WO2009053006A1 - Verwendung einer mischung aus im wesentlichen einem thixotropen dispersionsmedium sowie abrasiv wirkenden körnern als schleifmittel - Google Patents

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WO2009053006A1
WO2009053006A1 PCT/EP2008/008826 EP2008008826W WO2009053006A1 WO 2009053006 A1 WO2009053006 A1 WO 2009053006A1 EP 2008008826 W EP2008008826 W EP 2008008826W WO 2009053006 A1 WO2009053006 A1 WO 2009053006A1
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dispersion medium
mixture
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thixotropic
abrasive grains
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PCT/EP2008/008826
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Klaus Holtmann
Björn ZENNER
John G. Beesley
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S & B Industrial Minerals Gmbh
Meyer Burger Ag
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    • B03B—SEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B5/00—Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating
    • B03B5/28—Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating by sink-float separation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Definitions

  • the invention relates to a mixture of a thixotropic dispersion medium and abrasive grains as abrasives.
  • Comparable Bohr Hugheszu accounts are the subject of DE 29 18 683 A1.
  • a drilling mud additive for effectively dispersing clays in an aqueous medium is described.
  • the drilling fluid in question is used in rotary drilling and, due to its viscosity, makes it easy to carry away rock fragments. Due to the thixotropic nature of the drilling fluid, it tends to gel upon interruption of the drilling operation and prevents splinters from settling around the drill bit.
  • aqueous compositions usually comprise a dispersion medium which uses organic components, namely composed of a hydrophilic polyhydric alcohol compound, a lipophilic polyhydric alcohol compound and water.
  • organic components namely composed of a hydrophilic polyhydric alcohol compound, a lipophilic polyhydric alcohol compound and water.
  • colloidal silica particles prepared from a silicate are dispersed, as described in detail in DE 699 11 549 T2.
  • the aforementioned chip-removing machining method and the associated aqueous composition or the aqueous cutting fluid has disadvantages. This also applies to polishing agents based on this, which are used throughout in semiconductor electronics in order to smooth sawn and processed wafers prior to subsequent process steps on the surface.
  • the sedimentation of the abrasive grains dispersed in the organic dispersion medium is determined by the grain size of the abrasive, and hence of the grains. If the size of the grains increases, the dispersion medium has to be adjusted to a higher viscosity in order to continue to ensure proper transport of the abrasive and to prevent sedimentation of the abrasive and possible blockages.
  • US 2002/0039875 A1 describes a polishing liquid for processing semiconductors, which, however, is not used, for example, for the chip-removing separation of such semiconductor crystals.
  • the invention is based on the technical problem of further developing a mixture of a thixotropic dispersion medium and abrasively acting grains as abrasives for chip-removing machining of workpieces, in particular of semiconductor crystals, so that cost-effective reprocessing or disposal succeeds with improved heat capacity and perfect machining result.
  • the invention provides the use of a mixture of a thixotropic and substantially aqueous or water-based dispersion medium and abrasively acting grains as abrasives for the chip-removing machining of workpieces, in particular for chip-removing separation of semiconductor crystals.
  • semiconductor crystals are preferably silicon monocrystals.
  • workpieces made of polysilicon can be processed.
  • those of other semiconductor materials such as gallium arsenide, gallium indium phosphite, etc ..
  • the special use of a mixture of the dispersion medium and the abrasive particles dispersed therein as a further phase or working medium is protected, namely for non-forming chip-removing machining, in particular for chip-removing separation of semiconductor crystals. That is, it is usually about chip-removing separation processes, which include, for example, sawing, wire cutting, wire sawing, etc. of the relevant workpiece.
  • this workpiece is a semiconductor crystal which, with the aid of the mixture, is subdivided into desired wafers (wafers) during a corresponding chip-removing separation process. The discs are then usually polished to prepare them for further process steps.
  • the dispersion medium is a heterogeneous mixture of at least two substances which do not or hardly dissolve into one another or chemically combine with one another. As a rule, these are colloids.
  • the invention relies on a substantially aqueous dispersion medium, that is, a predominantly water-based dispersion medium, in which therefore water - except for any auxiliaries - predominantly represents the dispersant.
  • the auxiliaries which may still have to be added to the water or the predominant dispersant may be, for example, rust inhibitors, defoamers, flocculants, etc., which allow the chip-removing separation process or the chip-removing separation of the semiconductor crystals in the disks to run better, but not necessarily in total required are.
  • the invention has recognized that a thixotropic and essentially water-based dispersion medium known per se can advantageously be used with dispersed and abrasive grains contained therein as abrasives for the described chip-removing machining of workpieces and, in particular, of semiconductor crystals. It is mainly about the chip-removing separation of these semiconductor crystals in slices, since such semiconductor crystals are predominantly rod-like or rod-like single crystals and are divided or separated transversely to their longitudinal extent in the disks or wafers.
  • the thixotropic effect of the dispersion medium for the described application is of particular importance. Because the dispersion medium in addition to the transport of the abrasive grains or more generally an abrasive in the mixture even more tasks. Thus, the thixotropic dispersion medium must provide for the cooling of a separation point in the chip-removing separation. In addition, the thixotropic dispersant must ensure that the abrasive grains or the abrasive does not sediment. For this purpose, a thixotropic liquid or the thixotropic dispersion medium is ideally suited.
  • thixotropic dispersion medium Because if such a thixotropic dispersion medium is not agitated, it becomes solid in the nature of a gel and the abrasive grains present in the mixture remain in place. In contrast, movement of the thixotropic dispersing agent, and hence the mixture of this thixotropic dispersing agent and the abrasive grains, causes the dispersion medium, and consequently also the mixture, to become liquid, but the abrasive particles no longer settle due to the movement can sediment.
  • the thixotropic dispersion medium according to the invention has charged colloidal particles. These charged colloidal particles form networks with sufficient concentration in the dispersion medium to each other and in the best case an elastic gel, which permanently carries the abrasive grains of the mixture in itself. As a result this prevents the described sedimentation of the abrasive grains and prevents any associated negative effects within the scope of the invention. That is, the transport of the mixture through a usually used separator or separator for the described chip-removing separation process is not hindered by any sedimentation, so that the processing is particularly simple and reliable.
  • the colloidal particles in the dispersion medium are smectites, ie phyllosilicates or layer minerals having a three-layer structure, which are preferably used. These are usually suspended in water as a dispersing agent and constitute the dispersed phase. In this connection, a high yield strength of the dispersing agent is at the same time crucial, with a simultaneously low viscosity under shear stress.
  • the predominantly water-based thixotropic dispersion medium according to the invention advantageously represents a suspension of a clay mineral dissolved in water.
  • the dispersion medium has about 1% by weight to 10% by weight, in particular about 1% by weight to 5% by weight. % and preferably about 2 wt .-% to 3 wt .-% of the clay mineral dissolved in water.
  • the remainder (ie up to about 99% by weight) of the dispersion medium is formed by the water as dispersing agent which, even in the presence of the abovementioned auxiliaries, generally contains more than 85% by weight of the water-based thixotropic material used in the context of the invention Constitutes dispersion medium.
  • the water essentially supports the chip-removing separation process or the separation and ensures an advantageous cooling of the separation point. This can speed up the separation process.
  • the described mixture of the abrasion agent or the abrasive grains and the aqueous thixotropic dispersion medium recycle particularly advantageous, as explained below.
  • the mixture according to the invention is used in the wire cutting or wire sawing of semiconductor crystals.
  • the actual separation of the semiconductor crystal in the desired slices is not effected by the wire as such, but ultimately by the abrasive grains or the abrasive in the mixture according to the invention.
  • This material removal is also referred to as lapping, because here with loose grains, the abrasive grains acting in contrast to grinding, in which the respective grain is firmly bound.
  • the grain size of the abrasive grains is approximately homogeneous, so there is a narrow particle size distribution. Otherwise, isolated larger grains may produce relatively deep scores. It has proven useful in this context if more than 90% of the abrasive grains are located within a range of ⁇ 50% compared to the mean grain size of the abrasive grain used in each case.
  • abrasive grains or the abrasive in the mixture according to the invention Due to the illustrated narrow particle size distribution of the abrasive grains or the abrasive in the mixture according to the invention, it is advisable to set a comparable particle size distribution for the additive or the dispersed phase, which provides the desired thixotropy.
  • clay minerals as an additive, it is also favorable if more than 90% of these grains are within a range of ⁇ 50% compared to the average grain size of the particular grain used.
  • the particle size and / or the particle size distribution of the dispersed phase of the dispersion Medium that is generally the dispersed in water as a dispersant colloids, less than or equal to the grain size of the abrasive or the average particle size distribution of the abrasive used.
  • the grain size of the thixotropic additive to the dispersion medium is usually set to be smaller than or equal to the grain size of the abrasive grains.
  • the particle size distribution of the thixotropic additive is designed to be narrower than that of the abrasive grains. That is, here you will, for example, resort to a particle size distribution, in which more than 90% of the grains of the thixotropic additive are located within a range of + 40% compared to the mean grain size of the particular grain used the thixotropic additive.
  • the invention is based on the fundamental finding that, for example, bentonite as a possible thixotropic additive (dispersed phase) in the dispersion medium consists of montmorillonite (colloid former) and accompanying materials or accompanying minerals.
  • this thixotropic additive high-shear stirring
  • the bentonite grains in the example disintegrate into tiny leaflets of montmorillonite crystals. These usually have an edge length of approx. 1 - 3 ⁇ m with approx. 1 - 2 nm thickness. From these leaflets, the already mentioned gel is formed, which shows the thixotropic behavior.
  • the grains of the accompanying minerals thus do not contribute to gel formation.
  • the thixotropic additive (clay mineral) so the addition decays to any accompanying minerals.
  • the maximum size or the distribution of the accompanying minerals is set as a precaution and primarily.
  • this design rule essentially ensures that this makes the abrasive particles can sediment properly and practically sorted in the mixture, if desired. Otherwise, there would be a risk that additionally (coarse-grained) accompanying minerals would be present in the sediment.
  • the thixotropic and aqueous or water-based dispersion medium according to the invention consists predominantly of water as the dispersing agent (water content usually more than 85% by weight in the dispersion medium) and the already mentioned clay mineral in the stated concentration.
  • the clay minerals used are preferably smectite-containing clays, for example bentonite, but also hectorite.
  • other smectites such as corrensite, rectorite, saponite, stevensite, etc. are conceivable. These are known for the described thixotropic behavior.
  • both synthetic and natural clay minerals can be used. Likewise modified natural minerals.
  • Certain starches and organic polymers can also be advantageously dissolved as colloids in water and as a dispersion medium according to the invention be used.
  • clay minerals also acicular chain silicates such as sepiolite are able to form thixotropic aqueous suspensions.
  • these require very high solids content and the yield point is less well compared to the viscosity.
  • not only clay mineral colloidal particles are encompassed by the invention. In principle, therefore, all colloidal dispersions in which interactions between the colloids occur, including mixtures of, for example, organic macromolecules and smectites, are suitable.
  • the thixotropic behavior of the clay mineral which is generally dissolved in the water, is brought about by the formation of bridges between the individual dissolved particles or smectites in such a clay mineral suspension without movement.
  • These bridges represent the already mentioned network, which carries the abrasive grains dispersed in the dispersion medium and prevents their sedimentation. This is achieved particularly simply by equipping the abrasive grains with particle sizes below 100 .mu.m, preferably less than 50 .mu.m and preferably below 20 .mu.m.
  • the abrasive grains for example, with an average grain diameter of less than 100 microns, in particular be dispersed below 50 microns, and preferably in the range of about 20 microns in the thixotropic dispersion medium. Because such grain sizes can be easily record and hold in the described network.
  • the invention recommends in the dispersion medium in addition to the dispersant water as an additive, the clay mineral in low grain size with grain sizes of significantly less than 500 microns.
  • the grain size of the clay mineral used is less than 200 microns and is more preferably below 100 microns.
  • the grain size of the clay mineral may be less than 50 microns and even less than 20 microns.
  • inventively viscosities of mostly significantly less than 1 Pas (1 pascal-second) are observed. The viscosity is thus always below that of, for example, glycerol (1, 5 Pas), measured at 20 ° C.
  • the abovementioned described dynamic viscosity of the mixture is in the range of less than 500 mPas and is preferably below 400 mPas. Usually, a range between 30 and 350 mPas is observed depending on the proportion of abrasive grains for the mixture. As a result, low viscosities are available, which are particularly preferred for the production of wafers of polysilicon or silicon monocrystals (silicon wafers). Because the mixture in question is usually used to rinse a wire, which cuts through the said silicon single crystal or generally the semiconductor crystal. It is usually worked with a low feed rate of about 0.1 mm / min, and set the cutting width in the range of below 0.2 mm. An example of such a separating device is described in DE 698 24 655 T2.
  • the wafers cut by means of the mixture according to the invention can simply be cleaned with (deionized) water and by ultrasound in the example case without the use of chemicals.
  • This can be attributed to the use of predominantly water as a constituent of the dispersion medium on the one hand and the possibility of simple separation of the individual constituents from the mixture on the other hand.
  • auxiliaries can be added to the thixotropic and predominantly water-based dispersion medium. That's it additionally conceivable to change the rheological properties of the dispersion medium by the addition of electrolytes.
  • the pH value can also be varied.
  • phosphoric acid, citric acid, polyphosphates and in particular triphosphates can be added in addition and only by way of example, although water is still the main constituent (with more than 85% by weight) of the thixotropic water-based dispersion medium according to the invention.
  • the mixture according to the invention and the mixture used can be processed particularly easily.
  • the dispersion medium or the mixture used for example, be diluted with water so far that the network described above no longer forms and there is a sedimentation. This sedimentation leads to a separation according to grain sizes.
  • the unwanted fines from the cut material or silicon and the grains or silicon carbide can then be flocculated by the already contained clay minerals and optionally with the addition of further clay minerals and optionally a flocculant.
  • the pH or electrolyte concentration can be changed to achieve flocculation and hence sedimentation.
  • the advantage is always achieved that the grains of the abrasive hardly or hardly lost.
  • the flocculated material is harmless to health and can be used for secondary use. The disposal of a normal landfill is possible. This means that special disposal measures do not have to be taken.
  • the dispersion medium consists of the dispersing agent (usually water as the main constituent) and an additive (as dispersant). gATOR phase), which provides regularly for the desired thixotropy.
  • This additive usually the clay mineral
  • This additive can be dry blended and marketed with the abrasive grains of, for example, silicon carbide. The dry mix of the additive and the abrasive grains is then completed to the mixture just prior to processing with the dispersant.
  • transport costs are saved, because the dispersion medium (water) is usually already present at the place of chip removal machining.
  • the mixture of the present invention does not show such even after 60 hours.
  • This can essentially be attributed to the fact that the bentonite dissolved in water, even in the adjusted concentration of 2% by weight, forms the previously mentioned network with its colloid and charged smectite platelets, and the silicon carbide grains are held therein they can not sediment.
  • the mechanical interlocking of the pointed silicon grains with each other is reduced because they are spaced in the network. As a result, the mixture can be solved with little mechanical effort and transport easily.
  • the dynamic viscosity is in the range of about 40 mPas.
  • the piping system can be easily cleaned by rinsing with water. Mechanical cleaning is not required.
  • the rinse water can be disposed of via the sewage system.

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Mischung aus einem thixotropen Dispersionsmedium sowie abrasiv wirkenden Körnern als Schleifmittel zur spanabtragenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere von Halbleiterkristallen. Auf diese Weise lässt sich die Mischung besonders einfach wieder aufbereiten und wird ein besonders funktionsgerechter Trennvorgang für das zu bearbeitende Werkstück zur Verfügung gestellt.

Description

Verwendung einer Mischung aus im Wesentlichen einem thixotropen Dispersionsmedium sowie abrasiv wirkenden Körnern als Schleifmittel
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Mischung aus einem thixotropen Dispersionsmedium sowie abrasiv wirkenden Körnern als Schleifmittel.
Solche Mischungen sind allgemein bekannt und kommen in der Praxis als beispielsweise Bohrspülzubereitungen zum Einsatz. In diesem Zusammenhang wird die Eindickung von wasserbasierten Systemen unter Einsatz von Tonen in großem Umfang ausgenutzt. Tatsächlich neigen diese Mischungen zu einer thixotropen Eindickung, was vorteilhaft für die beschriebenen Einsatzzwecke, beispielsweise in Verbindung mit geologischen Bohrungen genutzt wird. So beschäftigt sich die DE 43 02 462 A1 mit der Verwendung von Alkoxylaten wasserunlöslicher Alkohole zur Steuerung der rheologischen Eigenschaften fließ- und pumpfähiger wässriger Zubereitungen feinteiliger Mineralstoffe, die als Arbeitsmittel im Bereich des Aufschlusses geologischer Formationen ein- gesetzt werden.
Vergleichbare Bohrspülzusätze sind Gegenstand der DE 29 18 683 A1. Hier wird ein Bohrspülungszusatz zur wirksamen Dispergierung von Tonen in einem wässrigen Medium beschrieben. Die fragliche Bohrspülung kommt beim Rotationsbohren zum Einsatz und ermöglicht aufgrund ihrer Viskosität ein einfaches Forttragen von Gesteinssplittern. Aufgrund der thixotropen Eigenschaften der Bohrspülung neigt sie bei einer Unterbrechung des Bohrvorganges zum Gelieren und verhindert, dass sich Splitter um die Bohrspitze herum absetzen.
Die spanabtragende Bearbeitung von Werkstücken und hier insbesondere von Halbleiterkristallen, zu denen Silizium-Einkristalle gehören, wird ganz unabhängig hiervon mit speziellen wässrigen Zusammensetzungen durchgeführt. Diese umfassen in der Regel ein Dispersionsmedium, welches auf organische Komponenten zurückgreift, nämlich aus einer hydrophilen mehrwertigen Alkohol-Verbindung, einer lipophilen mehrwertigen Alkohol-Verbindung und Wasser zusammengesetzt ist. In dem Dispersionsmedium werden aus einem Silikat hergestellte kolloidale Kieselsäure-Teilchen dispergiert, wie dies die DE 699 11 549 T2 im Detail beschreibt.
Das vorgenannte spanabtragende Bearbeitungsverfahren und die zugehörige wässrige Zusammensetzung bzw. das wässrige Schneidfluid ist mit Nachteilen behaftet. Das gilt auch für Poliermittel auf dieser Basis, die in der Halbleiterelektronik durchweg eingesetzt werden, um gesägte und zu prozessierende Wafer vor anschließenden Prozessschritten an der Oberfläche zu glätten.
Tatsächlich hat sich in diesem Zusammenhang nämlich herausgestellt, dass die Sedimentation der im organischen Dispersionsmedium dispergierten abrasiv wirkenden Körner durch die Korngröße des Schleifmittels und mithin der Körner bestimmt wird. Steigt die Größe der Körner, so muss das Dispersionsmedium auf eine höhere Viskosität eingestellt werden, um unverändert einen einwand- freien Transport des Schleifmittels zu gewährleisten sowie eine Sedimentation des Abrasionsmittels und etwaige Verstopfungen zu verhindern.
Um dieser erhöhten Viskosität der Mischung respektive Schneidsuspension entgegenzuwirken, wird in der Regel die Konzentration des Schleifmittels reduziert, um die Gesamtviskosität einschließlich der Körner beizubehalten. Das verlangsamt jedoch den spanabtragenden Vorgang bzw. einen an dieser Stelle meistens durchgeführten Sägeprozess. Ein weiterer systembedingter Nachteil derartiger bekannter organischer Dispersionsmedien besteht darin, dass sie über eine nur geringe Wärmekapazität verfügen. Dadurch besteht nur ein geringer Schutz vor Überhitzung und das fragliche Dispersionsmedium lässt sich zudem nur schwer abbauen und zurückgewinnen. Ebenfalls nachteilig bei solchen organischen Dispersionsmedien ist der aufwändige Herstellungsprozess und die notwenige Entsorgung nach dem Gebrauch. Vielfach ist eine Wiederverwendung nicht möglich, da im Dispersionsmedium gelöste Feinstanteile aus gebrauchten abrasiv wirkenden Körnern und zusätzlich Abrieb nicht mit finanziell vertretbarem Aufwand an Technik und Zeit ausgeschleust werden können.
Im Rahmen der JP 10-081872 mit dem Titel "Aqueous dispersion medium composition for abrasive grain and method for cutting ingot by using cutting fluid made therefrom" wird ein Dispersionsmedium mit darin befindlichen abrasiv wirkenden Körnern beschrieben. Das Dispersionsmedium greift jedoch nicht auf Wasser alleine als Dispersionsmittel zurück, sondern nennt zusätzlich und obligatorisch Carboxylsäure. Auf diese Weise kann der PH-Wert des bekannten Dispersionsmediums insgesamt so eingestellt werden, dass bei einem hiermit durchgeführten Trennvorgang chemische Reaktionen zuverlässig vermieden werden.
Darüber hinaus beschreibt die US 2002/0039875 A1 eine Polierflüssigkeit zum Prozessieren von Halbleitern, die jedoch nicht beispielsweise zur spanab- tragenden Trennung solcher Halbleiterkristalle eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Mischung aus einem thixotropen Dispersionsmedium sowie abrasiv wirkenden Körnern als Schleifmittel zur spanabtragenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere von Halbleiterkristallen, so weiterzuentwickeln, dass bei verbesserter Wärmekapazität und einwandfreiem Bearbeitungsergebnis eine kostengünstige Wiederaufbereitung respektive Entsorgung gelingt.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist Gegenstand der Erfindung die Ver- wendung einer Mischung aus einem thixotropen und im Wesentlichen wässrigen bzw. wasserbasierten Dispersionsmedium sowie abrasiv wirkenden Körnern als Schleifmittel zur spanabtragenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zur spanabtragenden Trennung von Halbleiterkristallen. Bei diesen Halbleiterkristallen handelt es sich bevorzugt um Silizium-Einkristalle. Daneben können natürlich auch Werkstücke aus Polysilizium bearbeitet werden. Ebenso solche aus anderen Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Galliumarsenid, Galliumindiumphosphit usw..
Im Rahmen der Erfindung wird also die spezielle Verwendung einer Mischung aus dem Dispersionsmedium und den darin als weitere Phase bzw. Arbeitsmittel dispergierten abrasiv wirkenden Körnern unter Schutz gestellt, und zwar zur nicht formgebenden spanabtragenden Bearbeitung, insbesondere zur spanabtragenden Trennung von Halbleiterkristallen. Das heißt, es geht in der Regel um spanabtragende Trennvorgänge, zu denen beispielsweise das Sägen, Drahtschneiden, Drahtsägen etc. des betreffenden Werkstückes gehört. Bei diesem Werkstück handelt es sich - wie bereits beschrieben - um einen Halbleiterkristall, welcher mit Hilfe der Mischung bei einem entsprechenden spanabtragenden Trennvorgang in Scheiben gewünschter Stärke (Wafer) unterteilt wird. Die Scheiben werden anschließend meistens noch poliert, um sie für weitere Prozessschritte vorzubereiten.
Bei dem Dispersionsmedium handelt es sich im Rahmen der Erfindung und nach üblichem Verständnis um ein heterogenes Gemenge aus mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. In der Regel handelt es sich hierbei um Kolloide. Tatsächlich greift die Erfindung auf ein im Wesentlichen wässriges Dispersionsmedium zurück, also ein überwiegend auf Wasser basierendes Dispersionsmedium, bei dem also Wasser - bis auf etwaige Hilfsstoffe - überwiegend das Dispersionsmittel darstellt. Bei den dem Wasser bzw. dem überwiegenden Dispersionsmittel ggf. noch zugesetzten Hilfsstoffen kann es sich um beispielsweise Rostschutzmittel, Entschäumer, Flockungsmittel etc. handeln, die den spanabtragenden Trennvorgang bzw. die spanabtragende Trennung der Halbleiterkristalle in die Scheiben besser ablaufen lassen, aber insgesamt nicht unbedingt erforderlich sind. Die Erfindung hat erkannt, dass sich ein an sich bekanntes thixotropes sowie im Wesentlichen wasserbasiertes Dispersionsmedium vorteilhaft mit darin enthaltenen dispergierten und abrasiv wirkenden Körnern als Schleifmittel für die beschriebene spanabtragende Bearbeitung von Werkstücken und hier insbe- sondere von Halbleiterkristallen einsetzen lässt. Dabei geht es überwiegend um die spanabtragende Trennung dieser Halbleiterkristalle in Scheiben, da solche Halbleiterkristalle überwiegend stangenartig bzw. als stangenartige Einkristalle vorliegen und quer zu ihrer Längserstreckung in die Scheiben bzw. Wafer unterteilt bzw. getrennt werden.
In diesem Zusammenhang kommt der thixotropen Wirkung des Dispersionsmediums für den beschriebenen Einsatzzweck besondere Bedeutung zu. Denn dem Dispersionsmedium kommen neben dem Transport der abrasiv wirkenden Körner bzw. allgemein eines Abrasionsmittels in der Mischung noch weitere Aufgaben zu. So muss das thixotrope Dispersionsmedium für die Kühlung einer Trennstelle bei der spanabtragenden Trennung sorgen. Außerdem muss das thixotrope Dispersionsmittel sicherstellen, dass die abrasiv wirkenden Körner bzw. das Abrasionsmittel nicht sedimentiert. Hierzu ist eine thixotrope Flüssigkeit bzw. das thixotrope Dispersionsmedium ideal geeignet. Denn wenn ein solches thixotropes Dispersionsmedium nicht bewegt wird, wird es fest in der Art eines Gels und die in der Mischung vorhandenen abrasiv wirkenden Körner bleiben an ihrem Platz. Dagegen führt eine Bewegung des thixotropen Dispersionsmittels und folglich der Mischung aus diesem thixotropen Dispersionsmittel und den abrasiven Körnern dazu, dass das Dispersions- medium, und demzufolge auch die Mischung, flüssig werden, wobei sich durch die Bewegung die abrasiv wirkenden Körner allerdings nicht mehr absetzen und sedimentieren können.
Nach vorteilhafter Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße thixotrope Dispersionsmedium geladene kolloide Partikel auf. Diese geladenen kolloiden Partikel bilden bei ausreichender Konzentration in dem Dispersionsmedium zueinander Netzwerke und im günstigsten Fall ein elastisches Gel, welches die abrasiv wirkenden Körner der Mischung dauerhaft in sich trägt. Als Folge hiervon wird die beschriebene Sedimentation der abrasiv wirkenden Körner verhindert und lassen sich etwaige damit verbundene negative Auswirkungen im Rahmen der Erfindung verhindern. Das heißt, der Transport der Mischung durch eine in der Regel eingesetzte Trennmaschine oder Trennvorrichtung für den beschriebenen spanabtragenden Trennvorgang wird nicht durch etwaige Sedimentation behindert, so dass die Verarbeitung besonders einfach und funktionssicher erfolgt.
Zugleich ist die Stärke der Bindung zwischen den einzelnen kolloiden Partikeln jedoch gering, so dass bei ausreichend hohen Scherraten das Netzwerk wieder reversibel aufgelöst werden kann. Als Folge hiervon wird die Suspension wieder dünnflüssiger, bzw. sinkt die Viskosität, so dass sich insgesamt das thixotrope Verhalten erklärt. Als kolloide Partikel in dem Dispersionsmedium kommen Smektite, also Schichtsilikate bzw. Schichtmineralien mit Dreischichtstruktur, bevorzugt zum Einsatz. Diese werden üblicherweise in Wasser als Dispersionsmittel suspendiert und stellen die dispergierte Phase dar. In diesem Zusammenhang ist entscheidend eine hohe Fließgrenze des Dispersionsmittels bei gleichzeitig geringer Viskosität unter Scherspannung.
Das überwiegend wasserbasierente thixotrope Dispersionsmedium nach der Erfindung stellt vorteilhaft eine Suspension eines in Wasser gelösten Tonminerals dar. Dabei weist das Dispersionsmedium ca. 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, insbesondere ca. 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% und vorzugsweise ca. 2 Gew.-% bis 3 Gew.-% des in Wasser gelösten Tonminerals auf. Der Rest (also bis zu ca. 99 Gew.-%) des Dispersionsmediums wird von dem Wasser als Dispersionsmittel gebildet, welches auch bei Vorhandensein der zuvor angesprochenen Hilfsstoffe in der Regel mehr als 85 Gew.-% des im Rahmen der Erfindung eingesetzten wasserbasierenden thixotropen Dispersionsmediums ausmacht. Auf diese Weise unterstützt das Wasser wesentlich den spanab- tragenden Trennvorgang bzw. die Trennung und sorgt für eine vorteilhafte Kühlung der Trennstelle. Dadurch kann der Trennvorgang beschleunigt werden. Im Übrigen lässt sich die beschriebene Mischung aus dem Abrasionsmittel bzw. den abrasiv wirkenden Körnern und dem wässrigen thixotropen Dispersionsmedium besonders vorteilhaft recyclen, wie nachfolgend erläutert wird.
Im Allgemeinen kommt die erfindungsgemäße Mischung beim Drahtschneiden bzw. Drahtsägen von Halbleiterkristallen zum Einsatz. Die eigentliche Trennung des Halbleiterkristalls in die gewünschten Scheiben wird nicht durch den Draht als solchen bewirkt, sondern letztendlich durch die abrasiv wirkenden Körner bzw. das Abrasionsmittel in der erfindungsgemäßen Mischung. Dieser Materialabtrag wird auch als Läppen bezeichnet, weil hier mit losen Körnern, den abrasiv wirkenden Körnern im Gegensatz zum Schleifen gearbeitet wird, bei dem das jeweilige Korn fest gebunden ist. Durch das Drahtsägen und den damit einhergehenden Läppvorgang werden hohe Oberflächengüten wegen des geringen Materialabtrags erreicht.
Dabei ist zusätzlich von Bedeutung, dass die Korngröße der abrasiv wirkenden Körner annähernd homogen ist, also eine schmale Korngrößenverteilung vorliegt. Andernfalls können vereinzelte größere Körner relativ tiefe Riefen erzeugen. Bewährt hat es sich in diesem Zusammenhang, wenn mehr als 90 % der abrasiv wirkenden Körner innerhalb einer Spanne von ± 50 % im Vergleich zur mittleren Korngröße des jeweils eingesetzten abrasiv wirkenden Kornes angesiedelt sind.
Aufgrund der dargestellten schmalen Korngrößenverteilung der abrasiv wirkenden Körner bzw. des Abrasionsmittels in der erfindungsgemäßen Mischung empfiehlt es sich, auch für den Zusatz bzw. die dispergierte Phase, welcher für die gewünschte Thixotropie sorgt, eine vergleichbare Korngrößenverteilung einzustellen. Für den Fall, dass an dieser Stelle Tonmineralien als Zusatz als Berücksichtigung finden, ist es ebenfalls günstig, wenn mehr als 90 % dieser Körner innerhalb einer Spanne von ± 50 % im Vergleich zur mittleren Korn- große des jeweils eingesetzten Kornes angesiedelt sind.
Zusätzlich und von besonderer Bedeutung ist der Umstand, dass die Korngröße und/oder die Korngrößenverteilung der dispergierten Phase des Dispersions- mediums, also im Allgemeinen der in Wasser als Dispersionsmittel disper- gierten Kolloide, kleiner oder gleich im Vergleich zur Korngröße des Abrasionsmittels respektive der mittleren Korngrößenverteilung des eingesetzten Abrasionsmittels ist. Anders ausgedrückt, wird in der Regel die Korn- große des thixotropen Zusatzes zu dem Dispersionsmedium kleiner oder gleich der Korngröße der abrasiv wirkenden Körner eingestellt. Alternativ oder zusätzlich ist auch die Korngrößenverteilung des thixotropen Zusatzes schmaler als diejenige der abrasiv wirkenden Körner ausgelegt. Das heißt, hier wird man beispielsweise auf eine Korngrößenverteilung zurückgreifen, bei welcher mehr als 90 % der Körner des thixotropen Zusatzes innerhalb einer Spanne von + 40 % im Vergleich zur mittleren Korngröße des jeweils eingesetzten Kornes des thixotropen Zusatzes angesiedelt sind.
Bei dieser Bemessungsregel geht die Erfindung von der grundsätzlichen Erkenntnis aus, dass beispielsweise Bentonit als möglicher thixotroper Zusatz (dispergierte Phase) in dem Dispersionsmedium aus Montmorillonit (Kolloidbildner) und Begleitmaterialien bzw. Begleitmineralien besteht. Beim Disper- gieren dieses thixotropen Zusatzes (Rühren mit hoher Scherung) in dem Dispersionsmittel bzw. Wasser zerfallen die Bentonitkömer im Beispielsfall in win- zig kleine Blättchen aus Montmorillonitkristallen auseinander. Diese verfügen regelmäßig über eine Kantenlänge von ca. 1 - 3 μm bei ca. 1 - 2 nm Dicke. Aus diesen Blättchen wird das bereits angesprochene Gel gebildet, welches das thixotrope Verhalten zeigt. Die Körner der Begleitmineralien tragen also nicht zur Gelbildung bei.
Bei dem Dispergieren des thixotropen Zusatzes (Tonmineral) zerfällt also der Zusatz bis auf etwaige Begleitmineralien. Durch Mahlen des Zusatzes und Einstellen der Korngröße sowie der Korngrößenverteilung wird vorsorglich und primär die maximale Größe bzw. die Verteilung der Begleitmineralien einge- stellt. Es kommt letztlich und in der Quintessenz also darauf an, die Korngröße und auch die Korngrößenverteilung der Begleitmineralien an die Korngröße des Abrasionsmittels und dessen Korngrößenverteilung anzupassen. Tatsächlich stellt diese Bemessungsregel im Wesentlichen sicher, dass hierdurch die abrasiv wirkenden Partikel einwandfrei und praktisch sortenrein in der Mischung sedimentieren können, wenn dies gewünscht wird. Anderenfalls bestünde die Gefahr, dass in dem Sediment zusätzlich noch (grobkörnige) Begleitmineralien vorhanden sind.
Die erläuterte Bemessungsregel, dass die im Wasser als Dispersionsmittel dispergierten Kolloide (Tonmineral) eine Korngröße aufeisen, die kleiner oder gleich im Vergleich zur Korngröße des Abrasionsmittels ausgebildet ist bzw. die Kolloide respektive Tonmineralien mit einer Korngrößenverteilung dem Dispersionsmittel (Wasser) zugesetzt werden, die schmaler als diejenige der abrasiv wirkenden Körner ausgelegt ist, zieht noch einen weiteren Vorteil nach sich. Denn hierdurch wird sichergestellt, dass die Wirkung der abrasiv wirkenden Körner bzw. des Abrasionsmittels nicht durch demgegenüber größere Körner aus dem Begleitmaterial bzw. den (grobkörnigen) Begleitmineralien behindert wird. Das heißt, die Körner des Begleitmaterials bzw. Begleitminerals zu den Montmorillonitkristallen im Beispielfall können durch diese Bemessungsregel die Oberflächenqualität der bei der spanabtragenden Trennung entstehenden Scheiben (Wafer) nicht negativ beeinflussen.
Wie bereits erläutert, setzt sich das erfindungsgemäße thixotrope und wässrige bzw. wasserbasierte Dispersionsmedium überwiegend aus Wasser als dem Dispersionsmittel (Wasseranteil meistens mehr als 85 Gew.-% im Dispersionsmedium) und dem bereits angesprochenen Tonmineral in der angegebenen Konzentration zusammen. Bei den eingesetzten Tonmineralien handelt es sich bevorzugt um smektithaltige Tonerden, wie zum Beispiel Bentonit aber auch Hektorit. Darüber hinaus sind andere Smektite wie Corrensit, Rectorit, Saponit, Stevensit usw. denkbar. Diese sind für das beschriebene thixotrope Verhalten bekannt. Dabei lassen sich grundsätzlich sowohl synthetische als auch natürliche Tonmineralien einsetzen. Ebenso modifizierte natürliche Mineralien.
Auch gewisse Stärken sowie organische Polymere können als Kolloide vorteilhaft in Wasser gelöst werden und als erfindungsgemäßes Dispersionsmedium zum Einsatz kommen. Femer sind neben Tonmineralien auch nadeiförmige Kettensilikate wie Sepiolith in der Lage, thixotrope wässrige Suspensionen zu bilden. Diese erfordern allerdings sehr hohe Feststoffanteile und die Fließgrenze ist im Vergleich zur Viskosität weniger gut ausgeprägt. Im Ergebnis werden von der Erfindung also nicht nur tonmineralische kolloide Partikel um- fasst. Grundsätzlich geeignet sind somit alle kolloiden Dispersionen, bei denen Wechselwirkungen zwischen den Kolloiden auftreten, also auch Mischungen beispielsweise aus organischen Makromolekülen und Smektiten.
Im Detail wird das thixotrope Verhalten des in der Regel im Wasser gelösten Tonminerals dadurch bewirkt, dass sich in einer solchen Tonmineralsuspension ohne Bewegung Brücken zwischen den einzelnen gelösten Partikeln bzw. Smektiten bilden. Diese Brücken stellen das bereits angesprochene Netzwerk dar, welches die in dem Dispersionsmedium dispergierten abrasiv wirkenden Körner trägt und deren Sedimentation verhindert. Das gelingt besonders einfach dadurch, dass die abrasiv wirkenden Körner mit Korngrößen unterhalb von 100 μm, vorzugsweise weniger als 50 μm und bevorzugt unter 20 μm ausgerüstet sind.
Erst wenn diese Mischung bzw. allgemein das beschriebene Dispersionsmedium einer scherenden Bewegung unterzogen wird, brechen die beschriebenen Brücken auf. Da in der Regel beispielsweise 1 kg an den abrasiv wirkenden Körnern mit 1 I des Dispersionsmediums gemischt wird, stehen innerhalb der Mischung genügend Körner zur Verfügung, so dass selbst bei geringfügigen mikroskopischen Scherraten die angesprochenen Brücken aufbrechen und die Viskosität der Mischung sinkt. Das stellt im Allgemeinen jedoch kein Problem dar, weil eine entsprechende Flüssigkeitsbewegung der Mischung mit einem Mischungstransport verbunden ist, welcher entweder in die gewünschte spanabtragende Bearbeitung mündet oder danach in eine Wieder- aufbereitung oder eine erneute Nutzung der Mischung.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die abrasiv wirkenden Körner beispielsweise mit einem mittleren Korndurchmesser von weniger als 100 μm, insbesondere unterhalb von 50 μm und bevorzugt im Bereich von ca. 20 μm in dem thixotropen Dispersionsmedium dispergiert werden. Denn derartige Korngrößen lassen sich in dem beschriebenen Netzwerk unschwer aufnehmen und halten. Außerdem empfiehlt die Erfindung in dem Dispersionsmedium neben dem Dispersionsmittel Wasser als Zusatz das Tonmineral in geringer Körnung mit Korngrößen von deutlich weniger als 500 μm.
In der Regel beträgt die Korngröße des eingesetzten Tonminerals weniger als 200 μm und liegt besonders bevorzugt unterhalb von 100 μm. Vorzugsweise mag die Korngröße des Tonminerals weniger als 50 μm und sogar unter 20 μm angesiedelt sein. Auf diese Weise wird insgesamt eine relativ geringe Viskosität der Mischung aus den abrasiv wirkenden Körnern und dem Dispersionsmedium aus Wasser und dem Tonmineralzusatz zur Verfügung gestellt. Tatsächlich werden erfindungsgemäß Viskositäten von zumeist deutlich weniger als 1 Pas (1 Pascal-Sekunde) beobachtet. Die Viskosität liegt damit immer unterhalb derjenigen von beispielsweise Glycerin (1 ,5 Pas), bei 20° C gemessen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die vorgenannte beschriebene dynamische Viskosität der Mischung im Bereich von weniger als 500 mPas angesiedelt ist und vorzugsweise unter 400 mPas liegt. Meistens wird ein Bereich zwischen 30 und 350 mPas in Abhängigkeit vom Anteil der abrasiven Körner für die Mischung beobachtet. Dadurch stehen geringe Viskositäten zur Verfügung, welche insbesondere für die Herstellung von Scheiben aus Polysilizium oder Silizium-Einkristallen (Silizium-Wafem) besonders bevorzugt sind. Denn die fragliche Mischung dient in der Regel dazu, einen Draht zu spülen, welcher den besagten Silizium-Einkristall oder allgemein den Halbleiterkristall durchtrennt. Dabei wird meistens mit einer geringen Vorschubgeschwindigkeit von ca. 0,1 mm/Min, gearbeitet und die Schnittbreite im Bereich von unterhalb von 0,2 mm eingestellt. Ein Beispiel für eine solche Trennvorrichtung wird in der DE 698 24 655 T2 beschrieben.
Infolge der geringen Viskosität der erfindungsgemäßen Mischung kommt es an dieser Stelle nicht zur Ausbildung sogenannter "taper". Denn die Mischung legt sich aufgrund ihrer geringen Viskosität praktisch mit gleichmäßiger Flüssigkeitsdicke um den Draht hinsichtlich seiner gesamten Länge und es kommt praktisch nicht oder kaum dazu, dass sich die Mischung zu Beginn des Schneidvorganges staut und gegen Ende des Schneidvorganges nicht mehr ausreichend verfügbar ist. Das heißt, die Gefahr, dass sich in der Sägefuge ein Keil (taper) bildet, wird deutlich reduziert. Dies umso mehr, als es sich empfiehlt, den Draht oder allgemein das Trennwerkzeug mit alternierender Schneidrichtung durch den zu trennenden Halbleiterkristall zu führen.
Dadurch, dass die beschriebene "Keilwirkung" (taper) innerhalb der Sägefuge bzw. im Bereich der Trennstelle reduziert ist und infolge der verringerten Viskosität zugleich ein besserer Materialtransport an dieser Stelle stattfindet, wird auch die Rauhigkeit der erzeugten Scheibe (Silizium-Wafer) gegenüber bisherigen Vorgehensweisen verringert. Als Folge kann auf aufwändige Nachbear- beitungen zur Politur zum Teil verzichtet werden bzw. sind diese Nacharbeitmaßnahmen deutlich weniger aufwändig als beim Stand der Technik, welcher mit den zuvor bereits angesprochenen organischen Dispersionsmedien arbeitet.
Hinzu kommt, dass die mittels der erfindungsgemäßen Mischung geschnittenen Wafer im Beispielfall ohne Einsatz von Chemikalien schlicht mit (deionisiertem) Wasser und durch Ultraschall gereinigt werden können. Das lässt sich auf den Einsatz von überwiegend Wasser als Bestandteil des Dispersionsmediums einerseits und die Möglichkeit der einfachen Abtrennung der einzelnen Bestandteile aus der Mischung andererseits zurückführen. Des Weiteren ist von Bedeutung, dass während des Sägeprozesses praktisch kein metallischer Abrieb an den abrasiv wirkenden Körnern abgelagert wird. Das heißt, das Abrasionsmittel bzw. die abrasiv wirkenden Körner müssen nach ihrer Abtrennung durch beispielsweise Sedimentation aus der benutzten Mischung nicht einem aufwändigen und problematischen chemischen Reinigungsvorgang (mit Säure) unterzogen werden.
Wie einleitend bereits erläutert, können dem thixotropen sowie überwiegend wasserbasierten Dispersionsmedium Hilfsstoffe zugesetzt werden. Dabei ist es ergänzend denkbar, die rheologischen Eigenschaften des Dispersionsmediums durch den Zusatz von Elektrolyten zu ändern. Auch der PH-Wert lässt sich variieren. Zu diesem Zweck können ergänzend und lediglich beispielhaft Phosphorsäure, Zitronensäure, Polyphosphate und hier insbesondere Triphosphate zu- gesetzt werden, wobei allerdings nach wie vor das Wasser den Hauptbestandteil (mit mehr als 85 Gew.-%) des thixotropen wasserbasierten erfindungsgemäßen Dispersionsmediums darstellt.
Hinzu kommt, dass sich die erfindungsgemäße und benutzte Mischung beson- ders einfach aufbereiten lässt. Dabei kann man zunächst den gewünschten Grobanteil des Abrasivmittels beispielsweise durch Filtern oder in einem Zyklon aus der Suspension bzw. Mischung abscheiden. Alternativ kann das Dispersionsmedium bzw. die benutzte Mischung beispielsweise mit Wasser soweit verdünnt werden, dass sich das zuvor beschriebene Netzwerk nicht mehr bildet und es zu einer Sedimentation kommt. Diese Sedimentation führt zu einer Trennung nach Korngrößen.
Der unerwünschte Feinanteil aus dem geschnittenen Werkstoff bzw. Silizium und den Körnern respektive Siliziumcarbid kann dann durch die bereits enthal- tenen Tonmineralien sowie gegebenenfalls unter Zugabe weiterer Tonmineralien und optional eines Flockungsmittels ausgeflockt werden. Alternativ hierzu lässt sich auch der PH-Wert oder die Elektrolytkonzentration ändern und die Ausflockung und folglich Sedimentation erreichen. Immer wird der Vorteil erreicht, dass die Körner aus dem Abrasivmittel praktisch nicht oder kaum ver- loren gehen. Das Gleiche gilt für das Dispersionsmedium. Das heißt, der Anteil nicht wiederverwendbaren Abfalls ist gegenüber dem bisherigen Stand der Technik deutlich reduziert. Hinzu kommt, dass das ausgeflockte Material gesundheitlich unbedenklich ist und einer sekundären Nutzung zugeführt werden kann. Auch die Entsorgung einer normalen Deponie ist möglich. Das heißt, spe- zielle Entsorgungsmaßnahmen müssen nicht ergriffen werden.
Wie bereits erläutert, setzt sich das Dispersionsmedium aus dem Dispersionsmittel (meistens Wasser als Hauptbestandteil) und einem Zusatz (als disper- gierte Phase) zusammen, der regelmäßig für die gewünschte Thixotropie sorgt. Dieser Zusatz (in der Regel das Tonmineral) kann mit den abrasiv wirkenden Körnern aus beispielsweise Siliziumkarbid trocken gemischt und vermarktet werden. Die Trockenmischung aus dem Zusatz und den abrasiv wirkenden Kör- nern wird dann erst unmittelbar vor der Verarbeitung mit dem Dispersionsmittel zu der Mischung vervollständigt. Dadurch werden Transportkosten gespart, weil das Dispersionsmittel (Wasser) meistens ohnehin am Ort der spanabtragenden Bearbeitung vorhanden ist.
BEISPIEL:
1. Stand der Technik
Beim Stand der Technik wird im Zusammenhang mit dem Drahtsägen von Silizium beispielsweise eine Mischung aus Polyethylenglycol und Silizium-Car- bidkömern mit einem mittleren Korndurchmesser von 10 μm eingesetzt. Die SiIi- zium-Carbidkörner werden im Verhältnis 1 kg auf 1 I dem Polyethylenglycol hinzugefügt. Daraufhin ergibt sich eine Gesamtdichte der Suspension von ca. 1 ,6 kg/l. Die Viskosität dieser bekannten Dispersion liegt im Bereich von ca. 350 mPas.
Aufgrund von während des Sägevorganges zwangsläufig eingelagerten Halbleiterpartikeln steigt die Viskosität und es besteht die Gefahr, dass Zuführungskanäle in der Trennvorrichtung verstopfen können.
2. Erfindungsgemäße Mischung
Es hat sich gezeigt, dass bereits eine Suspension von 2 Gew.-% sehr fein ver- mahlenem Bentonit (mit einer Körnung von weniger als 100 μm) in Wasser bei vergleichbaren Mischungsbedingungen selbst über einen Zeitraum von 60 Stunden keine sichtbare Sedimentation der Silizium-Carbidkörner gezeigt hat. Tatsächlich wurde die Mischung so hergestellt, dass das vorgenannte Dispersionsmedium mit dem Anteil von 2 Gew.-% Bentonit in Wasser zu 1 I mit 1 kg der Silizium-Carbidkörner gleicher Körnung wie im Beispiel 1. gemischt wurde, um die Ergebnisse zu vergleichen.
Das heißt, während beim Stand der Technik bereits deutliche Sedimentations- erscheinungen beobachtet werden, zeigt die erfindungsgemäße Mischung solche selbst nach 60 Stunden nicht. Das lässt sich im Wesentlichen darauf zurückführen, dass der in Wasser gelöste Bentonit selbst in der eingestellten Konzentration von 2 Gew.-% mit seinen kolloiden und geladenen Smektitplättchen das zuvor bereits angesprochene Netzwerk bildet und darin die Silizium-Carbid- körner gehalten werden, so dass sie nicht sedimentieren können. Außerdem wird die mechanische Verzahnung der spitzen Siliziumkörner untereinander verringert, weil diese in dem Netzwerk beabstandet sind. Dadurch lässt sich die Mischung mit geringem mechanischen Aufwand lösen und problemlos transportieren.
Die dynamische Viskosität liegt im Bereich von ca. 40 mPas. Daraus resultiert, dass das Leitungssystem leicht durch Spülen mit Wasser gereinigt werden kann. Mechanische Reinigungen sind nicht erforderlich. Das Spülwasser kann über die Kanalisation entsorgt werden.
3. Eine erfindungsgemäße Mischung aus 1 kg Silizium-Carbidkörnern mit einer mittleren Körnung im Bereich von ca. 10 μm mit 1 I des Dispersionsmediums, welches 2,5 Gew.-% Bentonit enthält, führt auf eine dynamische Viskosität von 150 mPas.
4. Sämtliche Versuche mit der erfindungsgemäßen Mischung nach 2. haben gezeigt, dass die Mischung nach dem Durchgang durch das Werkstück (Silizium) lediglich um ca. 1° C in der Temperatur erhöht war (bei 20° C Ausgangstemperatur). Dabei wurde mit einer Drahtsäge mit einer Drahtdicke um ca. 100 μm und einer Drahtgeschwindigkeit von maximal 14 m/s gearbeitet. Die Keilbildung über die Schnittlänge von 100 mm betrug ca. 20 μm. Schleifspuren wurden nicht beobachtet.

Claims

Patentansprüche:
1. Verwendung einer Mischung aus einem thixotropen und im Wesentlichen wasserbasierten Dispersionsmedium sowie abrasiv wirkenden Körnern als Schleifmittel zur spanabtragenden Bearbeitung, insbesondere zur spanabtragenden Trennung, von Werkstücken, vorzugsweise von Halbleiterkristallen.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die spanabtragende Trennung durch Drahtschneiden oder Drahtsägen bewirkt wird.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Halbleiterkristallen um Silizium-Einkristalle oder um Kristalle aus Polysilizium handelt.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispersionsmedium mit den darin dispergierten sowie abrasiv wirkenden Körnern zur nicht formgebenden spanabtragenden Bearbeitung, beispielsweise zum Trennen des Werkstückes, eingesetzt wird.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispersionsmedium ca. 1 Gew.-% bis ca. 10 Gew.-%, insbesondere ca. 1 Gew.-% bis ca. 5 Gew.-% und vorzugsweise ca. 2 Gew.-% bis ca. 3 Gew.- % eines in Wasser gelösten Tonminerals aufweist.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tonmineral in geringer Körnung mit einer mittleren Korngröße von unterhalb 500 μm, vorzugsweise weniger als 200 μm und besonders bevorzugt weniger als 100 μm eingesetzt wird.
7. Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Tonmineral ein Schichtmineral, insbesondere Dreischicht-Tonmineral, beispielsweise Bentonit, eingesetzt wird.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung eine Viskosität von weniger als 1 Pas, insbesondere weniger als 500 mPas und vorzugsweise eine solche im Bereich von 30 bis 350 mPas in Abhängigkeit vom Anteil der abrasiven Körner aufweist.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der benutzten Mischung die Körner des Abrasivmittels für eine Wiederverwendung abgetrennt werden.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die benutzte Mischung nach Zugabe von zusätzlichem Dispersionsmittel und/oder eines Flockungsmittels sedimentiert wird.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasiv wirkenden Körner in einer Korngröße unterhalb von 100 μm, bevorzugt mit weniger als 50 μm, eingesetzt werden.
12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das thixotrope und im Wesentlichen wasserbasierte Dispersionsmedium mehr als 85 Gew.-% Wasser als Dispersionsmittel enthält.
13. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße bzw. die Korngrößenverteilung des thixotropen Zusatzes zu dem Dispersionsmedium kleiner gleich der Korngröße bzw. der Komgrößen- Verteilung der abrasiv wirkenden Partikel eingestellt wird.
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