TWI450807B - 由工件切分晶圓的方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種由工件切分晶圓的方法,其中,在鋸切操作過程中,鋸切線的以平行方式佈置的線段被相對於工件引導,因此形成晶圓。
這種類型的方法使用線狀鋸進行。例如,在US 2002/0174861 A1或US 2010/0089377 A1中描述了線狀鋸的基本結構和功能。因此,適當的線狀鋸包括至少兩個導線輥,而鋸切線圍繞其多重纏繞。這產生了張緊在兩個導線輥之間並且以平行的形式設置的線段,並且這些線段形成線網,在鋸切操作過程中工件被移動穿過線網。還已知了其中線網被移動穿過工件的線鋸切方法。
合適的工件包括必須被分離成晶圓的材料,尤其是由半導體材料構成的塊,半導體晶圓被從其切割而成。
導線輥具有塗層,塗層具有特定的厚度並且具有引導線段的溝槽。隨著鋸切操作施加負載的持續時間的增長,塗層的表面區域會磨損。只要塗層仍具有足夠的厚度,塗層的被磨損的表面區域就可以藉由磨掉而去除,並且如此再生成的更薄的塗層可以繼續被使用。
在鋸切操作中,鋸切線被從供給線軸纏繞到相應線軸上。在這種情況下,鋸切線的行進方向通常被圓柱形地改變,從而實現了鋸切線的更綜合的利用。
切分晶圓需要在切割操作模式中從工件上去除材料的研磨顆粒。研磨顆粒可以被固定地黏合到鋸切線上。更通常地,使用散佈有研磨顆粒並且被供給至線網的鋸切懸浮液(slurry)。
以這種方式製造的半導體晶圓應該具有盡可能扁平且平面平行的側表面。為了可以生成具有這種幾何特徵的晶圓,在鋸切操作過程中,應該避免工件和線段之間的軸向相對運動,也就是平行於工件中央軸線的相對運動。如果發生了這種相對運動,就會生成具有彎曲橫截面的晶圓。晶圓的彎曲度通常用以稱作翹曲的特徵值表示。
作為發生上述相對運動的原因,在US 2010/0089377 A1中提及了工件和導線輥的長度變化,該變化被歸因於溫度變化和相關的熱膨脹或熱收縮。實際上,在鋸切線圍繞導線輥運動的過程中以及在鋸切線接合工件時尤其會產生磨擦熱,具體地,由於熱傳遞的原因,工件以及導線輥和導線輥的軸承的溫度被改變。US 2010/0089377 A1建議了一種方法,其中,工件在軸向方向上的位移被測量且導線輥的軸向位移被調節以使其對應於所測量的值。
JP 10 166 354 A2描述了一種包括測量導線輥的軸向位移的方法。為此目的,感測器和測量板之間的距離被測量,其中,該測量板被固定在導線輥上。
本發明涉及一種由工件切分晶圓的方法,包括:在鋸切操作過程中,相對於工件移動鋸切線的以平行方式佈置的線段,從而生成晶圓,其中,該等線段被張緊在兩個導線輥(wire guide rolls)之間,各該導線輥具有特定厚度的帶溝槽的塗層(grooved coating);以及,藉助於在塗層的端部專用地固定到該塗層上的環,藉由測量感測器和該等環之間的距離,測量其中一個導線輥的塗層的長度的變化,該變化由溫度變化導致;以及根據所測量的距離冷卻該等導線輥。
本發明的發明人深知測量感測器和固定到導線輥上的測量板之間的距離是不利的,因為這忽略了導線輥的塗層的長度的熱影響(thermally governed)的變化。塗層的長度變化應當考慮,因為它對線段從被提供的所欲位置的位移的貢獻大於導線輥的長度變化所做的貢獻。
本發明通過在鋸切操作過程中測量塗層的長度如何變化並且藉由與所測量的塗層的長度變化成比例地冷卻導線輥而考慮了此因素。具體地,藉助於在塗層的端部專用地固定到塗層上的環,藉由測量感測器和該環之間的距離,來測量塗層的長度變化,該變化由溫度變化導致。根據所測量的距離冷卻導線輥。
由於環被設置在塗層端部並且被專用地固定在塗層上,環的軸向位置與導線輥的塗層的長度變化成比例地變化。利用導線輥的塗層及其長度變化,本方法考慮了對工件和線段之間的可能的軸向相對運動的大部分負責的干擾因素。
較佳地,環由導電材料例如金屬或石墨構成。較佳地,所述距離僅在兩個導線輥之一上進行測量,以代表線網的兩個導線輥。但是,也可能線網的兩個導線輥上都進行相應測量並且根據相應測量的距離冷卻導線輥。
根據本發明的第一實施態樣,冷卻導線輥的過程以使得在鋸切操作前存在於感測器和環之間的距離的差異變得更小或變成零的方式實現。換句話說,在鋸切操作過程中導線輥被以導線輥的塗層的長度的熱影響的變化被盡可能地反轉(reversed)的方式冷卻。
根據本發明的第二實施態樣,冷卻導線輥的過程以對工件長度的熱影響的變化的反應包括在各方向上相等(equidirectional)的導線輥的塗層的長度的熱影響的變化來實現。換句話說,導線輥被以工件長度的熱影響的變化藉由導線輥的塗層的長度的熱影響的變化盡可能補償的方式冷卻。
根據該方法的一個較佳變異,其可以與第一或第二實施態樣相結合,導線輥以及它們的固定軸承被彼此獨立地冷卻。此變異另外考慮了在鋸切操作過程中固定軸承的熱影響的線性膨脹的作用。
在鋸切操作過程中工件的長度變化取決於鋸切操作之前工件的長度,並且取決於鋸切操作過程中產生的熱量。後者取決於所選擇的過程條件,所述過程條件由不同過程參數的整體描述。這些過程參數尤其包括鋸切線的速度,供給到線網的鋸切懸浮液的溫度、工件被移動穿過線網的前進速度、研磨顆粒的類型以及支承工件的載體材料的類型。如果所選擇的過程條件在多個鋸切操作過程中保持不變,那麼在一個鋸切操作過程中的工件的長度變化只取決於鋸切操作前工件的長度。
因此,對於在相同過程條件下進行的鋸切操作,在所選擇的過程條件下將工件分離成晶圓並且在鋸切操作過程中測量工件的溫度,進行一次即足。之後,對於此鋸切操作以及對於欲在所選擇的過程條件下進行並且欲切割相同類型的材料的所有其它鋸切操作,可以建立預測工件長度變化的曲線,作為切割深度或鋸切操作持續時間的函數。此長度變化可以藉助於工件材料的線性膨脹係數、所測量的溫度分佈以及相應鋸切操作前工件的長度而進行計算。
較佳地,冷卻相應導線輥及相應固定軸承的過程被實現為使得,在鋸切操作過程中的每個時間點上,差ΔLW
(x)-(ΔLF
+ΔLB
(x))小於20微米,其中,ΔLW
(x)是由於工件溫度變化引起的工件的長度變化導致的工件上的軸向位置x所經歷的軸向位移,ΔLF
是由於固定軸承的溫度變化而引起的相應固定軸承所經歷的長度變化,以及ΔLB
(x)是由於塗層的溫度變化所引起的塗層的長度變化導致的導線輥的塗層上的軸向位置x所經歷的軸向位移。軸向位置x是工件中央軸線上的位置或等效位置。
差越大,線段距離保證直線切穿工件的所欲位置越遠。但是,如果沒有抵抗措施,差會一直變大,軸向位置x和導線輥中心之間的距離越大。當多個工件並排佈置以同時進行鋸切時這尤其應該考慮。工件被進行這樣的佈置以使得有效線網可以盡可能完整地利用。
較佳地,藉由冷卻相應的導線輥和相應固定軸承對軸向位移ΔLW
(x)進行反應,使差ΔLW
(x)-(ΔLF
+ΔLB
(x))小於20微米。
藉由在鋸切操作過程中測量導線輥的塗層的長度的軸向變化以及固定軸承的長度的軸向變化,以及以彼此獨立的方式根據所測量的長度變化調節導線輥及其固定軸承的冷卻,可以實現上述目的。
或者,也可以藉由在鋸切操作過程中冷卻工件使ΔLW
(x)小於5微米,並且以彼此獨立的方式冷卻導線輥及其固定軸承,使得鋸切操作過程中的和(ΔLF
+ΔLB
(x))小於25微米,較佳地小於10微米,而實現上述目的。
對於在鋸切操作過程中完全抑制工件和固定軸承以及相應導線輥的塗層的溫度變化及相關的長度變化是特別具有優勢的。
較佳地,根據本發明的方法用於製造具有盡可能平行的側表面的晶圓。但是,亦不排除修改本方法的目的並且製造具有特別的彎曲的晶圓。
典型地,在鋸切操作過程中工件被支承以使其在溫度變化時在兩端可以軸向膨脹或收縮。其由例如多晶體或單晶體半導體材料構成,具體地,由矽構成。典型地,其具有圓柱形杆部分的形式,直徑足以能夠製造直徑在200至450毫米範圍內的晶圓。
被分離用於形成直徑300毫米的半導體晶圓的由矽製成的單一晶體在鋸切操作過程中經歷的最大溫度變化典型地約為30℃,該最大溫度變化對應於典型地約25微米的最大長度變化。此特定量值是其中該單一晶體沒有被冷卻的方法所有的。
在鋸切操作過程中,起因於塗層的溫度變化的導線輥的塗層的長度變化,尤其是取決於塗層材料的線性膨脹係數、取決於塗層的厚度及取決於在鋸切操作過程中產生的熱量。在鋸切操作過程中產生的熱量由過程條件和鋸切操作前的工件長度決定性地影響。對於在相同過程條件下以及用相同類型的塗層材料進行的鋸切操作來說,塗層的長度變化只取決於工件的長度和塗層的厚度。
典型地,塗層被固定在導線輥的芯上,以使其在不受阻礙的情況下在溫度變化時在兩端可以軸向膨脹或收縮。但是,藉由將塗層夾緊到下面的導線輥的芯上,例如,藉由設置在塗層兩端的夾緊環,塗層的長度變化可以被限制在某一限度內。夾緊環將塗層固定在導線輥的芯上並且限制由於溫度變化引起的塗層的長度變化。當不允許或允許最小可能的導線輥的塗層的長度的熱影響的變化時,將塗層夾緊到導線輥的芯上是特別合適的。
假設塗層的典型厚度是6毫米,在從上述的由矽構成的單一晶體切分晶圓的過程期間,不考慮冷卻措施並且不考慮將塗層夾緊在導線輥的芯上,由聚胺甲酸酯構成的塗層經歷的最大溫度變化典型地約為20℃並且最大線性膨脹典型地約為80微米。因此,塗層承受了比單一晶體大得多的長度變化。
在每種情況下,夾緊線網的導線輥典型地藉助於固定軸承和活動軸承上的軸安裝。溫度變化時,固定軸承的兩端不能軸向膨脹或收縮,只有活動軸承對面的端部可以。固定軸承的長度變化使導線輥的塗層以及因此每個線段移動一致的幅值。
在固定軸承的典型配置中,在從上述的由矽構成的單一晶體切分晶圓的過程期間,不考慮冷卻措施,固定軸承經歷的最大溫度變化典型地約為1.5℃並且最大線形膨脹典型地約為6微米。
下面參考附圖更詳細地解釋本發明。
第1圖是通過工件12,導線輥1和固定軸承2的示意性剖視圖。示意圖示出了對於可能發生的工件和線段之間的軸向相對運動起決定性作用的長度變化。這些包括工件12的長度變化ΔLW
,導線輥1的塗層8的長度變化ΔLB
以及固定軸承2的長度變化ΔLF
。為簡單起見,長度變化ΔLB
和ΔLW
被示意為假定固定軸承和導線輥彼此不連接的情況。因此,由於工件的熱膨脹,工件端部的軸向位置點被移動了量值ΔLW
,並且由於塗層的熱膨脹導線輥的塗層端部的軸向位置點被移動了量值ΔLB
。
根據第2圖的示意圖示出了導線輥1及與其連接的固定軸承2,它們分別具有通道3和4,通道3和4被彼此獨立地連接至供給冷卻劑的冷卻回路。導線輥1的冷卻回路被具體化為使諸如水的冷卻劑被通過回轉引入口引導至在鋸切操作過程中轉動的導線輥1。
分別被引入冷卻回路的有熱交換器(未示出)、控制單元5和6、以及供應兩個控制環的感測器7,這兩個控制環彼此獨立地操作,利用測量信號冷卻導線輥1和固定軸承2。由感測器7供給的測量信號在控制單元5和6中轉換成作為操作變數的冷卻參數,用於以彼此獨立的方式冷卻導線輥1和固定軸承2。
感測器7測量分別距設置於導線輥1的塗層8端部的指定環9的距離ΔL。環9自身被固定到塗層8上並且專用地與塗層8接觸。如果希望考慮導線輥的芯的長度變化,可以提供另一感測器11,測量其距導線輥的芯10的距離。導線輥1的芯10通常由因瓦合金(Invar)製成,以使其對線段軸向位置的變化的影響相應較小。
實施例:
藉助於包括四個導線輥的線狀鋸,直徑為300毫米的由矽製成的單晶塊體被分離成晶圓。夾緊線網的導線輥以及它們相關的固定軸承具有第2圖所示的結構並且根據本發明進行冷卻。根據本發明之感測器與環之間的距離係以對兩個導線輥之一者進行測量以代表線網的兩個導線輥的方式進行。
1...導線輥
2...固定軸承
3,4...通道
5,6...控制單元
7,11...感測器
8...塗層
9...環
10...芯
12...工件
ΔL...距設置於導線輥的塗層端部的指定環的距離
ΔLW
...工件的長度變化
ΔLB
...塗層的長度變化
ΔLF
...固定軸承的長度變化
第1圖示意性示出了對於可能發生的工件和線段之間的軸向相對運動起決定性作用的長度變化;
第2圖示出了適於在根據本發明的方法中使用的導線輥的橫截面,以及與該導線輥相關聯的固定軸承。
1...導線輥
2...固定軸承
3,4...通道
5,6...控制單元
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9...環
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ΔL...距設置於導線輥的塗層端部的指定環的距離
Claims (4)
- 一種由工件切分晶圓的方法,該方法包括:提供導線輥(wire guide rolls),該等導線輥各具有一芯及一具特定厚度與軸向長度的帶溝槽的塗層(grooved coating),其中一具有一軸向長度之固定軸承係與各該導線輥相聯;在該等導線輥之至少一者之帶溝槽的塗層之相對端部處提供環,該等環係專用地固定到該帶溝槽的塗層上;提供一鋸切線,該鋸切線包括以平行方式設置的線段,該等線段係被張緊在該等導線輥之間;相對於工件移動該鋸切線的該等線段以便進行一鋸切操作;測量感測器和該等環之間的距離,以測量在此該等導線輥之至少一者之帶溝槽的塗層在軸向長度上的變化,該在軸向長度上的變化係由溫度變化導致;測量與此該等導線輥之至少一者相聯之固定軸承在軸向長度上的變化;以及以彼此獨立且根據所測得之軸向長度上的變化的方式,冷卻各導線輥以及其固定軸承。
- 根據請求項1所述的方法,其中係進行該等導線輥以及相聯之固定軸承之冷卻,以減少在鋸切操作過程期間所測得之該等感測器和該等環之間的距離與所測得之在鋸切操作前即存在之該等感測器和該等環之間的距離的差異。
- 根據請求項1所述的方法,其中係進行該等導線輥及相聯之該等固定軸承之冷卻,以使得在工件長度上的熱影響(thermally governed)變化藉由該等導線輥之帶溝槽的塗層的在軸向長度上的熱影響變化而獲得補償。
- 根據請求項1至3中任一項所述的方法,包含將該帶溝槽的塗層夾緊到相應之該導線輥的芯上。
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