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KR102062341B1 - 절삭유 조성물 및 그를 이용한 절삭방법 - Google Patents

절삭유 조성물 및 그를 이용한 절삭방법 Download PDF

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KR102062341B1
KR102062341B1 KR1020180061490A KR20180061490A KR102062341B1 KR 102062341 B1 KR102062341 B1 KR 102062341B1 KR 1020180061490 A KR1020180061490 A KR 1020180061490A KR 20180061490 A KR20180061490 A KR 20180061490A KR 102062341 B1 KR102062341 B1 KR 102062341B1
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Abstract

본 발명은 절삭유 조성물에 관한 것으로서, 층분리, 분산성, 점도, Sawing 후 잉곳 세척시간, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도가 종래의 절삭유 조성물에 비하여 현저하게 우수한 절삭유 조성물을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명의 절삭유 조성물은 먼저, 고도로 수소화 처리된 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 미네랄 오일과 증점제가 벤토나이트 점토(Bentonite clay)이고, 분산제가 글리세린 트리올레이트(Glycerine tri oleate)인 절삭유 조성물인 것이며, 이러한 절삭유 조성물을 이용하여 절삭하는 방법에 관한 것이다.

Description

절삭유 조성물 및 그를 이용한 절삭방법{CUTTING OIL COMPOSITION AND CUTTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 와이어쏘(wiresaw) 절삭 공정 동안 사용되는 절삭유 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고도로 수소화 처리된 탄화수소 증류액, 증점제 및 분산제가 포함되는 와이어쏘 절삭유 조성물에 관한 것이다.
와이어쏘 절삭은 집적 회로 및 광전지 산업에서 사용되는 박형 웨이퍼를 제조하기 위해 잉곳을 슬라이싱하는 주요 방법이다.
또한, 이 방법은 다른 물질의 기판, 예컨대 사파이어, 탄화규소 또는 세라믹 기판을 웨이퍼로 제조함에 있어서도 통상적으로 사용되는 방법이다.
와이어쏘는 전형적으로 미세 금속 와이어의 웹(web) 또는 와이어웹(wireweb)을 가지며, 여기서 개별 와이어는 약 0.15mm의 직경을 갖고, 일련의 스풀, 풀리 및 와이어 가이드를 통해 0.1 내지 1.0mm의 거리에서 서로 평행하게 배열된다. 절삭은 기판 등 워크피스를 절삭유 조성물이 적용된 이동 와이어와 접촉시킴으로써 달성된다.
통상적인 와이어쏘 절삭과정에는 미네랄 오일, 증점제, 분산제 등이 포함되는 절삭유 조성물에 탄화규소 입자와 같은 경질 물질로 이루어진 연마제 입자가 대략 1:1 중량 비율로 혼합하여 제조된 조성물이 이용된다.
절삭유 조성물은 윤활 및 냉각을 제공하고, 연마제를 와이어에 유지함으로써 연마제가 절삭되는 워크피스와 접촉할 수 있도록 하는 액체이다.
절삭유가 최적의 성능을 발휘하기 위해서는 윤활성과 점성의 적절한 균형이 필요하다. 윤활성이 과할경우 가공재에 미세 연마입자가 붙어 있지 못하고 미끄러져 절삭능력이 감소되고, 윤활성이 부족하면 개개의 미세 연마입자가 충분한 절삭능력을 발휘하지 못한다.
절삭유 조성물로는 비수성 물질, 예컨대 미네랄 오일, 등유, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 또는 다른 폴리알킬렌 글리콜일 수 있으며, 친수성 물질 또한 와이어쏘 절삭 공정에 사용될 수 있다.
본 발명은 와이어쏘(wiresaw) 절삭 공정 동안 사용되는 절삭유 조성물에 관한 것이다. 기존의 절삭유 조성물에 있어서는, 층분리가 되는 단점을 갖거나, 분산성이 떨어지거나, 점도가 너무 낮거나 높은 단점을 나타내거나, Sawing 후 잉곳 세척시간이 너무 긴 단점을 갖거나, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도가 큰 단점을 나타내는 경우가 많은 실정이었다.
즉, 종래의 절삭유 조성물의 경우, 층분리, 분산성, 점도, Sawing 후 세척시간, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도를 종합적으로 평가했을 때, 이들 특성들 중 하나 이상의 특성이 불량하여 부적합한 절삭유 조성물에 해당하는 실정이었다.
본 발명은 층분리, 분산성, 점도, Sawing 후 세척시간, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도에 관한 모든 특성을 평가했을 때 하나 이상의 특성이 불량하지 아니할 뿐 아니라, 이들 특성을 종합적으로 평가했을 때, 종래의 절삭유 조성물에 비하여 모든 특성이 현저하게 우수한 절삭유 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 완성되었는바, 본 발명에서는 먼저, 아래의 화학식 1로 표시되는 고도로 수소화 처리된 탄화수소를 발명한 것이며, 다음, 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 고도로 수소화 처리된 탄화수소에 증점제 및 분산제를 혼합하여 층분리, 분산성, 점도, Sawing 후 잉곳 세척시간, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도가 종합적으로 현저하게 우수한 특성을 갖는 절삭유 조성물을 발명한 것이다.
일 구현예에 의한 본 발명의 절삭유 조성물은 먼저, 고도로 수소화 처리된 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 탄화수소인 미네랄 오일을 포함시키는 것이다.
[화학식 1]
R1-(CnH2n-4)a-R2
[화학식 2]
R3-(CnH2n-2)b-R4
[화학식 3]
R5-(CnH2n)c-R6
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서 n은 5 또는 6이며, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 H 또는 OH이다.
일 구현예에 의한 본 발명의 절삭유 조성물은, 상기 화학식에서 화학식 1의 a는 7 내지 20이고, 화학식 2의 b는 39 내지 52이며, 화학식 3의 c는 39 내지 41인 것을 특징으로 하는 고도로 수소화 처리된 탄화수소인 미네랄 오일인 절삭유 조성물일 수 있다.
일 구현예에 의한 본 발명의 절삭유 조성물은, 증점제 및 분산제를 더욱 포함하는 절삭유 조성물일 수 있다.
일 구현예에 의한 본 발명의 절삭유 조성물은, 증점제가 벤토나이트 점토(Bentonite clay)이고, 분산제가 글리세린 트리올레이트(Glycerine trioleate)인 절삭유 조성물일 수 있다.
일 구현예에 의한 본 발명의 절삭유 조성물은, 미네랄 오일 65 내지 93 중량%, 벤토나이트 0.7 내지 3 중량%, 글리세린 트리올레이트 5 내지 35 중량%인 절삭유 조성물일 수 있으며, 더욱 바람직한 절삭유 조성물은, 미네랄 오일 70 내지 90 중량%, 벤토나이트 1 내지 2 중량%, 글리세린 트리올레이트 9 내지 29 중량%인 절삭유 조성물일 수 있다.
일 구현예에 의한 본 발명의 절삭 방법은 상기 절삭유 조성물을 이용하여 절삭하는 방법인 것이다.
본 발명은 층분리, 분산성, 점도, Sawing 후 웨이퍼 세척시간, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도가 종합적으로 현저하게 우수한 절삭유 조성물을 제공하는 효과를 나타내는 것이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함' 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[실시예]
하기 A, B, C, D 항목에서 진행된 실시예 및 비교 예에서는 아래와 같은 기준으로 평가를 실시하였다.
1) 점도 측정 :
점도측정은 BROOKFIELD 사의 DV-II+ Pro model을 사용하였는바, Spindle No. 62를 사용하여 50rpm에서 평가하였다. 이때 점도가 25℃에서 90 내지 140mPa.s 범위의 것이 절삭유 조성물로 적합한 것이다.
2) 층분리 측정 :
층분리 측정은 절삭유에 탄화규소(silicon carbide; SiC)를 혼합하여 층분리 발생 여부를 평가하였는바, 절삭유 : SiC 혼합비는 중량비로 1 : 1로 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 방치 후 액 상단에서 층분리가 일어나는지 육안으로 평가하여 층분리 없음 및 층분리 있음으로 구분하였다. 이때 층분리가 발생하지 않는 것이 절삭유 조성물로 적합한 것이다.
3) 분산성 측정 :
분산성은 절삭유에 탄화규소(silicon carbide; SiC)를 혼합하여 평가하였는바, 절삭유에 SiC가 분산되는 정도를 육안으로 평가하여 양호 및 불량으로 구분하였다. 이때 양호로 평가된 것이 절삭유 조성물로 적합한 것이다.
4) Sawing 후 웨이퍼 세척 시간 측정 :
Sawing 후 웨이퍼 세척 시간 측정은 Sawing 후 웨이퍼를 세척액에 담근 후 시간이 경과함에 따라 웨이퍼 사이에 존재하던 절삭유와 SiC의 대부분이 빠져나가는 시간을 평가하였다. 이때 60분 이하로 평가된 것이 절삭유 조성물로 우수한 것이다.
5) Sawing 후 웨이퍼 휨 정도 측정 :
Sawing 후 웨이퍼 휨 정도 측정은 세척이 완료된 후에 개별 웨이퍼에 대해 휨 정도를 장비를 이용하여 평가하였다. 이때 Sawing 후 웨이퍼 휨 정도가 10㎛ 이하로 평가된 것이 절삭유 조성물로 우수한 것이다.
Α. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2 : 화학식 1의 a, 화학식 2의 b, 화학식 3의 c의 수치범위 평가
하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 미네랄 오일을 포함하는 절삭유 조성물에 있어서, 화학식 1의 a, 화학식 2의 b, 화학식 3의 c의 수치범위를 결정하기 위한 평가를 진행하여 표 1에 기재하였다.
[화학식 1]
R1-(CnH2n-4)a-R2
[화학식 2]
R3-(CnH2n-2)b-R4
[화학식 3]
R5-(CnH2n)c-R6
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서 n은 5 또는 6이며, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 H 또는 OH이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
a 7 18 20 5 39
b 52 39 41 38 31
c 41 43 39 57 30
미네랄 오일
함량 wt%		 90 90 90 90 90
Bentonite clay
함량 wt%		 1 1 1 1 1
Glycerine tri oleate 함량 wt% 9 9 9 9 9
절삭유+SiC=1:1 층분리 층분리 없음 층분리 없음 층분리 없음 층분리 있음
(3mm)		 층분리 없음
분산성 양호 양호 양호 불량 양호
점도(mPa.s@25℃) 90 100 120 70 180
Sawing 후 웨이퍼 세척시간 확인 25분 30분 40분 65분 70분
Sawing 후 웨이퍼 휨 정도 확인 9.9㎛ 7.5㎛ 7.7㎛ 13.8㎛ 12.2㎛
위 표 1에 나타나 있는 것과 같이, 층분리, 분산성, 점도, Sawing 후 웨이퍼 세척시간, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도를 종합적으로 평가한 결과, 화학식 1의 a는 7 내지 20이고, 화학식 2의 b는 39 내지 52이며, 화학식 3의 c는 39 내지 41인 실시예 1 내지 3이 비교예 1 및 2에 비하여 현저하게 우수한 것으로 평가되었다.
Β. 실시예 4 내지 6 및 비교예 3, 4 : 미네랄 오일의 조성비 평가
화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 미네랄 오일을 포함하는 절삭유 조성물에 있어서, 화학식 1의 a 값, 화학식 2의 b 값, 화학식 3의 c 값을 고정한 후, 미네랄 오일 함량의 수치범위를 결정하기 위한 평가를 진행하여 표 2에 기재하였다.
실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 3 비교예 4
a 18 18 18 18 18
b 39 39 39 39 39
c 43 43 43 43 43
평가오일
함량 wt%		 90 70 80 60 99
Bentonite clay
함량 wt%		 1 1 1 1 1
Glycerine tri oleate 함량 wt% 9 29 19 39 0
절삭유+SiC=1:1 층분리 층분리 없음 층분리 없음 층분리 없음 층분리 있음
(2mm)		 층분리 있음
(5mm)
분산성 양호 양호 양호 양호 보통
점도
(mPa.s@25℃)		 100 132 115 158 88
위 표 2에 나타나 있는 것과 같이, 층분리, 분산성, 점도를 종합 평가한 결과, 미네랄 오일 70 내지 90 중량%인 실시예 1 내지 3이 비교예 3 및 4에 비하여 현저하게 우수한 것으로 평가되었다.
C. 실시예 7, 8 및 비교예 5 내지 7 : 벤토나이트의 조성비 평가
화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 미네랄 오일을 포함하는 절삭유 조성물에 있어서, 화학식 1의 a 값, 화학식 2의 b 값, 화학식 3의 c 값을 고정한 후, 벤토나이트 함량의 수치범위를 결정하기 위한 평가를 진행하여 표 3에 기재하였다.
실시예 7 실시예 8 비교예 5 비교예 6 비교예 7
a 18 18 18 18 18
b 39 39 39 39 39
c 43 43 43 43 43
평가오일 함량 wt% 90.0 89 91.0 90.5 86
Bentonite clay 함량 wt% 1.0 2.0 0.0 0.5 5.0
Glycerine tri oleate 함량 wt% 9 9 9 9 9
절삭유+SiC=1:1 층분리 층분리 없음 층분리 없음 층분리 있음
(7.5mm)		 층분리 있음
(2.0mm)		 층분리 없음
분산성 양호 양호 불량 보통 양호
점도
(mPa.s@25℃)		 100 140 45 69 296
위 표 3에 나타나 있는 것과 같이, 층분리, 분산성, 점도를 종합 평가한 결과, 벤토나이트 함량이 1 내지 2 중량%인 실시예 7 및 8이 비교예 5 내지 7에 비하여 현저하게 우수한 것으로 평가되었다.
Δ. 실시예 9 내지 11 및 비교예 8, 9 : 글리세린 트리올레이트의 조성비 평가
화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 미네랄 오일을 포함하는 절삭유 조성물에 있어서, 화학식 1의 a 값, 화학식 2의 b 값, 화학식 3의 c 값을 고정한 후, 글리세린 트리올레이트(Glycerine trioleate) 함량의 수치범위를 결정하기 위한 평가를 진행하여 표 4에 기재하였다.
실시예 9 실시예 10 실시예 11 비교예 8 비교예 9
a 18 18 18 18 18
b 39 39 39 39 39
c 43 43 43 43 43
평가오일 함량 wt% 90.0 79.0 84.0 94.0 98.9
Bentonite clay 함량 wt% 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Glycerine tri oleate 함량 wt% 9.0 20.0 15.0 5.0 0.1
절삭유+SiC=1:1 층분리 층분리 없음 층분리 없음 층분리 없음 층분리 없음 층분리 있음(2.0mm)
분산성 양호 양호 양호 보통 보통
점도
(mPa.s@25℃)		 100 119 108 89 74
위 표 4에 나타나 있는 것과 같이, 층분리, 분산성, 점도를 종합 평가한 결과, 글리세린 트리올레이트(Glycerine trioleate) 함량이 9 내지 20 중량%인 실시예 9 내지 11이 비교예 8 및 9에 비하여 현저하게 우수한 것으로 평가되었다.
이러한 결과들로부터, 화학식 1의 a는 7 내지 20이고, 화학식 2의 b는 39 내지 52이며, 화학식 3의 c는 39 내지 41인 미네랄 오일 70 내지 90 중량%, 벤토나이트 1 내지 2 중량%, 글리세린 트리올레이트(Glycerine trioleate) 9 내지 20 중량%인 경우에 층분리, 분산성, 점도, Sawing 후 웨이퍼 세척시간, Sawing 후 웨이퍼 휨 정도를 종합적으로 평가하였을 때 현저하게 우수한 것으로 나타났다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 미네랄 오일을 포함하는 절삭유 조성물.
    [화학식 1]
    R1-(CnH2n-4)a-R2
    [화학식 2]
    R3-(CnH2n-2)b-R4
    [화학식 3]
    R5-(CnH2n)c-R6
    상기 화학식에서 n은 5 또는 6이고, a는 7 내지 20이고, b는 39 내지 52이고, c는 39 내지 41이며, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 H 또는 OH이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 증점제 및 분산제를 더욱 포함하는 절삭유 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 증점제는 벤토나이트 점토(Bentonite clay)이고, 분산제는 글리세린 트리올레이트(Glycerine tri oleate)인 것을 특징으로 하는 절삭유 조성물.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 절삭유 조성물 전체 중량 대비 미네랄 오일 70 내지 90 중량%, 벤토나이트 1 내지 2 중량%, 글리세린 트리올레이트 9 내지 29 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭유 조성물.
  7. 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 중 어느 한 항의 절삭유 조성물을 이용하는 절삭 방법.
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