CN114193643A - 开方机用切割装置和晶棒切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种开方机用切割装置和晶棒切割方法，包括：工作台，其包括承载待切割晶棒的工装，和带动工装进而调整待切割晶棒的角度的调整机构；工作台移动滑轨，工作台沿工作台移动滑轨的延伸方向移动，其从晶棒上下料位置延伸至晶向仪的检测位置；晶向仪，其设置于工作台移动滑轨的一侧，晶向仪的检测部与工作台的工装对应设置，在工作台经由工作台移动滑轨移动至晶向仪的检测位置时，检测承载于工装的晶棒的晶向；切割机构，其设置在工作台移动滑轨的中途，并与晶向仪离开一定距离。本发明将晶向检测、切割方向调整、晶棒切割整合为一体，操作过程简单，得到的成品晶向精确度高，工作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及硬脆材料切割技术领域，并且更具体地，涉及一种开方机用切割装置和晶棒切割方法。
背景技术
单晶硅的切割是对晶体加工的重要工序，在该工序中通常对成品的晶向角有较为严格的要求。
现有的切割设备不具备晶向检测装置，例如，硅片的切割方式主要经过三个主要过程，即：晶棒晶向测量和粘接，多线切割，切割后清洗及解胶分片。根据布拉格定理，使用X射线测量晶棒晶向，找到需要的切割面，并通过树脂胶水粘接在树脂缓冲板和工件板上，重新将晶体定位安装；经过切割后通过表面活性剂进行清洗，并使用热水解胶使硅片与树脂缓冲板及工件板分离。对硅块晶向的调整只在切割前的粘接工序进行，通过调整硅块粘接的方向和角度，调整硅块的晶向切割方向的角度，此过程中，晶棒粘结的品质将直接影响晶片切割的品质，且粘结时间长达8小时以上，生产周期长。整个切割过程工序繁琐，晶棒的粘接、解胶等工序受人为操作影响较大，使得切割出的成品晶向精度一致性差，造成严重的材料浪费。
因此，虽然晶向角的检测可以通过高精度的X射线晶向仪实现，单晶硅的切割在多线领域也已有成熟的工艺方法，而如何将上述模块整合起来形成完整的生产工艺流程是业界发展的方向。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种开方机用切割装置和晶棒切割方法，将晶向检测、切割方向调整、晶棒切割整合为一体，操作过程简单，得到的成品晶向精确度高，工作效率高。
在本发明的第一方面，提供了一种开方机用切割装置。该切割装置包括：
工作台，其包括承载待切割晶棒的工装，和带动所述工装进而调整待切割晶棒的角度的调整机构；
工作台移动滑轨，所述工作台沿所述工作台移动滑轨的延伸方向移动，其从晶棒上下料位置延伸至晶向仪的检测位置；
晶向仪，其设置于所述工作台移动滑轨的一侧，所述晶向仪的检测部与所述工作台的工装对应设置，在所述工作台经由所述工作台移动滑轨移动至所述晶向仪的检测位置时，检测承载于所述工装的晶棒的晶向；，
切割机构，其设置在所述工作台移动滑轨的中途，并与所述晶向仪离开一定距离。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述切割机构具有在竖直方向上延伸的导轨，和设置于所述工作台上方且在所述导轨的延伸方向上上下移动的切割部，通过所述切割部对所述待切割晶棒进行切割。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括基座，所述基座包括设置于所述基座一端的晶向仪载台，所述晶向仪固定设置于所述晶向仪载台上。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述工作台的所述调整机构包括在竖直方向上从下向上依次设置的第一调整机构和第二调整机构，
所述第一调整机构用于调整所述工作台相对于所述晶向仪在第一转动平面上的角度；
所述第二调整机构用于调整所述工作台相对于所述晶向仪在第二转动平面上的角度。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一调整机构121包括旋转平台，所述旋转平台在水平面上旋转；
所述第二调整机构122包括俯仰平台，所述俯仰平台在竖直面上俯仰摆动。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述晶向仪的检测部通过在竖直平面上旋转对晶棒进行多个方向上的晶向检测。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括控制机构，用于控制所述工作台在所述工作台移动滑轨上的移动，根据所述晶向仪的检测信号生成旋转俯仰调节指令，根据旋转俯仰调节指令控制所述第一调整机构和所述第二调整机构，调整晶棒的角度，控制所述切割机构切割晶棒。
在本发明的第二方面，提供了一种晶棒切割方法，使用如上所述的开方机用切割装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1，所述工作台处在上下料位置，将待切割的晶棒固定在所述工作台的所述工装上；
S2，所述工作台承载待切割晶棒沿所述工作台移动滑轨移动至检测位置；
S3，所述晶向仪通过旋转在多个方向检测待切割晶棒的晶向；
S4，控制机构控制所述工作台的所述调整机构做水平方向上的旋转运动和/或竖直方向上的俯仰摆动来调整待切割晶棒的角度，直到所述晶向仪检测到的晶向符合切割要求；
S5，所述工作台承载待切割晶棒沿所述工作台移动滑轨反向移动至切割位置，在移动过程中待切割晶棒保持晶向；
S6，切割晶棒；
S7，所述工作台承载成品沿所述工作台移动滑轨移动至上下料位置。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在步骤S1中，具体包括步骤：
所述切割机构的切割部位于至所述切割机构的上部，距离待切割的晶棒一定距离。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在步骤S6中，具体包括步骤：
S61，所述切割机构的切割部向下移动至切割位置；
S62，切割晶棒；
S63，切割完成后所述切割机构的切割部向上移动回至所述切割机构的上部。
本发明提供了一种开方机用切割装置和晶棒切割方法，将晶向仪、工作台、切割机构整合为一体，工作台通过工作台移动滑轨移动至晶向仪的检测位置，晶向仪的检测部在X、Y两个方向上检测晶棒的晶向，确定晶棒切割角度，工作台根据晶向仪检测的晶棒的晶向通过调整机构的旋转、俯仰动作调整待切割晶棒的角度，调整好角度的晶棒在工作台上通过工作台移动滑轨在晶向仪、切割机构之间移动，期间保持其角度，切割机构的切割部下移对晶棒进行切割。
通过上述装置的构成，形成将晶向检测、晶棒切割方向调整、晶棒切割的多个流程工序整合起来的生产工艺，操作过程简单，尽可能减少人为操作因素对成品质量的影响，得到的成品晶向精确度高、不同的晶棒切割成品的晶向一致性好，提高了生产质量和工作效率，避免材料浪费，通过控制机构通讯控制实现自动化生产。
并且，晶棒切割时的振动、粉尘会对晶向仪产生影响，由于本装置将切割机构与晶向仪分离设置，且离开一定距离，使得将晶向检测、晶棒切割方向调整、晶棒切割进行整合的同时，避免了晶棒的切割对晶向仪的影响。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1是本发明的一个实施方式的切割装置的结构示意图；
图2是本发明的一个实施方式的工作台位于上下料位置时的切割装置的结构示意图；
图3是本发明的一个实施方式的工作台位于检测位置时的切割装置的示意图；
图4是本发明的一个实施方式的晶向仪的示意图；
图5是本发明的一个实施方式的工作台调整角度的示意图；
图6是本发明的一个实施方式的工作台位于切割位置时的切割装置的示意图；
图7是本发明的一个实施方式的时的切割装置的示意图；
图8是本发明的一个实施方式的工作台回到上下料位置时的切割装置的示意图；
图9是本发明的一个实施方式的晶棒切割方法的流程图；
图10是本发明的一个实施方式的晶棒切割方法的流程图。
其中，图1至图10中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
10工作台，11工装，12调整机构，121第一调整机构，122第二调整机构，
20晶棒，
30工作台移动滑轨，
40晶向仪，41检测部，
50切割机构，51导轨，52切割部，
60基座，61晶向仪载台
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中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面参照图1至图10来描述本发明的优选实施方式的开方机用切割装置和晶棒切割方法。
如图1所示，切割装置包括：工作台10、工作台移动滑轨30、晶向仪40、切割机构50和基座60，基座60承载工作台10、工作台移动滑轨30、晶向仪40和切割机构50。
在基座60的一端设置有晶向仪载台61，晶向仪40固定设置于晶向仪载台61上，工作台移动滑轨30从基座60的另一端延伸至晶向仪载台61前方的晶向仪40的检测位置，基座60的另一端为晶棒20的上下料位置，工作台10通过工作台移动滑轨30设置于基座60，并沿工作台移动滑轨30的延伸方向移动。从而，工作台10在基座60另一端的上下料位置与晶向仪40的检测位置之间进行移动。
工作台10包括承载待切割的晶棒20的工装11，和带动工装11进而调整待切割的晶棒20的角度的调整机构12。调整机构12包括在竖直方向上从下向上依次设置的第一调整机构121和第二调整机构122，工装11设置在第二调整机构122的上端，第一调整机构121之下为工作台10的底部，工作台10的底部滑动设置于工作台移动滑轨30。
第一调整机构121包括旋转平台，旋转平台绕其竖直轴线方向在水平面上旋转，调整承载于工装11的待切割晶棒在水平面上的角度，通过设置在旋转平台下方的电机进行驱动；第二调整机构122包括俯仰平台，俯仰平台在竖直平面上做俯仰摆动，如图1、4中，俯仰平台摆动的轴向为垂直于晶向仪40轴向的方向。俯仰平台上端面设置有支撑部，旋转平台下端设置有与旋转平台相固定的活动部，活动部转动设置于支撑部，使活动部和旋转平台相对第一调整机构121进行俯仰摆动，通过设置在旋转平台或者设置于第二调整机构122的电机进行驱动。从而，通过第一调整机构121来调整工作台10相对于晶向仪40在第一转动平面上的角度；通过第二调整机构122来调整工作台10相对于晶向仪40在第二转动平面上的角度。
晶向仪40承载于晶向仪载台61上，设置于工作台移动滑轨30的一侧，晶向仪40的检测部41与工作台10的工装11对应设置，使待切割的晶棒20晶面正对晶向仪40的检测部，在工作台10经由工作台移动滑轨30移动至晶向仪40的检测位置时，检测承载于工装11的晶棒20的晶向。优选地，晶向仪40为固定式而非可升降式。
晶向仪40的检测部41可进行旋转，通过在竖直平面上旋转90°对晶棒在两个方向上进行晶向检测。
切割机构50设置在工作台移动滑轨30的中途，位于上下料位置和检测位置之间，并与晶向仪40离开一定距离。晶棒20在切割时产生的振动、粉尘会对晶向仪40的使用、测量精度造成影响，再次检测时需要进行清洁处理，而本发明切割机构50的设置方式，避免了晶棒20的切割对晶向仪40的产生影响。
切割机构50具有在竖直方向上延伸的导轨51，和设置于工作台10上方且在导轨51的延伸方向上上下移动的切割部52，通过切割部52对待切割的晶棒20进行切割。切割机构50根据实际生产过程中需要处理的单晶硅晶棒等硬脆材料和需要得到的产品选择其切割部52的切割方式和结构构成，可以为多线切割、单线切割、外圆切割和内圆切割等切割方法。
本发明的切割装置还包括控制机构(图中未示出)，用于控制工作台10在工作台移动滑轨30上的移动，根据晶向仪40的检测信号生成旋转俯仰调节指令，根据旋转俯仰调节指令控制第一调整机构121和第二调整机构122，调整待切割的晶棒20的角度。
控制机构控制切割机构50的切割部52在对晶棒20进行切割之前位于切割机构50的上部，不会阻碍晶棒20在工作台移动滑轨30上的移动；在对晶棒20进行切割时，控制机构控制切割部52沿导轨51下移，切割完成后，控制切割部52沿导轨上移回到切割机构50的上部。
本发明的实施方式提供一种使用如上所述的开方机用切割装置的晶棒切割方法，如图9所示，包括以下步骤：
S1，工作台10处在上下料位置，将待切割的晶棒20固定在工作台10的工装11上；
S2，工作台10承载待切割的晶棒20沿工作台移动滑轨30移动至检测位置；
S3，晶向仪40通过旋转在两个方向检测待切割的晶棒20的晶向；
S4，控制机构控制工作台10的调整机构12做水平方向上的旋转运动和/或竖直方向上的俯仰摆动来调整待切割的晶棒20的角度，直到晶向仪40检测到的晶向符合切割要求；
S5，工作台10承载待切割的晶棒20沿工作台移动滑轨30反向移动至切割位置，在移动过程中待切割的晶棒20保持晶向；
S6，切割晶棒20；
S7，工作台10承载成品沿工作台移动滑轨30移动至上下料位置。
具体的，在步骤S1中，还包括步骤：
切割机构50的切割部52位于至切割机构50的上部，距离待切割的晶棒20一定距离。
图2至图8示出了本实施方式的切割装置的晶棒20切割过程。在本实施方式中，将晶向仪40、工作台10、切割机构50整合为一体。工作台10通过工作台6移动滑轨30移动从上下料位置至晶向仪40的检测位置。晶向仪40的检测部41在一个方向上检测晶棒20的晶向，控制机构根据晶向仪40检测信号生成旋转俯仰调节指令，根据旋转俯仰调节指令控制第一调整机构121和第二调整机构122进行旋转、俯仰动作调整待切割晶棒20的角度；晶向仪40的检测部41旋转90°，在另一方向上检测晶棒20的晶向，控制机构根据晶向仪40检测信号生成旋转俯仰调节指令，根据旋转俯仰调节指令控制第一调整机构121和第二调整机构122进行旋转、俯仰动作调整待切割晶棒20的角度。晶向仪40的检测部41在相互呈90°的两个方向上检测晶棒20的晶向，确定晶棒20切割角度。
调整好角度的晶棒20在工作台10上通过控制机构的控制沿工作台移动滑轨30在晶向仪40、切割机构50之间移动，从检测位置移动至切割位置，期间保持其角度，确定了晶向保持一致，切割机构50对晶棒20进行切割。
在步骤S6中，具体包括步骤：
S61，切割机构60的切割部52向下移动至切割位置；
S62，切割晶棒20；
S63，切割完成后切割机构60的切割部52向上移动回至切割机构50的上部。
控制机构控制切割机构50的切割部52在对晶棒20进行切割之前位于切割机构50的上部，不会阻碍晶棒20在工作台移动滑轨30上的移动；在对晶棒20进行切割时，控制机构控制切割部52沿导轨51下移，切割完成后，控制切割部52沿导轨上移回到切割机构50的上部。
本发明的开方机用切割装置和晶棒切割方法具有如下有益效果：
通过上述实施方式，形成将晶向检测、晶棒20切割方向调整、晶棒20切割的多个流程工序整合起来的生产工艺，操作过程简单，尽可能减少人为操作因素对成品质量的影响，得到的成品晶向精确度高、不同的晶棒切割成品的晶向一致性好，提高了生产质量和工作效率，避免材料浪费。
各模块被合理的整合到一起，通过通讯的方式实现全自动化控制无需人为干预中间过程，既保证了加工精度又节约了人力成本。
在上述实施方式中，优选地，晶向仪为固定式而非可升降式，从结构上消除了晶向仪因自身移位可能产生的测量误差，保证了加工精度。
在上述优选实施方式中，通过更换不同高度工装的方法就可以简单解决不同直径的晶棒与晶向仪的对中问题，从而扩大晶棒的加工尺寸范围。
调整好角度的晶棒20在工作台10上通过工作台移动滑轨30在晶向仪40、切割机构50之间移动，期间保持其角度，确定了晶向保持一致，不会因工作台10移动而使晶棒20与晶向仪40之间产生位置变化，使切割存在偏差。
晶棒切割时的振动、粉尘会对晶向仪产生影响，由于本装置将切割机构与晶向仪分离设置，且离开一定距离，使得将晶向检测、晶棒切割方向调整、晶棒切割进行整合的同时，避免了晶棒的切割对晶向仪的影响。
在此基础上稍加改进即可整合到全自动生产线中从而产生更大的经济效益。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种开方机用切割装置，其特征在于，包括：
工作台(10)，其包括承载待切割的晶棒(20)的工装(11)，和带动所述工装(11)进而调整待切割的晶棒(20)的角度的调整机构(12)；
工作台移动滑轨(30)，所述工作台(10)沿所述工作台移动滑轨(30)的延伸方向移动，其从晶棒(20)上下料位置延伸至晶向仪(30)的检测位置；
晶向仪(40)，其设置于所述工作台移动滑轨(30)的一侧，所述晶向仪(40)的检测部(41)与所述工作台(10)的所述工装(11)对应设置，在所述工作台(10)经由所述工作台移动滑轨(30)移动至所述晶向仪(40)的检测位置时，检测承载于所述工装(11)的晶棒(20)的晶向；
切割机构(50)，其设置在所述工作台移动滑轨(30)的中途，并与所述晶向仪(40)离开一定距离。
2.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，
所述切割机构(50)具有在竖直方向上延伸的导轨(51)，和设置于所述工作台(10)上方且在所述导轨(51)的延伸方向上上下移动的切割部(52)，通过所述切割部(52)对所述待切割的晶棒(20)进行切割。
3.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，
还包括基座(60)，所述基座(60)包括设置于所述基座(60)一端的晶向仪载台(61)，所述晶向仪(40)固定设置于所述晶向仪载台(61)上。
4.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，
所述调整机构(12)包括在竖直方向上从下向上依次设置的第一调整机构(121)和第二调整机构(122)，
所述第一调整机构(121)用于调整所述工作台(10)相对于所述晶向仪(40)在第一转动平面上的角度；
所述第二调整机构(122)用于调整所述工作台(10)相对于所述晶向仪(40)在第二转动平面上的角度。
5.根据权利要求4所述的切割装置，其特征在于，
所述第一调整机构(121)包括旋转平台，所述旋转平台在水平面上旋转；
所述第二调整机构(122)包括俯仰平台，所述俯仰平台在竖直面上俯仰摆动。
6.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，
所述晶向仪(40)的所述检测部(41)通过在竖直平面上旋转对晶棒进行多个方向上的晶向检测。
7.根据权利要求6所述的切割装置，其特征在于，
还包括控制机构，用于控制所述工作台(10)在所述工作台移动滑轨(30)上的移动，根据所述晶向仪(40)的检测信号生成旋转俯仰调节指令，根据旋转俯仰调节指令控制所述第一调整机构(121)和所述第二调整机构(122)，调整待切割的晶棒(20)的角度，控制所述切割机构(50)切割晶棒(20)。
8.一种使用如权利要求1～7中任一项所述的开方机用切割装置的晶棒切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，所述工作台(10)处在上下料位置，将待切割的晶棒(20)固定在所述工作台(10)的所述工装(11)上；
S2，所述工作台(10)承载待切割的晶棒(20)沿所述工作台移动滑轨(30)移动至检测位置；
S3，所述晶向仪(40)通过旋转在多个方向检测待切割的晶棒(20)的晶向；
S4，控制机构控制所述工作台(10)的所述调整机构(12)做水平方向上的旋转运动和/或竖直方向上的俯仰摆动来调整待切割的晶棒(20)的角度，直到所述晶向仪(40)检测到的晶向符合切割要求；
S5，所述工作台(10)承载待切割的晶棒(20)沿所述工作台移动滑轨(30)反向移动至切割位置，在移动过程中待切割的晶棒(20)保持晶向；
S6，切割晶棒(20)；
S7，所述工作台(10)承载成品沿所述工作台移动滑轨(30)移动至上下料位置。
9.根据权利要求8所述的晶棒切割方法，其特征在于，在步骤S1中，具体包括步骤：
所述切割机构(50)的切割部(52)位于至所述切割机构(50)的上部，距离待切割的晶棒(20)一定距离。
10.根据权利要求9所述的晶棒切割方法，其特征在于，在步骤S6中，具体包括步骤：
S61，所述切割机构(60)的切割部(52)向下移动至切割位置；
S62，切割晶棒(20)；
S63，切割完成后所述切割机构(60)的切割部(52)向上移动回至所述切割机构(50)的上部。
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- 2021-12-27 CN CN202111617012.5A patent/CN114193643A/zh active Pending
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