CN113226679B - 借助于线锯生产半导体晶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过借助于线锯加工工件而从工件生产半导体晶片的方法，该方法包括：进给该工件通过线的布置，该线在线引导辊之间被张紧并沿行进方向移动；当该线接合到该工件内时产生切口；确定该切口的放置误差；和在该工件通过该线的布置的进给期间，根据沿该工件的纵轴线确定的放置误差来引起该工件的补偿移动。

Description

借助于线锯生产半导体晶片的方法
技术领域
本发明涉及一种通过借助于线锯加工工件而从工件制造半导体晶片的方法。
背景技术
JP 11 165 251A公开了一种借助于线锯从工件(锭料)生产晶片的方法，该方法包括以下步骤：检测线锯的线场的线沿着工件的轴向方向偏转的幅度和方向，并且根据检测结果，引起工件的补偿移动以校正线的偏转。
JP 2000 15 552A公开了一种类似的方法，该方法包括以下步骤：在线的行进方向反转的瞬间，在预定幅度内引起工件沿工件的轴向的补偿移动，该幅度被以这样的方式预先确定，即在线的行进方向反转的瞬间校正导线的偏转。
US 5 875 770公开了一种类似的方法，该方法包括以下步骤：在加工工件之前检测晶片的翘曲曲线，并在一范围内引起工件沿工件轴向的补偿移动，从而形成具有减小的翘曲的晶片。
不管这些可用解决方案如何，仍然需要改进借助于线锯而从工件制造半导体晶片的方法。特别地，要考虑的是，例如由于工件的和/或线引导辊的热膨胀，工件和线执行相对移动，这对半导体晶片的局部平面度具有不利影响。
特别地，需要改进方法，从而可以获得这样的半导体晶片，其平面度，特别是在翘曲和纳米形貌方面，比以已知方式制造的晶片的平面度更好。
发明内容
所描述的一系列问题产生了本发明的目的。
本发明的目的是通过一种通过借助于线锯加工工件而从工件生产半导体晶片的方法，该方法包括
进给该工件通过线的布置，该线在线引导辊之间被张紧并沿行进方向移动；
当该线切入该工件时产生切口；
确定该切口的放置误差；和
在该工件通过该线的布置的进给期间，根据沿该工件的纵轴线确定的放置误差来引起该工件的补偿移动。
从工件切割的半导体晶片具有上侧表面和下侧表面以及在二者之间延伸的边缘。通常期望的是，在从工件切割之后，上侧表面和下侧表面尽可能地平坦并且彼此之间具有最大均匀距离。在开始时半导体晶片的侧表面的平坦度和厚度的均匀性越好，成功性越大，并且通过后续步骤诸如磨光和/或研磨、蚀刻、抛光和任选地涂覆来精修半导体晶片以形成满足工业的严格要求的目标产品(其进一步处理半导体晶片以形成电子部件)的花费越低。上侧表面也被称为半导体晶片的“前侧”，并且通常是在进一步处理半导体晶片的过程中意图将电子部件的结构应用到其上或其中的表面。
本发明的目的在于，当借助于线锯加工工件时，确保在工件中形成其位置与被认为是理想的位置的偏差尽可能小的切口。如果寻求具有均匀厚度和最大平坦侧表面的半导体晶片，则理想的切口沿着直线并且以与工件的纵轴线成直角延伸。换句话说，穿过这样的切口的中间的轨迹沿着垂直于工件的纵轴线定向的直线延伸。这样的轨迹在下面将被称为目标轨迹。因此，当实际轨迹偏离目标轨迹时，存在切口的放置误差。这是当指向切口的中间的位置向量不再在目标轨迹处结束时的情况。
例如，当线在其接合到工件内期间垂直于其行进方向移动时(即沿着线引导辊的旋转轴线的方向，该线在该线引导辊之间被张紧)或者当工件由于在进给通过线的布置期间产生的热量而轴向膨胀时，发生切口的放置误差。在后一种情况下，当切口距工件的中间具有较大的距离时，切口的放置误差相应地较大。工件的中间是工件的两端之间的位置。
本发明的一个方面是确定切口的放置误差，而与已经导致工件和线之间的相对移动的原因无关。这些原因的实例是线的移动、工件的移动或工件的热膨胀。本发明的另一个方面是区分在使用特定线锯时系统地发生的切口的放置误差和随机地并且独立于特定线锯的使用而发生的切口的放置误差。
便利地，设置至少一个闭合控制回路，其中利用操纵变量的修改(即引起该工件的补偿移动)来响应控制偏差，即所确定的切口的放置误差。
根据本发明的方法的第一配置，在进给工件通过线的布置期间进行切口的放置误差的确定。优选地，测量每个切口相对于固定参照点的位置，并与设定点位置进行比较。切口的设定点位置是相对于要被形成的理想切口所需的固定参照点的位置。切口的测量位置与其设定点位置的偏差对应于切口的放置误差。由于偏差在原理上对于每个切口是不同的，所以将偏差平均以给出切口的放置误差。换句话说，每个切口被分配相同的平均放置误差。可以在没有加权的情况下进行平均，或者特定切口的放置误差被特殊加权。从切口的放置误差，可导出校正轮廓，该校正轮廓指明在进给工件期间工件必须被移动以便消除切口的放置误差的幅度和方向。考虑到线进入工件的穿透深度，校正轮廓具有与切口的所确定的放置误差的轮廓互补的轮廓。
切口相对于固定参考点的位置的测量优选地借助于用光辐射、IR辐射、X射线辐射或γ辐射来照射切口来进行。此外，还可以设想机械感测切口或电感测量或电容测量切口。切口的这种直接观察揭示了工件和线之间的任何相对移动。
根据所确定的切口的放置误差，在工件的进给期间，工件沿其纵轴线产生与所确定的放置误差相反方向的补偿移动。因此，在工件的进给期间，切口的放置误差被不断地减少，并且在最佳情况下被消除。
根据本发明方法的第二配置，在进给工件通过线的布置之前进行切口的放置误差的确定。借助于该过程，确定当使用特定线锯时系统地发生的切口的放置误差。为了确定切口的放置误差，测量预先借助于特定线锯已经生产的半导体晶片的局部几何形状。这些半导体晶片来自已经借助于该线锯加工的一个或多个工件。半导体晶片的局部几何形状近似地复制与半导体晶片相邻的切口的轨迹。优选地，获得根据SEMI MF1390-0218的翘曲测量的中值表面的局部几何形状，具体如下：通过选择位于延伸穿过半导体晶片的中心的线上的中值表面的那些测量值来产生高度线(线扫描，LS)。测量值位于沿着半导体晶片的直径的线上，优选地在切割半导体晶片时进给工件的方向上，或者偏离这样的方向至少不超过±20°。
为了识别当使用特定线锯时系统地发生的切口的放置误差，将借助于该线锯从一个或多个工件已经生产的半导体晶片的局部几何形状平均以得出单个局部几何形状。可以在没有加权的情况下进行平均，或者由于它们在工件中的相对放置，特定半导体晶片的局部几何形状被特殊地加权。例如，在求平均期间，可以仅考虑从一个或多个先前加工的工件的中间区域或端部之一的区域已经获得的那些半导体晶片的局部几何形状。基于平均的局部几何形状，然后推导出如果使用特定线锯并且忽略影响轨迹的其他影响，则切口的轨迹将是如何的。这样的轨迹随后将被称为预期轨迹。从预期轨迹与目标轨迹的比较获得在进给工件期间预期的切口的放置误差。该比较给出了线锯特定校正轮廓，其指明了与在进给工件通过线的布置期间线进入工件的穿透深度相关的工件的补偿移动的方向和幅度。线锯特定校正轮廓的轮廓在原理上与平均局部几何形状的轮廓互补。
还优选地使用线锯特定校正轮廓，以能够迅速地识别线锯的性能变化并对其作出响应。在处理工件的过程中发生的线锯特定校正轮廓的变化指示线的和/或线引导辊的涂层或经受磨损的线锯的另一部件的磨损。因此，可对线锯特定校正轮廓的变化定义阈值，当达到阈值时启动预防性维护措施。即使在达到这样的阈值之前，线锯特定校正轮廓的变化可以视为进行适应性措施(其抵抗工作结果的磨损相关劣化)的原因。这样的适应性措施可以例如涉及改变切割介质悬浮体的组成和/或温度或者改变冷却剂的温度，以及改变线速度或其他工艺特定参数。
第三配置涉及将第一配置和第二配置组合。基于校正轮廓引起工件的补偿移动的第一部分，该校正轮廓根据本发明的第一配置在进给工件期间根据线的穿透深度而被实时确定。基于线锯特定校正轮廓引起工件的补偿移动的另一部分，该线锯特定校正轮廓是根据本发明的第二实施例在进给工件通过线的布置之前已经确定的。随机发生并且因此对切口的放置误差的不可预测的影响，以及由于使用特定线锯而系统地发生的那些影响被彼此分开考虑。
当然，也可以通过记录根据本发明的方法的第一配置得到的校正轮廓来获得线锯特定校正轮廓。
本发明可与包括固定在线上的磨粒的线结合使用，或与没有磨粒的线结合使用，并且与切割介质悬浮体组合来发挥他们的作用。特别地，可以设想金刚石作为磨粒。这里所讨论的线是围绕线锯的线引导辊缠绕的线的区段。线锯的线引导辊的数量对于本发明的使用不是必需的。例如，线锯可以包括两个、三个、四个或甚至更多数量的线引导辊。
工件优选地由诸如硅的半导体材料组成，该半导体材料可以以多晶或单晶状态存在。工件的轮廓为正方形、矩形或圆形。根据本发明的方法特别适合于生产直径为至少200mm、特别是至少300mm的单晶硅的圆形半导体晶片。
下面结合附图对本发明作进一步解释。
附图说明
图1示出了适合于实施根据本发明的方法的线锯的特征。
图2示出了通过切口的中间的实际轨迹可以如何与目标轨迹不同。
图3示出了校正轮廓。
图4至图6和图7至图9示出了分别从三个半导体晶片的翘曲测量的中间表面得出的高度线。
图10至图12对应于图4至图6，不同之处在于纵坐标的更高分辨率缩放比例。
图13、图14和图15示出了在多个工件的加工过程中线锯特定的校正轮廓可以如何变化。
附图标记列表
1 锯切线
2 凹槽
3 左线引导辊
4 右线引导辊
5 轴线
6 轴线
7 旋转
8 旋转方向
9 线纵向移动
10 线纵向移动
11 线网
12 进给设备
13 切口
14 轴线
15 工件
16 锯切条
17 粘合剂
18 箭头方向
19 喷嘴排
20 喷嘴排
21 喷嘴
22 射流
23 射流
24 目标轨迹。
具体实施方式
图1示出了适合于实施根据本发明的方法的线锯的特征。线锯包括锯切线1，锯切线1被螺旋地绕左线引导辊3和右线引导辊4经过几次并且由凹槽2以这样的方式被引导，即在线引导辊的上侧行进的线区段平行行进并且形成线网11，为了本发明的描述，线区段被称为线。工件15例如利用粘合剂17被紧固在锯切条16上。锯切条16由进给设备12(示意性表示)沿箭头方向18垂直抵靠线网11地进给工件15，并且使得与网11的线接合。可选地，线锯包括带有喷嘴21的左喷嘴排19和右喷嘴排20，用于将呈左细长射流22和右细长射流23形式的切割介质悬浮液输送到左线引导辊3和右线引导辊4上。
线引导辊绕轴线5和6可旋转地安装。它们的轴线和工件15的轴线14-工件15在示例中示出为圆柱形锭料-被彼此平行定向。为了开始切割过程，一个线引导辊，例如左线引导辊3，以旋转7被驱动(主)。另一个线引导辊(从)，在该示例中为右线引导辊4，被线1拉动，沿旋转方向8在相同的意义上共同旋转。当线接合到工件15内时，形成切口13。
通常，在完全切过工件15(虚线箭头)期间，线纵向移动9、10的方向被反转几次，其中在线的这些对方向改变中的每一个(被称为往复移动)中，线在一个方向上被移动较大的长度，并且在相反方向上被移动较短的长度。
根据本发明，在确定切口的放置误差之后，根据沿工件15的轴线14确定的放置误差而引起工件15的补偿移动，特别是基于从确定的切口的放置误差得出的校正轮廓和/或线锯特定校正轮廓。双箭头4表示工件15的补偿移动，其由进给设备12引起。
图2示出了横截面图像，该图像可以通过观察线进入工件的接合期间的切口获得。其示出了工件15的一部分和延伸穿过该工件的切口13。在切口形成期间，延伸穿过切口13的中部的实际轨迹或多或少显著地偏离目标轨迹24。该差值代表所确定的切口13的放置误差。如上所述，本发明提出根据沿工件的纵轴线确定的切口放置误差而引起的工件的补偿移动。
根据本发明的第一配置的实际轨迹和目标轨迹的比较，或者根据本发明的第二配置的预期轨迹和目标轨迹的比较，得到与线在工件中的穿透深度相关的切口的放置误差的轮廓的描述，以及得到校正轮廓(本发明的第一配置)或线锯特定校正轮廓(本发明的第二配置)，它们分别与切口的放置误差的轮廓互补。
图3示出了校正轮廓，其中将实际轨迹与目标轨迹的偏差Δ根据线的穿透深度P来绘图。通过进给设备来引起具有与偏差Δ相对应的方向和幅度的工件的补偿移动。仅当不存在切口的放置误差时(Δ＝0)(其在所示的示例中不是大约直到-90mm的穿透深度的情况)，停止引起该补偿移动。
图4至图9分别示出了已经通过线网的线从工件切割的三个半导体晶片的高度线LS，在切割半导体晶片期间已经引起该工件的补偿移动(由校正轮廓指明)(图4至图6)，或者已经省去引起这种补偿移动(图7至图9)。高度线分别由翘曲测量的中值表面得出，其中已选择中值表面的测量值，该测量值位于线上，该线沿着在切割半导体晶片期间工件的方向上的相应半导体晶片的直径。半导体晶片在工件中的位置是使得当切割半导体晶片时在三个半导体晶片50中的每一个之间形成另外的半导体晶片。如高度线的比较所揭示，当使用本发明时，半导体晶片明显更平坦，且它们在工件中的位置没有特别影响。这也通过图10至图12证实，与图4至图6的不同仅在于，在其中纵坐标的分辨率缩放比例更高。
图13、14和15示出了在处理多个工件的过程中线锯特定校正轮廓可以如何不断变化。因此，对偏差Δ限定阈值是有利的，当超过阈值时，启动预防性维护措施。例如，可以以如下这种方式来定义阈值：仅具有最大偏差Δmax的线锯特定校正轮廓(如图15所示)导致启动预防性维护措施。
实施方案的实施例的前述描述应被理解为示例性的。一方面，由此作出的本公开允许本领域技术人员理解本发明及其关联的优点，另一方面，本领域技术人员的理解还包括对所描述结构和方法的明显改变和修改。因此，所有这些改变和修改以及等同物旨在被权利要求的保护范围所覆盖。

Claims (4)

1.一种通过借助于线锯加工工件而从工件生产半导体晶片的方法，该方法包括：
进给该工件通过线的布置，该线在线引导辊之间被张紧并沿行进方向移动；
当该线接合到该工件内时产生切口；
通过测量该切口中的每个相对于固定参考点的位置并与设定点位置进行比较，确定在进给该工件通过线的布置期间的该切口的放置误差；和
在该工件通过该线的布置的进给期间，根据沿该工件的纵轴线确定的放置误差来引起该工件的补偿移动。
2.如权利要求1所述的方法，包括通过测量预先借助于该线锯已经生产的半导体晶片的局部几何形状，在进给该工件通过线的布置之前，另外确定该切口的该放置误差。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，包括通过借助于用光辐射、IR辐射、X射线辐射或γ辐射来照射该切口，通过机械感测该切口或通过电感或电容测量该切口，并且将该切口的测量位置与设定点位置进行比较，来确定该切口的放置误差。
4.如权利要求1或权利要求2所述的方法，包括在加工多个工件的过程中跟踪线锯特定校正轮廓的变化，并且如果该变化已经超过确立的阈值，则启动预防性维护措施。
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