TW202035089A - 一種晶棒切片裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種晶棒切片裝置，係包括：電源；電解池，用於存放電解質；陽極，係包括晶棒支撐裝置及晶棒，所述晶棒支撐裝置分別與所述電源及所述晶棒電性連接；陰極，容置於所述電解池內，與所述電源電性連接，所述陰極包括至少一線狀電極，所述線狀電極相對所述晶棒的軸向垂直設置且與所述晶棒不接觸；其中，所述晶棒位於所述晶棒支撐裝置與所述陰極之間，通過所述線狀電極與所述晶棒間的相對運動實現晶棒切片。根據本發明的晶棒切片裝置和方法，有效減少了晶棒切割過程中的截口損失，同時，實現了非接觸切割，有效避免了機械損傷、晶圓翹曲以及接觸切割產生的污染。同時，採用電化學切割後的晶圓，不需要進一步進行化學刻蝕等處理，大大簡化了切割後矽晶圓的處理流程。

Description

一種晶棒切片裝置
本發明係關於半導體製造領域，具體而言，係關於一種晶棒切片裝置。
目前，晶棒的切割以鋼線帶動漿料進行的機械線切割為主。其原理是通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼線上的切割刃料對矽棒進行摩擦，從而達到切割效果。
由於線切割過程中採用鋼線，其容易引入如Cu、Fe等污染物。同時，採用線切割工藝對晶棒進行切割，無法避免產生截口損失。典型的切割方法中，往往產生200µm-250µm的截口損失，造成大量的材料浪費，產生對原材料進行再迴圈處理的額外成本。同時，線上切割方法中，常常產生大量的熱，進而導致零部件膨脹，從而無法準確控制晶圓形狀。鋼線上往往鍍有金剛砂粒，其易對晶圓造成物理損傷，切割過程中隨著鋼線在晶柱中的進入和退出，也造成切割後的晶圓發生翹曲。
為此，有必要提出一種新的晶棒切片裝置和方法，用以解決現有技術中的問題。
在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。
本發明提供了一種晶棒切片裝置，所述裝置包括： 電源； 電解池，用於存放電解質； 陽極，所述陽極包括晶棒支撐裝置及晶棒，所述晶棒支撐裝置分別與所述電源及所述晶棒電性連接； 陰極，容置於所述電解池內，與所述電源電性連接，所述陰極包括至少一線狀電極，所述線狀電極相對所述晶棒的軸向垂直設置且與所述晶棒不接觸； 其中，所述晶棒位於所述晶棒支撐裝置與所述陰極之間，通過所述線狀電極與所述晶棒間的相對運動實現晶棒切片。
示例性的，所述晶棒支撐裝置包括第一部分與第二部分，所述第一部分與所述電源電性連接，所述第二部分為梳齒結構。
示例性的，所述梳齒結構包括齒部和凹部，所述線狀電極與所述梳齒結構的所述凹部對應設置。
示例性的，所述晶棒支撐裝置的材料包括石墨、碳包覆的金屬材料和導電陶瓷。
示例性的，所述陰極進一步包括線狀電極導向裝置，用以支撐所述線狀電極、控制所述線狀電極與所述晶棒之間的距離和/或帶動所述線狀電極移動。
示例性的，所述線狀電極和所述線狀電極導向裝置的材料包括碳纖維、碳包覆的金屬線。
示例性的，所述線狀電極的直徑設置為30μm-200μm。
示例性的，所述線狀電極的直徑設置為50μm-75μm。
示例性的，所述陽極包括多根所述線狀電極。
示例性的，所述線狀電極的數量與所述梳齒結構上的所述凹部的數量相一致。
示例性的，所述梳齒結構上的所述凹部的寬度設置為所述晶棒經過切片後形成的晶圓的厚度。
示例性的，所述電解質包括氫氟酸。
示例性的，在所述電解質進一步包含醋酸。
根據本發明的晶棒切片裝置，採用電化學的方法對晶棒進行切割，相較於採用切割線的機械切割方法，有效減少了晶棒切割過程中的截口損失，同時，採用電化學的方法刻蝕矽代替機械切割的方法，實現非接觸切割，有效避免了機械損傷、晶圓翹曲以及接觸切割產生的污染。採用電化學切割後的晶圓，不需要進一步進行化學刻蝕等處理，大大簡化了切割後的矽晶圓的處理流程。
在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域習知的一些技術特徵未進行描述。
為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的描述，以說明本發明所述的裝置的製造方法。顯然，本發明的施行並不限於半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
應注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據本發明的示例性實施例。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式。此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或元件，但不排除存在或附加一個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、元件和/或它們的組合。
現在，將參照附圖更詳細地描述根據本發明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例可以多種不同的形式來實施，並且不應當被解釋為只限於這裡所闡述的實施例。應當理解的是，提供這些實施例是為了使得本發明的公開徹底且完整，並且將這些示例性實施例的構思充分傳達給具本領域通常知識者。在附圖中，為了清楚起見，誇大了層和區域的厚度，並且使用相同的附圖標記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
為了解決現有技術中的技術問題，本發明提供了一種晶棒切片裝置，所述裝置包括： 電源； 電解池，用於存放電解質； 陽極，所述陽極包括晶棒支撐裝置及晶棒，所述晶棒支撐裝置分別與所述電源及所述晶棒電性連接； 陰極，容置於所述電解池內，與所述電源電性連接，所述陰極包括至少一線狀電極，所述線狀電極相對所述晶棒的軸向垂直設置且與所述晶棒不接觸； 其中，所述晶棒位於所述晶棒支撐裝置與所述陰極之間，通過所述線狀電極與所述晶棒間的相對運動實現晶棒切片。
下面參看圖1、圖2、以及圖3A和圖3B對本發明所提出的一種晶棒切片裝置進行示例性說明，圖1為根據本發明的一個實施例的一種晶棒切片裝置的結構示意圖；圖2為圖1中晶棒支撐裝置支撐晶圓相對於線狀電極設置的正面示意圖，圖3A和3B為圖1中的晶棒支撐裝置分別沿著A-A方向和B-B方向獲得的截面結構示意圖。
首先，參看圖1，根據本發明的一個實施例的晶棒切片裝置包括電源100、電解池200、以及分別與電源100的正極和負極相連的陽極和陰極。
所述電源100可以是任何可以提供直流電壓或電流的裝置，如交流電源與交流轉直流的裝置配合提供直流電壓或電流、直流電源等，在此並不限定。
電解池200中包括電解質201，所述電解質用以在直流電源的作用下與矽晶棒發生反應。
所述陽極包括晶棒300和用以支撐晶棒300的晶棒支撐裝置301，其中晶棒支撐裝置301分別與電源100和晶棒300電性連接。
所述陰極容置於電解池200內並且包括至少一線狀電極400。線狀電極400相對晶棒300的軸向垂直設置，並且線狀電極400與晶棒300不接觸。
參看圖2，係顯示圖1中晶棒支撐裝置支撐晶圓相對於線狀電極設置的正面示意圖，其中，線狀電極400容置於電解池200的電解質201內，線狀電極400相對晶棒300的軸向垂直設置，並且線狀電極400與晶棒300不接觸。在上述電源、電解池、陰極和陽極的設置形式下，晶棒300位於所述晶棒支撐裝置301與陰極的線狀電極400之間，通過線狀電極400與晶棒300間的相對運動實現晶棒300的切片。
示例性的，如圖1所示，所述陰極包括還包括承載所述線狀電極202的線狀電極導向裝置401。所述線狀電極導向裝置203支撐所述線狀電極400呈拉緊狀態並帶動線狀電極202隨著電化學反應的進行移動向晶棒300上的切割位置內部。在發生電化學反應的過程中，使線狀電極202與晶棒300始終不接觸。示例性的，所述晶棒支撐裝置301支撐晶棒300的同時帶動晶棒300移動。如圖2所示，線狀電極400沿著Y2箭頭所示的方向在電解質201內上下移動，晶棒支撐裝置301控制晶棒300沿著Y1箭頭所示的方向上下移動，從而使線狀電極400與晶棒300之間在不接觸的情況下實現相對運動，最終在電化學反應的過程中實現對晶棒300的切片。需要理解的是，本實施例採用線狀電極與晶棒支撐裝置控制晶棒同時運動並同時上下運動以使兩者之間產生相對運動的方式僅僅是示例性的，本領域技術人員應當理解，單一控制線狀電極運動而產生線狀電極與晶棒之間的相對運動或單獨使晶棒支撐裝置控制晶棒運動而產生線狀電極與晶棒之間的相對運動均能實現本發明的效果；同時根據電極的設置形式，線狀電極或晶棒支撐裝置控制晶棒的運動並不限於本實施例中圖2所示出的上下運動的方向。
示例性的，在所述電化學反應的過程中控制所述線狀電極與所述晶棒的表面的距離始終保持一致，以保證電化學切割過程具有恒定的速率，避免切割產生應力和晶圓翹曲。所述線狀電極導向裝置的材料設置為非金屬導電材料，包括石墨、碳包覆的金屬等。
示例性的，參看圖3A和圖3B，其示出了圖1中的晶棒支撐裝置沿著A-A方向和B-B方向的截面結構示意圖。晶棒支撐裝置301用以支撐晶棒300，包括第一部分3011和第二部分3012，第一部分3011與所述電源100電性連接，第二部分3012與晶棒300接觸。其中，第一部分2011設置為條狀，第二部分2012設置為梳齒結構。進一步，如圖1所示，設置為梳齒結構的第二部分3012包括設置為梳齒的凸部30121和位於梳齒之間的凹部30122。其中，線狀電極400與梳齒結構的凹部30122對應設置，在電解反應過程中，凹部30122對應的晶棒300上的部分形成與陰極上線狀電極400相對應電解反應中的陽極，凹部30122對應的晶棒300上的部分進行電化學反應而消耗，而凸部30121對應的晶棒300上的部分未參與反應而留下，最終形成沿著梳齒結構上的凹部對晶棒切割的效果。
示例性的，所述晶棒支撐裝置301的材料可以是任何非金屬導電材料。具體的，晶棒支撐裝置301可以設置為石墨。碳包覆的金屬材料或導電陶瓷等。
進一步，示例性的，所述晶棒支撐裝置301與所述晶棒300之間通過導電膠連接，從而實現晶棒支撐裝置301與晶棒300之間的電性連接。
示例性的，所述線狀電極400的材料可以是任何非金屬導電材料。具體的，線狀電極400的材料可以設置為碳纖維、碳包覆的金屬線等。
示例性的，所述電解質201包括包含氫氟酸的溶液。所述電源對所述陽極和所述陰極施加直流電壓或電流，在包含氫氟酸的電解質中，位於陽極上的晶棒發生如下電化學反應： Si→Si4 + +4e Si4 + + 4OH- →Si(OH)4 Si(OH)4 + HF→H2 SiF6 + H2 O 在陰極線狀電極上發生如下電化學反應： 2H+ +2e →H2
將第二部分設置為梳齒結構，使得第二部分與晶棒接觸形成多個間隔設置的電極，其中晶棒上未與第二部分接觸的部分與線狀電極構成的陰極之間發生電化學反應而消耗，最終使得晶棒上與第二部分接觸的部分留下，形成切割的效果。電化學反應中產生的H2 可以有效收集起來，以供其他用途，降低處理成本。
採用電化學的方法進行切割，相較於採用切割線的機械切割方法，有效減少了晶棒切割過程中的截口損失，同時，本方法採用電化學的方法刻蝕矽代替機械切割的方法，實現非接觸切割，有效避免了機械損傷、晶圓翹曲以及接觸切割產生的污染。同時，採用電化學切割後的晶圓，不需要進一步進行化學刻蝕等處理，大大簡化了切割後的晶圓的處理流程。
示例性的，如圖1所示，所述電源採用電壓大小可調節的直流電壓輸出電路，所述直流電壓輸出電路輸出的直流電壓施加到所述陽極和所述陰極上，其中施加的電壓範圍為1 V -50V，優選的，施加的電壓為5 V -10V。示例性的，所述電源採用電流大小可調節的直流電流輸出電路，所述直流電流輸出電路輸出的直流施加到所述陽極和所述陰極上，其中施加的電流範圍為0.1 mA -100mA，優選的，施加的電流為10 mA -50mA。採用輸出的電壓或電流大小可調節的直流電壓或電流輸出電路，通過控制電源對陽極和陰極施加的電壓或電流的大小可以控制電解質中發生的電化學反應所釋放的潛熱，從而避免晶棒發生不必要的熱膨脹，避免晶棒切割成晶圓後殘留應力。
在一個示例中，所述電解質設置為包含氫氟酸和醋酸的混合物。其中醋酸作為緩衝劑，一方面調整整個電解質的PH值，另一方面還可以增加電解質的導電性。
示例性的，參看圖2，所述第二部分3012上的梳齒結構的凸部30121的寬度D設置為所述晶棒經過切片後形成的晶圓的厚度。示例性的，矽片的厚度的範圍為750µm -900µm，其梳齒結構上凸部的寬度的範圍為750µm -900µm。在一個示例中，矽片的厚度為750µm，梳齒結構的凸部的寬度為750µm。
示例性的，所述陰極包括多根線狀電極，增加線狀電極的數量，實現多根線狀電極在同一時間內切割晶棒，從而提升切割晶棒的效率。示例性的，所述線狀電極的數量與所述梳齒結構上梳齒的數量相一致，從而使切割晶棒的效率最大。
示例性的，所述線狀電極的直徑設置為30µm -200µm。線狀電極的直徑減小，可以有效減小電化學切割晶棒的過程中產生的截口損失。優選的，線狀電極的直徑設置為50µm -75µm，在減小截口損失的同時，保證線狀電極的強度。在一個示例中，採用直徑為50µm的線狀電極，切割晶棒產生的截口損失從現有的機械切割產生的200µm -250µm減少到75µm。本發明中，由於採用電化學非接觸切割晶棒的方法，對線狀電極沒有機械作用，相較於機械切割中的切割線，沒有斷線的風險，大大提升了線狀電極的使用壽命。
綜上所述，根據本發明的晶棒切片裝置，採用電化學的方法對晶棒進行切割，相較於採用切割線的機械切割方法，有效減少了晶棒切割過程中的截口損失，同時，用電化學的方法刻蝕矽代替機械切割的方法，實現非接觸切割，有效避免了機械損傷、晶圓翹曲以及接觸切割產生的污染。採用電化學切割後的晶圓，不需要進一步進行化學刻蝕等處理，大大簡化了晶圓的處理流程。
本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保護範圍由附屬的權利要求書及其等效範圍所界定。
100:電源 200:電解池 201:電解質 300:晶棒 301:晶棒支撐裝置 3011:第一部分 3012:第二部分 30121:凸部 30122:凹部 400:線狀電極 401:線狀電極導向裝置
圖1為根據本發明的一個實施例的一種晶棒切片裝置的結構示意圖。
圖2為圖1中晶棒支撐裝置支撐晶圓相對於線狀電極設置的正面示意圖。
圖3A和3B為圖1中的晶棒支撐裝置分別沿著A-A方向和B-B方向獲得的截面結構示意圖。
100:電源
200:電解池
201:電解質
300:晶棒
301:晶棒支撐裝置
400:線狀電極
401:線狀電極導向裝置

Claims (12)

  1. 一種晶棒切片裝置，係包括： 電源； 電解池，用於存放電解質； 陽極，係包括晶棒支撐裝置及晶棒，所述晶棒支撐裝置分別與所述電源及所述晶棒電性連接； 陰極，容置於所述電解池內，與所述電源電性連接，所述陰極包括至少一線狀電極，所述線狀電極相對所述晶棒的軸向垂直設置且與所述晶棒不接觸； 其中，所述晶棒位於所述晶棒支撐裝置與所述陰極之間，通過所述線狀電極與所述晶棒間的相對運動實現晶棒切片。
  2. 如申請專利範圍第1項的晶棒切片裝置，其中，所述晶棒支撐裝置包括第一部分與第二部分，所述第一部分與所述電源電性連接，所述第二部分為梳齒結構。
  3. 如申請專利範圍第2項的晶棒切片裝置，其中，所述梳齒結構包括齒部和凹部，所述線狀電極與所述梳齒結構的所述凹部對應設置。
  4. 如申請專利範圍第1項的晶棒切片裝置，其中，所述晶棒支撐裝置的材料包括石墨、碳包覆的金屬材料和導電陶瓷。
  5. 如申請專利範圍第1項的晶棒切片裝置，其中，所述陰極進一步包括線狀電極導向裝置，用以支撐所述線狀電極、控制所述線狀電極與所述晶棒之間的距離和/或帶動所述線狀電極移動。
  6. 如申請專利範圍第5項的晶棒切片裝置，其中，所述線狀電極和所述線狀電極導向裝置的材料包括碳纖維、碳包覆的金屬線。
  7. 如申請專利範圍第1項的晶棒切片裝置，其中，所述線狀電極的直徑設置為30-200μm之間。
  8. 如申請專利範圍第7項的晶棒切片裝置，其中，所述線狀電極的直徑設置為50-75μm之間。
  9. 如申請專利範圍第2項的晶棒切片裝置，其中，所述線狀電極的數量與所述梳齒結構的所述凹部的數量一致。
  10. 如申請專利範圍第1項的晶棒切片裝置，其中，所述梳齒結構上的所述凸部的寬度設置為所述晶棒經過切片後形成的晶圓的厚度。
  11. 如申請專利範圍第1項的晶棒切片裝置，其中，所述電解質包括氫氟酸。
  12. 如申請專利範圍第11項的晶棒切片裝置，其中，所述電解質進一步包括醋酸。
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