CN103296578A

CN103296578A - 一种解理装置

Info

Publication number: CN103296578A
Application number: CN2013102191850A
Authority: CN
Inventors: 黄宏娟; 赵德胜; 张宝顺
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103296578B

Abstract

本发明涉及半导体制备技术，尤其是提供一种解理装置，用于将半导体巴条解理为若干个芯片，其包括：一负压源，以及，一吸附腔体，通过一连接管与所述负压源连接；所述吸附腔体包括第一上盖和第二上盖，所述第一上盖与所述第二上盖成一夹角相互支撑形成脊部；所述第一上盖、第二上盖分别设有若干个通孔与跨设于所述第一上盖、第二上盖上的巴条对应，通过所述吸附腔体对巴条的吸附力，实现巴条以脊部为支点进行自然解理。本通过吸附作用对芯片结构面实现非接触式解理，可保护样品表面的结构不被损坏和提高良率。

Description

一种解理装置

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其是一种用于解理半导体的解理装置。

背景技术

目前现有的GaAs、InP等材料的光电器件(例如巴条)解理工艺，普遍采用金刚刀切缺口后用滚轮在巴条上滚动，并对巴条施加向下压力来达到将巴条裂开的效果。这种解理的方式对于一些表面结构不耐压的样品来说，会有较大程度的机械损伤，同时滚轮直接接触芯片结构表面，裂片产生的碎屑易粘附在滚轮上，为此会带来一定程度的碎屑等沾污样品结构表面的可能。

为了避免上述的损伤，现有的工艺在解理前对样品的表面进行保护，比如涂覆厚光刻胶。但是，这种保护工序也会带来工艺的繁琐及难度，如解理后的保护胶去除，由于样品变小，清洗工艺同样会磨损样品，且操作费时费力。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种解理装置，用于将半导体巴条解理为若干个芯片，其包括：

一负压源，以及，

一吸附腔体，通过一连接管与所述负压源连接；所述吸附腔体包括第一上盖和第二上盖，所述第一上盖与所述第二上盖成一夹角相互支撑形成脊部；所述第一上盖、第二上盖分别设有若干个通孔与跨设于所述第一上盖、第二上盖上的巴条对应，通过所述吸附腔体对巴条的吸附力，实现巴条以脊部为支点进行自然解理。

优选地，所述通孔孔径小于一个芯片的宽度。

优选地，所述夹角为大于170°且小于180°。

优选地，第一上盖或第二上盖是水平设置的。

优选地，所述第一上盖或第二上盖还设有划片台与所述脊部毗邻，一划片刀对应悬于所述划片台上方，用于在所述划片台上对所述巴条表面进行划片。

优选地，所述吸附腔体还包括对应设于所述划片台底部的支撑组件，用于穿过所述划片台上开设的孔槽，对所述巴条施加与所述吸附力方向相反的支持力。

优选地，所述孔槽孔径不大于所述划片台的二分之一。

优选地，所述支撑组件包括承载片以及布设于所述承载片上的顶柱或刺针，以及用于驱动所述承载片带动所述顶柱或刺针上下运动的驱动装置。

有益效果：本发明通过吸附作用对芯片结构面实现非接触式解理，可避免机械解理对样品结构的损坏，提高了样品的质量。同时，也省去了保护样品和清洗样品表面的工序，可以节省工艺步骤和大大提高工艺效率，进而节省生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的解理装置结构示意图。

图2为本发明实施例1的解理装置的局部剖切图。

图3为本发明实施例1另一种解理装置的结构示意图。

图4为本发明实施例1完成一个芯片解理后的结构示意图。

图5(a)(b)分别为本发明实施例2的解理装置的局部剖切图及顶柱结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

本发明的解理装置，应用于GaAs、InP等脆性材料的解理工艺，可以实现样品结构表面无接触裂片的目的。本发明适用于脆性材料的解理，为使本发明更浅显易懂，以下将以应用本发明技术的较佳实施例，配合图式范例予以详细说明。此图式及详细说明并非用以限定本发明所揭露的技术及各种更动与润饰。

实施例1

本实施例提供一种解理装置，用于实现巴条自然解理为芯片。其中，为了更清楚地说明本发明的特征，自定义：每个巴条包括两部分，划片一部分为即将被解理出来的部分为准芯片，余下的部分为待解理巴条。本实施例的巴条厚度为70～150μm，切割出的一个芯片的宽度约为500μm。

如图1所示，本实施例提供的解理装置包括：

长方体状的吸附腔体10，其顶部设有第一上盖11和第二上盖12。所述第二上盖12平行吸附腔体10底部水平设置，第一上盖11倾侧后与第二上盖12以一夹角(172°)相互支撑形成一脊部13。其中，所述脊部13用于跨设于其上方的巴条20作为解理的支点。

进一步地，所述第一上盖11、第二上盖12上分别设有若干个通孔14a和通孔14b均与所述吸附腔体10连通。若干个通孔14a/14b与所述巴条20背面对应，用于将巴条20吸附到第一上盖11或第二上盖12表面。例如，分别在第一上盖11、第二上盖12上沿远离脊部13的方向依次设有相互平行的第一排、第二排……第n排的通孔14a/14b。第二上盖12设有若干个通孔14b应与即将被解理的准芯片22相对应，第一上盖11设有若干个通孔14a与待解理巴条23对应，通过所述通孔14a/14b有足够大的吸附力分别固定所述待解理巴条23和准芯片22，使准芯片22与待解理巴条23受力裂解开。优选地，所述通孔14a、14b的孔径小于一个准芯片22的宽度。

结合图2所示，在所述脊部13上方设有划片刀50，一般划片刀50的刀口材质可为金刚石。在脊部13到第二上盖12第一排通孔14b之间预留的区域，设置一划片台15。划片刀50对准巴条20预设划片位置在所述划片台15上进行划片，形成新的准芯片与原巴条间的切口24。在其他实施例中，划片刀50也可以只在巴条20上打几百微米的长度的切口24即可，而不需要将准芯片22完整划出。

本实施例的解理装置还包括一台真空泵30作为负压源，真空泵30通过连接管40与所述吸附腔体10内连通，用于抽取所述吸附腔体10内的空气，使得所述吸附腔体10内形成负压，从而使对设置于第一上盖11或第二上盖12上方的器件进行负压吸附。

在本实施中，一个准芯片22的宽度m约为500μm，预设通孔14a/14b的孔径为300μm，位于同一上盖上的每个通孔间距为100μm。脊部13到第二上盖12第一排通孔14b最短距离n，小于所述准芯片22在第二上盖12上投影(图中未示出)，保证准芯片22能落入通孔14b的吸附作用范围内。又，由于第一上盖11所在平面与第二上盖12的夹角很小(小于10°)，这样准芯片22在第二上盖12上的投影可近似等于准芯片22本身的宽度m，两者的差距可以忽略不计。即，满足所述脊部13到第一排通孔14b的最短距离n小于一个芯片自身宽度m，且通孔的孔径小于一个芯片的宽度。

下面，再分析通孔的大小和数目对吸附作用和巴条解理的影响。

根据吸附力的计算公式可知，见式1：

F≈0.01×(101-P)S (式1)

F：理论吸附力大小，单位：Kgf(公斤力)；1Kgf≈10N；

P：绝对压力，为微型真空泵的绝对真空度，单位取：KPa；

S：吸附作用面积，单位取：cm²。

例如，根据现有解理巴条的技术，采用金刚刀划片后由滚轮(图中未示出)滚动作用在巴条上，边滚动边施压，以达到将巴条解理的目的。经计算，滚轮进行解理所施加的压力F_压＝0.04～0.06Kgf。本实施例通过吸附作用对巴条解理，作用在巴条上的吸附力F_吸应与滚轮施加的压力F_压相当，保证有足够的F_吸解理巴条。由于吸附力F_吸是分设在解理支点的两侧，而第一上盖11和第二上盖12夹角较小，根据力平衡原理可近似地认为第一上盖11、第二上盖12分别对巴条的吸附力F_吸1、F_吸2与F_压的关系满足：F_压＝F_吸1+F_吸2；即第一上盖11、第二上盖12作用在巴条上的吸附力之和应与滚轮压力相当。

本实施预设，真空负压P范围为0.1～0.001pa，P远小于101kPa，本实施F_吸1+F_吸2＝F_压＝0.04Kgf，根据式1的换算可得S＝0.0396cm²。

预设通孔14a/14b的直径为300μm，在同一上盖上相邻通孔14a或14b之间间距为100μm，这样单一个通孔的面积为7.068e^-4cm²，则通过式2

S＝nS_通孔 (式2)

计算后得到n≈56。

换句话说，56个通孔所产生的吸附力相当于用于解理巴条的F_压。这样，使分别架设在第一上盖11、第二上盖12上方的两相邻准芯片22底面，分别对应有28个、直径为300μm的通孔14a/14b，就能使两相邻的准芯片22分别受到两大小相同、方向向下的吸附力F_吸1、F_吸2，且F_吸1+F_吸2＝F_压＝0.04Kgf。两吸附力以脊部13为解理支点，使准芯片22沿切口24解理开。

此时，参照上述推算结果，第二上盖12上的第一排通孔14b与准芯片22对应的数目可以设置为28个左右，实现足够的吸附力作用在准芯片22上。当巴条20逐渐解理到接近末端，为了保证巴条20末端的待解理巴条23也能顺利解理为单一个芯片，优选脊部13到第一上盖11第一排通孔14a的最短距离，小于一个准芯片22的宽度。同样地，为了使得最后一个准芯片22也能顺利解理，第一上盖11上的第一排通孔14a与最后一个准芯片对应的数目为28个，实现足够的吸附力使准芯片22沿切口24解理开。

因此，在通孔14a/14b孔径为300μm的情况下，应保证第一上盖11、第二上盖12分别至少有28个通孔14a、14b与架设在脊部13两侧的准芯片22对应。在其他实施例中，可根据实际需要调整通孔的尺寸，以及孔径之间的间距等参数，再根据类似的计算方式，计算出准芯片所对应的通孔数目，达到解理芯片的目的。本实施例对通孔14a/14b的孔径大小或形状并没有特别限制，满足上述条件的通孔均可以实现本发明目的，例如，如图3所示，通孔14a/14b也可为长条形。

下面将介绍这种解理装置的工作流程。

结合图1、图2所示，取一巴条20放置于一蓝膜21上，通过蓝膜21带动巴条20工作，同时防止解理形成的芯片松散脱落。蓝膜21的材质可以是氯乙烯。

S1：将所述蓝膜21及巴条20放置在第一上盖11上，并往第二上盖12方向移动。使所述巴条20越过所述脊部13约一个芯片宽度，跨设在第一上盖11与第二上盖12上。其中，蓝膜21及巴条20是悬于所述第二上盖12上方的。

S2：启动划片刀50对准脊部13一侧的划片台15往下运动，并使划片刀50沿巴条20预划片区域拉动，划出切口24将巴条20分为准芯片22及待解理巴条23。形成的切口24位于划片台15上方，与所述脊部13毗邻。此时，若巴条20质量较为轻薄，可启动真空泵30，使吸附腔体10内形成一定负压，通过通孔14a对所述待解理巴条23及蓝膜21形成指向吸附腔体10的吸附力，让巴条20及蓝膜21被吸附固定在第一上盖11上，便于划片刀50稳定划片。

S3：划片完成后，启动或加大真空泵30工作功率，使吸附腔体10内的真空度为0.1Kpa。此时，通孔14a将所述待解理巴条23及蓝膜21吸附在第一上盖11上。第二上盖12上存在若干个通孔14b与所述准芯片22对应，通过通孔14b产生的负压对所述准芯片22及蓝膜21形成指向吸附腔体10的吸附力。巴条20以所述脊部13为解理支点，在受到通孔14a、14b分别施加在解理支点两侧的吸附力的作用下沿所述切口24逐渐断裂解理，直到准芯片22与待解理巴条23完全分离，准芯片22连同蓝膜21被吸附到第二上盖12上，如图4所示，如此实现所述巴条20无接触式的自然解理，获得一个芯片。

完成一个芯片解理后，可以暂停真空泵的工作，使吸附腔体10恢复正常大气压，可重复S1～S3，进行下一个芯片的解理。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行改进，尤其是对于一些厚度较大(150～400μm)的巴条能较好地解理。如图5(a)所示，本实施例的吸附腔体10在划片台15上还开设了孔槽16。对应所述划片台15底部，在吸附腔体10内设有支撑组件60，用于穿过所述划片台15上开设的孔槽16，对所述巴条20施加与所述吸附力方向相反的支持力。为避免影响划片的稳定性，孔槽16的宽度可不超过划片台15的二分之一，例如对应一个宽度为500μm的芯片，划片台15设置为400μm，则孔槽16的宽度将不超过200μm。不过孔槽16的宽度和形状不限，可根据实际支撑组件60的形状调整。本实施例的孔槽16设置为200μm。为了配合孔槽16的设置，第二上盖12上的通孔14b孔径设置为200μm，相邻的孔槽16、相邻的通孔14b之间的间隔为100μm。参考实施例1的计算方式可得，在第二上盖12上与准芯片22对应的通孔14b数目为42个。第一上盖11的通孔14a可相应调整，也可以保持与实施例1所示的状况。

所述支撑组件60包括承载片61以及布设于所述承载片61上的顶柱62(结合图5(b)所示)或刺针63，以及用于驱动所述承载片61带动所述顶柱62或刺针63上下运动的驱动装置(图中未示出)。其中，顶柱62与刺针63的作用是相似的，只是根据不同厚度的巴条选择不同器件，对于一些厚度较大的巴条选择顶柱62有助于加快巴条的解理。驱动装置也可在一些密封措施协助下部分伸出于吸附腔体10一侧(图中未示出)，便于在吸附腔体10外控制。

本实施例以刺针63为例，结合图5(a)所示，使用时，驱动装置驱动所述承载片61提升，带动所述刺针63穿过设置在所述划片台15上的孔槽16并凸出于所述划片台15上，对所述巴条20施加一向上的支持力，协助巴条20沿着切口24自然裂解。

本实施例的解理装置工作时，综合图1、图5(a)所示，按照实施例1中S1、S2所示步骤安装巴条20及进行划片。在S3中，启动真空泵30，保持真空度不低于0.1pa；此时，驱动装置驱动所述承载片61缓缓上升，使刺针63穿过划片台15上的孔槽16，并达到所述蓝膜21背面。继续使所述支撑组件60提升，使刺针63往切口24对应的巴条20背面施加一向上的支持力。由于划片台15与脊部13毗邻，支持力的作用点几乎与脊部13重叠，再配合第一上盖11、第二上盖12通过通孔14a/14b对巴条20施加往下的吸附力，在三力共同作用下促使巴条20以脊部13为解理支点，沿切口24自然裂开，最终解理为芯片并吸附到第二上盖12上。

其余结构或步骤可参照实施例1所示。

本发明实现了芯片与原巴条的解理面无接触性解理，获得的芯片解理面光滑平整，具有较好的质量和性能。

Claims

1.一种解理装置，用于将半导体巴条解理为若干个芯片，其特征在于，其包括：

一负压源，以及，

2.根据权利要求1所述解理装置，其特征在于，所述通孔孔径小于一个芯片的宽度。

3.根据权利要求1所述解理装置，其特征在于，所述夹角为大于170°且小于180°。

4.根据权利要求1所述解理装置，其特征在于，第一上盖或第二上盖是水平设置的。

5.根据权利要求1或2所述解理装置，其特征在于，所述第一上盖或第二上盖还设有划片台与所述脊部毗邻，一划片刀对应悬于所述划片台上方，用于在所述划片台上对所述巴条表面进行划片。

6.根据权利要求5所述解理装置，其特征在于，所述吸附腔体还包括对应设于所述划片台底部的支撑组件，用于穿过所述划片台上开设的孔槽，对所述巴条施加与所述吸附力方向相反的支持力。

7.根据权利要求6所述解理装置，其特征在于，所述孔槽孔径不大于所述划片台的二分之一。

8.根据权利要求6所述解理装置，其特征在于，所述支撑组件包括承载片以及布设于所述承载片上的顶柱或刺针，以及用于驱动所述承载片带动所述顶柱或刺针上下运动的驱动装置。