとしてはニューポールPE(三洋化成株式会社
製)及びセドランFF(三洋化成株式会社製)が挙げら
れる。また、必要に応じて、サンヒビターOMA(三洋
化成株式会社製)などの防錆剤を0.2〜2.0%程度
適宜添加してもよい。
【0016】本発明のワーク切削液、切削剤ともに水溶
性であり、調製も容易で引火の危険もなく、水で洗い落
とせることから被切断品を洗浄工程で洗浄する際に有機
ハロゲン化合物を使用する必要がなく、作業環境を良好
に保ことができる。
【0017】本発明のワークの切断方法においては、切
削剤調製工程において、ワーク切削剤を調製する。所定
量の無機ベントナイトを水に加えて撹拌機で撹拌して分
散液を調製する。この分散液に所定量のポリエチレング
リコールを添加してさらに撹拌し、ワーク切削液を調製
する。次いでこのワーク切削液に所定量の砥粒を添加し
て撹拌し、ワーク切削剤を調製する。次に、図1に示す
切断工程において、所定の位置に半導体単結晶シリコン
インゴット1などのワークをセットする。このワークの
所望の箇所にワーク切削剤4をポンプ6によってノズル
3を通じて供給しながら、例えば、ワイヤーソー2など
の切断装置によってワークを切断する。切断後のワーク
切削剤4はワーク切削剤貯留タンク5に回収される。
【0018】ここで使用する切断装置としては、ワイヤ
ーソー2の他、外周刃、内周刃などを挙げることがで
き、インゴットの直径に応じて使用することができる。
ただし、ワイヤーソー2は、インゴットの直径が6イン
チ以上と比較的大きい場合には、他の加工具に比べてよ
り均一な厚さでインゴットをスライスすることができ、
切断屑の発生も少ないという利点がある。さらに、一度
に多数枚の基板を切断することができるという利点もあ
る。
【0019】上記のようにしてスライスした被切断品
は、本発明の水溶性のワーク切削剤を使用しているた
め、切断後の洗浄工程において、水を用いて容易に洗い
落とすことができる。
【0020】
【実施例】以下の実施例により、本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定され
るものではない。 (実施例)無機ベントナイトベンゲル(豊順株式会社
製)15gを水500gに添加して高速撹拌機にて、
3,000rpmで30分間撹拌して分散液を調製し
た。ついで、この分散液にポリエチレングリコール(平
均分子量600)500gを加えて混合し、ワーク切削
液を調製した。ついで、砥粒GP600(信濃電気精練
製、成分SiC、平均粒径16μm)を上記の様に調製
したワーク切削液100ml当り100gを添加して、
30分間同様に撹拌し、本発明のワーク切削剤を調製し
た。 (比較例)切削液として鉱物油を含む従来の切削液(パ
レス化学社製、商品名;PS−LW−1)を用いた他は
実施例と同様にして、切削液および切削剤を調製した。
【0021】実施例および比較例の切削液および切削剤
について、以下の物性を測定した。 1)水溶性;切削液と水とを1:0.5〜1:5.0の
範囲で混合して、水に対する溶解性を均質化を指標とし
て、目視にて観察した。 2)比重;切削液を20℃で測定した。 3)粘度;切削液を20℃で、B型粘度計を用いてN
o.2ロータ−で測定した。切削液は60rpm、切削
剤は30rpmで測定した。 4)沸点;切削液で測定した。 5)引火点;切削液で測定した。 6)許容濃度;切削後の日本産業衛生学会の勧告値を示
す。 7)分散率;切削剤を24時間静置した後、液全体に対
する沈降高さを%で表示した。 8)臭気;室温における切削液の臭気を示した。 以上の物性値の測定結果を表1に示した。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示したように、本発明のワーク切削
剤は、比較例に示す従来の切削剤と同等の取扱い性を有
していることが明らかになった。さらに、本発明のワー
ク切削剤は無臭で、作業中に引火するおそれもない。ま
た、本発明のワーク切削剤を使用した場合を、従来の切
削剤を使用した場合と比較すると、切断されたインゴッ
トの厚みの均一性、切断屑の発生、切断できる枚数など
においても相違はなかった。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、水溶性の、無臭のワー
ク切削液および切削剤を提供することができる。さら
に、本発明のワーク切削剤は、被切断品から水で容易に
洗い落とすことができ、洗浄工程における作業環境を良
好に保つことができる。また、環境に対する問題も引き
起こさない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は切断工程を示す概略図である。
【符号の説明】
1 シリコン単結晶インゴット 2 ワイヤーソー 3 ノズル 4 ワーク切削剤 5 ワーク切削剤貯留タンク 6 ポンプ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無機ベントナイトと、ポリエチレングリ
    コールと、水とを含むことを特徴とするワーク切削液。
  2. 【請求項2】 前記無機ベントナイトの含有量が0.5
    〜5重量%、前記ポリエチレングリコールの含有量が2
    0〜80重量%、前記水の含有量が19〜79重量%で
    あることを特徴とする請求項1に記載のワーク切削液。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のワーク切削液
    と、砥粒とを含むことを特徴とするワーク切削剤。
  4. 【請求項4】 前記砥粒の含有量が、前記ワーク切削液
    に対して50〜150重量%であることを特徴とする請
    求項3に記載のワーク切削剤。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載のワーク切削液に砥粒を
    添加してワーク切削剤を調製する切削剤調製工程と、 ワークの所望の箇所に前記ワーク切削剤を供給しながら
    切断装置でワークを切断する切断工程と、 を備えることを特徴とするワークの切断方法。
  6. 【請求項6】 前記切断装置が、ワイヤーソーであるこ
    とを特徴とする請求項5に記載のワークの切断方法。
  7. 【請求項7】 前記ワークが半導体シリコン単結晶イン
    ゴットである請求項5または請求項6に記載のワークの
    切断方法。
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