專利名稱：鋸和具有金剛石涂層的鋸切元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及對(duì)工件進(jìn)行鋸切的鋸所用的涂覆金剛石的元件及制造該元件的方法。更具體地，涉及用于鋸的涂覆金剛石的線。
背景技術(shù)：
線鋸用于切割工件,例如使用線鋸進(jìn)行勾劃(cropping)、矯方(squaring)和晶片切片(wafering)來(lái)切割娃工件。線鋸還用于切割其它材料。線鋸中可以使用不同種類的線，例如與漿料中的碳化硅顆粒結(jié)合使用的線，以及通常與冷卻劑結(jié)合使用的金剛石線。一般地，例如碳化硅或金剛石之類的硬材料研磨工件以產(chǎn)生切割。典型地，涂覆金剛石的線包括鋼芯，其在表面上涂覆(分別嵌入)金剛石顆粒。金剛石顆粒不形成均勻?qū)?，而是從鋼的表面略微突出，這是該線用于鋸切時(shí)的研磨力的成因的一個(gè)主要因素。在切割期間，線沿其長(zhǎng)度方向(水平地)迅速移動(dòng)，并且工件通過(guò)工件供應(yīng)板沿基本上與線的快速移動(dòng)方向垂直的切割方向相對(duì)較慢地移動(dòng)。線作用在工件上的垂直力從而沿切割方向施加，并且工件作用在線上的反作用力使線沿著與切割方向相反的方向變形或彎曲。通常的目的是增大切割速度，例如通過(guò)在線鋸中更快地移動(dòng)線，或通過(guò)增大將線按壓在被鋸的物品上的力。這些手段類似地需要提高線的穩(wěn)定性以保持對(duì)破壞的抵抗性。然而，特別是鋸切相對(duì)昂貴的用于半導(dǎo)體的硅時(shí)，減小線的直徑以減小切割損失也是一個(gè)目的。鑒于上述，希望具有這樣的鋸切元件避免傳統(tǒng)的表面嵌有金剛石的鋼鋸線的所述不足。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施例，提供了一種用于鋸的鋸切元件。所述元件包括芯部和連續(xù)的金剛石外層。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種鋸。所述鋸包括框架，安裝到所述框架的鋸切元件，其中，所述元件包括芯部和連續(xù)的金剛石外層。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造鋸切元件的方法。所述方法包括以下步驟提供芯部，并且在所述芯部上沉積連續(xù)的金剛石外層。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了在鋸切處理中鋸切元件的使用。使用的鋸切元件包括芯部和連續(xù)的金剛石外層。


以可以詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，參照實(shí)施例可以得到對(duì)以上概括的本發(fā)明的更具體的描述。關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例的附圖描述如下
圖1示出根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件的示意截面圖；圖2示出根據(jù)實(shí)施例的另一個(gè)鋸切元件的示意截面圖；圖3示出根據(jù)實(shí)施例的另一個(gè)鋸切元件的示意性立體前視圖；圖4示意性示出根據(jù)實(shí)施例的線鋸；圖5示意性示出根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件的截面?zhèn)纫晥D；圖6示出制造根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件的沉積腔室。
具體實(shí)施例方式本文中，線鋸裝置、線鋸切裝置和線切割裝置可互換地使用。本文中，工件支撐板和工件供應(yīng)板可互換地使用。本文中，術(shù)語(yǔ)鋸切和切割可互換地使用，晶片切割線鋸和切片機(jī)(waferer)可互換地使用。本文中，工件可以包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的件,例如多個(gè)半導(dǎo)體件或塊。本文中，線鋸可以使用單線、多線、一排或多排的單線或多線、一個(gè)或多個(gè)線構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)進(jìn)行切割，線可以指多根線。本文中，傳感器還可以執(zhí)行傳感以外的功能，例如超聲傳感器可以是超聲換能器，反之亦然，從而超聲傳感器可以即產(chǎn)生又檢測(cè)超聲的脈沖和波。本文中，短語(yǔ)“關(guān)于”，“針對(duì)”和“相對(duì)”可互換地使用。本文中，物體上“連續(xù)的涂層”指的是完全并相干地覆蓋被涂覆的物體的層，即沒(méi)有間隙(除在刻意指定的位置以外)。這例如可以通過(guò)檢查化學(xué)物質(zhì)是否即使在存在涂層的情況下仍與芯部發(fā)生反應(yīng)，或通過(guò)光學(xué)檢驗(yàn)，來(lái)進(jìn)行測(cè)試。本文中使用的“連續(xù)”不一定包括具有均勻厚度的涂層。因此具有不同厚度及/或表面粗糙度的層或涂層可以是連續(xù)的。本文中，“金剛石”層可以包括質(zhì)量比達(dá)30%的其它元素，并且仍被認(rèn)為是“金剛石”?，F(xiàn)在詳細(xì)參照本發(fā)明的各實(shí)施例，每個(gè)圖中示出本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例。每個(gè)示例以解釋的方式提出，并不旨在限制。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分描述或示出的特征可以用于其它實(shí)施例或與其它實(shí)施例一起使用以產(chǎn)生別的實(shí)施例。本發(fā)明旨在包括這樣的改變和變化。圖1示出根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件10的截面圖。芯部30涂覆有連續(xù)的金剛石外層20。通常，芯部包括金屬，更具體地包括鋼、鎳或鈦，再具體地包括含Ni及/或Cr的鋼。在其它實(shí)施例中，芯部30還可以包括纖維材料，例如碳纖維。以下，示例性假定芯部是金屬的。此外，假定芯部30具有線的形狀，從而具有圓形截面，并呈長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑的管狀。金剛石外層20具體地具有粗糙表面(圖1)，超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中一般的CVD沉積期間可實(shí)現(xiàn)的粗糙度。在外層20的沉積過(guò)程中故意實(shí)現(xiàn)粗糙度的提高，具體地通過(guò)改變處理期間的沉積處理的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下將詳細(xì)說(shuō)明。在芯部30是線的實(shí)施例中，芯部一般具有25 iim至IOOiim的直徑，更具體地3011111至80111]1。金剛石涂層的厚度從1011111至50111]1,更具體地從1511111至25111]1。被鍍覆的線的直徑從而從約40 ii m至200 ii m,更具體地從45 y m至100 y m,低于傳統(tǒng)的嵌有金剛石的線的一般直徑。本文中的金剛石膜具體由物理氣相沉積形成，具體地使用脂肪烴(具體為甲烷)作為處理氣體的成分。根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件的強(qiáng)度遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有可比較的表面上嵌有金剛石的線。此夕卜，不存在如傳統(tǒng)的線那樣，表面上的金剛石在鋸切過(guò)程中被去除的風(fēng)險(xiǎn)。因此，預(yù)期鋸切元件的壽命顯著高于嵌有金剛石的線的壽命。本文中描述的涂覆金剛石的元件具有外部金剛石刻面，作為鋸切元件的超結(jié)構(gòu)的一部分，這提供了研磨作用。期望整體壽命遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的嵌金剛石的線，降低了成本和維護(hù)并節(jié)約時(shí)間。此外，由于較小的直徑，大大減小了鋸痕損失。實(shí)施例中在芯部30和金剛石層20之間可以設(shè)置碳化物中間層35，這在圖2中示出。中間層35可以提高芯部30和膜20之間的粘著，其厚度可以從IOOnm至5 μ m，更具體地從120nm至3 μ m。此外，在實(shí)施例中，芯30部的各種其它形狀是可以的，例如具有矩形截面的條形，這在圖3中示意示出，其中出于圖示目的沒(méi)有示出層20的表面粗糙的情況。鋸切元件10在實(shí)施例中還可以是盤狀(未示出)。通常，使用物理或化學(xué)沉積技術(shù)(例如化學(xué)氣相沉積)將金剛石層施加到通常為金屬的芯部30。通過(guò)使用該技術(shù)，可以確保形成的金剛石層20在硬度和強(qiáng)度方面與剛性的金剛石的特性相似。由于外層20具有金剛石的特性，所以其具有抵抗被涂覆的鋸切元件10的彎曲的剛性(針對(duì)上述給出的具體尺寸)。因此，根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件將根據(jù)涂層的厚度而將比傳統(tǒng)的嵌有金剛石的鋼線具有對(duì)抗由于彎曲引起的破壞的更高的剛性和更低的機(jī)械穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的鋼線或傳統(tǒng)的涂覆金剛石的線(沒(méi)有均勻的外層)一般設(shè)置在承載數(shù)千米的線的線軸上。而本涂覆金剛石的線10由于更大的剛性不容易將線設(shè)置在線軸上。更好地，根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件10可以例如與剛性架50 —起使用，多個(gè)元件被安裝到剛性框架50，這在圖4中示出。這些鋸切元件10 (以下稱為金剛石串)被夾持成為所示的陣列。因此，提供了剛性金剛石串的陣列鋸60，其因而例如可以用于鋸切硅塊70。通過(guò)沿箭頭方向來(lái)回移動(dòng)鋸60，鋸切元件/金剛石串10相對(duì)于塊體70移動(dòng)并進(jìn)行鋸切。應(yīng)理解這僅是實(shí)施例的線鋸和鋸切處理的非限制性示例，使用實(shí)施例的鋸切元件的其它結(jié)構(gòu)也是可以的。在實(shí)施例中，如圖4所示，例如在鋸60中使用涂覆金剛石的鋸切元件10，可以伴隨著將超聲從超聲發(fā)射器80施加到鋸切元件10及/或框架50。超聲有助于提高金剛石串相對(duì)于硅基底70的相對(duì)速度。在實(shí)施例中，用本文所述的鋸切元件10進(jìn)行鋸切可以使用表面活性劑、潤(rùn)滑劑或催化劑進(jìn)行輔助。由于根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件10具有連續(xù)的金剛石外層20，所以它們比傳統(tǒng)的嵌有金剛石的鋼線相對(duì)許多物質(zhì)更具化學(xué)穩(wěn)定性。這是由于鋸切處理中使用的添加劑不直接接觸芯部30，而僅接觸金剛石外層20。因此，在鋸切處理中可以使用對(duì)芯部所采用的鋼或其它金屬具有腐蝕性的物質(zhì)，例如KOH和HF。它們有助于進(jìn)一步加速鋸切或切片過(guò)程。因此，在鋸60中使用金剛石串10允許了腐蝕性刻蝕劑的使用，這并不能用于現(xiàn)有的鋸切技術(shù)(其中線具有暴露的鋼表面)中。在實(shí)施例中，圖4所示的金剛石串的鋸60可以配備有監(jiān)視系統(tǒng)。這里例如可以包括用于阻抗的傳感器，其可以安裝到串10的端部以確定串10的磨損/損耗。因此，基于例如切割進(jìn)給的數(shù)據(jù)處理參數(shù)，控制器可以調(diào)整進(jìn)給速率等以對(duì)串10的使用進(jìn)行補(bǔ)償。圖5示出根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件10的示意性截面?zhèn)纫晥D。沿線的長(zhǎng)度方向和周向(未示出，參照?qǐng)D1和2)，線10具有交替的小直徑區(qū)域22和大直徑區(qū)域24。本文中的附圖僅是示意性的，不一定反映根據(jù)實(shí)施例的實(shí)際尺寸、表面粗糙度或表面形狀。如果線沿長(zhǎng)度方向移動(dòng)地劃過(guò)被鋸切的主體，則具有大直徑和小直徑區(qū)域的線10的輪廓用于提供研磨作用。通過(guò)控制沉積條件來(lái)實(shí)現(xiàn)該研磨特性。在實(shí)施例中，首先進(jìn)行將用于粘著的單晶金剛石沉積到線芯部30的初始沉積。該相對(duì)平滑的涂覆之后通常進(jìn)一步跟著是多晶層，以產(chǎn)生用于研磨特性的刻面，即涂層20的小直徑區(qū)域22和大直徑區(qū)域24的刻面。例如可以通過(guò)沉積過(guò)程中的涂布速率來(lái)影響沉積的金剛石層的粗糙度。隨著單位時(shí)間內(nèi)沉積生長(zhǎng)率增大，粗糙度變大。這在實(shí)施例中用于產(chǎn)生金剛石外涂層的表面的預(yù)期表面粗糙度。對(duì)于用于硅鋸切的線，金剛石涂層的典型平均表面粗糙度從3 μ m至30 μ m，更具體地從5 μ m至20 μ m。在實(shí)施例中，例如當(dāng)鋸切線的直徑為0.5mm至2mm時(shí)，高達(dá)100 μ m或甚至200 μ m的表面粗糙度是所希望的。因此，表面粗糙度很大程度地取決于要被鋸切的材料和鋸切元件的尺寸。用于產(chǎn)生根據(jù)實(shí)施例的鋸切元件的示例性方法如下。將形成芯部30的線放置在用于化學(xué)氣相沉積的真空室110中，這如圖6所示。芯部30被放置在臺(tái)120上。臺(tái)120連接至HF功率源130，以及被安裝在臺(tái)120上方的電極140，使得芯部20被放置在臺(tái)120和電極140之間。通過(guò)入口 150，處理氣體(前驅(qū)氣體)160被注入室110中。通過(guò)來(lái)自HF功率源130的高頻電壓，產(chǎn)生等離子體170并將其保持在臺(tái)120和電極140之間。通過(guò)調(diào)整HF功率源130以及處理氣體160的流速，可以影響等離子體170的特性。處理氣體(前驅(qū)氣體)160具體可以是氫氣與通常為甲烷或另一種脂肪烴之間的混合物。芯部30示例性地被選擇為鋼線，但也可以由鎳、鈦或前述材料的合金形成。線可以主要包括能在表面上形成穩(wěn)定碳化物的任意金屬、合金或其它適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定材料。鋼線的長(zhǎng)度可以從IOcm至幾米，具體地從50cm至1.5m。線然后具體地涂覆單晶金剛石涂層。隨后，將多晶金剛石涂層沉積在第一金剛石涂層上以產(chǎn)生刻面，從而實(shí)現(xiàn)理想的表面粗糙度，所述刻面在鋸切過(guò)程中將提供研磨作用。單晶硅和多晶硅涂層(層)一起形成金剛石外層20。在實(shí)施例中，芯部30或可選的中間層35上金剛石的形成由成核開(kāi)始?？梢院?jiǎn)單地通過(guò)用金剛石對(duì)線進(jìn)行撒粉然后進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)來(lái)完成，或通過(guò)形成碳化物和隨后的化學(xué)成核來(lái)完成。如上所述，可以通過(guò)提高金剛石的沉積速率來(lái)促進(jìn)多晶金剛石的形成，例如通過(guò)提高包括碳?xì)浠衔锏那膀?qū)氣體進(jìn)入處理腔室的流速。附加地或替代地，在實(shí)施例中，一般包括氧氣和/或氮?dú)獾奶砑託怏w可以添加到前驅(qū)氣體。這些摻雜物也將促進(jìn)多晶金剛石的形成，并可以伴隨著降低的處理溫度和提高的沉積速率。在實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)處理氣體的氣相活化的方法還可以包括使用熱燈線和微波裂化。盡管上述公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例，但在不背離本發(fā)明的基本范圍的前提下可以得出本發(fā)明的其它的和進(jìn)一步的實(shí)施例，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于鋸的鋸切元件，包括: 芯部，以及 連續(xù)的金剛石外層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋸切元件，其中，所述芯部包括金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋸切元件，其中，所述芯部包括Ni。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鋸切元件，其中，所述芯部包括鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋸切元件，還包括位于所述芯部和所述金剛石外層之間的碳化物層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的鋸切元件，其中，所述芯部是線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋸切元件，其中，所述線的直徑是100u m或更小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的鋸切元件，其中，連續(xù)的所述外層的平均厚度為50um或更小，并且其中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積來(lái)優(yōu)選地設(shè)置連續(xù)的所述外層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的鋸切元件，其中，連續(xù)的所述外層的平均表面粗糙度為5 u m至30 u m。
10.一種鋸,包括: 框架， 安裝到所述框架的鋸切元件，所述元件包括: 芯部，以及 連續(xù)的金剛石外層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鋸，其中，所述芯部是線或帶。
12.一種制造鋸切元件的方法，包括以下步驟: 提供芯部，并且 在所述芯部上沉積連續(xù)的金剛石外層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟: 在所述芯部和所述外層之間沉積碳化物層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，所述連續(xù)的金剛石外層被設(shè)置成所具有的平均表面粗糙度為5 y m至30 y m，并且其中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積來(lái)設(shè)置所述金剛石外層，并且其中，通過(guò)改變金剛石沉積期間的至少一個(gè)處理參數(shù)來(lái)獲得所述表面粗糙度，其中，所述至少一個(gè)處理參數(shù)包括以下參數(shù)中的至少一者:碳沉積率、前驅(qū)氣體流速、處理溫度、前驅(qū)添加氣體濃度、前驅(qū)氧氣濃度和前驅(qū)氮?dú)鉂舛取?br> 15.一種鋸切元件在鋸切處理中的使用，其中，所述鋸切元件包括: 芯部，以及 連續(xù)的金剛石外層。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋸和具有金剛石涂層的鋸切元件及其制造方法。所提供的用于鋸的鋸切元件包括芯部和連續(xù)的金剛石外層。此外，還提供了相應(yīng)的鋸和用于制造該元件的方法。
文檔編號(hào)B28D5/04GK103072210SQ20111044789
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者蘇布爾曼尼恩·耶爾 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料瑞士有限責(zé)任公司