专利名称：从工件切割出薄片的方法
技术领域：
本发明涉及一种从工件中切割出薄片的方法，尤其是涉及从棒状或块状半导体材料中切割出半导体晶圆(Harbleiterscheibe)的方法。
此类钢丝锯的基本部件包含机架、进给装置(Vorschubeinrichtung)及锯割工具，该锯割工具是由平行钢丝线段组成的网状物，如在德国专利申请19959414.7-14中所述，该钢丝网状物包括一系列通过框架崩紧的、相互平行的单个钢丝。通常，该钢丝网是由许多平行钢丝线段形成，所述钢丝线段在至少两个钢丝导向辊之间崩紧，而所述钢丝导向辊是安装在转动轴上，且至少一个是驱动者。所述钢丝线段可属于一根单独、一定长度、环绕卷筒系统螺旋导向、自一储备卷筒退绕而缠绕在接收卷筒上。另一方面，美国专利US4,655,191中公开了一钢丝锯，该钢丝锯中有许多一定长度的钢丝，钢丝网状物的每个钢丝线段是属于所述钢丝中的一根钢丝。欧洲专利EP 522 542 A1中亦曾公开了一种钢丝锯，其中许多环形钢丝环是环绕在卷筒系统上。
在锯割操作过程中，进给装置赋予钢丝线与工件彼此相向的相对运动。由于该进给运动，附有碳化硅研磨粒(Schneidkom)的钢丝可贯穿工件而形成平行锯隙。德国专利DE 39 42 671 A1中不仅公开了将工件导向固定钢丝网状物的进给装置，而且公开了将钢丝锯的锯头导向固定工件。如欧洲专利EF O 990 498 A1中所述，研磨粒或者可含于一锯割悬浮液(亦称稀砂浆)内，借助于此悬浮液钢丝进行进汽冲击；或者研磨粒牢固地结合在钢丝上。
由棒状或块状半导体材料如包括单晶棒来制造半导体晶圆时，对钢丝锯的要求甚高。通常，锯割法的目的是，切割形成的每个晶圆的侧面应尽量平整，而且彼此相互平行。晶圆的弯翘(Warp)乃是判定实际晶圆形状与预期的理想形状间差异的常用方法。弯翘量通常最多为数微米。弯翘是由于锯割钢丝线段与工件间的相对运动所形成，在锯割工作进行的过程中，该相对运动是沿着工件的轴向实施。例如，该相对运动可能是由锯割过程中所产生的切割力、热膨胀所引起钢丝导向辊的轴向位移、轴承间隙或工件热膨胀所导致。在工件与钢丝线段之间，沿工件轴向相对运动的一顶重要原因是用研磨粒对工件进行机械加工会释出大量的热，在锯割工作进行的过程中，这种大量的热可导致工件受热而产生热膨胀。该热膨胀转而不仅导致弯翘度增加，而且导致锯成的晶圆产生大量波纹。在钢丝开始割入工件之后，在初始切割的数毫米处，温度大幅升高。当咬合长度增加时，工件的温度继续上升。在最大咬合长度区，工件的温度达到最高点，之后再度略微减低，除机械加工热减少之外，工件温度的降低亦归因于正在形成中晶圆的散热片效应。
若用稀砂浆作为锯割助剂，在将该稀砂浆供给锯割钢丝之前，将预定的温度传达至该稀砂浆，可限制工件的热膨胀。如JP 5200734的发明摘要中所述，借助于稀砂浆槽内的热交换器可达到此目的。稀砂浆的温度保持恒定不变。JP 7171753的发明摘要中公开了一种方法，其中，将储槽内稀砂浆的温度加以测量，利用测量信号控制冷却液体的流动(该冷却液体是流经热交换器内的储槽)，以使得稀砂浆温度恒定不变。JP 10180750的发明摘要中亦公开了一种类似的方法，此处，稀砂浆流经一热交换器，该热交换器安装在导引钢丝锯的进给管线内。进给管线内热交换器与钢丝锯间的温度探针可控制热交换器内冷媒体的流动，所以同样可确保稀砂浆温度恒定不变。控制温度的稀砂浆可减低工件温度的起伏变化。
专利WO 00/43162中同样公开了许多可能的方法，以限制锯割过程中工件温度的起伏变化。例如，曾建议在锯割过程中将温度保持恒定不变的冷媒流至工件上。此冷媒是一流体，在其接触工件之前先使其流经一热交换器。例如，温度恒定不变的稀砂浆不但供给锯割钢丝而且直接供给工件，所以确保冷却效果得以改善，其他液体或气体如温度恒定不变的空气亦可供给工件。
所有这些方法的缺点是工件温度起伏变化所得到的补偿仍嫌不足。
本发明所采用的解决方案是，利用锯割棒状或块状工件的方法，其中在切割过程中将工件温度加以测量，并将测量信号传至一控制位置，再利用该装置所产生的控制信号以控制工件温度。
本发明方法的优点是当工件正在切割成晶圆时，其温度得以记录下来，所以一旦温度有所变化，即可采取目标锁定的逆控制措施。与本发明方法不同的是现有技术仅能保持一冷媒(通常为稀砂浆)的温度恒定不变。所以不能有效减低工件温度的变化。
在本发明范围内，可以使用任何适于影响工件温度的方法。为达到此目的，优选利用一种可使热交换器内达到预期温度而且随后可经由喷嘴供给工件的流体。所述喷嘴可配置在工件的正上方或侧上方。在各流体中，由于液体的热容量比气体高，所以特别优选液体。若所用锯割助剂是稀砂浆，优选利用该稀砂浆控制工件温度，因为在此情况下无需另外的液体容器。同样地稀砂浆温度亦在一热交换器内加以控制。借助于配置在工件端面上或密封剂密封片(Kittleiste)的珀尔贴元件(Peltier-Element)，也可以实施工件的热电冷却。利用珀尔贴元件的热电冷却的特别优点是由于惯性低，控制可变温度可快速确定。
热交换器或珀尔贴元件由一控制装置控制，测量工件温度所得的测量信号送至该控制装置，该控制装置再将所述信号转变成控制信号。工件温度是由热电偶或电阻温度计等温度传感器测量的，它们优选配置在至少一个的工件端面上。如果要切割的工件粘合在密封剂密封片上，例如在制作硅晶圆时，也优选在密封剂密封片上进行温度测量。密封剂密封片的温度是在其表面或在安装温度传感器的孔洞内测量的。
本发明特别优选的变通方法包括首先测定一种与工件材质相同及形状相同的材料的控制曲线。进行此项工作时，最好依照上述方式，借助不同冷却作用，在切割及控制工件的过程中，对至少一个工件(但优选多个类似的工件，随后求得一平均值)测量其温度。记录测量信号或控制装置所产生的且用以控制冷却作用的信号随时间的变化。如此测定的控制曲线，随后可用于切割其他类似工件的过程中，以控制工件的冷却作用。另一变通方法是，在切割过程中，无需测量每个工件的工件温度，因为温度测量可由曾经测定的控制曲线所替代。若许多相类似的工件以同样方式进行加工，该方法特别有利。若加工的工件是不同的类型，首先需测定每种类型的控制曲线，之后选择与每种工件的材质及形状相匹配的控制曲线。
图2是依照现有技术方法与依照本发明温度控制方法所得的温度曲线图(以直径200毫米硅单晶体的实例为基准)。
具体实施例方式
下面参照
图1，说明本发明方法一个优选的具体实施方式
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借助于密封剂密封片2及安装盘3将工件1固定在现有技术的钢丝锯机体(未显示)上。锯割钢丝4依螺旋方式缠绕在四个钢丝导向辊5上而形成一钢丝网状物。经由稀砂浆喷嘴6，稀砂浆作用在锯割钢丝上，该稀砂浆是借助于移动的钢丝输送至切割位置(锯割工作开始前的状态如图1所示)。稀砂浆是借助于泵11，自容器7(其中配有由马达8驱动的搅拌器9)经由稀砂浆管路10送至稀砂浆喷嘴6。在锯割工件中使用过之后，稀砂浆经由收集装置20，返回至容器7。在泵11及稀砂浆喷嘴6之间，稀砂浆流经热交换器12。该热交换器是受来自温度探针13的测量信号控制，容器7内稀砂浆的温度是由温度探针13测量。此类温度控制属于现有技术。此外，该钢丝锯另配以第二个稀砂浆管路14。经由此管路，稀砂浆自容器7，经由泵15，送至另外的喷嘴16。该喷嘴配置在工件的正上方或侧上方，使稀砂浆应用在工件上。在泵15及另外的喷嘴16之间，该稀砂浆通过热交换器17。热交换器是由控制装置18控制。依照本发明，在锯割过程中，工件的温度至少在一个位置上测量。如图1所示，工件终端面的温度是由配置在垂直线上的五个温度传感器19测量。将测量信号送入控制装置18内，使热交换器17依据所测的工件温度加以控制。若所测的工件温度高于预期值，热交换器17内的稀砂温度将降低。若所测的工件温度低于预期值，则减低热交换器的冷却容量，使得可形成一较高的稀砂浆温度。
下面，根据一实施例及一对比例来说明本发明的方法。对比例1未经控制的方法利用现有技术的稀砂浆钢丝锯将一200毫米直径的单晶硅棒切割成许多晶圆。切割时问的为400分钟。如图2图内标以V1的曲线所示，在钢丝割入棒内之后不久，硅棒温度骤然上升，锯割工作进行超过100分锺之后，硅棒温度达到最高点(超过锯割工作开始时的温度约16℃)。至锯割工作终止时，硅棒温度徐徐降低12℃。标以S的曲线表示锯割头的位置(毫米)以及锯割的进程。实施例1经控制的加工本方法所选的所有参数与对比例1相同。此外，使用本发明的温度控制以取代恒定不变的稀砂浆温度，所以温度不同的冷却液体以适当的方式经由喷嘴16流至工件，使得工件温度的变化保持尽可能的低。在此情况下，如图2内标以B1的曲线所示，工件温度的起伏变化仅约3℃。结果，锯成的晶圆的最大弯翘可由通常的15微米减至10微米。
本发明的应用范围可扩大至所有的锯割方法，其中产品的高平整度及低波纹度极为重要。因为本发明不利用锯的任何特定性能，所以可用于任何预期的锯，尤其不仅可用于操作时粘有研磨粒(金刚石钢丝)或稀砂浆的钢丝锯，而且亦可用于带锯及环锯。
权利要求
1.一种用锯切割棒状或块状工件的方法，其特征在于，在切割过程中，测量工件的温度，并将测量信号传至一控制装置，再利用该控制装置所产生的控制信号控制工件的温度。
2.一种用锯切割棒状或块状工件的方法，其特征在于，在切割过程中，工件的温度是根据事先确定的控制曲线的控制信号来加以控制。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的控制曲线是如此确定的测量切割过程中工件的温度，并利用该测量产生一测量信号，再利用该测量信号控制工件温度，从而记录下控制曲线。
4.如权利要求2的方法，其特征在于，选择与所加工工件的材质及形状相匹配的控制曲线。
5.如权利要求1-4之一的方法，其特征在于，用所述的控制信号控制一热交换器，该热交换器确定冷媒的温度，而该冷媒是供给工件并控制工件的温度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的冷媒是一液体或气体，且所述冷媒是经由配置在工件正上方或侧上方的喷嘴供给到工件的。
7.如权利要求6的方法，其特征在于，所述的液体为切割工件时所用的稀砂浆。
8.如权利要求1或2的方法，其特征在于，所述的控制信号控制至少一个珀尔贴元件，该元件配置在工件上或密封剂密封片上以控制工件的温度。
9.如权利要求1或3的方法，其特征在于，所述工件的温度是在工件表面或密封剂密封片上的多个位置上或密封剂密封片的孔洞内测量的。
10.如权利要求1、3或9的方法，其特征在于，所述工件的温度是在工件的终端侧测得的。
11.如权利要求1-10之一的方法，其特征在于，所述工件的温度保持恒定不变。
全文摘要
本发明公开了一种用锯切割棒状或块状工件的方法,其中,在切割过程中将工件的温度加以测量,并将测量信号传至一控制装置,再利用该控制装置所产生的控制信号以控制工件温度;或者在切割过程中,工件的温度是由根据事先确定的控制曲线的控制信号来加以控制。
文档编号B28D7/00GK1385288SQ02119038
公开日2002年12月18日 申请日期2002年5月8日 优先权日2001年5月10日
发明者霍尔格·伦特, 洛塔尔·胡贝尔, 彼得·维斯纳 申请人:瓦克硅电子半导体材料股份公司