CN101979230A - 多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，根据所切割过程中晶体柱截面不同位置对应的切割长度的不同，变化切割速度，将工作台的匀速进给切割改为连续、分段不同速度进给。本发明采用设备为砂浆多线切割机，与采用金刚石切割线切割碳化硅晶体相比成本较低，与采用单线切割机切割碳化硅晶体相比单次切割晶片数量大。本方法操作简单，容易实现，与原匀速进给切割相比，对高硬度2英寸、3英寸、4英寸碳化硅晶柱切割时，在保证切割质量的前提下，可明显提高切割效率，从而降低切割成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用多线切割机切割材料的方法，具体说是一种控制多线切割机工作台进给速度、分段切割碳化硅晶体的方法。
背景技术
采用多线切割机对半导体晶体切割有着表面损伤小、切缝损耗少、加工量大、切割效率高、切片质量好、运行成本低等诸多优点，目前已渐成为半导体晶体切割方式的主流。
目前在用多线切割机切割半导体晶圆时，由于切割面为圆形，在切割的过程中切割长度是不断变化的，使在不同的切割长度时切割线受力不同，切割效率也有所不同。因此用均匀的切割速度进行晶圆切割会使切割效率降低从而导致切割成本较高。
采用工作台匀速进给晶圆进行切割，由于切割线受力不同也会使在切割的过程中切割线存在不同的形变，导致切割得到的晶片质量有所降低。尤其当切割线切割到晶体中间部位时还存在相比切割能力工作台进给速度过快，此时多线切割实际处于强行切割状态，导致槽轮上的钢线出现过度弯曲现象，导致切割不在同一平面内，造成切割的半导体晶片存在严重的质量问题。
对于切割硬、脆材料，随切割长度的不同，切割能力变化较大，以同样的切割速度进行切割，切割效率会明显受到影响。
因此，有必要提供一种可以提高切割效率、改善切割质量的多线切割碳化硅类硬脆材料的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以提高切割速度，改善切割后晶片表面质量的多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法。
本发明的多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，切割线采用直径100微米到150微米的钢线，砂浆采用5微米粒径的金刚石微粉与切削油的混合体，利用钢线高速运动携带砂浆对由工作台进给的碳化硅晶体进行磨削切割，其具体步骤为：
(1)粘接：粘接晶体，将待切割碳化硅晶体柱头尾相接粘接，固定在多线切割机的工作台上；
(2)绕线：校准切割机张力后，将切割钢线均匀布满在多线切割机的绕线槽轮上；
(3)设定切割速度、喷浆量、钢线张力和热机时间；
(4)安装砂浆防护挡板，使多线切割机进入切割状态；
(5)切割结束，从工作台上移出切割好的碳化硅晶片；
其中，根据所切割的碳化硅晶体柱截面不同位置对应的切割长度的不同，步骤3中切割速度变化，将工作台匀速进给切割改为连续、分段不同速度进给，平均切割速度为1.27-3.39mm/h。
进一步地，步骤1所粘接的晶体柱的数量为1-10柱，粘接后的晶体柱总长度可达105毫米。
进一步地，分段不同速度进给的分段数为3-50段。
进一步地，单次切割晶片数量可达350片。
进一步地，切割所得晶片的厚度为200微米以上。
进一步地，切割所得晶片的翘曲度不大于15微米，TTV不大于10微米。
在上述步骤3中设定切割速度时，为钢丝线在切割过程中受力均匀不致在切割过程中钢丝线偏离切割晶片质量受损，重新设置了工作台的进给速度。根据切割晶柱截面的直径将切割过程分为若干段，由每一段的切割长度不同，将切割机工作台的进给设置为不同的进给速度。这样在切割短距离的晶体时钢丝线切割能力强，工作台进给速度快；切割长距离的晶体时钢丝线切割能力弱，工作台进给速度慢。由此保证了钢丝线在切割圆形晶体时在各个阶段受力均匀，保证了切割晶片的表面质量。
本发明具有以下优点：
1、本发明采用设备为砂浆多线切割机，与采用金刚石切割线切割机相比切割碳化硅晶体损耗小成本低，与采用单线切割机切割碳化硅晶体相比单次切割晶片数量大。利用该技术切割碳化硅晶体，一次切割碳化硅晶体总长度可达105毫米，切割片数可达350片。与采用单线切割一次只能切割一片相比，缩短了切割时间，降低了切割成本，产生明显的经济效益。
2、根据所切割的碳化硅晶体柱截面不同位置对应的切割长度的不同，变化切割速度，将工作台的匀速进给切割改为连续、分段不同速度进给。与原匀速进给切割相比，对高硬度碳化硅晶柱切割时，在保证切割质量的前提下，可明显提高切割效率，从而降低切割成本。
3、操作简单，容易实现，切割出的晶片翘曲度小，厚度均匀。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。本发明每段速度根据计算方法的不同而不同，可以由切割材料的硬度、形状来加以改变。
实施例1：2英寸碳化硅单晶柱切割
采用日本生产的MWS-34SN型多线切割机，直径为100微米的钢线作为切割线，槽轮的槽距为300微米，利用切割钢线和金刚石切削液的高速往复运动，实现对10根粘接后总长度为105毫米的2英寸碳化硅单晶柱的切割。根据所切割的碳化硅晶体柱截面不同位置对应的切割长度的不同，将工作台进给过程分为20段。具体分段速度如下：
| 切割分段 | 切割速度(mm/h) | 切割分段 | 切割速度(mm/h) |
| 1 | 3.67 | 11 | 1.60 |
| 2 | 2.67 | 12 | 1.61 |
| 3 | 2.24 | 13 | 1.63 |
| 4 | 2.00 | 14 | 1.68 |
| 5 | 1.85 | 15 | 1.75 |
| 6 | 1.75 | 16 | 1.85 |
| 7 | 1.68 | 17 | 2.00 |
| 8 | 1.63 | 18 | 2.24 |
| 9 | 1.61 | 19 | 2.67 |
| 10 | 1.60 | 20 | 3.67 |
共切割350片厚度为200微米的碳化硅晶片，每片的翘曲度小于15微米，TTV(Total ThicknessVariation)小于10微米。
实施例2：3英寸碳化硅单晶柱20段切割
切割8根粘接后总长度为100毫米的3英寸碳化硅单晶柱，所采用的步骤及方法同实施例1中的2英寸碳化硅晶体。因3英寸碳化硅单晶较2英寸切割距离较长，在切割全过程较2英寸慢。通过切割距离计算每个分段速度。同样将工作台进给过程分为20段，具体分段速度如下：
| 切割分段 | 切割速度(mm/h) | 切割分段 | 切割速度(mm/h) |
| 1 | 2.45 | 11 | 1.07 |
| 2 | 1.78 | 12 | 1.07 |
| 3 | 1.49 | 13 | 1.09 |
| 4 | 1.33 | 14 | 1.12 |
| 5 | 1.23 | 15 | 1.16 |
| 6 | 1.16 | 16 | 1.23 |
| 7 | 1.12 | 17 | 1.33 |
| 8 | 1.09 | 18 | 1.49 |
| 9 | 1.07 | 19 | 1.78 |
| 10 | 1.07 | 20 | 2.45 |
切割出厚度为200微米的碳化硅晶片332片，每片的翘曲度小于20微米，TTV小于15微米。
实施例3：3英寸碳化硅单晶柱50段切割
切割8根粘接后总长度为100毫米的3英寸碳化硅单晶柱，所采用的步骤及方法同实施例1中的2英寸碳化硅晶体。通过切割距离计算每个分段速度。将工作台进给过程分为50段，具体分段速度如下：
| 切割分段 | 切割速度(mm/h) | 切割分段 | 切割速度(mm/h) |
| 1 | 3.67 | 26 | 1.60 |
| 2 | 3.53 | 27 | 1.60 |
| 3 | 3.37 | 28 | 1.61 |
| 4 | 2.95 | 29 | 1.61 |
| 5 | 2.67 | 30 | 1.62 |
| 6 | 2.46 | 31 | 1.63 |
| 7 | 2.31 | 32 | 1.65 |
| 8 | 2.18 | 33 | 1.67 |
| 9 | 2.08 | 34 | 1.69 |
| 10 | 2.00 | 35 | 1.72 |
| 11 | 1.93 | 36 | 1.75 |
| 12 | 1.87 | 37 | 1.78 |
| 13 | 1.82 | 38 | 1.82 |
| 14 | 1.78 | 39 | 1.87 |
| 15 | 1.75 | 40 | 1.93 |
| 16 | 1.72 | 41 | 2.00 |
| 17 | 1.69 | 42 | 2.08 |
| 18 | 1.67 | 43 | 2.18 |
| 19 | 1.65 | 44 | 2.31 |
| 20 | 1.63 | 45 | 2.46 |
| 21 | 1.62 | 46 | 2.67 |
| 22 | 1.61 | 47 | 2.95 |
| 23 | 1.61 | 48 | 3.37 |
| 24 | 1.60 | 49 | 3.53 |
| 25 | 1.60 | 50 | 3.67 |
共切割350片厚度为200微米的碳化硅晶片，每片的翘曲度小于15微米，TTV(Total Thickness Variation)小于10微米。
实施例4：4英寸碳化硅单晶柱20段切割
切割4根粘接后总长度为60毫米的4英寸碳化硅单晶柱，所采用的步骤及方法同实施例1中的2英寸碳化硅晶体。通过切割距离计算每个分段速度。同样将工作台进给过程分为20段，具体分段速度如下：
| 切割分段 | 切割速度(mm/h) | 切割分段 | 切割速度(mm/h) |
| 1 | 1.83 | 11 | 0.87 |
| 2 | 1.68 | 12 | 0.97 |
| 3 | 1.52 | 13 | 0.99 |
| 4 | 1.43 | 14 | 1.12 |
| 5 | 133 | 15 | 1.16 |
| 6 | 1.26 | 16 | 1.23 |
| 7 | 1.12 | 17 | 1.33 |
| 8 | 1.09 | 18 | 1.36 |
| 9 | 0.97 | 19 | 1.42 |
| 10 | 0.87 | 20 | 1.45 |
切割出厚度为200微米的碳化硅晶片332片，每片的翘曲度小于25微米，TTV小于15微米。
Claims (6)
1.一种多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，其特征在于，多线切割机的切割线采用直径100微米到150微米的钢线，砂浆采用5微米粒径的金刚石微粉与切削油的混合体，利用钢线高速运动携带砂浆对由工作台进给的碳化硅晶体进行磨削切割，具体步骤为：
(1)粘接：粘接晶体，将待切割碳化硅晶体柱头尾相接粘接，固定在多线切割机的工作台上；
(2)绕线：校准切割机张力后，将切割钢线均匀布满在多线切割机的绕线槽轮上；
(3)设定切割速度、喷浆量、钢线张力和热机时间；
(4)安装砂浆防护挡板，使多线切割机进入切割状态；
(5)切割结束，从工作台上移出切割好的碳化硅晶片；
2.根据权利要求1所述的多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，其特征在于，切割过程中，切割速度在晶体截面不同位置是变化的，将工作台匀速进给切割改为连续、分段不同速度进给，2英寸切割平均速度在2.47-3.39mm/h，3英寸切割平均速度在1.62-2.50mm/h，4英寸切割平均速度在1.2-1.5mm/h。
3.根据权利要求1或2所述的多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，其特征在于，分段不同速度进给的分段数为3-50段。
4.根据权利要求1所述的多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，其特征在于，步骤1所粘接的晶体柱的数量为1-10柱，粘接后的晶体柱总长度可达105毫米。
5.根据权利要求1-4之一所述的多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，其特征在于，切割所得晶片的厚度为200微米以上。
6.根据权利要求1-5之一所述的多线切割机分段切割碳化硅晶体的方法，其特征在于，切割所得2英寸晶片的翘曲度不大于15微米，TTV不大于10微米，3英寸晶片的翘曲度不大于20微米，TTV不大于15微米，4英寸晶片的翘曲度不大于25微米，TTV不大于20微米。
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