CN112060378B - 一种ic用大直径硅切片金刚线切割工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金刚线切割技术领域，特别涉及一种IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，采用多线切割装置进行切割，将晶棒悬挂于线网正上方，设置金刚线线速度、线加速度为、台速等参数后开始切割。本发明将金刚线切片应用于IC用大直径硅切片，找到了适用于IC用大直径硅切片的切割工艺，提高了金刚线切割半导体大直径硅切片切割质量，实现IC用大直径硅切片金刚线对砂浆切割的切割方式迭代。
Description
技术领域
本发明属于金刚线切割技术领域，具体地说涉及一种IC用大直径硅切片金刚线切割工艺。
背景技术
集成电路用大直径硅切片广泛的应用于大规模以及超大规模集成电路领域，主要用于生产高端芯片。早期半导体晶圆切片主要采用外圆刀刃式切片机和内圆切片机，这两种切片方式单次只能加工一片晶圆片，效率低下且切割损耗大、加工精度低。
随着IC工艺、技术的不断发展，为了提高硅切片的加工精度、减少切口材料的损耗及提高生产效率。目前在大直径硅单晶棒切片加工中已广泛采用砂浆线切割系统来加工硅切片，但是尚未实现金刚线切割。砂浆切割采用游离磨料切割，主要有以下缺点：
1)游离磨料切割力低，导致砂浆切片效率低下；
2)砂浆切割采用油基切割液与SiC混合切割，极易造成环境污染后期处理难度较大成本较高；
3)用线量大，单片切割成本高；
4)砂浆切割损伤层高，硅切片检测指标波动较大；
由于大直径硅片切割过程中切割直径较大，砂浆切割由于砂浆液为有机切割液，黏度较大、钢线容易带液，虽然采用固定喷淋管可以满足切割散热需求，但是金刚线切割使用水基切割液，切割液黏度较低，使用固定喷淋管已无法满足金刚线切割需求。另外，由于切割方式的改变，由游离磨料变成固结磨料切割，现有砂浆切割工艺完全不适用于金刚线切割工艺。
发明内容
针对现有技术的种种不足，现提出能够提高硅棒加工效率的一种IC用大直径硅切片金刚线切割工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，采用多线切割装置进行切割，所述多线切割装置包括第一切割辊、第二切割辊和从动辊。所述第一切割辊、第二切割辊和从动辊呈三角形分布，且三者均开有线槽，线槽里布满线网；所述线网上方设有喷淋装置，喷淋装置旁设有喷淋跟随装置，所述喷淋跟随装置用来使所述喷淋装置沿线网方向左右移动。
所述切割工艺包括以下步骤：
S1、将晶棒、树脂板和工件板粘接在一起，通过工件台将粘接好的晶棒悬挂于线网正上方，晶棒处于切割零点处；
S2、设置工作台进给台速：设置入刀阶段金刚线线速度为600m/min-700m/min、线加速度为3m/s2-5m/s2、台速为400μm/min-500μm/min；设置恒定台速阶段台速为入刀阶段结束时的工作台进给速度；设置收刀阶段工作台进给速度为400μm/min-450μm/min、线速度为800m/min-900m/min；
S3、设置晶棒摇摆角度：设置摇摆速度线性拉升阶段的摇摆角度从0°线性增加到8°，设置恒定摇摆速度阶段的摇摆角度为8°，设定摇摆速度线性降低阶段摇摆角度从8°线性减低为0°；
S4、开始切割：将晶棒从-0.5mm的位置以步骤S4设置的入刀台速下压，线网以往复切割的方式对晶棒进行切割，直至切割完成。
进一步地，步骤S2中所述切割液为分散剂和消泡剂复配，将切割液添加进供液缸里，用RO纯水稀释，切割液：RO纯水的添加体积比为2：250，得到稀释后的切割液，设置稀释后的切割液流量为90L/min。
进一步地，步骤S3中，还要设定切割轴主轴长度不大于500mm，设定切割辊主轴模拟切割径向位移不大于20μm，设定工件台300mm进给直线度为4μm，设置工件板轴向与线网垂直，角度偏差小于3分(即0.05°)。
进一步地，步骤S1中，采用树脂胶将晶棒、树脂板和工件板粘接在一起。
进一步地，在进行步骤S2之前，调整喷淋装置的位置和高度，使喷淋装置的整溢流管下端距离线网2.5-4mm，然后更换切割设备的过滤袋，给设备添加切割液。
进一步地，所述切割液为分散剂和消泡剂复配，将切割液添加进供液缸里，用RO纯水稀释，切割液：RO纯水的添加体积比为2：250，得到稀释后的切割液，设置稀释后的切割液流量为90L/min。
进一步地，在进行步骤S2之前，给设备添加完切割液后，设定切割室温度、切割液温度和切割轴轴承箱温度均为18℃～22℃。
进一步地，在进行步骤S2之前，温度设定完后，设定切割轴主轴长度不大于500mm，设定切割辊主轴模拟切割径向位移不大于20μm，设定工件台300mm进给直线度为4μm，设置工件板轴向与线网垂直，角度偏差小于3分。
进一步地，步骤S4中，切割过程使用金刚线线径为110μm。
进一步地，步骤S4中，切割过程中每一个循环周期晶棒的工艺线痕纹路设定为0.6-0.9mm。
进一步地，步骤S4中，切割完成后的退刀阶段，将切割液均匀喷洒在树脂板和晶棒的交界处。
进一步地，步骤S4中，切割完成后的退刀阶段，设置退刀台速为20-50mm/min、线速为3-5m/min。
本发明的有益效果是：
1)将金刚线切片应用于IC用大直径硅切片，找到了适用于IC用大直径硅切片(圆片)的切割工艺，并提高了金刚线切割半导体大直径硅切片切割质量，实现IC用大直径硅切片金刚线对砂浆切割的切割方式迭代。
2)采用工件摇摆设定和喷淋跟随装置配合，可以大大提高切割过程中的钢线带液效率，增加切割液冷却效果，解决大直径晶棒金刚线切割过程中的散热问题，提高硅片质量，金刚线切片warp降低到10μm以下。
3)控制切割过程中的工艺线痕纹路，保持晶片表面纹路的均匀性，提高表面质量，表面粗糙度小于2μm。
4)设定适用于IC用大直径硅切片圆片的工作台进给台速和硅棒摇摆角度，首次将台速变化与硅棒切除量建立关系，引入硅棒摇摆用于切割大尺寸晶棒，增加了切割效率和硅片表面质量，将晶棒TTV控制在15μm以下。
5)控制切割室温度、切割液温度和切割轴轴承箱温度，提高了金刚线切割IC用大直径硅切片的稳定性。
附图说明
图1是本发明硅棒切割示意图；
图2是本发明工作台速度变化示意图；
图3是本发明工件摇摆角度示意图。
附图中：1-第一切割辊、2-第二切割辊、3-从动辊、4-晶棒、5-工件板、6-树脂板、7-喷淋跟随装置、8-喷淋装置、9-线网。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施方式中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
本发明的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，采用图1所示多线切割装置进行切割，该多线切割装置包括第一切割辊1、第二切割辊2和从动辊3，第一切割辊1、第二切割辊2、从动辊3呈三角形分布。两个切割辊和从动辊3上均开有线槽且布满线网9。金刚线沿第一切割辊1的进线端进线，沿线槽将两个切割辊和从动辊3布满，并从第二切割辊2的出线端出现。
金钢线从进线端和出线端出来以后，经过小导轮与金刚线收放线控制装置相连，金刚线控制装置用来控制金刚线的进出线，以控制金刚线的线运行速度、加减速和线张力。
切割时会产生大量的热量，由喷淋装置8向下喷切割液，以达到冷却金刚线、硅块和硅片的目的，在喷淋装置8旁设置喷淋跟随装置7，随着切割的进行，可以使所喷淋的切割液始终喷在线网9和晶棒4的交界处。
本发明的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，包括以下步骤：
1)采用AB型环氧树脂胶将晶棒4、树脂板6和工件板5粘接在一起，然后通过工件台将粘接好的晶棒悬挂于线网9正上方，晶棒处于切割零点处，本实施例切割零点为晶棒刚刚接触线网的位置。
2)调整喷淋装置8的位置和高度，使喷淋装置8的整溢流管下端距离线网2.5-4mm，本实施例优选为2.5mm处；另外，由于设置喷淋跟随装置7，可以使喷淋装置8沿线网方向左右移动，切割过程中随着晶棒切割直径的变化，使切割液始终喷淋在线网9和晶棒4的交界处，可大大增加线网带液能力，提高冷却效率，解决了大直径晶棒金刚线切割过程中的散热问题，提高硅片质量，金刚线切片warp降低到10μm以下。
3)更换切割设备的过滤袋，所用过滤袋目数为80目；设备添加切割液，多线切割设备设置有供液缸，供液缸内装有250升RO纯水，此处添加切割液就是给供液缸里边的RO纯水加切割液，切割液为分散剂和消泡剂复配，且切割液：RO纯水为2：250，用RO纯水把切割液稀释。
切割时，由供液泵将稀释后的切割液打到喷淋装置8内，再由喷淋装置8把稀释后的切割液导流到线网上。，且稀释后的切割液流量设定为90L/min。
4)设定切割室温度、切割液温度、切割轴轴承箱温度均为18℃～22℃，且温度波动均控制在±0.5℃；设定切割轴主轴长度不大于500mm，设定切割辊主轴模拟切割径向位移不大于20μm，设定工件台300mm进给直线度4μm，即工件台纵向直线进给300mm，横向偏差小于4μm，设置工件板轴向与线网垂直，角度偏差小于3分(即0.05°)。
5)设置工作台进给台速
如图2所示，从切割开始至切割结束，工作台进给台速(后简称“台速”)变化分为4个阶段，分别为入刀阶段、恒定台速阶段、主切割阶段和收刀阶段。
入刀阶段即切割开始第一个循环，设置入刀阶段金刚线线速度为600m/min-700m/min、线加速度为3m/s2-5m/s2、台速为400μm/min-500μm/min、送线量900m-1400m，此阶段结束前硅棒摇摆角度为0，入刀阶段结束硅棒进给1mm-2mm。
恒定台速阶段为入刀阶段结束后台速恒定切割的阶段，本阶段台速按照入刀阶段设定的台速值恒定不变，恒定台速阶段结束，硅棒进给量5-10mm。
主切割阶段为恒定台速阶段结束后、收刀阶段开始前的阶段，此阶段台速数值变化正比于晶棒切除量的变化，具体为，设台速为T，晶棒直径为R，比例系数为k，工作台进给位置为L(进给位置对应晶棒不同的切除量变化)，则
台速先减小再增大。
收刀阶段是在切割结束前，工作台进给剩余25mm时，台速恢复恒定，台速降低为400μm/min-450μm/min，线速度降低为800m/min-900m/min。
6)设置晶棒摇摆角度：
硅块切割开始时，由设置于切割辊上方的晶棒进给装置将待切割晶棒置于两根切割辊中间的金刚线上方。
晶棒进给装置自带工件摇摆装置，摇摆的轴心和切割晶棒轴心重合。工件摇摆装置可以实现晶棒在切割过程中，绕着自身中心轴线以一定角度左右摇摆，实现切割过程硅棒和钢线的接触面由线接触变为点接触。
如图3所示，从切割开始至切割结束，硅棒摇摆角度变化分为3个阶段：摇摆角度线性拉升阶段、恒定摇摆角度阶段和摇摆角度线性较低阶段。
摇摆速度线性拉升阶段从切割开始的摇摆角度从0°线性增加到8°，此阶段硅棒进给8-10mm。
恒定摇摆速度阶段为摇摆速度线性拉升达到最大之后摇摆角度恒定不变的阶段，此阶段进给摇摆角度保持不变，摇摆角度为8°。
摇摆速度线性降低阶段为恒定摇摆速度阶段结束至切割结束的阶段，此阶段处在切割结束前工艺进给剩余15-20mm，摇摆角度从8°线性减低为0°。
7)开始切割：切割开始后晶棒从-0.5mm的位置以设定好的入刀台速逐渐下压，此处，设定晶棒刚刚接触线网的位置为切割零点，-0.5mm位置是指晶棒位于线网上方0.5mm的位置。线网以往复切割的方式对晶棒进行切割，切割过程使用金刚线线径为110μm。
切割过程为往复切割，先从进线端进新线X米，然后再从出线端回线Y米，且X＞Y，一次送线和一次回线称为一个循环周期，X-Y为单步周期耗线。每一个循环周期晶棒进给距离称为工艺线痕纹路，本实施例工艺线痕纹路设定为0.6-0.9mm，可以有效保持晶片表面纹路的均匀性、提高表面质量，使晶片表面粗糙度小于2μm。
8)切割完成后，开始退刀，将切割液均匀喷洒在树脂板6和晶棒4的交界处，使切割液可以沿着切割缝自然流下，退刀台速控制在20-50mm/min、线速控制在3-5m/min，退刀结束后，将硅切片进行脱胶清洗以及甩干处理。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (7)
1.一种IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，采用多线切割装置进行切割，所述多线切割装置包括第一切割辊(1)、第二切割辊(2)和从动辊(3)；所述第一切割辊(1)、第二切割辊(2)和从动辊(3)呈三角形分布，且三者均开有线槽，线槽里布满线网(9)；所述线网(9)上方设有喷淋装置(8)，喷淋装置旁设有喷淋跟随装置(7)，所述喷淋跟随装置(7)用来使所述喷淋装置(8)沿线网方向左右移动；
其特征在于，所述切割工艺包括以下步骤：
S1、将晶棒、树脂板和工件板粘接在一起，通过工件台将粘接好的晶棒悬挂于线网正上方，晶棒处于切割零点处；
S2、设置工作台进给台速：设置入刀阶段金刚线线速度为600m/min-700m/min、线加速度为3m/s2-5m/s2、台速为400μm/min-500μm/min；设置恒定台速阶段台速为入刀阶段结束时的工作台进给速度；设置收刀阶段工作台进给速度为400μm/min-450μm/min、线速度为800m/min-900m/min；
S3、设置晶棒摇摆角度：设置摇摆速度线性拉升阶段的摇摆角度从0°线性增加到8°，设置恒定摇摆速度阶段的摇摆角度为8°，设定摇摆速度线性降低阶段摇摆角度从8°线性减低为0°；
S4、开始切割：将晶棒从-0.5mm的位置以步骤S2设置的入刀台速下压，线网以往复切割的方式对晶棒进行切割，直至切割完成；
切割过程中每一个循环周期晶棒的工艺线痕纹路设定为0.6-0.9mm；
切割完成后的退刀阶段，将切割液均匀喷洒在树脂板和晶棒的交界处；
切割完成后的退刀阶段，设置退刀台速为20-50mm/min、线速为3-5m/min。
2.根据权利要求1所述的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，其特征在于，步骤S1中，采用树脂胶将晶棒、树脂板和工件板粘接在一起。
3.根据权利要求2所述的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，其特征在于，在进行步骤S2之前，调整喷淋装置的位置和高度，使喷淋装置的溢流管下端距离线网2.5-4mm，然后更换切割设备的过滤袋，给设备添加切割液。
4.根据权利要求3所述的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，其特征在于，所述切割液为分散剂和消泡剂复配，将切割液添加进供液缸里，用RO纯水稀释，切割液：RO纯水的添加体积比为2：250，得到稀释后的切割液，设置稀释后的切割液流量为90L/min。
5.根据权利要求2所述的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，其特征在于，在进行步骤S2之前，给设备添加完切割液后，设定切割室温度、切割液温度和切割轴轴承箱温度均为18℃～22℃。
6.根据权利要求5所述的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，其特征在于，在进行步骤S2之前，温度设定完后，设定切割轴主轴长度不大于500mm，设定切割辊主轴模拟切割径向位移不大于20μm，设定工件台300mm进给直线度为4μm，设置工件板轴向与线网垂直，角度偏差小于3分。
7.根据权利要求1所述的IC用大直径硅切片金刚线切割工艺，其特征在于，步骤S4中，切割过程使用金刚线线径为110μm。
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