金刚石多线切割装置和切割方法与流程

本发明适于晶棒切割技术领域，具体而言，本发明涉及金刚石多线切割装置和切割方法。

背景技术：

目前砂浆多线切割是藉由碳化硅粉与硅棒互相对磨产生切割能力，所以需要控制的工艺物料比较多种且工艺时间需求比较长，而金刚石多线切割方式主要是藉由金刚石将硅棒上的硅料挖除产生切割能力，可以简化工艺条件且大幅缩短切割的工艺时间，但工艺时间的缩短也造成了切割的不稳定性，且光伏材料为方柱状其平坦度的要求也较低，所以金刚石多线切割可完全导入并不影响良率，但半导体硅棒是圆柱状，在切割生产时会随着时间经由切割接触面积产生大幅度的改变导致切割稳定性更差，而造成良率的影响，所以半导体硅棒的多线切割导入金刚石多线切割工艺有待进一步研究改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出金刚石多线切割装置和切割方法，该装置能够通过增设摇摆机构和压力自动补偿而获得稳定的线弓值，进而提高良率、改善翘曲、ttv和纳米形貌。

本发明公开了一种金刚石多线切割装置，根据本发明的实施例，该金刚石多线切割装置包括：

固定板，

升降机构，所述升降机构包括升降气缸和升降平台，所述升降气缸设置在所述升降平台上并与所述固定板的底壁相连；

摇摆机构，所述摇摆机构包括固定部、轴销和旋转部，所述固定部与所述旋转部通过轴销相对可旋转地连接，所述固定部与所述升降平台的底壁相连，所述旋转部的底端适于安装待切割晶棒；

压力侦测机构，包括压力传感装置，所述压力传感装置设置在所述摇摆机构和所述升降机构之间，所述压力传感装置会收集所述金刚石多线切割装置在运行过程中感知的线弓的压力值。

由此，本发明上述实施例的金刚石多线切割装置具有摇摆装置，摇摆装置能随着不同的切割位置进行相对摆动，降低切割过程中起始位置到最终结束位置受力面积变化对线弓的影响，从而有效改善翘曲度。同时，上述实施例中金刚石多线切割装置具有压力侦测机构，压力侦测机构可通过摇摆机构与线弓的接触，感知线弓压力的大小，进而为稳定控制线弓提供参考依据。因此，采用本发明实施例的金刚石多线切割装置可以实现保持线弓稳定，提高良率，改善翘曲、ttv和纳米形貌。

另外，根据本发明上述实施例的金刚石多线切割装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述压力侦测机构包括：控制处理装置，所述控制处理装置与所述压力传感装置相连，所述控制处理装置与所述升降机构和/或所述摇摆机构相连，所述控制处理装置对所述压力传感装置反馈的压力值进行分析处理并通过调节所述升降机构或/和所述摇摆机构进行压力自动补偿。

在本发明的一些实施例中，稳定的所述线弓值为1-3mm。

在本发明的一些实施例中，所述升降机构还包括限位进给柱，所述限位进给柱设置在所述升降平台与所述固定板之间，并与所述升降气缸平行。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种利用前面实施例所述的金刚石多线切割装置切割硅棒的方法，该方法中，所述摇摆角度其中：θx为在切割位置x处的角度，θm为最大切割位置处的角度，r为晶棒直径，x为进给方向上的切割长度。

在本发明的一些实施例中，所述旋转部在最大切割面积的摇摆角度为0-12度。

在本发明的一些实施例中，所述旋转部在最大切割面积的摇摆角度为6～12度。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的金刚石多线切割装置的结构示意图。

图2是图1局部a区域的放大效果图。

图3是根据本发明一个实施例的线弓大小与切割位置的关系图。

图4是根据本发明一个实施例的摇摆角度与切割位置的关系图。

图5是根据本发明一个实施例的切割后晶圆表面的纳米形貌图。

图6是根据本发明一个实施例的晶圆ttv和warp值。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明公开了一种金刚石多线切割装置，根据本发明的实施例，如图1所示，该金刚石多线切割装置包括：固定板10、升降机构20、摇摆机构30和压力侦测机构40，其中，所述升降机构20包括升降气缸21和升降平台22，所述升降气缸21设置在所述升降平台22上并与所述固定板10的底壁相连；

所述摇摆机构30包括固定部31、轴销32和旋转部33，所述固定部31与所述旋转部33通过轴销32相对可旋转地连接，所述固定部31与所述升降平台22的底壁相连，所述旋转部33的底端适于安装待切割晶棒；

所述压力侦测机构40，包括压力传感装置41，所述压力传感装置41设置在所述摇摆机构30和所述升降机构20之间，所述压力传感装置41会收集所述摇摆机构30在运行过程中感知的线弓的压力值；

由此，本发明上述实施例的金刚石多线切割装置具有摇摆机构，摇摆机构能随着不同的切割位置进行相对摆动，降低切割过程中起始位置到最终结束位置受力面积变化对线弓的影响，从而有效改善翘曲度。同时，上述实施例中金刚石多线切割装置具有压力侦测机构，压力侦测机构可通过摇摆机构与线弓的接触，收集线弓压力值的大小，进而为稳定控制线弓值提供参考依据。因此，采用本发明实施例的金刚石多线切割装置可以实现保持线弓稳定，提高良率，改善翘曲、ttv和纳米形貌。

本发明是基于发明人发现，线弓是否稳定可以通过金刚石线与硅棒之间的压力进行表征，即如果金刚石线与硅棒之间的压力保持稳定时，线弓值也趋于稳定。因此，通过监测金刚石线与硅棒之间的压力可以间接得知线弓是否稳定，进而可以进一步通过调整工艺使得线弓保持稳定，提高晶棒切割良率、改善翘曲、ttv和纳米形貌。

为了更加准确地监测到金刚石线与硅棒之间的压力和进行压力补偿，根据本发明的实施例，上述压力侦测机构40包括：控制处理装置42，所述控制处理装置42与所述压力传感装置41相连，所述控制处理装置42与所述升降机构20和/或所述摇摆机构30相连，控制处理装置42对所述压力传感装置41反馈的压力值进行分析处理，并进一步通过调节所述升降机构20或/和所述摇摆机构30进行压力自动补偿。

具体地，在压力传感装置41收集到压力值后，将压力值反馈给控制装置42，控制装置42经过分析处理，若发现线弓压力值过大或过小时，控制处理装置42将指令信号传输给升降机构20，升降机构20通过调节升降气缸21的升降，对线弓进行压力自动补偿；或控制处理装置42将指令信号传输给摇摆机构30，摇摆机构30通过调节摇摆旋转部33的旋转角度，对线弓进行压力自动补偿；或控制处理装置42将指令信号同时传送给升降机构20和摇摆机构30，升降机构20通过调节升降气缸21的升降，摇摆机构30通过调节摇摆旋转部33的旋转角度，同时实现对线弓的压力补偿。线弓值稳定，则绕线轮50承受来自于晶棒的压力稳定，稳定的线弓值可降低绕线轮50沟槽的损伤提升绕线轮50的寿命。上述压力自动补偿功能可大幅提高切割效率又不影响翘曲度，且可增加切割品质的稳定性。

根据本发明的具体实施例，稳定的线弓值为1-3mm。由此，以该标准线弓值做参考，对计算得到的实际线弓值进行调节，使其调节至该稳定的范围内，由此可以显著提高晶棒切割良率、改善翘曲、ttv和纳米形貌。例如图3中通过增设摇摆机构和压力侦测装置，在不同的切割位置，不同的切割面积下，线弓大小始终保持稳定。

需要说明的是，参考图1～2，本文中的“线弓值”为金刚线的线弓的最低点与绕线轮最高点的距离。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种利用前面实施例所述的金刚石多线切割装置切割硅棒的方法，该方法中，控制旋转部的摇摆角度其中：θx为在切割位置x处的角度，θm为最大切割位置处的角度，r为晶棒直径，x为进给方向上的切割长度。

由此，采用上述实施例的金刚石多线切割装置切割硅棒，通过进一步控制摇摆装置摇摆角度的设定，使其根据切割位置的变化随时调整摇摆装置的摇摆角度，降低起始位置到最终结束位置的受力面积变化。而减少受力面积的变化可以有效的改善线弓的状况，而线弓的状况直接会影响到翘曲度的结果。因此，通过采用上述公式控制摇摆角度可以有效改善翘曲度和纳米形貌，减小ttv。

另外，本发明的上述切割方法，在当切割面积增大的时候，摇摆角度变大，如图4所示，进而可以增加切割的稳定性。例如图5中通过增设摇摆机构和压力侦测装置，测量晶棒切割所获得的晶圆的厚度变化值，与正常相比，增设摇摆装置和压力侦测装置的晶圆的颜色更深(更均匀)，颜色起伏更小，形貌厚度更均匀。图6中通过增设摇摆机构和压力侦测装置，测量晶棒切割所获得的晶圆的ttv值和warp(翘曲度)进行测试，与正常相比，增设摇摆装置和压力侦测装置的晶圆的ttv值和warp值都减小了。(ttv测试方法：gb/t29507-2013硅片平整度、厚度及总厚度变化测试自动非接触扫描法；翘曲度测试方法：gb/t32280-2015硅片翘曲度测试自动非接触扫描法。)

根据本发明的具体实施例，上述公式中旋转部在最大切割面积的摇摆角度θm为0-12度，优选为6-12度。

因此，本发明上述实施例的金刚石多线切割装置和切割方法至少具有下列优点之一：

(1)减少多线切割时砂浆切削能力不稳定的主要因素，可降低生产时候的良率损失。

(2)改善金刚石多线切割因用线量少在送线及回线之前切割能力差异造成的波浪状ttv的问题，且同时改善纳米形貌。

(3)压力自动补偿功能可大幅提高切割效率又不影响翘曲度，且可增加切割品质的稳定性。另一方面稳定的线弓代表绕线轮承受来自金刚石稳定的压力，可降低绕线轮沟槽的损伤提升绕线轮的寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。