[发明专利]一种适合大尺寸半导体切割的金刚石线锯制备工艺

说明书

本发明公开了一种适合大尺寸半导体切割的金刚石线锯制备工艺，该金刚石线锯由金刚石磨粒、母线钢丝和镀层组成，其制备工艺包括准备材料、母线前处理、芯线预镀、复合上砂、磨粒固结、钢线螺旋化、干燥及收线等步骤；本发明制备的金刚石线锯，其母线钢丝直径为0.04mm‑0.14mm，金刚石磨粒粒径选用D50=5μm‑6.5μm，镀层厚度△=1.8μm‑3μm，螺旋结构的波高H=1d‑5d，波长L=1cm‑5cm，适用于8寸以上半导体晶圆切割；不仅减少断丝率，减少表面损伤层、线痕及碎片率，有效提高钢线的排屑能力，减少切割过程中的异常，而且切割效率提升，提高晶圆表面质量，具有良好的经济及实用价值。

技术领域

本发明涉及一种适合大尺寸半导体切割的金刚石线锯制备工艺。

背景技术

通过电沉积的方法把金刚石磨料固结在钢丝上制备成一种锯齿状的线切割工具，简称“金刚石线锯”。金刚石线锯最显著的优点是切割效率高，比传统的直丝砂浆切割效率高3-5倍，广泛用于硅片、蓝宝石、半导体及磁材等非金属脆硬材料的切割。其中，半导体材料价值昂贵，且市场需求日益增加，金刚线切割能数倍提升其生产切割效率，获得更高效益。

目前，半导体行业已经逐步从砂浆切割改为金刚线切割，4寸-6寸晶圆已经能稳定使用金刚线切割，但是8寸及以上的半导体晶圆依然只能用砂浆切割。这是由于大尺寸半导体晶圆用金刚线切割存在有以下问题：1)金刚线的磨粒固定在钢线上，金刚石的硬度非常高，切割方式为切削，容易给晶圆表面造成较深的损伤层；而砂浆切割磨粒为游离态，切割方式为磨削，损伤层较浅；损伤层较深意味着后期的抛磨较多，原材料的损失和工时的损失较大。2)切割时切掉的硅粉或脱落的金刚石需要及时排出，大尺寸的晶圆排屑更难，如果硅粉或金刚石没有及时排出，影响切割能力，增加切割时长，并且晶圆表面造成线痕等异常。3)半导体晶圆的弹性系数较低，使用目前金刚线切割时容易造成隐裂或碎片，造成较大损失。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种适合大尺寸半导体切割的金刚石线锯制备工艺，通过优化金刚线原材料组合，并对金刚石线锯进行螺旋处理，从而减少断丝率，减少表面损伤层、线痕及碎片率，有效提高钢线的排屑能力，减少切割过程中的异常。具体技术方案如下：

一种适合大尺寸半导体切割的金刚石线锯制备工艺，该金刚石线锯由金刚石磨粒、母线钢丝和镀层组成，其制备工艺包括如下步骤：

1)准备材料：选择直径合适的钢丝作为金刚石线锯的母线；选择粒径合适的金刚石微粉作为金刚石线锯的金刚石磨粒；并准备好用于镀镍处理的镀液体系；

2)母线前处理：将准备的金刚石线锯母线经氢氧化钠溶液、氨基磺酸溶液以及水洗水进行前处理，获得到表面清洁的金刚石线锯芯线；

3)芯线预镀：表面前处理干净的金刚石线锯芯线在准备的镀液体系中进行沉积预镀镍层，获得预镀母线；

4)复合上砂：将准备的金刚石微粉悬浊分散于准备的镀液体系中，通过电镀镍把金刚石微粉复合上砂到预镀母线上作为金刚石线锯的磨粒，获得金刚石砂线；

5)磨粒固结：在准备的镀液体系中，在复合上砂获得金刚石砂线上再镀一层镍来固结金刚石磨粒，使其不脱落，从而获得金刚石线锯钢线；

6)钢线螺旋化：将磨粒固结后的金刚石线锯钢线通过螺旋装置使其螺旋化，获得螺旋金刚石线；并通过调整螺旋装置导轮的直径大小和螺纹间距来调整螺旋金刚石线的波高和波长；

7)干燥：通过风刀吹干螺旋金刚石线表面的水分，再通过加热装置进一步烘干干燥，获得金刚石线锯；

8)收线：将干燥的金刚石线锯按规定的张力和绕线间距，绕在工字轮上，即得到适合大尺寸半导体切割金刚石线锯。

作为优选的技术方案的，步骤1)中，所述钢丝的直径为0.04mm～0.14mm；所述金刚石微粉的粒径为D50＝5μm～6.5μm；所述镀镍处理的镀液体系均为氨基磺酸镍电镀镍体系。