KR101191272B1 - 줄톱 가공용 슬러리 조성물 및 이를 사용한 재료의 절삭 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마재 입자; 기유(base oil); 및 다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제로 포함하는 줄톱(wire saw) 가공용 슬러리(slurry) 조성물 및 이를 사용한 줄톱 가공에 의한 절삭 방법에 관한 것이다. 이를 통해, 재료의 줄톱 가공시 기유의 분산성을 향상시키면서도, 증류 등의 기유 재사용 및/또는 회수 시스템 도입시 비교적 간단한 방법으로 별도의 제약없이 기유를 재사용 및/또는 회수할 수 있다.

Description

줄톱 가공용 슬러리 조성물 및 이를 사용한 재료의 절삭 방법{A Slurry Composition for Wire Saw Cutting and a Method for Cutting the Material by Using the Same}

본 발명은 연마재 입자; 기유(base oil); 및 다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제로 포함하는 줄톱 가공용 슬러리 조성물 및 이를 사용하여 재료를 절삭하는 방법에 관한 것이다.

반도체 및 에너지 전환 소재로의 기능을 하는 고순도의 도체 또는 반도체부품을 생산하기 위하여, 재료를 원형이나 사각형태의 일정모양으로 절삭하기 위한 줄톱 가공 기술 등이 사용될 수 있으며, 위 기술을 통해 석영, 실리콘 잉곳(silicone ingot) 등의 화학 고형 결정체를 가공할 수 있다.

최근의 전자 또는 반도체 산업이 진보함에 따라서, 전자 또는 반도체 산업에서 유용하게 사용되는 재료를 절삭 가공함에 있어서도 생산성의 향상과, 절단한 가공 부품의 가공 정밀도의 향상이 엄격하게 요구된다. 이에 따라, 재료의 절삭 가공시 추가의 절삭 가공용 조성물이 사용되는 것이 일반적이다.

이와 같이 줄톱 가공 기술에 의하여 재료를 절삭할 때에는 온도가 상승하는 것을 방지하고 이들간의 마찰을 감소시키기 위하여 일반적으로 기유가 포함된 절삭 가공용 조성물이 사용되며, 일반적으로 최적의 절삭능력을 발휘할 수 있도록 첨가제 성분을 포함한다.

종래, 첨가제로 벤토나이트의 무기 분산제 또는 폴리머 등의 유기 분산제 등이 포함되었다. 그러나, 종래의 조성물에 포함된 첨가제들은 기유와 조성 또는 성분 등에서 차이가 커서, 기유를 재사용 및/또는 회수(recycle)하고자 하는 경우에도 첨가제를 분리하는 별도의 복잡한 공정을 추가로 거쳐야 하며, 궁극적으로 기유의 재사용 및/또는 회수가 어려워, 이의 재사용 및/또는 회수에 큰 제약으로 작용하여 왔다.

따라서, 본 발명은 기유와 유사한 성분을 분산제로 사용하여, 우수한 분산 성능을 발휘하면서도, 기유의 재사용에 별도의 제약이 없도록 한 줄톱 가공용 슬러리 조성물 및 이를 사용한 재료의 절삭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 하나의 실시예는 연마재 입자; 기유(base oil); 및 다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제로 포함하는 줄톱(wire saw) 가공용 슬러리(slurry) 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 또 하나의 실시예는 줄톱 가공용 슬러리 조성물을 줄톱에 공급하여 재료를 절삭하는 단계를 포함하는 줄톱 가공에 의한 절삭 방법에 관한 것이다.

연마재 입자; 기유(base oil); 및 다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제로 포함하는 본 발명에 따른 줄톱 가공용 슬러리 조성물을 통해, 재료의 줄톱 가공시 기유의 분산성을 향상시켜 줄톱 가공 공정의 효율을 높이면서도, 증류 등의 기유 재사용 및/또는 회수 시스템 도입시 비교적 간단한 방법으로, 별도의 제약없이 기유를 재사용 및/또는 회수할 수 있도록 한다.

종래 줄톱 가공용 슬러리 조성물에 벤토나이트의 무기 분산제 또는 폴리머 등의 유기 분산제 등이 포함되었으나, 이를 사용하는 경우 조성물의 점도가 상승하는 등의 변수가 발생하며, 점도 상승시 줄톱 가공 공정에서 유동성 부족으로 인한 충돌 및 톱의 줄 손상(saw wire breakage)등이 발생하게 되며, 충분한 절삭능력을 발휘할 수 없게 된다. 또한, 이들의 분산을 위해 일정량의 수분이 필요하게 되는데, 수분 또한 분산성을 떨어뜨리며, 수분과 Si와의 반응성 때문에 반응억제제 등을 또한 첨가하여야 한다.

그러나, 본 발명에 따른 줄톱 가공용 슬러리 조성물은 다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제로 포함하여, 앞서 언급한 문제점을 해결하고 우수한 분산 성능을 나타낼 수 있도록 하였다.

하나의 실시예에서, 상기 기유는 절삭 공정시 우수한 윤활성 (lubrication) 및 절삭 공정시 발생하는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 글리세린, DEG(Diethyleneglycol), PG(propylene glycol)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

경우에 따라서, 상기 기유는 절삭 공정을 거친 이후 재사용 및/또는 회수 시스템을 통해 재활용되는 것일 수 있다.

이와 관련하여, 본 출원의 발명자들은 증류와 같은 재사용 및/또는 회수 시스템을 거친 재생 기유에 다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제를 첨가하는 경우, 순수 상태의 기유(pure base oil)가 가지는 분산 정도에 비해 더욱 우수한 분산 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였는 바, 기유를 효율적으로 재사용 및/또는 회수할 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 분산제는 목적하는 분산성 향상 효과를 나타내면서도 기유의 성분 및/또는 조성과 유사한 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 TEG(Triethyleneglycol), PEG(Polyethylene glycol) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 분산제가 PEG 또는 이를 포함하는 혼합물인 경우, PEG는 하기 화학식 1로 표현될 수 있으며, 하기 화학식 1에서 n은 100 내지 8000, 구체적으로 200 내지 600일 수 있다. 이에 따라, PEG의 분자량은 200 내지 8000, 구체적으로 200 내지 600일 수 있다.

(1)

이와 같이 본 발명에 따른 줄톱 가공용 슬러리 조성물은 기유와 성분 및/또는 조성이 유사한 다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제로 포함함으로써, 증류 등의 재사용 및/또는 회수 시스템 도입시 별도의 제약없이 간단한 방법으로 기유를 재사용 및/또는 회수할 수 있도록 한다.

이 때, 상기 분산제의 함량은 조성물 총량을 기준으로 0.05 내지 20중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 분산제의 함량이 너무 적으면 목적하는 분산 효과를 달성하기 어렵고, 너무 많으면 점도상 및 물성변화의 문제가 있다.

상기 분산제로 TEG와 PEG의 혼합물이 사용되는 경우, TEG와 PEG는 각각 0.05 내지 20중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%의 범위 내로 사용될 수 있으며, 1~10:10~1의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 연마재 입자는 목적하는 재료의 절삭에 적합한 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 SiC, 보론 카바이드(boron carbide), 산화알루미늄, 텡스텐 카바이드 및 다이아몬드분말로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

이 때, 상기 연마재 입자는 조성물 총량을 기준으로 10 내지 70 중량%로 포함될 수 있다. 상기 연마재 입자의 함량이 너무 적으면 절삭력이 떨어지고, 너무 많으면 유동성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 또한, 상기 줄톱 가공용 슬러리 조성물을 줄톱에 공급하여 재료를 절삭하는 단계를 포함하는 줄톱 가공에 의한 절삭 방법에 관한 것이다.

하나의 실시예에서, 상기 재료는 원형이나 사각형태의 일정모양으로 절삭하기 위한 줄톱 가공 기술이 요구되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 실리콘계 재료일 수 있으며, 구체적으로 실리콘 잉곳을 줄톱 가공에 의한 절삭을 통해 실리콘 웨이퍼로 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

연마재(SiC), 기유(DEG) 및 TEG 또는 PEG(제조사: 동남합성, 분자량: 200)을 하기 표 1의 조성으로 연마재가 잘 분산될 수 있도록, 25℃의 온도에서 300rpm의 속도로 2시간 동안 교반하여 혼합하였다.

[표 1]

[실험예 1]

실시예의 각 테스트 샘플에 대한 분산도 측정 결과를 하기 표 2 내지 5에 나타내었다. 분산도 측정은 80℃에서 조성된 슬러리가 1ml 분리되는 속도를 %로 환산하여 측정하였다

[표 2]

[표 3]

표 2 및 3을 참조하면, Pure DEG을 사용할 때 분산성능은 물질 자체의 고유 특성에 의해 한정되어 있으므로, 별도의 분산제를 사용하지 않는다면 분산 성능의 향상은 없음을 확인할 수 있으나, 재생 DEG에 TEG 또는 PEG 분산제를 첨가한 조성물의 경우, Pure DEG와 동일한 정도 또는 그 이상의 분산성을 달성할 수 있음을 확인하였다. 이를 통해, 증류 등의 재사용 및/또는 회수 시스템을 거친 DEG의 활용 가능성 역시 더욱 높아질 수 있음을 확인할 수 있다.

[표 4]

표 4를 참조하면, Pure DEG에 TEG를 첨가하는 경우에도 Pure DEG에 비해 분산성능이 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.

[표 5]

표 5를 참조하면, Test-9의 조성물의 경우, 상용되는 분산제에 비해 우수한 분산성을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.

[실험예 2]

Brookfield DV-II, Spindle NO. 62를 이용하여 실온에서 60rpm의 속도로 교반한 다음 점도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

[표 6]

표 6을 참조하면, 점도의 변화를 확인할 수 있다. 20%이하에서는 점도의 급격한 변화가 없으나, 20% 이상에서는 점도의 급격한 변화가 있다. 이는 줄톱 가공시 유동성의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, DEG 또는 TEG와 같은 분산제의 첨가는 0.05%에서 20%가 좋으며, 그 이상 첨가시 점도 상승으로 인해 줄톱 가공에 영향을 줄 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 연마재 입자;
   재생 기유(base oil); 및
   다가 알코올 및 다가 알코올 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 분산제로 포함하는 줄톱(wire saw) 가공용 슬러리(slurry) 조성물로서,
   상기 재생 기유는 글리세린, DEG(Diethyleneglycol) 및 PG(propylene glycol)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고,
   상기 분산제는 TEG(Triethyleneglycol), PEG(Polyethylene glycol) 또는 이들의 혼합물이며,
   상기 분산제의 함량은 조성물 총량을 기준으로 0.5 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 줄톱 가공용 슬러리 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연마재 입자는 SiC, 보론 카바이드(boron carbide), 산화알루미늄, 텡스텐 카바이드 및 다이아몬드 분말로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 줄톱 가공용 슬러리 조성물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 줄톱 가공용 슬러리 조성물을 줄톱에 공급하여 재료를 절삭하는 단계를 포함하는 줄톱 가공에 의한 재료의 절삭 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 재료는 실리콘계 재료인 것을 특징으로 하는 절삭 방법.