TW521340B - Method and device for the division of single crystals, adjusting device and test method for the determination of an orientation of a single crystal for such a method - Google Patents

Description

521340 五、發明說明α) 本發明係關於單晶之分割方法和裝置、其調節裝置， 以及決定該方法所用單晶定向之測試方向。 利用拉晶法製成的單晶，分割成稱為晶圓的個別碟片 ，用於半導體技術。已知切割法是内孔鋸法和線切割法。 在單晶分割時發生的切割力，在内孔鋸法時造成轉動切割 碟片，或線切割法時造成線的侧向偏離。結果，造成此晶 圓厚度不均，或表面呈現其他不規則，例如翹曲或彎曲。 以矽單晶而言，主要發生的問題是表面崎嶇不平。以致製 成的晶圓品質降低，因而高品質晶圓的產率較差。

為解決此問題，已知以内孔鋸法而言，是測量切割碟 片的偏離，藉壓縮空氣的作用加以校正。然而，此法之缺 點是，對切割碟片冷卻所施冷媒薄膜，受到壓縮空氣的影 響，從而在切割時影響到冷卻。此外，已知把單晶設定在 特殊形狀的安裝具内，以抗衡切割碟片偏離時發生的力， 藉對立的力量加以抵消。在線切割法中，可以對線的偏離 無積極影響。 本發明之目的，在於提供單晶分割方法和裝置、其調 節裝置，以及決定該方法所用單晶定向之測試方法，藉此 避免上述問題。

此目的是以本案申請專利範圍第1項之方法、申請專 利範圍第1 1項之調節裝置，以及申請專利範圍第1 4項之測 試方法達成。 本發明之進一步發展，見申請專利範圍附屬項規定。 此方法和裝置之優點是，提高晶圓品質，而在切割中

第6頁 521340 五、發明說明（2) ，可得更快的推進速率。結果，内孔鋸法可特別用於GaAs ，甚至6吋或更大的晶圓。由於所製成晶圓的品質改進， 其他常用後切削步驟即可大為省略。 本發明其他特徵和實質特點，由參照附圖的具體例說 明即可突顯。附圖中： 第1圖為内孔鋸法所用裝置在單晶中心縱轴線方向的 平面示意圖； 第2圖為本發明具體例内孔鋸法裝置之示意側視立面 圖； 第3圖為線切割法裝置之示意透視圖；

第4圖為本發明具體例中線切割法裝置之示意側視立 面圖； 第5圖為内孔鋸法之際的晶圓示意側視立面圖； 第6圖為内孔鋸法之際發生的力； 第7圖為微裂痕網狀的臨界滲透深度，作為Ga As單晶 在切割中切割工具前進方向之函數圖； 第8圖為利用内孔鋸法切割GaAs單晶時，切割工具橫 向偏離作為切割工具前進方向之函數，造成轴向強制力組 份的合成力極端值圖； 第9圖為參見GaAs利用内孔鋸法例，晶圓翹曲作為相 對於切割工具推進方向設定特定晶體定向之函數圖；

第10圖為參見GaAs例，晶圓粗糙度作為相對於切割工 具推進方向設定特定晶體定向之函數圖； 第11圖為本發明測試方法步驟圖，用以決定特定晶體

第7頁 521340 五、發明說明（3) 定向相對於線切割法所用切割工具前進方向之最適角度； 第12圖為單晶調節裝置之示意透視圖。 由第1和2圖可見，本發明裝置之第一具體例具有内孔 鋸裝置。具有中心縱轴線Μ的實質上圓筒形單晶1，利用圖 上未示的安裝具扣持。内孔切割碟片2由金屬碟片以已知 k 方式構成，具有同心孔，邊界利用金剛石粒形成切割邊緣 . 3，安裝成相對於單晶繞轉動軸線R轉動自如，使得單晶的 \ 中心縱軸線Μ和切割碟片的轉動軸線R彼此平行。設有圖上 未示的驅動器，切割碟片2藉此以界定速度按第1圖所示方 · 向A，繞轉動軸線R轉動。單晶1經由進料單位的驅動器， 在第2圖前進方向V，按切割碟片2方向運動，使得切割碟 片2可以在對中心縱軸線Μ呈直角的平面，完全切割貫穿單 · 晶1。此外，設有驅動器以對切割碟片2呈直角，或沿其中 心縱軸線的方向，以速度W運動。 詳見第1圖，單晶1並非很圓柱形，而是有平坦的外面 段4，稱為平坦面，在單晶1抽拉後，以界定方式套裝，使 得已知角度α ，有一定的結晶學定向Κ，例如對6&人3為〔 011〕定向，而對平坦外面段4之法線Ν，在平面上對向中 心縱軸線Μ的直角。由於角度α已知，所以在特定結晶學 定向Κ，與在對單晶中心縱軸線Μ呈直角的平面内，亦即切 削平面Τ内單晶前進方向間之角度ρ亦已知。須知決定因 素是有外在特性，其相對於特定結晶學定向之配置已知。 _ 此外，如第2圖所示，在單晶1背離切割碟片2的末端 ，裝置擁有單晶1繞其中心縱軸線Μ旋轉之裝置5。此外，

第8頁 521340 五、發明說明（4) _________ 設有感測器6以測量從單晶1切割碟片狀段以供形 T i’旋切轉割裝碟片2脫離切割平面T的任何偏離X。感心曰6: ί ί磾此經由控制裝置7連接’其構造方式因切 二ίΐ，使得特定結晶學定位K呈現預定角度P ，相 田於所測得切割碟片2對前進方向ν之偏離χ。 f修=具體例中，單晶切割裝置是第3和4圖所示線切 Ψ 二:第1和2圖所不裝置相對應零件，即標示同樣符 ς如第3圖所示，單晶丨保持在圖上未示的安裝且内，可 二2進=單位的驅動器，在線切割器8的線場上前後運動 上=^ d is 8包含許多線8a，8b，8c ’平行延伸越過滾輪（圖 輪線Γ3古Ϊ可按箭頭所示方向A和在與單晶1的中心縱 角Λ平面運動。裝置又包括在單晶1一側對線 單旁i H 金剛石粒的糊劑之裝置9，以及清理通過 另^，金剛和除去被ί過單晶的線所磨損材料之裝置10。 類似第2圖m石-粒#可先牢固加入線内，不必利用糊劑施加。 1旋轉裝L/置，第4圖所示之此具體例同樣擁有單晶 裝置轉7裝#1’檢線8a，8b或8C偏離之感測器，以及控制 5。 測得的線偏離為函數控制單晶1之旋轉裝置 ί Ϊ t 至L0圖說明第1和2圖裝置之操作如下。 第2圖所“二女裝具内：曰’即利用驅動器把安裝具朝 段距離，I制推進使早自由端與切割碟片2間有一 離比要製造的晶圓厚度稍大。單晶J即藉^動器按

第9頁 521340 五、發明說明（5) —__ 第2和5圖所示谁M 〜 ，切割碟片部份=接=了，以進料速率V朝切割碟片2運動 。轉動切割;片21·第圖所示方向A，繞其轉動轉線轉動 ^ ^ ^ « 1 Λ ； ί ! ： V ^ " 1 ^ a , Λ 度後，切割碟片2 ^ 、到滲透入單晶1内的臨界深 由於往復網狀以致材刀割邊石粒產生微裂痕’ 滲透臨界深度視2的曰運^方向而定。以顯微程度看來’ 定結晶學定向](與^_ /曰中心縱轴線Μ呈直角的平面，在特 透臨界深度在‘、人\方向V間的對向角度Ρ而定。已知滲 示特定結£^5二5割碟片2兩側S，S’各有不同。第7圖表 ，在第5圖所示切、』二於前進方向V的角度P各種設定時 界深度。此項在前2的對立前側S和後侧S，的滲透臨 度差異，造成前側S6f!!後側S相對於切割碟片2之滲透深 此，切割邊緣3如第6|s界負載LX_和後側S，的Lx+不同。因 前進方向的強制力所示遇到單晶1材料時，除作用於 後侧S，的不同強制 ，切割碟片3又暴露於來自前側S和

Fx、，Fx+產生合力F Λx/Fx+。此等方向相關的不同幅度力 如第8圖所示，方向相對的橫向偏離x。 進方向相對於特定社曰^ FX+，FZ合計產生的合力F，視前 心縱轴心呈直角的===定向K，即此二方向在對單晶1中 枒料，或在摻雜的半1 = 士彼此對向角度P而定。視單晶 佳角度，使上述強情況下，亦視其他因素，而有較 而無橫向偏離。 、’衡，且切割碟片2滲透入單晶1内

第10頁 521340 五、發明說明（6) 在本發明方法中，使用上述強制力校正切割碟片在切 割，的&向偏離X。為此目的，如第2圖所示，利用感測器 測量切割碟片或轴向切割分力F a或F b之偏離。視測得值， ，由控制裝置7作動單晶1之旋轉裝置5，設定特定結晶學 定向K和進料方向V間之角度p ，使強制力Fx' Fx+引起的橫 向偏離調至實質上為零。在某些情況下，宜以界定方式& 切割碟片或切割工具稍微偏離。此亦可藉調節角度p為 此法正好亦可應用於第3和4圖所示線切割， 情況:測量-線或多線之偏離。 4置在此 離，it 5 9j和j 〇圖所示，藉用強制力積極控制橫向偏 和進料方:v間之Λ縱旋轉’ ί定特定結晶學定向κ ra。 疋角度P，即可得校正翹曲和粗糙度 割工相^;前進！ r之較佳角度(即切 ，是把特定材；n?料按實驗決定。如第η圖所示 為隨後要製成的以2产。：；；數晶片2吒至，，其厚度 上，使其例如在即把碟片糊在安裝具21 40e，各配置成對前° 的平坦外面段（平面）40a至 20a至20e製成的單'曰° ^不同角度。以此方式由碟片 ’檢查以此方式所得晶圓表面同2切成個別晶圓 往往即足以決定最適U D又和翹曲。重複此法 权佳角度。以此方式決定之角

521340 五、發明說明（乃 ^，用作稍後在第丨至4圖所示裝置内要分割的單晶切割操 1ί，數，經由裝置5和控制裝置7再調節角度設定， ; J操作中之校正。 十 ;了把單晶1以特定結晶學定向K和進料方向V間之特 = ，插入第1至4圖所示裝置内，設有第12圖所示調 二 :調節裝置具有基板50和由此向上直立延伸的支持 體 吉支持體5 1上設有滑件5 2，例如可在圖上未示的執道 上2直立方向上下移動，並可利用扣件53鎖定於預定高度 。滑件I?有角形凸部54，其下緣54a與直立面形成預定角 度r °單晶牢固連接在連接件55，以便插入第1至4圖所示 切割裝置’為調節起見，把單晶黏在例如石墨製成的夾板 5 6 ’使用黏膠經預定時間後才會硬化，故在一段時間内， 單晶1仍然可以繞其縱軸線Μ旋轉。單晶}連同連接件5 ^ 夾板56，則引進調節裝置内，滑件52預先固定 必要的高度。把單晶1連同連接件55和夾板56此種早晶 下方，即可調節單晶1使其平坦外面段4緊 到凸部54 54a。如此一來，可以選擇凸部54的^緣54μ部54的下緣 形成的角度7 ，使此特殊單晶1在特定結曰^相…對於垂直面 垂直面間設定一較佳角度Ρ。單晶！之=a。曰二定向Κ相對於 於夹板56，即插入裝置内切割。前進 。二旦單晶1牢固 ，以界定角度"/、垂直面一致 上述本發明顯示特別優於用在直⑭

GaAs晶圓，亦可利用内孔鋸法毫無困g时或以上的特殊 提高前進速率。 切割，因為可以

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521340 圖式簡單說明 第1圖為内孔鋸法所用裝置在單晶中心縱軸線方向的 平面示意圖； 第2圖為本發明具體例内孔鋸法裝置之示意側視立面 圖； 第3圖為線切割法裝置之示意透視圖； 第4圖為本發明具體例中線切割法裝置之示意側視立 面圖； 第5圖為内孔鋸法之際的晶圓示意側視立面圖； 第6圖為内孔鋸法之際發生的力；

第7圖為微裂痕網狀的臨界滲透深度，作為Ga As單晶 在切割中切割工具前進方向之函數圖； 第8圖為利用内孔鋸法切割Ga A s單晶時，切割工具橫 向偏離作為切割工具前進方向之函數，造成軸向強制力組 份的合成力極端值圖； 第9圖為參見GaAs利用内孔鋸法例，晶圓翹曲作為相 對於切割工具推進方向設定特定晶體定向之函數圖； 第10圖為參見GaAs例，晶圓粗糙度作為相對於切割工 具推進方向設定特定晶體定向之函數圖； 第1 1圖為本發明測試方法步驟圖，用以決定特定晶體 定向相對於線切割法所用切割工具前進方向之最適角度； 第1 2圖為單晶調節裝置之示意透.視圖。

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Claims (1)

1. 521340 _案號 90124464_年月日__ 六、申請專利範圍 1. 一種單晶材料分割方法，其中要切割成至少二件的 單晶（1 )，和切割工具（2, 3 ; 8, 8a，8b，8c)，彼此按前進方 向（V)相對運動，且單晶（1 )的定向使特定結晶學定向（K) 位於切割平面（T )上，其特徵為，選擇特定結晶學定向（K ) 與前進方向（V)間的角度（P )，使在對切割平面（T)呈直角 方向切割時，作用於切割工具上的力彼此相抵，或增加到 預定力者。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中測量切割工具 (2,3； 8, 8a，8b，8c)在切割時的偏離（X)，並以測量值為函 數，以在切割平面（T)的特定結晶學定向（K )轉動單晶（1 )

   3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中切割係利用 内孔鋸法進行者。 4 ·如申請專利範圍第1或2項之方法，其中切割係利用 線切割法進行者。 5.如申請專利範圍第1項之方法，其中角度（p)是在 切割之前按實驗決定者。 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中角度（p )是利 用實際切割裝置外面的調節裝置進行設定者。

   7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中此法係用來切 割ΠΙ - V半導體的單晶（1 )，尤其是GaAs者。 8. —種單晶分割裝置，具有切割工具（2, 3 ; 8, 8a，8b， 8c )、單晶（1 )安裝具，以及驅動器，使安裝具和切割工具 在對單晶（1 )的中心縱軸線（Μ)呈直角延伸的前進方向（V)

   第16頁 521340 _案號90124464_年月日 修正_ 六、申請專利範圍 彼此相對運動，其特徵為，設有旋轉裝置（5 )以旋動安裝 具，安裝具因而可轉動而使單晶（1 )繞其中心縱軸線（Μ)旋 轉者。 9.如申請專利範圍第8項之裝置，其中設有測量裝置 (6 )，以測量切割工具在對前進方向（V)呈直角的方向之偏 離者。 1 0.如申請專利範圍第9項之裝置，其中設有控制裝置 ，連接於測量裝置（6 )和旋轉裝置（5 )，並控制旋轉裝置 (5)使單晶在轉動時，切割工具的偏離實質上為0或達成預 定值者。

   1 1.如申請專利範圍第8或9項之裝置，其中裝置係指内 孔鋸裝置者。 1 2.如申請專利範圍第8或9項之裝置，其中裝置係指線 切割裝置者。 1 3. —種單晶調節裝置，其中單晶（1)為實質上圓柱形 構造，有中心縱向軸線（Μ )，且單晶有平坦外面段（4 )，而 單晶之一定結晶學定向（Κ)在對中心縱向軸線（Μ)呈直角的 平面，與平坦外面段的法線（Ν)呈已知角度（α )，於直立 定向的支持體（5 1 )上設有限制阻擋件，其下緣（5 4 )包含對 垂直線呈預定角度（r )者，。

   1 4.如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中限制阻擋件可 調節高度者。 15.如申請專利範圍第13或14項之裝置，其中設有不同 的更換性限制阻擋器，具有不同角度（T )者。

   第17頁 521340 年 案號 90124464 六、申請專利範圍 ----------- 1 6 ·如申請專利範圍第！ 3項之壯 行申請專利範圍第1至7項中任〜=置，其中裝置係用來進 1 7· —種測試方法，用以決定法之調節裝置者。 項之一方法在特定結晶學定向（κ ^照^申請專利範圍第1至7 角度，其步驟為： 和七進方向（V)間之最適 把單晶（單晶係實質上圓杈 (Μ)，且單晶具有外部特徵（4)，t構造，有中心縱軸線 定向（K )的定向已知）對中 /、相對於單晶特定結晶學 度的複數段（2 0 a至2 0 e ); 線呈直角，分割成預定厚 線的：^ f諸段結合’使各段的外部姓他 不同方位之位置； "卩特徵呈相對於中心縱軸 割屮s同日守把以此方式組合於切叙壯 成具有稽微所要製造晶圓厚度⑴内之單晶(2 〇 )，切 =量如此製成的碟片之表面均性 (V)之最、、·定特定結晶學定向（K)相對於—切宝/工且^厚度； 18取適角度（Ρ)者。 ° ，、月,J進方向 為平面ΐ i請專利範圍第17項之測試方法，其中外立 1 9次缺口者。 卜部特徵 角度（申請專利範圍第1 7或1 8項之測試方法，：& 晶分判^用作在申請專利範圍第8至12項任一項譽、中最適 Μ用之初始值者。 、衣置中單