專利名稱：工件分離方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理方法和設(shè)備，特別是工件分離的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
對(duì)于依照Ere(定邊喂膜生長(zhǎng)edge-defined film-fed growth)方法制造用于光 伏應(yīng)用的硅晶片，在拉制(drawing)處理中，所準(zhǔn)備的初始硅材料熔化并被拉制成12角管。 參見圖1。在隨后的修整(finishing)步驟，借助于激光切割組件，所需要的晶片形狀從管 中切割出來。為了以恰當(dāng)?shù)姆绞綄⒕瑥墓苤蟹蛛x出來，激光束反復(fù)地通過切割路徑。參 見圖2和3。被稱為周期次數(shù)的通過次數(shù)被輸入進(jìn)切割組件的參數(shù)設(shè)置中。必須選擇周期次數(shù)使得以可靠的方式切割出晶片。除其他參數(shù)之外，所需的周期 次數(shù)主要依賴于Ere管的材料厚度，在特定情況下，材料厚度沿著管的長(zhǎng)度及不同的邊發(fā) 生變化。作為保守(conservative)參數(shù)化的結(jié)果，周期被多次執(zhí)行，即便晶片已經(jīng)完全從 Ei7G管中分離出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是節(jié)省工件分離的處理時(shí)間。發(fā)明進(jìn)一步的目的是確定出工件分離必需的分離周期數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，分析通過切割區(qū)域的光以確定何時(shí)結(jié)束處理過程。本發(fā)明提出的方法的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性主要在于節(jié)省了處理時(shí)間。例如，參見圖7、8、 9、10和11。過去，預(yù)先固定設(shè)定的切割周期次數(shù)導(dǎo)致依賴于材料厚度而不必要地浪費(fèi)處理 時(shí)間，這是因?yàn)樵谔囟ōh(huán)境下，切割組件必須多次通過晶片已經(jīng)分離開來的通道。此處提出的方法動(dòng)態(tài)地確定每步必需的切割周期數(shù)并產(chǎn)生信號(hào)至上位控制裝置， 于是能夠以對(duì)應(yīng)方式結(jié)束切割處理。參見圖3、4、5、6和9。


下面，基于優(yōu)選實(shí)施例并參考附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明。這里圖1示出依照Ere(定邊喂膜生長(zhǎng))方法制造并被拉制成12角管1的用于光伏應(yīng) 用的硅晶片雛形以及從管中分離出來的兩硅片2，所示為向下傾斜的視圖；圖2示出周期分離處理的進(jìn)程圖解，其中為了從12角管中至少分離出一個(gè)硅晶片 2，沿分離線4反復(fù)導(dǎo)引激光束3;圖3示出工作狀態(tài)的切割組件10的主要構(gòu)件圖解，切割組件10用于處理依據(jù) Ere (定邊喂膜生長(zhǎng))方法從拉制的12角管制造出的硅晶片；圖4示出依據(jù)本發(fā)明的模件20的截面圖解，模件20具有用于在切割周期期間檢 測(cè)由光電傳感器22接收的電信號(hào)的第一測(cè)量結(jié)構(gòu)，該信號(hào)是來自于激光束23與硅晶片2 的交互作用區(qū)和/或其附近的光強(qiáng)；
圖5示出依據(jù)本發(fā)明的模件30的截面圖解，模件30具有用于在切割周期期間檢 測(cè)由光電傳感器22接收的電信號(hào)的第二測(cè)量結(jié)構(gòu)；圖6示出依據(jù)本發(fā)明的模件的截面圖解，該模件具有用于在切割周期期間檢測(cè)由 光電傳感器22接收的電信號(hào)的第一測(cè)量結(jié)構(gòu)21 ；圖7示出在一 個(gè)切割周期期間由光電傳感器22接收的電信號(hào)隨時(shí)間的變化或者 該信號(hào)隨著具有基本時(shí)不變的幀頻的圖像記錄設(shè)備21的圖像數(shù)量的變化；圖8示出在多個(gè)切割周期期間由光電傳感器22接收的電信號(hào)隨時(shí)間的變化或者 該電信號(hào)隨著具有基本時(shí)不變的幀頻的圖像記錄設(shè)備21的圖像數(shù)量的變化；圖9示出用于優(yōu)化切割時(shí)間的測(cè)試序列圖示，其中顯示了對(duì)于大約100個(gè)分離步 驟，從拉制為12角管的硅材料中完全分離出硅晶片，傳統(tǒng)分離方法和根據(jù)本發(fā)明的分離方 法各自所需的切割時(shí)間(此處已經(jīng)清楚顯示，由于各自的分散非常高，僅依據(jù)本發(fā)明能實(shí) 現(xiàn)優(yōu)化)；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明相對(duì)于切割時(shí)間優(yōu)化后的分離過程，在3個(gè)切割周期期間 由光電傳感器22接收的電信號(hào)隨時(shí)間的變化或者該電信號(hào)隨著具有基本時(shí)不變的幀頻的 圖像記錄設(shè)備21的圖像數(shù)量的變化；圖11示出與具有高動(dòng)態(tài)范圍的成像照相系統(tǒng)的強(qiáng)度有關(guān)的輸出信號(hào)；圖12示出數(shù)個(gè)切割周期期間的通過在圖8中所示的特征線描述的由可用照相系 統(tǒng)接收的電信號(hào)隨時(shí)間或圖像數(shù)量的變化。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，進(jìn)行下面的描述?！拜椛洹笔亲饔糜诠ぜ系奶幚磔椛?，例如，激光輻射；而“光”指可檢測(cè)的并源自處 理區(qū)域的光。這樣，實(shí)現(xiàn)處理輻射波長(zhǎng)的測(cè)量波長(zhǎng)的退耦，也為了本發(fā)明的目的而不把光譜 偏移發(fā)射、次級(jí)發(fā)射、熱輻射及其他可能由交互作用引起的發(fā)射排除在外。術(shù)語(yǔ)“研磨”或“形變”將特別包括蒸發(fā)或汽化、化學(xué)反應(yīng)(例如氧化)，也或者軟 化、熔化、產(chǎn)生裂縫或裂線。針對(duì)安全的組件監(jiān)視包括檢測(cè)光強(qiáng)分布以及檢查傳感器檢測(cè)到的光的強(qiáng)度維持 在的預(yù)給的極限值。通過監(jiān)視極限值的維持，如果超出這些極限值，能夠停止組件或以限定的方式使 其處于休息狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了非?；炯爸匾尼槍?duì)安全的功能。為了依照Ere (定邊喂膜生長(zhǎng))方法制造用于光伏應(yīng)用的硅晶片，在拉制處理中， 所準(zhǔn)備的硅初始材料熔化并被拉制成12角管1 ；參見圖1。在隨后的修整步驟，借助于激光切割組件，所需要的晶片形狀2從管1中切割出 來。為了以恰當(dāng)?shù)姆绞綄⒕?從管1中分離出來，激光束3反復(fù)地通過切割路徑4(圖 2)。通過次數(shù)被稱為周期次數(shù)并且被填充進(jìn)組件參數(shù)設(shè)置中。必須選擇周期次數(shù)使得總是可靠地切割出晶片2。除其他參數(shù)之外，所需的周期次 數(shù)主要依賴于Ere管ι的材料厚度，在特定情況下，材料厚度沿著管的長(zhǎng)度及不同的邊發(fā)生 變化。作為保守參數(shù)化的結(jié)果，周期被多次執(zhí)行，即便晶片已經(jīng)完全從Ere管分離出來。此處提出的方法確定晶片2實(shí)際上已經(jīng)從Ere管1分離的時(shí)間點(diǎn)。為此目的，檢測(cè)并計(jì)算激光處理期間產(chǎn)生的激光能量的反射。
這里描述的方法以及所描述的設(shè)備同樣適用于根據(jù)線帶(string-ribbon)方法 制造的半導(dǎo)體帶以及通常也適用于半導(dǎo)體晶片。通過一個(gè)或多個(gè)半透明鏡24，一部分反射回的激光能量經(jīng)由獨(dú)立于激光束23的 光束路徑25到達(dá)檢測(cè)單元。所檢測(cè)到的源自激光束反射輻射的光強(qiáng)以及可選地還有其他 源自交互作用區(qū)或其附近的光的強(qiáng)度被轉(zhuǎn)換成能被電學(xué)地分析的信號(hào)。強(qiáng)度信號(hào)的時(shí)間分 布被借助于下游連接的電子分析單元26及分析軟件而得到分析。由于激光反射的強(qiáng)度依 賴于處理深度，這樣能檢測(cè)激光是仍處于待被切割材料之上還是在材料已經(jīng)被切透之后處 于通道中。參見圖7、8、10和12。此處所述的方法或設(shè)備也可以用于過程控制的其他要素，例如，光束路徑污染識(shí) 另IJ、切割噴嘴的損壞識(shí)別、光源功率的衰減識(shí)別、檢測(cè)激光束是否偏離對(duì)準(zhǔn)以及其他干擾。
權(quán)利要求
一種處理工件和從工件分離部件的方法，包括以下步驟將輻射引導(dǎo)至在交互作用區(qū)中的工件之上，以研磨工件的材料，從而改變工件形狀或從工件中分離部件，接收來自交互作用區(qū)和/或其附近的光，將接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，分析所接收的電信號(hào)以確定何時(shí)結(jié)束處理過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述輻射是激光輻射并用于處理所述工件，從交 互作用區(qū)接收到的所述光是從交互作用區(qū)反射回的光且被轉(zhuǎn)換成表示強(qiáng)度的信號(hào)段，所述 分析是針對(duì)所述信號(hào)段執(zhí)行的，以用于優(yōu)化處理時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的處理是激光切割，當(dāng)工件分離完成時(shí)所述 信號(hào)段示出減小的強(qiáng)度，且所述分析被執(zhí)行以縮短處理時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中光電傳感器用于將接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，且 其中電子測(cè)量變換器檢測(cè)用于切割的信號(hào)的強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述光電傳感器的信號(hào)被轉(zhuǎn)換為振蕩的電信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其中所述信號(hào)段作為特定內(nèi)容而具有減小的波動(dòng)， 其中，該波動(dòng)是強(qiáng)度隨時(shí)間變化的時(shí)變電信號(hào)在時(shí)間上的一階導(dǎo)數(shù)或者經(jīng)轉(zhuǎn)換的時(shí)變電信 號(hào)在時(shí)間上的導(dǎo)數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從交互作用區(qū)和/或其附近接收并且被轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)的光被光譜濾波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在電學(xué)上可變或可調(diào)的衰減元件，將從交互 作用區(qū)和/或其附近接收并且被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光的強(qiáng)度減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中借助于成像方法檢測(cè)所述反射回的光的強(qiáng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工件是采用Ere方法制造的半導(dǎo)體，或是根 據(jù)線帶方法制造的半導(dǎo)體帶，或是半導(dǎo)體晶片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中工件包括適于從其中分離出硅晶片的12角管。
12.一種用于處理工件及從工件上控制分離部件的設(shè)備的模件，包括光電傳感器；光學(xué)系統(tǒng)，用于將光從交互作用區(qū)和/或其附近引導(dǎo)至所述光電傳感器，所述交互作 用區(qū)屬于通過工件區(qū)域被研磨、改變形狀和/或被分離而被輻射處理的工件，所述光電傳感器用于將接收到的光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于處理從光電傳感器接收的電信號(hào)的器件，以確定何時(shí)結(jié)束處理過程及何時(shí)實(shí)現(xiàn)完 全和可靠的工件分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模件，其中光學(xué)系統(tǒng)包括單向照相機(jī)，光電傳感器處于單 向照相機(jī)的光束路徑上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模件，其中單向照相機(jī)具有成像鏡頭，光電傳感器處于成 像鏡頭中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模件，其中所述處理器件包括將光電傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換 為變頻信號(hào)的裝置，該裝置包括VCO，VC0產(chǎn)生的頻率與由于光電電流而在確定電阻產(chǎn)生的 電壓成正比。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模件，其中利用所述用于處理從光電傳感器接收的電信號(hào) 以確定何時(shí)結(jié)束處理過程的器件生成一信號(hào)，該信號(hào)將被導(dǎo)向存儲(chǔ)器可編程的控制裝置、 設(shè)備控制裝置或安全監(jiān)視裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模件，包括處于光電傳感器之前的光譜濾光器，光電傳感 器接收來自被處理的工件的光，所述濾光器的光譜通帶范圍包含工件材料的發(fā)射范圍的光 譜帶。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模件，包括衰減構(gòu)件，其用于以規(guī)定方式減小源自交互作 用區(qū)和/或其附近的光的強(qiáng)度。
19.根據(jù)權(quán)利要求19所述的模件，其中衰減構(gòu)件是在電學(xué)上可變或可調(diào)的，并且包括 能夠以電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式調(diào)節(jié)的中性濾光器，或電鉻元件和/或LCD屏幕。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模件，包括毛玻璃盤聚光器光學(xué)單元，其在光漫射的方向 上處在光電傳感器之前。
21.用于監(jiān)視如權(quán)利要求12至20中任一所述的模件的方法，其中模件包括成像系統(tǒng) 和照相系統(tǒng)，該照相系統(tǒng)接收由于激光輻射而從交互作用區(qū)反射的光，其中，在激光操作期 間，利用具有至少IOOdB動(dòng)態(tài)范圍的所述照相系統(tǒng)，將用于激光調(diào)節(jié)的所述成像系統(tǒng)與反 射強(qiáng)度的同步檢測(cè)相結(jié)合使用。
全文摘要
本發(fā)明包括用于工件分離的方法和設(shè)備，其中借助于輻射，特別是借助于激光輻射，從一個(gè)工件上分離至少一個(gè)部件，且其中輻射在交互作用區(qū)中作用于工件上，使得工件的區(qū)域被研磨、形狀改變和/或被分離；其中從交互作用區(qū)和/或其附近接收光強(qiáng)，并且光強(qiáng)被光電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，且其中，利用電信號(hào)確定出何時(shí)結(jié)束處理過程。
文檔編號(hào)B23K26/42GK101862908SQ20101018802
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者克勞斯·格斯特納, 德克·弗奇, 托爾斯滕·格拉爾, 阿爾布雷希特·塞德 申請(qǐng)人:肖特公開股份有限公司;肖特太陽(yáng)能控股公司