CN108724495B - 硅片切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片切割辅助装置，所述辅助装置包括工件夹紧装置、热空气输送装置、切割机台和可控温液槽，所述可控温液槽中承载有冷却液，其中：所述工件夹紧装置锁紧一晶棒，所述热空气输送装置向所述工件夹紧装置输送热空气，所述热空气对所述晶棒进行温度补偿；所述工件夹紧装置带动所述晶棒移动，以使所述晶棒靠近所述切割机台；所述切割机台对所述晶棒进行切割，形成多个硅片；所述晶棒在切割过程中，已形成硅片的部分浸入所述可控温液槽；所述可控温液槽根据所述硅片浸入的深度控制所述硅片的温度变化。

Description

硅片切割装置

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种硅片切割装置。

背景技术

现有的半导体晶圆切割技术是采用直钢丝加碳化硅砂浆对晶棒进行切割，从而形成硅片，切削热量的30％-50％由碳化硅砂浆带走，余下的大部分热量由硅片吸收。在切割过程中，切割形成的硅片起始部位不会产生热扩散，因此温度快速上升，当切割区的温度升高了20℃后，硅片的表面会产生热扩散，此时，温度稳定下来。

而硅片受到热胀冷缩的影响，会发生翘曲变形。硅片受热部位的时间差异，导致温度分布不均，形成一定的温度梯度，在热胀冷缩的作用下，产生热应力，使硅片发生翘曲。

现有的温度控制设备，设计者主要考虑的是切割热能会引起导轮的热膨胀，从而对切割线网的平行产生影响，因此导轮与轴承箱分别有温控装置，但导轮的设定温度与碳化硅砂浆在硅片切割前的起始温度与切割过程中的设定温度相同。切割前预热20分钟到30分钟，导轮高速空转，使其达到热平衡后再进行加工。这种温度控制没有考虑到切割热能对硅片产生的影响并进行补偿。

因此，需要设计一种考虑到切割热能对硅片影响并对其进行补偿的硅片切割装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅片切割装置，以解决现有的温度控制没有考虑到切割热能对硅片产生的影响并进行补偿的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅片切割装置，所述硅片切割装置包括工件夹紧装置、热空气输送装置、切割机台和可控温液槽，所述可控温液槽中承载有调温液体，其中：

所述工件夹紧装置固定一晶棒，所述热空气输送装置向所述工件夹紧装置输送热空气，所述热空气对所述晶棒进行温度补偿；

所述工件夹紧装置带动所述晶棒移动，以使所述晶棒靠近所述切割机台；

所述切割机台对所述晶棒进行切割，形成多个硅片；

所述晶棒在切割过程中，已形成硅片的部分浸入所述可控温液槽；

所述可控温液槽根据所述硅片浸入的深度控制所述硅片的温度变化。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述晶棒的形状为圆柱形，所述晶棒的直径为12英寸。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述可控温液槽的形状为长方形，所述可控温液槽的长度为480mm～530mm，所述可控温液槽的宽度为300mm～350mm，所述可控温液槽的高度为290～330mm。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述硅片浸入所述可控温液槽的深度小于第一基准深度时，所述调温液体的温度设置为第一温度。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述硅片浸入所述可控温液槽的深度大于所述第一基准深度且小于第二基准深度时，所述调温液体的温度设置为第二温度。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述硅片浸入所述可控温液槽的深度大于所述第二基准深度时，所述调温液体的温度设置为第三温度。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述第一温度比所述第二温度高3～5℃，所述第二温度比所述第三温度低3～5℃。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述第一基准深度为35mm～45mm之间，所述第二基准深度为250mm～270mm之间。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述调温液体为丙二醇液体。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述热空气输送装置包括风扇和管道，其中：

所述风扇产生所述热空气，所述管道将所述热空气输送到所述工件夹紧装置附近。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述硅片切割装置还包括动力装置，所述动力装置为所述工件夹紧装置、所述热空气输送装置和所述切割机台提供动力。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述硅片切割装置还包括温度调节装置，所述温度调节装置调节所述可控温液槽中的调温液体的温度，所述温度调节装置调节所述热空气输送装置中的热空气的温度。

可选的，在所述的硅片切割装置中，所述切割机台包括金刚石线和三个导轮：

三个所述导轮排列在同一平面上，形成一三角形结构，所述金刚石线缠绕在所述三角形结构上，并在所述三角形结构上高速移动；

所述晶棒在所述工件夹紧装置的作用下施加在金刚石线上，所述金刚石线将所述晶棒切成多个所述硅片。

在本发明提供的硅片切割装置中，通过所述热空气输送装置向所述工件夹紧装置输送热空气，所述热空气对所述晶棒进行温度补偿，增加了更加有效的晶棒温度控制装置，采用热空气对所述工件夹紧装置上的晶棒进行热补偿，可减少晶棒末端的温度差，从而减少晶棒末端的弯曲变形，采用热补偿法使所述晶棒的温度场比较均匀，从而使晶棒产生均匀的热变形以减少对加工精度的影响，在硅片形成之前就消除了前期的形变误差。另外，所述晶棒在切割过程中，已形成硅片的部分浸入所述可控温液槽，所述可控温液槽中承载有调温液体；可依据可控温液槽的设定温度与硅片切割深度两者所形成的温度曲线，对浸入可控温液槽的硅片进行温度补偿，在不同深度中补偿的方法和力度也有所不同，可控温液槽根据所述硅片浸入的深度控制温度变化，提高了整个系统的稳定性。

具体的，温度补偿力度随硅片深度变化趋势是：硅片开始形成时，即硅片浸入深度未达到第一基准深度时，由于硅片基本不具备散热能力，硅片温度快速上升，温度变化较大，因此，设定的第一温度较高，以补偿硅片快速升温前的温度较低部分，使硅片所有部位的温度保持一致；随着切割进入稳定阶段，硅片浸入所述可控温液槽的深度大于第一基准深度且小于第二基准深度时，硅片的散热能力增强，而进入硅片的热量保持不变，温度升高开始变得缓慢，设定的第二温度较低，一是保持硅片的散热，二是减小硅片中间部位与硅片切割入刀部位的温度差；当切割进入末端，随着硅片散热能力继续增强，当散热能力超过切片吸收热量能力时，出现负梯度，因此设定的第三温度要高于第二温度，以补偿硅片散热损失的热量，使硅片末端的温度和中间部分保持一致。

总之，本发明在切割起始时通过改变已形成硅片区域的温度，切割过程中工件夹紧装置增加温度控制装置改变晶棒待切割区域的温度，使两者的温度接近，甚至使硅片的温度在切削过程中维持在一定的温度范围内(减小温差)，来改善硅片的翘曲。

附图说明

图1是本发明硅片切割装置结构示意图；

图2是本发明硅片切割装置的切割机台立体示意图；

图中所示：10-切割机台；11金刚石线；12-导轮；20-工件夹紧装置；30-可控温液槽；40-热空气输送装置；41-风扇；42-管道；50-晶棒；60-硅片；70-动力装置；80-温度调节装置。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的硅片切割装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种硅片切割装置，以解决现有的温度控制没有考虑到切割热能对硅片产生的影响并进行补偿的问题。

为实现上述想法，本发明提供了一种硅片切割装置，所述硅片切割装置包括工件夹紧装置、热空气输送装置、切割机台和可控温液槽，所述可控温液槽中承载有调温液体，其中：所述工件夹紧装置固定一晶棒，所述热空气输送装置向所述工件夹紧装置输送热空气，所述热空气对所述晶棒进行温度补偿；所述工件夹紧装置带动所述晶棒移动，以使所述晶棒靠近所述切割机台；所述切割机台对所述晶棒进行切割，形成多个硅片；所述晶棒在切割过程中，已形成硅片的部分浸入所述可控温液槽；所述可控温液槽根据所述硅片浸入的深度控制所述硅片的温度变化。

本发明的具体实施方式提供一种硅片切割装置，所述硅片切割装置包括切割机台10、工件夹紧装置20、可控温液槽30和热空气输送装置40，其中：所述工件夹紧装置20固定一晶棒50，所述热空气输送装置40向所述工件夹紧装置20输送热空气，所述热空气对所述晶棒50进行温度补偿；所述工件夹紧装置20带动所述晶棒50移动，以使所述晶棒50靠近所述切割机台10；所述切割机台10对所述晶棒50进行切割，形成多个硅片60；所述晶棒50在切割过程中，已形成硅片的部分浸入所述可控温液槽30，所述可控温液槽30中承载有调温液体；所述可控温液槽30根据所述硅片60浸入的深度控制硅片的温度变化。

在本发明提供的硅片切割装置中，通过所述热空气输送装置向所述工件夹紧装置输送热空气，所述热空气对所述晶棒进行温度补偿，增加了更加有效的晶棒温度控制装置，采用热空气对所述工件夹紧装置上的晶棒进行热补偿，可减少晶棒末端的温度差，从而减少晶棒末端的弯曲变形，采用热补偿法使所述晶棒的温度场比较均匀，从而使晶棒产生均匀的热变形以减少对加工精度的影响，在硅片形成之前就消除了前期的形变误差。另外，所述晶棒在切割过程中，已形成硅片的部分浸入所述可控温液槽，所述可控温液槽中承载有调温液体；可依据可控温液槽的设定温度与硅片切割深度两者所形成的温度曲线，对浸入可控温液槽的硅片进行温度补偿，在不同深度中补偿的方法和力度也有所不同，可控温液槽根据所述硅片浸入的深度控制温度变化，提高了整个系统的稳定性。

如图1所示，所述晶棒50的形状为圆柱形，则切割后形成的硅片60的形状为圆片形，所述可控温液槽30的形状为长方形，优选的，也可以在底面设置为带有弧度的底面，以减小硅片落入可控温液槽底面后的冲击力。所述晶棒50的直径为12英寸，则硅片60的直径也应为12英寸，即300mm，硅片60的直径影响到可控温液槽30的尺寸大小，在本实施例中，直径12英寸的硅片60对应的所述可控温液槽的长度为480mm～530mm，例如495mm、510mm或525mm；所述可控温液槽的宽度为300mm～350mm，例如320mm或340mm；所述可控温液槽的高度为290～330mm，例如300mm或320mm。

相应的，硅片的尺寸也可以为6英寸或8英寸，当硅片的尺寸改变时，可控温液槽的尺寸也应相应的改变，例如，硅片为6英寸(150mm)，可控温液槽的长度为240mm～265mm，所述可控温液槽的宽度为150mm～175mm，所述可控温液槽的高度为145～165mm，硅片为8英寸(200mm)，可控温液槽的长度为320mm～360mm，所述可控温液槽的宽度为200mm～220mm，所述可控温液槽的高度为200～220mm。

进一步的，硅片60的直径还影响到温度调节的标准量的大小，例如所述硅片60浸入所述可控温液槽30的深度小于第一基准深度时，所述调温液体的温度设置为第一温度，所述硅片60浸入所述可控温液槽30的深度大于所述第一基准深度且小于第二基准深度时，所述调温液体的温度设置为第二温度，所述硅片60浸入所述可控温液槽30的深度大于所述第二基准深度时，所述调温液体的温度设置为第三温度，第一基准深度和第二基准深度的选择受到硅片60的直径的影响。

具体的，在所述的硅片切割装置中，所述第一温度比所述第二温度高3～5℃，所述第二温度比所述第三温度低3～5℃。所述第一基准深度为35mm～45mm之间，例如37mm、39mm、41mm或43mm；所述第二基准深度为250mm～270mm之间，例如255mm、260mm或265mm。所述调温液体为丙二醇液体。

在本实施例中的硅片切割装置中，温度补偿力度随硅片深度变化趋势是：硅片开始形成时，即硅片浸入深度未达到第一基准深度时，由于硅片基本不具备散热能力，硅片温度快速上升，温度变化较大，因此，设定的第一温度较高，以补偿硅片快速升温前的温度较低部分，使硅片所有部位的温度保持一致；随着切割进入稳定阶段，硅片浸入所述可控温液槽的深度大于第一基准深度且小于第二基准深度时，硅片的散热能力增强，而进入硅片的热量保持不变，温度升高开始变得缓慢，设定的第二温度较低，一是保持硅片的散热，二是减小硅片中间部位与硅片切割入刀部位的温度差；当切割进入末端，随着硅片散热能力继续增强，当散热能力超过切片吸收热量能力时，出现负梯度，因此设定的第三温度要高于第二温度，以补偿硅片散热损失的热量，使硅片末端的温度和中间部分保持一致。

如图1所示，在所述的硅片切割装置中，所述热空气输送装置40包括风扇41和管道42，其中：所述风扇41产生所述热空气，所述管道42将所述热空气输送到所述工件夹紧装置20附近。所述硅片切割装置还包括动力装置70，所述动力装置70为所述工件夹紧装置20、所述热空气输送装置40和所述切割机台10提供动力。所述硅片切割装置还包括温度调节装置80，所述温度调节装置80调节所述可控温液槽30中的调温液体的温度，所述温度调节装置80调节所述热空气输送装置40中的热空气的温度。

如图2所示，所述切割机台10包括金刚石线11和三个导轮12：三个所述导轮12排列在同一平面上，形成一三角形结构，所述金刚石线11缠绕在所述三角形结构上，并在所述三角形结构上高速移动；所述晶棒50在所述工件夹紧装置20的作用下施加在金刚石线11上，所述金刚石线11将所述晶棒50切成多个所述硅片。

总之，本发明在切割起始时通过改变已形成硅片区域的温度，切割过程中工件夹紧装置增加温度控制装置改变晶棒待切割区域的温度，使两者的温度接近，甚至使硅片的温度在切削过程中维持在一定的温度范围内(减小温差)，来改善硅片的翘曲。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种硅片切割装置，其特征在于，所述硅片切割装置包括工件夹紧装置、热空气输送装置、切割机台和可控温液槽，所述可控温液槽中承载有调温液体，其中：

所述工件夹紧装置固定一晶棒，所述热空气输送装置向所述工件夹紧装置输送热空气，所述热空气对所述晶棒进行温度补偿；

所述工件夹紧装置带动所述晶棒移动，以使所述晶棒靠近所述切割机台；

所述切割机台对所述晶棒进行切割，形成多个硅片；

所述晶棒在切割过程中，已形成硅片的部分浸入所述可控温液槽；

所述可控温液槽根据所述硅片浸入的深度控制所述硅片的温度变化。

2.如权利要求1所述的硅片切割装置，其特征在于，所述晶棒的形状为圆柱形，所述晶棒的直径为12英寸。

3.如权利要求2所述的硅片切割装置，其特征在于，所述可控温液槽的形状为长方形，所述可控温液槽的长度为480mm～530mm，所述可控温液槽的宽度为300mm～350mm，所述可控温液槽的高度为290～330mm。

4.如权利要求3所述的硅片切割装置，其特征在于，所述硅片浸入所述可控温液槽的深度小于第一基准深度时，所述调温液体的温度设置为第一温度。

5.如权利要求4所述的硅片切割装置，其特征在于，所述硅片浸入所述可控温液槽的深度大于第一基准深度且小于第二基准深度时，所述调温液体的温度设置为第二温度。

6.如权利要求5所述的硅片切割装置，其特征在于，所述硅片浸入所述可控温液槽的深度大于第二基准深度时，所述调温液体的温度设置为第三温度。

7.如权利要求6所述的硅片切割装置，其特征在于，所述第一温度比所述第二温度高3～5℃，所述第二温度比所述第三温度低3～5℃。

8.如权利要求6所述的硅片切割装置，其特征在于，所述第一基准深度为35mm～45mm之间，所述第二基准深度为250mm～270mm之间。

9.如权利要求1所述的硅片切割装置，其特征在于，所述调温液体为丙二醇液体。

10.如权利要求1所述的硅片切割装置，其特征在于，所述热空气输送装置包括风扇和管道，其中：

所述风扇产生所述热空气，所述管道将所述热空气输送到所述工件夹紧装置附近。

11.如权利要求1所述的硅片切割装置，其特征在于，所述硅片切割装置还包括动力装置，所述动力装置为所述工件夹紧装置、所述热空气输送装置和所述切割机台提供动力。

12.如权利要求1所述的硅片切割装置，其特征在于，所述硅片切割装置还包括温度调节装置，所述温度调节装置调节所述可控温液槽中的调温液体的温度，所述温度调节装置调节所述热空气输送装置中的热空气的温度。

13.如权利要求1所述的硅片切割装置，其特征在于，所述切割机台包括金刚石线和三个导轮：

三个所述导轮排列在同一平面上，形成一三角形结构，所述金刚石线缠绕在所述三角形结构上，并在所述三角形结构上高速移动；

所述晶棒在所述工件夹紧装置的作用下施加在金刚石线上，所述金刚石线将所述晶棒切成多个所述硅片。

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