本發(fā)明涉及通過在線和被加工物之間發(fā)生的放電的能量對被加工物進行加工的線放電加工裝置及半導體晶片的制造方法。
背景技術:
提出了下述裝置,其通過多根并列的切斷線部從柱狀的被加工物同時切斷加工出薄板形狀的晶片。作為切斷加工的一個方式而具有線鋸方式,即,使研磨材料介于所述切斷線部和被加工物之間,將所述研磨材料推壓至被加工物的表面,或者將在表面附著有金剛石等高硬度的微小磨料顆粒的線推壓至被加工物的表面,利用由此實現(xiàn)的摩擦作用而從被加工物加工出晶片。另外,提出了被稱為線放電加工方式的一種方式,其與所述線鋸方式不同,對各切斷線部供給加工電源,使所述切斷線部和被加工物之間發(fā)生放電,通過該放電的能量將被加工物去除。
并且,基于前述2種加工方式的晶片加工裝置為了使生產性提高,均是將1根線反復卷掛在多個引導輥間,由此形成多根線以恒定間隔平行地配置的切斷線部,能夠在多處同時并行地進行被加工物的切斷加工。
專利文獻1:日本特開2011-183477號公報
專利文獻2:國際公開第2013/153691號
技術實現(xiàn)要素:
但是,就通過切斷線部從坯料同時切斷加工出作為薄板的多片晶片的、線鋸方式或者線放電加工方式等現(xiàn)有的加工方式而言,僅以從柱狀的被加工物切斷加工出晶片為目的。即,在如上所述的加工方式中,無法避免由于加工機理而發(fā)生的晶片加工面的翹曲、或者在晶片加工面的表層部形成的加工變質層的產生。因此,在僅是從柱狀的被加工物進行了切斷加工的狀態(tài)下,在板厚、表面粗糙度及晶體構造的損傷等晶片品質上,并不滿足能夠作為晶片而投入至半導體工藝的規(guī)格。因此,例如,關于從為了得到期望的物性值而通過提起法或者升華法等形成方法形成的半導體原材料即坯料切出的晶片,為了滿足能夠投入至半導體工藝的良好的加工面品質,需要經(jīng)過磨削加工或者研磨加工等后續(xù)工序。關于通過前述的方式得到的切斷加工后的晶片,通過這些后續(xù)工序,作為能夠投入至半導體工藝的晶片而精加工為既定的板厚及表面粗糙度。
就從作為被加工物的坯料通過利用多根并列的線的同時切斷加工而得到的晶片而言,坯料切斷加工階段中的晶片的生產性大幅地提高。另一方面,關于切出的各個晶片,由于切斷加工面的面內的加工量的差異而引起的板厚差、或者晶片表面的破碎或者熱影響所引起的加工變質層等,使作為后續(xù)工序的磨削加工或者研磨加工中的晶片加工的負荷增大。因此,在涵蓋至得到最終所要求的規(guī)格的晶片為止綜合地進行考慮的情況下,存在根據(jù)取決于切斷線部的晶片切斷加工條件而使晶片的生產效率降低的問題。
在多線放電加工方式中,例如在專利文獻1中提出有防止前述切斷加工過程中的外力所引起的各晶片的變形的方法。在專利文獻1中,從晶片的加工開始端側將彈性部件向正在通過切斷線部而同時形成的多片晶片的加工開始端進行推壓,由此變形的所述彈性部件進入晶片間的各加工槽內,成為在晶片間形成有充填物的狀態(tài),將相鄰的晶片的間隙填埋而抑制晶片變動。
但是,在根據(jù)專利文獻1的方式而從坯料切斷加工出晶片的情況下,如果將彈性部件過度向晶片端推壓,則相反地可能會使晶片變形?;蛘?,如果向彈性部件的推壓量不足,則在相鄰的所述晶片的間隙殘留空隙,無法將晶片彼此可靠地固定。即,推壓量的調整是困難的。并且,在針對正在從坯料切斷出的晶片的各加工面,一邊進行放電加工一邊使切斷線部反復掃描而對晶片進行精加工的加工方法中,在對形成有充填物的晶片端部進行放電加工的情況下,存在由于切斷線部與充填物干涉,因此無法進行精加工的問題。
另外,在專利文獻2中,提出了下述技術,即,通過在相對的晶片間的狹縫內,使被供給了加工電源的并列線一邊進行放電加工、一邊進行掃描,從而對所形成的晶片面進行精加工。在專利文獻2中具有工作臺,該工作臺用于使被加工物在與切斷線部的線行進方向垂直的方向上相對移動。在完全地結束通過切斷線部進行的被加工物的切斷加工前停止,通過載置有被加工物的工作臺而使并列線部向在被加工物形成的晶片面的單側接近。通過使相對的2個晶片面與位于該2個晶片面間的線之間的極間距離產生差異,從而對線所接近的晶片面優(yōu)先地發(fā)生放電。通過在該狀態(tài)下使線沿晶片面進行掃描,從而使所述單側的晶片面均勻地得到放電加工。線向所述單側的晶片面的接近動作是通過所述工作臺進行的,通過將并列線的掃描路徑設為與切斷加工時的掃描路徑不同的路徑,由此使相對的晶片面的一方可靠地得到放電加工。但是,在專利文獻2的方法中,雖然能夠通過放電加工而進行可靠的形狀修正,但另一方面,由于對晶片逐個面地進行加工,因此為了完成晶片的形狀修正而需要相應的時間。
本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的,其目的在于得到一種能夠實現(xiàn)半導體晶片的加工精度及生產性的提高的線放電加工裝置。
為了解決上述的課題、達到目的,本發(fā)明的線放電加工裝置,其使被加工物和線電極之間發(fā)生放電,利用通過該放電而產生的能量對所述被加工物進行放電加工,該線放電加工裝置的特征在于,具有:并列的多個并列線部,它們是通過將1根所述線電極卷繞于多個引導輥而形成的,包含與所述被加工物相對的區(qū)域;一對抑振引導輥,它們與所述引導輥平行地設置,與所述多個并列線部從動接觸,將得到了抑振的多個切斷線部形成在所述并列線部內;一對線按壓部,它們隔著所述多個并列線部而與所述一對抑振引導輥平行且相對地設置,將所述多個并列線部推壓至所述一對抑振引導輥而與所述多個并列線部從動接觸;電源單元,其向所述多個并列線部各自和與所述多個切斷線部相對地配置的所述被加工物之間施加電壓;移動單元,其使所述被加工物沿與所述引導輥的軸向垂直的面相對于所述切斷線部在與所述切斷線部垂直的方向上相對地移動;以及控制部,其對所述線放電加工裝置的動作進行控制,所述控制部對切斷加工和形狀修正加工進行控制,該切斷加工是指,通過一邊使所述被加工物沿與所述引導輥的軸向垂直的面相對于所述切斷線部在與所述切斷線部垂直的方向上相對地移動,一邊通過所述放電加工而同時進行多個晶片的切斷,并且將切斷中途的所述多個晶片的一部分與所述被加工物連結的連結部殘留下來,該形狀修正加工是指,使所述多個切斷線部以所述切斷加工時的切斷方向上的所述切斷線部的軌跡一邊進行放電加工、一邊進行掃描,對在所述切斷加工時切斷加工出的多個切斷加工面的形狀同時進行修正加工。
發(fā)明的效果
本發(fā)明所涉及的線放電加工裝置取得下述效果,即,能夠實現(xiàn)半導體晶片的加工精度及生產性的提高。
附圖說明
圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置的主要部的結構的側視圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置的主要部的結構的斜視圖。
圖3是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的抑振引導輥和線按壓部的構造及切斷線部的約束狀態(tài)的側視圖。
圖4是表示使用本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置進行的半導體晶片的制造方法的工序的流程圖。
圖5是表示在本發(fā)明的實施方式1中將被加工物的切斷加工暫時中斷時的切斷線部的位置的示意圖。
圖6是對本發(fā)明的實施方式1的切斷加工工序進行說明的剖視圖,圖6(a)是表示實施方式1的切斷加工工序中的切斷線部的軌跡的剖視圖,圖6(b)是將圖6(a)中的加工區(qū)域擴大而示出的剖視圖。
圖7是對本發(fā)明的實施方式1的形狀修正加工工序進行說明的剖視圖,圖7(a)是表示實施方式1的形狀修正加工工序中的切斷線部的軌跡的剖視圖,圖7(b)是將圖7(a)中的加工區(qū)域擴大而示出的剖視圖。
圖8是表示通過本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置對圓柱形狀的被加工物實施切斷加工工序后得到的切斷中途的晶片的晶片面方向的外形的示意圖。
圖9是表示從線的行進方向上的外周側觀察通過本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置對圓柱形狀的被加工物實施切斷加工工序后得到的切斷中途的晶片時的晶片的切斷形狀的剖視圖。
圖10是表示從加工開始側觀察通過本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置對圓柱形狀的被加工物實施切斷加工工序后得到的切斷中途的晶片時的晶片的切斷形狀的剖視圖。
具體實施方式
下面,基于附圖對本發(fā)明的實施方式所涉及的線放電加工裝置及半導體晶片的制造方法進行詳細說明。此外,本發(fā)明并不限定于本實施方式。
實施方式1.
<線放電加工裝置的結構>
圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置的主要部的結構的側視圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置100的主要部的結構的斜視圖。在本發(fā)明的實施方式1所涉及的線放電加工裝置100中,由4根主引導輥1a~1d構成了線行進系統(tǒng)。
而且,線放電加工裝置100具有:主引導輥1c、1d,它們是隔著間隔而平行地配置的一對引導輥;以及一根線3,其在一對主引導輥1c、1d間以恒定的間距分離并卷繞多次,在一對主引導輥1c、1d間形成并列線部ps,與主引導輥1c、1d的旋轉相伴而行進。即,通過將1根線3卷繞于主引導輥1c、1d,從而形成有包含與被加工物5相對的區(qū)域的并列的多個并列線部。線3在線放電加工裝置100中作為線電極起作用。在本實施方式1中,使用由半導體材料構成的圓柱形狀的半導體坯料作為被加工物5。
另外,線放電加工裝置100具有:一對抑振引導輥7a、7b,它們在一對主引導輥1c、1d間與該主引導輥1c、1d平行地設置,并且與多個并列線部ps從動接觸而形成得到抑振后的多個切斷線部cl;以及一對線按壓部9a、9b,它們隔著多個并列線部ps而與一對抑振引導輥7a、7b平行且相對地設置,將多個并列線部ps推壓至一對抑振引導輥7a、7b與多個并列線部ps從動接觸。
另外,線放電加工裝置100具有:電源單元,其對被加工物5與多個并列線部ps各自之間施加電壓,該被加工物5與多個切斷線部cl相對地配置;上升下降工作臺10,其是使被加工物5沿著與主引導輥1a~1d的軸向垂直的面相對于切斷線部cl在與切斷線部cl垂直的方向上相對地移動的移動單元;以及控制部14,其為了執(zhí)行線放電加工裝置100的功能而對線放電加工裝置100的各結構部的驅動進行控制。
而且,切斷線部cl的特征在于具有下述功能:一邊使被加工物5相對于該切斷線部cl相對地移動、一邊通過與該被加工物5之間的放電所產生的能量將該被加工物5同時切斷加工出多個晶片的功能;以及一邊使被加工物5相對于該切斷線部cl以切斷加工時的切斷線部cl的軌跡相對地移動、一邊通過與該被加工物5之間的放電所產生的能量對多個切斷中途的晶片的正反面同時進行形狀修正加工的功能。
主引導輥1a~1d是構成線行進系統(tǒng)的主要的引導輥。在線放電加工裝置100中,具有同一直徑的4根主引導輥1a~1d相互平行地隔著間隔配置。從線抽出線軸2抽出的1根線3依次橫跨在4根主引導輥1a~1d間,在4根主引導輥1a~1d的軸向上以恒定的間隔分離并反復卷繞即卷掛。線3與主引導輥1a~1d的旋轉相伴而行進,最后卷繞于線卷繞線軸4。
主引導輥1c、1d設置在夾著被加工物5的位置。線3以恒定的張力張設在主引導輥1c和主引導輥1d之間,由此構成在主引導輥1c、1d的軸向上彼此分離的多個并列線部ps。此外,在本說明書中,并列線部ps是指卷掛在主引導輥1a~1d處的線3中的、從主引導輥1c送出直至卷掛在主引導輥1d為止的部分。即,并列線部ps是在從主引導輥1c送出的線3的行進方向上,主引導輥1c的軸和主引導輥1d的軸之間的部分的線3。
而且,在并列線部ps中,將包含與被加工物5相對而用于被加工物5的切斷加工的部分的、直線地張設的區(qū)域稱為切斷線部cl。即,切斷線部cl是并列線部ps中的、抑振引導輥7a的軸和抑振引導輥7b的軸之間的部分。圖1表示開始被加工物5的切斷,切斷線部cl在被加工物5的內部行進的狀態(tài)。切斷線部cl的多根線3平行地以恒定間隔排列,能夠從被加工物5同時切出多個晶片5w。此外,下面,包含切斷中途的晶片而示作晶片5w。
對切斷線部cl的線3單獨地供給來自電源單元11的電壓脈沖的各供電件單元6a~6d是與多個并列線部ps的線3單獨地接觸而配置的。通過對每個并列線部ps的線3分別供給電力,從而能夠使全部并列線部ps都進行穩(wěn)定的放電加工。在圖1中,配置有在主引導輥1d和被加工物5之間配置的供電件單元6a、6b以及在主引導輥1c和被加工物5之間配置的供電件單元6c、6d這4個單元。
作為電源單元的供電件單元6a~6d,是在主引導輥1a~1d的軸向上以與線3的卷掛間隔相同的間隔排列的多個供電件k的集合體。各供電件k相互絕緣。各切斷線部cl從供電件k被供電而分別流過加工電流。使用下述供電件k,即,在表面形成v槽狀的線引導部,沿并列線部ps的延伸方向、即線3的行進方向的剖面為圓形或者圓弧形狀。供電件k設置為能夠旋轉,以能夠定期地旋轉而變更線接觸部位。另一方面,作為電源單元的電源單元11的供電側的端子與供電件單元6a~6d分別電連接,接地側的端子與被加工物5電連接。因此,從電源單元11輸出的電壓脈沖施加至切斷線部cl的線3和被加工物5之間。電源單元11與多個供電件k、被加工物5通過供電線12而電連接。此外,在圖1中,在上升下降工作臺10之上,電源單元11和被加工物5經(jīng)由對被加工物5進行保持及固定的導電性的保持部件13而電連接。
另外,在供電件單元6b和供電件單元6c之間的并列線部ps之上配置抑振引導輥7a、7b。抑振引導輥7a、7b維持始終掛有線3的狀態(tài)而對線3進行引導。抑振引導輥7a、7b是設置在一對主引導輥1c、1d間而與并列線部ps從動接觸且直徑比主引導輥1c、1d小的引導輥。即,抑振引導輥7a、7b是以與并列線部ps接觸而卷掛線3的方式配置的從動式的引導輥,伴隨線3的行進而從動地旋轉。而且,抑振引導輥7a、7b對線3進行支撐,形成線3以直線狀張設的多個切斷線部cl。如后面記述所示,抑振引導輥7a、7b間的切斷線部cl的線振動受到抑制而成為行進位置大致固定的狀態(tài)。
并且,在切斷線部cl的區(qū)域,作為噴嘴8,噴嘴8a、8b以夾著被加工物5的方式相向地配置。噴嘴8a、8b沿切斷線部cl朝向被加工物5的切斷部噴出加工液。切斷線部cl配置為將噴嘴8a、8b內貫穿,但噴嘴8a、8b的內表面不與切斷線部cl接觸。上升下降工作臺10是載置被加工物5而進行上升或者下降的臺,使被加工物5相對于切斷線部cl相對地移動。在圖1中,從上升下降工作臺10描繪出的箭頭表示上升下降工作臺10的移動方向。
線3相對于主引導輥1a~1d分別以輥外周的約1/4周、即僅在一部分進行了卷掛,相對于4根主引導輥1a~1d繞轉。主引導輥1a~1d構成從線抽出線軸2至線卷繞線軸4的路徑,該主引導輥1a~1d是以確保用于使被加工物5經(jīng)過切斷線部cl而不與其他的線發(fā)生干涉的空間的方式構成的。主引導輥1c、1d是驅動式引導輥。在主引導輥1c、1d的上方配置的主引導輥1a、1b是從動式引導輥。驅動式引導輥的軸與電動機連接而被旋轉驅動。另一方面,從動式引導輥不產生驅動力,伴隨與表面接觸的線3的行進而旋轉。在圖1中,在主引導輥1a~1d的中心描繪出的黑點表示軸。另外,在圖1中繞主引導輥1a~1d的軸而描繪出的箭頭表示各主引導輥1a~1d的旋轉方向。另外,在圖1中沿線3描繪出的箭頭表示線3的行進方向。
主引導輥1a~1d是在圓柱形狀的芯棒卷繞有聚氨酯橡膠等橡膠材料的輥,成為芯棒的兩端被軸承支撐而能夠旋轉的構造。主引導輥1a~1d的表面的橡膠與線3之間的摩擦系數(shù)高,因此適于防止在主引導輥1a~1d之上線3打滑、發(fā)生空轉。另外,在主引導輥1a~1d的與線3接觸的輥表面,以與主引導輥1a~1d的軸向上的線的卷掛間隔相同的間隔形成有多根槽。通過在各個槽內卷掛線3,從而能夠使多個切斷線部cl處的線3的間隔保持恒定。在主引導輥1a~1d的軸向上等間隔地并列配置的切斷線部cl間的距離、即主引導輥1a~1d處的線3的卷掛間隔是恒定的,在切斷出半導體晶片的情況下,為0.1mm~0.8mm左右。
在驅動式的主引導輥1c、1d處,能夠得到對線3進行牽拉的力,并且在從動式的主引導輥1a、1b處,得到使輥旋轉的旋轉力。這些引導輥1c、1d、供電件單元6a~6d、抑振引導輥7a、7b、噴嘴8a、8b及被加工物5浸漬在未圖示的加工液儲存槽所儲存的加工液中,各切斷線部cl在加工液中與被加工物5相對,同時并行地進行切斷加工。
另外,在主引導輥1a~1d的表面,以與線的卷掛間隔相同的間隔形成有多根槽,通過使線3穿過各個槽,從而能夠使切斷線部cl處的線3的間隔保持恒定。切斷線部cl處的線3的間隔能夠與目的對應地設定。在如本實施方式1這樣以切斷出半導體晶片為目的的情況下,切斷線部cl處的主引導輥1a~1d的軸向上的線3的間隔適合為0.1~0.8mm左右。
抑振引導輥7a、7b是以與多個并列線部ps的線3接觸而卷掛該線3的方式配置的從動式的引導輥,伴隨線3的行進而從動地旋轉。抑振引導輥7a、7b是與主引導輥1a~1d相比形狀精度、旋轉精度及安裝精度高的從動式引導輥,在并列線部ps的延伸方向上夾著被加工物5的位置配置2根。抑振引導輥7a、7b配置為被按壓于張設的并列線部ps,并列線部ps的線3與該抑振引導輥7a、7b的外周的一部分接觸。其結果,抑振引導輥7a、7b間的線3以直線狀張設,并且成為線3的行進方向彎曲的狀態(tài),在線3的行進過程中,始終維持線3掛在抑振引導輥7a、7b的狀態(tài)。
通過使掛在抑振引導輥7b前伴隨有振動的線3,可靠地掛在抑振引導輥7b,從而對一邊振動一邊行進的線3的振動進行抑制而抑振。另外,同樣地,施加于從抑振引導輥7b送出的線3的振動由抑振引導輥7a抑制而抑振。其結果,2根抑振引導輥7a、7b與線的行進相伴而通過與線3之間的摩擦力旋轉,與此同時,建立起在2個抑振引導輥7a、7b間的直線狀區(qū)域幾乎沒有線振動的狀態(tài)。即,通過抑振引導輥7a、7b,能夠對從主引導輥向切斷線部cl的振動傳播進行抑制,精密地對線3進行引導,以使得微觀下的行進位置變得恒定。在圖1中在抑振引導輥7a、7b之上描繪出的左右方向的箭頭表示抑振引導輥7a、7b的可動方向。
抑振引導輥7a、7b雖然使與切斷線部cl相連的線3的行進方向彎曲,但不具有對用于使被加工物5經(jīng)過切斷線部cl的空間進行確保的作用。在抑振引導輥7a、7b的與線3接觸的輥表面等間隔地形成有線引導用的槽即線引導槽21,該線引導槽21的以與抑振引導輥7a、7b的軸平行且與該軸重合的平面切斷出的剖面形狀為v形狀、即形成為從輥表面朝向底部而寬度變窄的形狀。線引導槽21在抑振引導輥7a、7b的軸向上,以與多個切斷線部cl的排列間隔相同的間隔形成。另外,線引導槽21在抑振引導輥7a、7b的外周面,沿與抑振引導輥7a、7b的軸垂直的面形成。而且,在各線引導槽21分別掛有1根線3,由此構成同時對被加工物5進行切斷加工的多個切斷線部cl。抑振引導輥7a、7b在切斷線部cl的延伸方向上是可動的。圖3是表示抑振引導輥7a、7b和線按壓部9a、9b的構造及切斷線部cl的約束狀態(tài)的側視圖。
線按壓部9a、9b將構成切斷線部cl的各線3推壓至在抑振引導輥7a、7b的表面形成的線引導槽21的內表面,使得線電極的位置在線引導槽21內不會發(fā)生偏移,由此在后面記述的針對多個晶片5w的形狀修正加工中起作用,以使得相對的2個晶片面即切斷加工面、與該2個晶片面間的線3之間的極間距離變得與切斷加工時的極間距離相同。
線按壓部9a、9b與抑振引導輥7a、7b同樣地,是形狀精度、旋轉精度及安裝精度高的從動式引導輥,在隔著并列線部ps而與抑振引導輥7a、7b相對的位置與該抑振引導輥7a、7b平行地配置。即,線按壓部9a在隔著并列線部ps而與抑振引導輥7a相對的位置與該抑振引導輥7a平行地配置。線按壓部9b在隔著并列線部ps而與抑振引導輥7b相對的位置與該抑振引導輥7b平行地配置。
在線按壓部9a、9b的外周面等間隔地形成有作為凸起的線按壓凸起22,該線按壓凸起22具有與多個切斷線部cl的排列間隔相同的間隔,以與線按壓部9a、9b的軸平行且與該軸重合的平面切斷出的剖面形狀為倒v字狀、即形成為從外周面朝向頂部而寬度變窄的形狀。線按壓凸起22是從線按壓部9a、9b的原材料切削出而與線按壓部9a、9b一體成型的。另外,線按壓凸起22在線按壓部9a、9b的外周面,沿與線按壓部9a、9b的軸垂直的面形成。線按壓部9a、9b設置為線按壓凸起22嵌入至抑振引導輥7a、7b的線引導槽21。而且,將線按壓部9a、9b的推壓量調整為,使得線按壓部9a、9b的線按壓凸起22將掛在抑振引導輥7a、7b的線引導槽21處的構成切斷線部cl的各線3朝向線引導槽21的底部推壓。線按壓部9a、9b是如下的從動式的輥,即,線按壓凸起22與多個并列線部ps的線3接觸,由此伴隨該線3的行進而從動地旋轉。
通過利用線按壓部9a、9b的外周面的線按壓凸起22將切斷線部cl推壓至在抑振引導輥7a、7b形成的線引導槽21的內壁,從而即使在加工液流發(fā)生了變動的情況下或者在線行進暫時停止之后線行進重新開始的情況下,線引導槽21內的切斷線部cl的位置也不會偏移,維持切斷線部cl與線引導槽21內接觸的狀態(tài)。由此,伴隨切斷線部cl的行進,抑振引導輥7a、7b和線按壓部9a、9b進行旋轉而不會打滑。
只要能夠如上所述通過線按壓部9a、9b的線按壓凸起22將線引導槽21的切斷線部cl推壓至抑振引導輥7a、7b的線引導槽21的內壁,防止線引導槽21內的切斷線部cl的位置偏移,則線按壓凸起22的形狀及尺寸能夠與線引導槽21的形狀及尺寸相匹配地適當變更。另外,只要能夠如上所述通過線按壓部9a、9b的線按壓凸起22將切斷線部cl推壓至抑振引導輥7a、7b的線引導槽21內,則在切斷線部cl的延伸方向上,線按壓部9a的軸和抑振引導輥7a的軸也可以不處于相同的位置。即,在切斷線部cl的延伸方向上,線按壓部9a和抑振引導輥7a也可以錯開。同樣地,在切斷線部cl的延伸方向上,線按壓部9b的軸和抑振引導輥7b的軸也可以不處于相同的位置。即,在切斷線部cl的延伸方向上,線按壓部9b和抑振引導輥7b的位置也可以錯開。
控制部14能夠使用數(shù)控功能對線放電加工裝置100的各結構部的驅動進行控制。此外,在圖1中,控制部14僅與電源單元11連接,但實際上與成為控制對象的線放電加工裝置100的各結構部連接。
下面,對使用本實施方式1所涉及的線放電加工裝置100而從作為被加工物5的圓柱形狀的半導體坯料同時切斷出多片半導體晶片(下面,有時稱為晶片)5w的半導體晶片的制造方法進行說明。圖4是表示使用線放電加工裝置100進行的半導體晶片的制造方法的工序的流程圖。下面,對各工序進行說明。
在使用線放電加工裝置100制造半導體晶片的制造方法的情況下,在步驟s10中進行切斷加工工序,即,通過放電加工進行從被加工物5同時切斷出多個晶片5w的切斷加工,并且將切斷中途的多個晶片5w的一部分與被加工物5連結的連結部5a殘留下來而進行切斷加工。然后,在步驟s20中進行形狀修正加工工序,即,使多個切斷線部cl以切斷加工時的切斷方向上的切斷線部cl的軌跡一邊進行放電加工、一邊進行掃描,對在切斷加工時切斷加工出的多個切斷加工面的形狀同時進行修正加工。然后,在步驟s30中進行連結部去除工序,即,在形狀修正加工工序后,將連結部5a去除。
本實施方式1所涉及的半導體晶片的制造方法,通過進行上述的工序,從而能夠從半導體原材料的塊狀晶體即坯料等同時制作多片半導體晶片。下面,對各工序進行說明。此外,在下面,切斷加工是指切斷加工工序中的加工。
<切斷加工工序>
首先,在步驟s10中實施切斷加工工序。線放電加工是在充滿去離子水等加工液的線3和被加工物5之間的微小的放電間隙中發(fā)生電弧放電而進行被加工物5的切斷的加工。具體地說,由所發(fā)生的電弧加熱而達到被加工物5的熔點以上的被加工物5的一部分蒸發(fā)。而且,存在于放電間隙的加工液爆炸式地氣化,氣化后的加工液將在被加工物5處成為熔融狀態(tài)的部分吹飛。被吹飛的部分成為加工屑而在加工液中懸浮。切斷線部cl和被加工物5分別成為放電電極,因此放電間隙的長度也稱為極間距離。
在加工過程中,線3從線抽出線軸2連續(xù)地被抽出,通過主引導輥1a~1d的旋轉而行進,向線卷繞線軸4回收。通過對線抽出線軸2和線卷繞線軸4各自的旋轉速度進行調整,從而對并列的各線3的行進過程中的張力進行控制。在線3的行進狀態(tài)穩(wěn)定的情況下,行進的線3的張力保持恒定。
在進行放電加工時,一邊使主引導輥1c、1d旋轉而使線3行進,一邊與切斷線部cl隔著規(guī)定的極間距離而將被加工物5與切斷線部cl相對地配置。而且,將電壓脈沖作為加工電源從電源單元11施加至切斷線部cl,在切斷線部cl和被加工物5之間發(fā)生脈沖放電,與切斷速度相匹配地使上升下降工作臺10上升。在使極間距離保持恒定的狀態(tài)下,通過一邊使切斷線部cl和被加工物5相對移動、一邊繼續(xù)電弧放電,從而與切斷線部cl經(jīng)過被加工物5的路徑相對應地在被加工物5形成加工槽gr。因此,切出的晶片5w的厚度是從線3的卷掛間隔減去加工寬度、即成為被加工物5的切除量的加工槽gr的寬度而得到的長度。為了減小加工寬度,優(yōu)選線3的線徑小。從實用的角度出發(fā),作為線3,線形為0.1mm左右的鋼線是適合的,更優(yōu)選將線形進一步細徑化為0.07mm左右的鋼線。另外,為了使放電開始電壓恰當,也可以在鋼線的表面形成黃銅等的涂層。
在供電件單元6a~6d設置有未圖示的移動機構,該未圖示的移動機構使供電件單元6a~6d在與并列線部ps垂直的方向上移動,用以對推壓至并列線部ps的量進行調整。并列線部ps的線3和供電件k的接觸長度是滑動長度,滑動長度能夠通過供電件單元6a~6d相對于并列線部ps的推壓量進行管理。即,如果推壓量小,則滑動長度變短,如果推壓量多,則滑動長度變長。推壓量既可以由相對于并列線部ps的壓入距離規(guī)定,也可以由推壓力規(guī)定。通過對滑動長度進行調節(jié),從而能夠對供電件單元6a~6d和并列線部ps之間的接觸電阻進行調整,能夠對每1個電壓脈沖的放電電流值進行微調。此外,經(jīng)由供電件單元6a~6d而供電至各切斷線部cl,因此當然也能夠通過調整加工電源而對加工電流值進行調整。
在使用線放電加工裝置100對作為被加工物5的半導體坯料進行切斷時,作為切斷條件的一個例子而例示出施加電壓100v、加工電流3a~4a、脈沖寬度0.6μsec的條件。但是,該切斷條件并不特別受到限定,能夠根據(jù)所使用的線3的種類、粗細、被加工物5的材質等各條件而適當調整后使用。
而且,在切斷加工工序中,通過線放電加工裝置100對被加工物5進行切斷,在晶片5w完全被切斷前將切斷加工中斷。即,不將晶片5w完全切斷,以將切斷中途的晶片5w的一部分與被加工物5連結的連結部5a殘留下來的方式進行切斷加工。具體地說,如圖5所示,將被加工物5切斷至直徑方向的中途,在殘留有連結部5a的位置,暫時將切斷工序中斷。圖5是表示將本實施方式1中的被加工物5的切斷加工暫時中斷時的切斷線部cl的位置的示意圖。在圖5中,示出了與被加工物5的軸垂直的剖面。圖5中的箭頭表示切斷線部cl對被加工物5進行切斷的切斷方向。切斷的中斷位置是在將晶片5w完全切斷之前,例如在切斷方向上將連結部5a殘留1mm的位置。但是,連結部5a的厚度并不限定于1mm,只要將切斷中途的晶片5w能夠自行豎立的連結部5a殘留下來,切斷中途的晶片5w的一部分與被加工物5相連即可。
<形狀修正加工工序>
下面,說明在步驟s20中實施的、對在切斷加工工序中切斷出并具有與被加工物5連結的連結部5a的切斷中途的晶片5w的形狀修正加工。圖6是對本實施方式1的切斷加工工序進行說明的剖視圖,圖6(a)是表示本實施方式1的切斷加工工序中的切斷線部cl的軌跡的剖視圖,圖6(b)是將圖6(a)中的加工區(qū)域31擴大而示出的剖視圖。圖6(a)中的虛線的圓形標記及黑圓點表示切斷線部cl的線3的剖面,虛線的圓形標記對應于切斷加工工序的加工開始位置,黑圓點對應于切斷加工工序的加工開始位置。圖7是對本實施方式1的形狀修正加工工序進行說明的剖視圖,圖7(a)是表示本實施方式1的形狀修正加工工序中的切斷線部cl的軌跡的剖視圖,圖7(b)是將圖7(a)中的加工區(qū)域32擴大而示出的剖視圖。圖7(a)中的虛線的圓形標記及黑圓點表示切斷線部cl的線3的剖面,虛線的圓形標記對應于形狀修正加工工序的加工開始位置,黑圓點對應于形狀修正加工工序的加工結束位置。此外,圖7(b)所示的形狀修正加工工序的加工開始位置是切斷加工工序的加工開始位置。圖6(a)及圖7(a)中的箭頭表示切斷線部cl的軌跡、即經(jīng)過的路徑。另外,在圖6(a)及圖7(a)中以切斷線部cl在移動的方式示出,但實際上是作為被加工物5的半導體坯料在移動,切斷線部cl在被加工物5的切斷部分中相對地移動。
如上所述,將脈沖電壓作為加工電源供給至多個切斷線部cl,在各切斷線部cl和被加工物5之間發(fā)生脈沖放電,使各切斷線部cl相對于被加工物5相對移動。由此,在被加工物5處,在各切斷線部cl所經(jīng)過的部分如圖6(a)所示加工出多個狹縫、即多個加工槽gr。在被相鄰的加工槽gr夾著的部分形成薄板、即切斷中途的晶片5w。如果繼續(xù)進行切斷加工而將被加工物5完全切斷,則被加工槽gr夾著的部分同時分離成多片薄板。由此,從由半導體原材料構成的被加工物5制作出半導體器件所用的晶片。
在切斷加工工序中,在通過切斷線部cl進行的被加工物5的切斷將要完成之前將加工停止的情況下,在被加工物5如圖6(a)所示作為加工槽gr而殘留切斷線部cl的經(jīng)過路徑。在形狀修正加工工序中,在被加工槽gr夾著而形成的多個薄板、即切斷中途的晶片5w沒有完全分離的狀態(tài)下,一邊對切斷線部cl再次供給加工電源而在加工槽gr內進行放電加工,一邊利用在切斷加工中相對于被加工物5相對移動的切斷線部cl的軌跡、即線3的軌跡,如圖7(a)所示使切斷線部cl向與該軌跡相反方向掃描?;蛘?,在被加工槽gr夾著而形成的多個薄板、即切斷中途的晶片5w沒有完全分離的狀態(tài)下,不對切斷線部cl供給加工電源,使切斷線部cl返回至切斷加工工序的加工開始位置。然后,以與進行切斷加工工序的情況相同的切斷線部cl的軌跡,一邊對切斷線部cl供給加工電源而在加工槽gr內進行放電加工,一邊使切斷線部cl進行掃描。即,在形狀修正加工工序中,一邊在加工槽gr內進行放電加工,一邊以切斷加工工序中的切斷線部cl的軌跡再次使切斷線部cl進行掃描。
對于處在切斷加工被中斷的狀態(tài)下的薄板,由于之前實施的切斷加工中的切除殘留區(qū)域、即切削殘留的區(qū)域,或者薄板的翹曲等情況,如圖6(b)所示,存在厚度不均勻且變厚的不均勻部分5b。另外,在通過放電加工將被加工物5切斷的狀態(tài)下,在切斷加工面的表層部形成有加工變質層。針對如上所述的薄板,利用將被加工物5切斷時的切斷線部cl的線3的軌跡、即以將被加工物5切斷時的切斷線部cl的軌跡,一邊對切斷線部cl供給加工電源、一邊進行掃描。由此,在薄板的面內,在由于切除殘留等而使得厚度不均勻且變厚的不均勻部分5b處,構成切斷線部cl的各線3和薄板的切斷加工面之間的極間距離變窄,因此發(fā)生放電,如圖7(b)所示,薄板的切斷加工面處的切除殘留部分被去除,薄板的切斷加工面的形狀被修正。由此,薄板的板厚的不均勻得到改善。
在形狀修正加工工序中,在切斷線部cl的位置與切斷加工工序時的位置略微錯開的情況下,即使在通過控制部實現(xiàn)的切斷線部cl的掃描的控制中使切斷線部cl以與切斷加工工序時相同的軌跡移動,切斷線部cl也會是與切斷加工工序時的軌跡錯開地進行移動、掃描。在該狀態(tài)下,相對于針對各切斷線部cl而存在2個的薄板的切斷加工面、即隔著切斷線部cl相對的2個薄板的切斷加工面,切斷線部cl與一個切斷加工面接近,與另一個切斷加工面遠離。由此,原本應該相等的與2個切斷加工面之間的極間距離產生差異,對于線3略微地接近而使得極間距離變近的切斷加工面,放電發(fā)生的頻率、即放電加工的頻率變多。因此,通過放電加工進行的切斷加工面的形狀修正在相對的切斷加工面之間變得不均等,僅一個切斷加工面被更多地加工。
在切斷加工工序中作用于各切斷線部cl的、將切斷線部cl向抑振引導輥7a、7b的線引導槽21推壓的力的大小及方向的至少一者變化的情況下,由于該推壓的力超過了切斷線部cl和抑振引導輥7a、7b的線引導槽21之間的摩擦力,因而切斷線部cl在線引導槽21內移動,與切斷加工時的切斷線部cl的位置錯開,由此發(fā)生前述的切斷線部cl的偏移。
將線3向抑振引導輥7a、7b推壓的力是切斷線部cl的張力,通過線抽出線軸2和線卷繞線軸4之間的轉速差、及未圖示的調節(jié)輥,相對于加工中的干擾而被控制在規(guī)定的設定范圍。但是,由于從切斷加工起逆轉而以切斷線部cl的軌跡沿相反方向進行掃描、或者使切斷線部cl再次返回至切斷加工的切斷加工開始位置而以與切斷加工時相同的線軌跡進行掃描這樣的加工狀況的變化,發(fā)生切斷線部cl的偏移。作為加工狀況的變化,舉出下述變化:由于在切斷加工中形成的加工槽gr而引起的加工液流的變化;由于加工方向的反轉而引起的切斷線部cl和抑振引導輥7a、7b的線引導槽21之間的摩擦力的變化;以及由于與切斷加工時相比加工液流量的設定在形狀修正加工時被減弱而引起的作用于切斷線部cl的外力的變化。就加工液流量的設定而言,作為一個例子,在切斷加工時設為15l/分鐘,在形狀修正加工時減弱為5l/分鐘左右。
此外,在半導體坯料的切斷加工時,加工液從噴嘴8a、8b朝向各加工槽gr而洶涌地噴出,但在形狀修正加工時,如果朝向加工槽gr以與切斷加工時相同的條件供給加工液,則從半導體坯料切離前的薄板大幅地振動。在放電加工中,如果切斷線部cl和作為被加工物5的半導體坯料的切斷加工面之間的放電間隙大幅地變動,則放電加工變得不穩(wěn)定,半導體晶片的切斷加工面的加工精度降低。因此,與切斷加工時相比,從噴嘴8a、8b朝向各加工槽gr噴出的加工液流量的設定在形狀修正加工時被減弱。
在形狀修正加工工序中,防止切斷線部cl的各切斷線部cl的偏移,通過利用切斷加工工序時的切斷線部cl的軌跡進行的切斷線部cl在加工槽gr內的1次掃描,對隔著切斷線部cl而相對的2個切斷加工面同時進行形狀修正。通過抑振引導輥7a、7b實現(xiàn)的切斷線部cl的支撐是通過下述方式進行的,即,通過逐根地向在抑振引導輥7a、7b的表面形成的多個v形狀的線引導槽21嵌入的切斷線部cl的張力而受到推壓、得到保持。而且,在本實施方式1中,就線引導槽21內的切斷線部cl即線3而言,從不被線引導槽21約束的部分也向線3施加推壓力,對線3施加約束,以使得線3不會在抑振引導輥7a、7b的線引導槽21內發(fā)生位置偏移。
如圖3所示,通過在抑振引導輥7a、7b的外周面以等間隔設置的v字狀的線引導槽21、和以與抑振引導輥7a、7b的線引導槽21的形成間隔相同的間隔在線按壓部9a、9b的外周面設置的倒v字狀的線按壓凸起22而將切斷線部cl夾持。由此,使得切斷線部cl在抑振引導輥7a、7b的線引導槽21內的恒定位置行進。而且,線引導槽21內的切斷線部cl即線3通過外周面的三個面而被約束在線引導槽21內,因此即使由于從切斷加工切換至形狀修正加工而作用有干擾,也不會發(fā)生位置偏移,與隔著該線3而相對的切斷加工面之間的極間距離不變。由此,在形狀修正加工中,相對的2個切斷加工面、與該2個切斷加工面間的切斷線部cl即線3之間的極間距離變得與切斷加工時的極間距離相同。其結果,能夠通過以切斷加工時的切斷線部cl的軌跡進行的切斷線部cl的1次掃描對相對的2個切斷加工面同時進行形狀修正。因此,在形狀修正加工工序中,能夠實現(xiàn)高生產性和高加工精度。
在上述的半導體晶片的制造方法中,切斷線部cl的加工軌跡即切斷線部cl的掃描軌跡,在切斷加工時和形狀修正加工時相同,構成切斷線部cl的位于線引導槽21內的切斷線部cl、與以該切斷線部cl為中心而相對的2個切斷加工面之間的2個極間距離不會產生差異。因此,通過對2個切斷加工面均等地進行放電加工,從而能夠對該2個切斷加工面同時進行形狀修正,一次大量地生產出加工面品質良好且均等、且實現(xiàn)了板厚的均勻化的高精度晶片5w。而且,能夠減少晶片切斷加工的后續(xù)工序即磨削加工或者研磨加工中的晶片厚度均勻化處理所需的加工負荷,能夠減少晶片成本。
相鄰的多個線引導槽21內的各切斷線部cl在其與相鄰的切斷線部cl之間沿線3具有導通路徑,該導通路徑具有由線3的電阻而產生的阻抗。另外,對于各切斷線部cl,為了確保相鄰的各切斷線部cl的獨立性,不得形成沿線3的該導通路徑以外的導通路徑。因此,線按壓部9a、9b由絕緣性材料制作。另外,線按壓部9a、9b的線按壓凸起22從抑振引導輥7a、7b的外周面?zhèn)冗M入線引導槽21內,將掛在該線引導槽21內的切斷線部cl壓入,由此使得切斷線部cl的位置在線引導槽21內不會發(fā)生偏移即可。因此,也可以取代凸起狀的線按壓凸起22,在線按壓部9a、9b的外周面設置由如橡膠這樣具有柔性的柔性材料構成的柔性材料部。在該情況下,將柔性材料向線引導槽21壓入,該柔性材料通過對線引導槽21的內表面槽形狀進行仿形而按壓切斷線部cl,能夠抑制線引導槽21中的切斷線部cl的位置偏移。
線放電加工的加工速度不依賴被加工物5的硬度,因此對硬度高的原材料特別有效。作為被加工物5,例如能夠將下述材料作為對象,即,成為濺射靶材的鎢或者鉬等金屬、作為各種構造部件使用的以碳化硅為主要成分的多晶碳化硅等陶瓷、成為半導體器件制作用晶片基板的單晶硅、單晶碳化硅、氮化鎵等半導體原材料、成為太陽能電池用晶片的單晶硅或者多晶硅等硅。特別地,關于將以碳化硅及氮化鎵為代表的碳化物或者氮化物的至少一方作為成分的半導體材料,由于硬度高,因此存在下述問題,即,在基于機械式線鋸的方式下,生產性低,加工精度低。與此相對,根據(jù)本實施方式1,能夠在兼顧高生產性和高加工精度的同時,進行以碳化硅及氮化鎵等碳化物或者氮化物的至少一方為成分的半導體材料的晶片制作。另外,能夠將切斷加工和形狀修正加工作為同一加工裝置內的集中處理而實現(xiàn),因此不需要由于將被加工物5配置于加工裝置時的位置偏移等引起的多余的研磨,對高價的晶片的加工特別有效。
另外,就本實施方式1的線放電加工裝置100而言,示出了將1根線3卷掛在4根主引導輥1a~1d的例子,但也可以設為配置有3根或者2根主引導輥的結構。此外,本實施方式1的線放電加工裝置100,通過構成并列線部ps的各相鄰線的在供電件k間的電阻,對在相鄰的供電件間的線中流過的電流盡可能地進行了抑制。即,通過供電件k間的與線長成正比的電阻值,防止加工電流向被加工物5的放電部分泄露、即加工電流向被加工物5的放電部分繞入。因此,在將線3卷掛于多根主引導輥時,使1個環(huán)路的線3充分長,使各供電件k間的電阻變大即可。此外,并不限定于上述的實施方式,只要通過將1根線3反復折返而形成并列線部ps即可,其具體的結構并不特別受到限定。
另外,在切斷加工中,在抑振引導輥7a、7b的線引導槽21內作用于線3的多個外力,在平衡的狀態(tài)下將線3推壓至線引導槽21的內表面。但是,在從切斷加工切換至形狀修正加工的時刻,由于作為加工條件的參數(shù)的參數(shù)線行進速度、線張力、加工液的流量即加工液的液壓或者流動方向的至少一個急劇變化,因此作用于并列線部ps的多個外力的平衡變化,該多個外力的平衡被破壞,在線引導槽21內作用于線3的多個外力的平衡被破壞。由此,在切斷加工時作用于線3的向線引導槽21的內表面的推壓力的方向變化,發(fā)生線3的位置偏移。因此,由于上述的參數(shù)的急劇變化,引起線振幅的變化或者放電間隙的變化的可能性變高。
在該情況下,關于引起線振幅的變化或者放電間隙的變化的可能性高的上述參數(shù),在切斷加工時和形狀修正加工時不對設定值進行變更而是設定為相同值,即使以切斷加工時的線3的軌跡一邊進行放電加工一邊進行掃描,也能夠進行晶片的集中形狀修正加工。但是,在本實施方式中,通過利用線按壓部9a、9b將線3推壓至線引導槽21的內表面而進行約束,從而針對上述多個外力的平衡發(fā)生了變化的情況也能夠防止線3的位置偏移,穩(wěn)定地進行形狀修正加工。而且,通過利用線按壓部9a、9b將線3推壓于線引導槽21的內表面而進行約束,從而即使針對所述參數(shù)在切斷加工時和形狀修正加工時變更設定值,也能夠防止線3的位置偏移,穩(wěn)定地進行形狀修正加工。
此外,雖然設想的是在形狀修正加工工序中,通過1次形狀修正加工進行薄板的切斷加工面的形狀修正加工,但根據(jù)形狀修正加工條件或者被加工物5的材質等各條件,也能夠多次實施形狀修正加工。
<連結部去除工序>
下面,說明在步驟s30中實施的、與被加工物5連結的連結部的去除工序。在形狀修正加工完成后,通過放電加工將薄板與被加工物5少量相連的連結部5a切斷。即,使切斷線部cl再次返回至將切斷加工中斷的位置,通過放電加工以與切斷加工相同的放電加工條件將切斷線部cl切斷。在該切斷時,是通過使被加工物5沿切斷方向即圖1中的上下方向上升下降的上升下降工作臺10使被加工物5相對于切斷線部cl相對移動而進行的。連結部5a的切斷是對應于連結部5a的切斷長度,即,以使得與切斷線部cl相對的連結部5a的每單位長度的通過放電產生的加工能量恒定的方式,調整放電加工條件和上升下降工作臺10的移動速度而進行的。
通過連結部去除工序的結束,從而結束使用線放電加工裝置100進行的多片半導體晶片的同時切出處理、即晶片的制造,同時制造出多個半導體晶片5w。而且,通過使用線放電加工裝置100,從而能夠以高生產性將包含碳化硅或者氮化鎵等硬質材料的被加工物5切斷為薄板狀。
此外,在上述中,使用兩對主引導輥即主引導輥1a~1d作為多個主引導輥。但是,只要能夠構成從線抽出線軸2至線卷繞線軸4的路徑,確保用于使被加工物5經(jīng)過切斷線部cl而不與其他的線發(fā)生干涉的空間即可,多個主引導輥的根數(shù)并不受到限定。
如上所述,本實施方式1所涉及的線放電加工裝置100具有:一對抑振引導輥7a、7b,它們在一對主引導輥1c、1d間與該主引導輥1c、1d平行地設置,并且與多個并列線部ps從動接觸,形成得到了抑振的多個切斷線部cl;以及一對線按壓部9a、9b,它們隔著多個并列線部ps而與一對抑振引導輥7a、7b平行且相對地設置,將多個并列線部ps推壓至一對抑振引導輥7a、7b而與多個并列線部ps從動接觸。線按壓部9a、9b將線3可靠地固定于抑振引導輥7a、7b。另外,在線放電加工裝置100中,控制部14進行下述控制,即,使多個切斷線部cl以切斷加工時的切斷方向上的切斷線部cl的軌跡一邊進行放電加工一邊進行掃描,對在切斷加工時切斷加工出的多個切斷加工面的形狀同時進行修正加工。
另外,在使用本實施方式1的線放電加工裝置100進行的半導體晶片的制造方法中,通過將多根切斷線部cl作為電極的線放電加工,從作為被加工物5的半導體坯料同時切斷出多片晶片5w。在這里,在切斷加工工序中,沒有將薄板即切斷中途的晶片5w從坯料完全地切斷及分離,以加工槽gr的前端部在坯料處少量地相連的狀態(tài)將切斷加工中斷。而且,在形狀修正加工工序中,針對在切斷加工工序中形成的各薄板的切斷加工面,一邊進行線放電加工、一邊使切斷線部cl以與切斷加工時相同的路徑在加工槽gr內進行掃描。即,在切斷線部cl針對各薄板的掃描中,使在各薄板的切斷加工面間進行了加工的切斷線部cl以切斷加工時的切斷方向上的切斷線部cl的軌跡進行放電加工,一邊對隔著切斷線部cl而相對的2個切斷加工面同時進行放電加工、一邊進行形狀修正。通過該形狀修正,將由于切斷加工中的切除殘留或者薄板的翹曲等所引起的板厚大的部分切除,將板厚成型為既定的尺寸而進行薄板的形狀修正加工。在該形狀修正加工中,薄板表面的加工變質層也被去除。
即,根據(jù)本實施方式1,通過由切斷線部cl發(fā)生的放電,從作為被加工物5的坯料同時切斷加工出多片薄板即切斷中途的晶片5w,然后,在加工出的各薄板完全被切斷、分離而成為晶片5w前,將切斷加工中斷。然后,使切斷線部cl以切斷加工時的切斷線部cl的軌跡一邊對正在形成的晶片面進行放電加工、一邊進行切斷線部cl的掃描。由此,能夠將晶片5w的成為晶片面的面的切除殘留部分及加工變質層去除,使晶片厚度的均勻性和表面粗糙度提高,改善晶片面的平坦度而精加工為與對晶片5w提出的要求尺寸相近的板厚。
而且,根據(jù)本實施方式1,使用線按壓部9a、9b防止由于抑振引導輥7a、7b向切斷線部cl的推壓狀態(tài)的變化而引起的切斷線部cl的位置偏移,防止各切斷線部cl和切斷加工面之間的極間距離的變動。由此,能夠使切斷線部cl的針對隔著該切斷線部cl而相對的2個切斷加工面的放電加工穩(wěn)定化,通過1次掃描得到晶片板厚和表面粗糙度的均勻性良好的高品質晶片5w。
另外,根據(jù)本實施方式1,能夠在同一裝置內通過集中處理而進行從被加工物5切斷加工出晶片5w的切斷加工和晶片5w的形狀修正加工。由此,對于切斷加工和形狀修正加工而言,不需要專用的裝置,另外,不需要從切斷加工向形狀修正加工移送被加工物5。由此,能夠減少晶片5w的制造成本及制造時間。
另外,根據(jù)本實施方式1,作為在切斷加工工序中形成的薄板即切斷中途的晶片5w的形狀修正加工時的切斷線部cl的掃描路徑,利用切斷加工時的切斷線部cl的線3的軌跡。由此,在形狀修正加工時,僅是通過上升下降工作臺10使被加工物5向切斷加工時的加工方向以外的方向及與該加工方向相反的方向移動即可,不需要形狀修正加工所用的特別的設備。因此,線放電加工裝置的裝置及周邊裝置的構造簡單,還不會增加設備成本。
因此,根據(jù)本實施方式1,能夠實現(xiàn)從作為被加工物的半導體坯料同時切斷出多片晶片時的加工精度的提高、為了提高該加工精度而實施的形狀修正加工所需的時間的縮短。即,能夠通過1次形狀修正加工將通過切斷加工而形成的薄板、即切斷中途的晶片的晶片表面的切除殘留部分及加工變質層去除,能夠使從半導體坯料同時切出多片晶片時的加工精度提高。由此,能夠通過1次坯料切斷處理大量地得到晶片板厚的變動少、表面粗糙度的均勻性良好的接近最終規(guī)格的高品質晶片,能夠實現(xiàn)加工精度高的晶片的高生產性。因此,能夠減少晶片切出后的后續(xù)工序即晶片加工工序的磨削加工或者研磨加工的負荷,能夠減少晶片加工所需的總加工時間及換產調整工序,能夠實現(xiàn)晶片的低成本化。
實施方式2.
在實施方式2中,說明在通過線放電加工裝置100進行的切斷中,與取決于線放電加工所特有的加工特性的加工形狀相對應,基于形狀修正加工量對放電加工條件進行調整的情況。圖8是表示通過本實施方式1所涉及的線放電加工裝置100對圓柱形狀的被加工物5進行切斷加工工序后得到的切斷中途的晶片5w的晶片面方向的外形的示意圖。此外,在切斷加工工序后,晶片5w通過連結部5a而與被加工物5相連。在圖8中,為了進行參考,例示出切斷加工工序時的切斷線部cl的位置。另外,圖8所示的晶片5w是從圖8中的上方朝向下方進行切斷加工的。
半導體器件的制造所使用的半導體晶片的晶片面方向的外形通常是圓狀。成為該半導體晶片的原材料的半導體坯料被加工為圓柱形狀。而且,通過針對圓柱形狀的半導體坯料,從曲面狀的外周面?zhèn)绕鹋c半導體坯料的軸向垂直地進行切斷加工,從而得到圓狀的半導體晶片。因此,在被加工物5為圓柱形狀的半導體坯料的情況下的切斷加工中,如圖8所示,切斷長度對應于從切斷開始位置算起的加工距離而不同。加工距離是在切斷加工時線放電加工裝置100的切斷線部cl相對于作為被加工物5的半導體坯料相對地移動的方向、即在切斷方向上進行加工的距離。切斷長度是在切斷加工時線放電加工裝置100的切斷線部cl在切斷方向上與半導體坯料相對而構成放電間隙的長度。
在線放電加工中,如果不與被加工物5的切斷長度的變化相對應地對通過放電而產生的加工能量進行調整,則會對切斷加工面過度地加工而使板厚變薄,或者切斷加工面的切除不充分而使板厚變厚,晶片厚度變得不均勻。另外,由于線放電加工特有的由線的撓曲帶來的加工特性,在線的行進方向上晶片面成為平緩的弧狀,直徑部附近的板厚變得最薄,加工出晶片面平坦的半導體晶片是困難的。但是,如實施方式1所示,能夠通過將切斷加工中斷,對直至將切斷加工中斷為止所形成的切斷加工面進行放電加工,從而對該切斷加工面的形狀進行修正而得到具有平坦的晶片面的半導體晶片。
圖9是通過實施方式1所涉及的線放電加工裝置100對圓柱形狀的被加工物5進行切斷加工工序后得到的切斷中途的晶片5w的縱剖視圖。在圖9中示出線3的行進方向上的晶片5w的直徑中央部處的縱剖面。此外,在切斷加工工序后,晶片5w通過連結部5a而與被加工物5相連。圖10是通過實施方式1所涉及的線放電加工裝置100對圓柱形狀的被加工物5進行切斷加工工序后得到的切斷中途的晶片5w的橫剖視圖。圖10示出切斷方向上的晶片5w的直徑中央部處的橫剖面。圖9中的箭頭表示切斷線部cl的軌跡、即經(jīng)過的路徑。
在對晶片5w實施切斷加工工序的情況下,在切斷方向上,圓柱形狀的被加工物5的直徑的10%的加工位置處的切斷長度,達到被加工物5的直徑的60%。即,直至從切斷開始位置算起的加工距離由被加工物5的直徑的0%變化至10%為止,切斷長度從被加工物5的直徑的0%變化至60%。在該加工區(qū)間中,相對于加工距離,切斷長度的變動大,另外,難以使針對加工槽gr內的加工液流恒定,切斷線部cl的各線3容易振動。因此,該加工區(qū)間是難以進行放電的加工能量的控制的區(qū)域。
因此,對被加工物5進行切斷加工而得到的切斷中途的晶片5w,如圖9示意性地示出那樣,在切斷長度急劇增加或者急劇減少的部分容易變厚。但是,加工距離僅僅是達到圓柱形狀的被加工物5的直徑的20%,切斷長度就達到被加工物5的直徑的80%。此后,直至加工位置達到被加工物5的直徑部、即加工距離為被加工物5的直徑的50%的位置為止,切斷長度逐漸增加,晶片厚度的變動變小。
另一方面,直至加工距離超過圓柱形狀的被加工物5的直徑的50%的位置而將切斷加工中斷為止,切斷長度以與從切斷加工開始時起至加工位置達到加工距離為圓柱形狀的被加工物5的直徑的50%的位置為止相反的模式變化。
另外,如圖10示意性地示出那樣,沿切斷線部cl的線3的行進方向的方向上的切斷加工形狀成為轉印出以線3由抑振引導輥7a、7b支撐的部分為節(jié)點的一維模式的弦振動的形狀。因此,在晶片5w的直徑部分、即加工距離為圓柱形狀的被加工物5的直徑的50%的位置處,加工量最為增大,與其他部分之間的晶片面內的板厚差變大。此外,就晶片5w的切斷加工面內的板厚差而言,與線3的行進方向相比切斷方向更大。
在切斷加工時,通過與被加工物5處的切斷線部cl的位置相對應地對由放電所產生的加工能量進行控制,從而晶片5w的切斷加工面的形狀差得到改善。但是,為了使晶片5w的切斷加工面的形狀的加工精度進一步提高,針對切斷中途的晶片5w的切斷加工面,再次一邊進行放電加工一邊使切斷線部cl進行掃描,由此將該晶片5w的切斷加工面平坦化的形狀修正加工是有效的。此外,在形狀修正加工后,在連結部去除工序中通過切斷加工將連結部5a去除,從被加工物5分離出各晶片5w,同時制作多片晶片5w。
形狀修正加工與實施方式1的情況同樣地,是利用與切斷加工時相同的切斷線部cl的軌跡,一邊進行放電加工一邊使切斷線部cl進行掃描。切斷中途的晶片5w的厚度的波動及形狀差,根據(jù)切斷加工時的放電加工條件而不同,因此需要與形狀修正量相對應地對放電加工條件進行調整。然而,雖然板厚會存在一定的差異,但切斷中途的晶片5w的切斷加工面的形狀根據(jù)線放電加工的特性而成為圖9及圖10所示的形狀,因此作為加工條件的變更定時,可以將圖8所示的位置作為基準而進行加工條件的變更。
例如,關于加工速度,在切斷加工時,在切斷長度相對于加工距離的變動相對較大的區(qū)域相對地減慢加工速度。在從切斷開始位置算起直至加工距離為晶片5w的直徑的20%的位置為止的切斷開始區(qū)域、及從最終的切斷結束位置算起直至加工距離的殘存距離為晶片5w的直徑的20%的位置為止的切斷結束區(qū)域,相對地減慢加工速度。在這里,晶片5w的直徑與圓柱形狀的被加工物5的直徑相同。另外,在切斷加工時,在除了上述區(qū)域以外的切斷長度相對于加工距離的變動相對小的區(qū)域,將加工速度相對地加快。在加工速度設定得慢的區(qū)域,圖9所示的晶片5w的板厚大的部分被重點地放電加工。即,圖8所示的晶片5w的上部側及下部側的板厚大的部分被重點地放電加工。而且,在加工速度設定得快的區(qū)域,圖10所示的晶片5w的板厚大的部分被重點地加工。即,圖8所示的晶片5w的右側及左側側的板厚大的部分被重點地放電加工。由此,能夠高效地進行晶片5w的形狀修正。
就晶片5w的晶片面內的板厚差而言,與線3的行進方向相比在加工方向上更大。因此,在對圖10所示的晶片5w的板厚大的部分進行加工時,與對圖9所示的晶片5w的板厚大的部分進行加工時相比,即使將加工速度設定得大,也能夠可靠地對切斷加工面進行形狀修正加工。即,通過將切斷長度相對于加工距離的變動小的區(qū)域的加工速度加快,從而能夠高效地對切斷加工面進行形狀修正加工。而且,加工速度的控制即使是對隔著切斷線部cl而相對的2個切斷加工面同時進行形狀修正加工也是有效的,能夠減少晶片5w的成本。
另外,在希望將形狀修正加工時間進一步縮短的情況下,在切斷長度相對于加工距離的變動最大的、從切斷開始位置算起的加工距離小于或等于晶片5w的直徑的10%的切斷開始區(qū)域、及直至最終的切斷結束位置為止的加工距離的殘存距離小于或等于晶片5w的直徑的10%的切斷結束區(qū)域,將加工速度相對地減慢。另外,在除了上述區(qū)域以外的切斷長度相對于加工距離的變動小的區(qū)域,將加工速度相對地加快。即,在切斷加工面中的、切斷加工時的切斷方向上從被加工物5的兩端算起的加工距離為被加工物5的直徑的10%的位置至被加工物5的兩端為止的外緣區(qū)域,將切斷線部cl的切斷方向上的掃描速度相對地減慢。而且,在切斷加工時的切斷方向上,在切斷加工面的除了所述外緣區(qū)域以外的區(qū)域,將切斷線部cl的切斷方向上的掃描速度相對地加快。由此,能夠進一步高效地以短時間進行形狀修正加工。
在將加工速度相對地減慢的區(qū)域是從切斷開始位置算起的加工距離小于晶片5w的直徑的10%的切斷開始區(qū)域、及直至最終的切斷結束位置為止的加工距離的殘存距離小于晶片5w的直徑的10%的切斷結束區(qū)域的情況下,晶片5w的晶片面的形狀修正加工有可能變得不充分。另外,在將加工速度相對地加快的區(qū)域是從切斷開始位置算起的加工距離大于晶片5w的直徑的20%的區(qū)域、及直至最終的切斷結束位置為止的加工距離的殘存距離大于晶片5w的直徑的20%的區(qū)域的情況下,有可能無法高效地進行晶片5w的晶片面的形狀修正加工。
如上所述,在本實施方式2中,在基于線放電加工特有的由線的撓曲帶來的加工特性而進行的晶片5w的切斷加工面的形狀修正加工中,在切斷長度相對于加工距離的變動大的區(qū)域將加工速度相對地減慢,在切斷長度相對于加工距離的變動小的區(qū)域將加工速度相對地加快。由此,根據(jù)本實施方式2,能夠同時且高效地對隔著線3而相對的2個切斷加工面進行形狀修正加工。
實施方式3.
如上所述,在線放電加工裝置100中,使用線按壓部9a、9b防止由于抑振引導輥7a、7b向切斷線部cl的推壓狀態(tài)的變化而引起的切斷線部cl的位置偏移。但是,由于線放電加工特有的由線的撓曲而帶來的加工特性,形狀修正加工時的切斷線部cl的軌跡與切斷加工時的切斷線部cl的軌跡錯開,由此放電加工偏重于一側的切斷中途的晶片5w側,有可能發(fā)生難以通過切斷線部cl的1次掃描同時進行形狀修正加工的狀況。在實施方式3中,說明能夠應對上述狀況的、減小由于放電加工條件的變更而引起的形狀修正加工時的放電加工頻率的不均衡的內容。
在被加工物的切斷中,加工面的加工面粗糙度是重要的品質因素。但是,在切出晶片的晶片切斷中,在切出的各晶片處,加工面內的板厚的波動成為更重要的品質因素。即,即使加工面粗糙度良好,但如果在加工面內板厚的波動大,則為了加工為平坦的晶片,必須在后續(xù)工序的磨削加工中在1片晶片內以板厚最薄的部分為基準而使板厚一致。因此,在晶片厚度的波動大的情況下,后續(xù)工序的磨削工序中的負荷增大。
因此,重要的是即使稍微犧牲晶片的加工面粗糙度,也要減小1片晶片的板厚波動。因此,通過即使放電間隙變化,也將與該放電間隙的變化相應的影響吸收,由此還能夠減小放電加工頻率的不均衡,對隔著切斷線部cl而相對的2片切斷中途的晶片同時進行形狀修正。即,在切斷線部cl與一側的切斷加工面接近的情況下,隔著切斷線部cl而相對的2個切斷中途的晶片的切斷加工面與切斷線部cl之間的放電間隙在一側縮小,在另一側擴大。在該情況下,以放電間隙大于或等于擴大后的放電間隙的情況下的加工條件進行放電加工而進行形狀修正加工。
即,在形狀修正加工時,與切斷加工時相比,將向切斷線部cl各自和被加工物5之間施加的施加電壓、每1次放電的峰值加工電流、及放電脈沖寬度中的至少1個加工條件增大,而將放電的射程距離、即放電所達到的距離加長。發(fā)明人通過實驗發(fā)現(xiàn),通過對這些加工條件進行調整,能夠改善如下狀況,即,在切斷加工時的放電加工條件下,由于少量的放電間隙的差異而產生放電發(fā)生頻率的差異,產生形狀修正加工的形狀修正量的差異。因此,通過對這些加工條件進行調整,使放電的射程距離、即放電所達到的距離增大,從而在少量的放電間隙的差異下,不會產生放電的發(fā)生頻率的差異、即放電加工頻率的不均衡消失,能夠對2個切斷中途的晶片的切斷加工面同時進行形狀修正加工。
示出被加工物5為半導體坯料的情況下的加工條件調整的一個例子。通過將切斷加工時的施加電壓設為100v、將形狀修正加工時的施加電壓設為105v~110v左右,從而不會單獨對隔著切斷線部cl而相對的2個切斷加工面中的一側的切斷加工面進行放電,能夠通過1次切斷線部cl的掃描對相對的2個切斷加工面同時進行形狀修正加工。另外,通過將切斷加工時的每1次放電的峰值加工電流設為3v~4a,將形狀修正加工時的峰值加工電流設為5a~7a左右,從而能夠通過切斷線部cl的1次掃描對相對的2個切斷加工面同時進行形狀修正加工。另外,通過將切斷加工時的放電脈沖寬度設為0.6μsec,將形狀修正加工時的放電脈沖寬度設為1.8μsec~3μsec,從而能夠對相對的2個切斷加工面同時進行形狀修正加工。這些加工條件并不特別地受到限定,根據(jù)使用的線3的種類、粗細、被加工物5的材質等各條件而適當調整即可。
但是,根據(jù)發(fā)明人的實驗,在碳化硅的坯料的切斷中,在形狀修正加工時使峰值加工電流增大的情況下,與在形狀修正加工時沒有使峰值加工電流增大的情況相比,切斷出的晶片的晶片面的表面粗糙度稍差。但是,加工變質層的厚度沒有根據(jù)材料特性而增大,雖然通過峰值加工電流的增大而升華去除的區(qū)域增大,加工槽寬度、即切除量增大,但由于熱影響而形成的加工變質層本身沒有增大,不會使后續(xù)工序的磨削加工中的磨削量增大。
如上所述,在本實施方式3中,通過對形狀修正加工時的放電加工條件進行調整,從而使形狀修正加工時的放電的射程距離增大。由此,能夠與上述的實施方式的情況同樣地,通過以與切斷加工時相同的切斷線部cl的線3的軌跡一邊使切斷線部cl進行掃描一邊進行放電加工,從而對隔著切斷線部cl而相對的2個切斷加工面同時進行形狀修正加工。因此,根據(jù)本實施方式3,能夠高效地進行晶片形狀的形狀修正加工,能夠減少晶片的成本。
以上的實施方式所示的結構示出的是本發(fā)明的內容的一個例子,也能夠與其他公知技術進行組合,在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍,也能夠對結構的一部分進行省略、變更。
標號的說明
1a、1b、1c、1d主引導輥,2線抽出線軸,3線,4線卷繞線軸,5被加工物,5a連結部,5b不均勻部分,5w晶片,6a、6b、6c、6d供電件單元,7a、7b抑振引導輥,8、8a、8b噴嘴,9a、9b線按壓部,10上升下降工作臺,11電源單元,12供電線,13保持部件,14控制部,21線引導槽,22線按壓凸起,31加工區(qū)域,32加工區(qū)域,100線放電加工裝置,cl切斷線部,gr加工槽,k供電件,ps并列線部。