JP5408639B2 - 含水性スライシング用加工液組成物 - Google Patents

Description

本発明はシリコンインゴット等をワイヤソー又はバンドソーで切断し、シリコンウエハを作製する際に用いられる含水性スライシング用加工液組成物に関するものである。特に複数本のインゴットを一度に切断可能なマルチワイヤソーによるインゴットの切断に有用な組成物に関す。

太陽電池等に使用されるシリコンウエハを作製する工程において、シリコン単結晶又は多結晶のインゴットの切断にワイヤソー又はバンドソー切断装置が用いられている。ワイヤソー切断装置では、高速で走行する細径のワイヤに、シリコンインゴットを押し付け、ＳｉＣ等の砥粒を加工液に混合させたスラリーを供給しながら、ワイヤに乗せた砥粒により切断する。

このスラリーは循環使用できるが、使用回数が増えるにしたがい、インゴットの切断時に発生する大量のシリコン切削粉がスラリー中に蓄積される。そして、このシリコン切削粉がスラリーの粘度の上昇をもたらし、ワイヤソーの切断性能とウエハの加工精度の劣化を引き起こす。このため通常は1回のシリコンインゴットの切断ごとに一部のスラリーを廃棄し、新しいスラリーとを入れ替えている。この廃棄スラリーの処理と新規スラリーの購入費用がワイヤソー切断のランニングコストを高いものにしている。

切断されたシリコンウエハは、シリコン切屑やワイヤの鉄粉および付着したスラリーを除去すべく洗浄工程を経て次工程に供される。

加工液としては水系と油系とがあるが、現在スライシング性能やランニングコストの面から有利な、油系の非水溶性タイプが一般に用いられている。

しかしながら、非水溶性の加工液は鉱物油が主成分であり、引火性のある危険物でもある。また、そのため消防法の規制を受け貯蔵数量の制限もある。

このような問題から、鉱物油を含有しかつ水を含んだ加工液が提案されている。例えば特許文献１には水分１~２０重量％を含有し、無機または有機ベントナイト等を含有した分散媒の組成物の開示がある。
特開平１１−１００５９０号

しかし、従来のベントナイトを分散媒として用いた水を含んだ加工液の場合は、次のような課題があった。
（イ）スラリーの粘度が初期から高く、加工後の上昇も大きいため、スライシング加工後のウエハの洗浄性が悪い。
（ロ）さらにスライシング加工性が悪く、そのためシリコンウエハの割れ、欠けが発生する事があり、歩留まりが悪かった。
（ハ）スラリーを循環使用する際、粘度の上昇が原因で使用不能となるため、廃棄スラリーの量が多く、環境の悪化およびコスト高を招いていた。
（ニ）また、長期間放置していた場合、加工液が分離することがあった。

スラリー粘度は、様々な因子があり、この因子に依り変化するが、一般に３０℃で５０００ｍPa・s（６ｒｐｍ）を超えると上記の問題が発生し易いとされており、実機レベルでは３０℃で１０００ｍPa・s（６ｒｐｍ）以内に抑えることが好ましい。

本発明は上記課題を解決するもので、本発明の目的は、スラリー粘度がスライシング加工前から低く、加工後においても粘度上昇を抑えることにより廃棄スラリー量を低減し、且つ引火点が測定出来ないようにする含水性スライシング加工液組成物を提供することにある。

本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、本発明の硬脆材料用含水性スライシング用加工液組成物は（１）鉱油、油脂、エステルの少なくとも一種からなる基油、（２）アルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミド及び、ビスアルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミドのすくなくとも一種の高分子剤と（３）組成物全体量に対して、（ａ）非イオン型界面活性剤５〜２０重量％、及び（ｂ）アニオン型の界面活性剤５〜２０重量％、、及び （４）組成物全体量に対して、水分 ３〜２０ 重量％を含有してなる組成物が、硬脆材料用含水性スライシング用加工液組成物が、スライシング用加工液として極めて有用であることを見出した。

本発明の含水性スライシング用加工液は、所定量の水分を含んでいるため引火点が測定出来ない。消防法上、引火点１００℃以上の水溶液はクリーブランド開放式引火点測定器により測定すると水が沸騰する為、測定器のカップよりふきこぼれ、引火点が測定出来ない。この場合、当該水溶液は引火点がないものとされるのである。この理由で本発明の含 水性スライシング加工液は,上記水溶液と同等とみなされ,非危険物である。

また、特定の上記高分子分散剤を含有しているので、粘度は砥粒を加工液に投入しスラリーにした直後から低く、シリコンインゴット等のスライシング加工後においても上昇が抑えられる。そのため、長期間循環使用してもスラリー廃棄量が少なく、原単位を低くできる。
さらに、活性剤の働きによる保水効果が高いので、水分の蒸発を抑えることができる。
スラリーの粘度上昇が少ないため、本発明の加工液をスラリーにしてマルチワイヤソー切断装置に使用すれば、効率よくシリコンのスライシングが可能となる。

また、シリコンインゴットのスライシング加工性も向上するとともに洗浄性も優れる。さらに、長期間放置しても加工液が分離することなく、安定性が保たれる。

（１）基油は、鉱油、油脂及び合成エステルの少なくとも一種からなる。

鉱油は、精製鉱油が好ましく、パラフィン系、ナフテン系の何れでもよい。具体例としては例えばスピンドル油、マシン油、冷凍機油、タービン油等が挙げられる。本発明では、精製鉱油の粘度が２〜３０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）の精製鉱油を組み合わせて用いるのが特に好適である。

油脂および合成エステルは、動植物油脂や動植物油脂から得られる脂肪酸の合成エステルである限り、従来公知のものを広く使用でき、例えばパーム油、豚油、ひまし油、なたね油、大豆油、綿実油、ババス油、ヤシ油、オリーブ油、サンフラワー油、低融点パーム油、いわし油等の魚油、ペンタエリスリトール牛油脂肪酸エステル、２−エチルヘキシルアルコールのパーム油脂肪酸エステル、牛油脂肪酸メチルエステル、トリメチロールプロパンオレイン酸エステル、ソルビタンモノオレエート等の合成エステル等が挙げられる。
（２）高分子剤は、平均分子量が１０００〜５００００のアルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミド（インフィニアム ジャパン製 ＮＣ−１４７）、ビスアルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミド（インフィニアム ジャパン製 ＮＣ−１０５）などを用いることができる。その中でも特にアルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミドが好適である。

高分子剤の好ましい使用量は、０．０５〜１０．０重量％である。

高分子剤は、砥粒、シリコン切屑やワイヤ切屑の鉄粉への高分子の吸着による凝集作用によりスラリー粘度の上昇を抑制する効果がある。さらに、砥粒を均一に加工液に分散させる効果もある。

（３）非イオン型及びアニオン型の界面活性剤
アニオン型界面活性剤としては、アルキル基の炭素数が８〜１８のアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸塩やアルキルサルフェートナトリウム塩、ラウリン酸ナトリウム等のカルボン酸塩、ジエチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム等が挙げられる。

アニオン型界面活性剤の好ましい使用量は、５〜２０重量％である。

非イオン型界面活性剤としては、Ｒ_１−Ｏ−（ＥＯ）_ｎ Ｒ_２で表されるポリオキシアルキレンアルキルエーテルがあり、ＨＬＢの調整のために数種組み合わせる。ここでＲ_１は炭素数４〜１８のアルキルを表し、Ｒ_２は炭素数１〜１８のアルキル基又は水素を表わす。またｎは２〜２０の整数である。その他にも例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル及びポリオキシエチレンアルキルナフチルエーテル等が挙げられる。

非イオン型界面活性剤の好ましい使用量は、５〜２０重量％である。

非イオン型とアニオン型の界面活性剤を組み合わせることによって、水を基油に透明に溶解させることができるとともに保水性を持たせている。

さらにアルコールを添加すれば、水の保持力をさらに上げることができる。即ち、アルコールには水分の蒸発を抑える作用があり、その使用量は５重量％以下である。アルコールは、引火点が１００℃以上であればよく、１２０℃以上が望ましい。例えば、高級アルコールのオレイルアルコール、イソステアリルアルコールなどが挙げられる。
（４）水分３〜２０重量％
水分が３重量％未満では、引火の危険性が出てくる。また２０重量％を超えると、基油に水を透明に可溶化するのが困難になると共に加工液の粘度も増大する。このため、スラリーの粘度の上昇が著しくなるため、ワイヤソーやバンドソー切断装置での使用が困難となる。

水は、精製水、水道水、イオン交換水、純水などいずれでもよい。

本発明組成物にはその他、公知の防錆添加剤や極圧添加剤を適宜加えても良い。
この際の防錆添加剤の好ましい使用量は、０．０１〜１％重量である。

防錆添加剤としては、アルキルベンゼンNaスルフォネート、アルキルベンゼンCaスルフォネート、ジノニルナフタレンNaスルフォネート、ジノニルナフタレンCaスルフォネート、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等が好ましいものとして挙げられる。

また、極圧添加剤としては、硫黄化合物（硫化オレイン酸等の硫化脂肪酸、硫化脂肪酸エステル、硫化パーム油、硫化テルペン、ジベンジルジサルファイド、炭素数８〜２４のアルキルチオプロピオン酸のアミン塩又はアルカリ金属塩、炭素数８〜２４のアルキルチオグリコール酸のアミン塩又はアルカリ金属塩等）、リン化合物（トリクレジルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリクレジルホスファイト、ｎ−ブチルジ−ｎ−オクチルホスフィネート、ジ−ｎ−ブチルジヘキシルホスホネート、ジ−ｎ−ブチルフェニルホスホネート、ジブチルホスホロアミデート、アミンジブチルホスフェート等）等が挙げられる。
極圧添加剤の好ましい使用量は、０．０１〜１重量％である。
上記各成分を調整した加工液の動粘度は10mm²/s~30mm²/s（40℃）が適当である。.
本発明の組成物を用いるスライシングの被加工物としては、シリコンの他、ガラス、セラミック、石英等の硬脆材料等を例示出来る。

以下に示す各成分を表１に示す割合で使用して、実験例１〜１１（本発明）及び比較例１〜２の組成物を調製した。

水：水道水
高分子剤：アルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミド（インフィニアムジャパン製，ＮＣ・１４７）
基油：鉱油Ａ 動粘度 ２２ｍｍ^２／ｓ（４０℃）
鉱油Ｂ 動粘度 ２．１ｍｍ^２／ｓ（４０℃）
活性剤：非イオン型Ａポリオキシエチレン２−エチルヘキシルエーテルＨＬＢ １１．５
非イオン型Ｂポリオキシエチレン２−エチルヘキシルエーテルＨＬＢ １４．６
アニオン型 ナトリウムスルホネート（松村石油研究所製スルホール４６５）
分子量４６５
アルコール オレイルアルコール
防錆剤：アルキルベンゼンスルホン酸カルシウム塩
極圧剤：硫化オレイン酸メチル
但し表中の数値は油剤全体を１００％としたときの重量％を示す。
かくして得られた各組成物について、各種特性を測定した。

本発明においては、含水率が低い方が粘度は低い。水分２０％では、粘度が初期から高いため３〜１５％の含水率が好ましい。
表１より、比較例１に比して実験例は何れも初期スラリーから粘度が低く、カーボングラファイト添加後も粘度上昇が抑制されている。

〈実機での粘度上昇〉
１５５mm×１５５mm、長さ３０~４０cmのシリコンインゴットをワイヤソー切断装置（日平トヤマ社製）で切断する工程を８~１０時間行ない、スラリーの加工前の粘度と加工後の粘度をＢ型回転粘度計で測定し比較した。その結果を[表３]に示す。
粘度の単位：mＰa・s，温度３０℃

実機においても前述のカーボングラファイト添加による粘度上昇試験と同等の結果が得られた。
〈引火点測定試験〉
上記、実験例１〜６、比較例２について、クリーブランド開放式引火点測定装置にて測定した結果を[表４]に示す。

比較例２の含水率２％のものでは、引火点が測定された。

〈洗浄性試験〉
上記、実験例１、実験例３、実験例７〜９、比較例１につき、それぞれの油剤１００ｍｌに砥粒（ＧＣ＃１０００）１００ｇ、カーボングラファイトを１０gを添加攪拌し、実機使用液スラリーを再現し、シリコンウエハ表面に均一に塗布し、その後、水に浸漬して脱脂率を測定する。
条件：液温 ２０℃、浸漬時間 ２分、塗布面積 １２５×１１０ｍｍ、塗布量 1.5ｇ
脱脂率 実験例１ ： ９４．３％
実験例３ ： ９８．２％
実験例７ ： ５４．１％
実験例８ ： ４６．３％
実験例９ ： ３６．１％
実験例１０： ９０．７％
実験例１１： ９５．７％
比較例１ ： ６７．２％

Claims (1)

1. スラリーを用いて硬脆材料をスライシングするための加工液組成物であって、
   （１）鉱油、油脂、合成エステルの少なくとも一種からなる基油、
   （２）アルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミド及びビスアルケニルコハク酸ポリアルキレンポリイミドから選ばれる少なくとも一種の高分子剤、
   （３）組成物全体量に対して、（ａ）非イオン型界面活性剤５〜２０重量％、及び（ｂ）アニオン型の界面活性剤５〜２０重量％、及び
   （４）組成物全体量に対して、水分３〜２０重量％
   を含有してなることを特徴とする硬脆材料用含水性スライシング用加工液組成物。