用于晶片切割的晶片切割犧牲基板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有用來(lái)夾持一塊材料(3)例如錠材、塊材或棒的安裝面(2)的犧牲基板(1)，用來(lái)將材料(3)切割成多個(gè)晶片，該犧牲基板(1)的彈性模量小于6000MPa，較佳為小于5000MPa，更佳為小于4000MPa。本發(fā)明還涉及一種由一塊材料(3)例如錠材、塊材或棒材制造多個(gè)晶片的方法，該方法包括以下步驟：將一塊材料(3)安裝到犧牲基板(1)上，較佳為使用膠粘；將安裝有材料(3)的犧牲基板(1)安裝到切割設(shè)備上；將材料(3)切割為多個(gè)晶片。
【專利說明】用于晶片切割的晶片切割犧牲基板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將塊材(bricks)或錠材(光伏/半導(dǎo)體工業(yè))或棒材(光電學(xué)領(lǐng)域)切割為塊材或晶片時(shí)所使用的晶片切割犧牲基板(也稱“梁”)。
【背景技術(shù)】
[0002]以下描述現(xiàn)有技術(shù)中的晶片切割工藝。用于切割晶片的切割設(shè)備具有形成于至少兩個(gè)線導(dǎo)輪之間的切割線網(wǎng)。將一塊材料(錠材、塊材或棒材)降下并使其進(jìn)入切割線網(wǎng)，此時(shí)切割絲正在進(jìn)行往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，形成切割動(dòng)作，從而將該塊材料切割成晶片。該方法同樣用于將錠材切割為塊材。這里切割線的數(shù)量較低并且切割線在繃于多級(jí)滑輪之間。具有創(chuàng)新性的犧牲板可用于此類線鋸(被稱為切塊機(jī)或切斷機(jī)，梅耶博格公司(Meyer Burger)將其稱為“切塊大師”(Brick Master))。此處使用術(shù)語(yǔ)線鋸指任何類型的線鋸，此處所說的塊材可以具有任何形狀。塊材的切割公開于W02010/128011A1，此處將以引用方式將其全部公開內(nèi)容納入本說明書。
[0003]一塊多晶錠材被切割為多個(gè)塊材:對(duì)單晶錠材進(jìn)行修方(或修圓)時(shí)，將其放置于夾具之上。然后使用W02010/128011A1圖3中所示的切割線場(chǎng)由上方向下將圓形錠材切出大致為正方形或其他需要的形狀。同時(shí)錠材被切割成塊，使塊材得到需要的長(zhǎng)度。裁切時(shí)將單晶硅錠材的錐形端部去除。
[0004]如今，更多使用固定研磨材料切割用于半導(dǎo)體應(yīng)用、太陽(yáng)能電池或LED的晶片。使用將研磨材料懸浮于漿料中并由金屬線攜帶進(jìn)行切割的方法已經(jīng)十分罕見。在固定研磨材料切割方法中，研磨材料直接附著于金屬線上。金剛石線就屬于此類金屬線。
[0005]以上這些切割技術(shù)被應(yīng)用于半導(dǎo)體、電子元器件、光伏與光電領(lǐng)域。典型的需要切割的材料有砷化鎵、鍺、多晶或單晶或類單晶硅、磷化銦、石英、藍(lán)寶石或其他陶瓷材料。
[0006]當(dāng)切割一塊材料時(shí)，例如切割塊材、錠材或棒材時(shí)，將其附著于犧牲板之上。犧牲板附著于通常為金屬制成的夾具之上。該夾具用來(lái)將整個(gè)組件安裝于切割機(jī)的安裝座之上。
[0007]下面對(duì)犧牲基板的功能進(jìn)行詳細(xì)說明。塊材隨著金屬線導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)被推過金屬線網(wǎng)，使切割線向下彎曲。隨著切割深度的增加，切割線形成所謂的“弓形”。由于切割線的這種“弓形”，材料的(頂部)兩側(cè)邊緣在塊材的中部被完全切透之前已經(jīng)被切割。犧牲基板的作用就是使夾具與材料保持一定距離，使夾具免受切割(并導(dǎo)致夾具損壞)。因此犧牲基板為一次性部件。晶片切割完成后，夾具、犧牲基板和晶片由切割機(jī)移除。在下一個(gè)加工步驟中，呈梳狀并排懸掛于安裝組件之上的多個(gè)晶片將與犧牲基板和組件系統(tǒng)分離。本說明書使用術(shù)語(yǔ)“飛邊”，用來(lái)描述當(dāng)切割線將基板部分切割后形成于基板(或稱之為“梁”)上形成的一種結(jié)構(gòu)。飛邊的厚度與完成的切割的晶片的厚度近似。
[0008]犧牲基板可根據(jù)材料形狀的不同而具有不同的形狀。錠材、塊材或棒材可具有不同的形狀和大小。例如，犧牲基板可以為矩形或是一側(cè)為與圓柱形棒材配合的曲面，另一側(cè)為平面。對(duì)于藍(lán)寶石兩種形狀類型都有。對(duì)于半導(dǎo)體而言梁的一側(cè)大多為弧形，對(duì)于光伏應(yīng)用而言犧牲基板大多為矩形。
[0009]乙二醇切片過程與水基切片過程對(duì)比:切割過程中使用一種切割液。該切割液至少具有冷卻和潤(rùn)滑功能。作為使用金剛石線切割晶片的切割液時(shí)考慮以下兩個(gè)主要系統(tǒng):由水和添加劑構(gòu)成的純水基切割液，例如協(xié)作(Synergy)DWS500(由美國(guó)金剛石線材料技術(shù)(Diamond Wire Materials Technology)公司提供)或是由水以外的有機(jī)溶液構(gòu)成的切割液，已知大多數(shù)此類切割液為乙二醇基，例如Yumark? (由美國(guó)YushiroManufacturing America公司提供)。本發(fā)明涉及水基切割過程和乙二醇基切割和其他任何切割過程。尤其是水基過程對(duì)基板的性能要求更為苛刻，主要是涉及膨脹和變形問題。
[0010]連續(xù)切片過程(類生產(chǎn))有時(shí)也被稱為背對(duì)背切片(back to back wafering):與通常一次切割消耗400km切割線的、使用漿料配合的切割過程中使用的切割線相比而言，使用金剛石線切割時(shí)切割線的長(zhǎng)度較為有限，通常為I 一 10km。金剛石線的使用壽命高于常規(guī)的漿料線，因此使用切割線的長(zhǎng)度較短。然而，在這一過程中金剛石線網(wǎng)的一部分在切割時(shí)向收線軸移動(dòng)，但切割中使用的切割線的主要部分此時(shí)仍然位于線網(wǎng)上，而該部分切割線將用于后續(xù)的連續(xù)切割。結(jié)果，為了能夠正常工作，金剛石線的切割力不應(yīng)受到犧牲基板的不良影響。否則將在連續(xù)切割時(shí)影響切割線的切割性能。
[0011]這種切割方式與所謂的一次性切割形成對(duì)照，在一次性切割中切割線僅切割一次并且在切割下一枚錠材、塊材或棒材之前，留在切割網(wǎng)中已經(jīng)用過的部分將被更新。顯然在一系列的連續(xù)性單線切割中消耗的切割線要遠(yuǎn)大于一系列的背對(duì)背切割中消耗的切割線。后者由于能夠?qū)饎偸€的使用壽命進(jìn)行優(yōu)化，因而具有更高的成本效益。
[0012]以下展示本說明書使用的其他術(shù)語(yǔ):切割線網(wǎng)由切割線導(dǎo)輪支承。該導(dǎo)輪通常覆有截面為凹槽形狀的用來(lái)接收切割線的聚氨酯層。金剛石線被纏繞于切割線導(dǎo)輪上的這些凹槽中形成網(wǎng)狀。凹槽的間距(即重復(fù)出現(xiàn)的凹槽圖案之間的距離)與所使用的切割線直徑?jīng)Q定了切出晶片的厚度。
[0013]跳線和結(jié)對(duì)都是與重復(fù)性線網(wǎng)圖案相關(guān)的缺陷，這兩種缺陷都會(huì)導(dǎo)致與偏離期望的晶片厚度。線網(wǎng)中兩根切割線粘連時(shí)被稱為結(jié)對(duì)。當(dāng)某根切割線未在其凹槽中時(shí)被稱為跳線。
[0014]總體厚度變化(縮寫為TTV)是指晶片最大與最小厚度之差。該值用來(lái)衡量切割品質(zhì)。
[0015]邊緣缺陷指晶片邊緣破損、邊角破裂或不規(guī)則形狀。缺口指僅出現(xiàn)在晶片一側(cè)的貝殼狀缺陷。微裂紋是另一種重要缺陷。不正確的切割或梁可導(dǎo)致該缺陷的發(fā)生。
[0016]在連續(xù)切割中，如果固著研磨線網(wǎng)盡管已經(jīng)在前一次切割中部分使用，如果該使用過的切割線的切割能力尚未減弱太多而能夠得以連續(xù)使用，就能夠顯著降低固著研磨切片過程的成本。在切割過程中可以通過切割絲的偏移程度(切割過程中測(cè)定切割線形的形狀或是“弓形”的彎曲程度)對(duì)切割能力進(jìn)行測(cè)量。即將失去切割能力的切割線較未使用過的新切割線偏移程度會(huì)更大(更大或更多的弓形)。
[0017]切割結(jié)束時(shí)，為了進(jìn)行完全切割以得到晶片，犧牲基板被部分切割，用于補(bǔ)償切割過程中切割線產(chǎn)生的弓形變化。該犧牲基板的造價(jià)應(yīng)盡量低廉，并且不能影響晶片的切割質(zhì)量。
[0018]現(xiàn)有的犧牲基板在與切割線相互作用的過程中，連續(xù)切割中產(chǎn)生的切割線偏移程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于首次切割結(jié)束時(shí)的偏移程度，連續(xù)切割獲得的晶片品質(zhì)低于切割線不與犧牲基板相互作用時(shí)切出的晶片。由此造成更多的晶片不符合要求，因此成品率也較低。由于切割絲消耗更快，還增加了切割線斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。
[0019]以下詳細(xì)說明現(xiàn)有的犧牲基板。目前在使用漿料的晶片切割中主要使用玻璃作為犧牲基板。其優(yōu)點(diǎn)是其價(jià)格低廉。并且其不會(huì)吸潮并具有與硅和藍(lán)寶石相當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱系數(shù)，并且觀察到其在晶片切割過程中的典型條件下具有幾何形狀的穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。然而，其缺點(diǎn)在于其會(huì)損傷金剛石線的品質(zhì)。當(dāng)金剛石線開始切入玻璃基板時(shí)，切割線無(wú)法去除由切割槽(即被切割材料上產(chǎn)生的切槽)中產(chǎn)生的碎屑。從而導(dǎo)致切割線的切割能力受到損害，如果工件穿過線網(wǎng)時(shí)的移動(dòng)沒有減少，施加在切割線上的力就會(huì)增加。
[0020]可由市場(chǎng)獲得的另一種犧牲基板由合成材料制成，例如熱塑料、熱固材料或復(fù)合材料，大多數(shù)為填充有當(dāng)前常見的各種填充劑的環(huán)氧樹脂基材料。
[0021]目前可以得到的一種犧牲基板為DMT111GB(由美國(guó)金剛石線材料技術(shù)(DiamondWire Materials Technology)公司提供)；基于酹醒樹脂的基板與其他復(fù)合材料解決方案相比要便宜許多并在基于乙二醇的切割過程中表現(xiàn)良好。這種梁的缺點(diǎn)在于其在基于水的切割過程中會(huì)吸潮并膨脹且無(wú)法控制，導(dǎo)致晶片由犧牲安裝盤上脫落并有可能損壞。
[0022]另一種可選方案是一種被稱為維美德? 190凈梁(ValtroniS1190Clean Beam)(由美國(guó)Valtech公司提供)的填充有礦物質(zhì)的熱塑性塑料，其優(yōu)點(diǎn)是具有穩(wěn)定的幾何形狀，會(huì)產(chǎn)生平直、未變形的飛邊(被切割后的犧牲基板上位于兩根相鄰切割線之間的部分)。然而，該基板材料與金剛石材料的相互作用會(huì)導(dǎo)致金剛石線在后續(xù)的切割中切割性能的嚴(yán)重?fù)p害。因此在連續(xù)切割中會(huì)消耗更多的新切割線，從而使加工成本上升。
[0023]EP2111960A1公開了一種具有空心管的安裝板作為標(biāo)準(zhǔn)玻璃基板和更為昂貴的聚脂基板的替代，但該基板由陶瓷材料制成，對(duì)于金剛石線切割過程來(lái)說硬度過大，會(huì)導(dǎo)致金剛石線過早失效。
[0024]US2009199836A1公開了一種碳納米管加強(qiáng)線鋸梁，用于將錠材切割為晶片的線切害I]。據(jù)稱該線鋸梁通過使用碳納米管(CNT)對(duì)普通樹脂進(jìn)行加強(qiáng)(結(jié)合該線鋸梁的其它物理性能)能夠提高線鋸梁的楊氏模量。然而，楊氏模量提高后的梁對(duì)切割線的切割性能和切割線或切割線導(dǎo)輪的清潔產(chǎn)生不良影響。這將對(duì)切割品質(zhì)造成不良影響并可導(dǎo)致晶片的損壞。
[0025]W02009040109A1公開了一種使用線鋸由錠材切割晶片的方法。切割前將錠材粘于錠材固定裝置之上。為了將粘膠完全由錠材固定裝置之上去除，同時(shí)保留在切割后的晶片之上，錠材固定裝置表面上具有一(SiO)X履層。
[0026]DE244482A1公開了一種切割具有較大尺寸(大于Im x0.50m)的陶瓷板的方法。將多個(gè)陶瓷板疊置，并且于陶瓷板之間填充切割前已經(jīng)硬化的可流動(dòng)物質(zhì)(聚氨酯泡沫)。該材料的彈性模量低于陶瓷板。使用冷卻切割輪將對(duì)該疊層進(jìn)行切割。DE2044482A1涉及完全不同的【技術(shù)領(lǐng)域】。此外，本發(fā)明不涉及對(duì)板材的切割，僅涉及為得到晶片對(duì)錠材、塊材或棒材的切割。
[0027]US2011162504A1公開了一種用于對(duì)稀土磁鐵塊的多重切除加工的多重刀片切割機(jī)，特別是涉及該多重刀片切割機(jī)加工時(shí)用于固定磁鐵塊的夾具。因此US2011162504A1涉及完全不同的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中存在的問題并提供一種用晶片切割的具有成本效益的犧牲基板，該基板對(duì)切割線的切割性能沒有不良影響，對(duì)切割鋸或?qū)Ь€輪的清潔度沒有不良影響，具有成本效益，能夠獲得高品質(zhì)晶片和高成品率，不會(huì)對(duì)晶片造成損害，并且可同時(shí)用于水基切割和乙二醇切割。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案采用了完全不同的方案。以下對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)犧牲基板總體研究方向是開發(fā)出具有更加優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、幾何穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的材料。所有現(xiàn)有的技術(shù)方案都試圖提供能夠在晶片切割過程中能夠在所使用的犧牲基板上產(chǎn)生堅(jiān)硬、平直且穩(wěn)定的飛邊。因此會(huì)使用具有非常高的彈性模量的致密材料。這種機(jī)械穩(wěn)定性被認(rèn)為是在圓晶切割過程中保證晶片機(jī)械完整性和高成品率的基本要求。
[0031]然而，根據(jù)本發(fā)明的犧牲基板的特征在于較大程度上的幾何變形，并結(jié)合低彈性模量，使施加在晶片上的力保持在較低水平，從而使晶片不受損傷甚至脫落。
[0032]本發(fā)明的目的通過使用一種晶片切割犧牲基板(所謂的晶片切割梁)得以實(shí)現(xiàn)，該犧牲基板具有用來(lái)夾持一塊物料的安裝面，該物料包括錠材、塊材和棒材，用來(lái)從該塊物料上切出多片晶片，其中該晶片切割犧牲基板具有的根據(jù)IS0178的彎曲模量或彈性模量小于6000Mpa，以小于5000Mpa更佳，最佳為小于4000Mpa。
[0033]使用上文限定的彈性更大的材料對(duì)產(chǎn)出晶片的品質(zhì)和切割線的壽命具有有益的效果，將在下文中詳細(xì)說明。
[0034]本發(fā)明的目的還通過由多孔材料制成的晶片切割犧牲基板實(shí)現(xiàn)。具有開放和/或封閉孔洞的多孔材料使?fàn)奚鍖?duì)于切割線更為柔軟。同時(shí)沉積在切割線和切割線導(dǎo)輪上的物質(zhì)也更少(由于孔洞的存在)。
[0035]在一實(shí)施例中，晶片切割犧牲基板具有大于0.15 (或15% )的孔隙率，以大于
0.30 (或30% )為更佳，最優(yōu)為大于0.40(或40% )。
[0036]在一實(shí)施例中，該多孔材料為一種泡沫材料，以聚合物泡沫為佳。該實(shí)施例為優(yōu)選實(shí)施例，因?yàn)槠湫阅軆?yōu)良并且生產(chǎn)成本低廉。對(duì)于任何物質(zhì)而言，泡沫是指其由內(nèi)部殘留許多氣泡而形成，確切來(lái)說就是殘留在固體內(nèi)的氣泡。泡沫也可以用填充劑(即另一種固體)填充，以便改變梁的某種功能屬性，例如模量、熱性能等。
[0037]本發(fā)明的目的還通過一種晶片切割犧牲基板實(shí)現(xiàn)，該晶片犧牲基板由吸水率小于2%的聚合物制成，較佳為小于1.5%，以小于0.7%為最優(yōu)。吸水率是材料的一種屬性，指材料擴(kuò)散吸收水份的能力。某種材料的吸水率在某些測(cè)量條件下測(cè)定。吸水量或吸水率是某塊材料吸收的水分的質(zhì)量與材料樣品自身質(zhì)量的關(guān)系。吸水率單位以mg或％表示。測(cè)量方法和條件在DIN標(biāo)準(zhǔn)53495中給出。本應(yīng)用的吸水率的測(cè)量條件為將材料樣品于23°C蒸餾水中浸24小時(shí)。
[0038]本發(fā)明的目的還通過一種晶片切割犧牲基板實(shí)現(xiàn)，該晶片切割犧牲基板具有高于50°C的熱變形溫度，較佳為高于60°C，最優(yōu)為高于70°C。
[0039]在一實(shí)施例中該晶片切割犧牲基板由熱固塑料制成。[0040]在一實(shí)施例中該晶片切割犧牲基板由泡沫材料制造，例如泡沫聚合物、泡沫陶瓷或泡沫金屬。
[0041]在一實(shí)施例中，該晶片切割犧牲基板由聚氨酯制成。
[0042]在一實(shí)施例中，該晶片切割犧牲基板由泡沫聚氨酯制成，該泡沫聚氨酯優(yōu)選吸濕率小于0.7%。
[0043]較佳的是，該晶片切割犧牲基板具有一附著面，用來(lái)將該晶片切割犧牲基板附著到切割設(shè)備之上(例如:切割設(shè)備上的夾具或犧牲基板座)，該附著面最好位于犧牲基板的反面(相對(duì)于安裝面)?；蛘呖梢允褂闷渌麪奚旱谋砻孀鳛楦街媸褂?。
[0044]本發(fā)明的目的還通過一種由一塊物料制造多個(gè)晶片的方法實(shí)現(xiàn)，該物料選錠材、導(dǎo)體材或棒材，該方法包括以下步驟:將錠材、塊材或棒材粘附于晶片切割犧牲基板之上；將裝有錠材、塊材或棒材的晶片切割犧牲基板安裝到切割設(shè)備之上，該切割設(shè)備為線鋸；通過將錠材、塊材或棒材移動(dòng)穿過該線鋸的切割線網(wǎng)將其切割為多個(gè)晶片，其中所述的晶片切割基板為前文所述的各個(gè)實(shí)施例中的任何晶片切割犧牲基板之一。
[0045]較佳的是，所述將晶片切割犧牲基板安裝到切割設(shè)備的步驟是將所述晶片切割犧牲基板安裝到一夾具之上，再將該夾具連接到切割設(shè)備的承座之上。
[0046]較佳的是，所述晶片切割犧牲基板上附著兩枚塊材。
[0047]較佳的是，所述線網(wǎng)由金剛石線構(gòu)成。本發(fā)明的基板使金剛石絲得以最大限度的利用，因此能夠?qū)崿F(xiàn)金剛石線切割最低的購(gòu)置成本。
[0048]以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和原理進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0049]本發(fā)明的犧牲基板的優(yōu)點(diǎn)在于其不會(huì)降低切割線的切割性能(固定式研磨線，利用懸浮為漿料中的研磨劑工作的切割線)，并且連續(xù)切割能夠產(chǎn)生穩(wěn)定、符合規(guī)定的TTV和切割痕。還應(yīng)注意，在對(duì)梁進(jìn)行切割的過程中，切割結(jié)束時(shí)金剛石線受損。由于此時(shí)某些切割已經(jīng)完成，切割線可能會(huì)將梁穿透，下一輪切割在線網(wǎng)中仍然會(huì)切割工件。
[0050]本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知在切割過程，由于冷卻劑的毛細(xì)作用，晶片傾向于相互靠攏。
[0051]圖2所示的晶片不受毛細(xì)作用的影響的理想情況是不存在的。實(shí)踐中，切割完成后懸掛于夾具和犧牲基板上的晶片更接近圖9中所示的情況。多個(gè)晶片會(huì)傾向于聚攏，這主要是由于毛細(xì)作用。圖8展示了這種典型情況。
[0052]這種情況可導(dǎo)致晶片相當(dāng)大的變形，使晶片受到應(yīng)力，這可能是微裂紋和缺口甚至晶片損失的主要原因。
[0053]為了弄清變形程度和單一晶片在某一種力的作用下受到的應(yīng)力，本發(fā)明人使用有限元模型對(duì)其進(jìn)行了深入分析。
[0054]因此本發(fā)明人創(chuàng)建了如圖13所示模型:一枚被完全切割的硅晶片，其厚度為t，長(zhǎng)度為I，寬度為w ;該晶片通過粘合劑懸置于梁上。該梁已經(jīng)被切入一定深度h。
[0055]該過程結(jié)束時(shí)，當(dāng)切割線切入梁后，本發(fā)明人通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)變形程度相同時(shí)，施加在懸掛于彈性模量較低的梁上的晶片的應(yīng)力要小于懸掛在模量較高的梁上的晶片。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1是用于從工件上切出晶片的線切割機(jī)的局部示意圖。
[0057]圖2是理想狀態(tài)下切割過程完成后由犧牲基板夾持的多個(gè)晶片的示意圖。[0058]圖3展示了具有弧形安裝面的犧牲基板。
[0059]圖4展示了夾層組件結(jié)構(gòu)。
[0060]圖5展示了使用本發(fā)明的犧牲基板的夾層結(jié)構(gòu)的測(cè)試程序的測(cè)試結(jié)果。
[0061]圖6展示了使用現(xiàn)有技術(shù)的犧牲基板的夾層結(jié)構(gòu)的測(cè)試程序的測(cè)試結(jié)果。
[0062]圖7a展示了本發(fā)明的移除晶片后的基板飛邊。
[0063]圖7b和圖7c展示了現(xiàn)有技術(shù)的基板在移除多個(gè)晶片后的飛邊。
[0064]圖8是切割過程完成后由犧牲基板夾持的多個(gè)晶片的實(shí)拍圖。
[0065]圖9是切割過程后由犧牲基板夾持的多個(gè)晶片的示意圖，圖中展示了晶片由于冷卻劑的毛細(xì)效應(yīng)而產(chǎn)生的期望中的偏移。
[0066]圖10展示了使用本發(fā)明的犧牲基板時(shí)不同連續(xù)測(cè)試切割數(shù)量下的總體厚度變化(TTV)。
[0067]圖11展示了使用現(xiàn)有技術(shù)的犧牲基板時(shí)不同連續(xù)測(cè)試切割數(shù)量下的總體厚度變化(TTV)。
[0068]圖12展不了 懸掛于犧牲基板上偏移后的晶片。
[0069]圖13展示了單獨(dú)一枚懸掛于犧牲基板上的晶片。
[0070]附圖標(biāo)記
[0071]1:晶片切割犧牲基板 2:安裝面
[0072]3:材料4:晶片
[0073]5:切割設(shè)備 6:切割線導(dǎo)輪
[0074]7:切割線8:夾具
【具體實(shí)施方式】
[0075]為了更加詳細(xì)說明這一情況，以下對(duì)兩個(gè)示例進(jìn)行說明。在這兩個(gè)示例中使用的硅晶片參數(shù)值如下:彈性模量(259000MPa)，晶片長(zhǎng)度I (156mm)，晶片寬度w(156mm)，晶片厚度t (0.180mm)，粘結(jié)劑厚度(0.300mm)，粘結(jié)劑強(qiáng)度(14MPa)，到梁的高度h (7mm)。
[0076]在例I中使用了一種現(xiàn)有的具有較高模量的梁(彈性模量為12000MPa)。如圖12所示，典型情況下作用在晶片底部的力F的大小為0.0342N，使晶片偏移值A(chǔ)d達(dá)到9.1mm,并在晶片與粘結(jié)劑的交界處產(chǎn)生了大小為10N/mm2的張力σ。
[0077]例2中使用了本發(fā)明的彈性模量為6000MPa的梁。作用在晶片底部的力F的大小同樣為如圖12所示的0.0342N，使晶片偏移值A(chǔ)d達(dá)到14.8mm，并在晶片與粘結(jié)劑的交界處產(chǎn)生了大小同樣為10N/mm2的張力σ。
[0078]使用有限元模型對(duì)上述尺寸晶片近端側(cè)向偏移距離Λ d達(dá)到3.6mm所需要的力F的計(jì)算結(jié)果為0.0342N。晶片的近端附著于梁上。
[0079]以上為基本示例，現(xiàn)實(shí)中產(chǎn)生的張力和變形范圍可能會(huì)更大。但這些計(jì)算的結(jié)果表明低模量材料要優(yōu)于高模量材料，因?yàn)榱簳?huì)接受更多的變形，由此降低毛細(xì)作用施加在晶片上的應(yīng)力。
[0080]本發(fā)明人建議使用具有低彈性模量的材料。在表現(xiàn)出更多有益效果的較佳實(shí)施例中，應(yīng)尋找吸水率相對(duì)較低的材料以避免飛邊的幾何變形過大，導(dǎo)致對(duì)晶片的剪切應(yīng)力過大。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)飛邊在一定程度上的幾何變形(切割線在基板上形成的)是可以接受的，只需要對(duì)膨脹引起的變形加以控制。
[0081 ] 犧牲基板可具有小于6000MPa (IS0178)的彈性模量，較佳為彈性模量小于5000MPa ;更佳為彈性模量小于4000Mpa?，F(xiàn)有技術(shù)中漿料切割晶片時(shí)使用的傳統(tǒng)玻璃基板的典型彈性模量為50-90GPa。因?yàn)閾?jù)報(bào)道玻璃補(bǔ)強(qiáng)塑料的彈性模量大于15GPa。陶瓷基板典型地具有更高的彈性模量，例如，方解石(CaCO3的范圍是70-90GPa)，因此陶瓷填充塑料通常傾向于提高基體塑料材料的彈性模量。本領(lǐng)域中存在使用彈性模量大于10.0OOGPa的補(bǔ)強(qiáng)環(huán)氧基板。
[0082]為了避免對(duì)金剛石線的損傷，本發(fā)明建議使用具有一定孔隙度的材料，仍然可以保證基板具有足夠的幾何穩(wěn)定性。
[0083]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0084]?與現(xiàn)有技術(shù)的梁(具有或不具有填料的合成材料、陶瓷、環(huán)氧樹脂材料)相比，提供了低成本的技術(shù)方案。 [0085].本發(fā)明的基板使金剛石線能夠得以最大限度的利用，從而將金剛石線晶片切割的經(jīng)營(yíng)成本降至最低。
[0086].由于犧牲基板的材料較當(dāng)前最新技術(shù)使用的材料更為柔軟，金剛石線不會(huì)在犧牲基板上逐漸形成弓形。這樣就確保線鋸的切出過程(指所有切割線完全與工件脫離所需要的時(shí)間)更快。
[0087]?產(chǎn)出的晶片機(jī)械性能完好無(wú)損，因此缺口和微裂紋較少。因此使用本發(fā)明的基板切割薄晶片可以得到更高的成品率。
[0088].該材料可以方便地加工為任何需要的尺寸和形狀(例如，切割藍(lán)寶石時(shí)；與2”、4”、6”的棒材配合)，可以在其上鉆孔，由于材料質(zhì)地柔軟，可以輕易實(shí)現(xiàn)其他各種形狀。
[0089]?該基板材料重量輕，便于搬運(yùn)和運(yùn)輸。
[0090].該基板材料可在水基和/或乙二醇切割過程中使用。
[0091].由于本發(fā)明的犧牲基板為多孔材料(更為柔軟)，與現(xiàn)有技術(shù)的基板(例如玻璃)相比而言，切割線更易于切入犧牲基板。因此降低了切割線在進(jìn)入位于犧牲基板和物料之間的柔軟的膠粘層時(shí)橫向滑動(dòng)(或變形)。這一有益效果使更多的膠粘劑得以使用，進(jìn)而降低了犧牲基板與晶片之間力的傳遞。切割線在尚未完全穿過物料時(shí)就已經(jīng)切入犧牲基板的邊緣。由于切入程度較深，切割線在基板中得以有效的導(dǎo)向。因此極大地降低了切割線在基板表面上橫向移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0092]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于:由于該犧牲基板使切割線的弓形彎曲得以釋放(基板中不會(huì)產(chǎn)生弓形)，因此該基板的厚度就不必象現(xiàn)有技術(shù)的基板那樣厚。由于犧牲基板使用了更少的材料，因此使用該基板更為經(jīng)濟(jì)也更為環(huán)保。
[0093]附圖和從屬權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的更多實(shí)施方式。附圖標(biāo)記清單也是本發(fā)明公開內(nèi)容的組成部分。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0094]圖1展示了用來(lái)從材料塊3上切出多個(gè)晶片的切割設(shè)備5，該材料3粘著于晶片切割犧牲基板I上。該晶片切割犧牲基板I安裝于夾具8上，夾具與切割設(shè)備5的支座9連接。形成切割線網(wǎng)的切割線7由切割線導(dǎo)輪6支承和驅(qū)動(dòng)。切割過程中材料塊3移動(dòng)穿過切割線網(wǎng)。
[0095]圖2展示了切割過程結(jié)束后多個(gè)晶片4呈梳狀排列懸掛于犧牲基板I之上。[0096]圖3展示了犧牲基板的形狀可根據(jù)材料塊3的形狀變化。在圖3所示實(shí)施例中，材料塊3為柱狀棒材，犧牲基板的形狀也相應(yīng)地具有弧形的安裝面2。犧牲基板可以是任何其它形狀。
[0097]圖4展示了用于測(cè)試犧牲基板材料性能的測(cè)試用排列方式。擬與切割設(shè)備5連接的夾具8承載著交替排列的犧牲基板I和物料塊3 (塊材)。以下詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié):
[0098]為了在一次單一切割測(cè)試中模擬背對(duì)背式切割過程(一批塊材、錠材或棒材切割完成后、開始切割新的一批塊材、錠材或棒材之前不對(duì)切割線網(wǎng)進(jìn)行更新)，設(shè)計(jì)了一種被稱為“夾層測(cè)試”的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。圖4示意性地展示了此種測(cè)試用排列方式。在該測(cè)試中，使用Delo-Duopox RM884將一塊高度為20mm的單晶硅塊材3粘著于高度為12mm的犧牲基板I之上，再將其粘著于高度為20mm的單晶硅塊材3，并依此類推，得到一種由犧牲基板I與單晶塊材3組成的夾層結(jié)構(gòu)，單晶硅塊材與犧牲基板I交替三次(參見圖4)。
[0099]上述實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)置對(duì)正式生產(chǎn)也有所幫助。
[0100]全部實(shí)驗(yàn)均在梅耶博格(Meyer Burger) DS264上進(jìn)行，切割線速度為15m/s，工作臺(tái)運(yùn)行速度為0.9mm/s,切割線張力為25N,并采用濃度為5%的水基冷卻劑SynergyDWS500。切割線采用來(lái)自朝日金剛石工業(yè)(Asahi Diamond Industrial)公司的金剛石線，規(guī)格為0.12mm芯線10 — 20grid。材料塊為研磨削為125mm xlOOmm x20mm大小的單晶娃塊材。
[0101]切割線在穿過夾層結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)切割線的線弓進(jìn)行測(cè)量。(圖5是采用本發(fā)明的基板產(chǎn)生的結(jié)果，圖6是采用現(xiàn)有的維美德? 190凈梁(Valtron? 190Clean Beam)產(chǎn)生的結(jié)果。)
[0102]對(duì)于本發(fā)明犧牲梁的夾層測(cè)試，本例中使用發(fā)泡聚氨酯梁(圖5)，當(dāng)切割線切入犧牲基板I時(shí)切割線的偏移降至接近于零并在第一枚硅塊材3結(jié)束并開始對(duì)下一枚硅塊材進(jìn)行切割使之復(fù)原至原來(lái)的水平。因此這一過程使金剛石線壽命得以優(yōu)化從而得到最高的成本效益。
[0103]另一優(yōu)點(diǎn)在于，由于犧牲基板I的“O”弓形，切割的最后一步即切出過程完成速度得以加快。
[0104]晶片4脫膠并分離后通過觀察基板上產(chǎn)生的飛邊對(duì)基板的變形(見圖2)進(jìn)行目視檢查。到目前為止，通常認(rèn)為飛邊不應(yīng)發(fā)生變形(如圖7c)，因?yàn)檫@種變形會(huì)增加晶片損壞和損失的風(fēng)險(xiǎn)，并使晶片的厚度發(fā)生變化。然而，可以看出，本發(fā)明允許一定程度的變形(如圖7a)。
[0105]由于偏移的產(chǎn)生，可以預(yù)見晶片上會(huì)產(chǎn)生一定機(jī)械應(yīng)力。通常，可以認(rèn)為不期望這種機(jī)械應(yīng)力發(fā)生，因?yàn)闀?huì)影響晶片的機(jī)械完整性。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果犧牲基板材料柔韌性好并具有低彈性模量，切出的晶片就不會(huì)受到影響。晶片仍粘著于犧牲基板之上并且沒有觀察到對(duì)晶片品質(zhì)的不良影響。該犧牲基板的彈性模量可小于6000MPa(依照ISO標(biāo)準(zhǔn)IS0178)，較佳為小于5000MPa，最佳為小于4000MPa。
[0106]產(chǎn)生的飛邊的厚度分布是重要特征之一。飛邊的厚度變化表明了飛邊受到所使用的冷卻系統(tǒng)影響的膨脹程度。如果與冷卻劑接觸后膨脹過多，晶片損失和損壞的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)再次增加。對(duì)若干種材料的飛邊厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行了測(cè)量?，F(xiàn)有技術(shù)中的酚醛樹脂梁DMT1111GB材料，(參見圖7b)在基于乙二醇的系統(tǒng)中表現(xiàn)良好，但在水基系統(tǒng)中膨脹過多。薄層厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于10 μ m(見表1)。維美德? 190凈梁(Val tron? 190Clean Beam)(現(xiàn)有技術(shù))能夠在單次切割中產(chǎn)出非常好的晶片品質(zhì)并且變形小，厚度變化也非常小。然而，這種梁(基板)對(duì)金剛石線的要求過于苛刻。本發(fā)明的基板由圖7a可以看出飛邊發(fā)生變形，并具有低于IOym(見表1)的標(biāo)準(zhǔn)偏差飛邊厚度。本發(fā)明一實(shí)施例中使用的聚全物可具有小于2%的吸濕率(也稱吸水率)(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIN53495 ;室溫24小時(shí)，23°C蒸餾水)，較佳為小于1.5%,最佳為小于0.7%。塑料材料的耐水能力主要取決于材料的化學(xué)性質(zhì)，如果該塑料中含有填充劑，還取決于填充劑的類型。更為親水的材料通常會(huì)較斥水材料需要更多的材料。通常，吸水率的測(cè)量是通過將某一質(zhì)量的材料浸泡于23°C蒸餾水中24小時(shí)后對(duì)材料質(zhì)量增加值進(jìn)行測(cè)量來(lái)確定的。這些測(cè)量在DIN標(biāo)準(zhǔn)53495中有所描述。
[0107]表1:
【權(quán)利要求】
1.一種具有用來(lái)夾持錠材、塊材或棒材的安裝面(2)的晶片切割犧牲基板(1)，該晶片切割犧牲基板(I)用來(lái)將所述錠材、塊材或棒材使用線鋸切割為多個(gè)晶片(4)，其中所述晶片切割犧牲基板(I)具有小于6000MPa的彈性模量，較佳為小于5000Mpa，更佳為小于4000Mpa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)由多孔材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)的孔隙度大于0.15 (或15% )，較佳為大于0.30 (或30% )，更佳為大于0.40 (或40%)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述晶片切割犧牲基板，其中所述多孔材料為一種泡沫材料，較佳為聚合物泡沫。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)由吸水率小于2%的聚合物材料制造，較佳為吸水率小于1.5%，更佳為小0.7% (依據(jù)DIN53495，24小時(shí)，23°C蒸餾水浸泡)。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)的熱變形溫度大于50°C，較佳為大于60°C，更佳為大于70°C。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)由熱固性塑料制造。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)由泡沫材料或包含泡沫材料的材料制造，例如聚合物泡沫、泡沫陶瓷或泡沫金屬。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)由聚氨酯或包含聚氨酯的材料制造。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)由聚氨酯泡沫材料制造，并且該聚氨酯泡沫的吸水率以小于2%為佳，以小于0.7%為更佳。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的晶片切割犧牲基板，其中所述晶片切割犧牲基板(I)由聚氨酯泡沫材料制造，并且該聚氨酯泡沫的吸水率以大于0.1%為佳。
12.—種由錠材、塊材或棒材制造多個(gè)晶片的方法，該方法包括以下步驟:將該錠材、塊材或棒材通過粘接的方式安裝到晶片切割犧牲基板(I)上；將安裝有該錠材、塊材或棒材的晶片切割犧牲基板(I)安裝到切割設(shè)備(5)之上，其中所述切割設(shè)備(5)為線鋸；通過將該錠材、塊材或棒材移動(dòng)穿過該絲鋸的線網(wǎng)將該錠材、塊材或棒材切割為多個(gè)晶片，其中所述晶片切割犧牲基板(I)為前述任一權(quán)利要求中所述的晶片切割犧牲基板(I)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的由錠材、塊材或棒材制造多個(gè)晶片的方法，其中所述將安裝晶片切割犧牲基板(I)安裝到切割設(shè)備(5)之上的步驟是通過將該晶片切割犧牲基板(I)安裝到夾具(8)之上，該夾具(8)是與該切割設(shè)備(5)的承座(9)連接完成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的由錠材、塊材或棒材制造多個(gè)晶片的方法，其中所述安裝晶片切割犧牲基板(I)上安裝有兩塊塊材(3)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一權(quán)利要求所述的由錠材、塊材或棒材制造多個(gè)晶片的方法，其中所述的線網(wǎng)由金剛石線構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】B27B7/04GK103958140SQ201280057521
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】梅耶德·克里斯特, 扎內(nèi)蒂·于尓格 申請(qǐng)人:梅耶博格公司