一種將處理的單晶工件固定到加工設(shè)備的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種將單晶工件（1）固定到夾持裝置（2）上的方法，夾持裝置（2）包含一個(gè)用于在加工設(shè)備（6）上安裝夾持裝置（2）的裝置表面（4）；其特征在于該方法包括以下步驟：測(cè)量與工件表面（5）相關(guān)的所述單晶工件（1）的晶體方向；根據(jù)與所述工件表面（5）相關(guān)的所述單晶工件（1）的晶體方向，在夾持裝置（2）上形成一個(gè)夾持表面（3）以緊鄰地接納所述工件表面（5），從而限定與夾持裝置（2）的裝置表面（4）相關(guān)的單晶工件（1）的晶體方向；以及，將所述工件表面（5）粘到所述夾持表面（3）上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種將處理的單晶工件固定到加工設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將單晶工件固定到夾持裝置上的方法，夾持裝置包括安裝面，該安裝面用于將夾持裝置安裝在加工設(shè)備(例如切割設(shè)備)上，以使單晶工件可以在所述加工設(shè)備中精確地被處理。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明尤其涉及到用于切割晶體材料，例如藍(lán)寶石晶體，包含硅或者硼的晶體等等。在晶片工藝上，單晶工件(通常是錠、晶錠或者核心)被切成薄片用于進(jìn)一步的處理。
[0003]當(dāng)藍(lán)寶石晶體形成后，會(huì)存在一個(gè)晶錠:通過(guò)合成方式產(chǎn)生的單晶體錠。晶錠的晶體方向由X-射線衍射決定。一旦晶錠的外表面晶體方向和3D模型形成,核心(圓柱體)就以與已經(jīng)確定的晶體方向一致的方向從帶有空心鉆的晶錠鉆出。經(jīng)過(guò)鉆孔處理后，核心被研磨或被拋光。遺憾地，核心的機(jī)械(幾何)軸與晶體軸線方向的真實(shí)角度不在誤差范圍內(nèi)。
[0004]當(dāng)用線鋸切割晶體材料時(shí)，切削平面和晶體結(jié)構(gòu)的平面之間的角度是非常重要和關(guān)鍵的參數(shù)。挑選錯(cuò)誤的方向可能造成鋸線被推向一邊，進(jìn)而造成曲線切割。尤其是用于硅的外延生長(zhǎng)的藍(lán)寶石，切削平面必須十分平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，最理想的切割是在藍(lán)寶石晶體的M-平面的偏斜角0°到0.35°和藍(lán)寶石晶體的A-平面的偏斜角0°到0.2。進(jìn)行切割。
[0005]藍(lán)寶石是一種化學(xué)式為AL2O3 (即三氧化二鋁或氧化鋁)的結(jié)晶材料。沿著(不必須完全平行)C-平面切割藍(lán)寶石，可以形成用于生產(chǎn)LED的材料的外延生長(zhǎng)。
[0006]核心膠合在夾持裝置上，也稱(chēng)作犧牲盤(pán)，這也是在與支持盤(pán)膠合。在切割過(guò)程中，一般的定位如下:晶體在下，夾持裝置在上。在切割過(guò)程中，鋸線像弓一樣彎曲。這意味著，在切割過(guò)程的最后，犧牲板被鋸線切去，因此它的名字叫犧牲板。所以，夾持板形式的夾持裝置只能使用一次。
[0007]如上所述，藍(lán)寶石的應(yīng)用領(lǐng)域之一是在外延生長(zhǎng)，特別是用于生產(chǎn)的LED (發(fā)光二極管)。外延是指在單晶襯底上沉積單晶膜的方法。沉積的薄膜稱(chēng)作外延膜或者外延層。外延薄膜可以從液體或者氣體前體生長(zhǎng)。由于基板作為晶種，沉積薄膜具有與基板相同的晶格結(jié)構(gòu)和方向。這與其它的薄膜沉積方法不同，其他的沉積方法沉積多晶或非晶薄膜，甚至是在單晶襯底沉積。如果薄膜在組分相同的襯底上沉積，該過(guò)程被稱(chēng)為同質(zhì)外延，否則它被稱(chēng)為異質(zhì)外延。
[0008]在LED和半導(dǎo)體技術(shù)中，藍(lán)寶石作為外延薄膜的生長(zhǎng)襯底，例如硅，氮化鎵和(或)GalnN0對(duì)外延薄膜的生長(zhǎng)需要避免缺陷，那么襯底的表面方向和各晶體平面之間具有精確匹配是很重要的。因此，將藍(lán)寶石的核心切割成多個(gè)晶片的切割是與晶體平面平行的。然而，從晶體平面在一個(gè)特定的角度/方向的輕微偏差是可取的，這可優(yōu)化切割性能。與晶體方向相關(guān)的切割平面所需的方向也取決于基底膜組合。
[0009]下面介紹一些公知的用于在切割過(guò)程之前定向晶錠的方法。
[0010]JP10337695A公開(kāi)了一種從半導(dǎo)體單晶錠制造晶片的方法，半導(dǎo)體單晶錠附著于夾持裝置的夾持表面。然后，夾持裝置通過(guò)其安裝表面(即與支持表面相對(duì)的面)固定到安裝板(如圖5所示)。為了使與切削平面相關(guān)的單晶體的角度達(dá)到預(yù)定的角度，安裝表面被通過(guò)研磨步驟(如圖3所示)調(diào)整。然而，夾持表面是單晶體及其晶體方向獨(dú)立的、標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形。因此，夾持面在任何時(shí)間都不能被操作。這種解決方案的缺點(diǎn)包括，夾持表面的形狀不能單獨(dú)地被調(diào)整到工件表面，以及其安裝表面在研磨步驟的過(guò)程中被改變，這可能會(huì)對(duì)與安裝板相關(guān)的形狀配合連接造成不良影響。這兩個(gè)方面可能會(huì)導(dǎo)致與切削平面相關(guān)的晶軸明顯失調(diào)。
[0011]US2006032430A1公開(kāi)了一種測(cè)量、定位和固定普通支撐物上的單晶體的方法。當(dāng)鋸切時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)安排輔助支撐物，使在順向送料方向上確定晶軸的方向產(chǎn)生效果。這個(gè)程序是復(fù)雜的，因?yàn)檩o助支撐物必須以適當(dāng)?shù)姆绞桨惭b在普通支撐物和單晶體上，這導(dǎo)致不期望的機(jī)械位移。而且，當(dāng)晶軸脫離切削平面時(shí)，只能在一個(gè)維度上進(jìn)行補(bǔ)償。因此，這種方法不能解決獨(dú)自地獲得與切割方向或切割面相關(guān)的正確的晶軸三維準(zhǔn)線的問(wèn)題。
[0012]DE2752925A1公開(kāi)了一種復(fù)雜的裝置，該裝置用于矯正與平面支持裝置(二維支持面)相關(guān)的工件的晶軸。所述支持面保持不變。隨后，工件膠合到支持裝置。它的缺點(diǎn)是矯正裝置復(fù)雜以及膠合步驟中可能出現(xiàn)不希望的位移。
[0013]切割工件的其他方法和技術(shù)背景在EP1568457A1, JP2007118354A, US4819387A, US5720271A, US5839424A, US2004084042A1 和 TO2009028756A1 中有公開(kāi)。
[0014]平行于核心或者晶錠的長(zhǎng)軸的研磨平面標(biāo)記一定的方向。當(dāng)切割晶錠時(shí)，晶片將顯示沿著圓周的丟失數(shù)據(jù)段的標(biāo)記。
[0015]為了平面研磨，需要將晶錠安裝到支撐物上，從而使主軸線水平運(yùn)行。對(duì)于所謂的C型晶錠，主軸線是C-方向(圖4)。用于C型晶片的平面方向通常是A方向。因此，在初始階段，標(biāo)記A方向，然后將晶錠安裝到支撐物上，這樣標(biāo)記方向指向上面。
[0016]在這個(gè)位置，為了希望的平方向，測(cè)量和調(diào)整晶錠。安裝在支持物上的晶錠被送入研磨器后被返回重新檢查。如果標(biāo)記方向不在所希望的精確度范圍內(nèi)，可以改正調(diào)整和重復(fù)研磨步驟。當(dāng)使用個(gè)別研磨器改正系統(tǒng)偏差時(shí)，改正步驟的數(shù)量可以最小化。
[0017]上述方法的特征在于，為了獲得在鋸上的晶錠的正確準(zhǔn)線，相對(duì)地，通過(guò)使用研磨器形成晶錠的表面。
[0018]進(jìn)一步陳述關(guān)于將藍(lán)寶石核心膠合到支持板的在先技術(shù)。為了糾正任何晶軸和核心機(jī)械軸的角誤差，核心和支持板以某個(gè)角度膠合在一起。步驟一，膠施加于支持板。然后，核心在相對(duì)于盤(pán)子有一個(gè)角度的位置被夾持并且會(huì)測(cè)量出準(zhǔn)確的角度值。在上膠之前，通過(guò)X射線衍射測(cè)量晶軸和核心機(jī)械軸的角誤差。核心機(jī)械軸和支持板之間的角度是可以測(cè)量的。只要相對(duì)于支持板的核心機(jī)械軸在希望的角度之內(nèi)，核心機(jī)械軸和支持板之間的角度是可以糾正的。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以固定膠水。由于支持板和核心之間的角度，它們是膠水厚度不同的區(qū)域。
[0019]上述方法的特征在于通過(guò)試錯(cuò)膠合步驟來(lái)調(diào)整鋸的晶錠準(zhǔn)線。
[0020]另外一種已知的方法是基于核心堆積確定方向。核心通常小于300毫米以使一個(gè)以上的核心適于鋸裝置。使用堆積機(jī)(例如通過(guò)EFG Berlin生產(chǎn))用于建立大規(guī)模的具有單獨(dú)性和一貫性的定位核心組件。然后，將該組件膠合到適合支持的鋸裝置，以此作為一個(gè)切割整體。
[0021]堆積過(guò)程從標(biāo)記基準(zhǔn)方向開(kāi)始，基準(zhǔn)方向通常是傾向于C-型晶體的A-方向。在標(biāo)記方向時(shí)，塑料束粘到核心上，這樣可以提供足夠大的接觸面以便后續(xù)膠合。
[0022]和塑料束一起的核心被安裝在調(diào)節(jié)支持物上，該支持物與一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)相連。然后，進(jìn)行測(cè)量以及調(diào)整所需的方向。此后進(jìn)入一個(gè)新的階段以用于另一個(gè)核心。
[0023]每一個(gè)階段包括用于2〃一 10〃各種尺寸晶錠的環(huán)和適配器。12〃晶錠的安裝不需要使用適配器。對(duì)于晶錠方向的調(diào)整，有兩套螺釘用于每一個(gè)階段。該方向的變動(dòng)范圍大約是I一1.5度。
[0024]通常使用環(huán)氧樹(shù)脂將樣品膠合到支持板上。樹(shù)脂固化后，堆積的裝置可以被拆卸。然后所得到的組件可以被安裝在用于切割晶片的線鋸上。
[0025]上述方法的特征在于，在調(diào)整定位的膠合過(guò)程后，通過(guò)機(jī)械調(diào)整可移動(dòng)的支持物來(lái)實(shí)現(xiàn)校正鋸的晶錠準(zhǔn)線。
[0026]這些現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷。將核心(或晶錠)十分準(zhǔn)確地定位到支持板上是困難(通過(guò)EFG需要使用巨大的裝置)和繁瑣(該位置必須通過(guò)螺絲或類(lèi)似裝置來(lái)改變)的。當(dāng)膠固化時(shí)所需要的位置必須固定。這意味著，只要膠沒(méi)有固化，用于定位核心的定位裝置就不能使用。通過(guò)使用機(jī)器人手臂不能使核心被定位，因?yàn)闄C(jī)器人手臂不能長(zhǎng)時(shí)間的保持一個(gè)狀態(tài)。機(jī)器人手臂不得不一直再調(diào)整其狀態(tài)，這導(dǎo)致機(jī)器人手臂不適合膠合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本發(fā)明的目的是為了提供一種將至少一個(gè)單晶體工件固定到夾持裝置的新方法，該方法給予與夾持裝置相關(guān)的工件精確定位。該方法不需要現(xiàn)有技術(shù)中的定位裝置/調(diào)節(jié)支持物。該方法可靠、省時(shí)和省錢(qián)，并且可以提供一個(gè)有力的工件與夾持裝置的組件。該組件可以精準(zhǔn)地界定與加工機(jī)器相關(guān)的工件的晶體方向。
[0028]本發(fā)明的目的是通過(guò)權(quán)利要求1的前序特征部分所述的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，步驟如下:測(cè)量與工件表面相關(guān)的所述單晶工件的晶體方向；根據(jù)與所述工件表面相關(guān)的所述單晶工件的晶體方向，在夾持裝置上形成一個(gè)支持表面以緊鄰地接納所述工件表面，從而限定與夾持裝置的裝置表面相關(guān)的單晶工件的晶體方向；以及將所述工件表面粘到所述支持表面上。
[0029]從以下闡明的本發(fā)明方法步驟，顯而易見(jiàn)上述步驟是本發(fā)明的最優(yōu)選，例如如下順序:測(cè)量單晶工件的晶體方向，根據(jù)晶體方向在夾持裝置上形成一個(gè)夾持表面，將工件表面粘到所述夾持表面上。這給予各自的單晶體工件一個(gè)最佳的個(gè)性化適應(yīng)。
[0030]這樣形成的夾持表面，就可以獲得與安裝表面相關(guān)的所希望(或預(yù)先制定)的晶體方向。然后，當(dāng)工件適當(dāng)?shù)剜徑訆A持表面時(shí)，夾持表面確定與安裝表面相關(guān)的單晶體工件的晶體方向。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的解決方案，在夾持裝置上所形成的夾持表面用于接納核心的外表面。在成型步驟中，三維膠合模具產(chǎn)生于原料夾持盤(pán)?，F(xiàn)在，核心可以放置在夾持裝置上，這樣核心的表面與夾持裝置的夾持表面結(jié)合，并且不需要機(jī)械輔助工具固定夾持裝置與核心晶軸線之間的角就可以將核心膠粘到夾持裝置上。當(dāng)核心放置在夾持裝置并開(kāi)始與夾持裝置接觸時(shí)，晶軸線在所希望的方向延伸，夾持裝置上的夾持表面就形成了。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，相對(duì)于調(diào)整晶錠或者使用復(fù)雜結(jié)構(gòu)的定位裝置，夾持裝置的形成或者改編，均是更容易、省時(shí)和省錢(qián)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于夾持裝置的簡(jiǎn)單性和有效性，因?yàn)楫?dāng)固定工件時(shí)，夾持裝置不需要任何附加的定位裝置。由于夾持表面已經(jīng)具有在夾持裝置內(nèi)的“正確”方向，只須將工件放置在夾持表面上。術(shù)語(yǔ)“正確”方向是指當(dāng)工件鄰接夾持表面時(shí)，形成與安裝表面相關(guān)的所希望的晶體方向。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，特別是JP10337695A，不是操作安裝表面，而是根據(jù)與工件表面相關(guān)的工件的晶體方向形成用于接納工件的夾持表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比它的優(yōu)點(diǎn)在于，夾持表面的形狀分別適合于通常不是完美圓柱體的工件表面。
[0034]此外,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這樣的夾持表面可以適應(yīng)工件表面，夾持表面僅局部地接觸工件，例如，通過(guò)多個(gè)方位定點(diǎn)裝置，它們可以更好地均勻分布在夾持表面上。當(dāng)工件和這些方位定點(diǎn)之間沒(méi)有膠層時(shí)，這可以使工件準(zhǔn)線更精準(zhǔn)。同樣，這些方位定點(diǎn)可以改編使得它們可以與工件表面最合適的部分接觸，例如，工件表面的其他部分被以水平的方式配置。
[0035]由于安裝表面可以是十分平的，能夠很好地與線鋸配合，或者作為選擇，安裝表面可以是復(fù)雜的形狀，能夠精確地與線鋸或者鞍座配合，鞍座不利于改變安裝表面。根據(jù)JP10337695A所描述的方法，將核心定位在所希望的位置是很困難和復(fù)雜的。如果在所希望的位置上，夾持表面和核心不是穩(wěn)定地接觸，當(dāng)核心與夾持表面接觸/膠合(這需要復(fù)雜的設(shè)備保持它在絕對(duì)正確位置上，這正是本發(fā)明要防止的:使用復(fù)雜設(shè)備)或者在鋸切過(guò)程中，核心將很容易從這個(gè)位置滑落。在線鋸的壓力下，膠會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓核心移動(dòng)。
[0036]本發(fā)明的方法防止不希望的與切削平面相關(guān)的晶軸的角誤差，并通過(guò)很少的方法步驟提供簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)/固定程序。其他現(xiàn)有技術(shù)根本不操作/改變夾持裝置本身，而是依靠復(fù)雜的校準(zhǔn)和固定步驟。
[0037]與JP10337695A相比，本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是，提供更精準(zhǔn)的校準(zhǔn)。JP10337695A中的核心膠合到第一盤(pán)后，第一盤(pán)膠合到第二盤(pán)將導(dǎo)致誤差。相反，本發(fā)明系統(tǒng)允許，在夾持表面打孔之前，安裝盤(pán)(用于安裝線鋸)通過(guò)其安裝表面夾裹夾持裝置。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，不會(huì)發(fā)生這種誤差。JP10337695A的另一個(gè)誤差是，在核心膠合到第一盤(pán)后，組件必須定位在銑床上。但是現(xiàn)在在核心的圓面與待研磨的平面之間的角度必須確定。這是有問(wèn)題的，因?yàn)榧词乖诓皇褂貌劭?這不是一個(gè)十分平的表面)的時(shí)候，圓形核心上依舊沒(méi)有好的參考點(diǎn)。
[0038]平的安裝表面必須研磨得非常平坦，以精確給線鋸里的核心定位。這樣的平面通常只能使用平鉆才能實(shí)現(xiàn)。這意味著，平鉆核心必須使用例如五軸系統(tǒng)來(lái)定位，而且必須由手工完成。通過(guò)銑床獲取非常平的表面，這是一個(gè)非常復(fù)雜和耗時(shí)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程困難、昂貴和不準(zhǔn)確。
[0039]由于本發(fā)明的夾持平面不是平的，而是適應(yīng)于工件表面，它可以使用例如手磨精確地制成，允許研磨任何所希望的形狀的表面。此外，由于只有幾個(gè)方位定點(diǎn)或線，這可以限定核心的準(zhǔn)確位置，只有這些點(diǎn)或線是需要高度精確的。因此，這沒(méi)有必要使用多軸系統(tǒng)。這能很簡(jiǎn)單地通過(guò)使用例如僅僅一個(gè)軸形成夾持裝置的夾持表面，在普通的銑床上將安裝盤(pán)和夾持裝置放置成三明治結(jié)構(gòu)。
[0040]由于JP10337695A中第一盤(pán)的安裝表面必須要研磨，因此在研磨過(guò)程中，核心盤(pán)組件必須通過(guò)核心獲得支持。這對(duì)核心來(lái)說(shuō)顯然是很危險(xiǎn)的，因?yàn)橹С至Ρ仨氉銐虼蟆Ｍ瑫r(shí)，根據(jù)JP10337695A的每一個(gè)核心必須被單獨(dú)地、多次地處理。[0041]采用本發(fā)明方法，根據(jù)從工件的機(jī)械軸產(chǎn)生的晶軸偏差，只有夾持裝置的夾持表面必須被機(jī)器切削。在圓柱形工件情況下，例如藍(lán)寶石核心，圓柱軸線或者側(cè)的工件表面可以作為幾何參考方向使用。在一般情況下，工件表面通過(guò)作為幾何參考方向的夾持裝置的夾持表面被接納。
[0042]本發(fā)明方法可以減少測(cè)量晶軸與工件表面之間的角度、加工與工件表面相對(duì)地的夾持裝置上的夾持表面和膠合工件表面與夾持表面的步驟。
[0043]優(yōu)選的是，在所述夾持裝置上的所述夾持表面形成之前，與測(cè)量與所述工件表面相關(guān)的所述單晶工件的晶體方向相關(guān)的數(shù)據(jù)可以饋入可編程成型機(jī)。從那些數(shù)據(jù)將三維夾持表面做成模型，三維夾持表面轉(zhuǎn)移到夾持裝置的原材料。這允許容易、自動(dòng)的夾持表面機(jī)械加工。
[0044]單晶工件可以是錠、晶錠、待研磨或者待切割的單晶體、圓柱體形狀或者其他任何幾何形狀單晶樣品的核心。
[0045]這可以允許不僅一個(gè)而且多個(gè)核心固著到一個(gè)夾持裝置上。這些核心是經(jīng)過(guò)挑選的，限定它們晶體方向，確定傾斜和傾斜面方向，測(cè)量它們的幾何參數(shù)(就圓柱的長(zhǎng)度和直徑來(lái)說(shuō))。這些核心數(shù)據(jù)和正確方向可以被編程到銑床。用于每個(gè)核心的凹處隨著所希望的分支和傾斜被研磨進(jìn)入夾持裝置。最后，這些核心被膠粘到通過(guò)夾持表面限定形成的凹處。
[0046]切片過(guò)程就在正確的分支和斜度上展開(kāi)了。粘在夾持裝置上的工件組件可以用手工的、半自動(dòng)或自動(dòng)的機(jī)器工具定位，例如線鋸，銑床，鉆床或磨床，等等。為了限定在核心和夾持表面的膠的體積，在鄰近工件表面的夾持表面至少要形成一個(gè)凹處。這可以通過(guò)在夾持表面上形成突起或凹陷來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)上述任何一種方法，運(yùn)用到夾持表面的膠的劑量可以被準(zhǔn)確計(jì)量以填充該體積。這樣做，工件在沒(méi)有膠的情況下靠近突起，相當(dāng)于中間層。這使得定位更加準(zhǔn)確，因?yàn)椴粫?huì)有膠產(chǎn)生的定位誤差。夾持表面上的渠道可以讓多余的膠流出，如果在突起中放置了超過(guò)所需要體積的膠。
[0047]夾持裝置可以直接安裝在機(jī)器工具例如線鋸上?；蛘?，夾持裝置可以被膠粘在附加的安裝支持部件例如安裝盤(pán)上(也被稱(chēng)作支持盤(pán))。由于切割鋸不會(huì)切割安裝支持部件(并且安裝支持部件不必為每件工件單獨(dú)加工)，該支持部件可以用更堅(jiān)固的材料制成，例如鋼材?？梢栽趭A持裝置和安裝支持部件之間設(shè)置一個(gè)附加的中間盤(pán)，用來(lái)適應(yīng)特殊的安裝支持部件。該中間盤(pán)并非必須且通常只在安裝支持部件很重或很昂貴或?yàn)榱擞幸粋€(gè)更簡(jiǎn)單的膠粘盤(pán)的情況下才使用。該中間盤(pán)可以螺紋連接到安裝支持部件上。
[0048]可以有多個(gè)核心膠粘到一個(gè)盤(pán)上。由于所有的核心不會(huì)有相同的配合誤差，可以采用多個(gè)夾持表面。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]該發(fā)明更多的實(shí)施例在附圖和從屬權(quán)利要求中加以介紹。引用序號(hào)列表也構(gòu)成本公開(kāi)的一部分。
[0050]以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0051]在附圖中:
[0052]圖1表示一個(gè)帶有核心的單晶錠，該核心通過(guò)中空鉆的方式制成。[0053]圖2表示一個(gè)單晶核心。
[0054]圖3表示藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)的A平面和M平面。
[0055]圖4表示藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)的C平面和R平面。
[0056]圖5表示在夾持裝置上裝有工件的線切割設(shè)備。
[0057]圖6表示具備兩個(gè)夾持表面的創(chuàng)新的夾持裝置。
[0058]圖7表示安裝有三個(gè)工件的創(chuàng)新的夾持裝置。
[0059]圖8表示帶有一個(gè)工件的圖示的X射線衍射設(shè)備。
[0060]圖9表不用于形成夾持表面的成型機(jī)器。
[0061]圖10，11和12表示在橫截面上，膠粘在夾持裝置上的工件。以及
[0062]圖13和14表示膠粘在帶有切割面的夾持裝置上的工件。
[0063]引用序號(hào)列表
[0064]1:單晶工件 2:夾持裝置 3:夾持表面 4:裝置表面
[0065]5:工件表面 6:加工設(shè)備 7:突起8:渠道
[0066]9:成型機(jī)器 10:定 位銷(xiāo)11:切割設(shè)備的線鋸
[0067]12:安裝盤(pán) 13:X射線管 14:檢測(cè)器15:晶錠
[0068]16 膠
【具體實(shí)施方式】
[0069]接下來(lái)，用一個(gè)藍(lán)寶石工件來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但是該發(fā)明的創(chuàng)意可以應(yīng)用于任何其他晶體(例如包含硼或硅的晶體)。
[0070]圖1顯示從熔湯拉升的藍(lán)寶石錠或晶錠15。在拉升過(guò)程中，該晶錠被緩慢滾動(dòng)。該過(guò)程又被叫做直拉生長(zhǎng)法。然而通常，會(huì)運(yùn)用泡生法，其中一個(gè)冷的棒狀物會(huì)被浸入熔湯，結(jié)晶過(guò)程在該棒狀物末端開(kāi)始，同時(shí)棒狀物周?chē)娜蹨徛乩鋮s下來(lái)。
[0071]該晶錠的三維外部表面被模型化，且晶體方向根據(jù)外部表面的方向加以測(cè)試。當(dāng)晶體方向和晶錠的外部表面的三維模型制作好后，核心就被用中空鉆從晶錠中鉆出。圖1顯示在晶錠15中被鉆后的空洞。選擇鉆的方向時(shí)，將結(jié)合晶錠15的晶體方向，目的是取得幾何軸與晶體軸匹配的圓柱。不巧的是，在大多情況下，晶體軸與核心的機(jī)械軸之間都存在偏差，且晶體軸的方向不在允許的誤差范圍內(nèi)。
[0072]圖2顯示了從晶錠15鉆出的圓柱型的單晶工件I。工件表面5被粘在夾持裝置上。
[0073]圖3和圖4顯示了沒(méi)有原子排列的藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)。圖3中，顯示了所謂的A平面和M平面，以及與相應(yīng)的平面相垂直的A軸和M軸。圖4顯示了 C平面和R平面以及相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)的C軸和R軸。研究發(fā)現(xiàn)該切割在與藍(lán)寶石晶體M平面成O度到0.35度且與A平面成O到0.35度的補(bǔ)償角時(shí)，切割能理想地完成。然而，通過(guò)本發(fā)明的創(chuàng)新方法可以準(zhǔn)確地調(diào)整到任何其他想要的方向(包括平面外的方向)。根據(jù)晶體的類(lèi)型和它的應(yīng)用，可以選擇合適的切割平面(以及它們語(yǔ)晶體平面的確切的偏離)。
[0074]圖5顯示了用于切割單晶工件I的線切割設(shè)備6。工件I粘在夾持裝置2上，夾持裝置2安裝在設(shè)備6上。運(yùn)行多線安排切割工件。通常工件I被放置在夾持裝置2下方，線11被引導(dǎo)在從工件I的底部直到頂部。[0075]圖6顯示一個(gè)盤(pán)狀的夾持裝置2，包括一個(gè)安裝表面4用以將夾持裝置2安裝在加工設(shè)備6上，例如，圖5中的線切割設(shè)備。在相反的一邊，夾持裝置2有夾持表面3用以與兩個(gè)單晶工件I相接觸。夾持表面3與粘在它上面的相對(duì)應(yīng)的工件表面5很恰當(dāng)?shù)嘏浜?。正如圖6 (以及圖9至14)中可以看到的，夾持表面3由夾持裝置2挖深制成的。夾持表面3的形成為工件I產(chǎn)生了一個(gè)三維的膠合模(容器)。
[0076]夾持裝置2可以用任意材料制作，最好是易于加工的材料例如塑料，最好是纖維增強(qiáng)塑料。
[0077]對(duì)每一個(gè)工件I，根據(jù)與工件的工件表面5相關(guān)的工件I的晶體方向，單獨(dú)地形成夾持表面3，每一個(gè)工件I膠合到所單獨(dú)形成夾持表面3。夾持表面3與工件I接觸，因此確定工件I的與夾持裝置2的安裝表面4相關(guān)的晶體方向。當(dāng)工件I被放置在夾持表面3上時(shí)，工件表面5鄰近夾持表面3，因此確定一個(gè)確切的方向。
[0078]正如從圖6看到的,兩個(gè)夾持表面3有著相對(duì)于安裝表面4的不同的方向。這說(shuō)明對(duì)于兩個(gè)不同的工件1，在晶體方向和機(jī)械方向上有著不同的偏差。圖6中的虛線表示夾持表面3的底線。
[0079]這里介紹一下本發(fā)明關(guān)于圓柱工件的內(nèi)容。但是，該創(chuàng)新的觀點(diǎn)適用于任何形狀的工件，特別是矩形，例如硅磚。
[0080]圖7顯示了在夾持裝置2上安裝了三個(gè)不同工件的夾持裝置2。每個(gè)工件I有著不同的與機(jī)械軸相關(guān)的晶體方向，正如從核心的虛線頂部所看到的。但是，如圖中虛線和虛線上的箭頭所表示的，所有的工件I的關(guān)于參考平面4的晶體方向是相同的。
[0081]安裝平面4固定在安裝支持部件12上，例如一個(gè)安裝盤(pán)，用來(lái)將組件安裝在加工設(shè)備6 (圖5)內(nèi).還可以將夾持裝置2的安裝表面4直接安裝到加工設(shè)備6上。圖6中的安裝表面4不必須是平的。實(shí)施例中的安裝表面可以是任何其它形狀。多的安裝表面也是可以的。例如，安裝表面4可以由安裝缺口或任何其他裝置(直接或間接)與機(jī)器工具相連接。
[0082]夾持裝置2通常被膠粘在安裝盤(pán)12上。這種膠通常是雙組分環(huán)氧樹(shù)脂，在加熱到攝氏70度以上就會(huì)失去粘結(jié)力。切割步驟之后，帶有夾持裝置2的安裝支持部件12被放到熱水中以拆除夾持裝置2.該安裝支持部件12可以重復(fù)使用。
[0083]下面，將詳細(xì)介紹將工件I定位并固定在夾持裝置2上的方法。圖8顯示通過(guò)X射線衍射測(cè)量工件I相對(duì)于其外部表面的晶體方向的方法。X射線源13將X射線束定向到工件I。所獲得的數(shù)據(jù)能夠確定晶體方向。
[0084]下一個(gè)步驟，根據(jù)與工件I的工件表面5相關(guān)的所述單晶工件I的晶體方向，在夾持裝置2上形成夾持表面3。在圖9的實(shí)施例中，該步驟由一臺(tái)可編程的機(jī)器9完成，最好是一臺(tái)銑床。與晶體方向和機(jī)械方向有關(guān)的數(shù)據(jù)和工件I的形狀在加工步驟之前已經(jīng)輸入到該加工機(jī)器9中。一個(gè)三維的夾持表面3根據(jù)這些數(shù)據(jù)被模型化并傳輸給夾持裝置2的原材料。正如圖9的三維協(xié)調(diào)系統(tǒng)所示，銑床的鉆頭在三個(gè)方向上都可以移動(dòng)。在加工步驟中，一個(gè)原始的夾持盤(pán)會(huì)形成一個(gè)三維的膠模(見(jiàn)圖6)。
[0085]當(dāng)夾持表面3 (或多個(gè)夾持表面)在夾持裝置2上完成時(shí)，工件I被膠粘在與夾持表面相對(duì)應(yīng)的工件表面5上。工件I被均勻地壓在覆蓋有膠的夾持表面3上。夾持表面3的形狀和方向確定了單個(gè)工件I的與基準(zhǔn)表面4相對(duì)應(yīng)的晶體方向。[0086]在膠水的固化過(guò)程中，工件I可以被壓到夾持裝置2上。
[0087]圖10顯示，從橫截面上看的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，即工件I通過(guò)膠16的方式被膠粘在夾持裝置2上。更優(yōu)選的,采用環(huán)氧膠,例如一種雙組分的環(huán)氧膠。然而,任何其他類(lèi)型的膠也可以采用。
[0088]夾持表面3具有容納膠水的凹處。在圖10的實(shí)施例中，夾持表面3由向工件表面5延展的多個(gè)突起7構(gòu)成，與表面3相平行。突起7接觸工件表面5且膠水16被分布在突起7之間的空間(凹處)。該實(shí)施例使得工件I有準(zhǔn)確的定位，因?yàn)橥黄?構(gòu)成的接觸位置準(zhǔn)確確定了工件I的終止晶體方向。該實(shí)施例可以避免在膠水固化過(guò)程中由于膠水的厚度和(或)膠水的收縮而導(dǎo)致的誤差。
[0089]圖11顯示另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，其中夾持表面3包含有至少一個(gè)渠道8。多余的膠水16可以從渠道18中排出。
[0090]圖12顯示的實(shí)施例中工件表面5的一部分有著平的形狀。正如前文提到的，工件表面任何形狀都是可能的。夾持表面3的形成與相應(yīng)的鄰近的工件表面5沒(méi)有關(guān)系。
[0091]圖13和14顯示了膠粘在夾持裝置2上的工件I組件。虛線和帶點(diǎn)的線顯示了將來(lái)安裝到線鋸上的切割平面。
[0092]下面介紹優(yōu)化線切割之間間距的方法。在夾持裝置2上的工件I之間的空間可以通過(guò)線之間的間距來(lái)優(yōu)化。這意味著如果不關(guān)注該空間，工件的第一個(gè)和最后一個(gè)晶圓的線切割可能不能獲得可用的晶圓(見(jiàn)圖13)。在圖14中，沿著虛線的切割會(huì)形成5個(gè)合適的晶圓。沿著點(diǎn)畫(huà)線的切割會(huì)形成6個(gè)合適的晶圓。
[0093]顯然，第二個(gè)核心的位置可以通過(guò)相同的方式優(yōu)化。
[0094]在橫向的固定:為了獲得上述優(yōu)點(diǎn)，核心需要在橫向上被固定(在上述附圖中從左到右)。這可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)核心所抵接的定位銷(xiāo)10來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如確定一個(gè)表面(見(jiàn)箭頭)。
[0095]其他在橫向上固定核心的定位裝置10可以用以下方式提供:一個(gè)夾子，橡皮筋，硬化(熔膠)或固化(瞬間膠，硬質(zhì)石膏)非?？斓哪z等。
[0096]也可以用以下方法來(lái)糾正線鋸的不完美之處。線切割性能中的任何誤差都能夠被測(cè)量和糾正。在初始測(cè)量中，切割平面的精確方向會(huì)被確定，與理論平面的誤差可以被用來(lái)通過(guò)正確的切割平面與核心完美地對(duì)齊。
[0097]如果核心有一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)(通常如此)，核心會(huì)提供一個(gè)平面(見(jiàn)圖12)或缺口(凹口平行于核心的機(jī)械軸)。夾持表面可以被做成與該平面或缺口相鄰接，從而確定核心的方向。
[0098]本發(fā)明不僅限于以上說(shuō)明的實(shí)施例。特別是，應(yīng)用領(lǐng)域不僅限于藍(lán)寶石晶體。本發(fā)明可以應(yīng)用于任何類(lèi)型的晶體的加工(切割，銑，鉆，磨，等)。這當(dāng)中包括各種電子設(shè)備或太陽(yáng)能電池應(yīng)用的半導(dǎo)體晶體、硅晶體。很顯然，本發(fā)明的方法和夾持裝置可以用于各種機(jī)器，例如鉆床，拋光機(jī)，研磨機(jī)等。本發(fā)明和以下權(quán)利要求也包括一種方法和夾持裝置2其中夾持裝置2沒(méi)有被加工在工件I被測(cè)量晶體方向后但其中提供了一套不同的夾持裝置2目的是使得用戶為單獨(dú)的工件I選擇合適的帶有單獨(dú)的夾持表面3的夾持裝置2。本發(fā)明還包括有著軟的上部分的半成品夾持裝置2，當(dāng)壓制用的圓柱形將所要求的形狀壓制成上述部分，該部分會(huì)變硬，其中所述圓柱形有著晶體工件I的形狀且其中圓柱的方向在被壓制成軟的上部分時(shí)是不受工件I的晶體方向(最終自動(dòng))控制的。
【權(quán)利要求】
1.為在一個(gè)夾持裝置(2)上固定單晶工件(1)的方法，夾持裝置(2)包含一個(gè)在加工設(shè)備(6)的指定方向上安裝夾持裝置的裝置表面(4);其特征在于該方法包括以下步驟: 測(cè)量與所述工件(1)的工件表面(5)相關(guān)的所述單晶工件(1)的晶體方向； 根據(jù)各個(gè)與所述工件(1)的工件表面(5)相關(guān)的所述單晶工件(1)的晶體方向，在夾持裝置上形成一個(gè)夾持表面以緊鄰地接納所述工件表面(5)，從而限定該單晶工件(1)與夾持裝置(2)的裝置表面(4)相關(guān)的晶體方向；以及 將所述工件表面(5)粘到所述夾持表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于形成所述夾持表面(3)的步驟由可編程成型機(jī)器(9)完成，最好是一架磨床。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于與測(cè)量所述關(guān)于單晶工件(1)的工件表面的晶體方向有關(guān)的數(shù)據(jù)在加工所述夾持裝置(2)的所述夾持表面(3)之前被輸入到可編程成型機(jī)器(9)中去。
4.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在所述夾持表面(3)上形成至少一個(gè)凹處以存放膠。
5.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在所述夾持表面(3)上形成至少一個(gè)渠道(8)以排放多余的膠。
6.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述夾持表面(3)上有一個(gè)定位銷(xiāo)(10)以將單晶工件(1)定位在夾持裝置(2)上。
7.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述夾持裝置(2)由一個(gè)盤(pán)子組成。
8.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于單晶工件(1)有一個(gè)圓柱的外形，且所述夾持表面(3)與單晶工件(1)的側(cè)面相接觸。
9.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述單晶工件(1)是藍(lán)寶石。
10.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于多個(gè)單晶工件(1)被固定在夾持裝置(2)上，且每一個(gè)單晶工件(1)的與其工件表面(5)相關(guān)的晶體方向都會(huì)被測(cè)量，并且包括以下步驟: 對(duì)每一個(gè)單晶工件(1 )，根據(jù)與所述單晶工件(1)的工件表面(5)相關(guān)的所述單晶工件(O的晶體方向； 在夾持裝置上(2 )形成一個(gè)單獨(dú)的夾持表面(3 )以緊鄰地接觸相應(yīng)的工件表面(5 )，從而限定與夾持裝置(2)的安裝表面(4)相關(guān)的全部單晶工件(1)的相同晶體方向；以及 將每一個(gè)單晶工件(1)的工件表面(5)粘到相應(yīng)的夾持表面(3)上。
11.一種將單晶工件(1)切割成片狀的方法，其特征在于該方法包括前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括以下步驟: 將單晶工件(1)放到配備有鋸的夾持裝置(2)中；以及 鋸割單晶工件(1)。
12.用于固定單晶工件(1)的夾持裝置(2)，該夾持裝置(2)包括: 一個(gè)在加工設(shè)備(6)的指定方向上放置夾持裝置(2)的裝置表面(4);以及 夾持表面(3)以緊鄰地接觸粘在夾持表面(3)上的單晶工件(1)的工件表面(5)，其中所述夾持表面(3)根據(jù)與工件表面(5)相關(guān)的單晶工件的晶體方向而各自形成，從而確定該單晶工件(I)與夾持裝置(2)的裝置表面(4)相關(guān)的晶體方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的夾持裝置，其特征在于在所述夾持表面(3)上至少有一個(gè)凹處以存放膠和/或在所述夾持表面(3)上至少有一個(gè)渠道(8)以排放多余的膠。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的夾持裝置，其特征在于所述夾持表面(3)上有一個(gè)定位銷(xiāo)(10)以將單晶工件定位在夾持裝置上的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一系列夾持裝置(2)，有著不同方向的夾持表面(3)以選擇合適的夾持裝置(2)，以用于 權(quán)利要求1所述的方法。
【文檔編號(hào)】B28D5/04GK103501975SQ201280021612
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月5日
【發(fā)明者】佩爾·澤羅曼, 格爾曼·貝亞特 申請(qǐng)人:梅耶博格公司