CH707104B1 - Schneidlösung zur Kühlung und Schmierung eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Schneidlösung mit 80 bis 99,5 wt.-% Wasser und 0,1 bis 20 Gew.-% wenigstens einer Glykolverbindung sowie optional eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pH-regulierenden Verbindungen, Lösevermittlern, Korrosionsschutzmitteln, schaumreduzierenden Mitteln, Tensiden, Sequestriermitteln und Konservierungsmitteln, zur Kühlung und Schmierung eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge. Des Weiteren ist die Erfindung auf damit durchgeführte Schneidverfahren, insbesondere zum Schneiden von mono- oder multikristallinen Siliziumwerkstücken und entsprechende Verwendungen gerichtet.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Schneidlösung mit 80 bis 99,5 wt.-% Wasser und 0,1 bis 20 Gew.-% wenigstens einer Glykolverbindung sowie optional eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pH-regulierenden Verbindungen, Lösevermittlern, Korrosionsschutzmitteln, schaumreduzierenden Mitteln, Tensiden, Sequestriermitteln und Konservierungsmitteln, zur Kühlung und Schmierung eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge. Des Weiteren ist die Erfindung auf damit durchgeführte Schneidverfahren, insbesondere zum Schneiden von mono- oder multikristallinen Siliziumwerkstücken und entsprechende Verwendungen gerichtet.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Der Stand der Technik wird aus historischen Gründen unter Bezug auf das Drahtschneiden kristalliner Siliziumprodukte beschrieben und weil diese Anwendung die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Jedoch wird betont, dass die Erfindung keineswegs auf das Schneiden von Siliziumwafern beschränkt ist und dass sie auf andere Feststoffprodukte übertragen werden kann sowie vorzugsweise auf das Drahtschneiden gerichtet ist.

[0003] Über 80% der weltweiten Solarzellenherstellung erfordert das Schneiden von multi- oder monokristallinen Siliziumblöcken in Wafer. Zu diesem Zweck ist die Drahtsäge mit Drahtfeld die überwiegend genutzte Vorrichtung zum Schneiden von Wafern in der Photovoltaik- und Mikroelektronikindustrie. Diese Technik dominiert gegenüber anderen Techniken in der Photovoltaik- und Mikroelektronikindustrie wegen des hohen Durchsatzes, des geringen Verlusts an Schneidspänen, geringer Beschränkungen in der Grösse der Ingots und Bricks sowie der exzellenten Waferqualität

[0004] Vor dem Wafer-Slicing, sprich Wafern durchlaufen die multikristallinen Ingots oder mono-kristallinen Czochralski-Kristalle (Ingots) eine Vorformatierung, d.h. das Abkröpfen der Enden und den quadratischen Zuschnitt der Seiten.

[0005] Nach der Formatierung schneidet eine Drahtfeldsäge das Werkstück in Wafer mit einer Dicke im Bereich von üblicherweise etwa 70 bis 200 µm. Bei dieser Technik wird typischerweise ein Draht mit einem Durchmesser von etwa 80 bis 180 µm und einer Rollenlänge etwa 100 bis 2500 km von einer Vorratsrolle durch ein Drahtspannsystem über Drahtführungsrollen mit einem konstanten oder kompensierten Rillenabstand geführt. Durch die Umwicklung dieser in Abstand parallel zueinander positionierten Drahtführungsrollen wird ein Drahtfeld gebildet. Am anderen Ende nimmt eine Aufnahmespule den verbrauchten Draht wieder auf. Es gibt zwei Schnitttechniken. Entweder wird ein Schneiddraht mit fixiertem Schneidmittel wie ein Diamantdraht eingesetzt oder alternativ dazu eine Zerspanungssuspension («Slurry»), die mit einem Düsensystem auf das Drahtfeld aufgetragen wird und mit dem bewegten Draht in den Sägekanal mitgeführt wird, um dort einen Schneid-Läpp-Vorgang auszuführen. Die Slurry besteht aus harten schleifenden Körnern, im Allgemeinen Siliziumcarbid, mit einem Durchmesser im Bereich von 5 bis 15 µm, die üblicherweise in Glykol, Öl oder Gemischen von Wasser mit Additiven suspendiert sind. Dadurch, dass das Siliziumwerkstück gegen das Drahtfeld gepresst wird, wird dieses in einem einzigen Durchlauf in Tausende von Wafer geschnitten. Für eine Übersicht über die Drahtfeldtechnologie wird auf H.B. Möller, Basic mechanisms and models of multi-wire sawing, Advanced Engineering Materials, 6, Nr. 7 (2004) und Funke et al., Surface damage from multi wire sawing and mechanical properties of silicon wafers, 2CV.5.7, 20th Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, Spain (2005) verwiesen.

[0006] Am Ende des Drahtfeldsägeverfahrens sind Tausende dünner Wafer üblicherweise immer noch auf einer teilweise eingeschnittenen Trägerplatte aus Glas befestigt (Opferträger, nun mit einer kammartigen Struktur), von der sie durch geeignete Massnahmen (Lösemittel, Heisswasserdampf, Hitze, Säure etc.) gelöst werden. Wenn eine Slurry verwendet wurde, dann sind alle mit dem Draht in Kontakt gewesenen Wafer nun mit haftender Slurry verunreinigt, die vor der Weiterverarbeitung für Photovoltaik- und Mikroelektronikzwecke vollständig entfernt werden muss. Für Slurry wird typischerweise Glykol in Mengen hinzugegeben, die zur Erhöhung der Viskosität ausreichend sind, und dadurch die läppende (zerspanende) Wirkung unterstützen. Eine erhöhte Viskosität ist erforderlich, um die Richtungsbewegung vom Draht auf das Schneidmittel zu übertragen. Der Nachteil der Slurry ist, dass sie klebrig ist, dass die Wiederaufarbeitung von Slurry arbeitsintensiv ist und die Entsorgung wegen des hohen Anteils organischer Stoffe teuer ist.

[0007] Bei einem Diamantdraht mit fixiertem Schneidmittel werden üblicherweise wässrige Schneidlösungen mit geringer Viskosität eingesetzt, die von frisch geschnittenen Wafern recht einfach abzuwaschen sind. Zudem ist das Schneidmittel auf dem Draht fixiert, d.h. befestigt, und so ist die Wiederaufarbeitung der Schneidlösung viel einfacher, weil alle Schneidspäne durch Filtration oder Zentrifugieren leicht entfernt werden können. Wegen des geringen Anteils organischer Verunreinigungen in den hoch verdünnten Flüssigkeiten ist die Entsorgung weniger problematisch und ökonomischer bei Slurries.

[0008] Für das Schneiden mit Draht mit fixiertem Schneidmittel hat die Schneidlösung eine kühlende und schmierende Wirkung und enthält oft eine Anzahl funktioneller Komponenten wie pH-regulierende Verbindungen, Korrosionsschutzmittel, schaumreduzierende Mittel, Tenside, Sequestriermittel und Konservierungsmittel.

[0009] Tenside in Schneidlösungen haben sich als wirksam zur Verringerung der Oberflächenspannung und der Ablagerung von Abscheidungen auf dem Drahtwerkzeug, der Schneidvorrichtung und dem geschnittenen Werkstück erwiesen. Sie dispergieren auch alle Schwermetalle und einige von ihnen sind bakteriozid und fungieren als Konservierungsmittel während der Lagerung und im Einsatz. Kationische und nicht-ionische Tenside sind besonders nützlich. Zudem haben sie wegen der Verringerung der Oberflächenspannung eine direkte Auswirkung auf das Aneinanderhaften der Drähte. Ein zeitweiliges Aneinanderhaften der Drähte wird die Oberfläche des geschnittenen Werkstücks beeinträchtigen und das hat in der Siliziumwafertechnologie einen direkten Einfluss auf die Qualität und spätere Nutzbarkeit des Wafers.

[0010] Ein Beispiel einer Schneidlösung zur Verwendung beim Schneiden mit einem Draht mit fixiertem Schneidmittel (Diamant) ist Deconex MBC 100 (Borer Chemie AG, Zuchwil, Schweiz). Diese Lösung hat einen pH-Wert von 9.1, eine Dichte von etwa 1 g/ml, besteht aus etwa 80 Gew.-% deionisiertem Wasser, etwa 15 Gew.-% Triethanolamin und kationischen sowie nicht-ionischen Tensiden. Das Konzentrat wird je nach Schneidanforderung und verwendeter Schneidvorrichtung mit Leitungswasser auf 3 bis 5% verdünnt. Jedoch bleibt die Drahtanhaftung immer noch der Hauptgrund für die Oberflächenunregelmässigkeiten in Wafern, die mit Diamantdraht unter Verwendung dieses Produkts und ähnlicher Produkte geschnitten werden. Daher hat sich Deconex MBC 100 hauptsächlich für das Schneiden von Saphir, Metallen und Sondermaterialien, nicht aber Silizium bewährt.

[0011] Obwohl die nach der Nutzung mit Schneidspäne versetzten Schneidlösungen für Drähte mit fixierten Schneidmitteln wegen der geringen Konzentrationen an Inhaltsstoffen und der geringeren Viskosität und damit verbundenen geringen Haftung leichter von den geschnittenen Werkstoffen und Schneidvorrichtungskomponenten als Slurry zu entfernen sind, bedarf es dennoch zusätzlich zum Abspülen meist einer mechanischen Einwirkung wie einem Schwamm oder hohem Druck, um die verdreckten Teile zu reinigen.

[0012] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte wässrige Schneidmittelzusammensetzungen zum Kühlen und/oder Schmieren eines Drahts mit fixiertem Schneidmitte! einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge bereitzustellen, insbesondere eine Schneidmittelzusammensetzung, die das Aneinanderhaften der Drähte verringert, die Ablagerung von Abscheidungen auf dem Drahtwerkzeug, der Schneidvorrichtung und dem geschnittenen Werkstück vermeidet und zu einer regelmässigen geschnittenen Oberfläche führt.

[0013] Diese Aufgabe wird mittels einer wässrigen Schneidlösung gelöst, die Folgendes umfasst: <tb>(i)<SEP>80 bis 99,5 Gew.-% Wasser, <tb>(ii)<SEP>0,1 bis 20 Gew.-% wenigstens einer Glykolverbindung, und <tb>(iii)<SEP>optional eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pH-regulierenden Verbindungen, Lösevermittlern, Korrosionsschutzmitteln, schaumreduzierenden Mitteln, Tensiden, Sequestriermitteln und Konservierungsmitteln,sowie deren Verwendung zur Kühlung und Schmierung eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge.

[0014] Es wurde überraschend festgestellt, dass wenn Glykolverbindungen zu wässrigen Schneidlösungen für Schneiddrähte mit fixiertem Schneidmittel hinzugegeben werden, dass dies eine positive Auswirkung auf die Aneinanderhaftung der Drähte untereinander und auf die Ablagerung von Abscheidungen hat. Es wird davon ausgegangen, dass dieses Phänomen die guten Ergebnisse erklärt, die regelmässig mit auf Slurry basierenden Drahtfeldsägen erhalten werden, bei denen die Glykole jedoch allein zum Zweck der Erhöhung der Viskosität hinzugegeben werden, um die Richtungsenergie des Drahts auf die läppenden Schneidmittel zu übertragen. Es ist daher unerkannt geblieben, dass Glykole auch einen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse des Wafern mit Drahtsägen mit fixierten Schneidmitteln haben können, und zwar sogar dann, wenn die Konzentration der Glykolverbindung(en) wesentlich geringer als in den üblichen Slurryzusammensetzungen ist.

[0015] Vorzugsweise ist der Gewichtsanteil Wasser in der Schneidlösung recht hoch, vorzugsweise beträgt er 90 bis 99 oder 92 bis 99, mehr bevorzugt 94 bis 99, am meisten bevorzugt 94 bis 98 Gew.-%.

[0016] In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil der wenigstens einen Glykolverbindung in der Schneidlösung 1,3 bis 10, vorzugsweise 1,3 bis 8, mehr bevorzugt 1,5 bis 6, am meisten bevorzugt 1,5 bis 5 Gew.-%.

[0017] Der Fachmann erkennt, dass die wässrige Schneidlösung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung optional eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pH-regulierenden Verbindungen, Lösevermittlern, Korrosionsschutzmitteln, schaumreduzierenden Mitteln, Tensiden, Sequestriermitteln und Konservierungsmitteln, sowie bei Bedarf weitere funktionelle Komponenten enthalten kann. Korrosionschutzmittel schützen den Draht sowie die Schneidvorrichtungen. Wegen der schnellen Bewegung der Drähte in der Schneidlösung und dem Eintrag von Luft in die Schneidlösung besteht dadurch eine starke Tendenz zur Blasenbildung und dementsprechend Schaumbildung, ein Phänomen, das aus einer Reihe von Gründen unerwünscht ist. Beispielsweise trocknet der Schaum relative schnell und die darin enthaltenen Feststoffe können auf den Draht und das Werkstück fallen und zur Drahtauslenkung sowie zu Verunreinigungen führen. Auch kann der Schaum die Inhaltstoffe des festen Schneidmittels zu Komponenten der Schneidvorrichtung führen, die der flüssigen Schneidlösung nicht zugänglich sind.

[0018] Es ist bevorzugt, dass der pH-Wert der Schneidlösung zwischen 2 und 10, vorzugsweise 3 und 9, mehr bevorzugt 4 und 8 oder 4 und 7 und am meisten bevorzugt zwischen 4 und 6 liegt.

[0019] In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die pH-regulierende Verbindung in der erfindungsgemässen Lösung eine alkalische Verbindung ist, vorzugsweise ausgewählt aus Alkali-/ErdaIkalihydroxiden und Aminen, mehr bevorzugt aus NaOH, KOH und Alkanolamin, am meisten bevorzugt Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin.

[0020] In einer noch mehr bevorzugten Ausführungsform ist die pH-regulierende Verbindung in der erfindungsgemässen Lösung ein Alkanolamin, vorzugsweise Triethanolamin, und liegt vorzugsweise in einer Konzentration von 0,01 bis 0,5, vorzugsweise 0,01 bis 0,2, mehr bevorzugt 0,01 bis 0,1, am meisten bevorzugt 0,02 bis 0,06 vor.

[0021] Die Tenside zur Verwendung in der Schneidlösung können jegliche Tenside sein, die die Oberflächenspannung verringern, eine bakteriozide Wirkung haben und/oder den Aufbau von Schneidspäneablagerungen reduzieren. Vorzugsweise sind die Tenside ausgewählt aus kationischen und nicht-ionischen Tensiden, vorzugsweise nicht-ionischen Tensiden, vorzugsweise aus bakterioziden und/oder gering schaumbildenden Tensiden. Nicht beschränkende Ausführungsformen bevorzugter Tenside zur Verwendung in der erfindungsgemässen Schneidlösung sind Fettalkoholethoxylate und -propoxylate, Alkylpolyglucoside etc., insbesondere Imbentin-SG/43/C und Imbentin PPF (Kolb Distribution Ltd., Switzerland).

[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Schneidlösung ist die wenigstens eine Glykolverbindung ein Alkylglykol, vorzugsweise ein Alkyldiglykol, wobei die Alkylgruppe vorzugsweise 1 bis 10, mehr bevorzugt 1 bis 6, am meisten bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweist. Besonders bevorzugte Alkylglykolverbindungen sind Diethylglykol, Butyldiglykol, n-Hexylglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Methoxypropanol, Butoxypropanol, Monobutylether und Monobutylethylacetate. Ganz besonders bevorzugt sind Butyldiglykol und Propylenglykol.

[0023] Es ist auch bevorzugt, dass die Schneidlösung mehr als eine Art von Glykolverbindung aufweist, vorzugsweise eine Kombination aus Butyldiglykol und Propylenglykol. Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Butyldiglykol zum Propylenglykol in einem Verhältnis von 1 zu 4 bis 4 zu 1, vorzugsweise 1 zu 3 bis 3 zu 1, mehr bevorzugt 1 zu 2 bis 2 zu 1, am meisten bevorzugt etwa 1 zu 1 vorliegt.

[0024] In einer ganz besonderen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemässe wässrige Schneidlösung: <tb>(i)<SEP>90 bis 99, vorzugsweise 92 bis 99, mehr bevorzugt 94 bis 99, am meisten bevorzugt 94 bis 98 Gew.-% Wasser, und <tb>(ii)<SEP>1,3 bis 10, vorzugsweise 1,3 bis 8, mehr bevorzugt 1,5 bis 6, am meisten bevorzugt 1,5 bis 5 Gew.-% Glykolverbindung, vorzugsweise Butyldiglykol, mehr bevorzugt Butyldiglykol und Propylenglykol, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 zu 4 bis 4 zu 1 oder 1 zu 3 bis 3 zu 1, mehr bevorzugt 1 zu 2 bis 2 zu 1, am meisten bevorzugt etwa 1 zu 1, sowie <tb>(iii)<SEP>optional wenigstens eine pH-regulierende Verbindung, vorzugsweise eine alkalische Verbindung, vorzugsweise ausgewählt aus AlkaIi-/Erdalkalihydroxiden und Aminen, mehr bevorzugt aus NaOH, KOH und Alkanolamin, insbesondere bevorzugt Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin, und am meisten bevorzugt Triethanolamin, <tb>(iv)<SEP>optional wenigstens ein Korrosionsschutzmittel, vorzugsweise ein Alkyltriazol, mehr bevorzugt Tolyltriazol, <tb>(v)<SEP>optional wenigstens ein Konservierungsmittel, vorzugsweise ein Alkylalkoholammoniumsalz, mehr bevorzugt N,N-Dimethyl-2-hydroxypropylammoniumchlorid, vorzugsweise als Polymer, <tb>(vi)<SEP>optional wenigstens ein Tensid, vorzugsweise ein kationisches oder nichtionisches Tensid, mehr bevorzugt ein nicht-ionisches Tensid, vorzugsweise ein EO/PO-Addukt, am meisten bevorzugt lmbentin-SG/43/C (Kolb Distribution Ltd, Switzerland), <tb>(vii)<SEP>optional wenigstens ein Sequestriermittel, vorzugsweise eine Phosphonsäure, mehr bevorzugt eine Diphosphonsäure, am meisten bevorzugt eine Acetodiphosphonsäure,wobei der pH-Wert der Lösung vorzugsweise zwischen 2 und 10, vorzugsweise 3 und 9, mehr bevorzugt 4 und 8 oder 4 und 7, am meisten bevorzugt 4 und 6 liegt.

[0025] Zur leichteren Handhabung, Lagerung und zu Transportzwecken kann die erfindungsgemässe Schneidlösung als Konzentrat vorliegen. Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Schneidlösungskonzentrat zur Herstellung einer erfindungsgemässen wässrigen Schneidlösung, wobei das Konzentrat 2 bis 50fach, vorzugsweise 5 bis 40fach, mehr bevorzugt 5 bis 30fach, am meisten bevorzugt 10 bis 20fach konzentrierter als die fertige wässrige Schneidlösung ist.

[0026] Auch wenn die erfindungsgemässe wässrige Schneidlösung besonders gut zum Schneiden von Siliziumwerkstücken mit Diamantdrähten ist, so ist die Erfindung keineswegs auf Diamanten als am Draht fixiertes Schneidmittel beschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schneidmittel aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Diamant, Siliziumcarbid, Saphir und Bornitrid, vorzugsweise Siliziumcarbid und Diamant, mehr bevorzugt Diamant.

[0027] Zudem kann die erfindungsgemässe Schneidlösung dazu verwendet werden, das Drahtschneiden, insbesondere das Drahtfeldschneiden mit vielen Arten von festen Werkstücken zu verbessern. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die festen Werkstücke ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus festen Metallen, Halbmetallen, Metalllegierungen, Kristallen, Edelsteinen, Polymeren und Glas, vorzugsweise multikristallines Silizium, monokristallines Silizium, Keramik, Glas, Saphir, Siliziumcarbid, Silizumnitrid und Laseroptikvollmaterialien.

[0028] In einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf die Verwendung der oben beschriebenen Schneidlösung zur Kühlung und Schmierung eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge gerichtet, wobei das Schneidmittel vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliziumcarbid, Saphir, Bornitrid, vorzugsweise Siliziumcarbid und Diamant, mehr bevorzugt Diamant, und wobei das zu schneidende feste Werkstück vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus festen Metallen, Halbmetallen, Metalllegierungen, Kristallen, Edelsteinen, Polymeren und Glas, vorzugsweise multikristallines Silizium, monokristallines Silizium, Keramik, Glas, Saphir, Siliziumcarbid, Silizumnitrid und Laseroptikvollmaterialien.

[0029] In einem zusätzlichen Aspekt beschreibt die Erfindung ein Verfahren zum Schneiden von Werkstücken aus festen Materialien, vorzugsweise Vollmaterialien mittels eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge, umfassend den Schritt des Inkontaktbringens des Drahts bzw. der Drähte mit einer erfindungsgemässen wässrigen Schneidlösung, wobei das Schneidmittel vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliziumcarbid, Saphir, Bornitrid, vorzugsweise Siliziumcarbid und Diamant, mehr bevorzugt Diamant, und wobei das zu schneidende feste Werkstück vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus festen Metallen, Halbmetallen, Metalllegierungen, Kristallen, Edelsteinen, Polymeren und Glas, vorzugsweise multikristallines Silizium, monokristallines Silizium, Keramik, Glas, Saphir, Siliziumcarbid, Silizumnitrid und Laseroptikvollmaterialien.

[0030] In der am meisten bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schneiden von Werkstücken aus festen Materialien, vorzugsweise Silizium, mittels eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge, vorzugsweise einer Drahtfeldsäge zum Zuschneiden und Wafern von Silizium.

[0031] Im Folgenden werden spezielle Ausführungsformen der wässrigen Schneidlösung zur Verwendung in dem erfindungsgemässen Verfahren ausschliesslich zu Illustrationszwecken erörtert und diese sind nicht dazu vorgesehen, den Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen wiedergegeben wird, in irgendeiner Weise zu beschränken.

Beispiel 1

Schneiden von Siliziumwafern aus polykristallinen Ingots mit einer Diamantdrahtsäge

[0032] Polykristalline Ingots wurden mittels einer Bandsäge (z.B. BS806, Meyer-Burger AG, Schweiz) oder durch eine Diamantdrahtsäge (DiamondWireSquarer, Meyer-Burger AG, Schweiz) auf ungefähr die gleiche Grösse (Format 156 x 156 mm) zugeschnitten. Die Bricks wurden an beiden Enden gekröpft (z.B. Innenlochsäge TS207, Meyer-Burger AG). Vor der weiteren Verarbeitung wurden die Seiten poliert.

[0033] Jeder der Bricks wurde mittels Drahtfeldsäge (DS 265, MB Wafertec, Thun, Schweiz) mit Diamantdraht von Diamond Wire Material Technologies, USA, mit einem Durchmesser von 145 µm (Diamantkorndurchmesser von 20 bis 25 µm, Drahtdurchmesser von ungefähr 120 µm) in Wafer mit einer Dicke von ungefähr 200 µm geschnitten.

[0034] Als Schneidlösung bzw. Kühl- und Schmiermittel wurden die in der Tabelle aufgelisteten Konzentrate mit Leitungswasser auf 10% verdünnt eingesetzt.

[0035] Tabelle 1* <tb>Wasser VE<a><SEP>Lösemittel<SEP>79,7<SEP>68,7<SEP>73<SEP>47,9 <tb>TEA<b><SEP>Base<SEP>15<SEP>15<SEP><SEP>0,5 <tb>Butyldiglykol<SEP>Lösevermittler<SEP><SEP>10<SEP><SEP>20 <tb>Propylenglykol<SEP>Lösevermittler<SEP><SEP><SEP>1<SEP>20 <tb>Preventol<c><SEP>Lösevermittler, Korrosionsschutz<SEP>3<SEP>3<SEP>1<SEP>3 <tb>Barquat PQ<d><SEP>Konservierungsmittel<SEP>2<SEP>2<SEP><SEP>2 <tb>lmbentin-SG/43/C<e><SEP>Tensid<SEP><SEP>1<SEP>5<SEP>6 <tb>Imbentin PPF<f><SEP>Tensid<SEP><SEP><SEP>1<SEP> <tb>Briquest<g><SEP>Sequestriermittel<SEP>0,3<SEP>0,3<SEP><SEP>0,6 <tb>Ethanolamin<SEP>Base<SEP><SEP><SEP>3<SEP> <tb>Accusol 445 50%<h><SEP>Komplexbildner<SEP><SEP><SEP>8<SEP> <tb>Kna-Cumolsulfonat<i><SEP>Emulgator, Lösevermittler<SEP><SEP><SEP>8<SEP> <tb>Gesamt<SEP><SEP>100<SEP>100<SEP>100<SEP>100 <tb>pH-Wert<SEP><SEP>9<SEP>5–7<SEP>4–5<SEP>4–5<a>Wasser VE < 0,1 µS (10 Mohm);<b>Triethanolamin 99%;<c>Preventol CI-7-100/20% in Propylenglycol (80%) und CobratecTT-100 C Granulat (20) (Cobratec Metal Protection, Deutschland);<d>Barquat PQ, 60%, Lonza Inc.);<e>lmbentin-SG/43/C (Kolb Distribution Ltd., Switzerland);<f>Imbentin PPF (Kolb Distribution Ltd., Switzerland);<g>Briquest (Surfachem Group Ltd, England);<h>Accusol 445 50% (Dow, Deutschland);<i>Kna-Cumolsulfonat (Sasol, Deutschland); *Angaben in Gew.-%

[0036] Deconex MBC100 ist eine von der Borer AG, Solothurn, Schweiz, vertriebene Schneid- und Kühllösung für Vorrichtungen zur Saphir-, Metall- und Sondermaterialverarbeitung. Als weitere Schneidlösung wurde DWS Fluid TP717, Diamond Wire Material Technologies von der Meyer-Burger AG, Steffisburg, Schweiz, mit einem pH-Wert von 7,2 getestet.

[0037] Der Schnitt wurde im Pendelmodus ausgeführt, d.h. ungefähr 1000 m vorwärts und 900 m zurück, so dass bei jedem Richtungswechsel immer ungefähr 100 m neuer Draht eingeführt wurden. Alternativ dazu kann man auch kontinuierlich mit der gleichen Geschwindigkeit von 14 m/s schneiden. Die Schnittgeschwindigkeit am Brick betrug etwa 1 mm/min. Die Schneidlösung wurde kontinuierlich sowie auch wiederholt filtriert, um Schnittspäne zu entfernen. Ein Schnitt dauerte etwa drei bis vier Stunden.

[0038] Die geschnittenen Wafer wurden vom Trägerarm genommen, in saubere Schneidlösung vom gleichen Typ getaucht und dann zur Vorreinigung gebracht. Hier wurden die Wafer vom Trägerarm durch Behandlung mit Essigsäure bei 40 °C getrennt und dann zu einer üblichen Waferreinigungmaschine transportiert (Gebr. Schmid GmbH + Co., Freudenstadt, Germany). Danach wurden die sauberen und trockenen Wafer mittels einer Inspektionsvorrichtung (HE-WIS-04 Henneke Metrology Systems GmbH, Zülpich, Deutschland) auf Qualität und geometrische Eigenschaften hin untersucht. Zusätzlich wurden die verwendeten Drahtsägen gereinigt. Die als Konzentratlösungen hergestellten und mit üblichem Leitungswasser auf 10% entsprechend verdünnten Schneidlösungen führten zu den folgenden Ergebnissen.

[0039] Ausser der Schneidlösung PV330 mit einem relativ hohen Glykolgehalt erwiesen sich alle Schneidlösungen als nicht optimal oder sogar nachteilig. Der Schnittverlauf war ungenügend, die Waferoberfläche entsprechend ungleichmässig. Bei der Schneidlösung PV330-v1 wurde der Schnitt sogar schon nach etwa 13 cm Schnitttiefe wegen erheblich ungleichmässiger Einschnitte abgebrochen. Lediglich die erfindungsgemässe Schneidlösung PV330 produzierte gleichmässige Schnitte ohne Schnittverlauf durch Drahtauslenkung. Zudem war diese Schneidlösung leicht durch Filtrieren zu reinigen. Auffallend für diese Schneidlösung war auch, dass die damit gekühlte Drahtsäge erheblich leichter zu reinigen war und sich die mit Schnittspänen versetzte Schneidlösung leicht mit Wasser ohne grosse mechanische Unterstützung von den verschmutzten Flächen abwaschen liess.

Claims (17)

1. Wässrige Schneidlösung umfassend: <tb>(i)<SEP>80 bis 99,5 insbesondere 90 bis 99 Gew.-% Wasser, vorzugsweise 92 bis 99, mehr bevorzugt 94 bis 99, am meisten bevorzugt 94 bis 98 Gew.-% Wasser, <tb>(ii)<SEP>0,1 bis 20 insbesondere 1,3 bis 10 Gew.-% wenigstens einer Glykolverbindung, vorzugsweise 1,3 bis 8, mehr bevorzugt 1,5 bis 6, am meisten bevorzugt 1,5 bis 5 Gew.-% Glykolverbindung, <tb>(iii)<SEP>optional eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus <tb><SEP>(a)<SEP>pH-regulierenden Verbindungen, vorzugsweise alkalische Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus Alkali-/Erdalkalihydroxiden und Aminen, mehr bevorzugt aus NaOH, KOH und Alkanolamin, insbesondere bevorzugt Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin, und am meisten bevorzugt Triethanolamin, <tb><SEP>(b)<SEP>Lösevermittlern, <tb><SEP>(c)<SEP>Korrosionsschutzmitteln, vorzugsweise ein Alkyltriazol, mehr bevorzugt Tolyltriazol, <tb><SEP>(d)<SEP>schaumreduzierenden Mitteln, <tb><SEP>e)<SEP>Tensiden, vorzugsweise ein nicht-ionisches Tensid, mehr bevorzugt ein EO/PO-Addukt, <tb><SEP>(f)<SEP>Sequestriermitteln, vorzugsweise eine Phosphonsäure, mehr bevorzugt eine Diphosphonsäure, am meisten bevorzugt eine Acetodiphosphonsäure und <tb><SEP>(g)<SEP>Konservierungsmitteln, vorzugsweise ein Alkylalkoholammoniumsalz, mehr bevorzugt N,N-Dimethyl-2-hydroxypropylammoniumchlorid, vorzugsweise als Polymer,wobei der pH-Wert der Lösung vorzugsweise zwischen 2 und 10, vorzugsweise 3 und 9, mehr bevorzugt 4 und 8 oder 4 und 7, am meisten bevorzugt 4 und 6 liegt.

2. Verwendung einer wässrigen Schneidlösung umfassend: <tb>(i)<SEP>80 bis 99,5 Gew.-%, vorzugsweise 92 bis 99, mehr bevorzugt 94 bis 99, am meisten bevorzugt 94 bis 98 Gew.-% Wasser, <tb>(ii)<SEP>0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1,3 bis 8, mehr bevorzugt 1,5 bis 6, am meisten bevorzugt 1,5 bis 5 Gew.-% wenigstens einer Glykolverbindung, <tb>(iii)<SEP>optional eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pH-regulierenden Verbindungen, Lösevermittlern, Korrosionsschutzmitteln, schaumreduzierenden Mitteln, Tensiden, Sequestriermitteln und Konservierungsmitteln,zur Kühlung und Schmierung eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge.

3. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die pH-regulierende Verbindung eine alkalische Verbindung ist, vorzugsweise ausgewählt aus Alkali-/Erdalkalihydroxiden und Aminen, mehr bevorzugt aus NaOH, KOH und Alkanolamin, am meisten bevorzugt Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die pH-regulierende Verbindung ein Alkanolamin ist, vorzugsweise Triethanolamin, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,01 bis 0,5, vorzugsweise 0,01 bis 0,2, mehr bevorzugt 0,01 bis 0,1, am meisten bevorzugt 0,02 bis 0,06 Gew.-%.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das wenigstens eine Glykol ein Alkylglykol, vorzugsweise ein Alkyldiglykol ist, wobei die Alkylgruppe vorzugsweise 1 bis 10, mehr bevorzugt 1 bis 6, am meisten bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweist.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das wenigstens eine Glykol ein Butylglykol, vorzugsweise ein Butyldiglykol, mehr bevorzugt in Kombination mit einem Propylenglykol ist.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das wenigstens eine Glykol Butyldiglykol und Propylenglykol in einem Verhältnis von 1 zu 4 bis 4 zu 1, vorzugsweise 1 zu 3 bis 3 zu 1, mehr bevorzugt 1 zu 2 bis 2 zu 1, am meisten bevorzugt etwa 1 zu 1 ist.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Schneidmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliziumcarbid, Saphir, Bornitrid, vorzugsweise Siliziumcarbid und Diamant, mehr bevorzugt Diamant.

9. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 8 zum Schneiden fester Werkstücke ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus festen Metallen, Halbmetallen, Metalllegierungen, Kristallen, Edelsteinen, Polymeren und Glas, vorzugsweise multikristallines Silizium, monokristallines Silizium, Keramik, Saphir, Siliziumcarbid, Silizumnitrid und Laseroptikvollmaterialien.

10. Verfahren zum Schneiden von Werkstücken umfassend die Schritte <tb>(a)<SEP>Bereitstellen von Werkstücken aus festen Materialien und eines Schneiddrahts mit fixiertem Schneidmittel einer Einzeldraht- oder Mehrfachdrahtsäge, <tb>(b)<SEP>Inkontaktbringen des Drahts bzw. der Drähte mit einer wässrigen Schneidlösung umfassend: <tb><SEP>(i)<SEP>80 bis 99,5 Gew.-%, vorzugsweise 92 bis 99, mehr bevorzugt 94 bis 99, am meisten bevorzugt 94 bis 98 Gew.-% Wasser, <tb><SEP>(ii)<SEP>0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1,3 bis 8, mehr bevorzugt 1,5 bis 6, am meisten bevorzugt 1,5 bis 5 Gew.-% wenigstens einer Glykolverbindung, <tb><SEP>(iii)<SEP>optional eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pH-regulierenden Verbindungen, Lösevermittlern, Korrosionsschutzmitteln, schaumreduzierenden Mitteln, Tensiden, Sequestriermitteln und Konservierungsmitteln, <tb>(c)<SEP>Schneiden des Werkstücks, und <tb>(d)<SEP>Erhalten des geschnittenen Werkstücks.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die pH-regulierende Verbindung eine alkalische Verbindung ist, vorzugsweise ausgewählt aus Alkali-/Erdalkalihydroxiden und Aminen, mehr bevorzugt aus NaOH, KOH und Alkanolamin, am meisten bevorzugt Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die pH-regulierende Verbindung ein Alkanolamin ist, vorzugsweise Triethanolamin, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,01 bis 0,5, vorzugsweise 0,01 bis to 0,2, mehr bevorzugt 0,01 bis 0,1, am meisten bevorzugt 0,02 bis 0,06 Gew.-%.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das wenigstens eine Glykol ein Alkylglykol, vorzugsweise ein Alkyldiglykol ist, wobei die Alkylgruppe vorzugsweise 1 bis 10, mehr bevorzugt 1 bis 6, am meisten bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das wenigstens eine Glykol ein Butylglykol, vorzugsweise ein Butyldiglykol, mehr bevorzugt in Kombination mit einem Propylenglykol ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das wenigstens eine Glykol Butyldiglykol und Propylenglykol in einem Verhältnis von 1 zu 4 bis 4 zu 1, vorzugsweise 1 zu 3 bis 3 zu 1, mehr bevorzugt 1 zu 2 bis 2 zu 1, am meisten bevorzugt etwa 1 zu 1 ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Schneidmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliziumcarbid, Saphir, Bornitrid, vorzugsweise Siliziumcarbid und Diamant, mehr bevorzugt Diamant.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16 zum Schneiden fester Werkstücke ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus festen Metallen, Halbmetallen, Metalllegierungen, Kristallen, Edelsteinen, Polymeren und Glas, vorzugsweise multikristallines Silizium, monokristallines Silizium, Keramik, Saphir, Siliziumcarbid, Silizumnitrid und Laseroptikvollmaterialien.