CN101200102B - 用于从工件中切出多个晶片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从工件中切出多个晶片的方法，所述工件具有纵向轴线和横截面，固定在工作台上的所述工件通过在所述工作台和线锯的线排之间的垂直于工件的纵向轴线的方向上的相对运动以可变的向前进给速率经过所述线排而进给，其中所述线排由以有效速度运动的锯线所形成，所述锯线的有效速度作为所述向前进给速率和由所述工件的横截面确定的进入到所述工件中的锯线的接合长度的函数被调节，从而导致锯线的均匀磨损。

Description

用于从工件中切出多个晶片的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过线锯从工件中切出(或切下)多个晶片的方法。

背景技术

线锯例如适用于在一个加工步骤中从一晶体块中切出多个半导体晶片、太阳能晶片和其他晶片。

这种线锯的工作原理在US-5,771,876中进行了描述。

线锯具有线排(wire gang)，其由围绕着两个或更多个送线或导向辊缠绕的锯线形成。

所述锯线可覆盖有切削层。

当采用具有无牢固地附着的切削磨料的锯线的线锯时，以悬浮液(浆料)形式存在的切削磨料在切割过程中被供给。

在切割过程中，固定在工作台上的工件经过以彼此平行的锯线段的形式布置的线排。经过线排的过程通过向前进给装置所导致的工作台和线排之间的相对运动而产生，其中所述向前进给装置使工件抵靠着线排进给(工作台向前进给)或者使线排抵靠着工件进给。

传统地，工件的周表面与一锯切带相连，其中在已经切过工件后锯线切入所述锯切带内。

锯切带例如可为石墨带，其可粘附结合或粘接到工件的周表面上。最后，带有锯切带的工件粘接到工作台上。

在切割后，被切下的晶片保持固定于类似梳齿的锯切带上，并由此可从线锯上取下。随后，将剩余的锯切带从晶片上去除。

在现有技术中，在利用线锯进行切割的过程中，存在这样的问题，即锯线将出现作为接合长度(engagement length)的函数的不同程度的磨损。关于术语接合长度，下面将参照图3和相关的描述对其进行说明。

为了避免该问题，在US 6,109,253 A中建议在切割过程中使工作台向前进给保持恒定并且根据接合长度调节锯线的(有效)速度。在锯线速度和接合长度之间将成比例关系。然而，当从晶体中切出具有相当大的直径的半导体晶片、例如直径为300mm的晶片时，工作台向前进给保持恒定是不利的，因为在最大接合长度的区域中半导体晶片的总厚度变化(TTV)由此会增大。因此，US 6,109,253 A中所披露的恒定的工作台向前进给是不理想的。

另一方面，JP 9262826 A中教导使工作台向前进给以接合长度的函数进行变化。在切割过程开始时，这将导致初始增大的锯线磨损，该磨损随后将通过减小工作台的向前进给而降低，其理想地被线性降低。因此，虽然线性地降低锯线的磨损，但是所述方法将导致如先前那样的不均匀问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于在整个锯线长度上实现锯线的均匀磨损，但同时避免现有技术所披露的方法中存在的缺陷。

本发明的目的通过一种用于从工件中切出多个晶片的方法实现，所述工件具有纵向轴线和横截面，固定在工作台上的工件通过在工作台和线锯的线排之间的垂直于工件的纵向轴线的方向上的相对运动以可变的向前进给速率经过所述线排而进给，其中所述线排由以有效速度运动的锯线所形成，所述锯线的有效速度作为向前进给速率和由工件横截面确定的进入到所述工件中的锯线的接合长度的函数被调节，从而导致锯线的均匀磨损，其中所述接合长度为所述锯线与所述工件之间的接触长度。。

所述工件优选为圆柱状的硅单晶。

然而，该方法也适用于包括周表面的非圆柱状晶体块的锯切，即，例如具有正方形或矩形横截面的晶体块的锯切。

半导体材料如硅、锗、砷化镓适合作为工件材料。其也可以为多晶材料。

所采用的锯线优选来自于一线轴并且围绕导向辊展开数次(例如300-400次)，以形成线排。在线排出口处，使用过的锯线优选缠绕在另一线轴上。

锯线以可在线锯的锯切过程中变化的有效速度运动。

锯线优选周期性地执行前进和后退运动。

然而，也优选使锯线仅沿一个方向运动。

工件优选通过锯切带固定在工作台上，并且从上方竖直地导入线排。

根据本发明，工作台的向前进给速率可以变化。其优选地以工作台位置的函数进行调节。

锯线的有效速度、即例如前进和后退运动的速度也可作为工作台位置的函数进行变化。

通过在线锯的锯切过程中作为向前进给速率和工件横截面的函数来调节锯线的有效速度，本发明确保了锯线的均匀磨损。

为此，为每个工作台位置设定了最优化的锯线有效速度。

优选的是，锯线的有效速度与接合长度和工作台的向前进给速率的乘积之间成比例关系。

优选的是，锯线的有效速度与接合长度之间成比例关系。

如果锯线的前进运动和后退运动被优选，则通过设定作为工作台位置的函数的锯线运动的前进曲线和后退曲线来调节锯线的有效速度。

下面将参照优选实施例对本发明进行更详细的解释。

在本发明的范围内，首先介绍对现有技术中的锯线的不均匀磨损现象进行的研究。

锯线运动优选为周期性或交替的前进和后退运动，即，例如首先进行300m的前进运动，然后进行240m的后退运动，也即每个周期有效地前进大约60m。

在一个周期开始时，锯线在时间间隔Δt_v内前进运动距离Δx_v，随即又在时间间隔Δt_r内后退运动距离Δx_r。

因此，在Δt_z＝Δt_v+Δt_r的周期时间内，其覆盖的距离为Δx_z＝Δx_v-Δx_r (参见图2)。

因此，其以有效速度运动，该有效速度为

该有效速度通过选择相应的向前和后退运动进行调节。

工作台向前进给曲线优选存储在锯切程序中。这通过设定作为工作台位置y的函数的理想向前进给速率而完成。

通过平均切割宽度D和锯线扫过的工件区域给出侵蚀体积Z。对于圆柱状的工件而言，例如给出的体积为(参考图3)：

Z＝D*2πR²

对于给定的工作台位置y而言，锯线将覆盖将被扫过的区域的一部分。这可由作为接合长度的积分的工作台位置的函数来表示。

所给出的相应侵蚀体积为：

$z\left(y\right)=D\underset{0}{\overset{y}{\∫}}l\left(\mathrm{\ψ}\right)\mathrm{d\ψ}$

对于侵蚀速率 、即作为工作台位置的函数的单位时间的材料去除量而言，适用下式：

$\stackrel{\·}{z}=\frac{\∂z}{\∂t}=\frac{\∂z}{\∂y}\frac{\∂y}{\∂t}=\mathrm{Dl}\left(y\right)\stackrel{\·}{y}$

锯线的磨损优选以锯线磨蚀和相应的直径变化为特征。

对于锯线位置x处的磨损a，适用下式：

这里，f表示在工作台位置处与磨损有关的所有因素。

a(x)保持为常量，即与x无关，从而导致了根据本发明的锯线的均匀磨损。

作为锯线的有效速度的条件，优选适用下式：

v_有效∝f(y)

由此，可确定对应于每个工作台位置的最佳有效锯线速度。

优选采用以下过程来寻找最佳的有效锯线速度以及确定相应的前进和后退运动。

根据第一优选实施例，通过使锯线部分上的锯线的磨损与侵蚀体积成比例并且选择有效锯线速度来确定最佳有效锯线速度，从而获得以下关系：

因此，优选地，锯线的有效速度与接合长度和向前进给速率的乘积之间成比例关系。

根据本发明的第二实施例，在位置x处的锯线的磨损与该锯线位置处的接合时间成比例。由于工作台向前进给与锯线位置相比仅仅非常缓慢 地变化，因此，在锯线位置前进和后退运动经过杆段的循环周期中，切口长度的变化非常小。锯线段在切口中前进和后退运动所用的时间大致对应于该锯线位置所需的时间，从而以其有效速度覆盖当前的锯切长度：

优选地，锯线有效速度与接合长度之间成比例关系。对于恒定的向前进给速率而言，这在现有技术中是已知的。然而，在本发明的范围内，采用了可变的向前进给速率。

根据另一优选实施例，力密度保持为常量：磨损a(x)与力密度f成比例，该力密度在时间t∝l/v_有效内作用于锯线位置处。

在位置x处作用于锯线上的作用力则取决于工作台的向前进给力F_t(y)以及瞬时接合长度l(y)：

$f=\frac{F_t}{l}$

对于磨损给出下式：

作用力的测量以及锯线的有效速度v_有效的调节优选作为测得的力和接合长度的函数来完成：

v_有效∝F_t

根据本发明，为了调节锯线的有效速度，优选确定锯线运动的前进曲线和后退曲线。

与现有技术相比，通过根据本发明的方法将获得更均匀的锯线磨损。

在根据本发明的方法中，优选通过使用浆料来切割晶片。

由于锯线传统地在其首次使用之前设有黄铜层，其结果是在经过第一锯切过程后，容纳浆料的容器被铜原子污染，优选地，为了进行第二 锯切过程，利用盛有新鲜浆料的未被污染的浆料容器来替换被污染的浆料容器。在第二和随后的锯切过程中，由于黄铜层已被去除，因此不会发生第二浆料容器的污染。在现有技术中，由于不均匀的锯线磨损，这一点是不可能达到的。

因此，根据本发明的另一优点，锯线可被使用数次并且防止了在接着第二次使用锯线时将铜引入锯切浆料中。

优选地，锯线经由入口线轴展开(送出)并围绕着导向辊输送，从而形成线排，并且最后缠绕在出口线轴上。入口线轴和出口线轴优选在第二锯切过程之前交换。

作为替换，优选在第二锯切过程中锯线相对于第一锯切过程沿另一方向有效地运动。因此，如果第一锯切过程涉及锯线的有效前进运动，则可变更对于第二和随后的锯切过程的前进和/或后退运动曲线，从而导致锯线的有效后退运动。

附图说明

图1表示根据本发明的方法和根据现有技术的方法作为使用过的锯线长度的函数的锯线直径。

图2以作为时间函数的锯线位置的曲线示出了锯线运动以及有效锯线运动。

图3示出了半径R的晶片以及对于特定工作台位置y的接合或插入长度和侵蚀体积。

图4示出了带有锯切带的工件。

图5示出了工作台向前进给曲线。

图6示出了锯线前进和后退运动。

具体实施方式

图1通过作为使用过的锯线长度的函数的锯线直径的变化示出了根据现有技术的方法中的锯线磨损。此外，还示出了对锯线的有效速度进行调节的根据本发明的方法的锯线磨损。可以看出与现有技术之间的显著差异。在根据本发明的方法中，可以消除现有技术中所观察到的不均匀锯线磨损。

图2以作为时间的函数的锯线位置的曲线的形式示出了锯线运动。从中可以看出锯线前进和后退运动的曲线。此外，还示出了有效锯线运动。作为时间的函数的有效锯线运动或锯线位置为一条严格单调递增的直线。该直线的斜率对应于在所观察到的工作台位置处的锯线的有效速度。为了简化表示，未示出加速阶段。

图3示出了半径为R的晶体块。此外，还示出了从0变化到2R的工作台位置。在当前的工作台位置y处，具有接合长度1和被标记的侵蚀体积z。从此处还可明显看出，接合长度1和侵蚀体积z为工作台位置y的函数。作为工作台位置以及工作台向前进给曲线的函数的接合长度1对锯线的磨损具有相当大的影响。在根据本发明的方法中，通过其前进和后退运动曲线(参考图2)来调节锯线的有效速度，从而可避免在现有技术中观察到的锯线磨损取决于锯线位置(参考图1)的现象，并且可以获得与锯线位置无关的恒定锯线磨损。

图4示出了在上部区域中与锯切带相连的直径为150mm的晶体块。

图5示出了工作台向前进给曲线，即作为以mm为单位的工作台位置的函数的以μm/min为单位的工作台向前进给速率，其适合用于根据本发明从具有直径为150mm的晶体块中切出晶片的方法中。

图6示出了根据本发明作为工作台位置的函数的周期性锯线前进运动和锯线后退运动。在这种情况下，对于图5中的工作台向前进给曲线而言，需要在每向前进给10mm时执行30个循环，从而在晶片上形成均匀的沟槽图案。

实例

直径为150mm的晶体块被固定在宽度为70mm的锯切带上(参考图4)。

根据表1指定工作台向前进给曲线(在支承点之间进行线性插值，并且也参考图5)。

表1：

工作台位置(mm)	工作台向前进给速率(μm/min)
		0	600
10	600
		20	360
75	240
		130	360
155	360

对于该切割，可采用20km的锯线，锯线速度至多为12m/s并且在颠倒方向时加速度为3m/s²。图6中所示的最优化锯线运动由表2中所示的锯线程序产生，其中假设锯线的磨损与侵蚀体积成比例并且要求每向前进给10mm执行30个循环。

表2：

工作台位置  (mm)	每个循环的锯线前进运动  (m)	每个循环的锯线后退运动  (m)
			0	132	132
1	136	128
			5	141	123
10	144	120
			15	192	162
20	269	235
			30	291	252
40	315	271
			60	372	324
75	427	377
			90	372	324
110	315	271
			120	291	252
130	269	235
			135	267	237
140	264	240
			142	264	240
150	264	240
			155	264	240

Claims (11)

1.一种用于从工件中切出多个晶片的方法，所述工件具有纵向轴线和横截面，固定在工作台上的所述工件通过在所述工作台和线锯的线排之间的垂直于工件的纵向轴线的方向上的相对运动以可变的向前进给速率经过所述线排而进给，其中所述线排由以有效速度运动的锯线所形成，所述锯线的有效速度作为所述向前进给速率和由所述工件的横截面确定的进入到所述工件中的锯线的接合长度的函数被调节，从而导致锯线的均匀磨损，其中所述接合长度为所述锯线与所述工件之间的接触长度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锯线的有效速度被调节，从而使得所述锯线的有效速度与接合长度之间成比例关系。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锯线的有效速度被调节，从而使得所述锯线的有效速度与工作台的向前进给速率和接合长度的乘积之间成比例关系。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锯线的有效速度被调节，从而使得所述锯线的有效速度与作用于锯线上的作用力之间成比例关系。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述锯线在一锯切过程结束后被用于另一锯切过程。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锯线被使用数次。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述晶片通过使用浆料进行切割。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锯线经由入口线轴展开并围绕着导向辊输送，从而形成线排，并且最后缠绕在出口线轴上，所述入口线轴和所述出口线轴在第二锯切过程之前交换。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锯线在所述第二锯切过程中相对于第一锯切过程沿另一方向有效运动。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述锯线在首次使用前设有黄铜层，其结果是在经过第一锯切过程后，容纳浆料的容器被铜原子污染，此外为了进行第二锯切过程，被污染的浆料容器由未被污染的浆料容器替换，并且在第二锯切过程中不发生第二浆料容器的污染。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述锯线在首次使用前设有黄铜层，其结果是在经过第一锯切过程后，容纳浆料的容器被铜原子污染，此外为了进行第二锯切过程，被污染的浆料容器由未被污染的浆料容器替换，并且在第二锯切过程中不发生第二浆料容器的污染。

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