CN110733139B - 一种晶棒切割装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶棒切割装置及方法，所述晶棒切割装置包括：给进单元，用于固定晶棒并带动所述晶棒沿给进方向移动；加热单元，所述加热单元设置于所述给进单元用于固定晶棒的预设位置两侧，用于加热所述晶棒，且所述加热单元与所述给进单元连接并与所述给进单元同步移动。根据本发明实施例的晶棒切割装置及晶棒切割方法，在晶棒切割前先利用加热单元对晶棒进行加热，可以防止切断初期由于摩擦发热引起的快速膨胀，还可以防止晶棒切割后期摩擦接触面积变小而引起的热收缩现象，确保切割得到的硅片平坦度良好。

Description

一种晶棒切割装置及方法

技术领域

本发明涉及硅片生产技术领域,具体涉及一种晶棒切割装置及方法。

背景技术

单晶硅硅片通常被作为半导体元件制造用材料广泛使用，这种硅片的制造工艺包括将晶棒切成硅片形态的切断工艺。但是在晶棒切割工艺中，由于切割过程中会摩擦生热，常温状态下的晶棒会因此发生膨胀或者收缩的现象。晶棒的热膨胀及收缩将导致晶棒切割切割得到的硅片产生弯曲，切割面的平坦度低下，产品良率低下。特别是，上述所说的热膨胀发生在晶棒切割的初期，而热收缩则是发生在晶棒切割的后期，因此现在亟需采取措施以改善由于热膨胀或收缩引起的品质下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种晶棒切割装置及方法，以解决晶棒切割过程中由于摩擦生热而造成热膨胀及热收缩现象继而导致硅片平坦度不佳的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面实施例提供了一种晶棒切割装置，包括：

进给单元，用于固定晶棒并带动所述晶棒沿进给方向移动；

加热单元，所述加热单元设置于所述进给单元用于固定晶棒的预设位置两侧，用于加热所述晶棒，且所述加热单元与所述进给单元连接并与所述进给单元同步移动。

进一步地，所述进给单元内部设置有用于容置所述加热单元的收纳室，所述晶棒切割装置还包括：

升降单元，所述升降单元设置于所述收纳室内并与所述加热单元的一端连接，用于控制所述加热单元沿所述进给方向的反方向移动进入所述收纳室。

进一步地，所述加热单元包括放热板和供热管路，所述放热板设置于所述进给单元用于固定晶棒的预设位置两侧，所述供热管路均匀铺设于所述放热板内部。

进一步地，所述加热单元还包括加热器，所述加热器设置于所述进给单元内部并与所述供热管路连接，用于加热传热介质并使所述传热介质在所述供热管路内循环流动。

进一步地，所述晶棒切割装置还包括：

切割单元，所述切割单元位于所述晶棒的进给方向上，所述切割单元包括驱动轮和多根切割线，所述驱动轮用于驱动所述多根切割线移动，以对所述晶棒进行切割。

本发明另一方面实施例提供了一种晶棒切割方法，应用于如上所述的晶棒切割装置，包括：

控制加热单元对晶棒进行加热；

控制进给单元带动所述晶棒沿进给方向移动，利用切割单元对所述晶棒进行切割。

进一步地，控制进给单元带动所述晶棒沿进给方向移动，利用切割单元对所述晶棒进行切割的同时，还包括：

控制升降单元带动所述加热单元沿所述进给方向的反方向移动，使所述加热单元进入收纳室内。

本发明上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的晶棒切割装置及晶棒切割方法，在晶棒切割前先利用加热单元对晶棒进行加热，可以防止切断初期由于摩擦发热引起的快速膨胀，还可以防止晶棒切割后期摩擦接触面积变小而引起的热收缩现象，确保切割得到的硅片平坦度良好。

附图说明

图1为晶棒切割过程中发生热膨胀或收缩现象的示意图；

图2为本发明实施例中晶棒切割装置的结构示意图。

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。

单晶硅硅片作为半导体元件制造用材料被广泛使用，制造单晶硅硅片的流程包括将晶棒切割成硅片的切割工艺，而切割工艺通常采用钢线进行切割，钢线在卷筒的带动下高速运动，将切割液喷射到钢线上，从而钢线将晶棒切割成多片硅片。

如图1所示，晶棒11固定在树脂板12下方，树脂板上还设有固定板13，由于钢线由下至上对晶棒11的切割实际上是采用摩擦的形式，而高速运动的钢线与晶棒11在发生摩擦的过程中会由于摩擦而快速生热，由此导致晶棒11吸收了这些热量而发生膨胀等现象，继而造成切割得到的硅片产生翘曲或弯曲，切割面的平坦度低下，硅片良率下降。从图1可以看出，在钢线切割晶棒11的初期，晶棒11将吸热而产生热膨胀，而在钢线切割晶棒11的后期，钢线与晶棒11的摩擦部位面积减少，产热减少，反而会产生收缩现象。

由此，本发明一方面实施例提供了一种晶棒切割装置，用于改善由于热膨胀或收缩引起的硅片品质下降的问题。

如图2所示，本发明实施例中的晶棒切割装置可以包括：进给单元14、加热单元15和切割单元，其中，进给单元14用于固定晶棒11，当进给单元14沿进给方向移动时，其上固定的晶棒11也将随之沿进给方向移动，从而对晶棒11进行切割；切割单元设置在进给单元14的进给方向上，包括驱动轮16和多根切割线17，本发明实施例中驱动轮16的数量具体为两个，多根切割线17绕设在两个驱动轮16之间，两个驱动轮16用于驱动多根切割线17进行高速运动，从而高速运动的多根切割线17对进给的晶棒11进行切割。在进给单元14用于固定晶棒11的预设位置两侧设置有加热单元15，加热单元15可对晶棒11进行加热，从而使晶棒11在切割前已由加热单元15进行预热，避免了切割过程中发生热膨胀及收缩现象，从而提高切割得到的硅片的平坦度，保证硅片的品质。

进一步地，在本发明的一些具体实施例中，由于加热单元15设置在进给单元14上，当进给单元14带动晶棒11沿进给方向移动时，加热单元15也将随之同步移动；而加热单元15设置于晶棒11的预设位置两侧，固然可以确保一直对晶棒11进行加热，但也会随着切割进给过程接触到切割线17，因此，本发明实施例中的进给单元14还设置有用于容置加热单元15的收纳室，也就是说收纳室开设在进给单元14内，其大小与加热单元15的体积相适配，当在进给切割晶棒11的过程中，随着切割深度的增加，加热单元15也逐渐收入到收纳室中，从而避免加热单元15被切割线17损坏，同时，加热单元15能够一直在晶棒11的两侧不断地对晶棒11进行加热，确保了整个切割过程中晶棒11的温度均能保持相对稳定。

进一步地，在本发明的另一些具体实施例中，晶棒切割装置还包括升降单元(图中未示出)，升降单元设置于进给单元14内开设的收纳室中，并且与加热单元15的一端连接，用于控制加热单元15沿进给方向的反方向移动进入收纳室中；示例性的，升降单元可以是电动机，电动机的驱动轴通过连接杆或者铰链与加热单元15的一端连接，电动机工作时可将连接杆或铰链上提从而带动加热单元15移动，其移动的速度可以调成与晶棒11的进给速度相配合，以确保不会损坏加热单元15，而且这样设置可实现自动化控制，控制相对精准。

在本发明的一些具体实施例中，加热单元15包括加热板和供热管路，加热板围设在进给单元14的用于固定晶棒11的预设位置两侧，也就是说，加热板呈长方体状围设在晶棒11的两侧，其大小与晶棒11的尺寸相适配，一般来说，加热板的长度比晶棒11的长度略长，而加热板的宽度也比晶棒11的直径略长，从而确保加热板能够全面对晶棒11进行加热。进一步地，在加热板的内部均匀铺设有供热管路，例如呈之字型或回字型等方式进行铺设，以获得尽可能大的放热面积。而加热单元15还可以包括加热器(图中未示出)，加热器设置在进给单元14的内部，并且与供热管路进行连接，用于加热传热介质并使传热介质在供热管路内部进行循环流动，也就是说，加热单元15包括一加热器，加热器对传热介质进行加热后，流入加热板内部的供热管路中，在流动过程中对外辐射放热，从而对位于加热板之间的晶棒11进行加热，使晶棒11的温度相对稳定；示例性的，传热介质可以是去离子水等液体，也可以是一些容易放热的气体；通过这样的加热方式，传热介质不会与晶棒11进行直接接触，避免了对晶棒11可能存在的污染，确保了切割得到的硅片的品质；并且这样的加热方式相对稳定，更容易控制加热的温度，晶棒11的受热也更为均匀。

需要说明的是，将加热器设置在进给单元14的内部，一方面有利于各部件设置的方便，另一方面，加热器工作时产生部分热量也将通过晶棒11与进给单元14之间的树脂板12和固定板13传递到晶棒11上，从而对晶棒11进行辅助加热。

在本发明的另一些实施例中，晶棒切割装置还包括切割液喷射装置18，切割液喷射装置18用于向切割线17喷射切割液，从而切割线17带着其上附着的切割液对晶棒11进行切割；具体的，切割液喷射装置18的数量为两个，分别设置在两个加热板的外侧，并位于切割线17上方，当切割液喷射装置18将切割液喷射到切割线17上时，在切割线17的高速运转下，部分切割液将产生飞溅现象，而加热板17恰好可以对这部分切割液进行阻挡，以避免其飞溅到晶棒11上造成污染。

根据本发明实施例的晶棒切割装置，利用加热单元15对晶棒11进行加热，并且加热单元15可以收入到进给单元14中，从而使加热单元可对晶棒11进行持续加热，保证了晶棒11温度的稳定，有效提高了硅片的平坦度，显著降低了切割过程中热膨胀和收缩带来的硅片切割面的翘曲发生概率。

在本发明的另一实施例中，还提供了一种晶棒切割方法，应用于如上所述的晶棒切割装置，该晶棒切割方法包括：

步骤S1，控制加热单元15对晶棒11进行加热；

步骤S2，控制进给单元14带动其上固定的晶棒11沿进给方向移动，利用切割单元对晶棒11进行切割。

具体来说，首先，将晶棒11固定在进给单元14的预设位置，控制加热单元15进行移动，使其完全围设在晶棒11的两侧；

接着，加热单元15中的加热器开始工作，对其中的传热介质进行加热，升温到一定温度的传热介质流入到供热管路中沿着供热管路进行流动，在流过加热板时，对外放热，从而通过热辐射的形式对加热板之间的晶棒11进行均匀加热，放热后变冷的传热介质回流到加热器中得到再次加热，如此循环往复；同时，加热器工作时产生的部分热量也将通过进给单元14与晶棒11之间的树脂板12和固定板13传递到晶棒11上，对晶棒11进行辅助加热；

当晶棒11温度提高到一定温度后，切割单元1启动，多根切割线17在驱动轮16的带动下高速运转，然后进给单元14往切割线17方向进给，其上固定的晶棒11也随之进行移动，并开始与切割线17相接触，同时，切割液喷射装置18也开始向切割线17上喷射切割液，而加热单元15则阻挡住部分飞溅的切割液，避免飞溅到晶棒11上；

接着，由于进给单元14不断向切割线17方向进给，则对应的，加热单元15在设置于进给单元14内部的升降单元的带动下逐步沿进给方向的反方向进行移动，逐步移动到进给单元14内开设的收纳室中，避免切割线17对其造成损坏，当然，在移动的过程中加热单元15依旧对晶棒11持续进行加热，以确保晶棒11温度的稳定；在这过程中，加热单元15的移动速度与晶棒11的进给速度相适配，以保证两者基本处于相对静止的状态，而加热单元15的加热温度可以根据不同情况进行实时的调整，例如对切割初期、切割中期和切割后期进行温度分段控制，以进一步提高晶棒11温度的加热精度，继而提高切割得到的硅片的品质。

根据本发明实施例的晶棒切割方法，在晶棒切割前先利用加热单元对晶棒进行加热，可以防止切断初期由于摩擦发热引起的快速膨胀，还可以防止晶棒切割后期摩擦接触面积变小而引起的热收缩现象，确保切割得到的硅片平坦度良好。

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 (6)

1.一种晶棒切割装置，其特征在于，包括：

进给单元，用于固定晶棒并带动所述晶棒沿进给方向移动；

加热单元，所述加热单元设置于所述进给单元用于固定晶棒的预设位置两侧，用于加热所述晶棒，且所述加热单元与所述进给单元连接并与所述进给单元同步移动；

所述进给单元内部设置有用于容置所述加热单元的收纳室，所述晶棒切割装置还包括：

升降单元，所述升降单元设置于所述收纳室内并与所述加热单元的一端连接，用于控制所述加热单元沿所述进给方向的反方向移动进入所述收纳室。

2.根据权利要求1所述的晶棒切割装置，其特征在于，所述加热单元包括放热板和供热管路，所述放热板设置于所述进给单元用于固定晶棒的预设位置两侧，所述供热管路均匀铺设于所述放热板内部。

3.根据权利要求2所述的晶棒切割装置，其特征在于，所述加热单元还包括加热器，所述加热器设置于所述进给单元内部并与所述供热管路连接，用于加热传热介质并使所述传热介质在所述供热管路内循环流动。

4.根据权利要求1所述的晶棒切割装置，其特征在于，还包括：

切割单元，所述切割单元位于所述晶棒的进给方向上，所述切割单元包括驱动轮和多根切割线，所述驱动轮用于驱动所述多根切割线移动，以对所述晶棒进行切割。

5.一种晶棒切割方法，应用于如权利要求1-4中任一项所述的晶棒切割装置，其特征在于，包括：

控制加热单元对晶棒进行加热；

控制进给单元带动所述晶棒沿进给方向移动，利用切割单元对所述晶棒进行切割。

6.根据权利要求5所述的晶棒切割方法，其特征在于，控制进给单元带动所述晶棒沿进给方向移动，利用切割单元对所述晶棒进行切割的同时，还包括：

控制升降单元带动所述加热单元沿所述进给方向的反方向移动，使所述加热单元进入收纳室内。

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