JP5751521B2

JP5751521B2 - 硬質脆性材料の工作物を切削又は研削工具で切断する際に使用するための加工組成物

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Publication number: JP5751521B2
Application number: JP2013051904A
Authority: JP
Inventors: 盧厚徳; 余怡▲しゅあん▼
Original assignee: Daxin Materials Corp
Current assignee: Daxin Materials Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: JP2013224413A; CN103320201B; TW201339295A; CN103320201A; CN104119999A; TWI463006B

Description

本発明は、加工用組成物、より具体的には、硬質脆性材料の工作物を切削又は研削工具で切断する際に使用するための加工用組成物に関する。

「ワイヤーソー」技術は、シリコンインゴットのような硬質脆性材料の工作物の切断に一般的に使用される。ワイヤーソー技術に使用される加工用組成物の特性は、切断品質に影響を及ぼす可能性のある重要要因の１つである。加工用組成物は、一般的にその特性に関して、油溶性、水溶性、ガス、及び半固体に分類される。摩擦係数が低い、切削抵抗が小さい、優れた浸透性、研磨材に対する優れた分散性、優れた冷却効果、易洗浄性などの特性が、優れた加工用組成物にとって望ましい。さらに、環境への配慮の観点から、無毒、高い水溶性、低い水揮発性、及び高い生分解性などの特性も優れた加工用組成物にとって望ましい。

特許文献１は、硬質脆性材料の工作物をワイヤーソーで切断する際に使用するための組成物を開示している。該組成物は、イオン化界面活性剤、非水性、非イオン性、極性溶媒、中和された有機電解質又は高分子電解質、及び水を包含する。しかし、ワイヤーソーは組成物に含有される電解質又は高分子電解質により容易に腐食される。

ワイヤーソーの腐食問題に加えて、発明者は、組成物に含有される水がワイヤーソーによる工作物の切断から生じる熱により容易に蒸発することを見出した。これは、組成物の冷却作用及びシリコンウェハーのような製品の品質に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、切断工程中に組成物に水を繰り返し補給することも必要になる場合がある。

当該技術分野において、硬質脆性材料の工作物を切削又は研削工具で切断する際に使用するための、保水性が改善された加工用組成物を提供することが望ましい。

米国特許第６，６０２，８３４号

したがって、本発明の目的は、硬質脆性材料の工作物を切削又は研削工具で切断する際に使用するための、保水性が改善された加工用組成物を提供することである。

本発明によると、硬質脆性材料の工作物を切削又は研削工具で切断する際に使用するための加工用組成物が提供される。加工用組成物としては、極性増粘剤、水、並びに前記極性増粘剤及び水と混和するための親水基を有し、及び少なくとも１５０℃の沸点を有する有機保水剤が挙げられる。

本発明による加工用組成物は、硬質脆性材料の工作物を切削又は研削工具で切断する際に使用され、極性増粘剤、水、並びに前記極性増粘剤及び水と混和するための親水基を有し、及び少なくとも１５０℃、好ましくは少なくとも１８０℃、及びより好ましくは少なくとも２００℃の沸点を有する有機保水剤を包含する。

前記有機保水剤は、好ましくは、酸素及び硫黄からなる群より選択されるヘテロ原子を含有する５員複素環化合物である。具体的には、前記有機保水剤は、式（Ｉ）によって表される５員複素環化合物である：

式中
Ａは

又は

を表し；
Ｚは

又は

を表し、ここでＲ^４１、Ｒ^４２、Ｒ^５１、Ｒ^５２、Ｒ^６１、及びＲ^６２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し；
Ｘ^１は

又は

を表し、ここでＲ^１１及びＲ^１２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し；
Ｘ^２は

又は

を表し、ここでＲ^２１及びＲ^２２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し；及び
Ｒ^３１及びＲ^３２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し、
ただし、Ａが

を表すときはＸ^１及びＸ^２の少なくとも１つは

を表し、Ａが

を表すときはＸ^１は

を表し、Ｘ^２は

を表す。

好ましくは、Ｚは

を表す。

好ましくは、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^２１、Ｒ^２２、Ｒ^３１、Ｒ^３２、Ｒ^４１、Ｒ^４２、Ｒ^５１、Ｒ^５２、Ｒ^６１、及びＲ^６２は水素を表す。

より好ましくは、５員複素環化合物は、

（本明細書で以後スルホランと呼ぶ）、

、

（本明細書で以後γ−ブチロラクトンと呼ぶ）、

、

（本明細書で以後プロピレンカーボネートと呼ぶ）、

、

、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。

前記有機保水剤は、好ましくは、加工用組成物の１００重量％を基準にして
０．１重量％〜５０重量％、より好ましくは０．１重量％〜１０重量％の範囲の量である。

有機保水剤の量が０．１重量％未満の場合、加工用組成物の保水効果が不十分であり、加工用組成物に含有される水が、ワイヤーソーで工作物を切断する際に発生する熱によって急速に蒸発する可能性がある。加工用組成物及び研磨材（例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素など）を含有する切削液の粘度は、かなり変更される場合があり、これは、特に切削液の含有量が高いときに、切断特性に悪影響を及ぼすことがある。有機保水剤の量が５０重量％を超える場合、加工用組成物の生産コストが望ましくないほど高く、加工用組成物の粘度が低すぎて切断要件に適合する十分な潤滑及び懸濁が達成できない。

極性増粘剤は、切断環境及びパラメータ設定に適合するための十分な流動学的特性を有する加工用組成物を提供するように、好ましくはポリオール化合物である。好ましくは、ポリオール化合物は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、デカンジオール、グリセロール、ジグリセロール、ヘキサントリオール、デカントリオール、ペンタエリスリトール、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。

好ましくは、極性増粘剤は、加工用組成物の１００重量％を基準にして１重量％〜９０重量％の範囲の量である。

当該加工用組成物は、任意選択的に界面活性剤を包含してもよく、これはワイヤーソー切断技術に使用したときに加工用組成物切断の利益を増強するように、潤滑、乳化、及び分散効果を提供することができる。界面活性剤は、好ましくは非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、又はこれらの組み合わせである。

好ましくは、非イオン性界面活性剤は、ポリエチレングリコール化合物、ポリプロピレングリコール化合物、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンコポリマー、ポリオキシエチレンエーテル化合物、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。好ましくは、ポリオキシエチレンエーテル化合物は、アルキルフェノールエトキシレート化合物、ポリエトキシレート脂肪族直鎖アルコール化合物、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。

好ましくは、アニオン性界面活性剤は、アルキルホスフェート化合物、アルキルスルホネート化合物、アルキルアリールスルホネート化合物、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。

以下の例において、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリセリルエーテル及びジエチレングリコールモノメチルエーテルは、非イオン性界面活性剤として使用され、ノニルフェノールポリオキシエチレンエーテルホスフェートはアニオン性界面活性剤として使用される。

界面活性剤は、加工用組成物の１００重量％を基準として、好ましくは０．０１重量％〜１０重量％、より好ましくは０．０１重量％〜５重量％の範囲の量である。

加工用組成物は、ｐＨ調整剤、防錆潤滑剤などのような添加剤を任意選択的に包含してもよい。ｐＨ調整剤としては、これらに限定するものではないが、クエン酸、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、加工用組成物のｐＨ値は５〜９の範囲内に調節される。防錆潤滑剤の非限定的な例は、ポリエチレングリコール（例えば、ＰＥＧ６００）である。

添加剤は、加工用組成物の１００重量％を基準にして、０．０１重量％〜１０重量％の範囲の量である。

実施例：
以下の例は、本発明の好ましい実施形態を例示するために提供されるものであり、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでない。

１重量％のスルホラン、８９重量％のジエチレングリコール、９重量％の水、０．０１重量％のＰＥＧ６００（穏好高分子化学工業（ＥｎＨｏｕＰｏｌｙｍｅｒＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．）（台湾）より購入）、０．０１重量％のＦＳ−８８（ノニルフェノールポリオキシエチレンエーテルホスフェート、穏好高分子化学工業（ＥｎＨｏｕＰｏｌｙｍｅｒＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．）（台湾）より購入した非イオン性界面活性剤）、０．５重量％のＥＮＨＯＬＧＣ−５０２６（ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリセロールエーテル、穏好高分子化学工業（ＥｎＨｏｕＰｏｌｙｍｅｒＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．）（台湾）より購入した非イオン性界面活性剤）、０．４５８重量％のジエチレングリコールモノメチルエーテル（非イオン性界面活性剤）、０．０１重量％のクエン酸、及び０．０１２重量％のモノエタノールアミンを室温にてブレンドし、加工用組成物を得た。

本実施例の加工用組成物は、スルホランの代わりにγ−ブチロラクトンを使用した点を除いて、実施例１と類似の方法で作製した。

本実施例の加工用組成物は、スルホランの代わりにプロピレンカーボネートを使用した点を除いて、実施例１と類似の方法で作製した。

比較例：
本比較例の加工用組成物は、１重量％のスルホラン及び９重量％の水の代わりに１０重量％の水を使用した点を除いて、実施例１と類似の方法で作製した。

熱重量分析：
実施例１〜３及び比較例の加工用組成物の各々を熱重量分析装置内で、２５℃から３００℃まで１０℃／分の加熱速度で加熱し、その最低沸点を測定した。結果を表１に示す。

重量変動率の測定：
実施例１〜３及び比較例の加工用組成物の各々の初期重量を測定し、実施例１〜３及び比較例の加工用組成物の各々の重量を開放環境中で２５℃にて２４時間静置した後で再度測定した。重量変動率を、次式にしたがって計算した：
重量変動率＝（Ｗ_２−Ｗ_１）／Ｗ_１×１００％
式中
Ｗ_１は加工用組成物の初期重量であり、
Ｗ_２は開放環境中で２５℃にて２４時間静置した後の加工用組成物の重量である。

表１に示すように、実施例１〜３で作製された加工用組成物の各々の最低沸点は、比較例の加工用組成物の最低沸点よりも高い。これは、複素環化合物を保水剤として含有する本発明の加工用組成物の揮発性が、複素環化合物を含有しない加工用組成物の揮発性よりも低いことを示す。さらに、２４時間の静置後、実施例１〜３の加工用組成物の各々の重量損失は、比較例の加工用組成物のそれと比べて比較的少ない。これはさらに、本発明の加工用組成物の保水性が、複素環化合物を保水剤として加工用組成物に包含することによって改善されることを示す。

前述の観点から、本発明の加工用組成物は、優れた浸透性及び分散性を維持しながら、改善された保水性を有する。

本発明を最も実用的及び好ましいと考えられる実施形態と関連して記述したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものでなく、最も広い解釈の精神及び範囲内に包含される種々の配置並びに同等の配置を網羅することを意図することは理解される。

Claims

硬質脆性材料の工作物を切削又は研削工具で切断する際に使用するための加工用組成物であって：
極性増粘剤、
水、並びに
前記極性増粘剤及び前記水と混和するための親水基を有し、及び少なくとも１５０℃の沸点を有する有機保水剤
を含み、
前記有機保水剤が酸素及び硫黄からなる群より選択されるヘテロ原子を含有する５員又は６員の複素環化合物であり、
前記有機保水剤が、前記工作物を切削又は切断する際に発生する熱による前記水の蒸発を防止することを特徴とする、加工用組成物。
前記５員又は６員の複素環化合物が式（Ｉ）によって表される、請求項１に記載の加工用組成物：
式中
Ａは
又は
を表し；
Ｚは
又は
を表し、ここでＲ^４１、Ｒ^４２、Ｒ^５１、Ｒ^５２、Ｒ^６１、及びＲ^６２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し；
Ｘ^１は
又は
を表し、ここでＲ^１１及びＲ^１２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し；
Ｘ^２は
又は
を表し、ここでＲ^２１及びＲ^２２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し；及び
Ｒ^３１及びＲ^３２は独立して水素又はＣ_１〜Ｃ_７アルキル基を表し、
ただし、Ａが
を表すときはＸ^１及びＸ^２の少なくとも１つは
を表し、Ａが
を表すときは、Ｘ^１は
を表し、Ｘ^２は
を表す。
Ｚが
を表す、請求項２に記載の加工用組成物。
Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^２１、Ｒ^２２、Ｒ^３１、Ｒ^３２、Ｒ^４１、Ｒ^４２、Ｒ^５１、Ｒ^５２、Ｒ^６１、及びＲ^６２が水素を表す、請求項２又は３に記載の加工用組成物。
前記５員又は６員の複素環化合物が、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の加工用組成物。
前記有機保水剤が前記加工用組成物の１００重量％を基準にして０．１重量％〜５０重量％の範囲の量である、請求項１に記載の加工用組成物。
前記有機保水剤が前記加工用組成物の１００重量％を基準にして０．１重量％〜１０重量％の範囲の量である、請求項６に記載の加工用組成物。
前記極性増粘剤がポリオール化合物である、請求項１に記載の加工用組成物。
前記ポリオール化合物が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、デカンジオール、グリセロール、ジグリセロール、ヘキサントリオール、デカントリオール、ペンタエリスリトール、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項８に記載の加工用組成物。
前記極性増粘剤が、前記加工用組成物の１００重量％を基準にして１重量％〜９０重量％の範囲の量である、請求項１に記載の加工用組成物。
界面活性剤をさらに含む、請求項１に記載の加工用組成物。
前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１１に記載の加工用組成物。