CN110065171B - 一种切割装置和晶棒的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切割装置和晶棒的切割方法，切割装置包括：承载台，用于承载待切割的晶棒,承载台上设置有用于旋转和/或偏转晶棒的调整机构；检测机构，用于检测晶棒的晶向偏角；切割机构，用于切割晶棒；移动机构，用于移动承载台；控制机构，用于根据检测结果控制调整机构调整晶棒至预设晶向偏角，移动机构移动承载台使晶棒至预设位置后，控制切割机构切割晶棒。根据本发明的切割装置，通过调整机构来调节晶棒的晶向偏角，根据检测结果调整晶棒至预设晶向偏角，使得硅块的切割面与物理晶向保持垂直，再控制切割机构切割晶棒，提高切割质量，提高硅块切割成硅片时硅片表面的质量，确保在切割硅块时硅块的晶向偏角在控制范围内。

Description

一种切割装置和晶棒的切割方法

技术领域

本发明涉及硅片加工领域，特别涉及一种切割装置和晶棒的切割方法。

背景技术

半导体器件是在具有相同晶向的单晶硅片上通过多种工艺制备的信号或能量控制、转换器件。单晶硅片的晶向是控制半导体性能的重要指标，一般要求硅片的物理晶向和硅片几何中心轴的夹角控制在±0.5°以内。目前，对于8寸以上的大尺寸晶棒的加工工艺流程如下：晶棒滚圆(晶棒表面处理)、开V型槽、带锯切割(将晶棒切割成硅块)、硅块晶向定位粘接、多线切割(将硅块切割成硅片)。多线切割后对硅片表面进行各种化学、物理的处理，以达到半导体器件所需要的表面要求。晶棒的晶向是在长晶工艺段形成，较难控制，对硅块晶向的测试和调整只在多线切割前的粘接工序进行，通过调整硅块粘接的方向和角度，调整硅块的晶向和切割方向的角度。在多线切割工序，切割方向和硅块结晶方向垂直切割，当硅块的物理晶向与硅块几何中心轴相差较大时，硅块的切割外表面会有较大斜面，这样会影响多线切割入刀的稳定性，降低硅片的表面质量，且晶向偏角较大时，会有一部分切出的硅片超过晶向偏角控制范围，易造成切片工序不良率高，造成硅片的损失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种切割装置和晶棒的切割方法，用以解决在切割时硅块的晶向偏角的偏差大，易导致切割的硅片表面质量差，硅块切片工序中不良率高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的切割装置，包括：

承载台，用于承载待切割的晶棒,所述承载台上设置有用于旋转和/或偏转所述晶棒的调整机构；

检测机构，用于检测所述晶棒的晶向偏角；

切割机构，用于切割所述晶棒；

移动机构，用于移动所述承载台；

控制机构，用于根据检测结果控制所述调整机构调整所述晶棒至预设晶向偏角，所述移动机构移动所述承载台使所述晶棒至预设位置后，控制所述切割机构切割所述晶棒。

进一步地，所述检测机构包括：

X射线晶向偏角测定装置，用于检测所述晶棒的晶向偏角。

进一步地，所述调整机构包括：

旋转机构，用于驱动所述晶棒旋转；

和/或偏转机构，用于驱动所述晶棒偏转。

进一步地，所述旋转机构包括用于驱动所述晶棒旋转的滚轮，所述承载台上设有升降机构，所述控制机构用于控制所述升降机构驱动所述旋转机构升降以使所述滚轮脱离或止抵所述晶棒；所述控制机构用于当所述滚轮止抵所述晶棒时，控制所述滚轮驱动所述晶棒旋转。

进一步地，所述切割机构包括用于切割所述晶棒的带锯，所述调整机构包括偏转机构，且所述偏转机构包括用于偏转所述晶棒的旋转盘。

进一步地，所述切割装置还包括激光探测器，用于检测所述晶棒的位置高度和/或偏转角度以定位所述晶棒。

进一步地，所述切割装置还包括：

传输机构，用于将所述晶棒加载在所述承载台上。

进一步地，所述根据检测结果控制所述调整机构调整所述晶棒至预设晶向偏角，包括：

根据检测的晶向偏角获取所述检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，根据所述角度偏差控制所述调整机构调整所述晶棒至预设晶向偏角。

根据本发明第二方面实施例的晶棒的切割方法，包括：

检测晶棒的晶向偏角；

根据检测结果调整所述晶棒至预设晶向偏角；

移动所述晶棒至预设位置后，切割所述晶棒。

进一步地，所述根据检测结果调整所述晶棒至预设晶向偏角包括：

根据检测的晶向偏角获取所述检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，根据所述角度偏差调整所述晶棒至预设晶向偏角。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明的切割装置，通过调整机构旋转和/或偏转晶棒来调节晶棒的晶向偏角，根据检测结果调整晶棒至预设晶向偏角，使得硅块的切割面与物理晶向保持垂直，然后控制切割机构切割晶棒，能够提高切割的稳定性，提高切割质量，提高硅块切割成硅片时硅片表面的质量，由于在晶棒切割时就进行了偏角的调整，能确保在切割硅块时硅块的晶向偏角在控制范围内，避免了后续切割的硅片晶向偏角较大的情况。

附图说明

图1为本发明实施例的切割装置的结构示意图；

图2为现有承载台的一个俯视图；

图3为现有承载台的一个侧视图；

图4为本发明的实施例的切割装置中承载台的一个俯视图；

图5为本发明的实施例的切割装置中承载台的一个侧视图。

附图标记

承载台10；滚轮11；旋转盘12；激光探测器13；X射线发生器14；

X射线衍射接受装置15；测角仪圆16；升降机构17；

切割机构20；

移动机构30；

传输机构40；

晶棒50。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的切割装置。

如图1所示，根据本发明实施例的切割装置包括：承载台10，用于承载待切割的晶棒50,承载台10上设置有用于旋转和/或偏转晶棒50的调整机构；检测机构，用于检测晶棒50的晶向偏角；切割机构20，用于切割晶棒50；移动机构30，用于移动承载台10；控制机构，用于根据检测结果控制调整机构调整晶棒50至预设晶向偏角，移动机构30移动承载台10使晶棒至预设位置后，控制切割机构20切割晶棒50。

也就是说，切割装置主要由承载台10、检测机构、切割机构20、移动机构30和控制机构构成，其中，承载台10可以用于承载待切割的晶棒50,在承载台10上可以设置有调整机构，调整机构可以旋转和/或偏转晶棒50，通过调整机构来调整晶棒50的晶向偏角，使得晶棒的晶向偏角调整至预设晶向偏角，以便于切割；在承载台10上可以设置固定结构，可以通过固定结构来固定晶棒50；检测机构可以用于检测晶棒50的晶向偏角，当晶棒50的晶向偏角与预设晶向偏角之间的偏差大时，可以通过调整机构来调整晶棒50的晶向偏角，减小晶棒50的晶向偏角与预设晶向偏角之间的偏差；切割机构20可以用于切割晶棒50，通过切割机构20可以将晶棒50切割成硅块，切割机构20可以包括带锯，带锯可以位于切割机构20的下方以便对晶棒50进行切割，可以将硅块继续切割成硅片，移动机构30可以用于移动承载台10，通过移动机构30来调整承载台10的位置进而调节晶棒50的位置，移动机构30可以包括导轮，导轮可以移动，通过导轮的移动可以使得移动机构30可以移动承载台10。

控制机构可以用于根据晶棒50的晶向偏角的检测结果来控制调整机构调整晶棒50至预设晶向偏角，减小晶棒50的晶向偏角与预设晶向偏角之间的偏差，以便确保切割硅块的物理晶向和几何轴心在±0.5°以内，以使得硅块的切割面与物理晶向保持垂直；通过移动机构30可以移动承载台10使晶棒50至预设位置后，可以通过控制机构来控制切割机构20切割晶棒50，切割过程中，可以先对晶棒50的头部和尾部进行切割，再进行硅块的切割，保证硅块的质量，使得切割时硅块的切割面与物理晶向保持垂直，能够提高切割的稳定性，提高切割质量，提高硅块切割成硅片时硅片表面的质量，由于在晶棒切割时就进行了晶向偏角的调整，能确保在切割硅块时硅块的晶向偏角在控制范围内，避免了将硅块切割成硅片时硅片的晶向偏角较大的情况，对晶棒晶向偏角调整后进行切割，可免除硅块粘接工序对硅块晶向偏角的测试和调试，粘接过程只需保证粘接工件与硅块外切割面的垂直即可，硅块切割成硅片时提高硅片的质量。

在本发明的一些实施例中，检测机构可以包括X射线晶向偏角测定装置，通过X射线晶向偏角测定装置可以检测晶棒的晶向偏角。X射线晶向偏角测定装置可以包括用于发射X射线的X射线发生器14、X射线衍射接受装置15和测角仪圆16，X射线投射在晶棒上后通过X射线衍射接受装置15进行接收衍射以获取晶棒的晶向，然后再通过测角仪圆16来获取晶棒50的晶向偏角，可以将晶向偏角的数据信息显示或传输给其他设备。

在本发明的另一些实施例中，调整机构可以包括旋转机构和/或偏转机构，其中，旋转机构可以用于驱动晶棒旋转，偏转机构可以用于驱动晶棒偏转，如图5所示，偏转机构可以包括两个旋转盘12，两个旋转盘12可以设在承载台10上，可以通过两个旋转盘12来偏转晶棒50，通过晶棒50的旋转和/或偏转来调整晶棒50的晶向偏角，使得晶棒50的晶向偏角调整至预设晶向偏角，便于后续的切割，提高切割质量。

在本发明的实施例中，如图4所示，旋转机构可以包括滚轮11，滚轮11可以用于驱动晶棒50旋转，旋转机构可以包括多个滚轮11，比如，旋转机构可以包括两排滚轮11，每排滚轮11可以包括十个滚轮11，每排中的滚轮11可以沿着承载台10的长度方向间隔开分布，两排滚轮11之间间隔开一定距离，可以将晶棒50置于两排滚轮11之间，通过滚轮11的转动来旋转晶棒。而现有技术中，如图2和图3所示，承载台1为现有的承载台，承载台1只具有承载作用，不能调节晶棒的晶向偏角。

如图5所示，在承载台10上可以设有升降机构17，控制机构用于控制升降机构17驱动旋转机构升降，以使滚轮11脱离或止抵晶棒，升降机构17升高旋转机构时滚轮11可以止抵晶棒50，升降机,17降低旋转机构时滚轮11可以脱离晶棒50；控制机构可以用于当滚轮11止抵晶棒50时控制滚轮11驱动晶棒50旋转，将晶棒50旋转至一定角度后停止旋转，此时，可以通过升降机构17降低旋转机构以使滚轮11脱离晶棒50。通过控制滚轮11旋转晶棒50以及偏转机构偏转晶棒50能够使得晶棒50的晶向偏角调整至预设晶向偏角，便于使得切割时得硅块的切割面与物理晶向保持垂直，能够提高切割的稳定性，提高切割质量，提高硅块切割成硅片时硅片表面的质量。

根据本发明的一些实施例，切割机构20可以包括用于切割晶棒50的带锯，通过带锯来切割晶棒50，所述调整机构包括偏转机构，且偏转机构可以包括用于偏转晶棒50的旋转盘12，通过旋转盘12来偏转晶棒50以调整晶棒的晶向角度。

根据本发明的另一些实施例，切割装置还可以包括激光探测器13，激光探测器13可以用于检测晶棒50的位置高度和/或偏转角度以定位晶棒，晶棒50上可以设有V型槽，可以通过晶棒50的V型槽根据激光探测器13检测的晶棒50的位置高度和/或偏转角度来定位晶棒50，V型槽的开槽方向是根据晶棒的晶向进行开槽的，通过激光探测器13便于定位V型槽开口向上，能够保证每根晶棒进行晶向测定时的参考面是同一个面，保证测定结果的准确性。可以将晶棒50定位之后再通过X射线晶向偏角测定装置检测晶棒的晶向偏角，便于晶棒50的定位。

在本发明的一些实施例中，切割装置还可以包括传输机构40，传输机构40可以用于将晶棒50加载在承载台10上，便于晶棒50的加载，检测机构可以设置在传输机构40与切割机构20之间，便于晶棒50加载后进行检测，检测后便于调整和切割，提高效率。

在本发明提的另一些实施例中，根据检测结果控制调整机构调整晶棒至预设晶向偏角，可以包括：根据检测的晶向偏角获取检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，根据角度偏差控制调整机构调整晶棒至预设晶向偏角。也就是说，通过检测机构检测晶棒50的晶向偏角之后，可以根据检测的晶向偏角获取检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，获取角度偏差之后再根据角度偏差来控制调整机构调整晶棒至预设晶向偏角，调整晶棒至预设晶向偏角之后可以将晶棒移动至预设位置，通过切割机构进行切割以使晶棒切割成硅块，提高硅块的切割质量。另外，当由晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差较大时，在晶棒调整在合适的角度后，可以对晶棒进行薄片的切割，保证晶棒切割外表面的直角度。

在实际切割应用过程中，晶棒上不同区域的晶向或偏角可能不相同，比如，沿晶棒的长度方向上不同区域的晶向或偏角不相同，在不同区域进行切割之前，可以先检测晶棒的晶向偏角或晶棒的偏角角度，调整至预设的晶向偏角或预设的晶棒的偏角角度之后再进行切割，提高切割质量，提高硅块切割成硅片时硅片表面的质量，避免了将硅块切割成硅片时硅片的晶向偏角较大的情况。

本发明实施例还提供一种晶棒的切割方法，晶棒的切割方法包括：检测晶棒50的晶向偏角；根据检测结果调整晶棒50至预设晶向偏角；移动晶棒50至预设位置后，切割晶棒50。实际应用过程中，可以通过检测机构检测晶棒50的晶向偏角，比如，X射线晶向偏角测定装置；根据检测机构检测晶棒50的晶向偏角之后，可以通过调整机构来旋转和/或偏转晶棒50以调整晶棒50的晶向偏角至预设晶向偏角；然后，可以通过移动机构30来移动晶棒50至预设位置后切割晶棒50。可以通过控制机构根据检测结果控制调整机构调整晶棒50至预设晶向偏角，移动机构30移动承载台10使晶棒至预设位置后，控制切割机构20切割晶棒50。通过上述方法，能够使得切割时硅块的切割面与物理晶向保持垂直，能够提高切割的稳定性，提高切割质量，提高硅块切割成硅片时硅片表面的质量，由于在晶棒切割时就进行了晶向偏角的调整，能确保在切割硅块时硅块的晶向偏角在控制范围内，避免了将硅块切割成硅片时硅片的晶向偏角较大的情况，对晶棒晶向偏角调整后进行切割，可免除硅块粘接工序对硅块晶向偏角的测试和调试，粘接过程只需保证粘接工件与硅块外切割面的垂直即可，硅块切割成硅片时提高硅片的质量。

在实际应用过程中，可以先切割去晶棒的头部和尾部，然后对中晶棒V型槽进行定位，检测晶棒的晶向偏角，可以获取晶棒的晶向偏角与预设晶向偏角的角度偏差，获取晶棒需要调整的角度后，通过调整机构调整晶棒旋转和/或偏转以使得晶棒的晶向偏角调整至预设晶向偏角，将晶棒移动至预设位置后可以进行切割。另外，当由晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差较大时，在晶棒调整在合适的角度后，可以对晶棒进行薄片的切割，保证晶棒切割外表面的直角度。

在本发明的实施例中，根据检测结果调整晶棒至预设晶向偏角包括：根据检测的晶向偏角获取检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，根据角度偏差调整晶棒至预设晶向偏角。通过检测机构检测晶棒50的晶向偏角之后，可以根据检测的晶向偏角获取检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，获取角度偏差之后再根据角度偏差来控制调整机构调整晶棒至预设晶向偏角，调整晶棒至预设晶向偏角之后可以将晶棒移动至预设位置，通过切割机构进行切割以使晶棒切割成硅块，提高硅块的切割质量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种切割装置，其特征在于，包括：

承载台，用于承载待切割的晶棒,所述承载台上设置有用于旋转和/或偏转所述晶棒的调整机构；

检测机构，用于检测所述晶棒的晶向偏角；

切割机构，用于切割所述晶棒；

移动机构，用于移动所述承载台；

控制机构，用于根据检测结果控制所述调整机构调整所述晶棒至预设晶向偏角以使晶棒的切割面与晶棒的晶向垂直，所述移动机构移动所述承载台使所述晶棒至预设位置后，控制所述切割机构切割所述晶棒；

所述调整机构包括：

旋转机构，用于驱动所述晶棒旋转；

所述旋转机构包括用于驱动所述晶棒旋转的滚轮，所述承载台上设有升降机构，所述控制机构用于控制所述升降机构驱动所述旋转机构升降以使所述滚轮脱离或止抵所述晶棒；所述控制机构用于当所述滚轮止抵所述晶棒时，控制所述滚轮驱动所述晶棒旋转；

所述旋转机构包括两排所述滚轮，每排中的所述滚轮沿着所述承载台的长度方向间隔开分布，两排所述滚轮间隔设置。

2.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述检测机构包括：

X射线晶向偏角测定装置，用于检测所述晶棒的晶向偏角。

3.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述调整机构包括：

偏转机构，用于驱动所述晶棒偏转。

4.根据权利要求3所述的切割装置，其特征在于，所述切割机构包括用于切割所述晶棒的带锯，所述调整机构包括偏转机构，且所述偏转机构包括用于偏转所述晶棒的旋转盘。

5.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，还包括激光探测器，用于检测所述晶棒的位置高度和/或偏转角度以定位所述晶棒。

6.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，还包括：

传输机构，用于将所述晶棒加载在所述承载台上。

7.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述根据检测结果控制所述调整机构调整所述晶棒至预设晶向偏角，包括：

根据检测的晶向偏角获取所述检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，根据所述角度偏差控制所述调整机构调整所述晶棒至预设晶向偏角。

8.一种晶棒的切割方法，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的切割装置，包括：

检测晶棒的晶向偏角；

根据检测结果调整所述晶棒至预设晶向偏角以使晶棒的切割面与晶棒的晶向垂直；

移动所述晶棒至预设位置后，切割所述晶棒。

9.根据权利要求8所述的切割方法，其特征在于，所述根据检测结果调整所述晶棒至预设晶向偏角包括：

根据检测的晶向偏角获取所述检测的晶向偏角与预设晶向偏角之间的角度偏差，根据所述角度偏差调整所述晶棒至预设晶向偏角。

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