工件分離方法和設備的製作方法

2023-05-25 15:27:21

專利名稱：工件分離方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及處理方法和設備，特別是工件分離的方法和設備。
背景技術：
對於依照Ere(定邊餵膜生長edge-defined film-fed growth)方法製造用於光 伏應用的矽晶片，在拉制(drawing)處理中，所準備的初始矽材料熔化並被拉製成12角管。 參見圖1。在隨後的修整(finishing)步驟，藉助於雷射切割組件，所需要的晶片形狀從管 中切割出來。為了以恰當的方式將晶片從管中分離出來，雷射束反覆地通過切割路徑。參 見圖2和3。被稱為周期次數的通過次數被輸入進切割組件的參數設置中。必須選擇周期次數使得以可靠的方式切割出晶片。除其他參數之外，所需的周期 次數主要依賴於Ere管的材料厚度，在特定情況下，材料厚度沿著管的長度及不同的邊發 生變化。作為保守(conservative)參數化的結果，周期被多次執行，即便晶片已經完全從 Ei7G管中分離出來。

發明內容
本發明的一個目的是節省工件分離的處理時間。發明進一步的目的是確定出工件分離必需的分離周期數。根據本發明，分析通過切割區域的光以確定何時結束處理過程。本發明提出的方法的優點和實用性主要在於節省了處理時間。例如，參見圖7、8、 9、10和11。過去，預先固定設定的切割周期次數導致依賴於材料厚度而不必要地浪費處理 時間，這是因為在特定環境下，切割組件必須多次通過晶片已經分離開來的通道。此處提出的方法動態地確定每步必需的切割周期數並產生信號至上位控制裝置， 於是能夠以對應方式結束切割處理。參見圖3、4、5、6和9。


下面，基於優選實施例並參考附圖，詳細描述本發明。這裡圖1示出依照Ere(定邊餵膜生長)方法製造並被拉製成12角管1的用於光伏應 用的矽晶片雛形以及從管中分離出來的兩矽片2，所示為向下傾斜的視圖；圖2示出周期分離處理的進程圖解，其中為了從12角管中至少分離出一個矽晶片 2，沿分離線4反覆導引雷射束3;圖3示出工作狀態的切割組件10的主要構件圖解，切割組件10用於處理依據 Ere (定邊餵膜生長)方法從拉制的12角管制造出的矽晶片；圖4示出依據本發明的模件20的截面圖解，模件20具有用於在切割周期期間檢 測由光電傳感器22接收的電信號的第一測量結構，該信號是來自於雷射束23與矽晶片2 的交互作用區和/或其附近的光強；
圖5示出依據本發明的模件30的截面圖解，模件30具有用於在切割周期期間檢 測由光電傳感器22接收的電信號的第二測量結構；圖6示出依據本發明的模件的截面圖解，該模件具有用於在切割周期期間檢測由 光電傳感器22接收的電信號的第一測量結構21 ；圖7示出在一 個切割周期期間由光電傳感器22接收的電信號隨時間的變化或者 該信號隨著具有基本時不變的幀頻的圖像記錄設備21的圖像數量的變化；圖8示出在多個切割周期期間由光電傳感器22接收的電信號隨時間的變化或者 該電信號隨著具有基本時不變的幀頻的圖像記錄設備21的圖像數量的變化；圖9示出用於優化切割時間的測試序列圖示，其中顯示了對於大約100個分離步 驟，從拉制為12角管的矽材料中完全分離出矽晶片，傳統分離方法和根據本發明的分離方 法各自所需的切割時間(此處已經清楚顯示，由於各自的分散非常高，僅依據本發明能實 現優化)；圖10示出了根據本發明相對於切割時間優化後的分離過程，在3個切割周期期間 由光電傳感器22接收的電信號隨時間的變化或者該電信號隨著具有基本時不變的幀頻的 圖像記錄設備21的圖像數量的變化；圖11示出與具有高動態範圍的成像照相系統的強度有關的輸出信號；圖12示出數個切割周期期間的通過在圖8中所示的特徵線描述的由可用照相系 統接收的電信號隨時間或圖像數量的變化。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，進行下面的描述。「輻射」是作用於工件上的處理輻射，例如，雷射輻射；而「光」指可檢測的並源自處 理區域的光。這樣，實現處理輻射波長的測量波長的退耦，也為了本發明的目的而不把光譜 偏移發射、次級發射、熱輻射及其他可能由交互作用引起的發射排除在外。術語「研磨」或「形變」將特別包括蒸發或汽化、化學反應(例如氧化)，也或者軟 化、熔化、產生裂縫或裂線。針對安全的組件監視包括檢測光強分布以及檢查傳感器檢測到的光的強度維持 在的預給的極限值。通過監視極限值的維持，如果超出這些極限值，能夠停止組件或以限定的方式使 其處於休息狀態，從而實現了非常基本及重要的針對安全的功能。為了依照Ere (定邊餵膜生長)方法製造用於光伏應用的矽晶片，在拉制處理中， 所準備的矽初始材料熔化並被拉製成12角管1 ；參見圖1。在隨後的修整步驟，藉助於雷射切割組件，所需要的晶片形狀2從管1中切割出 來。為了以恰當的方式將晶片2從管1中分離出來，雷射束3反覆地通過切割路徑4(圖 2)。通過次數被稱為周期次數並且被填充進組件參數設置中。必須選擇周期次數使得總是可靠地切割出晶片2。除其他參數之外，所需的周期次 數主要依賴於Ere管ι的材料厚度，在特定情況下，材料厚度沿著管的長度及不同的邊發生 變化。作為保守參數化的結果，周期被多次執行，即便晶片已經完全從Ere管分離出來。此處提出的方法確定晶片2實際上已經從Ere管1分離的時間點。為此目的，檢測並計算雷射處理期間產生的雷射能量的反射。
這裡描述的方法以及所描述的設備同樣適用於根據線帶(string-ribbon)方法 製造的半導體帶以及通常也適用於半導體晶片。通過一個或多個半透明鏡24，一部分反射回的雷射能量經由獨立於雷射束23的 光束路徑25到達檢測單元。所檢測到的源自雷射束反射輻射的光強以及可選地還有其他 源自交互作用區或其附近的光的強度被轉換成能被電學地分析的信號。強度信號的時間分 布被藉助於下遊連接的電子分析單元26及分析軟體而得到分析。由於雷射反射的強度依 賴於處理深度，這樣能檢測雷射是仍處於待被切割材料之上還是在材料已經被切透之後處 於通道中。參見圖7、8、10和12。此處所述的方法或設備也可以用於過程控制的其他要素，例如，光束路徑汙染識 另IJ、切割噴嘴的損壞識別、光源功率的衰減識別、檢測雷射束是否偏離對準以及其他幹擾。
權利要求
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至在交互作用區中的工件之上，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和/或其附近的光，將接收到的光轉換為電信號，分析所接收的電信號以確定何時結束處理過程。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述輻射是雷射輻射並用於處理所述工件，從交 互作用區接收到的所述光是從交互作用區反射回的光且被轉換成表示強度的信號段，所述 分析是針對所述信號段執行的，以用於優化處理時間。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述的處理是雷射切割，當工件分離完成時所述 信號段示出減小的強度，且所述分析被執行以縮短處理時間。
4.根據權利要求1所述的方法，其中光電傳感器用於將接收到的光轉換為電信號，且 其中電子測量變換器檢測用於切割的信號的強度。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述光電傳感器的信號被轉換為振蕩的電信號。
6.根據權利要求2或4所述的方法，其中所述信號段作為特定內容而具有減小的波動， 其中，該波動是強度隨時間變化的時變電信號在時間上的一階導數或者經轉換的時變電信 號在時間上的導數。
7.根據權利要求1所述的方法，其中從交互作用區和/或其附近接收並且被轉換為電 信號的光被光譜濾波。
8.根據權利要求1所述的方法，其中通過在電學上可變或可調的衰減元件，將從交互 作用區和/或其附近接收並且被轉換為電信號的光的強度減小。
9.根據權利要求2所述的方法，其中藉助於成像方法檢測所述反射回的光的強度。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述工件是採用Ere方法製造的半導體，或是根 據線帶方法製造的半導體帶，或是半導體晶片。
11.根據權利要求10所述的方法，其中工件包括適於從其中分離出矽晶片的12角管。
12.一種用於處理工件及從工件上控制分離部件的設備的模件，包括光電傳感器；光學系統，用於將光從交互作用區和/或其附近引導至所述光電傳感器，所述交互作 用區屬於通過工件區域被研磨、改變形狀和/或被分離而被輻射處理的工件，所述光電傳感器用於將接收到的光的強度轉換為電信號，用於處理從光電傳感器接收的電信號的器件，以確定何時結束處理過程及何時實現完 全和可靠的工件分離。
13.根據權利要求12所述的模件，其中光學系統包括單向照相機，光電傳感器處於單 向照相機的光束路徑上。
14.根據權利要求13所述的模件，其中單向照相機具有成像鏡頭，光電傳感器處於成 像鏡頭中。
15.根據權利要求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轉換 為變頻信號的裝置，該裝置包括VCO，VC0產生的頻率與由於光電電流而在確定電阻產生的 電壓成正比。
16.根據權利要求12所述的模件，其中利用所述用於處理從光電傳感器接收的電信號 以確定何時結束處理過程的器件生成一信號，該信號將被導向存儲器可編程的控制裝置、 設備控制裝置或安全監視裝置。
17.根據權利要求12所述的模件，包括處於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範圍包含工件材料的發射範圍的光 譜帶。
18.根據權利要求12所述的模件，包括衰減構件，其用於以規定方式減小源自交互作 用區和/或其附近的光的強度。
19.根據權利要求19所述的模件，其中衰減構件是在電學上可變或可調的，並且包括 能夠以電機驅動方式調節的中性濾光器，或電鉻元件和/或LCD屏幕。
20.根據權利要求12所述的模件，包括毛玻璃盤聚光器光學單元，其在光漫射的方向 上處在光電傳感器之前。
21.用於監視如權利要求12至20中任一所述的模件的方法，其中模件包括成像系統 和照相系統，該照相系統接收由於雷射輻射而從交互作用區反射的光，其中，在雷射操作期 間，利用具有至少IOOdB動態範圍的所述照相系統，將用於雷射調節的所述成像系統與反 射強度的同步檢測相結合使用。
全文摘要
本發明包括用於工件分離的方法和設備，其中藉助於輻射，特別是藉助於雷射輻射，從一個工件上分離至少一個部件，且其中輻射在交互作用區中作用於工件上，使得工件的區域被研磨、形狀改變和/或被分離；其中從交互作用區和/或其附近接收光強，並且光強被光電傳感器轉換為電信號，且其中，利用電信號確定出何時結束處理過程。
文檔編號B23K26/42GK101862908SQ20101018802
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月6日 優先權日2009年4月3日
發明者克勞斯·格斯特納, 德克·弗奇, 託爾斯滕·格拉爾, 阿爾布雷希特·塞德 申請人:肖特公開股份有限公司;肖特太陽能控股公司