CN101618519B - 硅片线切割方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅片线切割方法及其装置，通过一根钢丝来回顺序缠绕2或4个开有线槽的导轮而形成钢丝线网，对硅单晶棒进行磨削加工。利用钢丝在切割过程中的磨损而直径变小的原理，对所缠绕在导轮上的钢丝线网，采用自钢丝缠绕导轮开始，按顺序逐渐加密的方法，对硅单晶棒进行磨削加工，为此，将导轮的开槽槽距改为不相等的开槽槽距，该不相等的开槽槽距是自钢线缠绕导轮开始，沿导轮的长度方向上依次减小，从而使钢丝线网的逐渐加密量补偿因钢线磨损后的直径减小而导致被切割硅片厚度的增加量，将该硅单晶棒一刀一次切割成数百个厚度完全相同的硅片，在与现有导轮开槽长度相同的条件下，相应的增加切割硅片的数量，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅单晶棒切片工艺，尤其是采用线切割***来加工硅切片的硅片线切割方法及其装置。
背景技术
目前，对小直径硅单晶棒大多仍采用内圆切片机进行切割加工，它的刀刃是镶嵌在圆形金属薄基片的内圆周上，刀片的外圆固定在旋转轴上。它与早期采用的外圆刀刃式切片机相比，它可以使用更加薄的刀刃(视所需加工的直径大小不同而选用相适应的刀头和刀片，例如切割直径200mm硅单晶棒需使用34in刀头，其刀刃厚度约为380μm，刀的金属基片厚度不到200μm)，故可采用比较小的切割耗量、较小的加工余量和较高的精度切出更薄的晶片。
随着IC工艺、技术的不断发展，为了提高硅切片的加工精度和减少切口材料的损耗及提高生产效率，目前，在直径大于100mm的硅切片加工中，尤其是在对直径大于200mm以上的硅单晶棒切片加工中，已广泛采用线切割***来加工硅切片。
线切割技术是指在线切割装置上采用通过一根钢线(典型的为120μm)，顺序缠绕2或4个导轮而形成的“钢丝线网”(导轮上刻有精密的线槽)，单晶棒两侧的砂浆喷嘴将砂浆切削液喷在“钢丝线网”上，导轮的旋转驱动“钢丝线网”将砂浆带到单晶棒里，钢丝将研磨砂紧压在单晶棒的表面上进行研磨式的切割，单晶棒同时慢速地往下运动被推过“钢丝线网”，经过几个小时的磨削切割加工，可使这根硅单晶棒一刀一次被切割成许多相同厚度的硅片。
如图1、图2和图3所示，线切割装置主要包括刻有线槽的导轮1，缠绕在导轮1上的钢丝线网2，承载硅单晶棒5的工作台3，砂浆喷嘴4。
采用线切割技术进行切片加工其生产效率高、切缝损耗小、表面损伤小、表面加工精度高(翘曲度可达到Warp＜10μm)，故更适合大直径硅单晶的切片加工。
以加工直径200mm硅单晶为例，切片厚度为800μm，每公斤单晶出片约为13.4片，其切割成本每片约为$1.51美元，线切割机的产量约是内圆切割机的5倍以上，线切割机的切割运行成本将可低于内圆切割机运行成本的20％以上。
但是，上述线切割方法中，线切割***的所述导轮上刻有的线槽是均匀分布的，这就决定了该导轮上所缠绕的钢丝线网也是均匀分布的，钢丝的间距是固定不变的。
这样，在硅片线切割过程中，由于钢线在不断的磨损，使钢线的直径逐渐变小，一般一次一刀切割完成一根硅单晶棒后，钢线直径至少要减少20μm。由于钢线直径的减小，其切缝的损耗变小，少切的部分就加在了切片的厚度上，相对于切片来说，切片的厚度也就必然随钢丝直径的逐渐变小而逐渐增加，因切缝变小使该节省的材料并未得到利用，而是浪费到了切片的厚度上，并致使一刀一次切割成的每片切片的厚度不相同，而存在较大的厚度偏差。
因此，在加工方法和装置上需要改进。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种改进的硅片线切割方法及其装置，确保将硅单晶棒一刀一次被切割成数个厚度完全相同的硅片，提高切片数量，增加经济效益。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种硅片线切割方法，通过一根钢线来回顺序缠绕2或4个开有线槽的导轮而形成钢丝线网，对硅单晶棒进行切割，其特征在于：利用钢丝在切割过程中的磨损而直径变小的原理，对所述缠绕在导轮上的钢丝线网，采用自钢线缠绕导轮开始，按顺序逐渐加密的方法，对硅单晶棒进行切割，使该钢丝线网的逐渐加密量补偿因钢线磨损后的直径减小而导致被切割硅片厚度的增加量，从而将该硅单晶棒一刀一次切割成数百个厚度完全相同的硅片，在与现有导轮开槽长度相同的条件下，相应地增加切割硅片的数量。
一种实施上述硅片线切割方法的装置，包括开有线槽的导轮，缠绕在导轮上的钢丝线网，其特征在于：所述导轮上的开槽槽距为不相等的开槽槽距，该不相等的开槽槽距是自钢线缠绕导轮开始，沿导轮的长度方向上依次减小。其中：
所述导轮上的开槽槽距不相等，是沿导轮长度方向上，自钢线绕在导轮上的第一个线槽开始，相邻两个线槽的开槽槽距依次减小，该减小的槽距与钢线经其前一线槽磨损后的直径大小相适应。或者，
所述导轮上的开槽槽距不相等，是沿导轮长度方向上，分段设置不相等的开槽槽距，其分段数量为两段以上，在每一段上有数个开槽槽距相等的线槽，而相邻两段上的开槽槽距，自钢线绕在导轮上的第一段开始依次减小，每段减小的开槽槽距与钢线经其前一段磨损后的直径大小相适应。
所述导轮上的开槽槽距不相等，是沿导轮长度方向上，分3段不相等的开槽槽距，在相邻两段上的开槽槽距，自钢线绕在导轮上的第一段开始依次减小，在每一段上有数个开槽槽距相等的线槽。
所述导轮上的开槽槽距不相等，是沿导轮长度方向上，分8段不相等的开槽槽距，在相邻两段上的开槽槽距，自钢线绕在导轮(1)上的第1段开始依次减小，在每一段上有数个开槽槽距相等的线槽。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明一种硅片线切割方法及其装置，由于对缠绕在导轮上的钢丝线网采用逐渐加密的方法，将导轮上的线槽改为不相等的开槽槽距，该开槽槽距沿导轮长度方向上依次减小，使在导轮开槽长度相同的条件下，由于开槽槽距的减小，便增加了线槽的数量，缠绕在导轮上的钢丝线网密度也随之而增加，采用这种加密的钢丝线网实施线切割，显然比现有技术增加了切割硅片的数量，在提高产量的同时也增加了经济效益。由于对导轮上开槽槽距的改进，使逐渐减小的槽距与钢线的磨损量相适应，也就是说使钢丝线网的加密量补偿了因钢线磨损后的直径减小而导致被切割硅片厚度的增加量，不但可以提高切片数量，增加经济效益，还可提高切片质量，使硅单晶棒一刀一次被切割成数个厚度完全相同的硅片。
例如，使用本申请人现有的2台瑞士MEYER BURGER DS265型线切割机，由于导轮的硅片切割槽距改进后，槽距分3段依次减小，一刀一次每台机器可多切6片，每片按58元计算，每月多切硅片数为1080片，可增加总收益62640元。
使用本申请人现有的12台瑞士MEYER BURGER DS264型线切割机，导轮槽距分8段依次减小，一刀一次每台机器可多切26片，每片按58元计算，每月多切硅片数为28080片，可增加总收益1628640元。
总之，本发明硅片线切割方法及其装置，对导轮开槽槽距的改进，由原来的等槽距改为不相等的槽距，沿导轮长度方向上依次减小，使线槽增加，相应地使绕在导轮上的钢丝线网加密，采用这种钢丝线网加密的方法及其装置，对硅单晶棒进行线切割，与现有技术相比明显提高了切片数量和质量，经济效益十分显著。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
附图说明
图1是现有技术钢丝网切割硅单晶棒示意图；
图2是现有技术硅片切割装置切割前示意图；
图3是现有技术硅片切割装置切割后示意图；
图4是本发明硅片切割导轮槽距改进的一实施例示意图；
图5是本发明硅片切割导轮槽距改进的另一实施例示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明一种硅片线切割方法，是通过一根钢线来回顺序缠绕2或4个开有线槽的导轮1而形成钢丝线网2，对硅单晶棒5进行磨削加工，本发明的主要特点是利用钢线在切割过程中的磨损而直径变小的原理，对所述缠绕在导轮1上的钢丝线网2，采用自钢线缠绕导轮开始，按顺序逐渐加密的方法，对硅单晶棒5进行磨削加工，使该钢丝线网2的逐渐加密量补偿因钢线磨损后的直径减小而导致被切割硅片厚度的增加量，从而将该硅单晶棒一刀一次切割成数百个厚度完全相同的硅片，在与现有导轮开槽长度相同的条件下，相应地增加切割硅片的数量。
本发明一种实施上述硅片线切割方法的装置，是在如图2和图3所示装置的基础上，主要对其导轮进行了改进，使之适应钢丝线网加密的要求。该装置主要包括开有线槽的导轮1，缠绕在导轮1上的钢丝线网2，该导轮1上开槽槽距原来是等距离的，本发明的主要特征是将所述导轮1上的开槽槽距改为不相等的开槽槽距，该不相等的开槽槽距是自钢丝缠绕导轮开始，沿导轮的长度方向上依次减小，从而使缠绕在该导轮线槽上的钢丝线网呈逐渐加密状。对导轮上不相等的开槽槽距有以下两种实施方式：
第一种实施方式，所述导轮1上不相等的开槽槽距，是沿导轮长度方向上，自钢线绕在导轮1上的第一个线槽开始，相邻两线槽的开槽槽距依次减小，该减小的槽距与钢线经其前一线槽磨损后的直径相适应。
第二种实施方式，所述导轮1上不相等的开槽槽距，是沿导轮长度方向上分段设置不相等的开槽槽距，其分段数量为两段以上，在每一段上有数个开槽槽距相等的线槽，而相邻两段上的开槽槽距自钢线绕在导轮1上的第一段开始依次减小，每段减小的开槽槽距与钢线经其前一段磨损后的直径大小相适应。该第二种实施方式是本发明优选的技术方案。
在第二种实施方式中，在导轮上分段设置不相等的开槽槽距，还有如下两个具体实施例，以更进一步说明硅片线切割装置中对导轮槽距的改进和有益效果。
实施例一
如图4所示，所述导轮1上的开槽槽距不相等，是沿导轮长度方向上，分3段不相等的开槽槽距，在相邻两段上的开槽槽距，自钢线绕在导轮1上的第一段开始依次减小，在每一段上有数个开槽槽距相等的线槽。如图4所示，在导轮1的长度方 向上，按开槽长度L1分为3段不相等的开槽槽距，即第一段A的开槽槽距＞第二段B的开槽槽距＞第三段C的开槽槽距。第1段A、第2段B、第3段C上的开槽槽距分别相等。
本申请人根据上述技术特征，在如下型号的硅片线切割装置上进行了改进：
A.现有瑞士MEYER BURGER DS265型机导轮槽距结构：
开槽长度L1＝310mm，总槽数925个，开槽槽距0.335mm。
B.经改进增加槽距数量
使用瑞士MEYER BURGER DS265型机，在开槽长度L1＝310mm的条件下，开槽方法分3段开槽，各段上开槽的槽距分别相等，第1段A开槽槽距为0.335mm，第2段B开槽槽距为0.333mm，第3段C开槽槽距为0.33mm。由于开槽槽距分3段依次减小，使总线槽数增加到932个，增加槽距数6个，因而增加切片数量6片。切片厚度偏差相应减小。
C.经济效益
使用一台瑞士MEYER BURGER DS265型线切割机，一刀一次切割硅片的数量多出了硅片6片，多出一片增加效益58元，即一刀一次增加效益348元，每月可增加效益至少为31320元。
按本申请人现有的两台瑞士MEYER BURGER DS265型线切割机计算，每月可多切出1080片，每月增加总收益62640元。
实施例二
如图5所示，所述导轮1上的开槽槽距不相等，是沿导轮长度方向上，分8段不相等的开槽槽距，在相邻两段上的开槽槽距，自钢线绕在导轮1上的第1段开始依次减小，在每一段上有数个开槽槽距相等的线槽。
本申请人根据上述技术特征，在如下型号的硅片线切割装置上进行了改进：
A.现有瑞士MEYER BURGER DS264型机导轮槽距结构：
开槽长度L2＝820mm，总槽数2448个，开槽槽距0.335mm。
B.经改进增加槽距数量：
使用瑞士MEYER BURGER DS264型机，在开槽长度L2＝820mm的条件下，参阅图5，开槽方法分8段开槽，各段开槽的槽距分别相等，第1段A开槽槽距为0.335mm，第2段B开槽槽距为0.334mm，第3段C开槽槽距为0.333mm，第4段D开槽槽距为0.332mm，第5段E开槽槽距为0.331mm，第6段F开槽槽距为0.33mm，第7段G开槽槽距为0.329mm，第8段H开 槽槽距为0.328mm。由于开槽槽距分8段依次减小，使总线槽数增加到2475个，增加槽距数26个，因而增加切片数量26片。切片厚度偏差相应减小。
C.经济效益
使用一台瑞士MEYER BURGER DS264型线切割机，一刀一次切割硅片的数量多出了硅片26片，多出一片增加效益58元，即一刀一次增加效益1508元，每月可增加收益至少135720元。
按本申请人现有的12台瑞士MEYER BURGER DS264型机计算，每月多切硅片数28080片，每月增加总收益为1628640元。
总而言之，上述本发明硅片切割方法及其装置，对导轮开槽槽距的结构，经过改进后，利用钢线在切割过程中的磨损而直径变小的原理，由现有技术导轮上的均匀分布的等距离的槽距，改为不均匀分布的不相等的开槽槽距，该开槽槽距在导轮的长度方向上依次减小，使线槽增加，相应地使缠绕在导轮上的钢丝线网加密，采用这种钢丝线网逐渐加密的方法及其装置，对硅单晶棒进行线切割，有效地提高了切片的数量和质量，使经济效益显著提高。
Claims (2)
1.一种硅片线切割装置，包括开有线槽的导轮(1)，缠绕在导轮(1)上的钢丝线网(2)，通过一根钢线来回顺序缠绕2或4个开有线槽的导轮而形成钢丝线网，其特征在于：所述导轮(1)上的开槽槽距不相等，是沿导轮长度方向上，分段设置不相等的开槽槽距，其分段数量为3段或8段，在每一段上有数个开槽槽距相等的线槽，而相邻两段上的开槽槽距，自钢线绕在导轮(1)上的第一段开始依次减小，每段减小的开槽槽距与钢线经其前一段磨损后的直径大小相适应。
2.一种使用权利要求1所述装置的硅片线切割方法，通过一根钢线来回顺序缠绕2或4个开有线槽的导轮而形成钢丝线网，对硅单晶棒进行切割，其特征在于：利用钢线在切割过程中的磨损而直径变小的原理，对所述缠绕在导轮上的钢丝线网，采用自钢线缠绕导轮开始，按顺序逐渐加密的方法，对硅单晶棒进行切割，使该钢丝线网的逐渐加密量补偿因钢线磨损后的直径减小而导致被切割硅片厚度的增加量，从而将该硅单晶棒一刀一次切割成数百个厚度完全相同的硅片，在与现有导轮开槽长度相同的条件下，相应地增加切割硅片的数量。
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