CN117133632B - 双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶片加工的技术领域，具体为双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置，包括箱体，箱体内升降电机通过同步带与旋转支撑轴连接，旋转支撑轴上连接有连接板，箱体的顶板上密封固定有水槽，水槽内设置有超声振动台，超声振动台支撑在支撑板上，连接板与支撑板通过支撑轴相连；箱体内还设置有旋转电机、减速器，减速器的输出轴的端部和超声振动台连接；在箱体的顶板上还设置有超声振动杆。本发明装置通过双频超声振动可使单晶SiC晶锭应力强度因子下降、断裂韧性降低，超声振动使内部改质层裂纹进一步扩展以达到直接剥离的效果，解决了单晶SiC晶锭在激光照射后内部改质层仍有较大结合力而使得晶片剥离困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于晶片加工的技术领域，具体为双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置。
背景技术
第三代半导体材料单晶SiC拥有极好的电学性能，但是单晶SiC本身脆硬度高，加工难度极大，这导致了单晶SiC加工成本高。所以提出了激光剥离技术来提高单晶SiC晶片的加工效率，但是在激光照射后，单晶SiC晶锭内部改质层仍有较大的结合力，这会导致大尺寸单晶SiC晶片在剥离时产生发生碎裂或损坏的情况。
发明内容
本发明为了解决单晶SiC晶锭在激光照射后内部改质层仍有较大结合力而使得晶片剥离困难的问题，提供了双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置。
本发明是采用如下的技术方案实现的：双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置，包括箱体，箱体内底板上固定有安装底座与升降电机，箱体的顶板和安装底座之间设置带有传动螺纹的旋转支撑轴，升降电机通过同步带与旋转支撑轴连接，由升降电机转动带动同步带与旋转支撑轴一起转动，旋转支撑轴上连接有连接板，连接板上设置有螺纹孔，连接板和旋转支撑轴之间螺纹配合，箱体的顶板上设置有超声振动台，超声振动台上方耦合有真空吸盘，超声振动台支撑在下方的支撑板上，箱体的顶板上设置有支撑轴过孔，支撑轴穿过支撑轴过孔后一端与支撑板连接，另一端与连接板连接，也即连接板与支撑板通过支撑轴相连，旋转支撑轴转动时，连接板升降，进而带动支撑板以及支撑在支撑板上方的超声振动台在Z轴方向进行升降；箱体内还设置有旋转电机，旋转电机还配套有减速器，支撑板上安装有轴承，减速器的输出轴穿过箱体顶板后安装在支撑板的轴承内，减速器的输出轴的端部和超声振动台连接，旋转电机将旋转传递给减速器，减速器与上方超声振动台固定，可使得超声振动台绕Z轴转动；在箱体的顶板上还设置有超声振动杆。
开始时，将SiC晶锭放置在超声振动台上，用真空吸盘吸紧，将超声振动杆的工具头与SiC晶锭的侧面接触，然后开始超声振动步骤。同时开启超声振动台和超声振动杆，并且下方的旋转电机开始带动超声振动台旋转，在振动时，SiC晶锭下方的超声振动台提供较大的振幅，而在SiC晶锭侧面的超声振动杆可以加速SiC晶锭内部改质层裂纹扩展的速度，使得裂纹尖端张开程度增加。双频超声振动引起的波幅会远大于单频振动的波幅，所以双频振动致使改质层的疲劳寿命急剧下降，裂纹扩展速度更快，在双频超声振动的共同作用下剥离单晶SiC晶片。每剥离一片晶片后，控制超声振动台在Z轴方向升降，进行下一片晶片的剥离。
上述的双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置，在箱体的顶板上安装有电动导轨，超声振动杆滑动固定在电动导轨上，由此实现超声振动杆在箱体顶板上的设置，超声振动杆可沿着电动导轨在X轴方向移动，可以适应不同大小的SiC晶锭。
上述的双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置，在箱体的顶板上密封固定有水槽，超声振动台是位于水槽内，超声振动杆的工具头伸入到水槽内。SiC晶锭被真空吸盘吸紧后在水槽中加入液体介质淹没SiC晶锭，超声在液体里面会发生空化反应，有一定的冲击力，加速SiC晶锭内部改质层裂纹扩展的速度。
本发明提供了一种采用双频超声诱导SiC晶锭内部改质层裂纹扩展及剥离单晶SiC的装置，可使单晶SiC晶锭应力强度因子下降、断裂韧性降低，超声振动使内部改质层裂纹进一步扩展以达到直接剥离的效果，本装置可剥离四英寸和六英寸的SiC晶片。
附图说明
图1为本发明装置的轴测图，图中Z轴位于竖直方向，X轴位于水平左右方向，Y轴位于水平前后方向。
图2为本发明装置的结构示意图。
图中：1-底板，2-同步带，3-升降电机，4-安装底座，5-旋转支撑轴，6-连接板，7-支撑轴，8-旋转电机，9-减速器，10-箱体，11-支撑板，12-超声振动台，13-电动导轨，14-水槽，15-超声振动杆，16-真空吸盘。
100-SiC晶锭。
具体实施方式
双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置，包括箱体10，箱体10内底板1上安装底座4与升降电机3，箱体10的顶板和安装底座4之间设置有两根带有传动螺纹的旋转支撑轴5，升降电机3通过同步带2与两根旋转支撑轴5连接，由升降电机3转动带动同步带2与两根旋转支撑轴5一起转动，两根旋转支撑轴5上连接有一个连接板6，连接板6上设置有螺纹孔，连接板6和旋转支撑轴5之间螺纹配合，箱体10的顶板上密封固定有水槽14，水槽14内设有超声振动台12，超声振动台12支撑在下方的支撑板11上，箱体10的顶板上设置有支撑轴过孔，支撑轴过孔内设置有密封圈，支撑轴7穿过支撑轴过孔后一端与支撑板11连接，另一端与连接板6连接，也即连接板6与支撑板11通过支撑轴7相连，旋转支撑轴5转动时，连接板6升降，进而带动支撑板11以及支撑在支撑板11上方的超声振动台12在Z轴方向进行升降；箱体10内还设置有旋转电机8，旋转电机8还配套有减速器9，支撑板11上安装有轴承和轴承密封圈，减速器9的输出轴穿过箱体顶板后安装在支撑板11的轴承内，减速器9的输出轴的端部和超声振动台12连接，支撑板11、超声振动台12升降时带着旋转电机8、减速器9升降，旋转电机8将旋转传递给减速器9，减速器9与上方超声振动台12固定，可使得超声振动台12绕Z轴转动。超声振动台12的振动频率为20kHz，在放置有SiC晶锭100的情况下可提供波长为3-15μm的超声振动。并且超声振动台12上方耦合有真空吸盘16，用来将超声振动传递给SiC晶锭100。在箱体10的顶板上安装有电动导轨13，超声振动杆15滑动固定在电动导轨13上，超声振动杆15可沿着电动导轨13在X轴方向移动，可以适应不同大小的SiC晶锭100。
开始时，将SiC晶锭100放置在超声振动台12上，用真空吸盘16吸紧，然后在水槽14中加入液体介质淹没SiC晶锭100；将超声振动杆15的工具头与SiC晶锭100的侧面接触，然后开始超声振动步骤。同时开启超声振动台12和超声振动杆15，并且下方的旋转电机8开始带动超声振动台12旋转，在振动时，SiC晶锭100下方的超声振动台12提供较大的振幅，而在SiC晶锭100侧面的超声振动杆15可以加速SiC晶锭100内部改质层裂纹扩展的速度，使得裂纹尖端张开程度增加。双频超声振动引起的波幅会远大于单频振动的波幅，所以双频振动致使改质层的疲劳寿命急剧下降，裂纹扩展速度更快，在双频超声振动的共同作用下剥离单晶SiC晶片。
在SiC晶锭100下方的超声振动台12会提供拉应力，在SiC晶锭100侧面的超声振动杆15会提供剪切应力，改质层会产生同时包含Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹的复合型裂纹。这种复合型裂纹会使裂纹更容易扩展。同时使用超声振动台12和超声振动杆15，双频超声的传播汇集在SiC晶锭100，会产生比单频超声更加强烈的空化反应。空化产生气泡，气泡溃灭时会产生声流，声流包括激波、液体射流冲击和接近几千摄氏度的热效应，会对裂纹产生一定的拉力和剪切力。
Claims (2)
1.双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置，其特征在于：包括箱体（10），箱体（10）内底板（1）上固定有安装底座（4）与升降电机（3），箱体（10）的顶板和安装底座（4）之间设置带有传动螺纹的旋转支撑轴（5），升降电机（3）通过同步带（2）与旋转支撑轴（5）连接，旋转支撑轴（5）上连接有连接板（6），连接板（6）上设置有螺纹孔，连接板（6）和旋转支撑轴（5）之间螺纹配合，箱体（10）的顶板上设置有超声振动台（12），超声振动台（12）上方耦合有真空吸盘（16），超声振动台（12）支撑在下方的支撑板（11）上，箱体（10）的顶板上设置有支撑轴过孔，支撑轴（7）穿过支撑轴过孔后一端与支撑板（11）连接，另一端与连接板（6）连接；箱体（10）内还设置有旋转电机（8），旋转电机（8）还配套有减速器（9），支撑板（11）上安装有轴承，减速器（9）的输出轴穿过箱体顶板后安装在支撑板（11）的轴承内，减速器（9）的输出轴的端部和超声振动台（12）连接，在箱体的顶板上还设置有超声振动杆（15），在箱体（10）的顶板上密封固定有水槽（14），超声振动台（12）是位于水槽（14）内，超声振动杆（15）的工具头伸入到水槽内，同时开启超声振动台（12）和超声振动杆（15），将超声振动杆（15）的工具头与SiC晶锭（100）的侧面接触，在SiC晶锭（100）下方的超声振动台（12）提供拉应力，在SiC晶锭（100）侧面的超声振动杆（15）提供剪切应力。
2.根据权利要求1所述的双频超声裂纹扩展及剥离单晶SiC装置，其特征在于：在箱体（10）的顶板上安装有电动导轨（13），超声振动杆（15）滑动固定在电动导轨（13）上，由此实现超声振动杆（15）在箱体顶板上的设置。
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