CN101253021A - 改善晶片表面的纳米形貌的方法及线锯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善晶片表面的纳米形貌的方法，用于改善通过线锯装置切割晶棒而成的晶片表面的纳米形貌的方法，改善线锯装置所具备的进给平台的进给直线度，该进给平台是用以将晶棒往将钢线卷绕在多个滚轮之间所形成的钢线列进给；以及提供一种用来切割晶棒以制造晶片的线锯装置，其具备：将钢线卷绕在多个滚轮之间而形成的钢线列，用以固定晶棒而将其往钢线列进给的进给平台，以及用以将进给平台直线状地导引的直线导轨；进给平台的进给直线度，其波长20～200mm的成分满足PV值≤1.0μm。由此，提供一种通过消除具有周期性的切片波纹度而改善晶片表面的纳米形貌的方法及线锯装置。

Description

改善晶片表面的纳米形貌的方法及线锯装置
技术领域
本发明涉及一种改善用线锯装置切割晶棒而成的硅晶片、或化合物半导体晶片等的晶片表面的纳米形貌的方法及线锯装置。
背景技术
举例而言，在制造硅晶片时，是以线锯装置切割单晶硅晶棒(例如可参照日本特开平8-85053号公报)。线锯装置是使钢线(高张力钢线)高速行进，在此处加上将GC(碳化硅)磨粒分散于液体而成的研磨液的同时，将晶棒抵着而进行切片(切割)的装置。以往，一般用于硅晶棒切片的装置，是对直径0.14mm～0.18mm的钢线施以2.5～3.0kgf的张力，以400～500m/min的平均速度、1～2c/min(30～60s/c)的循环，使其往复行进的同时进行切片。
钢线从一端的卷线轴(wire reel)拉出，经过具备自重(dead weight)的上下跳动滚轮(dancer roller)或接续有定扭矩马达的磁粉离合器(powderclutch)，或者是由此二者所构成的赋予张力的机构，而进入凹沟滚轮(grooveroller)。凹沟滚轮是在铸钢制圆筒的周围压入聚胺酯树脂，并在其表面以一定的节距刻以凹沟的滚轮，钢线在此处卷绕300～400次之后，经过另一端的赋予张力的机构，而被另一端的卷线轴所卷取。钢线是由用以驱动凹沟滚轮的马达，以预先规定的周期，被来回驱动。另一方面，晶棒以预先程序化的晶棒进给速度，抵压于钢线而被切片。
图2是说明以往的线锯装置中的进给晶棒的机构的概略图。在此线锯装置10’中，晶棒2’是被固定在以LM导轨(直线导轨)4’所导引的进给平台3’(work feeding table)，而向卷于凹沟滚轮5’的钢线列1’切入。LM导轨4’，一般是由“滑轨(track rail)”和“含钢珠或圆柱滚子(cylindrical roller)的滑道组件”所构成，通过与滑轨接触的钢珠或圆柱滚子的转动，使滑道组件在滑轨上呈直线而平滑地移动。
另一方面，就晶片而言，近年来称作“纳米形貌”的表面波纹度成分的大小，则成为问题所在。此纳米形貌，是在晶片的表面形状中，其波长较“弯曲(curve)”和“翘曲(wrap)”短、而较“表面粗糙度”长，而取自波长为λ＝0.2～20mm的成分而成，其PV值为0.1～0.2μm以下的极浅的波纹度。此纳米形貌，一般认为在组件制造中，会影响STI(浅沟槽隔离，Shallow TrenchIsolation)步骤的成品率。
纳米形貌是在晶片的加工步骤(切片～研磨)中所夹杂而成的，其中，起因在线锯、切片而产生的纳米形貌(即切片波纹度)可分为“突发性地发生的波纹度”、“发生于切割开始或结束部分的波纹度”及“具有周期性的波纹度”的3个种类。其中，关于“突发性地发生的波纹度”，一般认为其原因为钢线断线或线锯装置的张力控制异常，关于“发生于切割开始或结束部分的波纹度”，则一般认为其原因为切割抵抗力的急剧变化，而大多在纳米形貌的数值判定上会成为不合格。另一方面，关于“具有周期性的波纹度”，大多在纳米形貌的功能检查上会成为不合格，但原因不明。
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明的目的在于，通过消除具有周期性的切片波纹度，提供一种改善晶片表面的纳米形貌的方法及线锯装置。
[解决问题的技术方案]
为了达成上述目的，本发明提供一种改善晶片表面的纳米形貌的方法，用于改善通过线锯装置从晶棒切割而成的晶片的表面的纳米形貌的方法，其特征在于：至少改善所述线锯装置所具备的进给平台的进给直线度，该进给平台是用以将晶棒往将钢线卷绕于多个滚轮之间而形成的钢线列进给。
如此，通过改善用以将晶棒往钢线列进给的进给平台的进给直线度，能够消除具有周期性的切片波纹度、改善晶片表面的纳米形貌。
另外，此处所谓的直线度，是物体仅移动X时的轨迹，利用从理想直线算起的距离Y来定义，用Y/X来表示。
此时，所述进给平台的进给直线度的改善，以改善将所述进给平台直线状地导引的直线导轨的变形来进行为佳。
如此，进给平台的进给直线度的改善，通过改善将所述进给平台直线状地导引的直线导轨的变形，而能够可靠地进行。
而且，所述直线导轨的变形的改善，是通过调整利用螺栓将所述直线导轨安装在所述线锯装置上的安装孔的间隔、和将螺栓(bolt)紧固的扭矩(torque)来进行。
如此，直线导轨的变形的改善，可通过调整利用螺栓将所述直线导轨安装在所述线锯装置上的安装孔的间隔、和将螺栓紧固的扭矩，而能较可靠地进行直线导轨的变形的改善，因此能够有效地进行进给平台的进给直线度的改善。
而且，本发明提供一种线锯装置，其用来切割晶棒以制造晶片的线锯装置，其特征在于：至少具备，将钢线卷绕在多个滚轮之间而形成的钢线列、用以固定晶棒而将其往该钢线列进给的进给平台、及用以将该进给平台直线状地导引的直线导轨；所述进给平台的进给直线度，其波长20～200mm的成分满足PV值1.0μm者。
如此，只要是具备：钢线列，用以固定晶棒而将其往该钢线列进给的进给平台，以及用以将该进给平台直线状地导引的直线导轨；进给平台的进给直线度满足PV值≤1.0μm，则可作为一种线锯装置，能够消除具有周期性的切片波纹度、制造出其表面的纳米形貌受到改善的晶片。
[发明效果]
依照本发明，通过改善用以将晶棒往钢线列进给的进给平台的进给直线度，能够消除具有周期性的切片波纹度、改善晶片表面的纳米形貌。
而且，若是本发明的线锯装置，则可作为一种线锯装置，能够消除具有周期性的切片波纹度、制造出其表面的纳米形貌受到改善的晶片。
附图说明
图1是表示本发明的线锯装置的一例的概略图。
图2是说明在以往的线锯装置中的进给晶棒的机构的概略图。
图3是表示进给平台的进给直线度的测定结果的图，线(a)表示改善前的进给平台的进给直线度，线(b)表示将用于LM导轨的圆柱滚子的圆度予以改善后的进给直线度。
图4是将图3所示的线锯装置的进给平台的进给直线度的图，与在直径300mm的研磨后的硅晶片上可见于纳米形貌图中的“具有周期性的切片波纹度”，加以对比的图。
图5(a)是表示线锯装置20的概略图，(b)、(c)是表示在调整LM导轨的安装孔间隔和将螺栓紧固的扭矩之后，LM导轨的变形模拟结果的概略图。
图6是表示实施例1中的进给平台的进给直线度的图。
图7是表示实施例2的研磨后的硅晶片的纳米形貌图的典型例子的图。
图8(a)是说明从线锯装置上方俯视时，要将LM导轨安装在线锯装置上的螺栓的朝向与钢线行进方向成直角时的图，(b)是说明安装LM导轨的螺栓的朝向与钢线行进方向成平行时的图。
附图标记说明：
1：钢线列
2：晶棒
3：进给平台
4：LM导轨
5：凹沟滚轮
8：螺栓的朝向
9：钢线行进方向
10：线锯装置
11：钢线列
12：晶棒
13：进给平台
14：LM导轨
15：凹沟滚轮
16：安装孔
17：间隔
20：线锯装置
21：柱
具体实施方式
[实施发明的最佳实施方式]
以下，就本发明详细叙述。
如同所述，在起因于线锯、切片的纳米形貌(即切片波纹度)当中，关于具有周期性的波纹度，虽然大多在纳米形貌的功能检查上会成为不合格，但发生这种波纹度的原因则不明，因此难以改善。
本发明者发现，以往纳米形貌具有周期性的波纹度的原因不明的情况，其原因在于进给平台的进给直线度，此与所述具有周期性的切片波纹度有所相关。
在本发明完成之际，本发明为了解释所述原因，而进行了以下的实验。
即，在线锯装置中，使用直尺(straight edge)和电子测微计(electronicmicrometer)而测定进给平台的进给直线度。具体而言，将直尺安装在进给平台，再以LM导轨将进给平台进给约300mm左右的同时以电子测微计测定其从直线算起的位置变化(变位)。其结果表示在图3。图3的线(a)，表示进行后述改善之前的进给平台的进给直线度。在线(a)中可了解到，波长相当于圆柱滚子的节距而为14mm的波纹度成分(PV值0.63μm)，重叠在波长约100mm的长周期的波纹度成分(PV值1.63μm)。另一方面，图3的线(b)则表示将使用于LM导轨的圆柱滚子的圆度予以改善后的进给直线度。在线(b)，波长相当于圆柱滚子的节距而为14mm的波纹度成分，降低为改善前的1/3以下。由此，整个的直线度变为1.48μm/300mm，可见改善。但是，至于PV值为1.48μm的值，改善效果则不充分。
于是，将图3所示的线锯装置的进给平台的进给直线度的图，与使用此线锯装置切割的直径300mm的研磨后硅晶片的纳米形貌图中可见的“具有周期性的切片波纹度”，进行对比，调查其相关性时，发现了以下情况。即，如同图4的虚线所示，在研磨后硅晶片的纳米形貌图中可见的“具周期性的切片波纹度”和进给平台的进给直线度的长周期成分极为一致。由此结果，本发明者发现，通过改善进给平台的进给直线度的长周期成分，而有可能更进一步地降低“具有周期性的切片波纹度”。另一方面，也了解到波长为14mm的短周期的波纹度，对于研磨后的晶片的纳米形貌影响很小。
如此这般，本发明者想到，通过改善进给平台的进给直线度(特别是波长超过14mm的所谓20～200mm的长周期的波纹度)，将可改善晶片表面的纳米形貌，从而完成了本发明。
下面，用图来说明关于本发明的实施方式，但本发明并不限定于此。
图1是表示本发明的线锯装置的一例的概略图。
此线锯装置10，其特征在于：至少具备将钢线卷绕于凹沟滚轮5而形成的钢线列1、用以固定晶棒2而将其往钢线列1进给的进给平台3及用以将进给平台3直线状地导引的LM导轨4；进给平台3的进给直线度，其长周期成分也就是波长20～200mm的成分，满足PV值≤1.0μm。线锯装置10，通过具备这样的结构，可作为能够制造其表面的纳米形貌受到改善的晶片的线锯装置。
所述波长14mm这样的波长短的短周期的波纹度，其直线度虽可通过改善圆柱滚子的圆度而改善，但对于研磨后的晶片的纳米形貌，则改善效果很小。而且相对于例如200mm～300mm的晶片直径，波长很长而超过于此的长周期波纹度，对于研磨后的晶片的影响也少，因此只要波长为20～200mm的成分满足PV值≤1.0μm便可以。另外，波长为20～200mm的成分，其PV值越小越好。
这样的本发明的线锯装置，可通过在以往的线锯装置中，例如使用后述本发明的方法来改善进给平台的进给直线度，来加以实现。
又，若依照本发明的改善纳米形貌的方法，通过改善用以将晶棒进给至钢线列的进给平台的进给直线度，可改善晶片表面的纳米形貌。这样的进给平台的进给直线度的改善，可通过下述改善来进行：进给平台或LM导轨本身的直线度的改善，或是LM导轨安装于线锯装置时的精密度的改善，或者是LM导轨的变形的改善，圆柱滚子的圆度的改善等。例如，具体的精密度改善，例如有以下的方法：
(a)调整LM导轨的安装孔间隔和将螺栓紧固的扭矩；
(b)使安装LM导轨的螺栓的朝向与钢线行进方向成平行，而减轻由于LM导轨的变形所致的波纹度的影响。
关于(b)的方法，可如下述地减轻对于因LM导轨4的变形所致的波纹度的影响，例如：对于图2所示的以往的线锯装置10’，是如同图8(a)，在线锯装置的安装LM导轨的柱21’上，使安装LM导轨4’的螺栓的朝向8’与钢线行进方向9’成直角，将其改为如图1所示依照本发明的线锯装置10，是如同图8(b)，在安装LM导轨的柱21上，使LM导轨4的螺栓的朝向8与钢线行进方向9成平行。
例如，在如图5(a)所示的线锯装置20，其具备有进给平台13，用以将晶棒12往将钢线卷绕于凹沟滚轮15而形成的钢线列11进给；变更其LM导轨14的安装孔16的间隔17和将螺栓(未图示)紧固的扭矩，其结果以有限元法(Finite Element Method)仿真。于是，在模拟中，若将LM导轨的安装孔的间隔和将螺栓紧固的扭矩，由100mm、60Nm(图5(b))，变更为75mm、40Nm(图5(c))时，则如图5(b)、(c)所示，可确认LM导轨14的变形受到改善，进给直线度也自2.5μm/300mm改善至1.2μm/300mm。
如此，进给平台的进给直线度的改善，可通过改善用以将进给平台直线状地导引的直线导轨的变形，而可靠地进行，特别是，此直线导轨的变形的改善，可通过调整利用螺栓将所述直线导轨安装在所述线锯装置时的安装孔的间隔和将螺栓紧固的扭矩，而更可靠地进行直线导轨的变形的改善。
下面，通过本发明的实施例及比较例，具体地说明本发明，但本发明并不限定于此。
[实施例]
(实施例1、比较例1)
在图1所示的线锯装置中，关于利用螺栓将LM导轨安装在线锯装置时的安装孔的间隔和将螺栓紧固的扭矩，各自将原本为100mm、60Nm(比较例1)的，与所述模拟时一样，分别调整为75mm、40Nm(实施例1)。接着，以与所述同样的方法，测定进给平台的进给直线度。
其结果，在比较例1，进给平台的进给直线度为1.48μm/300mm，波长约100mm的成分的PV值为1.48μm；但在实施例1，则如图6所示，进给平台的进给直线度为0.92μm/300mm，波长约100mm的成分的PV值为0.92μm，成为进给平台的进给直线度已大幅改善的线锯装置。由图6的结果，若能再加以调整进给起始位置的波纹度，能够期待更进一步的改善。
(实施例2、比较例2)
使用实施例1及比较例1的线锯装置，以概略表示在表1的条件，切割直径300mm的硅晶棒，而得到将其研磨过的晶片(实施例2、比较例2)。图7表示实施例2的研磨后的硅晶片的纳米形貌图的典型例子。而且，表2表示晶片的N数量和问题所在的“具有周期性的切片波纹度”的发生频率，并将比较例2中的发生率设定为100％。在实施例2中，通过实施例1所进行的进给平台的进给直线度的改善，“具有周期性的切片波纹度”的发生频率，相比较于比较例2，大致改善成为只有比较例的1/10。
[表1]
  项目   条件
  活动   晶棒直径   300mm
  钢线   钢线直径   160μm
  钢线张力   2.8kgf
  钢线新线供给量   100m/min
  钢线正反转周期   60s
  钢线行进速度   500m/min(平均)
  研磨液   磨粒   GC#1000
  磨粒浓度(冷却剂∶磨粒)   50∶50(重量比)
  研磨液温度   25.0℃(固定)
[表2]
  具有周期性的切片波纹度的发生频率
比较例2   N数量     762平均值    100％
实施例2   N数量     240平均值    10％
另外，本发明并不局限于上述实施方式。所述实施方式仅为例示，只要是具有记载在本发明的技术方案中的技术思想和实质上相同的结构，而且能得到同样的作用效果，则均都包含在本发明的技术范围内。
例如，在上述中，主要是表示通过调整直线导轨的安装孔间隔和将螺栓紧固的扭矩，进行进给平台的进给直线度的改善的例，但本发明并不限于此，只要能改善进给平台的进给直线度，也可为其它方法。
即，依照本发明，由于只要进给平台的进给直线度能受到改善，就能改善具有周期性的切片波纹度，故并不特别限定进给平台的进给直线度的改善方法。

Claims (4)

1.一种改善晶片表面的纳米形貌的方法，用于改善通过线锯装置切割晶棒而成的晶片的表面的纳米形貌的方法，其特征在于：
至少改善所述线锯装置所具备的进给平台的进给直线度，所述进给平台是用以将晶棒往将钢线卷绕在多个滚轮之间所形成的钢线列进给。
2.根据权利要求1所述的改善晶片表面的纳米形貌的方法，其特征在于：
所述进给平台的进给直线度的改善，是通过改善将所述进给平台直线状地导引的直线导轨的变形而进行。
3.根据权利要求2所述的改善晶片表面的纳米形貌的方法，其特征在于：
通过调整利用螺栓将所述直线导轨安装在所述线锯装置上的安装孔的间隔和将螺栓紧固的扭矩，改善所述直线导轨的变形。
4.一种线锯装置，用来切割晶棒以制造晶片的线锯装置，其特征在于：
至少具备：将钢线卷绕在多个滚轮之间而形成的钢线列，用以固定晶棒而将其往所述钢线列进给的进给平台，以及用以将所述进给平台直线状地导引的直线导轨；所述进给平台的进给直线度，其波长20～200mm的成分满足PV值≤1.0μm。
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