一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统技术方案

本发明专利技术提供的一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统包括：第一旋转装置、晶锭籽晶部位夹具、可伸缩工作台、切割部分夹具、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置，本发明专利技术半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统中至少一个水导激光头随切割顺序可水平移动，其中装置的一端由特制夹具固定SiC晶锭，另一端由具有机械控制的夹具对要切割的部分进行夹持，装置的两端以一定的速度旋转从而带动晶锭旋转的方式实现半绝缘型晶锭的快速、精准切割。精准切割。精准切割。

【技术实现步骤摘要】
一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统


[0001]本专利技术属于半导体材料的加工
，具体涉及一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统。

技术介绍

[0002]SiC作为一种典型的硬脆材料，莫氏硬度为9.2～9.5仅次于金刚石，使得其加工制造过程十分困难。SiC单晶衬底的制造过程可分成切割
→
粗研
→
细研
→
抛光几个阶段。切割作为制造SiC单晶衬底首要关键的工序，其加工质量直接影响到材料切割损失、后续工序的材料去除量、最终加工质量(表面粗糙度和平整度)、产品出品率及加工成本等。随着晶体生长技术的发展和市场的需求持续增加，大直径SiC单晶衬底的需求量越来越大；目前SiC单晶衬底正由6英寸向8英寸过渡，对传统的晶片切割技术带来了严峻的挑战，如何高效率、高质量、低成本、低损伤、高出品率切割SiC单晶，已成为当前SiC单晶衬底加工领域重要的研究方向。
[0003]目前单晶SiC切割多采用固结金刚石磨粒线锯切割法，之后用复合电镀、钎焊、树脂硬化或烧结等方法把金刚石磨粒均匀固结在高强度不锈钢钢丝表面上来作为切割工具。采用复合电镀方法固结金刚石磨粒制成的线锯具备较高的耐热性与耐磨性，具有切缝窄、锯切晶面微裂纹少和环境污染小等优点，因此采用固结金刚石磨粒线锯切割法应用较为广泛。
[0004]但由于碳化硅单晶的莫氏硬度很高，断裂韧性极低且临界切削深度极小(纳米级)，要使锯切的晶片具有较高的表面质量，应在小于SiC单晶临界切削深度下实现SiC的塑性域切割。传统金刚石线锯切割SiC单晶的研究表明，即使在极小的进给速度下，SiC的材料去除模式也是脆性断裂和塑性去除的混合模式。而脆性断裂模式则是通过硬脆材料内部微裂纹的萌生、蔓延、传播扩展和交叉来实现的，因此传统线锯加工方法很容易使SiC单晶衬底的表面产生微观裂纹和使亚表面出现损伤层，这将极大影响SiC单晶衬底的表面和亚表面质量。另一方面，用普通固结金刚石线锯切割大尺寸、超薄SiC晶片时，因切割的锯缝较长，冷却液难以进入切割区，使切割区域温度升高，这不但造成晶片表面由于高温而出现相变层，同时较长的锯缝使切屑排出困难，剥落的切屑和磨粒对SiC晶片造成二次划伤，又直接影响SiC单晶衬底的切割质量。因此，采用单一加工模式切割硬脆材料在很多方面已难以满足需要，如何提高SiC等硬脆材料的加工效率和精度，探索有效的加工新方法已经成为迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供的一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统包括：第一旋转装置、晶锭籽晶部位夹具、可伸缩工作台、切割部分夹具、第二旋转装置、应力控制器以及同步传
动装置；
[0007]晶锭籽晶部位夹具开口一端用于对半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位进行固定，另一端连接第一旋转装置，切割部分夹具与晶锭籽晶部位夹具相对设置，切割部分夹具用于固定半绝缘型SiC晶锭被切割部分，第一旋转装置、第二旋转装置、可伸缩工作台以及应力控制器通过同步传动装置连接，第一旋转装置、晶锭籽晶部位夹具、切割部分夹具、第二旋转装置以及应力控制器位于可伸缩工作台上，
[0008]在切割过程中至少一个水导激光头正对切割部分夹具夹持的半绝缘型SiC晶锭的切割点，通过同步传动装置控制第一旋转装置以及第二旋转装置，使得晶锭籽晶部位夹具与切割部分夹具同步旋转带动半绝缘型SiC晶锭旋转，同步传动装置控制可伸缩工作台在切割过程中给进半绝缘型SiC晶锭实现切割；应力控制器在切割过程中检测半绝缘型SiC晶锭的拉应力、压应力以及扭转应力，并且调节可伸缩工作台移动消除半绝缘型SiC晶锭的压应力以及拉应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置消除扭转应力。
[0009]可选的，晶锭籽晶部位夹具包括：卡盘体、加紧放松装置以及定位轴，定位轴位于卡盘体底部中心位置，定位轴左端面与放置在卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的右端面相接触配合半绝缘型SiC晶锭定位，加紧放松装置位于卡盘体内部，加紧放松装置包括多个软卡爪以及软卡爪移位装置，多个软卡爪均匀设置在软卡爪移位装置上，软卡爪移位装置通过靠近定位轴的向心运动控制多个软卡爪相互配合手动加紧或自动加紧卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位，通过远离定位轴的离心运动控制多个软卡爪手动放松或自动放松卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位。
[0010]可选的，加紧放松装置包括：底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块以及手动小齿轮构成的手动加紧放松装置以及由底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块、行星齿轮、太阳轮以及外轮构成的自动加紧装置，
[0011]在手动加紧放松装置中螺旋盘位于底盘上，螺旋盘上设置有螺旋槽，卡爪配块下方设置有导向件，卡爪配块上方设置有与卡爪配合卡接的卡口，卡爪配块的齿牙与螺旋槽啮合，手动小齿轮位于螺旋盘下方与螺旋盘啮合，手动旋转手动小齿轮带动螺旋盘旋转，螺旋盘带动卡爪配块和卡爪靠近定位轴进行向心运动，以手动卡紧位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位或远离定位轴进行离心运动，以手动放松位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位；
[0012]在自动加紧放松装置中螺旋盘与外轮固定，外轮位于底盘内部，外轮与行星齿轮内啮合，太阳轮与行星齿轮外啮合，太阳轮中心固定连接第二伺服电机，螺旋盘上设置有螺旋槽，卡爪配块上方设置有与卡爪配合卡接的卡口，卡爪配块与螺旋槽啮合，第二伺服电机自动旋转带动太阳轮转动，太阳轮通过行星齿轮转动带动与外轮固定连接的螺旋盘旋转，螺旋盘带动卡爪配块和卡爪靠近定位轴进行向心运动，以自动卡紧位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位或远离定位轴进行离心运动，以自动放松位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位。
[0013]可选的，切割部分夹具包括：复位弹簧、凸轮、真空压杆、支撑杆、夹具主体、真空拉杆、密封圈、夹具吸盘以及真空本体，
[0014]真空压杆的一端与复位弹簧一端垂直固定连接后包裹于凸轮内，复位弹簧的另一端位于真空本体内，支撑杆的一端远离复位弹簧活动连接于真空压杆上，支撑杆的另一端
连接在真空本体上，真空压杆的另一端活动连接于真空拉杆，真空拉杆伸入真空本体的连接处设置密封圈，夹具吸盘与真空本体连接，夹具吸盘与夹具主体之间连接有通孔，真空拉杆与夹具主体相接，真空压杆、支撑杆以及真空拉杆形成杠杆，
[0015]当切割晶片开始，旋转凸轮使得凸轮开始由短轴移动到长轴，促使真空压杆向内运动，真空压杆向内运动带动真空拉杆向外运动，在密封圈的作用下夹具吸盘内气压降低形成压强差，将半绝缘型SiC晶锭的被切割部分吸附以实现夹紧半绝缘型SiC晶锭的被切割部分；
[0016]当晶锭切片完成后，需要取下晶圆片时，旋转凸轮转使得凸轮开始由长轴移动到短轴时，真空压杆向外运动带动真空拉杆向内运动，在密封圈的作用下夹具吸盘内部压强恢复正常，以松开半绝缘型SiC晶锭的被切割部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光切割系统，其特征在于，包括：第一旋转装置、晶锭籽晶部位夹具、可伸缩工作台、切割部分夹具、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置；所述晶锭籽晶部位夹具开口一端用于对半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位进行固定，另一端连接所述第一旋转装置，所述切割部分夹具与所述晶锭籽晶部位夹具相对设置，所述切割部分夹具用于固定半绝缘型SiC晶锭被切割部分，所述第一旋转装置、第二旋转装置、可伸缩工作台以及应力控制器通过同步传动装置连接，所述第一旋转装置、晶锭籽晶部位夹具、切割部分夹具、第二旋转装置以及应力控制器位于可伸缩工作台上，在切割过程中至少一个水导激光头正对切割部分夹具夹持的半绝缘型SiC晶锭的切割点，通过同步传动装置控制第一旋转装置以及第二旋转装置，使得晶锭籽晶部位夹具与切割部分夹具同步旋转带动半绝缘型SiC晶锭旋转，同步传动装置控制所述可伸缩工作台在切割过程中给进半绝缘型SiC晶锭实现切割；所述应力控制器在切割过程中检测半绝缘型SiC晶锭的拉应力、压应力以及扭转应力，并且调节所述可伸缩工作台移动消除半绝缘型SiC晶锭的压应力以及拉应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置消除扭转应力。2.根据权利要求1所述的水射流激光切割系统，其特征在于，晶锭籽晶部位夹具包括：卡盘体、加紧放松装置以及定位轴，所述定位轴位于卡盘体底部中心位置，所述定位轴左端面与放置在卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的右端面相接触配合半绝缘型SiC晶锭定位，加紧放松装置位于所述卡盘体内部，所述加紧放松装置包括多个软卡爪以及软卡爪移位装置，多个软卡爪均匀设置在软卡爪移位装置上，所述软卡爪移位装置通过靠近所述定位轴的向心运动控制多个软卡爪相互配合手动加紧或自动加紧卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位，通过远离所述定位轴的离心运动控制多个软卡爪手动放松或自动放松卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位。3.根据权利要求2所述的水射流激光切割系统，其特征在于，所述加紧放松装置包括：底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块以及手动小齿轮构成的手动加紧放松装置以及由底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块、行星齿轮、太阳轮以及外轮构成的自动加紧装置，在所述手动加紧放松装置中所述螺旋盘位于所述底盘上，所述螺旋盘上设置有螺旋槽，所述卡爪配块下方设置有导向件，所述卡爪配块上方设置有与卡爪配合卡接的卡口，所述卡爪配块的齿牙与螺旋槽啮合，所述手动小齿轮位于所述螺旋盘下方与所述螺旋盘啮合，手动旋转所述手动小齿轮带动螺旋盘旋转，螺旋盘带动卡爪配块和卡爪靠近所述定位轴进行向心运动，以手动卡紧位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位或远离所述定位轴进行离心运动，以手动放松位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位；在所述自动加紧放松装置中所述螺旋盘与所述外轮固定，所述外轮位于所述底盘内部，所述外轮与所述行星齿轮内啮合，所述太阳轮与所述行星齿轮外啮合，太阳轮中心固定连接第二伺服电机，所述螺旋盘上设置有螺旋槽，所述卡爪配块上方设置有与卡爪配合卡接的卡口，所述卡爪配块与螺旋槽啮合，第二伺服电机自动旋转带动太阳轮转动，太阳轮通过行星齿轮转动带动与外轮固定连接的螺旋盘旋转，螺旋盘带动卡爪配块和卡爪靠近所述定位轴进行向心运动，以自动卡紧位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位或远离所述定位轴进行离心运动，以自动放松位于卡盘上的半绝缘型SiC晶锭的籽晶部位。4.根据权利要求2所述的水射流激光切割系统，其特征在于，所述切割部分夹具包括：
复位弹簧、凸轮、真空压杆、支撑杆、夹具主体、真空拉杆、密封圈、夹具吸盘以及真空本体，所述真空压杆的一端与所述复位弹簧一端垂直固定连接后包裹于所述凸轮内，所述复位弹簧的另一端位于所述真空本体内，所述支撑杆的一端远离复位弹簧活动连接于所述真空压杆上，支撑杆的另一端连接在真空本体上，所述真空压杆的另一端活动连接于真空拉杆，真空拉杆伸入所述真空本体的连接处设置密封圈，所述夹具吸盘与所述真空本体连接，所述夹具吸盘与夹具主体之间连接有通孔，所述真空拉杆与夹具...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，
申请(专利权)人：郭辉，
类型：发明
国别省市：