CN111993614A - 在多个切片操作期间借助于线锯从工件切下多个晶圆的方法以及单晶硅半导体晶圆 - Google Patents

Abstract

本发明主题是在多个切片操作期间借助线锯从工件切下多个晶圆的方法，线锯包括在两个线引导辊之间拉伸的锯切线的移动线区段的线网，线引导辊安装在固定和可移动轴承之间。另一主题是通过该方法获得的单晶硅半导体晶圆。该方法包括，在切片操作中，存在工作流体，存在硬质物质，抵靠线网沿着供给方向供给工件，硬质物质磨蚀作用在工件；在切片操作中，根据温度轮廓对线引导辊的固定轴承温度控制，温度轮廓要求温度作为切割深度的函数；在切片操作中，温度轮廓从有恒定温度过程的第一温度轮廓到第二温度轮廓的第一切换，第二温度轮廓与第一平均形状轮廓和参考晶圆的形状轮廓的差成比例，从根据第一温度轮廓切下的晶圆确定第一平均形状轮廓。

Description

在多个切片操作期间借助于线锯从工件切下多个晶圆的方法 以及单晶硅半导体晶圆

技术领域

本发明的主题是一种在多个切片操作期间借助于线锯从工件切下多个晶圆的方法，该线锯包括在两个线引导辊之间拉伸的锯切线的移动线区段的线网，线引导辊中的每个都被安装在固定轴承和可移动轴承之间。

本发明的另一主题是通过该方法可获得的单晶硅的半导体晶圆。

背景技术

在许多应用中，需要薄、均匀晶圆的材料。在其各自的前面和后面的均匀性和平面平行性方面受到特别严格的要求的晶圆的一个示例是用作制造微电子部件的基板的半导体材料的晶圆。同时从工件上切下多个晶圆的线锯切对于这种晶圆的生产特别重要，因为这特别经济。

利用线锯切，锯切线围绕至少两个线引导辊以螺旋方式被引导，从而在两个相邻的线引导辊的面向要被切割的工件的侧部上，并且该工件结合至保持杆，拉伸一线网，该线网由彼此平行延伸的锯切线区段组成。线引导辊具有圆柱体的形式，这些圆柱体的轴线被彼此平行地设置，并且线引导辊的圆柱表面具有耐磨材料的覆盖件，该耐磨材料的覆盖件具有环形封闭的凹槽，该凹槽在垂直于线引导辊轴线的平面上延伸并承载锯切线。关于其圆柱轴线沿相同方向旋转线引导辊产生线网的线区段相对于工件的移动，并借助于在磨料存在的情况下工件和线网的接触，线区段因此执行材料的去除。通过继续供给工件，线区段在工件中形成锯切口，并加工穿过工件，直到它们全部停在保持杆中。然后，已经将工件切成多个均匀的晶圆，借助粘合剂将它们像梳子的齿一样从保持杆上悬挂。线锯和用于线锯切的方法例如从DE 10 2016 211 883 A1或从DE 10 2013 219 468 A1已知。

线锯切可以通过搭接切割或磨料切割来完成。利用搭接切割，硬质材料的浆料形式的工作流体被供给到线表面和工件之间的空间。在搭接切割的情况下，材料的去除是借助于锯切线、硬质物质和工件之间的三体相互作用完成的。在磨料切割的情况下，所使用的锯切线将坚硬的物质牢固地整合到其表面内，并且所供给的工作流体本身不包含任何磨料，并充当冷却润滑剂。然后，在磨料切割的情况下，借助于带有结合的硬质物质的锯切线和工件之间的两体相互作用进行材料的去除。

锯切线通常是例如由过共析珠光体钢制成的钢琴线。浆料的硬质物质例如由粘性载液中的碳化硅(SiC)构成，该粘性载液例如是乙二醇或油。结合的硬质物质例如由金刚石构成，其通过镍电镀或合成树脂结合或通过滚压的结合形式并用力配合到线表面。

在搭接切割的情况下，使用的锯切线是光滑的或结构化的；在磨料切割的情况下，仅使用光滑的锯切线。光滑的锯切线具有非常高(即，线长)的圆柱形状。结构化的锯切线是光滑的线，该线在其整个长度上在垂直于纵向线方向的方向上设有多个突起和凹陷。WO13053622 A1描述了一种用于搭接切割的光滑锯切线的实例，US 9610641 B2描述了一种用于搭接切割的结构化的锯切线的实例，而US 7 926 478 B2描述了一种用于磨料切割的带有金刚石覆盖件的光滑锯切线的实例。

利用常规的线锯，每个线引导辊在每种情况下在其端面之一附近安装有轴承，该轴承被牢固地连接到机器的框架上并且被称为固定轴承；并且在相反的端面附近有轴承，该轴承可沿线引导辊的轴向移动并被称为可移动轴承。这是必要的，以防止结构的机械过度确定，导致不可预测的变形。

特别是在线网和工件之间的第一次接触时，换句话说，在锯接合时，机械和热负荷有突然变化。线网和工件相对于彼此的布置被改变，并且该改变在线引导辊轴线方向上的分量意味着锯切口，它们的由相邻晶圆的前面和后面形成的侧面偏离于垂直于线引导辊轴线的它们的平面–因此，晶圆变成波浪形。波浪形晶圆不适合要求苛刻的应用。

已知有旨在改善通过线锯切获得的晶圆的主要面的平面平行度的方法。

US 5 377 568公开了一种方法，其中相对于机器的框架测量平行于可移动轴承的端面并在其附近的、位于线引导辊外部的参考表面的位置，并且通过线引导辊内部的温度控制，引起线引导辊的长度的热增加或长度的热减小，直到已经再次补偿了测得的参考表面的位置变化。当线引导辊在轴向上拉伸时，线网的线区段的位置被移位，最有利地与其至固定轴承的距离成比例。然而，实际上，线引导辊的加热是不均匀的，因为它在外部(不均匀地)被加热(热负荷变化)并从内部冷却，但是由于该辊的构造(至少是由于冷却迷宫本身的结果)，线引导辊中的径向热传导对于每个轴向位置是不相同的，因此线引导辊沿其轴线的拉伸是不均匀的。

JP 2003 145 406 A2公开了一种方法，其中涡流传感器从外部测量线引导辊上的一点的位置，并根据该位置测量，改变冷却水的温度，该冷却水的温度控制线引导辊内部的温度。作为热或机械负载的变化的结果，该方法仅不足以捕获工件到线网的布置的变化。

KR 101 340 199 B1公开了一种用于线锯切的方法，该方法使用线引导辊，每个线引导辊被可旋转地安装在空心轴上，其中空心轴可以在多个区段中以不同的温度被加热或冷却，因此可以沿轴向逐区段地被拉伸或收缩。结果，至少对于几个区段，线引导辊的长度沿轴向被非线性地(非均匀地)改变。然而，作为热或机械负载的变化的结果，该方法仅对工件和线网的布置的变化考虑不足。

US 2012/0240915 A1公开了一种用于线锯切的方法，该方法使用线引导辊，其中，辊内部及它们的轴承之一借助于冷却流体彼此独立地进行温度控制，它们的轴承旋转地支承线引导辊。然而，该方法没有考虑到以下事实：线锯的构造元件的热和机械变形不是恒定的且可重复的，另外暴露了时间相关的干扰变量，而该变量未被考虑。

最后，WO 2013/079683 A1公开了一种线锯切方法，其中首先测量由于线引导辊轴承的不同温度而导致的晶圆的所有形状，将这些形状中的每个与各自的相关轴承温度一起存储，然后，在随后的切割中，选择轴承温度，以便对应于与所需目标形状最匹配的存储形状的选择。该方法未考虑以下事实：线锯的热响应的程度和表现按照漂移而在切割与切割之间变化，或者随着时间而波动的干扰变量以噪声的方式起作用。同样，对于在线锯锯切过程中发生的机械负载变化也未被考虑。

特别地，半导体材料的晶圆经常在线锯切之后经受其他机加工步骤。这样的机加工步骤可以包括前面和后面的磨削(顺序地或同时两面)，前面和后面的搭接(同时两面)，半导体晶圆的蚀刻以及前面和后面的抛光(通常作为顺序或同时双面粗抛光和作为单面精抛光进行)。单面或顺序双面机加工方法的共同特征是，例如，在机加工相反面时，借助于真空卡盘将半导体晶圆的一面保持在夹持设备中。

半导体晶圆的厚度与其直径相比典型地较小。因此，在被夹持时，半导体晶圆经受弹性变形，从而晶圆变形力(例如，由于施加的真空而产生的机加工工具和张力施加的负载)和恢复变形力(晶圆的支撑力)为平衡：被保持的半导体晶圆的侧面与夹持设备相符。在从机加工的侧部去除材料并且从夹持设备分离半导体晶圆之后，由于机加工而已变薄的半导体晶圆松弛成其原始形状。换句话说，下游加工步骤通常不会改善前面和后面的平面平行程度。

本发明的目的在于通过提供一种方法来克服所概述的问题，该方法更好地考虑了由于热或机械负载的变化而导致的工件到线网的布置的变化，并且该方法提供了低波纹度的晶圆。

发明内容

该目的是通过一种在多个切片操作期间借助于线锯从工件切下多个晶圆的方法来实现的，该线锯包括在两个线引导辊之间拉伸的锯切线的移动线区段的线网，线引导辊中的每个被安装在固定轴承和可移动轴承之间，所述方法包括：

在切片操作中的每个期间，在存在冷却润滑剂的情况下，在存在硬质物质的情况下，抵靠该线网沿着供给方向供给该工件中的一个，该硬质物质磨蚀地作用在该工件上；

在该切片操作期间，根据温度轮廓对各个线引导辊的该固定轴承进行温度控制，该温度轮廓要求温度作为切割深度的函数；

在该切片操作过程中，该温度轮廓从具有恒定温度过程的第一温度轮廓到第二温度轮廓的第一切换，该第二温度轮廓与第一平均形状轮廓和参考晶圆的形状轮廓之差成比例，从根据该第一温度轮廓已经切下的晶圆确定该第一平均形状轮廓。

作为固定轴承的热膨胀的结果，通过本发明的方法从工件切下的晶圆实际上不受线引导辊的轴向运动的影响。因此，这种晶圆与参考晶圆的形状偏差被最小化。

固定轴承的温度可以例如通过电阻加热或借助于一个或多个珀耳帖(Peltier)冷却元件来控制。然而，特别优选地，在切片操作期间通过使流体流过相应的线引导辊的固定轴承来完成固定轴承的温度控制，用于每个切片操作的流体温度遵循这样的温度轮廓，即，该温度轮廓要求流体的温度作为切割深度的函数。作为其他实施例的代表，该方法的进一步描述针对本发明的该优选实施例。

提供优选地将温度轮廓进一步切换到进一步温度轮廓。该进一步温度轮廓与先前切片的晶圆的进一步平均形状轮廓与参考晶圆的形状轮廓的差成比例，先前切片的晶圆源自至少1至5个切片操作，这些操作紧接在当前切片操作之前。

可以在晶圆的基于晶圆选择的基础上来进行第一平均形状轮廓的和进一步平均形状轮廓的确定。在基于晶圆的选择的情况下，采用切片操作的特定晶圆通过求平均值来确定各自的平均形状轮廓，而排除其它的。例如，仅被考虑用于平均的晶圆是那些在工件中具有一定位置的晶圆，例如沿着工件的长度的仅每第15个至第25个晶圆。基于晶圆的选择的另一种可能性是从切片操作的所有晶圆中排除一些晶圆，这些晶圆具有从所有晶圆的平均形状轮廓的最大和最小的偏离的形状轮廓。一种替换可能性是从平均中排除一些晶圆，这些晶圆的形状轮廓偏离切片操作中的所有晶圆的平均形状轮廓超过1到2西格玛(sigma)

替代地，还可以在晶圆的基于切割选择的基础上来进行进一步平均形状轮廓的确定。在基于切割的选择的情况下，来自至少一个切片操作的所有晶片被用于通过求平均来确定进一步的平均形状轮廓，并且来自至少一个其他切片操作的所有晶圆被排除在确定之外。

此外，可以在基于晶圆选择的和基于切割选择的基础上来进行进一步平均形状轮廓的确定。在该情况下，选择至少一个先前的切片操作并且排除至少一个先前的切片操作，并且同时在每种情况下选择来自所选择的切片操作的某些晶圆并且在每种情况下排除其他晶圆，并且以该方式总体选择的晶圆被用于平均。

在本说明书的以下段中将处理对理解本发明有用的定义以及产生于本发明的考虑和观察。

晶圆的表面由前面、后面和边缘构成。晶圆的中心是其重心。

晶圆的“回归平面”是这样的平面，在该平面上，前面和后面上所有点的距离之和是最小。

晶圆的“中部区域”是所有线的中心点的数量，这些线连接定位成镜像对称于回归平面的点对，并且该点对在每种情况下一个位于前面，一个位于后面。

当这些线的长度随着前面和后面的位置而改变时，晶圆具有“基于区域的厚度缺陷”。

当中部区域偏离回归平面时，晶圆具有“基于区域的形状缺陷”。

“参考晶圆”是没有基于区域的厚度缺陷并且没有基于区域的形状缺陷的晶圆。所选择的参考晶圆也可以是在前面和后面上的位置上具有特定厚度轮廓线或特定形状轮廓线的晶圆，如果相应地，例如凸形或楔形的晶圆是通过线锯切来分割锭块所期望的目标。例如，如果凸度抵消了由于随后在前面(例如，外延层)或后面(例如，保护性氧化物)上施加支撑层而导致的形状上的变化，则凸晶圆是有利的。

“供给方向”是工件到线网的供给的方向。

晶圆的“基于区域的厚度轮廓”表示晶圆的厚度作为回归平面上的位置的函数。

晶圆的“中心线”是在中部区域中沿供给方向延伸穿过晶圆中心的线。

晶圆的“厚度轮廓”是晶圆的厚度作为中心线上的位置的函数

“切割深度”是在中心线上的位置，并且表示在切片操作期间切割口在供给方向上的范围。

晶圆的“形状轮廓”是相对于参考晶圆的中心线的路线的该中心线的路线。该中心线的路线是沿着切割深度的测量点确定的。

“平均形状轮廓”是通过对多个晶圆的形状轮廓求平均而获得的形状轮廓，其中每个形状轮廓被均等地加权以进行平均(算术平均)，或者某些晶圆的形状轮廓因它们在工件中的位置而被给予特别的加权(加权平均)。

“形状偏差”表示形状轮廓与目标形状轮廓的偏差，例如与参考晶圆的形状轮廓的偏差。

“温度轮廓”是流体温度作为切割深度的函数的过程，为了在切片操作过程中对固定轴承进行温度控制的目的，使流体流过线网的各个线引导辊的固定轴承。必要时，固定轴承的温度控制产生固定轴承的膨胀或收缩，其轴向分量会使可移动轴承移动，并且还会使相应的线引导辊沿线引导辊的旋转轴线移动。然后，线引导辊的该运动抵消了形状偏差的发展。

可以总是通过厚度轮廓和形状轮廓的组合来描述任意晶圆的形式。TTV(总厚度变化，GBIR)是一种特性，该特性识别基于区域的厚度轮廓的最大值和最小值之间的差异。翘曲是描述形状偏差的特征，并且表示在晶圆的前面方向上和晶圆的后面方向上的回归区域和中部区域之间的分别最大距离之和。弓形是另一种这样的特性，并且表示回归平面与晶圆中心中的中部区域之间的距离。描述形状上的偏差的另一个变量是波纹度。可以将其量化为波纹度指数Wav_red，并且基于波纹度轮廓来确定，该波纹度轮廓是从形状轮廓导出的。在预定长度的测量窗口内，确定特征波长，形状轮廓的测量点与回归平面之间的距离的最大值。测量窗口的起始沿切割深度从形状轮廓的测量点移动到测量点，并且对于测量窗口的每个位置重复确定最大距离。因而确定了最大值的量，相对于各个相关联的测量窗口的位置绘制，产生波纹度的轮廓，该波纹度的轮廓是相对于特征波长的切割深度的函数，即波纹度轮廓。波纹度指数Wav_red是减小的线性波纹度的量度，并表示波纹度轮廓的最大值，而忽略切割开始和结束时指定长度的区域的值。原则上，可以自由地选择特征波长和忽略区域的长度。特征波长优选为2mm至50mm，并且忽略区域的规定长度在每种情况下优选为5mm至25mm。结合将要描述的本发明的半导体晶圆，使用10mm的特征波长和在每种情况下为20mm的忽略区域的长度为基础。

上述观察涉及将直圆-圆柱形的硅锭块搭接切割成直径300毫米的晶圆。然而，它们对于有不同形状的工件以及对于磨料切割同样有效。直圆圆柱体的表面包括其圆形基底区域(第一端面)，与基底区域相等的其顶部区域(与第一端面相反的第二端面)以及其圆柱形表面(距锭块轴线的最大距离处的锭块上点的量)。直圆圆柱体具有锭块轴线，该锭块轴线垂直于基底区域和顶部区域并且穿过其中心点。沿该锭块轴线的基底区域和顶部区域之间的距离称为圆柱体的高度。

第一，观察到晶圆的厚度轮廓和形状轮廓仅彼此略有不同，并且在锭块轴线上的位置彼此靠近。在锭块轴线上具有彼此进一步去除的位置的晶圆的厚度轮廓确实相似，但是这种晶圆的形状轮廓彼此明显不同。因此，可以没有温度轮廓，如果应用该温度轮廓，则可使工件的所有晶圆的形状同时被制成平面。因此，在切片操作期间，通过取决于切割深度的工件相对于线网的位移，将仅可能获得具有近似平面形状的晶圆。

第二，观察到具有在锭块轴线上相同位置且通过立即连续切片操作获得的晶圆的形状轮廓通常仅彼此略有不同，而具有相同位置但通过切片操作(在切片操作之间进行了多次中间切片操作)而获得的晶圆，它们彼此之间偏差很大。因此，可以不存在温度轮廓，如果施加和保持该温度轮廓，将使具有相同锭块位置且源自连续切片操作的晶圆的形状在多个切片操作上保持不变。相反，温度轮廓可能必须从一个切片操作到另一个切片操作至少稍微改变，以便能够在多个切片操作上获得具有近似平面形状的晶圆。

第三，观察到通过连续的切片操作获得的相同定位的晶圆的形状轮廓的改变可以被分为恒定的、可预测的分量和非恒定的、自发分量。因此，预先计算出的温度轮廓将只能考虑该改变的恒定可预测分量，尽管应用了温度轮廓，但将发现形状上的改变会从一个切片操作到另一个切片操作而在类型和范围上波动，并且是不可预测的。

第四，观察到工件和线网的相对布置，特别是在切割插入时，即在工件与线网之间的第一次接触时，尽管在整个切片操作上也是如此，经受很大变化的热负荷和机械负荷。特别地发现，在将锯切线插入到工件内时，几千瓦的热输出被传递到工件、到线引导辊及到它们的轴承，并且在切片操作过程中，线引导辊受到有沿轴向横向方向在10kN范围内的力的机械负载的变化。

第五，观察到机械负载上的变化导致轴承中摩擦的增加，这些轴承将线引导辊连接到机器的框架上。一方面，由于轴向负载的增加，滚动体的滚动摩擦增加，另一方面，在空载状态下，由于轴承衬套的轴线相对于线引导辊的轴线倾斜，导致摩擦增加。该倾斜造成轴承衬套在套筒中的弯曲，该套筒被连接到机器的框架上，并且该轴承衬套被安装在该套筒内。该弯曲作用导致轴承衬套/套筒过渡处的发热。

因此，应该借助于在轴承衬套的外周附近起作用的冷却来利用轴承温度上的变化以及轴承的特别是在轴向方向上的相关联的膨胀至线引导辊的轴向位置的未对准，以便将升温和在轴向位置的相关联的变化降低到期望的水平。

第六，观察到线锯的线引导辊的固定轴承的升温由于增加的轴承摩擦或变形(由于弯曲作用的结果而升温)，而导致线引导辊在其轴向位置上的位置相对于机器的框架的位移。

第七，观察到线锯切产生的晶圆具有特别是在供给方向上明显的波纹度，并且实际上不可能通过线锯切之后的机加工步骤来减小横向波长在约10mm范围内的这种波纹度。因此，在这方面，完全机加工的晶圆的波纹度由线锯切本身严格决定。

在这些观察的背景下，提出了在借助于线锯的多个切片操作的过程中，提供一系列的切片操作，它们的不同之处在于规定了通过线网的各个线引导辊的固定轴承的流体温度的温度轮廓是不同的。有利地，在改变锯切系统之后，换句话说，在改变线锯的、锯切线的或冷却润滑剂的至少一个特征之后，开始序列的切片操作。例如，当已经切换了线引导辊或已经对线锯进行机械调整时，锯切系统就会有变化。序列中的第一切片操作，称为初始切割，优选地由1至5个切片操作组成。这些切片操作是根据第一温度轮廓进行的，该第一温度轮廓在将线区段接合到工件内时要求恒定的温度过程。

从初始切割的所有晶圆，或从初始切割的晶圆的基于晶圆的选择的晶圆，确定形状轮廓。通过平均从形状轮廓确定第一平均形状轮廓，其可以可选地被加权。通过从第一平均形状轮廓减去参考晶圆的形状轮廓，将第一平均形状轮廓随后与参考晶圆的形状轮廓进行比较。如果要根据第一温度轮廓进行后续的切片操作，则发现的形状偏差因此大致对应于预期的切片偏差，随后的切片操作的晶圆平均具有该预期的形状偏差。

因此，发现的形状偏差用作对于校正措施的标准，该校正措施与预期的形状偏差相反。因此，在初始切割之后的切片操作不是使用第一温度轮廓进行的，而是替代地使用第二温度轮廓进行的，该第二温度轮廓与发现的形状偏差成比例。例如，如果发现的形状偏差表明要保留的该第一温度轮廓，则将形成这样的晶圆，即该晶圆的限定切割深度处的中心线在线引导辊的轴向方向上平均偏移一定量，然后，在相应的切割深度处，第二温度轮廓提供流体的温度，该流体的温度会导致固定轴承通过热膨胀沿相反的方向以相同的量移动其相关联的线引导辊。根据第二温度轮廓，通过相应的固定轴承的温度控制来抵消否则会期望的形状偏差。因此，按照第二温度轮廓执行初始切割之后按顺序的那些切片操作，并且因此第一次切换温度轮廓。如果没有温度轮廓的进一步切换，则该顺序中的第二切片操作的数量优选为1至15个切片操作。然而，原则上，也可以使用第二温度轮廓来进行温度轮廓中第一切换之后的所有切片操作，至少直到锯切系统中有变化。

然而，特别优选的是，在初始切割之后并且使用第二温度轮廓进行的切片操作的数量被限制为至少1至5个切片操作的数量，并且使用进一步的温度轮廓进行所有的进一步切片操作，至少直到锯切系统中开始变化。在每个进一步切片操作之前，新确定该进一步的温度轮廓。

从在进一步切片操作的紧接相应当前切片操作之前的1到5个切片操作的所有晶圆中，或者在这些晶圆的基于晶圆的选择的晶圆中，或者在这些晶圆的基于切割的选择的晶圆中，或者在这些晶圆的基于晶圆的选择的晶圆和基于切割的选择的晶圆中，确定形状轮廓。在当前切片操作之前，通过平均从形状轮廓确定进一步平均形状轮廓，该平均可以可选地被加权。通过从进一步平均形状轮廓减去参考晶圆的形状轮廓，随后将该进一步平均形状轮廓与参考晶圆的形状轮廓进行比较。基于找到的形状偏差，确定进一步温度轮廓，该进一步温度轮廓与找到的形状偏差成比例。使用该进一步温度轮廓进行当前的切片操作。对于每个随后的切片操作，类似地确定进一步的温度轮廓。换句话说，在初始切割后的1至5个切片操作的次数之后，随着每个进一步的切片操作来切换温度轮廓。

通过本发明的方法制造的并且在适当的情况下在随后的机加工步骤之后制造的半导体晶圆具有抛光的前面和后面，其特征在于特别低的波纹度。

因此，本发明的另一主题是一种单晶硅的半导体晶圆，如果半导体晶圆的直径为300mm，则其包括的波纹度指数Wav_red不大于7μm，优选地不大于3μm，或者如果半导体晶圆的直径是200mm，则其包括的波纹度指数Wav_red不大于4.5μm，优选地不大于2μm。用于确定Wav_red的特征波长是10mm，并且在每种情况下在切割开始(切割接合)处和切割结束(切割脱离)处被忽略的区域的长度分别是20mm。本发明的半导体晶圆在锯切状态下，即在未抛光状态下，已经具有在所要求范围内的波纹度指数Wav_red。

优选地，单晶硅半导体晶圆包括不大于7μm的波纹度指数Wav_red和300mm的直径，或者不大于4.5μm的波纹度指数Wav_red和200mm的直径。

优选地，单晶硅半导体晶圆包括不大于3μm的波纹度指数Wav_red和300mm的直径，或者不大于2μm的波纹度指数Wav_red和200mm的直径。

根本地，本发明的方法与制成工件的材料无关。然而，该方法特别适合于切割半导体材料的晶圆，并且优选地用于切割单晶硅的晶圆。相应地，工件优选具有直圆圆柱的形状，其具有至少为200mm的直径，优选至少为300mm的直径。然而，也可以考虑其他形状，例如长方体的或直棱柱的形状。该方法也与线锯的线引导辊的数量无关。除了在它们之间拉伸线网的两个线引导辊之外，还可以设置一个或多个另外的线引导辊。

在切片操作过程中，通过磨蚀切割或者搭接切割来完成晶圆的切割，在磨蚀切割中，向线区段供给冷却润滑剂，该冷却润滑剂不含磨蚀地作用在工件上的物质；在搭接切割中，向线区段供给由硬质物质的浆料构成的冷却润滑剂。在磨蚀切割的情况下，硬质物质优选地由金刚石构成并且通过电镀结合或通过使用合成树脂的结合或通过形状配合结合而被固定在锯切线的表面上。在搭接切割的情况下，硬质物质优选地由碳化硅构成并且优选地在乙二醇或油中成浆料。锯切线优选地具有70μm至175μm的直径，并且优选由过共析珠光体钢构成。此外，锯切线可以沿着其纵向轴线在垂直于纵向轴线的方向上设置有多个突起和凹陷。

此外，优选地，在切片操作期间，锯切线被以连续顺序的成对的方向反转来移动，其中每对方向反转包括锯切线在第一纵向线方向上的通过第一长度的第一移动和锯切线在第二纵向线方向上的通过第二长度的第二、随后移动，第二纵向线方向与第一纵向线方向相反，并且第一长度大于第二长度。

优选地，锯切线在以第一长度被移动时从第一线材沿纵向线方向以第一张力被供给到线网，并且锯切线在以第二长度被移动时从第二线材沿纵向线方向以第二张力被供给到线网，其中第二张力小于第一张力。

下面参考附图阐明本发明的细节。

附图说明

图1以透视图示出了线锯的典型特征。

图2示出了通过线引导辊及其安装的截面图。

图3示出了未根据本发明生产的晶圆的形状轮廓和波纹度轮廓(上部图)，以及在非本发明切片操作期间采用的温度轮廓(下部图)。

图4示出了根据本发明生产的晶圆的形状轮廓和波纹度轮廓(上部图)，以及在本发明实施的切片操作期间采用的温度轮廓(下部图)。

图5是根据本发明生产的晶圆的示意图。

附图标记列表

1 线引导辊

2 线网

3 锯切线

4 工件

5 固定轴承

6 可移动轴承

7 机器的框架

8 覆盖件

9 沟道

10 控制单元

11 可移动轴承的运动方向

12 形状轮廓

13 波纹度轮廓

14 温度轮廓

15 温度轮廓

16 形状轮廓

17 波纹度轮廓

18 温度轮廓

19 温度轮廓

20 切割接合区域

21 切割脱离区域

22 切割接合区域

23 切割脱离区域

24 13的内部子区域中的最大值

25 晶圆。

具体实施方式

图1示出线锯的典型特征。它们包括至少两个线引导辊1，该至少两个线引导辊承载由锯切线3的线区段构成的线网2。为了将晶圆切片，沿箭头所示的供给方向将工件4抵靠线网2供给。

如图2中所示，线引导辊1被安装在固定轴承5和可移动轴承6之间。固定轴承5和可移动轴承6被支撑在机器的框架7上。线引导辊1承载覆盖件8，该覆盖件设有凹槽，锯切线3在凹槽中行进。固定轴承5包括沟道9，流体通过该沟道9经过以用于固定轴承5的温度控制。如果流体的温度升高，则固定轴承5的热膨胀产生线引导辊1的沿可移动轴承6的方向的轴向位移，并且可移动轴承6沿线引导辊的轴线相对于机器框架7的(用双箭头11标记的)方向移动。如果流体的温度降低，则线引导辊1和可移动轴承6产生的位移沿相反方向。根据本发明，通过温度轮廓来规定流体的温度作为切割深度的函数，并且在许多切片操作的过程中，温度轮廓至少被改变一次。与热交换器和泵连通的控制单元10确保当达到一定的切割深度时，经过固定轴承5的流体具有由相应温度轮廓所要求的温度。

发明和比较实例

下面使用非发明的比较实例(图3)和发明的实例(图4)来说明本发明。

图3在上半部分示出了在切割深度(D.O.C)上直径为300mm的单晶硅的通过线搭接切割(wire lap cutting)而切片的半导体晶圆的形状轮廓12。切割操作使用直径175μm的钢丝线在大约13小时的期间进行，使用平均颗粒尺寸约为13μm的碳化硅(SiC)(FEPA F-500)在二丙二醇载液中制成浆料。在切割过程中，用于固定轴承的冷却的温度保持恒定值，该恒定值是从先前的切割操作确定的，非常适合于获取极平坦的半导体晶圆。图3的下部图示出了承载该线网的两个线引导辊中的左侧固定轴承的冷却水温度的(作为切割深度的函数的)温度轮廓14(TL＝左侧温度；实线)和右侧固定轴承的相应的冷却水温度的温度轮廓15(TR＝右侧温度；虚线)。

该下部图中两个水平框格线之间的距离为1℃。因此，实际上，温度被保持非常恒定，目标/实际偏差小于0.1℃。然而，在该比较实例中获得的对于半导体晶圆的形状轮廓12(S＝形状(轮廓)；实线)非常不平坦。特别地，半导体晶圆在切割接合区域20中(换句话说，在切割深度的前10％内)表现出严重的变形，该变形被称为切割接合波纹，并且在切割脱离范围21中(换句话说，在切割深度的最后大约10％内)表现出严重的变形，该变形称为切割脱离波纹。波纹度轮廓13(W＝波纹度；虚线)示出了在切割接合区域20中和切割脱离区域21中的严重偏离，该波纹度轮廓13从形状轮廓12导出并且描绘了沿着切割深度移动的测量窗口内的半导体晶圆的变形的差异量。

图4在上部图中示出了用本发明的方法切片的半导体晶圆的形状轮廓16及其导出的波纹度轮廓17，在下部图中示出了承载该线网的线引导辊的左侧和右侧固定轴承的温度轮廓18和19。为了生产具有根据图4的特性的半导体晶圆：按照图3的下半部分，首先使用恒定温度轮廓进行五个切片操作，对每个切片操作得到的半导体晶圆的形状轮廓在抽查的基础上(从锭块的开始到末端，每第15个半导体晶圆)被平均，而忽略与锭块的每个端面相邻的半导体晶圆的形状轮廓(基于晶圆的选择)，然后在五个切片操作上平均每个切片操作的得到的基于晶圆的平均形状轮廓(基于切割的选择)。

所得的基于晶圆和基于切割的平均形状轮廓乘以预先通过实验确定的机器特定常数(以℃/μm为单位)，该常数表示随着固定轴承的温度变化(以℃为单位)形状轮廓变化的灵敏度(以μm为单位)，以给出依赖于切割深度的固定轴承温度控制的第一、非恒定温度轮廓，并使用该轮廓进行进一步的切片操作。该操作产生具有基于晶圆的平均形状轮廓的半导体晶圆，该半导体晶圆已经比采用恒定温度轮廓的前五个切片操作的基于晶圆和基于切割的平均形状轮廓明显更平坦。因为用于该切片操作的控制变量(即第一、非恒定温度轮廓)是通过回归到恒定温度轮廓而获得的，所以也可以将该温度轮廓的应用称为回归反馈控制。

最后，采用温度轮廓进行切片操作，该切片操作产生的半导体晶圆的形状轮廓由图4的上部图示出，该温度轮廓是从先前切片操作基于晶圆的平均形状轮廓与参考晶圆的形状轮廓的偏差计算出的。该进一步的温度轮廓在图4的下部图中示出。在切割接合区域22中，在切割深度的前10％内，温度轮廓呈现出显著升高的温度，并且在切割脱离区域23中，在切割深度的最后大约10％内，温度轮廓呈现出显著降低的温度，结果是，与图3的上部图一致，在切割接合区域20中的切割接合波纹和在切割脱离区域21中的切割脱离波纹没有被观察到。

因为控制变量(即进一步的温度轮廓)与先前切片操作的区别仅在于对应于先前切片操作之前的切片操作的基于晶圆的平均形状轮廓与先前切片操作的基于晶圆的平均形状轮廓之间的差异(增量)上的变化，进一步的温度轮廓的应用也可以被指定为增量反馈控制。

用于计算温度轮廓的机器特定常数(machine-specific constant)表示当固定轴承温度被升高或降低一摄氏度时，改变形状轮廓的微米数，并且由冷却效率–例如，由供给温度–以及由供给冷却水的热交换器的冷却性能，以及由冷却水流的通量(横截面)来决定。鉴于所有这些变量都受到波动的影响，而且对于每个线锯来说都是特定的，因此只能在相当不准确的情况下确定机器特定常数。

机器特定常数的符号由半导体晶圆的两侧中的哪一侧定义为前面而哪一侧为后面来规定。在本实例中，半导体材料的锭块总是沿线引导辊固定轴承的方向利用籽端(对于具有两个端面的锭块，在生产锭块期间其位置更靠近单晶籽晶的端面)来定向，其第二端面沿可移动轴承的方向定向，并且将半导体晶圆的前面指定为指向籽端的表面，半导体晶圆的后面为远离籽端指向的半导体晶圆表面。与图3和图4中的表示一致，半导体晶圆的前面向上指，而其后面向下指。在该布置中，用于将平均形状轮廓转换为温度轮廓的符号为负。在线锯中的锭块的相反定向的情况下，机器特定常数将为正。

于是，特别是根据本发明的增量调节的特定效率是，不必精确地知道机器特定常数，因为增量调节的基本量是朝目标收敛的(参考晶圆的形状轮廓)，前提是比例因子(即机器特定常数)被选择得不会过高。如果它太高，则该调节将振荡并且将不会按照期望收敛。因此，即使仅具有该常数的估计值，前提是该估计值就数量而言过小，则在几个切片操作过程中获得的半导体晶圆也总是具有非常平坦的形状轮廓。

因此，对于不同的线锯，尤其可以针对机器特定常数，采用相同的估计值，优选地，具有在0.2至5μm/℃范围内的量的常数。如所描述的，机器特定常数的符号由关于半导体晶圆的前面和后面相对于安装在线锯中的锭块指向的方向的确定来规定。于是，具有不同实际常数的线锯之间的差异仅在于收敛的速率，而不在于半导体晶圆的可达到的平面平行的程度。现在，它们的残余不均匀性仅由从一个切片操作到另一切片操作的相应的切片操作中不可预测的波动(噪声变量)来确定。

波纹度指数Wav_red是从晶圆的形状轮廓开始确定的，以下面解释的方式，使用图3中的形状轮廓12和图4中的形状轮廓16作为示例。根据这样的形状轮廓，即，在具有特征波长为10mm的测量窗口内，沿切割深度(D.O.C)的方向，确定测量窗口内形状轮廓的最大值和最小值之间的差异量。测量窗口的起始位置沿着切割的深度一点一点地规定到形状轮廓的每个测量点，并且针对这些位置中的每个位置确定差异量。将由此获得的差异量绘制为切割深度的函数，测量窗口的起始的位置指示相应的切割深度。因此，获得了波纹度轮廓，例如由图3中的曲线13和图4中的曲线17来表示。波纹度指数Wav_red是由波纹度轮廓确定的，方法是在切割开始和切割结束时都忽略长度在20mm内的差异量的值，并从剩余的差异量值中定义最大值为波纹度指数Wav_red。

相应地，从图3中的形状轮廓12的形状S开始，未根据本发明生产的半导体晶圆的波纹度指数Wav_red约为12μm，对应于波纹度轮廓13的波纹W的最大值24，并考虑了4μm的纵网格间距。从图4中的形状轮廓16开始，根据本发明生产的半导体晶圆的波纹度指数Wav_red约为3μm，对应于波纹度轮廓17的波纹W的最大值，并考虑了4μm的纵网格间距。

图5示意性地示出根据本发明生产的单晶硅的半导体晶圆25，如果半导体晶圆25的直径为300mm，则其包括的波纹度指数Wav_red不大于7μm，优选地不大于3μm，或者如果半导体晶圆25的直径是200mm，则其包括的波纹度指数Wav_red不大于4.5μm，优选地不大于2μm。

示意性实施例的以上描述应被认为是示例性的。因此，进行的公开首先使得技术人员能够理解本发明及其相关的优点，其次，在技术人员的理解范围内，还包括对所描述的结构和方法的明显变更和修改。因此，所有这样的变更和修改以及等同形式也应由权利要求的保护范围覆盖。

Claims (19)

1.一种在多个切片操作期间借助于线锯从工件切下多个晶圆的方法，该线锯包括在两个线引导辊之间拉伸的锯切线的移动线区段的线网，该线引导辊中的每个被安装在固定轴承和可移动轴承之间，所述方法包括，

在该切片操作中的每个期间，在存在工作流体的情况下，在存在硬质物质的情况下，抵靠该线网沿着供给方向供给该工件中的一个，该硬质物质磨蚀地作用在该工件上；

在该切片操作期间，根据温度轮廓对各个线引导辊的该固定轴承进行温度控制，该温度轮廓要求温度作为切割深度的函数；

在该切片操作过程中，该温度轮廓从具有恒定温度过程的第一温度轮廓到第二温度轮廓的第一切换，该第二温度轮廓与第一平均形状轮廓和参考晶圆的形状轮廓的差成比例，从根据该第一温度轮廓已经切下的晶圆确定该第一平均形状轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法，包括，

将该温度轮廓进一步切换到进一步温度轮廓，该进一步温度轮廓与先前切片的晶圆的进一步平均形状轮廓和该参考晶圆的形状轮廓的差成比例，该先前切片的晶圆源自至少1至5个切片操作，该至少1至5个切片操作紧接在当前切片操作之前。

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括在该切片操作中的第一个期间使用该第一温度轮廓，该切片操作中的第一个发生在该线锯的、该锯切线的或该工作流体的至少一个特征改变之后。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括在晶圆的基于晶圆选择的基础上确定该第一平均形状轮廓和该进一步平均形状轮廓。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括在晶圆的切割相关选择的基础上确定该进一步平均形状轮廓。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括在晶圆的基于晶圆选择的和基于切割选择的基础上确定该进一步平均形状轮廓。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，包括在晶圆的形状轮廓的加权平均的基础上确定该第一平均形状轮廓和该进一步平均形状轮廓。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中该锯切线是过共析珠光体钢丝线。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中该锯切线具有70μm至175μm的直径。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中该锯切线沿着纵向线轴线在垂直于该纵向线轴线的方向上设有多个突起和凹陷。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括在该切片操作期间，向该线区段供给冷却润滑剂作为工作流体，其中硬质物质由金刚石构成并且通过电镀结合、通过合成树脂结合或通过形状配合结合而被固定在该锯切线的表面上，并且该冷却润滑剂不含磨蚀地作用在该工件上的物质。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括在切片操作期间，向该线区段供给硬质物质在乙二醇或油中的浆料形式的工作流体，其中该硬质物质由碳化硅构成。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，包括以连续顺序的成对的方向反转来移动该锯切线，其中每对方向反转包括该锯切线在第一纵向线方向上的通过第一长度的第一移动和该锯切线在第二纵向线方向上的通过第二长度的第二、随后移动，该第二纵向线方向与该第一纵向线方向相反，并且该第一长度大于该第二长度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中该锯切线在以该第一长度移动期间从第一线材沿该纵向线方向以第一张力被供给到该线网，并且该锯切线在以该第二长度移动期间从第二线材沿该纵向线方向以第二张力被供给到该线网，其中该第二张力小于该第一张力。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中该工件由半导体材料构成。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中该工件具有直棱柱的形式。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中该工件具有直圆圆柱体的形式。

18.一种单晶硅半导体晶圆，其包括不大于7μm的波纹度指数Wav_red和300mm的直径，或者不大于4.5μm的波纹度指数Wav_red和200mm的直径。

19.根据权利要求18所述的半导体晶圆，其包括不大于3μm的波纹度指数Wav_red和300mm的直径，或者不大于2μm的波纹度指数Wav_red和200mm的直径。

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