シリコンインゴットスライス用含水切削液
【課題】 シリコン等のインゴットの切削工程において、シリコンウエハ表面のシリコンと反応して被膜膜を形成するため、切削部分の温度が高くても優れた潤滑性を維持できるシリコンインゴットスライス用含水切削液を提供する。
【解決手段】 水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有することを特徴とするシリコンインゴットスライス用含水切削液であり、該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）の含有量は、使用時の水混和性溶媒（Ａ）と水（Ｗ）の合計量に対して０．０１〜１０重量％が好ましく、該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）としてはシランカップリング剤が好ましい。
【解決手段】 水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有することを特徴とするシリコンインゴットスライス用含水切削液であり、該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）の含有量は、使用時の水混和性溶媒（Ａ）と水（Ｗ）の合計量に対して０．０１〜１０重量％が好ましく、該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）としてはシランカップリング剤が好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンインゴットを切削するときに使用する含水切削液に関する。
さらに詳しくは、シリコン表面と反応性が高い潤滑剤を含有するために、切削部分の温度が極度に高くても潤滑性に優れる含水切削液に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーソーを用いて、シリコンインゴットの切削加工を行なう際に、従来からの切削液を使用した場合、シリコンインゴットが硬質であることや切削液の潤滑性が不足するため、ウエハの表面精度が不十分である。
従来、切削液の潤滑性を改良するために、物理吸着型の潤滑添加剤を配合した切削液が開発されている（例えば特許文献１）。
しかし、切削加工時間の短縮をした場合、ワイヤーとシリコン間の接触加工負荷は大きくなり、切削面は非常に高い温度となる。この場合、物理吸着型の潤滑添加剤では、切削面の潤滑性を維持できない場合がある。
【０００３】
一方で、シリコン以外の金属の切削には、チオカルバメート類や硫化エステル類などの含硫黄系極圧添加剤を配合した潤滑性に優れる切削液が使用されており、切削面が極度に高い温度になっても潤滑性を損なわない（例えば特許文献２）。
しかし、これらの含硫黄系極圧添加剤はシリコンとの反応性が低いために、鉄や銅などの金属を切削加工する場合に限られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８２３３４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９０６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、切削時の接触部分に大きな荷重負荷がかかり、その結果温度が高くなっても潤滑性に優れる含水切削液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有することを特徴とするシリコンインゴットスライス用含水切削液；このシリコンインゴットスライス用含水切削液を用いてシリコンインゴットをスライスして製造されたシリコンウエハ；並びにこのシリコンウエハを用いて製造された電子材料である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の含水切削液は、シリコンウエハ表面のシリコンと反応して被膜膜を形成するため、切削部分の温度が高くても優れた潤滑性を維持できる効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のシリコンインゴットスライス用含水切削液は、水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有する。
水混和性溶媒（Ａ）は、任意の割合で水に溶解する溶媒であれば特に差しつかえなく、例えばメタノール、エタノール、アセトン、アセトニトリル、グリセリン、プロピレングリコールなどが挙げられ、作業性の観点からプロピレングリコールが好ましい。
水混和性溶媒は1種類でもよく、２種類以上の混合物であってもよい。
【０００９】
水混和性溶媒（Ａ）の使用時の含有量は、含水切削液の重量に基づいて、通常２０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％である。
【００１０】
シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）としては、シランカップリング剤が挙げられる。
シランカップリング剤は、下記一般式で表される。
一般式 ＹｎＳｉＸ４−ｎ
式中、ｎは０〜３の整数である。Ｙは、炭素数１〜２５の炭化水素基、及び炭素数１〜２５の炭化水素基と置換基から構成される有機官能基である。
該置換基としては、エステル基、エーテル基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシ基、カルボニル基、アミド基、メルカプト基、スルホニル基、スルフェニル基、ニトロ基、ニトロソ基、ニトリル基、ハロゲン原子、及び水酸基が挙げられる。
Ｘは加水分解性基及び／又は水酸基であり、該加水分解基としてはアルコキシ基、アルケニルオキシ基、ケトオキシム基、アシルオキシ基、アミノ基、アミノキシ基及びアミド基が挙げられる。ｎ個のＹ又は（４−ｎ）個のＸは、それぞれ同種でも異種でもよい。
【００１１】
上記において炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、フェニル基、ナフチル基、シクロアルキル基等が挙げられる。
本発明で好ましく用いられるシランカップリング剤は、Ｙがアルキル基であり、Ｘがアルコキシ基を有するシラン系カップリング剤である。
具体的なシラン系カップリング剤としては、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、トリエトキシメチルシラン、ヘキシルトリメトキシシラン及びトリブチルシラノールが挙げられ、ヘキシルトリメトキシシラン及びトリブチルシラノールが特に好ましい。
【００１２】
該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）の含有量は、使用時の水混和性溶媒（Ａ）と水（Ｗ）の合計量に対して０．０１〜１０重量％が好ましい。
【００１３】
本発明の含水切削液の必須成分である水の含有量は、粘度の観点から、含水切削液の重量に基づいて、通常１０〜８０重量％、好ましくは２０〜７０重量％である。
【００１４】
本発明の含水切削液は、さらに、その他の潤滑剤添加剤（Ｃ）を含有してもよい。その他の潤滑剤添加剤（Ｃ）としては、カルボン酸類が挙げられる。具体的には、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、オレイン酸及び亜鉛ジブチルジチオカルバメートが挙げられ、好ましくはアゼライン酸、セバシン酸である。
（Ｃ）の含有量は、含水切削液の重量に基づいて、通常０．０１〜１０重量％、好ましくは０．０１〜１重量％、さらに好ましくは０．０１〜０．５重量％である。
【００１５】
本発明の含水切削液のｐＨは、シリコンとの反応性の観点から通常５．０〜９．０であり、好ましくは５．０〜８．０である。
【００１６】
本発明の含水切削液の粘度は、作業性の観点から通常５〜５０ｍＰａ・ｓであり、好ましくは５〜４０ｍＰａ・ｓである。
【００１７】
本発明の含水切削液は、ワイヤーソーによりシリコンインゴットをスライス加工する際に好適に使用できる。
【００１８】
シリコンインゴットをスライス加工する方法として、遊離砥粒及び固定砥粒ワイヤーを用いる方法が挙げられる。本発明の含水切削液はどちらの方法でも使用できるが、固定砥粒ワイヤーを用いたシリコンインゴットのスライジング加工に特に適している。
【００１９】
本発明の含水切削液を用いてシリコンインゴットをスライスして製造されたシリコンウエハを用いて製造される電子材料としては、例えばメモリー素子、発振素子、増幅素子、トランジスタ、ダイオード、ＣＣＤ
、太陽電池、ＩＣ、ＬＳＩ等が挙げられる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、％は重量％、部は重量部を示す。
【００２１】
実施例１〜４及び比較例１〜３
表１記載の配合比（重量部）で各成分を配合し、実施例１、２及び比較例１、２の含水切削液を調製した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
なお、表中の水はイオン交換水を用いた。
【００２４】
得られた含水切削液について、下記の潤滑性の評価試験を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
＜潤滑性試験＞
摩擦係数はピン（ボール）・オン・ディスクタイプの摩擦磨耗試験機（レスカ製、ＦＲＰ−２０００）を使用し、含水切削液２０ｇに浸したシリコンウエハと鋼球間の摩擦係数を測定して潤滑性を評価した。
シリコンウエハ；４０ｍｍ×４０ｍｍ
荷重；１０００ｇ
線速度；５．２３ｃｍ／ｓ
測定温度；２５℃
【００２６】
通常、シリコンインゴッドのスライスは高荷重下で行われるため、ウエハの摩擦係数は０．４０以下が要望され、摩擦係数が高いと潤滑性が不足するため、ウエハの表面精度が不十分になる。
【００２７】
表１で明らかなように、シランカップリング剤を潤滑性分として用いた実施例１、２の本発明の含水切削液はいずれも摩擦係数が小さく、潤滑性に優れている。
一方、物理吸着型の潤滑添加剤を用いた比較例１の含水切削液と、含硫黄系極圧添加剤を用いた比較例２の含水切削液は、高荷重下では摩擦係数が高く、潤滑性が不十分である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の含水切削液はシリコンインゴットの切削工程において、シリコンウエハ表面のシリコンと反応して被膜膜を形成するため、従来品と比較して、切削部分の温度が高くても優れた潤滑性を維持できるシリコンインゴットスライス用含水切削液として有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンインゴットを切削するときに使用する含水切削液に関する。
さらに詳しくは、シリコン表面と反応性が高い潤滑剤を含有するために、切削部分の温度が極度に高くても潤滑性に優れる含水切削液に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーソーを用いて、シリコンインゴットの切削加工を行なう際に、従来からの切削液を使用した場合、シリコンインゴットが硬質であることや切削液の潤滑性が不足するため、ウエハの表面精度が不十分である。
従来、切削液の潤滑性を改良するために、物理吸着型の潤滑添加剤を配合した切削液が開発されている（例えば特許文献１）。
しかし、切削加工時間の短縮をした場合、ワイヤーとシリコン間の接触加工負荷は大きくなり、切削面は非常に高い温度となる。この場合、物理吸着型の潤滑添加剤では、切削面の潤滑性を維持できない場合がある。
【０００３】
一方で、シリコン以外の金属の切削には、チオカルバメート類や硫化エステル類などの含硫黄系極圧添加剤を配合した潤滑性に優れる切削液が使用されており、切削面が極度に高い温度になっても潤滑性を損なわない（例えば特許文献２）。
しかし、これらの含硫黄系極圧添加剤はシリコンとの反応性が低いために、鉄や銅などの金属を切削加工する場合に限られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８２３３４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９０６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、切削時の接触部分に大きな荷重負荷がかかり、その結果温度が高くなっても潤滑性に優れる含水切削液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有することを特徴とするシリコンインゴットスライス用含水切削液；このシリコンインゴットスライス用含水切削液を用いてシリコンインゴットをスライスして製造されたシリコンウエハ；並びにこのシリコンウエハを用いて製造された電子材料である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の含水切削液は、シリコンウエハ表面のシリコンと反応して被膜膜を形成するため、切削部分の温度が高くても優れた潤滑性を維持できる効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のシリコンインゴットスライス用含水切削液は、水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有する。
水混和性溶媒（Ａ）は、任意の割合で水に溶解する溶媒であれば特に差しつかえなく、例えばメタノール、エタノール、アセトン、アセトニトリル、グリセリン、プロピレングリコールなどが挙げられ、作業性の観点からプロピレングリコールが好ましい。
水混和性溶媒は1種類でもよく、２種類以上の混合物であってもよい。
【０００９】
水混和性溶媒（Ａ）の使用時の含有量は、含水切削液の重量に基づいて、通常２０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％である。
【００１０】
シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）としては、シランカップリング剤が挙げられる。
シランカップリング剤は、下記一般式で表される。
一般式 ＹｎＳｉＸ４−ｎ
式中、ｎは０〜３の整数である。Ｙは、炭素数１〜２５の炭化水素基、及び炭素数１〜２５の炭化水素基と置換基から構成される有機官能基である。
該置換基としては、エステル基、エーテル基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシ基、カルボニル基、アミド基、メルカプト基、スルホニル基、スルフェニル基、ニトロ基、ニトロソ基、ニトリル基、ハロゲン原子、及び水酸基が挙げられる。
Ｘは加水分解性基及び／又は水酸基であり、該加水分解基としてはアルコキシ基、アルケニルオキシ基、ケトオキシム基、アシルオキシ基、アミノ基、アミノキシ基及びアミド基が挙げられる。ｎ個のＹ又は（４−ｎ）個のＸは、それぞれ同種でも異種でもよい。
【００１１】
上記において炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、フェニル基、ナフチル基、シクロアルキル基等が挙げられる。
本発明で好ましく用いられるシランカップリング剤は、Ｙがアルキル基であり、Ｘがアルコキシ基を有するシラン系カップリング剤である。
具体的なシラン系カップリング剤としては、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、トリエトキシメチルシラン、ヘキシルトリメトキシシラン及びトリブチルシラノールが挙げられ、ヘキシルトリメトキシシラン及びトリブチルシラノールが特に好ましい。
【００１２】
該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）の含有量は、使用時の水混和性溶媒（Ａ）と水（Ｗ）の合計量に対して０．０１〜１０重量％が好ましい。
【００１３】
本発明の含水切削液の必須成分である水の含有量は、粘度の観点から、含水切削液の重量に基づいて、通常１０〜８０重量％、好ましくは２０〜７０重量％である。
【００１４】
本発明の含水切削液は、さらに、その他の潤滑剤添加剤（Ｃ）を含有してもよい。その他の潤滑剤添加剤（Ｃ）としては、カルボン酸類が挙げられる。具体的には、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、オレイン酸及び亜鉛ジブチルジチオカルバメートが挙げられ、好ましくはアゼライン酸、セバシン酸である。
（Ｃ）の含有量は、含水切削液の重量に基づいて、通常０．０１〜１０重量％、好ましくは０．０１〜１重量％、さらに好ましくは０．０１〜０．５重量％である。
【００１５】
本発明の含水切削液のｐＨは、シリコンとの反応性の観点から通常５．０〜９．０であり、好ましくは５．０〜８．０である。
【００１６】
本発明の含水切削液の粘度は、作業性の観点から通常５〜５０ｍＰａ・ｓであり、好ましくは５〜４０ｍＰａ・ｓである。
【００１７】
本発明の含水切削液は、ワイヤーソーによりシリコンインゴットをスライス加工する際に好適に使用できる。
【００１８】
シリコンインゴットをスライス加工する方法として、遊離砥粒及び固定砥粒ワイヤーを用いる方法が挙げられる。本発明の含水切削液はどちらの方法でも使用できるが、固定砥粒ワイヤーを用いたシリコンインゴットのスライジング加工に特に適している。
【００１９】
本発明の含水切削液を用いてシリコンインゴットをスライスして製造されたシリコンウエハを用いて製造される電子材料としては、例えばメモリー素子、発振素子、増幅素子、トランジスタ、ダイオード、ＣＣＤ
、太陽電池、ＩＣ、ＬＳＩ等が挙げられる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、％は重量％、部は重量部を示す。
【００２１】
実施例１〜４及び比較例１〜３
表１記載の配合比（重量部）で各成分を配合し、実施例１、２及び比較例１、２の含水切削液を調製した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
なお、表中の水はイオン交換水を用いた。
【００２４】
得られた含水切削液について、下記の潤滑性の評価試験を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
＜潤滑性試験＞
摩擦係数はピン（ボール）・オン・ディスクタイプの摩擦磨耗試験機（レスカ製、ＦＲＰ−２０００）を使用し、含水切削液２０ｇに浸したシリコンウエハと鋼球間の摩擦係数を測定して潤滑性を評価した。
シリコンウエハ；４０ｍｍ×４０ｍｍ
荷重；１０００ｇ
線速度；５．２３ｃｍ／ｓ
測定温度；２５℃
【００２６】
通常、シリコンインゴッドのスライスは高荷重下で行われるため、ウエハの摩擦係数は０．４０以下が要望され、摩擦係数が高いと潤滑性が不足するため、ウエハの表面精度が不十分になる。
【００２７】
表１で明らかなように、シランカップリング剤を潤滑性分として用いた実施例１、２の本発明の含水切削液はいずれも摩擦係数が小さく、潤滑性に優れている。
一方、物理吸着型の潤滑添加剤を用いた比較例１の含水切削液と、含硫黄系極圧添加剤を用いた比較例２の含水切削液は、高荷重下では摩擦係数が高く、潤滑性が不十分である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の含水切削液はシリコンインゴットの切削工程において、シリコンウエハ表面のシリコンと反応して被膜膜を形成するため、従来品と比較して、切削部分の温度が高くても優れた潤滑性を維持できるシリコンインゴットスライス用含水切削液として有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有することを特徴とするシリコンインゴットスライス用含水切削液。
【請求項２】
該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）の含有量が、使用時の水混和性溶媒（Ａ）と水（Ｗ）の合計量に対して０．０１〜１０重量％である請求項１記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液。
【請求項３】
該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）がシランカップリング剤である請求項1または２記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液を用いて固定砥粒によりシリコンインゴットを切断する工程を含むシリコンインゴットをスライスする製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３いずれか記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液を用いてシリコンインゴットをスライスして製造されたシリコンウエハ。
【請求項６】
請求項５に記載のシリコンウエハを用いて製造された電子材料。
【請求項１】
水混和性溶媒（Ａ）、シリコンと反応する反応被膜型潤滑剤（Ｂ）、および水（W）を必須成分として含有することを特徴とするシリコンインゴットスライス用含水切削液。
【請求項２】
該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）の含有量が、使用時の水混和性溶媒（Ａ）と水（Ｗ）の合計量に対して０．０１〜１０重量％である請求項１記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液。
【請求項３】
該反応被膜型潤滑剤（Ｂ）がシランカップリング剤である請求項1または２記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液を用いて固定砥粒によりシリコンインゴットを切断する工程を含むシリコンインゴットをスライスする製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３いずれか記載のシリコンインゴットスライス用含水切削液を用いてシリコンインゴットをスライスして製造されたシリコンウエハ。
【請求項６】
請求項５に記載のシリコンウエハを用いて製造された電子材料。
【公開番号】特開２０１２−９２２５６（Ｐ２０１２−９２２５６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１９７９（Ｐ２０１０−２４１９７９）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００２２８８）三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００２２８８）三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Ｆターム（参考）】
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