TWI413681B - 包含非離子性聚合物之漿液組合物及使用方法 - Google Patents

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Description

包含非離子性聚合物之漿液組合物及使用方法
本發明係關於一種線鋸切割流體組合物及方法。更特定言之，本發明係關於一種含水線鋸切割流體漿液以及其使用方法。
線鋸係製造半導體材料之薄基板(一般稱為「晶圓」)的主要方法。半導體晶圓係積體電路及光伏工業(其更通常係稱為固態電子工業)的基礎。經受「切片」之常見基板材料尤其包括矽、藍寶石、碳化矽、氮化鋁、碲、矽石、砷化鎵、磷化銦、硫化鎘、鍺、硫化鋅、灰錫、硒、硼、碘化銀以及銻化銦。
一種典型的線鋸方法包括牽伸一橫跨基板材料或工件塊之線，該基板材料或工件塊的未經切片狀態一般稱為梨晶或鑄錠。此線一般包括一或多種金屬或合金(諸如鋼)。在進行切割的區域中，將切割流體施用於線鋸。此切割流體冷卻並潤滑該線及工件。切割流體內一般包括顆粒狀研磨劑，以提高切割效率。此研磨劑一般係基於被切割基板的硬度作選擇，較硬的研磨劑用於較硬的基板。
切割流體可為非水性流體(諸如烴油)，或其他有機材料(諸如二醇或聚(乙二醇)材料)。含水流體一般包括溶解或分散於水中之不同量及不同種類的有機溶劑或聚合物。
目前線切割技術中之困難為處理廢切割流體之成本日益增加，以及對環境影響的顧慮，其取決於針對此處理所選擇的方法。
目前線切割技術中之另一難題係關於在切割工件過程中所產生的熱及剪切力。此熱及剪切力不僅產生自在切割線、研磨劑顆粒及基板表面之間的切割界面處之切割製程無法免除的摩擦，並且亦來自用於將切割流體漿液傳輸至切割界面之泵送機構及導管。熱及剪切力會損害存在於含水切割流體漿液中之有機材料的完整性，特別是一般經添加至流體中以提供足夠黏度而使研磨劑顆粒保持均勻分散並有助於使切割流體黏附至切割線上之聚合物材料的完整性。重量平均分子量為200千道爾頓(kDa)或更大之聚合物的分解尤其成為問題，因為該等聚合物一般係以相對較小量使用，且由於剪切而導致的分子量減少會明顯降低切割流體之黏度。剪切力係出現在切割面處及用於將切割流體施用於線之泵與噴嘴中。
持續需要具有相對較高含水量之含水切割流體，良好的冷卻能力，同時仍具有足夠黏度以使研磨劑顆粒保持為均勻懸浮液以及在許多個再循環中將流體黏附至切割線上。
以下闡述之本發明係對線鋸切割技術領域的有用補充。
本發明之線鋸切割流體組合物包含25至75重量%的懸浮於含聚合物黏度改質劑之含水載劑中之顆粒狀研磨劑。該黏度改質劑包含以莫耳計主要包括非離子性單體單元(例如至少50或60莫耳%之非離子性單體單元)之聚合物，具有至少5kDa的數量平均分子量(Mn )，且係以足夠濃度存在於該含水載劑中，以使該組合物在25℃及60轉/分鐘(rpm)的主軸旋轉速度下之布洛克菲爾德黏度在50至1000厘泊(cP)的範圍內(例如50至700cP)。在某些較佳實施中，該黏度改質劑為適度地剪切變稀。在一實施例中，該黏度改質劑包含一非離子性聚合物，其具有20至200kDa的重量平均分子量(MW )，且係以足夠濃度存在於該含水載劑中，以使組合物在25℃及60rpm的主軸旋轉速度下之布洛克菲爾德黏度在75至700cP的範圍內。在另一實施例中，黏度改質劑具有至少200kDa的Mw 。
當在本發明之切割流體中利用200kDa或更大Mw 的黏度改質劑時，一較佳的線鋸切割方法包括利用在相對較低的剪切條件下操作之泵送及分佈系統使該切割流體再循環。在此等情況下，含水切割流體漿液係自再循環儲槽施用於線鋸，其中該切割流體漿液係藉由在不大於104 s-1 ，較佳不大於103 s-1 之相對較低剪切速率下操作的泵及噴嘴而循環及施用。
本發明之線鋸切割流體為懸浮於包含一聚合物黏度改質劑之含水載劑中的研磨劑之含水漿液。此黏度改質劑係以足以將該組合物的黏度保持在最佳黏度範圍內(如50至1000cP的組合物黏度，例如75至700cP，如在25℃及60rpm的主軸旋轉速度下藉由布洛克菲爾德黏度測定法(Brookfield viscometry)所測定)之濃度存在於該含水載劑中。載劑之黏度有助於使此等研磨劑顆粒懸浮於載劑中及利於切割流體黏著至切割線上。較佳地，黏度改質劑之濃度係足以將切割流體組合物的黏度保持在150至500cP範圍內。
本發明組合物包含至少25重量%之相當均勻地分散及懸浮於切割流體之含水載劑中的研磨劑顆粒。較佳地，切割流體包含不多於75重量%的研磨劑。在某些較佳實施例中，研磨劑係以基於組合物總重量35至70重量%，較佳40至60重量%(例如50重量%)的濃度存在於組合物中。
切割漿液之兩種組分(即研磨劑顆粒及載劑)可分開或一起封裝及儲存，及較佳為分開封裝及儲存。當使用者在為不久的將來之切割程序排程時，該研磨劑顆粒及該載劑可在切割漿液經預定使用之前預先組合。預先組合該兩組分之時間可為，例如，切割程序當天直至預定切割程序之前約一年，更佳為直至約六個月前，甚至更佳為直至約一個月前。
較佳地，研磨劑與載劑之組合提供一膠態穩定懸浮液。如文中所用，術語「膠態穩定」及其語法變化係指經時維持顆粒之懸浮液。在本發明情況中，若當將研磨劑置於100mL量筒中並使其不攪拌地靜置2小時時，量筒底部50mL中之顆粒濃度([B]，以g/mL表示)與量筒頂部50mL中之顆粒濃度([T]，以g/mL表示)之差除以研磨劑組合物中之顆粒總濃度([C]，以g/mL表示)之值小於或等於0.5(即([B]-[T])/[C]0.5)，則將該研磨劑懸浮液視為係膠態穩定。([B]-[T])/[C]之理想值係小於或等於0.3，及較佳小於或等於0.1。
研磨劑顆粒較佳具有1至500微米範圍內之平均粒度，此係例如藉由篩選、光散射或任何其他顆粒定性技藝中已知之方法所測得。在某些實施例中，研磨劑之平均粒度為2μm至25μm，較佳為4μm至16μm，及更佳為6μm至16μm。如生產切割漿液中一般所用，此等研磨劑顆粒係經製造及分離成具有實質上均一之平均直徑，諸如具有正負不超過50%、不超過40%、不超過30%、不超過20%、不超過10%、不超過5%之範圍內之平均直徑。舉例而言，平均直徑為10μm之研磨劑顆粒製劑可具有5μm至15μm、6μm至14μm、7μm至13μm、8μm至12μm、9μm至11μm、或9.5μm至10.5μm的直徑範圍。
研磨劑係基於待切割基板梨晶之硬度作選擇。一般而言，研磨劑顆粒具有至少7.5，較佳8至10的莫氏硬度(Mohs hardness)。適合的研磨劑材料包括(但不限於)碳化矽(SiC)、氮化矽、金剛石、碳化鎢、碳化硼(B4 C)、立方氮化硼(CBN)、氮化硼、α-氧化鋁、氧化鋁、氧化鋯、碳化鎢、金剛砂、金剛砂粉末或任何其他類似莫氏硬度之研磨劑。用於切割半導體基板之較佳研磨劑為碳化矽或金剛石。
雖然高含水量對改良冷卻效率係有益且所需，但由於水被反應性金屬或類金屬(諸如矽)還原所致的氫產生可能係利用含水切割流體組合物之線鋸製程中的一個重要問題。在線鋸切割製程中產生的氫氣可能存在爆炸危險且會導致非所欲的發泡。吾人已發現，在包含55重量%水或更多之習知含水線鋸切割流體中，相較於含少於55重量%水之組合物，氫氣形成(例如由於矽將水還原)有明顯的增加。舉例而言，當與矽粉末一起攪拌時(模擬線鋸切割)，水與聚乙二醇(PEG 300，分子量為300)之50:50(重量/重量)混合物產生約0.28mL/分鐘H2 ，與以下相對比：水與聚乙二醇之58:42(重量/重量)混合物為0.94mL/min，水與聚乙二醇之65:35(重量/重量)混合物為1.19mL/min，75:25(重量/重量)混合物為1.125mL/min，及純水係1.70mL/min。
令人驚訝的是，本發明之組合物在暴露於矽且含水量甚至為55重量%及更多時，其仍表現出可接受的低氫氣產生速率(例如一般不超過約0.75mL/min，較佳不超過約0.3mL/min)。因此，本發明組合物中之含水載劑基於組合物的非研磨劑組分之組合重量，較佳包含至少55重量%的水(例如去離子水)，例如水可占該載劑的50至98重量%。較佳地，載劑包含基於組合物之非研磨劑組分之組合重量至少75重量%的水(較佳至少85重量%)。與先前所揭示之包含油基組分或主要為聚(乙二醇)(PEG)組分之非水性切割漿液相比，利用基於水之載劑可對該切割漿液提供改良的保熱及冷卻特性。舉例而言，基於水之切割漿液藉由在環境條件下發生之水蒸發而冷卻。本發明切割漿液之含水性質之另一益處為：由於有關有機溶劑的分解、有機溶劑對生物圈的影響等問題，其比目前所用的非水性替代物對環境更加友好。
載劑亦包括至少一種聚合物黏度改質劑(增稠劑)。黏度改質劑可為非離子性聚合物或實質上非離子性的聚合物，例如基於單體莫耳數主要包含非離子性單體單元，較佳包含至少60%非離子性單體單元(例如至少70、75、80、85、90或95%的非離子性單體單元)的共聚物。以非離子性聚合物為較佳。根據凝膠滲透層析法(GPC)、黏度測定法或聚合物技藝中悉知之光散射技術測定，黏度改質劑具有至少5kDa的重量平均分子量。在某些較佳實施例中，黏度改質劑的重量平均分子量在50至200kDa的範圍內，而在其他較佳實施例中，黏度改質劑的重量平均分子量為至少200kDa(例如300至1000kDa)。
在某些實施例中，黏度改質劑使組合物具有適度的剪切變稀流變性。如文中及隨附申請專利範圍中所用，術語「適度的剪切變稀」係指於低剪切下高黏度及於中等至高剪切條件下黏度稍微減少之特性，諸如在線鋸操作情況中所經歷者。在本發明之特定情況中，剪切變稀係藉由測量在低剪切(即10sec-1 )及在中等剪切值(1000sec-1 )下之黏度，並測定剪切增加時之黏度降低%而量化。當在中等剪切值下之黏度為在低剪切下測得黏度的至少45%，較佳至少55%時，則該黏度改質劑係「適度剪切變稀」。較不希望較高程度的剪切變稀，因為切割線與受切割工件之間的界面係相對較高之剪切環境。在此界面處之過度變稀會導致過度的線運動，其會在工件的切割表面上引起非所欲的線痕。已發現與包含展現非剪切變稀流變性(例如剪切變稠)之黏度改質劑之組合物相比，本發明組合物中所利用的適度剪切變稀黏度改質劑出乎意料地提供改良的切割速率。
較佳的黏度改質劑亦實質上不受切割漿液之離子強度的變化所影響。當添加1%的鐵鹽諸如硝酸鐵時，黏度變化較佳少於20%。
聚合物黏度改質劑係以足夠濃度存在於含水載劑中，以使該組合物在25℃下使用適宜主軸利用60 rpm之旋轉速度之布洛克菲爾德黏度在50至1000 cP的範圍內(例如75至700 cP)，較佳為150至500 cP。一般而言，黏度改質劑係以15重量%或更少的量存在於該含水載劑中。在某些較佳實施例中，黏度改質劑係以約0.01至15重量%，更佳約0.1至12重量%(例如約0.5至10重量%、1至7重量%或2至5重量%)的濃度存在於含水載劑中。
較佳的非離子性黏度改質劑包括(但不限於)選自由以下組成之群之非離子性聚合物：(a)多糖，其可視需要經至少一烷基(例如甲基、乙基、丙基、C4 至C20 烷基等)、羥烷基(例如羥甲基、羥乙基、羥丙基等)、烷氧基烷基(例如甲氧基甲基、甲氧基乙基、甲氧基丙基、乙氧基甲基、乙氧基乙基、乙氧基丙基等)或該等基團之二者或更多者之組合(例如鯨蠟基羥乙基、甲基羥丙基等)取代；(b)聚乙烯基吡咯啶酮；(c)聚乙烯醇；及(d)前述二者或更多者之組合。黏度改質劑較佳包括多糖或經至少一種選自由以下組成之群的取代基取代之多糖：烷基、羥烷基及烷氧基烷基。較 佳之多糖包括(但不限於)黃原膠、瓜耳膠(guar gum)、澱粉、纖維素及前述二者或更多者之組合。更佳之多糖為纖維素衍生物及特別佳的黏度改質劑為羥乙基纖維素。
此等非離子性材料之共聚物包含至多40重量%的帶電單體單元，諸如酸性或鹼性單體單元(其等在水溶液中分別為陰離子及陽離子性)，只要此聚合物保持剪切變稀流變性特性即可。陰離子單體單元之實例包括(但不限於)含羧酸之單體單元(例如自丙烯酸、馬來酸、甲基丙烯酸及類似物衍生之單體單元)、含磺酸之單體單元(例如自苯乙烯磺酸衍生)以及類似物。陽離子單體單元之非限制性實例包括含第三胺之單體單元(例如自N-(N,N-二甲基胺基丙基)丙烯醯胺及類似物衍生)、含第四胺之單體單元(例如自丙烯醯胺基丙基-N,N,N-三甲基銨鹽及類似物衍生)、及類似物。
除黏度改質劑外，含水載劑亦可包括其他添加劑，諸如抗乾燥劑、界面活性劑、第二聚合物材料、防腐劑、腐蝕抑制劑、及/或消泡劑。
有用的殺生物劑之非限制性實例包括亞氯酸鈉、次氯酸鈉、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化四丙基銨、氯化烷基苄基二甲基銨、烷基苄基二甲基氫氧化銨、異噻唑啉酮及10-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮雜-1-氮鎓氯化金剛烷。
適宜的抗乾燥劑之非限制性實例包括醇及多元醇，諸如乙二醇、丙二醇及數量平均分子量少於2 kDa之聚(烷二醇)，例如聚(乙二醇)、聚(丙二醇)或乙二醇-丙二醇共聚物。
適宜的界面活性劑之非限制性實例包括炔系界面活性劑(例如炔系二醇或乙氧化炔系二醇)。
在某些較佳實施例中，含水載劑包含至少一種選自以下的額外聚合物：陽離子性聚合物、陰離子性聚合物、聚矽氧烷、經疏水性改質之非離子性聚合物及胺基甲酸酯聚合物(例如聚醚脲聚胺基甲酸酯或經疏水性改質之胺基甲酸酯，諸如聚環氧乙烷胺基甲酸酯)。陰離子性聚合物之實例包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、角叉菜膠(硫酸化多糖)、聚苯乙烯磺酸及包括羧酸化或磺酸化單體單元之共聚物。陽離子性聚合物之實例包括聚乙烯亞胺、聚二烯丙基二甲基銨鹽及聚二烷基胺基丙烯酸酯。
先前技術中之某些切割流體利用黏土材料(諸如膨潤土、LAPONITE膨潤石黏土以及類似物)作為增黏劑。在切片應用中，使用黏土可能會有問題，因為由切割線之磨損所產生之金屬離子會滲入黏土及破壞黏土結構。因此，該組合物較佳實質上不含黏土(例如漿液中至多20%的布洛克菲爾德黏度係源自黏土)且該漿液更佳不含黏土材料。
在某些實施例中，用於本發明方法中之線鋸切割設備除至文中所述程度外，不一定係自設備分離。在其他實施例中，用於將該切割流體輸送至線鋸之泵及噴嘴係經設計成在相對中等至低剪切值下操作。
在另一態樣中，本發明提供一種線鋸切割方法，其包括在用線鋸切割工件的同時，邊將本發明之切割流體組合物施用於線鋸，以有助於切割及冷卻該工件。已觀察到Mw 為150kDa或更大，尤其是200kDa或更大之聚合物經常會由於來自線鋸期間之抽吸及切割作用之剪切而斷裂，導致較低的Mw 值及減少的黏度。因此，本發明之一較佳方法實施例提供一種經改良之線鋸切割方法，其使含此等高Mw 黏度改質劑(即包含具有200kDa或更大之Mw (例如200至2000kDa，或200kDa至1200kDa)或300kDa或更大(例如300kDa至1000kDa)之黏度改質劑)之切割流體所經受的剪切力最小化。該方法包括在用線鋸切割工件的同時邊自切割流體之再循環儲槽將技術方案24之含水切割流體施用於線鋸，其中該切割流體係藉由在不大於104 s-1 ，較佳不大於103 s-1 之相對低剪切速率下操作之泵及噴嘴循環及施用。較佳之泵包括柱塞泵、漸進式空腔泵及隔膜泵。為進一步降低剪切速率，可使用一多分枝系統中之一組較小泵來代替一個大的主泵，且同時仍保持壓力及流速控制。
經受本發明切割方法之工件或梨晶可由任何材料組成。較佳地，梨晶尤其包括矽、藍寶石、碳化矽、氮化鋁、碲、矽石、砷化鎵、磷化銦、硫化鎘、鍺、硫化鋅、灰錫、硒、硼、碘化銀及銻化銦中之一或多者，且自線鋸所得之物件為由所示材料組成之切片基板。更佳地，梨晶包括矽或藍寶石。梨晶最佳為矽。
本發明方法情況中所用線鋸較佳利用直徑為50至300μm之切割線。用於形成此切割線之材料可為任何金屬或複合材料。較佳地，該材料為鋼、不鏽鋼、經塗覆之鋼或含金屬覆層之不鏽鋼；更佳地，該材料為鋼或經塗覆之鋼。
本發明之較佳實施例已於文中經描述為應用於目前技術中可利用之線鋸，且進一步由以下實例舉例說明。然而，本發明絕不以任何方式受限於上文中所述或以下舉例之特定較佳實施例。將貫穿本申請案所引用之所有引用參考文獻(包括文獻參考文獻、發證專利及經公開之專利申請案)之內容清楚地以引用的方式併入本文中。除非另外指出，否則本發明之實施將利用相關技藝中的習知技術。該等技術係詳細說明於相關技術可取得的文獻中。
提供以下實例以闡釋本發明之某些態樣。不應將此等實例以任何方式解釋為限制本發明。
實例1
製備如下的不同載劑組合物：(a)乙二醇(EG)-對照；(b)0.2%(重量/重量)聚丙烯酸，Mv 125K(PAA125K)；(c)0.35%(重量/重量)黃原膠(XG)；(d)0.5%(重量/重量)羥乙基纖維素，Mv 125K(HEC)，(e)5%(重量/重量)聚乙烯基吡咯啶酮K 90(PVP90K)。用pH 7之去離子水製備該含水載劑組合物(即剛才所述之載劑溶液)。在400sec-1 的剪切速率及25℃下，就各別黏度改質劑(增黏劑)而言，載劑溶液分別具有以下的黏度測量值：(A)EG，14.0cP；(B)PAA125K，24.0cP；(C)XG，17.2cP；(D)HEC，14.3cP；及(E)PVP90K，14.3cP。此等測量係藉由使用一杯狀物之Ares流體流變儀(Rheometric Scientific Inc.,Piscataway，NJ)進行。
對每個各別的載劑溶液，藉由添加1:1重量比的α-碳化矽(SiC)(即每個切割漿液為50重量% SiC)而形成切割漿液。切割漿液中所利用之α-碳化矽係購自Tianjin Peng Zhan Chemical Import-Export Co.,Ltd.(中國，天津)。用於切割漿液中之α-碳化矽顆粒之平均粒度(Dv (50%))為10.6μm，其係藉由Horiba LA-910粒度分佈分析儀(Horiba,Ltd.)測定。測得之每種載劑及漿液之布洛克菲爾德黏度(60rpm，18℃)顯示於表1中。
每種切割漿液皆係配合其上經安裝一0.2mm不鏽鋼切割線之單一線鋸(購自MTI Corporation,Richmond,CA之SXJ-2型)使用。使用線鋸及不同的切割漿液自切割面積尺寸為約490mm2 的結晶矽梨晶切割得晶圓。觀察到的切割速率(mm2 /分鐘)記錄於表1。
表1中結果顯示，當多糖(諸如0.35% XG或0.5% HEC)包括在含水SiC切割漿液調配物中時，相對於不含增黏劑之對照SiC-乙二醇切割漿液，切割速率增加了13%至16%。此外，當載劑溶液包括PVP及具有66cP的黏度時，相對於對照組，切割速率降低。多價分散劑PAA 125K亦無法提供增強之切割速率。
實例2
此實例闡述某些具有不同平均分子量特性之聚合物黏度改質劑對碳化矽(SiC)研磨劑顆粒之沉降的影響，其中經測試之黏度改質劑係以不同濃度包括在含水載劑中。
藉由將相等重量的SiC研磨劑顆粒(具有約12μm的最大尺寸)以及包括黏度改質劑(增稠劑)及去離子水之含水載劑組合，而產生50%(重量/重量)SiC漿液。每種載劑中之黏度改質劑的百分比(體積/體積)顯示於表2中。於此實例中評估的不同黏度改質劑為非離子性聚合物，即：聚乙烯基吡咯啶酮(PVP K-120)；甲基纖維素；羥丙基纖維素；羥乙基纖維素(HEC)；及聚乙二醇。所測得之每種載劑及漿液的布洛克爾菲德黏度(60rpm，18℃)顯示於表2中。
攪拌每種50% SiC漿液以使得SiC研磨劑顆粒最大地懸浮於各別載劑中，之後將各者的樣品分別置於50或100ml量筒中。將漿液不攪拌地靜置17小時，以容許SiC研磨劑顆粒沉降，之後觀察位於頂部之澄清載劑溶液量。結果顯示於表2中。
所有受測試之載劑(除對照組-水外)皆提供有用之膠態懸浮特性。水對照組顯示不能在最短時間內保持漿液之膠態特性，且如預期，其不適用於產生漿液。50% SiC於PEG中之先前技術漿液顯示有用的沉降性能(其中漿液係以足夠低的速率沉降)。該PEG漿液之黏度為353cP。在文中所述漿液之經指出優勢之情況中有趣的是實質上低於PEG漿液黏度之漿液黏度顯示類似的沉降性能。舉例而言，在2%羥丙基纖維素(Mw =370K)中製造的50% SiC漿液經顯示具有239cP的黏度，即以羥丙基纖維素為主之漿液具有以PEG為主之漿液之三分之二的黏度。
實例3
此實例闡述在模擬線鋸操作期間之剪切的高剪切條件下，具有不同平均分子量特性之某些聚合物黏度改質劑對黏度之穩定性之影響。藉由如表3所述將等重量的SiC研磨劑顆粒及包括黏度改質劑(增稠劑)及去離子水之含水載劑組合，而產生50%(重量/重量)SiC漿液。OPTIFLOL100及OPTIFLOH370為具有連接有疏水性基團之聚醚的非離子性聚合物(亦稱為疏水性乙氧基化胺基塑料)。OPTIFLOM2600為疏水性乙氧化胺基甲酸酯。在將250ml於1L偉林氏攪切器(Waring blender)(51BL31型，Waring Commercial,Torringtom CT製造)中以18000rpm混合10分鐘進行剪切之前及之後立即測定每種漿液之黏度(布洛克爾菲德黏度計，60rpm，18℃)。
此數據顯示具有高分子量等級之非離子性聚合物越多，且為使黏度損失最小，最好將分子量保持在200kDa以下。此數據亦顯示合成矽酸鎂黏土(諸如LAPONITERD)及有機改質黏土(諸如OPTIGELLX)亦顯現實質的黏度損失。
實例4
此實例闡釋在不同剪切條件下，具有不同平均分子量特性之非離子性聚合物黏度改質劑之混合物對黏度之影響。
藉由如表3中所述將等重量的SiC研磨劑顆粒及包括兩種黏度改質劑(增稠劑)之混合物及去離子水之含水載劑組合，而產生50%(重量/重量)SiC漿液。該等聚合物係Mw為86kDa(HEC低)及Mw為306kDa(HEC高)之羥乙基纖維素，其係藉由用聚丙烯酸標準品標準化之GPC所測定。所有載劑亦含有6%聚乙二醇(Mw=300)、1%非聚合物界面活性劑及20ppm的異噻唑啉殺生物劑。黏度係在40℃，10s-1 及1000s-1 的剪切速率下，藉由Ares流變儀(Rheometric Scientific Inc.,Piscataway，NJ)使用庫埃特幾何(couette geometry)及測量黏度而測定。沉降係藉由將每種漿液之100ml樣品置於100ml量筒中而評估。使漿液不攪拌地靜置24小時以容許SiC研磨劑顆粒沉降，之後觀察頂部澄清載劑溶液之量(ml)。
此數據顯示兩種聚合物之混合物可有效地使研磨劑懸浮，且較佳具有較高百分比的較低分子量聚合物，以使黏度在剪切增加時降低最少。
除非文中另外指出或明顯與上下文相矛盾，否則在闡述本發明之文中(尤其是在以下申請專利範圍之文中)使用術語「一」及「一種」及「該」以及類似的指示物時係應理解為涵蓋單數及複數形式。除非另外指出，否則術語「包括」、「具有」、「包含」及「含有」皆應視為開放術語(即意指「包括，但不限於」)。除非文中另外指出，否則文中引述值的範圍僅係要作為個別提及落於該範圍內之每個個別值之速記方法，且將每個個別值併入說明書中如同其經個別引述於文中。除非文中另外指出或者明顯與上下文相矛盾，否則文中所述之所有方法可以任何適合順序進行。除非另外說明，否則文中提供之任何及所有實例或舉例語言(例如，「諸如」)之使用僅意欲更佳地闡述本發明且不限制本發明之範疇。不應將說明書中的任何語言解釋為指示任何未主張的元素係實施本發明所不可或缺。
文中描述本發明之較佳實施例，包括本發明者已知用於實施本發明之最佳模式。熟悉技藝人士在閱讀前文描述後當可明白該等較佳實施例之變型。本發明者預期熟悉此項技術者能適宜地運用該等變型，且本發明者意欲本發明可以除文中明確描述者外的其他方法實踐。因此，本發明包括由適用法律所許可之隨附申請專利範圍中所敘述之標的物的所有修飾及等效物。此外，除非文中另外指出或者明顯與上下文相矛盾，否則上述元素之其所有可能變型之任何組合皆涵蓋於本發明。

Claims (38)

  1. 一種線鋸切割流體組合物，其包含約25至約75重量%的懸浮於含聚合物黏度改質劑之含水載劑中之顆粒狀研磨劑：其中該黏度改質劑包含一種以單體莫耳數計主要包括非離子性單體單元之聚合物，具有至少約5千道爾頓(kDa)的數量平均分子量(Mn )，且係以足夠濃度存在於該含水載劑中，以使該組合物在約25℃及約60轉/分鐘(rpm)的主軸旋轉速度下之布洛克菲爾德(Brookfield)黏度在約50至約1000厘泊(cP)的範圍內；及其中該組合物係實質上不含黏土材料。
  2. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑為非離子性聚合物。
  3. 如請求項2之組合物，其中該非離子性聚合物係選自由以下組成之群：(a)視需要經至少一烷基、羥烷基、烷氧基烷基或兩或更多個該等基團之組合取代之多糖；(b)聚乙烯基吡咯啶酮；(c)聚乙烯醇；及(d)前述二者或更多者之組合。
  4. 如請求項2之組合物，其中該黏度改質劑包括視需要經至少一選自由烷基、羥烷基及烷氧基烷基組成之群的取代基取代之多糖。
  5. 如請求項4之組合物，其中該多糖係選自由以下組成之群：黃原膠、瓜耳膠、澱粉、纖維素及前述二者或更多者之組合。
  6. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑包括羥乙基纖維素。
  7. 如請求項6之組合物，其中該羥乙基纖維素的重量平均分子量(MW )係在約20至約100 kDa範圍內。
  8. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑的Mw 係在約20至約200 kDa範圍內。
  9. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑的Mn 係在約20至約70 kDa範圍內。
  10. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑係以約0.01至約15重量%的濃度存在於含水載劑中。
  11. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑係適度剪切變稀，以使得在中等剪切速率約1000 s-1 下所測得之載劑黏度不少於在低剪切速率約10 s-1 下所測得載劑黏度的約55%。
  12. 如請求項1之組合物，其中該研磨劑具有至少約7.5的莫氏(Mohs)硬度。
  13. 如請求項1之組合物，其中該研磨劑包括碳化矽。
  14. 如請求項1之組合物，其中該研磨劑具有在約1至約500微米範圍內的平均粒度。
  15. 如請求項1之組合物，其中該含水載劑具有酸性pH。
  16. 如請求項1之組合物，其中該含水載劑包含至少約55重量%的水。
  17. 如請求項1之組合物，其中該含水載劑包含水溶性多元醇抗乾燥劑。
  18. 如請求項17之組合物，其中該抗乾燥劑包括具有少於約2 kDa之數量平均分子量的聚(烷二醇)。
  19. 如請求項1之組合物，其中該含水載劑包含一界面活性劑。
  20. 如請求項19之組合物，其中該界面活性劑包括一炔系界面活性劑。
  21. 如請求項1之組合物，其中該含水載劑包含至少一種選自陽離子性聚合物、陰離子性聚合物、聚矽氧烷、經疏水性改質之非離子性聚合物及聚醚脲聚胺基甲酸酯之額外聚合物。
  22. 如請求項1之組合物，其中該組合物不含黏土材料。
  23. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑包括一MW 在約20至約200 kDa範圍內的非離子性聚合物，且係以足夠濃度存在於該含水載劑中，以使該組合物在約25℃及約60 rpm的主軸旋轉速度下之布洛克菲爾德黏度在約75至約700 cP的範圍內。
  24. 如請求項1之組合物，其中該黏度改質劑包括一含至少約60莫耳%非離子性單體單元之共聚物。
  25. 一種線鋸切割流體組合物，其包含約25至約75重量%的懸浮於含黏度改質劑之含水載劑中之顆粒狀研磨劑；其中該黏度改質劑包含一主要包括非離子性單體單元之聚合物，具有至少約5 kDa的Mn 及至少約200 kDa的MW ，且係以足夠濃度存在於該含水載劑中，以使該組合物在約25℃及約60 rpm的主軸旋轉速度下之布洛克菲爾 德黏度在約50至約700 cP的範圍內。
  26. 如請求項25之組合物，其中該黏度改質劑包括一非離子性聚合物。
  27. 如請求項26之組合物，其中該非離子性聚合物係選自由以下組成之群：(a)視需要經至少一烷基、羥烷基、烷氧基烷基或兩或更多個該等基團之組合取代之多糖；(b)聚乙烯基吡咯啶酮；(c)聚乙烯醇；及(d)前述二者或更多者之組合。
  28. 如請求項26之組合物，其中該黏度改質劑包括一視需要經至少一選自由烷基、羥烷基及烷氧基烷基組成之群的取代基取代之多糖。
  29. 如請求項28之組合物，其中該多糖係選自由以下組成之群：黃原膠、瓜耳膠、澱粉、纖維素及前述二者或更多者之組合。
  30. 如請求項25之組合物，其中該黏度改質劑包括羥乙基纖維素。
  31. 如請求項30之組合物，其中該羥乙基纖維素的MW 係在約300至約1000 kDa範圍內。
  32. 如請求項26之組合物，其中該非離子性聚合物的MW 係在約200至約1200 kDa範圍內。
  33. 如請求項25之組合物，其中該黏度改質劑係適度剪切變稀，以使得在中等剪切速率約1000 s-1 下測得之黏度不少於在低剪切速率約10 s-1 下測得黏度的約55%。
  34. 如請求項25之組合物，其中該研磨劑具有至少約7.5的莫 氏硬度且平均粒度在約1至約500微米範圍內。
  35. 如請求項25之組合物，其中該含水載劑具有酸性pH。
  36. 如請求項25之組合物，其中該含水載劑包含界面活性劑；水溶性多元醇抗乾燥劑；至少一種選自陽離子性聚合物、陰離子性聚合物、聚矽氧烷、經疏水性改質之非離子性聚合物及聚醚脲聚胺基甲酸酯之額外聚合物；或前述二者或更多者之組合。
  37. 一種線鋸切割方法，其包括利用線鋸切割一工件，同時並將如請求項25之線鋸切割流體組合物自一切割流體之再循環儲槽施用於該線鋸，其中該切割流體係藉由在不大於約104 s-1 的相對低剪切速率下操作的泵及噴嘴循環及施用。
  38. 一種線鋸切割方法，其包括利用線鋸切割一工件，同時並將如請求項1之線鋸切割流體組合物自一切割流體之再循環儲槽施用於該線鋸。
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