CN202727132U - 锯和具有金刚石涂层的锯切元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锯和具有金刚石涂层的锯切元件。所提供的用于锯的锯切元件包括芯部和连续的金刚石外层。此外，还提供了相应的锯和用于制造该元件的方法。

Description

锯和具有金刚石涂层的锯切元件

技术领域

本实用新型的实施例涉及对工件进行锯切的锯所用的涂覆金刚石的元件及制造该元件的方法。更具体地，涉及用于锯的涂覆金刚石的线。 

背景技术

线锯用于切割工件，例如使用线锯进行勾划(cropping)、矫方(squaring)和晶片切片(wafering)来切割硅工件。线锯还用于切割其它材料。 

线锯中可以使用不同种类的线，例如与浆料中的碳化硅颗粒结合使用的线，以及通常与冷却剂结合使用的金刚石线。一般地，例如碳化硅或金刚石之类的硬材料研磨工件以产生切割。典型地，涂覆金刚石的线包括钢芯，其在表面上涂覆(分别嵌入)金刚石颗粒。金刚石颗粒不形成均匀层，而是从钢的表面略微突出，这是该线用于锯切时的研磨力的成因的一个主要因素。 

在切割期间，线沿其长度方向(水平地)迅速移动，并且工件通过工件供应板沿基本上与线的快速移动方向垂直的切割方向相对较慢地移动。线作用在工件上的垂直力从而沿切割方向施加，并且工件作用在线上的反作用力使线沿着与切割方向相反的方向变形或弯曲。 

通常的目的是增大切割速度，例如通过在线锯中更快地移动线，或通过增大将线按压在被锯的物品上的力。这些手段类似地需要提高线的稳定性以保持对破坏的抵抗性。然而，特别是锯切相对昂贵的用于半导体的硅时，减小线的直径以减小切割损失也是一个目的。 

鉴于上述，希望具有这样的锯切元件：避免传统的表面嵌有金刚石的钢锯线的所述不足。 

实用新型内容

根据实施例，提供了一种用于锯的锯切元件。所述元件包括：芯部和连续的金刚石外层。芯部包括金属。锯切元件还包括位于芯部和金刚石外层之间的碳化物层。芯部是线。线的直径是100μm或更小。连续的外层的平均厚度为50μm或更小，并且其中，通过化学气相沉积来优选地设置连续的外层。连续的外层的平均表面粗糙度为5μm至30μm。 

根据另一个实施例，提供了一种锯。所述锯包括：框架，安装到所述框架的锯切元件，其中，所述元件包括：芯部和连续的金刚石外层。其中，芯部是线或带。 

根据另一个实施例，提供了一种制造锯切元件的方法。所述方法包括以下步骤：提供芯部，并且在所述芯部上沉积连续的金刚石外层。 

根据另一个实施例，提供了在锯切处理中锯切元件的使用。使用的锯切元件包括：芯部和连续的金刚石外层。 

附图说明

以可以详细理解本实用新型的上述特征的方式，参照实施例可以得到对以上概括的本实用新型的更具体的描述。关于本实用新型的实施例的附图描述如下： 

图1示出根据实施例的锯切元件的示意截面图； 

图2示出根据实施例的另一个锯切元件的示意截面图； 

图3示出根据实施例的另一个锯切元件的示意性立体前视图； 

图4示意性示出根据实施例的线锯； 

图5示意性示出根据实施例的锯切元件的截面侧视图； 

图6示出制造根据实施例的锯切元件的沉积腔室。 

具体实施方式

本文中，线锯装置、线锯切装置和线切割装置可互换地使用。本文中，工件支撑板和工件供应板可互换地使用。本文中，术语锯切和切割可互换地使用，晶片切割线锯和切片机(waferer)可互换地使用。本文中， 工件可以包括一个或多个单独的件，例如多个半导体件或块。本文中，线锯可以使用单线、多线、一排或多排的单线或多线、一个或多个线构成的一个或多个网进行切割，线可以指多根线。本文中，传感器还可以执行传感以外的功能，例如超声传感器可以是超声换能器，反之亦然，从而超声传感器可以即产生又检测超声的脉冲和波。本文中，短语“关于”，“针对”和“相对”可互换地使用。本文中，物体上“连续的涂层”指的是完全并相干地覆盖被涂覆的物体的层，即没有间隙(除在刻意指定的位置以外)。这例如可以通过检查化学物质是否即使在存在涂层的情况下仍与芯部发生反应，或通过光学检验，来进行测试。本文中使用的“连续”不一定包括具有均匀厚度的涂层。因此具有不同厚度及/或表面粗糙度的层或涂层可以是连续的。本文中，“金刚石”层可以包括质量比达30％的其它元素，并且仍被认为是“金刚石”。 

现在详细参照本实用新型的各实施例，每个图中示出本实用新型的一个或多个示例。每个示例以解释的方式提出，并不旨在限制。例如，作为一个实施例的一部分描述或示出的特征可以用于其它实施例或与其它实施例一起使用以产生别的实施例。本实用新型旨在包括这样的改变和变化。 

图1示出根据实施例的锯切元件10的截面图。芯部30涂覆有连续的金刚石外层20。通常，芯部包括金属，更具体地包括钢、镍或钛，再具体地包括含Ni及/或Cr的钢。在其它实施例中，芯部30还可以包括纤维材料，例如碳纤维。以下，示例性假定芯部是金属的。此外，假定芯部30具有线的形状，从而具有圆形截面，并呈长度远大于直径的管状。金刚石外层20具体地具有粗糙表面(图1)，超过现有技术中一般的CVD沉积期间可实现的粗糙度。在外层20的沉积过程中故意实现粗糙度的提高，具体地通过改变处理期间的沉积处理的参数来实现。以下将详细说明。 

在芯部30是线的实施例中，芯部一般具有25μm至100μm的直径，更具体地30μm至80μm。金刚石涂层的厚度从10μm至50μm，更具体地从15μm至25μm。被镀覆的线的直径从而从约40μm至200μm，更具体地从45μm至100μm，低于传统的嵌有金刚石的线的一般直径。本文中的金刚石膜具体由物理气相沉积形成，具体地使用脂肪烃(具体为甲烷)作为 处理气体的成分。 

根据实施例的锯切元件的强度远超过现有可比较的表面上嵌有金刚石的线。此外，不存在如传统的线那样，表面上的金刚石在锯切过程中被去除的风险。因此，预期锯切元件的寿命显著高于嵌有金刚石的线的寿命。本文中描述的涂覆金刚石的元件具有外部金刚石刻面，作为锯切元件的超结构的一部分，这提供了研磨作用。期望整体寿命远高于传统的嵌金刚石的线，降低了成本和维护并节约时间。此外，由于较小的直径，大大减小了锯痕损失。 

实施例中在芯部30和金刚石层20之间可以设置碳化物中间层35，这在图2中示出。中间层35可以提高芯部30和膜20之间的粘着，其厚度可以从100nm至5μm，更具体地从120nm至3μm。此外，在实施例中，芯30部的各种其它形状是可以的，例如具有矩形截面的条形，这在图3中示意示出，其中出于图示目的没有示出层20的表面粗糙的情况。锯切元件10在实施例中还可以是盘状(未示出)。 

通常，使用物理或化学沉积技术(例如化学气相沉积)将金刚石层施加到通常为金属的芯部30。通过使用该技术，可以确保形成的金刚石层20在硬度和强度方面与刚性的金刚石的特性相似。 

由于外层20具有金刚石的特性，所以其具有抵抗被涂覆的锯切元件10的弯曲的刚性(针对上述给出的具体尺寸)。因此，根据实施例的锯切元件将根据涂层的厚度而将比传统的嵌有金刚石的钢线具有对抗由于弯曲引起的破坏的更高的刚性和更低的机械稳定性。传统的钢线或传统的涂覆金刚石的线(没有均匀的外层)一般设置在承载数千米的线的线轴上。而本涂覆金刚石的线10由于更大的刚性不容易将线设置在线轴上。 

更好地，根据实施例的锯切元件10可以例如与刚性架50一起使用，多个元件被安装到刚性框架50，这在图4中示出。这些锯切元件10(以下称为金刚石串)被夹持成为所示的阵列。因此，提供了刚性金刚石串的阵列锯60，其因而例如可以用于锯切硅块70。通过沿箭头方向来回移动锯60，锯切元件/金刚石串10相对于块体70移动并进行锯切。应理解这仅是实施例的线锯和锯切处理的非限制性示例，使用实施例的锯切元件的 其它结构也是可以的。 

在实施例中，如图4所示，例如在锯60中使用涂覆金刚石的锯切元件10，可以伴随着将超声从超声发射器80施加到锯切元件10及/或框架50。超声有助于提高金刚石串相对于硅基底70的相对速度。 

在实施例中，用本文所述的锯切元件10进行锯切可以使用表面活性剂、润滑剂或催化剂进行辅助。由于根据实施例的锯切元件10具有连续的金刚石外层20，所以它们比传统的嵌有金刚石的钢线相对许多物质更具化学稳定性。这是由于锯切处理中使用的添加剂不直接接触芯部30，而仅接触金刚石外层20。因此，在锯切处理中可以使用对芯部所采用的钢或其它金属具有腐蚀性的物质，例如KOH和HF。它们有助于进一步加速锯切或切片过程。因此，在锯60中使用金刚石串10允许了腐蚀性刻蚀剂的使用，这并不能用于现有的锯切技术(其中线具有暴露的钢表面)中。 

在实施例中，图4所示的金刚石串的锯60可以配备有监视系统。这里例如可以包括用于阻抗的传感器，其可以安装到串10的端部以确定串10的磨损/损耗。因此，基于例如切割进给的数据处理参数，控制器可以调整进给速率等以对串10的使用进行补偿。 

图5示出根据实施例的锯切元件10的示意性截面侧视图。沿线的长度方向和周向(未示出，参照图1和2)，线10具有交替的小直径区域22和大直径区域24。本文中的附图仅是示意性的，不一定反映根据实施例的实际尺寸、表面粗糙度或表面形状。 

如果线沿长度方向移动地划过被锯切的主体，则具有大直径和小直径区域的线10的轮廓用于提供研磨作用。通过控制沉积条件来实现该研磨特性。在实施例中，首先进行将用于粘着的单晶金刚石沉积到线芯部30的初始沉积。该相对平滑的涂覆之后通常进一步跟着是多晶层，以产生用于研磨特性的刻面，即涂层20的小直径区域22和大直径区域24的刻面。例如可以通过沉积过程中的涂布速率来影响沉积的金刚石层的粗糙度。随着单位时间内沉积生长率增大，粗糙度变大。这在实施例中用于产生金刚石外涂层的表面的预期表面粗糙度。对于用于硅锯切的线，金刚石涂层的典型平均表面粗糙度从3μm至30μm，更具体地从5μm至20μm。 在实施例中，例如当锯切线的直径为0.5mm至2mm时，高达100μm或甚至200μm的表面粗糙度是所希望的。因此，表面粗糙度很大程度地取决于要被锯切的材料和锯切元件的尺寸。 

用于产生根据实施例的锯切元件的示例性方法如下。将形成芯部30的线放置在用于化学气相沉积的真空室110中，这如图6所示。芯部30被放置在台120上。台120连接至HF功率源130，以及被安装在台120上方的电极140，使得芯部20被放置在台120和电极140之间。通过入口150，处理气体(前驱气体)160被注入室110中。通过来自HF功率源130的高频电压，产生等离子体170并将其保持在台120和电极140之间。通过调整HF功率源130以及处理气体160的流速，可以影响等离子体170的特性。处理气体(前驱气体)160具体可以是氢气与通常为甲烷或另一种脂肪烃之间的混合物。 

芯部30示例性地被选择为钢线，但也可以由镍、钛或前述材料的合金形成。线可以主要包括能在表面上形成稳定碳化物的任意金属、合金或其它适当的稳定材料。钢线的长度可以从10cm至几米，具体地从50cm至1.5m。线然后具体地涂覆单晶金刚石涂层。随后，将多晶金刚石涂层沉积在第一金刚石涂层上以产生刻面，从而实现理想的表面粗糙度，所述刻面在锯切过程中将提供研磨作用。单晶硅和多晶硅涂层(层)一起形成金刚石外层20。 

在实施例中，芯部30或可选的中间层35上金刚石的形成由成核开始。可以简单地通过用金刚石对线进行撒粉然后进行化学气相沉积(CVD)来完成，或通过形成碳化物和随后的化学成核来完成。 

如上所述，可以通过提高金刚石的沉积速率来促进多晶金刚石的形成，例如通过提高包括碳氢化合物的前驱气体进入处理腔室的流速。附加地或替代地，在实施例中，一般包括氧气和/或氮气的添加气体可以添加到前驱气体。这些掺杂物也将促进多晶金刚石的形成，并可以伴随着降低的处理温度和提高的沉积速率。 

在实施例中，实现处理气体的气相活化的方法还可以包括使用热灯线和微波裂化。 

尽管上述公开了本实用新型的实施例，但在不背离本实用新型的基本范围的前提下可以得出本实用新型的其它的和进一步的实施例，本实用新型的范围由所附权利要求确定。 

Claims (9)

1.一种用于锯的锯切元件，包括：

芯部，以及

连续的金刚石外层。

2.根据权利要求1所述的锯切元件，其中，所述芯部包括金属。

3.根据权利要求1或2所述的锯切元件，还包括位于所述芯部和所述金刚石外层之间的碳化物层。

4.根据权利要求1或2所述的锯切元件，其中，所述芯部是线。

5.根据权利要求4所述的锯切元件，其中，所述线的直径是100μm或更小。

6.根据权利要求1或2所述的锯切元件，其中，连续的所述外层的平均厚度为50μm或更小，并且其中，通过化学气相沉积来优选地设置连续的所述外层。

7.根据权利要求1或2所述的锯切元件，其中，连续的所述外层的平均表面粗糙度为5μm至30μm。

8.一种锯，包括：

框架，

安装到所述框架的锯切元件，所述元件包括：

芯部，以及

连续的金刚石外层。

9.根据权利要求8所述的锯，其中，所述芯部是线或带。 

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