TWI731270B - 鋸線及切斷裝置 - Google Patents

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Abstract

鋸線(10)包含有由錸與鎢之合金構成的金屬線；金屬線之錸的含有率為0.1wt%以上、10wt%以下；金屬線之彈性係數為350GPa以上、450GPa以下；金屬線之拉伸強度為3500MPa以上；金屬線之線徑為60μm以下。

Description

鋸線及切斷裝置
本發明係有關於鋸線及包含有該鋸線之切斷裝置。
以往，已知有使用由鋼琴線構成之鋸線將矽晶錠切片的複線式線鋸(參照例如專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報2008-213111號
[發明欲解決之問題] 線鋸會產生鋸線線徑量之切屑。上述習知之複線式線鋸係利用由鋼琴線構成之鋸線，但鋼琴線之細線化並不易，由於現狀並不易製造線徑小於60μm之鋼琴線，且鋼琴線之彈性係數為150GPa~250GPa，故即使可細徑化，切片時仍會產生翹曲。因此，細徑化之鋼琴線並不適合線鋸之切片。
是故，本發明之目的在於提供比鋼琴線細且具有鋼琴線之約2倍的彈性係數並具有與鋼琴線同等以上之拉伸強度的鋸線及包含有該鋸線之切斷裝置。 [解決問題之手段]
為達成上述目的，本發明一態樣之鋸線包含有由錸與鎢之合金構成的金屬線；該金屬線之錸的含有率為0.1wt%以上、10wt%以下；該金屬線之彈性係數為350GPa以上、450GPa以下；該金屬線之拉伸強度為3500MPa以上；該金屬線之線徑為60μm以下。
又，本發明一態樣之鋸線包含有由摻雜鉀之鎢構成的金屬線；該金屬線之鉀的含有率為0.005wt%以上、0.010wt%以下；該金屬線之彈性係數為350GPa以上、450GPa以下；該金屬線之拉伸強度為3500MPa以上；該金屬線之線徑為60μm以下。
又，本發明一態樣之切斷裝置包含有該鋸線。 [發明的功效]
根據本發明，可提供比鋼琴線細且具有鋼琴線之約2倍的彈性係數並具有與鋼琴線同等以上之拉伸強度的鋸線及包含有該鋸線之切斷裝置。
[用以實施發明之形態]
以下，就本發明實施形態之鋸線及切斷裝置，使用圖式詳細地說明。此外，以下說明之實施形態皆為顯示本發明之一具體例的實施形態。因而，在以下之實施形態所示的數值、形狀、材料、構成要件、構成要件之配置及連接狀態、步驟、步驟之順序等為一例，並非限定本發明之旨趣。是故，以下之實施形態的構成要件中未記載於顯示本發明最上位概念的獨立請求項之構成要件以任意之構成要件來說明。
又，各圖係示意圖，未必嚴密地圖示。因而，例如在各圖中縮尺等未必一致。再者，在各圖中，對實質上相同之結構附上同一符號，而省略或簡略化重複之說明。
又，在本說明書中，平行或相等等顯示要件間之關係性的用語、及圓形等顯示要件之形狀的用語以及數值範圍並非僅表示嚴格之含義的表現，而是意指亦包含實質上同等之範圍、例如數%左右的差異之表現。
(實施形態) [切斷裝置] 首先，就本實施形態之包含有鋸線的切斷裝置之概要，使用圖1來說明。圖1係本實施形態之切斷裝置1的立體圖。
如圖1所示，切斷裝置1係包含有複數之鋸線10的複線式線鋸。切斷裝置1藉將例如晶錠20切斷成薄板狀，而製造晶圓。晶錠20係由例如單晶矽構成之矽晶錠。具體而言，切斷裝置1藉以複數之鋸線10將晶錠20切片，而同時製造複數之矽晶圓。
此外，晶錠20不限矽晶錠，亦可為碳化矽或藍寶石等其他晶錠。或者，切斷裝置1之切斷對象物亦可為混凝土或玻璃等。
如圖1所示，切斷裝置1更包含有2個導輥2、支撐部3、及拉力緩和裝置4。
於2個導輥2捲繞有複數之鋸線10。2個導輥2藉在複數之鋸線10以預定拉力拉直之狀態下各自旋轉，而使複數之鋸線10以預定速度旋轉。複數之鋸線10相互平行且等間隔配置。具體而言，分別在2個導輥2，以預定間距設有複數個可放入鋸線10之溝。溝之間距按切割出之晶圓的厚度決定。溝之寬度與鋸線10之線徑φ大約相同。
此外，切斷裝置1亦可包含有3個以上之導輥2。亦可繞著3個以上之導輥2捲繞複數之鋸線10。
支撐部3支撐切斷對象物亦即晶錠20。藉支撐部3將晶錠20朝複數之鋸線10推出，可以複數之鋸線10將晶錠20切片。
拉力緩和裝置4係用以緩和對鋸線10施加之拉力的裝置。舉例而言，拉力緩和裝置4為螺旋彈簧或板片彈簧等彈性體。如圖1所示，例如螺旋彈簧亦即拉力緩和裝置4之一端連接於導輥2，另一端固定於預定壁面。藉拉力緩和裝置4調整導輥2之位置，可緩和對鋸線10施加之拉力。
此外，雖圖中未示，切斷裝置1係游離磨粒方式之切斷裝置，亦可包含有將漿料供至複數之鋸線10的供給裝置。漿料係磨粒散落於冷卻劑等切削液者。藉漿料所含之磨粒附著於鋸線10，可易進行晶錠20之切斷。
圖2係顯示本實施形態之切斷裝置1所行的晶錠20之切片的樣態之截面圖。圖2係圖1所示之II-II線的截面，顯示垂直相交於鋸線10之延伸方向的截面之一部分。具體而言，顯示以複數條鋸線10中之3條鋸線10將晶錠20切片的樣態。
藉將晶錠20朝複數之鋸線10推出，而將晶錠20以複數之鋸線10同時分割成複數之分割片21。相鄰的分割片21之間的間隙22係以鋸線10削切晶錠20而形成的空間。亦即，間隙22之大小相當於晶錠20之切割損失。
間隙22之寬度d取決於鋸線10之線徑φ。即，鋸線10之線徑φ越大，寬度d便越大，晶錠20之切割損失越多。鋸線10之線徑φ越小，寬度d便越小，晶錠20之切割損失越少。
具體而言，間隙22之寬度d大於線徑φ。寬度d與線徑φ之差分係取決於附著於鋸線10之磨粒大小與鋸線10旋轉之際的振動之振幅的大小。此時，鋸線10之振幅可藉強力拉開鋸線10而抑制。鋸線10之拉伸強度越高，彈性係數越高，便可越強力地拉開鋸線10。因此，鋸線10之振幅小，可使間隙22之寬度d小，而可使晶錠20之切割損失更少。
此外，分割片21之厚度D取決於複數之鋸線10的配置間隔。因此，複數之鋸線10以所期厚度D與預定邊界相加之間隔配置。具體而言，邊界係寬度d與線徑φ之差分，係按鋸線10之振幅及磨粒的粒徑決定之值。
從以上之點可知為使晶錠20之切割損失少，鋸線10之線徑φ、拉伸強度、彈性係數係重要的參數。具體而言，藉使鋸線10之線徑φ小或使鋸線10之拉伸強度高，使彈性係數高，可使晶錠20之切割損失少。本實施形態之鋸線10具有小於一般具有80μm左右之線徑的鋼琴線之線徑φ且具有與一般具有3500MPa以上之拉伸強度的鋼琴線同等以上之拉伸強度。
以下，就鋸線10之結構及製造方法作說明。
[鋸線] 本實施形態之鋸線10包含有由錸(Re)及鎢(W)之合金(ReW)構成的金屬線。在本實施形態中，鋸線10即為金屬線。
鋸線10含有鎢作為主成分，並含有錸預定比例。鋸線10之錸的含有率為0.1wt %以上、10wt%以下。舉例而言，錸之含有率亦可為0.5wt%以上、5wt%以下，一例為3wt%，亦可為1wt%。藉提高錸之含有率，鋸線10之拉伸強度增大。另一方面，當錸之含有率過高時，鋸線10不易細線化。
由ReW合金構成之金屬線當線徑φ越小，拉伸強度便越強。即，藉利用由ReW合金構成之金屬線，可實現線徑φ小且拉伸強度高之鋸線10，而可抑制晶錠20之切割損失。
具體而言，鋸線10之拉伸強度為3500MPa以上。舉例而言，鋸線10之拉伸強度為3500MPa以上、5000MPa以下，但不限於此。舉例而言，鋸線10之拉伸強度亦可為4000MPa以上。
又，鋸線10之彈性係數為350GPa以上、450GPa以下。此外，彈性係數係縱彈性係數。亦即，鋸線10具有鋼琴線之約2倍的彈性係數。
鋸線10之線徑φ為60μm以下。舉例而言，鋸線10之線徑φ可為40μm以下，亦可為30μm以下。鋸線10之線徑φ具體為20μm，亦可為10μm。此外，使鑽石粒子附著時，鋸線10之線徑φ亦可為例如10μm以上。鋸線10之線徑φ為均一。由於鋸線10之線徑φ為60μm以下，故鋸線10具柔軟性，易充分彎曲。因此，可易將鋸線10捲繞於導輥2之間。
鋸線10為例如與其之延伸方向垂直相交的截面形狀係圓形之金屬線，但不限於此。鋸線10之截面形狀亦可為正方形等矩形或橢圓形等。
[鋸線之製造方法] 以下，就具有上述特徵之鋸線10的製造方法，使用圖3來說明。圖3係顯示本實施形態之鋸線10的製造方法之狀態變遷圖。
首先，如圖3(a)所示，以預定比例準備鎢粉末11a及錸粉末11b。具體而言，以鎢粉末11a與錸粉末11b加在一起之全體重量中的0.1%以上、10%以下之範圍準備錸粉末11b，剩餘為鎢粉末11a。鎢粉末11a及錸粉末11b各自之平均粒徑為例如5μm，但不限於此。
接著，藉對鎢粉末11a及錸粉末11b之混合物進行加壓及燒結(sinter)，而製作由鎢及錸之合金構成的ReW錠。藉對ReW錠進行將錠從周圍鍛造壓縮後伸展之型鍛加工，而如圖3(b)所示，製作鋸線狀ReW線12。舉例而言，燒結體亦即ReW錠之線徑為15mm左右，相對於此，鋸線狀之ReW線12的線徑為3mm左右。
接著，如圖3(c)所示，進行使用拉線模之抽線加工。
具體而言，首先，如圖3(c1)所示，將ReW線12退火。具體而言，不僅以燃燒器直接加熱ReW線12，且一面使電流流至ReW線12，一面加熱。退火製程係為了去除因型鍛加工或抽線加工而產生之加工變形而進行。
接著，如圖3(c2)所示，使用拉線模30，進行ReW線12之抽線、即拉線。此外，由於以前段之退火製程，ReW線12被加熱而軟化，故可易進行拉線。藉將ReW線12細線化，其拉伸強度提高。亦即，藉抽線製程而細線化之ReW線13的拉伸強度高於ReW線12。此外，ReW線13之線徑為例如0.6mm，但不限於此。
接著，如圖3(c3)所示，進行模更換。具體而言，選擇口徑小於拉線模30之拉線模31作為下個抽線加工利用之模。此外，拉線模30及31係由例如燒結鑽石或單晶鑽石等構成之鑽石模。
反覆進行圖3(c1)~(c3)直至ReW線13之線徑達所期線徑φ(具體為60μm以下)為止。此時，在圖3(c2)所示之抽線製程藉按作為對象之ReW線的線徑，調整拉線模30或31之形狀及硬度、使用之潤滑劑以及ReW線之溫度等。
在圖3(c1)所示之退火製程亦同樣地按作為對象之ReW線的線徑，調整退火條件。具體而言，ReW線之線徑越大，便以越高之溫度退火，ReW線之線徑越小，便以越低之溫度退火。舉例而言，當ReW線之線徑大時，具體為在第1次抽線加工時的退火製程，以1400℃~1800℃之溫度退火。在達所期線徑之最後抽線加工時的最後退火製程，以1200℃~1500℃之溫度加熱。此外，在最後退火加工，亦可不進行對ReW線之通電。
又，於反覆進行抽線加工之際，亦可省略退火製程。舉例而言，亦可省略最後退火製程。具體而言，亦可省略最後退火製程，並調節潤滑劑以及拉線模之形狀及硬度。
最後，如圖3(d)所示，藉對達所期線徑φ之ReW線14進行電解研磨，而使ReW線14之表面平滑。如圖3(d)所示，電解研磨製程係藉在ReW線14與碳棒等對向電極41浸於例如氫氧化鈉水溶液等電解液40之狀態下，於ReW線14與對向電極41之間通電而進行。
經過以上之製程，如圖3(e)所示，可製造鋸線10。
此外，圖3係示意顯示鋸線10之製造方法的各製程之圖。可個別進行各製程， 亦可一列式地進行各製程。舉例而言，複數之拉線模亦可在生產線上依序以口徑遞降之次序排列，於各拉線模間配置進行退火製程之加熱裝置等，並於口徑最小之拉線模的後面配置電解研磨裝置等。
[效果等] 如以上，本實施形態之鋸線10包含有由錸與鎢之合金構成的金屬線；金屬線之錸的含有率為0.1wt%以上、10wt%以下；金屬線之彈性係數為350GPa以上、450GPa以下；金屬線之拉伸強度為3500MPa以上；金屬線之線徑為60μm以下。又，舉例而言，金屬線之拉伸強度為5000MPa以下。
如此，由於金屬線含有鎢作為主成分，故越細線化，拉伸強度越增加而越不易切割。再者，因金屬線含有錸，故可比純鎢線提高強度。藉此，即使金屬線細線化，亦不易切割，故可實現與鋼琴線同等以上之拉伸強度。因而，根據本實施形態，可提供比鋼琴線細且具有鋼琴線之約2倍的彈性係數並具有與鋼琴線同等以上之拉伸強度的鋸線10。
由於本實施形態之鋸線10的拉伸強度高，故可以強勁之拉力於導輥2間拉開。因此，可抑制切斷晶錠20時之鋸線10的振動。
如此，由於鋸線10之線徑小，且拉伸強度高，彈性係數高，故可使將晶錠20切片時產生之切屑、即晶錠20之切割損失少。因而，可增加從1個晶錠20切割出之晶圓的片數。
由於錸鎢之合金線具有拉伸強度因細線化而增加之特徵，故鋸線10以錸鎢之合金線構成這點非常有用。
又，本實施形態之切斷裝置1包含有鋸線10。
藉此，由於鋸線10之線徑小，故可增加從1個晶錠20切割出之晶圓片數。又，可使將晶錠20切片時產生之切屑少。可有效地利用晶錠20之材料等有限之資源。
又，舉例而言，切斷裝置1包含有用以緩和對鋸線10施加之拉力的拉力緩和裝置4。
藉此，由於可抑制對鋸線10施加強勁之拉力，故可抑制鋸線10之斷線等。
(變形例) 接著，就上述實施形態之變形例作說明。在以下，以與上述實施形態之不同點為中心來說明，而省略或簡略化共通點之說明。
本變形例之鋸線包含有由摻雜鉀(K)之鎢取代ReW合金而構成的金屬線。本變形例之鋸線即為金屬線。
鋸線含有鎢作為主成分，並含有鉀預定比例。鋸線之鉀的含有率為0.005wt%以上、0.010wt%以下。
由摻雜鉀之鎢構成的金屬線(摻雜鉀之鎢線)是線徑φ越小，拉伸強度便越強。 即，藉利用摻雜鉀之鎢線，可實現線徑φ小且拉伸強度高之鋸線，而可抑制晶錠20之切割損失。
本變形例之鋸線的拉伸強度、彈性係數及線徑φ分別與實施形態之鋸線10相同。
如以上，本變形例之鋸線包含有由摻雜鉀之鎢構成的金屬線；金屬線之鉀的含有率為0.005wt%以上、0.010wt%以下；金屬線之彈性係數為350GPa以上、450GPa以下；金屬線之拉伸強度為3500MPa以上；金屬線之線徑為60μm以下。
如此，藉鎢含有微量之鉀，而抑制金屬線之半徑方向的晶粒成長。因此，本變形例之鋸線比起純鎢，在高溫之強度更高。
(其他) 以上，就本發明之鋸線及切斷裝置，依據上述實施形態及變形例作了說明，本發明不限上述實施形態。
舉例而言，在上述實施形態及變形例中，顯示了鋸線10即為金屬線之例，但不限於此。鋸線10亦可包含有金屬線及附著於金屬線之表面的複數之磨粒。亦即，鋸線10可為可在如實施形態所示之游離磨粒方式利用之鋸線，亦可為可在固定磨粒方式利用之鋸線。磨粒為例如鑽石或CBN(立方氮化硼)等。
又，舉例而言，切斷裝置1亦可不為複線式線鋸，亦可為藉以1個鋸線10將晶錠20切片而1片接1片地切割出晶圓之線鋸裝置。又，在圖1所示之切斷裝置1僅為一例，亦可不包含有例如拉力緩和裝置4。
此外，對各實施形態施行該業者想出來之各種變形而得的形態及藉在不脫離本發明之旨趣的範圍任意地組合各實施形態之構成要件及功能而實現的形態亦包含在本發明。
1‧‧‧切斷裝置2‧‧‧導輥3‧‧‧支撐部4‧‧‧拉力緩和裝置10‧‧‧鋸線11a‧‧‧鎢粉末11b‧‧‧錸粉末12‧‧‧ReW線13‧‧‧ReW線14‧‧‧ReW線20‧‧‧晶錠21‧‧‧分割片22‧‧‧間隙30‧‧‧拉線模31‧‧‧拉線模40‧‧‧電解液41‧‧‧對向電極D‧‧‧所期厚度d‧‧‧寬度II-II‧‧‧線φ‧‧‧線徑
【圖1】係實施形態之切斷裝置的立體圖。 【圖2】係顯示實施形態之切斷裝置所行之晶錠的切片之樣態的截面圖。 【圖3】(a)~(e)係顯示實施形態之鋸線的製造方法之狀態變遷圖。
10‧‧‧鋸線
11a‧‧‧鎢粉末
11b‧‧‧錸粉末
12‧‧‧ReW線
13‧‧‧ReW線
14‧‧‧ReW線
30‧‧‧拉線模
31‧‧‧拉線模
40‧‧‧電解液
41‧‧‧對向電極

Claims (5)

  1. 一種鋸線，包含有由錸與鎢之合金構成的金屬線； 該金屬線之錸的含有率為0.1wt%以上、10wt%以下； 該金屬線之彈性係數為350GPa以上、450GPa以下； 該金屬線之拉伸強度為4000MPa以上； 該金屬線之線徑為60μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋸線，其中， 該金屬線之拉伸強度為5000MPa以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之鋸線，其中， 該金屬線之線徑為均一。
  4. 一種切斷裝置，包含有如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之鋸線。
  5. 如申請專利範圍第4項之切斷裝置，更包含： 拉力緩和裝置，其用以緩和對該鋸線施加之拉力。
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