CN100506452C - 切割垫板以及使用切割垫板从圆柱形工件同时切割多个切片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在用线锯从基本上圆柱形的工件(2)上切割切片时用于固定此工件(2)的切割垫板(1)，该切割垫板(1)具有凹面弯曲地垂直于其纵向、用于连接工件(2)第一面(4)，位于第一面(4)的对面、用于连接固定板的第二面(5)，以及连接第一面(4)和第二面(5)的两个侧面(6、7)，所述侧面(6、7)与第一面(4)相交的切割垫板(1)的两个边(8、9)的彼此距离为a，第一面(4)上的假想线(10)标出了其距第二面(5)的最小距离d，从线(10)的高度并且与距离d垂直地测量侧面(6、7)之间的距离为b，其中距离b小于距离a。本发明还涉及一种用线锯从圆柱形的工件上同时切割多个切片的方法。

Description

切割垫板以及使用切割垫板从圆柱形工件同时切割多个切片的方法

技术领域

本发明涉及切割垫板，以及使用该切割垫板从圆柱形工件、尤其是半导体材料构成的工件上同时切割多个切片的方法，该工件和线锯的线框借助输送装置进行垂直于工件纵轴方向的相对运动，由此引导工件通过线框。

背景技术

通常，半导体晶片通过借助于线锯，在一次操作中将圆柱形单晶或多晶半导体材料工件同时切割成多个半导体晶片的方法制备。

这些线锯的主要组件包括机架、输送装置和切割工具，而切割工具包括由锯线的平行部分所形成的线框。工件一般通过胶接或粘合固定在称作切割垫板的物件上。而切割垫板则又固定在固定板上，以便将工件夹在线锯中。US 6035845公开了各种切割垫板。根据现有技术的切割垫板的突出之处是其截面基本上为矩形，所述切割垫板的一侧借助于凹面弯曲来适应工件的圆柱形状。

线锯的线框一般由多个锯线的平行部分所形成，这些锯线夹在至少两个锯线导辊之间，锯线导辊被可转动地装配，并且其中至少一个导辊为主动的。锯线部分一般属于一根不间断的锯线，锯线绕辊系统经过螺旋状引导，从输送辊延展到接收辊上。

在切割操作期间，输送装置引起锯线部分和工件的反向相对运动。该输送运动的结果是，锯线切割穿过工件而形成平行的锯缝，其中有切割悬浮体作用在锯线上。切割悬浮体也称作浆液，其含有悬浮在液体中的硬质材料颗粒，如碳化硅。也可以使用固定地结合有硬质材料颗粒的锯线。在此情况下，不必采用切割悬浮体。需要的只是加入液体冷却润滑剂，以保护锯线和工件避免过热，同时将工件碎片从锯缝中排出及排掉。

由圆柱形半导体材料如由单晶锭件生产半导体晶片对切割方法提出了很高的要求。切割方法一般要达到的目的是每个切出的半导体晶片具有两个尽量平整、并且相互平行的面。

除了厚度有所不同，半导体晶片两个面的平面度十分重要。通过线锯切割半导体单晶如硅单晶后，结果所产生的晶片具有波纹形的表面。在以后的步骤如磨光或研磨中，根据波纹的长度和振幅以及所排出材料的深度，可以部分或完全除去该波纹。在最坏的情况下，即使在抛光后，成品半导体晶片上还会测得残留的波纹，这对局部的几何结构会有负面影响。这些波纹以不同的程度存在于切割得到的晶片的不同位置上。其中尤其关键的是在切割的末端区域，其中可能会产生特别突出的波纹，并且依其后的处理步骤类型，所述波纹在成品中可能还会被检测到。

由DE 102005007312 A1知道，在根据现有技术的切割方法所产生的切割末端区域中，从圆柱形工件末端切下切片的情况下波纹尤为突出。相反，在工件中间(在轴向)切下的切片在切割的末端区域基本上没有波纹。而且，切割悬浮体所产生的轴向背压梯度被认为是切割过程结束时产生波纹的原因。因此，根据DE 102005007312 A1，减少作用在线框上的切割悬浮体的量，其结果是可以降低切割末端区域中所切半导体晶片的波纹度。然而，发现这一手段不足以满足对局部几何结构不断提高的要求。

发明内容

因此，本发明的目的是进一步减少切割末端区域中产生的局部波纹。

实现该目的是借助于在用线锯从基本上圆柱形的工件2切割切片时用于固定此工件2的切割垫板1，该切割垫板1具有凹面弯曲地垂直于其纵向、并用于连接所述工件2的第一面4，位于第一面4的对面、用于连接固定板的第二面5，以及连接第一面4和第二面5的两个侧面6、7，所述侧面6、7与第一面4相交的切割垫板1的两个边8、9的彼此距离为a，第一面4上的假想线10标出了其距第二面5的最小距离d，从线10的高度并且与距离d垂直地测量侧面6、7的距离为b，其中距离b小于距离a。

该目的的还可以通过包括从基本上圆柱形的工件同时切割多个切片的方法实现，该工件和切割垫板连接，而线锯的线框借助输送装置进行垂直于工件纵轴方向的相对运动，由此引导工件通过线框，其中使用了根据本发明的切割垫板。

附图说明

以下根据附图对本发明进行更详细的描述：

图1所示为根据现有技术具有基本上圆柱形的工件固定在其上的切割垫板的截面。

图2所示为根据本发明具有圆柱形工件固定在其上的切割垫板的截面。

图3所示为使用现有技术的切割垫板时与使用根据本发明的切割垫板时，有关切开区域中的波纹度结果的统计比较。

具体实施方式

切割垫板为用合适材料生产的长形垫板，用于在线锯方法中固定工件，合适的材料如石墨、玻璃或塑料等。现有技术切割垫板的突出之处是其基本上矩形的截面，但是用于固定圆柱形工件的面具有对应于工件的凹面弯曲度，这样切割垫板的形状可以适应工件的形状。根据本发明，与现有技术的方法类似，优选通过胶接或粘合方法实现将工件固定在切割垫板上。通过适应工件的形状，可以达到尽可能大的粘合面积，因此工件与切割垫板之间的结合力也会尽可能的大。切割垫板的形状一般性描述如下：

首先定义如下，切割垫板1的纵向应理解为平行于与其连接的工件2的纵轴3的方向。如上所述，切割垫板1具有第一面4，该面凹面弯曲地与其纵向垂直，并且用于连接工件2。位于第一面4对面的是第二面5，该面用于连接固定板(没有显示出)。面4和5通过两个侧面6、7相连接。侧面6、7与第一面4相交的两个边8、9彼此的距离为a。在第一面4的中央区域，线10可定义为沿纵向穿过该面上与第二面5保持最短距离d的所有的点。换言之，该线10沿着切割垫板1厚度最小处的纵向穿行(即平行于与切割垫板相连的工件的纵轴3)，该最小厚度与距离d同义。线10所处的位置为切割过程结束时线框离开工件2的地方。作为本发明切割垫板特征的另一尺寸是与线10相交、垂直于距离d且其终点位于侧面6和7上的线的长度b。换言之，b为在线10高度上测量的侧面6和7之间的距离。

本发明的切割垫板1(图2)的独特之处在于距离b小于距离a。

优选所述关系为0.5a<b<0.96a。尤其优选所述关系为0.6a<b<0.75a。

相比之下，对于现有技术的切割垫板(图1)，距离a和b的尺寸相等。

使用根据本发明的切割垫板可令人惊讶地导致切开区域中波纹的明显减少。产生这一效果的原因尚不清楚。然而，针对本发明所进行的研究中观察到了以下情况：

切割操作期间，切割悬浮体作用在线框上。锯线部分在工件方向上高速输送切割悬浮体，并将其送入锯缝中，在此其表现出研磨剂的作用。一旦线框穿入现有技术的具有基本上矩形截面的切割垫板时，就可以观察到由于冲击切割垫板的直侧面，一些切割悬浮体立即向锯线运动的相反方向回甩得很远，而再次甩回的一些切割悬浮体击中沿工件方向运行的线框的锯线部分。相反，当切割进根据本发明的切割垫板时，观察到一些切割悬浮体由于冲击切割垫板的倾斜侧面而基本垂直向上甩回，但不是沿相反的方向。甩回到线框上的切割悬浮体可能引起切割悬浮体不均匀地作用在锯线部分上，或引起锯线部分在工件的纵向产生不受控制的横向偏离。可以理解切开区域波纹度的降低可归因于广泛消除的这种影响。然而，其它的解释也是可以想象的。

根据本发明的切割垫板优选对称于通过工件2的纵轴3与线10的平面。同样优选侧面6、7为平面。第二面5也优选为平面。

与含硬质材料颗粒的切割悬浮体一起使用时，使用根据本发明的切割垫板特别有优势，从工件上切割切片时，所述切割悬浮体借助于至少一个喷嘴单元喷洒到线框上。然而，根据本发明的切割垫板也可以在使用具有固定硬质材料颗粒的锯线时使用，借助于至少一个喷嘴单元向其施用液体冷却润滑剂。

喷嘴单元是指能从工件一侧将切割悬浮体或冷却润滑剂施加到线框上的所有喷嘴。举例来说，喷嘴单元可以优选为与锯线导辊的轴和工件的轴平行的伸长的槽形喷嘴。如果在工件一侧的线框之上提供了多个这种喷嘴，则这些喷嘴共同形成了喷嘴单元。喷嘴单元还可以包括优选直线排成一排的独立喷嘴，该排喷嘴与锯线导辊的轴和工件的轴平行，每个喷嘴都具有例如圆形截面，并且切割悬浮体或冷却润滑剂被施用到线框的锯线部分。

如果使用了切割悬浮体，则优选在切割结束时减少切割悬浮体的流量，如在DE 102005007312 A1中所公开的。

同样，优选在最后10％的切割距离内增加切割悬浮体的温度，以便降低切割悬浮体的粘度，从而降低背压梯度。在最后10％的切割距离内切割悬浮体的温度优选增加至多20K。

切割距离是整个切割操作期间线框在工件中通过的全部距离，也即工件中的全部输送位移。在工件为圆柱形的情况下，切割距离对应于工件的直径。

在切割结束时，通过使用根据本发明的切割垫板及增加切割悬浮体的温度，同时与减少切割悬浮体的流量相结合，可以获得最佳的效果。

实施例

为了考察使用根据本发明切割垫板的效果，用商业上可获得的四辊线锯将相当数量的直径为300mm、长度为80mm～355mm的圆柱形单晶硅锭切割成厚度约为930μm的切片。将含有包括碳化硅的硬质材料颗粒悬浮在双丙甘醇中的切割悬浮体施用在锯线上。切割快结束时，减少切割悬浮体的用量，如DE 102005007312 A1中所述。在一半的切割操作中，使用现有技术的切割垫板(比较例)，在另一半中使用根据本发明的切割垫板(实施例)。

对每个由此产生的硅切片或晶片上切开区域中的波纹度进行测定。波纹度是指空间波长范围为2mm～10mm的尺寸偏差(波峰到波谷)，而不计厚度变化的部分。切开区域定义为切割距离的最后50mm。

切开区域中波纹度的测定如下：

将配有一对电容距离测量传感器(一个测量硅晶片的前侧，一个测量后侧)的测量装置的测量头通过晶片中央沿切割方向的线引导到硅晶片前侧和后侧之上。切割方向是指线锯作业期间工件和线框之间相对运动的方向。在此过程中，每隔0.2mm测量和记录传感器与硅晶片前侧或后侧之间的距离。用低通滤波器(高斯滤波器)除去空间波长范围小于2mm的表面粗糙度。经过这些步骤后，就得到了硅晶片前侧和后侧的评价曲线。

为了测定切开区域中的波纹度，用长度为10mm的窗口对前侧和后侧两条评价曲线每一条从切割方向看的最后50mm(滚动矩形窗口过滤)进行考察。窗口内的最大偏差(波峰到波谷)称为窗口中央位置的波纹度。评价曲线最后50mm内测得的前侧和后侧之上所有波纹度中的最大值在以下比较例和实施例中称为切开区域的波纹度。

比较例

使用根据现有技术的对称切割垫板，距离a和b(见图1)均为170mm，厚度d为14.5mm。以这样的方法总共生产了大约1000个硅晶片，用上述方法对切开区域的波纹度进行测量。

实施例

使用根据本发明的对称切割垫板，a＝170mm、b＝114mm，且d＝14.5mm。以这样的方法类似地总共生产了大约1000个硅晶片，用上述方法对切开区域的波纹度进行测量。

对这些测量结果进行统计评价。统计评价在图3中示出。切开区域的波纹度W_A在x轴上以μm为单位绘出。出现在0～1之间的值的累计频率p在y轴上绘出。曲线11所示为比较例的结果，曲线12所示为实施例的结果。所述曲线相应地表示具有x轴上所指明的切开区域波纹度W_A的硅晶片的最大比例。因此，举例来说，图3显示根据比较例生产的硅晶片(曲线11)只有约35％具有最高为10μm的切开区域波纹度。然而，另一方面，根据实施例生产的约80％的硅晶片(曲线12)具有最高为10μm的切开区域波纹度。综合起来，从曲线12与曲线11相比明显向左漂移这一事实来看，很显然根据本发明生产的硅晶片的波纹度明显小于根据现有技术生产的硅晶片的波纹度。此外，曲线12更陡的斜率显示，与现有技术相比可以减少切开区域波纹度的扩展。

本发明的应用范围可以扩展到通过线锯方法，并加入切割悬浮体将圆柱形工件分割成多个切片，而且高平面度、低波纹度对产品十分重要的所有切割方法。本发明优选用于半导体晶片的生产，尤其是硅晶片的生产。术语“圆柱形的”应理解为工件具有基本上为圆形的截面，某些偏差如施用在侧面上的定向槽或平面应当为非实质性的。

Claims (7)

1.一种在用线锯从基本上圆柱形的工件(2)切割切片时用于固定此工件(2)的切割垫板(1)，该切割垫板(1)具有凹面弯曲地垂直于其纵向、并用于连接所述工件(2)的第一面(4)，位于第一面(4)的对面、用于连接固定板的第二面(5)，以及连接第一面(4)和第二面(5)的两个侧面(6、7)，所述侧面(6、7)与第一面(4)相交的切割垫板(1)的两个边(8、9)的彼此距离为a，第一面(4)上的假想线(10)标出了其距第二面(5)的最小距离d，从线(10)的高度并且与距离d垂直地测量侧面(6、7)之间的距离为b，其中距离b小于距离a。

2.权利要求1中所述的切割垫板，其中的适用关系为0.5a<b<0.96a。

3.权利要求1中所述的切割垫板，其中的适用关系为0.6a<b<0.75a。

4.一种从基本上圆柱形的工件同时切割多个切片的方法，所述工件和切割垫板连接，而线锯的线框借助输送装置进行垂直于工件纵轴方向的相对运动，由此引导工件通过线框，其中使用了权利要求1～3之一的切割垫板。

5.权利要求4中所述的方法，其中在开始分割所述工件前通过胶接或粘合而将该工件结合在所述切割垫板上。

6.权利要求4和5之一中所述的方法，其中在所述切割操作期间借助于至少一个喷嘴单元用含有悬浮于液体中的硬质材料颗粒的切割悬浮体喷洒所述线框。

7.权利要求6中所述的方法，其中在最后10％的切割距离内升高切割悬浮体的温度。

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