CN113771247A - 一种12寸半导体晶圆的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，具体操作步骤如下：首先取一根棒长为L1的12寸晶棒和两块端面缓冲片，将选取的两块端面缓冲片分别粘结到晶棒的两端端部，且使其边缘完全对齐，得到两端带有端面缓冲片的晶棒；然后选取一根长度为L2的树脂板；在树脂板的弧形槽结构内涂覆胶水，将两端带有端面缓冲片的晶棒粘结在树脂板的弧形槽结构内，然后选取一块工件固定板，在树脂板的与弧形槽结构相对的一端端面上涂覆胶水，将粘结有树脂板的晶棒按照一定的偏转角度与工件固定板粘结固定，所粘结得到的晶棒固定组件装载到线切割机上进行切割。本方案用于单晶硅片切割生产过程中，以避免硅片切割过程中发生断裂问题。

Description

一种12寸半导体晶圆的切割方法

技术领域

本发明涉及单晶硅片生产领域，具体涉及一种12寸半导体晶圆的切割方法。

背景技术

半导体晶圆是芯片制造的衬底材料，而12寸半导体晶圆更是高端芯片的主材料，其制造过程是将多晶硅融化后通过单晶炉拉制成高品质单晶硅棒、 将单晶硅棒经过截断、滚磨，加工成12英寸直径的单晶硅锭，然后将单晶硅锭通过线切割分割成硅片，而后通过倒角、研磨、抛光等步骤，提高硅片表面平整度的一个过程。

线切割是一个通过一根缠绕在主辊上的钢线，高速往返运动带动砂浆，对晶棒研磨切割的一个过程，整个切割过程中钢线高速往返运动，晶棒缓慢下降到线网上，来达到把晶棒切割成硅片的目的，钢线从放线轮上出线，通过主辊刻的V型槽，缠绕在主辊上，绕满后从主辊另一侧出线，然后缠绕到收线轮上。

经过长期的研究观察发现，切割过程钢线对硅片形成很大的冲击力，晶棒在与钢线垂直向上方向受力f1的同时，钢线受到阻力会轻微摆动，摆动造成晶棒切割成片的部分向硅片垂直方向有一个力f2，而一根晶棒在切割过程中，会有四百到五百圈钢线缠绕在主辊上参与切割，对晶棒切割成片的部分造成很大的冲击力，当切割深度较浅的时候，晶棒的大部分还没有被切割成片状，状态稳固，但随着切割深度的逐步加深，晶棒逐步被切割成硅片，晶棒部分逐步减少，由于硅是脆性材料，在切割后期，晶棒大部分被切割成硅片的时候，f2这个与硅片表面垂直的力就会造成硅片摆动，当摆动幅度过大，且硅片和晶棒连接部分较少时，就有可能造成硅片断裂，断裂的位置通常为钢线切割的深度位置，也就是在硅片和晶棒交界那个地方断裂，断裂的硅片通常发生在晶棒两端端面的位置，并且由于钢线始终处于高速往返状态，一旦有一片断裂，断裂后的硅片很容易卡到钢线缝隙里，随着高速运转的钢线带入到整个线网，碎硅片会随着钢线高速运动将晶棒其他硅片打碎，碎硅片会在瞬间呈雪崩式增多，严重的整根棒报废，主辊涂覆层报废，造成不可挽回的损失，晶棒直径尺寸越大，在切割后期受力也就越大，越容易断裂，此问题随着晶棒尺寸越大，发生概率也就越高，在8寸及8寸以下，此问题尚不明显，但在12寸半导体晶圆切割过程中，切割后期断片问题一直是行业内线切割工序的技术难题。现有技术中，一般会考从虑解决钢线的摆动问题入手，从而改进切割装置以及切割方法，但由于当前技术的局限和装置本身的限制，该技术难题一直难以得到较大的突破。

发明内容

本发明的目的在于公开一种12寸半导体晶圆的切割方法，使之应用于单晶硅片切割生产过程中，以避免硅片切割过程中的断裂问题。

一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，具体操作步骤如下：

步骤一、取一根棒长为L1的横截面为12英寸直径的晶棒；

步骤二、取两块端面缓冲片，所述端面缓冲片的端面直径与步骤一的晶棒的端部直径相同；

步骤三、将步骤二选取的两块端面缓冲片分别粘结到晶棒的两端端部，且使其边缘完全对齐，得到两端带有端面缓冲片的晶棒；

步骤四、选取一根长度为L2的树脂板，树脂板的一端面上形成有弧形槽结构，该弧形槽结构与所述晶棒的外圆柱面相适应，树脂板的长度大于步骤三中所得到的带有端面缓冲片的晶棒的整体长度；

步骤五、在树脂板的弧形槽结构内涂覆胶水，将步骤三所得到的两端带有端面缓冲片晶棒粘结在步骤四选取的树脂板的弧形槽结构内，并进行调整从而得到粘结有树脂板的晶棒，然后选取一块工件固定板，在树脂板的与弧形槽结构相对的一端端面上涂覆胶水，将粘结有树脂板的晶棒按照一定的偏转角度与工件固定板粘结固定，从而将粘结有树脂板的晶棒整体顶靠在工件固定板上，待胶水固化后，完成粘棒动作，得到晶棒固定组件；

步骤六、将步骤五所粘结得到的晶棒固定组件装载到线切割机上进行切割，切割完毕后进行脱胶处理，然后将两端的切割后的端面缓冲片去除，保留中间切割后的硅片，即完成晶棒的切割作业。

作为优选方案，L2＞L1+40mm。

作为优选方案，所述线切割机的两侧线网宽度大于树脂板的长度L2。

作为优选方案，所述端面缓冲片为实心圆柱体结构，其采用树脂材质。

作为优选方案，所述端面缓冲片厚度为20mm。

有益效果

其一、本发明，优化了单晶硅晶圆的切割工艺，通过将本切割方法应用于12寸半导体晶圆生产制备，晶棒在切割前，先粘结为两端具有端面缓冲片的三段一体粘结结构，晶棒两端的位置将被端面缓冲片所替代，使晶棒两端巧妙地避开了线切割机的摆动较大的边缘钢线，同时，由于底部树脂板的弧形面的支撑，在切割后期，树脂面的弧面槽结构给晶棒以支撑作用，因此在树脂片和端面缓冲片的双重作用下，解决了长期困扰行业的12寸半导体晶圆切割制备过程中断片这个技术难题，并且该方法具有易操作、易掌握，成本低等特点。

其二、本方案通过改进，有效解决了边料影响收率的问题，现有技术中靠近晶棒两端的硅片更容易受钢线摆动影响，因为钢线从空载到切入硅棒，两端会各有1-2片硅片表面平整度不好，通过设置端面缓冲片，使得端面缓冲片替代了边料的位置，现有技术中，一根12寸晶棒可以出300-350片12寸左右的硅片，如果切割后再剔除2-4片，将会直接使收率降低0.57%-1.3%，而12寸硅片价格昂贵，边料的产生会造成很大的损失，本方案的切割方法有效解决了边料产生的问题，使边料数量减少为0，每切一刀就多出2-4片正品，按目前生产情况和产品价格计算，每台线切割机每年将会多出的12寸硅片，将提升10万美金左右的产值。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中端面缓冲片粘接正面示意图；

图2为本发明中端面缓冲片粘接侧面示意图；

图3为本发明中切割状态示意图；

图4为本发明中辅助粘结装置的示意图；

图5为图3中晶棒固定组件的结构图。

图中标记：1、晶棒，2、端面缓冲片，3、树脂板，4、工件固定板，6、线切割机，61、钢线，62、主辊，7、辅助粘结装置，71、底板，72、侧面支撑板。

具体实施方式

以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。

需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。

在描述本方案之前，首先描述本发明中的晶棒1粘结后的结构，如图1和图2所示，本方案所述晶棒固定组件包括一根长度为L1的12英寸直径晶棒1、用于粘结在晶棒1两端的端面缓冲片2、用于对晶棒1进行粘结固定支撑的树脂板3以及工件固定板4，工件固定板4可采用工件铁板，树脂板3的长度为L2，其中L2＞L1+40mm，端面缓冲板2粘结固定在晶棒1的两端，其中端面缓冲片2为实心圆柱形结构，该端面缓冲片2的端面直径与晶棒1两端直径尺寸相同，树脂板3远离晶棒1的背侧端面与工件固定板4进行粘结连接，上述四个部件之间是通过粘结剂进行固定连接的。

本方案提供一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，具体制备步骤如下：

步骤一、取一根棒长为L1的12寸晶棒1；

步骤二、取两块端面缓冲片2，所述端面缓冲片2的端面直径与步骤一的晶棒1的端部直径相同；

步骤三、将步骤二选取的两块端面缓冲片2分别粘结到步骤一的晶棒1的两端端部，且使其边缘完全对齐，得到两端带有端面缓冲片2的晶棒1；

步骤四、选取一根长度为L2的树脂板3，树脂板3的一端面上形成有弧形槽结构；该弧形槽结构与所述晶棒1的外圆柱面相适应，树脂板3的长度大于步骤三中所得到的带有端面缓冲片2的晶棒1的整体长度；

步骤五、在树脂板3的弧形槽结构内涂覆胶水，将步骤三所得到的两端带有端面缓冲片2的晶棒1粘结在步骤四选取的树脂板3的弧形槽结构内，并进行调整从而得到粘结有树脂板3的晶棒1，然后选取一块工件固定板4，在树脂板3与弧形槽结构相对的一端端面上涂覆胶水，将粘结有树脂板3的晶棒1按照一定的偏转角度与工件固定板4粘结固定，从而将晶棒1和树脂板3整体顶靠在工件固定板4上，待胶水固化后，完成粘棒动作，得到晶棒固定组件；

步骤六、将步骤五所粘结得到的晶棒固定组件装载到线切割机6上进行切割，切割完毕后进行脱胶处理，然后将两端的切割后的端面缓冲片2去除，保留中间切割后的硅片，即完成晶棒的切割作业。

本方案中，树脂板3的长度L2大于晶棒1长度40mm以上，在晶棒1与树脂板3粘结时，树脂板3的两端均超出晶棒1两端的端面缓冲片2的外端位置，以保证树脂板3在切割过程中，能够给予两端带有端面缓冲片2的晶棒1的整体结构以完全支撑。

本方案中，步骤六中，晶棒1切割用的线切割机6的两最边缘的线网宽度应当大于树脂板3的长度。

本方案中，如图3所示，线切割机6通过多根缠绕在主辊62上的钢线61，高速往返运动带动砂浆，对晶棒研磨切割的一个过程，整个切割过程中钢线61高速往返运动，钢线61从放线轮上出线，通过主辊62外圆面形成的V型槽缠绕在主辊62上，绕满后从主辊62另一侧出线，然后缠绕到收线轮上。在这种切割模式下，靠近晶棒1两端的硅片更容易受钢线61波动影响，因为钢线61从空载到切入硅棒，存在一个阻力f3，钢线61在高速运行中，忽然受到阻力，很容易往两边摆动，越靠近两端波动越大，所以这就造成了一根硅棒，两端会各有1-2片硅片表面平整度不好，也就是行业内俗称的边料，边料各项参数包括厚度、TTV、BOW、WARP均无法满足要求，通常是要剔除出来的，一根12寸晶棒可以出300-350片12寸左右的硅片，如果这时候再剔除2-4片，直接使收率降低了0.57%-1.3%，而12寸硅片价格昂贵，边料的产生造成了很大的损失。采用本方案的切割工艺后，晶棒1两端的位置被端面缓冲片2所替代，因此容易发生摆动的边缘钢线对应的是两端的端面缓冲片2,因此该方案能够解决边料影响收率的问题，使边料数量减少为0，并且该方法具有易操作、易掌握，成本低等特点。

本方案中，步骤二中，端面缓冲片2为实心圆柱体结构，其采用树脂材质，具体地，端面缓冲片2的材质与树脂板3材质相同，端面缓冲片2的端面直径与12寸半导体晶圆两端端部直径相等，以便于边缘对齐。端面缓冲片2的厚度为20mm。此厚度经过试验论证为最佳，厚度太薄起不到缓冲作用，厚度太厚，将会浪费成本。

本方案中，单晶硅棒在切割成单晶硅片之前，需要在粘棒设备上对晶棒1按照计算出来的两个偏转角度进行定向粘接，这两个偏转角度，一者是决定了晶棒1的垂直晶向的α水平偏转角度，另一者是决定了晶棒1的水平晶向的β垂直偏转角度，本方案，可结合X射线检测器采用晶向测量方法先测量出晶棒1粘接需要偏转的角度α和β。

本方案中，步骤五的具体步骤如下：首先，在树脂板3的顶面涂胶，通过辅助粘结装置7将晶棒1沿轴线方向放置在树脂板3的弧形槽结构内进行粘结，待胶固化前微调β角，使β角等于之前的测量值。

图4所示实施例中，辅助粘结装置7可以采用如下结构：辅助粘结装置7包括支撑板组件，所述支撑板组件包括矩形结构的底板71和侧面支撑板72，其中侧面支撑板72垂直设置在底板71的上端面，侧面支撑板72相对设置有两块且相互平行，在侧面支撑板72上形成有外弧形凹槽面，其中，侧面支撑板72的外弧形凹槽面内形成有用于避免弧形凹槽与晶棒1直接接触的橡胶层，树脂板3可放置于两个侧面支撑板72之间，侧面支撑板72的外弧形凹槽面与树脂板4的弧形槽结构共同围成平滑过度的弧形支撑面，从而将带有端面缓冲片2的晶棒1支撑起来，待胶固化前微调β角，使β角等于之前的通过晶向测量方法得到的测量值。

然后将上述粘结有树脂板3的晶棒1取出，调节α角定向装置，使α角定向装置的定向板调整到α角的偏转位置，最后将带有树脂板3的晶棒1粘结在工件固定板4上。

本方案，通过α角定向仪将定向板调整到α角的偏转位置，将粘结有树脂板3的晶棒1安装在定向板的安装槽内，在相对于晶棒1的树脂板3上的另一侧端面涂抹胶水，并在胶水固化之前将带有树脂板3的晶棒1紧靠到工件固定板4上，待胶固化前微调α角，使α角等于之前的测量值。α角定向装置包括α角定向仪及定向板，定向板与α角定向仪相连，且该定向板可根据α角定向仪的信号反馈进行角度调整，定向板与工件固定板4相对设置，定向板上开设有用于安装晶棒1的安装槽。

采用本发明方法使晶向的测量精度从±30′优化到±15′以内，满足了12寸半导体晶圆对晶向的要求，与现有技术相比的晶棒1、树脂板3和工件固定板4三者同时粘结不同，本方案采用分阶段粘接法，解决了β角不易控制的问题，既保证了晶棒1的晶向精度，另外采用手动方法进行粘结，也节省了购买全自动粘棒设备的设备成本。

实施例1

一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，具体步骤如下：

S1、取一根棒长为L1的横截面为12英寸直径的晶棒1；

S2、取两块厚度为20mm的端面缓冲片2，所述端面缓冲片2的端部形状和直径与步骤S1的晶棒1的端部形状和直径均相同，也即端面缓冲片2的端面直径为12英寸；

S3、将步骤S2选取的两块端面缓冲片2分别粘结到12寸晶棒1的两端端部，且使其两端边缘完全对齐，得到两端带有端面缓冲片2的晶棒1；

S4、选取一根长度为L2的树脂板3，其中L2＞L1+40mm，也即为了保证12寸晶棒1在其两端粘结端面缓冲片2后，仍然要小于树脂板3的长度，使得树脂板3起到完全固定支撑作用；树脂板3的其中一端面为弧形槽结构，该弧形槽结构与12寸晶棒1的圆柱面相适应，树脂板3的材质与端面缓冲片2的材质相同，均为树脂材质；

S5、在树脂板3的顶面涂胶，通过辅助粘结装置7将粘结有端面缓冲片2的12寸晶棒1沿轴线方向放置在树脂板3上进行粘结，待胶固化前微调β角，使β角等于先前的β角测量值；然后将上述粘结有树脂板3的晶棒1取出，在树脂板3的底面涂胶，调节α角定向装置，使α角定向装置的定向板调整到α角的偏转位置，然后将带有树脂板3的晶棒1粘结在工件固定板4上，使α角等于先前的α角测量值。实际操作时，α角为树脂板3与工件固定板4接触端面贴合后，在α角定向仪的作用下，两者发生的相对旋转角度。通过将晶棒1和树脂板3整体顶靠在工件固定板4上，待胶水固化后，完成粘棒动作，得到晶棒固定组件。

S6、将步骤S5所粘结得到的晶棒固定组件装载到线切割机6上进行切割，切割完毕后进行脱胶处理，脱胶处理的方法是：经清水冲洗砂浆，通过热水浸泡粘接剂后将硅片由工件固定板4上取下，将两端的切割后的端面缓冲片2去除后，保留中间切割后的硅片，即完成切割作业。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

步骤一、取一根棒长为L1的12寸晶棒；

步骤二、取两块端面缓冲片，所述端面缓冲片的端面直径与步骤一的晶棒的端部直径相同；

步骤三、将步骤二选取的两块端面缓冲片分别粘结到晶棒的两端端部，且使其边缘完全对齐，得到两端带有端面缓冲片的晶棒；

步骤四、选取一根长度为L2的树脂板，树脂板的一端面上形成有弧形槽结构，该弧形槽结构与所述晶棒的外圆柱面相适应，树脂板的长度大于步骤三中所得到的带有端面缓冲片的晶棒的整体长度；

步骤五、在树脂板的弧形槽结构内涂覆胶水，将步骤三所得到的两端带有端面缓冲片的晶棒粘结在步骤四选取的树脂板的弧形槽结构内，并进行调整从而得到粘结有树脂板的晶棒，然后选取一块工件固定板，在树脂板的与弧形槽结构相对的一端端面上涂覆胶水，将粘结有树脂板的晶棒按照一定的偏转角度与工件固定板粘结固定，从而将粘结有树脂板的晶棒整体顶靠在工件固定板上，待胶水固化后，完成粘棒动作，得到晶棒固定组件；

步骤六、将步骤五所粘结得到的晶棒固定组件装载到线切割机上进行切割，切割完毕后进行脱胶处理，然后将两端的切割后的端面缓冲片去除，保留中间切割后的硅片，即完成晶棒的切割作业。

2.根据权利要求1所述的一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，其特征在于：L2＞L1+40mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，其特征在于：所述线切割机的两侧线网宽度大于树脂板的长度L2。

4.根据权利要求1所述的一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，其特征在于：所述端面缓冲片为实心圆柱体结构，其采用树脂材质。

5.根据权利要求1所述的一种用于12寸半导体晶圆的切割方法，其特征在于：所述端面缓冲片厚度为20mm。

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