CN108621315B - 碳化硅晶棒切片设备及碳化硅晶棒的切片方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅晶棒切片设备及碳化硅晶棒的切片方法，碳化硅晶棒切片设备包括摇摆式线切割装置与用来固定碳化硅晶棒的工作台。摇摆式线切割装置包含固定座、设置于固定座且能相对摆动的摆动台、多个滚轮、以至少1510米/分的线速度可移动地绕设于上述多个滚轮的切割线。上述多个滚轮共同定义有供碳化硅晶棒通过的切片通道，切割线位于切片通道上的部位彼此平行地间隔排列并定义为多个操作线段。在碳化硅晶棒开始被多个操作线段切割的过程中，摆动台相对于固定座摆动，工作台能以调整式进给速度移动，调整式进给速度是由初始速度逐渐降低至最低速度、而后再逐渐提升至最终速度，借以使切割线不易断裂并有效地提升碳化硅晶棒的切片质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种切片设备及切片方法，尤其涉及一种碳化硅晶棒切片设备及碳化硅晶棒的切片方法。
背景技术
目前切割晶棒的切片设备对于业界内的人士而言，可根据工作原理的不同而区分为两个领域：一者为游离式砂浆切片，另一者为固定式线切片。以下大致论述上述两个领域的各自切割工作原理。
首先，如图1所示，就游离式砂浆切片领域来说，其切片设备所需的成本较低，但于切割晶棒1a时，切片设备通过线材2a带动切割液3a中的碳化硅颗粒31a滚动，进而以连续方式切割晶棒1a，此容易使晶片产生厚薄不均的现象。更甚者，晶棒1a被切割的部位易产生碎屑，进而增加碳化硅颗粒31a的回收困难，造成资源浪费与环境上的污染。再者，如图2所示，就固定式线切片领域而言，其切片设备所需的成本较高但较为省时，并且于切割晶棒1a时，切片设备通过切割线4a上的切削颗粒41a(如：钻石颗粒)切割晶棒1a，并以冷却液5a进行冷却，借以产生厚薄均匀的晶片。
然而，在固定式线切片领域中，针对碳化硅晶棒的现有切片设备与作业大都是使用400米/分至700米/分的线速度，此导致碳化硅晶棒的切片质量不佳。然而，若是提升现有切片设备与作业的线速度，则易导致切割线断裂等问题。
于是，本发明人认为上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明实施例在于提供一种碳化硅晶棒切片设备及碳化硅晶棒的切片方法，用来有效地改善现有切片设备与作业所可能产生的缺失。
本发明实施例公开一种碳化硅晶棒切片设备，用来对圆柱状的一碳化硅晶棒进行切片作业，所述碳化硅晶棒切片设备包括：一摇摆式线切割装置，摇摆式线切割装置包含：一固定座；一摆动台，设置于所述固定座，并且所述摆动台能相对于所述固定座摆动；多个滚轮，共同定义有一切片通道，用来使所述碳化硅晶棒通过，每个所述滚轮能够自体旋转地安装于所述摆动台且与所述摆动台的相对位置保持固定；及一切割线，包含有一芯线及固定于所述芯线的多个切削颗粒，所述切割线以至少1510米/分的线速度可移动地绕设于多个所述滚轮，所述切割线位于所述切片通道上的部位定义为多个操作线段，并且多个所述操作线段彼此平行地间隔排列。并且所述碳化硅晶棒切片设备还包括一工作台，用来固定所述碳化硅晶棒；其中，在所述碳化硅晶棒开始被多个所述操作线段切割的过程中，所述摆动台相对于所述固定座摆动，所述工作台能以一调整式进给速度移动，并且所述调整式进给速度由一初始速度逐渐降低至一最低速度、而后再逐渐提升至一最终速度。
优选地，相邻的两个所述操作线段的间距为0.7±0.15毫米。
优选地，所述芯线的线径在100微米至120微米的范围内，并且所述切割线的最大线径小于200微米。
优选地，所述切割线是以1800米/分至2800米/分的线速度可移动地绕设于多个所述滚轮。
优选地，所述初始速度大于所述最终速度，并且所述最低速度不小于6毫米/小时。
本发明实施例也公开一种碳化硅晶棒的切片方法，包括：使用如上所述的碳化硅晶棒切片设备，并将圆柱状的一碳化硅晶棒固定于所述工作台；其中，所述碳化硅晶棒沿其径向方向区分为一前段、一中段以及一末段；将所述切割线维持在至少1510米/分的线速度进行操作，并使所述摆动台相对于所述固定座摆动；将所述工作台朝向多个所述操作线段的方向移动；以及在所述碳化硅晶棒开始被多个所述操作线段切割时，将所述工作台以一调整式进给速度移动，使所述碳化硅晶棒的所述前段、所述中段、及所述末段依次被多个所述操作线段切割，以形成有多个晶片；其中，所述调整式进给速度是由一初始速度逐渐降低至一最低速度、而后再逐渐提升至一最终速度。
优选地，每个所述晶片具有一预定厚度，相邻的两个所述动作线段的间距为0.7±0.15毫米，以使所述碳化硅晶棒被切割形成的每个所述晶片具有不大于所述预定厚度150微米的一实际厚度。
优选地，所述芯线的线径为100微米至120微米，并且所述切割线的最大线径小于200微米。
优选地，所述切割线是维持在1800米/分至2800米/分的线速度进行操作。
优选地，所述前段、所述中段以及所述末段各进一步区分为多个子区段，并且每个所述子区段对应于所述调整式进给速度的一个数值，所述前段的第一个所述子区段对应于所述初始速度，所述中段的中间所述子区段对应于所述最低速度，而所述末段的最后一个所述子区段对应于所述最终速度；其中，所述初始速度大于所述最终速度，并且所述最低速度不小于6毫米/小时。
综上所述，本发明实施例所公开的碳化硅晶棒切片设备及碳化硅晶棒的切片方法，通过摆动台相对于固定座摆动、并配合工作台以调整式进给速度移动，使得碳化硅晶棒能够在高速的线速度的情况下进行切片作业，借以在切割线不易断裂的情况下，有效地提升碳化硅晶棒的切片质量。
为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
附图说明
图1为现有游离式砂浆切片领域中，切片设备切割晶棒的局部示意图。
图2为现有固定式线切片领域中，切片设备切割晶棒的局部示意图。
图3为本发明碳化硅晶棒切片设备的立体示意图。
图4为本发明碳化硅晶棒切片设备的切割线的局部示意图。
图5为图3的俯视示意图。
图6为本发明碳化硅晶棒的切片方法的步骤a和b示意图。
图7为本发明碳化硅晶棒的切片方法的步骤c示意图。
图8和图9为本发明碳化硅晶棒的切片方法的步骤d示意图。
图10为本发明碳化硅晶棒的切片方法的步骤d中的工作台进给速度示意图。
图11为碳化硅晶棒经由上述步骤a～d后所形成的晶片示意图。
图12为图11中的晶片侧视示意图。
具体实施方式
请参阅图3至图12，为本发明的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
其中，本实施例公开一种碳化硅晶棒切片设备100及一种碳化硅晶棒的切片方法，而为便于清楚理解本实施例，下述将先说明碳化硅晶棒切片设备100，而后再接着介绍所述碳化硅晶棒的切片方法。
如图3至图5，所述碳化硅晶棒切片设备100是用来对圆柱状的一碳化硅晶棒200(如：单晶碳化硅晶棒)进行切片作业，并且上述碳化硅晶棒200的厚度例如是大于7毫米，但不受限于此。也就是说，本实施例的碳化硅晶棒切片设备100排除非用来切割碳化硅晶棒的任何切片设备(图中未示出)。其中，所述碳化硅晶棒切片设备100包括有一摇摆式线切割装置1以及用来配合上述摇摆式线切割装置1进行切片作业的一工作台2。
所述摇摆式线切割装置1包含一固定座11、一摆动台12、多个滚轮13及一切割线14。其中，所述固定座11为保持不动，上述摆动台12设置于固定座11，并且摆动台12能相对于固定座11摆动。上述摆动方向例如是：所述摆动台12以其中心处为转动中心并沿着顺时针方向与逆时针方向往复地来回摆动，但本发明不受限于此。
上述每个滚轮13凹设有多个环状(或称螺旋状)的沟槽(图中未示出)，并且多个滚轮13的沟槽彼此相对应。本实施例的滚轮13是由金属轴心及覆盖于上述金属轴心上的高分子层所组成为例，但不受限于此。再者，所述多个滚轮13共同定义有一切片通道131(如：图3中位于上方的两个滚轮13之间形成有上述切片通道131)，并且上述切片通道131是用来供碳化硅晶棒200通过。其中，每个滚轮13能够自体旋转地安装于所述摆动台12且与所述摆动台12的相对位置保持固定。
所述切割线14包含有一芯线141及固定于芯线141上的多个切削颗粒142。其中，本实施例的切割线14可为电铸型、树脂型或其他可将切削颗粒142固定于芯线141外缘的型态，所述芯线141的线径D1为100微米(μm)至120微米，并且所述切割线14的最大线径D2(如：芯线141的线径D1与其上切削颗粒142的最大外径总和)小于200微米，但不以此为限。再者，所述切削颗粒142于本实施例中优选采用钻石颗粒。
进一步地说，所述切割线14以至少1510米/分(m/min)的线速度可移动地绕设于多个滚轮13的沟槽内，并且上述切割线14位于切片通道131上的部位定义为多个操作线段143。其中，所述切割线14优选以1800米/分至2800米/分的线速度可移动地绕设于多个滚轮13的沟槽内。再者，多个操作线段143邻近于工作台2且大致位于相同平面，多个操作线段143彼此平行地间隔排列，并且相邻的两个操作线段143的间距G于本实施例中优选为0.7±0.15毫米(mm)，但不受限于此。例如：上述间距G可以是小于0.7毫米。
所述工作台2用来固定碳化硅晶棒200并可朝向多个操作线段143(或切片通道131)的方向移动。须说明的是，在所述碳化硅晶棒200开始被上述多个操作线段143切割的过程中，所述摆动台12相对于所述固定座11摆动，所述工作台2能以一调整式进给速度移动，并且所述调整式进给速度是由一初始速度逐渐降低至一最低速度、而后再逐渐提升至一最终速度。于本实施例中，所述初始速度大于所述最终速度，并且所述最低速度优选不小于6毫米/小时(mm/hr)。
以上为本实施例碳化硅晶棒切片设备100的构造与功能上的说明，接着请参阅图6至图9所示，其为本实施例碳化硅晶棒的切片方法的示意图，而下表1和下表2则是本实施例的部分具体实验数据。
步骤a：如图6所示，使用如上所述的碳化硅晶棒切片设备100，并将圆柱状的一碳化硅晶棒200固定于工作台2底缘，以使所述碳化硅晶棒200的长侧缘面向上述碳化硅晶棒切片设备100的多个操作线段143(或切片通道131)。其中，所述碳化硅晶棒200沿其径向方向区分为一前段201、一中段202及一末段203。上述碳化硅晶棒200的前段201邻近上述多个操作线段143(或切片通道131)并远离工作台2，所述末段203远离多个操作线段143(或切片通道131)并固定于工作台2。
步骤b：如图6所示，将所述切割线14维持在至少1510米/分的线速度进行操作，并使所述摆动台12相对于固定座11摆动。其中，所述切割线14优选维持在1800米/分至2800米/分的线速度进行操作，但本发明不受限于此。
步骤c：如图7所示，将所述工作台2朝向上述多个操作线段143的方向移动，直到工作台2上的碳化硅晶棒200准备接触切割线14的操作线段143。也就是说，本步骤c中的工作台2移动速度并未有任何的限制。
步骤d：如图8和图9所示，在所述碳化硅晶棒200被上述多个操作线段143开始切割时，将所述工作台2以一调整式进给速度移动，使碳化硅晶棒200的前段201、中段202及末段203依次被上述多个操作线段143切割，以形成有多个晶片204(如图11)。其中，所述调整式进给速度是由一初始速度逐渐降低至一最低速度、而后再逐渐提升至一最终速度。所述初始速度大于所述最终速度，并且所述最低速度不小于6毫米/小时。
更详细地说，所述碳化硅晶棒200的前段201、中段202及末段203各进一步区分为多个子区段(图中未示出)，并且每个子区段是对应于所述调整式进给速度的一个数值。举例来说，如下表1所示，本实施例是将碳化硅晶棒200沿其径向大致均分为20个子区段，并且上述20个子区段包括前段-1至前段-5、中段-6至中段-13、末段-14至末段-20，但所述碳化硅晶棒200的子区段实际划分方式不以此为限。
其中，请参阅图10，所述前段201的第一个子区段是对应于所述初始速度(如下表1中的前段-1所对应的12mm/hr)，所述中段202的中间子区段是对应于所述最低速度(如下表1中的中段-10所对应的6mm/hr)，而所述末段203的最后一个子区段是对应于所述最终速度(如下表1中的末段-20所对应的10mm/hr)。换个角度来说，当切割线14在进行碳化硅晶棒200的切片作业时，若单位时间内的理论切割面积较小(如：前段-1)，则所需要的切割线14用线量也较小，因而调整式进给速度可以是相对高速；反之，若单位时间内的理论切割面积较大(如：中段-10)，则需要的切割线14用线量较大，因而调整式进给速度必须为相对低速。
因此，本实施例所公开的碳化硅晶棒切片设备100及碳化硅晶棒的切片方法，通过摆动台12相对于固定座11摆动、并配合工作台2以调整式进给速度移动，使得碳化硅晶棒200能够在高速的线速度之下进行切片作业，借以有效地提升上述碳化硅晶棒200的切片质量。举例来说，经由本实施例碳化硅晶棒的切片方法所产生的晶片204，其总厚度变化(totalthickness variation，TTV)小于5微米、翘曲度(warp)小于20微米及弓形量(bow)小于10微米。
进一步地说，如图11和图12，由于本实施例能够具备优选的切片质量，所以每个晶片204需要被修整的厚度(如：T2-T1)相对地降低。因此，碳化硅晶棒切片设备100可以进一步控制(缩小)相邻两个操作线段143的间距G，借以提升每个碳化硅晶棒200的晶片204产出片数。
举例来说，上述每个晶片204默认有一预定厚度T1(如：客户所要求的350微米)，相邻两个操作线段143的间距G可以调整为0.7±0.15毫米(或小于0.7毫米)，以使所述碳化硅晶棒200被切割形成的每个晶片204的一实际厚度T2，能够不大于所述预定厚度T1的150微米。也就是说，经由本实施例碳化硅晶棒的切片方法所产生的晶片204，其所需要被修整移除的厚度(如：T2-T1)能够被控制在150微米以内。
再者，所述晶片204的实际厚度T2在本发明的优选实施例(如下表2中的实验组B)中可被维持在不大于预定厚度T1的100微米，借以大幅地提升每个碳化硅晶棒200的晶片204产出片数，但本发明不受限于此。
此外，在未绘示的实施例中，所述碳化硅晶棒切片设备100也可以用来切割相互堆叠的至少两个碳化硅晶棒200，并且为便于证实可行性，本发明以上述碳化硅晶棒切片设备100来对相互堆叠的两个碳化硅晶棒200进行切割实验，并将相关参数与结果呈现于下表2的实验组C中。
其中，通过下表2的实验组B和实验组C的比较可得知，两者在结果或效果上的主要差异是在于晶片204的产出片数与每个晶片204的用线量，而两者在其余结果或效果上并无太大的差异(如：晶片204实际厚度T2与预定厚度T1的差值或晶片204产出良率等)。据此，本发明的碳化硅晶棒切片设备100及碳化硅晶棒的切片方法经实际验证后，确实适用于相互堆叠的至少两个碳化硅晶棒200。
[本发明实施例的技术效果]
综上所述，本发明实施例所公开的碳化硅晶棒切片设备及碳化硅晶棒的切片方法，通过摆动台相对于固定座摆动、并配合工作台以调整式进给速度移动，使得碳化硅晶棒能够在高速的线速度(至少1510米/分)的情况下进行切片作业，借以在切割线不易断裂的情况下，有效地提升碳化硅晶棒的切片质量。
再者，由于本发明实施例碳化硅晶棒切片设备及碳化硅晶棒的切片方法能够具备优选的切片质量，所以可以进一步控制相邻两个操作线段的间距(如：0.7±0.15毫米)，借以提升每个碳化硅晶棒的晶片产出片数。
以上所述仅为本发明的优选可行实施例，并非用来局限本发明的保护范围，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的权利要求书的保护范围。
Claims (8)
1.一种碳化硅晶棒切片设备，其特征在于，所述碳化硅晶棒切片设备用来对圆柱状的一碳化硅晶棒进行切片作业，所述碳化硅晶棒切片设备包括：
一摇摆式线切割装置，所述摇摆式线切割装置包含：一固定座；一摆动台，设置于所述固定座，并且所述摆动台能相对于所述固定座摆动；多个滚轮，共同定义有一切片通道，用来使所述碳化硅晶棒通过，每个所述滚轮能够自体旋转地安装于所述摆动台且与所述摆动台的相对位置保持固定；及一切割线，包含有一芯线及固定于所述芯线的多个切削颗粒，所述切割线以至少1510米/分的线速度能移动地绕设于多个所述滚轮，所述切割线位于所述切片通道上的部位定义为多个操作线段，并且多个所述操作线段彼此平行地间隔排列，其中，多个所述切削颗粒的粒径介于20微米至30微米之间；以及
一工作台，用来固定所述碳化硅晶棒；其中，在所述碳化硅晶棒开始被多个所述操作线段切割的过程中，所述摆动台相对于所述固定座摆动，所述工作台能以一调整式进给速度移动，并且所述调整式进给速度由一初始速度逐渐降低至不小于6毫米/小时的一最低速度，而后再逐渐提升至小于所述初始速度的一最终速度。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶棒切片设备，其特征在于，相邻的两个所述操作线段的间距为0.7±0.15毫米。
3.根据权利要求1所述的碳化硅晶棒切片设备，其特征在于，所述芯线的线径在100微米至120微米的范围内，并且所述切割线的最大线径小于200微米。
4.一种碳化硅晶棒切片设备，其特征在于，所述碳化硅晶棒切片设备用来对圆柱状的一碳化硅晶棒进行切片作业，所述碳化硅晶棒切片设备包括：
一摇摆式线切割装置，所述摇摆式线切割装置包含：一固定座；一摆动台，设置于所述固定座，并且所述摆动台能相对于所述固定座摆动；多个滚轮，共同定义有一切片通道，用来使所述碳化硅晶棒通过，每个所述滚轮能够自体旋转地安装于所述摆动台且与所述摆动台的相对位置保持固定；及一切割线，包含有一芯线及固定于所述芯线的多个切削颗粒，所述切割线以1800米/分至2800米/分的线速度能移动地绕设于多个所述滚轮，所述切割线位于所述切片通道上的部位定义为多个操作线段，并且多个所述操作线段彼此平行地间隔排列；以及
一工作台，用来固定所述碳化硅晶棒；其中，在所述碳化硅晶棒开始被多个所述操作线段切割的过程中，所述摆动台相对于所述固定座摆动，所述工作台能以一调整式进给速度移动，并且所述调整式进给速度由一初始速度逐渐降低至不小于6毫米/小时的一最低速度，而后再逐渐提升至小于所述初始速度的一最终速度。
5.一种碳化硅晶棒的切片方法，其特征在于，所述碳化硅晶棒的切片方法包括：
使用根据权利要求1所述的碳化硅晶棒切片设备，并将圆柱状的一碳化硅晶棒固定于所述工作台；其中，所述碳化硅晶棒沿径向方向区分为一前段、一中段及一末段；
将所述切割线维持在1800米/分至2800米/分的线速度进行操作，并使所述摆动台相对于所述固定座摆动；
将所述工作台朝向多个所述操作线段的方向移动；以及
在所述碳化硅晶棒开始被多个所述操作线段切割时，将所述工作台以一调整式进给速度移动，使所述碳化硅晶棒的所述前段、所述中段以及所述末段依次被多个所述操作线段切割，以形成有多个晶片；其中，所述调整式进给速度由一初始速度逐渐降低至不小于6毫米/小时的一最低速度，而后再逐渐提升至小于所述初始速度的一最终速度。
6.根据权利要求5所述的碳化硅晶棒的切片方法，其特征在于，每个所述晶片具有一预定厚度，相邻的两个所述操作线段的间距为0.7±0.15毫米，以使所述碳化硅晶棒被切割形成的每个所述晶片具有不大于所述预定厚度150微米的一实际厚度。
7.根据权利要求6所述的碳化硅晶棒的切片方法，其特征在于，所述芯线的线径为100微米至120微米，并且所述切割线的最大线径小于200微米。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的碳化硅晶棒的切片方法，其特征在于，所述前段、所述中段以及所述末段各自进一步区分为多个子区段，并且每个所述子区段对应于所述调整式进给速度的一个数值，所述前段的第一个所述子区段对应于所述初始速度，所述中段的中间所述子区段对应于所述最低速度，而所述末段的最后一个所述子区段对应于所述最终速度。
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