多线切割装置及多线切割方法与流程

本发明涉及硅片产品制作技术领域，尤其涉及一种多线切割装置及多线切割方法。

背景技术：

半导体硅片制作先后经过长晶，成型，抛光，清洗等环节制备而成，其中成型过程将长晶后的单晶硅棒通过钢线切割成片并打磨平坦光滑，切割过程又分为游离磨粒方式(直钢线+切削粉)和固定磨粒方式(金刚线)切割。

现有硅片切割方式主要经过三个主要过程，即：晶棒晶向测量和粘接，多线切割，切割后清洗及解胶分片；

根据布拉格定理，使用x射线测量晶棒晶向，找到需要进行的切割面，并通过树脂胶水粘接在树脂缓冲板和工件板上，经过多线切割后通过表面活性剂进行清洗，并使用热水解胶使硅片与树脂缓冲板及工件板分离，此过程中，晶棒粘结的品质将直接影响晶片切割的品质，且粘结时间长达8小时以上，生产周期长。晶棒切割后需要进行晶棒解胶过程使得硅片分离成片，其过程存在硅片品质风险。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多线切割装置及多线切割方法，解决由于晶棒粘接产生的效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多线切割装置，包括：

切割结构，包括至少两个线辊，和缠绕于所述至少两个线辊上的多条切割线；

晶棒固定结构，包括沿第一方向相对设置的两个支撑部，两个所述支撑部分别位于所述切割线的两侧，每个所述支撑部包括多个沿第二方向并排设置的多个支撑板，每条所述切割线在所述支撑部上的正投影位于相邻两个所述支撑板之间；

晶向确定结构，包括晶向调整单元和用于测定晶向的晶向测定单元，所述晶向调整单元根据所述晶向测定单元的测定结果调整晶棒晶向、以使得待切割断面与所述切割线的切割方向相平行；

移动控制结构，用于控制所述切割结构和/或所述晶棒固定结构移动，以使得所述切割结构和所述晶棒固定结构相向移动、以对晶棒进行切割；

所述第一方向为与多个所述切割线的延伸方向相垂直的方向，所述第二方向为与所述第一方向相垂直的方向。

可选的，两个所述支撑部包括第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部上的支撑板与所述第二支撑部上的支撑板一一对应，且所述第一支撑部上的支撑板在所述第二支撑部上的正投影与所述第二支撑部上对应的支撑板相重合。

可选的，所述第一支撑部上的多个支撑板的结构与所述第二支撑部上的多个支撑板的结构相同，所述第一支撑部上的多个支撑板靠近所述切割线的一端的端面组合形成一弧面。

可选的，所述弧面的弧心角为30-60度。

可选的，所述弧面的半径与待固定晶棒的半径相同。

可选的，所述晶向测定单元包括位于所述晶棒固定结构的同一侧的射线发送器件和射线接收器件，以及根据所述射线接收器件接收的信息获得晶向相对于晶棒的轴线的偏差角度的偏差角度获取部。

可选的，所述晶向调整单元包括用于控制所述晶棒旋转的旋转部，所述旋转部包括能够连接于晶棒的轴向的两端的两个第一传动件，以及用于驱动所述第一传动件旋转预设角度以带动所述晶棒旋转预设角度的第一驱动件。

可选的，所述第一传动件包括传动杆，所述传动杆的一端设置有能够吸附于晶棒沿轴向方向的一端的吸盘。

可选的，晶棒沿轴向包括第一端和第二端，所述晶向调整单元还包括用于控制晶棒的所述第一端和所述第二端中的任意一端在所述第一方向上移动的移动单元，所述移动单元包括第一子移动单元和/或第二子移动单元，所述第一子移动单元包括：

设置于所述第一支撑部内的第一承载台，所述第一承载台的第一侧设置有支撑板；

第二传动件和第二驱动件，所述第一承载台与所述第一侧相对设置的第二侧、沿所述第二方向的两端分别设置有所述第二传动件，所述第二驱动件控制至少一个所述第二传动件工作、以使得所述第一承载台的至少一端向靠近或远离所述第二支撑部的方向移动；

所述第二子移动单元包括：

设置于所述第二支撑部内的第二承载台，所述第二承载台的第三侧设置有支撑板；

第三传动件和第三驱动件，所述第二承载台与所述第三侧相对设置的第四侧、沿所述第二方向的两端分别设置有所述第三传动件，所述第三驱动件控制至少一个所述第三传动件工作、以使得所述第二承载台的至少一端向靠近或远离所述第一支撑部的方向移动。

可选的，所述移动控制结构包括所述移动单元。

可选的，所述切割结构包括沿所述第一方向间隔第一预设距离、且并排设置的两组所述线辊，每一组所述线辊包括在所述第二方向上间隔预设距离设置的两个所述线辊。

可选的，还包括对切割线进行降温的冷却结构，所述冷却结构包括沿所述第二方向设置于所述晶棒固定结构的相对的两侧的喷嘴，所述喷嘴通过管道连接冷却介质储存部。

本发明还提供一种多线切割方法，采用上述的多线切割装置对晶棒进行切割，包括以下步骤：

通过晶棒固定结构固定晶棒；

通过晶向测定单元测量晶棒晶向；

通过晶向调整单元调整晶棒晶向、使得晶棒的切割断面与切割线的切割方向平行；

通过移动控制单元控制切割结构和晶棒固定结构相向运动、以对晶棒进行切割；

对晶棒切割后得到的晶片进行清洗。

可选的，通过晶向测定单元测量晶棒晶向，具体包括：

以晶棒的轴线作为z轴、切割线的延伸方向作为x轴、与切割线的延伸方向相垂直并与z轴方向相垂直的方向为y轴建立坐标系，通过x射线测定晶棒晶向，获得晶向偏差角度(x，y)。

可选的，所述晶向调整单元包括用于控制所述晶棒旋转的旋转部，所述旋转部包括能够连接于晶棒的轴向的两端的两个第一传动件，以及用于驱动所述第一传动件旋转预设角度以带动所述晶棒旋转预设角度的第一驱动件；通过晶向调整单元调整使得晶棒的切割断面与切割线的切割方向平行，具体包括：

旋转晶棒，使得晶向的偏差角度为(0，y)。

可选的，晶棒沿轴向包括第一端和第二端，所述晶向调整单元还包括用于控制晶棒的所述第一端和所述第二端中的任意一端在所述第一方向上移动的移动单元，所述移动单元包括第一子移动单元和/或第二子移动单元；通过晶向调整单元调整使得晶棒的切割断面与切割线的切割方向平行，具体包括：

控制晶棒的第一端或第二端在y轴方向移动，以使得晶向的偏差角度为(0,0)。

本发明的有益效果是：通过所述晶棒固定结构的设置，省去了晶棒粘接以及晶棒解胶的工艺流程，简化工序，提高了生产效率，且降低了破片风险。

附图说明

图1表示传统技术中多线切割装置结构示意图；

图2表示本发明实施例中多线切割装置结构示意图一；

图3表示本发明实施例中多线切割装置结构示意图二；

图4表示本发明实施例中多线切割装置结构示意图三；

图5表示本发明实施例中晶棒固定结构示意图；

图6表示本发明实施例中支撑板结构示意图；

图7表示本发明实施例中晶向测定状态示意图；

图8表示本发明实施例中旋转部结构示意图；

图9表示本发明实施例中晶向调整示意图一；

图10表示本发明实施例中晶向调整示意图二；

图11表示本发明实施例中晶向调整示意图三。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

传统的切割工艺流程包括：晶向测量-晶向调整-晶棒粘接-多线切割-晶棒清洗-硅片解胶分离，晶向测量、晶向粘接、多线切割的设备都是单独设置的，多线切割装置的结构示意图如图1所示，多条钢线缠绕于线辊204上形成钢线阵列203，通过工件板201，树脂板202将晶棒w固定在线切设备上，通过钢线阵列203完成切割，在切割过程中通过喷嘴205喷射冷却液体进行冷却降温，采用传统的多线切割装置进行多线切割具有如下问题：

1.通过晶棒粘接设备将晶棒与树脂板和工件板粘接，过程复杂，材料损耗大；

2.粘接过程不可逆，一旦晶向粘接错误，rework流程复杂；

3.粘接过程可控性差，粘接效果无法及时检测，容易造成晶棒损失；

4.切割后需要专用设备解胶分离，容易造成硅片划伤等品质损失。

针对上述问题，本实施例提供一种多线切割装置，如图2-4所示，包括：

切割结构，包括至少两个线辊，和缠绕于所述至少两个线辊上的多条切割线005；

晶棒固定结构，包括沿第一方向相对设置的两个支撑部，两个所述支撑部分别位于所述切割线005的两侧，每个所述支撑部包括多个沿第二方向并排设置的多个支撑板，每条所述切割线005在所述支撑部上的正投影位于相邻两个所述支撑板之间；

晶向确定结构，包括晶向调整单元和用于测定晶向的晶向测定单元，所述晶向调整单元根据所述晶向测定单元的测定结果调整晶棒晶向、以使得待切割断面与所述切割线的切割方向相平行；

移动控制结构，用于控制所述切割结构和/或所述晶棒固定结构移动，以使得所述切割结构和所述晶棒固定结构相向移动、以对晶棒进行切割；

所述第一方向为与多个所述切割线005的延伸方向相垂直的方向(参考图2中的y方向)，所述第二方向(参考图2中的x方向，所述第二方向为所述切割线005的延伸方向)为与所述第一方向相垂直的方向。

本实施例中，多线切割装置集成了晶棒晶向确定结构和晶棒固定结构，降低成本，且通过晶棒固定结构固定晶棒w，省却了晶棒粘接和晶棒解胶的过程，节省耗材，降低成本，且提高了生产效率，避免了在解胶过程中产生的破片风险。

需要说明的是，所述切割线005缠绕于所述线辊上，在所述第一方向上形成的两层切割线的分布，而两个所述支撑部中的一个位于两层所述切割线之间，两个所述支撑部之间形成用于容纳固定晶棒w的空间，两个所述支撑部沿着所述第一方向同步移动，或者所述切割结构沿着所述第一方向移动，以实现晶棒的切割，图2表示出了晶棒切割前的状态，图3表示出了晶棒切割后的状态。

本实施例中，两个所述支撑部包括第一支撑部007和第二支撑部009，所述第一支撑部007上的支撑板与所述第二支撑部上的支撑板一一对应，且所述第一支撑部007上的支撑板在所述第二支撑部009上的正投影与所述第二支撑部009上对应的支撑板相重合。

参照图2-图4，所述第一支撑部007包括多个第一支撑板008，所述第二支撑部009包括多个第二支撑板010，所述第一支撑部007上的第一支撑板008与所述第二支撑板上的第二支撑板010一一对应，第一支撑部007的一个第一支撑板与第二支撑部009上对应的第二支撑板组成一组支撑板，晶棒w被切割后形成多个晶片，每一组支撑板支撑固定一个晶片，所述第一支撑部007上的第一支撑板008在所述第二支撑部009上的正投影与所述第二支撑部009上对应的第二支撑板010相重合，使得晶片受力均匀，避免破损。

本实施例的一实施方式中，晶棒w被切割后形成多个晶片，所述支撑板(包括所述第一支撑板008和所述第二支撑板010)的厚度与切割后形成的对应的晶片的厚度一致，有效的支撑固定晶片。

本实施例中，所述第一支撑部007上的多个支撑板的结构与所述第二支撑部009上的多个支撑板的结构相同，所述第一支撑部007上的多个支撑板靠近所述切割线的一端的端面组合形成一弧面。

晶棒w为圆柱形结构，而多个支撑板靠近所述切割线的一端的端面组合形成一弧面，有利于晶棒的支撑，使得晶棒受力均匀、不易破损，参考图4和图6。

所述弧面的弧心角α的大小决定了所述弧面的长度，而所述弧面的长度可根据实际需要设定，本实施例一实施方式中，所述弧面的弧心角α为30-60度，但并不以此为限。

本实施例中，所述弧面的半径r与待固定晶棒的半径相同，在支撑固定晶棒时，可以与晶棒的外周面更好的贴合，有效的固定晶棒，提高晶棒的稳定性。

本实施例中，所述支撑板采用聚氨酯或同等耐磨性材质，增大了支撑板与晶棒之间的摩擦力，提高晶棒的稳定性。

本实施例中，所述晶向测定单元包括位于所述晶棒固定结构的同一侧的射线发送器件101和射线接收器件102，以及根据所述射线接收器件102接收的信息获得晶向相对于晶棒的轴线的偏差角度的偏差角度获取部。

如图7所示，所述射线发送器件101和射线接收器件102位于晶棒w的同一侧，且位于晶棒w的轴向方向的一端，所述射线发送器件101对晶棒w的端面发送x射线，所述偏差角度获取部根据所述射线接收器件102接收的信息获得晶向相对于晶棒w的轴线的偏差角度，通过x射线进行晶向测定，进而进行定向切割，简单快捷，提高晶向测定的准确性。

本实施例中，所述晶向调整单元包括用于控制所述晶棒w旋转的旋转部，所述旋转部包括能够连接于晶棒w的轴向的两端的两个第一传动件103，以及用于驱动所述第一传动件103旋转预设角度以带动所述晶棒旋转预设角度的第一驱动件，参照图8。

图7中表示出了一实施方式中，测定晶棒晶向的示意图，箭头o为晶向方向(一种示例，并不以此为限)，参照图7、图9、图10，以晶棒的轴线a作为z轴、切割线的延伸方向作为x轴、与切割线的延伸方向相垂直并与z轴方向相垂直的方向为y轴建立坐标系，通过x射线测定晶棒晶向，获得晶向偏差角度(x，y)。

所述晶向调整单元根据所述偏差角度获取部获取的晶向偏差角度，对晶棒的晶向进行调整，参照图9和图10，通过旋转晶棒可以使得在y轴方向上的晶向偏差为0。在y＝0时，晶向调整单元只需旋转晶棒调整晶向在x轴方向的偏差即可。

本实施例中，所述第一传动件103包括传动杆，所述传动杆的一端设置有能够吸附于晶棒沿轴向方向的一端的吸盘，参照图8。

通过吸盘使得所述传动杆吸附于晶棒的端面上，在所述第一驱动件的驱动下，所述传动杆带动晶棒进行旋转。

所述预设角度，根据所述晶向测定单元获取的偏差角度设定。

所述第一驱动件的具体结构形式可以有多种，例如旋转电机。

本实施例中，晶棒沿轴向包括第一端和第二端，所述晶向调整单元还包括用于控制晶棒的所述第一端和所述第二端中的任意一端在所述第一方向上移动的移动单元，所述移动单元包括第一子移动单元和/或第二子移动单元，所述第一子移动单元包括：

设置于所述第一支撑部007内的第一承载台011，所述第一承载台011的第一侧设置有支撑板(第一支撑板008)；

第二传动件和第二驱动件，所述第一承载台011与所述第一侧相对设置的第二侧、沿所述第二方向的两端分别设置有所述第二传动件(图中未示)，所述第二驱动件控制至少一个所述第二传动件工作、以使得所述第一承载台011的至少一端向靠近或远离所述第二支撑部009的方向移动；

所述第二子移动单元包括：

设置于所述第二支撑部009内的第二承载台012，所述第二承载台012的第三侧设置有支撑板；

第三传动件和第三驱动件，所述第二承载台012与所述第三侧相对设置的第四侧、沿所述第二方向的两端分别设置有所述第三传动件(图中未示)，所述第三驱动件控制至少一个所述第三传动件工作、以使得所述第二承载台012的至少一端向靠近或远离所述第一支撑部007的方向移动，参照图5。

所述第二传动件和所述第三传动件的结构可以相同，也可以不同，可以是液压杆，但并不以此为限，当所述第二驱动件和所述第三驱动件均为驱动电机。

参照图9-图11，通过x射线测定晶棒晶向，获得晶向偏差角度(x，y)。所述晶向调整单元根据所述偏差角度获取部获取的晶向偏差角度，对晶棒的晶向进行调整，先通过旋转晶棒可以使得在y轴方向上的晶向偏差为0，然后通过第一子移动单元或者第二子移动单元，晶棒轴向方向上的至少一端在y轴方向上移动，参考图11，y＝h，则使得晶棒的一端沿着y轴方向、靠近轴线移动、使得y＝0。

本实施例中，所述移动控制结构包括所述移动单元。

需要说明的是，通过所述移动单元实现晶棒在所述第二方向上的移动，以进行切割时，所述晶棒时整体移动的。

需要说明的是，为了实现对晶棒的切割，即使得切割线和晶棒在所述第二方向上相向运动，所述移动控制结构可以包括所述移动单元以控制晶棒的运动，也可以包括控制线辊移动以实现切割的移动单元，所述移动控制结构可以单独控制晶棒固定结构的移动或者切割结构的移动，也可以同时控制晶棒固定结构和切割结构的移动，在此不作限制。

本实施例中，所述切割结构包括沿所述第一方向间隔第一预设距离、且并排设置的两组所述线辊，每一组所述线辊包括在所述第二方向上间隔预设距离设置的两个所述线辊。

如图2-图4所示，所述切割结构包括4个所述线辊(第一线辊001、第二线辊002、第三线辊003和第四线辊004)，每个所述线辊上具有多个切割线容纳槽，4个所述线辊上的切割线容纳槽的分布相同，使得多个切割线005平行设置，相邻两个切割线005之间的距离根据所需的晶片的厚度设定，所述切割线005缠绕于所述线辊上，在所述第二方向上形成两层切割线，所述切割线缠绕于所述在所述第二方向上相邻的两个线辊之间的距离，为所述晶棒固定结构中的一个支撑部(第二支撑部009)在所述第二方向上的移动提供了足够的移动空间。

本实施例中，多线切割装置还包括对切割线进行降温的冷却结构，所述冷却结构包括沿所述第二方向设置于所述晶棒固定结构的相对的两侧的喷嘴006，所述喷嘴006通过管道连接冷却介质储存部，所述喷嘴006向所述切割线喷射所述冷却介质以进行降温，防止切割过程中，切割线的温度过高影响切割质量。

所述冷却介质可以是砂浆或者其他冷却液体，再次不做限制。

所述管道上还设置用于控制所述冷却介质的流速的开关阀，所述开关阀可以是电磁阀，但并不以此为限。

本发明实施例还提供一种多线切割方法，采用上述的多线切割装置对晶棒进行切割，包括以下步骤：

通过晶棒固定结构固定晶棒；

通过晶向测定单元测量晶棒晶向；

通过晶向调整单元调整晶棒晶向、使得晶棒的切割断面与切割线的切割方向平行；

通过移动控制单元控制切割结构和晶棒固定结构相向运动、以对晶棒进行切割；

对晶棒切割后得到的晶片进行清洗。

通过多线切割装置进行多线切割，通过晶棒固定结构固定晶棒，在通过x射线进行晶向测定后，在移动控制单元的控制下完成多线切割，省却了晶棒粘接和晶棒解胶的过程，在切割完成后，人工取片或者通过机械臂自动取片，进入下一工序进行清洗。

本实施例中，通过晶向测定单元测量晶棒晶向，具体包括：

以晶棒的轴线(轴向中心线)作为z轴、切割线的延伸方向作为x轴、与切割线的延伸方向相垂直并与z轴方向相垂直的方向为y轴建立坐标系，通过x射线测定晶棒晶向，获得晶向偏差角度(x，y)。

本实施例中，所述晶向调整单元包括用于控制所述晶棒旋转的旋转部，所述旋转部包括能够连接于晶棒的轴向的两端的两个第一传动件，以及用于驱动所述第一传动件旋转预设角度以带动所述晶棒旋转预设角度的第一驱动件；通过晶向调整单元调整使得晶棒的切割断面与切割线的切割方向平行，具体包括：

旋转晶棒，使得晶向的偏差角度为(0，y)。

本实施例中，晶棒沿轴向包括第一端和第二端，所述晶向调整单元还包括用于控制晶棒的所述第一端和所述第二端中的任意一端在所述第一方向上移动的移动单元，所述移动单元包括第一子移动单元和/或第二子移动单元；通过晶向调整单元调整使得晶棒的切割断面与切割线的切割方向平行，具体包括：

控制晶棒的第一端或第二端在y轴方向移动，以使得晶向的偏差角度为(0,0)。

以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。