CN102689368B - 由工件切分晶圆的方法 - Google Patents
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Abstract
一种由工件切分晶圆的方法，包括：在锯切操作过程中，相对于工件移动锯切线的以平行方式设置的线段，从而生成晶圆，其中，线段被张紧在两个导线辊之间，每个导线辊具有特有厚度的带沟槽的涂层；以及，借助于在涂层的端部专用地固定到涂层上的环，通过测量传感器和环之间的距离，测量其中一个导线辊的涂层的长度变化，所述变化由温度变化导致；以及根据所测量的距离冷却导线辊。
Description
技术领域
本发明涉及一种由工件切分晶圆的方法，其中，在锯切操作过程中，锯切线的以平行方式布置的线段被相对于工件引导，因此形成晶圆。
现有技术
这种类型的方法使用线状锯进行。例如，在US 2002/0174861 A1或US 2010/0089377中描述了线状锯的基本结构和功能。适当的线状锯包括至少两个导线辊，锯切线围绕其多重缠绕。这产生了张紧在两个导线辊之间并且以平行的形式设置的线段，并且这些线段形成线网，在锯切操作过程中工件被移动穿过线网。还已知了其中线网被移动穿过工件的线锯切方法。
合适的工件包括必须被分离成晶圆的材料，尤其是由半导体材料构成的块，半导体晶圆被从其切分而成。
导线辊具有涂层，涂层具有特定的厚度并且具有引导线段的沟槽。随着锯切操作施加负载的持续时间的增长，涂层的表面区域会磨损。只要涂层仍具有足够的厚度，涂层的被磨损的表面区域就可以通过磨掉而去除，并且如此再生成的更薄的涂层可以继续被使用。
在锯切操作中，锯切线被从供给线轴缠绕到接收器线轴上。在这种情况下，锯切线的行进方向通常被圆柱形改变，从而实现了锯切线的更综合的利用。
切分晶圆需要在切割操作模式中从工件上去除材料的研磨颗粒。研磨颗粒可以被固定地粘合到锯切线上。更通常地，使用散布有研磨颗粒并且被供给至线网的锯切悬浮液。
以这种方式制造的半导体晶圆应该具有扁平且尽可能平行的侧表面。为了可以生成具有这种几何特征的晶圆，在锯切操作过程中，应该避免工件和线段之间的轴向相对运动，也就是平行于工件中央轴线的相对运动。如果发生了这种相对运动，就会生成具有弯曲横截面的晶圆。晶圆的弯曲度通常用被称作翘曲的特征值表示。
作为发生上述相对运动的原因，在US 2010/0089377 A1中提及了工件和导线辊的长度变化，所述变化被归因于温度变化和相关的热膨胀或热收缩。实际上，在锯切线围绕导线辊运动的过程中并且在锯切线接合工件时尤其会产生磨擦热，具体地，由于热传递的原因，工件以及导线辊和导线辊的轴承的温度被改变。
US 2002/0174861建议了一种方法，用于在锯切操作过程中调整工件的温度。
US 2010/0089377 A1建议了一种方法，其中，工件在轴向方向上的位移被测量，并且导线辊的轴向位移被调整以使其对应于所测量的值。根据一个示例，通过冷却被传导通过导线辊的轴的水并且通过适应冷却水的温度和/或流速，实现导线辊的轴向位移的调整。另外，建议记录表示与切割深度有关的工件的位移的曲线并且在根据此曲线调整导线辊的位移。
发明内容
本发明的发明人已经认识到，对于现有技术提供的解决方案，需要进行改进以减小或防止由温度变化引起的线段和工件的轴向相对运动。
本发明涉及一种由工件切分晶圆的方法，包括：在锯切操作过程中，相对于工件移动锯切线的以平行方式设置的线段，从而生成晶圆，其中，线段被张紧在两个导线辊之间，每个导线辊具有特有厚度的带沟槽的涂层；以及冷却导线辊并且冷却导线辊的固定轴承，其中，所述导线辊和所述固定轴承被以独立于彼此的方式冷却。
所述导线辊和所述固定轴承被从内部并且以独立于彼此的方式冷却，以减少或完全防止工件和线段在锯切操作过程中的轴向相对运动。为此目的，在每种情况下设置专门的冷却回路，在每种情况下冷却剂被传导通过冷却回路，冷却回路的特性分别与导线辊及其固定轴承的冷却相配合。
与已知的方法相比，本发明考虑了所述轴向相对运动大部分归因于工件、相应固定轴承以及相应导线辊涂层的温度变化。具体地，考虑了由温度变化不同引起的涂层及相应导线辊的固定轴承的长度变化，并且从这一点上得出的结论是，如果相应导线辊的温度，尤其是其涂层的温度，以及相应导线辊的固定轴承的温度被以独立于彼此的方式进行控制将是更有利地。
在锯切操作过程中，工件的长度变化取决于锯切操作前工件的长度，并且取决于在锯切操作过程中产生的热量。在锯切操作过程中产生的热量取决于所选择的过程条件，所述过程条件由不同过程参数的整体描述。具体地，这些过程参数包括锯切线的速度，供给到线网的锯切悬浮液的量和温度，工件被移动穿过线网的前进速度，研磨颗粒的类型以及保持工件的锯切悬浮液的液相类型。如果所选择的过程条件在多个锯切操作过程中保持不变，那么在一个锯切操作过程中的工件的长度变化只取决于锯切操作前工件的长度。
因此，对于在相同过程条件下进行的锯切操作，在所选择的过程条件下将工件分离成晶圆并且在锯切操作过程中测量工件的温度，进行一次足以。之后，对于此锯切操作以及对于意于在所选择的过程条件下进行并且意于切割相同类型的材料的所有其它锯切操作，可以建立预测工件长度变化的曲线，作为切割深度或锯切操作持续时间的函数。此长度变化可以借助于工件材料的线性膨胀系数，所测量的温度分布以及相应锯切操作前工件的长度而进行计算。
优选地，冷却相应导线辊及相应固定轴承的过程被实现为使得，在锯切操作过程中的每个时间点上，差ΔLW(x)-(ΔLF+ΔLB(x))小于20μm，其中，ΔLW(x)是由于工件温度变化引起的工件的长度变化导致的工件上的轴向位置x所经历的轴向位移，ΔLF是由于固定轴承的温度变化而引起的相应固定轴承所经历的长度变化，以及ΔLB(x)是由于涂层的温度变化所引起的涂层的长度变化导致的导线辊的涂层上的轴向位置x所经历的轴向位移。轴向位置x是工件中央轴线上的位置或等效位置。
差越大，线段距离保证直线切穿工件的预期位置越远。但是，如果没有抵抗措施，差会一直变大，轴向位置x和导线辊中心之间的距离越大。当多个工件并排布置以同时进行锯切时这尤其应该考虑。工件被进行这样的布置以使得有效线网可以尽可能完整地得到利用。
根据第一实施例，根据本发明的方法用于控制涂层的温度以及相应导线辊的固定轴承的温度，使得在锯切操作过程中对工件的长度变化的反应包括在各方向上相等的涂层以及固定轴承的长度变化。
因此，对轴向位移ΔLW(x)的反应包括冷却相应的导线辊和相应固定轴承，优选使差ΔLW(x)-(ΔLF+ΔLB(x))小于20μm。
此控制可以通过下述实现：提供第一预定义曲线，所述第一预定义曲线描述在锯切操作过程中冷却相应导线辊的冷却剂的温度或速度，第二预定义曲线，所述第二预定义曲线描述在锯切操作过程中冷却相应固定轴承的冷却剂的温度或速度；以及根据第一和第二预定义曲线冷却相应导线辊和相应固定轴承。
提供与相应导线辊的涂层厚度成函数关系的第一预定义曲线是特别优选地。
所述控制还通过下述实现：在锯切操作过程中测量相应导线辊的涂层的长度的轴向变化；根据测量结果生成第一和第二调整信号；以及根据第一调整信号调整相应导线辊的冷却，以及根据第二调整信号调整相应固定轴承的冷却。
根据第二实施例，根据本发明的方法提供了下述方面：冷却工件，使得在锯切操作过程中ΔLW(x)小于5μm；以及冷却相应导线辊和相应固定轴承，使得在锯切操作过程中和(ΔLF+ΔLB(x))小于25μm，优选地小于10μm。
第二实施例的目的是尽可能地避免工件和涂层以及相应导线辊的固定轴承的线性膨胀。因此，在锯切操作过程中，完全抑制工件和固定轴承以及相应导线辊的涂层的温度变化以及相关的长度变化是特别有利地。
如果多个工件并排布置以同时进行锯切，避免工件和涂层以及相应导线辊的固定轴承的线性膨胀将是特别有利地。工件的长度以及它们相对于导线辊中心的布置对是否生成具有预期几何形状的晶圆没有影响。
根据本发明的方法优选用于生产具有尽可能平行的侧表面的晶圆。然而，这并不排除修改本发明的目的并且生成具有特殊弯曲的晶圆。在这种情况下，工件的长度变化通过固定轴承以及相应导线辊的涂层的长度变化补偿，这仅在一定程度上是实现预期的弯曲所必须的。
典型地，在锯切操作过程中工件被保持以使其在温度变化时在两端可以轴向膨胀或收缩。例如，其由多晶体或单晶体半导体材料构成，具体地，由硅构成。典型地，其具有圆柱形的杆的部分的形式，直径足以能够制造直径在200至450mm范围内的晶圆。
被分离用于形成直径300mm的半导体晶圆的由硅制成的单一晶体在锯切操作过程中经历的最大温度变化典型地约为30℃，所述最大温度变化对应于典型地约25μm的最大长度变化。此特殊量值是其中所述单一晶体没有被冷却的方法所特有的。
在锯切操作过程中，由于涂层的温度变化引起的导线辊的涂层的长度变化，具体地，取决于涂层材料的线性膨胀系数，取决于涂层的厚度并且取决于在锯切操作过程中产生的热量。在锯切操作过程中产生的热量由过程条件和锯切操作前的工件长度决定性地影响。对于在相同过程条件下并且用相同类型的涂层材料进行的锯切操作来说，涂层的长度变化只取决于工件的长度和涂层的厚度。
典型地，涂层被固定在导线辊的芯上，以使其以不受阻碍的方式在温度变化时在两端可以轴向膨胀或收缩。但是，通过将涂层夹紧到下面的导线辊的芯上，例如，通过设置在涂层两端的夹紧环，涂层的长度变化可以被限制在某一限度内。夹紧环将涂层固定在导线辊的芯上并且限制由于温度变化引起的涂层的长度变化。当根据本发明的第二实施例进行时，将涂层夹紧到导线辊的芯上是特别合适的。
在锯切操作过程中测量涂层经历的长度变化不是简单的。由于存在锯切悬浮液所以不适合在涂层上进行光学测量。根据本发明的方法优选借助于涡流传感器进行测量。为此，有利地是将环精确地固定到涂层的端部，并且测量相应环和相应传感器之间的距离变化。环优选由导电材料例如金属或石墨制成。通常，测量其中一个导线辊的涂层的长度变化就足够了，并且假设另一个导线辊的涂层的长度变化相同。然而，同样可以对应地测量线网的两个导线辊上的涂层的长度变化。
假设涂层的典型厚度是6mm，在从上述的由硅构成的单一晶体切分晶圆的过程期间，不考虑冷却措施并且不考虑将涂层夹紧在导线辊的芯上，由聚亚安酯构成的涂层经历的最大温度变化典型地约为20℃并且最大线性膨胀典型地约为80μm。因此，涂层承受了比单一晶体大得多的长度变化。
在每种情况下，夹紧线网的导线辊典型地借助于固定轴承和活动轴承上的轴安装。温度变化时，固定轴承的两端不能轴向膨胀或收缩，只有活动轴承对面的端部可以。固定轴承的长度变化使导线辊的涂层以及因此每个线段移动一致的幅值。
在固定轴承的典型配置中，在从上述的由硅构成的单一晶体切分晶圆的过程期间，不考虑冷却措施，固定轴承经历的最大温度变化典型地约为1.5℃并且最大线形膨胀典型地约为6μm。
在锯切过程中，由于温度变化引起的固定轴承的长度变化影响线段的位置，其影响的方式与由于温度变化引起的涂层的长度变化的影响方式本质上不同。前者将每个线段移动一致的幅值，而后者移动的幅值取决于线段和导线辊中心之间的距离。距离越大，位移更大。
通过冷却固定轴承或导线辊来控制固定轴承的温度以及相应导线辊的涂层的温度忽略了此根本不同并且因此是不利的。如果不同时影响导线辊的涂层的温度就不能改变固定轴承的温度。这种控制不能实现根据本发明的方法所能实现的结果，也就是以独立于彼此的方式控制固定轴承的温度以及相应导线辊的涂层的温度。
根据本方法的第一实施例，在锯切操作过程中在特殊的过程条件下对工件的长度变化的反应包括对独立的冷却回路供应冷却剂，与导致的固定轴承和导线辊的涂层的长度变化相配合，它们的和尽可能对应于工件的长度变化。
例如，通过确定系列实验中的合适冷却参数，所述配合根据经验进行。这包括确定在锯切操作过程中冷却剂的温度和/或速度的那些时间分布(temporal profile)是实现固定轴承和相应导线辊的涂层的所要求的长度变化所必须的。然后，所确定的冷却参数的时间分布被以预定义曲线的形式存储在控制冷却回路的计算机的数据存储器中。如果具有相同长度的工件在相同的过程条件下被切分成晶圆，则冷却回路被关于根据所存储的预定义曲线的冷却剂温度和/或冷却剂流速进行控制。
因为由于温度变化引起的涂层的长度变化关键地取决于导线辊的涂层厚度并且取决于锯切操作前的工件长度，所以对于在特有过程条件下进行的锯切操作来说，建议存储具有下述冷却参数的数据设置：所述冷却参数考虑了所采用的导线辊涂层厚度和将被分割的工件长度。
此配合还可以通过设置控制环来实现，控制环对相应固定轴承和相应导线辊中的冷却回路供应冷却剂。控制环包括传感器，用于在锯切操作过程中检查是否存在线段位置与预期位置的偏离。当存在偏离时，改变冷却回路的冷却参数例如冷却剂的温度和/或速度直到不再存在偏差。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明。
图1示意性示出了对于可能发生的工件和线段之间的轴向相对运动起决定性作用的长度变化；
图2示出了适于在根据本发明的方法中使用的导线辊的横截面，以及与所述导线辊相关联的固定轴承；
图3示出了具有两个导线辊的线状锯和设置于线状锯上方的工件的透视图；
图4示出了用于在根据第一实施例的方法中冷却导线辊及其固定轴承的预定义曲线；
图5示出了用于在根据第二实施例的方法中冷却导线辊及其固定轴承的预定义曲线；
图6和7示出了膨胀测量的结果。
具体实施方式
图1是通过工件12，导线辊1和固定轴承2的示意性剖视图。示意图示出了对于可能发生的工件和线段之间的轴向相对运动起决定性作用的长度变化。这些包括工件的长度变化ΔLW，导线辊的涂层的长度变化ΔLB以及固定轴承的长度变化ΔLF。为简单起见，长度变化ΔLB和ΔLW被示意为假定固定轴承和导线辊彼此不连接的情况。因此，由于工件的热膨胀，工件端部的轴向位置点被移动了量值ΔLW，并且由于涂层的热膨胀导线辊的涂层端部的轴向位置点被移动了量值ΔLB。
根据图2的示意图示出了导线辊1及其相关的固定轴承2，它们分别具有通道3和4，通道3和4被独立于彼此地连接至被供给冷却剂的冷却回路。导线辊1的冷却回路被具体化为使诸如水的冷却剂被通过回转引入口传导至在锯切操作过程中转动的导线辊1。冷却回路分别包括热交换器(未示出)和控制单元5和6，控制单元5和6可以具体化为用于根据所存储的预定义曲线控制冷却导线辊和固定轴承的冷却参数。
然而，冷却回路还可以在两个控制环中引入传感器7，这两个控制环独立于彼此操作，用于冷却导线辊和固定轴承。这样，传感器供给测量信号，在控制单元5和6中，作为冷却相应导线辊和相应固定轴承的操作变量的冷却参数被从测量信号中产生。
优选地，传感器7测量分别距设置于导线辊1的涂层8端部的指定环9的距离。因为导线辊1的涂层8的膨胀或收缩在相当程度上是由于导线辊的温度变化引起的，所以有利地是将金属环9固定到涂层8本身上。在金属环被固定到导线辊的芯10的情况下，在测量过程中将忽略涂层8的长度变化。如果需要考虑导线辊的芯的长度变化，可以提供另一传感器11，测量其距导线辊的芯10的距离。导线辊1的芯10通常由因瓦合金(Invar)制成，以使其对线段轴向位置的变化的影响相应较小。
图3示出了具有两个导线辊1的线状锯和工件12的透视图，其中工件被固定在锯条状部16上并且设置于线状锯上方。线状锯被构造成能够实施根据本发明的第二实施例的方法。导线辊1以及分别指定给它们的固定轴承2被按照图2中所示意地具体化。为简单起见，冷却第二导线辊及其固定轴承的冷却回路没有示意。冷却导线辊的冷却回路可以被配合形成一个冷却回路，或独立于彼此地实现。
示意图还示出了用于冷却工件12的另一冷却回路。此冷却回路包括热交换器(未示意)以及控制单元13，控制单元13可以用于根据所存储的预定义曲线控制冷却工件的冷却参数。冷却工件的冷却剂被借助于喷口带15分配并且从工件12滴到槽14内。
然而，冷却回路也可以将另一传感器引入控制工件的控制环中。这样，传感器供给测量信号，在控制单元中，作为冷却工件的操作变量的冷却参数被从测量信号产生。例如，传感器测量距工件端侧的距离。还可以用于切分晶圆的相同的锯切悬浮液可以用于冷却工件。然而，优选使用例如只具有冷却功能的诸如水的冷却剂来冷却工件，并且优选防止此冷却剂与锯切悬浮液混合。为此目的，在所述冷却剂到达线网和锯切悬浮液之前，可用应用于工件上的擦拭器(未示出)中途拦截冷却剂。
实施例：
借助于包括四个导线辊的线状锯，直径为300mm的由硅制成的单晶块体被分离成晶圆。夹紧线网的导线辊以及它们相关的固定轴承具有图2和3所示的结构并且根据本发明进行冷却。所述导线辊以及它们的固定轴承的冷却被以相互独立的方式借助于作为冷却剂的水进行，按照所存储的预定义曲线在锯切操作过程中改变冷却剂的温度。
图4示出了用于冷却夹紧线网的导线辊以及所述导线辊的固定轴承的预定义曲线，以根据本方法的第一实施例将单晶块分割成晶圆。因此，所述预定义曲线被设计成在锯切操作过程中对工件长度变化的反应包括在各方向上相等的涂层的长度变化以及导线辊的固定轴承的长度变化。所示意的预定义曲线示出了与进给表(feed table)的位置POS成函数关系的冷却剂的理想温度T，所述位置POS等效于锯切操作的时间延续(temporalprogression)。方形数据点表示冷却导线辊的冷却剂的理想温度，并且圆形的数据点表示冷却导线辊的固定轴承的冷却剂的理想温度。
图5示出了用于冷却夹紧线网的导线辊以及所述导线辊的固定轴承的预定义曲线，以根据本方法的第二实施例将单晶块分割成晶圆。因此，所述预定义曲线被设计用于在锯切操作过程中实现涂层以及相应导线辊的固定轴承的尽可能不变的长度。方形数据点再次表示冷却导线辊的冷却剂的理想温度，并且圆形的数据点表示冷却导线辊的固定轴承的冷却剂的理想温度。
当考虑进行涂层和导线辊的芯的膨胀测量时，以独立于彼此的方式实现导线辊的冷却以及导线辊的固定轴承的冷却变得很显然。
图6示意了与进给表的位置POS成函数关系的位于固定轴承侧(实线)上的导线辊的涂层的膨胀Δ1、位于活动轴承侧(点划线)上的导线辊的涂层的膨胀以及位于活动轴承侧(虚线)上的导线辊的芯的膨胀。图6示出了该实验的测量结果，其中，导线辊以及导线辊的固定轴承的冷却已经以独立于彼此的方式进行。公共冷却回路已经被设置用于冷却导线辊及其固定轴承。
图7示意了与进给表的位置POS成函数关系的位于固定轴承侧(实线)上的导线辊的涂层的膨胀Δ1、位于活动轴承侧(点划线)上的导线辊的涂层的膨胀以及位于活动轴承侧(虚线)上的导线辊的芯的膨胀。图7示出了该实验的测量结果，其中，导线辊以及导线辊的固定轴承的冷却被根据本发明以独立于彼此的方式实现了。椭圆形限定的区域仅仅表示测量过程中的干扰，这对于本发明是不重要的。
Claims (8)
1.一种由工件切分晶圆的方法，包括：
在锯切操作过程中，相对于工件移动锯切线的以平行方式设置的线段，从而生成晶圆，其中，线段被张紧在两个导线辊之间，每个导线辊具有特有厚度的带沟槽的涂层；以及
冷却导线辊并且冷却导线辊的固定轴承，其中，所述导线辊和所述固定轴承被从内部并且以独立于彼此的方式冷却；
在锯切操作过程中测量其中一个导线辊的涂层的长度的轴向变化；
根据测量结果生成第一和第二调整信号；以及
依靠第一调整信号调整导线辊的冷却，以及依靠第二调整信号调整导线辊的固定轴承的冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，包括冷却导线辊和固定轴承使得，在锯切操作过程中的每个时间点上，差ΔLW(x)–(ΔLF+ΔLB(x))小于20μm，其中，ΔLW(x)是由于工件温度变化引起的工件的长度变化导致的工件上的轴向位置x所经历的轴向位移，ΔLF是由于固定轴承的温度变化而引起的固定轴承所经历的长度变化，以及ΔLB(x)是由于涂层的温度变化所引起的涂层的长度变化导致的导线辊的涂层上的轴向位置x所经历的轴向位移。
3.根据权利要求2所述的方法，包括通过冷却导线辊和固定轴承而对大于0μm的轴向位移ΔLW(x)作出反应，使差ΔLW(x)–(ΔLF+ΔLB(x))小于20μm。
4.根据权利要求1至3中任一所述的方法，包括提供第一预定义曲线，所述第一预定义曲线描述在锯切操作过程中冷却导线辊的冷却剂的温度或速度，和第二预定义曲线，所述第二预定义曲线描述在锯切操作过程中冷却导线辊的固定轴承的冷却剂的温度或速度；以及
根据第一和第二预定义曲线冷却导线辊和固定轴承。
5.根据权利要求4的方法，包括提供与导线辊的涂层厚度成函数关系的第一预定义曲线。
6.根据权利要求2所述的方法，包括
冷却工件，使得在锯切操作过程中ΔLW(x)小于5μm；以及
冷却导线辊和固定轴承，使得在锯切操作过程中和(ΔLF+ΔLB(x))小于25μm。
7.根据权利要求1至3中任一所述的方法，包括将涂层夹紧在下面的导线辊的芯上。
8.根据权利要求1至3中任一所述的方法，包括在存在锯切悬浮液的情况下相对于工件移动线段。
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