CN218928267U - 一种用于硅单晶棒连续取样的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于硅单晶棒连续取样的装置。该装置包括设置在基座上的三个导轮，其中，第一导轮为主动切割轮，提供切割工件时导轮转动的动力；第二导轮为从动切割导轮；第三导轮为张力调节导轮，连接重力压块和压力传感器，为加工工件的金刚砂线提供所需的张力；各导轮具有多线槽环形线锯导轮结构，包括金属导轮以及导轮涂覆层，在涂覆层沿圆周开设有多个开槽，在各导轮的对应的开槽内分别布置有金刚砂线，各金刚砂线之间以非平行的方式布置。针对不规则原生硅单晶棒，能够实现在截断硅棒的同时连续截取两片以上的样片。

Description

一种用于硅单晶棒连续取样的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于硅单晶棒连续取样的装置，可以实现直径不规则的原生单晶棒样片的连续截取，属于半导体直拉硅单晶棒切割领域。

背景技术

直拉硅单晶拉制完成后，首先需要将单晶硅棒切割成一定长度的单晶段，然后在每段单晶段两端截取测试样片进行检测。半导体硅单晶要求的测试项目较多，不可能在一片上完成所有项目的检测，样片数量通常要达到两片以上。常见的截断设备有金刚石带锯截断机和金刚砂线截断机的形式，金刚石带锯截断机相比金刚砂线截断机原料消耗大，效率低，逐渐被金刚砂线截断机所替代。金刚砂线截断机又分为单刀头金刚砂线截断机和多刀头金刚砂线截断机，多刀头截断设备加工自动化程度高，可实现单晶棒批量截断，但是多刀头设备并不能同时实现取样功能。如果要截取样片需要在单晶棒截断后再用专门的机器再取样，这样以来加工效率大大降低同时需要更多原料消耗也增加了生产成本。所以多刀头的截断机多用于取样数量要求不高的太阳能硅单晶截断领域，而在需要截取样片数量要求较多的半导体硅单晶领域，多刀头设备反而没有单刀头截断设备因为取样灵活而应用更广泛。单刀头截断设备虽然应用灵活，但是一次只能切割一刀，截断和取样也是分别进行的，单晶段切割完成后再依次取样，一次只能截取一个硅片，取样效率也很低。

现有最新的技术方案是在多刀头截断机通过多个导轮实现两根平行的金刚砂线，这样可以实现截断同时实现一片样片的截取，而单刀头截断机只有一根金刚砂线只能一次截断一刀。现有技术的不足之处在于如下两个方面：一是在单晶棒截断同时只能取一个样片，如果增加样片数量导轮结构就会极为复杂很难实现。二是一次截取一个样片采用上述平行结构的金刚砂线截取规则形状单晶棒是可行的，同时截取两个及以上样片时，金刚砂线平行设置对于不规则形状的原生单晶棒很容易出现一根线切断完毕另外一根线还没有切断，造成样片不完整。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于硅单晶棒连续取样的装置，针对不规则原生硅单晶棒，在截断硅棒的同时连续截取两片以上的样片，有效提升硅单晶的取样效率。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于硅单晶棒连续取样的装置，包括设置在基座上的三个导轮，其中，第一导轮为主动切割轮，提供切割工件时导轮转动的动力；第二导轮为从动切割导轮；第三导轮为张力调节导轮，连接重力压块和压力传感器，为加工工件的金刚砂线提供所需的张力；

各导轮具有多线槽环形线锯导轮结构，包括金属导轮以及导轮涂覆层，在涂覆层沿圆周开设有多个开槽，在各导轮的对应的开槽内分别布置有金刚砂线，各金刚砂线之间以非平行的方式布置。

进一步地，各导轮在其涂覆层上开设的开槽的数量分别为3个以上，开槽的角度相同，开槽深度不同，优选为多个开槽的深度依次增加，相邻两个开槽的深度差为0.5～1mm。

进一步地，相邻两个开槽之间的间隔距离即槽间距根据样片的厚度调整，优选为1～2mm。

进一步地，各导轮的涂覆层厚度分别为10～30mm，开槽数量为3时，切割槽使用寿命控制在100刀以内；开槽数量大于3时，切割槽使用寿命控制在60刀以内。

进一步地，所述金刚砂线选用母线线径为0.4～0.5mm的金刚砂线，切割张力采用所述金刚砂线破断力的60-70％。

本实用新型的优点在于：

根据本实用新型的装置，采用三根及以上的金刚砂线，能够在实现单晶棒截断作业的同时实现2个以上样片的截取。金刚砂线采取非平行布局方式使得不规则外形的原生单晶连续取样的实现成为可能，克服了切割线平行设置时切割不规则原生单晶时出现样片不完整的缺点。

本实用新型的装置能够在保证样片质量同时节省运转时间，提高了加工效率和设备产能，降低了固定资产和人工成本的投入，从而实现了降成本、增效的目标，为半导体硅单晶截断取样提供高效率、低成本的金刚砂线截断取样方法。

附图说明

图1为本实用新型的装置中的导轮的主视图。

图2为本实用新型的装置中的导轮的侧视图。

图3为图2中导轮开槽位置A处的放大图。

图4为本实用新型的装置中各导轮的布局结构示意图。

图5为金刚砂线组切割单晶棒时的侧视图。

图6为显示金刚砂线组切割单晶棒时导轮与单晶棒的位置关系的俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型进行详细说明。所举的实施方式只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的用于硅单晶棒连续取样的装置，具有特定的导轮结构，如图1、2所示，该导轮结构为多线槽环形线锯导轮结构，包括金属导轮1以及导轮涂覆层2，该涂覆层的材质为聚乙烯，在导轮涂覆层2沿圆周开多个槽，槽间距根据样片厚度调整，开槽角度相同，开槽深度不同。

本实用新型中的导轮结构采用多线槽切割导轮线槽方式，开槽数量要求>2个，即为3个以上，相邻开槽之间的间隔为1～2mm。导轮涂覆层的厚度为10～30mm，开槽数量为3时，开槽的使用寿命控制在100刀以内，开槽数量大于3时，开槽的使用寿命控制在60刀以内。

作为本实用新型的一个实施方式，如图3所示，每个导轮的涂覆层上均分别具有三个槽21、22、23，三个槽的开槽深度依次增加。相邻两个开槽之间的槽深度差异为0.5～1mm。加工工件时槽内布置金刚砂线，各金刚砂线以非平行的布局方式布置。金刚砂线选用母线线径为0.4～0.5mm，切割张力采用金刚砂线破断力的60-70％。

单刀头金刚砂线截断机进行截断加工时基座总共使用三个导轮，如图4所示框架式分布，三个导轮安装在截断机的基座之上，基座固定在设备机架上。三个导轮可以实现不同的组件功能，导轮11和导轮12为两个切割导轮，两个切割导轮的结构相同，并分别布置在基座下端两侧，两个切割导轮之间间隔有一定距离，距离的大小可根据加工硅棒的直径不同进行调整。导轮11和导轮12中的一个导轮与设备电机连接，为主动切割轮，可以提供切割工件时导轮转动的动力，另外一个导轮为从动切割轮。导轮13为张力调节导轮，也是从动导轮，导轮13外连接重力压块和压力传感器，可以为加工工件的金刚砂线提供所需的张力。

如图6所示，各导轮上的开槽数量分别为3个，三根金刚砂线从内到外依次安装在导轮的三个开槽里，由于三个开槽深度不同使三根金刚砂线形成高度差，三根金刚砂线相对于硅单晶棒表面，从硅单晶棒3的截断面31一侧到样片截取面32一侧依次升高，并且三根金刚砂线的布置形式为非平行布局。如图5所示，设备工作时，三根金刚砂线形成金刚砂线组4，主动切割轮转动带动金刚砂线移动，并随基座的上下移动实现对硅晶棒的切割加工。

如图5、图6所示，截取样片时，金刚砂线组与截断单晶轴向垂直，金刚砂线组随基座下移接触单晶径向表面，三根金刚砂线依次接触硅单晶棒表面，切割完成时再依次离开硅棒。具体过程是：首先接触的第一根金刚砂线向下切割形成截断面，随着基座下移第二和第三根金刚砂线依次接触单晶表面，切割完成时，第一根金刚砂线首先脱离单晶体完成棒体截断(形成所谓的截断面31)，随后第二根金刚砂线脱离单晶体完成第一个样片的截取(形成所谓的样片截取面32)，继而第三根金刚砂线脱离单晶体完成第二个样片的截取。

采用本实用新型的装置进行硅单晶棒的连续取样的具体过程包括以下步骤：(1)多线槽切割导轮线槽方式选择；(2)切割导轮涂覆材质及金刚砂线规格的选择；(3)金刚砂线非平行设置的方式布置；(4)调整导轮与需要截断取样硅单晶棒位置；(5)切割工艺条件的设定，如表1所示。以上五个步骤共同实现单晶截断和样片截取工作。截断样片依顺序非同时完成截断，在截断单晶的同时可以截取两个以上的样片，单刀产能提升2倍以上，样片截取工作效率提高的同时单位耗能、人工成本都大大降低。

表1参数设置表

Claims (6)

1.一种用于硅单晶棒连续取样的装置，其特征在于，包括设置在基座上的三个导轮，其中，第一导轮为主动切割轮，提供切割工件时导轮转动的动力；第二导轮为从动切割导轮；第三导轮为张力调节导轮，连接重力压块和压力传感器，为加工工件的金刚砂线提供所需的张力；

各导轮具有多线槽环形线锯导轮结构，包括金属导轮以及导轮涂覆层，在涂覆层沿圆周开设有多个开槽，在各导轮的对应的开槽内分别布置有金刚砂线，各金刚砂线之间以非平行的方式布置。

2.根据权利要求1所述的用于硅单晶棒连续取样的装置，其特征在于，各导轮在其涂覆层上开设的开槽的数量分别为3个以上，开槽的角度相同，开槽深度不同。

3.根据权利要求2所述的用于硅单晶棒连续取样的装置，其特征在于，多个开槽的深度依次增加，相邻两个开槽的深度差为0.5～1mm。

4.根据权利要求1所述的用于硅单晶棒连续取样的装置，其特征在于，相邻两个开槽之间的间隔距离为1～2mm。

5.根据权利要求1所述的用于硅单晶棒连续取样的装置，其特征在于，各导轮的涂覆层厚度分别为10～30mm。

6.根据权利要求1所述的用于硅单晶棒连续取样的装置，其特征在于，所述金刚砂线选用母线线径为0.4～0.5mm的金刚砂线，切割张力采用所述金刚砂线破断力的60-70％。

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