[發明專利]從工件同時切割多個切片的設備和方法

有效

• 申請號: 201310049533.4
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103240805A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: G·皮奇
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: B28D5/04
• 分類號: B28D5/04;B23D57/00;B24B49/00;H01L21/304
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李振東;過曉東

技術領域

本發明涉及用于從工件切割多個切片的設備和方法，尤其是利用其中變換鋸線運行方向的線精研切割法從晶體切割半導體晶片。

背景技術

半導體晶片是由半導體材料例如元素半導體（硅、鍺）、化合物半導體（例如由周期表第III主族元素如鋁、鎵或銦與周期表第V主族元素如氮、磷或砷組成）或其化合物（例如Si_1-xGe_x，0<x<1）組成的切片。其被要求尤其是作為電子元件的基材，并且在平坦度、清潔度和缺陷缺乏度方面必須滿足高要求。

對于其他應用，要求由其他材料組成的平面切片，例如作為用于制造存儲磁盤的基材的玻璃切片或者作為用于制造光電元件的基底的由藍寶石組成的切片。

該由半導體材料或其他材料組成的切片是從由各種材料組成的棒材切割成的。為了切割切片，尤其是考慮去除碎屑的加工方法，例如精研切割。去除碎屑或修琢應當根據DIN8580理解為機械加工方法，其中通過以碎屑的形式去除多余的材料而將材料加工成為所期望的形狀。在此，碎屑是指從工件分離的微粒。

精研根據DIN8589是使用松散地分散在液體或膏狀物中的顆粒（精研懸浮液，漿料）作為磨料進行修琢，該磨料在通常形成形狀的相反件（精研工具）上以單個顆粒的盡可能無方向的切割路徑進行引導。材料去除是通過在精研顆粒的伸入位置形成微裂紋并剝落小的材料顆粒而對材料粘著物進行脆蝕性分離從而實現的。精研是基于工件、精研顆粒和精研工具三者之間的相互作用。精研的特征在于，工具承載物（精研盤，精研線）不包含硬物質，其以形成碎屑的方式與材料嚙合。

作為在精研切割時松散地引入的精研物質，使用由金剛石、碳化硅、碳化硼、氮化硼、氮化硅、鋯氧化物、二氧化硅、鋁氧化物、鉻氧化物、氮化鈦、碳化鎢、碳化鈦、碳化釩及許多其他物質，以及所述物質的混合物組成的顆粒。

在切割半導體晶片時重要的是，金剛石、碳化硅和鋁氧化物，尤其是碳化硅，作為精研物質。

在單獨精研切割時，每次切割是從工件切割一個切片；在多重精研切割時則是同時切割多個切片。多重精研切割可以利用一根線進行，該線經由滾筒多次轉向，從而多次與工件嚙合。于是這稱作單線多重精研切割。替代性地，還已知一些方法，其中許多的如同豎琴的琴弦一樣牢固地在框架中繃緊的單根線穿過工件。于是這相應地稱作多線多重精研切割。一般而言，本發明涉及從由任意的可以去除碎屑的方式加工的材料組成的任意形狀的工件切割多個切片。本發明特別是涉及從由玻璃、藍寶石或半導體材料組成的具有矩形、六邊形或八邊形基面的棱柱狀工件或圓住體切割多個切片。下面更加深入地描述單線多重精研切割。其還縮寫為漿料-線鋸切（SMWS，“漿料multi-wire?slicing”）。

一種用于單線多重精研切割（“漿料-線鋸切”）的設備包括作為主要的裝置特征的鋸線、至少兩個彼此水平且平行地排列的鋸線引導滾筒（Drahtführungsrollen）、卷下線軸和卷上線軸、用于在鋸線縱向上對鋸線進行預先繃緊的裝置、可用于將工件垂直于鋸線引導滾筒的軸向著由這些軸繃緊的平面進給的進給裝置以及用于以松散的硬物質在載液中的漿料的形式施加磨料的裝置。鋸線引導滾筒是圓柱形的，并以可繞其縱軸旋轉的方式安裝。其側面具有多個以同心方式圍繞軸并且彼此基本上等距離的凹槽。

在漿料-線鋸切時，鋸線在繃緊的情況下利用凹槽以螺旋狀多次經由鋸線引導滾筒加以引導，從而使單根鋸線段平行地排列并形成排柵（Gatter）。通過鋸線引導滾筒以相同方式旋轉，使鋸線從卷下線軸卷下，并在卷上線軸上卷上繃緊。在此，排柵的鋸線段均彼此平行地沿著鋸線縱向移動。下面為了簡化說明，采用由半導體材料組成的圓柱形棒（半導體棒）作為工件。該半導體棒的側面與沿軸向運行的由犧牲材料組成的例如由玻璃或石墨組成的條帶（鋸切條帶）相粘合，并利用該條帶將半導體棒以其工件軸平行于鋸線引導滾筒的軸的方式夾持在進給裝置中。

通過以平行于鋸切排柵的垂線的方式向著排柵緩慢地進給棒，使工件以其側面與鋸切條帶相對的區段與排柵接觸，并在工具（排柵）與工件之間在鋸線橫向上產生力。由于穿過該裝置運行的鋸切線在工件與排柵之間的相對運動，在壓力和添加磨料的情況下實施材料去除。通過進一步連續進給棒保持鋸線橫向繃緊，使鋸線排柵穿過工件的整個橫截面，同時獲得多個切片。