TWI817164B - 從工件同時切割多個切片的方法和設備 - Google Patents

Abstract

用於在切割操作期間從工件同時切割多個切片的方法和線鋸。該方法的特徵在於，根據目標厚度特徵值函數TTAR （WP）、 間距函數dINI（WP）、及厚度特徵值函數TINI （WP）選擇非線性間距函數dTAR（WP），dTAR （WP）為在切割操作期間在位置WP處的鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，TINI（WP）為多個之前切割操作期間由線鋸在位置WP處獲得的切片指定在該等切片上測量的厚度特徵值，dINI（WP）為之前切割操作期間在位置WP處的鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，TTAR（WP）為在切割操作期間在位置WP處切下的切片指定目標厚度特徵值，以及WP表示相鄰凹槽相對於鋸線導輥之軸的軸向位置。

Description

從工件同時切割多個切片的方法和設備

本發明係關於一種用於藉由線鋸從工件同時切割多個切片的方法和設備，以及關於適於執行該方法的線鋸。

對於許多應用，需要特定材料的薄且特別均勻的切片。在均勻性以及正面與背面的平面平行性方面具有特別嚴格要求的切片之一個實例是由半導體材料構成的切片，其被稱為「晶圓」並被用作用於製造微電子元件的基板。在從工件上同時切割多個切片的情況下，所謂的線鋸對於生產這種切片特別重要，因為它特別經濟實惠。

為此所需的這種方法和設備是已知的，例如由DE 10 2016 211 883 A1或DE 10 2013 219 468 A1獲知。在這種方法中，鋸線圍繞至少二個鋸線導輥被螺旋地引導，使得二個鋸線導輥張緊由彼此平行延伸的鋸線段所構成的網（web），所述網面向工件。鋸線導輥具有直圓柱體的形式，其可圍繞它們的軸旋轉，且其側表面設置有多個環形閉合凹槽，該等凹槽在垂直於軸的平面中延伸並引導鋸線。鋸線導輥的旋轉在鋸線段與工件之間產生相對移動。線鋸還具有進給裝置，工件經由鋸梁（犧牲梁（sacrificial beam））緊固到該進給裝置，且該進給裝置將工件進給到鋸線網。在存在磨料之情況下的相對移動導致在工件與鋸線網接觸時從工件去除材料。在具有相對移動和存在磨料的連續進給的情況下，鋸線段以材料去除的方式在工件中形成切割間隙，且鋸線網緩慢地穿過整個工件，直到鋸線網完全位於鋸梁內，工件透過膠合連接部（glue joint）連接到該鋸梁。然後工件被完全分離成切片，該等切片像梳齒一樣懸掛於鋸梁，僅透過膠合連接部固持。

線鋸可根據鋸線磨光切割（lap slicing）和鋸線研磨切割（grind slicing）而不同。鋸線磨光切割的特徵在於，在最初不承載磨料的鋸線、在漿料中鬆散供應的磨料、及工件之間的三體相互作用。鋸線研磨切割的特徵在於牢固地結合到鋸線表面中的磨料與工件之間的雙體相互作用。

鋸線通常由過共析波來體鋼（pearlitic steel）（鋼琴線）構成。鋼鋸線通常覆蓋有非常薄的黃銅或鋅層，該黃銅或鋅層的延展性在鋸線的生產過程中用作拉拔助劑（固體潤滑），且該黃銅或鋅層用作成品鋸線的腐蝕保護。在鋸線磨光切割中，研磨劑通常由碳化矽（SiC）構成，其懸浮在由油或二醇構成的黏性載體流體中。在鋸線研磨切割中，磨料通常由金剛石構成，其藉由電鍍或合成樹脂黏合或藉由形狀配合（壓入、捲入）固定在鋸線的表面內。鋸線從通常為線軸形式的線捲（stock）供應至鋸線網。這個線軸被稱為新鋸線軸。在通過鋸線網之後，鋸線被供應到同樣通常為線軸形式的線捲。這個線軸被稱為磨損線軸。

線鋸中，使用光面鋸線（plain wire），而在鋸線磨光切割中，還另外使用所謂的結構化鋸線。光面鋸線是圓柱的形式，其具有非常大的高度，即鋸線的長度，且鋸線的直徑對應於圓柱的直徑。結構化鋸線包含在整個長度上設置有垂直於鋸線縱向方向上之多個凸起和凹陷的光面鋸線。因此，結構化鋸線的表面具有凸起和凹陷，在該等凸起和凹陷中可使漿料積聚在鋸線上，而不會在鋸線進入切割間隙時或在鋸線通過切割間隙的進一步過程期間被擦掉。結構化鋸線具有底層的（underlying）光面鋸線的直徑，以及對應於具有完全包含所有凹陷和凸起的最小直徑的圓柱體（所謂的封套）之直徑的有效直徑。WO2006/067062A1描述結構化鋸線的一個實例。

切片通常是具有小高度的圓柱形式，且因此具有下頂面（後側）、上頂面（前側）、及側面（切片的邊緣）。切片的前側和後側形成其主表面，且切片邊緣形成其副表面。

鋸線導輥上最先與供應至鋸線網的新鋸線接觸的凹槽可被稱為第一凹槽。鋸線網包含第一凹槽的那一半被稱為鋸線網的新鋸線（供應）側。主表面由第一凹槽的鋸線段產生的切片可稱為第一切片，且工件包含第一切片的那一半可稱為工件的起點。最後與從鋸線網引出的磨損鋸線接觸的凹槽可被稱為最後凹槽。鋸線網包含最後凹槽的那一側稱為鋸線網的磨損鋸線（引出）側。主表面由最後凹槽的鋸線段產生的切片可稱為最後切片，且工件包含最後切片的那一半可稱為工件的末端。

線鋸的情況下，一個問題是藉由切割操作獲得的切片的厚度具有有限寬度的分佈。通常，線鋸切片的進一步機械加工，例如透過磨光、研磨、蝕刻、或拋光、或這些步驟的序列，係對線鋸切片的厚度分佈具有嚴格的要求。舉例來說，沒有任何切片或僅有出於經濟考慮而確定的最大比例之切片能低於最小厚度，以便在每種情況下使最小材料厚度保持在後續材料去除所需的目標切片厚度之上，以便完全去除被線鋸損壞的表面層。同時，經常出現的情況是，線鋸切片不能超過用於後續機械加工所限定的最大厚度，此係例如因為過度的後續材料去除是不經濟的。舉例來說，線鋸之後的磨光操作中的切片，作為所謂的批次處理過程，同時機械加工多個切片，必須具有非常窄的起始厚度分佈，因為否則工作盤的負載會不均勻地分佈到各自切片，且可能使切片超載並導致它們斷裂，或者發生工作盤未對準，這導致切片具有楔形的厚度輪廓。舉例來說，在隨後的研磨機械加工過程中，砂輪也可能被堵塞和鈍化，或者在多個砂輪（雙面加工）的情況下，如果在研磨操作中去除的材料量太大，則可能從切片的前側和後側存在不均勻的材料去除。除了例舉的最小和最大厚度之外，可想到進一步的厚度參數，對於這些厚度參數，線鋸切片必須具有窄的分佈，使得能夠以經濟的方式進行線鋸之後的機械加工操作，並獲得具有所需高度均勻性及前側與後側之平面平行性的切片，這些厚度參數係例如平均切片厚度。

鋸線導輥的凹槽通常具有V形或U形的截面輪廓，其包括凹槽側面、凹槽底部、及缺口深度。凹槽側面通向圓柱體的無凹槽之圓柱形側面中，其中鋸線導輥具有所述圓柱體的形狀，且凹槽側面具有開口角，該開口角「捕獲」鋸線並避免鋸線在鋸線導輥旋轉期間意外「跳出」。凹槽底部是輪廓最靠近鋸線導輥軸的部分，且在該部分上，使得以特定拉伸力供應至鋸線導輥上的鋸線由於該拉伸力而平躺。缺口深度（凹槽深度）表示凹槽最靠近鋸線導輥之軸的點到鋸線導輥之側表面的距離。對於凹槽底部，已知有直線形（罐形）、尖頭形（V形）、及彎曲形（U形）的形式。

已知的是，在鋸線磨光切割中，在鋸線與工件之間的鬆散磨料的滾動導致從工件上脆性腐蝕性地去除材料，這也導致從鋸線上不欲地去除材料：由於磨耗而導致的磨損，使得光面鋸線的直徑或結構化鋸線的有效直徑減小。相較下，在鋸線研磨切割中，磨料和鋸線之間不發生移動：在鋸線研磨切割中，鋸線直徑僅略微變化，特別是僅由於金剛石之非常低的磨損或由於單個金剛石偶爾從與鋸線表面的結合狀態脫離。

還已知的是，由於鋸線因磨損而變細，特別是在鋸線磨光切割的情況下，鋸線導輥之凹槽的固定間距導致切片的厚度由新的鋸線側至磨損的鋸線側增加。

在先前技術中，已知用於抵消因這種方式引起的不均勻的切片厚度的措施。

DE 10 2010 005 718 A1描述一種鋸線導輥，在該鋸線導輥之情況下，每個凹槽的U形凹槽底部的曲率半徑、凹槽側面的開口角度、或凹槽深度沿著鋸線導輥的軸變化。還提供有凹槽間距的變化。

許多專利描述圓柱形的鋸線導輥，其具有從第一凹槽到最後凹槽連續減小的凹槽間距：CN 2015 166 49 U、KR 100 445 192 B、CN 2012 255 84 Y、及CN 101 879 759 A。

然而，先前技術中已知的鋸線導輥都沒有解決線鋸之後廣泛分佈的切片厚度的問題。

因此，本發明之目的在於，給出一種用於提供切片的方法，該切片在對於後續機械加工至關重要的厚度參數方面具有足夠窄的分佈，以滿足均勻性以及前側與後側之平面平行性的要求。

本發明之目的係藉由一種在切割操作期間藉由線鋸從具有工件軸的工件同時切割多個切片的方法來實現，該方法包括：藉由線鋸的鋸線導輥圍繞其軸旋轉，使線鋸的鋸線相對於工件移動，該鋸線導輥具有殼體，該殼體設置有鋸線引導凹槽，且該鋸線導輥拉伸由鋸線段構成的鋸線網； 在磨料存在下將工件垂直於鋸線段進給到鋸線網，該鋸線段完全穿過該工件地工作，其中， 根據目標厚度特徵值函數TTAR（WP）、間距函數dINI（WP）、及厚度特徵值函數TINI（WP）選擇非線性間距函數dTAR（WP），dTAR（WP）為在切割操作期間在位置WP處的鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，TINI（WP）為在多個之前切割操作期間由線鋸在位置WP處獲得的切片指定在該等切片上測量的厚度特徵值， dINI（WP）為在之前切割操作中在WP位置的鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，TTAR（WP）為在切割操作期間在WP位置處切下的切片指定目標厚度特徵值，以及WP表示相鄰凹槽相對於鋸線導輥之軸的軸向位置。

較佳地，選擇間距dTAR（WP），使得滿足等式dTAR（WP）= dINI（WP）+ TTAR（WP）-TINI（WP）。

該方法考慮來自i個之前切割操作的切片的厚度特徵值，這些切割操作是藉由線鋸來進行，其中使用具有初始分佈之凹槽間距的鋸線導輥，該初始分佈之凹槽間距對應於間距函數dINI（WP）。第二間距函數dINI（WP）係預先自由地限定，且為之前切割操作在鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定一個凹槽間距，該凹槽間距取決於相鄰凹槽的位置WP。凹槽間距還對應於鋸線網中穿過相鄰凹槽的二個鋸線段之間的距離。位置WP較佳是離散的長度規格，其指示相鄰凹槽相對於鋸線導輥之軸的軸向位置，並因此也指示鋸線網中之切片的位置。

根據間距函數dINI（WP）的初始分佈可例如經選擇以使得相鄰凹槽之間的間距隨著位置WP連續地以相同的量減小。根據本發明的方法還包括目標厚度特徵值函數TTAR（WP）的制定，該目標厚度特徵值函數TTAR（WP）為在切割操作期間在位置WP處切下的切片指定目標厚度特徵值。最小厚度、最大厚度、及平均厚度特別適合作為目標厚度特徵值。目標厚度特徵值特別符合後續加工步驟的材料去除之要求。目標厚度特徵值例如可為每個切片必須具有的最小厚度，使得對於例如作為後續機械加工步驟的後續磨削機械加工可存在有充分的材料去除，以便完全去除已被線鋸損壞的表面附近的層。

厚度特徵值可基於全面積測量。然而，沿著切片之直徑，特別是沿著切片在進給方向上的直徑測量切片的表面，對於確定厚度特徵值而言是足夠且較佳的。沿進給方向的直徑的測量也被採用作為隨後呈現的實施例和比較例之厚度特徵值的基礎。

根據之前切割操作的數目i，對於每個位置WP，得到相應數目i個具有厚度特徵值TINI（WP）的切片。厚度特徵值函數TINI（WP）為在之前切割操作期間在位置WP處由線鋸獲得的切片指定共同厚度特徵值，該厚度特徵值係被測量並藉由形成平均值（算術平均）或作為分位數（quantile）來計算。例如，切片的最小厚度即為此種厚度特徵值，且對應於切片前側與切片後側的對應測量點之間的最小距離值。在切片側上的測量點的數量較佳至少為25。測量點較佳沿進給方向的直徑設置。除了最小厚度的平均值，還可使用例如位置WP處的切片之最大厚度的平均值或平均厚度的平均值作為厚度特徵值，或者使用最小厚度、最大厚度、或平均厚度的分位數厚度作為厚度特徵值。

所有切片都是從鋸線網中的相同位置WP處針對厚度特徵值來進行評估。厚度特徵值可例如是（-3σ）分位數（= 0.135百分位數）。來自之前切割操作的切片的最小厚度的（-3σ）分位數意味著在該位置WP處之所有切片的0.135%係落在該最小厚度以下。

例如，可預定目標厚度特徵值函數TTAR（WP），使得該目標厚度特徵值函數TTAR（WP）為每個位置WP指定相同的常數，即TTAR（WP）= 常數，例如，待切下的切片的最小厚度之（-3σ）分位數對於所有位置WP都希望具有相同的值。

基於預定的目標厚度特徵值函數TTAR（WP）和由測量得到的厚度特徵值函數TINI（WP），確定第一間距函數dTAR（WP），該第一間距函數dTAR（WP）為每個位置WP指定在該位置處的二個相鄰凹槽之間的凹槽間距。第一間距函數dTAR（WP）較佳係藉由以下等式獲得：dTAR（WP） = dINI（WP） + TTAR（WP）-TINI（WP）。

本發明可用光面鋸線來進行，光面鋸線係具有非常大的高度（即鋸線的長度）的直圓柱形式。該圓柱形的直徑表示光面鋸線的直徑，且該圓柱形的軸表示光面鋸線的鋸線縱軸。

本發明特別佳係藉由使用結構化鋸線的鋸線磨光切割方法來進行，結構化鋸線是在整個長度上設置有垂直於鋸線軸方向上之多個凹陷和凸起的光面鋸線。在結構化鋸線的情況下，鋸線縱軸是完全包含結構化鋸線的最小直徑的直圓柱體（封套）的軸，且該圓柱體的直徑被稱為結構化鋸線的有效直徑。

本發明可用單向鋸線運行設置（run arrangment）來進行。在單向線鋸的情況下，在切割操作的整個持續時間內，鋸線僅在其縱軸的一個方向上移動。在這種情況下，鋸線進給的速率可以是可變的。

本發明特別佳係以朝聖者步伐式（pilgrim step）方法進行。朝聖者步伐式方法描述在整個切割操作中以成對的方向翻轉之連續序列的形式進行的鋸線移動，一對方向翻轉包括鋸線在第一方向上在鋸線的縱向方向上移動第一長度，以及鋸線隨後在與第一方向完全相反的第二方向上移動第二長度，且第一長度被選擇為大於第二長度。方向翻轉對可在鋸線移動的長度和速度方面不同。

作為實例，第一長度可為320公尺，第二長度可為240公尺。在一對方向反轉期間，320公尺 + 240公尺 = 560公尺的鋸線因此移動通過切割間隙；然而，在一個此種完整的朝聖者週期（pilgrim cycle）內，鋸線從新鋸線的線捲至磨損鋸線的線捲僅進一步移動共320公尺-240公尺 = 80公尺。在所述的例子中，作為在朝聖者步伐式方法中的線鋸的結果，鋸線係以因數(320 + 240)/(320-240) = 560/80 = 5被利用。這是有利的，因為在一次性使用鋸線（單向切割方法）的情況下，會導致非常高的鋸線消耗，且磨損鋸線僅會磨損到輕微的程度，這是非常不經濟的。由於選擇第一長度L1和第二長度L2，較佳地選擇利用率r = (L1 + L2)/(L1-L2)，使得所述鋸線磨損到如下程度：在所選擇之拉伸應力的情況下（其中以該拉伸應力將鋸線供給到鋸線網或從鋸線網取出），所述鋸線仍然不會斷裂，且也不會由於不均勻的磨損而變得非圓（橢圓）以至於所得到的切割間隙具有寬度波動，其中所述寬度波動將在界定出切割間隙的相鄰切片的前側和後側的平面性中導致不平坦性和缺乏平面平行性，這使得切片不適合用於所要求的應用。

工件的軸較佳定向為平行於鋸線導輥的軸。然而，相對於鋸線導輥之軸的方向樞轉工件的軸可能是有利的，例如如果工件是由單晶半導體材料構成的錠且期望獲得具有所確定之晶體錯向（misorientation）的切片（晶圓）時則可能是有利的。例如，如果線鋸和隨後的機械加工（磨光、研磨、蝕刻、拋光）之後晶圓另外具有由以磊晶方式施加的額外單晶半導體材料所構成的層，則錯向是有利的，因為錯向伴隨著在生長界面處的原子臺階密度增加，這使得能夠以特別無缺陷的方式生長磊晶層。

該方法也可用鋸線導輥來實施，該鋸線導輥的凹槽具有與取決於位置WP的深度函數t（WP）相對應的深度。所述深度較佳係經選擇以與由於鋸線磨損而導致的線直徑（光面鋸線）的減小或有效直徑（結構化鋸線）的減小成比例。因此，凹槽的深度被理解為是指凹槽在朝向鋸線導輥軸的方向上的延伸度，也就是說，直圓柱體的半徑與凹槽輪廓的點到鋸線導輥之軸的距離之間的差，其中鋸線導輥具有所述圓柱體之形式，且所述點具有離鋸線導輥之軸的最小距離。

該目的還另外藉由一種用於從工件同時切割多個切片的線鋸來實現，該線鋸包括：其拉伸鋸線網並具有軸和殼體的鋸線導輥，該殼體設置有多個引導鋸線的凹槽，在位置WP處的相鄰凹槽之間的間距遵循非線性間距函數dTAR（WP），且WP表示該等相鄰凹槽相對於該鋸線導輥之軸的軸向位置。

非線性間距函數dTAR（WP）較佳滿足等式dTAR （WP） = dINI （WP） + TTAR（WP） -TINI （WP），TTAR（WP）是目標厚度特徵值函數，其為在位置WP處待切下的切片指定目標厚度特徵值；TINI（WP）是厚度特徵值函數，其為已經在之前的多個切割操作期間在位置WP處藉由線鋸獲得的切片指定在切片上測量的厚度特徵值；dINI（WP）是間距函數，其為在WP處的鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，該間距在之前的切割操作中存在。

以下還參考附圖描述本發明的例示性實施態樣。

圖1示出有助於理解本發明的線鋸的元件：鋸線1從線捲（未示出的新的鋸線卷）沿方向9供給，並在凹槽18中圍繞至少二個鋸線導輥27螺旋地引導，從而產生由彼此平行延伸的鋸線段2構成的鋸線網11。圖1中的線鋸例子示出二個鋸線導輥27，即，左側鋸線導輥3和右側鋸線導輥4。由於鋸線導輥3和4繞其軸5和6沿旋轉方向7和8旋轉，鋸線段2和鋸線網11相對於工件12沿方向13相對地移動。鋸線導輥3和4的軸5和6彼此平行地定向。工件12具有軸14，且係經由膠合連接部16連接到鋸梁15。鋸梁固定至進給裝置（未示出），該進給裝置沿著方向17以垂直於鋸線網11的方式進給工件12。較佳地，工件12是由單晶半導體材料構成的錠，例如由單晶矽構成。在這種情況下，工件具有直圓柱形式，且平行於其軸14設置有用於晶體取向的識別凹口26。在工件12的二側上，透過噴嘴19和20，經由噴嘴中的開口21向鋸線網11供應液體切割助劑的射流22和23。當線鋸以研磨切割方法操作時，切割助劑是不含研磨作用物質的冷卻潤滑劑，鋸線1是鋼琴線，其表面含有牢固併入的具有研磨作用的金剛石顆粒。如果線鋸以磨光切割方法操作，切割助劑是存在於由油或二醇構成的液體載體中的碳化矽（SiC）。

由於在方向17上的進給，鋸線網11與工件12接觸。由於鋸線網11與工件12之間的相對移動13，在存在研磨作用物質的情況下，鋸線段2導致從工件12去除材料。在以相對移動13進一步進給9的情況下，由鋸線段2產生的材料的去除在工件12中形成切割間隙25。在工件12中的深度，係直到鋸線段已穿過工件所達到的深度，被稱為切割深度24。當切割深度24超過工件的直徑時，鋸線網11的所有鋸線段2都已經切穿工件並且已經到達固持梁15：工件已經被完全分成多個切片。在穿過鋸線網之後，鋸線1沿方向10離開鋸線網11，到達使用過的線的線捲（磨損線軸，未示出）。

圖2示出具有直徑D和長度L的鋸線導輥27的包含軸6的截面圖，該鋸線導輥包含芯28和殼體29，該芯例如可包含用於冷卻鋸線導輥的腔室。殼體29係由塗層組成，該塗層係由耐磨材料構成，例如由熱固性聚胺甲酸酯構成。塗層設有環形閉合的凹槽18，這些凹槽佈置在垂直於軸6的平面中且圍繞鋸線導輥延伸。根據本發明，相鄰凹槽的間距視它們的位置WP而選擇，該間距係沿軸6從深度為t1的第一凹槽測量至最後一個凹槽，該選擇使得所述間距遵循非線性間距函數dTAR（WP）。非線性間距函數dTAR（WP）取決於之前切割操作的切片的厚度特徵值、取決於之前切割操作期間的凹槽間距的間距函數、以及取決於規定的目標厚度特徵值函數TTAR（WP）。如例如第一凹槽間距d1和任意凹槽間距d的不同間距所示，dTAR（WP）以非線性方式變化。凹槽具有其凹槽側面的開口角α以及其凹槽底部的曲率半徑r。此外，根據本發明之一實施態樣，凹槽深度t可根據深度函數t （WP）隨位置WP而變化，如以例示性方式示出的第一凹槽的深度t1和任意凹槽的深度t。根據隨著位置WP變化的凹槽間距dTAR（WP），以及視需要根據可變的凹槽深度t（WP），在凹槽底部的曲率半徑r和凹槽側面的開口角α相同的情況下，凹槽之間的側表面的剩餘之圓柱形區域係根據寬度函數s（WP）而具有不同的寬度。寬度s1以例示性方式示出第一與第二凹槽之間的圓柱形部分。

圖10以透視圖示出藉由鋸線磨光切割獲得的半導體切片60的示意圖，其具有厚度圖示，也就是說，在半導體切片的前側與後側之間具有平面中心區域59。在該厚度圖示中已經消除了會在中心區域59之曲率中表現出的切片之任何波動。中心區域正好包含連接前側與後側上之相應點的路徑間的中間點。相應點分別是其連接路徑垂直於中心區域的那些點。藉由鋸線磨光切割獲得的半導體切片60通常在厚度圖示中具有切入楔56，即，在工件與鋸線網之間的第一接觸區域中具有切片厚度減小的區域。在圖10中，切割，也就是在切割操作期間工件的進給，係沿著掃描線58從左向右行進。鋸線垂直於進給方向移動，也就是說垂直於掃描線58移動。厚度特徵值較佳係平行於掃描線58來測量。

因為在切割操作開始時在於鋸線網中存在有新的鋸線，所以產生切入楔56，所述新的鋸線導致寬的切割間隙，並因此導致減小的切片厚度。在切割操作開始時存在於鋸線網中的鋸線線捲是在之前切割操作中最後切穿鋸梁者。鋸梁係由通常比半導體材料更軟且更容易加工的材料構成。例如，鋸梁係由燒結碳、複合塑膠或玻璃構成。因此，通過鋸梁的切割僅導致在切割操作開始時存在於鋸線網中的鋸線的少量磨損。一旦在工件中達到數公分的切割深度，在鋸線進一步進給以及由於與工件接觸而引起的鋸線之初始磨損的過程中，鋸線網中的鋸線線捲就被直徑由切屑體積與鋸線輸送速度之比例確定的鋸線段代替，從而產生較薄的切割間隙並導致較大的切片厚度。

在鋸線嵌入工件的長度最大的區域內，也就是說在掃描線58的中心內，被鋸線磨光切割的半導體切片60的厚度具有鞍形57。這是由於在進入工件期間和在進一步沿工件中心方向穿透期間，鋸線段失去了圍繞它們的大部分切割助劑（漿液），這也決定了由於所述切割助劑在工件邊緣上被擦去、被用盡、及滴落而產生的切割間隙的寬度。圖10示出在半導體切片邊緣處的二個厚度減小的這種區域57，其中該等邊緣在鋸線的運行方向上彼此相反。因此，在朝聖者步伐式方法中的鋸切期間，鋸線段因此在二個方向上進入工件。

這種行為和示出的所得到的切片形狀解釋了觀察到的切割間隙之最大寬度隨位置WP變化的曲線，如圖9所示。點51的集合和相關的回歸曲線52示出來自大約2000次切割操作的切割間隙之最大寬度的（+3σ）分位數的曲線，其中使用光面鋸線切下具有300毫米之直徑的矽片（晶圓）。為了比較，點49的集合和相關的回歸曲線示出切割間隙之最大寬度的（+3σ）分位數隨位置WP而變化的曲線，其中使用結構化鋸線進行大約1000次切割操作，以便獲得具有300毫米之直徑的半導體切片。

回歸曲線52的輪廓顯示，當使用光面鋸線時，切割間隙的最大寬度相對於位置WP具有非線性依賴性，因此不能由凹槽間距的線性遞減來補償而能夠從每個位置WP獲得具有例如盡可能相似之厚度的切片。點49的集合和相關回歸曲線50的輪廓顯示，當使用結構化鋸線時，取決於位置WP的切割間隙之最大寬度甚至可在特定地方增加。回歸曲線50具有例如一個區段53，該區段具有非線性下降的最大切割間隙寬度；此外還具有一個區段54，在該區段中儘管結構化鋸線的有效直徑隨著進入工件中的累積之接合長度而減小，但最大切割間隙寬度隨著位置WP而增加；以及還具有一個區段55，該區段具有非線性下降的最大切割間隙寬度。

圖3作為比較例，示出半導體切片之最小厚度TMIN的(-3σ)分位數的點30的集合，其是相對於鋸線網中的位置WP繪製，其中半導體切片是藉由使用具有直徑為175微米之芯線的結構化鋸線，藉由磨光切割進行大約1000次切割操作而獲得。使用相鄰凹槽的間距從第一凹槽到最後一個凹槽線性減小的鋸線導輥，並切割直圓柱形的矽（100）單晶，其中在切割操作中，將總長度高達400毫米（可變的）的高達三個晶錠連續地安裝在鋸梁上。只測量每25個半導體切片，使得儘管切割操作的數量大以及由於統計原因而通常有雜訊的（-3σ）分位數，點30的集合具有明顯的三階多項式回歸線31的分佈。對於每次切割操作使用60公里的結構化鋸線，這導致供給到鋸線網的新鋸線之有效直徑與從鋸線網取下的用過的鋸線之有效直徑之間的差為12微米。第一與第二凹槽之間的凹槽間距是1134微米，倒數第二與最後凹槽之間的凹槽間距是1122微米，總線性下降因此是1134微米 - 1122微米 = 12微米，使得對於第一和最後的半導體切片的最小厚度，較佳應當產生相同的厚度TMIN。然而，已顯示，儘管凹槽間距線性地下降，但是根據點30的集合，來自中間位置的半導體切片相對於回歸曲線31彼此偏離高達5.7微米，且相對於分位數偏離高達12.3微米。因此，儘管凹槽間距線性地減小，但是由於不必要的厚半導體薄片的產生，所以浪費了有價值的半導體材料。

圖4對於比較例、第一實施例、及第二實施例，示出作為間距函數的凹槽間距34的初始分佈。在每種情況下選擇線性遞減的凹槽間距。對於第一和第二實施例，凹槽間距34的這種輪廓對應於函數dINI（WP），其中比較例的切割操作形成之前切割操作。圖4還示出凹槽間距35的輪廓，其對應於透過用於第一實施例的等式dTAR （WP）= dINI （WP） + TTAR （WP）-TINI（WP）計算的非線性間距函數dTAR（WP）。函數TINI （WP）表示之前切割操作的切片之最小厚度的（-3σ）分位數厚度，且目標厚度特徵值函數表示固定的最小厚度的（-3σ）分位數：TTAR（WP） = 878.6微米。凹槽間距35的輪廓不僅是單調地減小，而是短時間內還具有增大的區域。該輪廓的區域與根據圖9的最大切割間隙寬度的（+3σ）分位數的回歸曲線50的區域53、54及55具有類似的結構。

圖3示出，作為第一實施例的結果，來自藉由磨光切割的大約1000個切割操作的最小厚度TMIN的（-3σ）分位數的點32的集合，其中僅測量在每第25個半導體切片上的厚度特徵值。排除凹槽間距之外，磨光切割的條件與比較例中的相同。凹槽間距35遵循透過等式計算的非線性間距函數dTAR （WP）。相對於該點32的集合的擬合多項式33對於鋸線網中的所有位置WP而言實際上是固定的。因此，根據本發明實施的方法提供了具有圍繞其目標值878.6微米狹窄地分佈的最小厚度之（-3σ）分位數的半導體切片。

圖5示出所測量的所有切片的最小厚度TMIN和最大厚度TMAX的累積頻率，即比較例切片的最小厚度的累積頻率37以及第一實施例切片的最小厚度的累積頻率39。同樣繪出的是比較例切片的最大厚度的累積頻率38以及第一實施例切片的最大厚度的累積頻率40，以及第二實施例切片的最小厚度TMIN的累積頻率41以及最大厚度的累積頻率42。

圖6示出比較例切片的最大厚度TMAX之（+3σ）分位數的點43的集合及相關回歸曲線44，以及第一實施例切片的最大厚度TMAX之（+3σ）分位數的點45的集合及相關回歸曲線46。

第二實施例的結果顯示，凹槽間距也可例如朝著盡可能均勻的切片之最大厚度優化：圖7示出如下情況下的最大厚度之（+3σ）分位數的點61的集合以及切片之相關回歸曲線62，即在切割操作期間，凹槽間距（如圖4所示的凹槽間距36）隨著鋸線網中的位置WP而變化。該曲線對應於非線性間距函數dTAR（WP）的曲線，其中，在等式的求解期間，最大厚度的（+3σ）分位數被估計為厚度特徵值函數TINI（WP）的厚度特徵值，且固定的最大厚度的（+3σ）分位數被估計為目標厚度特徵值函數。為了比較，圖7再次示出比較例切片的最大厚度之（+3σ）分位數的點43的集合以及相關的回歸曲線44。

圖8示出第二實施例切片的最小厚度之（-3σ）分位數47的點47的集合及相關回歸曲線48，且再次用於比較，示出比較例切片的最小厚度之（-3σ）分位數的點30的集合及相關回歸曲線31。

表1總結了結果：

	第一實施例	第二實施例
TMIN	TMAX	TMIN	TMAX
dINI(WP)	dTAR(WP)	dINI(WP)	dTAR(WP)	dINI(WP)	dTAR(WP)	dINI(WP)	dTAR(WP)
VAR	5.2	0.0	38.3	58.6	5.2	63.5	38.3	0.0
DIFF	5.2	-20.4	-58.4	38.3

表1示出，回歸曲線所基於的擬合多項式的變異數（VAR），以及在鋸線網中的位置WP上，二個實施例的厚度分佈相對於比較例改變的差異（DIFF）。在第一實施例中（目標厚度特徵值函數規定固定的切片之最小厚度TMIN的（-3σ）分位數），比較例中的變異數（凹槽間距的線性遞減）從5.2微米減小到0微米。相較下，切片相關的最大厚度TMAX的（+3σ）分位數的變異數從38.3微米增加到58.6微米。在第二實施例中（目標厚度特徵值函數規定固定的切片之最大厚度TMAX的（+3σ）分位數），切片的最大厚度TMAX的（+3σ）分位數的變異數從38.3微米減小到0微米，相較下，相關的最小厚度TMAN的（-3σ）分位數的變異數從5.2微米增加到63.5微米。

以上對說明性實施態樣的描述應被理解為是例示性的。由此所做的揭露一方面使得本領域技術人員能夠理解本發明及其相關優點，另一方面還包括對所描述的結構和方法的改變和修改，這些改變和修改在本領域技術人員的理解範圍內也是顯而易見的。因此，所有這些改變和修改以及等效物都被申請專利範圍的保護範圍所涵蓋。

1:鋸線 2:鋸線段 3:左側鋸線導輥 4:右側鋸線導輥 5:左側鋸線導輥的軸 6:右側鋸線導輥的軸 7:左側鋸線導輥的旋轉方向 8:右側鋸線導輥的旋轉方向 9:鋸線進給（新的鋸線） 10:鋸線離開（磨損的鋸線） 11:鋸線網 12:工件 13:鋸線段的移動方向 14:工件的軸 15:鋸梁 16:膠合連接部 17:進給方向 18:凹槽 19:左側噴嘴 20:右側噴嘴 21:出口 22:左側射流 23:右側射流 24:切割深度 25:切割間隙 26:識別凹口 27:鋸線導輥 28:鋸線導輥的中心 29:鋸線導輥的殼體 30:凹槽間距相對於位置WP呈線性遞減的最小厚度（-3σ）分位數的點 31:相對於30的回歸曲線 32:凹槽間距相對於位置WP呈非線性變化的最小厚度（-3σ）分位數的點 33:相對於32的回歸曲線 34:線性遞減的凹槽間距 35:固定的最小厚度之（-3σ）分位數的凹槽間距 36:固定的最大厚度之（-3σ）分位數的凹槽間距 37:具有線性遞減之凹槽間距的最小厚度的累積頻率CF 38:具有線性遞減之凹槽間距的最大厚度的累積頻率CF 39:針對固定的最小厚度之（-3σ）分位數而優化的具有非線性變化之凹槽間距的最小厚度的累積頻率CF 40:針對固定的最小厚度的（-3σ）分位數而優化的具有非線性變化之凹槽間距的最大厚度的累積頻率CF 41:針對固定的最大厚度的（-3σ）分位數而優化的具有非線性變化之凹槽間距的最小厚度的累積頻率CF 42:針對固定的最大厚度的（-3σ）分位數而優化的具有非線性變化之凹槽間距的最大厚度的累積頻率CF 43:相對於位置WP的具有非線性遞減之凹槽間距的最大厚度TMAX的（+3σ）分位數的點 44:相對於43的回歸曲線 45:相對於位置WP針對固定的最小厚度的（-3σ）分位數而優化的具有非線性之凹槽間距的最大厚度TMAX的（+3σ）分位數的點 46:相對於45的回歸曲線 47:相對於位置WP針對固定的最大厚度的（+3σ）分位數而優化的具有非線性之凹槽間距的最小厚度TMIN的（+3σ）分位數的點 48:相對於47的回歸曲線 49:結構化鋸線的具有線性遞減之凹槽間距的最大切割間隙寬度KMAX的（+3σ）分位數的點 50:相對於49的回歸曲線 51:光面鋸線的具有線性遞減之凹槽間距的最大切割間隙寬度KMAX的（+3σ）分位數的點 52:相對於51的回歸曲線 53:單調減少的區段 54:單調增大的區段 55:單調減少的區段 56:切入楔 57:鞍形 58:進給方向的掃描線 59:切片的平面中心區域 60:切片 61:相對於位置WP針對固定的最大厚度的（+3σ）分位數而優化的具有非線性之凹槽間距的最大厚度TMAX的（+3σ）分位數的點 62:相對於61的回歸曲線 α:開口角 CF:累積頻率 d:凹槽間距 d1:第一與第二凹槽之間的間距 dINI（WP）:間距函數 dTAR（WP）:非線性間距函數 D:鋸線導輥的直徑 DIFF:差異 i:切割計數 KMAX:切割間隙的最大寬度 L:鋸線導輥的長度 r:凹槽底部的曲率半徑 s:相鄰凹槽之間的圓柱部分的寬度 s1:第一和第二凹槽之間的圓柱部分的寬度 s（WP）:寬度函數 t:凹槽深度 t（WP）:深度函數 t1:第一凹槽的深度 TMIN:切片的最小厚度 TMAX:切片的最大厚度 TINI（WP）:厚度特徵值函數 TTAR（WP）:目標厚度特徵值函數 VAR:變異數 WGRP:鋸線導輥的凹槽間距 WP:鋸線導輥上二個相鄰凹槽的凹槽間距的位置或切片位置

圖1示出線鋸的元件。 圖2示出鋸線導輥的截面。 圖3示出比較例和第一實施例的最小厚度TMIN的（-3σ）分位數與位置WP的關係。 圖4示出對於比較例、第一實施例和第二實施例的凹槽間距WGRP與位置WP的關係。 圖5示出來自比較例、第一實施例和第二實施例的切片的最小厚度TMIN和最大厚度TMAX的累積頻率CF。 圖6示出與比較例和第一實施例相關的切片的最大厚度TMAX與位置WP的關係。 圖7示出來自比較例和第二實施例的切片的最大厚度TMAX與位置WP的關係。 圖8示出與比較例和第二實施例相關的切片的最小厚度TMIN與位置WP的關係。 圖9示出來自使用光面鋸線和結構化鋸線的磨光切割操作的切割間隙的最大寬度KMAX的（+3σ）分位數。 圖10示出磨光切割的半導體切片的特徵厚度特徵。

6:右側鋸線導輥的軸

18:凹槽

27:鋸線導輥

28:鋸線導輥的中心

29:鋸線導輥的殼體

α:開口角

d:凹槽間距

d1:第一與第二凹槽之間的間距

D:鋸線導輥的直徑

L:鋸線導輥的長度

r:凹槽底部的曲率半徑

s:相鄰凹槽之間的圓柱部分的寬度

s1:第一和第二凹槽之間的圓柱部分的寬度

t:凹槽深度

t1:第一凹槽的深度

WP:鋸線導輥上二個相鄰凹槽的凹槽間距的位置或切片位置

Claims (11)

1. 一種在切割操作期間藉由線鋸從具有工件軸的工件同時切割多個切片的方法，其包括：藉由線鋸的鋸線導輥圍繞其軸旋轉，使該線鋸的鋸線相對於該工件移動，該鋸線導輥具有殼體，該殼體設置有鋸線引導凹槽，且該鋸線導輥拉伸由該鋸線的鋸線段構成的鋸線網(wire web)；在磨料存在下將該工件垂直於該鋸線段進給到該鋸線網，該鋸線段完全穿過該工件地工作，其中，根據目標厚度特徵值函數TTAR(WP)、間距函數dINI(WP)、及厚度特徵值函數TINI(WP)選擇非線性間距函數dTAR(WP)，dTAR(WP)為在切割操作期間在位置WP處的該鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，TINI(WP)為多個之前切割操作期間由該線鋸在位置WP處獲得的切片指定在該等切片上測量的厚度特徵值，dINI(WP)為之前切割操作期間在位置WP處的該鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，TTAR(WP)為在切割操作期間在位置WP處切下的切片指定目標厚度特徵值，以及WP表示該等相鄰凹槽相對於該鋸線導輥之軸的軸向位置。
2. 如請求項1所述的方法，其中，執行i個之前切割操作，並選擇該間距dTAR(WP)，使得滿足等式dTAR(WP)=dINI(WP)+TTAR(WP)-TINI(WP)。
3. 如請求項1或2所述的方法，其中，所測量的厚度特徵值是所測量的切片的最小厚度的平均值、最大厚度的平均值、平均厚度的平均值、或最小厚度的分位數(quantile)厚度、該最大厚度的分位數厚度、或平均厚度的的分位數厚度。
4. 如請求項1或2所述的方法，其中，TTAR(WP)是常數。
5. 如請求項1或2所述的方法，其中，該鋸線是由過共析波來體(pearlite)構成的光面鋼琴鋸線(plain piano wire)，以及該磨料係以漿料的形式提供，該漿料由碳化矽(SiC)在由二醇(glycol)或油構成的載體流體中構成。
6. 如請求項4所述的方法，其中，該鋸線還設置有垂直於該鋸線之縱向方向的多個凸起和凹陷。
7. 如請求項1或2所述的方法，其中，該鋸線的移動係由連續序列的成對的方向反轉組成，且一對方向反轉在每種情況下包括該鋸線在第一方向上在該鋸線的縱向方向上首次移動第一長度，以及該鋸線在與該第一方向完全相反的第二方向上隨後移動第二長度，且該第一長度被選擇為大於該第二長度。
8. 如請求項1或2所述的方法，其中，該工件軸被定向成平行於該鋸線導輥的軸。
9. 如請求項1或2所述的方法，其中，該等凹槽具有遵循深度函數t(WP)的深度，該深度函數t(WP)在位置WP處為該等凹槽指定與該鋸線之封套成比例的深度。
10. 一種用於從工件同時切割多個切片的線鋸，其包括拉伸鋸線網並具有軸和殼體的鋸線導輥，該殼體設置有多個引導鋸線的凹槽，在位置WP處的相鄰凹槽之間的間距遵循非線性間距函數dTAR(WP)，且WP表示該等相鄰凹槽相對於該鋸線導輥之軸的軸向位置，其中，選擇該非線性間距函數dTAR(WP)使得滿足等式dTAR(WP)=dINI(WP)+TTAR(WP)-TINI(WP)，TTAR(WP)是目標厚度特徵值函數，其為在位置WP處待切下的切片指定目標厚度特徵值；TINI(WP)是厚度特徵值函數，其為已經在之前的多個切割操作期間在位置WP 處藉由線鋸獲得的切片指定在切片上測量的厚度特徵值；dINI(WP)是間距函數，其為在位置WP處的該鋸線導輥之殼體中的相鄰凹槽指定間距，該間距在之前切割操作期間存在。
11. 如請求項10所述的線鋸，其中，所測量的厚度特徵值是所測量的切片的最小厚度的平均值、最大厚度的平均值、平均厚度的平均值、或最小厚度的分位數厚度、最大厚度的分位數厚度、或平均厚度的分位數厚度。

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