CN115831825A - 一种剥离晶片的装置及晶片剥离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体材料领域，特别涉及一种剥离晶片的装置及使用方法。本发明将晶体通过激光加工工艺，形成具有改质层的晶体，将晶体连同真空吸盘装置一起放置于一个可以加压的密封腔体内，通过向密封腔体内部加压，进而在真空吸盘上获得远大于1Kg/cm2的压强，通过给真空吸盘施加一定的拉力，即可将晶片从晶体上分离，形成独立的晶片。在晶片分离过程中无需使用到对人体和环境有负面影响的有机材料，也无其他耗材消耗，用于增压的气体或液体又可以重复使用，而且由于密封腔体内的体积较小，对密封腔体的增压和泄压过程的耗时较少，装置结构简单易操作，整个晶片分离的工艺流程也简单，可以显著提高晶片分离的效率，容易实现自动化，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，特别涉及一种剥离晶片的装置及晶片剥离方法。
背景技术
以碳化硅为代表的第三代半导体材料，因其优异的电学和热学性能正成为制作功率器件和射频器件的优选衬底材料。与此同时，碳化硅半导体材料又具有极高的硬度，如碳化硅的莫氏硬度高达9.5，仅次于已知材料中硬度最高的金刚石，这使得碳化硅半导体材料要成为制作器件的衬底的加工过程又变得非常困难。
传统的加工是利用游离或固结的金刚石磨粒通过多线切割的方式将碳化硅晶体分割成薄片，进而再通过对切割后的碳化硅薄片进行研磨和抛光，使得碳化硅晶片表面的粗糙度降低到可以进行外延生长的原子级别。在对碳化硅晶体多线切割及后续去损伤层的研磨和抛光的过程中造成的碳化硅材料损失高达50％以上，因此有人提出了激光切片工艺，通过激光加工的方式对碳化硅晶体进行切片，利用激光切片工艺不仅减少了加工过程中的碳化硅材料损失，也极大的提高了碳化硅晶体切割成薄片的效率。
激光切片工艺通常是使用对晶体具有透过能力的波长的激光从晶体端面向晶体内部射入并在晶体内部聚焦成焦点，焦点处的晶体材料被激光能量改质，利用激光对整个晶体端面的扫描可以形成连续的改质层，继而通过外力将晶片由改质层从晶体分离形成独立的晶片。常用的分离方法是在激光切片工艺后的晶体端面涂抹一层环氧树脂类的粘接剂，将金属材质的分离工装粘接在具有改质层的晶体的表面上成为一个整体，然后再使用机械力将上述整体从晶体上分离，后续再使用加热或者溶剂溶解的方式去除上述整体上的粘接剂，继而得到独立的晶片。上述方法需要用到较多的有机材料，这些有机材料对环境和人体都有负面的影响，而且粘接剂起效和失效耗时都较长，此种方法在工业生产中效率不高。
发明内容
为了减少激光切片工艺中有机材料的使用，提高生产效率，本发明提供一种剥离晶片的装置，包括：
密封腔体、升降装置；
所述密封腔体内的底部具有基座，所述基座表面具有圆盘工装，所述圆盘工装用于固定晶体的下端面，所述晶体具有改质层；
所述密封腔体的一侧具有增压泵，用于对密封腔体进行增压；
所述密封腔体内圆盘工装的正上方具有真空吸盘，所述真空吸盘用于吸附晶体的上端面；
所述真空吸盘设置在密封腔体内，并与所述升降装置连接，利用升降装置对真空吸盘进行上升和下降。
可选的，所述圆盘工装为不锈钢圆盘工装，所述圆盘工装用于固定晶体，所述晶体和圆盘工装构成工装组合体。
可选的，所述增压泵为气体增压泵或者液体增压泵。
可选的，所述真空吸盘为多孔陶瓷吸盘，所述多孔陶瓷吸盘从所述晶体上端面向下吸附所述晶体。
可选的，所述升降装置包括伺服电机和滚珠丝杠，所述伺服电机固定在密封腔体上，所述滚珠丝杠一端与伺服电机相连，另一端与真空吸盘相连。
本发明还提供一种晶片剥离方法，包括：
提供晶体，所述晶体具有改质层，所述晶体具有上端面和下端面；
将所述晶体的下端面固定在圆盘工装表面，所述晶体与圆盘工装构成工装组合体；
将所述工装组合体固定在密封腔体内的基座表面；
将真空吸盘与所述晶体的上端面相连接，对所述真空吸盘抽真空，使得所述真空吸盘与晶体吸附结合成一体；
对所述密封腔体进行增压至设定压强值；
提升所述真空吸盘，使得晶片与晶体分离成独立的晶片；
对所述密封腔体进行泄压，并取出所述晶片。
可选的，所述晶体的下端面固定在圆盘工装表面，所述固定方式采用胶水粘接。
可选的，所述工装组合体采用压块的方式固定在密封腔体内的基座表面。
可选的，所述设定压强值的范围为120千帕～1000千帕，使得所述设定压强值产生的压力大于晶片分离的拉力。
可选的，所述晶体为碳化硅晶体，所述改质层由激光扫描晶体形成。
综上所述，本发明的优点及有益效果为：
本发明提出了一种剥离晶片的装置及晶片剥离方法，本发明将晶体通过激光加工工艺，形成具有改质层的晶体，将所述晶体固定在真空吸盘上构成工装组合体，所述工装组合体放置于一个可以加压的密封腔体内，通过往密封腔体内注入气体或液体给密封腔体内部加压，进而在真空吸盘上获得远大于1Kg/cm2的压强，通过给真空吸盘施加一定的拉力，即可将晶片从晶体上分离，形成独立的晶片。
本发明提供的用于剥离晶片的装置及晶片剥离方法在晶片分离过程中无需使用到对人体和环境有负面影响的有机材料，也无其他耗材消耗，用于增压的气体或液体又可以重复使用，而且由于密封腔体内的体积较小，对密封腔体的增压和泄压过程的耗时较少，剥离晶片的装置的结构简单易操作，晶片分离方法也简单，可以显著提高晶片分离的效率，也容易实现自动化，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种剥离晶片的装置示意图；
图2为本发明实施例中的一种晶片剥离方法的流程图。
具体实施方式
在大气环境中，通过真空吸盘施加在晶体上端面的最大压强约为1Kg/cm2，而将晶片从晶体上剥离时的拉力远大于1Kg/cm2产生的压力，这使得不可能在大气环境中利用真空吸盘装置产生的拉力来剥离晶片，为了解决真空吸盘在大气环境中产生的拉力不足以剥离晶片的问题，本发明提供一种剥离晶片的装置及晶片剥离方法。
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种剥离晶片的装置，包括：
密封腔体104、升降装置130；
所述密封腔体104内的底部具有基座109，所述基座109表面具有圆盘工装108，所述圆盘工装108用于固定晶体107的下端面，所述晶体107具有改质层107a；
所述密封腔体104的一侧具有增压泵110，用于对密封腔体进行增压；
所述密封腔体104内的圆盘工装108的正上方具有真空吸盘106，所述真空吸盘106用于吸附晶体107的上端面；
所述真空吸盘106设置在密封腔体104内，并与所述升降装置130连接，
通过升降装置固定在密封腔体104，利用所述升降装置对真空吸盘106进行上升和下降。
本发明实施例中，所述升降装置130包括伺服电机103和滚珠丝杠105，所述伺服电机103固定在密封腔体104上，所述滚珠丝杠105一端与伺服电机103相连，另一端与真空吸盘106相连，所述真空吸盘106通过管道102与真空泵101连接。
在本发明实施例中，所述升降装置130通过滚珠丝杠105进行上升和下降，在其他实施例中，所述升降装置也可以通过液压升降机构等进行上升和下降。
在本发明实施例中，所述真空泵101为常规的真空泵，在正常情况下，利用所述真空泵、真空吸盘，并不能将晶体107沿着改质层107a剥离开，形成晶片。
在本发明实施例中，通过对密封腔体104进行增压，提高真空吸盘106与外界的压强差，提高真空吸盘106对晶体107剥离时的最大拉力。
在本发明实施例中，所述吸盘106为多孔陶瓷吸盘，所述多孔陶瓷吸盘从所述晶体107上端面向下吸附晶片。由于多孔陶瓷吸盘的孔很细，即使对密封腔体104进行增压，也不会造成剥离后的晶片受压破损。
在本发明实施例中，所述圆盘工装108为不锈钢圆盘工装，所述圆盘工装108表面固定有晶体107，所述晶体107和圆盘工装108构成工装组合体120。
在本发明实施例中，所述晶体107的下端面固定在所述圆盘工装108表面。
在本发明实施例中，所述增压泵110为气体增压泵，所述气体为空气、氮气或者其他适合的气体。
在其他实施例中，所述增压泵为液体增压泵，所述液体为水或其他合适的液压油。
在本发明实施例中，所述晶体107为碳化硅晶体，所述改质层107a由激光扫描晶体107形成。
本发明还提供一种晶片剥离方法，包括：
步骤S10，提供晶体，所述晶体具有改质层，所述晶体具有上端面和下端面；
步骤S20，将所述晶体的下端面固定在圆盘工装表面，所述晶体与圆盘工装构成工装组合体；
步骤S30，将所述工装组合体固定在密封腔体内的基座表面；
步骤S40，将真空吸盘与晶体的上端面相连接，对所述真空吸盘抽真空，使得所述真空吸盘与晶体吸附结合成一体；
步骤S50，对所述密封腔体进行增压至设定压强值；
步骤S60，提升所述真空吸盘，使得晶片与晶体分离成独立的晶片；
步骤S70，对所述密封腔体进行泄压，并取出所述晶片。
具体的，执行步骤S10，提供晶体107，所述晶体107具有改质层107a，所述晶体107具有上端面和下端面。
所述晶体107具有能够被激光改质的性质。
在本发明实施例中，所述晶体107为碳化硅晶体,其他实施例中，所述晶体为硅晶体或者其他适合的晶体。
在本发明实施例中，所述改质层107a由激光扫描晶体107形成，使用激光在所述晶体107的上端面附近形成一层改质层107a，所述激光射入聚焦位置距晶体107的上端面的距离等于最终形成的晶片的厚度。
执行步骤S20，将所述晶体107的下端面固定在圆盘工装108表面，所述晶体107与圆盘工装108构成工装组合体120。
本发明实施例中，圆盘工装108的直径大于所述晶体107的直径，所述晶体107通过粘接胶水粘贴在所述圆盘工装108表面，所述圆盘工装108为金属圆盘。
本发明实施例中，所述胶水为环氧树脂胶水。
执行步骤S30，将所述工装组合体120固定在密封腔体104内的基座109表面。
在本发明实施例中，所述工装组合体120通过压块固定在基座109表面，所述固定的具体步骤包括：在圆盘工装108与晶体107连接以外的区域放置压块，利用所述压块将所述工装组合体固定在基座109表面。
在其他实施例中，利用螺栓将所述工装组合体固定在所述基座表面，所述固定的具体步骤包括：在圆盘工装与晶体连接以外的区域打孔，使用螺栓穿过圆盘工装，将所述工装组合体固定在基座表面。
执行步骤S40，将所述真空吸盘106与晶体107的上端面相连接，对所述真空吸盘106抽真空，使得所述真空吸盘106与晶体107吸附结合成一体。
在本发明实施例中，所述吸盘106为多孔陶瓷吸盘，所述多孔陶瓷吸盘从所述晶体107上端面向下吸附晶片。
在本发明实施例中，所述真空吸盘106与晶体107的上端面吸附结合成一体的步骤包括：伺服电机103启动并正向旋转，带动滚珠丝杠105下降，使得真空吸盘106与晶体107的上端面相连接；开启真空泵101，通过管道102对真空吸盘106抽真空，使得真空吸盘106与晶体107吸附结合成为一体。
执行步骤S50，对所述密封腔体104进行增压至设定压强值。
在本发明实施例中，所述设定压强值的范围为120千帕～1000千帕，使得所述设定压强值产生的压力大于晶片分离的拉力。
在本发明实施例中，所述密封腔体104的增压采用气体增压泵。
在本发明实施例中，密封腔体104进行增压的步骤包括：先关闭密封腔体104的腔门，然后开启增压泵110，最后将压缩空气通过管道注入到密封腔体104内，当密封腔体104内的压强达到设定压强值时，停止增压。
在本发明实施例中，所述设定压强值产生的压力大于晶片分离所需拉力。
在其他实施例中，也可以通过不断调整尝试分离晶片，从而获得所需的最小的设定压强值。
在其他实施例中，密封腔体的增压采用液体增压泵，将液体通过管道注入到密封腔体内，当密封腔体内的压强达到设定值时，停止增压，由于对晶体进行剥离的密封腔体较小，对密封腔体的增压和泄压过程的耗时较少，用于增压的气体或液体又可以重复使用，成本较低，且远远小于提高吸盘真空度所带来的成本增加。
执行步骤S60，提升所述真空吸盘106，使得晶片与晶体107分离成独立的晶片。
在本发明实施例中，提升所述真空吸盘106的步骤包括：伺服电机103启动并反向旋转，带动滚珠丝杠105运动上升；滚珠丝杆105下部连接的真空吸盘106也随着所述滚珠丝杆105上升，当所述伺服电机103反馈的负载变小时，停止伺服电机103的反向旋转。
由于真空吸盘106的上升，使得所述晶体107上部受到向上的拉力，使得改质层107a以上部分受到拉力的作用，从晶体107分离，成为独立的晶片。
执行步骤S70，对所述密封腔体104进行泄压，并取出所述晶片。
在本发明实施例中，所述密封腔体104泄压、取出晶片的步骤包括：密封腔体104泄压至大气压状态；打开密封腔体104的腔门；将所述真空吸盘106破真空，将晶片由真空吸盘106上取下，完成晶片从晶体上的剥离。
在本发明实施例中，取下工装组合体120后，将所述晶体107的上端面进行研磨，对晶体107的上端面进行研磨后再次形成改质层107a，并进行步骤S20-步骤S70，形成多片分离的晶片。
最后说明，任何依靠本发明装置结构以及所述实施例的技术方案，进行的部分或者全部技术特征的修改或者等同替换，所得到的本质不脱离本发明的相应技术方案，都属于本发明装置结构以及所述实施方案的专利范围。
Claims (10)
1.一种剥离晶片的装置，其特征在于，包括：
密封腔体、升降装置；
所述密封腔体内的底部具有基座，所述基座表面具有圆盘工装，所述圆盘工装用于固定晶体的下端面，所述晶体具有改质层；
所述密封腔体的一侧具有增压泵，用于对密封腔体进行增压；
所述密封腔体内圆盘工装的正上方具有真空吸盘，所述真空吸盘用于吸附晶体的上端面；
所述真空吸盘设置在密封腔体内，并与所述升降装置连接，利用升降装置对真空吸盘进行上升和下降。
2.如权利要求1所述的一种剥离晶片的装置，其特征在于，所述圆盘工装为不锈钢圆盘工装，所述圆盘工装用于固定晶体，所述晶体和圆盘工装构成工装组合体。
3.如权利要求1所述的一种剥离晶片的装置，其特征在于，所述增压泵为气体增压泵或者液体增压泵。
4.如权利要求1所述的一种剥离晶片的装置，其特征在于，所述真空吸盘为多孔陶瓷吸盘，所述多孔陶瓷吸盘从所述晶体上端面向下吸附所述晶体。
5.如权利要求1所述的一种剥离晶片的装置，其特征在于，所述升降装置包括伺服电机和滚珠丝杠，所述伺服电机固定在密封腔体上，所述滚珠丝杠一端与伺服电机相连，另一端与真空吸盘相连。
6.一种晶片剥离方法，其特征在于，包括：
提供晶体，所述晶体具有改质层，所述晶体具有上端面和下端面；
将所述晶体的下端面固定在圆盘工装表面，所述晶体与圆盘工装构成工装组合体；
将所述工装组合体固定在密封腔体内的基座表面；
将真空吸盘与所述晶体的上端面相连接，对所述真空吸盘抽真空，使得所述真空吸盘与晶体吸附结合成一体；
对所述密封腔体进行增压至设定压强值；
提升所述真空吸盘，使得晶片与晶体分离成独立的晶片；
对所述密封腔体进行泄压，并取出所述晶片。
7.如权利要求6所述的一种晶片剥离方法，其特征在于，所述晶体的下端面固定在圆盘工装表面，所述固定方式采用胶水粘接。
8.如权利要求6所述的一种晶片剥离方法，其特征在于，所述工装组合体采用压块的方式固定在密封腔体内的基座表面。
9.如权利要求6所述的一种晶片剥离方法，其特征在于，所述设定压强值的范围为120千帕～1000千帕，使得所述设定压强值产生的压力大于晶片分离的拉力。
10.如权利要求6所述的一种晶片剥离方法，其特征在于，所述晶体为碳化硅晶体，所述改质层由激光扫描晶体形成。
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