CN218926554U - 非接触式加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种非接触式加工装置用以对一固体结构进行一加工程序。本实用新型之非接触式加工装置系以一电磁辐射源提供能量予上述之固体结构，借以使得固体结构产生质变或缺陷，亦即形成改质层。本实用新型再以一分离能量源非接触式施加一分离能量于具有改质层之固体结构上，借由改质层之应力、结构强度、晶格型态或硬度不同于其他非加工区，可快速地从改质层处分离或薄化固体结构。

Description

非接触式加工装置

技术领域

本实用新型是有关于一种加工装置，特别是有关于一种非接触式加工装置。

背景技术

近年来，由于半导体技术不断地蓬勃发展，使得科技类产品得以大步跃进。在半导体制程中，常使用加工元件对晶圆等材料进行切割、研磨或抛光等加工程序。半导体材料，例如碳化硅(SiC)，具有宽能带隙性质、高硬度、高导热率以及化学惰性性质等优点，因此是制备高温电子元件、高频大功率元件更为理想的材料。然而半导体材料的高硬度特性，却不易于切片、研磨或抛光等加工程序的进行，亦会对加工元件等刀具造成磨损。因此，如何提升半导体材料的加工效率及品质，实属当前重要研发课题之一。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型之一或多个目的就是在提供一种非接触式加工装置，以解决上述习知技艺之问题。

为达前述一或多个目的，本实用新型提出一种非接触式加工装置，用以对至少一固体结构进行一加工程序，其特征在于，至少包含：

一改质能量源，用以在该加工程序之一改质步骤中提供一改质能量予该固体结构之一加工目标区，使得该固体结构之该加工目标区产生质变或缺陷，进而形成一改质层，其中该改质能量源为一雷射源，该改质能量为一雷射能量；以及

一分离能量源，用以在该加工程序之一分离步骤中非接触式施加一分离能量于具有该改质层之该固体结构上，借以从该改质层处分离或薄化该固体结构，使得该固体结构成为一分离或薄化后固体结构。

其中该分离能量源包含一微波或射频源，用以提供一微波或射频能量作为该分离能量。

其中该分离能量源包含一放电加工单元，用以经由至少一放电电极提供一放电能量作为该分离能量。

其中该分离能量源包含一微波或射频源及一放电加工单元，用以分别提供一微波或射频能量及一放电能量作为该分离能量。

非接触式加工装置，还包含一电场源，该电场源系提供一电场辅助该分离能量源之该分离能量从该改质层处分离或薄化该固体结构，使得该固体结构成为该分离或薄化后固体结构。

非接触式加工装置，还包含一磨抛单元，用以在该加工程序之一磨抛步骤中磨抛该分离或薄化后固体结构。

其中该磨抛单元系该雷射源、一放电加工单元、一微波或射频源和/或另一微波或射频源，借以分别提供该雷射能量、一放电能量、一微波或射频能量和/或另一微波或射频能量磨抛该分离或薄化后固体结构，其中该分离能量源包含该放电加工单元和/或该微波或射频源。

其中该另一微波或射频源系经由该放电加工单元之至少一放电电极提供该另一微波或射频能量。

非接触式加工装置，还包含一热源，用以在该加工程序之该改质步骤、该分离步骤和/或一加热步骤中加热该固体结构。

其中该热源为该雷射源、一微波或射频源、一热油槽、一另一雷射源、一另一微波或射频源和/或一红外光源，该分离能量源包含一放电加工单元和/或该微波或射频源。

其中该固体结构更接触一热膨胀物质，该热膨胀物质系渗入该改质层中，且使得该热膨胀物质膨胀体积，借以在该加工程序之该分离步骤中从该改质层处分离或薄化该固体结构。

其中该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上系具有一填补材料，借以填补该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上之表面裂缝。

非接触式加工装置，还包含一外力扰动源，该外力扰动源系驱使一填补材料填补该分离或薄化后固体结构之表面裂缝。

其中该填补材料系借由一热源而形成于该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上，借以填补该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上之表面裂缝。

其中该固体结构系浸泡于一加热液体中。

其中该分离能量源施加该分离能量予该固体结构之方向系不同于该雷射源提供该雷射能量予该固体结构之方向。

其中该分离能量源施加该分离能量予该固体结构之方向系相同于该雷射源提供该雷射能量予该固体结构之方向。

其中该非接触式加工装置系于一流体中对该固体结构之该加工目标区进行该加工程序。

其中该非接触式加工装置系于一真空环境中对该固体结构之该加工目标区进行该加工程序。

其中该放电加工单元之该放电电极之数量为一或复数个。

其中该固体结构之数量为一或复数个。

综上所述，承上所述，依本实用新型之非接触式加工装置及加工方法，其可具有一或多个下述优点：

(1)本实用新型在改质步骤中利用一电磁辐射源使得固体结构之加工目标区产生质变或缺陷，借以与其他区域间产生应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异。本实用新型在分离步骤中借由此应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异可快速地使得固体结构分离或薄化。

(2)本实用新型在分离步骤中系对产生改质现象之固体结构施加一分离能量，借以利用改质层与其他区域间因应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异，对于分离能量源反应的不同，从改质层处分离或薄化固体结构。

(3)本实用新型以热源加热固体结构，可提升固体结构的温度，借由升高温度可提升辐射源能量的吸收率。

(4)本实用新型可检测固体结构之改质层之形成状态，进而回馈控制雷射源所提供之雷射能量和/或回馈控制微波或射频源所提供之微波或射频能量，例如控制微波或射频源所提供之微波或射频能量之大小、频率或加工进料速度等。

(5)本实用新型可加快固体结构之分离速度，还能填补加工目标区上之表面裂缝，借以防止多余之表面裂缝扩大。

(6)本实用新型可于一加热液体槽中进行加工程序，可减少热冲击产生不必要的裂缝或裂缝传递，防止不必要的表面裂缝扩大。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本实用新型之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之权利要求书中。

附图说明

图1为本实用新型之非接触式加工方法之加工程序之示意图。

图2a为本实用新型之非接触式加工装置进行改质步骤之示意图，图2b为本实用新型之非接触式加工装置进行分离步骤之示意图。

图3为本实用新型之非接触式加工装置进行改质及分离步骤之示意图，其中改质能量与分离能量系从相同侧供应予固体结构。

图4为本实用新型之非接触式加工装置进行改质及分离步骤之示意图，其中改质能量与分离能量系从相对侧供应予固体结构。

图5为本实用新型之非接触式加工装置进行改质及分离步骤之示意图，其中改质能量与分离能量系从垂直侧供应予固体结构。

图6为由图5另一视角所得之示意图。

图7a及图7b为本实用新型之非接触式加工装置进行改质及分离步骤之简要示意图，其中图7a系绘示两种分离能量从相同侧供应予固体结构，图7b系绘示两种分离能量从垂直侧供应予固体结构。

图7c为本实用新型之非接触式加工装置以电场源或膨胀液体辅助分离或薄化固体结构之示意图。

图8为本实用新型之非接触式加工装置进行分离步骤及加热步骤之示意图。

图9a为本实用新型之非接触式加工装置于加热液体槽中进行磨抛步骤之示意图，图9b为本实用新型之非接触式加工装置非于加热液体槽中进行磨抛步骤之示意图。

图10a及图10b为本实用新型之非接触式加工装置进行填补步骤之示意图。

图11为本实用新型之非接触式加工装置中采用两组双微波或射频源之示意图。

图12a及图12b分别为本实用新型的固体结构具有单一加工目标区位于部分区域之上视图及剖面侧视图，图12c及图12d分别为本实用新型的固体结构具有多个加工目标区位于部分区域之上视图及剖面侧视图。

图13a为本实用新型以具有单一放电电极之放电加工(EDM)单元分离多个固体结构之示意图，图13b为本实用新型以具有多个放电电极之放电加工(EDM)单元分离单一固体结构之示意图，图13c为本实用新型以具有多个放电电极之放电加工(EDM)单元分离多个固体结构之示意图，其中图13a之视角相同于图8，且以晶锭作为待加工物，图13a之视角系垂直于图13b及图13c。

附图标记说明：

S10：改质步骤

S20：分离步骤

S30：磨抛步骤

S40：检测及控制步骤

S50：加热步骤

S60：后续步骤

S70：填补步骤

20：雷射源

22：雷射产生器

23：脉冲光

24：透镜组

30：微波或射频源

32：微波产生器

33：微波

34：同轴共振腔

35：开口

36：隔离器

38：匹配器

38a：同轴管

38b：金属板

38c：金属杆

40：分离能量源

42：吸收元件

46：电场源

48：热膨胀物质

50：放电加工(EDM)单元

52：放电电极

60：磨抛单元

70：热源

80：加热液体槽

82：加热液体

85：另一微波或射频源

90：检测及控制单元

92：温度感测器

95：外力扰动源

100：固体结构

110：加工目标区

112：表面裂缝

114：填补材料

120：改质层

122：第一区域

124：分离起点

100a：第一半部结构

100b：第二半部结构

140：填补材料

150：载台

X：深度

L1：横向双箭头

L2：纵向双箭头

C1：横向双箭头

C2：纵向双箭头

I-I’、II-II’：剖面线

具体实施方式

为利了解本实用新型之技术特征、内容与优点及其所能达成之功效，兹将本实用新型配合图式，并以实施例之表达形式详细说明如下，而其中所使用之图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本实用新型实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之图式的比例与配置关系解读、局限本实用新型于实际实施上的权利范围。此外，为使便于理解，下述实施例中的相同元件系以相同的符号标示来说明。

另外，在全篇说明书与权利要求书所使用的用词，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本实用新型的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本实用新型的描述上额外的引导。

关于本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

其次，在本文中如使用用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本实用新型系提供一种非接触式加工装置及加工方法，此非接触式加工装置及加工方法系用以对待加工之固体结构(即待加工物)进行加工程序，且可适用于许多半导体制程，例如，但不限于，SOI(绝缘层上半导体)制程、晶锭切片(Slicing)制程、晶圆薄化(Thinning)制程或者是封装(Packaging)制程等。上述之固体结构系例如，但不限于，上述半导体制程中含有半导体材料之固态物体，例如晶圆或晶锭等晶体结构。其中，上述之半导体材料系例如，但不限于，Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等基板材料，晶体结构系例如，但不限于，单晶、多晶或非晶结构。本实用新型之非接触式加工方法所进行之加工程序至少包含：进行一改质步骤以及进行一分离步骤。其中，改质步骤系以一改质能量源提供一改质能量予固体结构之加工目标区，使得固体结构之加工目标区产生质变或缺陷，进而形成一改质层，其中改质能量源系一雷射源，改质能量系一雷射能量。其中，分离步骤系以一分离能量源非接触式施加一分离能量于具有上述之改质层之固体结构上，借以从改质层处分离或薄化固体结构，使得此固体结构成为一分离或薄化后固体结构。

上述之「分离或薄化」固体结构系指例如从上述待加工之固体结构上移除(Removing)、分割(Separating)、切割(Cutting)或分裂(Splitting)、裁切(Slicing)出一部分材料或一片状结构，其中该部分材料或片状结构可选择性被回收或再利用。换言之，上述之分离或薄化后固体结构可能为单一加工后结构(即后述之第一半部结构)或者为两个加工后结构(即后述之第一半部结构与第二半部结构)。上述之加工目标区可位在固体结构之任何深度或表面(不限于正表面或背表面)。因此，本实用新型之分离或薄化后固体结构之厚度(即第一半部结构/第二半部结构之厚度)可依据实际应用之制程需求而调整及变化，本实用新型并不局限于特定之厚度。

如图1所示，在本实用新型之加工程序之改质步骤S10中，本实用新型之非接触式加工装置系以改质能量源提供改质能量予上述之固体结构之一加工目标区，借以使得固体结构之加工目标区产生质变或缺陷，亦即形成一改质层。在本实用新型之加工程序之分离步骤S20中，本实用新型以一分离能量源非接触式施加一分离能量于具有改质层之固体结构上，借以从改质层处分离或薄化固体结构，使其成为上述之分离或薄化后固体结构。

其中，在进行上述之分离步骤S20之后，本实用新型还可选择性进行一磨抛步骤S30，借以利用一磨抛单元磨抛(研磨抛光)上述之分离或薄化后固体结构(例如第一半部结构100a和/或第二半部结构100b)。此外，在进行上述之改质步骤S10时，本实用新型还可选择性同时进行一检测及控制步骤S40，借以即时检测及回馈控制改质层120之形成状态。而且，在进行改质步骤S10、分离步骤S20和/或磨抛步骤S30时或者之后，本实用新型还可选择性进行一加热步骤S50，借以利用一热源加热固体结构，可降低其材料脆性以及降低其切割或薄化面之粗糙度。在进行上述的分离步骤S20或磨抛步骤S30之后，本实用新型甚至还可包含进行一或多个后续步骤S60，上述之后续步骤S60系例如选自于由镀膜步骤、气相沉积步骤、黄光步骤、微影步骤、蚀刻步骤及扩散步骤所组成之族群。

请参阅图1及图2a，本实用新型之非接触式加工装置及加工方法之改质步骤S10系以一改质能量源(例如电磁辐射源)非接触式提供改质能量予上述之固体结构100之加工目标区110，借以使得固体结构100产生质变或缺陷进而形成一改质层120，如图2a所示。以固体结构100为晶圆举例，晶圆系定义有上述之加工目标区110位于晶圆之一径向截面(Radial Section)或轴向截面(Axial Section)，且此径向截面或轴向截面可例如为位于晶圆之任一深度X中或表面上。固体结构100系例如承载于载台150上，但不限于移动式载台。此外，固体结构100之加工程序可在加热液体槽80(如图8所示)等腔室中进行，亦可不在加热液体槽(如图3至图5所示)等腔室中进行。

上述之第一种电磁辐射源系提供第一种电磁能量予固体结构100之加工目标区110，借以使得此加工目标区110之固体结构100产生质变或缺陷等改质现象，例如原子键结弱化、结构弱化或由单晶型态转变成多晶型态或非晶型态，亦即会形成改质层120。固体结构100之厚度范围例如，但不限于，为约50μm至约1,800μm。加工目标区110例如为位于固体结构100之深度X中或表面上。其中，本实用新型所形成之改质层120在固体结构100所占之面积及厚度并无特别限定，其可依据实际制程需求而定。

本实用新型所采用之电磁辐射源例如为雷射源20，其系在上述之加工程序之改质步骤S10中产生具有雷射能量(改质能量)之脉冲光，用以照射固体结构100之加工目标区110。以固体结构100之厚度为约1,800μm为例，加工目标区110之深度X之范围可介于约0μm至约1,800μm之间，同理脉冲光之聚焦点与载台150之间的距离范围可依据实际制程不同而介于约1,800μm至约0μm之间。雷射源20系借由雷射产生器22产生一脉冲光23，且此脉冲光23系经由透镜组24传递至固体结构100上。由于雷射源20之脉冲光23会在聚焦点形成非线性吸收效应及产生热效应，而形成热点(Hot Spot)，因此会造成聚焦点处之固体结构100离子化产生自由电子，并且自由电子的能量也会转移至聚焦点处之固体结构100而升高聚焦点之固体结构100的温度，亦即会增加聚焦点之吸收系数，以吸收更多雷射源20提供之雷射能量，进而提升改质效果。所以，当雷射源20所产生之脉冲光23之聚焦点聚焦在固体结构100之加工目标区110上时，就会提供雷射能量予此固体结构100之加工目标区110，使其产生原子键结弱化、结构弱化或由单晶型态转变成多晶型态或非晶型态、硬度降低等质变或缺陷等改质现象，即形成上述之改质层120。

本实用新型所采用之雷射源20例如，但不限于为Nd:YAG脉冲雷射、Nd:YVO4脉冲雷射或Ti-Sapphire脉冲雷射。雷射源20所产生之脉冲光系扫描式照射固体结构100之加工目标区110，借以使得缺陷密度范围为约100ea/mm²至约1,000,000ea/mm²，其中脉冲光之移动速率范围为约10mm/sec至约1,000mm/sec，脉冲光波长约大于700nm，脉冲光波长范围较佳为约700nm至约1,600nm，脉冲宽度约小于1,000ns，重复频率(Repetition Frequency)范围为约5KHz至约10MHz，脉冲能量(Pulse Energy，E)范围例如为约0.1μJ至约1,000μJ，光点点径(Spot Diameter)范围例如为约1μm至约50μm。

本实用新型可利用移动式载台水平式移动固体结构100(如图2a下方的横向双箭头C1所示)或者是雷射源20水平式移动脉冲光(如图2a上方的横向双箭头L1所示)，借以使得脉冲光水平式扫描照射固体结构100之加工目标区110。此外，本实用新型还可例如利用移动式载台垂直式移动固体结构100(即，雷射源纵向固定，而载台纵向可移动，如图2a下方的纵向双箭头C2所示)或者是雷射源20垂直式移动脉冲光(即，雷射源20纵向可移动，而载台纵向固定，如图2a上方的纵向双箭头L2所示)，借以使得脉冲光垂直式扫描照射固体结构100之加工目标区110。此外，在其他实施态样中，上述之移动式载台之移动方式也不限于垂直式移动或水平式移动固体结构100，移动式载台也可例如为转动式、倾斜式或其他方式移动固体结构100，亦即只要能够调整脉冲光之聚焦点照射固体结构100之位置，均可适用于本实用新型中。另外，透过调整脉冲光之聚焦点照射固体结构100之位置，可使得固体结构之加工目标区110不限于全面式分布于固体结构之全部区域，例如仅分布于部份径向截面和/或纵向截面。举例来说，一个加工目标区110(见图12a及图12b)或多个加工目标区110(见图12c及图12d)可以是位于固体结构100之部分区域，且加工目标区110之剖面形状并无特别限制，可依实际需求而定，举例来说可以如图12a至图12d所示地呈U字型，其中图12b为图12a中沿剖面线I-I’所得之剖面侧视图，而图12d为图12c中沿剖面线II-II’所得之剖面侧视图。

请参阅图1、图2b、图3至图5，本实用新型之非接触式加工装置及加工方法还包含进行加工程序之一分离步骤S20，其中分离步骤20系以一分离能量源40非接触式施加一分离能量于具有改质层120之固体结构100上，借以从改质层120处分离或薄化固体结构100，使得固体结构100成为一分离或薄化后固体结构，例如具有薄化面之第一半部结构100a，或者是分别具有分割面之第一半部结构100a及第二半部结构100b。另外，经分离或薄化后的固体结构(即第一半部结构100a和/或第二半部结构100b)，也可以带有部分的改质层120(见图7c、图10a或图10b)。

本实用新型所采用之分离能量源40例如包含一微波或射频源30，此微波或射频源30系输出微波或射频电磁波以提供微波或射频能量作为上述之分离能量，借以利用改质层120(即加工目标区110)与其他区域(即非加工目标区)之应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异，对于微波或射频能量反应的不同，从改质层120处分离或薄化固体结构100，使得固体结构100成为上述之分离或薄化后固体结构(例如第一半部结构100a，或者是第一半部结构100a及第二半部结构100b)。本实用新型之固体结构100之加工目标区110之改质层120之应力(如压应力或拉应力)不同于其他区域(非加工目标区)，或改质层120之结构强度较弱于其他区域(非加工目标区)，或改质层120之晶格型态(如单晶、多晶或非晶)不同于其他区域(非加工目标区)，或改质层120之硬度较弱于其他区域(非加工目标区)。本实用新型借由改质层120与非加工目标区对于微波能量的吸收差异，可增加改质层120与非加工目标区的差异，可轻易地从改质层120处扩大分离程度。此外，改质层120的导电率优于其他区域(非加工目标区)，因此分离能量源40也可为一放电加工(EDM)单元(如图8所示)。另，本实用新型借由改质层120与其他区域间对于放电能量反应的不同，从改质层处分离或薄化固体结构。

微波或射频源30系借由微波产生器32(如磁控管)产生微波33，且经由同轴共振腔(Coaxial Resonator)34传递至固体结构100。其中，微波产生器32与同轴共振腔34之间较佳为设有隔离器(Isolator)36，其可提供单向传输微波的效果，且微波的传输路径(如同轴共振腔34)上较佳还设有匹配器38，其可提供降低微波反射量，使得微波能够有效进入同轴共振腔34中，借以传递至固体结构100上。匹配器38系例如由同轴管38a、金属板38b及金属杆38c组成，惟上述之微波或射频源30构造仅为较佳举例，并非用以限定本实用新型。相较于紫外光或红外光，微波或射频源30所提供之微波或射频电磁波可穿透晶圆/晶锭等固体结构100，因此分离能量能够有效传递至改质层120所在深度。由于固体结构100之加工目标区110之改质层120具有质变或缺陷等改质现象，因此对于吸收微波或射频源30所提供之微波或射频能量会有差异，其中微波或射频能量可使固体结构100之原子(例如硅原子)间的键结产生振动并加热升温，因此可借由改质层120与其他非加工目标区之间的应力差异、结构强度、晶格型态和/或硬度差异，使得固体结构100从改质层120处分离或薄化。此外，本实用新型不局限于固体结构100之待加工目标区110全部形成有改质层120后，再进行施加分离能量于固体结构100之改质层120上。亦即，不论固体结构100之待加工目标区110系局部或全部形成有改质层120，本实用新型皆可施加分离能量予固体结构100之改质层120上。换言之，本实用新型之加工程序之改质步骤S10与分离步骤S20可为依序进行，例如利用改质步骤S10使得待加工目标区110全部形成有改质层120之后，再进行分离步骤S20。改质步骤S10与分离步骤S20亦可为同时进行，例如利用改质步骤S10使得待加工目标区110部份形成有改质层120，即可进行分离步骤S20，借以部份或全部分离或薄化固体结构100。

若改质步骤S10与分离步骤S20系依序进行，则本实用新型可先进行改质步骤S10，借由雷射源20所提供之雷射能量使得固体结构100之加工目标区110形成改质层120，再进行分离步骤S20，亦即以微波或射频源30提供微波或射频源作为分离能量，借以从改质层120处分离或薄化固体结构100，使得固体结构100成为上述之分离或薄化后固体结构。

若改质步骤S10与分离步骤S20系同时进行，则本实用新型可例如形成改质层120并同时从改质层120处分离或薄化固体结构100。其中，雷射源20所提供之雷射能量，可使得固体结构100之加工目标区110产生自由电子，该自由电子的产生相对于其他区域(非加工目标区)可吸收更多的微波能量，因而升高加工目标区之温度，又因温度升高有助于加工目标区110吸收更多雷射能量以产生更多的自由电子，而吸收更多微波或射频辐射源所提供之电磁能量，故而形成正向循环。由于固体结构100之加工目标区110(即改质层120所在位置)在雷射源20之脉冲光之聚焦点处有较多自由电子，且温度较高吸收系数较高，因此相对于其他区域(非加工目标区)可吸收更多的微波能量，因而与其他非加工目标区产生更大的热差异，借以与其他区域(非加工目标区)间产生更多的应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异，有助于对固体结构100分离或薄化之效果。其中，上述之温度可例如借由温度感测器92(如红外线温度感测器)侦测而得。此外，本实用新型之雷射源20系借由产生脉冲光以提供雷射能量，微波或射频源30则系借由连续性或间歇性产生微波或射频电磁波以提供微波或射频能量。借此，本实用新型之雷射源20以及微波或射频源30可依序或同时分别输出脉冲光以及微波或射频电磁波以提供雷射能量以及微波或射频能量，使得固体结构100之加工目标区110形成改质层120，并从改质层120处分离或薄化固体结构100。

另外，本实用新型之微波或射频源30输出微波或射频电磁波以提供微波或射频能量予固体结构100之方向并无特别限定，其可从不同于(如图4所示之相对侧)、相同于(如图3所示之同一侧)或垂直于(如图5、图6所示)雷射源20提供雷射能量予固体结构100之方向来提供微波或射频电磁波。在本实用新型中，也可采用一组双微波或射频源来提供微波或射频能量，如图5及图6所示，此组双微波或射频源中的两微波或射频源30共用同一个同轴共振腔34分别设于固体结构100的左右两侧，以垂直于雷射源20提供雷射能量之方向来提供微波或射频能量。其中，图5及图6所示之同轴共振腔34更选择性具有开口35，借以使得载台150可利用此开口35将固体结构100上欲处理之区域送入同轴共振腔34中。另外，如图11所示，也可以再额外增设一组双微波或射频源，借此可增加加工(例如分离)效果。此外，除了前述的相对侧方向、相同侧方向、垂直方向之外，微波或射频源30提供微波或射频能量之方向与雷射源提供雷射能量之方向，也可以是呈一夹角，且此夹角系介于约0度至约180度之间。另外，微波或射频源30提供微波或射频电能量之方向也可以是可调整的，例如依据固体结构100的表面形貌或成分来调整微波或射频源30提供微波或射频能量之方向与雷射源20提供雷射能量之方向和/或前述之夹角。

举例而言，雷射源20所提供之脉冲光可例如沿着晶圆或晶锭等晶体结构的径向截面或轴向截面之方向扫描以提供改质能量予固体结构100，固体结构100之质变或缺陷之分布方向系平行于径向截面或轴向截面之方向，其中脉冲光沿着径向截面或轴向截面之方向扫描时之扫描路径并无特别限定，只要能够提供雷射能量予固体结构100之加工目标区110，即可适用于本实用新型中。由于微波或射频电磁波可穿透晶圆/晶锭等固体结构100，因此微波或射频源30可从平行于径向截面或轴向截面之方向、垂直于径向截面或轴向截面之方向或其他方向提供微波或射频电磁波，且均仅有产生质变或缺陷之固体结构100(即改质层120)会吸收较多微波或射频能量。其中，不论微波或射频源30从哪个方向提供微波或射频电磁波，均可在对面侧设置一吸收元件42，以避免不必要的散射，提升吸收的均匀度(如图4所示)。以微波或射频源30为微波为例，本实用新型之微波之波长范围为约1mm至约1m，频率范围为约300GHz至约0.3GHz，功率范围例如为约200瓦至约5,000瓦。本实用新型之雷射源20所输出之雷射能量不限于高于、低于或等于微波或射频源30所输出之微波或射频能量。由于雷射源20以及微波或射频源30之设置方式及其运作原理为习知技术者所熟知，故本实用新型此处不再赘述。

除此之外，如图7a及图8所示，本实用新型之分离能量源40亦可例如为以一放电加工(EDM)单元50代替上述之微波或射频源30，用以经由放电电极52非接触式提供一放电能量作为上述之分离能量。或者是，如图7b及图8所示，本实用新型也可同时以放电加工(EDM)单元50及微波或射频源30作为分离能量源40，其中放电加工(EDM)单元50以及微波或射频源30提供分离能量之方向可例如为相同(如图7a所示)、彼此垂直(如图7b所示)或呈一夹角，此夹角系介于约0度至约180度之间。其中，放电加工(EDM)单元50之放电电极52例如为线状电极或板状电极，线状电极及板状电极之材料均可例如为钼、黄铜、钨及镀锌，线状电极之直径范围为约30μm至约300μm，板状电极之厚度范围为约30μm至约300μm。放电加工(EDM)单元50作为分离能量源40，有助于分离(分割)或薄化晶圆(如图7a至图7b所示)或晶锭(如图8所示)等固体结构。而且，固体结构100之加工目标区110之改质层120之硬度或结构强度低于其他区域，有助于放电加工(EDM)单元50之放电能量快速移除改质层120，进而从改质层120处快速分离或薄化固体结构100。例如，本实用新型可以放电加工(EDM)单元50施加放电能量于固体结构100之改质层120之第一区域122之一分离起点124上，借以从改质层120之分离起点124处分离或薄化固体结构100。由于，固体结构100之加工目标区110之改质层120之应力(如压应力或拉应力)不同于其他区域(非加工目标区)，因此可轻易地从改质层120之分离起点124处扩大分离程度(见图7a及图7b)。换言之，本实用新型不仅可加快分离速度，还可降低放电加工(EDM)单元50之使用功率。由于，放电加工(EDM)单元50之运作原理、运作方式及结构属于具有通常知识者所熟知，且非本实用新型之重点所在，故不另赘述。

本实用新型虽以具有一条放电电极52(单一导电结构)之放电加工(EDM)单元对一个固体结构(即单一待加工物)进行分离步骤举例说明，如图8所示，然而本实用新型不局限于此。本实用新型之放电电极52也可例如同时对多个固体结构100(即多个待加工物)进行分离步骤，如图13a所示，亦即放电电极52可同时分离多个固体结构100。同理，本实用新型亦可以多条分离之放电电极52(多个导电结构)同时对一个固体结构100(如图13b所示)或多个固体结构100(如图13c所示)进行分离步骤。而且，本实用新型之分离步骤S20不局限于在上述之液态或气态等流体中进行，本实用新型之分离步骤S20亦可在真空环境中进行。换言之，本实用新型之分离步骤S20除了可以放电电极52湿式分离待加工物100(亦即在液体槽或加热液体槽80中进行)，还可以放电电极52干式分离固体结构100(亦即在空气中或真空环境中)。其中，本实用新型在放电电极52干式分离固体结构100的过程中，亦可选择性对放电电极52进行降温，例如，使用液体或气体等降温流体使放电电极52降温或保持温度，或者是也可以使得放电电极52借由放电能量而升温，亦即不使用液体或气体等降温流体。基于相同理由，本实用新型之加工程序之各步骤，如前述之改质步骤S10或分离步骤S20，以及后述之磨抛步骤S30、填补步骤S70或加热步骤S50，皆可选择性在上述之液态或气态等流体中进行或者是在真空环境中进行。

如图7c所示，本实用新型之非接触式加工装置还可选择包含一电场源46，其中在上述之分离步骤S20中，电场源46系提供一电场于固体结构100之改质层120上，使得改质层120与固体结构100之交界面产生自由电子累积，借以辅助分离能量源40从改质层120处分离或薄化固体结构100，使得固体结构100成为分离或薄化后固体结构。其中，电场方向并无限定，只要可使得自由电子累积在改质层120与固体结构100之交界面，即可适用于本实用新型。

此外，如图7c所示，在进行分离步骤S20之前，本实用新型亦可选择性以热膨胀物质48接触具有改质层120之固体结构100，例如将固体结构100浸泡于上述之热膨胀物质48(例如水)中，让热膨胀物质48渗入于改质层120之孔洞或裂缝之中。或者是，本实用新型可直接将热膨胀物质48填充于改质层120的孔洞或裂缝中，其中此热膨胀物质例如为水溶液等液体或水蒸气等气体，甚至液气混合。因此，当后续以分离能量源40(及后续之热源70)施加分离能量/热能予具有改质层120之固体结构100时，热膨胀物质48会因吸收分离能量/热能而加热膨胀或沸腾，进而促使固体结构100从改质层120处裂开，因此本实用新型之热膨胀物质48可辅助分离能量源40从改质层120处分离或薄化固体结构。

此外，如图8所示，本实用新型之非接触式加工装置还可选择性例如还包含另一微波或射频源85。此另一微波或射频源85可例如经由放电加工(EDM)单元50之放电电极52从沿着改质层120之方向提供另一微波或射频能量予固体结构100。其中，此另一微波或射频源85可应用于前述之分离步骤S20中以作为分离能量源，加快分离速度，也可应用于后述之磨抛步骤S30以作为磨抛单元，降低分离或薄化后固体结构之切割或薄化面的表面粗糙度，或应用于加热步骤S50中以作为加热单元，提升固体结构的温度，借由升高温度可提升辐射源能量的吸收率，并能提升放电加工的效率。此外，本实用新型之放电加工(EDM)单元50可同时经由放电电极52提供放电能量及另一微波或射频能量，借以例如同时发挥分离、磨抛及加热效果。本实用新型之放电加工(EDM)单元50也可以非同时经由放电电极52提供放电能量及另一微波或射频能量，借以例如分别发挥分离、磨抛及加热效果。

此外，如图9a及图9b所示，本实用新型之加工装置更选择性例如包含一磨抛单元60，用以在加工程序之磨抛步骤S30中磨抛上述之分离或薄化后的固体结构，使其切割或薄化面之表面粗糙度例如由约30μm至约1μm之范围降至约10μm至约0.05μm之范围。其中，磨抛单元60可例如为图3至图5及图9a及图9b所示之雷射源20、图7a、图7b及图8所示之放电加工(EDM)单元50、图3至图5及图7a、图7b及图8至图9a所示之微波或射频源30和/或图8所示之另一微波或射频源85，借以利用雷射能量、放电能量或微波或射频能量磨抛上述之分离或薄化后固体结构(例如第一半部结构100a或者是第一半部结构100a及第二半部结构100b)以降低切割或薄化面之表面粗糙度。

此外，如图8至图9a所示，本实用新型之加工装置100更选择性例如包含一热源70，用以进行一加热步骤S50，借以在进行上述之加工程序之改质步骤S10、分离步骤S20和/或磨抛步骤S30时或是之后加热固体结构100。图8系以固体结构100为晶锭举例，图9a则系以分离或薄化后固体结构为晶圆举例。其中，热源70例如为图3至图5、图7a、图7b及图9a所示之雷射源20、图3至图5及图7a、图7b及图8至图9a所示之微波或射频源30、图8至图9a所示之加热液体槽80、另一雷射源、另一微波或射频源85和/或一红外光源。其中，上述作为热源70之加热液体槽80系具有一加热液体82，较佳为一热油，更佳为耐高温油，例如氟素油，且在上述之加工程序之全部步骤或部分步骤中，固体结构100可浸泡于加热液体82中，借此可减少热冲击产生不必要的裂缝或裂缝扩大。其中，在分离步骤S20中若同时以热源70加热固体结构100，则可提升固体结构100之温度，且加热可在改质层120上产生更多自由电子，自由电子的产生相对于其他区域(非加工目标区)可吸收更多的微波能量，因而升高加工目标区110之改质层120之温度，又因温度升高有助于改质层120吸收更多雷射能量以产生更多的自由电子，而吸收更多微波或射频辐射源所提供之电磁能量，故而形成正向循环。

除此之外，如图8所示，本实用新型之加工装置100更选择性例如包含一检测及控制单元90，用以在加工程序之检测及控制步骤S40中检测固体结构100之改质层120之形成状态，例如借由检测自由电子量得知其光电导衰减变化及缺陷生成状态，进而回馈控制雷射源20所提供之雷射能量和/或回馈控制微波或射频源30所提供之微波或射频能量，例如控制微波或射频源30所提供之微波或射频能量之大小、频率或加工进料速度等。其中，上述之检测及控制步骤S40例如可在进行改质步骤S10、分离步骤S20和/或磨抛步骤S30时同时进行。

除此之外，在进行上述的分离步骤S20时，固体结构100之加工目标区110之周围(切割或薄化面)会产生深浅不一致的表面裂缝112。因此，本实用新型还可选择性进行一填补步骤S70，例如利用一外力扰动源95(如图10a所示)，例如超音波单元提供一超音波驱使填补材料114填补加工目标区110之切割或薄化面上之表面裂缝112，避免这些多余之表面裂缝112持续扩大，不仅能够借此强化其结构，还可借此达到快速(甚至加快)进行分离步骤S20的功效。填补材料之成分可例如为Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等材料，但不限于此，任何适合填补裂缝之材料，例如填补剂或涂胶均可适用于本实用新型中。超音波之频率范围例如为，但不限于约15KHz至约30KHz。此填补步骤S70可选择性在流体中进行，此流体例如为加热液体82、水或空气等传导媒介，超音波可在流体中产生流体滴柱及冲击压力波，促使填补材料114之材料颗粒嵌入加工目标区110之切割或薄化面上之表面裂缝112。此外，本实用新型并不局限于特定构造之超音波单元，超音波单元提供超音波之方向也无特别限定，其可为任意方向，只要能够达成填补效果，即可适用于本实用新型中。

此外，本实用新型亦可借由上述之热源70所提供之热能，使得分离或切割后之固体结构(例如是第一半部结构100a)之表面或其改质层120之表面进行氧化或其他化学反应，而形成如图10b所示之填补材料114，例如氧化硅或氧化物，进而填补表面裂缝112并防止表面裂缝112传递。

综上所述，承上所述，依本实用新型之非接触式加工装置及加工方法，其可具有一或多个下述优点：

(1)本实用新型在改质步骤中利用一电磁辐射源使得固体结构之加工目标区产生质变或缺陷，借以与其他区域间产生应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异。本实用新型在分离步骤中借由此应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异可快速地使得固体结构分离或薄化。

(2)本实用新型在分离步骤中系对产生改质现象之固体结构施加一分离能量，借以利用改质层与其他区域间因应力、结构强度、晶格型态或硬度的差异，对于分离能量源反应的不同，从改质层处分离或薄化固体结构。

(3)本实用新型以热源加热固体结构，可提升固体结构的温度，借由升高温度可提升辐射源能量的吸收率。

(4)本实用新型可检测固体结构之改质层之形成状态，进而回馈控制雷射源所提供之雷射能量和/或回馈控制微波或射频源所提供之微波或射频能量，例如控制微波或射频源所提供之微波或射频能量之大小、频率或加工进料速度等。

(5)本实用新型可加快固体结构之分离速度，还能填补加工目标区上之表面裂缝，借以防止多余之表面裂缝扩大。

(6)本实用新型可于一加热液体槽中进行加工程序，可减少热冲击产生不必要的裂缝或裂缝传递，防止不必要的表面裂缝扩大。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本实用新型之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之权利要求书中。

Claims (21)

1.一种非接触式加工装置，用以对至少一固体结构进行一加工程序，其特征在于，至少包含：

一改质能量源，用以在该加工程序之一改质步骤中提供一改质能量予该固体结构之一加工目标区，使得该固体结构之该加工目标区产生质变或缺陷，进而形成一改质层，其中该改质能量源为一雷射源，该改质能量为一雷射能量；以及

一分离能量源，用以在该加工程序之一分离步骤中非接触式施加一分离能量于具有该改质层之该固体结构上，借以从该改质层处分离或薄化该固体结构，使得该固体结构成为一分离或薄化后固体结构。

2.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该分离能量源包含一微波或射频源，用以提供一微波或射频能量作为该分离能量。

3.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该分离能量源包含一放电加工单元，用以经由至少一放电电极提供一放电能量作为该分离能量。

4.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该分离能量源包含一微波或射频源及一放电加工单元，用以分别提供一微波或射频能量及一放电能量作为该分离能量。

5.如权利要求1、2、3或4所述的非接触式加工装置，其特征在于，还包含一电场源，该电场源系提供一电场辅助该分离能量源之该分离能量从该改质层处分离或薄化该固体结构，使得该固体结构成为该分离或薄化后固体结构。

6.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，还包含一磨抛单元，用以在该加工程序之一磨抛步骤中磨抛该分离或薄化后固体结构。

7.如权利要求6所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该磨抛单元系该雷射源、一放电加工单元、一微波或射频源和/或另一微波或射频源，借以分别提供该雷射能量、一放电能量、一微波或射频能量和/或另一微波或射频能量磨抛该分离或薄化后固体结构，其中该分离能量源包含该放电加工单元和/或该微波或射频源。

8.如权利要求7所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该另一微波或射频源系经由该放电加工单元之至少一放电电极提供该另一微波或射频能量。

9.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，还包含一热源，用以在该加工程序之该改质步骤、该分离步骤和/或一加热步骤中加热该固体结构。

10.如权利要求9所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该热源为该雷射源、一微波或射频源、一热油槽、一另一雷射源、一另一微波或射频源和/或一红外光源，该分离能量源包含一放电加工单元和/或该微波或射频源。

11.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该固体结构更接触一热膨胀物质，该热膨胀物质系渗入该改质层中，且使得该热膨胀物质膨胀体积，借以在该加工程序之该分离步骤中从该改质层处分离或薄化该固体结构。

12.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上系具有一填补材料，借以填补该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上之表面裂缝。

13.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，还包含一外力扰动源，该外力扰动源系驱使一填补材料填补该分离或薄化后固体结构之表面裂缝。

14.如权利要求12所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该填补材料系借由一热源而形成于该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上，借以填补该分离或薄化后固体结构之该加工目标区上之表面裂缝。

15.如权利要求1、8或13所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该固体结构系浸泡于一加热液体中。

16.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该分离能量源施加该分离能量予该固体结构之方向系不同于该雷射源提供该雷射能量予该固体结构之方向。

17.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该分离能量源施加该分离能量予该固体结构之方向系相同于该雷射源提供该雷射能量予该固体结构之方向。

18.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该非接触式加工装置系于一流体中对该固体结构之该加工目标区进行该加工程序。

19.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该非接触式加工装置系于一真空环境中对该固体结构之该加工目标区进行该加工程序。

20.如权利要求3所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该放电加工单元之该放电电极之数量为一或复数个。

21.如权利要求1所述的非接触式加工装置，其特征在于，其中该固体结构之数量为一或复数个。

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