CN115648462A - 线切割设备和线切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了线切割设备和线切割方法，所述线切割设备包括：承载模块，所述承载模块用于承载硅棒在进给方向上进行运动；切割模块，所述切割模块包括切割线和切割线驱动单元，所述切割线驱动单元设置成驱动所述切割线运动以对所述硅棒进行切割；第一砂浆供给模块，所述第一砂浆供给模块设置成能够始终向所述切割线切割所述硅棒的切割位置喷射砂浆。

Description

线切割设备和线切割方法

技术领域

本发明实施例涉及晶圆加工技术领域，尤其涉及线切割设备和线切割方法。

背景技术

硅片作为半导体电路制程载体，其品质对集成电路形成具有决定性的影响。目前，在硅片的初步成型过程中的主要工序包括：硅棒切割，物理、化学研磨，化学刻蚀，物理化学抛光等。硅棒切割是硅片成型工艺中的核心工艺之一，其主要包括多线砂浆(SiC)切割和内圆切割。目前采用的主流工艺为多线切割，因为相对于内圆切割，多线切割具有效率高、质量好、出片率高等优势。

多线切割是目前先进的切片加工技术，其原理是将切割线依次缠绕在彼此间隔开地形成于线轴的周向表面上的导引槽内以使切割线形成切割线段阵列，在导引槽的导引作用下，利用切割线的高速往复运动把磨料带入待切割材料(比如硅棒)的加工区域进行研磨，而待切割工件通过工作台的升降实现垂直方向的进给，以此将工件同时切割成若干个所需尺寸形状的薄片(比如晶圆)。通常多线切割过程中所采用的磨料优选为砂浆。

目前，在切割过程中，由于切割线沿其延伸方向以高速进给，随着切割线不断切入硅棒，切割线与硅棒之间的摩擦会产生大量的热，如果这些热不能被及时带走将会对切割出的硅片的平坦度造成不利影响，而且随着切割进程的继续，切割线带砂能力会降低，实际上能够被切割线带至切割位置的砂浆的量可能低于预期，这对切割效率也造成了负面影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供线切割设备和线切割方法；能够减少温度对切割出的硅片的平坦度影响并且提高切割效率。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种线切割设备，所述线切割设备包括：

承载模块，所述承载模块用于承载硅棒在进给方向上进行运动；

切割模块，所述切割模块包括切割线和切割线驱动单元，所述切割线驱动单元设置成驱动所述切割线运动以对所述硅棒进行切割；

第一砂浆供给模块，所述第一砂浆供给模块设置成能够始终向所述切割线切割所述硅棒的切割位置喷射砂浆。

第二方面，本发明实施例提供了一种线切割方法，所述线切割方法通过使用根据第一方面的线切割设备执行。

本发明实施例提供了线切割设备和线切割方法；所述线切割设备包括能够始终向切割线切割硅棒的切割位置喷射砂浆的第一砂浆供给模块，通过由第一砂浆供给模块直接将砂浆喷射至切割位置，可以利用砂浆带走切割位置处由于切割线与硅棒的摩擦产生的热，并且可以使更多的砂浆参与切割操作，从而提高切割效率。

附图说明

图1为一种常规的线切割设备的示意图；

图2为另一种常规的线切割设备的示意图；

图3为本发明实施例提供的线切割设备的示意图；

图4为本发明的另一实施例提供的线切割设备的示意图；

图5为本发明的又一实施例提供的线切割设备的示意图；

图6为本发明的再一实施例提供的线切割设备的示意图；

图7为本发明实施例提供的第一砂浆供给模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，其示出了一种常规的线切割设备1的示意图，可以理解地，图1所示结构仅用于进行原理性说明，并不表示本领域技术人员不会根据具体的实施状态在图1所示的组成结构上增加或减少组件，本发明实施例对此不做具体限制。由图1所示，线切割设备1可以包括线切割单元11和承载单元12；线切割单元11可以在一些示例中如图1所示置于承载单元12的竖直方向下方，也可以在一些示例中如图2所示置于承载单元12的竖直方向上方。具体而言，线切割单元11可以包括多个线轴111以及切割线112，切割线112缠绕于线轴111上以形成由相互平行的切割线段构成的阵列；在图1中，线轴111的数量以2个为例进行说明，并且线轴111和切割线112朝向和远离承载单元12的往复运动方向如图1中的实线箭头所示，往复运动速度示例性地可以为10m/s至15m/s。承载单元12用于装载并固定待加工硅棒2，在图1和图2所示的示例中，承载单元12可以包括基台121以及中间件122，中间件122可以将待加工硅棒2固定至基台121，例如待加工硅棒可以通过其周向表面利用树脂粘接至基台的下表面(图1)或上表面(图2)从而固定至基台。

对于图1、2中所示的线切割设备1，可以通过移动线切割单元11或者承载单元12以使切割线112与待加工硅棒2之间沿竖直方向的相向运动，待切割线112与待加工硅棒2相互接触之后，利用切割线112沿其延伸方向的运动实现对待加工硅棒2的切割。在如图1所示的示例中，可以将线切割单元11沿黑色箭头所示方向移动，也可以将承载单元12沿虚线白色箭头方向移动，以实现切割线112与待加工硅棒2之间沿竖直方向的相向运动。在如图2所示的示例中，可以将承载单元12沿黑色箭头所示方向移动，也可以将线切割单元11沿虚线白色箭头方向移动，以实现切割线112与待加工硅棒2之间沿竖直方向的相向运动。需要说明的是，本发明实施例通过加装升降装置(图中未示出)以实现线切割单元11或者承载单元12的移动，可以理解地，本领域技术人员还可以根据实际需要及实施场景通过其他方式实现线切割单元11或者承载单元12的移动，本发明实施例对此不做赘述。

在常规方案中，线轴111上设置有用于导引切割线112的多个导引槽，切割线112依次缠绕在每个线轴111的每个导引槽内，使得切割线112形成为由多个切割线段组成的阵列，在该阵列中，各切割线段彼此平行以期将硅棒一次性切割成多个硅片。在切割操作的开始阶段，在线切割单元11和承载单元12朝向彼此运动之前，线切割单元11首先被启动运行，使得切割线绕线轴111进行高速往复运动，同时通过砂浆喷管向切割线喷淋切割砂浆，该过程被称为“预热过程”，通常，切割线的两端分别缠绕在放线轮和收线轮上并且切割线的往复运动由放线轮和收线轮配合驱动。一旦切割线的往复运动平稳并且切割线已经被均匀喷淋砂浆之后，预热过程结束。然后，在切割线继续进行高速往复运动的同时使线切割单元11和承载单元12朝向彼此运动以进行切割操作。

在使用常规线切割设备的切割过程中，由于切割线以高速进行往复运动，因此在与硅棒摩擦时会迅速产生大量的热，随着切割位置的不断深入，这些热愈来愈多地积聚在正在被切割的硅棒内部，并且在整个切割过程持续对硅棒造成影响直至切割过程结束，最终导致刚刚被切割出的硅片受这部分热的影响而具有不佳的平坦度。另外，随着切割进程的继续，切割产生的硅渣可能堆积在硅棒上的切割位置附近，晶棒对切割位置的挤压也会随切割深度的增加而增大，切割线因磨损带砂能力不断降低，这些因素会导致切割线无法将充足的砂浆携带至切割位置处，从而使切割能力下降，整体切割效率降低。

鉴于上述情况，本发明实施例期望提供线切割设备和线切割方法；能够减少温度对切割出的硅片的平坦度影响并且提高切割效率。

基于此，参见图3，其示出了本发明实施提供的一种线切割设备200，所述线切割设备200包括：承载模块201，所述承载模块201用于承载硅棒S在进给方向上进行运动；切割模块202，所述切割模块202包括切割线2021和切割线驱动单元2022，所述切割线驱动单元2022设置成驱动所述切割线2021运动以对所述硅棒S进行切割；第一砂浆供给模块203，所述第一砂浆供给模块203设置成能够始终向所述切割线2021切割所述硅棒S的切割位置喷射砂浆。

如图3所示，线切割设备200包括承载模块201、切割模块202和第一砂浆供给模块203，承载模块201承载硅棒S并且能够驱动硅棒S沿朝向切割模块202的进给方向运动，于此同时，切割模块202的切割线驱动单元2022使切割线2021在切割线的延伸方向上进行运动，例如进行往复运动，以在与硅棒S接触时对硅棒S进行切割，在图3中，切割线驱动单元2022为收线轮和放线轮，在切割过程中，第一砂浆供给模块203始终向切割线2021切割硅棒S的切割位置喷射砂浆，也就是说，向正在执行切割操作的切割线部段和正在被切割的硅棒部分二者喷射砂浆，以使砂浆直达切割位置参与切割操作，提高切割效率，而且参与过切割操作的砂浆会通过重力流动离开硅棒和切割线，从而带走切割操作产生的一部分热，减少热在硅棒处的积聚。

本发明实施例提供了一种线切割设备200；所述线切割设备200包括能够始终向切割线2021切割硅棒S的切割位置喷射砂浆的第一砂浆供给模块203，通过由第一砂浆供给模块203直接将砂浆喷射至切割位置，可以利用砂浆带走切割位置处由于切割线2021与硅棒S的摩擦产生的热，并且可以使更多的砂浆参与切割操作，从而提高切割效率。

当承载模块201驱动硅棒S沿垂直方向向下朝向切割线2021进给时，切割线2021向从硅棒S的下方开始进行切割，对此，参见图3，优选地，所述第一砂浆供给模块203设置在所述硅棒和所述切割线2021的下方并且包括朝向上方喷射砂浆的喷嘴2031，也就是说，第一砂浆供给模块203通过喷嘴2031从硅棒和正在执行切割操作的切割线部段的下方向上喷射砂浆，这种设置可使砂浆以较短的路径直达切割位置处，不仅仅是在切割初始阶段，在切割进程的任何阶段，喷嘴2031都可以将砂浆从即将被切割成型的相邻硅片之间送达切割位置，具有较好的喷射效率。更优选地，所述第一砂浆供给模块203设置在所述硅棒和所述切割线2021的正下方。

为了使足够的砂浆能够参与切割操作，优选地，所述喷嘴2031设置成使得喷射出的砂浆始终能够覆盖所述切割位置，具体而言，喷嘴2031设置成不仅仅是对正在执行切割操作的切割线部段和正在被切割的硅棒部分上的某个点或某个区域喷射砂浆，而是使砂浆能够覆盖上述切割线部段和硅棒部分，以确保充分的切割能力。

在切割过程中，切割线2021切割硅棒的切割位置始终随着切割进程而变化，继续以硅棒S沿垂直方向向下朝向切割线2021进给的情况为例，切割位置从硅棒的下边缘逐渐深入，切割位置的长度则是按照先变长再变短的方式变化，为了能够根据切割位置的变化适应性地提供砂浆，优选地，参见图4和图5，所述线切割设备200还包括控制器204，所述控制器204用于根据所述切割位置的变化控制所述喷嘴2031的压力和喷射范围变化，具体而言，当切割位置距喷嘴2031较近时，可以使喷嘴2031以较低的压力喷射砂浆，并且随着切割位置逐渐远离喷嘴2031，逐渐升高喷嘴2031的喷射压力；当切割位置较短时，例如在切割初始阶段和末尾阶段，可以使喷嘴2031的扩散角θ较小，参见图5，而在切割位置较长时，例如在切割至硅棒的直径位置处时，则需要扩大喷嘴2031的扩散角，以使得在整个切割过程中，砂浆始终能够覆盖切割位置，由此不仅可以精准地将砂浆送达切割位置，而且合理地使用砂浆的量，避免了砂浆浪费或砂浆不足的情况发生。

为了实现多线切割，参见图3，所述线切割设备200还包括线轴205，所述线轴205的周向表面上形成有沿着所述线轴205的周向方向延伸的多个导引槽2051，所述切割线2021缠绕在所述线轴205的所述多个导引槽2051内以形成由彼此平行的多个切割线段SE组成的阵列。

针对多线切割的情况，为了向每个切割线段SE对应的切割位置都提供充分的砂浆，优选地，参见图3，所述第一砂浆供给模块203包括沿所述硅棒的轴向方向排列的多个所述喷嘴2031，以使得喷射出的砂浆能够覆盖每个切割线段SE切割所述硅棒的切割位置，作为示例而非限制性地，喷嘴2031的数目可以与切割线段SE的数目相同或者大于切割线段SE的数目，并且各个喷嘴2031的位置设置成与各个切割位置相对应，比如与缠绕在线轴205上的各个切割线段SE相对应，由此针对一个切割线段SE可以由一个或更多个喷嘴2031喷射砂浆，避免砂浆在喷射路径上被阻挡而无法到达切割位置的情况发生。

为了确保充足的砂浆能够参与切割操作，优选地，参见图6，所述线切割设备200还包括第二砂浆供给模块206，所述第二砂浆供给模块206设置成向所述线轴205的缠绕有所述切割线的部分喷淋砂浆。进一步优选地，所述第二砂浆供给模块206沿所述线轴205的轴向方向设置在所述线轴205和所述切割线2021的上方。

如图6中所示，在两个线轴205的上方分别设置有一个沿线轴205的轴向方向布置的第二砂浆供给模块206，第二砂浆供给模块206大致呈长方体形状，其长度大于线轴205的缠绕有切割线的部分的长度并且设有向下敞开的喷淋口(图中未示出)，使得能够对位于下方的线轴205和线轴205上的每个切割线段SE的一部分喷淋砂浆，借助于线轴205，砂浆能够在切割线段SE上停留一段时间，使得砂浆能够与切割线段SE充分接触，从而更有利于切割线段SE携带更多的砂浆到达切割位置，以参与切割操作。

在线切割领域，砂浆是能够循环利用的，对此，优选地，所述第一砂浆供给模块203还包括砂浆回收部，所述砂浆回收部用于回收喷射出的砂浆以进行循环利用，具体而言，在第一砂浆供给模块203设置在硅棒下方的情况下，由喷嘴2031喷射出的砂浆无论是否已经参与了切割操作都会由于重力回落至第一砂浆供给模块203，如图7所示，第一砂浆供给模块203包括位于底部的收集部2032以及与收集部2032连通的回收口2033，收集部2032呈弧形板状，用于收集喷射出的砂浆并且能够将收集的砂浆引流至回收口2033，流入回收口2033的砂浆经过过滤、性能调节等处理后便可用于后续的切割操作，由此可以降低线切割操作的成本。

本发明实施例还提供了一种线切割方法，所述线切割方法通过使用上文所描述的线切割设备200执行。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种线切割设备，其特征在于，所述线切割设备包括：

承载模块，所述承载模块用于承载硅棒在进给方向上进行运动；

切割模块，所述切割模块包括切割线和切割线驱动单元，所述切割线驱动单元设置成驱动所述切割线运动以对所述硅棒进行切割；

第一砂浆供给模块，所述第一砂浆供给模块设置成能够始终向所述切割线切割所述硅棒的切割位置喷射砂浆。

2.根据权利要求1所述的线切割设备，其特征在于，所述第一砂浆供给模块设置在所述硅棒和所述切割线的下方并且包括朝向上方喷射砂浆的喷嘴。

3.根据权利要求2所述的线切割设备，其特征在于，所述喷嘴设置成使得喷射出的砂浆始终能够覆盖所述切割位置。

4.根据权利要求3所述的线切割设备，其特征在于，所述线切割设备还包括控制器，所述控制器用于根据所述切割位置的变化控制所述喷嘴的压力和喷射范围变化。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的线切割设备，其特征在于，所述线切割设备还包括线轴，所述线轴的周向表面上形成有沿着所述线轴的周向方向延伸的多个导引槽，所述切割线缠绕在所述线轴的所述多个导引槽内以形成由彼此平行的多个切割线段组成的阵列。

6.根据权利要求5所述的线切割设备，其特征在于，所述第一砂浆供给模块包括沿所述硅棒的轴向方向排列的多个所述喷嘴，以使得喷射出的砂浆能够覆盖每个切割线段切割所述硅棒的切割位置。

7.根据权利要求5所述的线切割设备，其特征在于，所述线切割设备还包括第二砂浆供给模块，所述第二砂浆供给模块设置成向所述线轴的缠绕有所述切割线的部分喷淋砂浆。

8.根据权利要求7所述的线切割设备，其特征在于，所述第二砂浆供给模块沿所述线轴的轴向方向设置在所述线轴和所述切割线的上方。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的线切割设备，其特征在于，所述第一砂浆供给模块还包括砂浆回收部，所述砂浆回收部用于回收喷射出的砂浆以用于循环利用。

10.一种线切割方法，其特征在于，所述线切割方法通过使用根据权利要求1至8中的任一项所述的线切割设备执行。

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