TWI229128B - Aqueous compositions, aqueous cutting fluid using the same, method for preparation thereof, and cutting method using the cutting fluid - Google Patents

Description

1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印w 五、發明說明（1 ) 技術領域 本發明係有關在切斷由矽單晶、矽多晶、化合物半導 體等的半導體材料而成的結晶塊、或陶瓷塊等被加工物之 際所用的削切液之性能安定性、安全性、廢液處理性之改 善，又該削切液之簡單製造方法，及使用其之可靠性高的 安全削切方法。 背景技術 一般採用鋼絲鋸或帶鋸等的削切工具並切斷被加工物 之情形，以削切工具與被加工物之間之潤滑、摩擦熱之去 除、削切屑之淸洗爲目的，削切液乃被廣泛使用著。例如 將矽單晶之結晶塊作爲被加工物予以切片並製造晶圓之情 形，於以礦物油或高級烴爲主成分之分散介質中使分散有 由S i C (碳化矽）等而成的游離硏磨粒之淤漿狀的非水 性削切液被廣泛的使用著。 由切斷而得的晶圓係採用三氯乙烷或二氯甲烷之所謂 廉價的高淸洗力之氯系有機溶劑予以淸洗。 如此藉由削切工具及被加工物與硏磨粒間之動態接觸 可進行切斷之系統，提高削切液中的硏磨粒之分散性一事 ，在經常保持削切性能於固定値上係重要的。爲提高分散 性而採的技巧，大致上有（a )添加分散劑之方法及（b )添加增黏劑之方法。 上述（a )之方法爲欲積極的提高硏磨粒本身之分散 性者。一般於流體中的粒子之分散性，係各個粒子之質量 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- * > — — -Λ.Ι — ΙΙ — — — — II 藤 _ — — — — — — — ·ι^ιιι^ (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 小’各粒子間有由電氣二層或吸附分子之立體障礙等要因 引起足夠的排斥力，且各個粒子以一次粒子（未予凝集的 狀態之粒子）存在的情形變成良好，沈澱速度變遲緩。因 此以添加電解質或有具某種程度之長度的烷基鏈等親油基 之界面活性劑爲分散劑予以進行。 另一方面，上述（b)之方法係藉由提高分散介質之 黏度，作成阻礙硏磨粒之布朗運動使沈降速度遲緩者。至 於增黏劑，已知有膨潤土。 然而，於非水性削切液方面應予解決的課題亦多。 首先，被廣泛使用作向來非水性削切液之分散液的有 機溶劑係有臭氣強烈，又依種類有閃火性等使作業環境惡 化的原因。一 又，採用上述所謂油性之削切液予以切斷的被加工物 ，有採用能需溶解去除此被加工物之有機溶劑予以淸洗的 必要。然而，例如大多使用於半導體晶圓之淸洗的二氯乙 烷因係被指定成臭氧層破壞物質，故朝向全部停用，今後 須削減使用量，惟化替物質之經濟性或淸洗能力在現狀下 仍嫌不足。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 至於添加上述（a )之分散劑之方法，則有沈澱物之 硬餅化的問題存在。 由分散劑之添加使分散性提高的硏磨粒，在沈降速度 方面確實遲緩，惟在堆積的過程相互緊密接觸並以超過排 斥力之負載予以壓縮，終於形成硬餅。若硬餅一旦形成後 ，則欲予再分散成與原來相同的狀態一事係有困難的。因 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- 1229128 A7 B7 五、發明說明（3 ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此，即使長時間攪拌已生成此種沈澱物之削切液並予再利 用，結果亦成爲在硏磨粒濃度較低的狀態使用，終於使削 切性能降低。又亦有削切液之供給系統之配管會引起阻塞 ，或爲粉碎硬餅而用的工具之磨耗較快等等問題。 若各個硏磨粒之質量大且各粒子間之排斥力小時，則 硬餅化之問題可予解決。該原因乃主要介在有存在於分散 介質中之多價離子使硏磨粒相互間成電氣鍵結的結果，因 會生成空隙較多的柔軟的絮凝物，故在經時亦會形成比較 柔軟的沈澱物（軟餅）所致。若爲軟餅時，則亦容易再分 散。 然而在此種削切液中欲維持硏磨粒於一次粒子狀態係 較困難的，又於分散介質中的絮凝物之沈降速度亦較快之 故，削切液中的硏磨粒濃度分布不均勻化，削切性能容易 變成不安定。 因此，終於不得不使用分散性較高的削切液，再利用 較難的已使用過的削切液在回收後，通常係予焚化處理。 在焚化之際，歸因於有機溶劑之燃燒的二氧化碳會被大量 放出，由防止地球溫暖化之觀點並不佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印？衣 另一方面，如上述（b )添加增黏劑之方法，在削切 液之黏度不變的假定之下雖可保證有一定的效果，惟實際 上削切液之黏度係以各種要因變化。 .首先，削切液之黏度若混入削切屑時，通常會增大。 黏度若增大時，則因未能經常以一定的比例供給均質的硏 磨粒至被加工物之切斷面上，故一般以削切屑之混入量若 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229128 A7 B7 五、發明說明（4 ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 達削切液之3〜4重量％時，則有交換削切液之必要。此 即增加削切液之廢棄量，接著隨該焚化而發生的二氧化碳 之量會增加。 •又，即使混入水分亦會增大非水性削切液之黏度。因 此，爲防止水分混入，向來在例如鋼絲鋸之裝置內的晶圓 或結晶塊安裝底座之淸洗作業上有較大的限制。亦即，在 採用非水性削切液之系統，淸洗液亦須爲有機溶劑，故有 於削切液槽另外設置的淸洗槽內塡滿淸洗液並進行淸洗之 必要。此即成裝置之占有面積增大。再者有機溶劑之使用 量亦增加而成爲使作業環境或地球環境日益惡化的原因。 反之，由於分子剪斷若使分散介質之分子構造受破壞 時，則非水系削切液之黏度降低，削切性能呈不安定化。 如上述般，於非水性削切液方面，抑制對作業環境或 地球環境之衝擊，且使在削切性能之維持上所需的硏磨粒 之高度分散性之達成與再利用性或設備之維修性的改善上 必要的硬餅化之防止同時存在係極其困難的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此本發明爲解決此等問題，提出成爲削切液之主劑 的新穎水性組成物，其目的爲提供使用此水性組成物之水 性削切液，及此等的製造方法，與採用此水性削切液之削 切方法。 發明之揭示 本發明之水性組成物係爲達成上述目的而予提出者， 對人體幾乎無危害，又無臭，且可以生物分解性優越的活 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 1229128 A7 B7 五、發明說明（5 ) 性污泥法之容易處理的較低分子量之多元醇爲分散介質之 主體，且以使本劑成爲非閃火性之分量使其中含有水分， 在相關的分散劑中使矽酸膠狀物安定的分散者。至於上述 多元醇，可合倂使用親水性多元醇系化合物及親油性多元 醇系化合物。 .又，本發明之水性削切液係於上述的水性組成物內添 加硏磨粒使該硏磨粒與矽酸膠體同時安定的分散者。若依 相關的水性削切液時，則硏磨粒之分散性可予提高當然即 使硏磨粒經時的沈降，硏磨粒之粒子間亦以經予介在有矽 酸膠體粒子之形式進行堆積之故，沈澱物係不予硬餅化， 成爲可再予容易分散。 在製造相關的本發明之水性組成物，係混合水，親水 性醇系化合物與矽酸鹽，製備出使生成矽酸之第一液，藉 由混合此第一液及以親油性多元醇系化合物爲主體之第二 液，可使游離的矽酸安定化成膠體粒子。 又，製造水性削切液時，係於上述製得的水性組成物 內添加硏磨粒。 上述水性削切液，邊使被加工體與削切手段呈動態的 接觸，且以在削切該被加工體之際較適合採用。 實施發明之最佳形態 以下進一步詳細說明本發明。 本發明之水性組成物係於分散介質中的矽酸膠體粒子 在親水性多元醇系化合物及親油性多元醇系化合物間之最 本紙張尺辱適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） · 8 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ' > —訂— ί 丨 — 丨 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229128 A7 ___B7_ 五、發明說明（6 ) 適化的均衡下呈安定化爲一大特色。 且，於本說明書中親水性多元醇系化合物係指親水性 多元醇及其衍生物者^ 又親油性多元醇系化合物係指親油性多元醇及其衍生 物，或親水性多元醇之聚合物者。 親水性多元醇系化合物係達成由矽酸鹽生成矽酸而用 的觸媒之角色。舉一例而言，以乙二醇之作用由偏矽酸鉀 生成偏矽酸之過程示於下式（i )。 Ο 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

CIC 2 2 ο ο +

ο K Kο ο = ch2 ok II Si (i)

ch2 ok ho oh 副產物乙二醇之鉀鹽係由與周圍之水進行離子交換而 再生成乙二醇。此過程示於下式（i i)。 CH2 OK I CH2 OK 2 H2〇

ch2 〇h CH2 OH

2KOH (ii) 在此，與式（i) ，（ii)之反應生成物共存的組 成物首先呈現膠凝狀，惟在該組成物中之水分非常少的情 形，由於靜置會逐漸變化成膠狀物（jelly )狀。然而，對 於上述混合物中之含水量較多的情形，不可形成膠狀物狀 。由此事可知，上述的膠狀物化，可被視作基於由偏矽酸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -9- — II----I--"^11^- I! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 五、發明說明（7 ) 之脫水縮合而成的二矽酸之生成，或該等以上的高次聚合 物之生成而成。二矽酸之生成過程示於下式（i i i )。 Ο Ο (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

II II

/Si\ + /SiN

HO OH HO OH

O O

II II ^ /Si、，Si、 "-(Mi)

HO 0 HO 若使組成物如此膠狀物化時，則例如採用於此組合物 內混合以硏磨粒而成削切液之情形，未能順利的供給新鮮 硏磨粒至削切面上，變成使削切性能降低。因此，於組成 物內需使含有某種程度之水。惟水若過多時，則下次將會 使矽酸膠體粒子完全離子化、凝集、沈澱，以致成爲未能 有助於硏磨粒之分散。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此於本發明之水性組成物，可達成防止上述的膠狀 物化之角色者即爲親油性多元醇系化合物。親油性多元醇 系化合物，係藉由在分散介質中適量添加可使上述偏矽酸 之於水中的溶解度降低，有助於在不使矽酸膠體粒子離子 化下予以安定化。 此時，親油性多元醇系化合物之一部分亦可被視作與 親水性多元醇系化合物同樣的由偏矽酸鉀生成偏矽酸而用 的觸媒而作用著，惟在親油性之較強的環境中，由偏矽酸 鉀主要生成偏矽酸一事係由周圍之水引起的離子交換作用 。此過程示於下式（iv)。 •10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229128 Α7 ___Β7 五、發明說明（8 )

0 II /SiN κο OK 2Η2 ο ο II Si

2 KOH (iv) HO OH 然而，若此時的環境之親油性過強時，則偏矽酸與其 鉀鹽反應而生成氧化矽之微粒子。此過程示於下式（v ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

0 II /Sl\ HO OH Ο

II + /Sl\

κο OK -^ 2Sj〇2i + 2K0H ·· 亦即，刻意生成的矽酸亦能保持其原狀的形態，會轉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 化成氧化矽（S i 0 2 )而沈降。因此，在本發明以親水性 多元醇系化合物與親油性多元醇系化合物之含有量之均衡 爲尤其重要的，對親水性多元醇系化合物之含有量，以於 大約2 · 5〜2 0 . 0倍之範圍內選擇親油性多元醇系化 合物之含有量爲較合適。 至於本發明使用的親水性多元醇系化合物，可舉出有 :乙二醇或丙三醇、及此等之酯衍生物或醚衍生物。此等 之化合物係主鏈之碳數在2〜6之範圍的化合物，不論採 用單一的化合物，或合倂採用複數的化合物亦可。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •11 - 1229128 A7 B7 五、發明說明（9 ) <請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面，至於親油性多元醇系化合物，可舉出有： 丙二醇、及其酯衍生物或醚衍生物。此等化合物係主鏈之 碳數大約2〜6之範圍的化合物，不論採用單一的化合物 ，或合倂採用複數的化合物亦可。 上述的化合物任一者均爲無臭，對人體亦大致無害。 又，因分子量較小，生物分解性優越之故，即使以一 般的污水處理設備所用之活性污泥亦可充分分解。因此， 並無需要焚化處理，由此伴隨而來之產生二氧化碳的顧慮 〇 再者，上述的親油性多元醇系化合物，爲聚乙二醇類 聚合物亦可。惟，使用聚合物之情形係以在室溫下需爲液 狀，例如對聚乙二醇可使用聚合度n = 2 0 0〜4 0 0者 ，然而，利用活性污泥或活性碳吸附之排水係較困難的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印？农 在本發明之水性組成物，以分散介質中的含水量設成 5重量％以上至未滿5 0重量％爲尤其適合。換言之，意 指於分散介質中的親水性多元醇系化合物及親油性多元醇 系化合物之含有量之合計在5 0〜9 5重量％之範圍。含 水量較5重量％爲少的情形，會生成組成物呈膠狀物化， 或未能給予足夠的非閃火性或冷却性能之問題，另一方面 ，含水量較5 0重量％爲多的情形，矽酸膠體粒子會完全 離子化、凝集，例如於該組成物內添加硏磨粒欲用作水性 削切液之情形，會使硏磨粒之分散性顯著降低。亦即含水 量在欲使矽酸膠體粒子完全離子化係不足夠，惟在防止矽 酸之膠凝化有予以選擇使成足夠的必要。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •12- 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1G ) 較宜的含水量之範圍爲1 0重量％以上，未滿4 0重 量％。 於本發明之水性組成物中的矽酸鹽之含有量以設成大 約0· 1重量％以上，10 . 0重量％以下爲較合適。若 較0 ·‘ 1重量％少時，則未能生成足夠量的矽酸膠體粒子 ，若超過10·0重量％時則由於游離的矽酸相互間之聚 合會使水性組成物容易形成膠狀物化。 又，於本發明之水性組成物內亦以添加羧酸或其衍生 物爲較合適的。至於上述羧酸，以具有螯合作用，且高生 物分解性者較合適的，可例示出乳酸、檸檬酸、葡萄糖酸 、蘋果酸。又至於羧酸之衍生物，典型上可採用鹼金屬鹽 。較宜的pH範圍爲5 · 0〜12 · 0。較5 · 0低的情 形，未能獲得矽酸膠體之安定的分散性，較12.0高的 情形，矽酸膠體成可溶化，成爲未能維持膠體狀態。不論 任一者，被指成爲水性削切液之基底的情形之硏磨粒之分 散性會受損，又欲防止沈降物之硬餅化係有困難的。 再者，於本發明之水性組成物內，視必要時亦可添加 油脂、脂肪酸或酯作爲潤滑劑。此時潤滑劑之添加量大致 至3 0 · 0重量％爲止。 再者，爲提高由潤滑劑引起的潤滑效果，以大致至 1 5重量％爲止的範圍添加界面活性劑亦可。 製造相關的本發明之水性組成物時，首先製備由水、 親水性多元醇或其衍生物之至少一者與矽酸鹽混合而成的 第一液。在第一液中，如前述之式（i )所示，藉由親水 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- lull — — — ^--------^« — — — — — 1 — —ftw (請先閱讀背面之注意ί項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 五、發明說明（11 ) 性多元醇系化合物之觸媒作用自矽酸鹽生成矽酸。 其次，混合此第一液及以親油性多元醇或其衍生物之 至少一者爲主體之第二液。 若於上述的水性組成物內添加硏磨粒時，則可製造出 硏磨粒與矽酸膠體同時安定的分散之水性削切液。 .硏磨粒係對水性組成物以重量比計等倍〜1 . 5倍左 右的範圍予以添加。硏磨粒係因應用途選擇剛玉砂、寶砂 、石英砂、黑色碳化矽、綠色碳化矽等公知者。於半導體 結晶塊之切斷方面係以綠色碳化矽尤其適合。 本發明之水性削切液係在水性削切液之存在下會被加 工體與切削機構呈動態的接觸可廣泛適用於切削該被加工 體之切削方法。 尤其採用鋼絲鋸或帶鋸等削切機構，使用本發明之水 性削切液於半導體結晶塊之削切的情形，成爲可容易進行 高精度的切斷。惟削切機構並未予特別限定，例如已將上 述鋼絲鋸或帶鋸多重化的多條鋼絲鋸或多條帶鋸等，已使 用游離硏磨粒之任何削切機構亦可。 實施例1 以下說明本發明之具體的實施例。 首先，準備下述的第一液及第二液。 <第一液〉 精製水 75.0重量％ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) m ▼裝 • S— ϋ I ϋ I —Bi ϋ tr---------MW. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（12 ) 乙二醇 8 · 5重量％ 矽酸鉀 1 6 · 5重量％ <第二液> 丙二醇 100重量％ 於上述第一液中生成游離的矽酸。 其次，在2 5 °C對第二液7 5 . 0重量％添加第一液 2.4 · 0重量％。在此過程，藉由親油性多元醇之丙二醇 之存在及相對的水分量之降低，第一液中生成之游離的矽 酸會形成膠體粒子，成爲安定分散的狀態。 其後，添加檸檬酸作爲pH調整用之羧酸1·0重量 %，調整P Η成6 · 5而得水性組成物。 所得的水性組成物爲無臭的。 上述水性組成物之最終的含水量爲1 8 · 0重量％， 非閃火性（在1 2 3°C沸騰）。其他主要的性質爲黏度= 17 · 5mPa · s (東京計器（股）製，使用B型黏度 計），比重=1 · 049，表面張力=35 · 9mN/m ，1%水溶液之COD (化學需氧量）=6700mg/ L，摩擦係數=0 . 1 1 〇。 此水性組成物即使在保持原狀下例如亦可使用作由內 周邊裝置或外周邊裝置等引起的削切用之冷却劑。 實施例2 在此，於上述的水性組成物內添加硏磨粒並製備水性 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) 「15· — It —-----11-1------— — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（13 ) 削切液，並就其基本性質予以檢討。 首先，藉由改變在實施例1之第一液及第二液的混合 比率，製備含水量1 3〜4 8重量％之8種類水性組成物 〇 其次，對此等各各水性組成物，以與水性組成物等重 量混合粒徑之不同的三種類之綠色碳化矽硏磨粒，亦即 GC#60 0 (平均粒徑 20 · 0土1 · 5//m)、 GC#800 (平均粒徑 14 · 0土1 · Ομπι)、及 GC#l〇〇〇(平均粒徑 11.5±1.0//m)(任 一者均爲J I S名稱），製備水性削切液。 此等水性削切液不論何者均爲無臭，非閃火性。 硏磨粒於上述的水性削切液之沈降速度，係含水量愈 小者愈慢，反之含水量愈多則愈快，惟不論何者沈降，堆 積後的硏磨粒不會生成硬餅化。 因此在室溫對靜置8小時後的削切液之液面之高度若 硏磨粒之沈澱層之表面高度成爲9 0%以上者時，則對不 沈降型，靜置2 4小時後的削切液之液面之高度若將沈澱 層之表面之高度成爲6 0%以下者定義成爲沈降型時，則 本發明之水性削切液以具有此等不沈降型及沈降型之中間 特性爲宜。 爲得有關的中間特性，可知以將水性削切液之含水量 設成3 0重量％以下爲宜。相關的水性削切液係硏磨粒之 沈澱層之表面高度對靜置8小時後的液面之高度之比例爲 8 0〜9 0%，靜置2 4小時後之比例爲6 5〜7 5%。 I! 觚^--------tr---------· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公* ) _ 16- 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（14) 分散介質之水性組成物不論係低黏度，以本發明之水 性削切液較習用的沈降型可保持長期間的硏磨粒之分散狀 態則硏磨粒在分散介質中顯示出陰離子性，另一方面之矽 酸膠體粒子亦以粒子表面爲陰離子之電荷雲（電氣二層） 包圍的狀態在分散介質中浮游所致。 將此分散系之狀態示於第1圖。於此系，包圍硏磨粒 G之陰離子之電荷相互間，浮游於分散介質中的矽酸膠體 粒子P相互間，於硏磨粒G及矽酸膠體粒子P之間，於分 散介質Μ中亦有離子已解離的陰離子之介在，各自由於相 同電荷引起的排斥力（Ζ電勢）作用，可使硏磨粒G之分 散促進者。 此電荷排斥力在沈澱物中亦予維持著。亦即如第2圖 所示，相鄰的矽酸膠體粒子Ρ相互間其表面之電荷密度大 ，故顯示出較大的排斥力，可經常保持著固定的距離。又 ，此電荷排斥力係藉由流動，振動之物理性刺激作用使再 現性，持續力成爲顯著，由於沈澱物中之矽酸膠體粒子Ρ 而形成一種空間的矩陣構造。硏磨粒G係以在此矩陣之中 所包圍的狀態下散布者。 然而，本發明之水性削切液係較習用的不沈降型迅速 生成沈澱，故實用上經由利用自然沈降法之固液分離可再 利用硏磨粒。因此，供固液分散而用的裝置構成亦有可簡 單完成的優點。 而且於將上述水性削切液靜置的結果而得之沈澱物， 如第2圖所示，由於在各個硏磨粒G之間介在有矽酸膠體 - — — —• — III — — — I I I I I I I 篇 — I — > <請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺冬適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) -17- 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（15) 粒子S之矩陣，故硏磨粒G相互間不附著，無形成硬餅化 之顧慮。實際上即使在室溫下靜置前述的水性削切液7曰 後，沈澱物亦可容易再分散。 順便一提，在習用的削切液硏磨粒分散性愈優越者， 沈澱物之硬餅化愈顯著的進行，而且在自然沈降法，由於 不可容易回收硏磨粒而不得不進行的離心分離，會招致曰 益使沈澱物牢固的凝結之惡劣循環。 其次採用二種類之黏度計〔東京計器（股）製B型黏 度計，及R，ON (股）製VT04型黏度計〕各自測定 所得的各水性削切液之黏度。B型黏度計係於被測定液中 令圓盤型轉子，VTO 4型黏度計係於被測定液中令圓筒 型轉子各自旋轉，由施加於此等轉子之應力的測定求取被 測定液之黏度，由於轉子之旋轉半徑，轉子之形狀，旋轉 數之不同，使兩者之可測定範圍及精確度有若干不同。 利用B型黏度計之測定結果示於第3圖，利用 VTO 4型黏度計之測定結果示於第4圖。 此等的圖之橫軸，係以對水性組成物中之含水量（重 量％)及「標準品」之增減量（重量％)之二種表示。在 此「標準品」係指於實施例1製備的水性組成物（含水量 =1 8 · 0 重量 ％ )。 縱軸係表示黏度（mPa.s)。 又，虛線係表示含有G C # 6 0 0之水性削切液的測 定結果，一點鏈線係表示含有G C # 8 0 0之水性削切液 的測定結果，實線係表示含有G C # 1 0 0 0之水性削切 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公_ 18: — — l·!—-— — — — i I I — I— t — — — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（16) 液的測定結果。 由此等的圖可知，本發明之水性削切液在整體傾向上 不論何者隨著水分量之增加雖然表示黏度降低，但沿廣泛 的水分量範圍可維持實用的黏度。尤其採用上述的平均粒 徑大約2 0〜1 0 //m之硏磨粒的情形，水分量即使在 3 5重量％之廣泛範圍內變化，亦可維持最高時之1 / 3 〜1 / 4的黏度。 對如G C # 1 0 〇 〇般採用粒徑較小的硏磨粒之情形 ，亦可得上述的黏度安定性，例如在半導體結晶塊之切斷 方面在實用上係極有利的。採用粒徑較少的硏磨粒之倩形 ，與較大的硏磨粒相比，切斷速度變慢，惟可使被加工物 之削切材料減少，故較小的硏磨粒係適於半導體結晶塊類 之價昂的材料之切斷。因此，欲使含有較小的硏磨粒之水 性削切液之黏度安定性提高，係有助於加工品質之提高及 安定化，及經濟性之提高。又亦與削切液之交換頻度的降 低有關。 又，本發明之水性削切液係較難生成由水分量變化引 起的黏度變化一事，在可進行削切裝置之水洗的意義上亦 係有利的。 向來，例如採用非水性削切液以鋼絲鋸切斷半導體結 晶塊之情形，爲避免非水性削切液之混入水分引起的黏度 之急劇上升，晶圓或結晶塊安裝底座之淸洗作業須在鋼絲 鋸之裝置本體之外進行。 然而，若採用本發明之水性削切液時，於削切液中即 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^ —— — — — — — 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ 五、發明說明（17) 使混入或多或少的水分，黏度亦可予約略安定的維持，故 在鋼絲鋸之裝置內進行淸洗作業即成爲可能，可大幅改善 作業效率，又可削減設備之占有面積。 實施例3 _在此，對於本發明之水性削切液內混入矽粉作爲削切 屑之模型的情形之黏度之變化予以調查。 已使用的水性削切液，係於各自含有粒徑不同的三種 類硏磨粒GC#600、 GC#800及GC#1000 之「標準品」之水性組成物內使以0〜3 0重量％之比例 混入矽粉者。此矽粉係將通常的矽晶圓粉碎使通過2 0 0 篩目之不銹鋼濾網而成者,粒度在75#m以下。 利用B型黏度計之測定結果示於第5圖，利用 VTO 4型黏度計之測定結果示於第6圖。 此等的圖之橫軸表示矽粉混入量（重量％)，縱軸表 示黏度（m P a · s )。 又，虛線係表示含有G C # 6 0 0之水性削切液的測 定結果，一點鏈線係表示含有G C # 8 0 0之水性削切液 的測定結果，實線係表示含有G C # 1 0 〇 〇之水性削切 液的測定結果。 習用的非水性削切液，係一般若被加工物之削切屑亦 混入3〜4重量％時，會生成1 5 0〜2 0 0%左右的大 幅增黏，惟本發明之水性削切液係混入量至約1 0〜1 5 重量％.，其黏度之上升可予抑制約7 0〜1 3 0%，可知 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -20 - — — I — — — — — — t_! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（18) 在實用上並無問題的可使用。 且對於由於削切屑之混入而增黏的水性削切液而言， 添加精製水並可再使其黏度降低。 實施例4 在此，採用鋼絲鋸及本發明之水性削切液'，實際切斷 矽結晶塊，評估其切斷品質。 首先，製備下述的水性削切液A。 <水性削切液A > 分散介質：以實施例1製備的水性組成物 硏磨粒·· GC#600，與分散介質等重量 比重：1 · 5〜1 · 6 黏度：70 土 lOmPa · s 其次，採用上述的水性削切液A，將直徑8英吋，長 度3 0 0 m m之矽結晶塊切斷，製作晶圓。此時之加工條 件A如下所示。 <加工條件〉 鋼絲 ：鋼琴線，直徑1 8 0从m 鋼絲平均線速 ：500m/分鐘 平均削切速度 ：500//m /分鐘 削切液之之供給量：6 0〜1 0 0 L/分鐘 — — — — — l· — — — — · I I I I I I I ^ « — — — — — I — —AHW (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) -21- 1229128 五、發明說明（19 ) 晶圓之厚度 削切材料 間距 切斷片數 A7 B7 _ 8 6 0 ^ m 2 4 0 # m 1 1 Ο Ο // m 2 7 2片/結晶塊 '對所得的晶圓，評估翹曲，晶圓中心之厚度的分散性 及坦坡（taper)。 在此「翹曲」係指以不吸附固定晶圓之狀態下由以最 小二乘法算出的基準平面作爲正側與負側之雙方生成的最 大變位量之絕對値之和而予定義的量（#m)。 又，「坦坡」係指由方位平面（orientation flat )部向 6 m m內側之一點，由晶圓之邊緣向6 m m內側自先前之 一點各隔9 0 °之三點，及晶圓中心點之合計5點的晶圓 厚度之最大値與最小値之差予以定義的量（#m)。 結果彙整於表1。 ---^---------i — 1 — — — — — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表 實施例4 實施例5 比較例1 比較例2 翹曲（V m ) 15 20 25 30 厚度之分散 ±15 ±10 士 25 ±20 性（β m ) 圯坡（// m ) 20 15 30 25 •22· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X 297公釐） 1229128 A7 B7 五、發明說明（20) 實施例5 在此除採用硏磨粒之粒徑·較小的水性削切液B取代實 施例4之水性削切液A外，餘與實施例4同法切斷砂結^ 塊 水性削切液B之規範係如下述。 <水性削切液B > 分散介質：以實施例1製備的水性組成物 ’硏磨粒：GC#800,與分散介質等重量 比重：1 · 5〜1 · 6 黏度：80±10mPa·s 加工條件B係如下述。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剔农 <加工條件B > 鋼絲 鋼絲平均線速 平均切斷速度 削切液之供給量 晶圓之厚度 削切材料 間距 切斷片數 鋼琴線，直徑160// 5 0 0 m/分鐘 400/zm /分鐘 60〜l〇〇L/分鐘 S 6 0 β m 2 4 0 a m 1 0 6 2 // m 2 8 2片/結晶塊 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） — — — — — — — — — — --------^ν·ιιιιιιιιλ__^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（21 ) 所得的晶圓之切斷品質係彙整於前述表1。 比較例1 供作對上述的實施例4之比較，採用下述的非水性削 切液A取代水性削切液A，係加工條件A，將矽結晶塊切 斷。 <非水性削切液> 分散介質：礦物油 98重量％ 分散劑及界面活性劑 2重量％ 硏磨粒：GC#$〇〇，與分散介質等重量 比重：1 .· 5〜1 · 6 黏度：150±50mPa · s 所得的晶圓之切斷品質係彙整於前述表1。 比較例2 供作對上述的實施例5之比較，採用下述的非水性削 切液B取代水性削切液B外，餘以相同的加工條件，將矽 結晶塊切斷。 <非水性削切液〉 分散介質：與非水性削切液A相同 硏磨粒：GC#800，與分散介質等重量 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐) -^ ·1111111 ^« — — — — — 1 — IAWW (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印副农 1229128 A7 B7 五、發明說明（22) 比重：1 · 5〜1 · 6 黏度：200土5〇mPa·s 戶斤得的晶圓之切斷品質係彙整於前述表1。 以上若觀察實施例4，5，比較例1，2之結果，貝！J 不論翹曲，厚度之分散性，坦坡之任一項目，在實施例均 顯而可知較比較例可得安定的性能。此爲與比較例1，2 之非水性削切液相比，以實施例4，5之水性削切液方面 因矽削切屑之混入引起的增黏較少所致。 又，於實施例4，5，將淸洗水用之配管設置於鋼絲 鋸之裝置本體內，惟於切斷後的晶圓或結晶塊安裝底座之 水洗可在裝置內進行。此爲水分之混入引起的減黏之程度 係在本發明之水性削切液較少之故。 如此，在實施例4，5，其削切液之交換頻度可減至 習用的1/4〜1/5。 相對於此，比較例1，2則於裝置外採用有機溶液或 鹼溶液淸洗切斷後之晶圓的必要。又作業環境方面有油臭 味。 以上係以5例之實施例爲準說明本發明，惟本發明並 非受此等實施例任何限制者，對水性組成物之構成成分或 各成分之含量比，水性削切液之構成成分或各成分之含量 比，被加工物之種類，加工條件等的細部，可作適當變更 ，選擇.，組合。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -25- III — — — — — — — - 1111 11 I ^ ·1111111 · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（23) 產業上之可利用性 由以上的說明亦顯而可知，本發明之水性組成物係較 低黏度，同時具有高分散性，爲基於使矽酸膠體粒子分散 用作分散介質之全新槪念而成者。此水性組成物因係水性 ，並不顯示出閃火性，又所含有的多元醇系化合物亦無臭 ，且分子量較低，生物分解性優越之故，不致使作業環境 惡化，又即使予以廢棄時亦不會衝擊地球環境。 使於相關的水性組成物內分散硏磨粒之本發明之水性 削切液，因原本係低黏度，由於水分或削切屑之混入引起 的黏度變化較徐緩，用作削切液係使用壽命長。又利用自 然沈降法可回收硏磨粒，而且經長期間即使形成有硏磨粒 之沈澱層，由於矽酸膠體粒子之介在可防止沈澱層之硬餅 化，可使已沈灑的硏磨粒容易再分散。此事實由省資源化 或維護費用降低之觀點觀之係極佳的。 本發明之水性組成物之製造方法，係混合水、親水性 多元醇系化合物及矽酸鹽，製備出生成矽酸之第一液，藉 由混合此第一液及以親油性多元醇系化合物爲主體之第二 液使上述矽酸安定化成膠體，不需任何特殊且大規模的裝 置而可容易製造。 又，本發明之水性削切液係僅混合硏磨粒於上述水性 組成物內可容易製造。 再者，依使用相關的水性削切液之本發明之削切方法 時，可降低該水性削切液之交換頻度，同時亦以安定的加 工品質可進行削切，可改善削切加工之經濟性、可靠性、 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) - 26: — — — —--------I I I I I ^» — — — — — 1— (請先w讀背面之注意事項再填寫本頁) 1229128 A7 B7 五、發明說明（24) 環境維護性。 圖式之簡單說明 第1圖爲說明於本發明之水性削切液中的硏磨粒之分 散狀態的模式圖。 第2圖爲說明於本發明之水性削切液中的硏磨粒之沈 降狀態之模式圖。 第3圖爲以B型黏度計之測定値爲準表示出水性組成 物中的含水量對水性削切液之黏度的影響圖。 第4圖爲以VTO 4型黏度計之測定値爲準表示出水 性組成物中的含水量對水性削切液之黏度的影響圖。 第5圖爲以B型黏度計之測定値爲準表示出矽粉之混 入量對水性削切液之黏度的影響圖。 第6圖爲以VTO 4型黏度計之測定値爲準表示出矽 粉之混入量對水性削切液之黏度的影響圖。 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

_ · ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ I I 一^J· I ϋ I 1 ϋ ϋ ϋ I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) -27-

Claims (1)

1229128

A8 B8 C8 D8 9U1· 22 ! 象" i 六、申請專利範圍 第88 1 0604 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 民國91年11月22日修正 1 · 一種水性組成物，其特徵在於使於含有親水性多 元醇系化合物，2 . 5〜2 0 · 0倍的親水性多元醇系化 合物含有量之親油性多元醇系化合物及水之含水量爲5重 量％以上，未滿5 0重量％的分散介質中分散有矽酸膠體 粒子而成。 2 ·如申請專利範圍第1項之水性組成物，其中、該親 水性多元醇系化合物係乙二醇。 3 .如申請專利範圍第1項之水性組成物，其中該親 油性多元醇系化合物係丙二醇。 4 .如申請專利範圍第1項之水性組成物，其中該分 散介質中至少含有一種羧酸或其衍生物。 5 · —種水性削切液，其特徵在於含親水性多元醇系 化合物、親油性多元醇系化合物及水之分散介質中，硏磨 粒係與矽酸膠體粒子同時分散而成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 · —種水性組成物之製造方法，其特徵在於具有混 合水、親水性多元醇系化合物及矽酸鹽、使生成矽酸之第 一液之製備步驟，及混合該第一液及以2 . 5〜2 0 . 〇 倍的親水性多元醇系化合物含有量之親油性多元醇系化合 物爲主體之第二液，使成該矽酸膠體粒子並予安定化的步 驟。 7 · —種水性削切液之製造方法，其特徵在於具有混 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 4 - 1229128 as B8 C8 D8 六、申請專利範圍 合水、親水性多元醇系化合物及矽酸鹽，使生成矽酸之第 一液之製備步驟，及混合前述第一液及以2 · 5.〜 2 0 . 0倍的親水性多元醇系化合物含有量之親油性多元 醇系化合物爲主體之第二液，使製得成爲該矽酸膠體粒子 並予安定化的水性組成物之步驟，及使水性組成物的 1 . 0〜1 . 5倍之硏磨粒混合分散於該水性組成物內的 步驟。 8 _ —種削切方法，係指藉由在水性削切液之存在下 使被加工體及削切機構動態接觸，削切該被加工體之·削切 方法，其特徵在於該水性削切液係於含有親水性多元醇系 化合物、親油性多元醇系化合物及水之分散介質中，採用 硏磨粒與矽酸膠體粒子同時分散者。 9 .如申請專利範圍第8項之削切方法，係削切半導 體結晶塊作爲該被加工體。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 張 紙 本 逋 率 標 家 國 國 釐 9 2