CN102990791A - 从工件切割晶片的线锯的带固定结合磨粒锯线的单层卷绕 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从工件切割晶片的线锯的带固定结合磨粒锯线的单层卷绕，特别是涉及用于从工件切割晶片的线锯的绕线盘，其中涂布有固定结合磨粒的锯线以单层方式卷绕至绕线盘上。本发明既可应用于单切线锯，也可应用于多线锯。

Description

从工件切割晶片的线锯的带固定结合磨粒锯线的单层卷绕

技术领域

本发明涉及用于从工件切割晶片的线锯（wire saw）的绕线盘（wirespool），其中涂布有固定结合磨粒的锯线（sawing wire）以单层方式缠绕在绕线盘上。

本发明既可应用于单切线锯，也可应用于多线锯。

背景技术

对于电子、微电子和微机电而言，要求具备由整体和局部平坦度、单侧基准局部平坦度（纳米拓扑）、粗糙度和清洁度制成的极度要求的半导体晶片作为初始材料（基底）。半导体晶片是由半导体材料构成的晶片，更具体地讲，是由诸如砷化镓的化合物半导体以及诸如硅和偶尔有锗的主元素半导体构成的晶片。根据现有技术，半导体晶片以多个连续处理步骤制造而成，其中，在第一步骤中，举例而言，由半导体材料构成的单晶体（杆）通过提拉法（Czochralski method）拉制或由半导体材料构成的多晶块被铸造，且在另一步骤中，由半导体材料构成的所得的圆柱形或块形工件（锭料）通过线锯分离成单独的半导体晶片。

在此情况下，在单切线锯和多线锯之间进行区分，多线锯在下文中称为MW锯（MW＝多线）。具体言之，当工件（例如由半导体材料构成的杆）在一个工作步骤中意欲被锯成多个晶片时，使用MW锯。

US 5 771 876描述了一种适用于生产半导体晶片的线锯的功能原理。这些线锯的基本组件包括机架、馈送装置和由平行线区构成的网（线网）所组成的锯切工具。

例如，在EP 990 498 A1中披露了一种MW锯。在此情况下，涂布有结合磨粒的长锯线在绕线盘上螺旋地行进并形成一个或多个线网。

大体言之，线网由夹持在至少两个导线辊之间的多个平行线区而形成，其中导线辊以可旋转的方式安装且至它们中的至少一个被驱动。导线辊通常设有涂层例如聚氨酯。此外，它们具有多个凹槽，锯线通过这些凹槽被引导，借此形成线锯的线网。在DE 10 2007 019 566 A1中公开了表面涂层和凹槽几何形状得以优化的导线辊。

导线辊的纵向轴大体上垂直于线网中的锯线定向。

线网的线区可属于单根有限线，该线围绕辊系统被螺旋地引导且从供应辊（分配线盘）展开至接收辊（接收线盘）上。相反，专利文献US 4,655,191公开了一种MW锯，其中设置了多个有限线且线网的每个线区都指派给了所述线中的一个。EP 522 542 A1也公开了一种MW锯，其中多个连续绕线盘围绕辊系统行进。

由半导体材料构成的晶片的生产使得对切割处理的精度要求尤其严格。为此，重要的是，导线辊上的多个凹槽精确平行行进且凹槽和锯线位于一条线上（对准）。由于导线辊磨损，所以可能出现对准误差，即，导线辊的凹槽和位于所述凹槽中的线不再位于一条直线上。这可导致切割的半导体晶片的表面的损坏（例如划痕）。DE 102 20 640 A1描述一种用于监测且当合适时校正锯线相对于导线辊的凹槽的对准的方法。

锯线可涂布有研磨涂层。当使用具有无固定结合磨粒的锯线的线锯时，在切割处理期间以浆料（“研磨浆料”、“锯切浆料”）形式供应磨粒。

具有固定结合磨粒的锯线具有颗粒（例如金刚石），所述颗粒具有固定结合在线表面上且促进工件的穿透的研磨作用。

在切割处理期间，工件穿透线网。线网的穿透由馈送装置引起，所述馈送装置向着线网引导工件、向着工件引导线网或使工件和线网向着彼此相互引导，其中线网相对于工件运动。

在切割处理期间，锯线随时间平均沿一个方向运动，其中锯线的运动方向不必一直相同，而是可以在不同时间间隔内发生变化（振荡方法）。

通过在工件的入口侧和出口侧两侧转动绕线盘，向线网供应锯线。锯线从一个绕线盘（分配线盘）展开且卷绕至另一个绕线盘（接收线盘）上，其中锯线在线网中保持一致地张紧。实际驱动经由一个或多个导线辊而实现。

根据旋转方向，一个绕线盘可分配或接收线，因此缓冲不会当前切入待锯工件的线。在振荡锯切处理的情况下，当线馈送方向改变时，分配线盘和接收线盘分别交换它们的功能。在连续锯切处理的情况下，分配线盘和接收线盘保持其各自功能。

根据现有技术，锯线以多层方式缠绕在MW锯的绕线盘上。具体言之，在锯线涂布有结合磨粒的情况下，绕线盘上的锯线转弯处表面之间的接触和相对运动会导致锯线额外的过早磨损。该磨损会导致磨粒占据的锯线失去切割能力，且线网的线区获得不同大小的磨损程度。这导致不一致的锯切结果。

此外，在MW锯操作过程中，同样由于上述磨损，与可比线锯的情况相比，更频繁地出现线开裂，在可比线锯的情况下，使用光滑锯线以及以浆料形式供应的松散的磨粒。

可通过在分配线盘和接收线盘上单层卷绕而实现涂布有结合磨粒的锯线的减少的磨损。

举例而言，在US 4484502A中描述了用于单切锯的单层卷绕的锯线。锯线在设置有外螺纹的两个线盘上受到缓冲。这些螺纹线盘的驱动将线设定成运动，其中，以驱动和/或螺纹控制的方式，锯线必须相对于螺纹线盘沿轴向运动。为了补偿此轴向运动，这一对线盘通过运动单元与轴向位移相反地布置。在US 4484502A中描述的用于单切锯的单层卷绕技术需要非常少的偏转辊，所述偏转辊同样可沿轴向运动。然而，由于锯线的轴向运动，此单层卷绕技术不能应用于根据现有技术的MW锯。此外，在单层卷绕的情况下，在分配盘上存在极少用于锯切由半导体材料构成的杆的锯线。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于借助于具有带有固定结合磨粒的锯线的MW锯从由半导体材料构成的工件切割多个晶片的改良方法，其中减少了锯线的过早磨损且存在足够锯线以用于经济可行的锯切处理。

该目的通过用于多线锯的绕线盘实现，所述线锯用于通过由涂布有结合磨粒的平行线区组成的线网从由半导体材料构成的工件切割一个或多个晶片，其中，从用作分配线盘的第一绕线盘起，涂布有结合磨粒的锯线经由至少一个偏转辊行进至线网，涂布有结合磨粒的锯线从线网经由至少一个偏转辊行进至用作接收线盘的第二绕线盘，锯线以对准角α₁进入偏转辊的导向凹槽，且以对准角α₂离开偏转辊的导向凹槽，其中锯线在两个绕线盘中的每一个上的卷绕都是单层的。

下文详细描述了本发明及其优选实施例。

具体实施方式

图1举例示出了一种用于根据现有技术的MW锯的线布设方法。在图1中描述的锯线7上的箭头示意性指出了线是在线网方向（为清楚起见，未加以描述）行进还是来自线网。

图1a示出了从分配线盘2展开的锯线7如何经由两个偏转辊3a和5导向至静止（不运动）偏转辊3b，所述偏转辊3a和5可平行于分配线盘2和接收线盘1的转轴（纵轴）运动，偏转辊3a和5的转轴相对于彼此成90°角且固定至共同接收板8，所述静止偏转辊3b引导锯线7进入线网。当锯线7从线网离开时，锯线7经由两个另外的可运动偏转辊3a和5以多层方式卷绕至接收线盘1上，所述两个另外的可运动的偏转辊3a和5的转轴相对于彼此成90°角，且同样固定至共同接收板8上。

图1b举例示出了偏转辊3a和5可如何平行于分配线盘2的转轴运动，从而使得锯线7进入偏转辊3a的导向凹槽的对准角α₁保持最小，所述偏转辊3a和5可平行于分配线盘2的转轴运动且偏转辊3a和5的转轴相对于彼此成90°角，且其固定在共同接收板8上。给定理想的对准角为0°，锯线精确垂直进入和离开偏转辊的导向凹槽。当锯线7已从偏转辊3a的导向凹槽离开后，锯线7进入偏转辊5的导向凹槽，且从此经由静止偏转辊3b被引导越过分配线盘2到达线网（未示出）。

图2示意性示出了MW锯的结构，其中根据本发明，锯线7以单层方式分别卷绕在分配线盘和接收线盘上。为更清楚起见，在每个情况下仅描述了两个可运动偏转辊中的一个。这里，分配线盘2填充有锯线7到60%的程度，且经由平行于分配线盘2的纵轴运动的可运动偏转辊5并经由静止偏转辊3b和导线辊6将锯线7传送至线网4，同时执行绕纵轴的旋转运动。经由相对导线辊6离开线网4的锯线7以单层形式经由静止偏转辊3b和可运动偏转辊5卷绕至接收线盘1上，同时执行绕纵轴的旋转运动。

图3示出了特别优选的布设单元，其用于从多卷绕分配线盘缠绕至接收线盘上，所述接收线盘待以单层方式卷绕及随后的振荡操作，因为省略了改变对准角α（下文总体上使用α表示对准角α₁和α₂）的问题。锯线7经由偏转辊5引导，所述偏转辊5可分别平行于分配线盘2和接收线盘1的纵轴运动，且固定在接收板8上，且其转轴分别垂直于分配线盘2和接收线盘1的纵轴。这样，偏转辊5的凹槽平面与来自分配线盘2或行进至接收线盘1的锯线7之间的对准角α不会变化，且因此可被固定设置成最小值。锯线7从偏转辊5经由静止偏转辊3b被引导至线网（未示出）的导线辊，所述静止偏转辊3b的转轴分别垂直于分配线盘2和接收线盘1的纵轴，且平行于偏转辊5的纵轴。

根据本发明的绕线盘即可应用于针对使用具有结合磨粒的锯线而设计的MW锯，又可应用于诸如例如来自制造商Applied Materials SwitzerlandSA（应用材料瑞士SA公司）的HCT DS420-E12的浆料MW锯，所述浆料MW锯针对使用不具备结合磨粒的锯线而设计。此浆料MW锯可通过根据EP 0 990 498 A1的金刚石线而针对操作进行转换。

根据现有技术，线锯中的锯线以多层方式卷绕在绕线盘上。线锯的绕线盘是具有外凸横向表面及内芯的圆柱形物体，锯线以单层或多层方式卷绕在所述外凸横向表面周围。内芯包括线盘的两个侧表面，且通过与线盘的纵轴平行的横向表面包络。用于将线盘悬垂在线锯中的装置坐落在线盘内芯的侧表面处。

因为在单层卷绕情况下可卷绕至具有限定长度和限定直径的线盘上的锯线的量小于在多层卷绕情况下的锯线量，所以其外径和其长度最大化的线盘用于根据本发明的装置。

借助下文将进一步描述的适配布设装置实现分配线盘和接收线盘的单层卷绕。

为了实施本发明，MW锯的线网由市售的分配线盘配备，其中锯线以多层方式卷绕且再次涂布有结合磨粒。其后，不在“接收侧”上设置标准线盘，而是结合其外径和其长度相对于待机加工的体积（工件长度和剖面）最大化的接收线盘。

在单层不接触卷绕情况下，线盘的收容能力首先通过线盘的长度和直径、其次通过锯线的直径和卷绕节距而确定。

优选地，使用了根据本发明的线盘，所述线盘在单层卷绕情况下，可收容涂布有固定磨粒且长度至少为1公里的锯线。

举例而言，给定根据本发明的线盘直径为378毫米且长度为350毫米，给定锯线的设定卷绕节距为0.3毫米，具有0.12毫米直径的总计1230米的锯线可存储在根据本发明的线盘上。

特定优选地，使用根据本发明的线盘，所述线盘在单层卷绕情况下可收容涂布有固定磨粒且长度至少为10公里的锯线。

由于所使用的线盘的长度对线锯中的线网尺寸无任何影响，原则上可在根据现有技术的任何MW锯中结合根据本发明的线盘。

借助布设装置，通过线馈送经由线网以单层方式填充根据本发明的接收线盘，锯线在整个线盘的轴向长度上具有限定的线节距。为此，使用来自市售的多卷绕供应线盘的涂布有固定结合磨粒的锯线。

市售的多卷绕供应线盘上不知线区的各自位置和卷绕节距，由此使得锯线绕入根据现有技术的布设单元的第一偏转辊（相对于供应线盘固定设置）的对准角α是不可控的。

若锯线以极其大的对准角α绕入固定设置的偏转辊，这会导致锯线早在缠绕过程中过早磨损。

为了解决此问题，优选地，为了开始缠绕至根据本发明的线盘上，额外使用具有光滑、柱形表面的辊来取代布设装置。选择辊的安装位置以致使在分配线盘与第一偏转辊之间存在最大可能的用于锯线的路径。辊的柱形表面允许线自由地在辊上沿辊的轴向方向定向，因而致使锯线绕入在偏转辊的导向凹槽上的锯线的对准角α减小。

特别优选地，为了开始从以多层方式卷绕的市售的供应线盘缠绕至根据本发明的绕线盘，使用了根据图3的布设单元。根据图3的布设单元不具有对准角α的问题。借助可平行于分配线盘2的转轴运动（在开始缠绕期间）并固定至接收板8上且其转轴垂直于分配线盘2的转轴的偏转辊5，绕线盘与偏转辊之间的自由线长度总是最小。

选择线布设，以使得它首先在接收线盘1的初始填充期间在端侧开始，且将线定位成使得每一匝圈以限定的线节距朝向相对端侧行进。线盘上的各个锯线匝圈不会彼此触碰。

优选地，利用对应于线的直径值两倍的线节距，实现将涂布有固定结合磨粒的锯线单层卷绕在接收线盘上。

如果以单层方式填充（卷绕）接收线盘，那么线在市售的供应线盘（分配线盘）处分离且后者从线锯移除。替代市售供应线盘，结合了与根据本发明的接收线盘的长度和直径相同的绕线盘，所述绕线盘现在用作接收线盘。根据本发明之前以单层方式卷绕的接收线盘现在用作分配线盘。涂布有结合磨粒的锯线通过至少一个螺钉固定至接收线盘。

举例而言，固定结合在锯线表面上的磨粒（诸如金刚石碎片）引起锯线7与偏转辊3a、3b和5之间的高摩擦。锯线7与导线辊6之间的高摩擦以及导线辊6中的各个凹槽相对于彼此固定安置且不分别安装这一事实具有在锯网中保持高张应力的效应。在锯网的最后一个匝圈内，如果导线辊6分别与分配线盘2和接收线盘1之间的线应力分别在展开期间和在卷绕期间分别减小至预定值，那么该线应力降低。因此，可以实现偏转辊3a、3b和5分别与分配线盘2和接收线盘1之间的较低的张应力，以及线网4中较高的张应力。在DE 198 28 420 A1中公开了一种对应方法，其用以在振荡操作中针对线锯在卷绕至接收线盘上之前减小锯线的张应力。

在根据现有技术的MW锯中，锯由导线辊6驱动，所述导线辊6在每种情况下都绕它们分别平行于分配线盘2和接收线盘1的转轴延伸的纵轴而旋转。分配线盘2和接收线盘1同样受到驱动，且绕其纵轴以可变速度旋转，以使得分别在分配线盘2和接收线盘1与偏转辊3a、3b和5之间存在限定的张应力，所述偏转辊3a、3b和5可与线网4中的张应力不同。

根据本发明的分配线盘2和接收线盘1在根据现有技术的MW锯的操作过程中扭矩受控。

根据DE 198 28 420 A1，线网中的张应力由分配线盘2与导线辊6的扭矩之差而设定。如果当前正卷绕的线盘（接收线盘1）的扭矩减小，则行进至接收线盘1上的锯线7的张应力降低，其中线网4中的张应力得以维持。如果接收线盘1改变其功能且变为分配线盘2，再次采用高扭矩，以使得锯线7被引导至具有高张应力的线网4上。线网4与接收线盘1之间的扭矩差就线网4中的张应力而言不明显，且仅确定行进至接收线盘1上的锯线7的张应力。

分别在分配线盘2和接收线盘1上的张应力使作用在线盘上的张力最小化，与线网4相比，当使用根据本发明的绕线盘时，所述张应力减小。这使得可以使用更软材料作为线盘材料，而不会影响线盘的尺寸稳定性。

优选地，分别利用1至5牛顿的张应力来实现分配线盘2和接收线盘1的卷绕。

根据本发明的线盘的横向表面由软材料形成。聚氨酯优选作为材料。同样，优选材料是诸如橡胶/碳混合物、硅酮或PVC的弹性体。铝也是优选的。

线盘的内芯优选由钢或高级钢制造而成。

优选地，根据本发明的线盘的横向表面是光滑的。同样，优选采用一种横向表面，其具有绕横向表面连续且成螺旋形行进的成型凹口（螺纹结构），且在此情况下锯线已经或正在沿围绕横向表面的凹口卷绕或在该凹口中卷绕。

在线网4中，当使用根据本发明的线盘时，优选设定10至30牛顿的张应力。特别优选地，在线网4中设定25至30牛顿的张应力。

在锯切处理过程中，根据本发明，同样，涂布有固定结合磨粒的锯线7再次以单层方式卷绕在接收线盘1上。为了能够将锯线7以单层方式以限定间隔卷绕在接收线盘1上，必须在轴向上以限定间隔（节距）沿接收线盘1布设锯线7，其开始于两个端侧之一处。为此，将锯线直接引导至接收线盘1上的可运动的偏转辊3a在接受线盘1的每次旋转中平行于接收线盘1的转轴沿卷绕方向均匀地运动特定距离，以使得可运动的偏转辊3a总是与接收线盘上的锯线进入位置对准且对准角α最小。

优选地，在接收线盘1每次旋转时平行于接收线盘1的转轴的可运动的偏转辊3a移动的距离对应于锯线7的直径值的两倍。

在锯线从可平行于绕线盘（分别是分配线盘和接收线盘）的各自转轴运动的偏转辊3a的位置传送至最近的静止偏转辊3b（其使锯线7偏移至线网4）的期间，两个偏转辊的凹槽平面与线方向之间的最小角度（对准角α）必须不被超过，从而最小化偏转辊的磨损和锯线开裂的风险。

优选地，对准角α的值位于0-2°的范围内。特别优选地，对准角是α≤1°。

如果布设单元到达线盘端部（另一端侧），绕线盘自动改变其功能，也就是说，接收线盘1成为分配线盘2，反之亦然。在线锯的控制软件中设定对应位置。

优选地，在根据本发明的装置中，分配线盘和接收线盘的转轴与可运动的偏转辊3a的转轴相互平行（图2）。在该实施例中，通过第二可运动的偏转辊5，锯线7被引导至最近的静止偏转辊3b，其中所述第二可运动的偏转辊5的转轴相对于偏转辊3a的转轴倾斜90°且其与偏转辊3a一起固定在导向板8上。在此情况下，导向板8确保了偏转辊3a和5的可运动性，所述导向板可平行于线辊的各自转轴运动且偏转辊3a和5固定在该导向板上。

在根据本发明的装置的第二优选实施例中，分配线盘2和接收线盘1的转轴与可运动的偏转辊5的转轴相互垂直（图3）。在此情况下，导向板8确保了偏转辊5的可运动性，所述导向板8可平行于线辊的各自转轴运动且偏转辊5固定在该导向板上。利用根据图3的布设单元，偏转辊5的凹槽平面与来自分配线盘2且行进至接收线盘1的锯线7之间的对准角α不会变化，且因此可固定设置成最小值。锯线7从偏转辊5直接引导至最近的静止偏转辊3b。

优选地，在根据本发明的装置的第二实施例中，对准角α位于0至2°的范围内。特别优选地，对准角是α≤1°。

从线网4出现的锯线7经由根据图3的一个或多个静止偏转辊3b被引导至固定在接收板8上的可运动的偏转辊5。经由平行于接收线盘1的转轴而引导且其转轴垂直于接收线盘1的转轴的可运动的偏转辊5，出现的线7通过根据图3的装置以单层方式卷绕在转动的接收线盘1上。

在根据本发明的一个优选实施例中，针对分配线盘2和接收线盘1使用共同布设装置。确定在分配线盘2和接收线盘1上的锯线7的布设位置的两个可运动的偏转辊5由共同驱动器操作。为此，两个偏转辊的轴承安装在共同接收板8上。所述接收板相对于分配线盘2和接收线盘1的位置通过平行于分配和接收线盘的转轴的布设驱动器而运动。

在根据本发明的装置的同样一个优选实施例中，针对分配线盘1和接收线盘2使用单独的布设装置。

在此实施例中，分配线盘2和接收线盘1由各自专用的布设单元操作。两个绕线盘的转轴平行对准，且分别垂直于可运动的偏转辊5的转轴。在分配线盘功能的情况下，以基于传感器的方式确定最优的布设位置，从而使得离开分配线盘的锯线总是以最小对准角α₁进入最近的偏转辊的导向凹槽中。在接收线盘功能的情况下，以使得锯线7以单层方式卷绕在接收线盘1上的方式确定布设位置。

使用锯线7会带来扭转和弯曲应力，这会具有以下效果，即锯线7会不再精确笔直卷绕至接收线盘1上。因此，选择单层卷绕情况下的线节距，使得尽管会由于使用锯线7而出现应力，但排除了接收线盘1上的线区叠置或触碰。

优选地，锯线7以单层方式卷绕在接收线盘1上，其中线节距对应于线直径值的1.5倍。优选地，同样以单层方式卷绕锯线，其中线节距对应于线直径值的2.5倍。特别优选地，以单层方式卷绕锯线，其中线节距对应于线直径值的两倍。

根据本发明以单层方式卷绕的绕线盘也可用于MW锯的振荡操作模式中。在MW锯的振荡操作中，分配线盘2和接收线盘1根据处理参数交替交换它们的功能。

根据本发明以单层方式卷绕的绕线盘也可多重使用绕线盘，并致使涂布有固定结合磨粒的锯线磨损减少。这些优点会增加MW锯的经济可行性。

Claims (11)

1.用于多线锯的绕线盘，所述多线锯用于通过由涂布有结合磨粒的平行线区组成的线网从由半导体材料构成的工件切割一个或多个晶片，其中，从用作分配线盘的第一绕线盘起，涂布有结合磨粒的锯线经由至少一个偏转辊行进至所述线网，涂布有结合磨粒的所述锯线从所述线网经由至少一个偏转辊行进至用作接收线盘的第二绕线盘，所述锯线以对准角α₁进入所述偏转辊的导向凹槽，且以对准角α₂离开所述偏转辊的所述导向凹槽，其中所述两个绕线盘中的每一个上的锯线的卷绕是单层的。

2.如权利要求1所述的绕线盘，其特征在于，所述绕线盘上的各个线匝圈不彼此触碰。

3.如权利要求1所述的绕线盘，其特征在于，所述锯线通过共同布设单元沿所述绕线盘的轴向布设。

4.如权利要求1所述的绕线盘，其特征在于，所述锯线通过两个单独的布设单元沿所述绕线盘的轴向布置。

5.如权利要求1所述的绕线盘，其特征在于，所述绕线盘的横向表面由弹性体制造而成。

6.如权利要求5所述的绕线盘，其特征在于，所述弹性体从由聚氨酯、橡胶/碳混合物、硅酮和PVC组成的群组制造而成。

7.如权利要求1所述的绕线盘，其特征在于，所述绕线盘的横向表面由铝制造而成。

8.如权利要求1所述的绕线盘，其特征在于，位于所述绕线盘上的线与位于所述网中的线相比具有更低的张应力。

9.如权利要求8所述的绕线盘，其特征在于，位于所述绕线盘上的线具有1至5牛顿的张应力。

10.如权利要求8所述的绕线盘，其特征在于，所述线网具有10至30牛顿的张应力。

11.如权利要求1至5中任一项所述的绕线盘，其特征在于，所述对准角α₁和α₂在每种情况下处于0与2°之间的范围内。

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