JP2004107620A

JP2004107620A - ワイヤーソー用水溶性切削液

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Publication number: JP2004107620A
Application number: JP2003146104A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yamada; 山田　康博; Satoshi Tanaka; 田中　智
Original assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: JP4008847B2

Abstract

【課題】砥粒の分散性に優れ、スラリー中の砥粒の沈降速度を遅くすることができ、その結果、スライシング時の砥粒濃度のばらつきを小さくすることができるワイヤーソー用水溶性切削液を提供する。
【解決手段】２５℃における粘度が４０〜５００ｍＰａ・ｓである水溶性エーテル（Ａ）と、下記一般式（１）で示される化合物（Ｂ）からなり、（Ｂ）の量が（Ａ）と（Ｂ）の合計質量に対して０．０３〜１５質量％であるワイヤーソー用水溶性切削液であって、酸を加えて１質量％の水溶液のｐＨを５〜９に調整したことを特徴とするワイヤーソー用水溶性切削液である。

［式中、Ｒ_１は炭素数１〜１８のアルキル基、炭素数５〜１８のシクロアルキル基、炭素数２〜１８のアルケニル基、炭素数５〜１８のシクロアルケニル基、または炭素数２〜８のヒドロキシアルキル基；Ａは炭素数２〜４のアルキレン基；ｍは０〜２０の整数、ｎは０〜２０の整数を表す。ｍ、ｎは同一でも異なっていてもよい。］
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤーソー用切削液に関する。さらに詳しくは、シリコンやガラスなどの被加工物を、ワイヤーソーを用い、遊離砥粒を水溶性切削液に分散させた砥粒スラリーを連続的に供給しながらスライシングを行う際の水溶性切削液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴットなど硬脆材料を切断する方法としては、切り屑の発生量が少なく、加工速度が速い等の点からワイヤーソーが利用されている。その際に用いられる切削液としては、被加工物の洗浄時にトリクロロメタンなどのハロゲン系溶剤または有機溶剤が必要となる鉱物油を主成分とする切削油から、水溶性のものへと替わってきている。水溶性切削液としては、例えば、非水性液から実質的になる低分子量ポリグリコール類が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１３０６３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれらを用いて作成したスラリーでは、砥粒の分散性が不十分であるため、砥粒の沈降が早く、加工部分への砥粒の搬送途中で配管に詰まりを生じたり、スライシング時の砥粒の濃度にばらつきが生じるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の含窒素化合物を用いることで、砥粒の分散性が良好となり、スラリー中での砥粒の沈降速度を遅くさせることができることを見いだし、本発明に到達した。
即ち本発明は下記の４発明である。
＜第１発明＞　２５℃における粘度が４０〜５００ｍＰａ・ｓである水溶性エーテル（Ａ）と、下記一般式（１）で示される化合物（Ｂ）からななり、（Ｂ）の量が（Ａ）と（Ｂ）の合計質量に対して０．０３〜１５質量％であるワイヤーソー用水溶性切削液であって、酸を加えて１質量％の水溶液のｐＨを５〜９に調整したことを特徴とするワイヤーソー用水溶性切削液。

［式中、Ｒ_１　は炭素数１〜１８のアルキル基、炭素数５〜１８のシクロアルキル基、炭素数２〜１８のアルケニル基、炭素数５〜１８のシクロアルケニル基、または炭素数２〜８のヒドロキシアルキル基；Ａは炭素数２〜４のアルキレン基；ｍは０〜２０の整数、ｎは０〜２０の整数を表す。ｍ、ｎは同一でも異なっていてもよい。］
【０００６】
＜第２発明＞　下記一般式（２）で示される化合物（Ｂ１）と必要により２５℃における粘度が４０〜５００ｍＰａ・ｓである水溶性エーテル（Ａ）からなることを特徴とするワイヤーソー用水溶性切削液。

［式中、Ｒ_１　は炭素数１〜１８のアルキル基、炭素数５〜１８のシクロアルキル基、炭素数２〜１８のアルケニル基、炭素数５〜１８のシクロアルケニル基、または炭素数２〜８のヒドロキシアルキル基；Ａは炭素数２〜４のアルキレン基；ｍ_１は０〜２０の整数、ｎ_１は０〜２０の整数を表す。ｍ_１とｎ_１の総和は３〜４０の整数。ｍ_１、ｎ_１は同一でも異なっていてもよい。］
【０００７】
＜第３発明＞　第１発明または第２発明の水溶性切削液と、平均粒径１〜５０μｍの砥粒との、質量比が１：０．５〜１：２の混合物からなるワイヤーソー用スラリー。
＜第４発明＞　このワイヤーソー用スラリーを連続的に供給しながら、ワイヤーソーを用いて被加工物のスライシングを行うスライシング方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本第１発明に用いる、あるいは第２発明に必要により用いる、２５℃における粘度が４０〜５００ｍＰａ・ｓである水溶性エーテル（Ａ）において、水溶性とは、２０℃において水１００質量部に対し３０質量部以上が完全に溶解するものを示し、好ましくは水に対し任意の割合で相溶するものである。また、（Ａ）の粘度はブルックフィールド粘度計で、ローター回転数３０ｒｐｍで測定した値である。（Ａ）の粘度は、好ましくは４０〜３００ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは４５〜２００ｍＰａ・ｓである。
（Ａ）の粘度が４０ｍＰａ・ｓ未満であると砥粒の沈降が早くなり、５００ｍＰａ・ｓを超えると、作成したスラリーの粘度が高くなり取り扱いが困難である。
【０００９】
（Ａ）は、非アミン系エーテルであって、例えば、１個以上の活性水素（好ましくは水酸基）を有する化合物（脂肪族もしくは脂環式アルコール、芳香族アルコールなど）の（ポリ）オキシアルキレンエーテル、この（ポリ）オキシアルキレンエーテルのモノもしくはジアルキルエーテル、モノもしくはジアシル化物、ホルマール縮合物およびジャンプ反応物等が挙げられ、２種以上を併用してもよい。
【００１０】
上記脂肪族もしくは脂環式アルコールとしては、炭素数１〜４の１価アルコール（メタノール、エタノール、ブタノールなど）、炭素数２〜８の２価アルコール（脂肪族ジオール、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−および１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールなどのアルキレングリコール；および脂環式ジオール、例えば、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどのシクロアルキレングリコール）、炭素数３〜１２の３価アルコール（脂肪族トリオール、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ヘキサントリオールなどのアルカントリオール）；炭素数５〜１８の４〜８価またはそれ以上の多価アルコール（脂肪族ポリオール、例えば、ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン、ジペンタエリスリトールなどのアルカンポリオールおよびその分子内もしくは分子間脱水物；ならびにショ糖、グルコース、マンノース、フラクトース、メチルグルコシドなどの糖類およびその誘導体）が挙げられる。
芳香族アルコールとしては、ピロガロール、ハイドロキノンおよびフロログルシン等の単環多価フェノール；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、およびビスフェノールスルホン等のビスフェノール類等が挙げられる。
【００１１】
上記の（ポリ）オキシアルキレンエーテルは、例えば、上記の活性水素を有する化合物に、付加物の粘度が前記の範囲となるようにアルキレンオキサイドを付加して得ることができる。アルキレンオキサイドとしては、炭素数２〜４のものが好ましく、エチレンオキサイド（以下ＥＯと略記する）、プロピレンオキサイド（以下ＰＯと略記する）、１，２−、２，３−、１，３−および１，４−ブチレンオキサイドなどが挙げられ、単独でも２種以上を使用してもかまわない。
２種以上のアルキレンオキサイドを用いた場合、付加の形態はブロック付加、ランダム付加のいずれでもよく、付加の順序は特に問わない。アルキレンオキサイドとしては、ＥＯ、およびＥＯとＰＯの併用がさらに好ましく、アルキレンオキサイド中のＥＯが３０質量％以上のものがとくに好ましく、４０質量％以上のものが最も好ましい。
【００１２】
上記の（ポリ）オキシアルキレンエーテルのモノもしくはジアルキルエーテルは、例えば、（ポリ）オキシアルキレンエーテルをアルカリの存在下ハロゲン化アルキル（炭素数１〜４、塩化メチルなど）と反応させるこにより、モノもしくはジアシル化物は、例えば、脂肪族カルボン酸（炭素数２〜４、酢酸など）と反応させることにより、ホルマール縮合物は、例えば、パラホルムアルデヒド等で縮合反応させることにより、ジャンプ反応物は、例えば、炭素数１〜４のジハロゲン化アルカン（ジクロロメタンなど）でジャンプ反応させることにより、それぞれ得ることができる。
【００１３】
これらの中で好ましくは、脂肪族アルコールの（ポリ）オキシアルキレンエーテル（ＥＯ付加物、およびＥＯ・ＰＯ共付加物）であり、さらに好ましくは、入手が容易なことから、メタノールのＥＯ付加物であるポリエチ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のＥＯ付加物であるポリエチレングリコール、およびグリセリンのＥＯ・ＰＯ共付加物であり、特に好ましくは、ポリエチレングリコールである。
（Ａ）の数平均分子量（ヒドロキシル価換算による。ただしＯＨ基を有しないものはゲルパ−ミュレ−ションクロマトグラフによる）は、上記粘度の範囲のものであれば、特に制限されるものではないが、好ましくは１００〜２０００、さらに好ましくは１６０〜１０００である。
【００１４】
本第１発明の一般式（１）で示される化合物（Ｂ）において、Ｒ_１　は炭素数１〜１８のアルキル基、炭素数５〜１８のシクロアルキル基、炭素数２〜１８のアルケニル基、炭素数５〜１８のシクロアルケニル基、または炭素数２〜８のヒドロキシアルキル基である。炭素数１〜１８のアルキル基としては、直鎖状でも分岐状でもよく、メチル、エチル、プロピル、オクチル、ラウリル、ミリスチル、パルミチル、ステアリル、２−エチルヘキシル基などが挙げられ、好ましくはラウリル、ミリスチル、パルミチル、ステアリル基など、炭素数１２〜１８の直鎖アルキル基である。炭素数が１８を超えると水溶性が不足する。
炭素数５〜１８のシクロアルキル基としては、シクロヘキシル基などが挙げられる。炭素数が１８を超えると水溶性が不足する。
炭素数２〜１８のアルケニル基としては、直鎖状でも分岐状でもよく、アリル、ヘキセニル、オレイル基などが挙げられ、好ましくはオレイル基である。炭素数が１８を超えると水溶性が不足する。
炭素数５〜１８のシクロアルケニル基としては、シクロヘキセニル基などが挙げられる。炭素数が１８を超えると水溶性が不足する。
炭素数２〜８のヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシエチル、ヒドロキシプロピル、ヒドロキシイソプロピル、ヒドロキシヘキシル基などが挙げられ、好ましくはヒドロキシエチルおよびヒドロキシプロピル基である。炭素数が９を超えると水溶性が不足する。
【００１５】
一般式（１）中のＡは炭素数２〜４のアルキレン基であり、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基を表す。ｍ＋ｎ個のＡＯは、同一でも異なっていてもよい。具体的には、例えば、ＥＯ、ＰＯ、１，２−、２，３−、１，３−および１，４−ブチレンオキサイドなどの炭素数２〜４のアルキレンオキサイドを付加することにより生成するオキシアルキレン基である。Ａの炭素数は、好ましくは２および／または３である。
また、ｍおよびｎは、炭素数２〜４のオキシアルキレン基の数、すなわちアルキレンオキサイドの付加モル数を表し、同一でも異なっていてもよい。ｍおよびｎは、０〜２０の整数であり、好ましくは０〜１０である。ｍ、ｎが２０を超えるとスラリーの粘度が高くなり安定に供給することができない。
【００１６】
（Ｂ）の具体例としては、メチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン、２−エチルヘキシルアミンなどの炭素数１〜１８のアルキルアミン；炭素数１〜１８のアルキルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物；シクロヘキシルアミンなどの炭素数５〜１８のシクロアルキルアミン；炭素数５〜１８のシクロアルキルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物；ヘキセニルアミン、オレイルアミンなどの炭素数２〜１８のアルケニルアミン；炭素数２〜１８のアルケニルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物；シクロヘキセニルアミンなどの炭素数５〜１８のシクロアルケニルアミン；炭素数５〜１８のシクロアルケニルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物；モノエタノールアミン、モノプロパノールアミン、モノイソプロパノールアミン、モノオクタノールアミンなどの炭素数２〜８のモノアルカノールアミン；ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの、炭素数２〜８のモノアルカノールアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物などが挙げられ、２種以上を併用してもよい。
これら（Ｂ）の中では、水溶性の点から、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミンが好ましい。
（Ｂ）は、２０℃において水１００質量部に対し１０質量部以上が完全に溶解するものが好ましく、特に好ましくは水に対し任意の割合で相溶するものである。
【００１７】
本第１発明の（Ｂ１）は、ｍとｎの総和が３〜４０の整数であるものであり、好ましくはｍとｎの総和が４〜３０のものである。（Ｂ１）を用いた場合、必ずしも（Ａ）を用いる必要がないため水溶性切削液を作成する際に配合の手間を省略することができる。
（Ｂ１）の粘度は好ましくは４０〜３００ｍＰａ・ｓ、特に好ましくは４５〜２００ｍＰａ・ｓである。（Ｂ１）の粘度が４０ｍＰａ・ｓ以上であると砥粒の沈降が遅くなり、５００ｍＰａ・ｓ以下であると、作成したスラリーの粘度が低く取り扱いが容易である。
【００１８】
本第１発明および第２発明の水溶性切削液中の、（Ｂ）もしくは（Ｂ１）の質量割合は特に限定されるものではないが、（Ｂ１）以外の（Ｂ）を用いる場合は砥粒の分散安定性の関点から、（Ａ）と（Ｂ）の合計質量に対して好ましくは０．０１〜２０質量％、さらに好ましくは０．０３〜１５質量％である。また、（Ｂ１）を用いる場合は（Ａ）と（Ｂ１）の合計質量に対して好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上である
【００１９】
本第１発明および第２発明の水溶性切削液には、作業時の引火の危険性を少なくすることを目的として必要により水を配合してもよい。水の配合量は性能に悪影響を及ぼさない量の範囲であれば特に限定されるものではないが、（Ａ）と（Ｂ）、または（Ｂ１）と必要により（Ａ）の合計１００質量部に対し、好ましくは２５０質量部以下であり、さらに好ましくは５質量部以上１５０質量部以下である。２５０質量部以下であると砥粒の分散安定性が良好であり、５質量部以上では引火の危険性を確実に回避できる。
【００２０】
本発明の水溶性切削液を用いてスライシングされた被加工物を洗浄する際に、洗浄液が強酸または強アルカリ性を示さないように（好ましくは１質量％の水溶液とした際のｐＨが５〜９）、本発明の水溶性切削液に、更にｐＨ調整剤を性能に悪影響を及ぼさない量の範囲（好ましくは切削液中５．０質量％以下）で含有させることができる。
上記ｐＨ調整剤としては、燐酸、硼酸などの無機酸；酢酸、クエン酸、蓚酸、乳酸などのカルボン酸；水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物などが挙げられる。
【００２１】
本第１発明および第２発明の水溶性切削液は、（Ａ）と（Ｂ）と必要により水、あるいは（Ｂ１）と必要により（Ａ）および／または水をあらかじめ配合したものであっても、以下に述べるスラリー配合時に個々に加えたものであってもよい。配合方法は特に限定されず、例えば常温で通常の方法で撹拌することにより得ることができる。
【００２２】
本発明のワイヤーソー用水溶性切削液は、好ましくは、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンドなどの平均粒径１〜５０μｍの砥粒と、質量比で１：０．５〜１：２の割合で混合され、砥粒が分散されたワイヤーソー用スラリーとして、スライシングする際に用いられる。
本発明の砥粒スラリーを適用される被加工物としては、シリコン、アルミニウム、ガラス、セラミック、合成石英、水晶、サファイアなどが挙げられるが、特に、シリコンインゴットをスライシングする際に用いるのが好適である。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されない。以下において、部および％はそれぞれ質量部および質量％を示す。なお、数平均分子量は水酸基価から算出し、また粘度は前記の方法により求めた。
【００２４】
実施例１
ポリエチレングリコール（数平均分子量３００、８０ｍＰａ・ｓ／２５℃）９９．８％、トリエタノールアミン０．２％を混合し、乳酸でｐＨ（１％水溶液）を６．５に調整し、ワイヤーソー用水溶性切削液（１）を得た。
得られたワイヤーソー用水溶性切削液（１）５０部と炭化珪素砥粒（信濃電気精錬製）５０部を混合し、実施例１のスラリーを得た
【００２５】
実施例２
ポリエチレングリコール（数平均分子量４００、１００ｍＰａ・ｓ／２５℃）９９．５％、ジエタノールアミン０．５％を混合し、酢酸でｐＨ（１％水溶液）を６．５に調整し、ワイヤーソー用水溶性切削液（２）を得た。
得られたワイヤーソー用水溶性切削液（２）５０部と炭化珪素砥粒（信濃電気精錬製）５０部を混合し、実施例２のスラリーを得た
【００２６】
実施例３
ポリエチレングリコール（数平均分子量３００、８０ｍＰａ・ｓ／２５℃）９９．５％、オレイルアミン０．５％を混合し、酢酸でｐＨ（１％水溶液）を６．５に調整し、ワイヤーソー用水溶性切削液（３）を得た。
得られたワイヤーソー用水溶性切削液（３）５０部と炭化珪素砥粒（信濃電気精錬製）５０部を混合し、実施例３のスラリーを得た
【００２７】
比較例１
ポリエチレングリコール（数平均分子量３００、８０ｍＰａ・ｓ／２５℃）５０部と炭化珪素砥粒（信濃電気精錬製）５０部を混合し、比較例１のスラリーを得た。
【００２８】
次に、実施例１〜３、および比較例１のスラリー１００ｍｌを、１００ｍｌの活栓付きメスシリンダーにとり静置した後、４時間毎に全容量に占める、沈降物の容量の割合を測り、砥粒の分散性を評価した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
この結果から、本発明のワイヤーソー用水溶性切削液を用いて作成したスラリーは砥粒の分散性に優れることが判る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のワイヤーソー用水溶性切削液は、砥粒の分散性に優れるため、スラリー中の砥粒の沈降速度を遅くすることができ、その結果、スライシング時の砥粒濃度のばらつきを小さくすることができる。
また本発明のワイヤーソー用水溶性切削液を使用し、スライシングされたウエハは水で簡単に洗浄できることから、作業環境に悪影響を及ぼさないものである。またシリコンのみならず、アルミニウム、ガラス、セラミック、合成石英、水晶、サファイアなどのスライシングに有用である。

Claims

２５℃における粘度が４０〜５００ｍＰａ・ｓである水溶性エーテル（Ａ）と、下記一般式（１）で示される化合物（Ｂ）からなり、（Ｂ）の量が（Ａ）と（Ｂ）の合計質量に対して０．０３〜１５質量％であるワイヤーソー用水溶性切削液であって、酸を加えて１質量％の水溶液のｐＨを５〜９に調整したことを特徴とするワイヤーソー用水溶性切削液。

［式中、Ｒ_１　は炭素数１〜１８のアルキル基、炭素数５〜１８のシクロアルキル基、炭素数２〜１８のアルケニル基、炭素数５〜１８のシクロアルケニル基、または炭素数２〜８のヒドロキシアルキル基；Ａは炭素数２〜４のアルキレン基；ｍは０〜２０の整数、ｎは０〜２０の整数を表す。ｍ、ｎは同一でも異なっていてもよい。］
（Ａ）が、炭素数１〜４の１価アルコールの（ポリ）オキシアルキレンエーテル、炭素数２〜６の２価アルコールの（ポリ）オキシアルキレンエーテル、および炭素数３〜１２の３〜８価アルコールの（ポリ）オキシアルキレンエーテルから選ばれる１種以上である請求項１記載の水溶性切削液。
（Ｂ）が、炭素数１〜１８のアルキルアミン、炭素数１〜１８のアルキルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物、炭素数５〜１８のシクロアルキルアミン、炭素数５〜１８のシクロアルキルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物、炭素数２〜１８のアルケニルアミン、炭素数２〜１８のアルケニルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物、炭素数５〜１８のシクロアルケニルアミン、炭素数５〜１８のシクロアルケニルアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物、炭素数２〜８のモノアルカノールアミン、及び炭素数２〜８のモノアルカノールアミンに炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物から選ばれる１種以上である請求項１または２記載の水溶性切削液。
さらに水を含有する請求項１〜３のいずれか記載の水溶性切削液。
シリコンインゴットのスライシング加工用である請求項１〜４のいずれか記載の水溶性切削液。
請求項１〜５のいずれか記載の水溶性切削液と、平均粒径１〜５０μｍの砥粒との、質量比が１：０．５〜１：２の混合物からなるワイヤーソー用スラリー。
請求項６記載のワイヤーソー用スラリーを連続的に供給しながら、ワイヤーソーを用いて被加工物のスライシングを行うスライシング方法。