專利名稱：鋸和具有金剛石涂層的鋸切元件的制作方法
技術領域：
本實用新型的實施例涉及對工件進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：
線鋸用于切割工件,例如使用線鋸進行勾劃(cropping)、矯方(squaring)和晶片切片(wafering)來切割娃工件。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合使用的線，以及通常與冷卻劑結合使用的金剛石線。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層，而是從鋼的表面略微突出，這是該線用于鋸切時的研磨力的成因的一個主要因素。在切割期間，線沿其長度方向(水平地)迅速移動，并且工件通過工件供應板沿基本上與線的快速移動方向垂直的切割方向相對較慢地移動。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，例如通過在線鋸中更快地移動線，或通過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)定性以保持對破壞的抵抗性。然而，特別是鋸切相對昂貴的用于半導體的硅時，減小線的直徑以減小切割損失也是一個目的。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。

實用新型內(nèi)容根據(jù)實施例，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。芯部包括金屬。鋸切元件還包括位于芯部和金剛石外層之間的碳化物層。芯部是線。線的直徑是100 μ m或更小。連續(xù)的外層的平均厚度為50 μ m或更小，并且其中，通過化學氣相沉積來優(yōu)選地設置連續(xù)的外層。連續(xù)的外層的平均表面粗糙度為5 μ m至30 μ m。根據(jù)另一個實施例，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。其中，芯部是線或帶。根據(jù)另一個實施例，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)另一個實施例，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。

[0011]以可以詳細理解本實用新型的上述特征的方式，參照實施例可以得到對以上概括的本實用新型的更具體的描述。關于本實用新型的實施例的附圖描述如下圖I示出根據(jù)實施例的鋸切元件的示意截面圖；圖2示出根據(jù)實施例的另一個鋸切元件的示意截面圖；圖3示出根據(jù)實施例的另一個鋸切元件的示意性立體前視圖；圖4示意性示出根據(jù)實施例的線鋸； 圖5示意性示出根據(jù)實施例的鋸切元件的截面?zhèn)纫晥D；圖6示出制造根據(jù)實施例的鋸切元件的沉積腔室。
具體實施方式
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板可互換地使用。本文中，術語鋸切和切割可互換地使用，晶片切割線鋸和切片機(waferer)可互換地使用。本文中，工件可以包括一個或多個單獨的件，例如多個半導體件或塊。本文中，線鋸可以使用單線、多線、一排或多排的單線或多線、一個或多個線構成的一個或多個網(wǎng)進行切割，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)生又檢測超聲的脈沖和波。本文中，短語“關于”，“針對”和“相對”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，即沒有間隙(除在刻意指定的位置以外)。這例如可以通過檢查化學物質是否即使在存在涂層的情況下仍與芯部發(fā)生反應，或通過光學檢驗，來進行測試。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”層可以包括質量比達30%的其它元素，并且仍被認為是“金剛石”?，F(xiàn)在詳細參照本實用新型的各實施例，每個圖中示出本實用新型的一個或多個示例。每個示例以解釋的方式提出，并不旨在限制。例如，作為一個實施例的一部分描述或示出的特征可以用于其它實施例或與其它實施例一起使用以產(chǎn)生別的實施例。本實用新型旨在包括這樣的改變和變化。圖I示出根據(jù)實施例的鋸切元件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，并呈長度遠大于直徑的管狀。金剛石外層20具體地具有粗糙表面(圖I)，超過現(xiàn)有技術中一般的CVD沉積期間可實現(xiàn)的粗糙度。在外層20的沉積過程中故意實現(xiàn)粗糙度的提高，具體地通過改變處理期間的沉積處理的參數(shù)來實現(xiàn)。以下將詳細說明。在芯部30是線的實施例中，芯部一般具有25μπι至ΙΟΟμπι的直徑，更具體地30 μ m至80 μ m。金剛石涂層的厚度從10 μ m至50 μ m,更具體地從15 μ m至25 μ m。被鍍覆的線的直徑從而從約40 μ m至200 μ m,更具體地從45 μ m至100 μ 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)實施例的鋸切元件的強度遠超過現(xiàn)有可比較的表面上嵌有金剛石的線。此外，不存在如傳統(tǒng)的線那樣，表面上的金剛石在鋸切過程中被去除的風險。因此，預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構的一部分，這提供了研磨作用。期望整體壽命遠高于傳統(tǒng)的嵌金剛石的線，降低了成本和維護并節(jié)約時間。此外，由于較小的直徑，大大減小了鋸痕損失。實施例中在芯部30和金剛石層20之間可以設置碳化物中間層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有示出層20的表面粗糙的情況。鋸切元件10在實施例中還可以是盤狀(未示出)。通常，使用物理或化學沉積技術(例如化學氣相沉積)將金剛石層施加到通常為金屬的芯部30。通過使用該技術，可以確保形成的金剛石層20在硬度和強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(針對上述給出的具體尺寸)。因此，根據(jù)實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抗由于彎曲引起的破壞的更高的剛性和更低的機械穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的鋼線或傳統(tǒng)的涂覆金剛石的線(沒有均勻的外層)一般設置在承載數(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置在線軸上。更好地，根據(jù)實施例的鋸切元件10可以例如與剛性架50 —起使用，多個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。通過沿箭頭方向來回移動鋸60，鋸切元件/金剛石串10相對于塊體70移動并進行鋸切。應理解這僅是實施例的線鋸和鋸切處理的非限制性示例，使用實施例的鋸切元件的其它結構也是可以的。在實施例中，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于硅基底70的相對速度。在實施例中，用本文所述的鋸切元件10進行鋸切可以使用表面活性劑、潤滑劑或催化劑進行輔助。由于根據(jù)實施例的鋸切元件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許多物質更具化學穩(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芯部所采用的鋼或其它金屬具有腐蝕性的物質，例如KOH和HF。它們有助于進一步加速鋸切或切片過程。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(其中線具有暴露的鋼表面)中。在實施例中，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，基于例如切割進給的數(shù)據(jù)處理參數(shù)，控制器可以調(diào)整進給速率等以對串10的使用進行補償。圖5示出根據(jù)實施例的鋸切元件10的示意性截面?zhèn)纫晥D。沿線的長度方向和周向(未示出，參照圖I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)實施例的實際尺寸、表面粗糙度或表面形狀。如果線沿長度方向移動地劃過被鋸切的主體，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。通過控制沉積條件來實現(xiàn)該研磨特性。在實施例中，首先進行將用于粘著的單晶金剛石沉積到線芯部30的初始沉積。該相對平滑的涂覆之后通常進一步跟著是多晶層，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。例如可以通過沉積過程中的涂布速率來影響沉積的金剛石層的粗糙度。隨著單位時間內(nèi)沉積生長率增大，粗糙度變大。這在實施例中用于產(chǎn)生金剛石外涂層的表面的預期表面粗糙度。對于用于硅鋸切的線，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。在實施例中，例如當鋸切線的直徑為O. 5mm至2mm時，高達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氣相沉積的真空室110中，這如圖6所示。芯部30被放置在臺120上。臺120連接至HF功率源130，以及被安裝在臺120上方的電極140，使得芯部20被放置在臺120和電極140之間。通過入口 150，處理氣體(前驅氣體)160被注入室110中。通過來自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120和電極140之間。通過調(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?shù)姆€(wěn)定材料。鋼線的長度可以從IOcm至幾米，具體地從50cm至I. 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，從而實現(xiàn)理想的表面粗糙度，所述刻面在鋸切過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始?？梢院唵蔚赝ㄟ^用金剛石對線進行撒粉然后進行化學氣相沉積(CVD)來完成，或通過形成碳化物和隨后的化學成核來完成。如上所述，可以通過提高金剛石的沉積速率來促進多晶金剛石的形成，例如通過提高包括碳氫化合物的前驅氣體進入處理腔室的流速。附加地或替代地，在實施例中，一般包括氧氣和/或氮氣的添加氣體可以添加到前驅氣體。這些摻雜物也將促進多晶金剛石的形成，并可以伴隨著降低的處理溫度和提高的沉積速率。在實施例中，實現(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。盡管上述公開了本實用新型的實施例，但在不背離本實用新型的基本范圍的前提下可以得出本實用新型的其它的和進一步的實施例，本實用新型的范圍由所附權利要求確定。
權利要求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)權利要求I所述的鋸切元件，其中，所述芯部包括金屬。
3.根據(jù)權利要求I或2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。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的鋸切元件，其中，所述芯部是線。
5.根據(jù)權利要求4所述的鋸切元件，其中，所述線的直徑是100μ m或更小。
6.根據(jù)權利要求I或2所述的鋸切元件，其中，連續(xù)的所述外層的平均厚度為50μ m或更小，并且其中，通過化學氣相沉積來優(yōu)選地設置連續(xù)的所述外層。
7.根據(jù)權利要求I或2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 μ m M 30 μ m。
8.一種鋸,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。
9.根據(jù)權利要求8所述的鋸，其中，所述芯部是線或帶。
專利摘要本實用新型涉及鋸和具有金剛石涂層的鋸切元件。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，還提供了相應的鋸和用于制造該元件的方法。
文檔編號B28D5/04GK202727132SQ201120563790
公開日2013年2月13日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權日2011年10月26日
發(fā)明者蘇布爾曼尼恩·耶爾 申請人:應用材料瑞士股份有限公司