TW201244860A - Method for sawing a workpiece - Google Patents

Description

201244860 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種鋸工作物的發明，本發明特別關於用 金屬線鋸將一矽工作物切鋸以製造矽晶圓的方法。 【先前技術】 人們往往希望切鋸工作物如矽工作物以達成所要之尺 寸或構造’在此往往使用所謂之金屬線鋸（Drahtsage，英： wire saw)。這是一種機械式切斷法，特別用於矽，它也稱 為用未結合的『切割顆粒』及無定向的切刀的切割法。在 此，切割顆粒大多在一載體介質中，該介質和切割顆粒一 齊形成一懸浮液〔也稱「泥」（Slurry)〕。 大多很細的金屬絲（直徑1 〇 〇微米〜1 8 〇微米）往往 用於當作工具。在此，一「捲離線捲」將金屬絲經於「金 屬絲導引滾子」以一定的金屬絲速度捲離，直到它最後利 用 捲取線捲」再被捲取起來為止。金屬絲浸入懸浮液 中。並將附著在金屬絲表面的泥帶人卫作物的賴隙中。 利用一喷嘴另外將泥一定地施覆到金屬絲的場。「切割顆 粒」因此利用金屬絲以一定加工速度被拉過「鋸士刀縫隙」， =將小粒子從固體扯掉。在此，卫作物以相關之進送速度 浸入金屬絲場，如此造成切屑式地材料切除作用。 在此金屬絲大多切割許多相鄰的薄晶圓，晶圓各依 工業用途而定，其厚度可在彻〜则微米間。舉例而言， CH 696389 A5提到這種方法。 201244860 特別是在製石夕晶圓時，今曰利用金屬絲鑛使用金屬絲 直徑12〇em時，達成之切割寬度約15〇#m。達成之進送 量約〇.4mm/分，如此往往如能將程序平行進行在經濟上 是很有效益的且是必要的。舉例而言，今日用多可達2〇〇〇 條金屬絲同時將一塊稱為錠（Ing〇t)的矽圓柱體加工。 此外有-習知之金屬絲鋸的特別形式，它利用結合的 「切割顆粒」#作。在此情形，傳統金屬絲利用一金屬形 工具（它具有切割顆粒覆層）取代。其運動性質和傳統金 屬絲鋸相1¾。在此具有結合顆粒的金屬絲鋸不需鈮泥，此 處往往只使用一研磨程序所需之冷却潤滑劑。 【發明内容】 本發明目的在提供一種鋸工作物（特別是矽工作物的 方法，鑛X具沿工作物移位，其中紅具在移位時與刮磨 顆粒配合’使刮磨顆粒將工作物的材料造成切屬作用，且 其中在工作物與鋸工具之間施加一電壓，以根據電壓為基 礎將工作物的材料切除。 由於鋸工具在移位時與到磨顆粒配合，使刮磨顆粒將 工作物的材料造成切屑作用’故工作物材料先利用刮磨方 法移除’因將工作物切鑛。此機械式鋸切方法很適合錯切 即使小尺寸的工作物，例如製造功率半導體所用者。 在此，刮磨顆粒舉例而言，牢牢固定在鋸工具上且可 呈刮磨顆&覆層㈣。因此鋸工具刮磨顆粒的配合可藉著 將刮磨顆粒固定在鋸工具上達成。

S 4 201244860 在此，「移位」特別表示鋸工具沿工作物所要之切緣 運動，其中刮磨顆粒沿工作物表面磨擦，以將工作物表面 切屑移除’此處「切屑移除」特別表示切除之材料呈切屑 或粒子形式產生。 、在此，依本發明在工作物與鋸工具之間施加一電壓， 以根據電廢為基礎將工作物的材料切除，因此工作物的刮 切除作用受到-種以電壓為基礎的切除幫助如此至少有 二種刮磨程序平行進行，如此㈣速率以及工作物材料的 移除量提高。 θ =外進送速度――亦即鑛工具沿卫作位表面位移的速 θ 詳。之可達1.5mm/分的進送速度。這種進送速度 對刮磨性切除或對用電壓為基礎將工作物切除適合。在 此，進，速度夠高以便具經濟意義地工作，且在此進送速 度又夠阿俾連最小的工作物都能以高準度加工。 因此依本發a月可將在切鑛或加工過程時要作的移序時 間減少。因此要成形的工作物也可作小系列生產而不必花 不成比例地高而不經濟的成本。 依本發明’鑛工具和工作物當作電極，因此很明顯地， 鋸工具和工作物要各由導電材料形成。這點有一優點：本 發明的方法可在既有的鑛切機上實施，不需構造手段的大 成本。只需一電壓源及可能所需之適當絕緣。 本發明的方法特別適用於鋸切矽工作物，但也可用本 發明的方法錯其他導電的工作物’特別是半導體工作物如 砷化鎵或磷化銦。 201244860 在此「鑛工作物的方法」特別指將一工作物切斷或切 入刻痕。因此利用此鑛切過程可將工作物^一部分或數部分 從工作物切離或刻入工作物或作構造化。 在本發明方法的一較佳實施例範疇中，在工具和工作 物間設一液體，此處液體一方面將锯工具和工作物冷却（這 點特別在作切屑切除時較佳）^此外，液體達成潤滑作用， 將鋸工具位移所需費之力量減到最少，如此鋸工具得到保 養。因此液體具冷却潤滑劑的作用，適當之液體包含甘油 或油（例如礦物油或合成油）。 另外，液體可當作刮磨顆粒的載體介質。如此，可依 未結合之顆粒的原j里（亦即载體介質中含切割顆粒）的程 序作業。在此實施例，具有刮磨顆粒的載體介質形成一懸 浮液或泥，其中刮磨顆粒在此情形隨移位的鋸工具一齊刮 切’因此將工作物作切屑切除，鑛工具和刮磨顆粒的配合 在此利用到損顆粒受鑛工鑛位移I而造成。 你个赞明方法另一有 ,札％ 7 W用錄工且芳 {間的電壓產生一放電電弧以將工作物材料切 =，大致歸因此火花則(職）的功能原理:、 光弧的作用使工# & ^ ^ 使作物材料熔化及/或蒸發而從纟且 因此除了將工作物到磨切除外，另外二織失去 熱將工作物材料切除。 刊用電弧另外可 特別是這種用熱將工作物切除的 大大提高，更可估θ 士/ 降了切除ϋ 在此可2= 形狀輪廓的工作物可錯切 數值，在此，本發明的方法也可用

S 6 201244860 很硬的材料，因此此處主要是熔解溫度或蒸發溫度有較重 大意義，但硬度的限制因素成分較小。 在此，如果鋸工具和工作物間設一介電質，則甚有利。 在此介電質可由該液體形成，用此方式可確保形成適當電 弧，匕不會受鋸工鋸和工作物間的導成元件干擾或妨礙。 特別有利的方式，該介電質特別由除離子水和油（如一合 成油）選出。 在本發明方法另一有利設計的範疇，工作物極化成陽 極，鋸工具極化成陰極，以在工作物和鋸工具間造成一電 子流。 因此，在此設計，主要使用電化學切除（ECM)的原 理，在此利用所加電壓產生的流動電流使得離子從工作物 材料游離，如此使工作物切除，除了與純粹到磨方式將工 作物切除相比較，切除速率大得多外’使用電化學方式切 除可產生最複雜的空間形狀。此外，利用這種方法，可 作微米範圍最高精確度的加工。此外在鋸切後得到最高 品質的表面。 在此特佳的方式係在鋸工具和工作物間設一電解質， 電解質也可由该液體形成。用此方式可確保鋸工具和工作 物間有足夠之電流流過，其中由工作物材料游離的離子移 入電解質中’在此特佳的方式’電解質導電度在…— 到S75mS/cm範圍。本發明中所能用之特佳之電解質特別由 以下物選出.氣化鈉水溶液或確酸鈉水溶液。 當除了將工作物作刮磨切除外還用共同之熱或電化學 201244860 方式切除的情形中，主要作所謂之ECDM方法。在此情形 在工作物與金屬工具間要有一物質，特別是液體，它的導 —s/cm。用此方式導電度夠高以使工作物和鑛工具 1起I有小小電流以使工作物作電化學切除，此外導電 度要夠小俾能形成電弧。 在本另一有利設計的範疇，將工具距工作物一段距離 沿工作物移位，其中該距離特別由刮磨顆粒的設置及/或 厚度決定。 本發明的範疇，「工具和鋸切工作物間的距離」指 鑛工具外側不和工作物直接地接觸，這點特別是在以電廢 為基礎或用電切除的方法特佳，因為在工具和卫作物間有 :距離’特別能如所要工作。在此’該距離由刮磨顆粒的 设置及/或厚度決定。當刮磨顆粒固定在鋸工具上時，刮 磨顆粒的厚度直接決定鑛工具和工作物間的距離。當刮磨 顆粒在-載體介質中見被移位的工具帶動，則距離當然選 設成使刮磨顆粒被鑛工具帶動使卫作物作切4切除。因此 在此情形該距離由刮磨顆粒的設置或厚度決定。 在本發明又一有利設計的範脅，錄1具由一種銅、黃 銅、石墨、鎢或鋼的金屬絲選出。用此方式，鋸工具提供 夠大之穩定性、抗拉性及導電性，因此可用刮磨或以電壓 為基礎方式將工作物材料切除。 此外如果使用電壓伏特，則甚有利。在此所加之電 壓尤宜依該工作物之以電壓為基礎的切離的方式而定作選 擇，特別是在EDM或ECDM方法’特別適合的電壓在2丨

S 201244860 到S80V的範圍。 此外本發明的另—標的為依另一獨立項的一種鋸工作 物的裝置’該工作物特別是一矽工作&，包含一鋸工具， 其中.該裝置包含用於上述之方法的手段。 本發月‘的之優點和其他有利的設計見於圖式並在以 下說明_敘述，在此要注意，圖式只說明所敘述之特點， 但不將本發明範圍限於此。 【實施方式】 圖1係本發明方法的鋸一工作物（10)的方法之功能方 式的一示意圖，本發明的方法特別可用於使一金屬絲鋸將 矽工作切鋸，例如製造一矽晶圓。 圖中顯不一工作物（10)，為了鋸工作物（10)，將一鋸工 具（12)沿工作物移位，或將之沿工作物導進。在此鋸工具特 別為-金屬絲，如銅、黃銅、石,s、鶴或鋼絲。此金屬絲 方面適合作金屬絲切雜。另方面它係為導電質，特別適 合以電壓為基礎切除工作物（1〇)材料。在此鋸工具（】2)或金 屬絲可具21〇 A m到$18〇以m的厚度。 當鋸工具（12)沿工作物（1〇)表面位移時「切割顆粒」或 「刮磨顆粒」（14)作用到工作物（10)上，利用刮磨顆粒（14) 對工作物（1〇)的作用將之用機械方式切斷或用刮磨方式切 除。 因此刮磨顆粒（14)要設計成當作用到工作物上時可將 工作物（10)作切屑切除或將工作物（1〇)材料切除。為此刮磨 9 201244860 顆粒（14)特別為粒子，由碳化矽構成或至少大部分包含碳化 矽，碳化矽係和鑽石很像的材料，因此有很高硬度，可在 9.6 (摩斯硬度）範圍及2600 ( Vicker，Knoop )之間的範 圍如此向的硬度係所要者，以使刮磨顆粒（1句本身在鋸切 過程不損傷或大程度磨損。此外，碳化矽即使在8〇〇乞以上 溫度仍有报大程度之抗氧化性，此外亦不導電，這點特別 是在將切屑或切除及以電壓為基作切除二方式組合時可利 用。其他可含在刮磨顆粒（14)中的較佳材料為鑽石或立方體 的氮化•蝴（CBN )。 依圖1的實施例中’刮磨顆粒牢牢固定在鋸工具（i2) 上，此處亦稱「用結合的顆粒」切鋸，因此如果鋸工具（1 2) 沿工作物（1 〇)表面位移則自動發生鋸切過程，因為刮磨顆粒 (14)作用到工作物（10)上。在此鋸工具（12)距工作物㈨一段 距離沿它位移，其中該距離只刮磨顆粒（14)厚度決定。鋸工 具（12)可向工作物（1〇)方向施一壓力，它用箭頭（16)表示， 鋸工具（12)或其表面往往距工作物（1〇)準確維持此距離，它 大致相當於刮磨顆粒（1 4)厚度或直徑，其中刮磨顆粒（丨4)伺 入工作物（10)中的沒入深度要列入考慮。當然在此實施例 中’鑛工具（12)和工作物（1 〇)間的距離可調整，其中當刮磨 顆粒固定在鋸工具（12)上時，刮磨顆粒的直徑作選設，或在 金屬工具（12)上可設多層刮磨顆粒。 藉著將鑛工具（12)沿工作物（1 〇)表面移位並將鋸工具 (12)向箭頭（16)方向施一壓力或將工作物（1 〇)沿相反方向施 壓力’可得到刻入部（18)，它說明此鋸切程序，在此宜在鋸 201244860 工具(12)和I作物⑽間設m骨劑並使鋸切程序簡 為了幫助機械或到磨切除除序，依本發明在鋸工具（12) 和工作物(10)間施一電壓’如圖i用電源⑽表示者。用此 方式工作物（10)之純機械式切除受到以電壓為基礎或電方 式的切除支持，且使切除速及程序期間變得較有利。 例如，可利用工具（12)和工作物（1〇)間電塵產生電弧 以切除工作物（1〇)。放電電弧或電壓弧將工作物（1G)材料溶 化或蒸發’如此可用熱幫助機械式鋸切過程。 ^法♦，鋸工具（12)和工作物（10)間距離宜選設成產 生20.004毫米到认5毫米的量級的縫隙。縫隙大小如上述， 可藉刮磨顆粒（14)的選擇及設置調整，因此不需費事地調整 及監視該縫隙大小或距離。在咖及ecdm方法，特宜形 成約d/zm〜g00#m範圍的縫隙。在ecm方法，縫隙大 小宜在約到，"m範圍。在此，準確的縫隙大小 宜依所施電壓而定選擇。 在此，刮磨顆粒（14)特別由一電絕緣材料構成，如碳化 石夕，因此不取決該以電壓為基礎的切除程序。它們反而只 用；機械式的I作物（！G)切除方式，此外，在此情形該物質 同樣宜為一介電質。它可特別由除離子水或一油選出。這 種物質都疋良好絕緣體’俾能以適當方式不致妨礙電 弧，此外具有適用於冷却潤滑劑的性質。 士不抓取將工作物(10)用熱切除（或除了此方式外同時 另卜）也可依本發明跟著將工作物作電化學或陽極方式的 201244860 切除。為此，工作物（ίο)可極化成陽極，鋸工具（12)極化成 陰極。此外，為了使工作物（1 0)和鋸工具（12)間有充分電流， 可選用物質（20)當作電解質。在此，該電解質可為氣化鈉或 硝酸鈉的水溶液’此外電解質的導電度宜在>5m s/cm〜 S75m S/cm 範圍。 在此設計，可藉在工作物（l〇)和鋸工具（12)間所施之電 壓使一電流流過，使工作物用電化學方式除去。詳述之， 在1%極〔即工作物（1 〇 )〕上，離子進入溶液，特別是經電解 質移到鋸工具（14)。 在此，除了刮磨方法外，可將熱及電化學方式切除方 法一樣地組合使用。在此情形，可藉平行使用機械式、熱 及電化方式將材料移除而提高切離速率。在混合式程序（即 熱及電化切除方法的組合）在熱方法中的電火延遲時工 作物材料在陽極溶解。 在圖2中顯示本發明方法另一實施例，圖2的方法大 致相田於® 1的方法，因此相關之元件用相同圖號表示， 依圖2的方法的不同在於刮磨顆粒(14)的設置。雖然在圖i 中到磨顆粒（14)固定在鑛工具（12)上，在圖2中則在物質（2〇) 在此材料中係'在—載體介質巾，因此，此方法也稱為 利用鬆顆粒鑛切」，在此實施例t刮磨顆粒（14)被移動之 切工具帶動並作用到工作物⑽上以作切屑式切離。 在此It形中也不需準確調節距離，因此蘇工具和工作 物間的距離由刮磨果自# η ζ、μ「^ j磨顆杻（14)的厚度或直徑決定。

S 12 201244860 【圖式簡單說明】 圖1係本發明方法的鋸一工作物（10)的方法之功能方 式的一示意圖， 圖2係本發明另一實施例的一示意圖。 【主要元件符號說明】 (10) 工作物 (12) 鋸工具 (14) 刮磨顆粒 (16) 箭頭（施壓力方向） (18) 刻入部 (20) 物質 (22) 電源 13

Claims (1)

1. 201244860 七、申請專利範圍： 1 · 一種鑛工作物的方法，工作物特別是石夕工作物，其中 一鑛工具（12)沿工作物（1〇)移位，其中鋸工具（12)在移位時 與刮磨顆粒（14)配合，使刮磨顆粒〇4)將工作物（1〇)的材料 造成切屑作用’且其中在工作物（1〇)與鋸工具（12)之間施加 一電壓’以根據電壓為基礎將工作物（1〇)的材料切除。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中： 在鋸工具（12)和工作物（1 〇)間設一液體。 3 ·如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中： 利用鋸工具（12)和工作物（1〇)間的電壓產生一放電電娘 以將工作物（1 〇)材料切除。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中： 在鑛工具（12)和工作物（10)間設一介電質，它特別由除 離子水或油選出。 5. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中： 工作物（10)極化成陽極、鋸工具（12)極化成陰極，以在 工作物（10)和鋸工具間造成一電子流。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中： 在鋸工具（12)和工作物（1〇)間設一電解質，它特別由κ 性氣化鈉溶液或水性硝酸鈉溶液選出。 7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中： 在鋸工具（12)和工作物（10)間設一物質，其導電性< 1 S/cm 〇 8 _如申請專利範圍第1或第2項之方法，其十： 201244860 將錯工具（12)距工作物（1 〇) 一段距離沿工作物移位其 •中該矩離特別由刮磨顆粒（14)的設置及/或厚度決定。 9. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中： 鋸工具（I2)由一種銅、黃銅、石墨、鎢或鋼的金屬絲選 出。 10. 如申請專利範圍第i或第2項之方法，其中： 使用電壓21 〇伏特。 Π.—種鋸工作物（10)的裝置，該工作物特別g 一 作物，包含一鎇工具（12)，其特徵在： 疋矽工 該裝置包含用於實施申請專利範圍第1項至 任一項之方法的手段。 10項中 八、圖式： (如次頁） 15