用于线切割硅棒的装置、设备、硅片及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及晶圆加工技术领域，尤其涉及用于线切割硅棒的装置、设备、硅片及其制造方法。

背景技术

硅片作为半导体电路制程载体，其品质对集成电路形成具有决定性的影响。目前，在硅片的初步成型过程中的主要工序包括：硅棒切割，物理、化学研磨，化学刻蚀，物理化学抛光等。硅棒切割是硅片成型工艺中的核心工艺之一，其主要包括多线砂浆(SiC)切割和内圆切割。以12英寸晶圆的成型为例，目前采用的主流工艺为多线切割，因为相对于内圆切割，多线切割具有效率高、质量好、出片率高等优势。

多线切割是目前先进的切片加工技术，其原理是将切割线缠绕在一组线轴上以形成切割线段阵列，利用切割线的高速往复运动把磨料带入待切割材料(比如硅棒)的加工区域进行研磨，而待切割工件通过工作台的升降实现垂直方向的进给，以此将工件同时切割成若干个所需尺寸形状的薄片(比如晶圆)。通常多线切割过程中所采用的磨料优选为砂浆，不仅能够帮助研磨，而且还能够在多线切割过程中起到冷却作用。

随着切割进程的继续，硅棒被切割的位置在发生变化，切割线所承受的力在发生变化，相应地，切割线张力的大小也在发生变化。切割线张力的大小对切割出的硅片的表面质量及切割线的使用寿命等有直接影响，因此应当在切割过程实时对切割线张力进行调节。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供用于线切割硅棒的装置、设备、硅片及其制造方法；能够在切割过程中调节切割线的张力，改善切割出的硅片的平坦度及表面质量，延长切割线的使用寿命。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于线切割硅棒的装置，所述装置包5括：

线轴本体；

设置在所述线轴本体的圆周表面上的导引模块，所述导引模块包括彼此平行且间隔开的多个导引槽，用于供切割线缠绕以形成彼此平行的多个切割线段

组成的阵列，所述阵列用于通过沿所述切割线的延伸方向的运动将硅棒一次性0切割成多个硅片；

其中，所述导引模块包括张力调节部段，所述张力调节部段设置成能够在线切割操作过程中带动缠绕在所述张力调节部段上的所述切割线段一起沿远离和朝向所述线轴本体的方向偏移，以将所述切割线段的实际张力调节为目标张力。

5第二方面，本发明实施例提供了一种用于线切割硅棒的设备，所述设备包括：

根据第一方面的用于线切割硅棒的装置；

用于装载并固定待加工硅棒的承载单元；

移动控制单元，用于控制所述用于线切割硅棒的装置和/或所述承载单元移0动，以使得所述用于线切割硅棒的装置和所述承载单元相向移动以对硅棒进行切割。

第三方面，本发明实施例提供了一种用于制造硅片的方法，所述方法包括：

采用根据第三方面的用于线切割硅棒的设备制造硅片，包括以下步骤：

通过承载单元装载并固定硅棒；

5通过移动控制单元控制用于线切割硅棒的装置和装载并固定有硅棒的承载单元相向运动以对硅棒进行切割；

对硅棒切割后得到的硅片进行清洗并进行检测。

第四方面，本发明实施例提供了一种硅片，所述硅片通过使用根据第二方面的用于线切割硅棒的设备获得。

本发明实施例提供了用于线切割硅棒的装置；所述装置包括线轴本体和设置在线轴本体的圆周表面上的导引模块，导引模块包括张力调节部段；在线切割过程中，通过由张力调节部段带动切割线段沿远离和朝向线轴本体偏移调节了切割线段的跨距，因此实现了对切割线段张力的调节，基于此，可以根据切割情况的变化适应性地调整切割线段张力，将切割线段张力保持在适当的范围内，从而提高线切割出的硅片的平坦度及表面质量，并且避免发生因切割线段张力过大导致断线的情况。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种常规的线切割设备的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种常规的线切割设备的示意图；

图3为本发明实施例提供的用于线切割硅棒的装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的用于线切割硅棒的装置的结构示意图；

图5为本发明的另一实施例提供的用于线切割硅棒的装置的示意图；

图6为本发明的又一实施例提供的用于线切割硅棒的装置的示意图；

图7为本发明实施例提供的用于线切割硅棒的设备的示意图；

图8为本发明实施例提供的用于制造硅片的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，其示出了一种常规的线切割设备1的示意图，可以理解地，图1所示结构仅用于进行原理性说明，并不表示本领域技术人员不会根据具体的实施状态在图1所示的组成结构上增加或减少组件，本发明实施例对此不做具体限制。由图1所示，线切割设备1可以包括线切割单元11和承载单元12；线切割单元11可以在一些示例中如图1所示置于承载单元12的竖直方向下方，也可以在一些示例中如图2所示置于承载单元12的竖直方向上方。具体而言，线切割单元11可以包括多个线轴111以及切割线112，切割线112缠绕于线轴111上以形成由相互平行的切割线段构成的阵列；在图1中，线轴111的数量以2个为例进行说明，并且线轴111和切割线112朝向和远离承载单元12的往复运动方向如图1中的实线箭头所示，往复运动速度示例性地可以为10m/s至15m/s。承载单元12用于装载并固定待加工硅棒2，在图1和图2所示的示例中，承载单元12可以包括基台121以及中间件122，中间件122可以将待加工硅棒2固定至基台121，例如待加工硅棒可以通过其周向表面利用树脂粘接至基台的下表面(图1)或上表面(图2)从而固定至基台。

对于图1、2中所示的线切割设备1，可以通过移动线切割单元11或者承载单元12以使切割线112与待加工硅棒2之间沿竖直方向的相向运动，待切割线112与待加工硅棒2相互接触之后，利用切割线112沿其延伸方向的运动实现对待加工硅棒2的切割。在如图1所示的示例中，可以将线切割单元11沿黑色箭头所示方向移动，也可以将承载单元12沿虚线白色箭头方向移动，以实现切割线112与待加工硅棒2之间沿竖直方向的相向运动。在如图2所示的示例中，可以将承载单元12沿黑色箭头所示方向移动，也可以将线切割单元11沿虚线白色箭头方向移动，以实现切割线112与待加工硅棒2之间沿竖直方向的相向运动。需要说明的是，本发明实施例通过加装升降装置(图中未示出)以实现线切割单元11或者承载单元12的移动，可以理解地，本领域技术人员还可以根据实际需要及实施场景通过其他方式实现线切割单元11或者承载单元12的移动，本发明实施例对此不做赘述。

在常规方案中，线轴111上设置有用于导引切割线112的多个导引槽，导引槽以均匀的间隔彼此间隔开，也就是说相邻的导引槽之间的间距是一致的，切割线112依次缠绕在每个线轴111的每个导引槽使得切割线112形成为由多个切割线段组成的阵列，在该阵列中，各切割线段彼此平行以期将硅棒一次性切割成多个硅片。

在线切割过程中，对切割线段张力的控制与线切割加工能否顺利进行以及加工质量密切相关，是切割工艺的核心要素之一，如果控制不当，会在切割出的硅片表面形成明显线痕、造成硅片崩边，甚至会导致断线。具体而言，如果切割线段的张力过大，将使得附着于切割线上的碳化硅微粒难以进入切割区域，降低切割效率，形成明显线痕，更严重的情况会使切割线崩断，迫使线切割过程中断；如果切割线段的张力过小，则有可能引起切割线附带产生低频振动，同时导致切割线的弯曲度增大，带砂能力下降，因此切割能力降低，并且影响到硅片的表面加工质量，使得切割出的硅片的翘曲度较大。特别需要注意的是，在对于一次线切割过程的不同阶段，由于切割位置的不同，所要求的切割线段张力也是不同的。

基于上述情况，本发明实施例期望提供用于线切割硅棒的装置、设备、硅片、及其制造方法，能够在切割过程中调节切割线的张力，改善切割出的硅片的平坦度及表面质量，延长切割线的使用寿命。

对此，参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种用于线切割硅棒的装置200，所述装置200包括：

线轴本体201；

设置在所述线轴本体201的圆周表面201a上的导引模块202，所述导引模块202包括彼此平行且间隔开的多个导引槽GG，用于供切割线112缠绕以形成彼此平行的多个切割线段SE组成的阵列AR，所述阵列AR用于通过沿所述切割线112的延伸方向的运动将硅棒2一次性切割成多个硅片；

其中，所述导引模块包括张力调节部段2021，所述张力调节部段2021设置成能够在线切割操作过程中带动缠绕在所述张力调节部段2021上的所述切割线段SE一起沿远离和朝向所述线轴本体201的方向偏移，以将所述切割线段SE的实际张力调节为目标张力。

如图3所示，本发明实施例提供的装置200包括线轴本体201和设置在线轴本体201的圆周表面201a上的导引模块202，其中，导引槽GG形成在导引模块202上。在图3示出的实施例中，导引模块202形成为套设在线轴本体201上的圆筒形状，导引模块202的一部分圆周构成了张力调节部段2021，由此导引模块202可以分成两部分，一部分固定在线轴本体201的圆周表面201a上，而另一部分则能够沿朝向线轴本体201和远离线轴本体201的方向偏移。例如，当张力调节部段2021沿远离线轴本体201的方向偏移时，切割线段也被张力调节部段2021撑起而远离线轴本体201，切割线段的跨距增大，因而被绷紧，张力也增大；相反，当张力调节部段2021沿朝向线轴本体201的方向偏移时，切割线段也随张力调节部段2021靠近线轴本体201，切割线段的跨距减小，因而被放松，张力也减小。应当指出的是，目标张力可以为根据实际生产经验总结确定的理想张力，其可以为数值范围，并且针对不同的切割条件，目标张力可以是不同的，例如对于同一根硅棒的不同切割位置、不同尺寸的硅棒、不同的切削液状态等等，目标张力的数值范围也有所不同。在使用装置200时，可以根据目标张力实时调节张力调节部段2021的偏移，以实现对实际张力的调节。

本发明实施例提供了用于线切割硅棒的装置200；所述装置200包括线轴本体201和设置在线轴本体201的圆周表面上的导引模块202，导引模块202包括张力调节部段2021；在线切割过程中，通过由张力调节部段2021带动切割线段SE沿远离和朝向线轴本体偏移调节了切割线段的跨距，因此实现了对切割线段张力的调节，基于此，可以根据切割情况的变化适应性地调整切割线段张力，将切割线段张力保持在适当的范围内，从而提高线切割出的硅片的平坦度及表面质量，并且避免发生因切割线段张力过大导致断线的情况。

对于张力调节部段的具体实现形式，优选地，参见图4，所述张力调节部段2021呈弧段形状，并且所述张力调节部段2021的一个端部通过铰链203连接至所述线轴本体201，使得所述张力调节部段2021能够绕所述铰链203沿远离和朝向所述线轴本体201的方向转动。在图4中，导引模块202的一部分构成张力调节部段2021，而另一部分与所述线轴本体201形成为一体，张力调节部段2021经由铰链203与导引模块202的另一部分连接，由此与线轴本体201连接，当然，可以设想的是铰链203可以直接设置在线轴本体201上，使得张力调节部段2021能够经由铰链203直接连接至线轴本体201。

在图4中，张力调节部段2021由导引模块202的一半圆周构成，并且设置在线轴本体的右侧。张力调节部段2021包括连接端部2021a和自由端部2021b，连接端部2021a通过铰链203连接至线轴本体201，整个张力调节部段2021可以绕铰链203沿顺时针方向转动远离线轴本体201，也可以绕铰链203沿逆时针方向朝向线轴本体201转动，相应地可以带动缠绕在张力调节部段2021上的切割线段沿远离和朝向线轴本体201偏移，来使切割线段绷紧或放松，以改变切割线段的张力。

对于同一线切割设备，可以设置有一个或两个装置200，如图3所示，以设置有两个装置200的情况为例，两个装置200在水平方向上关于硅棒对称设置，其中，两个张力调节部段2021也对称设置，由此可以通过同步偏移实现对切割线段张力的调节。

为了实现张力调节部段2021对切割线段的支撑能力并且减少对切割线段的磨损，优选地，所述张力调节部段2021包括金属基底2022和设置在所述金属基底的上表面上的树脂部分2023，其中，所述导引槽GG由所述树脂部分2023形成，通过金属基底2022使张力调节部段2021具备了独立支撑切割线段的能力，而树脂部分2023则避免了金属基底与切割线段直接接触，减少了对切割线段的磨损。

由于树脂部分2023属于易磨损件，因此，优选地，所述树脂部分以可拆卸的方式设置在所述金属基底上，这样，一旦树脂部分磨损后无法再对切割线段进行导引，则可以被移除，并替换为新的树脂部分，作为非限制性的示例，树脂部分2023可以粘接在金属基地上。

根据本发明的优选实施例，如图5所示，所述装置还包括：检测模块204，所述检测模块204用于检测所述切割线段的所述实际张力。正如上文中所论述的，在线切割过程中，切割线段的实际张力是在变化的，并不是整个过程都需要对切割线段的张力进行调整，通过设置检测模块204，可以根据检测模块204的检测结果判断是否需要执行张力调整操作，并确定调整量。

根据本发明的另一优选实施例，如图6所示，所述装置还包括：与所述检测模块204通信的控制模块205，所述控制模块205用于根据所述检测模块204的检测结果控制所述张力调节部段2021的偏移。例如，控制模块205为电动控制模块，其连接至铰链203，通过控制铰链203的转动量来控制张力调节部段2021的偏离量，并且控制模块205还可以控制铰链203保持在某一角度，使得张力调节部段2021可以保持在对应的偏移位置并且能够始终对切割线段进行支撑。

为了实现对切割线段张力的自动化精准调节，根据本发明的又一优选实施例，如图6所示，所述装置200包括与所述检测模块204和所述控制模块205通信的处理模块206，所述处理模块206用于根据所述检测模块204的检测结果和所述目标张力获取所述张力调节部段2021的偏移量，并将所述偏移量发送至所述控制模块205，所述控制模块205基于所述偏移量控制所述张力调节部段2021的偏移。

参见图7，本发明实施例还提供了一种用于线切割硅棒的设备CD，所述设备CD包括：

根据上文的用于线切割硅棒的装置200；

用于装载并固定待加工硅棒的承载模块12；

移动控制模块13，用于控制所述装置200和/或所述承载模块12移动，以使得所述装置和所述承载模块相向移动以对硅棒进行切割。

参见图8，本发明实施例还提供了一种用于制造硅片的方法，所述方法包括：

采用根据上文的用于线切割硅片的设备CD制造硅片，包括以下步骤：

S01、通过承载单元装载并固定硅棒；

S02、通过移动控制单元控制用于线切割硅棒的装置和装载并固定有硅棒的承载单元相向运动以对硅棒进行切割；

S03、对硅棒切割后得到的硅片进行清洗并进行检测。

本发明实施例还提供了一种硅片(图中未示出)，所述硅片通过使用根据上文的用于线切割硅棒的设备CD获得，通过设备CD获得的硅片相比较通过常规设备或的硅片具有更好地质量，特别地，表面具有较少的切割线痕，并且翘曲程度小。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。