KR20120061821A

KR20120061821A - 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액

Info

Publication number: KR20120061821A
Application number: KR1020127003027A
Authority: KR
Inventors: 아키 고다마; 요시타카 가츠가와; 츠요시 오카모토
Original assignee: 산요가세이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-06-13
Also published as: JP2011068884A; TWI432568B; US9522481B2; CN102482613A; TW201125967A; WO2011024486A1; CN102482613B; US20120156123A1

Abstract

본 발명은 실리콘 잉곳의 절단공정에 있어서, 종래품보다 윤활성이 우수하기 때문에, 절삭가공 효율을 향상시킬 수 있고, 또, 물과 실리콘의 반응에 의한 인화성의 수소 발생이 억제되기 때문에, 안정성이 우수하고, 또한 기포 발생이 적기 때문에 순환사용에 있어서 기포 등의 문제를 일으키지 않는 수용성 절삭액을 제공한다.
탄소수(카보닐기의 탄소를 포함한다)가 4~10인 1가 혹은 2가의 지방족 카복실산(A), 및 아래 수식(1)로 표현되는 ΔpKa가 0.9~2.3인 다가 유기산(B) 또는 당해 유기산(B)의 염(BA)을 필수 성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액.
ΔpKa　=　(pKa₂)　－　(pKa₁)　　(1)
다만, n염기산 H_nA인 유기산(B)이 H_n _－1A　＋　H^＋가 되는 해리단을 1로 했을 때의 산해리정수를 pKa₁； H_n _－2A　＋　H^＋가 되는 해리단을 2로 했을 때의 산해리정수를 pKa₂로 나타낸다.

Description

실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액{WATER-SOLUBLE CUTTING FLUID FOR SLICING SILICON INGOTS}

본 발명은, 실리콘 잉곳의 절삭 시에 사용하는 수용성 절삭액에 관한 것이다.

와이어 소(saw)를 사용한 실리콘 잉곳의 절삭 가공 시, 기존에 사용되던 절삭액을 사용했을 경우, 실리콘 잉곳이 경질인 점이나 절삭액의 윤활성이 부족하다는 점 때문에, 웨이퍼의 표면 정밀도가 충분하지 못하게 된다. 또 실리콘 잉곳의 절삭 가공에서는 절삭액을 순환 사용한다는 점에서, 기포가 발생하는 등의 결점을 들 수 있다.

수용성 절삭액으로는, 예를 들면, 프로필렌 글리콜 등의 다가 알코올과 방향족 다가 카복실산염(이소프탈산 트리에탄올아민염 등)과, 폴리에틸렌 글리콜 등의 알킬렌글리콜의 알킬렌옥사이드 부가물과 물로 구성되는 조성물이 제안되고 있다(특허문헌 1 참조).

또한 기존의 수용성 절삭액은, 인화의 위험성을 줄이고 냉각 효율을 높일 목적으로, 비열이 높은 물의 함유율을 올렸기 때문에, 절단 가공 장치에 사용되는 금속이나 와이어가 부식 열화된다는 문제점이 있었다.

이에 대한 대책으로 아민계 화합물을 배합함으로써 부식을 억제하는 수용성 절삭액이 개발되고 있다(특허문헌 2 참조).

한편, 물과 실리콘의 반응에서 수소 가스의 발생을 억제하기 위한 목적으로, 절삭 시에 발생되는 실리콘 미분말을 산화시키기 위한 산화제를 배합한 수용성 절삭액이 개발되고 있다(특허문헌 3 참조).

그러나, 물과 실리콘의 반응성은 억제되나 가공 장치나 고정 연마입자 와이어가 부식된다는 문제점이 있었다.

또 절삭 가공에서는, 일반적으로 와이어와 피가공물인 실리콘 잉곳의 냉각, 윤활 및 피가공면의 청정화 등을 목적으로, 절삭액을 가공 부위에 공급하면서 가공을 실시하고 있는데, 이 절삭액을 순환 사용할 때 기포가 발생하여, 절삭액이나 이 기포가 넘쳐 흘러 주위를 오염시키기도 한다.

이에 대한 대책으로는, 소포제를 저장 탱크에 첨가하거나 기포가 흘러나온 곳에 소포제를 칠하는 방법 등이 있으나, 충분한 효과를 얻지 못하고 있다.

특허문헌 1 : 일본특허공개 2006－96951호 공보 특허문헌 2 : 일본특허공개 2005－15617호 공보 특허문헌 3 : 일본특허공개 2006－88455호 공보

거기서, 본 발명은 실리콘 잉곳의 절삭 공정에 대해 종래품보다 윤활성이 우수해 절삭 가공 효율을 향상시킬 수 있고, 또 절삭액 순환 사용 시의 기포 발생 등의 문제를 일으키지 않으며, 또 가공 장치의 금속 부분이나 와이어에 대한 내부식성이 양호하고 또한 물과 실리콘의 반응에 따른 수소 발생을 억제할 수 있는 수용성 절삭액을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기의 목적을 달성할 수 있도록 검토를 실시한 결과, 본 발명에 도달했다.

즉, 본 발명은, 탄소수(카보닐기의 탄소를 포함한다)가 4~10인 1가 혹은 2가의 지방족 카복실산(A), 및 제1 해리단의 산해리정수와 제2 해리단의 산해리정수의 차　ΔpKa가 특정 범위에 있는 다가 유기산(B) 또는 당해 유기산(B)의 염(BA)을 필수 성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액； 이 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액을 이용해 고정 연마입자 와이어에 의해 실리콘 잉곳을 절단하는 공정을 포함하는, 실리콘 잉곳을 슬라이스하는 제조 방법; 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액을 이용하여 실리콘 잉곳을 절단하여 제조된 실리콘 웨이퍼； 및 이 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제조된 전자재료이다.

본 발명의 수용성 절삭액은 실리콘 잉곳의 절삭 공정에서, 종래품과 비교하여 윤활성이 우수하기 때문에 절삭 가공 효율을 향상시킬 수가 있다.

또 물과 실리콘의 반응에 의한 인화성 수소 발생이 억제되기 때문에, 안전성이 뛰어나다. 또 기포 발생이 적기 때문에, 순환 사용 시 기포 발생 등의 문제를 일으키지 않는다.

본 발명의 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액은, 특정의 탄소수를 가지는 지방족 카복실산(A)과 특정의 ΔpKa를 가지는 다가 유기산(B) 또는 당해 유기산(B)의 염(BA)을 필수 성분으로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액의 필수 성분인 지방족 카복실산(A)의 카보닐기의 탄소를 포함하는 탄소수는, 통상 4~10이며, 바람직하게는 6~10이다. 4 미만에서는 윤활성이 충분하지 못하며, 10을 초과하면 물에서의 용해성이 저하된다.

지방족 카복실산(A)의 값은 1 또는 2이나, 바람직하게는 2이다.

또 지방족 카복실산(A)은 지방족 포화카복실산 또는 지방족 불포화카복실산이나, 지방족 포화카복실산이 바람직하다.

지방족 카복실산(A)의 구체적인 예로는 지방족 모노카복실산이나 지방족 디카복실산을 들 수 있다.

지방족 모노카복실산으로는, 부틸산, 발레르산, 카프로산, 에난트산, 카프릴산, 페랄곤산, 카프린산, 크로톤산, 이소크로톤산, 소르빈산, 오브트실산(Obtusilic acid), 카프롤레산 등을 들 수 있다.

지방족 디카복실산으로는, 아디핀산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 시트라콘산, 메사콘산, 메틸렌 호박산(methylenesuccinic acid), 알릴마론산(Allylmalonic acid), 이소 프로필리덴 호박산, 2,4-헥사인디엔산(hexanedienoic acid) 등을 들 수 있다.

지방족 카복실산(A) 중에서, 윤활성 및 기포억제성 면에서 지방족 디카복실산이 바람직하며, 아젤라산, 세바스산이 더욱 바람직하다.

본 발명의 절삭액은, 사용 전에 물이나 수혼합성 유기용매로 더욱 희석되는 경우도 있으나, 사용 시, 절삭 중의 지방족 카복실산(A)의 함유량은, 절삭액에 대해 통상 0.01~10 중량%이, 바람직하게는 0.01~5 중량%, 0.01~1 중량%가 더욱 바람직하다.

0.01 중량% 미만에서는 윤활성이 충분하지 못하며, 10 중량%를 초과하면 기포억제성이 충분하지 못하다.

본 발명인 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액에 함유되는 다가 유기산(B)은, 제1 해리단의 산해리정수와 제2 해리단의 산해리정수의 차 ΔpKa가 특정 범위에 있는 다가 유기산이다.

즉, 본 발명의 다가 유기산(B)은 아래 수식(1)에 표시된 ΔpKa가 0.9~2. 3이다.

ΔpKa　=　(pKa₂)　－　(pKa₁)　　　　(1)

여기에서, n염기산인 유기산(B)을 H_nA로 나타냈을 때, H_n _－1A　＋　H^＋가 되는 제1 해리단의 산해리정수를 pKa₁로 하고, H_n _－2A　＋　H^＋가 되는 제2 해리단의 산해리정수를 pKa₂로 표시한다. 그 차이가 ΔpKa이다.

덧붙여, 여기서의 산해리정수 pKa₁, pKa₂는, 수용액 중 화합물의 해리정수의 역수의 대(對)수치를 나타내며, pKa는, 예를 들면 「화학편람 기초편II 개정 4판」 (1993년, 마루젠(주))의 317~321페이지의 표에 기재되어 있다. ΔpKa는, 이 표의 값을 이용해 산출할 수 있다.

유기산(B)의 ΔpKa는 통상 0.9~2.3, 바람직하게는 1.4~2.2 이다.

0.9 미만에서는 물과 실리콘의 반응에 따른 수소 발생을 충분히 억제하지 못하며, 2.3을 초과하면 금속에 대한 내부식성이 저하한다.

다가 유기산(B)으로는, 다가 카복실산, 다가 설폰산, 다가 유기 인산 등을 들 수 있으나, 다가 카복실산이 바람직하다.

다가 카복실산 중에서도 방향족 다가 카복실산(B1), 및/또는 하이드록시 다가 카복실산(B2)이 가장 바람직하다.

다가 유기산(B)의 구체적인 예로서 푸마르산(pKa₁=2.85, pKa₂=4.10, ΔpKa=1.25), 프탈산(pKa₁=2.75, pKa₂=4.93, ΔpKa=2.18), 이소프탈산(pKa₁=3.50, pKa₂=4.50, ΔpKa=1.00), 테레프탈산(pKa₁=3.54, pKa₂=4.46, ΔpKa=0.92), 사과산(pKa₁=3.24, pKa₂=4.71, ΔpKa=1.47), 아스파라긴산(pKa₁=1.93, pKa₂=3.70, ΔpKa=1.77), m－아미노벤조산(pKa₁=3.12, pKa₂=4.72, ΔpKa=1.60), 구연산(pKa₁=2.90, pKa₂=4.34, ΔpKa=1.44), 호박산(pKa₁=4.00, pKa₂=5.20, ΔpKa=1.20)등을 들 수 있다.

다가 유기산(B)은, 물과 실리콘의 반응에 따른 수소 발생 억제성 면에서, 프탈산, 사과산, 구연산이 바람직하다.

다가 유기산(B)의 염(BA)으로는, 유기산(B)의 암모늄염(BA1), 유기산(B)의 지방족 아민염(BA2), 유기산(B)의 무기 알칼리염(BA3), 유기산(B)의 알칸올아민염(BA4), 및 이러한 혼합물을 들 수 있다.

유기산(B)의 지방족 아민염(BA2)으로는, 유기산(B)의 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 헥실아민, 디메틸아민, 에틸메틸아민, 프로필메틸아민, 부틸메틸아민, 디에틸아민, 프로필에틸아민, 디이소프로필아민, 디헥실아민, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 트리메틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 피페리딘, 피페라딘, 퀴누클리딘, 1, 4－디아자비사이클로［2. 2. 2］옥테인(DABCO), DBU 및 DBN등의 염을 들 수 있다.

유기산(B)의 무기 알칼리염(BA3)으로는, 유기산(B)의 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘 등의 염을 들 수 있다.

유기산(B)의 알칸올아민염(BA4)으로는, 유기산(B)의 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, N-(아미노에틸)에탄올아민, 2-(2-아미노에톡시)에탄올, 에틸렌디아민의 에틸렌옥사이드 부가물(부가 몰수 10) 및 하이드록실아민 등의 염을 들 수 있다.

다가 유기산(B)의 염(BA)의 구체적인 예로는, 푸마르산염, 프탈산염, 이소프탈산염, 테레프탈산염, 사과산염, 아스파라긴산염, m-아미노벤조산염, 구연산염, 호박산염 등을 들 수 있다.

다가 유기산(B) 대신에, 그 염(BA)을 사용해도 되고, 유기산(B)과 그 염(BA)을 병용해도 괜찮다. 또, 함유시킨 다가 유기산(B)의 일부 또는 전부가 별도로 배합된 알칼리성 화합물과 계 안에서 염을 형성해도 된다.

본 발명의 유기산(B)은 물과 실리콘의 반응에 따른 수소 발생의 억제성을 향상시키는 목적으로 함유시킨다.

본 발명의 절삭액 중 유기산(B)의 함유량은, 사용 시의 절삭액에 대해, 통상 0.01~10 중량%, 바람직하게는 0.05~5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1~1 중량%이다.

0.01 중량% 미만에서는 반응 억제성이 충분하지 않으며, 10 중량%를 초과해도 효과는 동등하여 경제적으로 의미가 없다.

본 발명의 수용성 절삭액의 수용성이란, 물과 임의의 비율로 혼합되어 분리되지 않는 것을 의미한다.

그리고, 본 발명의 수용성 절삭액은, 사용 전에 물 또는 물과 임의의 비율로 혼합할 수 있는 수혼합성 유기용매로 희석하여 사용해도 괜찮다.

본 발명인 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액에는, 안정된 유량으로 순환시키기 위해 점도를 내린다거나, 절삭분의 분산성을 좋게 하기 위한 목적으로 폴리옥시알킬렌 부가물(C)을 함유시키는 것이 바람직하며, 아래 화학식(2)에 표시되어 있다.

　　　R¹O－(AO)_n－R²　　　　(2)

［식(2) 중, R¹와 R²는 각각 독립으로 수소 원자 또는 알킬기；AO는 탄소수가 2~4인 옥시알킬렌기를 나타낸다. (AO)_n는 1종 또는 2종 이상의 알킬렌옥사이드의 부가 형식을 나타내며, 2종의 경우 부가 형식은 블록상이어도 되고 랜덤상이어도 된다. n은 AO의 평균 부가 몰수를 나타내며, 1~10의 수이다.］

식(2) 중, R¹와 R²는 각각 독립으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타낸다. 알킬기로는 탄소수 1~6인 알킬기를 들 수 있는데 예를 들면, 메틸기, 에틸기 등을 들 수 있다. R¹과 R²로는 수소 원자, 메틸기, 에틸기가 바람직하다.

식(2) 중 AO는 탄소수가 2~4인 옥시알킬렌기를 나타내며, 옥시에틸렌기, 옥시프로필렌기, 옥시부틸기 등을 들 수 있다. 수용성의 면에서 옥시에틸렌기, 옥시프로필렌기가 바람직하다.

(AO)_n는 1종의 알킬렌옥사이드 또는 2종 이상의 알킬렌옥사이드의 부가 형식을 나타내며, 2종의 경우 부가 형식은 블록상이어도 되고 랜덤상이어도 된다.

n은 AO의 평균 부가 몰수를 나타내며, 통상 1~10의 수이다. 1~5가 바람직하며, 1~3이 더욱 바람직하다. 10을 넘으면 점도가 너무 높아져 기포가 발생한다.

본 발명에서 폴리옥시알킬렌 부가물(C)의 수 평균 분자량은, 통상 500 이하이며, 300 이하가 바람직하고, 200 이하가 더욱 바람직하다.

500을 넘으면 점도가 너무 높아지기 때문에 기포가 발생하여 문제가 되는 경향이 있다.

폴리옥시알킬렌 부가물(C)의 구체적인 예로, 알킬렌글리콜 및 폴리알킬렌글리콜 등의 수용성 글리콜, 또 알킬렌글리콜의 알킬에테르 및 폴리알킬렌글리콜의 알킬에테르 등의 수용성 에테르 등을 들 수 있다.

폴리옥시알킬렌 부가물(C) 중 알킬렌글리콜로는, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,2-부틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,4-부틸렌글리콜 등을 들 수 있다.

폴리옥시알킬렌 부가물(C) 중 폴리알킬렌글리콜로는, 폴리에틸렌글리콜 (디에틸렌글리콜 및 트리에틸렌글리콜 등), 폴리1,2-프로필렌글리콜 (디1,2-프로필렌글리콜 등), 폴리1,3-프로필렌글리콜, 폴리1,2-부틸렌글리콜, 폴리1,3-부틸렌글리콜, 폴리1,4-부틸렌글리콜 등을 들 수 있다.

폴리옥시알킬렌 부가물(C) 중 알킬렌글리콜인 것 또는 디알킬에테르로는, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 1,2-프로필렌글리콜 모노메틸에테르 및 1,2-프로필렌글리콜 디메틸에테르 등을 들 수 있다.

폴리옥시알킬렌 부가물(C) 중 폴리알킬렌글리콜인 것 또는 디알킬에테르로는, 폴리에틸렌글리콜 모노메틸에테르［디에틸렌글리콜 모노메틸에테르 및 트리에틸렌글리콜 모노메틸에테르 등］, 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르［디에틸렌글리콜 디메틸에테르 및 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르 등］및 폴리1,2-프로필렌글리콜 모노메틸에테르［디1,2-프로필렌글리콜 모노메틸에테르 등］등을 들 수 있다.

폴리옥시알킬렌 부가물(C) 중 작업성 면에서, 알킬렌글리콜, 알킬렌글리콜 모노알킬에테르, 폴리알킬렌글리콜 및 폴리알킬렌글리콜 모노알킬에테르가 바람직하다. 나아가 옥시알킬렌기의 탄소수가 2~4인 알킬렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜 및 이러한 모노메틸에테르, 모노에틸에테르가 더욱 바람직하다.

특히, 1,2-프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 1,2-프로필렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르가 바람직하다.

본 발명의 폴리옥시알킬렌 부가물(C)은 수분 상용성 면에서, HLB는 8~45가 바람직하며, 10~45가 더욱 바람직한데, 이 범위라면 수분 상용성 면에서 우수하다.

여기서의 HLB는, 친수성과 친유성의 밸런스를 나타내는 지표이며, 예를 들면 「유화?가용화의 기술(1976년, 공학도서(주)〕」이나 「신계면활성제 입문(1996년, 후지모토 타케히코 저〕」의 132페이지와 197~199페이지에 기재되어 있는 오다(Oda)법에 따른 계산 값으로서 알려진 것으로, 그리핀법에 따른 계산 값은 아니다.

그리고, HLB를 이끌어내기 위한 유기성 값 및 무기성 값에 대해서는 「유기 개념도-기초와 응용-(1984년, 산쿄출판(주))」 이나 「신계면활성제 입문(1996년, 후지모토 타케히코 저)」의 198페이지에 기재된 표의 값을 이용해 산출할 수 있다.

본 발명의 절삭액 중, 폴리옥시알킬렌 부가물(C)의 함유량은, 사용 시의 절삭액에 대해, 60~90 중량%가 바람직하며, 65~80 중량%가 더욱 바람직하다.

본 발명의 수용성 절삭액 중 물의 양은, 사용 시의 절삭액에 대해, 10~40 중량%가 바람직하며, 20~35 중량%가 더욱 바람직하다.

이 폴리옥시알킬렌 부가물(C)에 대한 이 지방족 카복실산(A)의 함유량은, 통상 0.001~1.0 중량%가, 0.001~0.5 중량%가 바람직하며, 0.001~0.1 중량%가 더욱 바람직하다.

이 폴리옥시알킬렌 부가물(C)에 대한 방향족 다가 카복실산(B1)과 하이드록시 다가 카복실산(B2)의 합계의 함유량은, 통상 0.01~10 중량%가, 0.01~5 중량%가 바람직하며, 0.01~3 중량%가 더욱 바람직하다.

본 발명인 수용성 절삭액은, 나아가 pH조정제(D), 분산제(E) 등을 함유해도 괜찮다.

pH조정제(D)로는, 염산 등의 무기산이나, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등의 알칼리 금속의 수산화물 등을 들 수 있다.

pH조제제는, 본 발명의 수용성 절삭액을 이용해 슬라이싱된 피가공물을 세정할 때에, 세정액이 강산 또는 강알칼리성을 나타내지 않도록, 1 중량%의 수용액인 pH가 5~9가 바람직하며, 5~8이 되도록 첨가되는 것이 더욱 바람직하다. pH조정제의 함유량은, 절삭액에 대해 5 중량% 이하이다.

분산제(E)로는, 나프탈렌설폰산 포르말린 축합물 및/또는 그 염, 폴리카복실산염, 폴리스틸렌 설폰산염, 폴리비닐설폰산염, 폴리알킬렌글리콜 황산에스테르염, 폴리비닐알코올 인산에스테르염, 멜라민설폰산염 및 리그닌 설폰산염 등을 들 수 있다. 분산제의 함유량은, 절삭액에 대해, 0.01~5 중량%가, 0.1~1 중량%가 바람직하다. 0.01 중량% 이상이면 분산 효과가 한층 더 발휘되기 쉬우며, 5 중량% 이하이면 절삭분이 응집하기 어려워지는 경향이 있다.

본 발명인 수용성 절삭액은, 와이어에 의한 실리콘 잉곳의 슬라이싱 가공 시 매우 적합하게 사용할 수 있다.

실리콘 잉곳을 가공하는 방법으로, 유리 연마입자 및 고정 연마입자 와이어를 이용하는 방법을 들 수 있다. 본 발명인 수용성 절삭액은 고정 연마입자 와이어를 이용한 실리콘 잉곳의 슬라이싱 가공에 특히 적합하다.

(실시예)

이하, 실시예 및 비교예에서 본 발명에 대해 더 자세히 설명하겠으나, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다. 이하, 별도로 정하지 않는 한, %는 중량%, 부(部)는 중량부를 나타낸다.

(실시예 1~7 및 비교예 1~6)

표 1 기재의 배합비(중량부)로 수산화칼륨 수용액 이외의 각 성분을 배합한 후, 수산화칼륨 수용액으로 pH가 5.8 전후가 되도록 조정하여, 실시예 1~7 및 비교예 1~6의 수용성 절삭액을 조제하였다.

			실시예							비교예
			1	2	3	4	5	6	7	1	2	3	4	5	6
수용성절삭액의배합비(중량부)	지방족 카복실산 (A)	아젤라산(A-1)	0.5	0.1	0.5	0.1	0.5	0.5	0.5	-	-	-	-	0.8	0.5
	지방족 카복실산 (A)	수산(A'-1)	-	-	-	-	-	-	-	0.5	-	-	-	-	-
	다가 유기산 (B) 또는 그 염	구연산(B-1)	0.3	0.3	0.3	0.3	-	-	-	0.3	-	0.3	-	-	-
		프탈산(B-2)	-	-	-	-	0.3	-	-	-	-	-	-	-	-
		이소프탈산 (B-3)	-	-	-	-	-	0.3	-	-	0.5	-	-	-	-
		프탈산염 (BA-1)	-	-	-	-	-	-	0.3	-	-	-	0.5	-	-
		마레인산 (B'-1)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0.3
	폴리옥시알킬렌 부가물 (C)	프로필렌글리콜 (C-1)	-	-	70	70	70	70	70	-	-	-	74	74	-
		디에틸렌글리콜 (C-2)	30	30	-	-	-	-	-	30	30	30	-	-	30
		디에틸렌글리콜 모노메틸에테르 (C-3)	40	40	-	-	-	-	-	40	40	40	-	-	40
		폴리에틸렌글리콜(Mw:1000) (C'-1)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	10.5	10.5	-
	pH 조정제	50%수산화칼륨수용액	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	-	-	0.2
	분산제	나프탈렌설폰산나트륨 포르말린 축합물	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	-	-	0.5
	물		29	29	29	29	29	29	29	29	29	29	15	15	29
	윤활성(마찰계수)		0.27	0.34	0.25	0.30	0.19	0.23	0.23	0.52	0.47	0.53	0.47	0.21	0.24
	반응억제성		O	O	O	O	O	O	O	O	O	O	O	X	X
	기포억제성		O	O	O	O	O	O	O	O	O	O	X	X	O

덧붙여, 표 1 중의 「프탈산염(BA－1)」은 프탈산/트리에탄올아민(1：2 몰)의 염을 이용하였다.

(수용성 절삭액의 성능평가방법 )

얻어진 수용성 절삭액을, 윤활성, 반응 억제성, 기포 억제성에 대해 평가시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1에 표시하였다.

(a) 윤활성 시험(마찰계수)

마찰계수는 핀(볼)?온?디스크타입의 마찰마모시험기(레스카 제(製), FRP－2000)를 사용해, 수용성 절삭액 20g에 담근 실리콘 웨이퍼와 강구 간의 마찰계수를 측정하여 윤활성을 평가하였다.

윤활성 시험은 다음의 조건으로 실시하였다.

실리콘 웨이퍼：시험편 40mm×40mm

하중：100g

선속도：5.23cm/s

측정 온도：25℃

통상, 마찰계수는 0.40 이하가 요망되며, 마찰계수가 높으면 윤활성이 부족해지기 때문에 웨이퍼의 표면 정밀도가 충분하지 못하게 된다.

(b) 반응억제성

물과 실리콘의 반응에 따른 수소 발생 억제성의 평가는 아래에 나타낸 방법으로 실시하였다.

(1) 유리 샘플병에 수성 절삭액 18g과 실리콘 분말(고순도화학연구소 제, 순도 99%, 평균 입경 1μm)을 2g 더해, 38 kHz의 초음파 세척기를 이용하여 초음파를 2분간 조사하고 실리콘 분말을 분산하여 슬러리를 얻었다.

(2) 물을 채워 수조에 거꾸로 덮은 메스 실린더에, 유리관의 한 쪽 끝을 넣고, 그 바깥쪽 끝을, 구멍이 뚫린 고무마개로 봉한 유리 샘플병에, 상기 슬러리를 넣었다.

상기 슬러리가 들어간 유리 샘플병의 입구에, 유리관을 통과한 고무마개로 그 샘플병을 봉하고, 물을 채워 수조에 거꾸로 덮은 메스 실린더에 그 유리관의 바깥쪽 끝을 넣어, 발생한 수소 가스를 메스 실린더 내부의 물과 치환시키도록 세팅하였다.

(3) 이들 수조, 메스 실린더, 유리관 및 슬러리가 들어간 샘플병의 일련의 세트를, 60℃의 항온 고온 수조에 2시간 고요하게 배치하고, 그 사이에 발생하는 수소를 수상치환법으로 메스 실린더에 회수하여 수소 발생량을 측정하였다.

반응 억제성의 평가는 아래 판단 기준에 입각하여 실시하였다.

○：수소가스 발생량이 10 mL미만

△：수소가스 발생량이 10~20 mL

×：수소가스 발생량이 20 mL이상

(c) 기포억제성 시험(기포 발생)

기포억제성 시험은 고온고압 액류시험기(쓰지(Tsuji)염기공업 제, LJ－2000)를 이용하여, 다음의 조건으로 실시하였다.

수용성 절삭액량：1300g

유량：2.9L/분

순환 시간：20분

시험 시작 시의 온도：25℃

기포억제성의 평가는 절삭액을 순환시키고, 20분 후 기포의 높이를 측정하여, 아래 판정 기준에 입각하여 실시하였다.

○：15 mm미만

△：15~25 mm

×：25 mm 초과

표 1에서 분명히 알 수 있는 것처럼, 실시예 1~7의 본 발명인 수용성 절삭액은 모두, 마찰계수가 낮기 때문에 윤활성이 뛰어나 반응억제성과 기포억제성이 모두 우수하다.

한편, 필수 성분인 지방족 카복실산으로 탄소수가 적은 수산을 이용한 비교예 1, 및 지방족 카복실산을 이용하지 않는 비교예 2~4는 마찰계수가 높고 윤활성이 뒤떨어졌다.

지방족 카복실산으로 ΔpKa가 0.73인 아젤라산 만을 이용하고, 필수 성분인 특정 범위내의 ΔpKa의 유기산을 병용하지 않는 비교예 5는 반응 억제성이 뒤떨어졌다. 또, ΔpKa가 4.08인 마레인산을 이용한 비교예 6도 반응 억제성이 뒤떨어졌다.

한편, 폴리옥시알킬렌 부가물로 고분자량인 폴리에틸렌글리콜을 이용한 비교예 4와 비교예 5는 기포억제성이 뒤떨어졌다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명인 수용성 절삭액은, 윤활성, 물과 실리콘에 따른 수소 발생의 반응 억제성, 기포 억제성이 우수하기 때문에, 실리콘 잉곳을 절삭하는 경우에 사용하는 수용성 절삭액으로서 유용하다.

본 발명인 수용성 절삭액을 이용하여, 실리콘 잉곳을 절삭 가공해 제조된 실리콘 웨이퍼는, 예를 들면 메모리 소자, 발진 소자, 증폭 소자, 트랜지스터, 다이오드, 태양전지, LSI의 전자재료로 이용할 수 있는데, 이들 전자재료는, 예를 들면 태양광 발전 장치, PC, 휴대전화, 디스플레이, 오디오 등에 사용할 수 있다.

또, 본 발명인 수용성 절삭액은, 수정, 탄화 규소, 사파이어 등의 단단한 성질의 피가공물을 절삭할 때에 사용하는 절삭액으로도 유용하다.

Claims

탄소수(카보닐기의 탄소를 포함한다)가 4~10인 1가 또는 2가의 지방족 카복실산(A), 및 아래 수식(1)로 표현되는 ΔpKa가 0.9~2.3인 다가 유기산(B) 또는 당해 유기산(B)의 염(BA)을 필수 성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액.
ΔpKa　=　(pKa₂)　－　(pKa₁)　　(1)
다만, n염기산 H_nA인 유기산(B)이 H_n _－1A　＋　H^＋가 되는 해리단을 1로 했을 때의 산해리정수를 pKa₁； H_n _－2A　＋　H^＋가 되는 해리단을 2로 했을 때의 산해리정수를 pKa₂로 나타낸다.
청구항 1에 있어서, 상기 다가 유기산(B)이 다가 카복실산인 수용성 절삭액.
청구항 2에 있어서, 상기 다가 카복실산이 방향족 다가 카복실산(B1), 및/또는 하이드록시 다가 카복실산(B2)인 수용성 절삭액.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다가 유기산(B) 또는 상기 유기산(B)의 염(BA)이, 프탈산, 프탈산염, 이소프탈산, 이소프탈산염, 테레프탈산, 테레프탈산염, 구연산, 구연산염, 사과산 및 사과산염으로 구성되는 군에서 선택된 1종 이상인 수용성 절삭액.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 아래 화학식(2)로 표현되며, 수평균 분자량이 500 이하인 폴리옥시알킬렌 부가물(C)을 함유하는 수용성 절삭액.
R¹O－(AO)n－R²　　　　(2)
［식(2) 중, R¹와 R²는 각각 독립으로 수소원자 또는 알킬기； AO는 탄소수가 2~4인 옥시 알킬렌기를 나타낸다. (AO)n은 1종의 알킬렌옥사이드 또는 2종 이상의 알킬렌옥사이드의 부가 형식을 나타내며, 다른 종의 경우의 부가 형식은 블록상 또는 랜덤상일 수 있다. n은 AO의 평균 부가 몰수를 나타내며, 1~10의 수이다.］
청구항 5에 있어서, 이 폴리옥시알킬렌 부가물(C)의 HLB가 8~45인 수용성 절삭액.
청구항 5 또는 6에 있어서, 이 폴리옥시알킬렌 부가물(C)이, 알킬렌글리콜, 알킬렌글리콜 모노알킬에테르, 폴리알킬렌글리콜 및 폴리알킬렌글리콜 모노알킬에테르로 구성되는 군에서 선택된 1종 이상의 폴리옥시알킬렌 부가물인 수용성 절삭액.
청구상 5 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 이 폴리옥시알킬렌 부가물(C)에 대한 이 지방족 카복실산(A)의 함유량이 0.001~1.0 중량%인 수용성 절삭액.
청구항 5 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 이 폴리옥시알킬렌 부가물(C)에 대한 방향족 다가 카복실산(B1)과 하이드록시 다가 카복실산(B2)의 합계의 함유량이 0.01~10 중량%인 수용성 절삭액.
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액을 이용하여 고정 연마입자 와이어에 의해 실리콘 잉곳을 절단하는 공정을 포함하는 실리콘 잉곳 슬라이싱 제조 방법.
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 실리콘 잉곳 슬라이스용 수용성 절삭액을 이용하여 실리콘 잉곳을 절단해 제조된 실리콘 웨이퍼.
청구항 11의 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제조된 전자재료.