CN103286863A

CN103286863A - 用于切割半导体工件的方法及设备

Info

Publication number: CN103286863A
Application number: CN2012103765186A
Authority: CN
Inventors: 迈斯·彼得·范德梅尔; 马修·彼尔德; 伊凡·布兰西
Original assignee: Applied Materials Switzerland SARL
Current assignee: Applied Materials Switzerland SARL
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2013-09-11
Also published as: CN203266962U; WO2013041140A1

Abstract

本发明涉及用于切割半导体工件的方法及设备。描述了一种利用线锯来切割半导体工件的方法。该方法包括将至少150牛顿的张力施加至线；大致使线沿其长度移动；并且使线与半导体工件接触以切割半导体工件；切割半导体工件；其中，线的直径为1.5毫米或更小。

Description

用于切割半导体工件的方法及设备

技术领域

本发明的实施例涉及线锯以及利用线锯来切割半导体工件的方法。

背景技术

线锯被用于半导体产业，用于将半导体工件切割成适于后续处理的形状，例如利用线锯来切割硅用于裁切，磨边，和晶片化。线锯还被用于切割其他材料。可将不同类型的线用于线锯，例如与浆中的碳化硅微粒结合使用的线，并且金刚石线通常与冷却剂一起使用。通常，诸如碳化硅或金刚石的硬质材料会磨损半导体工件以进行切割。

例如为了增大产出并减少浪费，有时一些竞争策略要求半导体材料制造厂在经济上有竞争力。诸如切割速度以及线直径的各种可变工作参数对产出及浪费有影响。工件参数还会影响结果特性，例如晶块或晶元的切割半导体件的例如厚度均匀性。

美国专利US2，860，862描述了一种线锯花岗岩的方法，具体是一种切割相对较大花岗岩平板的方法。

美国专利US6，881，131描述了一种利用金刚石线切割金属结构的方法及设备，其中线在150至200磅的张力下工件，并且金刚石线具有10及11毫米的直径。

通常，用于从半导体工件切割出晶块以及晶片等的锯装置使用不超过约35N或有时不超过约80N的张力。诸如金属锯及石头或花岗岩的锯的其他领域的线锯不能提供希望的精度，由此产生不同的装置构造。对于半导体材料，特别是对于含硅材料，增大切割速度的趋势会产生所谓腹效果“belly-effect”，使得要被切割的工件不能具有希望的构造。特别对于太阳能应用领域以及制造设施增大产能的需求，非常希望增大切割速度。

发明内容

根据实施例，提供了利用线锯来切割半导体工件的方法，该方法包括将至少150牛顿的张力施加至线；大致使线沿其长度移动；并且使线与半导体工件接触以切割半导体工件；切割半导体工件；其中，线的直径为1.5毫米或更小。

根据其他实施例，提供了一种线锯，线锯包括卷轴杆、至少一个滑轮、线管理系统以及张紧器，其中，张紧器被构造用于提供150N或更高的线张力。

附图说明

为了更详细地理解本发明的上述特征，参考实施例来更详细地描述以上简述的本发明。附图涉及本发明的实施例，并描述如下：

图1示出了根据这里描述的实施例用于剪切半导体工件的线锯装置；

图2示出了根据这里描述的实施例的线锯的线管理系统；

图3示出了根据这里描述的实施例的线锯的切割头；

图4示出了流程图，描述了根据这里描述的实施例来利用线锯切割半导体工件的方法；并且

图5示出了流程图，描述了根据这里描述的实施例来利用线锯切割半导体工件的方法。

具体实施方式

现将详细描述本发明的各个实施例，其中一个或更多示例在图中示出。每一个示例均为说明性质，并不意在构成限制。此外，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可被用于可结合于其他实施例以形成另外的实施例。这里的描述意在涵盖上述改变及变化。这里，线锯、线锯装置、线锯割装置以及线切割装置可互换使用。这里，可互换地使用术语锯及切割，可互换地使用晶片切割线锯及晶片切割器。这里，多硅意指多晶硅。这里，线的直径指核心直径。这里，半导体工件可包括一个或更多分离半导体工件，例如多个半导体工件。

如图1所示，在本示例中为简单的剪切器的线锯装置1的实施例包括线10的卷轴12。当卷轴12绕其长轴12a旋转时，线从卷轴12释放，线10被引导至第一滑轮20，随后至第二滑轮30。在切割期间，线大致沿切割方向其长度移动。线运动也可替代地为往复形式，其中线沿其长度的运动被周期性地反向。线或线的边缘与半导体工件50接触以切割工件。替代地或额外地，半导体工件与线接触以切割工件。根据不同的应用，形成线网的线可相对于工件移动，工件可相对于线或线网移动，或者线及工件可彼此相对移动。通过可移动工件支撑板或工件供应板60来实现工件的运动。线、工件供应板以及线及工件供应板两者可以可移动。

根据这里描述的实施例，半导体工件被切割，例如通过使用150N或更高的线张力以高产能来完成以单及多硅的方切。通常，使用结构化线或金刚石。根据一些实施例，结构化线是波纹线，例如其中，锯线由具有直径d的金属线构成，并被设置具有多个波纹，其中该波纹被布置在至少两个不同平面内，例如当测量时，在测微表的测量棒之间，在于至少两个不同平面内包括波纹的长度上，该波纹锯线的切包络直径D介于上述直径d的1.05至1.50倍之间。金刚石线是具有涂层的线，其中金刚石微粒被嵌入涂层。通常，这里的线直径指核心直径，即，没有涂层及/或嵌入微粒的核心的直径，或不考虑波纹(即，包络)的锯线的直径。

本发明的实施例涉及切割半导体材料，之前并未应用过高的线张力，并且涉及1.5mm或以下的线直径。因此，相较于之前的半导体切割处理，这些实施例允许更高的切割速度。因此，实施例对于切割晶块，例如方切或对于剪切线锯特别有用。

线的张力较高，例如大于150牛顿。在一些实施例(其可与其他实施例结合)中，线张力被调整。已经发现，通过使用较高张力，可以增大切割速度，由此增大产能。在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，线厚度相对较高，例如为250微米或更大。使用具有相对较高线厚度或直径的线可允许以较低的损坏线的风险来使用较高的张力。在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，线切割装置适用于较高的张力线。在实施例中，其可与其他实施例结合，线切割装置适于较高的线厚度，例如250微米或更大的直径。

根据一些实施例(其可与这里描述的其他实施例结合)，可以提供这里描述的利用金刚石线以约3800微米/分钟台速来切割单硅的方法，以及利用结构化线或波纹线以约2000微米/分钟台速来切割多硅的方法。

线管理单元应被理解为以下装置，其管理将线供应至线锯装置(例如，剪切器、方切器或晶片切割线锯)的工作区域。通常，线锯包括线引导器，其在线管理单元对线张力进行控制时用于沿线移动方向传输并引导线。由线管理单元提供的线形成线网。以下，线网将被视为由单一线形成的网。但是，可以使用超过一根线的诸如两根、三根或四根线来形成线网。此外，线网可包括超过一个工件区域，其被定义为执行锯割处理的区域。

图2示出了线管理单元的一部分的立体图，其包括由卷轴杆210承载的卷轴212。卷轴杆210可旋转地安装至主框部分100。可由卷轴电动机来驱动卷轴杆的旋转。相反，以下描述的滑轮大体上可自由旋转。线10从卷轴212向工作区域提供。在从卷轴212展开线10期间，线被朝向线锯的工作区域提供。

图2示出了第一滑轮220。这里，总体而言，滑轮具有适于引导线的槽。此外，滑轮通常可具有用于在滑轮中(即，在滑轮槽中)引导一根线的线引导位置。第一滑轮220适于从卷轴212(具体而言，直接从卷轴212)接收线10，然后重新引导线。第一滑轮可旋转地安装至滑轮承载单元224。滑轮承载单元224然后被连接至线锯装置，具体连接至线锯装置的主框部分100，由此滑轮承载单元224沿滑轮运动轨可纵向移动。

如图2中的实施例所示，总体上，x-y-z参考框可被如下定义：卷轴212的旋转轴定义了大致垂直于图2的页面的x轴，第二滑轮230的旋转轴在图2中为水平取向，垂直于卷轴的旋转轴，并定义了y轴，并且z轴被定义为垂直于x及y轴的轴。

在图2中，滑轮承载单元224被示出为梁。在其他实施例(其可与这里描述的任何其他实施例结合)中，可以将其设置为棒或其他承载滑轮220的支撑件，使得其可围绕其长轴旋转。提供了适于从第二滑轮230 (具体而言，直接从第二滑轮230)接收线的第三滑轮240，其还适于重新引导线。

图2中所示的实施例还示出了安装在安装构件114上的第四滑轮250。图2的实施例还包括用于控制线的张力的线张紧器。线张紧器包括可旋转地安装至框的第五滑轮260，以及可旋转地安装至可移动元件274的第六滑轮270。可移动元件274可移动地安装在主框部分上。可通过电动机来控制可移动元件274的运动，或者可移动元件274可例如被弹簧被预偏压以控制线张力。在图2中，可移动元件274被示出作为预偏压旋转杆。线张紧器从第四滑轮250接收线10，并且将线10提供至工作区域(图2中所示的线管理单元的右侧)。根据这里描述的实施例，线张紧器包括电动机以及/或弹簧，其被构造以提供适于将线张紧至150N或更高的力。因此，线张紧器相对较牢固，并且类似于杆臂等的各部件相对较硬。

根据其他实施例，上述滑轮经由其轴被安装至框，使得即使当施加上述较高张力时，滑轮的位置也保持大致不变。此外，特别对于与金刚石线相关的实施例，在滑轮的线引导表面上涂布额外的涂层。因此，可以降低金刚石微粒对滑轮的损坏。具体而言，高张力与用作磨料的金刚石微粒的结合会导致滑轮表面加速劣化，由此涂层有助于保持希望的工件耐久度。

下面描述图2，除了线处理部分200(以下也称为主线处理部分200)之外，图2的线管理单元也还具有副线处理部分300。这里，术语“主”及“副”被引入以便于识别，其并不意在暗示任何线处理部分及卷轴等的层级或功能等级。副线处理部分300类似于主线处理部分200来构成，并且具有与主线处理部分200的元件对应的元件。副线处理部分300的元件被表示为“副”元件，并被赋予参考标号310，312等，其对应于主线处理部分200的相应“主”元件210，212。因此，副线处理部分300例如具有用于卷轴312的副卷轴杆310、副第一滑轮320、副第二滑轮330等。总体上，副线处理部分300以与根据这里描述的任意实施例的主线处理部分200相同的方式而形成。对主线处理部分200的元件的描述因此也可适用于副线处理部分300的相应元件。

在示例性工作模式下(以下被称为主至副卷轴锯)，主线处理部分将线从卷轴212提供至工作区域。然后，副线处理部分300从工作区域接收线10。由此，线10从工作区域被传输至第二线张紧器，具体而言被传输至副第六滑轮370，然后传输至副第五滑轮360，然后至副第四滑轮350，然后至副第三滑轮340，然后至副第二滑轮330，然后至副第一滑轮320，然后最终被缠绕在卷轴312上。此外，控制器控制副第一滑轮320沿副滑轮运动轨的运动，使得线以受控方式被缠绕在卷轴312的线承载区域上。

替代或额外地，线管理部分可支持往复锯割，其中通过部分或完全周期性地在线沿其长度运动时使线运动的方向反向来实现切割。在一些实施例(其可与这里任意的其他实施例结合)中，线管理部分可支持双向锯割。这里，双向锯割被理解为下述锯割处理，在此期间，首先线从主卷轴被传输至副卷轴，随后从副卷轴被传输返回至主卷轴，然后再次从主卷轴到副卷轴等。

控制器适于将激励命令发送至主卷轴杆并至副卷轴杆，激励命令在第一步使得第一卷轴杆展开线至第二卷轴，并且在第二步使得第二卷轴杆展开线至第一卷轴。上述控制器例如被用于双向锯割并用于往复锯割。

图3示出了作为方割器(squarer)的线锯装置1的示意性俯视图。方割器包括具有主线处理部分200及副线处理部分300的线管理单元。此外，线锯装置1具有工作区域400，其中线10形成线网410，在其中完成实际的锯割处理。

包括主线处理部分200以及副线处理部分300的线管理单元可根据这里描述的任意实施例(例如，图2所示的实施例)来实现。线处理部分200以及300分别包括用于朝向线网410引导并重导向线10的线卷轴及多个滑轮。替代或额外地，设置了剪切器。线锯装置1还包括用于将线从线管理单元重新导向至线网的滑轮420，430。此外，在工作区域400中，多个工作滑轮412被布置用于引导线，由此形成线网。通常，上述滑轮420，430，412以及线处理部分200以及300的滑轮经由其轴被安装至框，使得即使当提供这里描述的较高张力时，滑轮的位置也保持大致不变。此外，特别对于与金刚石线相关的实施例，在滑轮的线引导表面上涂布了额外涂层。由此，可以降低滑轮因金刚石微粒而劣化。具体而言，较高的张力与用作磨料的金刚石微粒的结合会导致滑轮表面加速劣化，由此涂层有助于保持希望的工作耐久度。

在图3中，方割器的矩阵形线网被示出具有沿两个相互垂直方向的切割线部分。线网例如可在两个相互垂直方向中的每一者上具有六个切割线部分。在工作区域400中，设置有半导体工件供应板(未示出)用于承载要被锯割的半导体工件。半导体工件供应板可被开槽，使得在锯割期间，在半导体工件被板的其余部分承载时，线可穿过槽。根据典型实施例，工件区域或线网由从一个线处理部分200向另一线处理部分300引导(或相反)的一根线形成。根据一些实施例，其可与这里描述的其他实施例结合，将高张力线从卷轴朝向工作区域引导及从工作区域向其他卷轴引导的元件(例如，滑轮、线引导圆筒等)也承受因150N或更高的张力而产生的增大的力。因此，将滑轮轴连接至线锯装置的框部分的组件被构造具有较高刚性以允许在用于150N或更高的线张力的情况下保持位置稳定。

线管理单元具有至少一个适于高张力线的滑轮，并且线在至少一个滑轮上引导；替代或额外地，至少一个滑轮具有适于引导金刚石线的涂层。

线锯装置1适于将至少150牛顿的张力施加至线；使线沿其长度移动；并且使线或线的边缘与半导体工件接触以切割半导体工件

以下，将总结这里描述的实施例的总的特征。这些总的特征中的每一者均可与这里描述的任何实施例中的其他任何总的特征结合，由此产生其他实施例。

在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，线锯装置及/或其一部分(例如，线管理系统、线处理部分(特别是滑轮)、线卷轴杆以及/或线卷轴)可适用于金刚石线，可利用金刚石线来实现操作方法。例如可通过利用合适槽间隔、不同槽深度以及/或与常规元件不同的槽形状来改变滑轮的槽结构以及引导元件来实现。此外，在滑轮的线引导表面上涂布涂层。由此，可以降低滑轮因金刚石微粒而产生的劣化。具体而言，高张力与用作磨料的金刚石微粒的结合会导致滑轮表面的劣化增加，由此涂层有助于保持希望的工作耐久性。因此，大体上可增大切割速度，可以降低线锯装置的能力消耗，并且，作为另一示例，可以大大降低方切硅锭或进行硅切片的成本。

在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，线的直径为1.5毫米或更小、1.0毫米或更小、800微米或更小或甚至600微米或更小。在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，线的直径为250微米或更大、350微米或更大，或甚至450微米或更大。例如，线是结构线、金刚石线、具有大于400微米直径的结构线或具有大于300微米直径的金刚石线。

在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，线的长度大于0.3公里、1.0公里、10公里、40公里或甚至大于80公里。大体上，金刚石线应用可利用0.3公里或更大的线长度，其中使用诸如波纹线的结构线的应用可利用1公里或更大的线长度。

在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，半导体工件被切割为线10件，优选超过30件，替代或额外地，其被切割为少于100件，优选少于50件，替代或额外地，其被切割为至少一块。

在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，至少一个滑轮适于在约300牛顿的负载或约300牛顿的张力下使线偏斜少于0.1毫米。

在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，以一定速率来切割半导体工件，切割速率分别指约1500至7000微粒/分钟或2000至6000微米/分钟(例如，约2000微米/分钟或约3800微米/分钟)的切割深度的速率，或台速。根据典型实施例(其可与这里描述的其他实施例结合)，切割速率或台速可通常是从包含以下项的组中选择的一个范围：约1500至3000微粒/分钟、约2000至4500微粒/分钟、约2000至3500微粒/分钟、约3500至4000微粒/分钟以及约4000至7000微粒/分钟。对于结构线而言，切割速率可以为约1500至3500微米/分钟，而对于金刚石线而言，切割速率例如可以是约3000至6000微米/分钟或甚至7000微米/分钟。通常，在方割器中切割的总长度为约4米至约10米。有时也根据切割长度来规格化切割速率。举例而言(并非限制)，半导体工件为至少一个锭，每一个分别是单晶硅或多晶硅，例如九硅锭，每一个均具有6英寸或12英寸的平均直径。例如，对于5m的切割长度，上述切割速率例如可以是7500至25000平方毫米每分钟，对于结构线而言，平均切割速率可以为约7500至 12500平方毫米每分钟，而对于金刚石线而言，切割速率例如可以为约15000至25000平方毫米每分钟。

根据其他实施例(其可与这里描述的其他实施例结合)，对于结构线，切割速率可介于2000μm/分钟至3500μm/分钟，对于结构线，切割速率可高达3000μm/分钟，对于金刚石线，切割速率可介于3500μm/分钟至6000μm/分钟，并且/或对于金刚石线，切割速率可以是4000μm/分钟及更高。

在示例中，线是具有介于约350微米至700微米(例如，约400微米)的直径的结构线，并且以高达约2000微米/分钟(介于约2000至3000微米/分钟、约3000至4000微米/分钟或4000至5000微米/分钟)的速率来切割半导体工件。在其他示例中，线是介于300至500微米的金刚石线，并且以2400微米/分钟(介于约2400至3500微米/分钟、约3500至4500微米/分钟或4500至5500微米/分钟)的速率来切割半导体工件。例如，以2400微米/分钟的速率来切割半导体工件，半导体工件是多硅，并且线是具有大于300微米(例如，350μm)的直径的金刚石线。

图4示出了根据这里描述的实施例来利用线锯切割半导体工件的方法，即，约150N或更高的张力被施加至线，并且利用线来切割工件。如图2更详细示出，在至少一个滑轮上引导线，张力被施加至线，其中张力为150N或更高，线大致沿其长度移动，通过线与工件供应板或工件支撑板的相对运动，线或线的边缘与半导体工件接触，并且切割工件。在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，如图5所示，切割半导体工件的方法包括向线施加较高张力。在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，切割半导体工件的方法包括大致沿其长度移动线。在一个实施例(其可与其他实施例结合)中，沿其长度来移动线包括周期性地使其反向。

根据这里描述的实施例，通过使用高张力结构线或高张力金刚石线，例如方切的产能可被增加至少50％，其中张力可至少为150N。因此，可以大大降低所有人的总成本。因此，已经考虑到实施例会产生相对于切割速度的增大的切口损失及优化参数窗口，并且需要进一步考虑需要的切割精度及最终设备设计来确定切口损失。因此，实施例允许以高切割速度 (例如，1800μm/分钟)来工作。

使用高张力的优点在于更高的压力可被施加至半导体工件。使用高张力的另一优点在于切割速率得到提高。使用高张力的另一优点在于在切割半导体工件中引起的弯曲减小。使用大直径线的优点在于可以使用较高张力。

虽然以上描述了本发明的实施例，但不偏离其基本范围，可以设计本发明的其他实施例，并且本发明的范围由所附权利要求决定。

Claims

1.一种利用线锯来切割半导体工件的方法，包括：

将至少150牛顿的张力施加至线；

大致使所述线沿其长度移动；

使所述线与所述半导体工件接触以切割所述半导体工件；并且

切割所述半导体工件；其中，所述线的直径为1.5毫米或更小。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述线的所述直径为250微米或更大。

3.如权利要求1所述的方法，其中，从以下项构成的组中选择所述线：结构线、金刚石线、具有大于400微米的直径的结构线以及具有大于300微米的直径的金刚石线。

4.如权利要求2所述的方法，其中，从以下项构成的组中选择所述线：结构线、金刚石线、具有大于400微米的直径的结构线以及具有大于300微米的直径的金刚石线。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述线的所述长度为0.3公里或更长。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述线的所述长度为0.3公里或更长。

7.如权利要求3所述的方法，其中，所述线的所述长度为0.3公里或更长。

8.如权利要求5所述的方法，其中，所述线的所述长度为10公里或更长。

9.如权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括：

在至少一个滑轮上引导所述线，其中

所述至少一个滑轮适于高张力线。

10.如权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括：

在至少一个滑轮上引导所述线，其中

所述至少一个滑轮具有适于引导金刚石线的涂层。

11.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述半导体工件被切割为5件或更多，具体为10件或更多，更具体为25件或更多。

12.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述半导体工件被切割为少于100件，具体为少于50件。

13.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述半导体工件被切割为至少一块。

14.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，沿其长度移动所述线包括周期性地反向。

15.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述半导体工件以1500至7000微米/分钟的速率被切割。

16.如权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个滑轮适于在约300牛顿的负载下或在约300牛顿的张力下使所述线偏斜少于0.1毫米。

17.如权利要求10所述的方法，其中，所述至少一个滑轮适于在约300牛顿的负载下或在约300牛顿的张力下使所述线偏斜少于0.1毫米。

18.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述线锯为剪切器或方切器。

19.一种线锯，其被构造用于锯割半导体材料，其包括：

卷轴杆，

至少一个滑轮，其适于引导具有1.5mm或更小的直径的线，

线管理系统，以及

张紧器，其中，所述张紧器适于将所述线张紧至150N或更高。

20.根据权利要求19所述的线锯，其中，所述线锯为方切器。