TWI454359B - 切片裝置及使用該切片裝置的晶片製造方法 - Google Patents

Description

切片裝置及使用該切片裝置的晶片製造方法

本發明是有關一種切片裝置及使用切片裝置的晶片製造方法，且特別是有關於一種可使切割過程中晶片的破片率大致為零的切片裝置及使用該切片裝置的晶片製造方法。

目前切割晶棒的切片裝置對業內人士而言，可依工作原理的不同而區分為兩個領域：一為游離式砂漿切片，另一為固定式鑽石切片。以下大致論述上述兩個領域的各自切割工作原理。

就游離式砂漿切片領域而言，其切片裝置所需的成本較低，但於切割晶棒1a時(如圖1和圖1A所示)，切片裝置透過線材2a帶動切割液3a中的碳化矽顆粒31a滾動，進而以連續方式切割晶棒1a，此容易使晶片產生厚薄不均的現象。更甚者，晶棒1a被切割的部位易產生碎屑11a，進而增加碳化矽顆粒31a的回收困難，造成資源浪費與環境上的汙染。

再者，就固定式鑽石切片領域而言，其切片裝置所需的成本較高但較為省時，並且於切割晶棒1a時(如圖2和圖2A所示)，切片裝置透過切割線4a上的切削顆粒41a切割晶棒1a，並以冷卻液5a進行冷卻，藉以產生厚薄均勻的晶片。

然而，現今的鑽石切片領域中，其切割線上的鑽石顆粒於切割晶棒兩端時，由於晶棒兩端的端面不平整，故易使鑽石顆粒脫落，進而可能造成切割線的斷裂、晶棒切割完成後的晶片產生破損等問題。

針對上述切片領域中的切片裝置所存在之缺失，本發明人係以實驗進行佐證，實驗數據如下表所示：

於是，本發明人有感上述固定式切片領域中的切片裝置缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明實施例在於提供一種切片裝置及使用該切片裝置的晶片製造方法，其可透過降低切削顆粒剝落機率，使切割線的斷線率、晶片的破片率、及晶片的良率得到改善。

本發明實施例提供一種切片裝置，用於切割一柱狀的晶棒單元，該晶棒單元包含至少一柱體狀的切片部及兩位於該至少一切片部相對兩側的迴避部，該切片裝置，包括：一進給單元，其用於固定該晶棒單元，以使該晶棒單元沿一進給方向移動；一對間隔設置的主輪，其兩者之間界定出一通道，用以供該晶棒單元移動通過；以及一切割線，其包含一芯線及數個切削顆粒，該些切削顆粒固定於該芯線的外緣，該切割線繞設於該對主輪，且該切割線位於該通道上的部位定義為數個作動線段，該些作動線段彼此平行地間隔排列且位於該晶棒單元的切片部移動路徑上。

較佳地，該切片裝置用於切割的該晶棒單元包含兩晶棒及一接合該兩晶棒的接合部，該兩晶棒各包含一個切片部及兩個迴避部，且該接合部接合該兩晶棒彼此相鄰的迴避部，該切割線的作動線段界定出兩作動區塊，該兩作動區塊中的作動線段分別位於該兩晶棒的切片部移動路徑上。

較佳地，每一作動區塊中最外側的兩作動線段對應於每一晶棒的切片部端緣內側。

較佳地，該切片裝置進一步包括一跳溝導輪，該切割線繞設於該對主輪形成其中一作動區塊的作動線段後，沿經該跳溝導輪以繞設於該對主輪形成另一作動區塊的作動線段。

較佳地，該跳溝導輪為熱塑性聚氨酯塑膠所製成。

較佳地，每一作動區塊中任兩相鄰的作動線段距離皆相等，且該兩作動區塊彼此相鄰近的作動線段距離大於每一作動區塊中任兩相鄰的作動線段距離。

較佳地，該兩作動區塊彼此相鄰近的作動線段距離大致為1至5公釐。

較佳地，該兩作動區塊的作動線段用於分別切割該兩晶棒的切片部時，每一作動線段受壓迫而產生的位移量大致相同。

較佳地，該切片裝置進一步包括有一不具切削功能的冷卻液，用以冷卻該切割線的作動線段。

本發明實施例另提供一種使用所述切片裝置的晶片製造方法，其步驟包括：將該晶棒單元固定於該進給單元，且該切割線透過線軸馬達及該對主輪的自體旋轉而帶動；將該兩晶棒透過該進給單元朝該通道移動，以使該兩晶棒的切片部分別壓觸於該切割線位於該兩作動區塊的作動線段；以該兩作動區塊的作動線段上的切削顆粒分別切割該兩晶棒的切片部，同時以一冷卻液對該兩作動區塊的作動線段以及該兩晶棒的切片部進行冷卻；以及該兩晶棒的切片部經該切割線切割後，形成破片率大致為零的數個晶片。

綜上所述，本發明實施例所提供的切片裝置及使用該切片裝置的晶片製造方法，其可降低芯線上的切削顆粒剝落機率，以減少芯線斷裂的可能，進而有助於切割晶棒形成晶片時的破片率大致維持在零。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

請參閱圖3，本發明提供一種切片裝置100，用於切割一柱狀的晶棒單元200以形成破片率大致為零的數個晶片203。其中，上述晶棒單元200可為多晶矽長晶所形成的晶棒單元或單晶矽長晶所形成的晶棒單元，亦即，晶棒單元200可以為太陽能晶棒單元、半導體晶棒單元、或藍寶石晶棒單元，在此不加以限制。

以下舉例來作說明，但本創作不以此為限：

[第一實施例]

復參照圖4所示，所述晶棒單元200包含兩晶棒201、201’及一接合兩晶棒201、201’的接合部202。上述兩晶棒201、201’各包含一個柱體狀的切片部2011及兩個位於切片部2011相對兩側的迴避部2012，且接合部202接合兩晶棒201、201’彼此相鄰的迴避部2012。須說明的是，上述柱體狀的切片部2011可為正柱體狀(如：太陽能晶棒)或圓柱體狀(如：半導體晶棒、藍寶石晶棒)，在此不加以限制。

其中，所述兩晶棒201、201’接合後的總長度大致為500公釐，但不受限於此。所述迴避部2012呈非柱體狀，且其於晶棒單元200長軸方向上的長度大致為1至2公釐。

再者，上述接合部202為黏接材料且其硬化後的硬度接近晶棒201、201’，並且接合部202及其接合的兩迴避部2012於晶棒單元200長軸方向上的長度大致為1至5公釐。換言之，兩晶棒201、201’的切片部2011之間距離大致為1至5公釐。

藉此，透過上述接合部202的長度控制，以避免因接合部202的長度過小，而使所述兩晶棒201、201’彼此碰撞而產生碎片，或者，避免因接合部202的長度過大，而使切割線4於切割晶棒201、201’切片部2011時，產生張力不均的問題。

請參閱圖5至圖5C所示，所述切片裝置100包含一工作艙1及設置於上述工作艙1內的一進給單元2、一對間隔設置的主輪3、一切割線4、及一不具切削功能的冷卻液(圖略)。

所述進給單元2用於固定晶棒單元200，以使晶棒單元200沿一進給方向(如圖5的箭頭方向)移動。更詳細地說，進給單元2具有一工作台21及一底座22，所述晶棒單元200黏至底座22並安裝於工作台21上以成為待切割工件。其中，所述底座22的材質可為石墨板、樹脂條、或其他合適的材質。

該對主輪3分別凹設有數個環狀(或稱螺旋狀)的溝槽(圖未示)，且該對主輪3的溝槽彼此對應。再者，該對主輪3之間界定出一通道31，用以供晶棒單元200移動通過。其中，本實施例的主輪3係由金屬軸心及披覆於金屬軸心上的高分子層(如聚胺酯塑料層)所組成為例(圖略)，但不受限於此。

所述切割線4包含一芯線41及數個固定於芯線41外緣的切削顆粒42(如圖5C)。其中，本實施例的切割線4可為電鑄型、樹脂型或其他可將切削顆粒42固定於芯線41外緣的型態，且其直徑以0.10至0.14公釐為例，但不以此為限，例如：不排除切割線4進一步細線化。而切削顆粒42可為鑽石顆粒、碳化矽顆粒(SiC)、立方氮化硼(CBN)、或其他硬度大於晶棒201、201’的顆粒。

再者，所述切割線4繞設於該對主輪3的溝槽，且切割線4位於所述通道31上的部位定義為數個作動線段43。其中，上述作動線段43鄰近晶棒單元200且可透過冷卻液進行冷卻。該些作動線段43皆大致位於同一平面上且彼此平行地等間隔排列，並位於晶棒單元200的切片部2011移動路徑上。

更詳細地說，所述切割線4的作動線段43可進一步界定出兩作動區塊44、44’(如圖5A)，並且切割線4繞設於該對主輪3以形成其中一作動區塊44的作動線段43後，繼而斜拉繞設於該對主輪3以形成另一作動區塊44’的作動線段43。藉此，透過上述斜拉切割線4的方式，使上述兩作動區塊44、44’中的作動線段43分別位於兩晶棒201、201’的切片部2011移動路徑上。

其中，每一作動區塊44、44’中最外側的兩作動線段43對應於每一晶棒201、201’的切片部2011端緣內側(如圖5B)。換言之，每一作動區塊44、44’中最外側的兩作動線段43對應於每一晶棒201、201’的端緣(即迴避部2012端緣)向內1至3公釐的位置(相當於避開晶棒201、201’的迴避部2012)。

藉此，透過切割線4的作動線段43避開晶棒201、201’迴避部2012的方式，使得切割線4切割晶棒201、201’的切片部2011時，其搭線可能性降低，使芯線41上的切削顆粒42剝落機率下降，以減少芯線41斷裂的可能，進而有助於切割晶棒201、201’形成晶片203時的破片率大致維持在零。

再者，每一作動區塊44、44’中任兩相鄰的作動線段43距離皆相等，且上述兩作動區塊44、44’彼此相鄰近的作動線段43距離(大致為1至5公釐)大於每一作動區塊44、44’中任兩相鄰的作動線段43距離。

強調說明一點，所述兩作動區塊44、44’彼此相鄰近的作動線段43距離須大於接合部202及其接合的兩迴避部2012於晶棒單元200長軸方向上的長度。藉以使兩作動區塊44、44’的作動線段43用於分別切割兩晶棒201、201’的切片部2011時，每一作動線段43受壓迫的力量大致相同，使每一作動線段43所產生的位移量大致相同。

綜上所述，為本實施例所提供的切片裝置100，而以下將就使用上述切片裝置100的晶片203製造方法作一說明，其步驟大致包括有：

步驟一：如圖4和圖5，將所述晶棒單元200固定於進給單元2的底座22，且切割線4透過該對主輪3的自體旋轉(如被線軸馬達所驅動)而帶動。

步驟二：如圖5，將兩晶棒201、201’透過進給單元2的工作台21朝所述通道31移動，以使兩晶棒201、201’的切片部2011分別壓觸於切割線4位於所述兩作動區塊44、44’的作動線段43上。

步驟三：如圖6，以所述兩作動區塊44、44’的作動線段43上的切削顆粒42分別切割上述兩晶棒201、201’的切片部2011，同時以冷卻液對兩作動區塊44、44’的作動線段43以及兩晶棒201、201’的切片部2011進行冷卻。

其中，每一作動區塊44、44’中最外側的兩作動線段43切割每一晶棒201、201’的切片部2011端緣內側，藉以避開晶棒201、201’的迴避部2012；進而避免因迴避部2012外端面的不平整而刮落切削顆粒42、或避免因切割線4彼此的搭線或互磨等情況造成切削顆粒42脫落。

藉此，切割線4可避免因切削顆粒42掉落而導致切削性下降，進而使切割線4易產生斷線之情事。

步驟四：如圖7，所述兩晶棒201、201’的切片部2011經切割線4的切削顆粒42切割後，形成破片率大致為零的數個晶片203。

為呈現本實施例的切片裝置100及使用上述切片裝置100的晶片203製造方法所帶來的功效，特將本實施例的切片裝置100於切割晶棒201、201’後的實驗數據相較於習知固定式切片領域中的切片裝置，兩者的比較如下表所示：

因此，由上表可清楚得知，本實施例的切片裝置100可大幅提升晶片良率。其中，值得關注的是，使用本實施例切片裝置100的晶片203製造方法所製得的晶片203，其破片率大致為零，並且由於切割線4的斷線率大幅下降，進而促使晶片203的報廢率亦大幅下降。

附帶說明的是，本實施例的晶棒單元200以兩根晶棒201、201’黏接為例，但於實際應用時，晶棒單元200亦可為單根晶棒或由三根以上的晶棒相黏接，但不受限於此。

再者，於本實施例中，切片裝置100係以單一平台(僅具有一對主輪3的機台)為例，但於實際應用時，不以此為限。

[第二實施例]

請參閱圖8和圖9所示，其為本創作的第二實施例，本實施例與第一實施例類似，相同處不再復述，而兩者不同之處主要在於本實施例進一步包含有兩跳溝導輪5。

具體來說，切割線4繞設於該對主輪3形成其中一作動區塊44後，可沿經跳溝導輪5以繞設於該對主輪3形成另一作動區塊44’。

其中，跳溝導輪5主要為聚氨脂塑膠(如：熱塑性聚氨酯塑膠)或高分子樹脂材料所製成。藉以使跳溝導輪5具有機械強度高、耐磨性高、耐高溫性佳、耐分解性高、及尺寸穩定性等特性。

再者，由於更換跳溝導輪5的成本遠低於更換主輪3的成本，因此，透過跳溝導輪5的設計取代切割線4斜拉的方式，以降低主輪3的損毀機率(因應力集中)。換言之，主輪3中易產生應力集中的部位以跳溝導輪5取代，以藉由跳溝導輪5承受較大的磨耗。

此外，本實施例的跳溝導輪5數量以兩個為例，但不受限於此。換言之，所述跳溝導輪5的數量亦可依設計者的需求而設置一個或多個。

[第三實施例]

請參閱圖10所示，其為本創作的第三實施例，本實施例與第一實施例類似，相同處不再復述，而兩者不同之處主要如下所述。

本實施例的切片裝置100應用於多平台(即主輪3具有兩對以上的大型機台)。藉此，使切片裝置100可同時對長度大致為1000公釐的晶棒單元200進行切片作業，以大幅地提升晶棒單元200的切片速率。

再者，圖10中雖未揭示如第二實施例的跳溝導輪5，但本實施例的切片裝置100於實際應用時，可依設計者的需求而增設跳溝導輪5。

[實施例的功效]

根據本發明實施例，上述的切片裝置可降低芯線上的切削顆粒剝落機率，以減少芯線斷裂的可能，進而有助於切割晶棒形成晶片時的破片率大致維持在零。並且，由於斷線率與破片率的大幅下降，更是使晶片的良率大幅提升。

再者，本實施例的切片裝置透過跳溝導輪的設計取代切割線斜拉的方式，以降低主輪的損毀機率，進而達到降低成本的效果。

另，相較於切片領域中的習用切片裝置僅適用於小型機台，本實施例的切片裝置可進一步應用於大型機台上，藉以利於同時對長度大致為1000公釐的晶棒單元進行切片作業。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

[習知]

1a．．．晶棒

11a．．．碎屑

2a．．．線材

3a．．．切割液

31a．．．碳化矽顆粒

4a．．．切割線

41a．．．切削顆粒

5a．．．冷卻液

[本發明]

100．．．切片裝置

1．．．工作艙

2．．．進給單元

21．．．工作台

22．．．底座

3．．．主輪

31．．．通道

4．．．切割線

41．．．芯線

42．．．切削顆粒

43．．．作動線段

44、44’．．．作動區塊

5．．．跳溝導輪

200．．．晶棒單元

201、201’．．．晶棒

2011．．．切片部

2012．．．迴避部

202．．．接合部

203．．．晶片

圖1為習知游離式砂漿切片領域中，切片裝置切割晶棒的局部示意圖；

圖1A為圖1的局部放大示意圖；

圖2為習知切片領域中，切片裝置切割晶棒的局部示意圖；

圖2A為圖2的局部放大示意圖；

圖3為本發明的步驟流程示意圖；

圖4為本發明步驟一的立體示意圖；

圖5為本發明步驟二的立體示意圖；

圖5A為圖5中之切片裝置的俯視示意圖；

圖5B為圖5之晶棒單元及切割線的側視示意圖；

圖5C為圖5的局部放大示意圖；

圖6為本發明步驟三的立體示意圖；

圖6A為圖6晶棒單元及切割線的側視示意圖；

圖7為本發明步驟四的立體示意圖；

圖8為本發明第二實施例的立體示意圖；

圖9為圖8之切片裝置的俯視示意圖；及

圖10為本發明第三實施例的平面示意圖。

43．．．作動線段

44、44’．．．作動區塊

200．．．晶棒單元

201、201’．．．晶棒

2011．．．切片部

2012．．．迴避部

202．．．接合部

Claims (9)

1. 一種切片裝置，用於切割一柱狀的晶棒單元，該晶棒單元包含兩晶棒及一接合該兩晶棒的接合部，該兩晶棒各包含一個柱體狀的切片部及兩個位於該切片部相對兩側的迴避部，且該接合部接合該兩晶棒彼此相鄰的迴避部，該切片裝置，包括：一進給單元，其用於固定該晶棒單元，以使該晶棒單元沿一進給方向移動；一對間隔設置的主輪，其兩者之間界定出一通道，用以供該晶棒單元移動通過；以及一切割線，其包含一芯線及數個切削顆粒，該些切削顆粒固定於該芯線的外緣，該切割線繞設於該對主輪，且該切割線位於該通道上的部位定義為數個作動線段，該些作動線段彼此平行地間隔排列且位於該晶棒單元的切片部移動路徑上，該切割線的作動線段界定出兩作動區塊，該兩作動區塊中的作動線段分別位於該兩晶棒的切片部移動路徑上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之切片裝置，其中，每一作動區塊中最外側的兩作動線段對應於每一晶棒的切片部端緣內側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之切片裝置，其進一步包括一跳溝導輪，該切割線繞設於該對主輪形成其中一作動區塊的作動線段後，沿經該跳溝導輪以繞設於該對主輪形成另一作動區塊的作動線段。
4. 如申請專利範圍第3項所述之切片裝置，其中，該跳溝導輪為熱塑性聚氨酯塑膠所製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之切片裝置，其中，每一作動區塊中任兩相鄰的作動線段距離皆相等，且該兩作動區塊彼此相鄰近的作動線段距離大於每一作動區塊中任兩相鄰的作動線段距離。
6. 如申請專利範圍第5項所述之切片裝置，其中，該兩作動區塊彼此相鄰近的作動線段距離大致為1至5公釐。
7. 如申請專利範圍第1項所述之切片裝置，其中，該兩作動區塊的作動線段用於分別切割該兩晶棒的切片部時，每一作動線段受壓迫而產生的位移量大致相同。
8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之切片裝置，其進一步包括有一不具切削功能的冷卻液，用以冷卻該切割線的作動線段。
9. 一種使用如申請專利範圍第1項所述之切片裝置的晶片製造方法，其步驟包括：將該晶棒單元固定於該進給單元，且該切割線透過該對主輪的自體旋轉而帶動；將該兩晶棒透過該進給單元朝該通道移動，以使該兩晶棒的切片部分別壓觸於該切割線位於該兩作動區塊的作動線段；以該兩作動區塊的作動線段上的切削顆粒分別切割該兩晶棒的切片部，同時以一冷卻液對該兩作動區塊的作動線段以及該兩晶棒的切片部進行冷卻；以及該兩晶棒的切片部經該切割線切割後，形成破片率大致為零的數個晶片。