TW202042941A - 在多個切片操作期間藉由線鋸從工件上切下多個晶圓的方法、以及單晶矽半導體晶圓 - Google Patents

Abstract

本發明的一標的是一種藉由線鋸在多個在多個切片操作期間從工件上切下多個晶圓的方法，該線鋸包含在二個線導輥之間拉伸的鋸線之移動線段的線網，其中各該導線輥係安裝在固定軸承和可動軸承之間。 本發明的另一標的是一種藉由該方法所獲得的單晶矽半導體晶圓。該方法包括：在每一個切片操作的期間，在硬質物質存在下沿著與線網相反的進給方向，在工作流體存在下進給該等工件之一者，其中該硬質物質係研磨性地作用於該工件上； 在切片操作期間，根據一溫度曲線對相應導線輥的固定軸承進行溫度控制，其中該溫度曲線係規定溫度為切割深度之函數； 在切片操作過程中，將該溫度曲線從具有恆定溫度進程的第一溫度曲線第一次切換到第二溫度曲線，該第二溫度曲線係與第一平均形狀輪廓和參考晶圓的形狀輪廓之差成比例，其中該第一平均形狀輪廓是從根據該第一溫度曲線切下的晶圓而確定的。

Description

在多個切片操作期間藉由線鋸從工件上切下多個晶圓的方法、以及單晶矽半導體晶圓

本發明的一標的是一種藉由線鋸在多個切片操作期間從工件切下多個晶圓的方法，該線鋸包含在二個導線輥之間拉伸的鋸線之移動線段的線網，其中各該導線輥係安裝在固定軸承和可動軸承之間。

本發明的另一標的是一種藉由該方法所獲得的單晶矽半導體晶圓。

許多應用需要薄且均勻的材料晶圓。在其各自正面和背面的均勻性和平面平行度方面受到特別精確要求的晶圓的一個實例是用作製造微電子部件之基板的半導體材料晶圓。對於生產這些晶圓特別重要的是一種線鋸，在該線鋸處同時從工件切下多個晶圓，因為這是特別經濟的。

對於線鋸，鋸線以如下方式在至少二個導線輥周圍螺旋地引導：在二個相鄰導線輥朝向工件的側面上（該工件將要被切裂並黏結到支持杆），拉伸由互相平行延伸的鋸線段所組成的線網。線導輥具有圓柱體的形式，這些圓柱的軸線係互相平行地佈置，且線導輥的圓柱表面具有耐磨材料覆蓋物，該耐磨材料覆蓋物具有環形閉合凹槽，該環形閉合凹槽在垂直於線導輥軸線的平面內延伸並承載鋸線。將線導輥繞著其圓柱軸線沿相同方向轉動，導致線網的線段相對於工件移動，並藉由在存在磨料的情況下使工件和線網接觸，從而使各線段進行材料去除。藉由連續進給工件，線段在工件中形成切割切口，並貫穿工件，直到它們全部停在支持杆中。然後工件已經被切成多個均勻的晶圓，它們藉由黏合劑而像梳齒一樣從支持杆上懸掛下來。線鋸和用於線鋸的方法係例如從DE 10 2016 211 883 A1或從DE 10 2013 219 468 A1已知的。

線鋸可以藉由搭接切割（lap cutting）或磨料切割（abrasive cutting）完成。對於搭接切割，係將硬質物質漿液形式的工作流體供應到線表面和工件之間的空間。在搭接切割的情況下，藉由鋸線、硬質物質與工件之間的三體相互作用來實現材料的去除。對於磨料切割，所使用的鋸線具有牢固地整合到其表面中的硬質物質，且所供應的工作流體本身不包含任何磨料，而是用作冷卻潤滑劑。然後，在磨料切割的情況下，藉由黏結有硬質物質的鋸線與工件之間的二體相互作用來進行材料的去除。

鋸線通常是例如由過共析珠光體鋼（pearlitic steel）製成的鋼琴線。漿液中的硬質物質係例如由黏性載液（例如乙二醇或油）中的碳化矽（SiC）組成。經黏結的硬質物質係例如由金剛石組成，該金剛石係藉由鎳電鍍或合成樹脂黏結或藉由滾壓而形式配適地（form-fittingly）及應力配適地（force-fittingly）黏結至線表面。

在搭接切割的情況下，使用的鋸線是光滑或結構化的；在磨料切割的情況下，僅使用光滑的鋸線。光滑的鋸線具有非常高（即線長）的圓柱形狀。結構化的鋸線是一種光滑的線在其整個長度上在垂直於縱向線方向的方向上具有多個突起和凹口。WO 13053622 A1描述一種用於搭接切割的光滑鋸線之實例，US 9610641 B2描述一種用於搭接切割的結構化鋸線之實例，而US 7 926 478 B2描述一種用於磨料切割的具有金剛石覆蓋物的光滑鋸線之實例。

對於傳統的線鋸，每個線導輥在其端面之一者附近安裝有牢固地連接到機器之機架上並稱為固定軸承的軸承，且在相對的端面附近安裝有可在線導輥之軸向上移動並稱為可動軸承的軸承。這是必要的，以防止結構上機械之過度定位（overdetermination），從而導致不可預測的變形。

特別是線網和工件首次接觸時，換句話說，在鋸接合時，機械和熱負載（load）會突然變化。線網和工件相對於彼此的佈置受到改變，且這種改變在線導輥軸線方向上的分量意味著切割切口（它們的側面係由相鄰晶圓的正面和背面形成）偏離於它們垂直於線導輥軸線的平面 - 因此，晶圓變成波浪形。波浪形晶圓並不適用於高要求的應用。

有一些已知的方法旨在改善藉由線鋸所獲得的晶圓之主表面的平面平行度。

US 5 377 568揭露一種方法，其中測量位於線導輥外部、平行於可動軸承之端面並在其附近的參考表面相對於機器之機架的位置，並藉由線導輥內部的溫度控制，使得線導輥在長度上的熱增加或減少，直到再次補償所測得之參考表面的位置變化。線網之線段的位置在線導輥沿軸向拉伸時發生位移，最有利的是與其距固定軸承的距離成比例。然而，實際上，線導輥的加熱是不均勻的，因為它在外部（不均勻地）被加熱（熱負載（load）變化）並從內部冷卻，但是由於輥的結構（尤其是冷卻回路本身的結果），線導輥中的徑向熱傳導對於每個軸向位置並不相同，因此線導輥沿其軸線的拉伸是不均勻的。

JP 2003 145 406 A2揭露一種方法，其中渦流感測器測量在線導輥外部上的點的位置，並根據該位置測量值改變冷卻水的溫度，該冷卻水的溫度控制了導線輥內部的溫度。由於熱或機械負載的變化，該方法僅不足地捕獲到工件至線網之佈置的變化。

KR 101 340 199 B1揭露一種線鋸的方法，該方法使用線導輥，每個線導輥係可旋轉地安裝在空心軸上，其中空心軸可在多個段中以不同的溫度加熱或冷卻，且因此可在軸向上逐段地拉伸或收縮。結果，對於至少幾個段，導線輥的長度在軸向上非線性地（非均勻地）改變。但是，該方法僅不足地考慮了由於熱或機械負載的變化所造成的工件和線網之佈置的變化。

US 2012/0240915 A1揭露一種用於線鋸的方法，該方法使用線導輥，其中藉由冷卻流體而彼此獨立地控制輥內部及它們其中一個軸承的溫度，所述軸承旋轉地支撐著線導輥。但是，該方法沒有考慮到以下事實：線鋸的結構要素的熱變形和機械變形不是固定且為不可複製的，另外還暴露於無法解釋的隨時間變化之擾亂變數。

最後，WO 2013/079683 A1揭露一種線鋸方法，其中首先測量因線導輥軸承的不同溫度而產生的所有晶圓的形狀，將這些形狀的每一個與其各自的相關軸承溫度一起儲存，然後，在隨後的切割中，選擇軸承溫度以便對應於與所需目標形狀最匹配的儲存形狀的選擇。這種方法沒有考慮到以下事實：線鋸的熱回應程度和行為會根據漂移而隨著不同之切割而變化，或者隨著時間而波動的擾動變數以雜訊的方式作用。同樣，也沒有考慮線上鋸期間發生的機械負載變化。

特別是半導體材料晶圓通常在線鋸之後要經過其他機械加工步驟。這樣的機械加工步驟可包括正面和背面（依次或同時雙面）的研磨，正面和背面（同時雙面）的搭接，半導體晶圓的蝕刻、以及正面和背面的拋光（通常依次進行或者同時進行雙面粗拋光並進行單面精拋光）。單面或依次雙面加工方法的共同特徵是，藉由例如真空吸盤將半導體晶圓的一面固定在夾持裝置中，而在同時加工另一面。

半導體晶圓的厚度與其直徑相比通常較小。因此，在被夾持時，半導體晶圓經歷彈性變形，使得晶圓變形力（例如，機械加工工具所施加的負載和由所使用的真空而導致的張力）和恢復變形力（晶圓的支撐（bracing））保持平衡：半導體晶圓之被支持的側面與夾持裝置相符。在從機械加工側去除材料並將半導體晶圓從夾持裝置上取下之後，由於加工而已經變薄的半導體晶圓會鬆弛成其原始形狀。換句話說，下游機械加工步驟通常不會改善正面和背面的平面平行度。

本發明之目的在於藉由提供一種方法來克服所概述的問題，該方法更好地考慮了由於熱或機械負載的變化而在工件到線網之佈置中的變化，並且提供了低波紋度的晶圓。

該目的是藉由一種藉由線鋸在多個切片操作期間從工件上切下多個晶圓的方法來實現，該線鋸包含在二個線導輥之間拉伸的鋸線之移動線段的線網，其中各該導線輥係安裝在固定軸承和可動軸承之間，該方法包括： 在每一個切片操作的期間，在硬質物質存在下沿著與線網相反的進給方向，在冷卻潤滑劑存在下進給該等工件之一者，其中該硬質物質係研磨性地作用於該工件上； 在切片操作期間，根據一溫度曲線對相應導線輥的固定軸承進行溫度控制，其中該溫度曲線係規定溫度為切割深度之函數； 在切片操作過程中，將該溫度曲線從具有恆定溫度進程的第一溫度曲線第一次切換到第二溫度曲線，該第二溫度曲線係與第一平均形狀輪廓和參考晶圓的形狀輪廓之差成比例，其中該第一平均形狀輪廓是從根據該第一溫度曲線切下的晶圓而確定的。

藉由本發明方法從工件上切下的晶圓實際上不受因固定軸承的熱膨脹而導致之導線輥的軸向運動的影響。因此，使得此種晶圓之相對於參考晶圓的形狀偏移最小化。

固定軸承的溫度可例如藉由電阻加熱或藉由一或多個珀耳帖冷卻元件（Peltier cooling element）來控制。然而，特別佳地，藉由在切片操作期間使流體流過相應導線輥的固定軸承來實現對固定軸承的溫度控制，其中各切片操作的流體溫度遵循一溫度曲線，該溫度曲線係規定流體的溫度為切割深度之函數。作為其他實施態樣的代表，該方法的進一步描述係針對本發明該較佳實施態樣。

較佳地，安排將該溫度曲線進一步切換到下一個溫度曲線。該下一個溫度曲線係與先前切片晶圓的下一個平均形狀輪廓和參考晶圓的形狀輪廓之差成正比，其中先前切片晶圓係源自緊接在當前切片操作之前的至少1至5次切片操作。

可以在晶圓的基於晶圓選擇的基礎上，來實施第一平均形狀輪廓和下一個平均形狀輪廓的確定。在基於晶圓選擇的情況下，採用切片操作的特定晶圓藉由求平均值來確定各自的平均形狀輪廓，而其他晶圓則不包括在內。例如，考慮用於求平均值的晶圓僅為在工件中具有特定位置的晶圓，例如僅為沿工件長度之每第15個至第25個晶圓。基於晶圓選擇的另一種可能性是，排除與來自切片操作之所有晶圓的平均形狀輪廓相比，具有最大和最小形狀輪廓偏差的晶圓。另一種可能性是從平均操作中，排除與來自切片操作之所有晶圓的平均形狀輪廓相比，其形狀輪廓偏差超過1σ至2σ的那些晶圓。

還可以替代地在晶圓的基於切割選擇的基礎上來進行下一個平均形狀輪廓的確定。在基於切割選擇的情況下，採用來自至少一個切片操作的所有晶圓藉由求平均值來確定下一個平均形狀輪廓，而將來自至少一個其他切片操作的所有晶圓自該確定排除。

此外，可以在基於晶圓選擇和基於切割選擇的基礎上來進行下一個平均形狀輪廓的確定。在這種情況下，選擇先前切片操作之至少一者以及排除先前切片操作之至少一者，並且同時分別選擇來自所選定之切片操作的特定晶圓以及分別排除其他晶圓，並且採用以這種方式整體選擇的晶圓進行平均。

在本說明書的以下段落中將討論對理解本發明有用的定義以及在本發明中所產生的考量和觀察。

晶圓的表面係由正面、背面、和邊緣組成。晶圓的中心是其重心。

晶圓的「迴歸平面」是如下平面：在正面和背面上的所有點到該平面的距離之和最小的平面。

晶圓的「中間區域」是如下之所有線的中心點的數量：這些線聯結多個點對，這些點對相對於迴歸平面成鏡像對稱，且點對分別其中一個點位於正面上而其中另一個點在背面上。

當這些線的長度隨正面和背面上的位置而變化時，晶圓就會具有「基於區域的厚度缺陷」。

當中間區域偏離迴歸平面時，晶圓會具有「基於區域的形狀缺陷」。

「參考晶圓」是指沒有基於區域的厚度缺陷且沒有基於區域的形狀缺陷的晶圓。相應地，如果例如凸狀或楔形的晶圓是用線鋸進行晶錠分割的所欲目標，則所選擇的參考晶圓也可以是在正面和背面的位置上具有特定厚度分佈或特定形狀分佈的晶圓。例如，如果凸度抵消了由於隨後施加支撐層在正面（例如磊晶層）或背面（例如保護性氧化物）上而導致的形狀變化，則凸狀的晶圓是有利的。

「進給方向」是將工件進給到線網的方向。

晶圓的「基於區域的厚度輪廓」表示晶圓的厚度是迴歸平面上之位置的函數。

晶圓的「中心線」是在中間區域中在進給方向上延伸通過晶圓中心的線。

晶圓的「厚度輪廓」是以中心線上之位置為函數之晶圓的厚度。

「切割深度」是中心線上的一個位置，且它表示切片操作期間切割切口在進給方向上的延伸度。

晶圓的「形狀輪廓」是中心線相對於參考晶圓之中心線的進程。在沿切割深度的測量點處確定中心線的進程。

「平均形狀輪廓」是藉由對多個晶圓的形狀輪廓求平均值而獲得的形狀輪廓，其中每個形狀輪廓被均等地加權以進行平均（算術平均），或者其中某些晶圓的形狀輪廓由於它們在工件中的位置而被賦予特定的權重（加權平均）。

「形狀偏差」表示形狀輪廓與目標形狀輪廓的偏差，例如與參考晶圓之形狀輪廓的偏差。

「溫度曲線」是以切割深度為函數之流體溫度的進程，其中流體流過線網的各自線導輥的固定軸承，以用於在切片操作期間之固定件的溫度控制。必要時，對固定軸承進行溫度控制使得固定軸承膨脹或收縮，其軸向分量使得可動軸承以及相關聯之線導輥的軸向位置沿著線導輥的旋轉軸位移。然後線導輥的這種運動抵消了形狀偏差的發展。

任意晶圓的形式總是能夠藉由厚度輪廓和形狀輪廓的組合來描述。TTV（總厚度變化量，GBIR）是表示基於面積的厚度輪廓的最大值與最小值之差的特徵。翹曲是描述形狀偏差的特徵，且表示在晶圓的正面方向上和晶圓的背面方向上的迴歸區域與中間區域之間的各自最大距離之和。弓形是另一個此種特徵，且表示晶圓中心的迴歸平面與中間區域之間的距離。描述形狀偏差的另一個變數是波紋度。它可以量化為波紋度指數Wav_red ，且在由形狀輪廓推導的波紋度輪廓的基礎上進行確定。在預定長度（特徵波長）的測量視窗內，確定形狀輪廓的測量點與迴歸平面之間的最大距離。測量視窗的起點沿著切割深度從形狀輪廓的測量點到測量點逐一移動，且對測量視窗的每個位置重複確定最大距離。這樣相對於各自相關聯的測量視窗的位置而確定、繪製的最大值的量，產生了以與特徵波長關聯的切割深度為函數的波紋度的輪廓（波紋度輪廓）。波紋度指數Wav_red 是減縮線性波紋度（reduced linear waviness）的測量值，且表示波紋度輪廓的最大值，而忽略切割開始和結束處之指定長度之區域的值。原則上，可自由選擇特徵波長和忽略之區域的長度。特徵波長較佳為2毫米至50毫米，且忽略之區域的指定長度分別較佳為5毫米至25毫米。關於待描述的本發明的半導體晶圓，係採用10毫米的特徵波長和分別為20毫米的忽略之區域的長度作為基礎。

上述觀察係關於將直圓柱形矽晶錠搭接切割成直徑300毫米的晶圓。但是，它們同樣適用於具有不同形狀的工件以及適用於磨料切割。直圓柱體的表面包含其圓形基部區域（第一端面）、與基部區域全等的頂部區域（第二端面，與第一端面相對）、以及其圓柱表面（晶錠上距晶錠軸線最大距離的點的數量）。直圓柱體具有垂直於基部區域和頂部區域並通過它們中心點的晶錠軸線。沿著該晶錠軸線之基部區域和頂部區域之間的距離稱為圓柱體高度。

首先，觀察到在晶錠軸線上之位置彼此接近的晶圓，其厚度輪廓和形狀輪廓在彼此之間僅略有不同。在晶錠軸線上之位置彼此進一步遠離的晶圓的厚度輪廓確實相似，但這些晶圓的形狀輪廓在彼此之間明顯不同。因此，可能沒有任何溫度曲線（如果有施加的話）可將工件之所有晶圓的形狀同時製成平面。因此，在切片操作期間，由於工件相對於線網之與切割深度相關的位移，將只能獲得具有近似平面形狀的晶圓。

其次，觀察到在晶錠軸線上具有相同位置且藉由緊接連續切片操作而獲得的晶圓，其形狀輪廓通常僅彼此略有不同；而具有相同位置但藉由在其切片操作之間已經進行了多次中介切片操作而獲得的那些晶圓，彼此之間有顯著偏差。因此，可能沒有任何溫度曲線（如果有施加和保持的話）可使具有相同晶錠位置且源於連續的切片操作的晶圓，在多個切片操作中保持其形狀不變。反而，溫度曲線可能必須從一個切片操作到另一個切片操作之間至少略微地改變，以便能夠獲得在多個切片操作中具有近似平面形狀的晶圓。

第三，觀察到藉由連續切片操作所獲得的相同位置晶圓的形狀輪廓之變化可分為固定可預測分量和非固定自發性分量。因此，預先計算出的溫度曲線將僅能考慮到變化的固定可預測分量，而儘管採用了溫度曲線，但發現形狀的變化會從一次切片操作到另一次切片操作之間在類型和範圍上發生波動，且是不可預測的。

第四，觀察到工件和線網的相對佈置，特別是在切割插入時（即在工件和線網之間的第一次接觸時）經受熱和機械負載的巨大變化，儘管在整個切片過程中也是如此。特別發現，在將鋸線插入至工件中時，幾千瓦（kW）的熱輸出傳遞到工件、傳遞到線導輥、及傳遞到它們的軸承，且在切片操作期間，線導輥在軸向橫向上經受10千牛頓（kN）力的機械負載的變化。

第五，觀察到機械負載的變化導致在將線導輥連接到機器之機架的軸承中的摩擦力增加。一方面，由於軸向負載增加而使得輥體的滾動摩擦力增加，且另一方面，由於軸承襯套（bearing bush）的軸線相對於處於空載狀態之線導輥的軸線傾斜，摩擦力也增加。該傾斜導致在套筒中的軸承襯套彎曲，該套筒連接到機器的機架，且軸承襯套固定在該套筒中。這種彎曲作用導致軸承襯套／套筒過渡處的發熱。

因此，應該藉由作用在軸承襯套外周附近的冷卻，來依次利用軸承溫度的變化、以及相關之軸承的膨脹（特別是在軸向方向上到線導輥之軸向位置的偏移），以使變熱和相關之軸向位置的變化減少到所需水準。

第六，觀察到由於軸承摩擦或變形增加而導致的線鋸之線導輥的固定軸承之變熱（由於彎曲作用而變熱），會導致線導輥在其軸向上的位置相對於機器的機架發生位移。

第七，觀察到線鋸產生在進給方向上具有特別明顯之波紋度的晶圓，且實際上不可能藉由線鋸之後的加工步驟減小這種具有約10毫米範圍內之橫向波長的波紋度。因此，在這方面，經完全加工的晶圓的波紋度係關鍵地由線鋸本身決定。

在這些觀察的背景下，提出了在藉由線鋸進行多個切片操作的過程中，提供一系列的切片操作，該等切片操作的不同之處在於，規定流過線網之相應線導輥的固定軸承的流體之溫度的溫度曲線是不同的。有利地，在鋸系統變化之後，換句話說，在線鋸、鋸線、或冷卻潤滑劑中的至少一個特徵發生變化之後，開始該系列的切片操作。例如，當線導輥進行切換時或當對線鋸進行機械調整時，鋸切系統發生變化。該系列中的第一切片操作（稱為初始切割）較佳係由1至5個切片操作組成。這些切片操作是根據第一溫度曲線進行的，該第一溫度曲線係規定將線段接合到工件之期間的恆定溫度進程。

從初始切割所得的所有晶圓，或從初始切割所得的晶圓中基於晶圓選擇的晶圓，確定形狀輪廓。第一平均形狀輪廓係藉由對形狀輪廓求平均值確定，其中可視需要進行加權。隨後將第一平均形狀輪廓與參考晶圓的形狀輪廓進行比較，其係藉由從第一平均形狀輪廓中減去參考晶圓的形狀輪廓來進行。因此，所發現的形狀偏差大致對應於一預期形狀偏差，該預期形狀偏差是當根據第一溫度曲線進行隨後的切片操作時，由隨後切片操作所得的晶圓平均所會具有的形狀偏差。

因此，所發現的形狀偏差可作為校正測量的標準，該校正測量係旨在抵銷預期形狀偏。因此，初始切割之後的切片操作並不是使用第一溫度曲線進行，而是使用與所發現的形狀偏差成比例的第二溫度曲線進行。例如，如果所發現的形狀偏差指出：在保留第一溫度曲線的情況下會形成一種晶圓，該晶圓在所定義之切割深度處的中心線會在線導輥的軸向上平均偏移一特定量，則第二溫度曲線在相應的切割深度處提供一流體溫度，該溫度會導致固定軸承藉由熱膨脹而使與其關聯的線導輥在相反方向上以相同的量位移。藉由根據第二溫度曲線進行相應固定軸承的溫度控制來抵消原本可預期的形狀偏差。因此，在系列中在初始切割之後的那些切片操作係根據第二溫度曲線進行，且因此第一次切換溫度曲線。系列中第二切片操作（如果沒有進一步切換溫度曲線）的數量較佳為1至15個切片操作。但是，原則上，也可以使用第二溫度曲線來進行溫度曲線第一切換之後的所有切片操作，至少直到鋸系統發生變化為止。

然而，特別佳地，在初始切割之後並且使用第二溫度曲線進行的切片操作的數量係限制為1至5次切片操作，且所有進一步的切片操作係利用下一個溫度曲線進行，至少直到鋸系統發生變化為止。在每個進一步的切片操作之前，重新確定下一個溫度曲線。

從緊接在進一步切片操作的各個當前切片操作之前的1至5個切片操作所得的所有晶圓，或者從這些晶圓中基於晶圓選擇者、或者這些晶圓中基於切割選擇者、或者這些晶圓中基於晶圓選擇及基於切割選擇者，確定形狀輪廓。在當前切片操作之前，從該等形狀輪廓中藉由求平均值來確定下一個平均形狀輪廓。隨後將下一個平均形狀輪廓與參考晶圓的形狀輪廓進行比較，其係藉由從下一個平均形狀輪廓中減去參考晶圓的形狀輪廓來進行。在所發現的形狀偏差的基礎上，確定下一個溫度曲線，該下一個溫度曲線與所發現的形狀偏差成比例。利用下一個溫度曲線進行當前的切片操作。對於每個隨後的切片操作，類似地進行確定下一個溫度曲線。換句話說，在初始切割之後的1至5次切片操作之後，溫度曲線隨每次進一步的切片操作而切換。

藉由本發明方法製造且在適當地隨後機械加工步驟之後具有經拋光之正面和背面的半導體晶圓，具有特別低的波紋度特徵。

因此，本發明的另一主題是一種單晶矽半導體晶圓，如果半導體晶圓的直徑為300毫米，則其波紋度指數Wav_red 不大於7微米，較佳不大於3微米；或者如果半導體晶圓的直徑為200毫米，則其波紋度指數Wav_red 不大於4.5微米，較佳不大於2微米。用於測定Wav_red 的特徵波長為10毫米，並且在切割開始（切割接合）和切割結束（切割分離）處忽略之區域的長度分別為20毫米。本發明半導體晶圓在鋸切狀態下（即在未拋光狀態下）係已經具有在要求範圍內的波紋度指數Wav_red 。

從根本上說，本發明方法與製成工件的材料無關。但是，該方法特別適合用於切片半導體材料的晶圓，且較佳用於切片單晶矽晶圓。相應地，工件較佳具有直徑為至少200毫米，較佳為至少300毫米的直圓柱體形狀。但是，也可以考慮其他形狀，例如長方體或直棱柱的形狀。該方法也與線鋸的線導輥的數量無關。除了在其之間拉伸線網的二個線導輥以外，還可提供一或多個另外的線導輥。

在切片操作期間，晶圓的切片係藉由如下完成：磨料切割，其中向線段供應不含會研磨性作用於工件上之物質的冷卻潤滑劑；或者搭接切割；其中向線段供應由硬質物質漿液組成的冷卻潤滑劑。在磨料切割的情況下，硬質物質較佳由金剛石組成，且係藉由電鍍黏合、或使用合成樹脂黏合、或形狀配合黏合而固定在鋸線的表面上。在搭接切割的情況下，硬質物質較佳由碳化矽組成，且較佳在乙二醇或油中製成漿狀。鋸線較佳具有70微米至175微米的直徑，且較佳由過共析珠光體鋼組成。此外，鋸線可以沿其縱軸線在垂直於縱軸線的方向上設置有多個突起和凹口。

此外，在切片操作期間，鋸線較佳以如下方式移動：以連續序列的多個方向反轉對之方式移動，其中每個方向反轉對包含將鋸線以第一長度在第一縱向線方向上進行第一移動，以及隨後將鋸線以第二長度在第二縱向線方向進行第二移動，其中第二縱向線方向與第一縱向線方向相反，且第一長度大於第二長度。

較佳地，鋸線在以第一長度移動時，從第一線股以第一拉伸力在縱向線方向上被供應到線網，且在以第二長度移動時，從第二線股以第二拉伸力在縱向線方向上被供應到線網，其中第二拉伸力小於第一拉伸力。

以下參考附圖闡述本發明的細節。

第1圖示出線鋸的典型特徵。這些包括至少二個線導輥1，其承載由鋸線3之線段所組成的線網2。為了將晶圓切片，將工件4沿箭頭所示的進給方向進給到線網2。

如第2圖所示，線導輥1安裝在固定軸承5和可動軸承6之間。固定軸承5和可動軸承6被支撐在機器的機架7上。線導輥1帶有蓋8，該蓋8設有凹槽，鋸線3在該凹槽中延伸。固定軸承5包含通道9，流體流過該通道9以用於固定軸承5的溫度控制。如果流體溫度升高，則固定軸承5的熱膨脹會導致線導輥1在可動軸承6的方向上發生軸向位移，且可動軸承6會在線導輥之軸線相對於機器的機架7的方向（用雙箭頭11標記）上移動。如果流體溫度降低，則線導輥1和可動軸承6在相反方向上產生位移。根據本發明，流體的溫度係藉由溫度曲線而規定為切割深度的函數，且在多個切片操作的過程中，溫度曲線至少改變一次。與熱交換器和泵連通的控制單元10係確保在達到特定切割深度時，流過固定軸承5的流體具有相應溫度曲線所要求的溫度。

發明實施例和比較例

下面使用非本發明的比較例（第3圖）和發明實施例（第4圖）說明本發明。

第3圖的上圖示出在切割深度（D.O.C）上，藉由線搭接切割而切片之直徑300毫米的單晶矽的半導體晶圓的形狀輪廓12。切割操作係使用直徑175微米的鋼線在大約13小時內進行，採用平均粒徑約為13微米（FEPA F-500）、在二丙二醇之載液中製成漿狀的碳化矽（SiC）。在切割操作期間，用於冷卻固定軸承的溫度係保持恆定在從先前切割操作所確定的值，因為非常適合用於獲得極平坦的半導體晶圓。第3圖的下圖示出以切割深度為函數、承載線網之二個線導輥的左側固定軸承的冷卻水溫度之溫度曲線14（TL =左側溫度；實線）和右側固定軸承的冷卻水溫度之相應溫度曲線15（TR =右側溫度；虛線）。

第3圖之下圖中的二條水平晶格線之間的距離為1℃。因此，實際上，溫度保持非常恆定，目標／實際偏差小於0.1℃。但是，在該比較例中獲得的半導體晶圓的形狀輪廓12（S =形狀（輪廓）；實線）是非常不平坦的。特別而言，半導體晶圓在切割接合區域20中（換句話說，在切割深度的前10%內）表現出嚴重的變形，該變形被稱為切割接合波，且在切割分離範圍21（換句話說，在切割深度的最後約10%內，）中表現出嚴重的變形，這種變形稱為切割分離波。波紋度輪廓13（W=波紋度；虛線）示出在切割接合區域20和切割分離區域21中的嚴重偏離，該波紋度輪廓13係從形狀輪廓12得出、且表示在沿切割深度移動的測量視窗內之半導體晶圓變形的差異量。

第4圖在上圖中示出用本發明方法切片的半導體晶圓的形狀輪廓16及由之衍生的波紋度輪廓17，以及在下圖中示出承載線網之線導輥的左側固定軸承和右側固定軸承的溫度曲線18和溫度曲線19。為了生產具有根據第4圖之特性的半導體晶圓，首先根據第3圖之下圖利用恆定溫度曲線進行五個切片操作，並在抽查的基礎上（從晶錠開始處到末端，每第15個半導體晶圓）對從每個切片操作得到的半導體晶圓的形狀輪廓求平均值，其中忽略鄰近晶錠之各個端面的半導體晶圓的形狀輪廓（基於晶圓選擇），然後在五個切片操作中對每個切片操作所得之基於晶圓的平均形狀輪廓求平均值（基於切割選擇）。

將所得之基於晶圓和基於切割的平均形狀輪廓乘以預先經由實驗確定的機器特定常數（以℃／微米為單位），該常數表示隨固定軸承的每次溫度變化（以℃為單位），形狀輪廓變化（以微米為單位）的敏感性，以給出第一個非恆定溫度曲線以用於與切割深度相關的固定軸承溫度控制，並使用該曲線進行進一步的切片操作。該操作生產了具有基於晶圓的平均形狀輪廓的半導體晶圓，該輪廓已經比採用恆定溫度曲線的最初五個切片操作的基於晶圓和基於切割的平均形狀輪廓明顯更平坦。因為該切片操作的控制變數（即第一個非恆定溫度曲線）是藉由迴歸到恆定溫度曲線而獲得的，此溫度曲線的應用也可以稱為迴歸回饋控制。

最後，採用根據先前切片操作的基於晶圓的平均形狀曲線與參考晶圓的形狀曲線之間的偏差而計算得出的溫度曲線，進行會生產出具有由第4圖之上圖所示之形狀輪廓的半導體晶圓的切片操作。下一個溫度曲線在第4圖之下圖中示出。在切割接合區域22中（在切割深度的前10%內），溫度曲線顯示出明顯升高的溫度；而在切割分離區域23中（在切割深度的最後約10%內），該溫度曲線顯示出明顯降低的溫度，其中未觀察到與第3圖之上圖一致的、在切割接合區域20中的切割接合波和在切割分離區域21中的切割分離波的結果。

因為控制變數（即下一個溫度曲線）與先前切片操作的之溫度曲線的不同之處僅在於，對應於先前切片操作之前之切片操作的基於晶圓的平均形狀輪廓與先前切片操作的平均形狀輪廓之間的差異（增量）變化，此下一個溫度曲線的應用也可以稱為增量回饋控制。

用於計算溫度曲線的機器特定常數表示，當固定軸承溫度升高或降低一攝氏度時，形狀曲線變化的微米量，且該切片操作取決於冷卻效率（也就是說，例如，取決於供應溫度 ）、以及取決於供應冷卻水的熱交換器的冷卻性能、以及取決於冷卻水流量的（橫截面）通量。有鑒於所有這些變數都受到波動的影響，並且此外，這些變數是每個線鋸各自特有的，因此基本上只能不準確地確定機器特定常數。

機器特定常數的符號係取決於，半導體晶圓之二個面中的哪個定義為正面以及哪個定義為背面。在本實例中，半導體材料的晶錠總是如下取向：晶種端面朝向沿線導輥固定軸承的方向（對於具有二個端面的晶錠，位置在生產晶錠時更靠近單晶晶種的端面），以及第二端面朝向沿可動軸承的方向，並且將半導體晶圓的正面指定為指向晶種端面的表面，而半導體晶圓的背面為指向離開晶種端面的半導體晶圓表面。與第3圖和第4圖中的表示一致，半導體晶圓的正面朝上，且它的背面朝下。在這種佈置中，將平均形狀輪廓轉換為溫度曲線的符號為負的。在線上鋸中的晶錠朝向相反方向的情況下，機器特定常數將為正的。

然後，根據本發明之增量調節的特別效果特別在於，不必精確地知道機器特定常數，因為只要所選擇的比例因數（即機器特定常數）不太高，則增量調節的基本特質是在於朝目標值（參考晶圓的形狀輪廓）收斂。如果比例因數過高，則調節會振盪而不會如所需地收斂。因此，即使僅針對常數使用估算值，只要假定該估算值在數量上太小，則在幾次切片操作過程中所獲得的半導體晶圓也始終具有非常平坦的形狀輪廓。

因此，對於不同的線鋸，尤其可針對機器特定常數假定相同的估計值，較佳為0.2至5微米／℃的常數。如所描述，機器特定常數的符號係取決於確定半導體晶圓正面和背面相對於安裝在線鋸中之晶錠的指向方向。因此，具有不同實際常數的線鋸之間的差異僅在於收斂速度，而不在於半導體晶圓可達到的平面平行度。現在，其剩餘之不均勻性僅取決於各個切片操作中從一個切片操作到另一個切片操作之間所發生的不可預測波動（雜訊變數）。

使用第3圖中的形狀輪廓12和第4圖中的形狀輪廓16作為實例，以如下解釋的方式從晶圓的形狀輪廓開始確定波紋度指數Wav_red 。根據這種形狀輪廓，在特徵波長為10 毫米的測量窗口內，沿切割深度（D.O.C）的方向，確定在測量視窗內形狀輪廓的最大值與最小值之間的差異量。測量視窗起點的位置沿切割深度逐點指定到形狀輪廓的每個測量點，並且針對這些位置中的每一個確定差異量。將由此獲得的差異量繪製為切割深度的函數，其中測量視窗起點的位置指示相應的切割深度。因此，獲得例如由第3圖中的曲線13和第4圖的曲線17所表示的波紋度輪廓。從波紋度輪廓藉由如下方式確定波紋度指數Wav_red ：藉由忽略在切割開始和切割結束處在20毫米之長度內的差異量的值，並根據剩餘差異量的值將最大值定義為波紋度指數Wav_red 。

相應地，從第3圖中的形狀輪廓12的形狀S開始，未根據本發明生產的半導體晶圓的波紋度指數Wav_red 約為12微米，對應於波紋度輪廓13之波紋度W的最大值24，並考慮了4微米的縱坐標網格間距。從第4圖的形狀輪廓16開始，根據本發明生產的半導體晶圓的波紋度指數Wav_red 約為3微米，對應於波紋度輪廓17之波紋度W的最大值，並考慮了4微米的縱坐標網格間距。

以上示意性實施態樣的描述應被認為是例示性的。由此作出的揭露內容首先使本領域技術人員能夠理解本發明及其相關的優點，並且其次，在本領域技術人員的理解範圍內，還包括對所描述之結構和方法的明顯變更和修改。因此，所有這些更改、修改以及等效物也應由申請專利範圍的保護範圍所涵蓋。

1:線導輥 2:線網 3:鋸線 4:工件 5:固定軸承 6:可動軸承 7:機器的機架 8:蓋 9:通道 10:控制單元 11:可動軸承的移動方向 12:形狀輪廓 13:波紋度輪廓 14:溫度曲線 15:溫度曲線 16:形狀輪廓 17:波紋度輪廓 18:溫度曲線 19:溫度曲線 20:切割接合區域 21:切割分離區域 22:切割接合區域 23:切割分離區域 24:最大值 D.O.C:切割深度 S:形狀 TL:左側溫度 TR:右側溫度 W:波紋度

第1圖以透視圖的形式示出線鋸的典型特徵。 第2圖示出通過線導輥及其安裝座的截面圖。 第3圖示出非根據本發明生產的晶圓的形狀輪廓和波紋度輪廓（上圖），以及在非本發明的切片操作期間使用的溫度曲線（下圖）。 第4圖示出根據本發明生產的晶圓的形狀輪廓和波紋度輪廓（上圖），以及在本發明實施的切片操作期間採用的溫度曲線（下圖）。

16:形狀輪廓

17:波紋度輪廓

18:溫度曲線

19:溫度曲線

22:切割接合區域

23:切割分離區域

D.O.C:切割深度

S:形狀

TL:左側溫度

TR:右側溫度

W:波紋度

Claims (19)

1. 一種藉由線鋸在多個切片操作期間從工件上切下多個晶圓的方法，該線鋸包含在二個線導輥之間拉伸的鋸線之移動線段的線網，其中各該導線輥係安裝在固定軸承和可動軸承之間，該方法包括： 在每一個切片操作的期間，在硬質物質存在下沿著與該線網相反的進給方向，在工作流體存在下進給該等工件之一者，其中該硬質物質係研磨性地作用於該工件上； 在切片操作期間，根據一溫度曲線對相應導線輥的固定軸承進行溫度控制，其中該溫度曲線係規定溫度為切割深度之函數； 在切片操作過程中，將該溫度曲線從具有恆定溫度進程的第一溫度曲線第一次切換到第二溫度曲線，該第二溫度曲線係與第一平均形狀輪廓和參考晶圓的形狀輪廓之差成比例，其中該第一平均形狀輪廓是從根據該第一溫度曲線切下的晶圓而確定的。
2. 如請求項1所述的方法，其包括： 將該溫度曲線第二次切換到下一個溫度曲線，該下一個溫度曲線係與先前切片晶圓的下一個平均形狀輪廓和該參考晶圓的形狀輪廓之差成比例，其中該先前切片晶圓係源自緊接在當前切片操作之前的至少1至5次切片操作。
3. 如請求項1或2所述的方法，其包括在該線鋸、該鋸線、或該工作流體之至少一個特徵改變之後發生的第一個切片操作期間使用該第一溫度曲線。
4. 如請求項1或2所述的方法，其包括在基於晶圓之晶圓選擇的基礎上確定該第一平均形狀輪廓和該下一個平均形狀輪廓。
5. 如請求項1或2所述的方法，其包括在晶圓之與切割相關的選擇基礎上確定該下一個平均形狀輪廓。
6. 如請求項1或2所述的方法，其包括在晶圓之基於晶圓選擇和基於切割選擇的基礎上確定該下一個平均形狀輪廓。
7. 如請求項1或2所述的方法，其包括在晶圓之加權平均形狀輪廓的基礎上確定該第一平均形狀輪廓和該下一個平均形狀輪廓。
8. 如請求項1或2所述的方法，其中該鋸線是過共析珠光體鋼（pearlitic steel）線。
9. 如請求項1或2所述的方法，其中該鋸線具有70微米至175微米的直徑。
10. 如請求項8所述的方法，其中，該鋸線沿縱向線軸線在垂直於該縱向線軸線的方向上設置有多個突起和凹口。
11. 如請求項1或2所述的方法，其包括：在切片操作期間向該線段供應冷卻潤滑劑作為工作流體，其中該硬質物質係由金剛石構成且係藉由電鍍黏合、藉由合成樹脂黏合、或藉由形狀配合黏合而固定在鋸線的表面上，且該冷卻潤滑劑不含研磨性地作用於該工件上的物質。
12. 如請求項1或2所述的方法，其包括：在切片操作期間將工作流體以硬質物質在乙二醇或油中的漿液形式供應到該線段，其中該硬質物質係由碳化矽組成。
13. 如請求項1或2所述的方法，其包括：以連續序列的數個方向反轉對之方式移動該鋸線，其中每個方向反轉對包含將該鋸線以第一長度在第一縱向線方向上進行第一移動，以及隨後將該鋸線以第二長度在第二縱向線方向進行第二移動，其中該第二縱向線方向與該第一縱向線方向相反，且該第一長度大於該第二長度。
14. 如請求項13所述的方法，其中該鋸線在以該第一長度移動的期間，從第一線股（wire stock）以第一拉伸力在該縱向線方向上被供應到該線網，且在以該第二長度移動的期間，從第二線股以第二拉伸力在該縱向線方向上被供應到該線網，且其中該第二拉伸力小於該第一拉伸力。
15. 如請求項1或2所述的方法，其中該工件係由半導體材料組成。
16. 如請求項1或2所述的方法，其中該工件具有直棱柱的形式。
17. 如請求項1或2所述的方法，其中該工件具有直圓柱體的形式。
18. 一種單晶矽半導體晶圓，其包含不大於7微米的波紋度指數Wav_red 和300毫米的直徑，或者不大於4.5微米的波紋度指數Wav_red 和200毫米的直徑。
19. 如請求項18所述的半導體晶圓，其包括不大於3微米的波紋度指數Wav_red 和300毫米的直徑，或者不大於2微米的波紋度指數Wav_red 和200毫米的直徑。

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