TWI641461B - Ultrasonic auxiliary wire cutting cutting method and device thereof, and wafer manufacturing method - Google Patents

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Abstract

一種超音波輔助線切割的切割方法，包含一準備步驟及一切割步驟。該準備步驟是準備超音波輔助線切割裝置及待切物，超音波輔助線切割裝置包括界定出具有開口的容置槽的基體、設置於基體的超音波震盪器、容置於容置槽中的切削用液，及多條位於開口上方且不與切削用液接觸的切割線。該切割步驟是啟動超音波震盪器，並將待切物往切割線方向移動，令待切物經由切割線切割產生多個切槽而浸入切削用液，各該切槽具有足以產生毛細現象的徑向寬度，使切削用液可經由毛細現象進入切槽。此外，本發明還提供一種用於執行前述方法的超音波輔助線切割裝置，及一種晶片的製作方法。

Description

超音波輔助線切割的切割方法及其裝置，及晶片的製作方法
本發明是有關於一種切割方法及其裝置，特別是指一種超音波輔助線切割的切割方法及其裝置，及晶片的製作方法。
中國第103085179 A公布號專利案(以下稱前案)公開一種超聲波線切割方法及專用設備。參閱圖1，前案的一超聲波線切割裝置1包含一可容納切削用液(懸浮砂漿)11的溶液槽12、一設置於該溶液槽12內的超聲波振板13、兩設置於該溶液槽12相反兩側的導輪14，及多條環繞設置於該等導輪14並具有一位於溶液槽12上的切割側151的切割線網15，將一待切割的晶體矽錠100置於切割側151上方。
參閱圖2，令該等切割線網15做往返的切割運動，並將該待切割的晶體矽錠100往該切割側151移動，並同時擠壓該等切割線網15的該切割側151浸入該溶液槽12的該切削用液(懸浮砂漿)11中，以實現對該待切割的晶體矽錠100的切割。
然而，以前案的該超聲波線切割裝置1搭配其超聲波線切割方法進行切割時，需將該待切割的晶體矽錠100及該等切割線網15的該切割側151浸入該切削用液(懸浮砂漿)11，而於切削用液(懸浮砂漿)11中進行切割，因而會造成該等切割線網15之切割能量的損耗，此外，也因為切割過程必須要將該晶體矽錠100及該等切割線網15浸入該切削用液11，易造成該等切割線網15的跳線及斷線。
因此，本發明的目的，即在提供一種超音波輔助線切割的切割方法。
於是，本發明超音波輔助線切割的切割方法包含一準備步驟及一切割步驟。
該準備步驟是準備一超音波輔助線切割裝置，該超音波輔助線切割裝置包括一基體，且該基體界定出一具有一開口的容置槽、一設置於該基體的超音波震盪器，及多條位於該容置槽的該開口上方的切割線，將一切削用液注入該容置槽中，並控制令該等切割線不與該切削用液接觸。
該切割步驟是啟動該超音波震盪器，將一位於該等切割線上方的待切物往該等切割線方向移動，令該待切物經由該等切割線切割產生多個對應該等切割線的切槽後，而浸入該切削用液，其中，各該切槽具有一足以產生毛細現象的徑向寬度，從而令該待切物於接觸該切削用液時，使該切削用液可經由毛細現象進入該等切槽。
此外，本發明之另一目的，提供一種超音波輔助線切割裝置，包含一基體、一超音波震盪器，及多條切割線。該基體包括一具有一開口的容置槽，可用於容納一切削用液。該超音波震盪器設置於該基體上。該等切割線設置於該容置槽的該開口上方，且各該切割線具有一切割後可產生毛細現象的徑向寬度，其中，該等切割線於切割一待切物時，該等切割線的至少部分不與該切割液接觸。
又，本發明之另一目的，提供一種晶片的製作方法，包含前述的該準備步驟、該切割步驟，及一蝕刻步驟。該切割步驟切割該待切物後得到多片切割晶片。該蝕刻步驟是對至少一片切割晶片進行蝕刻。
再者，本發明之另一目的，提供一種超音波輔助線切割裝置，係供多條切割線設置其上用以對一待切物進行切割，該超音波輔助線切割裝置包括一基體及一超音波震盪器。該基體包含一具有一開口的容置槽，用於容納一切削用液，該等切割線具有一切割線網用以佈設於該容置槽的該開口上方。該超音波震盪器設置於該容置槽，係可產生一超音波能量。當該待切物受到該等切割線切割產生多個切槽時，該超音波能量係可透過經由毛細現象進入該等切槽的該切削用液傳導至該等切割線上。
本發明的功效在於：控制讓該等切割線不會直接浸入該切削用液中，並讓該待切物經該等切割線切割出該等切槽而浸入該切削用液中，使該切削用液能經由毛細現象進入該等切槽中，從而讓超音波能量能同時傳導至該待切物及該等切割線上，以避免該等切割線產生跳線或斷線，且能減少切割能量的損耗。
參閱圖3，本發明超音波輔助線切割的切割方法的一實施例包含一準備步驟301及一切割步驟302。
配合參閱圖4，首先進行該準備步驟301，準備一超音波輔助線切割裝置2，並將一切削用液200注入至該超音波輔助線切割裝置2。
具體地說，配合參閱圖5，圖5顯示沿圖4之一割線V-V所取得的剖面圖。該超音波輔助線切割裝置2包含一基體20、一設置於該基體20的超音波震盪器3、兩設置於該基體20相反兩側的控制裝置5，及多條與該等控制裝置5相連接而位於該基體20之上的切割線4。該基體20界定出一可用於容納該切削用液200並具有一開口211的容置槽21。該超音波震盪器3設置於該基體20的底部並位於容置槽21中央處。該等切割線4設置於該容置槽21的該開口211上方(此線段區域又可稱為切割線網)而不與該切削用液200接觸，該等切割線4可藉由設置於該基體20相反兩側的該等控制裝置5(例如：主輪)做與該等切割線4的延伸方向平行的往復運動而具有切割功效。要說明的是，在一實施例中，每一個該控制裝置5可以是一從動輪並搭配一個主動輪(圖未示)，而帶動纏繞在該主動輪與從動輪上的切割線4，具體而言，該等控制裝置5可以是二個從動輪位於二個主動輪之間，且主動輪的直徑大於從動輪的直徑，而從動輪的位置高於主動輪。當然，在其他衍生實施例中，從動輪也可以是具有自驅能力。
各該切割線4具有一徑向寬度R，且該徑向寬度R為具有足以使利用該等切割線4切割後產生之切槽400(如圖8所示)可產生毛細作用的寬度。於本實施例中，各該切割線4的徑向寬度R不大於300μm，更佳地，各該切割線4的徑向寬度R介於40μm~150μm，且該切削用液200可選自水、油、醇類、高密度混合液體等溶液，其選用無特別限制。由於前述切削用液200的材料選用為本領域技術人員所熟知，且非本發明之重點，於此不加以贅述。
參閱圖6，本發明超音波輔助線切割裝置2的該實施例的另一態樣中，該超音波震盪器3也可以具有多個超音波震盪子31，且該等超音波震盪子31分別設置於該基體20的相反兩側，並與該等切割線4的一排列方向相互平行。舉例來說，當該等切割線4為如圖6所示沿一Y方向排列時，該等超音波震盪子31也會沿該Y方向排列，而佈設於該等切割線4的相對兩側邊。
接著，配合參閱圖7、8，進行該切割步驟302，利用該超音波輔助線切割裝置2對一待切物700進行切割，而得到多片切割晶片(圖未示)。
該待切物700可為晶體材料、金屬材料、合金材料，或陶瓷材料等相關固體物體，該切割步驟302是啟動該超音波震盪器3及該等切割線4的控制裝置5，並將位於該等切割線4上方的該待切物700往該等切割線4方向移動進行切割。經由該等切割線4切割後的該待切物700會產生多個對應該等切割線4的徑向寬度R的切槽400，而後進入該切削用液200中。由於在切割過程中，該等切割線4僅藉由該控制裝置5進行水平往復移動，該切削用液200的液面201與該等切割線4之間會實質保持一距離H，如圖9所示，因此，當該待切物700接觸至該切削用液200時，請再配合參閱圖8，該切削用液200可經由毛細現象進入該等切槽400中，也就是說，當利用本發明該超音波輔助線切割裝置2進行該待切物700的切割時，該超音波震盪器3產生的能量除了可直接傳遞至該待切物700，使該待切物700產生高頻振動之外，還可藉由進入該等切槽400的該切削用液200傳導至各該切割線4上，因此，可讓該等切割線4與該待切物700的接觸面積增加，從而能提高單位時間的切削效率，以提高該等切割線4的切割力。此外，由於該超音波震盪器3的超音波能量會使該切削用液200因空洞現象(cavitation effect)快速形成汽泡，並於各該切槽400內迅速內爆，因此，還能進一步增進各該切槽400內於切割過程的排屑，以及切割線4上的排屑，而使得切割晶片與切割線4均可獲得良好的清潔效果。此外，除了切割過程之外，在切割過程之後的下料過程(即該等切割晶片往切割線4的相反方向移動)，該等晶片也能再次獲得清潔。
值得一提的是，在其它實施例中，也可以設置有二種以上不同能量的數個超音波震盪器，及/或，數個超音波震盪子具有至少二種以上不同的能量，例如：能量較大的第一能量與能量相對較小的第二能量，藉此可更有效地針對不同大小的切屑同時進行清潔。
此外，在其它實施例中，也可以設置有二種以上不同頻率的數個超音波震盪器，及/或，數個超音波震盪子具有至少二種以上不同的頻率，例如：頻率較大的第一頻率與頻率相對較小的第二頻率，藉此可更有效地針對不同大小的切屑同時進行清潔。
要說明的是，當該切削用液200的液面201與該等切割線4之間的距離H過大時，會降低經由位於該等切槽400內之切削用液200傳遞至該等切割線4的超音波能量強度，故較佳地，該切削用液200的液面201與該等切割線4的距離H不大於該待切物700切割方向的厚度。例如，當該待切物700為八吋晶體矽錠時，其沿切割方向的最大厚度為該八吋晶體矽錠的直徑(約為200mm)，因此，該切削用液200的液面201與該等切割線4的距離H是不大於200mm，較佳地，該距離H介於20mm~160mm之間，更佳地，介於10mm~60mm之間。
另外要說明的是，當利用該超音波輔助線切割裝置2進行切割時，由於是利用毛細現象將切削用液引入該等切槽400中，該等切割線4與該切削用液200的液面實質會保持一距離並不需直接接觸，不像習知是利用將待切物擠壓切割線進入切削用液200中，而於切削用液200中進行切割，因此，除了能減少切割能量的損耗之外，還能避免該等切割線4的跳線及斷線的缺點。此外，為了避免該切削用液200由該容置槽21的旁側流出及跳線或斷線的情況產生，可藉由控制該切削用液200的液面201高度，避免該等切割線4與該切削用液200的液面201直接接觸。詳細地說，由於該容置槽21具有一進液口(圖未示)及一出液口(圖未示)，因此，可讓該切削用液200藉由進出該進液口與該出液口的流量控制來調整該液面201高度。
配合參閱圖9，圖9是顯示其中一該切割線4於切割該待切物700的過程的使用狀態的側視圖。詳細地說，在一實施例中實際以該切割線4切割待切物700時，當該待切物700接觸該切割線4而逐漸被切割時，該切割線4的位移狀態會呈如圖9所示，切割線4與該液面200的距離H會因為受到壓力不同而會有差異，當切割完成後(如圖9最後一圖所示)，該切割線4則回復於原來位置。此外，要說明的是，在一些實施例中，當該切割線4(本發明該實施例是以鑽石切割線為例)經多次使用後，該切割線4上的鑽石顆粒損耗或脫落而變得較不鋒利時，為了能順利切割該待切物700，會以較大外力施加於該待切物700於該切割線4上，因此，該切割線4也會受到較大的壓力，而會使該切割線4的部分於切割過程中也可能會接觸到該切削用液200的液面201。
當執行完成該實施例之該切割步驟302之後，為了將經切割的該待切物700應用於後續相關元件，可進一步的對經切割而得的切割晶片進行一蝕刻步驟，以粗化該等切割晶片的表面。
詳細地說，該蝕刻步驟是對該切割晶片的一表面(圖未示)進行蝕刻。由於蝕刻製程及相關蝕刻液的選擇為本技術領域相關人員所周知，且非本發明之重點，於此不加以贅述。
本發明以下提供一比較例與經由本發明該實施例切割後而得之切割晶片，以及將該切割晶片進行蝕刻後的相關實驗分析，以藉此清楚地說明本發明該實施例的功效；其中，該比較例與該實施例的差異在於，該比較例切割該待切物700時，是未使用該超音波震盪器3。
首先，針對該比較例與本發明該實施例切割後而得之切割晶片的部分表面的光學顯微鏡影像圖進行分析。
參閱圖10~圖13並配合參閱圖8，要說明的是，由於該等切割線4是透過該等控制裝置5做往復運動而具有切割效果，因此，每一該切割線4在切割該待切物700時，所產生的兩個表面(即該切槽400位於該切割線4兩側的表面)中會因為該切割線4對該等表面有不同的接觸機率，使該等表面分別產生了經切割線4接觸相對多而富有相對多紋路的部分表面(此處稱Rich-side)，及經切割線4接觸相對少而缺乏相對少紋路的部分表面(此處稱Poor-side)，換句話說，於同一表面上即會同時出現相對多紋路的部分表面(Rich-side)及相對少紋路的部分表面(Poor-side)。以下為方便敘述，分別將經切割後而得之切割晶片的表面中的Rich-side部分表面與Poor-side部分表面以「表面RS 」與「表面PS 」來表示。
圖10與圖11分別顯示該比較例的切割晶片於同一表面上的表面RS 與表面PS 的光學顯微鏡影像圖；圖12與圖13則顯示本發明該實施例之切割晶片於同一表面上的表面RS 與表面PS 的光學顯微鏡影像圖。由圖10~圖13可知，相較於未使用超音波震盪器3的該比較例而言，本發明該實施例之切割晶片的表面RS 與表面PS (如圖12與圖13所示)，其脆性結構變多也更為均勻，此表面結構能使後續的蝕刻步驟得到較佳的結果(其實驗結果如後說明)。
接著，針對圖10~圖13之該比較例與本發明該實施例之切割晶片的表面(表面RS 與表面PS )在相同蝕刻條件下進行蝕刻後的光學顯微鏡影像圖進行分析。
參閱圖14~圖17並配合參閱圖8，圖14與圖15顯示該比較例之切割晶片的表面RS 與表面PS 經蝕刻後的光學顯微鏡影像圖；圖16與圖17顯示本發明該實施例之切割晶片的表面RS 與表面PS 經蝕刻後的光學顯微鏡影像圖。由圖14~圖17可知，由於本發明該實施例之切割晶片的表面RS 與表面PS 具有較多且均勻的脆性結構，因此，對其進行蝕刻後所產生的表面的絨面結構較為均勻(如圖16與圖17所示)，使後續應用於各種元件中能具有較佳的表現。
綜上所述，本發明超音波輔助線切割的切割方法，主要是利用於切割過程中控制讓該等切割線4與該切削用液200不直接接觸，而是讓該待切物700經切割後形成的該等切槽400利用毛細現象將切削用液200吸附至該等切槽400中，從而將超音波能量藉由進入該等切槽400的該切削用液200傳導至該等切割線4上，以提高該等切割線4的切割力。由於該等切割線4於切割過程不會直接浸入該切削用液200中，因此，可避免該等切割線4產生跳線或斷線的現象，且能減少切割能量的損耗，並防止該切削用液200外洩；此外，位於該液面201下的該待切物700也會受超音波能量的影響而產生高頻振動，使得該等切割線4與該待切物700的接觸面積增加，從而能提高單位時間的切削效率；再者，藉由該切削用液200的空洞現象產生的汽泡於各該切槽400內迅速內爆，使該等切割晶片與該等切割線4獲得良好的清潔效果，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
2‧‧‧超音波輔助線切割裝置
302‧‧‧切割步驟
20‧‧‧基體
31‧‧‧超音波震盪子
200‧‧‧切削用液
4‧‧‧切割線
201‧‧‧液面
400‧‧‧切槽
21‧‧‧容置槽
5‧‧‧控制裝置
211‧‧‧開口
700‧‧‧待切物
3‧‧‧超音波震盪器
H‧‧‧距離
301‧‧‧準備步驟
R‧‧‧徑向寬度
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一局部剖面示意圖，說明中國第103085179 A公布號專利案公開的一種超聲波線切割裝置； 圖2是一局部剖面示意圖，說明使用圖1的該超聲波線切割裝置切割一待切割的晶體矽錠； 圖3是一流程示意圖，說明本發明超音波輔助線切割的切割方法的一實施例的一流程示意圖； 圖4是一局部剖面示意圖，說明該超音波輔助線切割的切割方法的該實施例一準備步驟，準備一超音波輔助線切割裝置； 圖5是沿圖4之一割線V-V所取得的一局部剖面示意圖，輔助說明圖4超音波輔助線切割裝置； 圖6是一局部剖面示意圖，說明本發明超音波輔助線切割裝置的另一態樣； 圖7是一局部剖面示意圖，說明使用本發明超音波輔助線切割的切割方法的該實施例的一切割步驟； 圖8是一局部剖面示意圖，輔助說明圖7的該切割步驟； 圖9是一局部剖面示意圖，說明切割線於該切割步驟過程的位移示意圖； 圖10是一光學顯微鏡(optical microscope，OM)影像圖，說明本發明之一比較例之一待切物經切割後的一表面RS ； 圖11是一光學顯微鏡影像圖，說明該比較例之該待切物經切割後的一表面PS ； 圖12是一光學顯微鏡影像圖，說明以本發明該實施例之切割方法對一待切物切割後的一表面RS ； 圖13是一光學顯微鏡影像圖，說明以本發明該實施例之切割方法對一待切物切割後的一表面PS ； 圖14是一光學顯微鏡影像圖，說明對該比較例之該待切物經切割後的該表面RS 進行蝕刻的結果； 圖15是一光學顯微鏡影像圖，說明對該比較例之該待切物經切割後的該表面PS 進行蝕刻的結果； 圖16是一光學顯微鏡影像圖，說明對該實施例之該待切物經切割後的該表面RS 進行蝕刻的結果；及 圖17是一光學顯微鏡影像圖，說明對該實施例之該待切物經切割後的該表面PS 進行蝕刻的結果。

Claims (10)

  1. 一種超音波輔助線切割的切割方法，包含：一準備步驟，準備一超音波輔助線切割裝置，該超音波輔助線切割裝置包括一基體，且該基體界定出一具有一開口的容置槽、一設置於該基體用以產生超音波的超音波震盪器，及多條位於該容置槽的該開口上方的切割線，將一切削用液注入該容置槽中，並控制令該等切割線不與該切削用液接觸；及一切割步驟，啟動該超音波震盪器，將一位於該等切割線上方的待切物往該等切割線方向移動，令該待切物經由該等切割線切割產生多個對應該等切割線的切槽後，而浸入該切削用液，其中，各該切槽具有一足以產生毛細現象的徑向寬度，從而令該待切物於接觸該切削用液時，使該切削用液可經由毛細現象進入該等切槽，且該超音波震盪器產生的超音波透過該切削用液傳遞至該等切割線。
  2. 如請求項1所述的超音波輔助線切割的切割方法，其中，該準備步驟中，控制該切削用液的液面與該等切割線的距離不大於200mm。
  3. 如請求項1所述的超音波輔助線切割的切割方法，其中，該切割步驟是使用徑向寬度介於40μm~150μm的該等切割線切割該待切物。
  4. 一種超音波輔助線切割裝置，包含：一基體，包括一具有一開口的容置槽，可用於容納一切削用液； 一超音波震盪器，設置於該基體上，用以產生超音波；及多條切割線，設置於該容置槽的該開口上方，且各該切割線具有一切割後可產生毛細現象的徑向寬度，其中，該等切割線於切割一待切物時，該等切割線的至少部分不與該切削用液接觸，該超音波震盪器產生的超音波透過該切削用液傳遞至該等切割線。
  5. 如請求項4所述的超音波輔助線切割裝置，其中，各該切割線的該徑向寬度介於40μm~150μm。
  6. 如請求項4所述的超音波輔助線切割裝置，其中，該切削用液的一液面與該等切割線的距離不大於200mm。
  7. 如請求項4所述的超音波輔助線切割裝置，其中，該超音波震盪器設置於該容置槽，並位於等切割線的下方。
  8. 如請求項4所述的超音波輔助線切割裝置，其中，該超音波震盪器具有多個超音波震盪子，該等超音波震盪子與該等切割線排列方向互相平行，並分別設置於該基體的相反兩側。
  9. 一種晶片的製作方法，包含：一準備步驟，準備一超音波輔助線切割裝置，該超音波輔助線切割裝置包括一基體，且該基體界定出一可用於容置一液體並具有一開口的容置槽、一設置於該基體用以產生超音波的超音波震盪器，及多條位於該容置槽的該開口上方的切割線，將一切削用液注入該容置槽中，並控制令該等切割線不與該切削用液接觸； 一切割步驟，啟動該超音波震盪器，將一位於該等切割線上方的待切物往該等切割線方向移動，令該待切物經由該等切割線切割產生多個對應該等切割線的切槽後，而浸入該切削用液，其中，各該切槽具有一足以產生毛細現象的徑向寬度，從而令該待切物於接觸該切削用液時，使該切削用液可經由毛細現象進入該等切槽，且該超音波震盪器產生的超音波透過該切削用液傳遞至該等切割線，從而得到多片切割晶片；及一蝕刻步驟，對至少一片切割晶片進行蝕刻。
  10. 一種超音波輔助線切割裝置，係供多條切割線設置其上用以對一待切物進行切割，該超音波輔助線切割裝置包括：一基體，包含一具有一開口的容置槽，用於容納一切削用液，該等切割線具有一切割線網用以佈設於該容置槽的該開口上方；以及一超音波震盪器，設置於該容置槽，係可產生一超音波能量，當該待切物受到該等切割線切割產生多個切槽時，該超音波能量係可透過經由毛細現象進入該等切槽的該切削用液傳導至該等切割線上。
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