專利名稱：切割錠塊用的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用線(或鋼絲)將單一錠塊(錠坯)切割成多個(gè)晶片的方法和裝置。
如圖5所示，用來(lái)將陶瓷、玻璃、硅之類的錠塊I切割成多個(gè)晶片的傳統(tǒng)裝置整體用標(biāo)號(hào)10指出。裝置10包括三個(gè)帶槽輥12a-12c，每個(gè)輥上都有多條環(huán)繞圓周的導(dǎo)槽(未示出)。這三個(gè)輥被裝在一個(gè)可調(diào)節(jié)的機(jī)架(未示出)上，相互間隔開預(yù)定的間距，且互相平行。線14分好幾圈多次卷繞在輥組12a-12c上，如圖5所示。線14被安排在三個(gè)輥的導(dǎo)槽內(nèi)，使每一段在輥組12a-12c間延伸的線與相鄰段的線平行，從而將各線段沿著輥的長(zhǎng)度均勻地間隔開而排列著。機(jī)架可調(diào)節(jié)以便改變各輥12a-12c之間的間距，從而改變線14內(nèi)的張力。裝置10還包括卷筒16a、16b，以便當(dāng)線14來(lái)回環(huán)繞這三個(gè)輥12a-12c運(yùn)行時(shí)用來(lái)供應(yīng)和卷取線14。這樣，卷筒16a、16b就構(gòu)成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(一般地用標(biāo)號(hào)18指出)的一部分，它使線14在長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)。
裝置10還包括一個(gè)用來(lái)持錠塊I并使它向線14前進(jìn)的夾具，一般地用標(biāo)號(hào)20指出。夾具20包括一個(gè)夾架22，錠塊I就固定在其上以便在被切片時(shí)用來(lái)支承錠塊。夾架22由較軟材料如石墨制成，以便在線14通過(guò)錠塊I切片時(shí)不會(huì)與線14干擾。夾架22被裝在一個(gè)支承頭24上，以使當(dāng)錠塊被分割時(shí)用來(lái)支承夾架和錠塊。支承頭24可由任一種高強(qiáng)度材料如鋼制成。有一齒條26從支承頭24向上延伸，并有一被電動(dòng)機(jī)28驅(qū)動(dòng)的小齒輪30與齒條嚙合，以便用來(lái)使錠塊I向著線14前進(jìn)還是離開線14后退。夾具20還包括一條直線導(dǎo)軌32，以便用來(lái)導(dǎo)引夾具和錠塊使它們?cè)谇斑M(jìn)或后退時(shí)保持與線14垂直。
如圖4所示，傳統(tǒng)的切割裝置10包括一個(gè)一般地用標(biāo)號(hào)40指出的流體分配系統(tǒng)，以便用來(lái)將含有磨料微粒和油的磨粉漿供應(yīng)到被切割時(shí)的錠塊I上。設(shè)置在線14之上的噴嘴42a和42b將磨粉漿供應(yīng)給錠塊I和線。磨粉漿粘結(jié)在線14上，因此當(dāng)它被拉動(dòng)越過(guò)錠塊I時(shí)可增強(qiáng)對(duì)錠塊的切割。
在漿內(nèi)使用的磨料微粒必須具有良好的切割能力并能高度分散在油中。傳統(tǒng)用的磨料微粒能滿足這兩個(gè)要求，但它們能造成大的切縫損失并在晶片的切割表面上造成深的線痕。另外，傳統(tǒng)的磨料會(huì)損傷錠塊I的表面。這些問(wèn)題使晶片分割過(guò)程的精度降低，從而使晶片的質(zhì)量和產(chǎn)出降低。
本發(fā)明可解決上述這些問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種切割錠塊的方法，該方法須能避免切縫損失、線痕和表面損傷，因此能使晶片提高精度、質(zhì)量和產(chǎn)出。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的方法是用線來(lái)切割錠塊。該方法包括使線在其長(zhǎng)度方向上移動(dòng)并使移動(dòng)的線與錠塊接觸的工步。另外當(dāng)錠塊與線接觸時(shí)，將含有切割油和平均直徑約為13到15μm的磨料微粒的磨粉漿供應(yīng)到錠塊上。這樣就可用線和磨料微粒將錠塊分割。
在另一方面，本發(fā)明的目的是要提供一種切割錠塊用的裝置。該裝置設(shè)有一條線和一個(gè)與該線連接的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便用來(lái)使該線在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)。該裝置還設(shè)有當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使線移動(dòng)時(shí)用來(lái)使錠塊用線接觸的裝置以及一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存在切割油內(nèi)含有磨料微粒的磨粉漿的儲(chǔ)罐。另外，該裝置設(shè)有一個(gè)連接到儲(chǔ)罐上的流體分配系統(tǒng)，以使當(dāng)錠塊與線接觸時(shí)用來(lái)將自儲(chǔ)罐的磨粉漿輸送到錠塊上。再者，該裝置還設(shè)有一個(gè)預(yù)混合裝置，用來(lái)混合磨粉漿使磨料微粒均勻地彌散在切割油內(nèi)，然后將其引入到流體分配系統(tǒng)罐內(nèi)。
本發(fā)明的其他一些目的和特點(diǎn)，一部分可自明，一部分將在后文指出。在附圖中

圖1為用來(lái)完成本發(fā)明的方法的用線來(lái)切割錠塊的裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明的預(yù)混合裝置的示意圖；圖3為用本發(fā)明的方法評(píng)價(jià)晶片時(shí)所用測(cè)量點(diǎn)在晶片上的位置的平面圖；圖4為用線來(lái)切割錠塊的傳統(tǒng)裝置的示意圖；及圖5為用線來(lái)切割錠塊的傳統(tǒng)裝置的示意圖。
在這幾個(gè)圖中對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)用來(lái)指對(duì)應(yīng)的零件。
如圖1所示，用來(lái)將陶瓷、玻璃、硅之類的錠塊I切割成多個(gè)晶片的裝置作為一個(gè)整體用標(biāo)號(hào)10指示。裝置10包括三個(gè)帶槽輥12a-12c，每個(gè)輥上都有多條環(huán)繞圓周的導(dǎo)槽(未示出)。這三個(gè)輥被裝在一個(gè)可調(diào)節(jié)的機(jī)架(未示出)上，相互間隔開預(yù)定的間距，且互相平行。線14以一般三角形的樣式多圈卷繞在輥組12a-12c上，如圖1所示。線14被安排在三個(gè)輥的導(dǎo)槽內(nèi)，使每一段在輥組12a-12c間延伸的線與相鄰段的線平行，從而將各線段沿著輥的長(zhǎng)度均勻地間隔開而排列著。機(jī)架可調(diào)節(jié)，以便改變各輥12a-12c之間的間距，從而調(diào)節(jié)線14內(nèi)的張力。有一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18(圖5)使線14在長(zhǎng)度方向來(lái)回環(huán)繞三個(gè)輥12a-12c走動(dòng)，平均速度為400-600米/分，頻率為1-3周/分。但其他頻率和速度也應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
另外，裝置10包括一個(gè)夾架(支架)22，錠塊I就固定在其上，以便在被切片時(shí)用來(lái)支承錠塊。夾架22由較軟材料如石墨制成，以便在線14通過(guò)錠塊I切片時(shí)不會(huì)與線14沖突。夾架22是由一夾具20操縱的，如圖5所示并在以前結(jié)合用線切割錠塊的傳統(tǒng)裝置說(shuō)明過(guò)。夾具20構(gòu)成在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18使線移動(dòng)時(shí)用來(lái)使錠塊I與線14接觸的裝置。
如圖1中進(jìn)一步示出的，切割裝置10包括一個(gè)一般地用標(biāo)號(hào)40指出的流體分配系統(tǒng)，以便用來(lái)當(dāng)錠塊I被切割時(shí)將磨料漿供應(yīng)到其上。這樣漿液便粘結(jié)到線14上，因此含在漿液內(nèi)的磨料微粒被線帶走與錠塊I接觸，從而可加強(qiáng)對(duì)錠塊的切割。
分配系統(tǒng)40包括一個(gè)儲(chǔ)存漿液用的儲(chǔ)罐50。有一攪拌器52浸入到儲(chǔ)罐50內(nèi)儲(chǔ)存的漿液中，攪拌漿液以便保證磨料微粒均勻地與油混合。有一泵54從儲(chǔ)罐50抽出漿液并將它按預(yù)定的流率(例如50-100升/分)通過(guò)噴嘴42a、42b供應(yīng)到錠塊I上。一個(gè)總的以標(biāo)號(hào)56指出的加熱電路具有一個(gè)熱交換器58和一臺(tái)輔助泵60，輔助泵使?jié){液循環(huán)流動(dòng)通過(guò)熱交換器，以便漿液保持在一個(gè)預(yù)定的溫度(例如20-30℃，最好為25℃)。有一收集盤62設(shè)在輥12a-12c和線14之下，以便收集用過(guò)的漿液，還有一根排出管64將用過(guò)的漿液輸送到儲(chǔ)罐50。每當(dāng)切割一個(gè)新錠時(shí)儲(chǔ)罐50內(nèi)用過(guò)的漿液大約15-20％被更換。
有一預(yù)混合裝置或預(yù)混合器，總的用標(biāo)號(hào)70指出，將預(yù)先混合好的漿液供給到儲(chǔ)罐50內(nèi)。如圖2所示，預(yù)混合器70具有一個(gè)儲(chǔ)罐(容器)72內(nèi)，其上有一進(jìn)口74，通過(guò)該進(jìn)口磨料微粒和油被引入到罐內(nèi)。有一攪拌器76攪拌儲(chǔ)罐72內(nèi)的磨料微粒和油，以便確保它們均勻地彌散。有一設(shè)有控制閥80的輸出管路78依靠重力將預(yù)混合器70內(nèi)的漿液轉(zhuǎn)送到儲(chǔ)罐50內(nèi)。罐72最好為圓筒形，使得在攪拌時(shí)漿液不會(huì)停滯。
攪拌器76具有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)82和多個(gè)葉片84。最好電動(dòng)機(jī)為100V的單相電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為200-500rpm。葉片84的旋轉(zhuǎn)軸線A與垂直線傾斜一個(gè)約為5-15°的角度，以便用來(lái)使液體水平地和垂直地在罐內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，從而使磨料微粒彌散在其內(nèi)。在一可替換的實(shí)施例中，可使用一個(gè)超聲發(fā)生器(未示出)，以便改進(jìn)微粒的彌散。在不超出本發(fā)明范圍的情況下，任何一種能夠彌散磨粒微粒的攪拌器都可使用。
漿液是由磨料微粒和油制成的。在本發(fā)明中，研磨料微粒最好先被攪拌在漿液內(nèi)使它們均勻地彌散，然后再將漿液發(fā)放到線14和錠塊I上。在漿液內(nèi)使用的磨料微粒，其平均直徑僅為13-15μm，而傳統(tǒng)用的磨料微粒，其平均直徑約為20μm。較小的磨料微粒容易聚結(jié)成團(tuán)。結(jié)果，即使我們?cè)谟蛢?nèi)加入表面活化劑和分散劑促使磨料微粒分散，在磨料微粒中凝聚的傾向仍能變得大于使磨料微粒均勻地彌散到油中的傾向。最好，磨料微粒能被均勻地彌散在油中，以便避免錠塊的切縫損失、線痕和表面損傷。前面說(shuō)明過(guò)的預(yù)混合器70可有助于將微粒均勻地彌散在整個(gè)漿液內(nèi)，并克服較小微粒團(tuán)聚的傾向。
本發(fā)明的漿液內(nèi)使用的磨料微粒一般由碳化堿(Sic)制成，其成為為96.0％或更多的Sic，0.5％或更少的元素碳，及0.3％或更少的鐵，該鐵能溶化在鹽酸中。最好，40％或更多的磨料微粒具有13-15μm的直徑，最大微粒直徑為38.0μm或更少，而微粒的平均直徑為13-15μm。
在較優(yōu)實(shí)施例中使用的油屬于在用手鋸或線鋸切割由硅、玻璃、陶瓷之類制成的半導(dǎo)體元件時(shí)所使用的那種。較優(yōu)的實(shí)施例使用的油的成分是82.0％的精煉礦物油，3.0％的增稠劑，各為4.0％的兩種非離子表面活化劑，2.0％的抑制劑，和5.0％的分散劑。本發(fā)明用的油在15℃時(shí)的比重為0.894，在25℃時(shí)的粘度為90厘泊(Centipoise)。
在較優(yōu)實(shí)施例的漿液中使用的磨料微粒以每升油1.0-1.5kg的比率與油混合。配成的漿液在25℃時(shí)的比重為1.40-1.60，在25℃時(shí)的粘度約在150和300厘泊之間。
下面本發(fā)明將以具體例子為基礎(chǔ)作較詳細(xì)的說(shuō)明。但本發(fā)明決不受這些例子的限制。示范例錠塊I用圖1所示的裝置10和具有平均微粒直徑為14μm(即粒度為GC # 800)的磨料微粒的含油漿液進(jìn)行切割。磨料微粒和油以1.25kg磨料劑對(duì)1升油的比率被引入到預(yù)混合器70內(nèi)，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)頻率約為300rpm的攪拌及混和約30分鐘，微粒被均勻地分散在漿液內(nèi)。在微粒得到徹底混和后，閥80被打開。漿液就流到儲(chǔ)罐50內(nèi)。硅錠I就用這個(gè)漿液和直徑為0.18mm的線14被分割成晶片，如上所述。
每一晶片的表面粗糙度在圖3中字母A-E所示的五個(gè)點(diǎn)上被測(cè)量。日本Mitsutoyo公司出售的、商品名為Surftest 501的觸針式量規(guī)被用來(lái)測(cè)量晶片的表面粗糙度。本行業(yè)的技術(shù)人員當(dāng)然都知道表面粗糙度是對(duì)晶體表面上凹凸不平的情況作一測(cè)量。表面粗糙度的結(jié)果在表1中示出。
美國(guó)馬薩儲(chǔ)塞州Westwood的ADE公司出售的、商品名為Ultragage 9500的非接觸的電容式傳感器被用來(lái)測(cè)量晶片的總厚度變化、扭曲和切縫損失?？偤穸茸兓傅氖蔷淖畲罅康煤穸群妥钚×康煤穸戎?。扭曲指的是與晶片的標(biāo)準(zhǔn)表面相比，最大變化和最小變化之差。切縫損失指的是切割晶片時(shí)所產(chǎn)生晶片的厚度損失。它通常相當(dāng)于線節(jié)距和晶片厚度之差。這些測(cè)量所得的結(jié)果在表2中示出。
在某些晶片的表面上按5mm的間隔粘貼膠帶，然后在晶片被浸蝕時(shí)陸續(xù)拿掉膠帶，以便將晶片浸蝕成臺(tái)階狀。再用X射線衍射分析來(lái)確定晶片上損傷的深度。這些測(cè)量結(jié)果被記錄在表3中。
某些晶片的損傷層被除去，表面被拋光。然后在去除不同數(shù)量的材料后確定線痕的存在及其數(shù)目。線痕使晶片表面不平，在浸蝕后成為亮斑可以看到。在去除不同數(shù)量的材料的情況下線痕的數(shù)目被記錄在表4中。去除的數(shù)量指的是在拋光的工步中為了達(dá)到某些預(yù)定的晶片厚度而須從晶片上去除材料的數(shù)量。它通常相當(dāng)于一個(gè)晶片的中心部分在拋光前和拋光后的厚度差。報(bào)廢率(廢品率)也在表4中示出，如果一個(gè)晶片被報(bào)廢，那么不管其缺陷多少，在統(tǒng)計(jì)報(bào)廢率時(shí)都作為一次報(bào)廢。對(duì)照例另外，用圖4所示的傳統(tǒng)方法和裝置將硅錠分割成晶片。磨料微粒的粒度為GC # 600，與油在預(yù)混合裝置34中混合，比率為1.25kg的微粒對(duì)1.0升的油。它們?cè)?00rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌30分鐘來(lái)得到漿液。漿液被注入儲(chǔ)罐50內(nèi)，而硅錠用一直徑為0.18mm的線來(lái)分割成晶片。
如上所述那樣進(jìn)行類似的測(cè)量。測(cè)得的表面粗糙度在表1中示出。測(cè)得的晶片厚度(在晶片中心部測(cè)得)、總厚度變化、扭曲(浸蝕前)、扭曲(浸蝕后)、和切縫損失均在表2中示出。測(cè)得的損傷層厚度在表3中示出。線痕數(shù)和報(bào)廢率在表4中示出。
表
<p>表3
表4
試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)用粒度為GC # 800的磨料微粒來(lái)切割晶片比用粒度為GC $600的磨料微粒(即在現(xiàn)有技術(shù)中采用的微粒)有若干優(yōu)點(diǎn)。改善切縫損失用本發(fā)明的方法和裝置可減少切縫損失。在對(duì)照例中用粒度為GC# 600的磨料微粒(即現(xiàn)有技術(shù))的切縫損失為250μm。但在示范例中用粒度為GC # 800的磨料微粒的切縫損失為230μm，減少了20μm。減少線痕深度采用現(xiàn)有技術(shù)的方法和裝置產(chǎn)生的線痕深度(未在上表中示出)為28μm，但用粒度為GC # 800的磨料微粒產(chǎn)生的線痕深度僅為20μm，減少了8μm。
另外，在采用粒度為GC # 800的磨料微粒時(shí)與現(xiàn)有技術(shù)(即采用粒度為GC # 600的磨料微粒)相比，每一晶片的去除材料數(shù)量和線痕數(shù)均有減少。表面損傷層的改善在對(duì)照例中用粒度為GC # 600的磨料微粒產(chǎn)生的損傷層深度約為20μm，而在示范例中用粒度為GC # 800的磨料微粒的損傷層深度約為8μm。
另外，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)粒度為GC # 800的微粒由于平均微粒直徑較小，比起粒度為GC # 600的微粒在油內(nèi)具有較低的彌漫能力。但采用本發(fā)明的裝置，GC # 800微?？稍谟蛢?nèi)彌散到一個(gè)獨(dú)立的微粒水平。
從上述這些結(jié)果看，本發(fā)明的用線來(lái)切割錠塊的方法和裝置可減少切縫損失、線痕的數(shù)目和深度、及晶片表面的損傷，從而可提高晶片狀產(chǎn)品的切割精度質(zhì)量和產(chǎn)出。
從上面可以看到，本發(fā)明的好幾個(gè)目的都可達(dá)到并可得到其他一些有益的成果。
由于上述結(jié)構(gòu)可以作出各種變化而仍未脫離本發(fā)明的范圍，因此在上述說(shuō)明和附圖中示出的所有內(nèi)容只能被認(rèn)為是示范性的而不是限定性的。
權(quán)利要求
1.一種用線切割錠塊的方法，包括下列工步使線在其縱長(zhǎng)方向上移動(dòng)；使錠塊與移動(dòng)的線接觸；及當(dāng)錠塊和線接觸時(shí)將含有切割油和平均直徑約為13到15μm的磨料微粒的磨粉漿輸送到錠塊上，從而用線和磨料微粒切割錠塊。
2.按照權(quán)利要求1的用線切割錠塊的方法，其特征為，還包括一個(gè)在將漿液輸送到錠塊之前，攪拌漿液使磨料微粒均勻彌散的工步。
3.按照權(quán)利要求1的用線切割錠塊的方法，其特征為，磨料微粒和切割油按約為1.0到1.5kg的微粒對(duì)約為1升的油的比率混合。
4.按照權(quán)利要求3的用線切割錠塊的方法，其特征為，磨料微粒和切割油按約為1.25kg的微粒對(duì)約為1升的油的比率混合。
5.按照權(quán)利要求1的用線切割錠塊的方法，其特征為，磨粉漿的比重在25℃時(shí)約為1.40到1.60。
6.按照權(quán)利要求1的用線切割錠塊的方法，其特征為，磨粉漿的粘度在25℃時(shí)約為150到300厘泊。
7.按照權(quán)利要求1的用線切割錠塊的方法，其特征為，磨粉漿按約為50到100升/分的流率被輸送到錠塊上。
8.按照權(quán)利要求1的用線切割錠塊的方法，其特征為，磨粉漿以約為20到30℃的溫度被輸送到錠塊上。
9.按照權(quán)利要求8的用線切割錠塊的方法，其特征為，磨粉漿以約25℃的溫度被輸送到錠塊上。
10.用來(lái)切割錠塊的裝置，它包括一根線；一個(gè)與線連接的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)使線在其縱長(zhǎng)方向上移動(dòng)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使線移動(dòng)時(shí)用來(lái)使錠塊與線接觸的裝置；用來(lái)儲(chǔ)存在切割油內(nèi)含有磨料微粒的磨粉漿的儲(chǔ)罐；一個(gè)連接到儲(chǔ)罐上的流體分配系統(tǒng)，當(dāng)錠塊和線接觸用來(lái)將磨粉漿從儲(chǔ)罐輸送到錠塊上；及一個(gè)預(yù)混合裝置，用來(lái)混合磨粉漿使磨料微粒均勻地彌散在切割油中，然后再注入到流體分配系統(tǒng)罐中。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其特征為，預(yù)混合裝置包括一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存預(yù)定數(shù)量的切割油和磨料微粒的容器；及一個(gè)攪拌器，用來(lái)攪拌磨粉漿使磨料微粒均勻地彌散在切割油內(nèi)。
12.按照權(quán)利要求11的裝置，其特征為，攪拌器具有多個(gè)葉片可定位在容器所儲(chǔ)存的漿液內(nèi)，并有電動(dòng)機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)葉片使其環(huán)繞一軸線旋轉(zhuǎn)。
13.按照權(quán)利要求12的裝置，其特征為，葉片旋轉(zhuǎn)軸線與垂直線傾斜一個(gè)約為5到15°的角度。
全文摘要
一種用線切割錠塊的方法。該方法包括使線沿縱長(zhǎng)方向移動(dòng)并使錠塊與移動(dòng)線接觸的工步。還包括當(dāng)錠塊和線接觸時(shí)將含有平均直徑約為13至15μm的磨料微粒與切割油混合而成的磨粉漿輸送到錠塊上的工步。這樣就可用線和磨料微粒切割錠塊。
文檔編號(hào)B28D5/00GK1185367SQ9711737
公開日1998年6月24日 申請(qǐng)日期1997年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月13日
發(fā)明者伊東久仁夫, 田中伸貴 申請(qǐng)人:Memc電子材料有限公司