專利名稱：分割單晶的方法和裝置以及對該方法用于確定單晶取向的調(diào)節(jié)裝置和試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分割單晶的方法和裝置以及對該方法用于確定單晶取向的調(diào)節(jié)裝置和試驗方法。
為了解決這個問題已知在內(nèi)孔鋸的情況下測量切割圓盤的偏移并通過壓縮空氣的作用予以校正。但該方法具有缺點(diǎn)，即用于冷卻切割圓盤涂覆的冷卻劑膜受壓縮空氣的影響，這又影響分割時的冷卻。此外，已知將單晶安裝于一專門成形的支架中，以便設(shè)置相當(dāng)于在切割圓盤偏移時產(chǎn)生的力的反力用以將其相反地抵消。在鋼絲鋸的情況下不可能主動地影響鋼絲的偏移。
該目的通過按照權(quán)利要求1所述方法、按照權(quán)利要求8所述裝置、按照權(quán)利要求11所述用于調(diào)節(jié)的裝置和按照權(quán)利要求14所述試驗方法來達(dá)到。
本發(fā)明的進(jìn)一步構(gòu)成說明于諸從屬權(quán)利要求中。
該方法和裝置的優(yōu)點(diǎn)是，提高了晶片的質(zhì)量并能夠以較高的進(jìn)給速度進(jìn)行分割。因此內(nèi)孔鋸可以特別是用于GaAs單晶，甚至用于6英寸直徑和需要時更大的晶片。此外，由于改善的生產(chǎn)的晶片質(zhì)量可以在相當(dāng)大程度上取消通常的精加工步驟。
如特別由

圖1顯而易見的，單晶1不是完整的圓柱形的，而具有一平面的外表面部分4，即所謂平面，它在培育單晶1以后以確定的方式這樣制成，即已知一角度α，該角度α為一規(guī)定的結(jié)晶方向K，對于GaAs單晶例如
-方向，與平面的外表面部分4上的法線N在一垂直于中心縱向軸線M的平面內(nèi)的夾角。由于角度α是已知的，因此在規(guī)定的結(jié)晶方向K與單晶的進(jìn)給方向V之間在一垂直于單晶的中心縱向軸線M的平面內(nèi)并從而在切割平面T內(nèi)的夾角ρ也是已知的。應(yīng)該指出，代替平面也可以在單晶的外面上設(shè)置一所謂凹口的槽。決定性的僅僅是一外部的特征，其布置相對于規(guī)定的結(jié)晶方向是已知的。
如圖2中所示，該裝置還在單晶1的遠(yuǎn)離切割圓盤2的一端具有一裝置5，用于單晶1繞其中心縱向軸線M的轉(zhuǎn)動。此外設(shè)有一傳感器6用以在從單晶1上分割一圓片形部分1a的過程中測量切割圓盤2從切割平面T向外的偏移X，該圓片形部分1a構(gòu)成后來的晶片。傳感器6和用于轉(zhuǎn)動單晶1的裝置5經(jīng)由一控制裝置7相互連接，后者構(gòu)成為使其根據(jù)測得的切割國盤2的偏移X操縱轉(zhuǎn)動裝置5，以使單晶1轉(zhuǎn)到一預(yù)定的角方位，從而規(guī)定的結(jié)晶方向K與進(jìn)給方向V之間相應(yīng)于一測得的切割圓盤2的偏移X占有預(yù)定的角度ρ。
在一變形的實施形式中，分割單晶的裝置為一鋼絲鋸裝置，如圖3和4中所示。相當(dāng)于圖1和2中所示裝置的部件用相同的標(biāo)記表示。如圖3中所示，單晶1保持于一未示出的支架中，該支架可經(jīng)由一進(jìn)給裝置的驅(qū)動向鋼絲鋸8的鋼絲區(qū)域移動和再返回。鋼絲鋸8包括許多平行延伸的鋼絲8a、8b、8c，它們由未示出的滾子拉緊并且可在垂直于單晶1的中心縱向軸線M的平面內(nèi)沿箭頭所示的方向A和B移動。該裝置還包括一裝置9用以在單晶1的一側(cè)將含有鉆石粒子的研磨膏涂覆到鋼絲8a、8b和8c上，和一裝置10用以清潔穿過單晶后的鋼絲并用以排除由于鋼絲通過單晶產(chǎn)生的去除量?；蛘?，鉆石粒子已牢固地結(jié)合于鋼絲中而借助于研磨膏的涂覆是不需要的。類似于圖2中所示的裝置，該實施形式，如圖4中所示，同樣具有一用于轉(zhuǎn)動單晶1的裝置5、一檢測鋼絲8a、8b或8c的偏移的傳感器和一根據(jù)檢測的鋼絲偏移控制裝置5以轉(zhuǎn)動單晶1的控制裝置7。
以下結(jié)合附圖5至10描述按照圖1和2的裝置的操作。
在將單晶1安裝于支架中以后支架沿圖2中所示方向W由一驅(qū)動裝置使之移動，而在單晶的自由端1a與切割圓盤2之間保持一距離a，該距離稍大于待生產(chǎn)的晶片的厚度。然后單晶1通過驅(qū)動裝置沿圖2和5中所示進(jìn)給方向V以進(jìn)給速度v朝切割圓盤2的方向移動，后者在其側(cè)繞其轉(zhuǎn)動軸線沿圖1中所示方向A轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的切割圓盤2切入單晶1以分割一部分1a，它由單晶1構(gòu)成后來的晶片。切割圓盤2的切削刃3的鉆石粒子在切割過程中達(dá)到一臨界的切進(jìn)深度后在單晶1中產(chǎn)生微觀裂紋，它由于相互交聯(lián)導(dǎo)致材料去除量。該臨界的切進(jìn)深度取決于鉆石粘子相對于規(guī)定的結(jié)晶方向K的移動方向。宏觀上看該臨界的切進(jìn)深度取決于角度ρ，它為規(guī)定的結(jié)晶方向K與進(jìn)給方向V在一垂直于單晶的中心縱向軸線M的平面內(nèi)的夾角。已發(fā)現(xiàn)臨界的切進(jìn)深度在切入的切割圓盤2的各對置的側(cè)面S、S′是不同的。圖7示出對于規(guī)定的結(jié)晶方向K相對于進(jìn)給方向V的不同的調(diào)準(zhǔn)角度ρ的在圖5中所示的位于切割圓盤2對面的前面S和后面S′的臨界的切進(jìn)深度。在前面S和后面S′上相對于切割圓盤2的該不同的切進(jìn)深度導(dǎo)致不同的臨界負(fù)荷，即對于前面S為LX-而對于后面S′為LX+。因此，切削刃3受到來自前面S和后面S′的不同的反力FX-、FX+作用，此外還受在撞到單晶1的材料上時沿進(jìn)給方向V作用的反力Fz，如圖6中所示。該不同大小的與方向有關(guān)的反力FX-、FX+導(dǎo)致一合力F，后者導(dǎo)致與方向有關(guān)的橫向偏移X。
如圖8中所示，由反力FX-、FX+和Fz的合成形成的合力F取決于相對于規(guī)定的結(jié)晶方向K的進(jìn)給方向V，即取決于角度ρ，該角度ρ為該兩方向在垂直于單晶1的中心縱向軸線的切割平面內(nèi)相互間的夾角。根據(jù)單晶的材料或在半導(dǎo)體情況下同樣根據(jù)摻雜和其他的因素具有優(yōu)選的角度，在該角度時上述各反力平衡并且切割圓盤2無橫向偏移地切入單晶1中。
在按照本發(fā)明的方法中，上述各反力被用來在切削過程中校正切割圓盤的橫向偏移X。為此，如圖2中所示，借助于傳感器6測量切割圓盤的偏移X或軸向切削力分量Fa或Fb。根據(jù)測得的值經(jīng)由控制裝置7操縱裝置5以轉(zhuǎn)動單晶1，從而使在規(guī)定的結(jié)晶方向K與進(jìn)給方向V間的角度ρ這樣調(diào)準(zhǔn)，即將由于反力FX-、FX+引起的橫向偏移調(diào)節(jié)到基本上為零。在指定的情況下其還有優(yōu)點(diǎn)是，使切割圓盤或切割工具以確定的方式輕微地偏移。這同樣借助于角度ρ的調(diào)準(zhǔn)來實現(xiàn)。
該方法同樣可用于圖3和4中所示的鋼絲切割裝置，其中在這種情況下測量一條或多條鋼絲的偏移。
結(jié)果是，如圖9和10中所示，借助于將各反力用來主動地影響橫向偏移，通過使單晶繞其中心縱向軸線M的轉(zhuǎn)動以便在規(guī)定的結(jié)晶方向K與進(jìn)給方向V之間調(diào)準(zhǔn)一規(guī)定的角度ρ得到歪斜和糙粗度ra的校正。
規(guī)定的結(jié)晶方向K相對于進(jìn)給方向V的優(yōu)選的角度，在該角度時在切削過程中切割工具的偏移變?yōu)榱?，取決于單晶的材料。該角度對于單晶的每一種材料憑經(jīng)驗上(empirisch)借助于試驗方法來確定，其中如圖11中所示，將一規(guī)定的材料的單晶20分割成多個圓片20a至20e，其厚度相當(dāng)于以后要制造的晶片的厚度的多倍。接著將這些圓片粘結(jié)到一支架21上，使其平面的外表面部分(平面)40a至40e例如在一鋼絲鋸裝置中以各相對于進(jìn)給方向V不同的角度設(shè)置。隨后將這樣由圓片20a至20e組成的單晶20在切割裝置中同時切成單獨(dú)的晶片并測量這樣得到的晶片的晶片表面的粗糙度和歪斜。這種方法常常重復(fù)直到為最佳的分割求得優(yōu)選的角度。這樣求得的角度用作為以后在圖1至4中所示的裝置中待分割的單晶的切割過程的開始值，其中角度調(diào)準(zhǔn)經(jīng)由裝置5和控制裝置7的重調(diào)用作為在切割過程中的校正。
為了將單晶1在規(guī)定的結(jié)晶方向K與進(jìn)給方向V間的預(yù)定的角度ρ下裝入圖1至4中所示的裝置中，設(shè)有圖12中所示的調(diào)節(jié)裝置。該調(diào)節(jié)裝置具有一底板50和一由其垂直向上延伸的支架51。在支架51上設(shè)有一滑塊52，它例如可以在一未示出的導(dǎo)軌上沿垂直方向上下移動并且借助于一固定裝置53可鎖定于一規(guī)定的高度?；瑝K52具有呈角形的伸出部分54，其下邊緣54a與垂直線間包括一預(yù)定的角度γ。調(diào)節(jié)時單晶1，它與一用于將單晶裝入一圖1至4中所示的分割裝置中的連接件55固定連接，粘結(jié)到例如由石墨制成的板條56上，其中所用的粘合劑為一種在一預(yù)定的時間后才硬化的粘合劑，從而單晶1在板條56上仍可在一定的時間內(nèi)繞其中心縱向軸線M轉(zhuǎn)動。然后將單晶1連同連接件55和板條56裝入調(diào)節(jié)裝置中，其中滑塊52事先固定到該單晶型式所需要的高度。通過單晶1與連接件55和板條56一起在角形件54的下面的移動將單晶1調(diào)節(jié)成使其平面的外表面部分4貼緊角形伸出部分54的下邊緣54a。其中，伸出部分54的下邊緣54a與垂直線間形成的角度γ這樣選擇，即對于該特定的單晶1在規(guī)定的結(jié)晶方向K相對于垂直線之間調(diào)準(zhǔn)一規(guī)定的優(yōu)選的角度ρ。在單晶1牢固地固定在板條56上以后，將其裝入裝置中以便分割。進(jìn)給方向V與垂直線相一致。從而角度ρ是確定的。
以上描述的本發(fā)明的特別優(yōu)點(diǎn)是，借此特別是具有6英寸或需要時更大的直徑的GaAs晶片可以利用內(nèi)孔鋸無困難地加以分割，因為提高的進(jìn)給速度是可能的。
本發(fā)明不限于半導(dǎo)體單晶(單純元件、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體化合物)的分割。相反，按照本發(fā)明的方法和裝置也可用用于分割任何的單晶，如光學(xué)單晶或陶瓷。
權(quán)利要求
1.用于分割單晶材料的方法，其中使一待切成至少兩部分的單晶(1)和一切割工具(2、3；8、8a、8b、8c)相互相對沿進(jìn)給方向(V)移動，并且將單晶(1)定向成使一規(guī)定的結(jié)晶方向(K)位于切割平面(T)內(nèi)，其特征在于，在規(guī)定的結(jié)晶方向(K)與進(jìn)給方向(V)間的夾角(ρ)這樣選擇，即使得在切割過程中沿垂直于切割平面(T)作用到切割工具上的各力相互抵消或合成一預(yù)定的力。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在切割過程中測量切割工具(2、3；8、8a、8b、8c)的偏移(X)并且使單晶(1)根據(jù)測得的值以規(guī)定的結(jié)晶方向(K)在切割平面(T)內(nèi)轉(zhuǎn)動。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，分割借助于內(nèi)孔鋸實現(xiàn)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，分割借助于鋼絲鋸實現(xiàn)。
5.按照權(quán)利要求1至4之一項所述的方法，其特征在于，切割前的角度(ρ)憑經(jīng)驗確定。
6.按照權(quán)利要求1至5之一項所述的方法，其特征在于，角度(ρ)的調(diào)準(zhǔn)經(jīng)由一調(diào)節(jié)裝置在實際的切割裝置以外進(jìn)行。
7.按照權(quán)利要求1至6之一項所述的方法，其特征在于，該方法用于分割I(lǐng)II-V半導(dǎo)體的單晶(1)，特別是GaAs單晶。
8.用于分割單晶的裝置，它包括一切割工具(2、3；8、8a、8b、8c)、一用于單晶(1)的支架和一用于使支架和切割工具沿進(jìn)給方向(V)相互相對移動的驅(qū)動裝置，該進(jìn)給方向(V)垂直于單晶(1)的中心縱向軸線(M)延伸，其特征在于，設(shè)有一用于轉(zhuǎn)動支架的轉(zhuǎn)動裝置(5)，借其支架可轉(zhuǎn)動，從而使單晶(1)可以繞其中心縱向軸線(M)轉(zhuǎn)動。
9.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，一測量裝置(6)用于測量切割工具在一垂直于進(jìn)給方向(V)的方向的偏移(X)。
10.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，一控制裝置，它與測量裝置(6)和轉(zhuǎn)動裝置(5)相連接并這樣控制轉(zhuǎn)動裝置(5)，即將單晶轉(zhuǎn)動到使切割工具的偏移基本上為零或達(dá)到一預(yù)定的值。
11.按照權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，該裝置為一內(nèi)孔鋸裝置。
12.按照權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，該裝置為一鋼絲鋸裝置。
13.用于調(diào)節(jié)單晶的裝置，其中單晶(1)構(gòu)成具有中心縱向軸線(M)的基本上為圓柱形的并且單晶具有一平面的外表面部分(4)，以及一規(guī)定的單晶結(jié)晶方向(K)相對于在平面的外表面部分上的法線(N)在垂直于中心縱向軸線(M)的平面內(nèi)具有一已知的角度(α)；該裝置包括一設(shè)置在垂直定位的支架(51)上具有下邊緣(54)的止擋，該下邊緣(54)與垂直線間包含一預(yù)定的角度(γ)。
14.按照權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述止擋可調(diào)節(jié)高度。
15.按照權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，設(shè)有具有不同的角度(γ)的可更換的各種止擋。
16.按照權(quán)利要求13至15之一項所述的裝置，其特征在于，該裝置為一調(diào)節(jié)裝置用以實施按照權(quán)利要求1至8之一項所述的方法。
17.用于確定在規(guī)定的結(jié)晶方向(K)與按照權(quán)利要求1至8之一項所述的方法的進(jìn)給方向(V)之間的最佳角度的試驗方法，它包括以下步驟將一單晶分割成多個垂直于中心縱向軸線的預(yù)定厚度的部分(20a至20e)，其中單晶構(gòu)成為具有中心縱向軸線(M)的基本為圓柱形的并且該單晶具有一外部的特征(4)，其相對于一規(guī)定的單晶結(jié)晶方向(K)的取向是已知的；連接各個部分，使每一部分的外部的特征占有一相對于中心縱向軸線的不同的角方位；在一切割裝置中同時將這樣組成的單晶(20)切成各個圓片，它具有以后要制造的晶片的厚度；測量這樣生產(chǎn)的圓片的表面平面度和/或厚度；確定規(guī)定的結(jié)晶方向(K)相對于切割工具的進(jìn)給方向(V)的最佳的角度(ρ)。
18.按照權(quán)利要求17所述的試驗方法，其特征在于，所述外部的特征為一平面或凹槽。
全文摘要
提供一種用于分割單晶，特別是分割GaAs單晶的方法，其中使一待切成至少兩部分的單晶(1)和一切割工具(2、3；8、8a、8b、8c)相互相對沿進(jìn)給方向(V)移動，并且將單晶(1)定向成使一規(guī)定的結(jié)晶方向(K)位于切割平面(T)內(nèi)，其特征在于，在規(guī)定的結(jié)晶方向(K)與進(jìn)給方向(V)之間的夾角(ρ)這樣選擇，即使得在切割過程中沿垂直于切割平面作用到切割工具上的各力相互抵消。
文檔編號B28D5/04GK1469942SQ01817631
公開日2004年1月21日 申請日期2001年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者拉爾夫·哈默, 拉爾夫 哈默, 克倫韋克特, 安德烈·克倫韋克特, 弗拉德, 蒂洛·弗拉德, 亞 庫曼, 科妮莉亞·庫曼, 格魯辛斯基, 拉爾夫·格魯辛斯基 申請人:弗賴貝格化合物原料有限公司