TW201511909A - 用於從工件同時切割多個晶圓的方法 - Google Patents

Abstract

一種從具有一軸線和一在工件側面上平行於該軸線施加的缺口的柱體狀工件同時切割多個晶圓的方法，其包含：在工件上施加一切入梁，切入梁從前側至後側形狀配合地將頭端適配入缺口中，且足端從缺口伸出；藉由線鋸的進料裝置保持工件，使工件軸線平行於線鋸的柱體狀線材導輪的軸線；藉由該進料裝置使切入梁和工件在一垂直穿過平面的線材網的進料方向上移動，線材網由數個彼此平行佈置且垂直於線材導輪之軸線的線材段構成，其中係藉由線材導輪上的槽螺旋環繞線材導輪地引導線材多次，切入梁以足端首先抵靠著線材網而移動，工件以缺口首先抵靠著線材網而移動；在存在用作研磨劑的磨料的情況下，藉由使線材導輪以相同圓周速度同向旋轉，使得線材段在線材縱向方向上移動。

Description

用於從工件同時切割多個晶圓的方法

本發明係關於一種藉由線材輔助的研磨(lapping)從工件同時切割多個相同類型晶圓、特別是從圓柱體狀晶體切割半導體晶圓的方法。

許多應用需要從坯件(stock piece)切割而獲得的相同類型和相同形狀的切片形式的多個工件。切片為高度相對其底面尺寸較小的柱體。柱體為由平行平坦全等的二個底面以及側面包圍的本體，該側面由與二個底面邊緣相交的所有平行直線延伸(span)而形成。

正柱體形狀(right cylindrical shape)的切片是重要的。在正柱體中，側面的直線與底面垂直地延伸。具有多邊形底面即正棱柱(right prism)、或具有圓形底面即正圓柱體的柱體切片是特別重要的。

具有多邊形底面的正柱體的切片實例為光伏電池(「太陽能電池」)，該光伏電池的底面通常為正方形或近似八邊形。

具有圓形底面的正柱體切片的實例為半導體材料切片，其用作用於電子、微電子、微電機元件的圖案化的基材，或用作用於各種塗料沉積的支撐件。

半導體材料包含元素半導體如矽或鍺，以及化合物半導體如砷化鎵、碳化矽、或二者的複合物或層狀結構。用於各種塗料沉積的支撐件的實例為矽、砷化鎵或碳化矽的切片，這些材料的支撐件上例如施加有砷化鎵，從而製成半導體雷射器或LED(發光二極體)；或為鋁、玻璃、陶瓷切片，這些材料的切片上施加有可磁化層，從而製成硬碟記憶體；或為由玻璃製成用於光學塗層(鏡面、濾件)的施加的支撐件，被稱為光學平面(optical flat)。進一步的實例為光學雙折射晶體如磷酸二氫鉀(KDP)、鈮酸鋰等的用在非線性光學器件(雷射器中的倍頻器)的切片、藍寶石(氧化鋁)切片、陶瓷切片、以及許多其它切片中。

通常，這些切片特別是那些由矽(光伏、微電子)或砷化鎵和碳化矽(光電子)製成的切片，還被稱為晶圓。通常，柱體狀晶圓二個底面之一被指定為與和它相對設置的底面相關的部件或功能承載側。以這種方式指定的一側此時被稱為前側，並且與前側相反設置的一側被稱為晶圓後側。

切出晶圓的坯件還被稱為晶棒(ingot)。這些晶棒一般具有柱體形狀，通常為正柱體狀的形狀，此晶棒底面與從它獲得的晶圓的底面完全一致。晶棒的具有最小慣性力矩的主慣性軸被稱為晶棒軸線。對於具有正多邊形底面的正棱柱形晶棒、或對 於具有正圓柱形狀的晶棒，晶棒軸線等同於晶棒的對稱軸。

用作微電子元件基材的半導體晶圓通常在邊緣區域設置有缺口或平坦部。缺口或扁平結構標示著指定的晶體方向，並且藉由在切分成晶圓之前銑出軸向槽、刻槽或磨削出軸向扁平結構、平坦表面而施加到晶棒上。在切割之後，半導體晶圓通常藉由鐳射劃線在它們的前側或後側緊鄰方向標記處設置識別碼。

稱之為「線鋸切」的切割方法對於將晶棒切割成晶圓特別重要。在線鋸切中，整個晶棒在稱之為線鋸的裝置中被同時切割成相同類型的多個晶圓。線鋸切由此為一種非連續的批次處理。適於實施線鋸切的裝置被稱為線鋸。

線鋸包含線材、至少二個柱體狀線材導輪、用以握持並移動晶棒的裝置、以及研磨劑。晶棒和線材導輪的軸線彼此平行佈置。線材導輪的側面基本上彼此等距地設置有多個平行槽，該等平行槽分別連續且各自垂直於線材導輪軸線地延伸。線材外部螺旋地繞著線材導輪而被導引，以使得線材恰好一次進入每個線材導輪的每個槽，且由彼此平行且垂直於線材導輪軸線延伸的線材段組成的線材網在二個線材導輪之間被張緊(tensioned)。

切割過程包含藉由所有線材導輪在相同圓周速度同向旋轉而實現線材在線材縱向方向上的移動、垂直至線材網的晶棒的進料、以及研磨劑的進料。藉由線材相對於晶棒的移動，並且在研磨劑的輔助下，該線材藉由與晶棒的接觸並且在晶棒的持 續進料過程中，使得材料從晶棒上被磨損掉。利用持續進料，線材網由此緩慢地穿過晶棒，並且同時生產出相同類型的多個晶圓。

對於大多數應用，需要確切相同厚度的晶圓。因為該線材在切割過程中由於磨損會出現厚度減少，線材導輪上的槽通常設置有為從新線材側至已使用的線材側略微降低的彼此間距。

在晶棒切割開始時背向線材網一側上，晶棒被黏附接合至晶棒安裝梁。一旦線材網的所有線材段已經完全切穿晶棒並且全部到達晶棒安裝梁，切割過程就結束。所切割出的晶圓此時像梳齒在梳子上那樣被保持懸掛在半切割安裝梁上，並且仍然沿著它們側面一部分藉由黏附連接部連接至已經被線材網切入的晶棒安裝梁。晶棒安裝梁係由易於切割的材料組成如硬質炭(hard carbon)、塑膠、礦物質、或這些材料的複合物或其它材料所組成。

藉由反轉進料方向，此時被切割成晶圓的晶棒移出線材網，並且晶圓藉由釋放黏附接合而分離。黏附接合的釋放被稱為失黏(uncementing)。所使用的黏附劑例如為藉由調節pH值可溶於水中者、可溶於溶劑中或可熱溶者，由此藉由將切割後的晶棒浸入合適的液體或加熱器中，所有的晶圓能夠同時失黏，或藉由斷開、切割、鐳射分離或水射流分離，黏附連接部相繼被分開，且晶棒分成一片片晶圓。

每個線材段在切割的任何時候在晶棒內延伸達到的長度被稱為每個線材段的接合長度(engagement length)。在整個 切割過程中出現的最大接合長度係指晶棒直徑。切割過程中線材第一次與工件接觸的時刻稱為切入。對於非旋轉對稱晶棒，上述所定義的直徑由此係取決於晶棒被接合至晶棒安裝梁的定向(角度位置)。

各種線鋸方法可根據接合長度予以區分：在以一側面平行於線材網定向的立方晶棒的情況下，接合長度是在整個切割過程中對於所有的線材段是恆定的。在以一側面平行於線材網定向的普通棱柱形而非立方晶棒的情況下，在切入處的接合長度是一定的(finite)，並且在切割過程進一步階段中是總體變化的(generally variable)。在不具有平行於線材網定向的側面的晶棒情況下，在切入處接合長度為零，然後在切割過程進一步階段中首先是增加，並且在整個切割過程中是總體變化且是一定的。在圓柱晶棒的情況下，在切入口處的接合長度為零，然後增加至最大值，而後下降並且在出口處再次下降至零。

各種線鋸切處理可根據材料磨損的機制，進一步被劃分為：研磨(lapping)和磨削(grinding)：在研磨的情況下，起磨損作用的硬質材料的懸浮液被施加至線材。以研磨的方式透過三體相互作用(1晶棒、2磨料、3線材)進行材料的去除。研磨是指藉由赫茲壓力局部性超過材料強度而導致材料聚合(material cohesion)的斷開，其中在自由移動的磨料與工件表面之間形成微裂紋(脆性磨損去除(brittle erosive abrasion))。磨料在載液中的懸浮液也被稱為漿料。

在磨削的情況下，起磨損作用的硬質材料係固定至線材表面。線材用作工具承載件，經固定的磨料作為工具，並且以磨削的方式藉由二體相互作用(1晶棒、2磨料)而進行材料的去除。磨削指的是，藉由空間固定定向的切刃的切入而實現的材料聚合的斷開，以及藉由平行於工件表面地切穿工件表面而形成切料的去除。

碎屑意指藉由切割操作從工件釋出的工件碎屑。磨料具有不規則多面體(多側體)的形狀。磨料也被稱為晶粒(grain)。切割邊指的是多面體的面定向在磨料移動方向上並且與工件接觸的邊緣，在該邊緣處工件材料被切穿並有由此釋出碎片。切割角意指具有與工件接合的切割邊的晶粒面相對於工件表面所放置的角度。

研磨的情況下，由於晶粒在漿料中的自由移動，每個晶粒具有隨著時間改變的切割邊和切割角。在磨削的情況下，由於每個個別晶粒固定連接至工具承載件(線材)，在忽略晶粒的磨損如在磨削過程中的裂開從而可能形成新的切割邊的情況下，每個個別分佈晶粒具有各自的相對時間不變的切割邊，該切割邊具有相對時間不變的切割角，儘管如此，實際上在磨削中接合的所有切割邊和所有晶粒的切割角是隨機的切割面和切割角。研磨和磨削因此被稱為具有幾何結構上不確定的切割邊的切割方法。

最後，各種線鋸切方法可根據線材移動的特性區分為利用單向線材移動的鋸切或利用持續反轉的線材移動的鋸切。

在單向鋸切的情況下，線材在整個切割過程中只在一個線材縱向方向上從進線軸至收線軸地被捲繞。在利用持續反轉的線材移動的鋸切的情況下，縱向線材移動方向被持續地反轉。在具有線材移動的持續反轉的鋸割方法組內，往復步驟方法尤為重要。

根據往復步驟方法，切割由一系列所謂的往復步驟或「朝聖者步伐(pilgrim steps)」構成。往復步驟精確地包含在第一線材縱向方向上穿過第一長度的線材移動和隨後在精確地與第一方向相反的第二方向上穿過第二長度的線材移動，第二長度選為短於第一長度。在往復步驟中，總長對應於上述二個長度之和的線材長度由此穿過工件，同時，與工件切割接合的線材段從進線軸至收線軸地在總長上僅僅以與上述二長度之間差值對應的一個量值地向前移動。在往復步驟方法中，線材由此以二長度之總和與及其差值的比例所給出的參考因素被反復使用。二長度之間的差值還被稱為在完整往復步驟上之線材的「淨移動」。

線材含有如塑膠、碳纖維、或具有一或多個線束(纜線)的金屬合金。單絲硬化鋼絲(鋼琴絲)尤為重要。在研磨中使用的鋼絲係塗覆有非鐵金屬合金，該塗層厚度通常小於1微米，並且用作拉絲過程的潤滑劑並抵抗腐蝕。在磨削過程中使用的鋼絲係塗覆有用作用於固定磨料的黏合劑的合成樹脂層或鎳層。在磨削線材的情況下，磨料還可藉由形狀配合予以固定，例如將磨料滾(壓)至鋼絲表面。

在研磨情況下使用的磨料包含如碳化矽、碳化硼、氮化硼、氮化矽、氧化鋯、二氧化矽、氧化鋁、氧化鉻、氮化鈦、碳化鎢、碳化鈦、碳化釩、金剛石、藍寶石及其混合物。對於研磨，碳化矽尤為重要；對於磨削，金剛石尤為重要。

漿料的載液包含如油或乙二醇。

由此，用於切割半導體晶圓的漿料研磨方法和適宜的裝置係於如專利文獻EP0789091A2中說明。並且由此，用於切割半導體晶圓的鑽石線材磨削和適合的裝置係於例如專利文件WO2013/041140A1中說明。

晶棒具有始區、終區和中區。晶棒始區是指晶棒在利用單向縱向線材移動的線鋸切過程中靠近晶棒末端表面的軸向區域，在該末端表面附近線材在它的線材縱向方向上的移動中首次與晶棒接合；在採用方向持續反轉的縱向線材移動的線鋸的情況下(往復方法)，相應的晶棒始區是指晶棒在末端表面附近處的軸向區域，在該末端表面附近線材在它在完整往復步驟上的淨移動過程中首次與晶棒接合。晶棒終區是指晶棒與晶棒始區相對側的末端表面附近處的軸向區域，並且晶棒中區是指晶棒始區與晶棒終區之間的區域。

對應地，線材網也具有始端、中部和終端。線材網始端是指切穿晶棒始區處的晶棒部的線材段所屬的部分；線材網終端是指切穿晶棒終區的線材段所屬的部分，並且線材網中部是指切穿晶棒中區的線材段所屬的部分。在單向鋸割的情況下，在 線材網的縱向線材移動的過程中，或當利用往復步驟方法鋸切時在線材的淨移動過程中，線材在線材網始端處進入線材網並且在線材網終端處從線材網出來。

藉由碎片形成在晶棒上所形成的每個切縫具有線材進入側和線材出口側。線材進入側是指晶棒在線材縱向方向上的一側，在該側上，線材在它的縱向線材移動(單向切割)期間或它的線材淨移動(利用往復步驟方法的切割)期間進入切縫；線材出口側是指線材從切縫出來的那側。

在切割過程中，線材段在進料方向上會經受一橫切撓曲(transverse deflection)。也稱為線彎曲。線彎曲係由線材在線材縱向方向上的預應力和線材的彈性所產生，該線彎曲在進料方向上反應線材橫切方向上作用的橫切線材力。進料方向上的橫切線材力是切割過程的重要部分。沒有這個橫切線材力，晶粒不能滲入到工件中，且無法產生材料去除。進料方向上的橫切線材力由材料去除速率和縱向線材移動速度的比所決定。

材料去除速率指的是每單位時間所產生的藉由切割過程從工件釋放的碎片的體積。就相較於在張緊線材網的二線材導輪上的支撐點間之個別線材段的自由長度而言算小的線彎曲來說，該線彎曲正比於材料去除速率與縱向線材速度的比值(線性範圍，虎克定律)。在此概念下，在線鋸切期間只發生小小的線彎曲。

由於線材在切入之前不會呈現線彎曲，且在工件切 割過程中呈現有限的線彎曲，因此至少在切入區中總是會有一線彎曲會變變化的區域。

例如，線彎曲會隨著接合長度的增加、工件向線材網的給料速度的增加(材料去除速率的增加)和縱向線材移動速度的降低而增加，並且線彎曲會隨著接合長度的降低、材料去除速率的降低以及縱向線材移動速度的增加而降低。

切入梁指的是一種本體，其在切入位置處固定至晶棒，由此使得在切割過程中線材網最初與切入梁接合並且僅僅在至少部分切穿切入梁之後才與晶棒接合。在採用接合長度隨著切割深度變化的切割工件的情況下，切入梁的目的在於至少在切入區內使得接合長度的變化最小化。

本發明與習知的切入梁的區別在於，切入梁在晶棒前進方向上的延伸度相對於晶棒直徑較小。

JP2007-301688A2描述了一種線鋸法，在該線鋸法中使用了切入梁。

許多藉由線鋸從晶棒切割的所述晶圓意在用於要求晶圓前後側特別高度的平坦度和平行度的特別需求應用。

線鋸切領域的技藝人士已經知曉的是，藉由線材網線之材段在晶棒上形成的切縫側壁，通常不是絕對平坦的。尤其，已知的是，線材段在首次與晶棒側面接觸時(切入過程)在晶棒軸向位置處首次切入晶棒，該位置與線材段在進一步將晶棒至線材網的供應過程中繼續進一步的切割所發生的位置略微不同。這 會產生這樣的晶圓：與所期望的晶圓前、後側的完美平面度和平行度存在相對明顯的偏差，特別是在切入區中。這種在切入區中相同方向上前、後側的平面度偏差可被稱為「切入波紋」。

習知的切入梁不適於解決透過切割晶棒所獲得的晶圓之前、後側在尤為重要的切入區彼此間相對期望的平面度和平行度的長波紋長度偏差的問題。

不規則的切入會導致切出的晶圓各自的前、後側的不同方向的平面度偏差。尤其，在一定條件下晶圓在切入區比在其它位置更薄。這種在晶圓的切入區的非平面度形狀可被稱為「切入楔」。

本發明的目的在於提供一種同時從柱體狀工件切割多個晶圓的方法，藉由該方法能賦與晶圓之前、後側在切口區中的高度平面度、平行度。

本發明的目的在於提出一種從柱體狀工件同時切割多個晶圓的方法，該工件具有一軸線和一在工件側面上平行於該軸線施加的缺口，該方法包含：在該工件上施加一切入梁，切入梁從前側至後側形狀配合地將頭端適配入缺口中，且將足端從缺口伸出；藉由線鋸的進料裝置保持工件，使工件的軸線平行於線鋸的柱體狀線材導輪的軸線；藉由該進料裝置使切入梁和工件在 一垂直穿過平面的線材網的進料方向上移動，線材網由數個彼此平行佈置且垂直於線材導輪之軸線的線材段構成，其中係藉由線材導輪上的槽螺旋環繞線材導輸地引導線材多次，切入梁以足端首先抵靠著線材網而移動，工件以缺口首先抵靠著線材網而移動；以及在存在用作研磨劑的磨料的情況下，藉由使線材導輪以相同圓周速度同向旋轉，使得線材段在線材縱向方向上移動。

切入梁較佳具有圓柱體形狀或主體形狀，該主體具有長度、高度和寬度，該長度大於高度並且高度等於或大於寬度。

切入梁的長度從前側至後側地延伸，切入梁的高度對應於頭端和足端之間的最大豎直距離，並且切入梁寬度對應於線材段方向上的切入梁的最大延伸度。切入梁寬度較佳等於在工件外周上的缺口寬度。

切入梁較佳具有槽，該槽係垂直位於線材段上方地佈置。

切入梁高度在前側和後側之間為恆定的，或者，係從前側至後側地降低，由此使得從缺口突出的足端向著後側越來越短。對應地，在線材段與線材網始端之間的線材路徑越長，線材段相應地越晚伸入該切入梁。

足端截面在進料方向上的形狀可在整個切入梁的長度上變化。較佳地，該形狀在足端的下端變得越來越楔形化。本發明將以通常方式在下文中說明。

切入梁例如為一種主體，其截面區域分別由二條彼 此鏡像對稱相對設置的垂直於工件軸線的第一長度的相互平行的線、和第二和第三長度的二條曲線封圍而成，第一長度大於第二長度和第三長度，並且第一曲線對於所有的截面區域是相同的。第一曲線為半徑等於缺口半徑的、斜率逐漸地與該二條線的斜率相同的圓弧，並且切入梁係以其含有切入梁所有截面區域的第一曲線的表面部分插入工件的缺口內。

該二個相互平行線的第一長度可係從切入梁的始端至終端地恆定。切入梁此時為柱體，並且當工件和切入梁供應至線鋸的線材網時，線材網的所有線材段同時並且沿著切入梁在進料方向上與線材網最接近的側線切入。

二個相互平行線的第一長度可從晶棒始區至晶棒終區地下降。切入梁此時為近似楔形主體，並且當工件被供應至線材網時，切入梁首先被與晶棒始區最近的線材段切入、隨後並且沿著進料方向與線材網最近的側線上被其他線材段一線材段一線材段地接連切入、並且最終被與晶棒終區最近的線材段切入。

較佳地，第一長度從晶棒始區至晶棒終區單調地遞減。特別較佳地，第一長度從晶棒始區至晶棒終區完全地單調遞減；線材網的線材段切入該切入梁所沿著的邊緣尤其可為線狀。

該方法較佳地以這樣的方式進行：在切入梁的懸掛部(overhang)，亦即從缺口突出的足端的切割過程中，設定線材網在進料方向上的彎曲並且在工件切穿過程中保持恆定。

切入梁可黏附接合至工件的缺口。

較佳地，第一長度在這種情況下選取為等於如下切割深度：在此切割深度下，自沒有切入梁的工件的預切割所得的晶圓具有在它們前後側的相同方向上的平面度偏差，即，會出現切入波紋或切入楔。

第二曲線，即，梁的截面的邊緣線的垂直於切入梁的縱向方向的部分，可劃分為藉由共同頂點連接的至少二段。切入梁在切入梁縱向方向的表面內的、包含線材網線材段切入該切入梁位置處的所有點的線，此時等同於由切入梁的垂直於工件軸線所有截面的頂點形成的邊緣。

切入梁第二曲線可含有與線材網平行的線

切入梁的第二曲線較佳為一圓弧，該圓弧的斜率逐漸與所述的二個平行線相等。

切入梁的材料具有與工件材料類似的腐蝕性質。

切入梁的材料較佳係玻璃，特別較佳係硼矽酸鹽玻璃，例如註冊商標DURAN下所銷售的玻璃。

切入梁可在它面向線材網的一側上設置有平行於線材網之線材段的槽，槽利用進料方向上的間距一一對應地覆蓋線材段。槽形成在切入梁的表面的發生切入的部分上。在該情況下槽平行於形成切割裝置的線材段地延伸。較佳地，槽以這樣的方式彼此分隔：每個槽恰好覆蓋一個線材段，且每個線材段在執行切割方法時工件向線材網移動的方向上，以一間距恰好附蓋一個槽。如此當線材網之線材段切入該切入梁時，恰有一個線材段位 於每個槽中。

槽還可以此方式設置位置：每一用於切割大於預切割所獲得之晶圓的切入楔或切入波紋延伸度之深度之預切割過程的切縫各自延伸於其中的表面恰含有一個槽。因此這些槽係佈置在與線材網之線材段的位置對應的位置處，此係線材段在持續的切穿工件過程中在工件的軸向方向上的不受力平衡位置中所佔據的位置。由於這些位置可與線材段無切入梁地切入工件的位置不同，當使用槽式切入梁時，線材段在切入切入梁並且切至與之後的線材段無軸向力的平衡位置對應的位置時已經受力。由此避免切入波紋。

該方法可採用單向縱向線材移動的方式或採用縱向線材移動方向重複連續反轉的方式(往復步驟方法)來執行。

該方法可為其中磨料在懸浮液中被供應至線材的研磨法。

該方法可為其中磨料固定至線材表面的磨削法。

1‧‧‧晶圓

2a‧‧‧線材進入側，鞍形，最大線材接合長度的區域內降低的 晶圓厚度

2b‧‧‧線材出口側，鞍形，最大線材接合長度的區域內降低的晶圓厚度

3‧‧‧對角線厚度和形狀分佈的測量長度

4a‧‧‧線材進入側厚度和形狀分佈的測量弦

4b‧‧‧線材出口側厚度和形狀分佈的測量弦

5‧‧‧缺口

6‧‧‧切入楔

7‧‧‧切入波紋

8‧‧‧晶圓前側和後側之間的中面

9‧‧‧沿著晶圓對角線的晶圓厚度分佈

10a‧‧‧最長線材接合長度區域內的沿著線材進入側測量弦的晶圓厚度分佈

10b‧‧‧最長線材接合長度區域內的沿著線材出口側測量弦的晶圓厚度分佈

11‧‧‧沿著晶圓對角線的晶圓形狀分佈

12‧‧‧晶圓能夠具有切入楔所達到的切割深度

13‧‧‧晶棒

14‧‧‧圓柱體切入梁

15‧‧‧線材

16‧‧‧可變的線彎曲

17‧‧‧晶棒切穿的部分

18‧‧‧恆定線彎曲

19‧‧‧切入梁切穿的部分

20‧‧‧具有進料方向上之大的延伸度的柱體狀切入梁

21‧‧‧晶圓能夠被切入楔或切入波紋所達到的切割深度

22‧‧‧具有在進料方向上之大的延伸度切入梁的最長延伸度(從缺口突出的切入梁足端高度)

23‧‧‧黏附連接部

24‧‧‧槽

26‧‧‧進料速度分佈

27‧‧‧在切入梁區域非常高的進料速度

28‧‧‧在晶棒區取決於接合長度之低的進料速度

29‧‧‧在晶棒安裝梁區域內的進料速度

30‧‧‧作為晶圓在晶棒上位置函數的切入區最小晶圓厚度分佈

31‧‧‧作為晶圓在晶棒上位置函數的切入區外部中心晶圓厚度

32‧‧‧作為晶圓在晶棒上位置函數的切入區外部中心晶圓厚度和切入區最小厚度之間差值的分佈(「切入楔」)

33‧‧‧作為晶圓在晶棒上位置函數的切入波紋分佈

34‧‧‧第一切入梁曲線，利用形狀配合連接至晶圓缺口

35‧‧‧各自具有切入梁第一長度並且彼此徑向對稱相對佈置的一對相等的線

36‧‧‧切入梁的第二曲線

38‧‧‧作為晶圓在晶棒上位置函數的分佈最大線材接合長度區中的線材出口側上的最小晶圓厚度分佈

39‧‧‧作為晶圓在晶棒上位置函數的分佈最大線材接合長度區域中線材進入側上的最小晶圓厚度分佈

40a‧‧‧晶圓能夠具有切入波紋的最小切割深度

40b‧‧‧晶圓能夠具有切入波紋的最大切割深度

41‧‧‧切入梁，該切入梁在晶棒進料方向上的延伸度從晶棒始區至晶棒終區地下降

42a‧‧‧晶棒始區

42b‧‧‧晶棒終區

43a‧‧‧網始端(鋸網上的第一線材段)

43b‧‧‧網終端(鋸網上的最末線材段)

44a‧‧‧切入梁始端(前側)，該切入梁的寬度在晶棒進料方向從晶棒始區至晶棒終區地降低

44b‧‧‧切入梁終端(後側)，該切入梁的寬度在晶棒進料方向從晶棒始區至晶棒終區地降低

45a‧‧‧當切割切入梁時的線材網始端處的可變線彎曲度，該切入梁的延伸度在晶棒進料方向從晶棒始區至晶棒終區地降低

45b‧‧‧當切割切入梁時的線材網終端處的可變線彎曲度，該切入梁的延伸度在晶棒進料方向從晶棒始區至晶棒終區地降 低

46‧‧‧切入梁的線材網所切入的側面

47‧‧‧端點

48‧‧‧切入梁在工件向線材網的移動方向上的恆定延伸度

49‧‧‧切入梁的垂直於切入梁縱向方向的截面

CD‧‧‧切割深度(在晶棒進料方向上的切割深度；CD)

T‧‧‧厚度(T)

TE‧‧‧最大接合長度區上的線材進入側最小厚度(進入的厚度，TE)

TS‧‧‧進料速度(穩定速度，TS)

TX‧‧‧最大接合長度區內的線材出口側最小厚度(出口的厚度，TX)

W‧‧‧形狀(波形，W)

WP‧‧‧晶圓在晶棒上的位置(晶圓位置，WP)

第1圖示出了根據本發明的沒有切入楔和沒有切入波紋的晶棒的始區的晶圓厚度和晶圓形狀分佈的實施例。

第2圖示出了具有切入楔的晶棒的始區的晶圓厚度和晶圓形狀分佈的比較實施例。

第3圖示出了具有切入楔的晶棒的晶圓厚度和晶圓形狀分佈 的比較實施例。

第4圖示出了具有延伸切入波紋的晶棒的晶圓形狀分佈的比較實施例。

第5圖示出了具有鞍形厚度、切入楔、或切入波紋的晶圓的比較實施例。

第6圖示出了具有可變線彎曲的切割分佈的比較實施例。

第7圖示出了根據本發明的穿過具有適配入缺口中的切入梁和晶棒中恆定線彎曲的晶棒的切割分佈的實施例。

第8圖示出了根據本發明的具有適配入缺口中的切入梁的晶棒的實施例。

第9圖示出了根據本發明的具有適配入缺口且具有切入槽的切入梁的晶棒的實施例。

第10圖示出了根據本發明的作為切割深度函數的進料速度分佈的實施例。

第11圖示出了作為晶圓在晶棒上位置的函數的在切入區和其它區中晶圓厚度分佈，以及二者之間的差值(切入楔)分佈。

第12圖示出了作為晶圓在晶棒上的位置的函數的切入波紋分佈。

第13圖示出了根據本發明實施態樣的具有晶棒進料方向上的大延伸度的切入梁的實施例。

第14圖示出了在切入區、在其它區沿著晶圓進料方向上的對角線的晶圓厚度分佈，最小晶圓厚度在最大接合長度的線材進入 區和線材出口區中。

第15圖示出了穿過具有切入梁的晶棒的截面分佈，該切入梁的延伸度在晶棒進料方向上從晶棒始區至晶棒終區地完全單調遞減。

第16圖示出了根據本發明的切入梁的實施例。

本發明將藉助附圖和附圖標記在下文中予以詳細說明。

當藉由線鋸切割柱體狀晶棒時，通常獲得近似柱體狀的晶圓，該晶圓前側和後側獨立於彼此地任意彎曲，即，它們尤其不像柱體的底面和頂面那樣相對於彼此完全平面平行地延伸。然而，在這樣的晶圓的情況下，它們前側、後側投影至共同投影平面時的投影面仍然完全一致，且延伸過前側、後側之邊緣線上的相互對應的點的直線係彼此平行地延伸，如同於柱體的情況下。由於間隔恆定的間距，類似柱體狀的晶圓由此也可藉由它們的前側和後側而完整描述。

類似柱體的晶圓的前側和後側與平行於側面直線延伸的直線的交點可以被稱為前側、後側的彼此對應點。前側、後側對應點的相對空間佈置通常能夠描述為恰好一個厚度描述分量和恰好一個形狀描述分量之和。這點可通常且無限制地適用於所有類似柱體的晶圓。

厚度描述分量確切地來說包含晶圓內選取的參考平 面的每個垂直線與晶圓前、後側的交點至該參考平面的距離總和的集合。形狀描述分量確切地來說包含晶圓內選取的參考平面的每個垂直線與晶圓前、後側的交點至該參考平面的距離差值的集合。

由此，恆定厚度但任意形狀的晶圓具有從參考平面的每個垂直線與晶圓前、後側的交點至該參考平面的恆定距離總和，以及對應距離差值的任意集合。相反地，任意厚度但恆定形狀的晶圓由此具有從參考平面的每個垂直線與晶圓前側、後側的交點至該參考平面的恆定距離差值，以及對應距離總和的任意集合。

包括前側、後側上所有成對相互對應點的各自連接線的一半處的所有點的集合的表面可被稱為前側和後側的中面。任意厚度但平坦形狀的晶圓的中面通常為平面。恆定厚度但任意形狀的晶圓的中面通常為彎曲並且準確地反應前、後側的形狀描述分量。

在此情事下，本發明是基於以下觀點而提出的：將不規則切入的常見問題分解成厚度描述分量和形狀描述分量，以及這些厚度描述分量和形狀描述分量具有不同的成因，因此係彼此獨立並且需要藉由不同的措施來分別解決。在切入口區相對理想平面平行的前、後側的偏差的厚度描述分量可被稱為「切入楔」，並且形狀描述分量偏差可被稱為「切入波紋」。

術語「切入楔」和「切入波紋」，以及其它經線鋸切 之晶圓的典型幾何缺陷被示出在第5圖中。第5A圖示意性地示出了被採用往復步驟的線研磨所切割的晶圓1，該晶圓具有缺口5和幾乎全前後側的完美平坦度和平行度。前側和後側之間的中面8因而是平面的。

為了評估整體的晶圓形狀，沿著適宜選取的測量線來測量厚度和形狀是足夠的。而跨越晶圓整個表面區域的測量不是必需的，特別是在藉由往復步驟切割的晶圓情況中。因為出於連續的線材移動方向反轉反向，厚度和形狀分佈相對於晶圓進料方向上之對角線接近於鏡像對稱，線材縱向方向垂直於該進料方向地延伸。符號3代表的是沿著晶圓進料方向上對角線的測量線；4a和4b代表的沿著弦的測量線，該弦平行於進料方向上的對角線在晶圓的線材與晶棒在切割中最大接合長度區域上延伸。

在最大接合長度區域內，特別薄的切縫發生在晶棒中心處，這是由於線上研磨過程中去除材料的漿料的消耗使得晶圓在此處最厚。為了獲得盡可能均勻的晶圓厚度，可以藉由減緩晶棒的進料或藉由在最長接合長度區域內使用作為進料距離函數的較長線材長度予以補償。這二種措施均加寬了切縫並且由此導致晶圓厚度變薄。由於這點，並且由於漿料隨著切縫中接合長度在縱向線材移動方向上的消耗，晶圓在線材進入側比中間其餘部分更薄。

由於在往復步驟法中線材移動方向的持續反轉，藉由往復方法從工件切出的晶圓在最長接合長度區域內具有二個厚 度減小的區域，即區域2a和區域2b，區域2a從線材淨移動方向看上去位於線材進入側且厚度減小的較多，區域2b從線材淨移動方向看上去位於線材出口側且厚度減小的較少。

區域2a在厚度上相對於區域2b某種程度上減少得更多，這是因為線材線上研磨過程中由於在線材淨移動方向上的磨損會出現一定的厚度降低。利用單向縱向的線材移動的線研磨將僅僅在最長接合長度區域內於線材進入側導致厚度降低。然而，磨損導致的線材厚度降低將會導致晶圓厚度在縱向線材運動方向上的整體明顯的升高。藉由採用單向線材移動的線研磨切割的晶圓厚度由此在線材運動方向上具有顯著楔形分佈。單向切割由此不適於生產厚度盡可能均勻的晶圓。

線磨削切割的晶圓在最大接合長度區域內不具有厚度減小的區域2a和2b，這是因為導致材料去除的磨料係固定在線材上並且由此不會在縱向線材移動方向上出現消耗。

第5B圖示意性的示出了藉由採用往復步驟方法的線研磨所切割的晶圓，該晶圓除了在研磨所固有的鞍形厚度降低4a和4b之外，還具有在切入區的厚度降低，切入楔6。由此，僅僅具有非均勻的厚度但沒有非均勻的形狀，故這種晶圓的中面8是平面的。

第5C圖示意性的示出了藉由利用往復步驟方法的線研磨所切割的晶圓，該晶圓具有同方向的前後側彎曲，即切入波紋7。由於切入波紋為形狀描述的幾何缺陷，並且除了鞍區4a和4b 之外晶圓厚度是恆定，所以中面8在切入區平行於前側和後側地彎曲。它的分佈準確地反應了前側和後側整體分佈的形狀描述分量。

第5D圖最後示意性地示出了藉由利用往復步驟方法的線研磨所切割的晶圓，該晶圓具有彼此疊置的切入楔6和切入波紋7。此時中面8同時含有厚度描述分量和形狀描述分量。

在此情事下，本發明特別地基於下述觀察結果而提出：藉由線鋸法從晶棒切割的晶圓可具有切入楔而沒有切入波紋，或沒有切入楔但有切入波紋。更進一步地還存在具有二者的晶圓。

第1A圖作為比較實施例示出了來自晶棒始區的晶圓沿著晶棒進料方向上的晶圓對角線(第5A圖中的測量線3)以毫米為單位的晶圓厚度T的分佈9，該晶圓藉由非本發明的往復步驟研磨法從300毫米的單晶體矽切割得到。x軸線以毫米為單位指示了切割深度CD。

進入晶棒的切入口在0毫米處，並且出口在300毫米處。曲線10a是位於線材進入側在線材的淨移動方向上沿著短測量線4a(第5A圖)的厚度分佈；曲線10b是位於線材出口側處在淨移動方向上沿著4b(第5A圖)的厚度分佈。由於磨損導致的線材厚度降低，使得切縫在線材淨移動方向上的線材進入側處更寬，並且使得此處的晶圓(10a)比在線材出口側(10b)的更薄。

第1B圖示出了與具有第1A圖所示的厚度分佈的晶圓相同的晶圓沿著晶棒進料方向上的對角線以微米為單位的晶圓形 狀W(波形)分佈11。晶圓不具有切入波紋。

厚度分佈9、10a和10b和形狀分佈11(「波形」)由電容測量法所確定。測量探針包含二個電極，這二個電極彼此相對設置並且晶圓移動穿過二個探針之間，由此使得探針對沿著晶圓前、後側上期望的測量線以一間距地移動。一個電極佈置在晶圓前側上方一短距離處，且另一個電極佈置在晶圓後側上方一短距離處。電極分別與晶體的前側和後側形成電容。這二個電容的電容量由交流電場(alternating electric field)決定。電容量恰好反比於位於每個電極與朝向該電極的晶圓側之間的空氣層的厚度。以此方式決定的前側、後側空氣層厚度之和給出了位於由測量電極彼此距離決定的定量內的晶圓厚度；厚度之差值給出了晶圓形狀(波形)。

第2A圖示出了晶棒終區側晶圓的厚度分佈9，該晶圓與第1圖所示的厚度和形狀分佈所屬的晶棒始區側晶圓取自相同的晶棒。顯著減小的晶圓厚度區域6(切入楔)清楚可見。切入楔達到大約15毫米的最大切割深度12。已觀察到的是，切入楔所能達到的最大切割深度經常遠小於300毫米的總切割長度(15毫米<<300毫米)。第2B圖示出了這個晶圓的形狀(波形)分佈11。對於藉由往復步驟線研磨法所切割的晶棒，它的晶圓厚度和形狀示出於第1A圖和第2A圖，並且分別示出於第1B圖和第2B圖，由此導致在晶棒始區既不具有切入楔又不具有切入波紋，但在晶棒終區具有明顯的切入楔但仍沒有切入波紋的晶圓。

第3A圖示出了來自晶棒始區的晶圓厚度分佈9的進一步比較實施例，該晶棒與第1圖和第2圖示出的晶圓厚度和形狀所屬的晶棒不同。第3B圖示出了與第3A圖示出的厚度分佈所屬的晶圓相同的晶圓的形狀分佈11。該晶圓不具切入楔，但是它具有延伸至大約15毫米的切割深度40a的切入波紋7。與第2A圖和第2B圖所示的厚度和形狀所屬的並且具有切入楔但不具有切入波紋的晶圓相反，第3A圖和第3B圖所示的厚度和形狀所屬的晶圓由此不具有切入楔但是具有明顯的切入波紋。

最後，第4圖示出了不同晶圓的形狀W(波形)分佈11的最終比較實施例，該晶圓藉由採用往復步驟方法的線材研磨切割不同的晶棒而得到。這個晶圓具有明顯的切入波紋7，該切入波紋延伸一高達大約75毫米的非常大的切割深度40b。已觀察到的是，與切入楔相反，切入波紋可發生在與總切割深度(此處是300毫米)相比不再認為是顯著地小(75毫米<300毫米)的切割深度上。

綜上所述，可由此提出下面的觀點：在每個晶棒中，存在具有切入楔的晶圓。切入楔在晶棒始區非常小或甚至為零；然而在晶棒終區，它經常顯著地明顯。在來自晶棒終區的具有切入楔的晶圓的切入區的最小厚度通常顯著地小於該晶圓在最長線材接合長度區的線材出口處的最小厚度，且通常甚至小於晶圓在接合長度區的線材進入處的最小厚度。

在晶棒終區處，切入楔由此對於晶圓的最小厚度通 常至關重要。在此，切入楔由此係尤為不利的，因為在某些情況下，在不低於完全加工的晶圓的預設目標厚度的前提下，在鋸切之後所留下來可在接著線鋸切之為了校正晶圓的幾何缺陷的加工步驟中被進一步移除的材料太少。

這點由第11圖所證實，其中第11圖作為比較實施例示出了在切入楔區域外沿著對角測量線3(第5A圖)所測量的中心厚度TC(厚度中心)分佈31、切入楔厚度TI(切入厚度)分佈30和以及二曲線之間的差值32(TC-TI)。x軸線以毫米為單位指示晶棒的位置(工件位置，WP)。晶棒始區位於x=0毫米處，並且晶棒終區位於大約x=310毫米處。在晶棒終區，切入楔佔據晶圓總厚度高達15微米(μm)。

本發明的一部分現在基於下述觀點：切入楔由此在晶棒終區必定特別明顯，這是因為線材網在切割開始時設置有大致全新(幾乎沒有磨損)並且由此較粗的線材，這會導致在切入區較薄的層厚度，因為無磨損、全新的線材的表面是光滑的且由此不會攜帶過多漿料。具體地，線材網在切入口處的線材已經在預切割中切斷安裝梁。為了實現較短的總切割時長，這個梁由易於機加工的材料如礦物填充的塑膠或碳組成，並且當切穿該材料時該線材由此幾乎沒有任何磨損且因此仍幾乎具有它的完整直徑。

在線材網始端，即全新線材從進線軸直接供應給的位置處，在線研磨情況下該線材仍然攜帶有它的非鐵金屬塗層， 該塗層是在拉絲過程作為使得線材能夠拉拔穿過直徑逐降的拉拔模具所施加的固態「潤滑劑」。這種線材比裸鋼絲更難浸潤。這點在浸潤測試中予以證實，在該測試中，仍然覆蓋非鐵金屬的鋼絲段和裸鋼絲段浸入漿料，並且確定去除後的漿料黏附量。繞著仍然覆蓋有色金屬層的線材的漿料膜因此較薄，並且切縫較窄。這點等同於由未磨損線材所產生的切縫擴寬效果，由此使得在晶棒始區側通常幾乎沒有任何切入楔形成。線材的非鐵金屬塗層在經過一些切縫後被磨損掉，這是因為該塗層非常薄且具有低耐磨損性。由此，在晶棒的中區僅僅有經漿料很好地浸潤的裸鋼絲與工件接合。由此更寬的鋸縫形成，並且由此明顯的切入楔在超出晶棒中區的區域形成。藉由將此時的裸鋼絲表面進一步粗糙化，漿料浸潤程度向著晶棒終區進一步被提高，由此使得切入楔在舊線材最終離開晶棒的晶棒終區處最明顯。

磨損造成的線材厚度的同步降低無法抵消切入楔，這是由於厚度降低影響整個晶圓而不是僅僅切入區。鋸線厚度降低導致的晶圓從晶棒始區至晶棒終區的厚度增加被線材導輪上的線材引導槽向著線材網終端連續下降的間距所補償，從而在晶棒所有位置上獲得具有相同中心厚度的晶圓。

第14圖示出了依據本發明藉由線材研磨從圓柱體矽晶棒所切割的晶圓的切入楔分佈實施例，該分佈作為被測量的晶圓所取出的軸向工件位置WP的函數。具體來說，示出有：在切入楔TI上的最小晶圓厚度(切入厚度)分佈30，沿著晶圓對角測量 線3(第5A圖)在切入楔外部的中心晶圓厚度TC(中心厚度)分佈31，沿著測量線4b(第5A圖)測量的在最大接合長度區內的線材出口側的最小晶圓厚度TX(出口厚度)的分佈38，以及沿著測量線4a(第5A圖)測量的在最大接合長度區的線材進入側的最小晶圓厚度TE(切入厚度)的分佈39。對於所有的晶棒位置，並且特別在晶棒終區處，與切入楔相關聯的最小晶圓厚度大於與最大接合長度區內的線材進入區關聯的最小晶圓厚度，並且甚至大於與最大接合長度區內的線材出口區關聯的最小晶圓厚度。

由本發明所基於的測試和觀察進一步提出：特別是在沒有將工件相對於線材網傾斜或沒有使用圓錐形線材導輪的情況下，可藉由切入該切入梁首先發生於網始側上的線材段並且最後發生於網終側上的線材段，來透過網始側上的線材段的相對於網終側上的線材段之更顯著的「預磨損性」，消除從晶棒始區至晶棒終區的切入楔增加。

此解決方法係於楔形切入梁的形式中發現。這示出在第15圖中。第15A圖至第15C圖示出了穿過具有切入梁的晶棒的切割分佈，其中該切入梁在晶棒進料方向上的延伸度，即其從晶棒始區至晶棒終區的高度，即其前側和後側之間的高度、或其長度，係逐漸減小。第15A圖以側視圖(左半部)和晶棒末端表面(右半部)視圖的形式示出了採用線材網之線材15切入之前的佈置，該佈置具有線材網始端43a和線材網終端43b、晶棒始區42a和晶棒終區42b，以及楔形切入梁41，楔形切入梁41在進料方向上在與晶 棒始區42a對應的切入梁始側44a處的延伸度大於它在進料方向上在與晶棒終區42b對應的梁終側44b處的延伸度。切入梁41形狀配合地插入晶棒13的缺口5，或黏附接合至該處。

當晶棒和切入梁被供應至線材網時，位於線材網始端43a的線材段首先切入此處在進料方向上從缺口突出最遠的楔形切入梁部分(44a)。這被第5B圖示出。由於切割動作的進行和進一步將晶棒供應至線材網，在晶棒始側上切入的線材段會在進料方向上出現線彎曲45a。該線彎曲最初必然是可變的，原因在於它從零(在切入之前)至有限值(切割過程中)地變化。隨著進一步的進料，所有別的線材段相繼切入楔形切入梁41。

較佳地，在切入梁的切割過程中的進料速度以這樣的方式設定：在線材段切入晶棒13之前，所有線材段最遲在切入梁切割結束時均達到恆定的線彎曲18。根據本發明，該線彎曲18然後能在整個切穿晶棒過程中保持恆定。此示出在第15C圖中。

採用這樣一種近似楔形切入梁，切入楔能夠在晶棒的整個長度上相對於所有晶圓被徹底地消除。已觀察到的是，線材的磨損以及因此的厚度降低係恆定地發生，而不必然正比於線材經過的所有接合長度之總和地發生。由此特別較佳地以工件軸向位置的函數的方式，選取切入梁在工件向線材網的移動方向上的延伸度，使得切入梁在每個工件位置處實際上被消除。

上述所需要的準確的切入梁形狀能夠藉由測試性切割和所獲得的晶圓保留的切入楔的測量快速確定：如果在工件軸 向位置上的晶圓在測試性切割中仍具有切入楔，就在隨後的切割中在切入梁在相應縱向位置上在工件向線材網的移動方向上增加切入梁長度；如果切入楔不僅沒有被消除反而晶圓具有增加的切入區厚度，就在隨後的切割中減小切入梁在對應位置處的延伸度。

還可以同樣使得切入梁在工件向線材網移動方向上的延伸度在整個切入梁長度上恆定，而不是使得切入梁剖面區域面積從工件始側至工件終側地減少。為實現此目的，將切入梁最接近線材網的部分從始端至末端地錐形化是通常足夠的。例如，切入梁可由易於獲取的立方體所製成，例如平板玻璃梁，該平板玻璃梁的一個狹窄縱向側根據工件缺口輪廓是修圓的，並且另一狹窄縱向側在晶棒始側沒有被加工，並且朝向晶棒終區楔形地逐步磨削，由此使得線材網的線材在晶棒始側處沿著平行於線材縱向方向的線切入，並且在晶棒終側處切入尖端指向線材網的楔形尖。

第16圖示出了依據本發明的具有工件向線材網的移動方向上的恆定延伸度的切入梁20的實施例。第一曲線34、第二和第三線35、以及第二曲線36包圍出垂直於切入梁的縱向方向的每個截面49。在第16圖的示意性示圖中，端點47標示曲線34和36與線35的相應的過渡點。切入梁沿著梁表面的一部分形狀配合地插入或黏附接合至工件的缺口中，其中該部分為梁表面包含垂直於切入梁縱向方向的所有截面49的第一曲線34的部分。根據本發明，所有截面的第一曲線34是相同的。第16圖示出的實施例中， 線35的長度進一步相對於所有截面49相等；從切入梁20始端44a至終端44b改變長度和形狀的僅僅是第二曲線36。

由於切入梁在工件向線材網的移動方向上的恆定延伸度48，線材網所有的線材段同時切入側面46(在第16圖由陰影部分表示)。然而，由於第二曲線36的長度從切入梁始端44a至切入梁終端44b地下降，線材網的線材段與切入梁的接合長度也從切入梁始端44a至切入梁終端44b地下降。在切入和進一步至少切穿切入梁上由第二曲線36包圍的部分的過程中，線材網的每個線材段會出現從切入梁始端44a至切入梁終端44b程度逐漸降低的磨損以及因此程度降低的厚度降低。切割出的晶圓的切入區由此從晶棒始區至晶棒終區相對地變厚。與切入沒有適配以切入梁的工件、或適配以具有恆定截面的切入梁的工件相比，切入口厚度由此增加，並且從晶棒始區至晶棒終區增大的切入楔沿著整個晶棒長被抵消。

雖然切入楔通常在晶棒終區側上發生，但是切入波紋可發生在晶棒的任何位置，或可能完全沒有切入波紋。切入波紋的產生因素被認為是由於在切入時突然的機械或熱負載變化。機械原因例如可為晶棒在晶棒懸浮液中和進料裝置中的趨穩運動(settling movement)，或張緊的線材在線材導輪之間施加的張力的量值和方向的變化，該變化能導致在線材導輪軸承的移動。熱原因例如為由於單個部件(晶棒、線材導輪、進料裝置、機械框架)的非均勻熱膨脹產生的晶棒和線材網之間的相對移動，由於 微弱的熱傳導性，該熱膨脹僅可藉由冷卻略微抵消(例如線材導輪的塑膠塗層膨脹進入銑出槽的位置)。

已觀察到的是，切入口波紋的發生隨著線材導輪套件的塗層中的槽的使用時間的增加而增加。在過於頻繁或出現明顯切入波紋的情況下，此時需要移走線材導輪，磨掉已磨損的槽，施加新的槽，並且再一次將線材導輪安裝至線鋸裝置。通常，在這種情況下，當測量使用過的槽時，會完全發現不了形狀偏差，即，存在磨耗導致的較少磨損並且槽和塗層的改性導致的更多磨損，該改性例如是吸收了漿料載液之乙二醇或油的塗層，這改變了彈性性能並且使得槽在整個線材導輪長度上不均勻，或改變了塗層的熱傳導性和熱膨脹性。

所述效果導致線材網的線材段最初切入晶棒的晶棒軸向位置與機械和熱平衡在切割加工的進一步過程中建立後的該位置不同。這適用於晶棒的任何截面，並且特別是那些在整個切割中具有恆定接合長度的晶棒(立方體)。在非矩形多邊形或圓形截面的情況下，接合長度連續變化，並且在整個切割中沒有建立平衡；然而，該變化總是恆定的並且能夠被先前技術習知的措施很好地抵消，例如晶棒、系統部件特別是線材導輪的冷卻等。

如果晶棒會產生具有切入波紋晶圓，則具有最顯著的切入波紋晶圓可位於晶棒始區、晶棒終區，或位於晶棒中部。切入波紋可達到相對總切割長度較小的最大切割深度；300毫米柱體狀晶棒的情況下，能達到大約15毫米。然而，它還可達到相對 總切割長度不再小的最大切割深度；在300毫米柱體狀晶棒的情況下，可達到75毫米或更深。

尤其，已觀察到的是，來於晶圓所切自的晶棒上的相鄰軸向位置的晶圓的切入楔和切入波紋在切入楔或切入波紋的形狀和大小方面，僅僅具有微小差別，並且當它們彼此在所切自的晶棒上的軸線位置越遠時，該差別相應地越大。

第12圖示出了作為晶棒長度WP函數的切入波紋W分佈33的比較實施例。在所選的比較實施例中，切入波紋出現在晶棒始區，在晶棒中部最小並且晶棒終區最大。還同樣存在多個比較實施例，這些比較實施例中切入波紋在晶棒始區或在晶棒中部最顯著。然而，所有的觀察結果共同的特徵是，如果切入波紋存在的話那麼切入波紋、或經常至少出現在晶棒終區側上的切入楔在相鄰晶圓之間僅僅輕微地變化。切入波紋和切入楔由此經常在縱向晶棒位置上遠距離地相互關聯；切入波紋或切入楔從不出現在一個晶圓上和相鄰晶圓上。

在根據本發明的方法中，晶棒此時以這樣的方式安裝在安裝梁上：晶棒缺口朝向線材網並且切入梁形狀配合地插入工件缺口。切入梁應當由材料去除特性類似於工件材料的材料組成。對於切割矽晶棒的應用中，發現由玻璃製成的切入梁是有利的。玻璃具有與矽相似的材料去除特性。已經發現的是，具有相似材料去除特性的材料會發生相似材料去除狀況。

根據本發明的方法具有許多優點：切入梁與缺口的 形狀配合使得當許多線材段切入該切入梁時，作用在工件上的高剪切力被良好釋放。切入梁和工件之間的接合由此能夠由黏附劑實現，該粘附劑僅僅需要在工件和切入梁表面具有很少的黏附(面接合)，以及低內聚力(黏附劑材料保持力)，或不需要完全覆蓋工件與切入梁之間接合面(點接合)。黏附劑由此能夠選自可獲取的黏附劑的廣泛選擇範圍，並且黏附接合可特別地僅僅在部分表面上實施。

使用厭氧固化黏附劑尤為有利，若採用厭氧固化黏附劑則缺口可被塗覆而無需觀察使用壽命，並且厭氧固化黏附劑由於放入切入梁時良好的毛細行為，能夠特別薄的且在黏附連接部全表面上地移動，然後在缺乏空氣時迅速地固化。當切入梁選自由相對紫外線透明的材料如相對紫外線透明的玻璃製成時，紫外線固化黏附劑也特別適宜。

由於在根據本發明的方法中接合表面較小且切入梁與缺口之間的形狀配合良好，可進一步節約大量黏附劑並且特別是可降低製造費用。

黏附劑較佳地可配置為輕微可溶。在利用乙二醇漿料的線材研磨的情況下，黏附劑甚至可為可溶於乙二醇，這是因為在切入梁的切割過程中由於較小切入口寬度，沒有發生顯著地黏附接合的釋放。在切入梁已經被切穿之後，乙二醇還可在切入梁材料的薄片和工件二者前側上穿過所產生的切縫地到達黏附劑，此時該黏附劑仍然將所產生的切入梁材料的薄片保持連接至 工件。由於切入梁在此時已經被切穿，它的剩餘物能夠藉由黏附接合的釋放而能夠在沒有例如損壞線材網的情形下脫落。這對於外部地黏附接合至側面的切入梁是不可能的。

黏附劑的輕微溶解性還可簡化切割之後的失黏過程(時間節約、無須特定溶劑、短作用時間、低溫)。由於切入梁和工件良好的形狀配合，黏附膜進一步更是相當的薄，使得在失黏之後可能仍然黏附的黏附劑殘留不與獲得的晶圓隨之形成的環繞邊緣相互作用。

為了達到良好的失黏性能，黏附劑可含有傳統的分離助劑。

根據本發明的方法更進一步具有下述優點：特別在半導體晶圓的情況下，工件標識如鐳射形式的劃線在切割後被施加在缺口附近。由於工件首先將缺口移至抵靠線材網移動，所以切入楔和切入波紋任何情況下都會發生在工件標識區上。這個標識區排除在晶圓平面度的評價之外。

如果存在切入波紋的話，那麼該切入波紋通常會影響所獲得的晶圓的幾何形狀至明顯較深的切割深度。這是因為由於線材段在切入口處的撓曲，使得晶棒軸向上的恢復力相對於進一步切割過程中的無軸向力的(axial force-free)平衡位置處的恢復力非常得小。更進一步地，在具有非矩形多邊形或圓形截面的情況下，切割下不斷變化的接合長度導致無軸向力的平衡位置不斷變化，在大切割深度上線材「落後」於該平衡位置。

根據本發明的方法使得能夠採用在進料方向上具有非常長的長度(高度)的切入梁，從而還能夠抵消具有非常長的波長的切入波紋。由於良好的形狀配合，切入梁在線材縱向方向上的延伸度(寬度)較小，由此儘管進料方向上的較大延伸度，切割仍然以幾乎沒有線材消耗並且整體非常經濟迅速的方式進行。

在接合過程中，接合長度從零值變化至有限值。在工件具有圓形截面、或它的截面邊緣具有至少一個頂點並且這個頂點在進料方向上指向線材網的情況下，上述變化不斷發生。採用變化的接合長度，線彎曲也經常變化。

第6圖示意性地示出了圓柱體狀晶棒的切割過程的比較實施例，該圓柱體狀晶棒用於在缺口處沒有切入梁之非根據本發明的方法。在切入之前且在切入瞬間，線材15的彎曲為零(第5A圖)。在切入階段中，線彎曲具有可變數值16。附圖標記17在圖6中代表晶棒已經切穿的部分。只有採用一定的切割深度才能夠藉由習知方法，如改變進料速度或縱向線材速度，獲得恆定線彎曲18(第6C圖)。

現已發現的是，當在進料方向上的線彎曲保持恆定時，切割方法賦予晶圓特別平坦且相互平行的前側、後側。這點已經發現對於具有以切割深度函數的方式不斷變化的接合長度工件特別有利。採用根據本發明的方法，能夠使從切入處通常零線彎曲至對於進入切入梁的持續切割過程必然為有限值的線彎曲的 過渡發生偏移，並且接下來在發生在工件上的總切割過程的一段中將線彎曲保持恆定。

第7圖示意性地示出了根據本發明的切割方法的實施例。晶棒13將它的缺口5面向線材15，在所示的實施例中為圓柱體的切入梁14插入或黏連入缺口(第7A圖)。切入梁14從缺口超過在實施例中為圓柱體的工件的側面包圍而突出，由此使得線材15首先切入該切入梁14(第7B圖)。晶棒此時以這樣的方式供應至線材網之上：當線材切穿切入梁的突出部時，經常發生不可避免的可變的線彎曲。符號19代表切入梁已經被切穿的部分(第7B圖)。一旦線材開始切入工件13，則藉由已知措施使此時達到的線彎曲18保持恆定(第7C圖)並且在所有進一步切割過程中保持恆定(第7D圖中的18)。

第10圖參照第7圖所示的切割圓柱體工件的實施例示出了根據本發明的工件朝向線材網並且穿過線材網的進料速度的分佈26的選擇實施例，藉由該實施例線彎曲能夠在穿過工件的整個切割操作上保持恆定。x軸線以毫米為單位代表切割深度。根據本發明，線材在數值為CD<0處切穿該切入梁，並且在CD=0處第一次與工件接觸。工件具有300毫米的直徑。工件的切穿由此在CD=300毫米處完成，並且對於CD>300毫米處線材切入安裝在背向線材網的晶棒側面上的安裝梁。y軸線以速度為單位如毫米每分鐘代表進料速度TS。

當切入梁被切穿時，選取非常高的進料速度27，該 速度將線材在晶棒進料的幾毫米內撓曲至期望目標曲度。對於進一步的切割，進料速度反比於接合長度地變化。在圓柱體工件如矽晶棒的情況下，當晶棒被恰好切分至一半時(CD=150毫米)，進料速度在每個最大接合長度處達到最小值28。對於CD>150毫米處，接合長度然後再一次下降並且選取的進料速度相應地再一次增加。當達到安裝梁時(CD=300毫米)，供料可例如至切割最末端(29)地不斷進行。這不影響工件中所產生的線彎曲。以類似的方式，但是利用第10圖的反復變化的值，例如根據所進行的給料延伸穿過工件的線材長度還能夠以在往復步驟的二個縱向線材長度之間存在較大差別(往復步驟方法)或大的縱向線材速度(單向切割)的方式地選取，即對於大的接合長度適用線材的大的淨移動或大的縱向線材移動速度。

第8圖示出了根據本發明的實施例，在該實施例中適宜於避免切入波紋的切入梁被使用，該切入波紋大的切割深度，特別明顯且決定晶圓的幾何形狀。切入梁20在進料方向22上具有最大長度，該最大長度大於或等於切入波紋(或切入楔)在測試晶棒的預切割中所能觀察到的切割深度21。進料速度或線材長度，或縱向線材移動速度以這樣的方式選取：使得可變線彎曲16較佳地在切入梁切穿過程中較早地發生。

由於切入梁20具有在進料方向上的延伸度22，該延伸度相對於圓弧段34的邊緣曲線的長度較大，該圓弧段切入梁藉由形狀配合連接至工件13的缺口5中，該工件在所示的實施例中為 圓柱體，儘管良好的形狀配合，高橫向力還是發生，並且切入梁沿著黏附連接部23黏附結合至缺口。

第13圖示出了切入梁20進一步的實施態樣，該切入梁20的使用特別適宜於消除延伸至大的切割深度的切入波紋(或切入楔)。這些切入梁具有截面，該截面被二個具有第一長度、設置為鏡像對稱和彼此平行相對的相同的線35、第二長度的第一曲線34和第三長度的第二曲線36封閉而成，第一長度大於第二或第三長度。第一曲線34是圓弧，沿著該圓弧切入梁藉由形狀配合且藉由黏附連接部23而連接至工件的缺口，該圓弧的半徑與缺口的半徑相同並且該圓弧的斜率分別逐漸與彼此相對設置的線35的斜率一致。線材切入所述切入梁所藉助的第二曲線36同樣為圓弧(第13A圖)，該圓弧進一步劃分為數段曲線以形成指向進料方向的頂點(第13B圖)、第二曲線36或平行於線材網定向的線。

對於第13A圖和第13B圖的例示性實施態樣，在切入處存在接合長度的恆定變化，並且對於第13C圖存在非恆定變化。

具有第13圖實施例示出的形狀的切入梁具有優點：該切入梁在線材網的線材段的縱向方向上的延伸度，即該切入梁的寬度，係非常小。以這種方式，接合長度非常短並且由此即使採用向線材網的快速給料速度，材料去除速率仍然保持很低。若不考慮切入梁在進料方向上的大的長度，則能夠切割得非常迅速，由此使得用於切入梁和工件的切割過程的全部時間不會顯著地大於用於切割工件自身的時間。

第13圖實施例示出的切入梁只需要很少的材料並且能夠經濟地製造。該切入梁實際上具有玻璃梁的形狀，如斷裂的切割自易於獲取的且經濟的平板材料(平板玻璃)，並且僅僅需要沿著側面將形狀利用成形工藝，如磨削，稍作加工以配合進入工件缺口的部分。

如第7圖或第8圖、或第13圖的截面的切入梁，較佳地在其面向線材網且切入進行的位置處的邊緣曲線36上額外地具有槽。該槽平行於線材段地延伸以此使得，利用進料裝置上的工件的適宜的軸向定向，恰好一個槽在進料方向上以具有間隔設置地相應地覆蓋恰好一條線材段。

當工件向線材網之上供應時，恰好一個相應線材段此時首先來到恰好一個槽內，並且槽以此方式引導線材段：線材段以沒有軸向晶棒方向上撓曲的方式切入該切入梁。如果在預測試切割中發現，例如經銑出引導線材的槽之線材導輪的塗層在線材導輪軸向方向上的熱膨脹而相對於旋轉固定安裝線材導輪的軸承位置移動，則切入梁20上的槽24間距還可以此方式設置：在槽的熱致位置偏移已經在線材導輪上發生後，那麼將切入梁的槽24在進料方向上以間距設置的方式覆蓋線材網的線材段。

5‧‧‧缺口

13‧‧‧晶棒

15‧‧‧線材

20‧‧‧具有進料方向上的大延伸度的柱體狀切入梁

23‧‧‧黏附連接部

24‧‧‧槽

34‧‧‧第一切入梁曲線，利用形狀配合連接至晶圓缺口

35‧‧‧各自具有切入梁第一長度並且彼此徑向對稱相對佈置的一對相等的線

36‧‧‧切入梁的第二曲線

46‧‧‧切入梁的線材網所切入的側面

Claims (13)

1. 一種從柱體狀工件同時切割多個晶圓的方法，該工件具有一軸線和一在工件側面上平行於該軸線施加的缺口，該方法包含：在該工件上施加一切入梁(cut-in beam)，切入梁從前側至後側形狀配合地將頭端適配入缺口中，且將足端從缺口伸出；藉由線鋸的進料裝置保持工件，使工件的軸線平行於線鋸的柱體狀線材導輪(wire guide roller)的軸線；藉由該進料裝置使切入梁和工件在一垂直穿過平面的線材網的進料方向上移動，線材網由數個彼此平行佈置且垂直於線材導輪之軸線的線材段構成，其中係藉由線材導輪上的槽螺旋環繞線材導輪地引導線材多次，切入梁以足端首先抵靠著線材網而移動，工件以缺口首先抵靠著線材網而移動；以及在存在用作研磨劑的磨料的情況下，藉由使線材導輪以相同圓周速度同向旋轉，使得線材段在線材縱向方向上移動。
2. 根據請求項1所述的方法，包含使工件以此方式移動穿過線材網：在此方式中，線材段在進料方向上係呈現恆定彎曲。
3. 根據請求項1或2所述的方法，包含使從缺口伸出的切入梁足端以此方式移動穿過線材網：在此方式中，線材段在進料方向上係呈現可變彎曲。
4. 根據請求項3所述的方法，包含使從缺口伸出的切入梁足端以此方式移動穿過線材網：在此方式中，線材段彎曲係呈現最大值，該最大值在進一步的切割加工中不再達到。
5. 根據請求項1或2所述的方法，包含：當在工件上施加切入梁時，利用一黏附劑將切入梁頭端黏附結合至缺口。
6. 根據請求項1或2所述的方法，包含設置高度在頭端和足端之間的切入梁，該高度在前側和後側之間是恆定的。
7. 根據請求項1或2所述的方法，包含設置圓柱體形狀的切入梁。
8. 根據請求項1或2所述的方法，包含設置足端截面形狀在前側和後側之間於進料方向上變化的切入梁，使得線材段以逐漸減小的接合長度切入切入梁。
9. 根據請求項8所述的方法，包含設置其中足端截面形狀在前側和後側之間於進料方向上呈斜度逐漸增大的楔形的切入梁。
10. 根據請求項1或2所述的方法，包含設置高度在頭端和足端之間的切入梁，該高度在前側和後側之間減小，使得當線材段與線材網始端之間的線材路徑越長，線材段相應地越晚切入切入梁。
11. 根據請求項1或2所述的方法，包含實施過程中切入梁被排除的測試切割，並確定測試切割的晶圓上的切入波紋的最大深度；以及設置切入梁，其從缺口伸出的切入梁足端的高度係等於或大於上述確定的最大深度。
12. 根據請求項1或2所述的方法，包含在切入梁的與線材網相對設置的側面上設置槽，所述槽垂直地佈置在線材段上方。
13. 根據請求項12所述的方法，其中係在操作溫度下的熱膨脹導致的在線材導輪的軸線方向上的線材段位置偏移已經發生之 後，將所述槽垂直地佈置在線材段上方。