TWI549175B - 使用鋸切線從工件切分出晶圓的方法 - Google Patents

Description

使用鋸切線從工件切分出晶圓的方法

本發明係關於一種使用一鋸切線(sawing wire)從一工件切分出晶圓的方法，其中至少兩個線導輥夾持一線網(wire web)。各線導輥(wire guide roll)在其橫向表面(lateral surface)上具有多個凹槽，其中與線引導凹槽(wire-guiding groove)並排地設置有至少一個凹槽，在線鋸切期間在該凹槽未中並插入線，在線引導凹槽磨損之後或者在限定數量的鋸切過程之後，分別將鋸切線纏繞到仍沒有被磨損或者使用過的先前未被佔據的凹槽內。

對於電子技術(electronics)、微電子技術(microelectronics)和微機電技術(microelectromechanics)而言，需要具有極端要求的半導體晶圓來作為起始材料(基材)，該極端要求由整體和局部平坦度(global and local flatness)、單側基準的局部平坦度(single-side-referenced local flatness)(奈米拓撲結構(nanotopology))、粗糙度和清潔度構成。半導體晶圓是由半導體材料、更特別是例如砷化鎵的化合物半導體以及例如矽和間或有 鍺的主要元素半導體(predominantly elemental semiconductor)所構成的晶圓。

根據現有技術，以多個連續的加工步驟生產出半導體晶圓，舉例來說，其中，在第一步驟中，借助於柴可斯基法(Czochralski method)來提拉一由半導體材料構成的單晶體(棒(rod))或者鑄造一由半導體材料構成的多晶體塊，並且在一進一步的步驟中，借助線鋸將所產生的由半導體材料(『鑄塊(ingot)』)構成的圓柱狀(circular-cylindrical)或者塊狀(block-shaped)的工件分成個別的半導體晶圓。

在該情況下，在單切線鋸(single-cut wire saw)與下文中被稱為MW鋸(MW=多線(multiple wire))的多線鋸(multiple wire saw)之間係產生區別。特別是，當意圖在一個工作步驟中將一例如由半導體材料構成的棒的工件鋸切成多個晶圓時，係使用MW鋸。

US-5 771 876描述適合用於生產半導體晶圓的線鋸的功能原理。該等線鋸的主要部件包括一機架(machine frame)、一供給裝置(feed device)和一由平行線區段(wire section)組成的網(『線網』)所構成的鋸切工具。

例如，在EP 990 498 A1中揭露一種MW鋸。在該情況下，一塗有黏結研磨顆粒(bonded abrasive grain)的長鋸切線係在線軸(wire spool)上成螺旋形地行進並且形成一個或多個線網。

通常，線網是由被夾持在至少兩個導線輥之間的多 個平行的線區段所形成的，其中導線輥被以可旋轉的方式安裝並且其等中的至少一個被驅動。線導輥通常設有塗覆物(coating)，例如聚氨酯(polyurethane)。根據DE 10 2007 019 566 B4和DE 10 2010 005 718 A1，用於引導鋸切線的多個凹槽係切入線導輥的塗覆物內，其中所有凹槽具有一彎曲的凹槽基部和帶有特定張開角(opening angle)的凹槽側面(flank)。

線導輥的縱軸線係通常被定向為垂直於線網中的鋸切線。

由半導體材料構成的晶圓的生產對於切分製程的精度提出特別嚴格的要求。為了該目的，重要的是，引導鋸切線的線導輥上的多個凹槽係精確地平行延伸並且凹槽和鋸切線處於一條線上(對準(alignment))。

根據DE 102 37 247 A1，線導輥上的兩個凹槽之間的距離可能是相同的或者從線的入口側(inlet side)向線的出口側減少。凹槽之間的距離的減少係考慮到在鋸切過程期間線的直徑減少的情況，使得儘管鋸切線更細，由於凹槽之間減少的距離，仍從工件切分出均勻厚度的晶圓。

由於與鋸切線持續接觸，線導輥的塗覆物和切入塗覆物內的凹槽易受磨損，並且必須定期地更新以避免所謂的對準誤差。例如，如果線導輥的凹槽與處於所述凹槽中的線不再位於一直線上，則對準誤差可能引起損害，例如在切分出的半導體晶圓的表面上鋸出痕跡(mark)或者凹槽。

如果線導輥的溝槽被磨損，則其等必須被更新。為了該目的，通常必須從線鋸卸下線導輥，並且必須將新的塗覆物和/或新的凹槽引入線導輥的塗覆物的表面內(給線導輥開槽)。必須定期地進行的該工作係導致線鋸的停工時間(outage time)並且因此限制該方法的經濟可行性。

因此，希望延長被磨損的凹槽的更新(即，給線導輥開槽)之間的時間週期。例如，這能藉由以一合適材料來塗覆線導輥而完成。

通常使用具有一由聚氨酯(PU)構成的塗覆物的線導輥。因為鋸切線具有黏結顆粒，而聚氨酯對包含鬆散固體(研磨物(abrasives))的液態研磨介質(liquid abrasive medium)(漿料)或者對磨蝕(abrasion)具有很大的抵抗力。

然而，線導輥的塗覆物必須是既不太軟也不太硬的。在材料太軟的情況中，塗覆物不足以抵抗凹槽的塑性變形，從而導致凹槽幾何形狀的不理想的改變。在材料太硬的情況中，不再能確保線與線導輥之間的摩擦接合(frictional engagement)，其結果是，不再能最佳地運轉線網。

為了減少線導輥的塗覆物的磨損，JP 2006102917 A2提出一種包含5到30重量百分比的碳化矽顆粒的呈氨基甲酸乙酯(urethane)形式的塗覆物，使得該塗覆物比僅由氨基甲酸乙酯構成的塗覆物顯著更硬。

雖然更硬的塗覆物係延長被磨損的凹槽的更新之間 的時間週期，但是其具有上述缺點。

因此，本發明的目的是提供一種藉助於一線鋸從一工件切分出多個晶圓的方法，其中在不具有用於塗覆物的材料太硬的缺點的情況下延長線導輥的被磨損的凹槽的更新之間的時間週期並且因此減少線鋸的停工時間。

該目的係利用一種藉助於一鋸切線2a從一工件3切分出晶圓的方法來實現，其中該鋸切線2a係形成一包括多個平行設置的線區段的線網2，該線網2被至少兩個線導輥1夾持，該鋸切線2a由該至少兩個線導輥1通過兩個橫向表面中的凹槽4引導，該等凹槽4相互之間具有距離A，其特徵在於，與一線引導凹槽4並排地設置有至少一個凹槽4a，在線鋸切期間在該凹槽4a中並未插入線2a。

以下詳細描述本發明和較佳實施態樣。

A‧‧‧距離

B‧‧‧內部距離

C‧‧‧寬度

D‧‧‧第一凹槽與n+2個凹槽之間的內部距離

T‧‧‧深度

1‧‧‧線導輥

2‧‧‧線網

2a‧‧‧鋸切線

3‧‧‧工件

4、4a‧‧‧凹槽

第1圖顯示一種根據現有技術的線鋸的示意圖，包括線導輥1，以及在其間行進的線網2，以及被鋸切之固定到一工件接受器(workpiece receptacle)(未描繪)上的工件3。

第2圖比較說明現有技術的線鋸(第2a圖)以及根據本發明之線鋸(第2b及2c圖)，顯示一具有間距A的凹槽4的線導輥1的截面，凹槽4具有寬度C(彎曲損失(curve loss))和深度T；其中，根據現 有技術，在每個凹槽4中皆插入線2a(第2a圖)，而根據本發明，在線導輥1的第一個壽命週期中，僅每第n個凹槽4(n2)被線2a佔據(第2b圖)，如果被線2a佔據的凹槽4例如被磨損(第一個壽命週期結束，如第2c圖中變深的凹口(recess)所示)，則將線2a插入到相鄰的、仍未使用過的凹槽4a內(第2c圖)。

第1圖顯示一種根據現有技術的線鋸，包括兩個線導輥1，由平行延伸的線區段形成的以及在其間行進的線網2，所述線網2鋸切入一固定到一工件接受器(workpiece receptacle)(未描繪)上的工件3內。為了清晰的緣故，按以非常簡化的方式並且例如在沒有偏轉輥(deflection roll)的情況下示出了線鋸。

第2圖顯示一具有間距A的凹槽4的線導輥1的截面，所述凹槽4具有寬度C(彎曲損失)和深度T。根據現有技術，在每個凹槽4中皆插入線2a(第2a圖)。在根據本發明的線導輥1的情況中，在線導輥1的第一個壽命週期中，僅每第n個凹槽4(n2)被線2a佔據(第2b圖)，如果被線2a佔據的凹槽4例如被磨損(第一個壽命週期結束，如第2c圖中變深的凹口(recess)所示)，則將線2a插入到相鄰的、仍未使用過的凹槽4a內(第2c圖)。在圖第2圖中，凹槽4和對應的4a例如具有恒定恆定的間距離A，由此A是兩個凹槽4之間的內部距離B與凹槽4的寬度(彎曲損失)C的總和，即，A=B+C(等式(1))，並且D是第一凹槽4與n+2個凹槽4之間的內部距離，由此n是第一個凹槽4的數目。在圖第2a圖中，D是 第一與第三凹槽4之間的內部距離並且限定定義為D=2×B+C(等式(2))。

可以在其中鋸切線2a經由帶凹槽的線導輥1引導的任何線鋸中實施借助於一使用根據本發明的線導輥1的線鋸來由一工件3切分出多個晶圓的方法。

線導輥1是一可圍繞一輥芯(roll core)轉動且軸向地安裝的大致為圓柱形的輥，具有一外殼(casing)，該外殼具有一其中切出有用於線引導的凹槽4的外部橫向表面、和兩個側表面(side surface)。線引導長度的長度較佳與根據現有技術的線導輥的長度相對應。

鋸切線2a經由一被至少兩個線導輥1夾持的線網2從一供應線軸(supply spool)(分配輥(dispenser roll))纏繞到一接收線軸(receiver spool)(卷線輥(take-up roll))上，所述線網2包括相互平行設置的多個線區段。在鋸切過程期間，能僅沿一個方向或者週期性地改變方向(朝聖者步伐法(pilgrim step method))來纏繞鋸切線2a。

在一第一實施態樣中，線導輥1僅由一單一材料構成，即，線導輥1的橫向表面係由與線導輥1的輥芯相同的材料所構成。

在第一實施態樣中，線導輥1較佳是由聚酯系(polyester-based)或者聚醚系(polyether-based)聚氨酯所構成的，例如在DE 10 2007 019 566 B4中所揭露。在此實施態樣中，線 導輥1的外殼係由橫向表面與輥芯之間的未界定的層厚度所形成，橫向表面為線導輥1的沿縱軸線方向延伸的表面。

在一第二實施態樣中，線導輥1的輥芯由較佳為鋼、鋁或者例如為玻璃纖維或碳纖維增強塑膠的複合材料的一第一材料所構成，並且線導輥1的外殼是由一第二材料構成，該第二材料可能與第一材料相同或不同。第二材料以厚度M至少縱向地包封第一材料。外殼的厚度M較佳在0.5到50毫米(mm)之間，特別佳在3到25毫米之間。

在第二實施態樣中，輥芯係以第二材料覆蓋或者塗覆。覆蓋物或者塗覆物可被固定地連接至輥芯，例如藉由黏合結合(adhesive bonding)，或者可能以可移除蓋(removable cover)的形式被體現，例如經由橫向夾持環(lateral clamping ring)連接至輥芯。

在第二實施態樣中，舉例而言，線導輥1的外殼(覆蓋物、塗覆物)較佳由如DE 10 2007 019 566 B4中揭露的聚酯系或者聚醚系聚氨酯和共聚物所構成，並且如果合適則與混合物(admixture)混合。

在下文中，術語『外殼』係無關於以下而使用：輥芯是否具有一由第二材料構成並且界定為朝向輥芯的外部塗覆物。

在外殼內切出在各情況中具有距離A的用於引導鋸切線2a的凹槽4，意即，鋸切線2a位於凹槽4中。線導輥1的凹槽4 較佳具有相同的深度T。凹槽4的深度T較佳在50到1500微米(μm)的範圍內。

個別的凹槽4的寬度C較佳是相同的。凹槽4的寬度C從線的入口側向線的出口側的連續減少同樣是較佳的，以便確保鋸切線2a的最佳引導，其直徑在線網2的線區段穿透工件3的期間由於磨損而減少。

凹槽4較佳相同地安置在彼此相對地位於一水平面中的兩個線導輥1上，使得隨後在凹槽4中引導的鋸切線2a係相對於線導輥1的相應旋轉軸而正交地行進。因此，還確保線網2垂直(相對於待鋸切的工件3的縱軸線)切入到工件3內。

較佳為機械地、特別佳是借助於雷射器光學地將用於後續線引導的凹槽4引入到線導輥1的外殼內。

在根據現有技術的線導輥1的情況中，外殼中的各凹槽4均被一鋸切線2a佔據，其中凹槽4係相互處於從凹槽中心至凹槽中心測得的距離A(節距(pitch))處。在根據本發明的線導輥1的情況中，僅每第n個凹槽4(n2)被一線2a佔據，使得在被線2a佔據並且相互處於距離A處的兩個凹槽4之間係存在至少一個未被線2a佔據的凹槽4a。

被線2a佔據的兩個凹槽4之間的距離A實質上由待從工件3切分的晶圓的目標厚度、所使用的鋸切漿料和線2a的直徑(厚度)所確定。為了補償線2a的磨損，由線2a佔據的兩個凹槽4之間的距離A可能是可變的或者不變的(固定節距)一在線鋸切期 間線厚度係從線網2的線的入口側向線的出口側減少。

為了使根據本發明的線導輥1的長度相較於根據現有技術的線導輥1不發生變化，在各情況中，在根據本發明的線導輥1中被線2a佔據的兩個凹槽4之間，在外殼內引入至少一個最初未被線2a佔據的新的凹槽4a(第2a圖和第2b圖)。

例如，如果根據現有技術的線導輥1中被線2a佔據的兩個凹槽4之間的距離A為1500微米，並且如果可用凹槽的數量意欲被加倍(兩倍凹槽)，在各情況下在根據本發明的線導輥1中的兩個凹槽4之間係切出一新的凹槽4a，則凹槽4與凹槽4a之間的距離A’減少至1500/2=750微米(第2b圖)。

被線2a佔據的凹槽4與未被線2a佔據的凹槽4a之間的最小內部距離B係由未使用過的鋸切線2a的直徑和構成外殼的材料來確定，因為凹槽4必須具有足夠的橫向穩定性(lateral stability)以便能夠在線鋸切過程期間穩定地引導鋸切線2a。

被線2a佔據的兩個凹槽4之間的距離A(對應的內部距離B)較佳對外殼的整個長度而言是相同的。兩個凹槽4之間的距離A(對應的內部距離B)同樣較佳是從線的入口側向線的出口側減少。

為了確保線網2垂直切入工件3內，當根據本發明的線導輥1被用於一用於由工件3切分出晶圓的線鋸中時，即，鋸切過程，夾持線網2的線導輥1的凹槽4將相同地被佔據。

例如，如果在線導輥1的情況中，第一、第三、第五 等凹槽4被線2a佔據，則至少第二線導輥1的對應的第一、第三、第五等凹槽4也將被線2a佔據。

如果以凹槽4的該線佔據開始線鋸切過程，則被線2a佔據的凹槽4係在鋸切過程或者多個鋸切過程期間磨損。如果被線2a佔據的凹槽4被磨損，則所述凹槽4的壽命週期結束。

然後將鋸切線2a從被磨損的凹槽4捲繞到先前未被鋸切線2a佔據的相鄰的凹槽4a內，使得能在同一線導輥1上以未使用過的凹槽4a來繼續進行線鋸切過程。未使用過的凹槽4a之間的距離A較佳與在先前的鋸切過程中被磨損的凹槽4之間的距離A相應。

亦較佳從根據本發明的線導輥1的線佔據開始，例如，如果第一、第三、第五等凹槽4被線2a佔據，則至少第二線導輥1的對應的第一、第三、第五等凹槽4也被線2a佔據。在一第一限定數量(例如，20次)的鋸切過程之後，然後將鋸切線2a從現在使用的凹槽4捲繞到先前未被鋸切線2a佔據的相鄰的凹槽4a(例如，第二、第四、第六等凹槽4)內，使得能利用同一線導輥1上的未使用過的凹槽4a來繼續線鋸切過程。

在一第二限定數量(例如，20次)的鋸切過程之後，然後將鋸切線2a從所使用的第二、第四、第六等凹槽4捲繞回先前使用的第一、第三、第五等凹槽4內。再在一定數量的鋸切過程之後，將鋸切線2a捲繞到第二、第四、第六等凹槽4內，依此類推。被鋸切線2a佔據的凹槽4的週期性變化在一定數量的鋸切過程之 後係導致所有凹槽4的連續磨損。

較佳地，第一和第二限定數量的鋸切過程是相同的並且在10到50次鋸切過程的範圍內。亦較佳的是，在使用一組凹槽4期間的鋸切過程的第一和第二限定數量是不相同的；例如，鋸切過程的第一限定數量為10，並且鋸切過程的第二限定數量為20。

將線網2捲繞到最靠近的凹槽組合內，意即，凹槽4a對應地鄰近被磨損的凹槽4並且仍未使用過，所述捲繞較佳類似於根據現有技術安裝線網2般手動地進行。自動地捲繞鋸切線2a同樣是較佳的。

例如，如果僅每第二個凹槽4和對應的4a被鋸切線2a佔據(n=2)，則線導輥1的可用週期係加倍，因為僅在最新的被鋸切線2a佔據的凹槽4a磨損之後必須更換所述線導輥1或者給其重新開槽。

如果在開始使用根據本發明的線導輥1時僅每第三個凹槽4(n=3)被鋸切線2a佔據，則線導輥1的使用期限係增至三倍，因為，在凹槽4磨損之後，兩個新的、未使用過的凹槽4a仍然可用於隨後的鋸切過程。

根據本發明的線導輥1還適合用於在不必從線鋸卸下線導輥1的情況下以所切分晶圓之不同厚度由工件3切分出多個晶圓。

例如，如果選擇線導輥1的外殼中兩個相鄰的凹槽4之間的內部距離B，使得可能由第一工件3鋸切出具有750微米之厚 度的晶圓，意即，兩個凹槽4之間的內部距離B也為750微米，則隨後能借助於將鋸切線2a捲繞到每第二個凹槽4內(意即，在被鋸切線2a佔據的每個凹槽4之間存在有一個空的凹槽4)來由第二工件3鋸切出具有例如1750微米之厚度的晶圓。作為實例給出的1750微米的厚度是基於兩個相鄰凹槽4之間的內部距離B為750微米並且彎曲損失(凹槽4的寬度)C為250微米，利用等式(2)計算出的，意即，D=2×B+C=2×750微米+250微米=1750微米。

根據本發明的線導輥1的所有凹槽4和對應的4a的幾何形狀(深度和寬度)較佳是相同的。

特別佳地，各分別被線2a佔據的凹槽4和對應的4a的幾何形狀係適於鋸切線2a的磨損。在這方面，舉例來說，在線導輥1的第一壽命週期中仍未被鋸切線2a佔據的凹槽4a的寬度可能稍微小於被線2a佔據的凹槽4的寬度，因為鋸切線2a的直徑係由於線鋸切期間的磨損而減少。

A‧‧‧距離

T‧‧‧深度

1‧‧‧線導輥

2a‧‧‧鋸切線

4、4a‧‧‧凹槽

Claims (7)

1. 一種藉助於一鋸切線(sawing wire)2a從一工件3切分出晶圓的方法，其中該鋸切線2a係形成一包括多個平行設置的線區段(wire section)的線網(wire web)2，所述線網2被至少兩個線導輥(wire guide roll)1夾持，該鋸切線2a由該至少兩個線導輥1通過兩個橫向表面(lateral surface)中的凹槽4引導，該等凹槽4相互之間具有距離A，其中，與一線引導凹槽(wire-guiding groove)4並排地設置有至少一個凹槽4a，在線鋸切期間在該凹槽4a中並未插入線2a。
2. 如請求項1所述的方法，其中兩個凹槽4之間的距離A對該線導輥1的整個長度而言是不變的。
3. 如請求項1所述的方法，其中兩個凹槽4之間的距離A係從該線的入口側(inlet side)向該線的出口側減少。
4. 如請求項1到3中任一項所述的方法，其中該等凹槽4和對應的4a的寬度B對該線導輥1的整個長度而言是相同的。
5. 如請求項1到3中任一項所述的方法，其中該凹槽4和對應的4a的寬度B係從該線的入口側向該線的出口側減少。
6. 如請求項1到3中任一項所述的方法，其中一旦該線引導凹槽4被磨損，則將該鋸切線2a纏繞到仍沒有引導過鋸切線2a的、最鄰近的凹槽4a內。
7. 如請求項1到3中任一項所述的方法，其中一旦該線引導凹槽4被使用過一第一限定數量的鋸切過程，則將該鋸切線2a週期性 地(periodically)纏繞到仍沒有引導過鋸切線2a的、最鄰近的凹槽4a內，並且在一第二限定數量的鋸切過程之後，將該鋸切線2a纏繞回先前使用過的線引導凹槽4內。