CN109421185B - 一种晶棒的切割方法及切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶棒的切割方法及切割装置，所述方法包括：将晶棒安装于晶棒进给装置上；通过所述晶棒进给装置下降所述晶棒，同时控制金刚线放松，使所述金刚线环绕所述晶棒；当所述晶棒下降至冷却液槽中以后，紧绷所述金刚线，开始进行切割。本发明提供的晶棒的切割方法及切割装置，可以提高切割速度，并减小晶棒切割区域和未切割区域的温度差，从而改善晶片的翘曲度。

Description

一种晶棒的切割方法及切割装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种晶棒的切割方法及切割装置。
背景技术
在硅片制造过程中，需要将硅单晶晶棒切割为具有精确厚度的薄晶片(wafer)，这一制程往往决定了晶片翘曲度的大小，同时也对后续制程的效率产生重要的影响。在早期的小尺寸晶片切割制程上，内径切割机是常用的加工机台，而随着晶片的尺寸扩展至300mm，线切割机已取代内径切割机，在晶棒切割工艺上被广泛应用。
其中，线切割又可分为采用钢线切割和金刚线切割两种。钢线切割通过钢线进给，同时利用砂浆(高硬度SiC+聚乙二醇)作为磨削介质，对晶棒进行切割。此方法的优点是对晶片翘曲度的控制较好，但是切割效率较低，且钢线无法重复利用。
金刚线切割则利用固结法在钢丝表面沉积金刚石颗粒，利用金刚石颗粒作为磨削介质，对晶棒进行切割。此方法的优点在于切割效率高，且金刚线可重复利用。但是，由于切削时金刚石与晶棒的剧烈摩擦，导致晶棒切割区域和未切割区域温度梯度较大，造成晶片的翘曲度较差。
因此，有必要提出一种晶棒的切割方法及切割装置，以解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提供一种晶棒的切割方法，所述方法包括：
将晶棒安装于晶棒进给装置上；
通过所述晶棒进给装置下降所述晶棒，同时控制金刚线放松，使所述金刚线环绕所述晶棒；
当所述晶棒下降至冷却液槽中以后，紧绷所述金刚线，开始进行切割。
示例性地，通过可移动滚轮的移动控制所述金刚线的放松和/或紧绷。
示例性地，在将所述晶棒安装于所述晶棒进给装置上之前，还包括在所述晶棒表面包覆树脂层的步骤。
示例性地，在切割所述树脂层的过程中，逐步提高切割速度。
示例性地，在开始切割所述树脂层时，打开所述冷却液槽的入水口和出水口，使冷却液在所述冷却液槽中进行循环。
示例性地，在开始切割所述晶棒时，提高所述冷却液在所述冷却液槽中的循环速度。
本发明还提供一种晶棒的切割装置，包括：
晶棒进给装置，所述晶棒进给装置可控制晶棒在竖直方向上运动；
金刚线，所述金刚线设置于所述晶棒进给装置下方，所述金刚线上设置有可移动滚轮，所述可移动滚轮用于控制所述金刚线放松和/或紧绷；以及
冷却液槽，所述冷却液槽设置于所述金刚线下方，用于在切割过程中对所述晶棒进行冷却。
示例性地，所述装置还包括设置于所述冷却液槽上方的导线轮，所述导线轮用于控制所述金刚线进行往复运动。
示例性地，所述冷却液槽包括位于其上方的入水口和位于其下方的出水口。
本发明提供的晶棒的切割方法及切割装置，可以提高切割速度，并减小晶棒切割区域和未切割区域的温度差，从而改善晶片的翘曲度。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1A-1B示出了一种晶棒的切割方法的示意图。
图2示出了本发明一实施例提供的晶棒的切割方法的工艺流程图。
图3-图6B为根据本发明一实施例的方法依次实施的步骤中切割装置的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
随着晶片的尺寸扩展至300mm，线切割机已取代内径切割机，在晶棒切割工艺上被广泛应用。其中，金刚线切割利用固结法在钢丝表面沉积金刚石颗粒，利用金刚石颗粒作为磨削介质，对晶棒进行切割。此方法的优点在于切割效率高，且金刚线可重复利用。
图1A和图1B为一种金刚线切割方法的示意图。如图所示，晶棒进给装置101带动晶棒102上升或下降以实现晶棒102的进给，在晶棒进给装置101下方，金刚线103通过滚轮104的引导，在主线辊上形成一张线网，由金刚线103往复运动产生切削，以将晶棒一次同时切割为多个晶片；同时，在压力泵的作用下，装配在设备上的冷却液喷嘴105将冷却液喷洒至金刚线103和晶棒102的切削部位，来降低金刚线103与晶棒102间产生的热量。然而，由于切削时金刚线103与晶棒102的剧烈摩擦，导致晶棒102切割区域和未切割区域温度梯度较大，造成晶片的翘曲度较差。
针对上述问题，本发明提供一种晶棒的切割方法及切割装置，所述方法包括：将晶棒安装于晶棒进给装置上；通过所述晶棒进给装置下降所述晶棒，同时控制金刚线放松，使所述金刚线环绕所述晶棒；当所述晶棒下降至冷却液槽中以后，紧绷所述金刚线，开始进行切割。
通过可移动滚轮的移动控制所述金刚线的放松和/或紧绷。
在将所述晶棒安装于所述晶棒进给装置上之前，还包括在所述晶棒表面包覆树脂层的步骤。
在切割所述树脂层的过程中，逐步提高切割速度。
在开始切割所述树脂层时，打开所述冷却液槽的入水口和出水口，使冷却液在所述冷却液槽中进行循环。
在开始切割所述晶棒时，提高所述冷却液在所述冷却液槽中的循环速度。
本发明提供的晶棒的切割方法及切割装置，可以提高切割速度，并减小晶棒切割区域和未切割区域的温度差，从而改善晶片的翘曲度。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及/或步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[示例性实施例一]
下面将参照图2以及图3～图6B，对本发明一实施方式的晶棒的切割方法做详细描述。
首先，执行步骤201，如图3所示，将晶棒302安装于晶棒进给装置301上。
具体地，所述晶棒302为单晶硅晶棒。可先在铸锭炉中形成晶锭，再将晶锭在开方机上开方形成所述晶棒302。
在本实施例中，在将所述晶棒302安装于晶棒进给装置301上之前，首先在所述晶棒302表面涂覆并包裹树脂层303，包覆在晶棒表面的树脂层303可保护晶棒302在后续切割开始时不易产生边损。
在将树脂涂覆于晶棒表面以后，将晶棒302黏附在晶托上。所述晶托例如为石墨砧板，所述石墨砧板表面具有与晶棒直径相同的圆弧状。接着，将载有晶棒302的晶托安装于晶棒进给装置301上。
在晶棒进给装置301下方水平设置有与所述晶棒302相垂直的若干金刚线304，所述金刚线304为利用固结法在钢丝表面沉积金刚石颗粒而制成，其利用金刚石颗粒作为磨削介质，对晶棒进行切割。此时，可移动滚轮306处于最低位置，使金刚线304紧绷，并且金刚线304不运动。
在金刚线304下方设置有冷却液槽307。由于此时金刚线304与晶棒302之间未产生摩擦，因此无需进行冷却，冷却液槽307的入水口处于关闭状态。
接着，执行步骤202，如图4A、4B所示，通过所述晶棒进给装置301下降所述晶棒302，同时控制金刚线304放松，使所述金刚线304环绕所述晶棒302。
具体地，晶棒进给装置301控制晶棒302下降，逐步进入其下方的冷却液槽307，同时可通过可移动滚轮306的运动使金刚线304放松，从而使金刚线304环绕晶棒302的下部。此时金刚线304与晶棒302之间相互接触，并随着晶棒302的下降产生摩擦，但由于摩擦较小，因而此时冷却液槽307的入水口仍然处于关闭状态。
接着，执行步骤203，当所述晶棒下降至冷却液槽中以后，紧绷所述金刚线，开始进行切割。
在本实施例中，首先，如图5A、5B所示，可移动滚轮306移动至最终位置，金刚线304再次紧绷，并由导线轮305控制金刚线304开始运动，同时晶棒进给装置301控制晶棒302下降，从而开始进行切割。由于晶棒302表面包覆有树脂层303，因此在切割开始后首先切割的是树脂层303，从而避免晶棒302在切割开始时产生边损。此时，切割在低速下进行，并且在切割所述树脂层303的过程中逐渐提高切割速度。
在切割开始时，打开冷却液槽307的入水口和出水口，使冷却液槽307中开始进行冷却液的循环。所述冷却液例如为20℃左右的水。
如图6A、6B所示，随着切割的持续进行，切割进入到切割晶棒302的阶段。此时切割已提高到正常速度。由于金刚线304在切割开始前环绕晶棒302，因此切割的接触面为弧线，与直线型接触面相比提高了切割效率。此时，由于晶棒302完整地置于冷却液槽307中，通过冷却液槽307中冷却液的快速循环带走切割过程中的热量，从而避免了喷射式冷却所造成的的切割区域和未切割区域间存在过大的温度差，改善了切割所形成的晶片的翘曲度。
示例性地，由于在切割晶棒302的过程中切割速度更快，产生的热量更高，因而在开始切割晶棒302以后，可增加冷却液槽307入水口的入水流量，提高其中冷却液的循环速度，以保证对晶棒302的冷却效果。
至此，完成了本发明实施例的晶棒的切割方法的相关步骤的介绍。可以理解的是，本实施例的切割方法不仅包括上述步骤，在上述步骤之前、之中或之后还可包括其他需要的步骤，其都包括在本实施方法的范围内。
本发明提供的晶棒的切割方法，可以提高切割速度，并减小晶棒切割区域和未切割区域的温度差，从而改善晶片的翘曲度。
[示例性实施例二]
下面将参照图3，对本发明一实施方式的晶棒的切割装置做详细描述。所述切割装置用于实现上述切割方法。
如图所示，所述切割装置包括：晶棒进给装置301，所述晶棒进给装置301可控制晶棒302在竖直方向上运动；金刚线304，所述金刚线304设置于所述晶棒进给装置301下方，所述金刚线304上设置有可移动滚轮306，所述可移动滚轮306用于控制所述金刚线304放松和/或紧绷；以及冷却液槽307，所述冷却液槽307设置于所述金刚线304下方，用于在切割过程中对所述晶棒302进行冷却。
示例性地，所述切割装置还包括设置于所述冷却液槽307上方的导线轮305，所述导线轮305用于控制所述金刚线304进行往复运动。
示例性地，所述冷却液槽307包括位于其上方的入水口和位于其下方的出水口。
本发明提供的晶棒的切割装置，可以提高切割速度，并减小晶棒切割区域和未切割区域的温度差，从而改善晶片的翘曲度。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (5)

1.一种晶棒的切割方法，其特征在于，所述方法包括：
将晶棒安装于晶棒进给装置上；
通过所述晶棒进给装置下降所述晶棒，同时控制金刚线放松，使所述金刚线环绕所述晶棒的下部；
当所述晶棒完全下降至冷却液槽中以后，紧绷所述金刚线，开始进行切割，所述切割的接触面为弧线；
其中，通过可移动滚轮的移动控制所述金刚线的放松和/或紧绷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述晶棒安装于所述晶棒进给装置上之前，还包括在所述晶棒表面包覆树脂层的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在切割所述树脂层的过程中，逐步提高切割速度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在开始切割所述树脂层时，打开所述冷却液槽的入水口和出水口，使冷却液在所述冷却液槽中进行循环。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在开始切割所述晶棒时，提高所述冷却液在所述冷却液槽中的循环速度。
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