CN108417508A - 一种用于半导体的微弧放电切割装置 - Google Patents

一种用于半导体的微弧放电切割装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种用于半导体的微弧放电切割装置，包括底座，底座上竖直固接有长方体结构的立柱，立柱的一个侧面自上而下依次设置有驱动装置和“几”字形工作台，且“几”字形工作台的台面平行且背对于立柱侧面，立柱的侧面竖直设置有滑动机构，“几”字形工作台活动连接于滑动机构内，“几”字形工作台上固接有超声振动机构，超声振动机构下方固接有切割机构，底座上还设置有装有电解液的容器，且容器位于超声振动机构下方，容器内部设置有三角卡盘，解决了SiC单晶体在切割过程容易出现固‑液界面气泡分布不均匀的问题。

Description

一种用于半导体的微弧放电切割装置
技术领域
本发明属于半导体材料加工装置技术领域，涉及一种用于半导体的微弧放电切割装置。
背景技术
随着半导体材料的不断发展，SiC作为第三代半导体材料在功率器件和IC行业的应用越来越广泛；在SiC大直径生长过程突破后，其晶片的制造过程成为了人们关注的焦点，由于SiC具有硬度高及脆性大的特点，使SiC单晶片的切割、研磨和抛光成为器件制造过程的瓶颈，尤其是切割过程，占据了整个晶片制造工作量的50％左右，切割后的晶片表面质量对后续的研磨和抛光工作以及晶片作为功率器件衬底的使用寿命具有重要影响；通常在通过将电解液放电将气体电离后形成微弧等离子体，并利用微弧产生的等离子体实现SiC单晶体的切割过程中，容易出现固-液界面气泡分布不均匀情况，会造成SiC单晶体表面出现凹坑，影响切割后的晶片表面质量；因而，急需一种SiC单晶片在切割过程中使得固-液界面气泡分布均匀的SiC单晶微弧放电装置，以获得良好的晶片加工表面质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于半导体的微弧放电切割装置，解决了现有技术中SiC单晶体在切割过程容易出现固-液界面气泡分布不均匀情况而导致SiC单晶体表面出现凹坑的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种用于半导体材料的微弧放电切割装置，包括底座，底座上竖直固接有长方体结构的立柱，立柱的一个侧面自上而下依次设置有驱动装置和“几”字形工作台，且“几”字形工作台的台面平行且背对于立柱侧面，立柱的侧面竖直设置有滑动机构，“几”字形工作台活动连接于滑动机构内，“几”字形工作台上固接有超声振动机构，超声振动机构下方固接有切割机构，底座上还设置有装有电解液的容器，且容器位于超声振动机构下方，容器内部设置有三角卡盘。
本发明的特点还在于，
超声振动机构包括固接在“几”字形工作台上的超声振子固定板，超声振子固定板下表面边缘均匀固接有若干个超声振子。
切割机构包括固接于超声振子固定板下表面的刀具夹持装置，刀具夹持装置上夹持有刀具。
驱动装置包括竖直设置于立柱任意一侧面上方的电机和轴承座，轴承座内设置有轴承，轴承座下方设置有膜片连接器，电机的输出轴穿过轴承内圈与膜片连接器上表面连接，膜片连接器下表面竖直固接有丝杆，丝杆与“几”字形工作台背面螺纹连接。
滑动机构包括并排设置于立柱一表面两侧的导轨槽，“几”字形工作台的两侧分别竖直设置有导轨，导轨活动嵌于导轨槽内。
“几”字形工作台的台面上垂直固接有呈长方体结构的对刀机构，超声振动机构固接于对刀机构远离“几”字形工作台的一端下表面，对刀机构远离“几”字形工作台的一端侧面固接有绝缘块，绝缘块上方竖直设置有电感传感器，且电感传感器上端固定于对刀机构上，下端的接触头与绝缘块。
立柱与固接“几”字形工作台的表面相邻的侧面上竖直固接有光栅安装座，光栅安装座上竖直开设有滑槽，滑槽内卡接有光栅尺，光栅尺外表面上设置有读数头，且读书头两侧活动卡扣于滑槽两侧，读数头可沿滑槽在光栅尺上下移动，“几”字形工作台靠近读数头的一侧面上固接有读数头支架，读数头一侧通过“T”形读数头座与读数头支架连接。
立柱与固接光栅安装座表面相对的一侧面上固接有拖链固定座，“几”字形工作台台面上固接有拖链架，拖链固定座与拖链架之间连接有动力拖链。
底座上设置有XY二维平面工作台，XY二维平面工作台包括固定于底座上的X平面工作台，X平面工作台远离立柱的表面上设置有第一旋钮，X平面工作台上螺纹副交叉连接有Y平面工作台，Y平面工作台的任意一侧面上设置有第二旋钮，容器固定于Y平面工作台上。
本发明的有益效果是：
本发明一种用于半导体的微弧放电切割装置，在半导体SiC单晶微弧放电微量去除的过程中，电极上的超声波振动通过工作液介质传至固-液界面，超声振子组使固-液界面的气泡均匀分布，同时极间场强也将区域均匀分布，进一步使得极间所产生的微弧等离子体均匀分布，从而使放电点均匀分布，本发明的装置能够提高SiC单晶片的表面质量，提高SiC单晶切割的成功率，具有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明一种用于半导体的微弧放电切割装置的整体结构示意图；
图2是本发明一种用于半导体的微弧放电切割装置中刀具夹持装置的结构示意图；
图3是本发明一种用于半导体的微弧放电切割装置中三角卡盘的结构示意图；
图4是本发明一种用于半导体的微弧放电切割装置中光栅安装座的结构示意图；
图5是本发明一种用于半导体的微弧放电切割装置中拖链固定座的结构示意图。
图中，1.底座，2.立柱，3.“几”字形工作台，4.超声振子固定板，5.超声振子，6.刀具夹持装置，7.刀具，8.容器，9.三角卡盘，10.电机，11.轴承座，12.膜片连接器，13.丝杆，14.导轨槽，15.导轨，16.对刀机构，17.绝缘块，18.电感传感器，19.红宝石，20.SiC单晶片，21.光栅安装座，22.滑槽，23.光栅尺，24.读数头，25.读数头支架，26.“T”形读数头座，27.拖链固定座，28.拖链架，29.动力拖链，30.X平面工作台，31.第一旋钮，32.Y平面工作台，33.第二旋钮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于半导体材料的微弧放电切割装置，如图1所示，包括底座1，底座1上竖直固接有长方体结构的立柱2，立柱2的一个侧面自上而下依次设置有驱动装置和“几”字形工作台3，且“几”字形工作台3的台面平行且背对于立柱2侧面，立柱2的侧面竖直设置有滑动机构，“几”字形工作台3活动连接于滑动机构内，“几”字形工作台3上固接有超声振动机构，超声振动机构包括固接在“几”字形工作台3上的超声振子固定板4，超声振子固定板4下表面边缘均匀固接有若干个超声振子5，且超声振子5的数量不少于8个，超声振动机构下方固接有切割机构，切割机构包括固接于超声振子固定板4下表面的刀具夹持装置6，刀具夹持装置6上夹持有刀具7，如图2所示；底座1上还设置有装有电解液的容器8，且容器8位于超声振动机构下方，容器8内部设置有三角卡盘9，SiC单晶片20夹持于三角卡盘9上，如图3所示。
如图1所示，驱动装置包括竖直设置于立柱2任意一侧面上方的电机10和轴承座11，轴承座11内设置有轴承，轴承座11下方设置有膜片连接器12，电机10的输出轴穿过轴承内圈与膜片连接器12上表面连接，膜片连接器12下表面竖直固接有丝杆13，丝杆13与“几”字形工作台3背面螺纹连接；滑动机构包括并排设置于立柱2一表面两侧的导轨槽14，“几”字形工作台3的两侧分别竖直设置有导轨15，导轨15活动嵌于导轨槽14内。
电机10驱动丝杆13转动，在螺纹副的作用下带动“几”字形工作台3沿立柱2上的导轨槽14上下移动，进一步避免了左右偏移，“几”字形工作台3的台面上垂直连接有呈长方体结构的对刀机构16，对刀机构16一端与“几”字形工作台3的台面连接，对刀机构16另一端的下表面固接超声振动机构，且另一端侧面固接有绝缘块17，绝缘块17的上方竖直设置有电感传感器18，电感传感器18上端固定于对刀机构16上，下端的接触头为红宝石19，红宝石19底端接触绝缘块17。
本发明一种用于半导体材料的微弧放电切割装置，在切割SiC单晶片20时，刀具7位于电解液内部，SiC单晶片20位于刀具7正下方；当刀具7接触到SiC单晶片20时，绝缘块17会产生细微的形变，电感传感器18通过红宝石19会灵敏的感应到该形变，此时立即通过电机10驱动“几”字形工作台3沿立柱2向上移动，使刀具7与SiC单晶片20之间产生一定间隙，防止刀具7与SiC单晶片20接触而发生短路的情况。
如图4所示，立柱2与固接“几”字形工作台3的表面相邻的侧面上竖直固接有光栅安装座21，光栅安装座21上竖直开设有滑槽22，滑槽22内卡接有光栅尺23，光栅尺23外表面上设置有读数头24，且读书头24两侧活动卡扣于滑槽22两侧，读数头24可沿滑槽22在光栅尺23上下移动，“几”字形工作台3靠近读数头24的一侧面上固接有读数头支架25，读数头24一侧通过“T”形读数头座26与读数头支架25连接；当电机10驱动丝杆13转动，在螺纹副的作用下带动“几”字形工作台3沿立柱2上的导轨槽14上下移动时，读数头24在“T”形读数头座26的带动下沿滑槽22上下移动，通过读数头24与光栅尺23的相对位置，读出“几”字形工作台3移动的距离，进而读出刀具7与SiC单晶片20之间的距离。
如图5所示，立柱2的一侧面上固接有拖链固定座27，“几”字形工作台3台面上固接有拖链架28，拖链固定座27与拖链架28之间连接有动力拖链29，动力拖链29用于集中放置导线，不仅起到保护电缆导线的作用，且使得整个装置整齐美观。
如图1所示，底座1上设置有XY二维平面工作台，XY二维平面工作台包括固定于底座1上的X平面工作台30，X平面工作台30远离立柱1的表面上设置有第一旋钮31，X平面工作台30上螺纹副连接有Y平面工作台32，Y平面工作台32的任意一侧面上设置有第二旋钮33，且X平面工作台30和Y平面工作台32相互垂直，容器8固定于Y平面工作台32上，通过旋转第一旋钮31控制X平面工作台30的进给，通过旋转第二旋钮33控制Y平面工作台32的进给，进而调整刀具7至SiC单晶片20的正上方。
本发明一种用于半导体的微弧放电切割装置的操作过程如下：
当需要加工SiC单晶片时，操作者先将SiC单晶片夹持于三角卡盘9上，通过旋转第一旋钮31和旋转第二旋钮33分别实现X平面工作台30和Y平面工作台32的进给，使SiC单晶片移动至刀具7正下方，并使刀具7和SiC单晶片20通入电流，保证刀具7处于正极，SiC单晶片20处于负极，不断驱动位于立柱2上的电机10，带动“几”字形工作台3向下移动，使刀具7轻触SiC单晶片20，以观察SiC单晶片20是否处于刀具7正下方，当SiC单晶片位置满足要求时，通过反向驱动电机10，带动“几”字形工作台3在导轨槽14内向上移动，进而通过带动对刀机构16实现Z轴方向的上下进给，读数头24在“T”形读数头座26的带动下沿滑槽22上下移动，通过读数头24与光栅尺23的相对位置，读出“几”字形工作台3移动的距离，进而读出刀具7与SiC单晶片之间的距离，保证SiC单晶片与刀具7之间的距离在100微米之内且不能接触，在整个成形过程中，通过成环状均匀排布于超声振子固定板4下端的超声振子5放电将电解液分离形成微弧等离子体，利用微弧产生的等离子体实现SiC单晶片20的切割过程，保持材料的去除过程在微纳米级，同时获得非接触式加工无表面翘曲和表面损伤，超声振子5的超声波振动通过电解液介质传到至固-液界面，从而使固-液界面的气泡均匀分布，同时极间场强也将区域均匀分布，进一步导致极间所产生的微弧等离子体均匀分布，从而使得放电点均匀分布，不仅提高了SiC单晶片的表面质量，而且还降低了报废率。

Claims (9)

1.一种用于半导体材料的微弧放电切割装置，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)上竖直固接有长方体结构的立柱(2)，所述立柱(2)的一个侧面自上而下依次设置有驱动装置和“几”字形工作台(3)，且所述“几”字形工作台(3)的台面平行且背对于立柱(2)侧面，所述立柱(2)的侧面竖直设置有滑动机构，所述“几”字形工作台(3)活动连接于滑动机构内，所述“几”字形工作台(3)上固接有超声振动机构，所述超声振动机构下方固接有切割机构，所述底座(1)上还设置有装有电解液的容器(8)，且所述容器(8)位于超声振动机构下方，容器(8)内部设置有三角卡盘(9)。
2.如权利要求1所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述超声振动机构包括固接在“几”字形工作台(3)上的超声振子固定板(4)，所述超声振子固定板(4)下表面边缘均匀固接有若干个超声振子(5)。
3.如权利要求2所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述切割机构包括固接于所述超声振子固定板(4)下表面的刀具夹持装置(6)，所述刀具夹持装置(6)上夹持有刀具(7)。
4.如权利要求1所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述驱动装置包括竖直设置于立柱(2)任意一侧面上方的电机(10)和轴承座(11)，所述轴承座(11)内设置有轴承，所述轴承座(11)下方设置有膜片连接器(12)，所述电机(10)的输出轴穿过轴承内圈与膜片连接器(12)上表面连接，所述膜片连接器(12)下表面竖直固接有丝杆(13)，所述丝杆(13)与“几”字形工作台(3)背面螺纹连接。
5.如权利要求1所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述滑动机构包括并排设置于立柱(2)一表面两侧的导轨槽(14)，所述“几”字形工作台(3)的两侧分别竖直设置有导轨(15)，所述导轨(15)活动嵌于导轨槽(14)内。
6.如权利要求1所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述“几”字形工作台(3)的台面上垂直固接有呈长方体结构的对刀机构(16)，所述超声振动机构固接于对刀机构(16)远离“几”字形工作台(3)的一端下表面，所述对刀机构(16)远离“几”字形工作台(3)的一端侧面固接有绝缘块(17)，所述绝缘块(17)上方竖直设置有电感传感器(18)，且所述电感传感器(18)上端固定于对刀机构(16)上，下端的接触头与绝缘块(17)接触。
7.如权利要求1所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述立柱(2)与固接“几”字形工作台(3)的表面相邻的侧面上竖直固接有光栅安装座(21)，所述光栅安装座(21)上竖直开设有滑槽(22)，所述滑槽(22)内卡接有光栅尺(23)，所述光栅尺(23)外表面上设置有读数头(24)，且所述读书头(24)两侧活动卡扣于滑槽(22)两侧，所述“几”字形工作台(3)靠近读数头(24)的一侧面上固接有读数头支架(25)，读数头(24)一侧通过“T”形读数头座(26)与读数头支架(25)连接。
8.如权利要求1所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述立柱(2)的一侧面上固接有拖链固定座(27)，所述“几”字形工作台(3)台面上固接有拖链架(28)，所述拖链固定座(27)与拖链架(28)之间连接有动力拖链(29)。
9.如权利要求1所述的一种用于半导体的微弧放电切割装置，其特征在于，所述底座(1)上设置有XY二维平面工作台，所述XY二维平面工作台包括固定于底座(1)上的X平面工作台(30)，所述X平面工作台(30)远离立柱(1)的表面上设置有第一旋钮(31)，所述X平面工作台(30)上螺纹副交叉连接有Y平面工作台(32)，所述Y平面工作台(32)的任意一侧面上设置有第二旋钮(33)，所述容器(8)固定于Y平面工作台(32)上。
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