CN101628451A - 钢丝锯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于切割例如硅块等硬质材料的钢丝锯，其中所述钢丝锯的直径Φ为0.08到0.30mm，且在所述钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的圆周部分中所述钢丝锯在长度方向上的残余应力为400到1000MPa。

Description

钢丝锯

技术领域

本发明涉及一种钢丝锯，且更明确地说，涉及一种具有优良可加工性的钢丝锯。

背景技术

钢丝锯通常用于切割例如磁头芯片或半导体晶片的晶锭(crystal ingots)等硬质材料。在切割操作期间，在将钢丝锯放置成与待切割材料接触之后，沿着所述材料驱动钢丝锯，同时将由研磨微粒(例如，充了碳酸气的硅粉末和金刚石粉末)的混合物形成的研磨液体和滑润剂(例如，油)施加在钢丝锯与材料之间。

一般来说，钢丝锯由具有3300到4500MPa的高硬度且具有0.08到0.3mm的直径Φ的高碳素钢丝形成，以便确保在研磨期间具有高张力(tension)。

此外，常规的钢丝锯镀敷有比高碳素钢丝柔软的铜、锡或黄铜，以便获得精确切割公差并确保钢丝可拉性。明确地说，由于黄铜具有高柔软度，所以当将黄铜涂覆在钢丝锯上时获得各种优点。也就是说，所镀敷的黄铜不仅在钢丝锯与钢丝拉丝模(drawing die)之间传送滑润剂，而且具有滑润功能。因此，镀敷有黄铜的钢丝锯具有相对较高的直径公差和圆度，且另外，其即使在非常高的钢丝拉丝速度下也可防止发生短路。并且，用黄铜镀敷可用低成本实现。

当制造半导体晶片时，使用钢丝锯来切割比如硅块等硬质材料。将一系列钢丝锯缠绕在具有以预定节距形成的多个凹槽的多个辊上，且驱动所述辊。接着，用预定力将钢丝锯按压在待切割的硅块上。同时，在钢丝锯与硅块之间施加抛光液体以使用抛光液体的微粒的研磨效应来切割硅块，进而制造多个晶片。

切割工艺的效率和所获得的晶片的质量取决于例如正被切割的硅块的特性和钢丝锯的驱动速度等各种因素。在这些因素中，钢丝锯的厚度均匀性和施加在钢丝锯上的抛光材料的量是最重要的因素。

待用于切割比如硅块等硬质材料的一系列钢丝锯通常缠绕300到1000次。在切割工艺期间，所述钢丝锯中的每一者沿着辊中所形成的凹槽移动，且因此通过用注射于硅块与钢丝锯之间的抛光液体中所包含的抛光材料研磨来影响钢丝锯。因此，钢丝锯受到磨损，进而变薄。

另外，当在钢丝锯上形成柔软的镀敷层时，可在切割工艺开始时通过钢丝锯上的柔软镀敷层来施加大量抛光材料。然而，当正在切割硅块时，逐渐移除柔软的镀敷层并暴露瓷料层，且施加在钢丝锯上的抛光材料的量减少。因此，切割工艺的效率降低，且此外，所制造的半导体晶片的厚度不均匀。因此，半导体晶片的表面平整度也降低。

为了解决这一问题，第WO 90/12670号国际专利申请公开案中已揭示一种上面可施加增加量的抛光材料的钢丝锯。在此情况下，在钢丝锯的外表面中形成多个微穴或圆周凹槽(grooves)，使得钢丝锯的直径改变，且因此施加在钢丝锯上的抛光材料的量增加。然而，难以在钢丝锯的外表面中形成微穴或圆周凹槽。

发明内容

本发明提供一种钢丝锯，即使当所述钢丝锯的直径由于用于制造多个晶片的硬质材料的磨损而减小时，所述钢丝锯也允许增加施加在其上的抛光材料的量，进而导致切割工艺的效率增加且所获得的晶片的厚度均匀性和表面平整度增加。

根据本发明的一方面，提供一种用于切割硬质材料的钢丝锯，其中所述钢丝锯的直径Φ为0.08到0.30mm，且在所述钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的部分中钢丝锯在长度方向上的残余应力为400到1000MPa。

所述钢丝锯可满足以下等式：

H_W＝0.5(D₀-D₁)-1.5(D₀-D₁)，

P_W＝30D₀-50D₀，

其中H_W是钢丝锯在使用后的弯曲截面的高度，P_W是钢丝锯在使用后的弯曲截面的节距，D₀是钢丝锯在使用前的钢丝直径，且D₁是钢丝锯在使用后的钢丝直径。

在所述钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的部分中钢丝锯在长度方向上的残余应力可为450到950MPa。

附图说明

通过结合附图参考以下详细描述将容易了解且更好地理解对本发明的更完整评价及其许多附随优点，在附图中相同参考符号指示相同或相似的组件，其中：

图1绘示根据本发明实施例的钢丝锯在使用前的弯曲截面的高度和节距。

图2绘示根据本发明实施例的图1的钢丝锯在使用后的弯曲截面的高度和节距。

具体实施方式

现将参看附图更全面地描述本发明，在附图中绘示本发明的示范性实施例。

本发明提供一种用于切割例如硅块等硬质材料的钢丝锯，其中所述钢丝锯的钢丝直径Φ为0.08到0.30mm，且在所述钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的圆周部分中钢丝锯在长度方向上的残余应力为400到1000MPa。

所述钢丝锯可优选地满足以下等式：

H_W＝0.5(D₀-D₁)-1.5(D₀-D₁)，

P_W＝30D₀-50D₀，

其中H_W是钢丝锯在使用后的弯曲截面的高度，P_W是钢丝锯在使用后的弯曲截面的节距，D₀是钢丝锯在使用前的直径，且D₁是钢丝锯在使用后的直径。

发明者分析了影响切割工艺的效率和使用钢丝锯从硅块切割的晶片的质量的钢丝锯特性，并发现以下几点。

第一，当正在执行切割工艺时，钢丝锯的直径减小。钢丝锯的直径的减小随着切割条件而变化，且通常，钢丝锯的直径减小10到20μm。

第二，在使用后，钢丝锯的圆形形状可能变化或可能在钢丝锯中形成较小弯曲截面。

第三，切割工艺的效率当在钢丝锯中形成较小弯曲截面时可能比当在钢丝锯中不形成弯曲截面时更高。

第四，不同于一般已知的，所切割晶片的质量当在钢丝锯中形成较小弯曲截面时可能比当在钢丝锯中不形成弯曲截面时更高。

因此，发明者已得出结论，在切割工艺期间，钢丝锯的处于某一范围内的较小弯曲截面增加了切割工艺的效率和晶片的质量，其中所述弯曲截面的范围相对于钢丝锯在使用前和使用后的直径应满足以下等式：

H_W＝0.5(D₀-D₁)-1.5(D₀-D₁)，

P_W＝30D₀-50D₀，

其中H_W是钢丝锯在使用后的弯曲截面的高度，P_W是钢丝锯在使用后的弯曲截面的节距，D₀是钢丝锯在使用前的直径，且D₁是钢丝锯在使用后的直径(见图1和2)。

并且，对于满足以上条件的钢丝锯，在所述钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的圆周部分中钢丝锯在长度方向上的残余应力应为400到1000MPa。

设定以上条件是出于以下原因。

将钢丝锯在使用后的弯曲截面的高度设定为钢丝锯在使用前和使用后的直径差异的0.5到1.5倍，这是因为处于此范围内的钢丝锯的弯曲截面的高度可补偿由于钢丝锯的直径减小导致的晶片厚度差异。

并且，将钢丝锯在使用前的节距定义为比钢丝锯在使用前的直径大30到50倍，这是因为当钢丝锯在使用前的弯曲截面的节距小于钢丝锯在使用前的直径的30倍时，与钢丝锯的弯曲截面的节距比钢丝锯在使用前的直径大30倍或更大的情况相比，在形成弯曲截面时在钢丝锯中产生过多张力。因此，钢丝锯被切断的可能性可能会增加。另外，当钢丝锯在使用前的弯曲截面的节距比钢丝锯在使用前的直径大50倍时，由于钢丝锯的弯曲截面的产生而无法增加抛光材料的量。

钢丝锯中的残余应力将在长度方向上出现于处于距钢丝锯表面5到10μm的深度处的圆周部分中。这是因为距钢丝锯表面5μm或更小的深度太小而不能形成所需的弯曲截面，即使当存在大量残余应力时也是如此。并且，已经在钢丝锯的距表面10μm或更大的深度处的圆周部分中形成了弯曲截面，且因此在长度方向上钢丝锯的残余应力不能影响弯曲截面的形状或大小。

此外，在长度方向上钢丝锯的残余应力应在400到1000MPa的范围内，因为低于此范围，不能形成所需的弯曲截面，且高于此范围，波形的高度变得大于1.5(D₀-D₁)，且这在相当程度上使晶片的质量降级。

在长度方向上钢丝锯的残余应力可优选地在450到950MPa的范围内，因为当通过使用钢丝锯切割硅块来制造晶片时，钢丝锯受磨损的深度与形成在此处的弯曲截面的高度的比率在0.7(D₀-D₁)-1.3(D₀-D₁)的范围内，其是一种较小的变化。因此，当切割硅块时，可获得具有均匀厚度的晶片，也就是说，在第一晶片与最后晶片的厚度之间存在较小差异。

根据本发明，在长度方向上钢丝锯的处于距钢丝锯表面5到10μm的深度处的圆周部分中的残余应力在400到1000MPa的范围内，且因此与钢丝锯在使用期间的直径减小成比例地形成较小弯曲截面。因此，由于钢丝锯的直径的减小以及抛光材料供应不稳定引起的晶片厚度的不规则性可得到补偿，进而同时大大提高切割速度和晶片质量。因此，本发明的钢丝锯不仅可用于制造需要高度精确表面的晶片(例如VTR、ATR等的磁头和半导体芯片)，而且还可用于制造需要高良率的用于产生太阳能的太阳能晶片。

下文将描述根据本发明实施例制备的钢丝锯。钢丝锯的直径在0.08到0.30mm之间，且在钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的圆周部分中钢丝锯在长度方向上的残余应力在400到1000MPa之间。

制造具有0.14mm直径和在长度方向上处于以上范围内的各种残余应力的七种类型的钢丝锯。接着，比较同时通过使用七种类型的钢丝锯切割三个156mm×156mm硅块来制造的晶片的粗糙度。硅块的长度为470mm，钢丝锯的节距为47μm，钢丝锯的供应速度为12.5m/秒，且切割硅块的速度为360μm/分钟。并且，为了比较切割性能，测量当在穿过硅块的钢丝锯中未找到弯曲时的最大绝对切割速度。测量结果列于下表1中。

<表1>

如可从表1看出，晶片缺陷的比率在本发明的实施例1到4中比在比较实例1到3中明显要小。并且，实施例1到4中钢丝锯的最大切割速度较各比较实例1到3中钢丝锯的最大切割速度快约1.5倍。

如上所述，根据本发明的实施例，可通过将钢丝锯的处于距钢丝锯表面5到10μm的深度处的圆周部分中在长度方向上的残余应力设定在400到1000MPa范围内来显著提高钢丝锯的最大切割速度和晶片质量。

虽然已参考本发明的示范性实施例明确绘示和描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解，可在不脱离如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下在其中作出形式和细节上的各种变化。

Claims (3)

1.一种用于切割硬质材料的钢丝锯，

其特征在于，所述钢丝锯的直径Φ为0.08到0.30mm，且在所述钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的部分中所述钢丝锯在长度方向上的残余应力为400到1000MPa。

2.根据权利要求1所述的钢丝锯，其特征在于，所述钢丝锯满足以下等式：

HW＝0.5(D0-D1)-1.5(D0-D1)，

PW＝30D0-50D0，

其中HW是所述钢丝锯在使用后的弯曲截面的高度，PW是所述钢丝锯在使用后的所述弯曲截面的节距，D0是所述钢丝锯在使用前的钢丝直径，且D1是所述钢丝锯在使用后的钢丝直径。

3.根据权利要求1或2所述的钢丝锯，其特征在于，在所述钢丝锯的处于距其表面5到10μm的深度处的部分中所述钢丝锯在长度方向上的所述残余应力为450到950MPa。

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