TWI735924B - Incident radiation induced subsurface damage for controlled crack propagation in material cleavage - Google Patents
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Abstract
Description
本發明大體上係關於材料處理且更明確言之係關於使用入射輻射準備工件用於裂解及用於裂解工件。The present invention relates generally to material processing and more specifically to the use of incident radiation to prepare the workpiece for cracking and for cracking the workpiece.
半導體歸因於其等獨特性質、多用途應用及現在廣泛使用而作為電子及光伏工業中之一重要的且有價值的材料。半導體通常以晶圓形式使用。然而,當前晶圓製作方法係浪費的且可導致高達50%之材料損耗。將大型半導體晶錠/組塊機械線鋸成薄晶圓形式係工業標準,但由鋸線引起之切口損耗係不可避免的。鋸切亦損傷所得晶圓之表面,從而導致需要受損材料移除及後續表面加工以達成許多應用所需之高級晶圓。拋光及機械研磨通常用於加工晶圓之表面,且此等後處理步驟自晶圓移除甚至更多材料,從而進一步增加總體材料損耗。製造半導體晶圓期間之高材料損耗導致可用於應用之半導體材料更少且每晶圓之成本更高。對於用於多樣化應用之廣泛範圍工業中所使用之高級絕緣體(舉例而言,諸如氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂等),可進行一類似論證。Semiconductors are one of the important and valuable materials in the electronics and photovoltaic industries due to their unique properties, multi-purpose applications and widespread use now. Semiconductors are usually used in wafer form. However, current wafer fabrication methods are wasteful and can cause up to 50% material loss. It is an industry standard to saw large-scale semiconductor ingots/assembly mechanical wires into thin wafers, but the kerf loss caused by the saw wires is inevitable. Saw cutting also damages the surface of the resulting wafer, resulting in the need for damaged material removal and subsequent surface processing to achieve advanced wafers required for many applications. Polishing and mechanical grinding are commonly used to process the surface of the wafer, and these post-processing steps remove even more material from the wafer, thereby further increasing the overall material loss. The high material loss during the manufacturing of semiconductor wafers results in less semiconductor materials available for applications and higher cost per wafer. A similar argument can be made for advanced insulators used in a wide range of industries for diverse applications (for example, such as silica, alumina, zirconia, magnesia, etc.).
經由裂痕擴展裂解材料工件係當前晶圓處理方法之一有前景的替代方法,此係因為其導致很少材料損耗。此外,看出此類型之裂解導致更高品質晶圓表面,而可能減少或消除對達成高品質表面光潔度之後處理步驟之需要。然而,透過此等裂解方法有效率地生產晶圓係具有挑戰性的。Cracking material workpieces through crack propagation is one of the promising alternatives to current wafer processing methods because it leads to very little material loss. In addition, it is seen that this type of cracking results in a higher quality wafer surface, which may reduce or eliminate the need for subsequent processing steps to achieve a high quality surface finish. However, it is challenging to efficiently produce wafers through these cracking methods.
本發明描述一種裂解系統,其與傳統技術相比使用減小量之力將一工件精確地裂解成一或多個裂解件。該裂解系統包含一成形器、一定位器、一內部準備系統、一外部準備系統、一裂解器及一截斷器。The present invention describes a cracking system that uses a reduced amount of force to accurately crack a workpiece into one or more cracked parts compared with the traditional technology. The cracking system includes a shaper, a positioner, an internal preparation system, an external preparation system, a cracker and a cut-off device.
裂解系統可採用各種方法來產生裂解件。例如,成形器使一工件成形為一定義幾何形狀(諸如一圓柱體)。以此方式,藉由該裂解系統產生之裂解件之任一者可為該定義幾何形狀之一橫截面(例如,一圓)。裂解系統判定該工件內部之一裂解平面之一位置。接著,該定位器定位該工件使得該內部準備系統可在該裂解平面處產生一分離層。The cracking system can use various methods to produce cracked parts. For example, the shaper shapes a workpiece into a defined geometric shape (such as a cylinder). In this way, any one of the fragments produced by the cracking system can be a cross section of the defined geometric shape (for example, a circle). The cracking system determines the position of a cracking plane inside the workpiece. Then, the positioner positions the workpiece so that the internal preparation system can create a separation layer at the cracking plane.
為產生該分離層,該內部準備系統將一雷射光束聚焦至該工件內部之一焦點處而產生該工件中之其中機械性質已改變之一局部區域(「覆蓋區」)。該內部準備系統用該雷射光束跨該裂解平面掃描以透過產生許多覆蓋區而產生該分離層。該分離層係該工件內之在結構上不同於該分離層周圍之材料的一材料層。該分離層與周圍材料之間之結構差異有利於將工件裂解成裂解件。可在該工件內部產生一個以上分離層。To create the separation layer, the internal preparation system focuses a laser beam to a focal point inside the workpiece to create a local area ("coverage area") in the workpiece in which the mechanical properties have changed. The internal preparation system scans across the splitting plane with the laser beam to create the separation layer by generating many coverage areas. The separation layer is a material layer in the workpiece that is structurally different from the material around the separation layer. The structural difference between the separation layer and the surrounding materials facilitates the disintegration of the workpiece into disintegrated parts. More than one separation layer can be created inside the workpiece.
該外部準備系統在與該分離層共面之一位置處對該工件之該外表面進行刻劃。接著,該裂解器藉由使該外表面上之裂痕沿著該分離層擴展而裂解該工件。更特定言之,該裂解系統施加一拉力於該工件之相對端上而使該裂痕沿著該分離層之不同材料擴展且藉此產生一裂解件。該截斷器視需要使該裂解件成形為任何幾何形狀。The external preparation system scribes the external surface of the workpiece at a position coplanar with the separation layer. Then, the cracker cracks the workpiece by expanding the crack on the outer surface along the separation layer. More specifically, the cracking system exerts a pulling force on the opposite end of the workpiece to cause the crack to expand along the different materials of the separation layer and thereby produce a cracked piece. The breaker shapes the disintegration piece into any geometric shape as needed.
相關申請案之交叉參考Cross reference of related applications
本申請案主張於2018年7月26日申請之美國臨時申請案第62/703,642號之權利,該案之全部內容特此以引用的方式併入。系統概述 This application claims the rights of U.S. Provisional Application No. 62/703,642 filed on July 26, 2018, and the entire content of the case is hereby incorporated by reference. System Overview
圖1繪示根據一項實施例之用於裂解一工件130之一系統環境100。環境100包含一系統控制器120、一裂解系統110及一工件130。在環境100內,系統控制器120判定用於工件130之一裂解平面160。系統控制器120控制裂解系統110以在工件130內沿著裂解平面160產生一分離層140。為此,裂解系統110在工件130內產生覆蓋區150而促進裂解系統110裂解工件130。接著,系統控制器120控制裂解系統110以沿著分離層140裂解工件。裂解系統 FIG. 1 illustrates a system environment 100 for cracking a
圖2繪示環境100內之一裂解系統110。裂解系統110將一工件130裂解成兩個更多個件。當工件130係一半導體晶錠時,裂解系統110可將該半導體晶錠裂解成一或多個半導體晶圓。FIG. 2 shows a
裂解系統110包含一成形器210、一定位器220、一內部準備系統230、一外部準備系統240、一裂解器250及一截斷器260。The
成形器210使工件130成形使得可藉由裂解系統110裂解工件130。使工件130成形可包含:使工件130成形為一已知幾何形狀,諸如一圓柱體、一矩形棱柱或某一其他形狀。在一些實例中,使工件130成形可包含:添加材料或自工件130移除材料。自工件130移除材料可藉由一鋸、一研磨機、一蝕刻程序或可自工件130移除材料之某一其他儀器或程序來完成。添加材料至工件130可藉由化學氣相沈積、熱氧化、原子層沈積或添加材料至工件之任何其他方法來完成。在一些情況中,可自一外部源或供應商接收成形工件130。無論如何,成形工件130具有可藉由裂解系統110裂解之一形狀。The
基於裂解件之所要形狀選擇工件130之形狀。一些實例包含具有一圓形、矩形、方形或準方形(pseudo-square)橫截面區域之工件130以產生具有相同形狀之件。在其他實例中,工件130之形狀並非所產生件之形狀。為形成商業上可行之件(例如,晶圓),遵守工業標準可為較佳的。例如,4英寸圓形晶圓係一標準化、常用類型之晶圓,因此用於形成該等晶圓之工件130將為具有具一4英寸(或100毫米)直徑之一圓之一橫截面區域的圓柱形。圓形晶圓之其他標準直徑包含1英寸(25毫米)、2英寸(51毫米)、3英寸(76毫米)、5.9英寸(150毫米)、7.9英寸(200毫米)、11.8英寸(300毫米)及17.7英寸(450毫米)。準方形晶圓之標準邊長包含125毫米及156毫米,其等分別係藉由具有165毫米及210毫米之直徑之初始圓柱形件製作而成。另外,根據工業標準,工件130可包含凹口或平坦部分。此等特徵可指示材料(若其係單晶的)之晶體結構之定向。例如,一n摻雜(100)矽晶圓具有彼此平行之兩個平坦部分,且可由呈具有在圓柱體之長度之相對側上切割之兩個平行平坦部分之圓柱形的一工件130製成。The shape of the
另外,一截斷器260可在裂解器250已裂解工件130之後將裂解件精確地截斷為所要幾何形狀。此容許裂解系統110裂解呈一種形狀之工件130但產生一最終幾何形狀之裂解件。例如,裂解器250經組態以裂解方形工件130。因而,成形器210使工件130成形為一方形且將工件130裂解為方形晶圓。然而,在此情況中,晶圓之所要形狀係一圓。因此,截斷器260將方形晶圓截斷為所要幾何形狀之圓形晶圓。截斷器260透過自晶圓移除材料之任何方法(包含但不限於雷射切割、晶圓鋸切、化學蝕刻、水刀切割等等)來完成其功能。In addition, a cut-off
另外,工件130可經成形使得工件130之兩個表面平行於一裂解平面160。裂解平面160係藉由分離層140預先界定且藉由系統控制器120判定之工件130之平面(裂解器250沿著該平面裂解)。兩個表面可平行於裂解平面160,使得裂解器250可更有效率地裂解工件130。關於圖7A至圖8C更詳細描述此程序之一實例。一般而言,此兩個表面或面在工件130之相對端上。例如,對於呈一圓柱形、單晶矽晶錠之一工件130 (其中晶錠之長軸垂直於(100)晶面),成形器210可使工件130成形使得其具有在晶錠之相對端上具有相同(100)晶向之兩個面。In addition, the
成形工件130之外表面可包含殘餘表面粗糙度。因此,在一些組態中,成形器210藉由減小表面粗糙度而準備工件130之表面以進行裂解。在各項實施例中,成形器210使用一機械拋光、一化學機械拋光、一濕式蝕刻程序(例如,一化學蝕刻程序)、一乾式蝕刻程序(例如,反應離子蝕刻)、一熱表面回流程序或可準備工件130之表面以進行裂解之任何其他程序來準備表面。The outer surface of the shaped
定位器220在裂解程序期間定位工件130及/或裂解系統110。在一項實例中,定位器220在裂解系統110保持靜止時定位工件130。替代地,定位器220在工件130保持靜止時定位裂解系統110。在一些情況中,定位器220同時定位裂解系統110及工件130兩者。更一般而言,定位器220藉由適當地對準裂解系統110及工件130而促進裂解工件130。定位器220可為能夠定位工件130或裂解系統110之任何數目個元件。例如,定位器220可包含諸如馬達、定位平台、壓電器件及安裝配件之組件,連同用於偵測工件130及裂解系統110之位置之適當感測元件,以及準確定位工件130及裂解系統110以進行後續處理所需之控制系統。The positioner 220 positions the
內部準備系統230藉由產生一分離層140而準備工件130用於裂解。一分離層140係工件130內之不同於周圍材料而有利於沿著分離層140之平面裂解的一材料層。一般而言,分離層140與裂解平面160共面。為產生分離層140,內部準備系統230產生一雷射光束且將雷射光束聚焦於工件130內部之一焦點(即,一覆蓋區150)處。在其他組態中,內部準備系統可產生可在一工件130內部產生一覆蓋區150之任何其他類型之入射輻射。一般而言,雷射改變覆蓋區150處之工件130之結構以局部削弱材料,藉此產生用於裂痕擴展之一較佳位置。工件130之結構在除了覆蓋區150之外之任何位置處未被大幅修改。作為一實例,內部準備系統230可在覆蓋區150處產生熔融該區域中之工件130之材料的一定量之熱能。The
內部準備系統230與定位器220合作在工件130內產生沿著裂解平面160之覆蓋區150。因而,覆蓋區150總體上改變裂解平面160中之工件130之結構以產生一分離層140。因為分離層140中之工件130之結構不同於分離層140周圍之結構,所以工件130更有可能沿著分離層140之平面裂解。關於圖6更詳細描述產生一分離層140之程序。The
圖3更詳細繪示內部準備系統230。內部準備系統230包含一雷射源310、一光束成形器320、一覆蓋區定位元件330及一工件幾何形狀補償光學器件340。FIG. 3 shows the
雷射源310以一重複率產生輻射之脈衝。雷射脈衝形成一準直對稱雷射光束。雷射光束具有比工件130材料之電子帶隙長之一波長,使得在雷射進入工件130時,工件130之材料未被電子激發。一般而言,雷射源310具有在例如0.2 µm與20 µm之間之一波長。此容許內部準備系統230針對具有在例如0.1 eV與10 eV之間之電子帶隙的工件130產生分離層140。The laser source 310 generates pulses of radiation at a repetition rate. The laser pulse forms a collimated symmetrical laser beam. The laser beam has a wavelength that is longer than the electronic band gap of the material of the
在一實施例中,一光束成形器320產生一非對稱雷射光束。光束成形器320之光學器件可操作為產生一非對稱雷射光束之一圓柱形望遠鏡。非對稱雷射光束容許在聚焦於工件130中時產生一較大覆蓋區150。由一單一脈衝產生一較大覆蓋區150容許針對相同雷射重複率更快地製作分離層140。非對稱光束亦可實現產生一較薄分離層140。較薄分離層140容許裂解器250使用較低力裂解一工件130且提供所得分離表面上之較小粗糙度。在一項實施例中,非對稱雷射光束之主軸係平行於工件130之長軸。在另一實施例中,雷射光束之主軸垂直於工件130之長軸。雷射光束可在光束成形器320之後被重新準直。對於一些工件形狀,一非對稱雷射光束可能是不必要的。In one embodiment, a
一覆蓋區定位元件330將雷射光束聚焦至工件130內部之一覆蓋區150。一般而言,裂解平面160中之覆蓋區150幾何形狀係可組態的,而判定分離層140之厚度之覆蓋區150厚度小於例如20 μm但可為任何其他大小。在一項實施例中,覆蓋區定位元件330係一旋轉對稱、正焦距光學器件。覆蓋區定位元件330可沿著雷射光束之傳播軸移動。覆蓋區定位元件330沿著此軸移動容許工件130中之覆蓋區150之深度沿著相同軸變化。A coverage
在一實施例中,工件130及工件幾何形狀補償光學器件340可相對於覆蓋區定位元件330一致地移動以亦改變工件130中之覆蓋區150之深度。在一些情況中,工件130內之覆蓋區150之深度可遠超過例如1 mm。工件130內之覆蓋區150之深度僅受工件130材料之光傳輸及雷射參數(諸如平均功率、峰值功率及波長)限制。工件130材料性質影響能夠在工件130中產生一覆蓋區150之雷射參數(即,波長、峰值功率、平均功率)。例如,可採用具有一第一波長之一雷射在一第一材料之一工件中產生一覆蓋區,且可採用具有一第二波長之一雷射在一第二材料之一工件中產生一類似覆蓋區。其他實例亦可行。In an embodiment, the
一工件幾何形狀補償光學器件340補償工件130表面之形狀且減小像差(諸如像散)效應以改變覆蓋區定位元件330之位置、維持在工件130中產生一覆蓋區150所需之通量。工件幾何形狀補償光學器件340可含有補償一單一像差或許多像差之一個以上元件。對於一些工件形狀,此光學器件可能是不必要的。A workpiece
總而言之,內部準備系統230及定位器220經組態以在工件130內之任何位置處產生一覆蓋區150。此外,內部準備系統230之組態控制覆蓋區150之形狀及尺寸。例如,內部準備系統230之一個組態在分離層140中產生呈一4-μm×20-μm橢圓之一覆蓋區150,而另一組態在分離層140中產生呈一20-μm直徑圓之一覆蓋區150。如先前論述,覆蓋區150之厚度將主要藉由光束成形器320及覆蓋區定位元件330組態判定,但一般將小於20 μm。In summary, the
內部準備系統230可具有類似起作用之數種其他光學器件組合。例如,折射光學元件可由反射光學器件(曲面鏡)取代。光束成形器320可為一變形稜鏡對而非一圓柱形望遠鏡。工件幾何形狀補償光學器件340可由一自由形式光學器件取代,該自由形式光學器件除了補償工件130之形狀之外亦將幫助補償由先前光學器件引起之任何像差。The
外部準備系統240藉由對工件130之外表面進行刻劃而準備工件130用於裂解。對工件130之外表面進行刻劃將一裂痕引入至工件130。裂解器250使裂痕沿著分離層140擴展遍及工件130以將工件130裂解為多個件。一般而言,外部準備系統240在與分離層140 (期望沿著其裂解)相同之位置處對工件130進行刻劃,但可視需要在其他位置中對工件130進行刻劃。在一項實施例中,外部準備系統240之功能係藉由內部準備系統230之一些或所有組件執行。The
外部準備系統240可以若干方式對工件130進行刻劃。例如,外部準備系統240可藉由用一雷射燒蝕工件130之材料、實體地移除工件130之材料(用一機械劃線、鋸切、鑿刻等)、蝕刻工件130 (用一氣體、化學品、電漿等)或可對工件130進行刻劃之任何其他程序而對工件130進行刻劃。The
在其中外部準備系統240在與分離層140相同之位置處對工件130進行刻劃之一例項中,對表面刻劃可使一裂痕在分離層140之周邊處部分擴展。部分擴展之裂痕在工件130裂解時進一步擴展遍及分離層140。例如,內部準備系統230在矽工件130之一(100)平面上產生一分離層140。外部準備系統240沿著分離層140之周邊對矽工件130進行刻劃且在該(100)平面上引入一裂痕。因此,當裂解器250裂解矽工件130時,裂痕沿著(100)平面擴展遍及整個分離層140。裂痕沿著分離層140擴展之程度取決於分離層140之特性(例如,厚度、均勻性等)、對工件130進行刻劃之方法(例如,燒蝕、實體移除等)及工件130之材料及定向(例如,晶向、組合物等)。In an example in which the
裂解器250將工件130裂解為一或多個件。在一項實例中,裂解器250施加法向於分離層140之一機械拉力440以裂解工件130。在一項實施例中,機械拉力440係透過貼附至工件130之相對端之靜電夾箝410施加至工件130。施加靜電夾箝410與工件130之間之一電壓416以使其等牢固地貼附在一起。當施加一機械拉力440以依一受控制方式將靜電夾箝410拉開時,工件130裂解。The
圖4繪示用一裂解器250 (例如,一電容性夾箝410)裂解一工件130之一例示性程序。一電容性夾箝410包含一非導電層414及一導電主體412。非導電層414貼近導電主體412之一個面。在一些實施例中,非導電層414直接沈積至導電主體412之該面上使得其等經化學黏著。在許多實施例中,導電主體412之另一面固定至某種支撐件430。此可藉由用於機械地或化學地緊固或附接兩種材料之任何適合方式完成。若支撐件430係由金屬或另一導電材料製成,則使用一非導電附接方法防止施加至導電主體412之電壓416亦被施加至支撐件430且可能引起一短路或一些其他危害。在一項實施例中,工件130可使用環氧樹脂或其他類型之黏著劑貼附至夾箝420,且夾箝420將在夾箝410以一重複方式自工件130裂解多個件時保持永久貼附至工件130。在一些實施例中,電容性夾箝410之形狀與工件130之橫截面幾何形狀匹配。FIG. 4 shows an exemplary procedure for cracking a
電容性夾箝410藉由產生如一平行板電容器之板所經歷之靜電力的靜電力而固定工件130。一電壓供應器416用於將導電主體412供能至一高電壓,而工件130被供能至相反極性或接地。另外,非導電層414防止任何電荷自導電主體412傳遞至工件130,且反之亦然。因此,電荷聚集在導電主體412及工件130兩者之最近表面處。因為此等電荷係相反的且因此有吸引力,所以在非導電層414內產生一電場且亦產生一相關聯靜電力。The
儘管將工件130固定至電容性夾箝410所需之靜電力之強度可變化,但所施加之壓縮應力通常為約106
Pa至108
Pa。此應力通常藉由施加來自(包含但不限於) 100 V至500 kV之範圍(其取決於非導電層414之厚度及介電性質)的電壓416而產生。例如,跨一100-nm厚HfO2
非導電層414施加之一100-V偏壓將產生大約108
Pa之一壓縮應力。類似地,跨一500-µm厚石英非導電層414施加之一500-kV偏壓將產生大約107
Pa之一壓縮應力。斷裂力學分析指示使裂痕404擴展所需之應力主要取決於初始裂痕深度及裂痕尖端之銳利度。例如,若裂痕404沿著藉由內部準備系統230產生之分離層140部分擴展,則裂解工件130所需之力之量將減小。初始裂痕404之深度之靈活性導致擴展所需之靜電力及因此所需之電壓416之靈活性。Although the strength of the electrostatic force required to fix the
電容性夾箝410之表面之光潔度可影響電容性夾箝410與工件130之間之靜電力的強度及均勻性。因為空氣具有低於用於非導電層414之材料的一介電常數,所以工件130與非導電層414之間之氣隙可減小存在於工件130與導電主體412之間之電場且因此減小所得靜電力。另外,氣隙之隨機放置可影響導電主體412與工件130之間之電場的均勻性,從而導致一較不均勻靜電力。為降低此等效應,可使非導電層414之接觸表面儘可能地原子平坦(例如,使用如拋光之方法)以減少電容性夾箝410與工件130之間之空氣的存在。若用於非導電層414之材料比工件130硬,則拋光亦可用於防止對工件130之損傷。在一些實施例中,表面光潔度取決於用於導電主體412及非導電層414之材料。在一些實施例中,導電主體412係由一半導電材料製成。The surface finish of the
用於非導電層414之材料可歸因於裂解工件130所需之靜電力之大小而影響電容性夾箝410之操作。對於如一電容器般起作用之電容性夾箝410,非導電層414必須為一介電材料。此等材料分解或失去其等絕緣性質所處之電場大小被稱為介電強度。因為非導電層414所經歷之電場與藉由電容性夾箝產生之靜電力成比例,所以有利地使用具有一高介電強度之一材料。已發現能夠耐受必要電場大小之材料係金剛石、立方氮化硼、氮化鋁、氧化鉿、氧化矽、氮化矽、氧化鈮、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈮酸鋰、氧化鋁、氟化鈣、碳化矽及其等之任何組合。然而,此清單不具限制性,因為具有類似高介電強度之其他材料亦可用於此目的。一次要介電材料考量係介電常數。較高介電常數值導致需要施加以達成相同大小靜電力之較低電壓及因此電場。因此,用於非導電層414之理想材料係具有高介電強度及高介電常數兩者之材料。The material used for the
在一些實施例中,用於非導電層414之介電材料塗佈有一不同材料之一薄層。若介電材料過硬且在夾箝期間引起對工件130之損傷,則薄層塗層可為不損傷工件130之一較軟介電材料。若介電質過軟且在夾箝期間遭受損傷,則薄層塗層可為更佳耐受與夾箝相關聯之力的一較硬介電材料。工件 In some embodiments, the dielectric material used for the
儘管此系統尤其適用於半導體製造,但工件130可由除一半導電材料以外之材料製成。在各項實施例中,工件130應為導電的或半導電的,使得電荷可流動至在電壓416施加於工件130與導電主體412之間時與電容性夾箝410配接之工件130的表面。滿足此等要求之工件130材料之實例包含許多半導體,諸如矽、碳化矽、磷化銦、磷化鎵、鍺、砷化鎵及氮化鎵。若用於工件130之材料不足夠導電以滿足該等要求,則將產生一較小靜電力,且電容性夾箝410可能無法如裂解程序所需般強有力地固定工件130。然而,該等性質仍可用由一絕緣材料(諸如氧化矽、氧化鋁、氧化鋯及氧化鎂)製成之一工件130達成。例如,在一項實施例中,成形器210可施覆強有力地接合至絕緣材料之表面之一薄導電塗層。為被視為強有力地接合,薄導電塗層必須能夠在施加裂解程序中所使用之靜電力及拉力期間保持接合至絕緣材料之表面。Although this system is particularly suitable for semiconductor manufacturing, the
將分離層140定位於工件130中可判定所得晶圓之晶向。在許多實施例中,分離層140與工件130內之一特定晶面對準。因此,所得晶圓之晶向與所選取之晶面相同。結晶矽之標準晶向包含(100)、(111)及(110)。系統控制器 Positioning the
在各項實施例中,系統控制器120控制裂解系統110之各種元件以裂解工件130。In various embodiments, the
系統控制器120基於裂解件之所要形狀判定工件130之一形狀。例如,若裂解件之所要形狀係圓形,則控制器120控制成形器210以使工件130成形為一圓柱形形狀。在一項實施例中,系統控制器120額外地控制一選用截斷器260子系統以將一裂解件截斷為一最終所要幾何形狀。一般而言,控制成形器210包含:產生電信號以控制可使工件130成形之成形器210之各種元件。類似地,控制截斷器260包含:產生電信號以控制可將裂解件截斷為一指定、最終幾何形狀之截斷器260之各種元件。The
系統控制器120判定在工件130準備好裂解及被裂解時之工件130、外部準備系統240及內部準備系統230之位置。判定位置可包含:判定工件130或裂解系統110之元件之一空間位置,使得藉由內部準備系統230輻照工件130之裂解平面160。一旦判定位置,系統控制器120便可產生用於定位器220之一控制信號以定位工件130或裂解系統110之元件。類似地,系統控制器120可產生控制信號使得定位器220定位裂解系統110之任何其他元件或工件130。The
系統控制器120判定及調整內部準備系統230之操作特性。在一項實例中,系統控制器120判定及調整藉由雷射源310發射之雷射光束之特性。一或多個雷射光束特性可例如基於工件130之特性、分離層140之位置等來判定。雷射源310及雷射光束之特性可包含波長、功率、脈衝率等。另外,系統控制器120可判定及調整各種光學元件之適當位置以在工件130內部產生一覆蓋區150及分離層140。光學元件可進一步經組態以控制覆蓋區150之大小、形狀及位置。The
系統控制器120判定及調整外部準備系統240之操作特性。在一項實例中,當對工件130之外部進行刻劃時,系統控制器120判定及調整工件130及外部準備系統240之位置。系統控制器120亦可判定及調整所引入之裂痕之深度、寬度及整體形狀。The
系統控制器120控制裂解器250之操作。即,系統控制器產生使裂解器250裂解工件130所需之電壓及信號。在一項實施例中,系統控制器120基於圖4中繪示之電容性夾箝設計來控制一裂解器250。裂解程序 The
圖5係用一裂解系統110裂解一工件130之一程序500之一流程圖。FIG. 5 is a flow chart of a process 500 of using a cracking
系統控制器120基於裂解件之所要形狀判定工件130之一形狀。基於經判定形狀,成形器210使工件130成形510為所要形狀。例如,若成形工件130將為方形的,則成形器210使工件130成形510為具有成功完成裂解程序之其餘部分所需之必要幾何規格及公差之一方形棱柱。The
系統控制器120判定工件130內之一裂解平面160之一位置。內部準備系統230藉由在工件130內之所要裂解平面160處產生一分離層140而在內部準備520工件130。在一些情況中,內部準備系統230在工件130內產生多個分離層140。關於圖6更詳細描述此等程序。The
系統控制器120判定一位置以將一裂痕引入至工件130。外部準備系統240藉由在一外表面上產生將在工件130裂解時沿著分離層140擴展遍及工件130的一裂痕404而在外部準備530工件130。一般而言,裂痕404沿著藉由內部準備系統230準備之分離層140之周邊或周邊之一部分。在一些情況中,外部準備系統240沿著工件130之外表面引入若干裂痕404。The
系統控制器120產生使裂解器250裂解540工件130之信號。在一項實施例中,裂解工件130藉由在工件130之相對端上產生一機械拉力440而使裂痕404沿著分離層140擴展。即,藉由在分離層140處將工件130拉開成兩件而裂解工件130。一般而言,裂解工件130使得裂解表面與工件130之長軸正交。在另一實施例中,裂解工件130藉由透過施加一受控制的剪切力至工件而在工件130內部產生一應力使得裂痕404優先沿著分離層140擴展而使裂痕404擴展。在又一實施例中,裂解工件130藉由在工件130內部產生由一壓縮應力、拉伸應力、剪切應力、彎曲應力、扭轉應力或疲勞應力之一可變組合組成的一般機械應力使得裂痕404優先沿著分離層140擴展而使裂痕404擴展。在又一實施例中,裂解540工件130透過施加可透過快速加熱或冷卻工件130達成之一熱應力而使裂痕404沿著分離層140擴展。在又一實施例中,裂解540工件130透過施加可透過一壓電致動器、磁致伸縮致動器或在工件130中產生強大聲波之類似裝置達成之一有力振動而使裂痕404沿著分離層140擴展。在又一實施例中,裂解540工件130可透過上述方法之任何組合達成。The
系統可裂解540工件130任意次數。在各項實施例中,此可包含在內部準備520工件130、在外部準備530工件及裂解540工件130任意次數。此等步驟可基於裂解系統110之組態而以不同排列發生且重複任意次數。內部準備 The system can split 540
圖6係用一內部準備系統230在內部準備一工件130的一程序600之一流程圖。FIG. 6 is a flowchart of a procedure 600 for preparing a
此處,系統控制器120已判定用於工件130之一裂解平面160。因而,系統控制器120組態610內部準備系統230以在工件130內之所要裂解平面160處產生一分離層140。組態內部準備系統230可包含定位光學器件、定位工件130、組態雷射源310參數等,使得內部準備系統230在工件130內產生適當覆蓋區150。Here, the
接著,系統控制器120控制雷射源310以將一雷射光束投射620朝向工件130。藉由內部準備系統230之各種光學器件來將雷射光束聚焦至工件130中。雷射光束沿著所要裂解平面160在工件130內部產生630改變該區域中之工件130之結構的一覆蓋區150。Then, the
圖7A及圖7B中繪示藉由產生630一覆蓋區150而在內部準備一工件130用於裂解之一實例。圖7A係在內部準備期間之工件130之一等角視圖,且圖7B係在內部準備期間之工件130之一橫截面視圖。FIGS. 7A and 7B show an example of preparing a
在此實例中,因為裂解件將為圓形的,所以工件130係一圓柱形晶錠。裂解平面160與工件130之長軸正交。雷射光束710入射至工件130之表面上且聚焦至一覆蓋區150。覆蓋區150與裂解平面160共面。In this example, because the disintegration piece will be circular, the
返回至圖6,系統控制器120再次組態610內部準備系統230。在此實例中,組態內部準備系統230重新定位光學器件使得工件130內部之覆蓋區150在裂解平面160上之一不同位置處。在再次組態內部準備系統230之後,系統控制器120投射620一光束,該光束聚焦以產生630一新覆蓋區150。圖7C及圖7D中繪示此程序。Returning to FIG. 6, the
特別地,圖7A至圖7D繪示其中用於在內部準備一工件130之雷射光束之主軸垂直於工件130之長軸的一實例,但雷射光束定向之其他實例亦為可行的。例如,雷射光束可垂直於工件之長軸。在該情況中,雷射光束將自工件之頂表面而非工件之一側表面進入工件。In particular, FIGS. 7A to 7D show an example in which the main axis of the laser beam used to prepare a
產生覆蓋區150之程序反覆地繼續直至覆蓋區150總體上產生一分離層140。圖8A展示在工件130之一裂解平面160上形成一分離層140的覆蓋區150之一實例。裂解平面160係頁面之平面。在其他實施例中,分離層140可具有各種覆蓋區150密度。即,在一些實例中,覆蓋區150可具有某一重疊或可具有覆蓋區150之間之額外間隔。另外,系統控制器120可使用一特定覆蓋區150圖案產生分離層140。例如,系統控制器120可使用自一個側至另一側之一光柵圖案、起始於中心且螺旋向外之一圖案、形成覆蓋區150之同心環之一圖案等來產生覆蓋區150。無論圖案及密度如何,覆蓋區150皆產生一分離層140。圖8B及圖8C展示分離層140之等角表示及橫截面表示。The process of generating the
返回至圖6,系統控制器120判定另一分離層140之位置。因而,系統控制器120引起定位器220重新定位工件130及/或內部準備系統230以產生另一分離層140。一般而言,定位器220藉由使工件130沿著其長軸移動而定位640工件130以產生平行於第一分離層140之另一分離層140。一旦工件130及內部準備系統230經適當定位,內部準備系統230便產生另一分離層140。圖9中繪示在產生多個分離層140之後之一工件130之一實例。分離層140之間之距離指定在裂解之後產生之裂解件之厚度。分離層之間之距離可受一分離層140之厚度限制。例如,分離層可具有一最小厚度t ’
,且工件中之兩個相鄰分離層之間之距離大於例如t ’/2
。一般而言,所產生晶圓之厚度大於10 µm但可小於10 µm。在另一實施例中,以使得先前覆蓋區150未在產生新覆蓋區150時產生干擾之一方式平行地製作多個分離層140。Returning to FIG. 6, the
圖10A展示已沿著一分離層140裂解之一工件130之一實例。工件130沿著分離層140 (在此實例中,其與裂解平面160共面)裂解成一頂部件1010及一底部件1030。此處,頂部件1010之底表面1020在分離層140處,且類似地,底部件1030之頂表面1040在分離層140處。FIG. 10A shows an example of a
圖10B展示已沿著數個分離層140裂解之一工件130之一實例。在此實例中,工件裂解成一頂部件1050、一中間件1060及一底部件1070。先前接合之表面係裂解平面160及共面分離層140之位置。在各項實施例中,裂解系統110可將工件130裂解成任意數目個件。各件可基於分離層140與裂解平面160之接近性而具有任何所要厚度。FIG. 10B shows an example of a
本發明之實施例之先前描述已經呈現用於繪示之目的;其並不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式。熟習相關技術者可瞭解,鑑於以上揭示內容,許多修改及變動係可行的。The previous description of the embodiments of the invention has been presented for illustrative purposes; it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed. Those who are familiar with the relevant technology can understand that in view of the above disclosure, many modifications and changes are feasible.
最後,在本說明書中使用之語言已主要出於可讀性及指導目的而選擇,且其可並非經選擇以描繪或限制本發明標的物。因此,本發明之範疇意欲不受此[實施方式]限制,而是受探討基於此之一應用之任何發明申請專利範圍限制。因此,本發明之實施例之揭示內容意欲闡釋而非限制在以下發明申請專利範圍中闡述之本發明之範疇。Finally, the language used in this specification has been chosen mainly for readability and guidance purposes, and it may not be chosen to describe or limit the subject matter of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not intended to be limited by this [embodiment], but is limited by the scope of any invention application that is discussed based on this application. Therefore, the disclosure of the embodiments of the present invention is intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention described in the following patent applications.
100:系統環境 110:裂解系統 120:系統控制器 130:工件 140:分離層 150:覆蓋區 160:裂解平面 210:成形器 220:定位器 230:內部準備系統 240:外部準備系統 250:裂解器 260:截斷器 310:雷射源 320:光束成形器 330:覆蓋區定位元件 340:工件幾何形狀補償光學器件 404:裂痕 410:靜電夾箝/電容性夾箝 412:導電主體 414:非導電層 416:電壓/電壓供應器 420:夾箝 440:機械拉力 500:程序 510:成形 520:準備 530:準備 540:裂解 600:程序 610:組態 620:投射 630:產生 640:定位 710:雷射光束 1010:頂部件 1020:底表面 1030:底部件 1040:頂表面 1050:頂部件 1060:中間件 1070:底部件 100: system environment 110: Cracking system 120: System Controller 130: Workpiece 140: Separation layer 150: coverage area 160: Fragmentation plane 210: Former 220: locator 230: internal preparation system 240: External preparation system 250: Cracker 260: Cutter 310: Laser source 320: beam shaper 330: Coverage area positioning element 340: Workpiece geometry compensation optics 404: Crack 410: Electrostatic clamp/capacitive clamp 412: Conductive body 414: Non-conductive layer 416: Voltage/Voltage Supply 420: Clamp 440: mechanical pull 500: program 510: forming 520: preparation 530: preparation 540: Crack 600: program 610: configuration 620: projection 630: produce 640: Positioning 710: Laser beam 1010: Top part 1020: bottom surface 1030: bottom part 1040: top surface 1050: Top part 1060: middleware 1070: bottom part
圖1繪示根據一項實例實施例之用於裂解一工件之一系統。Figure 1 illustrates a system for cracking a workpiece according to an example embodiment.
圖2繪示根據一項實例實施例之用於裂解一工件之一裂解系統。Figure 2 illustrates a cracking system for cracking a workpiece according to an example embodiment.
圖3繪示根據一項實例實施例之一內部準備系統。Figure 3 illustrates an internal preparation system according to an example embodiment.
圖4繪示根據一項實例實施例之一裂解器。Figure 4 shows a cracker according to an example embodiment.
圖5係根據一項實例實施例之用於裂解一工件之一程序流程。Figure 5 is a program flow for cracking a workpiece according to an example embodiment.
圖6係根據一項實例實施例之用於在一工件內部產生一分離層的一程序流程。FIG. 6 is a program flow for generating a separation layer inside a workpiece according to an example embodiment.
圖7A至圖7D繪示根據一項實例實施例在一工件內部產生一分離層。7A to 7D illustrate the generation of a separation layer inside a workpiece according to an example embodiment.
圖8A繪示根據一項實例實施例之在一工件內產生一分離層的覆蓋區。FIG. 8A illustrates the footprint of a separation layer produced in a workpiece according to an example embodiment.
圖8B及圖8C繪示根據一項實例實施例之在一工件內部之一分離層。8B and 8C illustrate a separation layer inside a workpiece according to an example embodiment.
圖9繪示根據一項實例實施例之具有多個分離層之一工件。FIG. 9 illustrates a workpiece having multiple separation layers according to an example embodiment.
圖10A至圖10B繪示沿著一或若干分離層140裂解之一工件之實例。FIGS. 10A to 10B illustrate examples of cracking a workpiece along one or more separation layers 140.
圖僅出於繪示之目的描繪本發明之各項實施例。熟習此項技術者自以下論述將容易認識到,可在不脫離本文中描述之本發明之原理之情況下採用在本文中繪示之結構及方法之替代實施例。The figures depict various embodiments of the invention for illustrative purposes only. Those familiar with the art will readily recognize from the following discussion that alternative embodiments of the structures and methods illustrated in this document can be used without departing from the principles of the invention described in this document.
100:系統環境 100: system environment
110:裂解系統 110: Cracking system
120:系統控制器 120: System Controller
130:工件 130: Workpiece
140:分離層 140: Separation layer
150:覆蓋區 150: coverage area
160:裂解平面 160: Fragmentation plane
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