多線切割中切割線振動(dòng)作用研究

1 引言

　　硅晶錠多線切割是半導(dǎo)體原料加工中應(yīng)用最廣泛的切割方法。這種切割方法的原理是由很細(xì)而且具有一定張力的金屬切割線攜帶砂漿(由切削液與研磨劑按一定比例配制)來對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行磨削加工。在工作中，砂漿的特性及作用會(huì)直接影響到大直徑硅晶錠的切割質(zhì)量及其精度。但在另一方面，砂漿在切割線的狀態(tài)也會(huì)對(duì)切割質(zhì)量及切割效率產(chǎn)生一定的影響。

　　在本文中我們主要討論了砂漿在進(jìn)入切割晶錠工作區(qū)域后的運(yùn)動(dòng)作用對(duì)切割晶片質(zhì)量產(chǎn)生的影響，特別是多線切割機(jī)應(yīng)用較細(xì)切割線時(shí)砂漿對(duì)切割效果的影響。通過使用高速相機(jī)記錄下砂漿在切割線上的粘著狀態(tài)及在切割中起到的作用，而且也描述出切割線在高速往復(fù)中會(huì)有一個(gè)低頻率的振動(dòng)，這種振動(dòng)提高了切割線在攜帶砂漿進(jìn)入切割區(qū)域的砂漿量。指出了這種振動(dòng)效應(yīng)應(yīng)該被充分地重視，它會(huì)促使多線切割的工作效率得到提升。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

2.1砂漿量及砂漿作用

　　圖1顯示出切割線上的砂漿量的測(cè)量方法。

　　圖1中，我們可測(cè)量出距工作點(diǎn)50 mm點(diǎn)處的砂漿量在砂漿總量中的比例，砂漿流到往復(fù)運(yùn)動(dòng)著的切割線上，當(dāng)攜帶著砂漿的切割線通過可吸收砂漿的海綿體時(shí)，海綿體可把切割線帶進(jìn)的砂漿全部吸收，這樣可以測(cè)出進(jìn)入工作區(qū)域的砂漿量。

  

2.2切割方法

　　圖3為是多線切割機(jī)的工作原理圖，工作臺(tái)采用下降工作方式，它優(yōu)于向上切割方式，避免了向上切割中由于切割過程中掉片而導(dǎo)致的切割斷線現(xiàn)象。砂漿被均勻地向下噴到高速往復(fù)的切割線上，由于切割線有微量的振動(dòng)，會(huì)更方便地把砂漿帶入切割區(qū)域。多線切割機(jī)還有一個(gè)非常顯著的特征是切割線的振動(dòng)頻率與切割線的往復(fù)速度是正比例關(guān)系。

3 在切割線沒在微量振動(dòng)情況下的砂漿作用及切割特征

　　圖4顯示的是切割線對(duì)砂漿的攜帶量與切割線運(yùn)行速度之間的關(guān)系。在切割線運(yùn)行速度小于60 m／min時(shí)，切割線對(duì)砂漿的攜帶量隨運(yùn)行速度的提高呈線性的增長(zhǎng)狀態(tài)，當(dāng)切割線運(yùn)行速度大于60 m／min時(shí)，速度的提高對(duì)砂漿攜帶量的影響就變得很小了。

 
 
　　在圖5(a)中顯示的是在切割線運(yùn)行速度等于20 m／min時(shí)，在觀察點(diǎn)處觀察到砂漿在切割線上形成一個(gè)小砂漿團(tuán)，而在圖5(b)中當(dāng)速度等于100 m／min時(shí)，在同一觀察點(diǎn)觀察到的卻是砂漿在切割線上形成了一個(gè)膜層，均勻地涂在切割線上。另一方面，在切割線下砂漿層被觀察到在L=0 mm(該砂漿層定義為底部砂漿層)。該底部砂漿層是由切割線攜帶砂漿并按一定方向運(yùn)行提供的，因此，我們認(rèn)為被攜帶入加工區(qū)域的砂漿量的增加將產(chǎn)生更大的底部膜層。

　　兩個(gè)砂漿噴嘴是準(zhǔn)備用來增加進(jìn)入加工區(qū)域砂漿量的，而且這些噴口設(shè)在線上順著線運(yùn)行的方向。線上砂漿量的測(cè)算隨距離兩個(gè)砂漿噴口的長(zhǎng)度而改變。圖片6顯示距離兩個(gè)噴口的長(zhǎng)度和砂漿量的關(guān)系。通過使用兩個(gè)噴口使線上砂漿量增加。從圖中可以看，兩個(gè)噴口距離過長(zhǎng)將降低攜帶的砂漿量。

 
　　圖7顯示兩種攜帶方式下切割效率的行為。很明顯根據(jù)改良后的供應(yīng)砂漿噴口切割效率顯示達(dá)到先前供給砂漿效率的1.2倍。

4切割振動(dòng)中砂漿運(yùn)動(dòng)和切割特點(diǎn)

 

　　圖8顯示非振動(dòng)切割和振動(dòng)切割下的切割效率。在振動(dòng)切割下切割效率大于非振動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)線的運(yùn)行速度是200 m／min時(shí)，在非振動(dòng)和振動(dòng)切割效率差值顯示為32μm／min，而且在切割效率差別在線運(yùn)行速度為400 m／min時(shí)是123μm／min。這些差值和增加線運(yùn)行速度成一定比例。其切割效果是由變更頻率所致。

 

　　振動(dòng)線上的砂漿運(yùn)動(dòng)由高速攝像機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)其明顯的切割效果。圖9顯示觀測(cè)的砂漿運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)條件是線運(yùn)行速度60 m／min；振幅1.0 mm，頻率60 Hz。當(dāng)非振動(dòng)狀態(tài)，加工區(qū)域上被攜帶的砂漿懸掛在線下。但當(dāng)振動(dòng)時(shí)攜帶的砂漿則圍繞線上下方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)在線上的砂漿運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作區(qū)域上攜帶的砂漿將相較非振動(dòng)狀態(tài)增加。

5 結(jié)論

　　通過研究砂漿運(yùn)動(dòng)和切割效率明了如下幾點(diǎn)：

(1)當(dāng)線運(yùn)行方向的兩個(gè)砂漿噴口被使用時(shí)，加工區(qū)域的砂漿攜帶量被提升，切割效率可提高10％。
(2)加工區(qū)域的砂漿攜帶量受線下底部膜層影響。
(3)切割線帶有振動(dòng)的效果是切割線攜帶砂漿能力得到提升并有效提高切割效率。