CN109435085A - 一种钻石线切割半导体硅片的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻石线切割半导体硅片的工艺，采用钻石线设备对半导体硅片进行切割，在切割过程中，工作台下降速度为1.5‑2.5mm/min，钻石线切割线速为1100‑1400m/min，冷却液流量调节为80‑100L/min，冷却液温度为23‑28℃，钢线单片供线量为0.4‑1.5m/片。本发明所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，具有单位公斤出片数提升、产能扩大大等优势，可有效降低现有半导体切磨片、抛光片成本，为大尺寸抛光片产品降本计划奠定有力基础。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，尤其是涉及一种半导体硅片的切割方式，具体来说，是一种钻石线切割半导体硅片的工艺。
背景技术
据《2017年我国晶圆行业市场现状及发展趋势分析》报道，由于现阶段客户端购置国外原材料产品成本较高，半导体行业已经初步走入由国外→国内转型购置计划，2017年硅片产能增加有限，产生3％～4％的供求缺口；2018年预计产生6％左右供求缺口。由此，供求转型缺口持续扩大，国内半导体晶圆材料市场有着良好发展趋势。钻石线切割技术因其高产能、降成本、环境友好的特点，已经在太阳能领域实现产业化。国内已大规模开展太阳能金刚线切割，此技术切割方式已成未来国内半导体产品降本主流技术手段。而半导体硅片切割采用传统的砂线切割技术，存在着产能低、成本高等问题，急需钻石线技术在半导体领域的开发和创新。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种钻石线切割半导体硅片的工艺，以克服现有技术的缺陷，具有单位公斤出片数提升、产能扩大大等优势，可有效降低现有半导体切磨片、抛光片成本，为大尺寸抛光片产品降本计划奠定有力基础。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种钻石线切割半导体硅片的工艺，采用钻石线设备对半导体硅片进行切割，在切割过程中，工作台下降速度为1.5-2.5mm/min，钻石线切割线速为1100-1400m/min，冷却液流量调节为80-100L/min，冷却液温度为23-28℃，钢线单片供线量为0.4-1.5m/片。
优选的，钻石线设备为NTC PV系列，可以加工直径为75-160mm的半导体单晶硅棒，加工长度为100-700mm。
优选的，半导体硅片的翘曲度小于30μm。
优选的，钻石线线拱小于5mm。
优选的，钻石线切割半导体硅片的工艺包括以下步骤：
(1)将半导体用硅单晶用无水乙醇将表面擦拭干净，并将单晶粘到树脂板上，然后再将树脂板粘在料座上，并在室温条件下固化5小时以上，优选为5-24小时；
(2)将固化完毕粘有单晶的料座装到多线切割机上，准备进行工艺参数调节；
(3)将工作台下降速度调节为中心点下降速度1.5-2.5mm/min，保证钻石线线拱小于5mm；
(4)将钻石线切割入刀线速调节为1100-1400m/min，保证入刀切割过程中不会发生弯曲异常；
(5)将出刀冷却液流量调节为80-100L/min，保证出刀时不会因为流量冲击造成异常裂片；
(6)将冷却液温度调节为23-28℃；
(7)将钢线单片供线量调节为0.4-1.5m/片，保证切割后的硅片整体几何参数无异常；
(8)工艺调节完毕，开始运行多线切割机进行单晶切割过程。
调节工作台下降速度，保证在线切割的过程中切割速度保证一定的趋势，特别是入刀速度及出刀速度，如果切割速度不适宜将造成硅片表面严重线痕，工作台下降速度为1.5-2.5mm/min，可保证入刀速度稳定。调节钻石线切割线速，保证钢线速度能匹配工作台下降速度，此项参数不适宜会造成切割过程中断线卷线。钻石线切割线速为1100-1400m/min，可以保证切割过程中不会发生断线异常。若线速过低，切割时线拱太大，造成翘曲度较大；若线速过高，入刀时会导致线震造成弯曲度较大，且切割至中心点位置时有断线风险。冷却液供给包含冷却液流量，冷却液流量过大会造成切割过程中裂片，流量过小硅片表面会产生线痕。冷却液流量调节为80-100L/min，可以保证切割过程中不会产生裂片异常。冷却液供给包含冷却液温度，冷却液温度过高切割过程中热量不易带出，将有断线风险，温度过低将影响槽轮微形变，造成硅片几何参数不良。钢线供线量要是计算单片的耗线量，单片耗线量过大时单片成本较高，导致利润偏低，单片耗线量过小，切割过程中有断线及几何参数不良等风险。钢线单片供线量为0.4-1.5m/片，可以保证切割后的硅片几何参数无异常。
优选的，所述工作台下降速度为1.53mm/min，钻石线切割线速为1200m/min，冷却液流量调节为95L/min，冷却液温度为24℃，钢线单片供线量为0.63m/片。
优选的，还包括在切割之后对硅片表面进行清洁处理的步骤。
优选的，切割之后对硅片表面进行清洁处理的方法包括以下步骤：
S1:切割完毕后，卸载料座，用纯水将表面的硅粉冷却液混合物冲洗干净；
S2:将冲洗干净的硅片进行去胶处理，去胶后的硅片放在清洗液中进行表面洁净处理。
优选的，步骤S1中，用2兆欧的纯水将表面的硅粉冷却液混合物冲洗干净；步骤S2中，将冲洗干净的硅片放在釜川超声波自动脱胶机上进行去胶，去胶完毕后的硅片放在碱性清洗液中进行表面洁净处理。
优选的，碱性清洗液为氢氧化钠和氢氧化钾按质量比1：2的混合液。
相对于现有技术，本发明所述的一种钻石线切割半导体硅片的工艺具有以下优势：
1、切割速度快，切割时间可提升约70％。
2、切割过程中对环境危害较小，传统的砂线切割模式需要使用砂浆(切削液及碳化硅的混合物)，使用后的砂浆处理工程较为复杂，而钻石线切割无需砂浆，它的工作原理是使用带有金刚砂的钢线与硅单晶磨削切割，不会产生对环境不利的废料。
3、较之切割太阳能硅片，其几何参数优势明显(例如翘曲度warp，太阳能产品warp均值小于50μm、半导体产品warp均值小于30μm)。
4、可有效取代现有小尺寸产品砂线加工方式，具有单位公斤出片数提升、产能扩大等优势，可降低现有半导体切磨片、抛光片成本，为大尺寸抛光片产品降本计划奠定有力基础。
附图说明
图1为传统砂线切割半导体模式图；
图2为本发明钻石线切割半导体硅片模式图；
图3为传统砂线及本发明钻石线切割半导体几何参数对比图；
图4为传统砂线及钻石线切割半导体产能及成本对比图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
一种钻石线切割半导体硅片的工艺，具体工艺流程如下：
(1)取一颗6英寸半导体用硅单晶(单晶为圆柱形，长度约650mm，直径150.7mm)用无水乙醇将表面擦拭干净，取日本粘棒胶(固化剂A和粘接剂B胶比例为2:1)将单晶粘到树脂板上，然后再用上述混合的粘棒胶将树脂板粘在料座上，并在室温条件下固化6个小时；
(2)将固化完毕粘有单晶的料座装到PV500型号的多线切割机上，待进行工艺参数调节；
(3)将工作台下降速度调节为中心点下降速度1.53mm/min，保证钻石线线拱小于5mm；
(4)将钻石线切割入刀线速调节为1200m/min，保证入刀切割过程中不会发生弯曲异常；
(5)将出刀冷却液流量调节为95L/min，保证出刀时不会因为流量冲击造成异常裂片；
(6)将冷却液温度调节为24℃；
(7)将钢线单片供线量调节为0.63m/片，保证切割后的硅片整体几何参数无异常；
(8)工艺调节完毕，开始运行PV500设备进行单晶切割过程；
(9)切割完毕后，用下料车将带有硅片的料座卸下，用2兆欧的纯水将表面的硅粉冷却液混合物冲洗干净；
(10)把冲洗干净的硅片放在自动脱机上进行去胶(将硅片从料座上剥离下来)，去胶完毕的硅片放在清洗液(碱性清洗液，NaOH与KOH按质量比1：2的混合物)中进行表面洁净处理；
(11)取硅片100片用ADE7200设备进行几何参数测试，汇总切割产品的品质情况。
如图4，采用该工艺与传统砂线工艺相比，单片成本可降低0.41元，产能可提升3.65倍。如图3，采用该工艺加工的半导体产品的主要几何参数(翘曲度warp，几何参数标准：warp≤25μm)与传统砂线加工方式作对比，可发现两者区别较小，但是采用此工艺的加工方式能缩短切割时间，提高生产效率：以6英寸为例：砂线切割时间10±1小时，钻石线切割时间3±1小时)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻石线切割半导体硅片的工艺，采用钻石线设备对半导体硅片进行切割，其特征在于：在切割过程中，工作台下降速度为1.5-2.5mm/min，钻石线切割线速为1100-1400m/min，冷却液流量调节为80-100L/min，冷却液温度为23-28℃，钢线单片供线量为0.4-1.5m/片。
2.根据权利要求1所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：钻石线设备为NTC PV系列。
3.根据权利要求1所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：半导体硅片的翘曲度小于30μm。
4.根据权利要求1所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：钻石线线拱小于5mm。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将半导体用硅单晶用无水乙醇将表面擦拭干净，并将单晶粘到树脂板上，然后再将树脂板粘在料座上，并在室温条件下固化5-24小时；
(2)将固化完毕粘有单晶的料座装到多线切割机上，准备进行工艺参数调节；
(3)将工作台下降速度调节为中心点下降速度1.5-2.5mm/min，保证钻石线线拱小于5mm；
(4)将钻石线切割入刀线速调节为1100-1400m/min，保证入刀切割过程中不会发生弯曲异常；
(5)将出刀冷却液流量调节为80-100L/min，保证出刀时不会因为流量冲击造成异常裂片；
(6)将冷却液温度调节为23-28℃；
(7)将钢线单片供线量调节为0.4-1.5m/片，保证切割后的硅片整体几何参数无异常；
(8)工艺调节完毕，开始运行多线切割机进行单晶切割过程。
6.根据权利要求5所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：所述工作台下降速度为1.53mm/min，钻石线切割线速为1200m/min，冷却液流量调节为95L/min，冷却液温度为24℃，钢线单片供线量为0.63m/片。
7.根据权利要求5所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：还包括在切割之后对硅片表面进行清洁处理的步骤。
8.根据权利要求7所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：切割之后对硅片表面进行清洁处理的方法包括以下步骤：
S1:切割完毕后，卸载料座，用纯水将表面的硅粉冷却液混合物冲洗干净；
S2:将冲洗干净的硅片进行去胶处理，去胶后的硅片放在清洗液中进行表面洁净处理。
9.根据权利要求8所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：步骤S1中，用2兆欧的纯水将表面的硅粉冷却液混合物冲洗干净；步骤S2中，将冲洗干净的硅片放在釜川超声波自动脱胶机上进行去胶，去胶完毕后的硅片放在碱性清洗液中进行表面洁净处理。
10.根据权利要求8所述的钻石线切割半导体硅片的工艺，其特征在于：碱性清洗液为氢氧化钠和氢氧化钾按质量比1:2的混合液。
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