CN112372862A - 晶棒工件板及晶棒切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶棒工件板及晶棒切割方法。使用时，树脂条固定于晶棒工件板上，晶棒工件板和树脂条的长度方向均与晶棒的长度方向一致，晶棒工件板的宽度大于树脂条的宽度，且小于晶棒的直径，晶棒工件板的两侧沿晶棒工件板的长度方向间隔设置有多个开孔；晶棒工件板内部还设置有冷却通道，冷却通道沿晶棒工件板的长度方向延伸，多个开孔与冷却通道相连通，开孔的孔径小于冷却通道的直径；在对晶棒进行线切割的过程中，向冷却通道内通入砂浆，砂浆流经多个开孔后顺着晶棒表面流下，以在完成晶棒切割的过程中通过砂浆带走晶棒上部的热量。本发明可以有效减少晶棒各个部位的温差，有助于减少切割过程中产生的翘曲，有助于提高切割质量。

Description

晶棒工件板及晶棒切割方法
技术领域
本发明涉及硅晶圆制造领域，特别是涉及一种晶棒工件板及晶棒切割方法。
背景技术
晶圆是半导体芯片制造过程中最基础也是重要的原材料之一，其制造过程通常包括将多晶硅料通过CZ(Czochralski，直拉单晶法)法拉制成高品质的单晶硅棒的拉晶步骤、将单晶硅棒分割成多段单晶硅棒，同时进行单晶硅棒外径的研磨和加工notch槽的滚磨分段步骤、将单晶硅棒进行分割成硅片的切割步骤，以及通过研磨提高硅片表面平坦度的步骤等。
目前300mm硅片的主流切割技术为线切割。线切割是通过协同导轮、钢线、砂浆、温度作用等来切割晶棒的方法。砂浆是线切割过程中非常重要的一种材料，砂浆的密度、黏度及均匀性等均会影响晶棒切割质量。线切割过程中，通过浆料冷却切割位置以达到带走切割时产生的热量为目的。但现有技术中，由于工件板结构上的缺陷，导致砂浆在晶棒上的分布不合理，使得晶棒切割时产生的热量不能及时被砂浆完全带走，会有部分热量通过晶棒向晶棒未切割部分转移；而由于晶棒裸露在空气中，未进行冷却等降温措施，导致晶棒未切割部分温度最高可达70℃，故而切割部分和未切割部分产生较大的温度偏差，这种温度偏差会导致切割出的晶圆产生较大翘曲(warp)，导致切割良率下降。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶棒工件板及晶棒切割方法，用于解决现有技术中，由于工件板结构上的缺陷，导致砂浆在晶棒上的分布不合理，使得晶棒切割时产生的热量不能及时被砂浆完全带走，会有部分热量通过晶棒向晶棒未切割部分转移，切割部分和未切割部分产生较大的温度偏差，这种温度偏差会导致切割出的晶圆产生较大翘曲(warp)，导致切割良率下降等问题。
为实现上述目的，本发明提供一种晶棒工件板，使用时，待切割的晶棒粘贴于树脂条上，树脂条固定于所述晶棒工件板上，晶棒工件板和树脂条的长度方向均与晶棒的长度方向一致，所述晶棒工件板的宽度大于所述树脂条的宽度，且小于所述晶棒的直径，所述晶棒工件板的两侧沿所述晶棒工件板的长度方向间隔设置有多个开孔；所述晶棒工件板内部还设置有冷却通道，所述冷却通道沿所述晶棒工件板的长度方向延伸，所述多个开孔与所述冷却通道相连通，所述开孔的孔径小于所述冷却通道的直径；在对晶棒进行线切割的过程中，向所述冷却通道内通入砂浆，砂浆流经所述多个开孔后顺着晶棒表面流下，以在完成晶棒切割的过程中通过砂浆带走晶棒上部的热量。
可选地，所述冷却通道在所述晶棒工件板内蜿蜒分布。
可选地，所述晶棒工件板的宽度与树脂条的宽度的差异为1～5cm。
可选地，所述晶棒工件板的宽度与晶棒直径的比为7/15～1/2。
更可选地，待切割晶棒的直径为300mm，所述晶棒工件板的宽度为140～150mm。
可选地，所述开孔均匀间隔分布，开孔之间的间距为8～20mm，所述开孔的孔径为1.5～3mm。
可选地，所述晶棒工件板的前端和后端形成有凸台，所述凸台背离所述晶棒工件板与所述树脂条相贴置的表面，其中，前端和后端是指与所述晶棒工件板的长度方向相垂直的两端。
本发明还提供一种晶棒切割方法，所述晶棒切割方法包括将待切割的晶棒通过树脂条贴置于如上述任一方案中所述的晶棒工件板上，在对晶棒进行线切割的过程中向所述晶棒工件板的冷却通道内通入砂浆，砂浆流经晶棒工件板的多个开孔后顺着晶棒表面流下，以在完成晶棒切割的过程中通过砂浆带走晶棒上部的热量。
如上所述，本发明的晶棒工件板及晶棒切割方法，具有以下有益效果：本发明对晶棒工件板的宽度重新进行优化设计，并在晶棒工件板上设置多个开孔，开孔与冷却通道相连通，在晶棒切割过程中向冷却通道内通入砂浆，砂浆经开孔在晶棒工件板内流动后流到晶棒表面，在冷却晶棒工件板的同时，砂浆完全包裹着晶棒顺着晶棒流下，带走晶棒上部的热，起到对晶棒整体进行冷却的作用，可以有效减少晶棒各个部位的温差，有助于减少切割过程中产生的翘曲，有助于提高切割质量。
附图说明
图1显示为晶棒工件板、晶棒和树脂条的位置关系示意图
图2显示为本发明提供的晶棒工件板的结构示意图。
图3显示为本发明提供的晶棒工件板内的冷却通道的一例示性结构示意图。
图4显示为采用本发明的晶棒工件板进行晶棒切割的一例示图。
图5显示为采用现有技术和本发明提供的晶棒工件板分别切割出的硅片翘曲度的箱线图。
元件标号说明
11 晶棒工件板
111 开孔
112 冷却通道
12 晶棒
13 树脂条
14 喷嘴
15 驱动装置
16 切割线
17 线辊
18 砂浆缸
19 回收装置
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
目前300mm硅片的主流切割技术为线切割。线切割过程中，通过浆料冷却切割位置以达到带走切割时产生的热量为目的。但现有技术中，由于工件板结构上的缺陷，导致砂浆在晶棒上的分布不合理，使得晶棒切割时产生的热量不能及时被砂浆完全带走，因而晶棒的切割位置和未切割位置产生较大温差，进而导致切割出的晶圆产生较大翘曲。为此，本发明对此提出一种改善对策。
具体地，如图1至图3所示，本发明提供一种晶棒工件板11，使用时，待切割的晶棒12粘贴于树脂条13上，树脂条13固定于所述晶棒工件板11上，晶棒工件板11和树脂条13的长度方向均与晶棒12的长度方向一致，且晶棒工件板11和树脂条13的长度通常略大于待切割晶棒12的长度，所述晶棒工件板11的宽度大于所述树脂条13的宽度，且小于所述晶棒12的直径，所述晶棒工件板11的两侧沿所述晶棒工件板11的长度方向间隔设置有多个开孔111；所述晶棒工件板11内部还设置有冷却通道112，所述冷却通道112沿所述晶棒工件板11的长度方向延伸，所述多个开孔111与所述冷却通道112相连通，所述开孔111的孔径小于所述冷却通道112的直径以确保冷却通道112内的砂浆不会通过单个开孔111全部流出而是会沿着冷却通道112依次流经下一个开孔111流出；在对晶棒12进行线切割的过程中，向所述冷却通道112内通入砂浆，砂浆流经所述多个开孔111后顺着晶棒12表面流下，以在完成晶棒12切割的过程中通过砂浆带走晶棒12上部的热量，减少晶棒12切割部分和未切割部分的温差。本发明对晶棒工件板11的宽度重新进行优化设计，并在晶棒工件板11上设置多个开孔111，开孔111与冷却通道112相连通，在晶棒12切割过程中向开孔111内通入砂浆，砂浆经开孔111在晶棒工件板11内流动后流到晶棒12表面，在冷却晶棒工件板11的同时，砂浆完全包裹着晶棒12顺着晶棒12流下，带走晶棒12上部的热，起到对晶棒12整体进行冷却的作用，可以有效减少晶棒12各个部位的温差，有助于减少切割过程中产生的翘曲，有助于提高切割质量。
为使砂浆在晶棒工件板11内的流动尽量均匀，以及使砂浆流经的面积尽可能大，本实施例中，所述冷却通道112在所述晶棒工件板11内蜿蜒分布。在进一步的示例中，如图3所示，所述冷却通道112沿类弓字型结构分布，图3中的箭头示意砂浆流动方向，所述冷却通道112的进口和出口位于同一侧，且优选位于与所述开孔111所在的侧面相邻的一侧，即所述冷却通道112的进口和出口与开孔111不在同一侧。由于冷却通道112的直径大于开孔111的孔径，冷却通道112内的砂浆会依次流经各个开孔111并经开孔111流出，由此在晶棒工件板11内形成纵横交错的流道，有利于增大砂浆与晶棒工件板11的接触面积，可以快速冷却晶棒工件板11，并进而通过晶棒工件板11起到冷却晶棒12上部的作用以减少晶棒12上部和下部的温差，且砂浆随晶棒12表面顺流而下的过程中，将晶棒12上部的热带走，由此起到对晶棒12的冷却作用。
所述晶棒工件板11的材质包括但不限于不锈钢。所述晶棒工件板11与树脂条13的宽度差均精心设计，太小和太大都难以将开孔111内流出的砂浆均匀引导到晶棒12表面。发明人经大量实验发现，所述晶棒工件板11的宽度与树脂条13的宽度的差异为1～5cm(包括端点值，本实施例中如无特殊说明，在涉及数值范围时，均包括端点值)时尤佳，比如为1cm、2cm、3cm、4cm、5cm或这区间内的任意值。考虑安装时需使晶棒工件板11和树脂条13两侧均有宽度余留，推荐2～3cm。
所述晶棒工件板11的具体尺寸需根据待切割晶棒12的直径而定。较优地，所述晶棒工件板11的宽度与晶棒12直径的比为7/15～1/2。更具体地，待切割晶棒12的直径为300mm，则所述晶棒工件板11的宽度为140～150mm。
为尽量确保砂浆的均匀分布，所述开孔111优选均匀间隔分布。在一示例中，所述开孔111的孔径d1为1.5～3mm，开孔111之间的间距d2为8～20mm。
作为示例，所述晶棒工件板11的前端和后端形成有凸台，所述凸台背离所述晶棒工件板11与所述树脂条13相贴置的表面，其中，前端和后端是指与所述晶棒工件板11的长度方向相垂直的两端。形成凸台有利于保护晶棒12，避免晶棒12受到外物碰撞。
采用本发明提供的晶棒工件板11进行晶棒12切割的一例示性过程如下：
如图4所示，将待切割晶棒12通过树脂条13固定于本发明提供的晶棒工件板11上，并置于切割线16的上方，晶棒工件板11与驱动装置15相连接，晶棒12在驱动装置15的驱动下向下朝切割线16运动，切割线16在线辊17作用下运动，此过程中，喷嘴14向晶棒工件板11内通入砂浆，砂浆在冷却通道112内流动并流经各个开孔111后经开孔111流到晶棒12表面并逐渐包裹晶棒12未与树脂条13接触的表面并流到切割线16上，最后如瀑布一样向下流到砂浆缸18中，砂浆经回收装置19可以实现回收利用。
当然，上述过程仅是示例性的，比如还可以将晶棒固定不动而让切割线向上运动，本实施例中对此不做严格限制。重要的是采用本发明的晶棒工件板，在线切割过程中可以带走晶棒表面的热量，减少晶棒切割部分和未切割部分的温差，有助于减少因切割产生的翘曲。图5显示为采用现有技术中的晶棒工件板进行晶棒切割所切割出的硅片的翘曲度与采用本发明提供的晶棒工件板进行晶棒切割所切割出的硅片的翘曲度的比较箱线图。如图5所示，采用现有技术中的晶棒工件板，硅片翘曲度高达10.99μm；而采用本发明，硅片最大翘曲度下降到4.8μm，下降了一半以上。目前该晶棒工件板已在发明人所在的工厂大量投入使用，经实践证明可以有效降低切割硅片的翘曲度，提高切割质量。
本发明还提供一种晶棒切割方法，所述晶棒切割方法包括将待切割的晶棒通过树脂条贴置于如上述任一方案中所述的晶棒工件板上，在对晶棒进行线切割的过程中向所述晶棒工件板的冷却通道内通入砂浆，砂浆流经晶棒工件板的多个开孔后顺着晶棒表面流下，以在完成晶棒切割的过程中通过砂浆带走晶棒上部的热量。对所述晶棒工件板的介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。基于本发明的晶棒工件板进行的晶棒切割方法，可以显著降低硅片翘曲度，提高切割质量。
综上所述，本发明提供一种晶棒工件板及晶棒切割方法。使用本发明提供的晶棒工件板时，树脂条固定于所述晶棒工件板上，晶棒工件板和树脂条的长度方向均与晶棒的长度方向一致，所述晶棒工件板的宽度大于所述树脂条的宽度，且小于所述晶棒的直径，所述晶棒工件板的两侧沿所述晶棒工件板的长度方向间隔设置有多个开孔；所述晶棒工件板内部还设置有冷却通道，所述冷却通道沿所述晶棒工件板的长度方向延伸，所述多个开孔与所述冷却通道相连通，所述开孔的孔径小于所述冷却通道的直径；在对晶棒进行线切割的过程中，向所述冷却通道内通入砂浆，砂浆流经所述多个开孔后顺着晶棒表面流下，以在完成晶棒切割的过程中通过砂浆带走晶棒上部的热量。本发明对晶棒工件板的宽度重新进行优化设计，并在晶棒工件板上设置多个开孔，开孔与冷却通道相连通，在晶棒切割过程中向开孔内通入砂浆，砂浆经开孔在晶棒工件板内流动后流到晶棒表面，在冷却晶棒工件板的同时，砂浆完全包裹着晶棒顺着晶棒流下，带走晶棒上部的热，起到对晶棒整体进行冷却的作用，可以有效减少晶棒各个部位的温差，有助于减少切割过程中产生的翘曲，有助于提高切割质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种晶棒工件板，使用时，待切割的晶棒粘贴于树脂条上，树脂条固定于所述晶棒工件板上，晶棒工件板和树脂条的长度方向均与晶棒的长度方向一致，其特征在于，所述晶棒工件板的宽度大于所述树脂条的宽度，且小于所述晶棒的直径，所述晶棒工件板的两侧沿所述晶棒工件板的长度方向间隔设置有多个开孔；所述晶棒工件板内部还设置有冷却通道，所述冷却通道沿所述晶棒工件板的长度方向延伸，所述多个开孔与所述冷却通道相连通，所述开孔的孔径小于所述冷却通道的直径；在对晶棒进行线切割的过程中，向所述冷却通道内通入砂浆，砂浆流经所述多个开孔后顺着晶棒表面流下，以在完成晶棒切割的过程中通过砂浆带走晶棒上部的热量。
2.根据权利要求1所述的晶棒工件板，其特征在于：所述冷却通道在所述晶棒工件板内蜿蜒分布。
3.根据权利要求1所述的晶棒工件板，其特征在于：所述晶棒工件板的宽度与树脂条的宽度的差异为1～5cm。
4.根据权利要求1所述的晶棒工件板，其特征在于：所述晶棒工件板的宽度与晶棒直径的比为7/15～1/2。
5.根据权利要求4所述的晶棒工件板，其特征在于：待切割晶棒的直径为300mm，所述晶棒工件板的宽度为140～150mm。
6.根据权利要求1所述的晶棒工件板，其特征在于：所述开孔均匀间隔分布，开孔之间的间距为8～20mm，所述开孔的孔径为1.5～3mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的晶棒工件板，其特征在于：所述晶棒工件板的前端和后端形成有凸台，所述凸台背离所述晶棒工件板与所述树脂条相贴置的表面，其中，前端和后端是指与所述晶棒工件板的长度方向相垂直的两端。
8.一种晶棒切割方法，其特征在于，所述晶棒切割方法包括将待切割的晶棒通过树脂条贴置于如权利要求1-7任一项所述的晶棒工件板上，在对晶棒进行线切割的过程中向所述晶棒工件板的冷却通道内通入砂浆，砂浆流经晶棒工件板的多个开孔后顺着晶棒表面流下，以在完成晶棒切割的过程中通过砂浆带走晶棒上部的热量。
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