CN102756433B - 硅片线切割断线抢救方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对在硅片切片机的加工过程中出现断线事故进行抢救的抢救方法。具体地，本发明涉及在发生断线事故的硅片中保留断线钢线，用于固定硅片位置以利于重新布线对刀的方法。

Description

硅片线切割断线抢救方法

技术领域

本发明涉及对在硅片切片机的加工过程中出现断线事故进行抢救的抢救方法。具体地，本发明涉及在发生断线事故的硅片中保留断线钢线，用于固定硅片位置以利于重新布线对刀的方法。

背景技术

随着全球各国绿色能源的推广和近年来半导体产业的超常规发展，硅片市场的供给已极度不平衡，切割加工能力的落后和产能的严重地制约了产业的发展。近年来出现的新型硅片多线切割技术现已是硅片(晶圆)上游生产的关键技术，具有切割表面质量高、切割效率高和可切割大尺寸材料、方便后续加工等特点。目前已有商业化的多线切片机上市，例如梅耶博格公司DS264/271型切片机和应用材料公司HCT-B5型切片机。

但是这些切片机在加工过程中均不可避免地出现断线事故，断线的原因包括：(1)发生在切割室的断线：①钢线磨损严重；②同一刀硅晶棒断面不齐，造成钢线受到侧向力较大变形严重；③严重跳线，造成两根钢线缠绕；(2)发生在绕线室的断线：①为张力太大或张力的变化太大；②排线不好，线轮绕线与机床排线差别较大；③导向轮过度磨损，造成钢线受力不均，等等。

断线事故会大幅增加硅片切割的废品率，增加生产成本，因此针对硅片加工过程中出现的断线事故通常会进行抢救以减少损失。现有的抢救方法通常是直接放弃断线后段的硅晶棒或者提起已切割的硅片，重新修复线网后，对刀(硅片进刀口)下压至原断线时的切割位置后重新切割。如此的抢救方法通常不但抢救成功率较差，而且会带来色差和线痕。例如在对刀后钢线未完全处于原来的切割刀缝位置，造成切割位置偏差形成线痕。特别是对于切割切深大于或等于硅晶棒加工的总切割行程30％的硅片，由于进刀口开始相互粘在一起，造成无法准确顺利对刀，会造成大量线痕片或色差片甚至废片，抢救效果不理想。

发明内容

为此本发明要解决的技术问题是提供一种具有较高抢救成功率的硅片切片机断线事故的抢救方法，并且该方法能消除或减少抢救的硅片的色差和线痕。

为解决上述技术问题，本发明提供的断线事故抢救方法包括如下步骤：

(1)将硅晶棒升起至进刀口位于线网平面下距线网平面的距离为a，除去断线后的线网，保留硅晶棒中的钢线；

(2)升起硅晶棒至高于线网平面，并重新布置线网；

(3)下压硅晶棒至进刀口位于线网平面下距线网平面的距离为b，其中0＜b＜a；

(4)清除硅晶棒中保留的钢线，进行切割。

在本发明的实施方式中，该方法可用于抢救在任何切割深度时发生断线事故，优选用于切割深度大于或等于硅晶棒加工的总切割行程30％时发生的断线事故，更优选地用于切割深度在硅晶棒加工的总切割行程的30％至90％之间时发生的断线事故。

在本发明一个实施方式中，其中在所述步骤(1)中，所述距离a小于发生断线时的切割深度，优选地，15mm≤a≤20mm。

作为本发明另一优选的方式，在硅晶棒升起至进刀口位于线网下距线网的距离为a后，以小于1mm/s的速度走线以调平线网。

作为本发明另一优选的方式，其中在所述步骤(1)中，在硅晶棒升起至进刀口位于线网下距线网的距离为a后，打开砂浆冲洗硅片。

作为本发明另一优选的方式，在所述步骤(3)中，5mm≤b≤10mm，，优选地b＝6mm。

作为本发明又一优选的方式，在所述步骤(4)中，在硅晶棒下压至原断线深度，以小于1mm/s的速度走线调平线网后，再进行切割。优选地，在硅晶棒下压至原断线深度后，再继续下压0.2-0.5mm，优选为0.5mm。然后以小于1mm/s的速度走线调平线网。又优选地，在硅晶棒下压至原断线深度的过程中尽量保持钢线静止。还优选地，在所述步骤(4)中，在硅晶棒下压至原断线深度的过程中，用砂浆冲洗硅片。任选地，在所述步骤(4)中，在硅晶棒下压至原断线深度的过程中，清除线弓，优选通过手动拔除线弓。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1是硅片切片机加工过程的示意图；

图2是发生断线事故时硅晶棒与线网的截面图

图3是本发明方法中将硅晶棒下压至进刀口302位于线网303下距线网303平面的距离为a时的截面图；

图4是本发明方法中重新布线并将硅晶棒下压进刀口402位于线网404下距线网404的距离为b时的截面图。

具体实施方式

硅片多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术，它不同于传统的刀锯片、砂轮片、内圆切割等切割方式，也不同于先进的激光切割切割，它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料对硅晶棒进行摩擦，从而达到切割效果。

如图1所示，在硅片的加工过程中，硅晶棒102安装在工作台101的下表面上，导轮104引导钢线并在导轮104上形成线网105，工作台101沿着与线网105平面垂直的方向上下降，将待加工硅晶棒102下压至与线网105平面接触，线网105在导轮104的引导下以一定的速度走线，喷砂嘴103喷洒砂浆，在线网105上形成纱帘，从而与下降的硅晶棒102接触并摩擦，将硅晶棒切割成硅片。

本领域中常用的硅硅晶棒可为长方体形、圆柱形等，目前常见的多晶硅晶棒为8寸(边长156mm×156mm)，单晶硅晶棒常见的为6寸(边长125mm×125mm)以及8寸(边长156mm×156mm)两种，本发明方法可用于本领域中常用的硅晶棒。

导轮104表面刻有等线宽、等深的环形槽，在硅片切割时由一根钢线缠绕在导轮104的环形槽中形成由平行等距排列的钢线组成线网105。导轮104的环形槽的线宽决定了线网105平面上两相邻钢线之间的距离，从而控制了切割硅片的厚度。本发明方法可应用于切割任何厚度的硅片，优选用于切割厚度为200μmm和180μm的硅片。

本发明导轮根据线切机型号不同可安装成2轮平行，3轮等边三角形或4轮梯形形式。应当注意的是本发明附图1中采用了2轮平行的导轮组，其只是本发明方法的一个实例，并不意图限制本发明。

线网105的走线速度一般设置在11～13m/s。走线的方向分顺时针、逆时针方向，本发明方法可根据需要任意调节走线方向。在本发明中通常采用顺时针(正向)走线。

本发明中所称的钢线可采用本领域任何用于硅片切割的丝状材料，优选使用表面镀黄铜的高碳钢丝，其可从例如但不限于凡登或者贝卡尔特等公司购得，型号可根据需求进行定制，不同型号的线径常有：100μm、115μm、120μm、130μm、140μm等等。可用于本发明高碳钢丝的按线径在100μm-140μm之间，优选使用120μm线径钢线。

在硅晶棒102下压的过程中，设置在线网两侧的喷砂嘴103持续向线网平面喷撒砂浆。本发明方法中所用的砂浆是由切割液和磨料混合具有一定黏度的流体，切割液和磨料混合比例通常在1.2∶1-0.8∶1之间，优选为1∶0.95。在切削过程中，砂浆通过喷砂嘴103被均匀喷洒在线网平面的钢丝切割线上，形成砂浆薄膜，被钢线带入切割区域。碳化硅微粉由于其切削能力强、自锐性好等特点，可用于本发明的方法。碳化硅是无色透明的晶体，由于含杂质而呈不同颜色，磨料行业按色泽主要分为绿SiC(代号TL)和黑SiC(代号TH)两大品种，在本发明方法中优选使用绿色碳化硅，其例如但不限于从新大新、平顶山、大阳等公司购得的绿色碳化硅。常用于硅晶棒切割的碳化硅粒径通常有1000#、1200#、1500#等。晶硅切割液是以聚乙二醇(PEG)为主体，添加多种助剂复配而成，具有适宜的粘度指标，有良好的流动性和热传导性，对碳化硅微粉具有良好的分散稳定性和悬浮作用。晶硅切割液的实例包括但不限于从奥克、佳宇等公司购得的切割液。常用的PEG切割液包括但不限于购自奥克的OXSi-205、OXSi-303等切割液。

在本发明断线抢救方法中砂浆需喷入已切割的硅片缝隙中，例如李保军等人(半导体技术，2007年，第6期，第512-515页)说明了砂浆在线网上形成水平薄膜的切割条件下会取得较好的切片效率和质量，在此将该文献全部内容引入本文作为参考。

在发生断线时，切片机自动停止运行。本发明的抢救方法通过在已切割的硅片中保留钢线，给重新对刀增加了定位效果，固定了已切割的硅片位置，防止硅片间相互粘连，有利于重新对刀，提高断线抢救成功率和改善抢救质量，减少硅片线痕、色差等异常。

如图2所示，硅晶棒在切割至202深度处时发生断线，断线点为201，本领域技术人员公知该断线点201仅是一种示例，并不意图限制本发明。在本发明中所述的切割深度是指该切割断线202处距进刀口203的深度，该切割深度可以是小于硅晶棒边长的任何值，但是当切割深度大于或等于硅晶棒加工的总切割行程的30％时，本发明方法具有相对于现有的抢救方法具有更高的出片率和良率。另外当切割深度大于硅晶棒加工的总切割行程的90％时，本领域中由于这类断线事故通常无法实施抢救或抢救后成功率极差。使用本发明方法相对于现有的抢救方法具有较高的出片率和良率，并且线痕率和色差率低，但是仍低于切割深度在硅晶棒加工的总切割行程的30％～90％之间情况。因此，本发明方法更进一步地优选用于断线切割深度在总切割行程的30％至90％之间时发生的断线事故，更优选为总切割行程35％-85％、40％-80％、45％-75％、50％-70％、55％-65％。

如图3所示，在发生断线事故后，将硅晶棒升起，使进刀口302位于线网303下，并且距线网303的距离为a。清除线网303，优选以剪除的方式清除，并保留硅晶棒中的钢线304。在本发明中，a可以为小于或等于切割深度的任何值。当a＜15mm时，保留的钢线304的线头会弹出已切割的硅片301，会影响重新对刀的定位效果，当a＞20mm时，已切割的硅片301位于保留的钢线304下方的部分会粘连在一起，不利于重新布线对刀。因此在本发明中优选的是15≤a≤20mm。

在本发明一个实施方式中，在硅晶棒升起至进刀口302位于线网303下距线网303的距离为a后，以小于1mm/s的速度走线以调平线网303，再清除断线线网303。如此可消除线网303在硅晶棒提升过程中的上拉力，防止钢线在剪断时因应力弹出硅片刀缝，且可调平所有的钢线头在硅片刀缝的同一位置，增加钢线定位刀缝的效果。

在本发明另一实施方式中，在硅晶棒升起至进刀口位于线网下距线网的距离为a后，或在调平线网303后，打开砂浆冲洗硅片后再清除断线线网303。由于硅棒在提升过程中刀缝里的砂浆被钢线带走，用砂浆冲洗已切割的硅片可使砂浆浸入硅片刀缝，缓解硅片粘合程度，并保证硅片在对刀过程中刀缝中有砂浆对硅片进行保护，避免钢线直接摩擦硅片造成色差和线痕。

在清除线网并保留其中的钢线304后，升起工作台，使整个硅晶棒升起至高于原线网所在的线网平面，并重新布置线网。

如图4所示，在重新布置线网404后，重新对刀，由于保留的钢线403的定位效果，大大增加了重新对刀的成功率。对刀完成后下压硅晶棒至进刀口402位于线网404下距线网404的距离为b，其中0＜b＜a，以使保留的钢线403不与重新布置的线网404接触，防止堵塞刀缝。

在本发明一个实施方式中，优选地，5mm≤b≤10mm，更优选地，b＝6mm。当b＜5mm时，线网中部分钢线还未完全进入刀缝；当a＞b＞10mm时，重新布置的线网404容易与保留的钢线403接触。硅片刀缝间距横向只能同时容纳一根钢线，新布钢线在进入刀缝后会遇到预留在刀缝内的钢线头，如果继续下压，新钢线会被刀缝内的预留线头阻挡无法再下压，并在随后的清除保留的钢线403的步骤中，会卡住保留的钢线403，致使其无法清除。当b＝6mm时，新布钢线已经基本进入硅片刀缝内，预留钢线在硅片刀缝的10～15mm处，避免新旧钢线卡死，并可以保证入刀效果。

在重新对刀并且硅晶棒下压至进刀口402位于线网404下距线网404平面的距离为b后，清除保留的钢线403，优选通过手动拔除的方式清除保留的钢线，再下压硅晶棒继续进行切割。

在本发明一个实施方式中，在清除保留的钢线403后，先将硅晶棒下压至原断线位置401，以小于1mm/s的速度走线，再进行切割。如此可消除新布置的线网404在下压至原断线位置401的过程中所形成向下的线弓，使线网404的所有钢线都对入在发生断线时钢线原来的位置。优选地，在线网404在下压至原断线位置401后，再继续下压0.2-0.5mm，优选再继续下压优选0.5mm，以用于补偿新布置的线网404上的张力损失。

再优选地在硅晶棒下压至原断线位置401的过程中，保持线网404静止，防止下压过程中的走线对硅片表面进行摩擦而造成的亮线和色差。还优选地，在硅晶棒下压至原断线位置401处的过程中，用砂浆喷洒硅片。往硅片刀缝内喷砂浆对钢线有润滑作用，并且保护已切割的硅片表面，防止线网404中的钢线卡在刀缝内无法下压造成大线弓，影响下压的效果。

任选地，在硅晶棒下压至原断线位置401的过程中，清除产生的线弓，优选通过手动拔除线弓。

本发明的方法可用于任何市售的硅片多线切割机，包括但不限于：梅耶博格公司DS264型切片机、梅耶博格公司DS271型切片机和应用材料公司HCT-B5型切片机。

实施例

以下实施例结合本发明附图详细描述了本发明的一个或多个实施例。这些实施例仅用于描述本发明，而不应当视为对本发明的任何限制。

以下定义与其本领域中的定义相同：

良率＝A级片/理论片×100％；

出片率＝实际出片数/理论片×100％；

线痕率＝线痕片/理论片×100％；

色差率＝色差片/理论片×100％；

理论片＝加工硅晶棒总长度/导轮槽距；

其中A级片判断标准与本领域中判断标准一致；

硅片表面线痕＞20μm判为线痕。

硅片表面目测发现硅片具有不同于A级片颜色的发亮或发暗的颜色差异判为色差片。

在下文中“MB271”代表梅耶博格公司DS271型切片机。

实施例1

在切割为切至50.588mm处发生断线时，以10mm/min的速度提升硅晶棒至到进刀口位于线网下距线网20mm左右。线速调到0.5m/s走线0.5米，以调平线网。打开砂浆均匀冲洗硅片5min，剪除断线线网，保留硅片缝隙内的钢线，导轮头部进线端预留10-20mm线网，重新布置好线网后开砂浆来回热机，使新布线网上充分布满砂浆，再将硅晶棒以5mm/min的台速下压至进刀口位于线网下距线网6mm，抽掉留在硅片缝隙里的钢线段。然后下压至原来切割深度处后再下压0.5mm，以0.5m/s的线速再次调平线网，让全部线网充分对入断线位置内，做好以上步骤开始进行切割。下压过程使用砂浆对硅片不停的冲刷，使硅片内能进入砂浆，并且在下压的过程中保持钢线静止。

抢救后具体数据如下表：

断线机型	出片率	良率	线痕率	色差率
					MB271	94.43％	85.04％	0.20％	0.00％

实施例2

在切割为71.056mm处发生断线时，以10mm/min的速度提升硅晶棒至到进刀口位于线网下距线网16mm左右。线速调到0.5m/s走线0.5米，以调平线网。打开砂浆均匀冲洗硅片5min，剪除断线线网，保留硅片缝隙内的钢线，导轮头部进线端预留10-20mm线网，重新布置好线网后开砂浆来回热机，使新布线网上充分布满砂浆，再将硅晶棒以5mm/min的台速下压至进刀口位于线网下距线网6mm，抽掉留在硅片缝隙里的钢线段。然后下压至原来切割深度处后再下压0.5mm，以0.5m/s的线速再次调平线网，让全部线网充分对入断线位置内，做好以上步骤开始进行切割。下压过程使用砂浆对硅片不停的冲刷，使硅片内能进入砂浆，并且在下压的过程中保持钢线静止。

抢救后具体数据如下表：

断线机型	出片率	良率	线痕率	色差率
					MB271	96.36％	89.00％	0.11％	0.00％

实施例3

在切割为106.103mm发生断线时，以10mm/min的速度提升硅晶棒至到进刀口位于线网下距线网15mm左右。线速调到1m/s走线0.5米，以调平线网。打开砂浆均匀冲洗硅片5min，剪除断线线网，保留硅片缝隙内的钢线，导轮头部进线端预留10-20mm线网，重新布置好线网后开砂浆来回热机，使新布线网上充分布满砂浆，再将硅晶棒以5mm/min的台速下压至进刀口位于线网下距线网6mm，抽掉留在硅片缝隙里的钢线段。然后下压至原来切割深度处后再下压0.5mm，以0.5m/s的线速再次调平线网，让全部线网充分对入断线位置内，做好以上步骤开始进行切割。下压过程使用砂浆对硅片不停的冲刷，使硅片内能进入砂浆，并且在下压的过程中保持钢线静止。

抢救后具体数据如下表：

断线机型	出片率	良率	线痕率	色差率
					MB271	94.01％	85.63％	0.87％	0.00％

对比实施例1(反向切割抢救方法)：

在切割为139.27mm时导轮头部发生断线，拉线反切，在反切的过程中放线轮的上的旧钢丝因二次切割再次断线，反切不成功，全部报废。

断线机型	出片率	良率	线痕率	色差率
					MB271	0％	0％	0％	0.00％

对比实施例2(下压切割抢救方法)：

在切至128.74mm发生断线，断线抢救处理过程如下：

断线停机后直接提升硅棒脱离断线线网，清除导轮上断线的钢线，从新布置新线网后开始进行硅棒下压，用砂浆持续对硅片刀缝隙进行冲洗，试图分开粘连在一起的硅片，冲洗大约10min后效果甚微，开始以1m/s的速度走线配合对刀下压，并且保持持续走线，同时手动配合强行拨弄钢线进入刀法，手动拨动钢线入刀时会造成钢线入错对应的刀缝，但可勉强让钢线全部进入刀缝而不能保证钢线进入相对应的刀缝内。下压至128.74mm的断线位置后开始切割

抢救后的良率如下：

断线机型	出片率	良率	线痕率	色差率
					MB271	79.45％	4.46％	0.67％	59.41％

对比实施例3(下压切割抢救方法)：

在切至92.333mm发生断线，断线处理过程如下：

断线停机后直接提升硅棒脱离断线线网，清除导轮上断线的钢线，从新布置新线网后开始进行硅棒下压，用砂浆持续对硅片刀缝隙进行冲洗，试图分开粘连在一起的硅片，冲洗大约5min后效果甚微，但硅片粘连状态稍有改善，以1m/s的速度走线配合对刀下压，并且保持持续走线，同时手动配合强行拨弄钢线进入刀缝，下压的过程中手动拨动钢线入刀时会造成钢线入错对应的刀缝，但可勉强让钢线全部进入刀缝而不能保证钢线进入相对应的刀缝内。下压至92.333mm断线位置后开始切割

抢救后的良率如下：

断线机型	出片率	良率	线痕率	色差率
					MB271	71.84	53.17％	6.54％	0％

所属领域的技术人员易知，本发明不仅限于前述图示实施例的具体细节，且在不脱离本发明的精神或主要特性的前提下，本发明可实施为其他特定形式。因此从任何角度来说都应将所述实施例视作例示性而非限制性的，从而由附文权利要求书而非前述说明来指出本发明的范围；且因此任何改变，只要其属于权利要求等效物的含义和范围中，都应视作属于本发明。

Claims (11)

1.一种硅片线切割的断线抢救方法，包括如下步骤：

(1)将硅晶棒升起至进刀口位于线网平面下距线网平面的距离为a，除去断线后的线网，保留硅晶棒中的钢线；

(2)升起硅晶棒至高于线网平面，并重新布置线网；

(3)下压硅晶棒至进刀口位于线网平面下距线网平面的距离为b，其中0＜b＜a；

(4)清除硅晶棒中保留的钢线，进行切割；其中在所述步骤(4)中，在清除硅晶棒中保留的钢线后，先将硅晶棒下压至原断线深度，以小于1mm/s的速度走线后，再进行切割，且在硅晶棒下压至原断线深度的过程中保持钢线静止。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(1)中，15mm≤a≤20mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(1)中，在将硅晶棒升起至进刀口位于线网平面下距线网平面的距离为a后，以小于1mm/s的速度走线。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在所述步骤(1)中，在将硅晶棒升起至进刀口位于线网下距线网的距离为a后，打开砂浆冲洗硅片。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(3)中，5mm≤b≤10mm。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述步骤(3)中，b＝6mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在将硅晶棒下压至原断线深度后再继续下压0.2-0.5mm，然后以小于1mm/s的速度走线后，再进行切割。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其中在所述步骤(4)中，在硅晶棒下压至原断线深度的过程中，用砂浆冲洗硅片。

9.根据权利要求1或7所述的方法，其中在所述步骤(4)中，在硅晶棒下压至原断线深度的过程中，手动拔除线弓。

10.根据权利要求1所述的方法，其中断线时所述硅片的切割深度大于或等于硅晶棒加工的总切割行程的30％。

11.根据权利要求10所述的方法，其中断线时所述硅片的切割深度在硅晶棒加工的总切割行程的30％至90％之间。