专利名称：使用金刚石涂覆的线材将块状体切割成晶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及将块状体切割成大量薄的晶片。特别是本发明涉及将块状硅切割成用于电子、半导体和光伏电池工业和类似应用中的晶片。
背景技术：
使用快速移动的线材构成的多线材阵列用于将块状体切割成薄晶片的技术是已知的。用于砂线切割设备的一个实例公开在英国专利说明书2，414，204。本发明并不限用于这种设备，还适用于用来将块状体线切割成薄晶片的任何工艺中。晶片可以从多种材料，例如Si、SiC, GaAs和蓝宝石的块状体切割出来用于电子、半导体和光伏应用。对于光伏应用，多晶或单晶硅晶片通过切割大块硅制成。目前，多线切 割用于从块状硅大量切削Si晶片，并且能够快速地制造高质量的薄晶片(< 200i!m)。将金刚石颗粒粘在线锯的线材上，并且使用溶剂例如水从块状Si带走硅和热量。当平行线材阵列以直角纵向高速(5-20m/s)移动进入块状体时，溶剂被带入该块状体。目的是以高生产量的切削和最小的溶剂损失，低成本地产生高质量的晶片。可以在通过例如粘度、磨粒的尺寸和形状、溶剂特性和锯参数这些特性限定的加工窗口中切割出
曰
曰曰/T o最大的损失类别之一是在局部区域的厚度波动(LATF)。这些波动发生在切削开始期间，并且可以导致厚度变化，和产生不可接受的厚和薄的晶片。发生这些的原因是成对的线材彼此吸引。发生这些的主要原因之一是用于切削的溶剂的表面张力。该表面张力将两个相邻的线材拉在一起，使它们配对并导致两倍节距厚的晶片。当晶片厚度和线材厚度减小时该问题逐步加剧。也参见图1，示出线材被拉在一起的力
rF = 2)<Lsin(a 0)-VlyL—sina
R其中Y是溶剂的表面张力，L是线材间溶剂薄膜长度，r是线材半径，R是线材间溶剂表面的曲率，0 =溶剂和线材之间的润湿角，并且a是溶剂和线材之间接触点确定的角度。本发明依赖于认识到溶剂表面张力是控制线材间力的关键参数，应该减小该表面张力从而防止局部区域厚度变化(LATF)。美国专利6，054，422公开了一种通过添加分散SiC的不同添加剂例如表面活性剂制造具有较高稳定性的浆料的方法。专利US 6，602, 834 和专利申请 TO03/042340、W02008/027374AU W02009/017672和US 2009/0126713公开了通过提高粘度和/或添加分散剂和聚合电解质制造稳定浆料的方法。然而，这些公开没有提及基于PEG的浆料，且仅用于基于水的浆料。这些公开均没有公开防止LATF现象的组成配制
发明内容
本发明提供了一种用于将块状体切削成大量晶片的工艺，该工艺是通过以垂直于线材平面的方向相对于块状体(或反之亦然)移动大致平行的快速移动线材的平面阵列而进行，所述线材嵌有磨粒，并且在所述线材通过所述块状体之前对所述线材施加溶剂，其中所述溶剂包括添加剂，从而在线材携带所述溶剂进入所述块状体之前减小溶剂中的表面张力。优选所述磨粒是金刚石。所述溶剂可以有利地是聚乙二醇(PEG)或5-100重量％的水。优选所述添加剂是可溶在所述溶剂中的表面活性剂。在该最后所提到的形式中，所述表面活性剂可以不具有金属离子。优选所述表面活性剂在线材开始切削进入块状体时能够经受住遇到的温度，但是 在进入块状体内部的切削过程中不能够经受住遇到的温度，并且此外优选在进入块状体内部的切削过程中遇到的温度足够破坏所述添加剂。有利地，引入增稠剂从而调节所述溶剂的粘度。 有利地，使用消泡剂以减少在溶剂中的气泡形成。在一个形式中，优选所述表面活性剂是非离子的，例如乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物，或辛基苯酚乙氧基化物。在另一形式中，优选所述表面活性剂是离子的。本发明包括用于进行如上所述工艺的设备。本发明包括通过如上所述工艺制造或在用于这种工艺的设备中制造出的晶片。
图I是显示拉动两个相邻线材的图。图2是显示本发明具体实施方式
的图。
具体实施例方式现在将参考附图(图2)通过实例描述本发明的具体实施方式
，图2示意性示出当线材接合块状体或锭状体时溶剂被施加到其中的线切割装置。这些图仅仅是图解，并不代表任何具体的机器。如图2所示，用于将块状体切割成大量薄晶片的机器具有四个平行辊，它们的轴线形成矩形。将嵌有金刚石颗粒的线材9越过导向装置10供给第一辊11。然后线材9大致水平地通过至辊12，并且从那里垂直向上至辊14。辊14是从动辊，并且线材9穿过辊14之后其水平地通过块状体或锭状体16能插入其中的切削区域15。在通过切削区域15之后，线材9穿过主驱动辊17，并且从那里向下产生围绕第一辊11的第二次转向。如此可以形成通过切削区域15的平行线材阵列。在各个辊的远端，将线材9越过第二导向装置18撤回。以高速(5-20m/s)驱动线材9，并且锭状体16缓慢向上移动通过切削区域，在该切削区域其被线材切削成薄晶片。通过喷嘴19将溶剂引入辊14和锭状体16之间的线材上。本发明涉及溶剂的构成。实施例
如下给出了用于线切割的典型溶剂的实例。降低晶片和线材厚度时表面活性剂的量增加。相同的表面活性剂可以被用于所有的实施例。
实施例I通过将5重量％的由氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物构成的非离子的表面活性剂(在35°C下粘度为280cST)溶于水制备用于使用嵌有金刚石的线材进行切割的溶剂。该溶剂用于使用嵌有120 iim金刚石的线材切割160 iim厚的硅晶片。实施例2通过将10重量％的氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物(在35°C下粘度为280cST)溶于水制备用于使用嵌有金刚石的线材进行切割的溶剂。该溶剂用于使用嵌有lOOym金刚石的线材切割140 iim厚的娃晶片。实施例3通过将5重量％的辛基苯酚乙氧基化物非离子表面活性剂(I. 5摩尔E0)溶于水制备用于使用嵌有金刚石的线材进行切割的溶剂。作为消泡剂添加I重量％的乙二醇-聚丙二醇嵌段共聚物(20%聚丙烯分子量2750)。该溶剂用于使用嵌有120 金刚石的线材切割160 iim厚的娃晶片。实施例4通过将5重量％的乙二醇-聚丙二醇嵌段共聚物(20%聚丙烯分子量2750)溶于水制备用于使用嵌有金刚石的线材进行切割的溶剂。该溶剂用于使用嵌有120 金刚石的线材切割160 iim厚的娃晶片。实施例5通过将8重量％的乙二醇-聚丙二醇嵌段共聚物(20%聚丙烯分子量2750)溶于水制备用于使用嵌有金刚石的线材进行切割的溶剂。该溶剂用于使用嵌有100 金刚石的线材切割140 iim厚的娃晶片。实施例6将0. 5和I重量％由氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物(在35°C下粘度为280cST)构成的非离子的表面活性剂溶于水并测试其在钢上的润湿性。结果显示需要I重量％以提供有效的润湿，而0. 5重量％不足以获得有效的效果。实施例7通过将I重量％的由氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物(在35°C下粘度为280cST)构成的非离子的表面活性剂溶于水制备用于使用嵌有金刚石的线材进行切割的溶剂。该溶剂用于使用嵌有120 iim金刚石的线材切割160 iim厚的硅晶片。实施例8通过将3重量％的由氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物(在35°C下粘度为280cST)构成的非离子的表面活性剂溶于水制备用于使用嵌有金刚石的线材进行切割的溶剂。该溶剂用于使用嵌有120 iim金刚石的线材切割160 iim厚的硅晶片。推荐1-10重量％的表面活性剂。本发明工艺中具体物质的选择如下。使用的表面活性剂可以是氧化烯的嵌段共聚物，例如氧化乙烯、氧化丙烯共聚物(BASF的Pluronic系列和DOW的Tergitol L系列)，壬基苯酚/醇的乙氧基化物(DOW的Tergitol系列)，辛基苯酚乙氧基化物(DOW的triton X系列)，和异醇及羰基合成醇(BASF的 Lutensol TO 和 AO 系列)。优选非离子表面活性剂，这是由于其使用简易(无需中和)并且由于其与存在的粘合剂的相容性，该粘合剂用于将被安装到锯内的块状硅和玻璃板连接。此外，该系统与用于工业的洗涤化学相容。使用的增稠剂可以是合成或天然的粘土、胶质、黄原胶、聚乙烯醇和纤维素基材料，例如羧甲基纤维素和乙基纤维素。本发明的优势通过使用本发明，LATF问题将减少。溶剂的表面张力将减小，导致较好的线材润湿,和一些在切割后晶片的清理。表面张力的减小也意味着(切割后)两个晶片之间的力将会变小，导致分离晶片需要的力降低。较好润湿的线材应当确保在切割过程中溶剂被传 送到块状体。本发明的使用应该允许由细线生产薄晶片。较细的SiC也可以用于切割，导致晶片产生较佳的表面抛光。
权利要求
1.将块状体切削成大量晶片的エ艺，其是通过以垂直于线材平面的方向相对于块状体(或反之亦然)移动大致平行的快速移动线材的平面阵列而进行，所述线材嵌有磨粒，并且在所述线材通过所述块状体之前对所述线材施加溶剂，其中 -所述溶剂包括添加剤，从而在线材携带所述溶剂进入所述块状体之前减小溶剂中的表面张力。
2.根据权利要求I所述的エ艺，其中所述磨粒是金刚石。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的エ艺，其中所述溶剂是聚こニ醇(PEG)。
4.根据权利要求I或权利要求2所述的エ艺，其中所述溶剂是5-100重量％的水。
5.根据权利要求I至4中的任一项所述的エ艺，其中所述添加剂是可溶在所述溶剂中的表面活性剤。
6.根据权利要求5所述的エ艺，其中所述表面活性剂不具有金属离子。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的エ艺，其中所述表面活性剂在所述线材开始切削进入所述块状体时能够经受住遇到的温度，但是在进入所述块状体内部的切削过程中不能够经受住遇到的温度。
8.根据权利要求7所述的エ艺，其中进入所述块状体内部的切削过程中遇到的温度足够破坏所述添加剤。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的エ艺，其中引入增稠剂从而调节所述溶剂的粘度。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的エ艺，其中消泡剂被用于减少在所述溶剂内的气泡形成。
11.根据权利要求5至10中的任一项所述的エ艺，其中所述表面活性剂是非离子的。
12.根据权利要求11所述的エ艺，其中所述非离子表面活性剂是こ烯和氧化丙烯的嵌段共聚物。
13.根据权利要求11所述的エ艺，其中所述非离子表面活性剂是如下物质之ー氧化こ烯、氧化丙烯共聚物，辛基苯酚こ氧基化物，壬基苯酚/醇的こ氧基化物，异醇或羰基合成醇。
14.根据权利要求5至10中的任一项所述的エ艺，其中所述表面活性剂是离子的。
15.用于进行根据权利要求1-14中的任一项所述的エ艺的设备。
16.根据权利要求1-14中的任ー项的エ艺或在权利要求15的设备中制造的晶片。
全文摘要
用于将块状体(16)切削成大量晶片的工艺，其是通过以垂直于线材(9)平面的方向相对于块状体(或反之亦然)移动大致平行的快速移动线材(9)的平面阵列而进行，线材(9)嵌有磨粒，并且在线材(9)通过块状体(16)之前对线材(9)施加溶剂，其中所述溶剂包括添加剂，从而在线材(9)携带所述溶剂进入所述块状体之前减小溶剂中的表面张力。本发明包括用于该工艺的设备和由该工艺制造的晶片。
文档编号B28D1/00GK102648067SQ201080042041
公开日2012年8月22日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者埃里克·萨乌尔, 斯蒂安·桑内斯, 莫汉·梅农 申请人:瑞科晶片挪威公司