TWI777343B

TWI777343B - 晶棒檔片及晶棒切割方法

Info

Publication number: TWI777343B
Application number: TW109146893A
Authority: TW
Inventors: 周虹
Original assignee: 大陸商上海新昇半導體科技有限公司
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-09-11
Also published as: CN112092225A; CN112092225B; TW202212654A

Abstract

本發明提供一種晶棒檔片及晶棒切割方法。在晶棒切割過程中兩個晶棒檔片對稱貼置於待切割晶棒的相對兩側，且沿晶棒的長度方向延伸。晶棒檔片具有兩個相對的表面，其中，與晶棒相貼置的表面為弧形面，晶棒部分嵌入弧形面內；切割時，晶棒放置於黏接有樹脂條的工件板上，晶棒檔片與黏接有樹脂條的工件板位於晶棒的不同側面，且與樹脂條具有間距，在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割。由於有晶棒檔片的緩衝，12寸矽片的翹曲，尤其是晶棒側面（垂直於進給方向）的進出線側翹曲可以顯著降低，從而可以有效減小矽片的翹曲，有助於提高切割品質。本發明尤其適用於採用結構線進行切割，在提高切割速度的同時可以有效提高矽片的表面平坦度及切割品質。

Description

晶棒檔片及晶棒切割方法

本發明係關於矽晶圓製造領域，特別係關於一種晶棒檔片及晶棒切割方法。

晶圓是半導體晶片製造過程中最基礎也是重要的原材料之一，其製造過程通常包括將多晶矽料通過直拉單晶法（Czochralski method，CZ）拉製成高品質的單晶矽棒的拉晶步驟，將單晶矽棒分割成多段單晶矽棒，同時進行單晶矽棒外徑的研磨和加工凹槽（notch）的滾磨分段步驟、將單晶矽棒進行分割成矽片的切割步驟，以及通過研磨提高矽片表面平坦度的步驟等。

目前300毫米（mm）矽片的主流切割技術為直線切割，但切割速度比結構線切割速度慢（結構線為有多個波紋的切割線）。結構線運用在矽棒切割製程中不僅可以提高產能，而且結構線帶砂漿量優於直線，帶漿量大則有利於抑制晶棒的溫升和導輪的熱膨脹，但是結構線有走線方向翹曲過大（相比用直線）的問題。矽片的翹曲通常由晶棒進給方向與走線方向的翹曲合成而來，結構線過大的波高（備註：波高是指結構線相鄰的波峰和波谷間的垂直距離）一方面有利於進給方向的翹曲減小，另一方面會帶來走線方向翹曲的劣化。因此，如何解決結構線會帶來走線方向翹曲等問題對結構線切割在半導體切片應用有重大的意義。

鑒於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種晶棒檔片及晶棒切割方法，用於解決現有技術中採用直線切割效率低，而採用結構線切割雖然切割速度可以提升，但因結構線走線方向翹曲過大，導致切割出的晶圓翹曲過大等問題。

為實現上述目的，本發明提供一種晶棒檔片，包括兩個相對的表面，其中一個與所述晶棒相貼置的表面為弧形面，所述晶棒部分嵌入所述弧形面內；其中，在晶棒切割過程中，將兩個所述晶棒檔片對稱貼置於待切割晶棒的相對兩側，且沿晶棒的長度方向延伸；而所述待切割晶棒放置於黏結有樹脂條的工件板上，所述晶棒檔片與所述工件板位於晶棒的不同側面，且與所述樹脂條具有間距；在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割。

於一實施例中，所述晶棒檔片的高度為晶棒半徑的1/4~1/2，寬度為晶棒半徑的1/15~ 1/6。

在一實施例中，所述晶棒檔片的材質和所述樹脂條的材質相同。

在另一實施例中，所述晶棒檔片的材質為石墨。

於一實施例中，所述晶棒檔片通過黏膠貼置於所述晶棒的相對兩側。

於一實施例中，所述晶棒切割方法採用如上述任一方案中所述的晶棒檔片對稱貼置於待切割晶棒的相對兩側，在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割，切割完成後去除所述晶棒檔片。

於一實施例中，切割完成後採用熱水進行脫膠以去除所述晶棒檔片。

更於一實施例中，採用熱水進行脫膠的過程中，熱水的水位大於等於晶棒直徑的3/4。

於一實施例中，晶棒切割過程中採用結構線進行切割。

如上所述，本發明的晶棒檔片及晶棒切割方法，具有以下有益效果：本發明採用具有弧形表面的晶棒檔片貼置於待切割晶棒的相對兩側，切割過程中晶棒檔片被同步切割，大的翹曲分佈轉移到具有弧形表面的檔片上。尤其是12寸矽片的翹曲，垂直於進給方向，走線方向的初始翹曲可以顯著降低，從而可以有效減少切割過程中矽片的翹曲，有助於提高切割品質。本發明尤其適用於採用結構線進行切割，在提高切割速度的同時可以有效提高切割出的矽片的表面平坦度，提高切割品質。

以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”等的用語，亦僅為便於敘述的明瞭，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。

目前300mm 矽片的主流切割技術為直線切割，但切割速度比結構線切割速度慢（結構線為有多個波紋的切割線）。具體地，如圖1所示，在切割線（通常為鋼線）的實際直徑一樣的情況下，直鋼線1的等效切割直徑就是其實際直徑，而結構線2的等效切割直徑為結構線上下波動範圍，因而採用結構線2進行切割可以有效提高切割速度。且如圖2所示，結構線的等效直徑大，且結構線2的帶砂漿量優於直鋼線1，這有利於抑制晶棒的溫升和導輪的熱膨脹，但是採用結構線2相較於直鋼線1有走線方向翹曲過大的問題。具體地，如圖3所示結構線沿走線方向的帶砂漿量分佈，相當於砂漿的漏斗效應。現有的切割裝置中採用結構線切割出的晶圓表面翹曲度分佈如圖4所示，虛線箭頭表示走線方向，實線箭頭表示進給方向。較大的翹曲均產生在新線的入口附近，即矽片左右側，如果為雙向走線切割，則正走時左邊翹曲大，反走時右邊翹曲大。結構線相較於直鋼線在走線方向會產生較大的翹曲，進而導致切割出的晶圓左右側產生較大翹曲。圖中不同的顏色深度代表不同的翹曲度，可以看到，現有技術中採用結構線切割出的晶圓表面翹曲度差異很大，也即晶圓的表面平坦性很差，這樣的晶圓在後續過程中需要經過長時間的平坦化處理，導致生產效率的下降，且平坦化處理過程中有較大的碎片風險，造成生產原料的浪費和生產成本的上升，而本發明對此提出了改善對策。

具體地，如圖5及圖6所示，本發明提供一種晶棒檔片4，在晶棒切割過程中兩個所述晶棒檔片4對稱貼置於待切割晶棒3的相對兩側，即本發明的晶棒檔片4通常為成對使用，兩個晶棒檔片4各自獨立而不相互接觸，晶棒檔片4沿晶棒3的長度方向延伸，較佳不短於晶棒3長度，所述晶棒檔片4具有兩個相對的表面，其中，與所述晶棒3相貼置的表面為弧形面，以使晶棒檔片4儘可能地和晶棒3貼置，所述晶棒3部分嵌入所述弧形面內，與該弧形面相對的表面較佳為平面，也可以將所述晶棒檔片描述為具有弧形凹槽的矩形柱，在晶棒切割過程中晶棒部分嵌入在弧形凹槽內，且矩形柱的長度延伸方向與晶棒的長度延伸方向一致；切割時，晶棒黏接在樹脂條5上，樹脂條5黏接在工件板6上，所述晶棒檔片4與所述黏接有樹脂條5的工件板6位於晶棒3的不同側面（晶棒檔片4所在側面為非承重面），且與所述樹脂條5具有間距（當然也與工件板6具有間距），在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割。本發明採用具有弧形表面的晶棒檔片貼置於待切割晶棒的相對兩側，切割過程中晶棒檔片被同步切割，有助於提高切割出的矽片表面的平坦度，提高切割品質。本發明的晶棒檔片尤其適用於採用結構線進行切割的切割方式中，在提高切割速度的同時可以有效提高切割出的矽片表面平坦度，提高切割品質。

為確保晶棒檔片起到較好的緩衝作用的同時不妨礙晶棒的切割，所述晶棒檔片的尺寸需精心設計，且晶棒檔片尺寸與晶棒尺寸息息相關。發明人經反復實驗發現，所述晶棒檔片的高度h為晶棒半徑的1/4~1/2，且寬度d較佳為晶棒半徑的1/15~ 1/6時效果尤佳。需要說明的是，由於晶棒檔片與晶棒的接觸面為弧形面，因而晶棒檔片在各處的寬度並不相同，此處指晶棒檔片的最大寬度。

在一實施例中，所述晶棒檔片的材質和所述樹脂條的材質相同，即所述晶棒檔片的材質可以為樹脂。

當然，在其他示例中，根據不同的需要，所述晶棒檔片的材質也可以為石墨。

作為示例，所述晶棒檔片通過黏膠貼置於所述晶棒的相對兩側。所述黏膠較佳黏度稀的膠水，且膠層儘量要薄，比如小於2mm，這是因為晶棒檔片貼置於晶棒側面，沒有承重要求，因而對黏接強度要求不高，但膠層的硬度要與矽棒硬度接近，以使切割過程中切割速度保持平穩，尤其是避免在晶棒檔片和晶棒的連接處因兩者硬度差異較大而產生切割波動。

採用本發明的晶棒檔片進行晶棒切割的方法與常規方法基本相同，採用直線切割和結構線切割均可，但採用結構線切割時的優點尤為突出，在提高切割出的晶圓表面平坦度的同時可以有效提高切割速度。

本發明還提供一種晶棒切割方法，所述晶棒切割方法採用如上述任一方案中所述的晶棒檔片對稱貼置於待切割晶棒的相對兩側，在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割，切割完成後去除所述晶棒檔片。具體地，切割時可以採用直線切割，亦可以採用結構線切割，但較佳採用後者。作為示例，切割完成後採用熱水進行脫膠以去除所述晶棒檔片，且在進一步的示例中，採用熱水進行脫膠的過程中，熱水的水位大於等於晶棒直徑的3/4，即要確保熱水水位可以沒過晶棒檔片，將側面貼有晶棒檔片（實為晶棒檔片的一部分）的矽片放置於熱水中進行浸泡，浸泡時間可以根據黏膠材質及厚度進行設定，比如為15-40分鐘。圖7所示為採用本發明的晶棒切割方法切割出的晶圓的表面翹曲度分佈圖，其中，不同的顏色深度代表不同的翹曲度，可以看到，採用本發明切割出的矽片，相較於現有技術，走線方向和進給方向的翹曲度同時變小，表面分佈更均勻，這有助於減少後續平坦化處理的工作量，有助於提高生產效率及良率。

如上所述，本發明提供一種晶棒檔片及晶棒切割方法。在晶棒切割過程中兩個所述晶棒檔片對稱貼置於待切割晶棒的相對兩側，且沿晶棒的長度方向延伸，所述晶棒檔片具有兩個相對的表面，其中，與所述晶棒相貼置的表面為弧形面，所述晶棒部分嵌入所述弧形面內；切割時，晶棒放置於黏接有樹脂條的工件板上，所述晶棒檔片與所述黏接有樹脂條的工件板位於晶棒的不同側面，且與所述樹脂條具有間距，在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割。本發明尤其適用於採用結構線進行切割，在提高切割速度的同時可以有效提高切割出的矽片表面的平坦度，提高切割品質。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。

1:直鋼線 2:結構線 3:晶棒 4:晶棒檔片 5:樹脂條 6:工件板 d:寬度 h:高度

圖1顯示為直鋼線和結構線的等效切割直徑的比較示意圖。

圖2顯示為直鋼線和結構線的帶砂漿量的比較示意圖

圖3顯示為結構線沿走線方向的帶砂漿量分佈圖。

圖4顯示為現有技術中結構線切割出的矽片表面的翹曲度的分佈圖。

圖5顯示為本發明的晶棒檔片和晶棒的位置關係示意圖。

圖6顯示為本發明的晶棒檔片沿晶棒徑向的截面結構示意圖。

圖7顯示為採用本發明的晶棒檔片切割出的矽片表面的翹曲度的分佈圖。

3:晶棒

4:晶棒檔片

5:樹脂條

6:工件板

d:寬度

h:高度

Claims

一種晶棒檔片，包括兩個相對的表面，其中一個與所述晶棒相貼置的表面為弧形面，所述晶棒部分嵌入所述弧形面內；其中，在晶棒切割過程中，將兩個所述晶棒檔片對稱貼置於待切割晶棒的相對兩側，且沿晶棒的長度方向延伸；而所述待切割晶棒放置於黏結有樹脂條的工件板上，所述晶棒檔片與所述工件板位於晶棒的不同側面，且與所述樹脂條具有間距；在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割；其中，所述晶棒檔片的材質和所述樹脂條的材質相同。
根據申請專利範圍第1項所述的晶棒檔片，其中，所述晶棒檔片的高度為晶棒半徑的1/4~1/2，寬度為晶棒半徑的1/15~1/6。
根據申請專利範圍第1項所述的晶棒檔片，其中，所述晶棒檔片的材質為石墨。
根據申請專利範圍第1項所述的晶棒檔片，其中，所述晶棒檔片通過黏膠貼置於所述晶棒的相對兩側。
一種晶棒切割方法，包括：採用如申請專利範圍第1-4項任一項所述的晶棒檔片對稱貼置於待切割晶棒的相對兩側，在晶棒切割過程中晶棒檔片被同步切割，切割完成後去除所述晶棒檔片。
根據申請專利範圍第5項所述的晶棒切割方法，其中，切割完成後採用熱水進行脫膠以去除所述晶棒檔片。
根據申請6利範圍第7項所述的晶棒切割方法，其中，採用熱水進行脫膠的過程中，熱水的水位大於等於晶棒直徑的3/4。
根據申請專利範圍第5-7項任一項所述的晶棒切割方法，其中，晶棒切割過程中採用結構線進行切割。