專利名稱：用于鋼絲鋸的鋼絲導輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鋼絲鋸的鋼絲導輥，該鋼絲鋸用于從圓柱形工件， 尤其是從由半導體材料組成的工件同時切割許多晶片，其中借助于推進 設(shè)備，工件和鋼絲鋸的鋼絲排沿著與工件縱軸垂直的方向進行相對運動， 由此引導工件穿過鋼絲排。
背景技術(shù)：
通常借助于鋼絲鋸在一個加工步驟中將半導體材料的圓柱形單晶或 多晶工件同時切割成許多半導體晶片，由此制備半導體晶片。
該鋼絲鋸的主要組件包括機械框架、推進設(shè)備和由包括平行的鋼絲
段(Drahtabschnitten)的排組成的鋸切工具。該工件通常通過粘合或粘 結(jié)固定在所謂的鋸切條(Sageleiste)上。接著將鋸切條固定在裝配板上， 以便將工件夾在鋼絲鋸中。
鋼絲鋸的鋼絲排通常由多個平行的鋼絲段形成，這些鋼絲段在至少 兩個鋼絲導輥之間繃緊，鋼絲導輥以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝，并驅(qū)動它們之 中的至少一個。鋼絲段通常屬于以螺旋形纏繞在輥系統(tǒng)上并從備用輥解 繞至接收輥上的單股有限的鋼絲。
在鋸切過程中，推進設(shè)備的作用是引導鋼絲段與工件彼此反向地相 對運動。該推進運動的結(jié)果是，施加鋸切懸浮液的鋼絲運動以形成穿過 工件的平行鋸路。也稱作"漿料"的鋸切懸浮液含有懸浮于液體中的硬 材料顆粒，如碳化硅。也可使用具有牢固結(jié)合的磨料的鋸切鋼絲。在此 情況下，無需施加鋸切懸浮液。只需添加避免鋼絲和工件過熱且同時從 切口帶走工件切屑的液態(tài)冷卻潤滑劑(如水)。由圓柱形半導體材料如單晶棒制造半導體晶片對于鋸切方法的要求 嚴格。鋸切方法的目的通常是使每個鋸過的半導體晶片具有兩個盡可能 平坦且相互平行的表面。
除了厚度變化以外，半導體晶片的兩個表面的平坦度也非常重要。 在利用鋼絲鋸切割半導體單晶如硅單晶之后，由此制備的晶片具有波紋 狀表面。根據(jù)波紋的波長和幅度以及去除材料的深度，可以將該波紋在 諸如磨削或拋光的后序步驟中部分或完全地去除。在最不利的情況下， 即使在拋光之后，仍然在最終半導體晶片上檢測到可能具有從幾毫米至
例如50毫米的周期性的此類表面不規(guī)則性(起伏、波動性)，它們對局 部幾何形狀造成不利影響。
作為實際晶片形狀與所追求的理想晶片形狀(即"Sori")的偏差的 度量的弓形和翹曲參數(shù)決定性地取決于切割的直線度，而該直線度決定 性地取決于所用鋼絲導輥的特性。
鋼絲導輥通常具有涂層。此外，它們具有許多溝槽，鋸切鋼絲被引 導通過溝槽，并由此形成鋼絲鋸的鋼絲排。
通常使用具有聚氨酯涂層的鋼絲導輥。由于具有結(jié)合的磨料的切割 鋼絲，聚氨酯對于研磨漿料或者對于磨損具有顯著的耐磨性。
但是在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在50次操作之后，逐漸出現(xiàn)主要引起溝槽 幾何形狀改變的鋼絲導輥的磨損。然而這是非期望的，因為鋸切鋼絲的 最佳引導由于該溝槽幾何形狀的此類改變而不再得到保證。
JP 2006-102917 A2建議使用包含5至30重量％的碳化硅磨料的聚氨 酯作為涂層，使得該涂層比僅包含聚氨酯的涂層明顯更硬。
然而，在鋼絲引導涂層過硬時，不再確保鋼絲與鋼絲導輥之間的摩 擦連接，從而在運動中不再最佳地固定鋼絲排。
這也適用于在JP11-099465 A2中所公開的鋼絲導輥。在此，輥的涂 層也應包含硬度可與研磨的碳化硅顆粒相比的材料。碳化硅顆粒的硬度 為3000至4000 HV (維氏硬度)。JP 11-262853采用了通過用低氧等離子體處理鋼絲導輥表面的類似 方法。由此應使鋼絲導輥的表面更均勻，這應致使鋼絲導輥的壽命約為 2倍。由此還可以改善鋸切的晶片的波動性。該鋼絲導輥包含硬的聚氨 酯樹脂的表面。未受損的鋼絲導輥的溝槽具有在現(xiàn)有技術(shù)中常見的V形 形狀。
因此，本發(fā)明的目的在于提供適用于鋼絲鋸的鋼絲導輥，并克服了 現(xiàn)有技術(shù)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于由圓柱形工件同時切割許多晶片的鋼絲鋸中的鋼絲 導輥，該鋼絲導輥具有厚度為至少2mm且最多7.5mm的涂層，該涂層 由肖氏A硬度為至少60且最多99的材料組成，而且該鋼絲導輥還包括 多個引導鋸切鋼絲的溝槽，其中這些溝槽均具有曲率半徑R為鋸切鋼絲 直徑D的0.25至1.6倍的彎曲的溝槽底部及60至130。的孔徑角。
根據(jù)本發(fā)明的鋼絲導輥包括肖氏A硬度等級為至少60且最多99的 木才卑斗的涂層。在ISO 868中描述了彈性體的肖氏A硬度測量。
鋼絲導輥的涂層優(yōu)選由肖氏A硬度在82至99之間的材料組成。
特別優(yōu)選使用基于聚酯或聚醚的聚氨酯。這可以包括可輥壓的聚氨 酯和鑄塑聚氨酯。
鋼絲導輥的涂層在任何情況下都不應太軟，因為這對溝槽的塑性變 形的耐抗性不足。在此情況下，鋸切鋼絲會切入鋼絲導輥中。這會引起 溝槽幾何形狀的改變，使得不再最佳地引導鋸切鋼絲，并且在發(fā)生側(cè)向 力時會容易地脫離。這對切割的精確度和直線度產(chǎn)生不利影響，從而導 致更差的弓形值和翹曲值，它們在后序加工步驟中無法或僅以高費用才 能改善和校正。
輥芯，即鋼絲導輥的基體，優(yōu)選由鋼如熱膨脹率低的特種鋼(Ingwar 鋼)組成。但作為輥芯材料還可使用鋁、不銹鋼、鈦、碳或復合材料， 如GFP和CFP。 GFP和CFP是分別由玻璃纖維或碳纖維增強的塑料。鋼絲導輥包括許多引導鋸切鋼絲的溝槽。所有溝槽均具有包括彎曲 的溝槽底部和特定孔徑角的溝槽側(cè)壁的確定的均勻的幾何形狀。
其中引導鋸切鋼絲的溝槽底部的曲率半徑R相當于所用鋸切鋼絲的 直徑D的至少25X，但最多大于該直徑60%。這意味著R = 0.25 D ~ 1.6D。
但溝槽底部的曲率半徑優(yōu)選小于鋸切鋼絲的直徑。溝槽的曲率半徑 R優(yōu)選為鋸切鋼絲直徑的0.4至0.9倍，艮卩R = 0.4 D ~ 0.9 D。 根據(jù)本發(fā)明，每個溝槽的孔徑角均為60至130。。 孔徑角優(yōu)選為80至110°。
鋼絲導輥的涂層厚度特別優(yōu)選大于或等于2 mm且小于或等于 6 mm。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)中己知的V形溝槽形狀相比，根 據(jù)本發(fā)明的溝槽形狀具有優(yōu)點。
該涂層優(yōu)選由具有根據(jù)本發(fā)明的特定硬度等級的聚氨酯組成。聚氨 酯為可壓縮的材料。以相對較大的拉力(每圈鋼絲20至30N，通常約 為300圈鋼絲)在輥上繃緊的鋸切鋼絲將涂層壓縮至零點幾毫米的范圍 內(nèi)。此外，整個涂層上的壓縮力不恒定，而是會發(fā)生變化。因為適用于 下式，對于鋼絲鋸切過程特別重要的鋼絲拉力直接取決于
F = AxExdl/l，
其中F代表鋼絲拉力，A代表鋼絲的橫截面積，E代表彈性模量，dl代 表長度變化，而l代表鋼絲的自由長度。
涂層厚度越大，則涂層的壓縮力越大，這導致鋼絲拉力的大幅變化 而對鋸切過程造成不利影響。
另一方面，不應選擇涂層厚度為任意小，因為在此情況下，產(chǎn)生的 鋼絲力直接作用于輥芯上，且會導致涂層脫落。根據(jù)本發(fā)明的2 mm至7.5 mm的涂層厚度避免了鋼絲拉力的此類變 化和輥涂層的脫落，并使在鋼絲鋸切過程中切割的晶片的幾何品質(zhì)最佳。 在現(xiàn)有技術(shù)中，目前通常使用涂層厚度大于8 mm，通常大于10 mm的 鋼絲導輥。本發(fā)明第一次表明了鋼絲導輥的涂層厚度與壽命之間的關(guān)系。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，鋼絲導輥的涂層的根據(jù)本發(fā)明的硬度以及根 據(jù)本發(fā)明的涂層厚度使輥的磨損最優(yōu)化，因此使鋼絲導輥的壽命更長， 這確保在更經(jīng)濟地使用助劑方面明確的經(jīng)濟性優(yōu)點。
與涂層厚度相關(guān)的根據(jù)本發(fā)明的溝槽形狀確保最佳地引導在鋼絲導 輥的溝槽中的鋸切鋼絲，還改善切割品質(zhì)，因此使鋸切的晶片的幾何形 狀更佳。
根據(jù)本發(fā)明的鋼絲導輥用于鋼絲鋸中。在此情況下將鋸切鋼絲多次 纏繞在鋼絲導輥上，從而形成鋼絲鋸的鋼絲排。利用此類鋼絲鋸可以在 一個加工步驟中鋸切工件，特別是圓柱形工件，優(yōu)選為半導體棒，特別 優(yōu)選為硅棒。


下面借助于附圖闡述本發(fā)明。
圖l所示為鋼絲導輥的溝槽的根據(jù)本發(fā)明的幾何形狀。 圖2所示為鋼絲導輥取決于涂層厚度的可能操作次數(shù)。 圖3所示為鋼絲導輥的兩組涂層厚度的幾何參數(shù)波動max的比較。 圖4所示為鋼絲導輥的兩組涂層厚度的幾何參數(shù)波動in的比較。 圖5所示為鋼絲導輥的兩組涂層厚度的幾何參數(shù)直線形狀范圍 (LSR，總翹曲)的比較。
具體實施例方式
例如通過掃描電容傳感器對測定鋸的推進方向上的晶片幾何形狀。 首先，得到正面信號與背面信號之差。為了測定波動性，使10mm長的 窗口通過由此得到的評價曲線。窗口內(nèi)的最大偏差形成對于窗口中心的新值(滾動的方波過濾)。在對晶片的整個掃描中的最大偏差(峰至谷
(PV))是波動max。以相同的方式方法測得波動in,但是僅考慮掃描 的最初50 mm (鋼絲鋸切割范圍)。翹曲是整個晶片的中心線(neutrale Faser)與參考平面(三維)的最大偏差之和(向上和向下)。
直線形狀范圍(LSR)是在鋸的推進方向上掃描的中心線與參考直 線(二維)的最大偏差之和。
例如E+H Eichhorn + Hausmann公司的測量裝置MX 7012 (High Resolution Thickness and Surface Profiler for as-sawn Wafer)適用于測定所 述幾何參數(shù)。
圖l所示為鋼絲導輥的單一溝槽的根據(jù)本發(fā)明的幾何形狀，其中R 代表溝槽底部的曲率半徑，a代表溝槽側(cè)壁的孔徑角。此外還有直徑D 的鋸切鋼絲以及漿料顆粒(鋸切懸浮液)。
圖2所示為使用鋼絲導輥直至其被更換的可能操作次數(shù)的平均數(shù)以 及取決于鋼絲導輥的涂層厚度的相關(guān)標準偏差。
可以發(fā)現(xiàn)，隨著涂層厚度(大于8mm)變大，可能操作次數(shù)減少。 更換鋼絲引導的主要原因均是切割品質(zhì)差。
圖3所示為取決于所用鋼絲導輥的兩組涂層厚度的切割品質(zhì)。
為此，在使用涂層厚度小于或等于6 mm的鋼絲導輥時以及對于涂 層厚度大于或等于8 mm的鋼絲導輥，比較幾何參數(shù)波動max。均表示為 累積頻率，幾何參數(shù)以該累積頻率出現(xiàn)。
小于或等于6 mm的涂層厚度表現(xiàn)出更好的波動max。
圖4中同樣顯示出取決于所用鋼絲導輥的兩組涂層厚度的切割品 質(zhì)。為此，在使用涂層厚度小于或等于6 mm的鋼絲導輥時以及對于涂 層厚度大于或等于8 mm的鋼絲導輥，比較幾何參數(shù)波動in。均表示為 累積頻率，幾何參數(shù)以該累積頻率出現(xiàn)。
在小于或等于6 mm的涂層厚度時表現(xiàn)出更好的波動in。圖5中也研究了取決于所用鋼絲導輥的兩組涂層厚度的切割品質(zhì)。 為此，在使用涂層厚度小于或等于6 mm的鋼絲導輥時以及對于涂層厚 度大于或等于8 mm的鋼絲導輥，比較幾何參數(shù)直線形狀范圍。均表示為 累積頻率，幾何參數(shù)以該累積頻率出現(xiàn)。
在小于或等于6 mm的涂層厚度時表現(xiàn)出更好的直線形狀范圍 (LSR)參數(shù)。
總之，由此發(fā)現(xiàn)以更高的涂層厚度產(chǎn)生差的切割結(jié)果，而鋼絲導輥 的根據(jù)本發(fā)明的涂層厚度范圍是特別有利的。
權(quán)利要求
1、用于由圓柱形工件同時切割許多晶片的鋼絲鋸中的鋼絲導輥，該鋼絲導輥具有厚度為至少2mm且最多7.5mm的涂層，該涂層由肖氏A硬度為至少60且最多99的材料組成，而且該鋼絲導輥還包括多個引導鋸切鋼絲的溝槽，其中這些溝槽均具有曲率半徑R為鋸切鋼絲直徑D的0.25至1.6倍的彎曲的溝槽底部及60至130°的孔徑角。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的鋼絲導輥，其中所述鋼絲導輥的涂層由肖氏A 硬度在82至99之間的材料組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的鋼絲導輥，其中所述溝槽底部的曲率半徑 R為鋸切鋼絲直徑D的0.4至0.9倍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的鋼絲導輥，其中所述溝槽的孔徑角為80至110°。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的鋼絲導輥，其中使用聚氨酯作為所述 涂層材料。
6、 通過鋼絲鋸由圓柱形工件同時切割許多晶片的方法，其中使用根 據(jù)權(quán)利要求1至5之一的鋼絲導輥。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于由圓柱形工件同時切割許多晶片的鋼絲鋸中的鋼絲導輥，該鋼絲導輥具有厚度為至少2mm且最多7.5mm的涂層，該涂層由肖氏A硬度為至少60且最多99的材料組成，而且該鋼絲導輥還包括多個引導鋸切鋼絲的溝槽，其中這些溝槽均具有曲率半徑R為鋸切鋼絲直徑D的0.25至1.6倍的彎曲的溝槽底部及60至130°的孔徑角。此外，本發(fā)明還涉及通過鋼絲鋸由圓柱形工件同時切割許多晶片的方法，其中使用該鋼絲導輥。
文檔編號B28D1/02GK101549531SQ200810091810
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者A·胡貝爾, E·奧爾, H·西霍費爾, M·舍恩赫費爾, P·維斯納 申請人:硅電子股份公司