TWI324955B - - Google Patents

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1324955 t I · 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於切割墊板以及使用該切割墊板從圓柱形工件，尤 其是半導體材料構成的工件上，同時切割多個切片之方法。該工 件和線鋸的線框借助輸送裝置進行垂直於工件縱軸方向的相對運 動，由此引導工件通過線框。 【先前技術】 通常，藉由使用線据（wire saws )於一次操作中將圓柱形單晶 或多晶半導體材料工件同時切割成多個半導體晶圓的方法_製備半 導體晶圓。 這些線蘇的主要元件包括機架（machine frame )、輸送裝置 (feeding device )和切割工具（sawing tool)，而切割工具包括由 鑛線（wire)的平行部分所形成的線框（frame)。工件一般藉由 膠接或枯合固定在稱作切割塾板（sawing strip )的物件上。而切 割塾板則又固定在固定板（mounting plate)上，以便於線鑛中夾 持工件。US 6035845公開了各種切割墊板。習知技術之切割墊板， 其特色在於其截面實質上為矩形，該切割墊板的一側藉由於切割 塾板一側之凹曲形（concave ly curved)來配合工件之圓柱形狀。 線鋸的線框一般由多個鋸線的平行部分所形成，這些鋸線夾在 至少兩個鑛線導輥（wire guiding rollers)之間，鑛線導輥被可轉 動地裝配，且其中至少一個導輥係經驅動。鋸線的部分一般屬於 一不間斷之鑛線，鑛線係螺旋狀環繞導輥系統，從輸送輥（supply 6 1324955 roller)延展到接收親（take-up roller)上。 於切割操作期間，輸送裝置將使鋸線部分和工件進行反向相對 運動。該輸送運動的結果是，鋸線切割穿過工件而形成平行的鋸 縫，其中於鋸線上使用切割懸浮體。切割懸浮體也稱作漿液，其 含有懸浮在液體中的硬質材料顆粒，如碳化矽。亦可使用具有固 ' 定結合有硬質材料顆粒的鋸線。於此情況下，不必採用切割懸浮 … 體。僅需加入液體冷卻潤滑劑，以保護鋸線和工件避免過熱，同 ^ 時將工件碎片從鋸縫中排出及排掉。 由圓柱形半導體材料（例如單晶錠件（single crystal ingots)) 生產半導體晶圓，其對切割方法具有很高的要求。切割方法一般 要達到的目的，是每個切出的半導體晶圓具有兩個儘量平整且相 互平行的面。 除了厚度有所不同，半導體晶圓兩個面的平面度十分重要。利 用線鋸切割半導體單晶（例如矽單晶）後，其結果所產生的晶圓 具有波紋形的表面。於後續之步驟（例如磨光或研磨）中，根據 ® 波紋的長度和振幅以及所排出材料的深度，可以部分或完全除去 該波紋。在最壞的情況下，即便拋光後，成品半導體晶圓上還會 測得殘留的波紋，此將對局部的幾何結構產生負面影響。該些波 紋以不同的程度存在於切割所獲得之晶圓的不同位置上。其中尤 其關鍵在於切割的末端區域，其可能會產生特別突出的波紋，並 且依後續處理步驟類型，可能還會在成品中檢測到所述波紋。 由DE 102005007312 A1可知，習知技術之切割方法所產生的切 割末端區域中，從圓柱形工件末端切下切片的情況下，波紋尤為 1324955 框，其中使用了根據本發明的切割墊板。 【實施方式】 切割墊板係使用合適材料所生產之長形墊板，於線鋸製程中用 以固定工件，其中合適的材料如石墨、玻璃或塑膠等。習知技術 - 切割墊板之特色在於實質上矩形的截面，但是用於固定圓柱形工 -. 件的面則具有對應於工件的凹曲度，此一切割墊板的形狀可配合 工件的形狀。根據本發明，與習知技術的方法類似，較佳者係利 ® 用膠接或粘合方法將工件固定於切割墊板上。藉由符合工件的形 狀，可以達到盡可能大的粘合面積，如此工件與切割墊板間的結 合力也會盡可能的大。切割墊板的形狀可一般性地描述如下： 首先定義如下，切割墊板1的縱向應理解為平行於與其連接之工 件2的縱軸3的方向。如上所述，切割墊板1具有第一面4，該面係 凹曲形並與其縱軸方向垂直，且用於連接工件2。位於第一面4對 面的是第二面5,該面用於連接固定板（沒有顯示出）。面4和5藉 鲁 由兩個側面6、7相連接。側面6、7與第一面4相交的兩個邊8、9彼 此的距離為a。在第一面4的中央區域，假想線10可定義為沿縱向 穿過該面上與第二面5保持最短距離d的所有的點。換言之，該假 想線10沿著切割墊板1厚度最小處的縱向穿行（即平行於與切割墊 板相連之工件的縱軸3)，該最小厚度與距離d同義。假想線10所 處的位置為切割過程結束時線框離開工件2的地方。本發明切割墊 板特徵之另一尺寸係為與假想線10相交、垂直於距離d且其終點位 於側面6和7上的線之長度b。換言之，b為在假想線10高度上進行 1324955 測量所獲得側面6和7間的距離。 本發明切割墊板1 (第2圖）的獨特之處在於距離b小於距離a。 較佳者其符合關係0.5a < b < 0.96a。尤其較佳為符合關係0.6a < b < 0.75a 〇 相對地，於習知技術之切割塾板（第1圖），距離a和b的尺寸則 • 相等。 … 令人驚訝地發現，使用根據本發明的切割墊板將導致切開區域 ^ 中波紋的明顯減少。產生這一效果的原因尚不清楚。然而，針對 本發明所進行的研究中觀察到了以下情況： _ 切割操作期間，切割懸浮體作用於線框上。鋸線部分在工件方 向上高速輸送切割懸浮體，並將其送入鋸縫中，在此其具有研磨 劑之功能。一旦線框穿入習知技術之具有實質上矩形截面的切割 塾板時，即可以觀察到由於衝擊切割塾板的平側面（straight side faces )，一些切割懸浮體立即向鑛線運動的相反方向遠遠地回甩， 而再次甩回的一些切割懸浮體則擊中沿工件方向運行的線框的鋸 ® 線部分。相反，當切割進根據本發明之切割墊板時，可觀察到一 些切割懸浮體由於衝擊切割墊板之傾斜側面而實質上垂直向上甩 回，但不是沿相反的方向。甩回到線框上的切割懸浮體可能引起 切割懸浮體不均勻地作用在鋸線部分上，或引起鋸線部分在工件 的縱向產生不受控制的橫向偏離。可以理解切開區域波紋度的降 低可歸因於廣泛地消除的此類影響。然而，其他的解釋也是可以 想像的》 本發明之切割墊板較佳對稱於通過工件2的縱軸3與假想線10的 1324955 平面。同樣地，側面6、7較佳為平面。第二面5較佳亦為平面。 與含硬質材料顆粒的切割懸浮體一起使用時，使用根據本發明 的切割墊板特別有利。從工件上切割切片時，所述切割懸浮體藉 由至少一個喷嘴單元噴灑到線框上。然而，本發明之切割墊板亦 可於使用具有固定硬質材料顆粒之鋸線時使用，藉由至少一個喷 ' 嘴單元向其施用液體冷卻潤滑劑。 —— 噴嘴單元是指能從工件一側將切割懸浮體或冷卻潤滑劑施加到 ^ 線框上的所有喷嘴。舉例來說，喷嘴單元較佳為與鋸線導輥的轴 和工件的軸平行的伸長的槽形喷嘴。如果在工件一側之線框上提 供了多個這種喷嘴，則這些喷嘴共同形成了噴嘴單元。噴嘴單元 還可以包括較佳以直線排列成一排之獨立喷嘴，該排喷嘴與鋸線 導報的轴和工件的軸平行，每個喷嘴都具有例如圓形截面，並且 將切割懸浮體或冷卻潤滑劑施用到線框的鋸線部分。 如果使用了切割懸浮體，則較佳係在切割結束時減少切割懸浮 體的流量，如在DE 102005007312 A1中所公開的。 ® 同樣，較佳係於最後10%的切割距離内增加切割懸浮體的溫度， 以便降低切割懸浮體的粘度，從而降低背壓梯度。在最後10%的切 割距離内切割懸浮體的溫度較佳係增加至多20K。 切割距離是整個切割操作期間，線框在工件中通過的全部距 離，亦即工件中的全部輸送位移。在工件為圓柱形的情況下，切 割距離對應於工件的直徑。 在切割結束時，藉由使用根據本發明的切割墊板及增加切割懸 浮體的溫度，同時與減少切割懸浮體的流量相結合，可以獲得最 1324955 t - * 佳的效果。 實施例 為了觀察使用根據本發明切割墊板的效果，使用商業上可獲得 的四輥線鑛以將相當數量之直徑為300mm、長度為80mm至355mm ' 的圓柱形單晶矽錠切割成厚度約為930微米的切片。於鋸線上使用 ~ 含有懸浮於二丙二醇中、包括碳化矽之硬質材料顆粒的切割懸浮 ^ 體。切割快結束時，減少切割懸浮體的用量，如DE 102005007312 A1中所述。半數之切割操作將使用習知技術的切割塾板（比較 例），另一半則使用根據本發明的切割墊板（實施例）。 對每個由此產生的矽切片或晶圓上切開區域中的波紋度進行測 定。波紋度是指空間波長範圍為2毫米至10毫米的尺寸偏差（峰到 谷），而不計厚度變化的部分。切開區域定義為切割距離的最後 50毫米。 如下測定於切開區域中的波紋度： ® 沿著穿過晶圓中央之切割方向的線，將配有一對電容距離測量 感測器（一個測量石夕晶圓的前側，一個測量後側）的測量裝置之 測量頭引導到矽晶圓前側和後側之上。切割方向是指線鋸作業期 間工件和線框之間相對運動的方向。在此過程中，每隔0.2毫米測 量和記錄感測器與石夕晶圓前側或後側之間的距離。用低通濾、波器 (高斯遽波器）除去空間波長範圍（spatial wavelength range )大 於2毫米的表面粗糙度。經過這些步驟後，就得到了矽晶圓前側和 後側的評估曲線（evaluation, curves )。 12 ·..，了測定切開區域中的波紋度，用長度為戰米的視窗對前側 &後側兩條評估曲線每—條從切割方向看的最後观米（滚動方 相過濾（r〇inngboxcarfiUering))進行測定。視窗内的最大偏差 (蜂到合）稱為視窗中央位置的波紋度^評估曲線最㈣毫米内 測得的前側和後側之上所有波紋度中的最大值在以下比較例和實 施例中稱為切開區域的波紋度。 比較例 使用根據習知技術的對稱切割墊板，距離a*b (見第⑷均為 毫米’厚度4 14.5毫米。以這樣的方法總共生產了大約觸 個夕aa圓，用上述方法對切開區域的波紋度進行測量。 實施例 使用根據本發明的對稱切割墊板，a=17〇毫米、b=u4毫米，且 d=14.5毫米。以這樣的方法類似地總共生產了大約1〇〇〇個矽晶圓， 用上述方法對切開區域的波紋度進行測量。 對這些測量結果進行統計評估。在第3圖中顯示該統計評估。切 開區域的波紋度”八在\軸上以微米為單位繪出。出現在〇至丨間的 值之累計頻率p在y軸上繪出。曲線u所示為比較例的結果，曲線 12所示為實施例的結果。前述曲線相應地表示具有χ軸上所指明的 切開區域波紋度\¥八的矽晶圓的最大比例。因此，舉例來說，第3 圖顯示根據比較例生產的石夕晶圓（曲線1 i )只有約35%具有最高為 10微米的切開區域波紋度。然而’另一方面’根據實施例生產的 13 1324955 v .， 約80%的矽晶圓（曲線12)具有最高為1〇微米的切開區域波紋度。 綜合起來，從曲線12與曲線π相比明顯向左漂移這一事實來看， 很顯然根據本發明生產的矽晶圓的波紋度明顯小於根據習知技術 生產的矽晶圓的波紋度。此外，曲線12令更陡的斜率顯示，與習 知技術相比可以減少切開區域波紋度的擴展。 • 本發明的應用範圍可以擴展到使用線鋸方法並加入切割懸浮體 將圓柱形工件分割成多個切片，而且高平面度、低波紋度對產品 φ 十分重要之所有切割方法。本發明較佳係用於半導體晶圓的生 產，尤其是矽晶圓的生產。術語“圓柱形的”應理解為工件具有實 質上為圓形的截面，某些偏差如施用在側面上的定向槽或平面應 當為非實質性的。 【圖式簡單說明】 以下根據附圖對本發明進行更詳細的描述： 第1圖所示為根據習知技術，具有實質上圓柱形之工件固定於其 # 上之切割墊板的截面。 第2圖所示為根據本發明技術，具有圓柱形之工件固定於其上之 切割墊板的截面。 第3圖所示為使用習知技術之切割墊板時與使用根據本發明之 切割塾板時’切開區域中之波紋度的統計比較結果。 【主要元件符號說明】 1 切割墊板 14 1324955 2 工件 3 縱軸 4 第一面 5 第二面 6 > 7 側面 8、9 邊 10 假想線 a、d ' b 距離 11、12 曲線

Claims (1)

1324955 第096丨25371號專4申諳案 中文申請專利範圍替換本(98年11月） 十、申請專利範圍： 1. 一種在用線鋸從實質上圓柱形的工件（2)切割切片時用於固 定此工件（2)之切割墊板（1)，其包含： 一第一面（4) ’其係呈凹曲形（concavely curved)並垂直於 其縱軸方向，且係用於連接該工件（2); 一第二面（5)，其係位於該第一面（4)之對面，用於連接 一固定板；以及

兩個側面（6、7)，其係連接該第一面（4)和該第二面（5); 其中，該等側面（6、7)與該第一面（4)相交之該切割墊板（1) 之兩個邊（8、9)，其彼此距離為a，而該第一面（4)上之一假想 線（10)與該第二面（5)之最小距離為d，於該假想線（10)之；度 處並垂直該距離d測量該等側面（6、7)間之距離為b，其中該 距離b小於該距離a。 2. 如請求項1之切割墊板，其符合如下關係：0.5a<b<0.96a。 3. 如請求項1之切割墊板，其符合如下關係：0.6a < b < 0.75a。 4. 一種從實質上圓柱形的工件同時切割多個切片之方法，該工 件和一切割墊板連接，而一線鋸之一線框藉由一輸送裝置進 行垂直於該工件之縱軸方向的相對運動，由此以引導該工件 通過該線框，其中係使用請求項1至3中任一項之切割墊板。 5. 如請求項4之方法，其中於開始分割該工件前係使用膠接或 粘合而將該工件結合在該切割墊板上。 6. 如請求項4或5之方法，其中於該切割操作期間係使用至少 一個喷嘴單元將包含懸浮於液體中之硬質材料顆粒的切割懸 浮體喷灑於該線框。 16 1324955 ϊ I jp没年/丨月V日修(¾正替換貝 I —Ι··| Γ·_·—圓 η ^ 7·如請求項4或5之方法’其中在最後1〇%之切割距離内升高 該切割懸浮體的溫度。