專利名稱：用于從工件中切出多個(gè)晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)線鋸從工件中切出(或切下)多個(gè)晶片的方法。

背景技術(shù)：
線鋸例如適用于在一個(gè)加工步驟中從一晶體塊中切出多個(gè)半導(dǎo)體晶片、太陽(yáng)能晶片和其他晶片。
這種線鋸的工作原理在US-5,771,876中進(jìn)行了描述。
線鋸具有線排(wire gang)，其由圍繞著兩個(gè)或更多個(gè)送線或?qū)蜉伬p繞的鋸線形成。
所述鋸線可覆蓋有切削層。
當(dāng)采用具有無(wú)牢固地附著的切削磨料的鋸線的線鋸時(shí)，以懸浮液(漿料)形式存在的切削磨料在切割過(guò)程中被供給。
在切割過(guò)程中，固定在工作臺(tái)上的工件經(jīng)過(guò)以彼此平行的鋸線段的形式布置的線排。經(jīng)過(guò)線排的過(guò)程通過(guò)向前進(jìn)給裝置所導(dǎo)致的工作臺(tái)和線排之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，其中所述向前進(jìn)給裝置使工件抵靠著線排進(jìn)給(工作臺(tái)向前進(jìn)給)或者使線排抵靠著工件進(jìn)給。
傳統(tǒng)地，工件的周表面與一鋸切帶相連，其中在已經(jīng)切過(guò)工件后鋸線切入所述鋸切帶內(nèi)。
鋸切帶例如可為石墨帶，其可粘附結(jié)合或粘接到工件的周表面上。最后，帶有鋸切帶的工件粘接到工作臺(tái)上。
在切割后，被切下的晶片保持固定于類似梳齒的鋸切帶上，并由此可從線鋸上取下。隨后，將剩余的鋸切帶從晶片上去除。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在利用線鋸進(jìn)行切割的過(guò)程中，存在這樣的問(wèn)題，即鋸線將出現(xiàn)作為接合長(zhǎng)度(engagement length)的函數(shù)的不同程度的磨損。關(guān)于術(shù)語(yǔ)接合長(zhǎng)度，下面將參照?qǐng)D3和相關(guān)的描述對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
為了避免該問(wèn)題，在US 6,109,253 A中建議在切割過(guò)程中使工作臺(tái)向前進(jìn)給保持恒定并且根據(jù)接合長(zhǎng)度調(diào)節(jié)鋸線的(有效)速度。在鋸線速度和接合長(zhǎng)度之間將成比例關(guān)系。然而，當(dāng)從晶體中切出具有相當(dāng)大的直徑的半導(dǎo)體晶片、例如直徑為300mm的晶片時(shí)，工作臺(tái)向前進(jìn)給保持恒定是不利的，因?yàn)樵谧畲蠼雍祥L(zhǎng)度的區(qū)域中半導(dǎo)體晶片的總厚度變化(TTV)由此會(huì)增大。因此，US 6,109,253 A中所披露的恒定的工作臺(tái)向前進(jìn)給是不理想的。
另一方面，JP 9262826 A中教導(dǎo)使工作臺(tái)向前進(jìn)給以接合長(zhǎng)度的函數(shù)進(jìn)行變化。在切割過(guò)程開(kāi)始時(shí)，這將導(dǎo)致初始增大的鋸線磨損，該磨損隨后將通過(guò)減小工作臺(tái)的向前進(jìn)給而降低，其理想地被線性降低。因此，雖然線性地降低鋸線的磨損，但是所述方法將導(dǎo)致如先前那樣的不均勻問(wèn)題。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于在整個(gè)鋸線長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)鋸線的均勻磨損，但同時(shí)避免現(xiàn)有技術(shù)所披露的方法中存在的缺陷。
本發(fā)明的目的通過(guò)一種用于從工件中切出多個(gè)晶片的方法實(shí)現(xiàn)，所述工件具有縱向軸線和橫截面，固定在工作臺(tái)上的工件通過(guò)在工作臺(tái)和線鋸的線排之間的垂直于工件的縱向軸線的方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以可變的向前進(jìn)給速率經(jīng)過(guò)所述線排而進(jìn)給，其中所述線排由以有效速度運(yùn)動(dòng)的鋸線所形成，所述鋸線的有效速度作為向前進(jìn)給速率和工件橫截面的函數(shù)被調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致鋸線的均勻磨損。
所述工件優(yōu)選為圓柱狀的硅單晶。
然而，該方法也適用于包括周表面的非圓柱狀晶體塊的鋸切，即，例如具有正方形或矩形橫截面的晶體塊的鋸切。
半導(dǎo)體材料如硅、鍺、砷化鎵適合作為工件材料。其也可以為多晶材料。
所采用的鋸線優(yōu)選來(lái)自于一線軸并且圍繞導(dǎo)向輥展開(kāi)數(shù)次(例如300-400次)，以形成線排。在線排出口處，使用過(guò)的鋸線優(yōu)選纏繞在另一線軸上。
鋸線以可在線鋸的鋸切過(guò)程中變化的有效速度運(yùn)動(dòng)。
鋸線優(yōu)選周期性地執(zhí)行前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)。
然而，也優(yōu)選使鋸線僅沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
工件優(yōu)選通過(guò)鋸切帶固定在工作臺(tái)上，并且從上方豎直地導(dǎo)入線排。
根據(jù)本發(fā)明，工作臺(tái)的向前進(jìn)給速率可以變化。其優(yōu)選地以工作臺(tái)位置的函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
鋸線的有效速度、即例如前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)的速度也可作為工作臺(tái)位置的函數(shù)進(jìn)行變化。
通過(guò)在線鋸的鋸切過(guò)程中作為向前進(jìn)給速率和工件橫截面的函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)鋸線的有效速度，本發(fā)明確保了鋸線的均勻磨損。
為此，為每個(gè)工作臺(tái)位置設(shè)定了最優(yōu)化的鋸線有效速度。
優(yōu)選的是，鋸線的有效速度與接合長(zhǎng)度和工作臺(tái)的向前進(jìn)給速率的乘積之間成比例關(guān)系。
優(yōu)選的是，鋸線的有效速度與接合長(zhǎng)度之間成比例關(guān)系。
如果鋸線的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)和后退運(yùn)動(dòng)被優(yōu)選，則通過(guò)設(shè)定作為工作臺(tái)位置的函數(shù)的鋸線運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)曲線和后退曲線來(lái)調(diào)節(jié)鋸線的有效速度。
下面將參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，首先介紹對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的鋸線的不均勻磨損現(xiàn)象進(jìn)行的研究。
鋸線運(yùn)動(dòng)優(yōu)選為周期性或交替的前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)，即，例如首先進(jìn)行300m的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)行240m的后退運(yùn)動(dòng)，也即每個(gè)周期有效地前進(jìn)大約60m。
在一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)，鋸線在時(shí)間間隔Δtv內(nèi)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)距離Δxv，隨即又在時(shí)間間隔Δtr內(nèi)后退運(yùn)動(dòng)距離Δxr。
因此，在Δtz＝Δtv+Δtr的周期時(shí)間內(nèi)，其覆蓋的距離為Δxz＝Δxv-Δxr(參見(jiàn)圖2)。
因此，其以有效速度運(yùn)動(dòng)，該有效速度為
該有效速度通過(guò)選擇相應(yīng)的向前和后退運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
工作臺(tái)向前進(jìn)給曲線優(yōu)選存儲(chǔ)在鋸切程序中。這通過(guò)設(shè)定作為工作臺(tái)位置y的函數(shù)的理想向前進(jìn)給速率而完成。
通過(guò)平均切割寬度D和鋸線掃過(guò)的工件區(qū)域給出侵蝕體積Z。對(duì)于圓柱狀的工件而言，例如給出的體積為(參考圖3) Z＝D*2πR2 對(duì)于給定的工作臺(tái)位置y而言，鋸線將覆蓋將被掃過(guò)的區(qū)域的一部分。這可由作為接合長(zhǎng)度的積分的工作臺(tái)位置的函數(shù)來(lái)表示。
所給出的相應(yīng)侵蝕體積為 對(duì)于侵蝕速率

、即作為工作臺(tái)位置的函數(shù)的單位時(shí)間的材料去除量而言，適用下式 鋸線的磨損優(yōu)選以鋸線磨蝕和相應(yīng)的直徑變化為特征。
對(duì)于鋸線位置x處的磨損a，適用下式
這里，f表示在工作臺(tái)位置處與磨損有關(guān)的所有因素。
a(x)保持為常量，即與x無(wú)關(guān)，從而導(dǎo)致了根據(jù)本發(fā)明的鋸線的均勻磨損。
作為鋸線的有效速度的條件，優(yōu)選適用下式
v有效∝f(y) 由此，可確定對(duì)應(yīng)于每個(gè)工作臺(tái)位置的最佳有效鋸線速度。
優(yōu)選采用以下過(guò)程來(lái)尋找最佳的有效鋸線速度以及確定相應(yīng)的前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)使鋸線部分上的鋸線的磨損與侵蝕體積成比例并且選擇有效鋸線速度來(lái)確定最佳有效鋸線速度，從而獲得以下關(guān)系
因此，優(yōu)選地，鋸線的有效速度與接合長(zhǎng)度和向前進(jìn)給速率的乘積之間成比例關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，在位置x處的鋸線的磨損與該鋸線位置處的接合時(shí)間成比例。由于工作臺(tái)向前進(jìn)給與鋸線位置相比僅僅非常緩慢地變化，因此，在鋸線位置前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)桿段的循環(huán)周期中，切口長(zhǎng)度的變化非常小。鋸線段在切口中前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間大致對(duì)應(yīng)于該鋸線位置所需的時(shí)間，從而以其有效速度覆蓋當(dāng)前的鋸切長(zhǎng)度
優(yōu)選地，鋸線有效速度與接合長(zhǎng)度之間成比例關(guān)系。對(duì)于恒定的向前進(jìn)給速率而言，這在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，采用了可變的向前進(jìn)給速率。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，力密度保持為常量磨損a(x)與力密度f(wàn)成比例，該力密度在時(shí)間t∝l/v有效內(nèi)作用于鋸線位置處。
在位置x處作用于鋸線上的作用力則取決于工作臺(tái)的向前進(jìn)給力Ft(y)以及瞬時(shí)接合長(zhǎng)度l(y) 對(duì)于磨損給出下式
作用力的測(cè)量以及鋸線的有效速度v有效的調(diào)節(jié)優(yōu)選作為測(cè)得的力和接合長(zhǎng)度的函數(shù)來(lái)完成 v有效∝Ft 根據(jù)本發(fā)明，為了調(diào)節(jié)鋸線的有效速度，優(yōu)選確定鋸線運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)曲線和后退曲線。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法將獲得更均勻的鋸線磨損。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，優(yōu)選通過(guò)使用漿料來(lái)切割晶片。
由于鋸線傳統(tǒng)地在其首次使用之前設(shè)有黃銅層，其結(jié)果是在經(jīng)過(guò)第一鋸切過(guò)程后，容納漿料的容器被銅原子污染，優(yōu)選地，為了進(jìn)行第二鋸切過(guò)程，利用盛有新鮮漿料的未被污染的漿料容器來(lái)替換被污染的漿料容器。在第二和隨后的鋸切過(guò)程中，由于黃銅層已被去除，因此不會(huì)發(fā)生第二漿料容器的污染。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于不均勻的鋸線磨損，這一點(diǎn)是不可能達(dá)到的。
因此，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)，鋸線可被使用數(shù)次并且防止了在接著第二次使用鋸線時(shí)將銅引入鋸切漿料中。
優(yōu)選地，鋸線經(jīng)由入口線軸展開(kāi)(送出)并圍繞著導(dǎo)向輥輸送，從而形成線排，并且最后纏繞在出口線軸上。入口線軸和出口線軸優(yōu)選在第二鋸切過(guò)程之前交換。
作為替換，優(yōu)選在第二鋸切過(guò)程中鋸線相對(duì)于第一鋸切過(guò)程沿另一方向有效地運(yùn)動(dòng)。因此，如果第一鋸切過(guò)程涉及鋸線的有效前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，則可變更對(duì)于第二和隨后的鋸切過(guò)程的前進(jìn)和/或后退運(yùn)動(dòng)曲線，從而導(dǎo)致鋸線的有效后退運(yùn)動(dòng)。



圖1表示根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法作為使用過(guò)的鋸線長(zhǎng)度的函數(shù)的鋸線直徑。
圖2以作為時(shí)間函數(shù)的鋸線位置的曲線示出了鋸線運(yùn)動(dòng)以及有效鋸線運(yùn)動(dòng)。
圖3示出了半徑R的晶片以及對(duì)于特定工作臺(tái)位置y的接合或插入長(zhǎng)度和侵蝕體積。
圖4示出了帶有鋸切帶的工件。
圖5示出了工作臺(tái)向前進(jìn)給曲線。
圖6示出了鋸線前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)。

具體實(shí)施例方式 圖1通過(guò)作為使用過(guò)的鋸線長(zhǎng)度的函數(shù)的鋸線直徑的變化示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法中的鋸線磨損。此外，還示出了對(duì)鋸線的有效速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的根據(jù)本發(fā)明的方法的鋸線磨損?？梢钥闯雠c現(xiàn)有技術(shù)之間的顯著差異。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以消除現(xiàn)有技術(shù)中所觀察到的不均勻鋸線磨損。
圖2以作為時(shí)間的函數(shù)的鋸線位置的曲線的形式示出了鋸線運(yùn)動(dòng)。從中可以看出鋸線前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)的曲線。此外，還示出了有效鋸線運(yùn)動(dòng)。作為時(shí)間的函數(shù)的有效鋸線運(yùn)動(dòng)或鋸線位置為一條嚴(yán)格單調(diào)遞增的直線。該直線的斜率對(duì)應(yīng)于在所觀察到的工作臺(tái)位置處的鋸線的有效速度。為了簡(jiǎn)化表示，未示出加速階段。
圖3示出了半徑為R的晶體塊。此外，還示出了從0變化到2R的工作臺(tái)位置。在當(dāng)前的工作臺(tái)位置y處，具有接合長(zhǎng)度1和被標(biāo)記的侵蝕體積z。從此處還可明顯看出，接合長(zhǎng)度1和侵蝕體積z為工作臺(tái)位置y的函數(shù)。作為工作臺(tái)位置以及工作臺(tái)向前進(jìn)給曲線的函數(shù)的接合長(zhǎng)度1對(duì)鋸線的磨損具有相當(dāng)大的影響。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過(guò)其前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)曲線(參考圖2)來(lái)調(diào)節(jié)鋸線的有效速度，從而可避免在現(xiàn)有技術(shù)中觀察到的鋸線磨損取決于鋸線位置(參考圖1)的現(xiàn)象，并且可以獲得與鋸線位置無(wú)關(guān)的恒定鋸線磨損。
圖4示出了在上部區(qū)域中與鋸切帶相連的直徑為150mm的晶體塊。
圖5示出了工作臺(tái)向前進(jìn)給曲線，即作為以mm為單位的工作臺(tái)位置的函數(shù)的以μm/min為單位的工作臺(tái)向前進(jìn)給速率，其適合用于根據(jù)本發(fā)明從具有直徑為150mm的晶體塊中切出晶片的方法中。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明作為工作臺(tái)位置的函數(shù)的周期性鋸線前進(jìn)運(yùn)動(dòng)和鋸線后退運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，對(duì)于圖5中的工作臺(tái)向前進(jìn)給曲線而言，需要在每向前進(jìn)給10mm時(shí)執(zhí)行30個(gè)循環(huán)，從而在晶片上形成均勻的溝槽圖案。
實(shí)例 直徑為150mm的晶體塊被固定在寬度為70mm的鋸切帶上(參考圖4)。
根據(jù)表1指定工作臺(tái)向前進(jìn)給曲線(在支承點(diǎn)之間進(jìn)行線性插值，并且也參考圖5)。
表1 對(duì)于該切割，可采用20km的鋸線，鋸線速度至多為12m/s并且在顛倒方向時(shí)加速度為3m/s2。圖6中所示的最優(yōu)化鋸線運(yùn)動(dòng)由表2中所示的鋸線程序產(chǎn)生，其中假設(shè)鋸線的磨損與侵蝕體積成比例并且要求每向前進(jìn)給10mm執(zhí)行30個(gè)循環(huán)。
表2
權(quán)利要求
1.一種用于從工件中切出多個(gè)晶片的方法，所述工件具有縱向軸線和橫截面，固定在工作臺(tái)上的所述工件通過(guò)在所述工作臺(tái)和線鋸的線排之間的垂直于工件的縱向軸線的方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以可變的向前進(jìn)給速率經(jīng)過(guò)所述線排而進(jìn)給，其中所述線排由以有效速度運(yùn)動(dòng)的鋸線所形成，所述鋸線的有效速度作為所述向前進(jìn)給速率和所述工件的橫截面的函數(shù)被調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致鋸線的均勻磨損。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋸線的有效速度作為進(jìn)入到所述工件中的鋸線的接合長(zhǎng)度的函數(shù)被設(shè)定。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋸線的有效速度被調(diào)節(jié)，從而使得所述鋸線的有效速度與接合長(zhǎng)度之間成比例關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋸線的有效速度被調(diào)節(jié)，從而使得所述鋸線的有效速度與工作臺(tái)的向前進(jìn)給速率和接合長(zhǎng)度的乘積之間成比例關(guān)系。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋸線的有效速度被調(diào)節(jié)，從而使得所述鋸線的有效速度與作用力之間成比例關(guān)系。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述鋸線在一鋸切過(guò)程結(jié)束后被用于另一鋸切過(guò)程。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述鋸線被使用數(shù)次。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述晶片通過(guò)使用漿料進(jìn)行切割。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述鋸線經(jīng)由入口線軸展開(kāi)并圍繞著導(dǎo)向輥輸送，從而形成線排，并且最后纏繞在出口線軸上，所述入口線軸和所述出口線軸在第二鋸切過(guò)程之前交換。
10.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述鋸線在所述第二鋸切過(guò)程中相對(duì)于第一鋸切過(guò)程沿另一方向有效運(yùn)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求9和10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述鋸線在首次使用前設(shè)有黃銅層，其結(jié)果是在經(jīng)過(guò)第一鋸切過(guò)程后，容納漿料的容器被銅原子污染，此外為了進(jìn)行第二鋸切過(guò)程，被污染的漿料容器由未被污染的漿料容器替換，并且在第二鋸切過(guò)程中不發(fā)生第二漿料容器的污染。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從工件中切出多個(gè)晶片的方法，所述工件具有縱向軸線和橫截面，固定在工作臺(tái)上的所述工件通過(guò)在所述工作臺(tái)和線鋸的線排之間的垂直于工件的縱向軸線的方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以可變的向前進(jìn)給速率經(jīng)過(guò)所述線排而進(jìn)給，其中所述線排由以有效速度運(yùn)動(dòng)的鋸線所形成，所述鋸線的有效速度作為所述向前進(jìn)給速率和所述工件的橫截面的函數(shù)被調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致鋸線的均勻磨損。
文檔編號(hào)B28D5/04GK101200102SQ20071017008
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者F·斯科夫高-澤倫森, M·曼克, T·克辛格 申請(qǐng)人:硅電子股份公司