CN105479605A - 晶锭切割装置 - Google Patents
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Abstract
一种晶锭切割装置，包括一第一主滚轮、一第二主滚轮、一线锯以及一第一辅助滚轮。第一主滚轮与第二主滚轮由一马达系统驱动而转动。线锯由第一主滚轮与第二主滚轮所驱动。第一辅助滚轮位于第一主滚轮与第二主滚轮之间，且第一辅助滚轮的一侧支撑线锯于一水平方向上。第一辅助滚轮于待切割的一晶锭接触线锯前位于一第一垂直位置，使线锯于水平方向上由第一辅助滚轮上的一沟槽所限制。第一辅助滚轮于待切割的晶锭接触线锯后，因线锯的带动而移到一第二垂直位置，第一垂直位置高于第二垂直位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶锭切割装置，且特别涉及一种具有辅助滚轮的晶锭切割装置及其方法。
背景技术
晶锭切割装置主要是以线锯(wiresaw)切割晶锭，以将晶锭切成多个薄片状的晶圆。线锯在两个以适当间隔设置的滚轮上缠绕多圈而达成复线式线锯切割,在切割晶锭的过程中，线锯受到晶锭下压力而抵销线锯的切削力后，使得线锯弯曲的现象称为弓形(bowsize)。当弓形因晶锭下压而变大时，线锯的切削力被减弱而明显不足，因而影响到切片(例如晶圆)的品质。因此，如何在不变更既有切割装置的情况下，减少弓形并增加线锯的切削力，以提高切片的品质，实为当前所要解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶锭切割装置及其方法，藉由辅助滚轮减少弓形并增加线锯的切削力，以提高切片的品质。
根据本发明的一方面，提出一种晶锭切割装置，包括一第一主滚轮、一第二主滚轮、一线锯以及一第一辅助滚轮。第一主滚轮与第二主滚轮由一马达系统驱动而转动。线锯由第一主滚轮与第二主滚轮所驱动。第一辅助滚轮位于第一主滚轮与第二主滚轮之间，且第一辅助滚轮的一侧于一水平方向上支撑线锯。第一辅助滚轮于待切割的一晶锭接触线锯前位于一第一垂直位置，使线锯于水平方向上由第一辅助滚轮的一沟槽所限制。第一辅助滚轮于待切割的晶锭接触线锯后，因线锯的带动而移到一第二垂直位置，第一垂直位置高于第二垂直位置。
根据本发明的一方面，提出一种晶锭切割方法，包括下列步骤。设置一第一辅助滚轮于一第一主滚轮与一第二主滚轮之间，且第一辅助滚轮的一侧支撑一线锯于一水平方向上。驱动第一主滚轮与第二主滚轮转动，且线锯由第一主滚轮与第二主滚轮所驱动。第一辅助滚轮于待切割的一晶锭接触线锯前位于一第一垂直位置，使线锯于水平方向上由第一辅助滚轮上的一沟槽所限制。第一辅助滚轮于待切割的晶锭接触线锯后，因线锯的带动而移到一第二垂直位置，第一垂直位置高于第二垂直位置。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1至图3分别绘示依照本发明一实施例的晶锭切割装置的示意图；
图4绘示用以夹持辅助滚轮的可压缩式轴承基座；
图5及图6绘示依照本发明一实施例的晶锭切割装置的示意图。
其中，附图标记
10、20：晶锭
100、200：晶锭切割装置
110、210：第一主滚轮
120、220：第二主滚轮
130、230：线锯
140、150、240：辅助滚轮
160、170：可压缩式轴承基座
161、171：弹簧
X：水平方向
Y：垂直方向
H1：第一垂直位置
H2：第二垂直位置
ΔH：高度差
A、B、C、D：中点
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
在本实施例的一范例中，提出一种晶锭切割装置，以将晶锭切成多个薄片状的晶圆(大圆片)。晶锭例如为蓝宝石、硅等半导体基材或铜、锗、铝等金属原料。在切割晶锭的过程中，线锯的切削力与切削时线锯的张力、线速以及主滚轮之间的轴间距有关。主滚轮之间的轴间距与弓形大小有关，当线锯未受到晶锭下压时，线锯受到主滚轮驱动而支撑于主滚轮之间的一水平位置上，而当线锯受到晶锭下压后，线锯由水平位置往下位移至一受压位置时，线锯与晶锭接触的地方凹陷而使得线锯反应出弓形。为了减少弓形大小，现有的晶锭切割装置藉由缩小主滚轮之间的轴间距，来达到减少弓形产生的结果。然而，缩小主滚轮之间的轴间距，需购置新的机台或新的工艺设备，无形中增加工艺的成本。
在本发明的一实施例中，可在既有晶锭切割装置中增加一个辅助滚轮或增加一对辅助滚轮，以避免线锯的切削力受到弓形的影响而被减弱。也就是说，当线锯受到晶锭下压后，线锯受到辅助滚轮的支撑，以控制弓形大小，同时又能增加线锯的切削力。因此，本实施例在不变更既有切割装置的轴间距情况下，亦可达到减少弓形并增加线锯的切削力的双重效果，同时提高切片的品质。
以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。
第一实施例
请参照图1至图3，其分别绘示依照本发明一实施例的晶锭切割装置100的示意图。晶锭切割装置100包括一第一主滚轮110、一第二主滚轮120、一线锯130以及二辅助滚轮140/150(即第一辅助滚轮140以及第二辅助滚轮150)。第一主滚轮110与第二主滚轮120由一马达系统(图中未绘示)驱动而转动，而线锯130由第一主滚轮110与第二主滚轮120所驱动。第一辅助滚轮140与第二辅助滚轮150由线锯130所驱动。辅助滚轮140/150位于第一主滚轮110与第二主滚轮120之间，且辅助滚轮140/150并未接到马达系统，而由线锯130的带动而转动。为了方便说明，下文提到的辅助滚轮140/150可为第一辅助滚轮140及/或第二辅助滚轮150。
本实施例的晶锭切割装置100可为钻石线锯切割机，主要是以钻石线锯130进行切片作业如图1，晶锭10配置于线锯130的上方，而线锯130缠绕在第一主滚轮110与第二主滚轮120上，并维持线锯130的高张力，且线锯130在第一主滚轮110与第二主滚轮120的驱动下以高速回圈往返移动。
如图1，辅助滚轮140/150的一侧支撑线锯130于一水平方向X上。由线锯130行进路径来看，线锯130位于第一主滚轮110与第二主滚轮120之间。此外，线锯130通过第一主滚轮110与第二主滚轮120之间的行径方向大致上与水平方向X平行。
在图1中，辅助滚轮140/150乃位于比其正常工作位置不同的第一垂直位置H1，以确保线锯130于水平方向X上由辅助滚轮140/150上的一沟槽(未绘示)所限制，而避免跳线或迭线，在此实施例中，第一垂直位置H1比正常工作位置在垂直方向上更高。在一实施例中，当线锯130有N条(例如200～300条)时，辅助滚轮140/150上对应有N个沟槽，以使各线锯130位于相对应的沟槽中。
如图1，当辅助滚轮140/150在第一垂直位置H1时，辅助滚轮140/150与二主滚轮110/120之间分别具有高度差ΔH，亦即，通过辅助滚轮140/150的最高点的一水平略高于通过第一主滚轮110的最高点或第二主滚轮120的最高点的一水平。如图4所示，本实施例通过可压缩式轴承基座160/170提供的一预弹力，以使辅助滚轮140/150于待切割的晶锭10接触线锯130前可位于第一垂直位置H1。
请参照图4，辅助滚轮140/150的两端设有一对用以夹持辅助滚轮140/150的可压缩式轴承基座160/170，且各个可压缩式轴承基座160/170内设有一对弹簧161/171。辅助滚轮140/150可以弹簧161/171提供的预弹力调整高度，例如：在图2中，当晶锭10下压线锯130时，辅助滚轮140/150因线锯130的带动而移到一第二垂直位置H2。第一垂直位置H1高于第二垂直位置H2。第一垂直位置H1为辅助滚轮140/150的起始位置，而第二垂直位置H2为辅助滚轮140/150被下压时的工作位置。第一垂直位置H1与第二垂直位置H2的高度差等于或小于ΔH，ΔH例如设定在2厘米(mm)左右。因此，辅助滚轮140/150位于第二垂直位置H2时，通过辅助滚轮140/150的最高点的一水平几乎等于或略高于通过第一主滚轮110的最高点或第二主滚轮120的最高点的一水平。
如图2，当晶锭10下压而接触线锯130后，晶锭10的下压力抵销弹簧的预弹力，以使辅助滚轮140/150被线锯130带动而移到第二垂直位置H2。此时，线锯130开始切割晶锭10。在本实施例中，当线锯130切割晶锭10时，线锯130受到辅助滚轮140/150的支撑以缩小轴间距，且第一辅助滚轮140与第二辅助滚轮150在水平方向X上分别位于晶锭10的两侧，以控制弓形大小，同时又能增加线锯130的切削力。
辅助滚轮140/150由第一垂直位置H1移到第二垂直位置H2时，第一主滚轮110与第二主滚轮120在垂直方向Y上的位置不变，以维持系统的稳定性。
如图2，第一主滚轮110的直径与该第二主滚轮120的直径大于二辅助滚轮140/150的直径，且二辅助滚轮140/150位于第一主滚轮110与第二主滚轮120之间。因此，第一主滚轮110与第二主滚轮120之间的轴间距(中点A至中点B的距离)大于二辅助滚轮140/150之间的轴间距(中点C至中点D的距离)。由于线锯130受到辅助滚轮140/150的支撑，因此线锯130只有在二辅助滚轮140/150之间才会有弓形，且由于二辅助滚轮140/150之间的轴间距明显小于第一主滚轮110与第二主滚轮120之间的轴间距，因此减少弓形并增加线锯130的切削力。
第一主滚轮110与第二主滚轮120之间的轴间距例如660厘米左右，而二辅助滚轮140/150之间的轴间距例如200厘米左右或更小。当辅助滚轮140/150的直径缩小时，辅助滚轮140/150支撑的效果越好，以减少弓形，但必须考虑辅助滚轮140/150的转速，以避免辅助滚轮140/150的转速过高，以维持系统的稳定性。
在一实施例中，较理想的弓形大小约为3～5厘米(mm)左右。当弓形过大时，线锯130的切削力明显不足而影响切片的品质，当弓形过小时，线锯130容易被压断。此外，弓形大小与辅助滚轮140/150的位置有关，在本实施例中，当辅助滚轮140/150的垂直位置较高时，辅助滚轮140/150需承受线锯130的摩擦力也越大，因而会产生过多的磨耗而减损辅助滚轮140/150的寿命。因此，本实施例中将第一垂直位置H1与第二垂直位置H2的高度差设定在2厘米(mm)左右，可抑制工艺开始的初弓形的形成，等到弓形维持在3～5厘米之后，再调降辅助滚轮140/150的高度至第二垂直位置H2，以减少辅助滚轮140/150的磨耗。进一步说明的是，本实施例中的辅助滚轮140/150皆以一侧支撑线锯130，而未将线锯缠绕在辅助滚轮140/150上，其目的之一亦是减少辅助滚轮140/150的磨耗。又因辅助滚轮140/150的初始位置是在于第一垂直位置H1，可确保线锯130被限制于辅助滚轮140/150的沟槽中，避免跳线或迭线的问题。
第二实施例
请参照图5及图6，其绘示依照本发明一实施例的晶锭切割装置200的示意图。晶锭切割装置100包括一对第一主滚轮210、一对第二主滚轮220、一线锯230以及二辅助滚轮240(即二个第一辅助滚轮)。各个第一主滚轮110与各个第二主滚轮120由一马达系统驱动而转动，而线锯230由第一主滚轮210与第二主滚轮220所驱动并以高速回圈往返移动。各个辅助滚轮240位于第一主滚轮210与第二主滚轮220之间，各由线锯230的带动而转动。本实施例虽以四个主滚轮210/220、一线锯230以及二辅助滚轮240为例，但切割晶锭的方式与第一实施例相似，其差异仅在于可同时切割二个晶锭20。如图5，当二晶锭20被线锯130切割时，以一个辅助滚轮240支撑线锯230且位于此二晶锭20之间。
如图5，各个辅助滚轮240的一侧支撑线锯230于一水平方向X上。由线锯230行进路径来看，线锯230位于第一主滚轮210与第二主滚轮220之间。此外，线锯230通过第一主滚轮210与第二主滚轮220之间的行径方向大致上与水平方向X平行。
在图5中，辅助滚轮240位于第一垂直位置H1，使线锯230于水平方向上由辅助滚轮240上的一沟槽(未绘示)所限制，以避免跳线或迭线。在图6中，当晶锭20下压线锯230时，辅助滚轮240因线锯230的带动而移到一第二垂直位置H2。第一垂直位置H1高于第二垂直位置H2。第一垂直位置H1为辅助滚轮240的起始位置，而第二垂直位置H2为辅助滚轮240被下压时的工作位置。第一垂直位置H1与第二垂直位置H2的高度差等于或小于ΔH，ΔH例如设定在2厘米(mm)左右。
在本实施例中，当线锯230切割晶锭时，线锯230受到辅助滚轮240的支撑而减少轴间距，因此线锯230在辅助滚轮240与第一主滚轮210之间和辅助滚轮240与第二主滚轮220之间分别各有弓形，且由于辅助滚轮240与主滚轮210/220之间的轴间距明显小于第一主滚轮210与第二主滚轮220之间的轴间距，因此减少弓形并增加线锯230的切削力。
有关弓形大小与辅助滚轮240的位置关系，已于第一实施例中详细说明，在此不再赘述。在一实施例中，较理想的弓形大小约为3～5厘米(mm)左右。此外，第一垂直位置H1与第二垂直位置H2的高度差设定在2厘米(mm)左右，以适时地调整弓形大小。
关于可压缩式轴承基座160/170，已于第一实施例中详细说明，在此不再赘述。本实施例通过可压缩式轴承基座160/170提供的一预弹力，以使辅助滚轮240于待切割的晶锭20接触线锯130前可位于第一垂直位置H1。当晶锭20下压线锯230时，辅助滚轮240因线锯230的带动而移到一第二垂直位置H2。类似第一实施例的情形，辅助滚轮240处于第一垂直位置H1时，可在辅助滚轮240仅以一端支撑线锯230的情形下确保线锯230被辅助滚轮240的沟槽所限制，而辅助滚轮240处于第二垂直位置H2时，则可就线锯230的切削力与辅助滚轮240的磨损速度上达到较佳的平衡。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (14)
1.一种晶锭切割装置，其特征在于，包括：
一第一主滚轮及一第二主滚轮，该第一主滚轮与该第二主滚轮由一马达系统驱动而转动；
一线锯，由该第一主滚轮与该第二主滚轮所驱动；以及
一第一辅助滚轮，位于该第一主滚轮与该第二主滚轮之间，且该第一辅助滚轮的一侧支撑该线锯于一水平方向上；
其中，该第一辅助滚轮于待切割的一晶锭接触该线锯前位于一第一垂直位置，使该线锯于该水平方向上由该第一辅助滚轮上的一沟槽所限制；
该第一辅助滚轮于待切割的该晶锭接触该线锯后，因该线锯的带动而移到一第二垂直位置，该第一垂直位置高于该第二垂直位置。
2.根据权利要求1所述的晶锭切割装置，其特征在于，该第一辅助滚轮位于该第一垂直位置时，通过该第一辅助滚轮的最高点的一水平高于通过该第一主滚轮的最高点或该第二主滚轮的最高点的一水平。
3.根据权利要求1所述的晶锭切割装置，其特征在于，该第一辅助滚轮位于该第二垂直位置时，通过该第一辅助滚轮的最高点的一水平等于或高于通过该第一主滚轮的最高点或该第二主滚轮的最高点的一水平。
4.根据权利要求1所述的晶锭切割装置，其特征在于，该第一主滚轮的直径与该第二主滚轮的直径大于该第一辅助滚轮的直径。
5.根据权利要求1所述的晶锭切割装置，其特征在于，该第一辅助滚轮由该第一垂直位置移到该第二垂直位置时，该第一主滚轮与该第二主滚轮在垂直方向上的位置不变。
6.根据权利要求1所述的晶锭切割装置，其特征在于，该线锯切割该晶锭时，该第一辅助滚轮受该线锯带动而转动。
7.根据权利要求1所述的晶锭切割装置，其特征在于，更包括一第二辅助滚轮，位于该第一主滚轮与该第二主滚轮之间，且该线锯切割该晶锭时，该第一辅助滚轮与该第二辅助滚轮在该水平方向上分别位于该晶锭的两侧。
8.一种晶锭切割方法，其特征在于，包括：
设置一第一辅助滚轮于一第一主滚轮与一第二主滚轮之间，且该第一辅助滚轮的一侧支撑一线锯于一水平方向上；以及
驱动该第一主滚轮与该第二主滚轮转动，且该线锯由该第一主滚轮与该第二主滚轮所驱动；
其中，该第一辅助滚轮于待切割的一晶锭接触该线锯前位于一第一垂直位置，使该线锯于该水平方向上由该第一辅助滚轮上的一沟槽所限制；
该第一辅助滚轮于待切割的该晶锭接触该线锯后，因该线锯的带动而移到一第二垂直位置，该第一垂直位置高于该第二垂直位置。
9.根据权利要求8所述的晶锭切割方法，其特征在于，该第一辅助滚轮位于该第一垂直位置时，通过该第一辅助滚轮的最高点的一水平高于通过该第一主滚轮的最高点或该第二主滚轮的最高点的一水平。
10.根据权利要求8所述的晶锭切割方法，其特征在于，该第一辅助滚轮位于该第二垂直位置时，通过该第一辅助滚轮的最高点的一水平等于或高于通过该第一主滚轮的最高点或该第二主滚轮的最高点的一水平。
11.根据权利要求8所述的晶锭切割方法，其特征在于，该第一主滚轮的直径与该第二主滚轮的直径大于该第一辅助滚轮的直径。
12.根据权利要求8所述的晶锭切割方法，其特征在于，该第一辅助滚轮由该第一垂直位置移到该第二垂直位置时，该第一主滚轮与该第二主滚轮在垂直方向上的位置不变。
13.根据权利要求8所述的晶锭切割方法，其特征在于，该线锯切割该晶锭时，该第一辅助滚轮受该线锯带动而转动。
14.根据权利要求8所述的晶锭切割方法，其特征在于，更包括：
设置一第二辅助滚轮于该第一主滚轮与该第二主滚轮之间，且该线锯切割该晶锭时，该第一辅助滚轮与该第二辅助滚轮在该水平方向上分别位于该晶锭的两侧。
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