一种将薄硅片等厚度分切的夹具及其应用方法与流程

本发明涉及一种将薄硅片等厚度分切的夹具及其应用方法。

背景技术：

在分立器件的制造过程中，通常使用两种具有类似掺杂元素断面分布的硅片：硅外延片和扩散片。使用带重掺杂扩散层的扩散片代替外延片可以降低生产成本。扩散片的制造过程是将厚度约为0.5-1mm的N型（磷）轻度掺杂(常用N^-表示)的硅研磨片的两面都涂上磷扩散源，经过长时间高温磷扩散，硅片的两面都会形成对称的N型（磷）重度掺杂扩散区域(用N⁺表示)，扩散后的硅片经过单面的研磨减薄和抛光加工，得到一片厚度约0.25-0.3mm具有N^-/N⁺结构的抛光片。用这种方法一片扩散过的研磨片只能得到一片具有N^-/N⁺结构的抛光片，一半扩散层被浪费了。

由于很难将内圆刀片平面或线网的切割平面调到与晶锭的端面平行，使用现在常用的内圆切割机或多线切割机将硅单晶锭切割成硅片时晶锭两端会有约10mm的长度不能切出完整的圆片。采用传统的方法不能使用内圆切割机或多线切割机将厚度只有约1mm的薄硅片沿垂直轴线的方向一分为二。若使用激光切割的方法，从技术上是可行的，但其成本较高。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种将薄硅片等厚度分切的夹具及其应用方法。

一种将薄硅片等厚度分切的夹具，主体为夹具体，一端设有真空嘴，另一端设有硅片固定槽，在夹具体的侧面设有进给柄，在夹具体内沿轴线设有连通两端的真空腔，在硅片固定槽底部设有多个真空圆孔通过真空腔与真空嘴联通。

所述的夹具体的直径d₁为d+10mm，硅片固定槽的直径d₂为d+2mm，硅片固定槽的深度为0.15-0.25mm，进给柄的高度h₁和宽度l₁由晶锭进给装置的尺寸决定，夹具体的长度为100-200mm，d为待等厚度分切的硅片的直径，直径d为1-8英寸，厚度S₁为0.8-1.5mm。

一种应用所述的夹具将薄硅片等厚度分切的方法，步骤为：

1）加工两端平行、厚度为40-50mm、直径为d的刀片平面标定硅锭，端面用标出互相垂直的X₁-X₂平面和Y₁-Y₂平面；

2）将刀片平面标定硅锭放置在夹具体一端的硅片固定槽内，使X₁-X₂平面与进给柄垂直，开真空吸紧；

3）使进给柄位于夹具体的正下方，将夹具体连同刀片平面标定硅锭固定在内圆切割机上，调整夹具体的位置使刀片平面标定硅锭的自由端对准刀片，以确保内圆刀片能切出一片最大厚度不超过10mm的完整硅圆片为准，用晶锭压紧装置压紧夹具体；

4）开启内圆切割机在刀片平面标定硅锭的自由端切下一个完整的硅圆片；

5）关真空，取出被切割的刀片平面标定硅锭，用量出被切割的刀片平面标定硅锭在X₁-X₂和Y₁-Y₂方向的边沿的厚度m₁、m₂、n₁、n₂，计算内圆刀片切得的新平面与刀片平面标定硅锭被吸紧在硅片固定槽的端面之间沿水平方向和垂直方向的夹角α和θ：

；

6）松开水平方向锁紧，转动水平方向调整，将刀片平面标定硅锭被吸紧在硅片固定槽的端面沿水平方向调到与内圆刀片平面平行，调整的角度为α，角度值从水平方向角度刻度读出，拧紧水平方向锁紧；

7）松开垂直方向锁紧，转动垂直方向调整，将刀片平面标定硅锭被吸紧在硅片固定槽的端面沿垂直方向调到与内圆刀片的平面平行，调整的角度为θ，角度值从垂直方向角度刻度读出，拧紧垂直方向锁紧；

8）在晶锭进给量设定上设定进给量3-10mm，将被切割的刀片平面标定硅锭按原来的方位重新吸紧在硅片固定槽上，重复4）－7）的过程，直到同时满足m₁－m₂≤10µm、n₁－n₂≤10µm为止。

9）量出被切割的刀片平面标定硅锭的中心厚度h，在晶锭进给量设定上设定进给量，

式中S和S₁分别为内圆刀片的切缝宽度和待等厚度分切硅片的厚度；

10）将待等厚度分切硅片吸紧在硅片固定槽上，开启内圆切割机切割硅片，待分切硅片被等厚度一分为二。

有益效果：

引入本发明后，用内圆切割机先将扩散后的厚度约为1mm的硅片沿径向一分为二，再对得到的两片硅片的切割面进行研磨抛光加工，一片扩散过的研磨片能得到两片具有N^-/N⁺结构的抛光片。这提高了原材料的利用率，并大大降低了器件生产成本，用于带重掺杂扩散层的抛光片生产约可降低50%的单片扩散电耗，使综合生产成本比激光切割等方法优越。

附图说明

图1内圆切割机示意图主视图；

图2内圆切割机示意图俯视图；

图3本发明的夹具主视图；

图4本发明的夹具左视图；

图5本发明的夹具应用实例图；

图6用于夹具位置标定的硅锭表面方位标记示意图；

图7用于夹具位置标定的硅锭水平方向尺寸示意图；

图8用于夹具位置标定的硅锭垂直方向尺寸示意图；

图中，刀片旋转电机1、电机皮带2、水平方向旋转轴3、垂直方向旋转轴4、刀片支架5、内圆刀片6、晶锭压紧装置7、载台升降导轨8、待切晶锭9、晶锭进给装置10、垂直方向锁紧11、垂直方向角度刻度12、晶锭进给量设定13、垂直方向调整14、载台15、机座16、水平方向锁紧17、水平方向调整18、水平方向角度刻度19、夹具20，待分切硅片21、真空软管22、真空嘴23、夹具体24、硅片固定槽25、进给柄26、真空圆孔27、刀片平面标定硅锭28、真空腔29。

具体实施例

用于将硅棒切割成厚度约为0.2-1mm硅片的传统的内圆切割机如图1、2所示，一般由刀片旋转电机1，电机皮带2，水平方向旋转轴3，垂直方向旋转轴4，刀片支架5，内圆刀片6，晶锭压紧装置7，载台升降导轨8，待切晶锭9，晶锭进给装置10，垂直方向锁紧11，垂直方向角度刻度12，晶锭进给量设定13，垂直方向调整14，载台15，机座16，水平方向锁紧17，水平方向调整18，水平方向角度刻度19等构成。

本发明设计了如图3-5所示的夹具20，该夹具包括夹具体24，在夹具体24的两端分别设有真空嘴23和硅片固定槽25，在夹具体24的侧面设有进给柄26，在夹具体24内沿轴线设有连通两端的真空腔29，在硅片固定槽25底部设有多个真空圆孔27，真空圆孔27通过真空腔29、真空嘴23、真空软管22、真空阀与真空泵相连。

本发明的实施分为两步：（一）通过切割、测量刀片平面标定硅28将硅片固定槽25的底面调到与刀片平面平行并测出两者之间的距离；（二）安装待分切硅片21并分切。使用本发明的夹具及应用方法能将硅片固定槽25的底面调到与刀片平面平行并测出两者之间的距离，进而能将内圆刀片平面调到与平分薄硅片的平面（沿垂直硅圆片轴线的方向）重合的位置并实现准确分切薄硅片。

使用时将进给柄26插入内圆切割机的进给槽并与晶锭进给装置10相连接；将预先加工的两端平行、厚度为40-50mm、直径为d的刀片平面标定硅锭28（如图6所示在其端面用记号笔标出互相垂直的X₁-X₂平面和Y₁-Y₂平面）放置在硅片固定槽25上，使X₁-X₂平面与进给柄26垂直，开真空吸紧；移动分切夹具使刀片平面标定硅28的端面与内圆刀片6平面对齐，用晶锭压紧装置7压紧夹具体24；在晶锭进给量设定13上设定切割厚度，开启内圆切割机在刀片平面标定硅锭的自由端切下一个厚度不超过10mm的完整硅圆片；用千分尺如图7、图8所示量出被切割的刀片平面标定硅锭在X₁-X₂和Y₁-Y₂方向的边沿的厚度m₁、m₂、n₁、n₂，计算内圆刀片切得的新平面与刀片平面标定硅锭被吸紧在硅片固定槽25的端面之间沿水平方向和垂直方向的夹角α和θ：；松开水平方向锁紧17，转动水平方向调整18，将刀片平面标定硅锭被吸紧在硅片固定槽25的端面沿水平方向调到与内圆刀片平面平行，调整的角度为α，角度值从水平方向角度刻度19读出，拧紧水平方向锁紧17；松开垂直方向锁紧11，转动垂直方向调整14，将刀片平面标定硅锭被吸紧在硅片固定槽25的端面沿垂直方向调到与内圆刀片平面平行，调整的角度为θ，角度值从垂直方向角度刻度12读出，拧紧垂直方向锁紧11；在晶锭进给量设定13上设定进给量3-10mm，将被切割的刀片平面标定硅锭按原来的方位重新吸紧在硅片固定槽25上，重复切割，直到同时满足m₁－m₂≤10µm、n₁－n₂≤10µm为止。量出被切割的刀片平面标定硅锭28的最后中心厚度h，在晶锭进给量设定13上设定进给量，式中S和S₁分别为内圆刀片的切缝宽度和待等厚度分切硅片的厚度。

将待等厚度分切硅片吸紧在夹具体24一端的硅片固定槽25上，开启内圆切割机切割硅片，待分切硅片被等厚度一分为二。

待分切硅片的直径与刀片平面标定硅锭28的直径相同，直径d一般为1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸，厚度S₁为0.8-1.5mm。