TWI571923B - 晶錠切割裝置 - Google Patents

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Description

晶錠切割裝置
本發明是有關於一種晶錠切割裝置，且特別是有關於一種具有輔助滾輪的晶錠切割裝置及其方法。
晶錠切割裝置主要是以線鋸(wire saw)切割晶錠，以將晶錠切成多個薄片狀的晶圓。線鋸在兩個以適當間隔設置的滾輪上纏繞多圈而達成複線式線鋸切割，在切割晶錠的過程中，線鋸受到晶錠下壓力而抵銷線鋸的切削力後，使得線鋸彎曲的現象稱為弓形(bow size)。當弓形因晶錠下壓而變大時，線鋸的切削力被減弱而明顯不足，因而影響到切片(例如晶圓)的品質。因此，如何在不變更既有切割裝置的情況下，減少弓形並增加線鋸的切削力，以提高切片的品質，實為當前所要解決的課題。
本發明係有關於一種晶錠切割裝置及其方法，藉由輔助滾輪減少弓形並增加線鋸的切削力，以提高切片的品質。
根據本發明之一方面，提出一種晶錠切割裝置，包括一第一主滾輪、一第二主滾輪、一線鋸以及一第一輔助滾輪。第一主滾輪與第二主滾輪由一馬達系統驅動而轉動。線鋸由第一 主滾輪與第二主滾輪所驅動。第一輔助滾輪位於第一主滾輪與第二主滾輪之間，且第一輔助滾輪之一側於一水平方向上支撐線鋸。第一輔助滾輪於待切割之一晶錠接觸線鋸前位於一第一垂直位置，使線鋸於水平方向上由第一輔助滾輪的一溝槽所限制。第一輔助滾輪於待切割之晶錠接觸線鋸後，因線鋸的帶動而移到一第二垂直位置，第一垂直位置高於第二垂直位置。
根據本發明之一方面，提出一種晶錠切割方法，包括下列步驟。設置一第一輔助滾輪於一第一主滾輪與一第二主滾輪之間，且第一輔助滾輪之一側支撐一線鋸於一水平方向上。驅動第一主滾輪與第二主滾輪轉動，且線鋸由第一主滾輪與第二主滾輪所驅動。第一輔助滾輪於待切割之一晶錠接觸線鋸前位於一第一垂直位置，使線鋸於水平方向上由第一輔助滾輪上的一溝槽所限制。第一輔助滾輪於待切割之晶錠接觸線鋸後，因線鋸的帶動而移到一第二垂直位置，第一垂直位置高於第二垂直位置。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
10、20‧‧‧晶錠
100、200‧‧‧晶錠切割裝置
110、210‧‧‧第一主滾輪
120、220‧‧‧第二主滾輪
130、230‧‧‧線鋸
140、150、240‧‧‧輔助滾輪
160、170‧‧‧可壓縮式軸承基座
161、171‧‧‧彈簧
X‧‧‧水平方向
Y‧‧‧垂直方向
H1‧‧‧第一垂直位置
H2‧‧‧第二垂直位置
ΔH‧‧‧高度差
A、B、C、D‧‧‧中點
第1至3圖分別繪示依照本發明一實施例之晶錠切割裝置的示意圖。
第4圖繪示用以夾持輔助滾輪的可壓縮式軸承基座。
第5及6圖繪示依照本發明一實施例之晶錠切割裝置的示意 圖。
在本實施例之一範例中，提出一種晶錠切割裝置，以將晶錠切成多個薄片狀的晶圓。晶錠例如為藍寶石、矽等半導體基材或銅、鍺、鋁等金屬原料。在切割晶錠的過程中，線鋸的切削力與切削時線鋸的張力、線速以及主滾輪之間的軸間距有關。主滾輪之間的軸間距與弓形大小有關，當線鋸未受到晶錠下壓時，線鋸受到主滾輪驅動而支撐於主滾輪之間的一水平位置上，而當線鋸受到晶錠下壓後，線鋸由水平位置往下位移至一受壓位置時，線鋸與晶錠接觸的地方凹陷而使得線鋸反應出弓形。為了減少弓形大小，習知的晶錠切割裝置藉由縮小主滾輪之間的軸間距，來達到減少弓形產生的結果。然而，縮小主滾輪之間的軸間距，需購置新的機台或新的製程設備，無形中增加製程的成本。
在本發明的一實施例中，可在既有晶錠切割裝置中增加一個輔助滾輪或增加一對輔助滾輪，以避免線鋸的切削力受到弓形的影響而被減弱。也就是說，當線鋸受到晶錠下壓後，線鋸受到輔助滾輪的支撐，以控制弓形大小，同時又能增加線鋸的切削力。因此，本實施例在不變更既有切割裝置的軸間距情況下，亦可達到減少弓形並增加線鋸的切削力的雙重效果，同時提高切片的品質。
以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作 為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
第一實施例
請參照第1至3圖，其分別繪示依照本發明一實施例之晶錠切割裝置100的示意圖。晶錠切割裝置100包括一第一主滾輪110、一第二主滾輪120、一線鋸130以及二輔助滾輪140/150(即第一輔助滾輪140以及第二輔助滾輪150)。第一主滾輪110與第二主滾輪120由一馬達系統(圖中未繪示)驅動而轉動，而線鋸130由第一主滾輪110與第二主滾輪120所驅動。第一輔助滾輪140與第二輔助滾輪150由線鋸130所驅動。輔助滾輪140/150位於第一主滾輪110與第二主滾輪120之間，且輔助滾輪140/150並未接到馬達系統，而由線鋸130之帶動而轉動。為了方便說明，下文提到的輔助滾輪140/150可為第一輔助滾輪140及/或第二輔助滾輪150。
本實施例之晶錠切割裝置100可為鑽石線鋸切割機，主要是以鑽石線鋸130進行切片作業如第1圖，晶錠10配置於線鋸130的上方，而線鋸130纏繞在第一主滾輪110與第二主滾輪120上，並維持線鋸130的高張力，且線鋸130在第一主滾輪110與第二主滾輪120的驅動下以高速迴圈往返移動。
如第1圖，輔助滾輪140/150之一側支撐線鋸130於一水平方向X上。由線鋸130行進路徑來看，線鋸130位於第一主滾輪110與第二主滾輪120之間。此外，線鋸130通過第一主滾輪110與第二主滾輪120之間的行徑方向大致上與水平方向 X平行。
在第1圖中，輔助滾輪140/150乃位於比其正常工作位置不同的第一垂直位置H1，以確保線鋸130於水平方向X上由輔助滾輪140/150上的一溝槽(未繪示)所限制，而避免跳線或疊線，在此實施例中，第一垂直位置H1比正常工作位置在垂直方向上更高。在一實施例中，當線鋸130有N條(例如200~300條)時，輔助滾輪140/150上對應有N個溝槽，以使各線鋸130位於相對應的溝槽中。
如第1圖，當輔助滾輪140/150在第一垂直位置H1時，輔助滾輪140/150與二主滾輪110/120之間分別具有高度差ΔH，亦即，通過輔助滾輪140/150的最高點的一水平略高於通過第一主滾輪110的最高點或第二主滾輪120的最高點的一水平。如第4圖所示，本實施例透過可壓縮式軸承基座160/170提供的一預彈力，以使輔助滾輪140/150於待切割之晶錠10接觸線鋸130前可位於第一垂直位置H1。
請參照第4圖，輔助滾輪140/150的兩端設有一對用以夾持輔助滾輪140/150的可壓縮式軸承基座160/170，且各個可壓縮式軸承基座160/170內設有一對彈簧161/171。輔助滾輪140/150可以彈簧161/171提供的預彈力調整高度，例如：在第2圖中，當晶錠10下壓線鋸130時，輔助滾輪140/150因線鋸130的帶動而移到一第二垂直位置H2。第一垂直位置H1高於第二垂直位置H2。第一垂直位置H1為輔助滾輪140/150的起始位置， 而第二垂直位置H2為輔助滾輪140/150被下壓時的工作位置。第一垂直位置H1與第二垂直位置H2的高度差等於或小於ΔH，ΔH例如設定在2釐米(mm)左右。因此，輔助滾輪140/150位於第二垂直位置H2時，通過輔助滾輪140/150的最高點的一水平幾乎等於或略高於通過第一主滾輪110的最高點或第二主滾輪120的最高點的一水平。
如第2圖，當晶錠10下壓而接觸線鋸130後，晶錠10的下壓力抵銷彈簧的預彈力，以使輔助滾輪140/150被線鋸130帶動而移到第二垂直位置H2。此時，線鋸130開始切割晶錠10。在本實施例中，當線鋸130切割晶錠10時，線鋸130受到輔助滾輪140/150的支撐以縮小軸間距，且第一輔助滾輪140與第二輔助滾輪150在水平方向X上分別位於晶錠10之兩側，以控制弓形大小，同時又能增加線鋸130的切削力。
輔助滾輪140/150由第一垂直位置H1移到第二垂直位置H2時，第一主滾輪110與第二主滾輪120在垂直方向Y上的位置不變，以維持系統的穩定性。
如第2圖，第一主滾輪110的直徑與該第二主滾輪120的直徑大於二輔助滾輪140/150的直徑，且二輔助滾輪140/150位於第一主滾輪110與第二主滾輪120之間。因此，第一主滾輪110與第二主滾輪120之間的軸間距(中點A至中點B的距離)大於二輔助滾輪140/150之間的軸間距(中點C至中點D的距離)。由於線鋸130受到輔助滾輪140/150的支撐，因此線 鋸130只有在二輔助滾輪140/150之間才會有弓形，且由於二輔助滾輪140/150之間的軸間距明顯小於第一主滾輪110與第二主滾輪120之間的軸間距，因此減少弓形並增加線鋸130的切削力。
第一主滾輪110與第二主滾輪120之間的軸間距例如660釐米左右，而二輔助滾輪140/150之間的軸間距例如200釐米左右或更小。當輔助滾輪140/150的直徑縮小時，輔助滾輪140/150支撐的效果越好，以減少弓形，但必須考慮輔助滾輪140/150的轉速，以避免輔助滾輪140/150的轉速過高，以維持系統的穩定性。
在一實施例中，較理想的弓形大小約為3~5釐米(mm)左右。當弓形過大時，線鋸130的切削力明顯不足而影響切片的品質，當弓形過小時，線鋸130容易被壓斷。此外，弓形大小與輔助滾輪140/150的位置有關，在本實施例中，當輔助滾輪140/150的垂直位置較高時，輔助滾輪140/150需承受線鋸130的摩擦力也越大，因而會產生過多的磨耗而減損輔助滾輪140/150的壽命。因此，本實施例中將第一垂直位置H1與第二垂直位置H2的高度差設定在2釐米(mm)左右，可抑制製程開始之初弓形的形成，等到弓形維持在3~5釐米之後，再調降輔助滾輪140/150的高度至第二垂直位置H2，以減少輔助滾輪140/150的磨耗。進一步說明的是，本實施例中的輔助滾輪140/150皆以一側支撐線鋸130，而未將線鋸纏繞在輔助滾輪140/150上，其目的之一亦是減少輔助滾輪140/150的磨耗。又因輔助滾輪140/150的初始 位置是在於第一垂直位置H1，可確保線鋸130被限制於輔助滾輪140/150的溝槽中，避免跳線或疊線的問題。
第二實施例
請參照第5及6圖，其繪示依照本發明一實施例之晶錠切割裝置200的示意圖。晶錠切割裝置100包括一對第一主滾輪210、一對第二主滾輪220、一線鋸230以及二輔助滾輪240(即二個第一輔助滾輪)。各個第一主滾輪110與各個第二主滾輪120由一馬達系統驅動而轉動，而線鋸230由第一主滾輪210與第二主滾輪220所驅動並以高速迴圈往返移動。各個輔助滾輪240位於第一主滾輪210與第二主滾輪220之間，各由線鋸230之帶動而轉動。本實施例雖以四個主滾輪210/220、一線鋸230以及二輔助滾輪240為例，但切割晶錠的方式與第一實施例相似，其差異僅在於可同時切割二個晶錠20。如第5圖，當二晶錠20被線鋸130切割時，以一個輔助滾輪240支撐線鋸230且位於此二晶錠20之間。
如第5圖，各個輔助滾輪240之一側支撐線鋸230於一水平方向X上。由線鋸230行進路徑來看，線鋸230位於第一主滾輪210與第二主滾輪220之間。此外，線鋸230通過第一主滾輪210與第二主滾輪220之間的行徑方向大致上與水平方向X平行。
在第5圖中，輔助滾輪240位於第一垂直位置H1，使線鋸230於水平方向上由輔助滾輪240上的一溝槽(未繪示) 所限制，以避免跳線或疊線。在第6圖中，當晶錠20下壓線鋸230時，輔助滾輪240因線鋸230的帶動而移到一第二垂直位置H2。第一垂直位置H1高於第二垂直位置H2。第一垂直位置H1為輔助滾輪240的起始位置，而第二垂直位置H2為輔助滾輪240被下壓時的工作位置。第一垂直位置H1與第二垂直位置H2的高度差等於或小於ΔH，ΔH例如設定在2釐米(mm)左右。
在本實施例中，當線鋸230切割晶錠時，線鋸230受到輔助滾輪240的支撐而減少軸間距，因此線鋸230在輔助滾輪240與第一主滾輪210之間和輔助滾輪240與第二主滾輪220之間分別各有弓形，且由於輔助滾輪240與主滾輪210/220之間的軸間距明顯小於第一主滾輪210與第二主滾輪220之間的軸間距，因此減少弓形並增加線鋸230的切削力。
有關弓形大小與輔助滾輪240的位置關係，已於第一實施例中詳細說明，在此不再贅述。在一實施例中，較理想的弓形大小約為3~5釐米(mm)左右。此外，第一垂直位置H1與第二垂直位置H2的高度差設定在2釐米(mm)左右，以適時地調整弓形大小。
關於可壓縮式軸承基座160/170，已於第一實施例中詳細說明，在此不再贅述。本實施例透過可壓縮式軸承基座160/170提供的一預彈力，以使輔助滾輪240於待切割之晶錠20接觸線鋸130前可位於第一垂直位置H1。當晶錠20下壓線鋸230時，輔助滾輪240因線鋸230的帶動而移到一第二垂直位置H2。 類似第一實施例的情形，輔助滾輪240處於第一垂直位置H1時，可在輔助滾輪240僅以一端支撐線鋸230的情形下確保線鋸230被輔助滾輪240的溝槽所限制，而輔助滾輪240處於第二垂直位置H2時，則可就線鋸230的切削力與輔助滾輪240的磨損速度上達到較佳的平衡。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧晶錠
100‧‧‧晶錠切割裝置
110‧‧‧第一主滾輪
120‧‧‧第二主滾輪
130‧‧‧線鋸
140、150‧‧‧輔助滾輪
X‧‧‧水平方向
Y‧‧‧垂直方向
H1‧‧‧第一垂直位置
ΔH‧‧‧高度差
A、B、C、D‧‧‧中點

Claims (14)

  1. 一種晶錠切割裝置，包括：一第一主滾輪及一第二主滾輪，該第一主滾輪與該第二主滾輪由一馬達系統驅動而轉動；一線鋸，由該第一主滾輪與該第二主滾輪所驅動；以及一第一輔助滾輪，位於該第一主滾輪與該第二主滾輪之間，且該第一輔助滾輪之一側支撐該線鋸於一水平方向上；其中，該第一輔助滾輪於待切割之一晶錠接觸該線鋸前位於一第一垂直位置，使該線鋸於該水平方向上由該第一輔助滾輪上的一溝槽所限制；該第一輔助滾輪於待切割之該晶錠接觸該線鋸後，因該線鋸的帶動而移到一第二垂直位置，該第一垂直位置高於該第二垂直位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶錠切割裝置，其中該第一輔助滾輪位於該第一垂直位置時，通過該第一輔助滾輪的最高點的一水平高於通過該第一主滾輪的最高點或該第二主滾輪的最高點的一水平。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之晶錠切割裝置，其中該第一輔助滾輪位於該第二垂直位置時，通過該第一輔助滾輪的最高點的一水平等於或高於通過該第一主滾輪的最高點或該第二主滾輪的最高點的一水平。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之晶錠切割裝置，其中該第一主滾輪的直徑與該第二主滾輪的直徑大於該第一輔助滾輪的直 徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之晶錠切割裝置，其中該第一輔助滾輪由該第一垂直位置移到該第二垂直位置時，該第一主滾輪與該第二主滾輪在垂直方向上的位置不變。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之晶錠切割裝置，其中該線鋸切割該晶錠時，該第一輔助滾輪受該線鋸帶動而轉動。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之晶錠切割裝置，更包括一第二輔助滾輪，位於該第一主滾輪與該第二主滾輪之間，且該線鋸切割該晶錠時，該第一輔助滾輪與該第二輔助滾輪在該水平方向上分別位於該晶錠之兩側。
  8. 一種晶錠切割方法，包括：設置一第一輔助滾輪於一第一主滾輪與一第二主滾輪之間，且該第一輔助滾輪之一側支撐一線鋸於一水平方向上；以及驅動該第一主滾輪與該第二主滾輪轉動，且該線鋸由該第一主滾輪與該第二主滾輪所驅動；其中，該第一輔助滾輪於待切割之一晶錠接觸該線鋸前位於一第一垂直位置，使該線鋸於該水平方向上由該第一輔助滾輪上的一溝槽所限制；該第一輔助滾輪於待切割之該晶錠接觸該線鋸後，因該線鋸的帶動而移到一第二垂直位置，該第一垂直位置高於該第二垂直位置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之晶錠切割方法，其中該第一 輔助滾輪位於該第一垂直位置時，通過該第一輔助滾輪的最高點的一水平高於通過該第一主滾輪的最高點或該第二主滾輪的最高點的一水平。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之晶錠切割方法，其中該第一輔助滾輪位於該第二垂直位置時，通過該第一輔助滾輪的最高點的一水平等於或高於通過該第一主滾輪的最高點或該第二主滾輪的最高點的一水平。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之晶錠切割方法，其中該第一主滾輪的直徑與該第二主滾輪的直徑大於該第一輔助滾輪的直徑。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之晶錠切割方法，其中該第一輔助滾輪由該第一垂直位置移到該第二垂直位置時，該第一主滾輪與該第二主滾輪在垂直方向上的位置不變。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之晶錠切割方法，其中該線鋸切割該晶錠時，該第一輔助滾輪受該線鋸帶動而轉動。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之晶錠切割方法，更包括：設置一第二輔助滾輪於該第一主滾輪與該第二主滾輪之間，且該線鋸切割該晶錠時，該第一輔助滾輪與該第二輔助滾輪在該水平方向上分別位於該晶錠之兩側。
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