CN109571218A - 研磨剂喷淋控制结构、工件切割系统及喷淋方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨剂喷淋控制结构、工件切割系统及喷淋方法，研磨剂喷淋控制结构应用于工件切割系统，工件切割系统包括：切割结构，包括用于切割工件的切割线和用于控制切割线水平移动的切割线移动控制结构；工件移动结构，用于承载工件并控制工件垂直向靠近切割线的方向进给；喷嘴结构，包括用于向切割线喷淋研磨剂的喷嘴；所述研磨剂喷淋控制结构包括：控制模块，与喷嘴结构连接，用于控制喷嘴结构在水平方向上移动，以使喷嘴与工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，所述外壁为所述工件靠近所述喷嘴的外壁。本发明实施例的研磨剂喷淋机构，对喷嘴进行动态设置，缩短了喷淋液的运输距离，降低了研磨剂的损耗，提升切面的品质和切割效率。

Description

研磨剂喷淋控制结构、工件切割系统及喷淋方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种研磨剂喷淋控制结构、工件切割系统及喷淋方法。

背景技术

硅(Si)作为全球储量最大的元素，同时因其良好的半导体性能，而被广泛应用于半导体材料领域。硅晶圆以硅为基础材料，辅以硼(B)或者磷(P)掺杂剂制备而成。通常，通过CZ法(直拉单晶制造法)生长成结构良好的单晶硅晶棒，经过晶棒的切片(Slicing)，倒角(Edge Grinding)，滚磨(Lapping)，双面研磨(Double side Grinding)，刻蚀(Etching)，抛光(Polishing)，清洗(cleaning)等工序，从而生产出表面平坦度高，晶体结构稳定的单晶硅片。

在晶棒的切片工艺中，传统小尺寸晶圆加工中常采用内径或外径切割方法，切割效率相对较低，同时随着直径为300mm的硅片的普及，内径切割方法已不能满足该尺寸的硅片的切割，因而通过采用线切割(Wire Saw)方法满足大尺寸的晶棒的切割。这种线切割方法通过一根线径均匀的钢丝，往返缠绕于两个主轴之上，辅以研磨剂(Abrasive)进行切割。在传统的线切割系统中，研磨剂的供应方式为定点供应方式，在固定位置将研磨剂喷淋到切割线网上方，通过线网水平方向移动，带动研磨剂移动至切割面，然后由于圆形晶棒在进给过程中，且与喷淋的喷嘴间的距离发生变化，因此，在设置喷嘴的固定位置时，需要考虑喷嘴与晶棒可能会因晶棒的移动发生碰撞，为规避干涉，将喷嘴距离切割面较远设置，研磨剂受自身重力影响，在水平移动过程中，大量的流失，无法有效移动至切割面，造成研磨剂损耗较大，同时不利于切削品质提升。

因而如何有效提升研磨剂的渗透率，有效利用研磨剂的磨削效果，提升切割品质和切割效率成为需要探索的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种研磨剂喷淋控制结构，改变喷淋方式，将静态定点喷淋改为动态实时喷淋，从而提升研磨剂向切割面的渗透率，提升切面的品质和切割效率，降低研磨剂的损耗，降低生产成本。

本发明还提供一种具有上述研磨剂喷淋控制结构的工件切割系统。

此外本发明还提供一种研磨剂喷淋方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的研磨剂喷淋控制结构，应用于工件切割系统，所述工件切割系统包括：

切割结构，包括用于切割工件的切割线和用于控制所述切割线水平移动的切割线移动控制结构；

工件移动结构，用于承载工件并控制所述工件垂直向靠近所述切割线的方向进给；

喷嘴结构，包括用于向所述切割线喷淋研磨剂的喷嘴；

所述研磨剂喷淋控制结构包括：

控制模块，与所述喷嘴结构连接，用于控制所述喷嘴结构在水平方向上移动，以使得所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，所述外壁为所述工件靠近所述喷嘴的外壁。

优选地,所述工件为晶棒,所述晶棒的横切面为圆形。

优选地,所述控制模块包括：

伺服电机，与所述喷嘴结构相连，用于向所述喷嘴结构提供水平移动的动力；

控制器，与所述伺服电机相连，用于控制所述伺服电机的转动速度，以控制所述喷嘴结构在水平方向上的移动速度，使得所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内。

优选地，所述控制器，还用于与所述工件移动结构连接，用于获取所述工件的进给速度，根据所述工件的进给速度，计算所述喷嘴结构在水平方向上的移动速度。

优选地，所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁的水平距离为20mm-40mm。

优选地，所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁的水平距离为30mm。

优选地，所述喷嘴与所述切割线的垂直距离为10mm-40mm。

根据本发明第二方面实施例的工件切割系统，包括：

切割结构，包括用于切割工件的切割线和用于控制所述切割线水平移动的切割线移动控制结构；

工件移动结构，用于承载工件并控制所述工件垂直向靠近所述切割线的方向进给；

喷嘴结构，包括用于向所述切割线喷淋研磨剂的喷嘴；以及

上述实施例所述的研磨剂喷淋控制结构。

优选地，所述喷嘴结构为两组，两组所述喷嘴结构分别设置在所述工件的两侧，每一组所述喷嘴结构设有至少一个所述喷嘴。

根据本发明第三方面实施例的研磨剂喷淋方法，应用于上述实施例所述的研磨剂喷淋控制结构，所述方法包括：

控制所述喷嘴结构在水平方向上移动，以使得所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，所述外壁为所述工件靠近所述喷嘴的外壁。

优选地，获取所述工件的进给速度，并根据所述工件的进给速度，计算所述喷嘴结构在水平方向上的移动速度。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

根据本发明实施例的研磨剂喷淋控制结构，通过设置控制器，控制器与喷嘴结构相连，并控制喷嘴结构在水平方向上移动，以使得所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，进而可以有效的避免喷嘴与晶棒碰撞，且通过动态控制喷嘴的喷淋方式，能够使喷淋剂尽可能短的距离输送至工件的切割面的内部，较少了研磨剂的流失，降低了研磨剂的损耗，且有效提升研磨剂向切割面的渗透率，提升切面的品质和切割效率。

附图说明

图1为本发明实施例的工件切割系统的第一切割状态示意图；

图2为本发明实施例的工件切割系统的第二切割状态示意图；

图3为本发明实施例的工件切割系统的第三切割状态示意图；

图4为本发明实施例的传统的切割系统的结构示意图。

附图标记：

切割结构10；线辊11；切割线12；

晶棒20；

工件移动结构30；工件板31；树脂胶32；

喷嘴结构40；喷嘴41；

传统结构的喷嘴41′。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面首先结合附图具体描述根据本发明第一方面实施例的研磨剂喷淋控制结构。

如图1至图3所示，根据本发明实施例的研磨剂喷淋控制结构，其应用于工件切割系统，工件切割系统包括切割结构10、工件移动机构30和喷嘴结构40。

其中，切割结构10包括用于切割工件的切割线12和用于控制切割线12水平移动的切割线12移动控制结构，工件移动机构30用于承载工件并控制工件垂直向靠近切割线12的方向进给，喷嘴结构40包括用于向切割线12喷淋研磨剂的喷嘴41，研磨剂喷淋控制结构包括控制模块，控制模块与喷嘴结构40连接，用于控制喷嘴结构40在水平方向上移动，以使得喷嘴41与工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，外壁为工件靠近喷嘴41的外壁。

也就是说，如图1所示，切割结构10通过控制结构控制切割线12水平移动，例如，将两个线辊11对称设置，在两个线辊11上设置有线槽，切割线12可以缠绕在两个线辊11的线槽内，控制结构通过控制线辊11的反转和正转，可以使切割线12在水平方向上往复移动，工件移动机构可以包括驱动机构以及连接工件的连接装置，连接装置可以包括与驱动机构相连的工件板31以及设置在工件板31上的树脂胶32，工件可以通过树脂胶32粘合在工件板31上，通过驱动机构的驱动工件板31移动并带动工件垂直于切割线的轨迹移向切割线，即图1中由上至下逐渐向切割线12移动直至工件完全切断。

在工件切割的过程中，在切割线12上方设置有喷嘴结构40，喷嘴结构40的喷嘴41邻近切割线12和被切割工件设置，并向切割线12喷淋切割液，通过控制模块控制喷嘴41与工件的外壁的距离，以确保喷嘴41与工件不发生碰撞，例如，控制模块还设有驱动机构，驱动机构与喷嘴结构40相连，驱动机构向喷嘴41提供水平移动的动力，进而在工件逐渐向下移动的过程中，喷嘴41可以向后退或向前进以保证喷嘴41与工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，既可以使喷嘴41尽可能的接近工件切割面的中心点，且不与工件发生碰撞，减少了研磨剂在喷淋点至切割面中心的移动距离，使研磨剂在相对较短的时间渗透至工件切割面的中心，减少了研磨剂因长距离移动时，由于重力原因导致的大量流失，降低了研磨剂的损耗，提升了研磨剂移动至切割面的渗透率。其中，本发明中的切割面是指切割线在被切割工件的切面上所在的位置。

由此，根据本发明实施例的研磨剂喷淋控制结构，能够有效的控制喷嘴41与工件的切割面的外壁之间的水平距离，尽可能的在确保喷嘴41与工件不发生碰触的情况下减少喷淋剂从喷淋点至切割面中心的移动距离，降低了研磨剂的损耗，且有效提升研磨剂向切割面的渗透率，提升切面的品质和切割效率。

优选地,工件为晶棒20,晶棒20的横切面为圆形。也就是说，圆形的晶棒20在切割的过程中切割线12在切割面上的长度由开始的一个点逐渐增大到晶棒20的直径长度，随后逐渐减小直至晶棒20完全切断，在该运动过程中晶棒20的移动速度是可控的，而晶棒20的移动速度与切割线12在切割面上的长度变化是成正比的，因此，可以通过晶棒20的移动速度控制喷嘴41的移动速度，以保证喷嘴41与晶棒20外壁的距离维持在可控范围内。当然本发明的其他实施例中晶棒20也可以是椭圆形，在此并不作为限定。

根据本发明的一个实施例,控制模块包括伺服电机(未图示)和控制器(未图示)，伺服电机与喷嘴结构40相连，用于向喷嘴结构40提供水平移动的动力，控制器与伺服电机相连，用于控制所述伺服电机的转动速度，以控制喷嘴结构40在水平方向上的移动速度，以使得喷嘴41与工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内。

也就是说，伺服电机驱动喷嘴结构40在平行于切割线12的水平方向上移动，控制器与伺服电机相连，通过控制器控制伺服电机向喷嘴结构40提供移动的动力，并控制伺服电机的移动速度，以使得喷嘴41与工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，避免喷嘴41与工件发生碰撞。

优选地，控制器还用于与工件移动机构30连接，用于获取工件的进给速度，根据工件的进给速度，计算喷嘴结构40在水平方向上的移动速度。

也就是说，控制器获取工件的进给速度，并根据晶棒20的形状以及切割线12在切割面上的长度变化计算出工件的进给速度，进而计算出喷嘴结构40在水平方向上的移动速度。

可选地，喷嘴41与工件的切割面的外壁的水平距离为20mm-40mm，优选地，喷嘴41与工件的切割面的外壁的水平距离为30mm。该距离既可以保证喷嘴41与工件的外壁保持一定的波动距离，可以有效的避免喷嘴41与工件发生碰撞，且能够使喷嘴41尽可能的贴近工件的外壁，进而可以尽可能缩短切割液从喷淋点至切割面的中心的距离。

进一步地，喷嘴41与切割线12的垂直距离为10mm-40mm。该距离可以有效避免喷嘴41与切割线12在运行过程中发生碰撞，且尽可能使喷嘴41靠近切割线12，以控制切割液从喷嘴41至切割线12上的距离在合理的范围内。

下面以横切面为圆形的晶棒20结构为例，计算出晶棒20的进给速度与喷嘴41移动的速度。

如图1所示，设晶棒20的向下进给速度为x，进给距离为a，进给时间为t，切削面中点位置为C，切割面与晶棒20的外壁的交点，即切割面的起点位置为B，当切割开始瞬间，切割面的中点C与起点B位置重合在水平切点A，设定起点B与点C之间的距离为b，设定伺服电机驱动喷嘴41的移动速度为v，晶棒20半径R，则可以获得以下关系式：

晶棒20的进给距离：a＝x*t；

起点B与中点C的间距：

从而，伺服电机驱动喷嘴41的移动速度

其中，晶棒20的半径R为已知数，晶棒20的进给速度为使用者在加工开始时根据需要进行设定的参数，由此得出伺服电机驱动喷嘴41的移动速度与晶棒20进给时间(切割时间)呈正相关性，使用者可根据要求通过控制器输入切割时间，进而得出伺服电机驱动喷嘴41的移动速度。

由图1到图3的切割状态变化图可知，切割面的中点C从开始的A点到切割面的中点C与晶棒20切面的圆心O重合，在此期间，b的长度逐渐增大，此时,伺服电机驱动喷嘴41相对切割面的中点C后退，以使喷嘴41避开晶棒20，避免发生碰撞，随晶棒20继续向下移动，b的长度逐渐减小，此时伺服电机驱动喷嘴41向中点C移动，以使喷嘴41靠近切割面的中心，从而可以保证喷嘴41与晶棒20的外周壁始终保持在预设的范围内。

本发明的一个对比例，如图4所示，传统结构的喷嘴41′固定设置在切割线12的上方，且为了避免喷嘴41′与切割线12发生碰撞，将喷嘴41′设置在与晶棒20相对较远的地方，如图4所示的线辊11的正上方，也就是说，喷嘴41喷出切割液后，无论是在晶棒20切割的始端还是末端，喷淋液始终需要移动大于晶棒20直径的距离才能运输至切割面的中心位置，与本发明的实施例相比，喷淋液的运输距离大大的增加，因而切割液流失的相对较多，甚至切割液不能有效的运输至切割面的中心，从而影响切割质量。

由此，根据本发明实施研磨剂喷淋控制结构，通过动态控制喷嘴41的喷淋方式，能够使喷淋剂以最短的距离输送至晶棒20的切割面的中心，较少了研磨剂的流失，降低了研磨剂的损耗，且有效提升研磨剂向切割面的渗透率，提升切面的品质和切割效率。

根据本发明第二方面实施例的工件切割系统，包括切割结构10、工件移动机构30、喷嘴结构40以及上述实施例中的研磨剂喷淋控制结构。

具体地，切割结构10包括用于切割工件的切割线12和用于控制切割线12水平移动的切割线12移动控制结构，工件移动机构30用于承载工件并控制工件垂直向靠近切割线12的方向进给，喷嘴结构40包括用于向切割线12喷淋研磨剂的喷嘴41以及研磨剂喷淋控制结构。

其中，本发明的研磨剂喷淋控制结构在上述实施例中已经详细的说明，在此不再赘述。

优选地，喷嘴结构40为两组，两组喷嘴结构40分别设置在工件的两侧，每一组喷嘴结构40设有至少一个喷嘴41。

也就是说，当切割结构10设有多根平行设置的切割线12时，喷嘴41可以设置成两组，两组喷嘴41分别设置在工件的两侧，每一组可以设置一个或多个喷嘴，以保证每一跟切割线12都能够喷淋到切割液，确保切割质量。

由于根据本发明上述实施例的研磨剂喷淋控制结构具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的工件切割系统也具有相应的技术效果，即通过动态控制喷嘴41的喷淋方式，能够使喷淋剂以最短的距离输送至工件的切割面的内部，较少了研磨剂的流失，降低了研磨剂的损耗，且有效提升研磨剂向切割面的渗透率，提升切面的品质和切割效率。

根据本发明实施例的工件切割系统的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。

根据本发明第三发明实施例的研磨剂喷淋方法，应用于如上述实施例的研磨剂喷淋控制结构，方法包括：

控制喷嘴结构40在水平方向上移动，以使得喷嘴41与工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，外壁为工件靠近喷嘴41的外壁。

也就是说，可以通过控制模块控制喷嘴结构40在水平方向上移动，以使得喷嘴41与工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，外壁为工件靠近喷嘴41的外壁。

优选地，控制模块可以获取工件的进给速度，并根据工件的进给速度，计算喷嘴结构40在水平方向上的移动速度。

由于上述研磨剂喷淋控制结构的描述中已经涵盖喷淋方法以及喷嘴41的速度的计算公式，具体可见上述实施例的说明。

本发明的控制方法，可以保证喷嘴41与工件的外壁保持在预设范围内，尽可能的减少了喷淋剂移动至切割面的中心的距离，较少了研磨剂的流失，降低了研磨剂的损耗，且有效提升研磨剂向切割面的渗透率，提升切面的品质和切割效率。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种研磨剂喷淋控制结构，其特征在于，应用于工件切割系统，所述工件切割系统包括：

切割结构，包括用于切割工件的切割线和用于控制所述切割线水平移动的切割线移动控制结构；

工件移动结构，用于承载工件并控制所述工件垂直向靠近所述切割线的方向进给；

喷嘴结构，包括用于向所述切割线喷淋研磨剂的喷嘴；

所述研磨剂喷淋控制结构包括：

控制模块，与所述喷嘴结构连接，用于控制所述喷嘴结构在水平方向上移动，以使得所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，所述外壁为所述工件靠近所述喷嘴的外壁。

2.根据权利要求1所述的研磨剂喷淋控制结构，其特征在于,所述工件为晶棒,所述晶棒的横切面为圆形。

3.根据权利要求1所述的研磨剂喷淋控制结构，其特征在于,所述控制模块包括：

伺服电机，与所述喷嘴结构相连，用于向所述喷嘴结构提供水平移动的动力；

控制器，与所述伺服电机相连，用于控制所述伺服电机的转动速度，以控制所述喷嘴结构在水平方向上的移动速度，使得所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内。

4.根据权利要求3所述的研磨剂喷淋控制结构，其特征在于，所述控制器，还用于与所述工件移动结构连接，用于获取所述工件的进给速度，根据所述工件的进给速度，计算所述喷嘴结构在水平方向上的移动速度。

5.根据权利要求1所述的研磨剂喷淋控制结构，其特征在于，所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁的水平距离为20mm-40mm。

6.根据权利要求4所述的研磨剂喷淋控制结构，其特征在于，所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁的水平距离为30mm。

7.根据权利要求1所述的研磨剂喷淋控制结构，其特征在于，所述喷嘴与所述切割线的垂直距离为10mm-40mm。

8.一种工件切割系统，其特征在于，包括：

切割结构，包括用于切割工件的切割线和用于控制所述切割线水平移动的切割线移动控制结构；

工件移动结构，用于承载工件并控制所述工件垂直向靠近所述切割线的方向进给；

喷嘴结构，包括用于向所述切割线喷淋研磨剂的喷嘴；以及

如权利要求1-6任一项所述的研磨剂喷淋控制结构。

9.根据权利要求8所述的工件切割系统，其特征在于，所述喷嘴结构为两组，两组所述喷嘴结构分别设置在所述工件的两侧，每一组所述喷嘴结构设有至少一个所述喷嘴。

10.一种研磨剂喷淋方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的研磨剂喷淋控制结构，所述方法包括：

控制所述喷嘴结构在水平方向上移动，以使得所述喷嘴与所述工件的切割面的外壁之间的水平距离维持在预设范围内，所述外壁为所述工件靠近所述喷嘴的外壁。

11.根据权利要求10所述的研磨剂喷淋方法，其特征在于，获取所述工件的进给速度，并根据所述工件的进给速度，计算所述喷嘴结构在水平方向上的移动速度。