CN202943762U - 用于半导体线锯的线和线锯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于半导体线锯的线和线锯，公开了一种线(200)，其适用于锯切半导体材料(102；104；106；108)，其中所述线包括非圆形横截面。此外，提供了一种线导引器(112，114，116，118)，其适用于引导所述的用于锯切半导体材料(102；104；106；108)的线(200)。线导引器包括至少一个沟槽，所述至少一个沟槽包括矩形或梯形横截面。

Description

用于半导体线锯的线和线锯

技术领域

本公开的实施例涉及适用于锯切半导体材料的线、用于锯切半导体材料的线锯以及用于锯切半导体材料(诸如但不限于硅、例如块状或砖状的硅等)的方法。特别地，本公开涉及细线、特别是具有小于200μm的延伸范围的线。现有的线锯可以以利用根据本公开的线来操作的能力来改进。本公开特别地涉及多线锯。本公开的线锯特别地适用于切割或锯切诸如硅或石英的块体等的坚硬材料，例如适用于切割硅晶片、用于切方机(squarer)、剪切机等。

背景技术

线锯用于从诸如硅等的一块坚硬材料上切割出块状体、砖状体或薄片(例如半导体晶片)等。在这样的设备中，线从线轴进给，并且由线导引筒(本文也称为线导引器)引导和张紧。用于锯切的线通常设置有研磨材料。作为一种选择，研磨材料能够以浆料的方式提供。这可以在线接触要被切割的材料之前在短时间内完成。因此，研磨剂被线带到切割位置用于切割材料。作为另一种选择，研磨剂可利用涂层设置在线上，例如金刚石线那样。例如，金刚石颗粒可利用涂层设置在金属线上，其中金刚石颗粒嵌入在线的涂层中。从而，研磨剂与线稳固地连接。

线由线导引器引导和/或张紧。线通常具体地以下面给出的速度在线导引器上不断地移动。这些线导引器一般地覆盖有一层合成树脂，并且刻画有具有非常精确的几何形状和尺寸的沟槽。线绕线导引器卷绕并且形成网或线网。在锯切期间，线以相当大的速度移动。线网产生了与保持要被锯切的工件的支撑梁或支撑件的前进相反的力。在锯切期间，要被锯切的工件移动通过线网，其中该移动的速度决定切割速度和/或在给定的时间量内可被锯切的有效切割面积。

现今，在用于诸如砖状体切方、晶圆切片等硅成形的主要技术中，线由高耐受度、高碳含量的刚构成。线横截面是圆形的。线可以用作利用无磨料悬浮液作为切削剂的裸刚，或者其可以涂覆有通过电镀或树脂技术结合到刚芯的金刚石颗粒。线的直径非常关键，这是因为其决定了在切割期间损失材料的量。以例如180-200μm量级的晶圆厚度和例如120-140μm量级的线直径，在切片通道中产生的损失材料量共计例如150-170μm。即，装载到线锯中的半导体材料的初始量的几乎50％损失了。由于原材料是晶圆切割成本的主要成本来源，因此减小损失材料量(所谓的“切口损耗”)变得非常重要。

一般地，为了减小切口的厚度并且从而减少浪费的材料，倾向于使用具有较小直径的线。然而，具有较小直径的线一般更容易受损，并且在较高的应变下，线更容易断裂。在线断裂的情况下，线锯的操作必须中断，并且必须使用新的线。具有相当大价值的所加载的半导体材料可能被损坏并且从而损失掉。此外，换线浪费时间并且因此意味着较高的成本。此外，在线断裂事件中，可能引起有害的结果。线的松开端可能以不受控的方式在机器中移动，这可能损坏线导引系统或者机器的其他部分。此外，如果线断裂并且继续移动，可能撕裂所锯切的物体。

显然，存在在用于尽可能减小切口损耗的优选直径与用于尽可能增大线的稳定性的优选直径之间的折中。期望具有尽可能小的锯切材料的切口损耗，同时尽可能避免由于线断裂造成的半导体材料的损失和停工时间。当前的解决方案减小线张力以降低断裂的概率。然而，由于张力对于高精度切片来说是最重要的参数，因此这些解决方法仅能满足部分需求。

发明内容

鉴于上述内容，提供了适用于锯切半导体材料的线。该线包括非圆形横截面。

根据一个方面，提供了用于引导如这里所述的线的线导引器。线导引器包括沟槽，其中沟槽的横截面适用于接收这里所述的线。根据一个方面，沟槽具有矩形或梯形横截面。

根据一个方面，提供了包括这里所述的线、用于锯切半导体材料的线锯。具体地，所述线锯可以是多线锯。

根据另一个方面，提供了用于锯切半导体材料的线锯。该线锯包括用于引导这里所述的线的至少一个线导引器。具体地，所述线锯可以包括如这里所述的两个或四个线导引器。

根据又一个方面，提供了用于将如这里所述的线卷绕在线轴上的方法。根据这个方面，线具有一个或多个切片侧和一个或多个线网侧，并且切片侧的宽度小于线网侧。该方法包括卷绕线以使得线网侧面向线轴的表面。

根据又一个方面，可以将现有的线锯改进为使用这里所述的线来操作。该方法包括去除至少一个线导引器并且安装如这里所述的至少一个线导引器。

根据又一个方面，提供了用于操作线锯的方法。用于操作线锯的方法包括提供如这里所述的非圆形线以及利用所述线锯锯切半导体材料。

此外，从从属权利要求、说明书和附图中，其他优势、特征、方面和细节将变得明显。

所述也指向用于执行所公开的方法的装置并且包括用于执行各个所述方法步骤的装置部件。这些方法步骤可以以硬件元件、由适合的软件编程的计算机的方式、以这两种方式的任意组合或者以任何其他方式执行。此外，根据本发明的实施例也指向所述装置的操作方法。其包括用于执行该装置的每个功能的方法步骤。

附图说明

为了详细理解本发明的上述特征，通过参考实施例提供对上面简要总结的本发明的更具体的描述。与本发明的实施例相关的附图描述如下：

图1示出了根据这里所述的实施例的线锯控制系统和线锯的示意性侧视图。

图2图示了根据这里所述的实施例的线锯控制系统和线锯的示意性俯视图。

图3、4A、4B、5、6和7是图示了根据本公开的非圆形线的各种实施例的三维示意图。

图8是根据这里所述的实施例的线的实施例的横截面，其中线具有梯形形状。

图9是图示了利用具有圆形横截面的线锯切半导体材料的效果的示意性截面图。

图10是图示了利用具有非圆形横截面的线锯切半导体材料的效果的示意性截面图。

图11是锯切通过半导体材料块的非圆形线的示意性三维视图。

图12是通过根据这里所述的实施例的线导引器的一部分的示意性截面图。

图13是通过根据这里所述的实施例的线导引器的一部分的示意性截面图。

具体实施方式

现在将详细提及本发明的各个实施例，各个实施例的一个或多个示例在附图中图示。在关于附图的以下说明中，相同的附图标记指的是相同的组件。通常，仅描述相对于各个实施例的不同之处。各个示例以对本发明进行解释的方式提供，并且不意在作为对本发明的限制。此外，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可用在其他实施例上或与其他实施例结合以产生另一实施例。本说明意在包括这样的修改和变体。

一般地，这里所理解的线锯可以是剪切机、切方机或用于切割半导体材料的晶片切割线锯。这里所理解的线应该被理解为用于锯切半导体材料的线，具体地用在剪切机、切方机或晶片切割线锯中的线。具体地，这里所理解的线锯应该被理解为这样的线锯，其中诸如至少1km、通常至少10km或者甚至至少100km等相当大长度的线，移动通过线锯从而执行多种切片动作。术语“非圆形线”或者“具有非圆形横截面的线”在这里作为同义词使用。术语“线长度”指的是线的总长度，并且因此不仅仅指在给定时间处用于锯切的线。

根据这里所述的实施例，操作线锯的方法能够以计算机程序、软件、计算机软件产品和相关的控制器等的方式来实现，其中相关的控制器可通常具有CPU、存储器、用户接口以及与线锯的对应组件进行通信的输入输出装置。这些组件可以是如下组件中的一个或多个：电动机、线断裂检测单元、线追踪装置等，下面将更详细地描述。

通常，线锯包括在线移动方向上输送和引导线的线导引器。线导引器通常适用于旋转以输送线。线导引器通常被配置为以至少5m/s或者甚至10m/s的圆周速度(即，在外周上的速度)。通常，线锯在标准操作期间在10m/s和15m/s之间操作，而在开始和停止期间速度可以较小。而且，在线前后移动时，显然地，线随着时间减速，以在相反方向上加速。

线锯控制系统提供对线张力的控制。所提供的线具体地在线锯的切割区域中形成线网。因此，术语“线网”通常涉及由线在两个导引筒之间所形成的网。应该明白，线可以形成多于一个的线网，其中线网被定义为执行锯切处理的区域。因此，根据这里所述的一些实施例，一条或多条线可以形成一个或多个线网，例如两个线网(诸如下面所讨论的图1和2等)。

例如，如下面将参考图1至图2的实施例更加详细地描述的，线锯可包括两个水平定向的线网，线网例如包括两个或四个水平定向的工作区域。在这种情况下，通过在竖直方向上推动块体或砖状体通过限定工作区域的线网，来执行锯切。一般地，并且不限于这里所述的任何具体实施例，术语“切割晶片”具体地包括“将块体切割成晶片”。此外，如这里通常所使用的，术语“切割”用作“切片”或“锯切”的同义

可以在上部线网和下部线网同时进行锯切。线锯还可以包括两个竖直布置的网。根据某些实施例，竖直布置的网用于在两个水平定向的工作区域之间输送线。在工作区域之间的输送期间，线可以得到冷却。根据其他实施例，工作区域是竖直定向的。

对于例如剪切机、切方机、切割晶圆系统或多线锯等现代线锯，期望其能够高速地切割诸如半导体材料(例如硅、石英等)等的坚硬材料。线速度，即线移动通过线锯的速度例如可以是10m/s或者更高。通常，线速度可以在10m/s到15m/s的范围。然而，诸如20m/s、25m/s或30m/s等的更高的线速度也是期望的。根据一些实施例，线的移动仅是单向的，即总是处于前进方向。根据其他实施例，移动可以包括后退方向的移动，具体而言，移动可以是其中线的移动方向被反复改变的、线的前后移动。为了以期望的线速度解开线，具有未使用的线的进给线轴以高达每分钟数千转的转速旋转。例如，可设置1000至2000rpm用于解开线。

根据本公开，线的横截面是非圆形的。具体地，线的横截面可以是可能具有圆角的矩形。此外，根据实施例，线的横截面通常是非正方形的，具体地，线的横截面是非正方形矩形。

如这里所使用的，术语“切片方向”对应于线被推动通过半导体材料以对半导体进行切片的方向。与该方向垂直的方向这里应该被称作“线网方向”，这是因为该方向位于线网的平面上。如这里所使用的，当线锯操作时，侵入到半导体材料中的线的那一侧应该叫做“切片侧”。如这里所使用的，基本上对切片过程没有贡献的一个或多个线侧(通常是两个)应该叫做“线网侧(一个或多个)”。由于这样的命名应该反映，在通常的实施例中，线的线网侧被定向在线网的平面中。通常，线网侧具有与切片方向基本上平行的表面。在本文中术语“基本上”应该理解为包括小于10°、更通常地小于5°的偏差。根据典型的实施例，除了设置在切片侧的表面上的凹口以外，切片侧的表面与线的线网侧的表面垂直。

在一些实施例中，线锯允许在多于一个网处切片。在图1中描述了这样的线锯的示例，在下面将详细讨论图1。在这种情况下，在一个网处(例如在上网处)的线的切片侧是在另一个网处(例如，在下网处)的线的相对侧。因此，术语线的“切片侧”可以指在锯切期间切片通过半导体材料的线的两边。类似地，“线网侧”一般指不用于帮助切片过程的线的两侧。一般地，线网侧定向为朝向相邻的线。

在属于晶片切割线锯的实施例中，线在切片侧的宽度可以小于120μm，特别地小于100μm并且甚至更特别地小于80μm。线网侧的宽度通常大于线的切片侧的宽度。例如，线网侧的宽度可以大于140μm，更具体地大于200μm或者甚至大于250μm。

根据通常的实施例，使用多线锯。多线锯对于半导体和光伏工业允许硅晶片的较高的生产力和高质量切片。多线锯通常包括可单向(即，仅在前进方向上)或双向(即前进和后退)移动以执行切割动作的高强度钢线。线可以在其表面上设置有金刚石。通过使用根据本公开的金刚石线，与传统的钢线相比，生产量可以以大于等于2的因素提高。所锯切的材料相对于移动的线移动的虚度可以称作材料进给速率。对于晶片切割线锯，在这里所描述的实施例中的材料进给速率可以在2μm/s到15μm/s、通常约6μm/s到10μm/s的范围内。

线可以卷绕在线导引器上，线导引器这里也称作导引筒，其通常以恒定间距形成沟槽，形成平行线或线网的横向网。线导引器通过驱动器来旋转，驱动器使得整个线网以例如5m/s和20m/s之间的相对较高的速度移动。如果需要，若干高流速喷嘴可以将浆料(slurry)提供给移动的线。这里所理解的浆料指的是具有悬浮的耐磨颗粒(例如，碳化硅颗粒)的液态载体。在切割动作期间块体可被推动通过线网。或者，块体可固定而线网被推动通过块体。线进给线轴提供所需要的新的线并且线卷取线轴储存用过的线。

期望使线锯的生产力最优化。因此本公开提供了一种非圆形线，其具有与传统的圆形线具有至少相同的稳定性和耐撕裂度，然而所产生的锯切过程的切口损耗基本上小于在利用传统的圆形线的锯切过程中产生的切口损耗。

根据通常的实施例，线的横截面的切片侧的延伸范围小于线网侧的延伸范围。如这里所使用的，切片侧的延伸范围与线网侧的延伸范围之间的比应该称为线的“高宽比”。通常，该高宽比小于1.0或者甚至小于0.5。通常，线网侧的宽度对切口损耗没有贡献，因此选择为相对较大。

由于线还必须在用作转向轮的线导引器上移动，并且很长的线网侧在这方面会引起问题，因此，线网侧的长度通常不大于300μm，更典型地不大于250μm。此外，对于高宽比可以存在下限，例如高宽比可以选为大于0.2。

图1示出了根据这里所述的本实施例、包括线锯控制系统1的线锯100的示意性侧视图，并且图2示出了线锯100的示意性俯视图。线锯控制系统1可以包括诸如用于测量线是否仍可操作或者是否可以经受裂纹或断裂等的传感器20。例如，传感器可以测量线中的电压的存在。或者，传感器可以测量线的物理性质，或者可以是光学传感器。传感器20可以经由电缆或无线连接15连接到控制系统1。控制系统1被配置为控制锯切过程。

线锯100具有包括四个线导引筒112、114、116、118的线导引装置，这里也叫做“线导引器”。通常，如下面将更详细地讨论的，线导引器112、114、116、118覆盖有合成树脂层，并且刻画有具有非常精确的几何形状和尺寸的沟槽。沟槽之间的距离，也称作沟槽的间距，决定两条或两根相邻的线230之间的距离D1。距离D1减去切片侧的线长度设定了由线锯所切割得到的片的厚度的上限。

通常，并且不限于任何实施例，线切片侧宽度在50μm到120μm之间。在线导引器上的相邻的沟槽之间的距离D1是从200μm到400μm，通常在从270μm到320μm的范围内。作为示例，沟槽可具有小于330μm到360μm的间距，以及诸如小于280μm等的较小尺寸，或者小于200μm也是可以的。这里，术语“间距”应该理解为沟槽的中心之间的距离。根据能够与这里所述的其他实施例组合的一些实施例，沟槽之间的间距或距离导致约从110μm到约330μm，通常是从190μm到250μm的相邻线之间的间隔。

根据能够与这里所述的其他实施例组合的不同的实施例，间距可以小于330μm可以小于300μm甚至小于270μm。相邻线之间的距离可以在小于220μ，例如小于190μm的范围内；和/或产生的晶片厚度可以在大于80μm和/或小于250μm、例如在120μm到220μm之间、诸如在180μm到220μm等的范围内。

此外，各个线导引筒112、114、116、118可以连接到电动机或驱动器。为了降低附图的复杂程度，在图1中仅示出了电动机126，并且在图2中仅示出了电动机122和124。电动机连接到各个线导引器。例如，电动机122可以连接到线导引器112，电动机124可以连接到线导引器114，并且电动机126可以连接到线导引器116。此外，电动机122、124、126可经由诸如图1所示的连接器16等的电缆或无线连接来由控制器25控制。根据某些实施例，各个线导引器由电动机驱动。根据实施例，各个电动机可适合于执行线的前后移动。线的移动方向也可以如图1中的利用标记215、225所指示的箭头所示的、在锯切期间不改变。

在切割动作期间，一个或多个块体102、104、106、108可被推动通过线网以将其切成片。这分别通过夹在块体102、104之间以及夹在块体106、108之间的箭头来指示。通常，一个或多个块体由工作台(未示出)来支撑，其中工作台能够以这里被称为“工作台速度”的速度移动。或者块体102、104、106、108可以固定，而线网被推动通过块体。根据实施例，一个或多个块体被切成大量的晶片，诸如至少500个或甚至更多个等。块体的典型长度具体地在多晶硅的情况下在高达250mm的范围内，并且具体地在单晶硅的情况下在高达500mm的范围内。

根据典型的实施例，线进给线轴134设置有线200的收纳部。线进给线轴134在完整的情况下通常持有几百千米长度的线。线进给线轴设置有表面135，其中线200卷绕在表面135上，并且在锯切期间线200从表面135展开。在线锯的操作期间，线由线进给线轴134进给到锯切过程，并且到达线导引器112、114、116、118。

可以设置线卷取线轴138，其中使用过的线200被重绕在线卷取线轴138上。线卷取线轴设置有表面139，其中线200在已经被引导通过线锯设备之后卷绕在表面139上。在实施例中，线进给线轴134和卷取线轴138的旋转轴线与线导引筒112、114、116、118的旋转轴线平行。因此，通常不需要转向轮或类似的装置来将线进给到线导引器110。通常，可设置诸如低惯性轮(未示出)和张力臂(未示出)等的其他装置，用于利用在张力臂上的可选数字编码来进行线张力调节。

线200螺旋地绕线导引器112、114卷绕，并且形成在两个线导向器之间形成平行的先曾。该层通常称作线网200。沟槽具体地适用于非圆形线，以允许线的适当定位和引导(参见下面的具体描述)。

例如，这里所公开的沟槽可以具体地适用于接收非正方形矩形线。根据很多实施例，线的切片侧的宽度小于线的线网侧的宽度。线导引器的沟槽的宽度通常适用于接收线的切片侧。根据实施例，沟槽底部的宽度小于在线导引器中的沟槽的深度长度。将术语“沟槽高宽比”定义为沟槽底部宽度与高槽深度的比，在通常的实施例中，沟槽高宽比低于1.0，更通常地小于0.7。

在所示实施例中，设置了四个线网。使用至少一个线网进行锯切，通常同时使用两个线网(如图1所示)。平行的线部分的数目通常对应于切口的数目。例如，线可以以产生的线网包括100个平行布置的线部的方式卷绕。被推动通过该100条线的线网的晶片被切割为101片。

根据可以与这里所描述的其他实施例组合的一些实施例，一个或多个线进给线轴以形成至少一个线网。例如，可以使用两个、三个或甚至四个线进给线轴来提供线。因此，根据不同的实施例，可以提供锯切例如在100μm到170μm的范围内的较薄晶片的方法。通常，较薄的晶片还可以以较高的速度锯切，诸如具有在2μm/s到12μm/s、通常约5μm/s到7μm/s的范围内的材料进给速率。

与单线系统相比，在各条线上的负载可以通过具有两个或多个线进给线轴从而具有两条或多条单独的线而减小。根据通常的实施例，在具有两条或多个线的多线锯的情况下，线在横截面形状上相同，例如，两条或多条线可以具有矩形形状。对于单线网，与多线网相比，负载由于晶片表面积相对于线表面积的增大而增大。在多线锯的情况下的负载的减小可以导致较低的切割速度。因此，使用两条或多条线可以增大切割速度，例如从而可以提供大于等于12m²/h的有效切割面积或切割面积率。

图2图示了图1所示的线锯的俯视图。元件已经参考图1说明。

后面的图3至图7示出了可以的线形状的三维示图。如这些附图所示，但不限于所述的实施例，线可以具有非正方形(例如，切片侧的长度与线网侧的长度不同)的矩形形状。此外，如在对图3至7的后面的说明中所讨论的，线的切片侧可以具有诸如凹口等的其他特征。对于其中线的两侧用于切片的那些实施例，在下面所述的其他特征可以设置在两个切片侧上。图4B中给出了这样的示例。然而，应该理解，在两个切片侧上的所述特征也可以在其他表面形状(诸如但不限于参考图3和5-8所述的那些)的情况下设置。

图3图示了具有平整的切片侧300的线200。切片侧可以设置有金刚石或其他磨料。或者，对于使用浆料的锯切过程，切片侧可以是裸露的。此外，线网侧310在图3中示出。一般地，并且不限于图3的实施例，线网侧通常与切片侧垂直。如图3所示的线在这里应该叫做“裸露型”。

图4A图示了具有设置有多个凹口400的切片侧的线200。一般地，也图4A的实施例所示，多个凹口400沿着的线的宽度延伸。如图所示，凹口可以相互间隔开。在图4A中，凹口被图示为半椭圆形状。或者，凹口的形状是半圆形、矩形或者其组合。这样的线在这里应该叫做“波纹型”。

图4B应该代表这样的示例，其中设置在线的切片侧上的形状也可以用在线的相对侧上，即在另一个切片侧上。这通常适用于并且不限于线设置有半椭圆形凹口的实施例。

图5示出了具有设置有磨料层500的切片侧的线200。例如，磨料可以是包括金刚石的涂层。磨料可以设置在线的两个切片侧上。磨料可以通过例如粘着等方式固定到线上。在这里，这样的线应该叫做“固定磨粒边”类型。一般地，并且不限于任何实施例，磨料层可以额外地设置到切片侧的具体形状，诸如参考图4A、图6或图7所述的形状等。

图6图示了具有设置有三角形凹口600的切片侧的线200。如图所示，并且不限于凹口的三角形形状，凹口可以具有非对称形状，并且不限于当前所示的实施例，凹口可以具有凹口的一个侧650，其中侧650被定向为与线的切片方向平行。具体地，线的切片侧可以具有锯齿形状，并且参考图6所示例性地图示的实施例在这里应该叫做“锯齿型”。对线的相对侧，即另一个切片侧可以设置相同的形状。

图7图示了具有设置有连续性凹口的切片侧的示例性线200。通常，连续性凹口沿着线的长度延伸。在图7所示的实施例中，连续性凹口具有半管形状700。然而，在替换实施例中，这样的连续性凹口可以具有沿着线的长度延伸的任何其他形状。在本文中所理解的术语“连续性”应该具体地反映为，相同的凹口通常在整个线长度上延伸。然而，除了在线长度方向上延伸的连续性凹口以外，可以设置例如间隔地在线的宽度方向上延伸的其他凹口。图7所示的具体地线在这里应该叫做“半管”型。参考图4、图6和图7示例性地图示的线200的实施例对于基于浆料的锯切特别有利，这是因为所设置的凹口允许浆料聚集在其中从而改善锯切过程。此外，诸如参考图6所示的锯齿形状等可产生尖角的形状，可以在线锯的操作过程中进一步改善磨蚀过程，从而提高线的效率。

到目前为止所示的线的示例性形状还可以相互组合。例如，参考图7所示的半管型线可以与参考图4A和图4B所示的波纹型线、或者参考图6所示的锯齿型线组合。此外，各个线形状或线形状组合可以设置有固定到其上的磨料。

此外，通常线的线网侧是平整的，即，没有凹陷和突起。这是因为，诸如突起或磨料涂层等的任意成形在线移动通过块体时，都将导致额外的磨蚀效果。然而，这反过来将进一步增大切口损耗。根据很多实施例，线200的线网侧的表面与切片方向平行、以避免来自线网侧的任何磨蚀效果。

图9图示了通过块体302的传统锯切过程，并且图10图示了利用这里所公开的非圆形线的通过块体302的锯切过程。如图所示，图9的线850具有圆形横截面。线的直径由附图标记810表示。在锯切过程期间，由于损耗的材料，有效切片宽度基本上更大，即，有效切片宽度是距离810加上一个侧切口损耗距离800的两倍。在基于浆料的锯切的情况下的侧切口损耗，与金刚石线锯切的情况相比可能更高。无论哪种方式，在锯切期间，都损失了距离810加上两倍的距离800的距离的材料。如这里所使用的，这个总距离应该叫做“切口损耗”。由于半导体材料很昂贵并且由于通常在锯切期间必需进行很大数量的切片，因此显然期望减小切口损耗。

图10图示了通过块体302的锯切过程，其中使用了如这里所公开的非圆形线200的实施例。半导体材料的切口损耗是一个侧切口损耗900的两倍加上线200在其切片侧的宽度。用于图示目的的线200具有小于0.25的高宽比。此外，切片侧300被示出为具有平整的形状，其中角950可以是圆的。然而，任何其他形状的线也是可以的，特别是先前参考图3至7所讨论的形状。

根据两种图示情况的对比，显然，在使用根据这里所公开的实施例的线的情况下，由于切口损耗产生的总损耗更小。同时，由于与圆形线相比、当前公开的线由于其在切片方向上通常增大的延伸度，仍然提供了对于断裂的高抗性，即，高抗拉强度，从而允许线锯以较少的失效和/或断裂来操作。根据实施例，这里所公开的线的稳定性与圆形线相比增大。

换句话说，使圆形线的横截面面积(线的直径的一半的平方的π倍)等于根据当前所公开的实施例的非圆形线的大小(例如，在矩形线的情况下，切片侧的宽度乘以线网侧的宽度)，那么，使用当前所公开的实施例的线的切片过程的损耗与使用圆形线的损耗相比而减小。例如，如果圆形线具有120μm的直径，那么横截面面积是11,310μm²。具有相同横截面积的、具有60μm的切片侧宽度的非圆形线，将具有约188μm的线网侧宽度，从而具有0.32的高宽比。

其他实施例根据下面的表1和表2来理解。

表1允许圆形线的直径与非圆形线的延伸范围之间的比较。除了面积以μm²给出以外，所有的值以微米给出。第一行指的是具有在80μm与180μm之间的直径的本领域已知的圆形线。第二行指示所产生的横截面面积(线的直径的一半的平方的π倍)。下面的行在第一列中指示从50μm到150μm的范围内的若干可能的切片侧宽度。下面的行的其他列对应于，为了得到与在圆形线的情况下相同的横截面面积而需要的线的线网侧的宽度。

例如，具有130μm的直径的传统圆形线具有约13,273μm²的横截面面积。考虑利用这里所公开的具有相同横截面面积的矩形线代替该圆形线，其中切片侧应该为80μm，将需要具有166μm的线网侧宽度。这是因为80μm乘以166μm约等于13,273μm²，即13,280μm²。得到的高宽比是80/166＝0.48。

表1——以μm为单位的数值延伸范围

表2是关于得到的高宽比的。除了高宽比以外全部的值以微米给出。其中第一行和第一列与表1相同，表格的剩余部分对应于期望横截面面积与本领域已知的圆形线的横截面面积相同的情况下、得到的高宽比。

表2——高宽比

图11是在通过块体302的切割过程期间、线200的示意性三维示图。线200可以就具有这里所公开的任意形状。

根据这里所述的实施例，设置有线导引器，其适用于引导如这里所述的线。因此，通常，线导引器设置有特别地适用于包括非圆形截面的线。

根据一些实施例，线具有矩形横截面。线以线的一个切片侧接触线导引器的方式、在线导引器上被引导。因此，其通常由适用于矩形线的沟槽引导。

图12是根据这里所述的实施例的线导引器112的示例性实施例的略图。显然，线导引器112的一部分的所示横截面也指示图1和图2中的线导引器114、116和118的各自的部分。略图示出了设置有沟槽13的线导引器112的外表面1000的一部分。如在该实施例中所示，沟槽具有矩形横截面。通常，沟槽是非正方形的，即，根据实施例，它们具有比沟槽底部1110大的深度(即，侧壁1120的长度)。例如，并且不限于图12的所示实施例，沟槽的高宽比，即沟槽的深度与沟槽底部宽度之间的比小于1.0，通常小于0.7，并且甚至通常小于0.5或者甚至小于0.25。沟槽适用于接收如这里所述的线。

如这里所述的沟槽可以具体地具有梯形形状的横截面。这在图13中示出，其中线导引器112设置有表面1000。显然，线导引器112的一部分的所示横截面也指示图1和图2中的线导引器114、116和118的各自的部分。适用于与线接触以引导线的表面1000这里应该被叫做“接触表面”。线导引器的接触表面1000通常设置有沟槽1130，沟槽1130以预定和规则的距离布置。该距离也可以叫做“间距”。

如图13所示例性地图示的，但不限于所示实施例，沟槽1130通常设置有通常平坦的底部1110。由于所述设置的沟槽中的底部具有延伸范围，因此底部也可以称为“底表面”。该延伸范围通常对应于线的后侧的宽度(其反过来通常与线的切片侧相同)。例如，底部延伸范围可以是至少50μm，至少80μm，至少100μm或者至少130μm。

底表面通常与接触表面平行，并且诸如在矩形线的情况下等，适用于接收线的平坦后侧。沟槽1130还可以设置有倾斜的侧壁1120，其中倾斜角(这里也叫做“孔径角”)在朝向接触表面的方向上打开，如图13所示。孔径角定义为相对于诸如图13所示的接触表面1000等的接触表面的垂线的角度。孔径角α在图13中示出。孔径角可以在0°和10°之间，更通常地小于5°或甚至小于3°。

根据图13所示的实施例，沟槽的形状是梯形的。如这里所使用的术语“梯形的”或者“梯形”指的是梯形的两个边相互平行的本领域中的理解。在这样的理解中，沟槽的底部将平行于线导引器的表面1000。然而，应该注意，例如由于制造的原因，底部也可以包括一些曲面。此外，设想两个侧壁1120具有相同的孔径角。然而，不同的孔径角不排除在本范围之外。

当前所述的实施例具体地指向针对半导体锯切的线的使用，其中线具有非圆形横截面，并且其中线的一侧比另一侧(通常是线网侧)具有更大的延伸范围。具有较小的延伸范围的一侧(通常是切片侧)应该用作通过半导体的切片侧，而具有较大延伸范围的另一侧应该允许线提供线的充分的稳定性。

根据实施例，具有不同延伸范围的两侧的线应该以具有较长延伸范围的一侧面向线进给线轴的方式、储存并且设置到线进给线轴(参见图1的附图标记134)上。类似地，在锯切之后，线可以以具有较长延伸范围的一侧面向线卷取线轴的方式、再次被储存。

因此，卷取线轴和/或进给线轴适用于以线的切片侧面向相邻的线而储存线。具体地，根据当前所公开的方法，线以线的线网侧取向为与卷轴的表面平行的方式、储存在卷取线轴和/或进给线轴上。

如所讨论的、在线从进给线轴上展开之后，将线卷绕在线进给线轴上需要线以90°旋转。这可以通过如这里所述的线导引器的随后的定位从而将线迫入线导引器的沟槽中来完成。换句话说，线正在离开进给线轴的时间与接触线锯的线的线导引器的时间之间、旋转90°。此外，中间线导引器可以设置有底部倾斜以便于线的旋转的沟槽。例如，可以在进给线轴与线锯的线导引器之间设置中间线导引器，使得中间线导引器具有以45°角倾斜的底表面。相同的情况应用于位于这里所述的线锯的线导引器与卷取线轴之间的中间线导引器。

根据这里所述的另一方面，提供了用于改进线锯的方法。该方法通常包括使用如这里所述的线导引器替换适用于圆形线的现有线导引器。例如，诸如两个或四个等的至少两个现有的线导引器可以用诸如两个或四个等的至少两个如这里所述的线导引器来替换。方法还可以包括使用如这里所公开的线进给轴来替换适用于圆形线的现有的线进给线轴，和/或使用如这里所公开的线卷取线轴来替换适用于圆形线的现有的线卷取线轴。

本公开提供了用于线锯的线，其中线锯允许锯切通过诸如块体等的半导体材料，其中总切口损耗与具有圆形直径的线相比而减小。同时，线的稳定性不会经受增大的断裂率或其他故障率。切片侧表面的具体成形在基于浆料的锯切的情况下还允许更好的浆料的蓄积。在金刚石锯切的情况下，线的切片侧可以设置有磨料金刚石层。

总的来说，本公开解决了对于降低原材料损耗(即，减少切口损耗)同时维持甚至允许减小故障率、以及由于可以增大施加到线上的张力而可以增大切片效率的需求。具体地，增大线张力的可能性在锯切过程期间、确保线的正确引导并且限制线的偏转。限制线的偏转提高晶片的厚度均匀性。

此外，可以在线的切片侧上设置结构和/或纹理。这已经参考图4至7进行了具体地描述。设置诸如一个或多个凹口等这样的结构和/或纹理，还增强线的锯切性能。此外，可以实施仅固定在切片侧上的金刚石层，而不对线网侧进行金刚石涂覆。这与圆形线相比、减小了每米线上的金刚石磨粒的量，并且因此有助于减少线和锯切过程的总成本。

虽然前面指向本发明的实施例，但在不脱离本发明的基本范围的条件下可以设计本发明的其他和更多的实施例，并且本发明的范围由后面的权利要求决定。

Claims (18)

1.一种适用于锯切半导体材料(102；104；106；108)的线(200)，其中所述线包括非圆形横截面。

2.根据权利要求1所述的线，其中线横截面是矩形的，并且其中所述线定义了用于通过所述半导体材料切片的一个或多个切片侧、以及与所述一个或多个切片侧垂直的一个或多个线网侧。

3.根据权利要求2所述的线，其中所述一个或多个切片侧的宽度小于所述一个或多个线网侧的宽度。

4.根据权利要求2或3所述的线，其中定义为所述一个或多个切片侧与所述一个或多个线网侧之间的比的高宽比小于0.7。

5.根据权利要求2或3所述的线，其中所述一个或多个切片侧具有小于120μm的宽度。

6.根据权利要求2或3所述的线，其中所述线的所述一个或多个切片侧设置有一个或多个凹口(400，600，700)。

7.根据权利要求6所述的线，其中所述一个或多个口(700)沿着所述线的方向延伸。

8.根据权利要求1或2所述的线，其中所述线的形状从裸露型(300)形状、波纹型(400)形状、固定磨粒边型(500)形状、锯齿型(600)形状、矩形形状或其组合中选取。

9.根据权利要求1或2所述的线，其中所述线(200)是金刚石线。

10.一种线导引器(112、114、116、118)，其适用于引导根据权利要求1的用于锯切半导体材料(102；104；106；108)的线(200)，所述线导引器包括至少一个沟槽，所述至少一个沟槽包括矩形或梯形横截面。

11.根据权利要求10所述的线导引器，其中所述至少一个沟槽设置有底表面(1110)。

12.根据权利要求10所述的线导引器，其中所述至少一个沟槽的所述底表面(1110)是至少50μm。

13.根据权利要求10所述的线导引器，其中所述至少一个沟槽设置有以孔径角(α)倾斜的两个侧壁。

14.根据权利要求13所述的线导引器，其中所述孔径角在0°与10°之间。

15.根据权利要求11所述的线导引器，其中所述至少一个沟槽设置有以孔径角(α)倾斜的两个侧壁。

16.根据权利要求15所述的线导引器，其中所述孔径角在0°与10°之间。

17.根据权利要求10至16中的任一项所述的线导引器，其中所述沟槽具有小于0.7的沟槽高宽比。

18.一种用于切割由半导体材料制成的块体的线锯(100)，所述线锯包括根据权利要求10至16中的任一项所述的、用于引导线的至少一个线导引器。

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