СУСПЕНЗИЯ АБРАЗИВНЫХ ЗЕРЕН Российский патент 2014 года по МПК B24B27/00 B28D5/00 C09K3/14 C08J5/14 

Область техники

Настоящее изобретение относится к суспензии абразивных зерен, предназначенной, в частности, для обработки кремниевых слитков, к абразивному инструменту и, в особенности, абразивной проволоке, загруженной данной суспензией, и к способу распила слитка с применением указанной суспензии или указанного абразивного инструмента.

Предшествующий уровень техники

Изготовление кремниевых пластин традиционно включает этап распила слитков кремния на части. С этой целью слитки кремния проталкивают через абразивную проволоку, циклически вращающуюся при одновременной повторной загрузке путем прохождения через суспензию абразивных зерен.

Способы распила слитков кремния и устройства, которые могут быть использованы для осуществления данных способов, описаны, в частности, в US 2006/249134, US 5937844 или WO 2005/095076.

Кремниевые пластины могут быть предназначены для применения в электронике или для изготовления фотоэлементов. В частности, в последней области применения существует необходимость в изготовлении кремниевых пластин, обладающих уменьшенной толщиной порядка 200 мкм, для ограничения количества кремния, необходимого для получения одного ватта.

Также существует необходимость в высоких скоростях распила для повышения производительности.

Однако данные ограничения в виде маленькой толщины и высокой скорости распила приводят к неудовлетворительным процентам брака. В действительности, большая часть изготавливаемых пластин имеет разную толщину по всей длине, деформации или дефекты на поверхности. Некоторые пластины даже содержат участки зарождения трещин или ломаются во время процесса распила.

Вследствие этого было проведено исследование для улучшения производительности используемых суспензий. В частности, согласно JP 10-180608 рекомендуется применять абразивные зерна в форме маленьких пластин, имеющих толщину не более чем равную 1/4 их длины и их ширины.

В JP 2003-041240 рекомендуется дисперсия размеров зерен, ограниченная около медианного размера. В JP 2003-041240 также сообщается, что среднее соотношение сторон должно быть больше или равно 0,59. Зерна, описанные в JP 2003-041240, позволят уменьшать вариации толщины по всей длине изготовляемых пластин.

Одна из целей настоящего изобретения заключается по меньшей мере в частичном решении одной или более из вышеуказанных проблем и, в частности, повышении производительности способов изготовления кремниевых пластин.

Краткое описание изобретения

Согласно настоящему изобретению предложена суспензия или «паста», предназначенная, в частности, для обработки слитков кремния, содержащая совокупность абразивных зерен и связующее вещество, при этом указанная суспензия отличается тем, что:

- гранулометрическая фракция D₄₀-D₆₀ указанной совокупности абразивных зерен содержит более 15 об.%, более 18 об.%, более 22 об.%, предпочтительно более 25 об.% и менее 80 об.%, менее 70 об.%, менее 60 об.%, предпочтительно менее 50 об.%, предпочтительно менее 40 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85, при этом процентили D₄₀ и D₆₀ представляют собой процентили интегральной кривой гранулометрического состава размеров зерен, соответствующих размерам зерен, которые позволяют отделять фракции, которые составляют 40 об.% и 60 об.%, соответственно, зерен, имеющих наибольшие размеры; и

- указанные абразивные зерна представляют собой более 25%, более 30%, более 35%, более 37% и менее 49,5% или даже менее 46%, предпочтительно менее 45%, предпочтительно менее 43% от массы указанной суспензии.

Как будет видно более подробно в оставшейся части описания, суспензия согласно настоящему изобретению наиболее эффективна для распила слитков. Для того чтобы объяснить это теоретически, авторы настоящего изобретения обнаружили, что суспензии, содержащие высокую долю удлиненных зерен среди крупных зерен, являются предпочтительными, и что, в частности, для данных суспензий существует оптимальный диапазон массового содержания зерен. Неожиданно они продемонстрировали, что данный оптимальный диапазон массового содержания ниже, чем диапазон, обычно рекомендуемый в качестве предпочтительного.

Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что в одном из предпочтительных воплощений настоящего изобретения суспензия согласно настоящему изобретению не оставляет следов на обрабатываемых пластинах (вследствие трения абразивного инструмента) и обеспечивает хорошее обновление зерен на данном инструменте во время его повторной загрузки.

Когда медианный размер D₅₀ совокупности абразивных зерен составляет больше 5 мкм или даже больше 6 мкм и меньше 9 мкм или даже меньше 8 мкм, указанные абразивные зерна предпочтительно составляют более 30% и менее 46% от массы указанной суспензии.

Когда медианный размер D₅₀ совокупности абразивных зерен составляет больше 8 мкм или даже больше 9 мкм и меньше 12 мкм или даже меньше 10 мкм, указанные абразивные зерна предпочтительно составляют более 35% и менее 47% от массы указанной суспензии.

Когда медианный размер D₅₀ совокупности абразивных зерен составляет больше 12 мкм и меньше 20 мкм или даже меньше 15 мкм, указанные абразивные зерна предпочтительно составляют более 31% и менее 48% от массы указанной суспензии.

В одном из воплощений настоящего изобретения соотношение объемного процента S(D₄₀-D₆₀) зерен, имеющих округлость менее 0,85, в гранулометрической фракции D₄₀-D₆₀ указанной совокупности абразивных зерен, деленное на медианный размер D₅₀, или «соотношение R_40-60», составляет больше 1 и меньше 5, предпочтительно меньше 3 или даже меньше 2,7, при этом округлость и процентили являются такими, как определено выше.

Данное соотношение может быть больше 1,5 или даже больше 1,7.

В одном из воплощений настоящего изобретения совокупность абразивных зерен является такой, что:

10%<Δ_3-10-20<60% и/или

5%<Δ_10-20-40<40%, и/или

20%<Δ_20-40-60<50%, и/или

0%<Δ_40-60-80<20%, и/или

5%<Δ_60-80-97<40%,

при этом «Δ_n-m-p» представляет собой соотношение (S(D_n-D_m)-S(D_m-D_p))/S(D_m-D_p) в процентах, «S(D_i-D_j)» представляет собой объемный процент зерен, имеющих округлость менее 0,85 в гранулометрической фракции D_i-D_j.

В одном из воплощений настоящего изобретения:

Δ_40-60-80<7%;

предпочтительно,

20%<Δ_20-40-60<50% и

0%<Δ_40-60-80<20% или даже Δ_40-60-80<7%.

В одном из воплощений настоящего изобретения:

5%<Δ_10-20-40<40% или даже Δ_10-20-40<20% и

0%<Δ_40-60-80<20% или даже Δ_40-60-80<7%.

В одном из предпочтительных воплощений настоящего изобретения:

10%<Δ_3-10-20<60% и

5%<Δ_10-20-40<40%, и

20%<Δ_20-40-60<50%, и

0%<Δ_40-60-80<20%, и

5%<Δ_60-80-97<40%.

Δ_3-10-20 может быть больше 20% или даже больше 25%.

Δ_10-20-40 может быть меньше 35% или даже меньше 30%, или меньше 25%.

Δ_20-40-60 может быть больше 15% или даже больше 25%, или больше 35%.

Δ_40-60-80 может быть меньше 15%, меньше 10% или меньше 7%, или даже меньше 5%.

Δ_60-80-97 может быть больше 10% или даже больше 15%, или даже больше 20%.

Предпочтительно выполняют несколько данных условий.

В очень значительной степени данные условия позволяют ограничивать вариации доли удлиненных зерен от одной гранулометрической фракции к следующей. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что результатом этого является повышение производительности во время распила слитков.

Суспензия согласно настоящему изобретению, в частности, также может обладать одной или более из следующих возможных характеристик:

- Гранулометрическая фракция D₂₀-D₄₀ может содержать более 15 об.%, предпочтительно более 20 об.% или даже более 25 об.% зерен, имеющих округлость (С) менее 0,85.

- Гранулометрическая фракция D₁₀-D₂₀ может содержать более 15 об.%, предпочтительно более 25 об.% или даже более 30 об.% зерен, имеющих округлость (С) менее 0,85.

- Гранулометрическая фракция D₃-D₁₀ может содержать более 30 об.%, предпочтительно более 40 об.% или даже более 50 об.% зерен, имеющих округлость (С) менее 0,85.

- Гранулометрическая фракция D₂₀-D₄₀ и Гранулометрическая фракция D₄₀-D₆₀ может одновременно содержать более 15 об.%, более 20 об.% и/или менее 40 об.%, менее 35 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85.

- Медианный размер D₅₀ может составлять меньше 30 мкм или даже меньше 20 мкм и/или больше 3 мкм, больше 5 мкм или даже больше 8 мкм.

- Материал абразивных зерен может обладать микротвердостью по Виккерсу HV_0.5 более 7 ГПа. Данная микротвердость может быть определена средним значением по меньшей мере из 10 измерений отпечатков, выполненных алмазным индентором с квадратным основанием и углом при вершине, равным 136°, применяемым к образцу зерен.

- Абразивные зерна, в частности, могут содержать более 95 масс.%, предпочтительно более 97,5 масс.% карбида кремния SiC, при этом указанный карбид кремния предпочтительно находится в альфа-кристаллической форме.

- Абразивные зерна имеют удельную поверхность, предпочтительно больше 1,0 м²/г или даже больше 1,2 м²/г для медианного размера от 5 до 15 микрон. Указанную удельную поверхность традиционно рассчитывают методом BET (Брунауэра, Эммета и Теллера), описанным в Journal of American Chemical Society 60 (1938), стр.309-316.

- Совокупность абразивных зерен предпочтительно имеет содержание кислорода от 0,2 масс.% до 0,6 масс.% и предпочтительно от 0,4 масс.% до 0,5 масс.%. Указанное массовое содержание кислорода измеряют методом LECO.

В одном из конкретных воплощений настоящего изобретения медианный размер D₅₀ составляет более 8 мкм и гранулометрическая фракция D₄₀-D₆₀ содержит более 15 об.% или более 20 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85.

Связующее вещество предпочтительно представляет собой органическое связующее вещество.

Суспензия согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет вязкость от 20 до 30 сПа·с, измеренную вискозиметром Брукфильда DV-II+Pro с использованием шпинделя 63 и скоростью вращения 200 об/мин (оборотов в минуту).

Настоящее изобретение также относится к инструменту, содержащему абразивные зерна, скрепленные с основой или агломерированные друг с другом с помощью суспензии согласно настоящему изобретению. Указанный инструмент, в частности, может представлять собой поддерживающую проволоку, покрытую суспензией согласно настоящему изобретению, например абразивную проволоку, предназначенную для распила слитков и, в частности, слитков кремния.

Настоящее изобретение также относится к способу обработки слитка и, в частности, способу распила слитка с использованием инструмента согласно настоящему изобретению и, в частности, абразивной проволоки согласно настоящему изобретению. Указанный слиток может содержать более 50%, более 80%, более 90%, более 95%, более 99%, более 99,9% или даже 100% составляющего, выбранного из полупроводникового материала, в частности монокристаллического или поликристаллического кремния, арсенида, в частности арсенида галлия (GaAs), фосфида индия (InP), оксида металла или феррита. Указанный способ может быть приспособлен таким образом, чтобы получать по окончании способа распила пластину, обладающую толщиной меньше 200 мкм, меньше 150 мкм или даже меньше или равной 100 мкм.

Предпочтительно, инструмент повторно загружают путем пропускания через суспензию согласно настоящему изобретению.

Настоящее изобретение также относится к пластине, получаемой в соответствии со способом обработки согласно настоящему изобретению.

Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что массовое содержание абразивных зерен в суспензии, являющееся оптимальным для максимального увеличения скорости распила, зависит от удельной поверхности порошка, традиционно измеряемой методом BET. Чем больше данная удельная поверхность, тем выше должно быть указанное массовое содержание.

Следовательно, настоящее изобретение также относится к способу обработки слитка, включающему следующие операции:

а. получение суспензии путем смешивания порошка абразивных зерен и связующего вещества;

b. обработка указанного слитка с использованием абразивного инструмента, который повторно загружают путем пропускания через указанную суспензию;

при этом данный способ примечателен тем, что для получения указанной суспензии массовое содержание абразивных зерен в указанной суспензии регулируют в зависимости от удельной поверхности указанного порошка.

Указанная суспензия, в частности, может представлять собой суспензию согласно настоящему изобретению.

Определения

- Термин «зерно» означает индивидуальный твердый продукт в суспензии или скрепленный с основой.

- Для ясности в настоящем описании различают следующие термины: «порошок» зерен, представляющий собой сырье в форме частиц, используемое для изготовления суспензии, и «совокупность» зерен, которую составляют зерна в суспензии. Другими словами, порошок становится совокупностью зерен, когда его вводят в суспензию. Конечно, распределение частиц совокупности зерен по размерам идентично распределению соответствующего порошка.

- Для ясности, зерно, имеющее округлость менее 0,85, в настоящем описании называется «удлиненным зерном» и зерно, имеющее округлость больше или равную 0,85, называется «округлым зерном».

- «Округлость» зерна традиционно определяют следующим образом: зерна помещают в суспензию в жидкости, чтобы предотвратить любую флокуляцию зерен, т.е. любую агломерацию. Авторы настоящего изобретения, например, получали суспензию, в которой порошок SiC диспергировали в воде с использованием гидроксида натрия NaOH. Однако могли быть использованы другие диспергаторы, известные для диспергирования частиц SiC. Делают фотографию суспензии и обрабатывают с использованием устройства SYSMEX FPIA 3000.

Для оценки округлости «С» зерна определяют периметр Pd диска D, имеющего площадь, равную площади А_р зерна G на фотографии (см. Фиг.1). Кроме того, определяют периметр Р_р данного зерна. Округлость равна соотношению P_d/P_p.Таким образом, $$C=\frac{2\cdot \sqrt{\pi A_p}}{P_p}$$ . Чем больше удлинено зерно, тем меньше округлость.

В руководстве по эксплуатации SYSMEX FPIA 3000 также описана данная процедура (см. «листы подробной спецификации» на www.malvern.co.uk).

- Выражение «кривая совокупного гранулометрического состава размеров зерен совокупности зерен суспензии» традиционно относится к кривой гранулометрического состава, показывающей:

- нанесенные на ось Y проценты так, что суммарный процент р% представляет собой часть данной совокупности, объединяющую р% по объему зерен, имеющих наибольшие размеры, и

- нанесенные на ось Х размеры зерен D_p, где D_p представляет собой наименьший возможный размер зерен во фракции, представленной суммарным процентом р%, нанесенным на ось Y.

Указанная кривая гранулометрического состава может быть получена с использованием лазерного анализатора размера частиц. Устройство SYSMEX FPIA 3000® предпочтительно позволяет получать указанные кривые. В примерах ниже размеры определяли с помощью такого устройства.

Термин «процентиль» или «центиль» D_p традиционно относится к размеру зерен (нанесенному на ось Х в вышеуказанной кривой), соответствующему проценту по объему р%, нанесенному на ось Y. Например, 10 об.% зерен имеют размер больше или равный D₁₀, и 90 об.% зерен имеют размер строго меньше D₁₀.

Выражение «медианный размер» традиционно относится к процентилю d₅₀.

Термин «D_p-D_q» означает гранулометрическую фракцию, содержащую все зерна, имеющие размер больше или равный D_q и меньше или равный D_p.

Термин «S(D_p-D_q)» означает объемный процент удлиненных зерен в гранулометрической фракции D_p-D_q.

Термин «Δ_n-m-р» означает соотношение (S(D_n-D_m)-S(D_m-D_p))/S(D_m-D_p) в процентах. Например, Δ_3-10-20=(S(D₃-D₁₀)-S(D₁₀-D₂₀))/S(D₁₀-D₂₀). Следовательно, Δ_n-m-p показывает относительное увеличение доли удлиненных зерен гранулометрической фракции D_n-D_m до гранулометрической фракции D_m-D_p.

Термин «суспензия» означает жидкость, содержащую по существу гомогенно диспергированный порошок, суспензию, которая может необязательно содержать диспергатор.

Краткое описание графических материалов

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения также станут ясны при прочтении следующего описания и осмотре графического материла, на котором Фиг.1 иллюстрирует способ, используемый для определения округлости зерен.

Подробное описание

Способ изготовления

Любой способ, известный для изготовления абразивных зерен, может быть использован для изготовления округлых зерен и удлиненных зерен. Для изготовления удлиненных зерен, в частности, можно упомянуть описание JP 2003-041240.

В зависимости от доли получаемых удлиненных зерен могут быть необходимы этапы отбора, сортировки, например, путем просеивания, или смешивания различных гранулометрических фракций для получения долей удлиненных зерен, соответствующих долям совокупности зерен суспензии согласно настоящему изобретению.

Порошок, который может быть использован для изготовления суспензии согласно настоящему изобретению, далее «основной порошок», например, может быть изготовлен в соответствии со способом, включающим по меньшей мере следующие этапы:

а) синтез твердого тела, предпочтительно по меньшей мере миллиметрового размера, т.е. у которого все измерения превышают по меньшей мере 1 мм, предпочтительно посредством реакции, в частности путем восстановления углеродом, например путем восстановления углеродом диоксида кремния для получения карбида кремния (SiC), спекания под давлением или изостатического прессования (IP), горячего изостатического прессования (HIP), SPS (искровое плазменное спекание) или путем литья из расплава, в частности путем электрического литья из расплава;

b) необязательное уменьшение указанного твердого тела до совокупности частиц, возможно путем дробления;

c) предпочтительно, отбор, например путем просеивания, частиц, имеющих размер больше максимального размера зерен D_0,5 изготавливаемого порошка и, предпочтительно, отбор частиц, имеющих размер по меньшей мере в 2 раза больше данного максимального размера и/или менее чем в 4 раза больше данного максимального размера;

d) измельчение твердого тела, полученного на этапе (а), или частиц, полученных на этапе (b) или на этапе (с), предпочтительно в условиях, способствующих напряжениям сдвига, в частности, с использованием роликовой мельницы;

e) при необходимости отбор зерен, полученных в результате этапа (d) и соответствующих диапазонам размеров частиц, определенных так, что полученный порошок может образовывать совокупность зерен суспензии согласно настоящему изобретению;

f) необязательное удаление железа для исключения возможных магнитных частиц, вводимых в ходе измельчения, осуществляемого на этапе (d);

g) необязательно, термическая обработка или химическая обработка, позволяющая удалять нежелательные химические соединения, например диоксид кремния или избыток углерода в случае порошка карбида кремния (SiC);

h) необязательно, проверка качества порошка, предпочтительно путем отбора проб.

На этапе (а) цель заключается в изготовлении твердых тел, имеющих достаточную прочность для «раскалывания» в ходе измельчения. Другими словами, полученные твердые тела не должны представлять собой простые агломерации зерен, способных распадаться в ходе измельчения; указанный распад не позволяет получать достаточно удлиненные зерна для промышленного применения. Можно представить любой способ синтеза исходя из простых тестов, позволяющих исследовать наиболее благоприятные условия.

На необязательном этапе (b) твердые тела уменьшают, например дробят, для того чтобы увеличить количество частиц, которые могут быть отобраны в ходе необязательного этапа (с).

Цель необязательного этапа (с) заключается в том, чтобы гарантировать, что после раскалывания частиц, введенных в мельницу, зерна, получаемые на выходе из мельницы, будут иметь достаточные размеры, чтобы порошок оставался относительно крупным.

Для этого предпочтительно, чтобы минимальный размер твердых тел или частиц, поступающих в мельницу, был по меньшей мере в два раза больше максимального размера зерен изготовляемого порошка.

На этапе (d) используют мельницу, способствующую напряжениям сдвига, предпочтительно роликовую мельницу.

Фрикционные мельницы не считаются подходящими для эффективного изготовления большого количества удлиненных зерен.

В случае роликовой мельницы, зазор между роликами можно регулировать для модификации распределения частиц по размерам и доли удлиненных зерен.

Дополнительный этап (е), который является необязательным, если порошок, получаемый по окончании этапа (d), является удовлетворительным, может затем быть осуществленным для отбора предпочтительных диапазонов размеров частиц. Данный этап может включать отбор, предпочтительно путем отстаивания, т.е. путем разделения по плотности путем перемешивания в воде. В действительности, данная технология хорошо подходит для мелкого размера частиц зерен.

Необязательный этап (f) также может быть осуществлен для исключения путем удаления железа, магнитных частиц, вводимых, в частности, в ходе этапа (d). Предпочтительно, данный этап осуществляют с использованием магнитного сепаратора высокой интенсивности.

При необходимости, на необязательном последующем этапе (h) проверяют качество порошка, полученного после измельчения, предпочтительно путем отбора проб, например, с использованием микроскопа, сканирующего электронного микроскопа или любыми известными способами, позволяющими проверять форму зерен.

Благодаря данному способу получают основной порошок абразивных зерен.

Основной порошок

Абразивные зерна предпочтительно получают из материала, имеющего микротвердость по Виккерсу HV_0,5 более 7 ГПа.

Природа абразивных зерен может, в частности, представлять собой таковую для абразивных зерен, используемых до сих пор в качестве полирующих или распиливающих материалов. В частности, зерна могут быть получены из материала, выбранного из группы, которую составляют карбид кремния, оксид церия, алмаз, нитрид бора, оксид алюминия, диоксид циркония, диоксид кремния и комбинации одного или более из данных материалов. Указанные абразивные зерна коммерчески доступны. В качестве примера можно упомянуть карбид кремния GC™ (зеленый карбид кремния) и С™ (черный карбид кремния), изготавливаемый Fujimi Inc., или SIKA™, изготавливаемый Saint-Gobain Materials в Лиллесанне (Lillesand) в Норвегии. Порошки оксида алюминия могут быть выбраны, например, из FO (Fujimi Optical Emery), А (нормальный плавленый оксид алюминия), WA (белый плавленый оксид алюминия) и PWA (пластинчатый кальцинированный оксид алюминия), изготавливаемого Fujimi Inc.

Зерна из карбида кремния наиболее предпочтительны.

В одном из предпочтительных воплощений настоящего изобретения абразивные зерна содержат более 95 масс.% или даже боле 97,5 масс.% карбида кремния. Оставшиеся 2,5% могут представлять собой примеси. Термин «примеси» означает неизбежные составляющие, неминуемо вводимые с сырьем во время изготовления зерен. В частности, соединения, относящиеся к группе оксидов, нитридов, оксинитридов, карбидов, оксикарбидов, карбонитридов и металлических соединений натрия и других щелочных металлов, железа, ванадия и хрома, как правило, представляют собой примеси. В качестве примеров можно упомянуть CaO, Fe₂O₃ или Na₂O.

Зерна карбида кремния предпочтительно имеют плотность больше 3,0. Предпочтительно, карбид кремния кристаллизован в альфа-форме.

В одном из воплощений настоящего изобретения процентиль D₂₀ больше 9 мкм, больше 11 мкм и/или меньше 15 мкм, меньше 14 мкм или даже меньше 13 мкм.

Процентиль D₄₀ может быть больше 5 мкм или даже больше 8 мкм и/или меньше 20 мкм, или даже меньше 15 мкм, или меньше 10 мкм.

Медианный размер D₅₀ может быть меньше 30 мкм, меньше 20 мкм, меньше 15 мкм и/или больше 1 мкм, больше 3 мкм, больше 5 мкм, больше 7 мкм или даже больше 9 мкм.

Суспензия

Суспензия традиционно получается из смеси основного порошка в жидком связующем веществе.

Указанное связующее вещество позволяет скреплять абразивные зерна с основой и, в частности, с поддерживающей проволокой, предназначенной для распила слитков и, в частности, слитков кремния. Данное скрепление может быть жестким или, наоборот, традиционно давать возможность зернам двигаться относительно друг друга.

Связующее вещество предпочтительно представляет собой органическое связующее вещество. Связующее вещество может содержать воду, основное вещество и одну или более добавок.

Количество воды предпочтительно составляет от 10 до 75 масс.% относительно массы суспензии.

Основное вещество может быть выбрано из гидроксидов щелочных металлов, таких как гидроксид лития, гидроксид натрия и гидроксид калия, гидроксидов щелочноземельных металлов, таких как гидроксид магния, гидроксид кальция и гидроксид бария, и комбинаций данных различных веществ. Содержание данного основного вещества традиционно составляет от 3,5 масс.% до 20 масс.% относительно общей массы жидкости суспензии

Из добавок, как правило, используют по меньшей мере одно смазывающее вещество.

Смазывающее вещество, в частности, может быть выбрано из полиэтиленгликоля, бензотриазола, олеиновой кислоты и их смесей. Смазывающее вещество может, например, представлять собой Rikamultinole, изготавливаемый компанией Rikashokai, или Lunacoolant, изготавливаемый Daichikagaku. Содержание смазывающего вещества предпочтительно составляет от 0 до 50 масс.% относительно массы суспензии.

Связующее вещество может содержать полимер или сополимер, образованный из мономеров этиленгликоля, предпочтительно полиэтиленгликоль. Другие органические связующие вещества, такие как PVA или РММА, могут подходить, если они могут находиться в жидкой форме или помещены в раствор.

Суспензия может быть изготовлена путем простого смешивания вышеуказанного сырья. Способ изготовления суспензии, в частности, описан в US 2006/0249134.

Инструменты

Для распила слитков кремния суспензию традиционно помещают на поддерживающую проволоку, имеющую, например, толщину от 100 до 200 мкм.

Указанная поддерживающая проволока, в частности, может состоять из твердой стали или сплава, такого как хромоникелевый сплав или железоникелевый сплав, или из металла, имеющего высокую температуру плавления, такого как вольфрам или молибден, или может быть получена из полиамидных волокон.

Способ обработки

В соответствии с традиционным способом распила, объясненным во введении, абразивная проволока, управляемая роликами, циклически вращается, проходя через суспензию для повторной загрузки абразивными зернами. Она трется о распиливаемый слиток, как правило, порядка 200 мм по длине и диаметру для того, чтобы отрезать часть или «пластину» данного слитка.

Слиток, в частности, может представлять собой слиток поликристаллического кремния, обладающий чистотой больше 99,99 масс.%.

В соответствии с одним из воплощений способа обработки согласно настоящему изобретению пластину отпиливают таким образом, чтобы она имела толщину меньше 200 мкм, меньше 180 мкм, меньше 150 мкм, меньше 130 мкм, меньше 120 мкм или даже меньше 100 мкм.

Тесты

Тестировали различные суспензии зерен карбида кремния.

Следующие таблицы характеризуют порошки зерен, используемые для изготовления данных суспензий.

S% означает объемный процент удлиненных зерен в различных гранулометрических фракциях.

N% означает процент по количеству удлиненных зерен в различных гранулометрических фракциях.

Таблица 1 Процентиль (мкм) Пример P1 P2 D₉₇ 5,2 6,2 D₈₀ 6,9 7,8 D₆₀ 8,5 9,3 D₅₀ 9,2 10 D₄₀ 9,9 10,7 D₂₀ 11,8 12,4 D₁₀ 13,5 13,6 D₃ 16,2 15,6

Таблица 2 S%   P1 P2 D₈₀-D₉₇ 18,6 8,6 D₆₀-D₈₀ 22,8 8,9 D₄₀-D₆₀ 23,7 9,6 D₂₀-D₄₀ 32,7 12,7 D₁₀-D₂₀ 38,5 15,1 D₃-D₁₀ 52,6 29,2

Таблица 3 Пример Фракция N% P1 D₃-D₁₀ 1,8 D₂₀-D₄₀ 6,9 D₄₀-D₆₀ 10,4 P2 D₃-D₁₀ 2,4 D₂₀-D₄₀ 6,6 D₄₀-D₆₀ 12,0

Таблица 4 Пример Фракция D₅₀ (мкм) R=S%/D₅₀ R_40-60-S(D₄₀-D₆₀)/D₅₀ P1 D₄₀-D₆₀ 9,2 2,57 2,57 D₂₀-D₄₀ 3,55 Р2 D₄₀-D₆₀D₂₀-D₄₀ 10 0,96 1,27 0,96

Таблица 5 Пример Δ_3-10-20 Δ_10-20-40 Δ_20-40-60 Δ_40-60-80 Δ_60-80-97 Р1 36,6 17,7 37,9 3,9 22,5 Р2 93,4 18,9 32,3 7,8 3,4

Указанные примеры осуществляли с использованием различных суспензий, приготовленных из данных порошков, способом, схожим со способом из примера, описанного в JP 2003-041240. Связующее вещество представляет собой полиэтиленгликоль, имеющий молекулярную массу 200, поставляемый VWR. К связующему веществу добавляли различные количества порошка. В Таблице 6 приведено массовое содержание зерен различных суспензий, полученных таким образом, в процентах относительно массы суспензии. Затем суспензии применяли для распила слитка кремния, следуя протоколу, описанному в примере из JP 2003-041240.

Измеряли скорость обработки слитка кремния абразивной проволокой (которая трется о слиток в плоскости, перпендикулярной направлению движения слитка кремния), т.е. количество слитков, распиливаемых в единицу времени, каждый раз в одних и тех же условиях.

Скорости, полученные в случае различных суспензий, сравнивали со скоростью, полученной в случае суспензии из примера «Реф.2'». Соотношение между скоростью, полученной в случае суспензии, и скоростью, полученной в случае суспензии из примера «Реф.2'», называемой «усиление G'», в частности, позволяет измерять влияние используемого порошка зерен (Р1 или Р2) и массового содержания зерен.

Результаты

Полученные результаты суммированы в таблице 6.

Таблица 6 Порошок Пример Массовое содержание зерен G' (%) Р1 Реф.1 30 93 1 37 112 2 43 113 3 45 105 Реф.2 50 85 Р2 Реф.1' 30 99 1' 37 103 2' 43 104 3' 45 103 Реф.2' 50 100

Полученные результаты показывают, что производительность суспензий согласно настоящему изобретению, которые подвергали тестированию, превосходит производительность, полученную в случае референсных суспензий при более низком или более высоком массовом содержании зерен. Суспензия согласно настоящему изобретению, изготовленная из порошка удлиненных зерен типа Р1, имеет большую производительность, чем суспензия, изготовленная из порошка Р2.

Таким образом, суспензия согласно настоящему изобретению обеспечивает высокую скорость распила, т.е. хорошую производительность, а также позволяет изготавливать пластины, в частности кремниевые пластины, имеющие толщину, которая очень маленькая и, в частности, составляет меньше 180 мкм или даже меньше 150 мкм, или даже порядка 100 мкм с низким процентом брака.

Суспензии согласно примерам 1 и 2 считаются предпочтительными из всех, причем скорость распила максимальна для данных примеров.

Как теперь становится очевидно, согласно настоящему изобретению предложена наиболее эффективная суспензия для резки кремниевых пластин. С помощью суспензии согласно настоящему изобретению, таким образом, в частности, можно изготавливать фотоэлементы, обладающие эффективностью в отношении количества производимой электрической энергии и количества используемого кремния, которое наиболее предпочтительно.

Конечно, тем не менее, настоящее изобретение не ограничивается воплощениями, описанными выше, приведенными в качестве наглядных примеров.

В частности, суспензию согласно настоящему изобретению можно использовать в областях применения, отличных от абразивной проволоки. В частности, она может быть использована для изготовления других инструментов для распила или, в целом, других инструментов для обработки.

Настоящее изобретение относится к суспензии, содержащей совокупность абразивных зерен и связующее вещество. Суспензия, содержащая совокупность абразивных зерен и связующее вещество, отличается тем, что гранулометрическая фракция D₄₀-D₆₀ указанной совокупности абразивных зерен содержит более 15 об.% и менее 80 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85, при этом процентили D₄₀ и D₆₀ представляют собой процентили интегральной кривой гранулометрического состава размеров зерен, соответствующие размерам зерен, которые позволяют отделять фракции, которые составляют 40 об.% и 60 об.%, соответственно, зерен, имеющих наибольшие размеры; и

указанные абразивные зерна представляют собой более 25% и менее 46% от массы указанной суспензии. Заявлена также абразивная проволока, способ распила блока на основе оксида кремния, способ обработки слитка. Технический результат - суспензия по изобретению обеспечивает высокую скорость распила, позволяет изготовить пластины, в частности кремниевые пластины, имеющие очень маленькую толщину, порядка 100 мкм с низким процентом брака. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 ил.

1. Суспензия, содержащая совокупность абразивных зерен и связующее вещество, отличающаяся тем, что:
- гранулометрическая фракция D₄₀-D₆₀ указанной совокупности абразивных зерен содержит более 15 об.% и менее 80 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85, при этом процентили D₄₀ и D₆₀ представляют собой процентили интегральной кривой гранулометрического состава размеров зерен, соответствующие размерам зерен, которые позволяют отделять фракции, которые составляют 40 об.% и 60 об.%, соответственно, зерен, имеющих наибольшие размеры; и
- указанные абразивные зерна представляют собой более 25% и менее 46% от массы указанной суспензии.

2. Суспензия по п.1, где гранулометрическая фракция D₄₀-D₆₀ указанной совокупности абразивных зерен содержит менее 40 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85.

3. Суспензия по п.1, где абразивные зерна представляют собой более 37% и менее 43% от массы указанной суспензии.

4. Суспензия по п.1, где соотношение R_40-60 объемного процента зерен, имеющих округлость менее 0,85, в гранулометрической фракции D₄₀-D₆₀, деленное на медианный размер D₅₀, составляет больше 1 и меньше 5.

5. Суспензия по п.4, где соотношение R_40-60 объемного процента зерен, имеющих округлость менее 0,85, в гранулометрической фракции D₄₀-D₆₀, деленное на медианный размер D₅₀, составляет больше 1,5 и меньше 3.

6. Суспензия по п.1, где:
25%<Δ_20-40-60<50% и/или
0%<Δ_40-60-80<20%,
где «Δ_n-m-p» представляет собой соотношение (S(D_n-D_m)-S(D_m-D_p))/S(D_m-D_p) в процентах, где «S(D_i-D_j)» представляет собой объемный процент зерен, имеющих округлость менее 0,85 в гранулометрической фракции D_i-D_j.

7. Суспензия по п.1, где гранулометрическая фракция D₂₀-D₄₀ содержит более 15 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85.

8. Суспензия по п.1, где гранулометрическая фракция D₁₀-D₂₀ содержит более 15 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85.

9. Суспензия по п.1, где гранулометрическая фракция D₃-D₁₀ содержит более 30 об.% и/или гранулометрическая фракция D₄₀-D₆₀ содержит менее 50 об.% зерен, имеющих округлость менее 0,85.

10. Суспензия по п.1, где медианный размер D₅₀ составляет более 3 мкм и/или менее 30 мкм.

11. Суспензия по п.1, где совокупность абразивных зерен имеет содержание кислорода от 0,2 масс.% до 0,6 масс.%.

12. Суспензия по п.1, имеющая вязкость от 20 до 30 сПа·с, измеренную вискозиметром Брукфильда DV-II+Pro с использованием шпинделя 63 и скоростью вращения 200 об/мин.

13. Абразивная проволока, предназначенная для распила блоков, в частности блоков кремния, содержащая абразивные зерна, скрепленные с основой или агломерированные друг с другом с помощью суспензии по п.1.

14. Способ распила блока на основе кремния с использованием абразивной проволоки по п.13, приспособленный таким образом, чтобы получать по окончании указанного способа распила пластину, обладающую толщиной меньше 200 мкм.

15. Способ обработки слитка, включающий следующие операции:
а. получение суспензии путем смешивания порошка абразивных зерен и связующего вещества;
b. обработка указанного слитка с использованием абразивного инструмента, который повторно загружают путем пропускания через указанную суспензию;
отличающийся тем, что для получения указанной суспензии массовое содержание абразивных зерен в указанной суспензии регулируют в зависимости от удельной поверхности указанного порошка, причем указанная суспензия является такой, как заявлено в п.1.