一种半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法。该方法中使用的原辅材料包括切割辊涂覆材料、过线轮材料、水性切削液、金刚线，其中，所述切割辊涂覆材料为高分子聚乙烯材料；过线轮线圈材质选用高分子聚乙烯材料，支撑框架采用铝合金材质，使用高温压制法将支撑框架及高分子聚乙烯线圈压制为一整体；水性切削液与水配比采用1：200

【技术实现步骤摘要】
一种半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法，应用于大直径单晶的金刚线切片过程，属于半导体硅材料加工


技术介绍

[0002]单晶硅材料是当今世界使用率最高、使用范围最广的半导体材料之一，是集成电路制造的基础性材料。利用大直径单晶硅棒制成的半导体部件则是集成电路刻蚀设备的重要耗材，随着各类电子产品种类的日新月异及需求量的日益增加，市场不仅对IC级硅片需求量与日俱增，作为配套产品，刻蚀机用大直径单晶部件的需求量也日益增大。
[0003]线切割工序是大直径半导体单晶硅棒重要的加工工序之一，线切割工序的切片质量和效率直接关系到切片产量和市场供应，如何做到在提高切片效率的情况下，保证切片良率，是人们研究的课题之一。
[0004]按照目前全球半导体部件市场的发展规律可发现，大直径刻蚀机用半导体部件需求量正呈现增长趋势。降成本、高效率、稳定供应是未来半导体部件发展的方向，半导体材料的金刚线切割可有效提高切片效率，符合未来发展潮流。
[0005]传统砂浆切割方式切割效率低，过程控制难度大，工作环境脏。金刚线切片的出现有效改善了上述情况，但如何调整切片工艺，如何选用合适的原辅材料来保证金刚线切割的良率，降低断线率，进而稳定出片是半导体金刚线切割的一大难题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法，在提高切片效率的基础上，保证金刚线切割大直径单晶部件的产品品质，提高产品收率。r/>[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法，该方法中使用的原辅材料包括切割辊涂覆材料、过线轮材料、水性切削液、金刚线，其中，所述切割辊涂覆材料为高分子聚乙烯材料；过线轮线圈材质选用高分子聚乙烯材料，支撑框架采用铝合金材质，使用高温压制法将支撑框架及高分子聚乙烯线圈压制为一整体；水性切削液与水配比采用1：200
±
20比例；金刚线选用母线线径为90
‑
110μm，粒径为5
‑
12μm的电镀金刚石线；
[0009]采用分段式往复切割法，包括以下步骤：
[0010]根据单晶长度和切片厚度分步骤和切割阶段针对性设定往复距离、切削液温度、切削液流量、切割耗线等参数，根据切片表面形貌个性化调整不同切割阶段的工艺。该方法的金刚线线速由0加速至预设速度的时间全程控制在5秒。入刀处线速度最小控制为17—20m/s，该位置线弓最小。此后逐渐增大线速度至28
‑
30m/s，高线速利于增加小颗粒金刚线的切割能力来减小线弓。金刚线前进距离统一设定为400m，由于前期切割面积较小，所以该方法后退距离为397
‑
398m，耗线较少，为适应逐渐增大的切割面积所致的线损，切割中将后退距离逐渐减小至385
‑
388m，致使耗线增加。金刚线位于切片中部时，切割面积为最大，此
后切割面积减小，可逐渐增加后退距离并还原为初始入刀值，直到结束切割。单晶长度越大，厚度越薄，后退距离应越小，耗线越多。
[0011]在本专利技术的方法中，切割单元最大间隔为30mm，入刀处切割单元可为3
‑
5mm，切割面积根据单晶直径动态调整。通过对过程的控制完成对大直径单晶切片的稳定切割，从而在有效保障切片产量的情况下，稳定切片参数。
[0012]进一步地，所述涂覆层的厚度为6
‑
30mm，切片厚度在0mm<T≤9mm时，切割槽使用寿命控制在3刀以内；切片厚度在9<T≤15mm时，切割槽使用寿命控制在4刀以内；切片厚度>15mm时，切割槽使用寿命控制在3刀以内。
[0013]进一步地，单个过线轮使用8刀进行更换。
[0014]进一步地，所述切削液温度控制在18—23℃内，使用寿命为1刀，每刀切割后均更换新的切削液，下次切割前冲洗切割室，更换过滤网。所述切削液的流量优选为230kg/min。
[0015]进一步地，所述金刚线的切割张力设定为该线破断力的60
‑
70％。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]本专利技术可有效提高金刚线切片的良率，降低大直径切片断线率，具有稳定性高，切片表面参数好等特点。本专利技术有效提升了大直径单晶的切片质量，易于同行业推广使用。本专利技术有利于企业短时间内连续生产，提高大直径单晶部件切片产量，提高切片收率，实现降成本、提质增效的目标，为大直径半导体切片产业长远发展提供有效、高效、稳定的金刚线切割方法。
具体实施方式
[0018]以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。
[0019]本专利技术的工艺方法所使用的原辅材料包括切割辊涂覆材料、过线轮材料、水性切削液、金刚线；切割工艺方法采用自设定的分段式往复切割法。
[0020]本专利技术通过对(1)切割辊涂覆材质的更换和选用；(2)过线轮材质的更换和选用；(3)切削液的更换和选用；(4)金刚线线径及金刚石粒径的选择；(5)切割工艺条件的设定等过程的控制，完成对大直径单晶切片的稳定切割，从而在有效保障切片产量的情况下，稳定切片参数。
[0021]在本专利技术的工艺方法中，切割辊选用高分子聚乙烯材料进行涂覆，即，切割辊具有由高分子聚乙烯材料构成的涂覆层，涂覆层厚度为6
‑
30mm，切片厚度在0mm<T≤9mm时，切割槽使用寿命控制在3刀以内；切片厚度在9<T≤15mm时，切割槽使用寿命控制在4刀以内；切片厚度＞15mm时，切割槽使用寿命控制在3刀以内，防止切割槽变形导致的参数不良或断线。过线轮线圈材质选用高分子聚乙烯材料，支撑框架采用铝合金材质，使用高温压制法将支撑框架及高分子聚乙烯线圈压制为一整体，高温压制取代传统胶水粘接法，提高过线轮一体性，单个过线轮使用8刀及时更换。切削液品种可使用市面上可购买的GREATOP牌无色水溶性金刚线半导体切削液，与水配比采用1：200
±
20比例，切削液温度控制在18
‑
23℃内，使用寿命为1刀，每刀切割后均更换新的切削液，下次切割前冲洗切割室，更换过滤网。金刚线选用母线线径为90
‑
110μm，粒径为5
‑
12μm的电镀金刚石线，切割张力设定为该线破断力的60
‑
70％，采用该种线型可有效改善切片表面平面度及平行度参数，结合切片工艺设定可
降低线弓，减少断线，充分发挥该型金刚线切割力，最后在切割前设定合适的切割工艺，并采用所述的分段式往复切割法进行切割。
[0022]实施例
[0023]本实施例以直径325mm的大直径单晶硅为例，设定339mm为切割结束位置。如表1所示，将切割过程分为21个切割单元，入刀及出刀位置切割单元较小，耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法，其特征在于，该方法中使用的原辅材料包括切割辊涂覆材料、过线轮材料、水性切削液、金刚线，其中，所述切割辊涂覆材料为高分子聚乙烯材料；过线轮线圈材质选用高分子聚乙烯材料，支撑框架采用铝合金材质，使用高温压制法将支撑框架及高分子聚乙烯线圈压制为一整体；水性切削液与水配比采用1：200
±
20比例；金刚线选用母线线径为90
‑
110μm，粒径为5
‑
12μm的电镀金刚石线；采用分段式往复切割法，包括以下步骤：使金刚线线速由0加速至预设速度的时间全程控制在5秒以内；入刀处线速度控制为17
‑
20m/s，此后逐渐增大线速度至28
‑
30m/s；金刚线前进距离统一设定为400m，后退距离为385
‑
398m，金刚线接近切片中部时，逐渐减小后退距离，远离切片中部时，逐渐增加后退距离并还原为初始入刀值，直到结束切割。2.根据权利要求1所述的半导体单晶硅片金刚线切割的工艺方法，其特征在于，切割单元最大间隔为30mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚天宇，蔡明，朱秦发，王学峰，李亚光，皇志威，
申请(专利权)人：有研半导体硅材料股份公司，
类型：发明
国别省市：