JP4213260B2 - 切削油組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削油組成物に関する。さらに詳しくは切削性及び作業性を向上させうる切削油、該切削油と研磨材とを含有した切削油組成物及び該切削油組成物を用いる切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴット等を、遊離砥粒等の研磨材を用いてワイヤソーで切断する際に用いる切削油としては、主に鉱物油を主成分とする非水溶性切削油が用いられ、切断後のスライス品に付着した切削油の洗浄除去には有機溶剤や特殊な洗浄剤を用いざるを得なかった。
【０００３】
このスライス品の洗浄を簡便にするために、アルキレンオキサイド化合物と水とを含有した水溶性切削油が開発されている（特開平3-181598号公報等）。しかし、含有された水分の揮発により粘度変化が大きく、切断性能が劣るという問題がある。また、研磨材として用いる砥粒は切削油に比較して著しく比重が高いため、切削油と砥粒からなるスラリー状の切削油組成物から比重の高い砥粒が沈降する。それゆえにタンク内や配管内等において砥粒が堆積することによって、砥粒含有率が低下し、切削性能及び切削精度が低下する問題や、長時間作業を停止した場合に沈降堆積した砥粒がハードケークを形成し、均一に再分散させることが困難になる問題が生じる。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば、特開昭５７−１８５３７５号公報では灯油を主成分としてシリカ系の沈降防止剤を配合した研削液が開示されている。しかしながら、非水溶性の灯油が主成分であるため洗浄が容易でなく、シリカ系の沈降防止剤の効果も不十分であるという問題点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、砥粒等の研磨材の沈降を抑制し、研磨材が沈降した場合においても該研磨材を容易に再分散させ、優れた切削性及び作業性を与えうる切削油、切断後に得られた切削物を容易に洗浄できる切削油組成物及び切断方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特定の構造を有するポリエーテル化合物及びシリカ粒子を含有した切削油、又はさらに特定の界面活性剤を含有した切削油により上記目的が達成されることを見出した。
【０００７】
即ち、本発明の要旨は、
（ａ）式（Ｉ）：
Ｒ₁ Ｏ（ＥＯ）_m （ＡＯ）_n Ｒ₂ （Ｉ）
（式中、Ｒ₁ 及びＲ₂ は、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子又は炭素数１〜２４の炭化水素基を示し、少なくとも１つは炭化水素基であり、ＥＯはオキシエチレン基、ＡＯは炭素数３若しくは４のオキシアルキレン基を示し、ｍはオキシエチレン基の平均付加モル数、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数を示し、ｍ及びｎはそれぞれ１〜５０の数、ｍとｎとの和は４〜１００の数を示す）で表わされるポリエーテル化合物と（ｂ）シリカ粒子とを含有してなる切削油、
に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の切削油において、（ａ）式（Ｉ）：
Ｒ₁ Ｏ（ＥＯ）_m （ＡＯ）_n Ｒ₂ （Ｉ）
で表わされるポリエーテル化合物と（ｂ）シリカ粒子とを含有することを１つの大きな特徴とする。本発明においては、前記（ａ）成分と（ｂ）成分とを含有することにより、切削油の粘度変化を抑え、研磨材を含有させて用いる際に、該研磨材の沈降による切削性の低下を抑制することができるという優れた効果を発揮する。
【０００９】
本発明の切削油としては、前記（ａ）成分と（ｂ）成分とを含有した切削油、及び前記２成分に、さらに（ｃ）界面活性剤を加えた切削油が挙げられる。
【００１０】
前記式（Ｉ）において、Ｒ₁ 及びＲ₂ は水素原子又は炭素数１〜２４の炭化水素基を示し、それぞれ同一でも異なってもよい。研磨材を含有した切削油組成物の粘度変化を低減する観点から、少なくとも一方は炭化水素基である。
【００１１】
前記炭化水素基の炭素数は、切断性能を十分に発揮させる観点から、１以上であり、切断後に得られたスライス品の洗浄を容易にする観点から、２４以下であり、２２以下であることが好ましく、１８以下であることがさらに好ましい。前記炭化水素基は、脂肪族及び芳香族のいずれの基であってもよく、また、脂肪族炭化水素基である場合、飽和又は不飽和であり、直鎖又は分岐鎖のいずれの基であってもよい。
【００１２】
前記式（Ｉ）において、ＥＯはオキシエチレン基を示し、ＡＯは炭素数３若しくは４のオキシアルキレン基を示す。前記ＡＯとしては、オキシプロピレン基（以下、ＰＯという）又はオキシブチレン基が挙げられる。また、前記式（Ｉ）において、（ＥＯ）_m （ＡＯ）_n は、平均付加モル数ｍのＥＯ、平均付加モル数ｎのＡＯからなるランダム体又はブロック体を示す。
【００１３】
前記ｍ及びｎはそれぞれ１〜５０の数である。切断後に得られた切削物の洗浄の容易性の観点から、ｍは１以上であり、切削油の低温流動性の観点から、ｎは１以上であることが望ましく、切削油の流動性の観点から、ｍ及びｎはそれぞれ５０以下であることが望ましい。ｍとｎとの和は、切削油とウレタン等の部材との適合性の観点から、４以上であることが望ましく、砥粒を含有した切削油組成物の粘度変化を低減させ、流動性を十分に発揮させる観点から１００以下であることが望ましい。式（Ｉ）で表わされるポリエーテル化合物中のＡＯは同一でも異なっていてもよく、異なる場合は、ランダム体でもブロック体でもよい。
【００１４】
本発明で用いられるポリエーテル化合物は、例えば、水酸化カリウム等を触媒として用い、１価アルコールやフェノールにアルキレンオキサイド化合物を付加する方法によって得ることができる。前記の方法で得られたポリエーテル化合物において、ＥＯ及びＰＯの付加モル数は分布を有する。
【００１５】
本発明の切削油においては、前記ポリエーテル化合物を単独で又は２種以上を混合して用いてもよい。
【００１６】
（ａ）成分を切削油の基油として用いた場合、砥粒の沈降抑制の観点から（ｂ）シリカ粒子を用いることが好ましい。前記（ｂ）成分は、二酸化ケイ素であり、具体的には、シリカゲル、超微粒子状無水シリカ等が挙げられる。前記（ｂ）成分の一次粒子の粒径は、砥粒の沈降抑制の効果を十分に発揮させる観点から、好ましくは５ｎｍ以上であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以上であり、（ａ）成分への分散性の観点から、好ましくは５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以下であることが望ましい。これらの中では無水シリカが好ましく、具体的には、日本アエロジル社製のＡＥＲＯＳＩＬ等が挙げられる。さらに、無水シリカ表面のシラノール基を疎水化処理した疎水性シリカであることが望ましい。
【００１７】
本発明においては、（ａ）及び（ｂ）成分に加え、さらに（ｃ）成分を用いることができる。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）成分を含有することにより、研磨材の沈降を抑制する効果及び研磨材が沈降した場合においても研磨材を容易に再分散できるという優れた効果を発揮する。
【００１８】
（ｃ）成分としては、アルキルアミンアルキレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物、イミダゾリン型界面活性剤等が挙げられ、単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
【００１９】
前記アルキルアミンアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、炭素数８〜２８の脂肪族アミンとエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドであるアルキレンオキサイドとから得られ、アルキレンオキサイドの付加モル数が好ましくは１〜５０、さらに好ましくは１〜２０である化合物等が挙げられる。
【００２０】
前記多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、分子内にヒドロキシル基を２〜１０個、好ましくは２〜６個有し、かつ炭素原子を２〜３０個、好ましくは２〜１２個、より好ましくは２〜８個有する多価アルコールと、炭素数８〜２２の直鎖の飽和又は不飽和脂肪酸である脂肪酸と、エチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドであるアルキレンオキサイドとから得られ、アルキレンオキサイドの付加モル数が好ましくは２〜１００モル、さらに好ましくは５〜５０モルである化合物等が挙げられる。
【００２１】
イミダゾリン型界面活性剤としては、例えば、アミノエチルエタノールアミンやポリエチレンポリアミン類と脂肪酸を、２００〜２５０℃で加熱して得られるイミダゾリン誘導体等が挙げられる。前記脂肪酸は、好ましくは炭素数８〜２２の直鎖の飽和又は不飽和脂肪酸であり、さらに好ましくは炭素数１４〜２０の直鎖不飽和脂肪酸である。本発明においては、特に炭素数１４〜２０の直鎖不飽和脂肪酸とアミノエチルエタノールアミンとから得られるイミダゾリン誘導体が好ましい。
【００２２】
本発明の切削油において、前記（ａ）成分の含有量は、切削油中、好ましくは８０重量％以上であり、さらに好ましくは９０重量％以上である。
【００２３】
切削油における（ｂ）成分の含有量は、砥粒の沈降抑制の観点から、好ましくは０．０５重量％以上であり、さらに好ましくは０．２重量％以上であり、優れた切削性を十分に発揮しうる粘度を確保する観点から、好ましくは３．０重量％以下であり、さらに好ましくは２．０重量％以下である。
【００２４】
また、さらに（ｃ）成分を含有する場合、その含有量は、砥粒の沈降抑制の観点から、好ましくは０．０５重量％以上であり、さらに好ましくは０．１重量％以上であり、優れた切削性を十分に発揮しうる粘度を確保する観点から、好ましくは７．０重量％以下であり、さらに好ましくは５．０重量％以下である。
【００２５】
本発明の切削油には、さらに前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）成分に加え、任意に他の成分を含有させることができる。例えば、増粘剤、分散剤、防錆剤、キレート化剤、塩基性物質等を用いてもよい。かかる任意成分は、必須成分と反応するものであっても、本発明の目的を達成しうる物質であればよい。
【００２６】
本発明の切削油は、（ａ）及び（ｂ）成分と任意成分、又は（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）成分と任意成分とをホモジナイザー等の攪拌機で攪拌することにより調製することができる。
【００２７】
本発明の切削油組成物は、前記切削油と研磨材とを含有することを１つの大きな特徴とする。本発明においては前記切削油を用いられているため、研磨材の沈降による切削性の低下を抑制することができるという優れた性質を発現する。
【００２８】
切削油組成物における切削油の濃度は、切削速度や要求品質等に応じて種々選択することができるが、好ましくは３０重量％以上、さらに好ましくは４０重量％以上であり、又好ましくは８０重量％以下、さらに好ましくは７０重量％以下である。
【００２９】
前記研磨材としては、被切削物の材質や要求品質等により適宜選択することができ、研磨用に一般に使用される砥粒を使用することができる。金属、金属又は半金属の炭化物、金属又は半金属の窒化物、金属又は半金属の酸化物、金属又は半金属のホウ化物、及びダイヤモンド等である。金属又は半金属元素は周期律表の３Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ又は８Ｂ族由来のものである。具体的には、アルミナ粒子、ＳｉＣ粒子、ダイヤモンド粒子、酸化マグネシウム粒子、酸化セリウム粒子、酸化ジルコニウム粒子、コロイダルシリカ粒子又はヒュームドシリカ粒子等が挙げられ、切断速度の観点からＳｉＣ粒子が好ましく、具体的にはフジミインコーポレーテッド社製ＧＣ＃６００やＧＣ＃８００が好ましい。
【００３０】
研磨材の平均粒径は、被切削物の材質や要求品質等により適宜選択することができるが、０．５〜５０μｍが好ましい。
【００３１】
切削油組成物における研磨材の濃度は、切削油組成物の粘度、切削速度や要求品質等に応じて種々選択することができるが、切削油組成物における研磨材の含有量は、切削物組成物の流動性の観点から、好ましくは７０重量％以下、さらに好ましくは６０重量％以下とすることが望ましく、また切削効率の観点から、好ましくは２０重量％以上、さらに好ましくは３０重量％以上であることが望ましい。
【００３２】
本発明の切削油組成物は、切削油と研磨材とを公知の攪拌機等で均一に攪拌することにより得ることができる。
【００３３】
本発明の切削油組成物を用いる場合、切断の対象となる被切削物の材質は、例えば、シリコン単結晶や多結晶、ＧａＡｓ、その他の半導体やセラミックス等のインゴットが挙げられる。
【００３４】
本発明の切削油組成物の用途としては、特に限定されないが、インゴット等のワイヤソーによる切断、ブレードソーによる切断等が挙げられ、特にインゴット等のワイヤソーによる切断に好適である。
【００３５】
本発明の切削油組成物を用いる切断方法としては、特に限定されないが、本発明の切削油組成物を１８０μｍ程度の細いワイヤーに絡ませて使用することにより、シリコン単結晶等のインゴットを効率よく切断する方法等が挙げられる。
【００３６】
【実施例】
（ａ）のポリエーテル化合物として下記のものを用いた。
Ａ−１：ｎ−Ｃ₄ Ｈ₉ Ｏ（ＥＯ）_6.4 （ＰＯ）_3.2 Ｈ 〔ランダム体、付加モル数は平均値〕
Ａ−２：ｎ−Ｃ₁₂Ｈ₂₅Ｏ（ＥＯ）_2.5 （ＰＯ）_2.5 （ＥＯ）_2.5 Ｈ 〔ブロック体、付加モル数は平均値〕
【００３７】
（ｂ）のシリカ粒子として、日本アエロジル（株）製、商品名：ＡＥＲＯＳＩＬ ＲＹ２００Ｓ（疎水性シリカ、一次粒子の平均粒径１６ｎｍ）を用いた。
【００３８】
（ｃ）の界面活性剤として下記のものを用いた。
Ｃ−１：花王（株）製 アミート１０５（アルキルアミンエチレンオキサイド付加物）
Ｃ−２：花王（株）製 レオドール４４０（テトラオレイン酸ポリオキシソルビット）
Ｃ−３：花王（株）製 ホモゲノール Ｌ−９５（イミダゾリン型界面活性剤）
【００３９】
実施例１〜９、比較例１及び２
表１に示す組成の切削油を、ホモジナイザーにより１０，０００ｒｐｍ、１５分間攪拌することにより調製した。
【００４０】
【表１】

【００４１】
試験例１（砥粒分散性及び再分散性）
研磨材としてＳｉＣの砥粒〔（株）フジミインコーポレーテッド社製、商品名：ＧＣ＃６００〕１００重量部と、表１の切削油１００重量部（全切削油組成物中５０重量％）とを２００ｍｌのビーカに採取し、ホモミキサー（特殊化工（株）製：型式Ｔ．Ｋ．オートホモミキサー、攪拌羽：ディスパー羽根）を用い、室温で、３０００ｒｐｍで３分間攪拌し、切削油と砥粒が均一になったスラリー状の切削油組成物を８０ｍｌ調製し、得られた切削油組成物を１００ｍｌのサンプル管に入れた。
【００４２】
調製後、経時的（１時間、２４時間、４８時間）に砥粒の分散性を砥粒の沈降状態により評価した〔分散性（％）＝（測定時の砥粒層容量／調製時切削油組成物容量）×１００〕。尚、砥粒層とは、切削油組成物より砥粒が沈降して形成される透明層を除いた砥粒を含有する層をいう。結果を表２に示す。表２中、分散性の数値が１００％に近いほど分散性が良好であることを示す。また調製後４８時間の砥粒層の流動性を、切削油組成物の調製後４８時間経過した試料を傾け、以下の評価基準で評価することにより再分散性を調べた。
【００４３】
評価基準
◎：サンプル管を傾けた際、全砥粒層がスムーズに流動する。
○：サンプル管を傾けた際、全砥粒層がゆっくり流動する。
△：サンプル管を傾けた際、砥粒層上部のみが流動する。
×：サンプル管を傾けた際、全砥粒層が殆ど流動しない。
【００４４】
【表２】

【００４５】
表２の結果より、実施例１〜９の切削油組成物は、比較例１及び２の切削油組成物に比べ、砥粒の分散性が良好であり、また、その分散性がより長時間に渡って保持されていることが示される。また、切削油組成物調製後４８時間経過後も砥粒層は流動性を保持し、再分散が容易であることが示される。
【００４６】
試験例２（切断後のウエハーの洗浄性）
切削油組成物を用いてワイヤソーによりインゴットを切断して得られたウエハーの水による洗浄を想定し、ワイヤソーで切断された８インチのガラスウエハーと切削油組成物を用いて、切削油組成物の付着した切断後のウエハーの洗浄性を調べた。
【００４７】
切削油組成物は、実施例４の切削油５０重量部と、研磨材として砥粒ＧＣ＃６００を５０重量部とを、試験例１と同様に攪拌し、スラリー状にすることにより得た。
【００４８】
８インチのガラスウエハーを３００μｍの隙間が生じるように３枚重ね、ガラスウエハー中の隙間に切削油組成物を含浸させた。次に切削油組成物を含浸させたガラスウエハーを水に１０秒間浸漬し、水中から気中に上げて１０秒間液切りを交互に１０回繰り返し、切削油組成物の付着したウエハーの洗浄状態を観察した。洗浄性を洗浄率により評価した。その結果を表３に示す。なお、表３中、洗浄率は、洗浄率（％）＝〔（ウエハー面積−ウエハー中の切削油組成物残存面積）／ウエハー面積〕×１００により算出した。比較例として、従来用いられている水溶性切削油であるポリエチレングリコール〔平均分子量４００〕を用いた（比較例３）。
【００４９】
【表３】

【００５０】
表３の結果より、実施例４の切削油組成物は、比較例３の切削油組成物に比べ、水で容易に洗浄除去できることが示される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の切削油は、砥粒等の研磨材の分散性が優れるため、ワイヤソーによる良好な切削性が得られるという優れた効果を奏する。また本発明の切削油と研磨材とを含有した切削油組成物は、長時間放置し砥粒等の研磨材が沈降した場合でも、研磨材の流動性があり、研磨材の再分散性が容易であるという優れた効果を奏する。さらに本発明の切削油組成物を用いてワイヤソーによりインゴットを切断した場合、切断後のスライス板の水洗浄が容易であるという優れた効果を奏する。

Claims (5)

1. （ａ）式（Ｉ）：
   Ｒ₁ Ｏ（ＥＯ）_m （ＡＯ）_n Ｒ₂ （Ｉ）
   （式中、Ｒ₁ 及びＲ₂ は、それぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子又は炭素数１〜２４の炭化水素基を示し、少なくとも１つは炭化水素基であり、ＥＯはオキシエチレン基、ＡＯは炭素数３若しくは４のオキシアルキレン基を示し、ｍはオキシエチレン基の平均付加モル数、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数を示し、ｍ及びｎはそれぞれ１〜５０の数、ｍとｎとの和は４〜１００の数を示す）で表わされるポリエーテル化合物と（ｂ）シリカ粒子とを含有してなる切削油であって、前記（ａ）成分の含有量が９７．８重量％以上である切削油。
2. さらに（ｃ）アルキルアミンアルキレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物及びイミダゾリン型界面活性剤からなる群より選ばれた１種以上の界面活性剤を含有してなる請求項１記載の切削油。
3. 請求項１又は２記載の切削油と研磨材とを含有してなる切削油組成物。
4. 請求項３記載の切削油組成物を用いる切断方法。
5. ワイヤソーを用い、インゴットを切断する請求項４記載の切断方法。