TWI529047B - 從圓柱體工件同時切割多個晶圓的方法 - Google Patents

Description

從圓柱體工件同時切割多個晶圓的方法

本發明是關於從圓柱體工件，尤其是由半導體材料組成的工件同時切割多個晶圓的方法，其中藉助進給裝置使工件和線鋸的線排(wire gang)實行垂直於該工件縱軸之方向上的相對移動，藉由該進給裝置引導該工件穿過該線排。

半導體晶圓通常以如下方式製造，在一個加工步驟中藉助線鋸將由半導體材料組成的單晶或多晶的圓柱體工件同時切割成多個半導體晶圓。

該線鋸的主要部件包括機器框架、進給裝置和由平行的鋸線段組成的線排組成的鋸切工具。通常藉由膠結或黏結將工件固定在所謂的鋸切條(sawing strip)上。鋸切條又固定在安裝板上，以將工件夾持在線鋸中。

線鋸的線排通常由多個平行的線段(wire section)形成，該線段在至少兩個線引導滾筒(wire guide roll)之間被拉緊，其中該線引導滾筒以可轉動的方式安裝，並且由其中的至少一個進行驅動。線段通常屬於單根有限長的線，其以螺旋狀圍繞滾筒系統加以引導，並由儲存滾筒(stock roll)在接收滾筒(receiver roll)上卷出。

在鋸切過程中，進給裝置引發線段和工件彼此相向取向的相對移動。藉由該進給移動，施加有鋸切懸浮液的線進行工作，形成穿過工件的平行的鋸切間隙。鋸切懸浮液也稱作“漿料”，包含懸浮在液體中的例如由碳化矽組成的磨料顆粒(abrasive particles)。還可以使用具有牢固黏結的磨料顆粒的鋸切線。在此情況下，不需要施加鋸切懸浮液。僅需添加液體冷卻潤滑劑，其保護線和工件不發生過熱，同時將工件切屑從鋸切間隙攜帶出。

從圓柱體半導體材料，例如從單晶，製造半導體晶圓對於鋸切方法提出嚴格的要求。鋸切方法的目的通常在於，每個鋸切的半導體晶圓均應當具有兩個盡可能平坦並且彼此平行的面。

除了厚度變化以外，半導體晶圓的兩個面的平坦度也具有重要的意義。在利用線鋸切割半導體單晶，例如矽單晶之後，由此製得的晶圓具有波紋狀的表面。在諸如粗磨或精研的後續步驟中，取決於該波紋的波長和振幅以及材料移除的深度，該波紋可以部分或完全地加以移除。在最不利的情況下，即使在拋光之後仍然可以在最終製成的半導體晶圓上檢測到該波紋的殘餘，在此其對於局部幾何形狀具有負面影響。在切割的晶圓上的不同位置，產生這些波紋的程度不同。在此特別關鍵的是切割件的末端區域，其中會產生特別明顯的波紋或凹槽，它們取決於後續步驟的類型仍然可以在最終產品上檢測到。

DE 10 2005 007 312 A1揭露，在根據現有技術的鋸切過程中產生的在切割件的末端區域中的波紋，對於在圓柱體工件的末端切割的晶 圓是特別明顯的。另一方面，在工件中心(在軸向上)，切割的晶圓在切割件的末端區域內則幾乎不具有波紋。此外，藉由鋸切懸浮液產生的軸向動態壓力梯度被認為是在鋸切過程結束時產生波紋的原因。因此，根據DE 10 2005 007 312 A1，減少施加至線排的鋸切懸浮液的量，由此減少在切割件的末端區域內切割的半導體晶圓的波紋。但是卻發現，該措施不足以滿足對於局部幾何形狀的不斷提高的要求。尤其是無法可靠地避免在末端區域內形成鋸切槽(sawing grooves)。

DE 10 2006 032 432 B3揭露了一種方法，其中若線不僅穿過工件，而且也穿過鋸切條，則使用具有傾斜側面的鋸切條，以減少在切割件末端的波紋。該經改變的鋸切條也無法避免在切割件末端形成鋸切槽。此外，尤其是在由多種不同材料組成的鋸切條的情況下，在製造鋸切條時需要額外的加工步驟，這增加了鋸切過程的輔助材料的成本。

同樣已知其中藉由隨時間改變工件進給速度而改善切割的晶圓的平面平行度的方法。EP 856 388 A2揭露了一種方法，其中首先取決於切割深度降低工件進給速度，直至切割深度達到工件直徑的約70%，隨後又稍微增大，最後重新降低。該方法能夠製造具有均勻厚度的晶圓，但是其中晶圓的對應於切割深度的第一個及最後一個10%的區域具有明顯更小的厚度。但是，EP 856 388 A2沒有提及用於避免特別是在切割深度的最後一個10%內產生的鋸切槽的措施。

因此，本發明的一目的在於，盡可能避免在切割件的末端區域內產生的鋸切槽。

該目的是藉由從實質上為圓柱體工件同時切割多個晶圓的方法來實現的，其中藉助進給裝置使與鋸切條連接的工件和線鋸的線排以一定義的進給速度執行垂直於該工件縱軸之方向上的相對移動，藉由該進給裝置引導該工件穿過線排，並由此切割成多個晶圓，其中，該進給速度在該方法期間以如下列方式改變：- 在切割深度為該工件直徑的50%時具有數值v₁，- 然後，以數值v₂ 1.15×v₁經過局部最大值，- 然後，在該線排首次與鋸切條接觸時，取數值v₃<v₁，以及- 然後升高至數值v₅>v₃。

1‧‧‧工件

2‧‧‧鋸切條

3‧‧‧安裝板

4‧‧‧線段

8、9‧‧‧曲線

d‧‧‧切割深度

l‧‧‧齒合長度

v‧‧‧進給速度

v₁、v₂、v₃、v₄、v₅‧‧‧數值

v_w‧‧‧線速度

下面依照附圖詳細地說明根據本發明的方法。

第1圖是用於描述本發明的幾何尺寸的示意圖。

第2圖顯示根據本發明的進給速度分佈與非本發明的進給速度分佈的比較。

本發明是關於一種線鋸切方法，如在說明書引言中所述和如第1圖中所示意的。在第1圖中所示的工件1，其具有圓柱體的形狀。其固定在鋸切條2上，鋸切條2又藉由安裝板3夾持在未圖示出的線鋸中。線排是由多根平行排列的(在第1圖中彼此前後排列)的線段4形成。線段4以線速度v_w平行於線段4的長度方向移動。利用未圖示出的進給裝置，使由工件1、鋸切條2和安裝板3組成的排列相對於由線段4形成的線排以進給速度v移 動。由於線速度v_w，由鋸切線攜帶的磨料可以對工件1發揮其研磨作用，從而沿著每根線段4在工件1中形成鋸切間隙。藉由以進給速度v進行的相對移動，在該鋸切過程中，線段4工作進入工件1中越來越深，直至在鋸切過程結束時，將其完全切割成多個晶圓，它們如同梳子的齒僅經過鋸切條的殘餘部分與安裝板連接。

根據本發明，進給速度v以經定義的方式在鋸切過程中改變。在此，進給速度v應當理解為整個線排和工件1彼此相對移動的相對速度。該相對移動通常垂直於藉由線排的平行排列的線段4所定義的平面進行。

在現有技術中，已經描述了其中進給速度在鋸切過程中改變的方法。但是，與根據本發明的方法不同，這些方法並沒有考慮在鋸切線除了切割工件以外還切割鋸切條的位置在切割的工件的表面上，會產生特別明顯的凹槽的情況。本發明首先提供一種藉由以一定義的方式改變進給速度而減少這些凹槽的方法。

EP 856 388 A2已經揭露一種方法，其中進給速度從鋸切過程開始時起連續且較佳遞減地減小，至少直至達到最大齒合長度(engagement length)。

在本說明書中，齒合長度l應當理解為在線排相對於工件1的當前位置線段4與工件1接觸的長度，即，穿過鋸切間隙延伸的長度。因此，在圓柱體形狀的工件1的情況下，齒合長度在該過程開始時由零值增大直至該過程的中間達到其最大齒合長度。最大齒合長度對應於圓柱體的直徑。在達到最大值之後，齒合長度l又減小，直至該過程結束時線從工件退 出，齒合長度又達到零值。

切割深度d應當理解為鋸切間隙的當前深度。其對應於線排垂直於由線排定義的平面已經藉由工件1所經過的路徑。在鋸切過程開始時，切割深度為零，在結束時其對應於圓柱體工件的直徑。因此，在第2圖中切割深度d以工件直徑的百分比給出。

因此，在圓柱體工件的情況下，在切割深度對應於工件直徑的50%時，達到最大齒合長度。

在第2圖中，曲線8顯示根據本發明的進給速度v作為以工件直徑的百分比給出的切割深度d的函數的分佈曲線。曲線9顯示非本發明的進給速度v的分佈曲線。

由現有技術知道，使進給速度降低直至切割深度為50%時達到最大齒合長度，能用於避免厚度波動，尤其是應當避免產生楔形的厚度分佈，因此在根據本發明的方法的範疇內同樣是較佳的。尤其有利的是，以如下方式取決於齒合長度l改變進給速度v，材料移除速率(即，每單位時間移除的材料的體積)實質上保持恒定。移除速率與齒合長度×進給速度之乘積成正比。因此，較佳以如下列方式取決於齒合長度l改變進給速度，該乘積實質上保持恒定。

在切割深度為工件直徑的50%時，進給速度v具有數值v₁(參見第2圖)，下面將其用作描述根據本發明的進給速度分佈曲線的參考值。該數值對應於局部最小值，條件是以上述方式僅藉由齒合長度確定進給速度直至切割深度對應於大於工件直徑的50%的改變，以保持移除速率恒定。但是在還考慮進給速度改變時的其他影響因素的情況下，例如根據EP 856 388 A2，該局部最小值還可以位於其他位置。該局部最小值較佳位於切割深度為40與60%之間。但是為了描述根據本發明的進給速度v的分佈曲線，在各種情況下均考慮在切割深度為50%時所達到的數值v₁。

較佳地，進給速度分佈曲線作為切割深度的函數在切割深度為工件直徑的30至70%、特別佳為25至75%的範圍內具有相對於前述局部最小值呈鏡面對稱的分佈。只要以前述方式改變進給速度從而使移除速率保持恒定，就在各種情況下均能實現呈鏡面對稱的分佈。

在經過局部最小值之後，根據本發明又提高進給速度，在達到鋸切線首次與鋸切條接觸的位置之前又減小，從而在切割深度為50%時的最大齒合長度的位置與切入鋸切條的位置之間達到局部最大值。下面將在局部最大值的位置的進給速度的數值稱作v₂。根據本發明，數值v₂比切割深度為50%時的數值v₁大至少1.15倍，較佳大至少1.2倍，特別佳大1.25倍。已經發現，不需要為了確保良好的切割件品質而將進給速度在經過鋸切過程中間的局部最小值之後保持在與數值v₁相比低的範圍內。進給速度的較平緩的分佈曲線，例如根據第2圖中的曲線9，僅延長了過程耗時，根據本發明得以避免此情形。若以如上述較佳的方式改變進給速度，從而使移除速率保持恒定，並且保持由此產生的進給速度呈鏡面對稱分佈直至切割深度為70%或者甚至75%，則可以輕易地達到上述的1.15倍、1.2倍或者甚至1.25倍。

在以進給速度v₂經過局部最大值之後，進給速度再次下降，從而在線排進入鋸切條時，即線排的線段首次與鋸切條接觸的時刻，進給速度取小於參考速度v₁的數值v₃。已經發現，為了避免在切割件的末端區域 內的鋸切槽，需要在線排進入鋸切條之前不久才與由現有技術已知的情況相比明顯更劇烈地降低進給速度。進給速度較佳滿足v₃ 0.9×v₁。

數值v₃為局部最小值，即較佳在線排進入鋸切條之前不久才達到該數值，並且在進入之後不久才立即又開始提高進給速度。

在各種情況下，在後續的時刻(較佳在鋸切過程結束時或結束之前不久)達到大於v₃的數值v₅。已經發現，在線排進入鋸切條之後，若進給速度又升高，則對於切割件品質沒有損害。因此，為了避免不必要的長過程耗時，根據本發明應當滿足v₅>v₃。較佳在線排進入鋸切條之後，甚至升高進給速度，使得v₅>v₂。

在完全切割穿過工件並且由此開始線排僅與鋸切條接觸的時刻，較佳進給速度取在數值v₃與v₅之間的數值v₄。這是因為在完全切割穿過工件之後可以輕易地進一步提高進給速度，這不會對切割的晶圓的表面造成任何影響(即v₅>v₄)。但是，另一方面，在線排進入鋸切條之後立即再次可以開始溫和地提高進給速度，而不會明顯地損害切割件品質(即v₄>v₃)。

較佳從線排進入鋸切條直至鋸切過程結束，實施連續的加速。這還可以取決於鋸切條的結構以不同的加速度分多階段進行，以適應於在鋸切條中所包含的材料的不同的材料特性。鋸切條的各種材料越軟，則進給速度可以越高。

若進給速度在切入鋸切條之前明顯降低，則這導致在此範圍內在工件上產生的鋸切槽明顯減少。需要強調的是，在上述範圍內降低的進給速度足以實質上避免在鋸切條的區域內的凹槽。另一方面，經歷更 長的時間降低的進給速度並不導致進一步的改善。因為根據本發明明顯降低的進給速度大幅延長了鋸切過程的耗時，若其經歷更長的時間加以保持，則根據本發明盡可能地保持該段時間是短的。以此方式可以避免在鋸切條的區域內的局部波紋，而不會延長過程耗時。

實施例

利用可商購的線鋸將大量直徑為125毫米150毫米的由矽組成的單晶棒錠(single-crystal ingot portion)切割成矽晶圓。使用鋼絲鋸切線和由懸浮在乙二醇中的碳化矽組成的鋸切懸浮液作為輔助材料。進給速度一方面根據第2圖中所示的曲線8(根據本發明)加以改變，另一方面根據曲線9(非本發明)加以改變。除了這一區別以外，這兩種實驗以相同的方式實施。以根據本發明和非本發明的方式分別切割100根棒錠。

在移除鋸切條的殘餘部分和清潔之後，對切割的晶圓實施外觀檢查。額外地，利用幾何尺寸測量儀器對一部分晶圓進行檢驗，該儀器利用機械探頭沿著晶圓的直徑獲得高度分佈曲線，其中平行於在鋸切過程中線排的進給選擇掃描的方向。

實施例：

在根據本發明的實施例中，進給速度根據在第2圖中所示的曲線8加以改變。

對切割的晶圓進行外觀檢查時，沒有發現明顯的鋸切槽。利用幾何尺寸測量儀器測得的波紋不大於12微米。

比較例：

在非本發明的比較例中，進給速度根據在第2圖中所示的曲 線9加以改變。整個鋸切過程耗時在直徑為150毫米的情況下比根據本發明的實施例長5%，在直徑為125毫米的情況下比根據本發明的實施例長10%。

在外觀檢查中，在鋸切過程將要結束時在晶圓與鋸切線接觸的區域內，所有晶圓的20%出現特別明顯的鋸切槽。利用幾何尺寸測量儀器測得的波紋高達25微米，這是由在鋸切過程中在棒錠與鋸切條連接的區域內特別明顯的鋸切槽引起的。

因此，根據本發明的方法明顯地改善了鋸切過程的末端範圍內的切割件品質，雖然實際上甚至稍微縮短了鋸切過程的總耗時。

可應用性

在鋸切圓柱體工件時可以採用根據本發明的方法。其特別適合於圓柱體形狀的工件。工件可以由硬脆性材料組成，例如半導體材料，如矽，較佳為單晶矽。該方法可以應用於利用固定的磨料的線鋸切，但是較佳應用於利用鋸切懸浮液和不含固定的磨料的鋸切線的線鋸切。

8、9‧‧‧曲線

d‧‧‧切割深度

v‧‧‧進給速度

v₁、v₂、v₃、v₄、v₅‧‧‧數值

Claims (9)

1. 一種從實質上為圓柱體工件同時切割多個晶圓的方法，其中藉助進給裝置使與鋸切條連接的工件和線鋸的線排以一定義的進給速度(forward feed rate)執行垂直於該工件縱軸之方向上的相對移動，藉由該進給裝置引導該工件穿過該線排，並由此切割成多個晶圓，其中，該進給速度在該方法期間以如下列方式改變：- 在切割深度為該工件直徑的50%時具有數值v₁，- 然後，以數值v₂ 1.15×v₁經過局部最大值，- 然後，在該線排首次與該鋸切條接觸時，取局部最小值v₃<v₁，以及- 然後升高至數值v₅>v₃。
2. 如請求項1所述的方法，其中，該進給速度在切割深度為該工件直徑的40至60%時具有局部最小值。
3. 如請求項2所述的方法，其中，該進給速度在切割深度為該工件直徑的30至70%的範圍內具有相對於該局部最小值呈鏡面對稱的分佈。
4. 如請求項3所述的方法，其中，該進給速度在切割深度為該工件直徑的25至75%的範圍內具有相對於該局部最小值呈鏡面對稱的分佈。
5. 如請求項1至4中任一項所述的方法，其中，v₂ 1.2×v₁。
6. 如請求項5所述的方法，其中，v₂ 1.25×v₁。
7. 如請求項1至4中任一項所述的方法，其中，v₃ 0.9×v₁。
8. 如請求項1至4中任一項所述的方法，其中，該進給速度在該線排從該工件退出時具有數值v₄，其中v₃<v₄<v₅。
9. 如請求項1至4中任一項所述的方法，其中，v₅>v₂。