CN113891790A - 用于在多个切片操作期间通过线锯从工件上切下多个晶片的方法和单晶硅半导体晶片 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是一种用于在多个切片操作期间通过线锯从工件上切下多个晶片的方法，所述线锯包括锯线的移动线段的线网，锯线在两个导线辊之间拉伸，每个导线辊安装在固定轴承和可移动轴承之间。本发明的另一主题是可通过所述方法获得的单晶硅半导体晶片。所述方法包括：在对工件起研磨作用的硬质物质的存在下，在每个切片操作期间，在存在工作流体下，抵靠着线网沿进料方向进料工件之一；在切片操作期间，根据温度曲线对相应导线辊的固定轴承进行温度控制，所述温度曲线基于切割深度指定温度；在切片操作过程中，温度曲线从具有恒温过程的第一温度曲线第一次切换到第二温度曲线，所述第二温度曲线与第一平均形状轮廓和参考晶片的形状轮廓之差异成比例，其中所述第一平均形状轮廓由已根据第一温度曲线切下的晶片确定。

Description

用于在多个切片操作期间通过线锯从工件上切下多个晶片的 方法和单晶硅半导体晶片
技术领域
本发明的主题是一种用于在多个切片操作期间通过线锯从工件上切下多个晶片的方法，所述线锯包括锯线的移动线段的线网，锯线在两个导线辊之间拉伸，每个导线辊安装在固定轴承和可移动轴承之间。
本发明的另一主题是可通过所述方法获得的单晶硅半导体晶片。
背景技术
在许多应用中，需要薄而均匀的材料晶片。一些晶片在其相应正面和背面的均匀性和平面平行性方面受到特别严格的要求，这些晶片的一个示例是半导体材料晶片，其用作制造微电子元件的衬底。从工件上同时切下多个晶片的线锯对于这类晶片的生产特别重要，原因在于它特别经济。
使用线锯时，围绕至少两个导线辊螺旋引导锯线，使得在两个相邻导线辊的面向待切割的粘结至保持杆的工件的一侧上，由相互平行延伸的锯线段组成的线网被拉伸。导线辊为圆柱形式，这些圆柱的轴线被设置为相互平行，导线辊的圆柱表面具有耐磨材料的覆盖层，该覆盖层设置有环形闭合槽，环形闭合槽在垂直于导线辊轴线的平面上延伸并承载锯线。使导线辊沿相同方向绕其圆柱轴线转动，从而使线网的线段相对于工件运动，以及通过在存在磨料的情况下使工件和线网接触，从而线段将材料去除。通过连续进料工件，线段在工件上形成切割切口，切穿工件，直到它们全部在保持杆中停止为止。然后将工件切割成多个均匀的晶片，这些晶片通过粘合接头像梳齿一样悬挂在保持杆上。线锯和线切割方法例如可从DE 10 2016 211 883 A1或DE 10 2013 219 468 A1中了解到。
线切割可通过搭接切割或磨料切割完成。搭接切割时，将硬质物质浆料形式的工作流体供应到线表面和工件之间的空间。在搭接切割的情况下，通过锯线、硬质物质和工件之间的三体相互作用来去除材料。磨料切割时，所使用的锯线在其表面中牢固地结合有硬质物质，所供应的工作流体本身不含任何磨料物质，其起到冷却润滑剂的作用。因此，在磨料切割的情况下，通过具有粘合的硬质物质的锯线与工件之间的二体相互作用进行材料的去除。
锯线通常是例如由过共析珠光体钢制成的钢琴线。例如，浆料的硬质物质例如由粘性载体液体例如乙二醇或油中的碳化硅(SiC)组成。粘合的硬质物质例如由金刚石组成，所述金刚石为粘合形式的，通过镍电镀或合成树脂粘合或通过轧入方式用力配合到线表面。
在搭接切割的情况下，所使用的锯线是光滑或是结构化的；在磨料切割的情况下，仅使用光滑锯线。光滑锯线具有非常大高度(即，锯线长度)的圆柱形式。结构化锯线是一种光滑锯线，该光滑锯线在其整个长度上，在垂直于纵向线方向的方向上设置有多个突起和凹痕。WO 13053622 A1描述了用于搭接切割的光滑锯线的示例，US 9610641 B2描述了用于搭接切割的结构化锯线的示例，US 7 926 478B2描述了用于磨料切割的带金刚石覆盖层的光滑锯线的示例。
对于常规线锯，在每种情况下，每个导线辊在其端面之一附近安装有牢固地连接到机器的机架上的轴承，该轴承被称为固定轴承，在相反端面附近安装有可在导线辊的轴向方向上移动的轴承，该轴承被称为可移动轴承。这是必要的，以防止结构的机械过度决定(mechanical overdetermination)导致不可预测的变形。
特别是在线网和工件第一次接触时，换言之在切割接合时，机械负荷和热负荷发生突然变化。线网和工件相对于彼此的布置发生变化，这种变化在导线辊轴线方向上的分量意味着：切割切口、由相邻晶片的正面和背面形成的切割切口侧面，偏离垂直于导线辊轴线的平面—因此，晶片变成波形。波形晶片不适合于要求苛刻的应用。
有一些公知方法旨在改善通过线锯获得的晶片的主要表面的平面平行度。
US 5 377 568公开了一种方法，其中位于导线辊外部、平行于可移动轴承端面并位于该端面附近的参考表面的位置，相对于机器的机架测量；通过对导线辊内部进行温度控制，在导线辊长度上会出现热增加或减少，直到参考表面的测量的位置变化再次得到补偿。在轴向方向上一拉伸导线辊，线网的线段位置就移动，最有利的是，与线段离固定轴承的距离成比例移动。但是，事实上，导线辊的升温是不均匀的，因为导线辊外部(不均匀)被加热(热负荷变化)而内部被冷却，但导线辊的径向导热由于辊的结构—尤其是由于冷却迷宫(cooling labyrinth)本身—而对每个轴向位置都是不同，因此，导线辊沿其轴线的拉伸是不均匀的。
JP 2003 145 406A2公开了一种方法，其中涡流传感器测量导线辊外部点的位置，并根据该位置测量改变控制导线辊内部温度的冷却水温度。由于热负荷或机械负荷的变化，该方法仅不充分地捕捉工件相对于线网的布置的变化。
KR 101 340 199B1公开了一种线切割方法，该方法使用均可旋转地安装在中空轴上的导线辊，其中中空轴的多个节段可在不同温度下加热或冷却，因此可在轴向方向上逐段拉伸或收缩。因此，至少对于几个部分，导线辊的长度在轴向方向上非线性(非均匀)变化。但是，该方法仅不充分地考虑了工件和线网的布置因热负荷或机械负荷变化所致的变化。
US 2012/0240915 A1公开了一种使用导线辊的线切割方法，其中通过冷却流体，对导线辊内部和旋转地承载导线辊的轴承之一彼此独立地进行温度控制。但是，该方法没有考虑以下事实：线锯的结构元件的热变形和机械变形是非恒定、不可再现的，另外还受到取决于时间的干扰变量的影响，而这未被考虑。
最后，WO 2013/079683 A1公开了一种线切割方法，其中首先测量因导线辊轴承的不同温度导致的晶片形状，这些形状均与相应的相关轴承温度一起存储，然后在随后的切割中，选择轴承温度以对应于最匹配所需目标形状的存储形状的选择。该方法未考虑以下事实：线锯的热响应程度和特性根据漂移随不同的切割而变化，或随时间波动的干扰变量以噪声方式起作用。同样地，也未考虑线切割期间发生的机械负荷变化。
特别地，经常在线切割后对半导体材料晶片进行其他加工步骤。此类加工步骤可包括：研磨正面和背面(按顺序或两面同时)、搭接(lapping)正面和背面(两面同时)、蚀刻半导体晶片、和抛光正面和背面(通常按顺序进行或双面同时进行粗抛光、以及进行单面精抛光)。单面加工方法或双面按顺序加工方法的共同特征是，半导体晶片的一面例如通过真空吸盘保持在夹持装置中，而另一面正被加工。
半导体晶片的厚度与其直径相比通常较小。因此，半导体晶片在被夹持时发生弹性变形，使得晶片变形力(例如，加工工具和张力所施加的载荷，这由施加的真空产生)和恢复变形力(晶片的支撑力)处于平衡状态：半导体晶片被保持的一侧符合夹持装置。在从加工面去除材料、将半导体晶片从夹持装置上卸下后，由于加工而变得更薄的半导体晶片松弛到其原始形状。换言之，下游加工步骤通常不提高正面和背面的平面平行度。
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，该方法更好地考虑工件相对于线网的布置因热负荷或机械负荷变化所致的变化，提供了波纹度低的晶片。
发明内容
所述目的是通过一种用于在多个切片操作期间通过线锯从工件上切下多个晶片的方法实现的，所述线锯包括锯线的移动线段的线网，所述锯线在两个导线辊之间拉伸，每个导线辊安装在固定轴承和可移动轴承之间，所述方法包括：
在对工件起研磨作用的硬质物质存在的情况下，在每个切片操作期间，在存在工作流体的情况下，抵靠着线网沿进料方向供给工件之一；
在切片操作期间，根据温度曲线对相应导线辊的固定轴承进行温度控制，所述温度曲线基于切割深度指定温度；
在切片操作过程中，温度曲线从具有恒温过程的第一温度曲线第一次切换到第二温度曲线，所述第二温度曲线与第一平均形状轮廓和参考晶片的形状轮廓之差异成比例，其中所述第一平均形状轮廓由已根据所述第一温度曲线切下的晶片确定。
通过本发明的方法从工件上切下的晶片基本上不受导线辊因固定轴承的热膨胀所致的轴向运动的影响。因此，这类晶片与参考晶片的形状偏差被最小化。
例如，可通过电阻加热或通过一个或多个珀耳帖冷却元件来控制固定轴承的温度。但是，特别优选地，通过在切片操作期间引导流体流经相应导线辊的固定轴承来实现固定轴承的温度控制，每个切片操作的流体温度遵循的温度曲线基于切割深度指定流体温度。对该方法的进一步描述代表其他实施方案，针对本发明的该优选实施方案。
优选地，将温度曲线进一步切换到另一温度曲线。所述另一温度曲线与先前切下的晶片的另一平均形状轮廓和参考晶片的形状轮廓之差异成比例，先前切下的晶片源自紧跟在当前切片操作之前的至少1至5个切片操作。
根据基于晶片的晶片选择确定所述第一平均形状轮廓和另一平均形状轮廓。在基于晶片的选择的情况下，使用切片操作的特定晶片用于通过取平均来确定各平均形状轮廓，而排除其他晶片。例如，考虑用于取平均的晶片仅是在工件中具有特定位置的那些晶片，例如仅是沿工件长度的每第15到25个晶片。基于晶片的选择的另一种可能性是，将形状轮廓与切片操作中所有晶片的平均形状轮廓偏差最大和最小的晶片排除。替代的可能性是，在取平均时，将形状轮廓与切片操作中所有晶片的平均形状轮廓的偏差超过1到2西格玛(sigma)的那些晶片排除。
也可以根据基于切割的晶片选择来确定所述另一平均形状轮廓。在基于切割的选择的情况下，使用来自至少一个切片操作的所有晶片以通过取平均来确定另一平均形状轮廓，来自至少一个其他切片操作的所有晶片排除在该确定之外。
此外，根据基于晶片和基于切割的选择来确定所述另一平均形状轮廓。这种情况下，选择先前的切片操作中的至少一个操作，排除先前的切片操作中的至少一个操作，同时每种情况下，选择来自所选择的切片操作的一些晶片，并在每种情况下排除其他晶片，使用以这种方式整体选择的晶片来取平均。
在本说明书的以下部分中论述了对理解本发明有用的定义、以及本发明中出现的考虑因素和观察结果。
晶片的表面由正面、背面和边缘组成。晶片的中心是其重心中心。
晶片的“回归平面”是正面和背面上所有点的距离之和为最小的平面。
晶片的“中间区域”是连接点对的所有直线的中心点的数量，所述点对相对于回归平面镜像对称，并且在每种情况下，点对中一个位于正面，一个位于背面。
当这些线的长度随正面和背面上的位置而变化时，晶片具有“基于区域的厚度缺陷”。
当中间区域偏离回归平面时，晶片具有“基于区域的形状缺陷”。
“参考晶片”是没有基于区域的厚度缺陷和基于区域的形状缺陷的晶片。如果相应地，例如通过线切割来分离锭块的期望目标是，凸形或楔形晶片，那么所选择的参考晶片也可以是在正面和背面位置上具有特定厚度轨迹或特定形状轨迹的晶片。例如，如果凸度抵消了因随后在正面(例如外延层)或背面(例如保护氧化物)上施涂支撑层所致的形状变化，则凸形晶片是有利的。
“进料方向”是向线网进料工件的方向。
晶片的“基于区域的厚度曲线”表示基于回归平面上的位置的晶片厚度。
晶片的“中心线”是中间区域中在进料方向上穿过晶片中心的线。
晶片的“厚度曲线”是表示基于中心线上的位置的晶片厚度。
“切割深度”是中心线上的位置，表示在切片操作期间切割切口在进料方向上的范围。
晶片的“形状轮廓”是中心线相对于参考晶片中心线轨迹的轨迹。沿切割深度在测量点处确定中心线轨迹。
“平均形状轮廓”是通过对多个晶片的形状轮廓进行取平均而获得的形状轮廓，对每个形状轮廓相同地加权取平均(算术平均)，或者某些晶片的形状轮廓由于它们在工件中的位置而被赋予特定权重(加权平均)。
“形状偏差”表示形状轮廓与目标形状轮廓的偏差，例如与参考晶片的形状轮廓的偏差。
“温度曲线”是随切割深度变化的流体温度轨迹，流体流经线网的相应导线辊的固定轴承，以在切片操作过程中对固定轴承进行温度控制。必要时，固定轴承的温度控制引起固定轴承的膨胀或收缩，膨胀或收缩的轴向分量使可移动轴承、以及相关联导线辊的轴向位置沿导线辊的旋转轴线移动。然后，导线辊的这种移动阻止产生形状偏差。
总是可以结合厚度曲线和形状轮廓来描述任意晶片的形式。TTV(总厚度变化，GBIR)是确定基于区域的厚度曲线的最大值和最小值之差的特征。Warp是描述形状偏差的特征，表示在晶片正面方向和晶片背面方向上回归区域与中间区域之间的各最大距离之和。Bow是另一个这样的特征，表示回归平面与位于晶片中央的中间区域之间的距离。描述形状偏差的另一变量是波纹度。波纹度可量化为波纹度指数Wavred，基于波纹度曲线确定，波纹度曲线由形状轮廓得出。在预定长度的测量窗口内，确定特征波长，即形状轮廓的测量点与回归平面之间的距离的最大值。测量窗口的起点沿切割深度从形状轮廓的测量点到测量点移动，针对测量窗口的每个位置，重复确定最大距离。这样确定的最大值相对于相应的相关测量窗口的位置绘制，产生与特征波长相关的基于切割深度的波纹度的曲线，即，波纹度曲线。波纹度指数Wavred是减小的线性波纹度的量度，表示波纹度曲线的最大值，忽略切割开始和结束时指定长度的区域的值。原则上，可以自由选择特征波长和忽略区域的长度。特征波长优选为2mm至50mm，每种情况下忽略区域的指定长度优选为5mm至25mm。对于本发明的尚待描述的半导体晶片，使用10mm的特征波长和每种情况下20mm的忽略区域长度作为基础。
上述观察与将直圆柱形硅锭搭接切割成直径为300mm的晶片有关。但是，对于不同形状的工件和磨料切割，它们同样有效。直圆柱的表面包括其圆形底部区域(第一端面)、与底部区域一致的顶部区域(与第一个端面相对的第二端面)和圆柱面(锭块上与锭块轴线距离最大的各点数量)。直圆柱具有垂直于底部区域和顶部区域的锭块轴线，锭块轴线穿过直圆柱中心点。底部区域和顶部区域之间沿该锭块轴线的距离称之为圆柱的高度。
第一，观察到，晶片的各厚度曲线和形状轮廓彼此略微不同，锭块轴线上的各位置相互靠近。锭块轴线上各位置彼此进一步远离的各晶片的厚度曲线确实相似，但是这类晶片的形状轮廓彼此明显不同。因此，不可能存在这样的温度曲线：如果应用该温度曲线，将使工件的所有晶片的形状同时制得平坦。通过在切片操作期间，根据切割深度使工件相对于线网移动，仅可能获得具有近似平面形状的晶片。
第二，观察到，对于在锭块轴线上具有相同位置、通过紧密连续的切片操作获得的晶片，其形状轮廓通常仅彼此略有不同，而对于具有相同位置、但通过在其间进行了多个干扰切片操作的切片操作获得的晶片，彼此偏差很大。因此，不可能存在这样的温度曲线：如果应用和保持该温度曲线，将使对于具有相同的锭块位置并源自连续切片操作的晶片的形状在多个切片操作中保持不变。相反，温度曲线从一个切片操作到另一个切片操作可能必须至少稍微变化，以能在多个切片操作中获得具有近似平面形状的晶片。
第三，观察到，对于定位相同、通过连续切片操作获得的晶片，其形状轮廓的变化可分为可预测的恒定分量和自发的非恒定分量。因此，预先计算的温度曲线将仅能考虑所述变化的可预测的恒定分量，尽管应用了该温度曲线，但将发现该形状变化在类型和程度上从一个切片操作到另一个切片操作产生波动，不可预测。
第四，观察到，工件和线网的相对布置，尤其在插入切割时即工件和线网第一次接触时，不过也在整个切片操作过程中，受热负荷和机械负荷的较大变化影响。尤其发现：在将锯线插入工件时，几千瓦的热输出被传递给工件、导线辊及其轴承；在切片操作期间，导线辊经受机械负荷在轴向横向方向上10kN范围内的力的变化。
第五，观察到，机械负荷的变化引起将导线辊连接至机器机架的轴承中的摩擦增加。一方面，滚动体的滚动摩擦力因轴向负荷增加而增加，另一方面，由于空载状态下轴承衬套的轴线相对于导线辊的轴线倾斜，从而摩擦力增加。这种倾斜导致轴承衬套在套筒中弯曲，该套筒连接至机器的机架，轴承衬套装配入该套筒中。这种弯曲作用导致轴承衬套/套筒过渡处发热。
因此，应利用轴承温度的变化、以及轴承尤其在轴向方向上的相关膨胀至导线辊的轴向位置不对齐，以通过在轴承套筒外周附近进行冷却的方式，将升温和轴向位置的相关变化降低至所需程度。
第六，观察到，由于轴承摩擦或变形(因弯曲作用而升温)增加，线锯的导线辊的固定轴承的升温，导致导线辊的位置在其轴向位置上相对于机器机架移动。
第七，观察到，线切割产生的晶片的波纹尤其在进料方向上很明显，实际上不可能通过线切割之后的加工步骤，使横向波长在约10mm范围内的此类波纹减少。因此，在这方面，完全加工的晶片的波纹关键由线切割本身决定。
在这些观察的背景下，建议在通过线锯进行的多个切片操作过程中，提供一系列切片操作，该系列切片操作的不同之处在于温度曲线不同，所述温度曲线要求流经线网的各导线辊的固定轴承的流体温度不同。有利地，该系列切片操作在切割系统变化后开始，换言之，在线锯、锯线或冷却润滑剂的至少一个特征变化后开始。例如，当导线辊切换时或对线锯进行机械调节时，切割系统发生变化。该系列中的第一切片操作称为初始切割，优选由1至5个切片操作组成。根据第一个温度曲线执行这些切片操作，在线段接合到工件期间该第一温度曲线要求温度轨迹恒定。
由初始切割的所有晶片，或由从初始切割的晶片中基于晶片选择的晶片，确定形状轮廓。通过可任选地加权的取平均，由所述形状轮廓确定第一平均形状轮廓。随后通过从第一平均形状轮廓中减去参考晶片的形状轮廓，将第一平均形状轮廓与参考晶片的形状轮廓进行比较。因此得出的形状偏差大致对应于可预期的形状偏差，如果根据第一温度曲线执行随后的切片操作，则随后的切片操作的晶片将大体上具有所述的可预期形状偏差。
因此得出的形状偏差用作与可预期形状偏差相反的校正措施标准。因此，不使用第一温度曲线，而使用与所得出的形状偏差成比例的第二温度曲线，来执行初始切割后的切片操作。如果例如，得出的形状偏差表明：如果要保持第一温度曲线，则将形成的晶片在确定的切割深度处的中心线，在导线辊的轴向方向上大体偏移一定量，那么，第二温度曲线在相应的切割深度处提供的流体温度导致固定轴承，通过热膨胀使相关导线辊在相反方向上移动相同量。否则要预期的形状偏差被根据第二温度曲线对相应固定轴承进行的温度控制所抵消。因此，该系列中在初始切割之后的那些切片操作根据第二温度曲线执行，因此第一次切换温度曲线。如果没有进一步切换温度曲线，则该系列中第二切片操作的数量优选为1至15个切片操作。但是，原则上，在第一次切换温度曲线之后的所有切片操作也可使用第二温度曲线执行，至少直到切割系统发生变化为止。
但是，特别优选地，在初始切割之后使用第二温度曲线执行的切片操作的数量限于1至5个切片操作；使用另一温度曲线执行另外的所有切片操作，至少直到切割系统开始变化为止。在另外的每个切片操作之前重新确定该另一温度曲线。
根据紧跟另外的切片操作中相应当前切片操作之前的1到5个切片操作的所有晶片，或从这些晶片中基于晶片选择的晶片或从这些晶片的基于切割选择的晶片，或这些晶片中基于晶片和基于切割选择的晶片，确定形状轮廓。在当前切片操作之前，通过可任选地加权的取平均，根据形状轮廓确定另一平均形状轮廓。随后，通过从该另一平均形状轮廓中减去参考晶片的形状轮廓，将该另一平均形状轮廓与参考晶片的形状轮廓进行比较。根据所得出的形状偏差，确定与所得出的形状偏差成比例的另一温度曲线。使用该另一温度曲线来执行当前切片操作。对于随后的每个切片操作，以类似方式确定另一温度曲线。换言之，在初始切割之后的1到5个切片操作之后，在另外的每个切片操作下切换温度曲线。
通过本发明的方法生产的、适当时在经过随后的加工步骤之后的半导体晶片具有抛光的正面和背面，其特征在于波纹度特别低。
因此，本发明的另一主题是单晶硅半导体晶片，如果半导体晶片的直径为300mm，则半导体晶片的波纹度指数Wavred不超过7μm，优选不超过3μm；或者，如果半导体晶片的直径为200mm，则半导体晶片的波纹度指数Wavred不超过4.5μm，优选不超过2μm。用于确定Wavred的特征波长为10mm，每种情况下，切割开始(切割接合)和切割结束(切割脱离)时忽略区域的长度为20mm。本发明的半导体晶片在切割状态即未抛光状态已经具有在要求范围内的波纹度指数Wavred。
从根本上说，本发明的方法与制造工件的材料无关。但是，该方法特别适用于切片半导体材料晶片，优选用于切片单晶硅晶片。相应地，工件优选为直圆柱形状，其直径为至少200mm，优选为至少300mm。但是，也可考虑其他形状，例如长方体或直棱柱形状。该方法还与线锯的导线辊数量无关。除了线网在其间拉伸的两个导线辊之外，还可设置一个或多个另外的导线辊。
在切片操作期间，通过磨料切割实现对晶片切片，其中将冷却润滑剂供应给线段，冷却润滑剂中不含对工件产生研磨作用的物质，或者，通过搭接切割实现对晶片切片，其中将由硬质物质浆料组成的冷却润滑剂供应给线段。在磨料切割的情况下，硬质物质优选由金刚石组成，通过电镀粘合或使用合成树脂粘合、或通过形状适配粘合方式固定在锯线的表面上。在搭接切割的情况下，硬质物质优选由碳化硅组成，优选在乙二醇或油中成浆。锯线的直径优选为70μm至175μm，优选由过共析珠光体钢组成。此外，锯线可沿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痕。
此外，优选地，在切片操作期间，锯线按照多对方向反转的连续顺序移动，每对方向反转包括锯线在第一纵向线方向上第一次移动第一长度、随后锯线沿第二纵向线方向第二次移动第二长度，其中所述第二纵向线方向与第一纵向线方向相反，以及所述第一长度大于第二长度。
优选地，锯线在移动第一长度时，沿纵向线方向用第一张力，被从第一线材供应到线网；在移动第二长度时，沿纵向线方向用第二张力，被从第二线材供应，其中所述第二张力小于第一张力。
下面将参考附图详细说明本发明的细节。
附图说明
图1以透视图方式示出了线锯的典型特征。
图2示出了导线辊及其安装的截面图。
图3示出了未根据本发明生产的晶片的形状轮廓和波纹度曲线(上部视图)、和在不具创造性的切片操作期间使用的温度曲线(下部视图)。
图4示出了根据本发明生产的晶片的形状轮廓和波纹度曲线(上部视图)、和在创造性地实施的切片操作期间使用的温度曲线(下部视图)。
所使用的参考标记表
1、导线辊
2、线网
3、锯线
4、工件
5、固定轴承
6、可移动轴承
7、机器机架
8、覆盖层
9、通道
10、控制单元
11、可移动轴承的移动方向
12、形状轮廓
13、波纹度曲线
14、温度曲线
15、温度曲线
16、形状轮廓
17、波纹度曲线
18、温度曲线
19、温度曲线
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中的内部子区域的最大值
具体实施方式
图1示出了线锯的典型特征。这些特征包括至少两个导线辊1，其承载由锯线3的线段构成的线网2。为了将晶片切片，抵靠着线网2沿箭头所示的进料方向进料工件4。
如图2所示，导线辊1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支撑在机器的机架7上。导线辊1承载覆盖层8，覆盖层8设置有凹槽，锯线3在凹槽中行进。固定轴承5包括通道9，流体流经通道9以对固定轴承5进行温度控制。如果流体温度升高，固定轴承5的热膨胀引起导线辊1在可移动轴承6的方向上轴向移动，可移动轴承6在导线辊的轴线方向(用双箭头11标示)上相对于机架7移动。如果流体温度降低，引起导线辊1和可移动轴承6在相反方向上移动。根据本发明，温度曲线基于切割深度指定流体温度，在多个切片操作过程中，温度曲线至少变化一次。与热交换器和泵通信的控制单元10确保达到一定切割深度时，流经固定轴承5的流体具有相应温度曲线所要求的温度。
本发明实施例和比较实施例
下面使用不具创造性的比较实施例(图3)和本发明的实施例(图4)来解释本发明。
图3的上半部分示出了单晶硅半导体晶片在切割深度(D.O.C.)上的形状轮廓12，该半导体晶片通过线搭接切割方式切片，其直径为300mm。在约13小时期间，切割操作使用直径为175μm的钢线进行，使用在二丙二醇载体液体中成浆的平均粒径为约13μm的碳化硅(SiC)(FEPAF-500)。在切割操作过程中，用于冷却固定轴承的温度保持为恒定值，该恒定温度值已经根据先前切割操作确定，适合于获取极平坦的半导体晶片。图3的下部视图示出了承载线网的两个导线辊的左侧固定轴承的冷却水温度(TL＝左侧温度；实线)的基于切割深度的温度曲线14、和右侧固定轴承的冷却水温度(TR＝右侧温度；虚线)的相应温度曲线15。
下部视图中两条水平网格线之间的距离为1℃。因此，事实上，温度保持非常恒定，目标/实际偏差小于0.1℃。但是，该比较实施例中获得的半导体晶片的形状轮廓12(S＝形状(轮廓)；实线)非常不平坦。特别地，半导体晶片在切割接合区域20(换言之，在切割深度的最开始10％内)中表现出严重变形，这种变形称为切割接合波纹，在切割脱离范围21(换言之，在切割深度的最后约10％内)中表现出严重变形，这种变形称为切割脱离波纹。由形状轮廓12得出的波纹度曲线13(W＝波纹度；虚线)描绘了在沿切割深度移动的测量窗口内半导体晶片的变形差异量，其在切割接合区域20和切割脱离区域21中表现出严重偏差。
图4的上部视图示出了用本发明的方法切片的半导体晶片的形状轮廓16及由其得出的波纹度曲线17，下部视图示出了承载线网的导线辊的左右侧固定轴承的温度曲线18和19。为了生产具有根据图4的特性的半导体晶片，首先根据图3的下半部分，使用恒定温度曲线执行5个切片操作，在抽样检查的基础上对每个切片操作所产生的半导体晶片的形状轮廓进行平均化(从锭块开始到结束，每第15个半导体晶片)，忽略与锭块的每个端面相邻的半导体晶片的形状轮廓(基于晶片选择)；然后在五个切片操作(基于切割选择)中，对每个切片操作所产生的基于晶片的平均形状轮廓进行平均化。
所得的基于晶片和基于切割的平均形状轮廓乘以事先通过实验确定的机器特定常数(单位为℃/μm，表示每固定轴承温度变化(单位为℃)下形状轮廓变化(单位为μm)的灵敏度)，以得出用于依靠切割深度的固定轴承温度控制的第一非恒定温度曲线，使用该曲线执行另一切片操作。该操作产生的半导体晶片具有基于晶片的平均形状轮廓，该平均形状轮廓比使用恒定温度曲线的最开始五个切片操作的基于晶片和基于切割的平均形状轮廓，已经明显更平坦。由于该切片操作的控制变量即第一非恒定温度曲线是通过回归到恒定温度曲线获得的，因此该温度曲线的应用也可称为回归反馈控制。
最后，利用根据先前切片操作的基于晶片的平均形状轮廓与参考晶片的形状轮廓之间的偏差所计算出的温度曲线，执行切片操作，该切片操作产生的半导体晶片的形状轮廓由图4的上部视图示出。所述另一温度曲线在图4的下部视图中示出。在切割深度的最开始10％内的切割接合区域22中，温度曲线显示出温度显著升高，在切割深度的最后约10％内的切割脱离区域23中，温度曲线显示出温度显著降低，其结果是，与图3的上部视图一致，没有观察到切割接合区域20中有切割接合波纹和切割脱离区域21中有切割脱离波纹。
因为控制变量即所述另一温度曲线与先前切片操作的控制变量的不同之处仅在于，先前切片操作之前的切片操作的基于晶片的平均形状曲线与先前切片操作的基于晶片的平均形状曲线之间的差异(增量)所对应的变化，因此，所述另一温度曲线的应用也可表示为增量式反馈控制。
用于计算温度曲线的机器特定常数表示固定轴承温度升高或降低1摄氏度时，形状轮廓改变的微米数，该常数由冷却效率(即，例如，供给温度)、供应冷却水的热交换器的冷却性能以及冷却水流的流量(横截面)来决定。鉴于所有这些变量都发生波动，并且对于每个线锯都是特定的，因此只能相当不准确地确定机器特定常数。
机器特定常数的符号由半导体晶片两面中哪一面定义为正面、哪一面定义为背面来决定。在本实施例中，始终将半导体材料锭块这样定位：籽晶端(对于具有两个端面的锭块，即为在锭块生产过程中位置更接近单晶籽晶的端面)在导线辊固定轴承的方向上，第二端面定位在可移动轴承的方向上，半导体晶片的正面指定为朝向籽晶端的表面，半导体晶片的背面是远离籽晶端的半导体晶片表面。与图3和图4中所示的一致，半导体晶片的正面朝上，背面朝下。在这种布置中，平均形状轮廓转换为温度曲线的符号为负。如果锭块在线锯中的定位颠倒，则机器特定常数将为正。
因此，特别地，根据本发明的增量式调节的特定功效是，不需要精确知道机器特定常数，因为，如果选择的比例系数即机器特定常数不太高，增量式调节的基本特征是朝目标值(参考晶片的形状轮廓)收敛的基本特征。如果它太高，则调节会波动，不会如期望那样收敛。因此，即使仅使用该常数的估计值，几个切片操作过程中获得的半导体晶片总是具有非常平坦的形状轮廓，前提是假定该估计值在数值上太小。
因此，对于不同的线锯，特别地，机器特定常数可以假定具有相同的估计值，优选为0.2至5μm/℃的常数。如前所述，通过确定半导体晶片的正面和背面相对于安装在线锯中的锭块指向的方向，来决定机器特定常数的符号。具有不同实际常数的线锯之间的差异仅在于收敛速度，而不在于半导体晶片可达到的平面平行度。现在，它们的残留不均匀性仅由相应切片操作中一个切片操作到另一个切片操作(噪声变量)出现的不可预测波动来确定。
例如，通过使用图3中的形状轮廓12和图4中的形状轮廓16，从晶片的形状轮廓开始，以下述方式确定波纹度指数Wavred。根据这样的形状轮廓，在特征波长为10mm的测量窗口内，在切割深度(D.O.C.)的方向上，确定测量窗口内形状轮廓最大值和最小值之差量。针对形状轮廓的每个测量点，沿切割深度逐点规定测量窗口起始位置，确定这些位置中的每个位置的差量。将由此获得的各差量基于切割深度进行绘制，测量窗口的起始位置表示相应的切割深度。因此，获得例如由图3中的曲线13和图4中的曲线17表示的波纹度曲线。通过忽略切割开始和结束时20mm长度内的差值，根据波纹度曲线和剩余差量值确定波纹度指数Wavred，将最大值定义为波纹度指数Wavred。
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片的波纹度指数Wavred为约12μm，对应于波纹度曲线13的波纹度W的最大值24，考虑4μm的纵坐标网格间距。从图4中的形状轮廓16开始，根据本发明生产的半导体晶片的波纹度指数Wavred为约3μm，对应于波纹度曲线17的波纹度W的最大值，考虑4μm的纵坐标网格间距。
上面对说明性实施例的描述应认为是示例性的。这样作出的公开首先使技术人员能够理解本发明和相关优点，其次，在技术人员的理解范围内，该公开还包括对所描述的结构和方法进行的明显改变和改进。因此，权利要求书的保护范围也覆盖所有这类改变、改进和等同。

Claims (19)

1.一种用于在多个切片操作期间通过线锯从工件上切下多个晶片的方法，所述线锯包括锯线的移动线段的线网，所述锯线在两个导线辊之间拉伸，每个所述导线辊安装在固定轴承和可移动轴承之间，所述方法包括：
在对所述工件起研磨作用的硬质物质存在下，在每个所述切片操作期间，在存在工作流体下，抵靠着所述线网沿进料方向进料所述工件之一；
在所述切片操作期间，根据温度曲线对相应导线辊的固定轴承进行温度控制，所述温度曲线基于切割深度指定温度；
在所述切片操作过程中，所述温度曲线从具有恒温过程的第一温度曲线第一次切换到第二温度曲线，所述第二温度曲线与第一平均形状轮廓和参考晶片的形状轮廓之差异成比例，其中所述第一平均形状轮廓由已根据所述第一温度曲线切下的晶片确定。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：将所述温度曲线进一步切换到另一温度曲线，所述另一温度曲线与先前切下的晶片的另一平均形状轮廓和所述参考晶片的形状轮廓之差异成比例，其中所述先前切下的晶片源自紧跟当前切片操作之前的至少1到5个切片操作。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括：在所述线锯、所述锯线或所述工作流体的至少一个特征变化之后发生的第一切片操作期间，使用所述第一温度曲线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括：根据基于晶片的晶片选择，确定所述第一平均形状轮廓和所述另一平均形状轮廓。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括：根据与切割相关的晶片选择，确定所述另一平均形状轮廓。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括：根据基于晶片和基于切割的晶片选择，确定所述另一平均形状轮廓。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法包括：根据晶片的所述形状轮廓的加权平均，确定所述第一平均形状轮廓和所述另一平均形状轮廓。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述锯线是过共析珠光体钢线。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述锯线的直径为70μm至175μm。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述锯线沿纵向线轴在垂直于所述纵向线轴的方向上设置有多个突起和凹痕。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，所述方法包括：在所述切片操作期间，将冷却润滑剂作为工作流体供应给所述线段，其中所述硬质物质由金刚石组成，并通过电镀粘合、合成树脂粘合或形状适配粘合方式固定在所述锯线的表面上，所述冷却润滑剂不含对所述工件起研磨作用的物质。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，所述方法包括：在切片操作期间，将所述工作流体供应给所述线段，所述工作流体为所述硬质物质在乙二醇或油中的浆料形式，其中所述硬质物质由碳化硅组成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，所述方法包括：按照多对方向反转的连续顺序移动所述锯线，其中每对方向反转包括所述锯线沿第一纵向线方向第一次移动第一长度，以及所述锯线随后沿第二纵向线方向第二次移动第二长度，其中所述第二纵向线方向与所述第一纵向线方向相反，并且所述第一长度大于所述第二长度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述锯线在移动所述第一长度期间，在所述纵向线方向上用第一张力，被从第一线材供应至所述线网；在移动所述第二长度期间，在所述纵向线方向上用第二张力，被从第二线材供应，其中所述第二张力小于所述第一张力。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述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，其中所述工件为直棱柱形式。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述工件为直圆柱形式。
18.一种单晶硅半导体晶片，其波纹度指数Wavred不大于7μm且其直径为300mm，或其波纹度指数Wavred不大于4.5μm且其直径为200mm。
19.根据权利要求18所述的半导体晶片，其波纹度指数Wavred不大于3μm且其直径为300mm，或其波纹度指数Wavred不大于2μm且其直径为200mm。
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