CN105861112A - 一种切割工艺用的水性切割液的添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种切割工艺用的水性切割液的添加剂，包括一种二醇类化合物具有以下通式:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH，其中，n为2-4间的自然数，R1、R2、R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基；以及水。
Description
技术领域
本发明是关于一种切割工艺用的切割液的添加剂，且特别是有关于一种用于半导体或太阳能电池等所使用的硬脆材料切割工艺的水性切割液添加剂及其制备方法，尤其，关于一种高含水的固定研磨粒线锯切割工艺用的水性切割液添加剂及其制备方法。
先前技术
线锯切割工艺为制造用于半导体产业或太阳能电池的薄晶圆的主要方法。此方法通常亦用于将其他材料的基板切成薄片，如：蓝宝石、碳化硅、或陶瓷基板。线锯通常具有网状的微细金属线或金属线网，其中个别线的直径为约0.15mm，且系透过一系列线圈、滑轮及线导引器，以0.1至1.0mm的距离彼此平行配置。切片或切割系藉由使工件(如基板)与已施用研磨剂浆液的移动线接触而完成。
习知的线锯切割液体组合物或浆液通常包含以约1：1重量比混合的载体及切削磨粒，该切削磨粒通常为由硬质材料(如碳化硅颗粒)所组成。该载体为提供润滑及冷却作用的液体，且亦使切削磨粒附着在金属线上，以使切削磨粒可与经切割的工件接触。该载体可为非水性物质，即含水率约小于20重量百分比，甚至不含水，如：矿物油、煤油、聚乙二醇、聚丙二醇或其他聚烷二醇。但是，非水性载体存在多种缺点。举例而言，非水性载体可因胶体不安定性而使保存期有限，且亦可能显示较差的热传特性，或因润滑能力较差导致切削磨粒在切割过程中同时磨损切割线而断线问题。因此，亦将水性载体用于线锯切割工艺。
水性载体亦存在一些已知的缺点。举例而言，在线锯切割工艺期间，去除一部分经切割的材料。此材料(称为硅粉)在切割液体浆液中逐渐累积。在线锯硅及其他水可氧化基板的工艺中，该硅粉可经氧气或水氧化。在水性浆液中，水可氧化工件经水氧化产生氢气，破坏浆液在线网上的分布(如：由于气泡形成)并降低线锯的切割性能；且随着晶圆切削技术的演进，线锯 的线径由120-140μm降低到60-120μm以下，且水含量增加(>95％)常伴随因表面张力所导致的并线问题，造成线锯在切割工艺中导致开切端及尾端产生品质问题及其他线稳定因素，例如片间厚度、单片厚度的变化。
因此，调配一种新颖的切割工艺用的水性切割液的添加剂，且特别是用于固定研磨粒线锯水性切割液的添加剂，降低因高速扰动切割液与线锯之间的作用力，有效降低线锯并线的问题，以达成水性切割液对线锯切割工艺的稳定度并降低切割工艺成本，乃业界殷切期盼的。
发明内容
本发明的目的是提供一种切割工艺用的水性切割液的添加剂，包括通式如下所示的二醇类化合物:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH以及水，其中，n为2-4间的自然数，R1、R2、R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基，可解决上述问题，并提供有更高的加工精度之效果。
本发明的另一目的是提供一种切割工艺用的水性切割液的添加剂，包括通式如下所示的二醇类化合物:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH以及水，其中，n为2-4间的自然数，R1、R2分别为碳数1-6的烷基取代基，R3、R4为甲基。
本发明的另一目的是提供一种切割工艺用的水性切割液的添加剂，包括通式如下所示的二醇类化合物:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH以及水，其中，n为2-4间的自然数，R1、R2为碳数3-6的烷基，R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基。
本发明的另一目的是提供一种切割工艺用的水性切割液的添加剂，包括2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇以及水。
本发明的另一目的是提供一种如上所述的各种切割工艺用的水性切割液的添加剂，该添加剂更可包括磨润剂，例如脂肪链与乙二醇及丙二醇共聚物、乙二醇及丙二醇共聚物、聚丙二醇、聚乙二醇、脂肪醇、脂肪酸，脂肪铵或脂肪链衍生物，其含量例如介于1～40重量百分比，且较佳的是介于5～20重量百分比；及/或消泡剂，例如聚硅氧油、氟化聚硅氧油、氟化烷基醚、含有非晶型的烟化的二氧化硅、烷基化的二氧化硅等，其含量例如介于0.5～45重量百分比，且较佳的是介于10～30重量百分比；及/或pH值调整剂，能将该添加剂调整于pH 4以上，适合的pH值调整剂，可使用的碱性物质例如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢 钾、碱性钠盐、碱性钾盐、具有pH调整功能的无机盐，或酸性物质例如醋酸、苹果酸、柠檬酸等有机酸或其盐类、硫酸、硝酸、磷酸等无机酸及其盐类，但不以此为限。
本发明的另一目的是提供一种如上所述的切割工艺用的水性切割液的添加剂，且其该二醇类化合物含量为0.001～50重量百分比，且较佳的是3～30重量百分比。
本发明的另一目的是提供一种制备切割工艺用的水性切割液的方法，其特征在于以适量水稀释包括通式如下所示的二醇类化合物:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH以及水所构成的添加剂，其中，n为2-4间的自然数，R1、R2、R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基。
本发明的另一目的是提供一种制备切割工艺用的水性切割液的方法，其特征在于以适量水稀释包括通式如下所示的二醇类化合物以及水所构成的添加剂:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH，其中，n为2-4间的自然数，R1、R2分别为碳数1-6的烷基取代基，R3、R4为甲基。
本发明的另一目的是提供一种制备切割工艺用的水性切割液的方法，其特征在于以适量水稀释包括通式如下所示的二醇类化合物以及水所构成的添加剂:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH，其中，n为2-4间的自然数，R1、R2为碳数3-6的烷基，R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基。
本发明的另一目的是提供一种制备切割工艺用的水性切割液的方法，其特征在于以适量水稀释包括2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇以及水所构成的添加剂。
本发明的另一目的是提供一种制备切割工艺用的水性切割液的方法，其特征在于以适量水稀释如上所述的根据本发明的各种添加剂，且其含量相对于该水性切割液为0.1～5重量百分比，更佳为0.3～3重量百分比。
本发明的另一目的是提供一种制备切割工艺用的水性切割液的方法，其特征在于以适量水稀释除如上所述的各种添加剂，且该添加剂更包括磨润剂、及/或消泡剂、及/或pH值调整剂，且将该添加剂调整于pH 4以上，更佳为pH6-9。
如前文所述，目前一般固定磨利的线锯线径约120-140um。而本发明能使在线径为60-120um仍可以维持良好的切削表现，实施例中使用了100um的线径作为示例。
具体实施方式
以下将以实施例1～4以及比较例1～4分别说明在利用固定研磨粒线锯切割硅铸锭以获得晶圆的工艺中，使用添加本发明所揭示的添加剂的水性切割液以及使用习知的水性切割液。
在此要特别说明的是，实施例1～4所用的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇、磨润剂为脂肪链与乙二醇及丙二醇共聚物、消泡剂为含有非晶型的烟化的二氧化硅，烷基化的二氧化硅、聚醚，pH值调整剂为氢氧化钠，仅用以例示说明，并非用以限制本发明的专利范围。如上所述，2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇，尚可用其他具通式:OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH(n为2-4间的自然数，R1、R2、R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基)的二醇类化合物取代；磨润剂尚可用乙二醇及丙二醇共聚物、聚丙二醇、聚乙二醇、脂肪醇、脂肪酸，脂肪铵或脂肪链衍生物等取代；消泡剂尚可用聚硅氧油、氟化聚硅氧油、氟化烷基醚、含有非晶型的烟化的二氧化硅、烷基化的二氧化硅等取代；pH值调整剂尚可使用的碱性物质例如氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碱性钠盐、碱性钾盐、具有pH调整功能之无机盐，或酸性物质例如醋酸、苹果酸、柠檬酸等有机酸或其盐类、硫酸、硝酸、磷酸等无机酸及其盐类，但不以此为限。
实施例
1
首先，提供20重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇、10重量百分比的磨润剂、25重量百分比的消泡剂、0.3重量百分比的pH值调整剂，溶于44.7重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，取上述实施例1所调配的添加剂以水稀释300倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1km/min，加工时间：240分钟，加工工件：150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
实施例
2
首先，提供30重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇、10重量百分比的磨润剂、25重量百分比的消泡剂、0.3重量百分比的pH值调整剂，溶于34.7重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，上述实施例2所调配的添加剂以水稀释300倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1km/min，加工时间：240分钟，加工工件：150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
实施例
3
首先，提供20重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇、1重量百分比的磨润剂、2.5重量百分比的消泡剂、0.03重量百分比的pH值调整剂，溶于77.47重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，上述实施例3所调配的添加剂以水稀释30倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1km/min，加工时间：240分钟，加工工件：150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
实施例
4
首先，提供3重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇、1重量百分比的磨润剂、2.5重量百分比的消泡剂、0.03重量百分比的pH值调整剂以及20重量百分比的乙二醇，溶于74.47重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，上述实施例4所调配的添加剂以水稀释30倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1kmmin，加工时间：240分钟，加工工件：150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
比较例
1
首先，提供10重量百分比的磨润剂、25重量百分比的消泡剂、0.3重量百分比的pH值调整剂，溶于64.7重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，取上述比较例1所调配的添加剂以水稀释300倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1km/min，加工时间：240分钟，加工工件：150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
比较例
2
首先，提供10重量百分比的磨润剂、25重量百分比的消泡剂、0.3重量百分比的pH值调整剂、20重量百分比的乙二醇，溶于44.7重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，上述比较例2所调配的添加剂以水稀释300倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1km/min，加工时间：240分钟，加工工件： 150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
比较例
3
首先，提供10重量百分比的磨润剂、25重量百分比的消泡剂、0.03重量百分比的pH值调整剂、60重量百分比的乙二醇，溶于4.97重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，上述比较例3所调配的添加剂以水稀释300倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1km/min，加工时间：240分钟，加工工件：150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
比较例
4
首先，提供1重量百分比的磨润剂、2.5重量百分比的消泡剂、0.03重量百分比的pH值调整剂、20重量百分比的乙二醇，溶于76.47重量百分比的水中，作为切割工艺用的水性切割液的添加剂。其中，pH值调整剂可将pH值调整至4以上。
接着，上述比较例4所调配的添加剂以水稀释30倍，作为固定研磨粒线锯用的水溶性切割液，进行切割试验。切割试验系于以下条件下进行：切割试验系于以下条件下进行：线锯试验机：DS271(Meyerburger制造)，线：芯线0.1mm、金刚石直径10-20μm(旭金刚石公司(Asahi Diamond Industrial)制造)，线速度：1km/min，加工时间：240分钟，加工工件：150mm×150mm×3000mm，试验温度：20℃。其切割下来的晶圆厚度差异，显示于表一。
表一
如表一所示，实施例1～4的水性切割液添加剂，除去离子水外，均分别包括3～30重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇、1～10重量百分比的磨润剂、2.5～25重量百分比的消泡剂以及0.03～0.3重量百分比的pH值调整剂，且实施例4更包括20重量百分比的乙二醇。其中，使用如实施例1～4的水性切割液添加剂作为固定研磨粒线锯水性切割液的成分，其所切割下来的晶圆，其厚度差异介于5～7μm间。
相较之下，比较例1～4的水性切割液添加剂，均不含根据本发明的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇，且除去离子水外，均分别包括1～10重量百分比的磨润剂、2.5～25重量百分比的消泡剂以及0.03～0.3重量百分比的pH值调整剂，且比较例2～4更包括20～60重量百分比的乙二醇。其中，使用如比较例1～4的水性切割液添加剂作为固定研磨粒线锯水性切割液的成分，其所切割下来的晶圆，其厚度差异介于16～20μm间。
比较实施例1、2和比较例1、2的水性切割液添加剂可发现，其磨润剂、消泡剂以及pH值调整剂的含量均相同，唯一差异仅在实施例1中更包括20重量百分比的的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇，实施例2则更包括30重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇，而比较例2则更包括20重量 百分比的乙二醇。比较使用如实施例1、2和比较例1、2的水性切割液添加剂作为固定研磨粒线锯水性切割液的成分所切割下来的晶圆，实施例1、2的晶圆厚度差异相较于比较例1分别被大幅降低65％、75％；实施例1、2的晶圆厚度差异相较于比较例2仍分别被大幅降低58.8％、70.6％。
比较实施例3、4和比较例4的水性切割液添加剂可发现，其磨润剂、消泡剂以及pH值调整剂的含量均相同，唯一差异仅在实施例3中更包括20重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇，实施例4则更包括3重量百分比的2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇，而比较例4则更包括20重量百分比的乙二醇。比较使用如实施例3、4和比较例4的水性切割液添加剂作为固定研磨粒线锯水性切割液的成分所切割下来的晶圆，实施例3、4的晶圆厚度差异相较于比较例4均被大幅降低68.8％。
因此，使用根据本发明所揭露的水性切割液添加剂作为固定研磨粒线锯的切割液成份所切割出来的晶圆，可降低因高速扰动动态表面张力的稳定性，达成水性切割液对线锯切割工艺的稳定度，使切割出来的晶圆厚度差异减小。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可更动与组合上述各种实施例。
Claims (12)
1.一种切割工艺用的水性切割液的添加剂，包括：
如通式(I)所示的二醇类化合物:
OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH 式(I)
其中，n为2-4间的自然数，R1、R2、R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基；以及
水。
2.如权利要求1所述的添加剂，其中R3、R4为甲基。
3.如权利要求1所述的添加剂，其中R1、R2为碳数3-6的烷基。
4.如权利要求1所述的添加剂，其中该通式(I)的二醇类化合物为2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇。
5.如权利要求1～4中任一项所述的添加剂，其中该式(I)二醇类化合物含量为0.001～30重量百分比。
6.如权利要求5所述的添加剂，还包括磨润剂，及/或消泡剂，及/或pH值调整剂，且pH4以上。
7.一种制备切割工艺用的水性切割液的方法，其特征为以适量水稀释包括如通式(I)所示的二醇类化合物以及水所构成的添加剂:
OHR1R3C-[CH2]n-CR2R4OH 式(I)
其中，n为2-4间的自然数，R1、R2、R3、R4分别为碳数1-6的烷基取代基。
8.如权利要求7所述的方法，其中R3、R4为甲基。
9.如权利要求7所述的方法，其中R1、R2为碳数3-6的烷基。
10.如权利要求7所述的方法，其中该通式(I)的二醇类化合物为2,4,7,9-四甲基-癸烷-4,7-二醇。
11.如权利要求7～10中任一项所述的方法，该添加剂在该水性切割液的含量为0.1-5重量百分比。
12.如权利要求11所述的方法，其中该添加剂更包括磨润剂及/或消泡剂及/或pH值调整剂，且pH4以上。
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