CN216804014U - 硬质材料加工装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种硬质材料加工装置及其系统，适用于含有硬质材料之一待加工物，至少包含：一加热元件，加热元件系对待加工物进行第一加热程序，将待加工物加热至足以降低待加工物之硬质材料之硬度之一第一温度，借以于进行第一加热程序时暂时性降低待加工物之硬质材料之硬度；以及至少一第一加工元件，在加热元件对待加工物进行第一加热程序时，第一加工元件系同时对暂时性降低硬质材料之硬度之待加工物进行一第一加工程序。本实用新型可提高加工速度、提升产能，并能减少加工元件的磨损。

Description

硬质材料加工装置及其系统

技术领域

本实用新型是有关于一种装置及系统，特别是有关于一种硬质材料加工装置及其系统。

背景技术

近年来，由于半导体技术不断地蓬勃发展，使得科技类产品得以大步跃进。在半导体制程中，常使用加工元件对晶圆等材料进行切割、研磨或抛光等加工程序。半导体材料，例如碳化硅(SiC)，具有宽能带隙性质、高硬度、高导热率以及化学惰性性质等优点，因此是制备高温电子元件、高频大功率元件更为理想的材料。然而碳化硅的高硬度特性，却不易于切片、研磨或抛光等加工程序的进行，亦会对加工元件等刀具造成磨损。因此，如何提升高硬度半导体材料的加工效率及品质，实属当前重要研发课题之一。

实用新型内容

有鉴于上述习知技艺之问题，本实用新型之一目的就是在提供一种硬质材料加工装置及其系统，以提高加工速度、提升产能，并能减少加工元件的磨损。

为达前述目的，本实用新型提出一种硬质材料加工装置，适用于含有硬质材料之一待加工物，至少包含：一加热元件，该加热元件系对该待加工物进行一第一加热程序，将该待加工物加热至足以降低该待加工物之该硬质材料之硬度之一第一温度，借以于进行该第一加热程序时暂时性降低该待加工物之该硬质材料之该硬度；以及至少一第一加工元件，在该加热元件对该待加工物进行该第一加热程序时，该第一加工元件系同时对暂时性降低该硬质材料之该硬度之该待加工物进行一第一加工程序。

其中，该第一加工程序为切割、研磨及/或抛光程序。

其中，该第一加工元件系于一含油环境中对该待加工物进行该第一加工程序，该含油环境系含有可承受该第一温度之一耐高温油。

其中，该第一温度为大于摄氏100度。

其中，该待加工物之该硬质材料为碳化硅，且该第一加工元件对该待加工物进行该第一加工程序时，该加热元件系同时对该待加工物进行该第一加热程序，使得该硬质材料之该硬度暂时性降低至接近硅之硬度。

其中，该待加工物为碳化硅锭。

其中，该加热元件于该第一加热程序系接触式或非接触式加热该待加工物。

其中，该加热元件为射频加热元件或微波加热元件。

本实用新型另提出一种硬质材料加工系统，适用于含有硬质材料之一待加工物，至少包含：一加热元件，该加热元件系对该待加工物进行一第一加热程序及一第二加热程序，将该待加工物加热至足以降低该待加工物之该硬质材料之硬度之一第一温度，借以于进行该第一加热程序及该第二加热程序时暂时性降低该待加工物之该硬质材料之该硬度；至少一第一加工元件，在该加热元件对该待加工物进行该第一加热程序时，该第一加工元件系同时对暂时性降低该硬质材料之该硬度之该待加工物进行一第一加工程序；以及至少一第二加工元件，在该加热元件对该待加工物进行该第二加热程序时，该第二加工元件系同时对已经过该第一加工程序且暂时性降低该硬质材料之该硬度之该待加工物进行一第二加工程序。

本实用新型之硬质材料加工系统，更包含至少一清洁元件，在该待加工物经过该第一加工程序及/或该第二加工程序之后，该清洁元件系对该待加工物进行一清洁程序。

其中，该第一加工程序为切割程序，该第二加工程序为研磨及/或抛光程序。

其中，该第一加工元件及/或该第二加工元件系于一含油环境中对该待加工物进行该第一加工程序及/或该第二加工程序，该含油环境系含有可承受该第一温度之一耐高温油。

其中，该第一温度为大于摄氏100度。

其中，该待加工物之该硬质材料为碳化硅，且该第一加工元件及/或该第二加工元件对该待加工物进行该第一加工程序及/或该第二加工程序时，该加热元件系同时对该待加工物进行该第一加热程序及/或该第二加热程序，使得该硬质材料之该硬度暂时性降低至接近硅之硬度。

其中，该待加工物为碳化硅锭。

其中，该加热元件于该第一加热程序及/或该第二加热程序系接触式或非接触式加热该待加工物。

其中，该加热元件为射频加热元件或微波加热元件。

承上所述，依本实用新型之硬质材料加工装置及其系统，其可具有一或多个下述优点：

(1)借由对待加工物进行加热，以降低待加工物中硬质材料的硬度，因此有利于加工元件进行切割、研磨及/或抛光等程序，可以提高加工速度、提升产能，并能减少加工元件的磨耗。

(2)传统切割方式在完成后需再进行回火(加热)，以减少应力(stress)。而本实用新型可不需再次回火，可以减少操作程序及时间成本。

(3)以相同刀具为例，本实用新型在单位时间的产出量大于传统技术。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型之硬质材料加工装置之第一实施例之示意图。

图2为本实用新型之硬质材料加工装置之第二实施例之示意图。

图3为本实用新型之硬质材料加工装置之第三实施例之示意图。

图4为本实用新型之硬质材料加工装置之第四实施例之示意图。

图5为本实用新型之硬质材料加工系统之加工流程图。

附图标记说明：

10：线锯切割机

20：研磨抛光机

30：射频加热元件

40：承载件

50：抽气装置

60：润滑剂

100：碳化硅锭

102：碳化硅切片

200：含油环境

S10：切割程序

S21、S22、S23：清洁程序

S30：研磨程序

S40：抛光程序

具体实施方式

为利了解本实用新型之技术特征、内容与优点及其所能达成之功效，兹将本实用新型配合图式，并以实施例之表达形式详细说明如下，而其中所使用之图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本实用新型实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之图式的比例与配置关系解读、局限本实用新型于实际实施上的权利范围。此外，为使便于理解，下述实施例中的相同元件系以相同的符号标示来说明。

另外，在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本实用新型的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本实用新型的描述上额外的引导。

关于本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

其次，在本文中如使用用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本实用新型之硬质材料加工装置，适用于含有硬质材料之一待加工物，至少包含：一加热元件，加热元件系对待加工物进行一第一加热程序，将待加工物加热至足以降低待加工物之硬质材料之硬度之一第一温度，借以于进行第一加热程序时暂时性降低待加工物之硬质材料之硬度；以及至少一第一加工元件，在加热元件对待加工物进行第一加热程序时，第一加工元件系同时对暂时性降低硬质材料之硬度之待加工物进行一第一加工程序。本实用新型中的硬质材料可例如为碳化硅，本实用新型中的待加工物可例如为碳化硅锭(SIC Ingot)100，但不限定于此。

第一加工元件可例如为线锯切割机(Wire-saw slicing machine)、研磨机(Grinding machine)或是抛光机(Polishing machine)。第一加工程序则可例如为切割、研磨及/或抛光程序。加热元件可例如为射频(Radio Frequency， RF)加热元件或微波加热元件，频率例如为1KHz至10GHz。本实用新型之加热元件系用以对待加工物进行加热，故本实用新型虽以射频加热元件或微波加热元件为例，但本实用新型并不局限于上述举例。换言之，任何加热元件只要能够对待加工物进行加热，均可适用于本实用新型。如图1所示，以射频加热元件30为例，本实用新型透过射频加热元件30来加热碳化硅锭100，可以让碳化硅锭100的硬度降低，因此本实用新型可以更容易地对碳化硅锭100进行加工处理，例如再借由线锯切割机10来将碳化硅锭100切割成碳化硅切片102(第一加工程序)，可以更轻易地进行切割程序。其中，碳化硅锭100可例如为圆柱形，但不限定于此。此外，本实用新型虽较佳为让碳化硅锭100的硬度降低至接近硅(Si)之硬度，惟只要能够使得碳化硅锭100的硬度降低，均有助于后续加工程序之进行。举例而言，当碳化硅锭100被加热至摄氏200度时，其硬度值仍约为25GPa，但是当碳化硅锭100被加热至摄氏350度时，其硬度值已降至约21.5GPa，且当碳化硅锭100被加热至摄氏500度时，其硬度值仅剩约15GPa。同理，若碳化硅锭100被加热至摄氏600度时，则碳化硅锭100的硬度(14Gpa)降低至接近或相同于硅的硬度(14Gpa)，因此第一加工元件可采用相同于对硅锭进行加工程序之加工元件，借以对碳化硅锭100进行第一加工程序。

另外，第一加工元件也可于含油环境200中对待加工物(即碳化硅锭100)进行第一加工程序，含油环境200系含有可承受第一温度之一耐高温油，且系例如为装填有前述之耐高温油之槽体。第一温度为大于摄氏100度，第一温度较佳介于摄氏200度至900度之间，但不限定于此。如图2所示，可以将碳化硅锭 100部分或全部置放于含油环境200中，较佳为将碳化硅锭100全部浸泡于含油环境200中，并透过射频加热元件30来加热碳化硅锭100，使得碳化硅锭100的硬度降低。其中，射频加热元件30可采用市面常见之射频加热元件，只要能够对待加工物进行加热均适用于本实用新型，故本实用新型并不局限于特定厂牌或型号之射频加热元件。接着再借由线锯切割机10来将已降低硬度的碳化硅锭 100切割成碳化硅切片102(第一加工程序)，借此可以使切割程序能够更轻易地进行。其中，线锯切割机10同样可采用市面常见之线锯切割机，只要能够对待加工物进行切割均适用于本实用新型，故本实用新型并不局限于特定厂牌或型号之线锯切割机。而且，由于切割碳化硅锭100之切割机台属习知技术且非本实用新型之技术重点所在，故此处不另赘述。上述含油环境200中可例如含有氟系之油品，其可承受上述加热元件对待加工物所进行之第一加热程序，且具有工作温度范围大、出色的耐极端高温性能、耐化学腐蚀性能、宽广的材料相容性、非凡的电绝缘性能、出色的成膜、承载能力和润滑性能等特性，用以提供润滑及均匀加热的作用。上述之含有氟系之油品例如为氟素油 (Per-Fluorinated Poly Ethers，PFPE)，其分子结构例如由三种成分组成：碳(Carbon)21.6％、氧(Oxygen)9.4％、氟(Fluorine)69.0％。惟，上述含有氟系之油品虽以氟素油为例且虽以上述成分组成比例为例，惟本实用新型不限于此，只要含油环境200中的油品可耐高温，即可适用于本实用新型中。

第一加工程序除了前述的切割程序外，也可以是研磨及/或抛光程序。易言之，本实用新型不局限于先进行切割程序之后，再接续进行研磨及/或抛光程序。依据实际制程需求，本实用新型也可以不对待加工物进行切割程序，而是只进行研磨及/或抛光程序。如同前述之理由，本实用新型之研磨及/或抛光程序也可采用市面常见之研磨机及/或抛光机，例如化学机械研磨机(CMP)，只要能够对待加工物进行研磨及/或抛光均适用于本实用新型，故本实用新型并不局限于特定厂牌或型号之研磨机及/或抛光机。而且，由于研磨及/或抛光碳化硅锭100之研磨及/或抛光机台属习知技术且非本实用新型之技术重点所在，故此处不另赘述。举例来说，如图3所示，可以将图1的切割程序后所得之碳化硅切片102，置于承载件40上。承载件40可例如是具有孔洞的陶瓷板，因此可以透过抽气装置50(例如抽气帮浦)，来将碳化硅切片102固定在承载件40上，以便进行后续的研磨及/或抛光程序。并且，透过射频加热元件30来加热碳化硅切片102，可以让碳化硅切片102的硬度降低，因此有利于研磨抛光机20来对碳化硅切片102进行研磨及/或抛光程序。图3中的射频加热元件30以置于承载件40下方为例，但不限定于此。射频加热元件30也可以设置于其他适当之位置，以便于对碳化硅切片102进行加热以降低其硬度。另外，在进行研磨及/或抛光程序时，也可使用润滑剂60。润滑剂60可例如为任何含有氟系之油品，用以提供润滑及均匀加热的作用。

另外，如图4所示，本实用新型也可以于含油环境200中对碳化硅切片102 进行研磨及/或抛光程序。含油环境200系含有可承受第一温度之一耐高温油。第一温度为大于摄氏100度，第一温度较佳介于摄氏200度至900度之间，但不限定于此。举例而言，本实用新型可将碳化硅切片102部分或全部置放于含油环境200中，较佳为将碳化硅切片102全部浸泡于含油环境200中，并透过射频加热元件30来加热碳化硅切片102，使得碳化硅切片102的硬度降低。接着再借由研磨抛光机20来对已降低硬度的碳化硅切片102进行研磨及/或抛光程序。如同前述，碳化硅切片102的硬度降低幅度并无特别限定。惟，若碳化硅切片102 的硬度降低至接近或相同于硅的硬度，则本实用新型之研磨抛光机20可为相同于对硅片进行研磨及/或抛光程序之研磨及/或抛光机。图4中的射频加热元件 30以置于含油环境200外为例，但不限定于此。射频加热元件30也可以设置于其他适当之位置，以便于对碳化硅切片102进行加热以降低其硬度。

在本实用新型中，加热元件于第一加热程序可以是接触式或非接触式加热待加工物。举例来说，射频加热元件30在对碳化硅锭100或是碳化硅切片102进行加热时，可以是透过直接接触碳化硅锭100或碳化硅切片102来进行加热，或者是透过间接方式，例如透过含油环境200来对碳化硅锭100或碳化硅切片102 进行加热。由于本实用新型所属技术领域中具有通常知识者依据本实用新型之揭示内容，应当可清楚得知如何将射频加热元件30摆置于含油环境200的外部或内部，且可清楚得知如何透过直接接触或间接方式对碳化硅锭100或碳化硅切片102进行热，故此处不再赘述。

本实用新型另提出一种硬质材料加工系统，其系例如由多个前述之硬质材料加工装置组成以分别进行多个前述之加工程序，或者由单一个前述之硬质材料加工装置组成以分别进行多个前述之加工程序。本实用新型之硬质材料加工系统适用于加工处理含有硬质材料之一待加工物，至少包含：一加热元件，加热元件系对待加工物进行一第一加热程序及一第二加热程序，将待加工物加热至足以降低待加工物之硬质材料之硬度之一第一温度，借以于进行第一加热程序及第二加热程序时暂时性降低待加工物之硬质材料之硬度；至少一第一加工元件，在加热元件对待加工物进行第一加热程序时，第一加工元件系同时对暂时性降低硬质材料之硬度之待加工物进行一第一加工程序；以及至少一第二加工元件，在加热元件对待加工物进行第二加热程序时，第二加工元件系同时对已经过第一加工程序且暂时性降低硬质材料之硬度之待加工物进行一第二加工程序。其中，第一加工程序可例如为切割程序，且可透过如前述线锯切割机 10来进行切割程序。而第二加工程序可例如为研磨及/或抛光程序，且可透过如前述研磨抛光机20来进行研磨及/或抛光程序。

第一加热程序及第二加热程序，可以由同一加热元件，或不同的加热元件所进行。举例来说，可以使用射频加热元件30来进行第一加热程序及第二加热程序。另外，射频加热元件30可以置于一固定空间(例如前述的含油环境200) 的内部或外部，且在此含油环境200中可以先进行切割程序且接着进行研磨及/ 或抛光程序。或者，两射频加热元件30可以分别置于不同的位置，因此在进行切割程序先由其中一射频加热元件30进行加热，并在完成切割程序后，可移送至另一位置(在移送过程中可选择性地进行清洁程序)，以使用另一射频加热元件30来进行加热。前述的射频加热元件30也可以视实际需求，以微波加热元件作替换使用。

另外，本实用新型之硬质材料加工系统，更可以包含至少一清洁元件(图中未绘示)，在待加工物经过第一加工程序及/或第二加工程序之后，清洁元件系对待加工物进行一清洁程序。如图5所示，在进行切割程序S10后，可以使用清洁元件对待加工物进行清洁程序S21，随后进行研磨程序S30及清洁程序S22，接着再进行抛光程序S40及清洁程序S23。切割程序S10可采用图1或图2的方式来进行，但不限定于此。而研磨程序S30及抛光程序S40可采用图3或图4的方式来进行，且同样不限定于此。透过进行清洁程序，可以将前次程序残留于待加工物上的物质清洗干净，以便进行次一程序。其中，清洁程序中可使用电浆来进行清洗，或者也可使用一般去油酯的有机溶剂，例如丙酮，来进行清洁程序。本实用新型之清洁程序系用以对待加工物进行清洁，故本实用新型虽以电浆或有机溶剂为例，但本实用新型并不局限于上述举例。换言之，任何清洁程序只要能够对待加工物进行清洁，均可适用于本实用新型。而且，本实用新型所属技术领域中具有通常知识者依据本实用新型之揭示内容，应当可清楚得知如何对待加工物进行清洁，故此处不再赘述。

综上所述，本实用新型之硬质材料加工装置及其系统，其可具有一或多个下述优点：(1)借由对待加工物进行加热，以降低待加工物中硬质材料的硬度，因此有利于加工元件进行切割、研磨及/或抛光等程序，可以提高加工速度、提升产能，并能减少加工元件的磨耗。(2)传统切割方式在完成后需再进行回火(加热)，以减少应力(stress)。而本实用新型可不需再次回火，可以减少操作程序及时间成本。(3)以相同刀具为例，本实用新型在单位时间的产出量大于传统技术。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本实用新型之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种硬质材料加工装置，适用于含有硬质材料之一待加工物，其特征在于，至少包含：

一加热元件，该加热元件系对该待加工物进行一第一加热程序，将该待加工物加热至足以降低该待加工物之该硬质材料之硬度之一第一温度，借以于进行该第一加热程序时暂时性降低该待加工物之该硬质材料之该硬度；以及

至少一第一加工元件，在该加热元件对该待加工物进行该第一加热程序时，该第一加工元件系同时对暂时性降低该硬质材料之该硬度之该待加工物进行一第一加工程序。

2.如权利要求1所述的硬质材料加工装置，其特征在于，其中该第一加工程序为切割、研磨和/或抛光程序。

3.如权利要求1所述的硬质材料加工装置，其特征在于，该第一加工元件系于一含油环境中对该待加工物进行该第一加工程序，该含油环境系含有可承受该第一温度之一耐高温油。

4.如权利要求1所述的硬质材料加工装置，其特征在于，其中该第一温度为大于摄氏100度。

5.如权利要求1、2、3或4所述的硬质材料加工装置，其特征在于，其中该待加工物之该硬质材料为碳化硅，且该第一加工元件对该待加工物进行该第一加工程序时，该加热元件系同时对该待加工物进行该第一加热程序，使得该硬质材料之该硬度暂时性降低至接近硅之硬度。

6.如权利要求5所述的硬质材料加工装置，其特征在于，其中该待加工物为碳化硅锭。

7.如权利要求1所述的硬质材料加工装置，其特征在于，其中该加热元件于该第一加热程序系接触式或非接触式加热该待加工物。

8.如权利要求1所述的硬质材料加工装置，其特征在于，其中该加热元件为射频加热元件或微波加热元件。

9.一种硬质材料加工系统，适用于含有硬质材料之一待加工物，其特征在于，至少包含：

一加热元件，该加热元件系对该待加工物进行一第一加热程序及一第二加热程序，将该待加工物加热至足以降低该待加工物之该硬质材料之硬度之一第一温度，借以于进行该第一加热程序及该第二加热程序时暂时性降低该待加工物之该硬质材料之该硬度；

至少一第一加工元件，在该加热元件对该待加工物进行该第一加热程序时，该第一加工元件系同时对暂时性降低该硬质材料之该硬度之该待加工物进行一第一加工程序；以及

至少一第二加工元件，在该加热元件对该待加工物进行该第二加热程序时，该第二加工元件系同时对已经过该第一加工程序且暂时性降低该硬质材料之该硬度之该待加工物进行一第二加工程序。

10.如权利要求9所述之硬质材料加工系统，其特征在于，还包含至少一清洁元件，在该待加工物经过该第一加工程序和/或该第二加工程序之后，该清洁元件系对该待加工物进行一清洁程序。

11.如权利要求9所述之硬质材料加工系统，其特征在于，其中该第一加工程序为切割程序，该第二加工程序为研磨和/或抛光程序。

12.如权利要求9所述之硬质材料加工系统，其特征在于，其中该第一加工元件和/或该第二加工元件系于一含油环境中对该待加工物进行该第一加工程序和/或该第二加工程序，该含油环境系含有可承受该第一温度之一耐高温油。

13.如权利要求9所述之硬质材料加工系统，其特征在于，其中该第一温度为大于摄氏100度。

14.如权利要求9、10、11、12或13所述之硬质材料加工系统，其特征在于，其中该待加工物之该硬质材料为碳化硅，且该第一加工元件和/或该第二加工元件对该待加工物进行该第一加工程序和/或该第二加工程序时，该加热元件系同时对该待加工物进行该第一加热程序和/或该第二加热程序，使得该硬质材料之该硬度暂时性降低至接近硅之硬度。

15.如权利要求14所述之硬质材料加工系统，其特征在于，其中该待加工物为碳化硅锭。

16.如权利要求9所述之硬质材料加工系统，其特征在于，其中该加热元件于该第一加热程序和/或该第二加热程序系接触式或非接触式加热该待加工物。

17.如权利要求9所述硬质材料加工系统，其特征在于，其中该加热元件为射频加热元件或微波加热元件。

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