用于切割超薄硅片的方法和装置制造方法及图纸

提供了一种线状锯和晶片稳定系统，用于使晶片部分（１１２）在锯割过程中保持不动、免受振动及不期望地运动。当穿过硅材料的硅锭或硅块而部分地切割出晶片部分时，稳定装置（１１４）在早期被施加到部分限定的晶片部分的端部上。稳定装置用于稳定住晶片部分不动，使其在随后的锯割过程中免受振动、抖动、或者不期望地接触。稳定系统还在切片完成之后加速了晶片的操纵，便于清理过程，并允许晶片更迅速或自动地放置到盒子中。通过稳定系统制造的晶片的特征在于：总厚度变化最小、平面度大致是均匀的、并且基本上没有弯曲或扭曲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利
总体上涉及用于切割硅锭以制造硅片的方法和装置。特别地，本专利
涉及一种改进了的线状锯，其包括稳定条，用于在锯割过程中保持相邻晶片以稳定晶片使其免受振动影响，并便于完工的晶片的自动加工。稳定条使得可以通过现有的工艺来切割超薄硅晶片，使切口损失低、材料利用率改善、总厚度变化最小、从而更为成本有效。
技术介绍
用于对硅进行切片的现有的线状锯或线状网是公知的。这种线状锯通常包括一列非常锋利的、高拉伸强度的线，这些线的直径的级别为0.1-0.2毫米。线彼此平行地设置，并且沿相同的方向平移。一个工件被按压在这些线上。同时，在工件和线之间提供一种磨料悬浮液，使得线可以通过磨削作用而将工件切成为晶片。液体悬浮的研磨颗粒通过一个循环系统供应到运动的“网”或线上，其刚好在线状锯压紧工件之前将一个毯状的磨料悬浮覆层设置到“网”上。由液体携带的研磨颗粒通过覆层的线而传递，以产生研磨或切割效应。最近，在尝试增加硅片切割效率时，在线状锯中采用了金刚石覆层的线。工件被按压到金刚石线上，且切割过程通过嵌在线中的金刚石颗粒而得以改进。然而，由于它们的芯部直径较小，金刚石锯线较为脆弱。这样的机械敏感度使得易于在张力辊和导引辊处在线中发生损伤和裂纹。在现有的线锯切割过程中，线是一个高拉伸强度的镀铜钢线，且实际的切割在由油或聚乙二醇和金刚砂形成的浆状物中完成。因为这是一个自由研磨的过程，需要过高的线速度。同时，为了切片和冷却，需要大量的浆状物。因此，对正在切割的晶片施加了很高的液压力，在切割薄晶片时产生了问题。因为大量的加工应力作用在晶片上，还存在另一个问题残余加工变形变得很大。美国专利No.5,937,844描述了当线网切割通过一个锭时，使用浆状物的现有线锯过程如何导致研磨微粒传送速度的变化。因此，存在对浆状物的馈送速度进行调节或者对粘度进行变动的需要。美国专利No.5,099,820公开了一种研磨液体，其为金刚砂颗粒在水或油中的悬浮液。然而，这种现有的悬浮并不稳定，且不能在切割线上提供均匀的覆层。此外，这种组成需要强烈的搅动以保持颗粒的均匀悬浮，并且在停止条件下悬浮液迅速地析出，哪怕在工件切片过程中、仍然处于搅动时也是如此。
技术实现思路
技术问题获得最佳的切割质量取决于参数、研磨流体质量(润滑度、粘度、粘着性等)、以及工件被按压在自由研磨线或金刚石覆层线上的力的组合。在现有的线状锯中，由脆性材料形成的硅片通过以很高的拉伸强度和硬度为特征的线来切割。当切割通过现有的不粘研磨颗粒的线或金刚石线来完成时，极大的加工应力作用在晶片上。线作用在工件上的力可使得工件变形并使得所形成的晶片中的平面特性受损，从而需要额外增加加工时间及增加了总体成本。还已经发现，在切割过程中，现有的自由研磨线或金刚石覆层线的切割过程易于导致晶片抖动和变形。在切片非常薄的晶片时，所遇到的一个问题在于当线前进穿过所述的锭时，晶片未受支撑的部分易于振动、运动、或者粘在一起。这个缺点对可通过现有的大规模生产的线状锯工艺来获得的晶片的厚度造成了限制。晶片的振动和抖动还导致了晶片的表面损伤，例如难于去除不利地影响晶片性能的线痕。晶片的振动和抖动还导致了作用在线上的应力、并对钢强度元件的直径减少造成了限制，限制了锯缝的减少、并且导致了材料被非最佳地使用。在以合理的费用实现高质量切割时，大规模生产时的考虑因素——例如线的磨损率、切割和润滑流体的回收和再利用——是很重要的因素。切割质量通常指获得表面的精确平面度而没有锥度、弯曲、扭曲、厚度变动以及表面损伤的能力，以提供适于用作复杂半导体设备和太阳能电池的开始基础的产品。在许多场合中，需要厚度基本一致、小扭曲和少弯曲的超薄晶片。对于高效、长寿的太阳能电池而言，在形成开始晶片时，精确的平面尺寸是非常重要的，以为随后的处理过程——例如扩散、防反射覆层和热处理——提供一个可预测的、稳定的基础。在意图提供一种将硅切割成非常薄的晶片的成本有效的方法时，现有的线状锯是不利的，所述晶片的厚度低达200微米或更小，其适于用在太阳能电池中。由于在平面度、扭曲、弯曲、厚度变化和表面损伤中的加工变形或瑕疵而导致的缺陷仍然是很多的，以至于不能获得适合用作高效廉价太阳能电池的开始基础的超薄硅片的廉价的大规模生产。因此，需要一种线状锯和切割系统，其可以于大规模生产条件下在硅上获得最佳的切割质量。还需要一种线状锯系统，其可以对晶片施加一个最佳的切割压力并消除加工变形。这种系统有利地将可以切割更薄、轻的晶片，同时，控制性能和稳定性得以提高。这种系统理想地将使得总厚度变动(TTV)最小化，提供基本上一致的平面度，并基本上消除弯曲和扭曲。作用在晶片上的最佳切割压力还减少了作用在线上的应力、并使得可以采用较细的线，其减少了锯缝损失并增大了材料的利用率，对成本的降低做出了贡献。这种能以合理的费用大规模生产的超薄、均匀的硅片将可特别用作高效太阳能电池的开始材料。需要一种新颖的切割和润滑组分，其可均匀地供应均匀散布、附着在线上并与线一起前进的研磨颗粒，而没有研磨颗粒的聚集或由悬浮落尘形成的“硬饼”。这种切割/润滑组合有利地可对工件更有效地进行切割，需要较少的切割压力并使变形最小。此外，切割组合应当具有极好的润滑性能和热传导性能，以移除在切割侧产生的摩擦热，从而增加线的工作寿命及避免加工的停工。还有利的是，组分将提供研磨颗粒的稳定悬浮。当从线状锯上释放超薄晶片(厚度低达200微米或更小的量级)时，在将晶片放置在盒子中以用于进一步的加工操作时，必须防止晶片彼此粘附以避免损伤。从而，还需要自动地操纵释放的晶片而使其不接触地布置，以用于随后的运输和插入到盒子中以进行最后的处理。特别有利地，提供一种装置，用于将晶片自动地设置到不同尺寸的盒子中，以便于进一步的加工操作。技术方案为了克服上述用于对硅进行切割的现有线状锯工艺中固有的局限和缺点，本专利技术的一个方面提供了一种稳定条系统，用于在锯割过程中保持晶片固定而不会振动。当穿过硅材料的硅锭或硅块而部分地切割出晶片时，稳定条于锯割过程的早期施加在被部分地限定的晶片的端部上。稳定条可通过任意现有的定位装置——例如粘合材料——保持在位。稳定条用于保持硅切片(初始晶片)是分开的，并防止切片在切片过程中振动、抖动、或接触。当与现有的线状锯结合时，稳定条系统通过改善了的控制性和稳定性而有利地制造出更薄、重量轻的晶片。由稳定条系统制造的晶片的特征在于其总厚度变化(TTV)是最小的、平面度是大致均匀的、并基本上消除了弯曲和扭曲。该稳定条系统还改善和加速了在切片完成后的晶片操纵，进一步有利于清理过程，并允许晶片更迅速或自动地放置到盒子中。依据本专利技术的另一个方面，一种包括稳定条的线状锯系统采用了小直径的覆层有金刚石的线或夹杂有金刚石的线、以及用于切割超薄硅晶片的非常低粘度的流体组分。作为固定磨料的覆层或夹杂有金刚石的线与现有工艺相比能以低得多的线速度操作。较低的线速度与保持晶片免受振动的稳定条结合在一起，导致了应力的极大降低、以及施加在晶片上的液压力小得多。有益效果所述的稳定特征有利地为振动提供了阻尼效应，从而极大地减少或基本上消除了晶片中的加工应力。这有利地导致晶片的结构更为坚固。因为较低的线速度降低了应力，所以这有利地可以采用较小的线而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从硅锭或硅块的第一表面穿过相对表面而切割多个晶片部分的线状锯，包括：线网，其包括多个隔开的切割表面，用于限定穿过所述锭切割的相应晶片部分；浆状物材料，其包括用于润滑所述切割表面的高润滑度流体；以及稳定装置，用于在穿过锭切割所述晶片部分时支撑地保持住每个晶片部分、使其免受振动或不期望地接触，和／或用于允许所述线网的侧向平移而将切割下的晶片从所述锭或块释放。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫L本德，
申请(专利权)人：索拉克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]