一种在线监测的晶体切割装置及切割方法与流程

本发明属于半导体材料加工，涉及多线切割加工，具体涉及一种在线监测的晶体切割装置及切割方法。

背景技术：

1、切割技术因其所切晶片具有小的总厚度变化、弯曲度和翘曲度及浅的表面损伤层，在半导体加工领域中具备广泛地应用，尤其是用于硅、陶瓷、碳化硅等硬脆材料的切割。专利cn 113979629a公开了一种超薄浮法玻璃的在线切割装置及其切割方法，红外热像仪作为一种测温的方式，通过测得的温度来调整烧边喷枪的喷火温度。专利cn 112264835a公开了一种低温冷却的含能材料的切削方法，通过红外成像设备监测切削过程中的温度。专利cn 111189547b公开了一种可替代铣削刀具测温的装置方法，通过红外热像仪测量温度、风速仪测量风速，来计算对流换热系数，进一步确定切削刀的温度。

2、但目前的加工技术存在如下问题：(1)因碳化硅(莫氏硬度9.5级)、蓝宝石(9级)等材料硬度较高，仅次于金刚石，导致其线切割加工周期较长，整个加工过程无法实时监测，一旦产品因加工出现质量问题，整个加工批次的产品都不合格，导致加工效率低、产品良率可控性差；(2)一旦产品检验时发现问题，无法有效溯源，更无法尽快阻止后续加工出现同样问题；(3)加工周期长，加工状态实时反馈不足影响工艺控制能力和效果。因此，当前缺乏一种能够实时监测加工过程情况、研究工艺参数的调整对切割效率影响的设备及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，结合发明人的上述分析和发现的内容，本发明的目的之一在于提供一种可实时监测加工过程、提高切割效率和晶体品质的在线监测的晶体切割装置及切割的方法。

2、本发明的一方面提供了一种在线监测的晶体切割装置，包括：：

3、工件机构，所述工件机构用于固定所述待切割晶体；

4、切割线机构，所述切割线机构设置于所述工件机构的下方，所述切割线机构与所述工件机构能够相对运动，以使得所述切割线机构切割所述待切割晶体；

5、切割液机构，所述切割液机构包括切割液和传输组件，所述传输组件用于向所述切割线机构传输切割液；

6、测温机构，所述测温机构包括温度探测器，所述温度探测器设置在所述工件机构的轴线方向和/或外周方向，用于获得所述待切割晶体在切割部位处的温场信息。

7、可选地，所述切割线机构包括切割线、第一槽轮和第二槽轮，所述切割线在所述第一槽轮和第二槽轮之间形成平行的线网。

8、可选地，所述切割液机构包括冷却槽、喷嘴和过滤收集组件；

9、所述冷却槽设置在所述切割线机构的下方，并用于容纳所述切割液，所述过滤收集组件用于过滤所述冷却槽内的切割液，并将所述切割液运输至所述喷嘴内，所述喷嘴流出的切割液能够流动至所述线网的上。

10、可选地，所述工件机构包括工装和动力组件，所述工装用于固定所述待切割晶体，所述动力组件带动所述工装向所述切割线机构运动，以使得切割线机构切割所述待切割晶体。

11、可选地，所述温度探测器至少为一个，每个所述温度探测器用于探测至少一个切割部位处的温场信息。

12、可选地，所述测温机构还包括数据比对模块和中央控制系统，所述数据比对模块根据所述温度探测器探测的温场信息与预设定的温场信息进行比对，所述中央控制系统根据所述数据比对模块的比对结果，即时反馈与调整工艺参数。

13、本发明的又一方面提供了一种在线监测的晶体切割装置的切割方法，包括以下步骤：

14、s1、所述工件机构固定所述待切割晶体，确定工艺参数，所述工艺参数包括切割液温度、切割液流量、切割线速度、切割线张力和摆角；

15、s2、工件机构带动所述待切割晶体向所述切割线机构运动，所述传输组件向所述切割线机构传输所述切割液，所述切割线机构切割所述待切割晶体；

16、s3、所述温度探测器用于探测所述待切割晶体切割部位处的温度；

17、s4、通过所述温度探测器探测的温度，对s1中的工艺参数进行调整。

18、可选地，所述切割线机构包括切割线、第一槽轮和第二槽轮，所述切割线在所述第一槽轮和第二槽轮之间形成平行的线网，所述工艺参数包括切割线速度和切割线张力；

19、所述切割线速度为10～30m/s，线张力为10～45n。

20、可选地，所述切割液包括冷却液和辅料，所述辅料包括磨料、分散剂和表面活性剂；辅料的质量浓度为5～25％；优选的，辅料的质量浓度为10～20％；

21、所述切割液流量为500～3000kg/h，温度为10～30℃，粘度为10～100mpa·s。

22、可选地，步骤s2中，所述工件机构包括工装和动力组件，所述工装固定所述待切割晶体，所述动力组件带动所述工装向所述切割线机构运动，运动速度为1～80μm/min；

23、优选的，所述工装能够带动所述待切割晶体相对于所述切割线机构摆动，所述工装相对于所述切割线机构摆动的摆角为0.5～5°。

24、可选地，所述温度探测器探测的温度异常时，对切割液温度、切割液流量、切割线速度、切割线张力和摆角的工艺参数进行调整。

25、例如，在切割过程中，线网温度接近待切晶体温度时，说明切割液冷却不足，可及时增加切割液流量，增加切割线速度或调整线张力来增强线网带液量，实现对待切晶体的及时冷却。可通过增大切割液流量、减小运动速度、提高切割线速度、降低切割线张力、缩小摆角中的一项或几项工艺参数进行调整。按对待切割晶体温度影响的大小，可通过优先减小运动速度和增大切割液流量，再通过提高切割线速度和降低切割线张力，再通过缩小摆角的顺序对工艺参数进行调整。

26、本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

27、1、本申请提供的在线监测的晶体切割装置中的测温机构通过温度传感器对切割部位的实时监测，能够获得切割过程中的温度分布，从而确定各工艺条件对温度的影响；

28、2、本申请提供的在线监测的晶体切割装置中的切割液机构与切割线机构相互配合，使切割液包裹线网，切割液能够在切割过程中既能够起到冷却的作用，又能够为线网提供切割力，在控制晶体切割部位温度的同时，提高对晶体的切割效率，适用于大批量生产切割晶体；

29、3、本申请提供的在线监测的晶体切割装置中的工件机构与切割线机构相对运动，从而使得切割线和切割液对待切割晶体进行切割，得到符合要求的晶片，提高产品良率可控性；

30、4、本申请提供的在线监测的晶体切割装置可对切割过程中的异常温度进行监测，出现问题及时报警，便于有效溯源，及时调整加工参数；

31、5、本申请提供的切割方法通过监测切割过程中的温度变化和检测切割片的面型，建立切割状态与温场分布之间的联系，进一步建立工艺参数、温场、切割效果三者之间的关系，进而能够通过切割区域的温场分布实时的对切割工况进行反馈，并且能够通过最终切割片的面型检测结果来对这一反馈进行验证。

技术特征：

1.一种在线监测的晶体切割装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的在线监测的晶体切割装置，其特征在于，所述切割线机构包括切割线、第一槽轮和第二槽轮，所述切割线在所述第一槽轮和第二槽轮之间形成平行的线网；所述切割液机构包括冷却槽、喷嘴和过滤收集组件，所述冷却槽设置在所述切割线机构的下方，并用于容纳所述切割液，所述过滤收集组件用于过滤所述冷却槽内的切割液，并将所述切割液运输至所述喷嘴内，所述喷嘴流出的切割液能够流动至所述线网上。

3.根据权利要求1所述的在线监测的晶体切割装置，其特征在于，所述工件机构包括工装和动力组件，所述工装用于固定所述待切割晶体，所述动力组件带动所述工装向所述切割线机构运动，以使得切割线机构切割所述待切割晶体。

4.根据权利要求1所述的在线监测的晶体切割装置，其特征在于，所述温度探测器至少为一个，每个所述温度探测器用于探测至少一个切割部位处的温场信息。

5.根据权利要求1所述的在线监测的晶体切割装置，其特征在于，所述测温机构还包括数据比对模块和中央控制系统，所述数据比对模块根据所述温度探测器探测的温场信息与预设定的温场信息进行比对，所述中央控制系统根据所述数据比对模块的比对结果，即时反馈与调整工艺参数。

6.一种使用如权利要求1～5中任意一项所述的在线监测的晶体切割装置的切割方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的切割方法，其特征在于，所述切割线机构包括切割线、第一槽轮和第二槽轮，所述切割线在所述第一槽轮和第二槽轮之间形成平行的线网，所述工艺参数包括切割线速度和切割线张力；

8.根据权利要求6所述的切割方法，其特征在于，所述切割液包括冷却液和辅料，所述辅料包括磨料、分散剂和表面活性剂；辅料的质量浓度为5～25％；优选的，辅料的质量浓度为10～20％；

9.根据权利要求6所述的切割方法，其特征在于，步骤s2中，所述工件机构包括工装和动力组件，所述工装固定所述待切割晶体，所述动力组件带动所述工装向所述切割线机构运动，运动速度为1～80μm/min；

10.根据权利要求6所述的切割方法，其特征在于，步骤s4中，所述温度探测器探测的温度偏离设定范围时，通过调整切割液流量、运动速度、切割线速度、切割线张力、摆角对工艺参数进行调节，以使温度恢复至设定范围。

技术总结
本发明提供了一种在线监测的晶体切割装置及切割方法，属于半导体材料加工技术领域。本发明一方面提供了一种在线监测的晶体切割装置包括：工件机构、切割线机构、切割液机构和测温机构，所述测温机构包括温度探测器，所述温度探测器设置在所述工件机构的轴线方向和/或外周方向，用于获得所述待切割晶体在切割部位处的温场信息，本发明的在线监测的晶体切割装置可对切割过程中的异常温度进行监测，出现问题及时报警，便于有效溯源。另一方面本发明提供一种使用在线监测的晶体切割装置的切割方法，通过监测切割过程中的温度变化和检测切割片的面型，可及时调整加工参数。

技术研发人员：王旗,宋猛,舒天宇,隋晓明,彭红宇,杨恒,王凯,张林,石志强,王昆鹏,靳婉琪
受保护的技术使用者：上海天岳半导体材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12