TWM644719U - 非接觸式加工裝置 - Google Patents
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Abstract
一種非接觸式加工裝置用以對一固體結構進行一加工程序。本創作之非接觸式加工裝置係以一電磁輻射源提供能量予上述之固體結構，藉以使得固體結構產生質變或缺陷，亦即形成改質層。本創作再以一分離能量源非接觸式施加一分離能量於藉由改質能量源之改質能量而具有改質層之固體結構上，藉由改質層之應力、結構強度、晶格型態或硬度不同於其他非加工區，可快速地從改質層處分離或薄化固體結構。
Description
本創作是有關於一種加工裝置，特別是有關於一種非接觸式加工裝置。
近年來，由於半導體技術不斷地蓬勃發展，使得科技類產品得以大步躍進。在半導體製程中，常使用加工元件對晶圓等材料進行切割、研磨或拋光等加工程序。半導體材料，例如碳化矽(SiC)，具有寬能帶隙性質、高硬度、高導熱率以及化學惰性性質等優點，因此是製備高溫電子元件、高頻大功率元件更為理想的材料。然而半導體材料的高硬度特性，卻不易於切片、研磨或拋光等加工程序的進行，亦會對加工元件等刀具造成磨損。因此，如何提升半導體材料的加工效率及品質，實屬當前重要研發課題之一。
有鑑於此，本創作之一或多個目的就是在提供一種非接觸式加工裝置，以解決上述習知技藝之問題。
為達前述一或多個目的，本創作提出一種非接觸式加工裝置，用以對至少一固體結構進行一加工程序，至少包含：一載台，用以放置該固體結
構；一改質能量源，用以在該加工程序之一改質步驟中提供一改質能量予該載台上之該固體結構之一加工目標區，使得該固體結構之該加工目標區產生質變或缺陷，進而形成一改質層，其中該改質能量源為一雷射源，該改質能量為一雷射能量；以及一分離能量源，用以在該加工程序之一分離步驟中非接觸式施加一分離能量於藉由該改質能量源之該改質能量而具有該改質層之該固體結構上，藉以從該改質層處分離或薄化該載台上之該固體結構，使得該固體結構成為一分離或薄化後固體結構。
其中，該分離能量源包含一微波或射頻源，用以提供一微波或射頻能量作為該分離能量。
其中，該分離能量源包含一放電加工(EDM)單元，用以經由至少一放電電極提供一放電能量作為該分離能量。
其中，該分離能量源包含一微波或射頻源及一放電加工(EDM)單元，用以分別提供一微波或射頻能量及一放電能量作為該分離能量。
其中，更包含一電場源，該電場源係提供一電場輔助該分離能量源之該分離能量從該改質層處分離或薄化該固體結構，使得該固體結構成為該分離或薄化後固體結構。
其中，更包含一磨拋單元，用以在該加工程序之一磨拋步驟中磨拋該分離或薄化後固體結構。
其中，該磨拋單元係該雷射源、一放電加工(EDM)單元、一微波或射頻源及/或另一微波或射頻源，藉以分別提供該雷射能量、一放電能量、一微波或射頻能量及/或另一微波或射頻能量磨拋該分離或薄化後固體結構，其中該分離能量源包含該放電加工(EDM)單元及/或該微波或射頻源。
其中，該另一微波或射頻源係經由該放電加工(EDM)單元之至少一放電電極提供該另一微波或射頻能量。
其中，更包含一熱源，用以在該加工程序之該改質步驟、該分離步驟及/或一加熱步驟中加熱該固體結構。
其中，該熱源為該雷射源、一微波或射頻源、一熱油槽、一另一雷射源、一另一微波或射頻源及/或一紅外光源，該分離能量源包含一放電加工(EDM)單元及/或該微波或射頻源。
其中，該固體結構更接觸一熱膨脹物質，該熱膨脹物質係滲入該改質層中，且該熱源係使得該熱膨脹物質膨脹體積，藉以在該加工程序之該分離步驟中從該改質層處分離或薄化該固體結構。
其中，該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上係具有一填補材料，藉以填補該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上之表面裂縫。
其中，更包含一外力擾動源，該外力擾動源係驅使一填補材料填補該分離或薄化後固體結構之表面裂縫。
其中，該填補材料係藉由一熱源而形成於該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上，藉以填補該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上之表面裂縫。
其中，該固體結構係浸泡於一加熱液體中。
其中，該分離能量源施加該分離能量予該固體結構之方向係不同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
其中，該分離能量源施加該分離能量予該固體結構之方向係相同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
其中，該非接觸式加工裝置係於一流體中對該固體結構之該加工目標區進行該加工程序。
其中，該非接觸式加工裝置係於一真空環境中對該固體結構之該加工目標區進行該加工程序。
其中，該放電加工(EDM)單元之該放電電極之數量為一或複數個。
其中，該固體結構之數量為一或複數個。
承上所述，依本創作之非接觸式加工裝置，其可具有一或多個下述優點：
(1)本創作在改質步驟中利用一電磁輻射源使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷，藉以與其他區域間產生應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異。本創作在分離步驟中藉由此應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異可快速地使得固體結構分離或薄化。
(2)本創作在分離步驟中係對產生改質現象之固體結構施加一分離能量，藉以利用改質層與其他區域間因應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異，對於分離能量源反應的不同，從改質層處分離或薄化固體結構。
(3)本創作以熱源加熱固體結構，可提升固體結構的溫度，藉由升高溫度可提升輻射源能量的吸收率。
(4)本創作可檢測固體結構之改質層之形成狀態，進而回饋控制雷射源所提供之雷射能量及/或回饋控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量，例如控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量之大小、頻率或加工進料速度等。
(5)本創作可加快固體結構之分離速度，還填補加工目標區上之表面裂縫，藉以防止多餘之表面裂縫擴大。
(6)本創作可於一加熱液體槽中進行加工程序，可減少熱衝擊產生不必要的裂縫或裂縫傳遞，防止不必要的表面裂縫擴大。
茲為使鈞審對本創作的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。
S10:改質步驟
S20:分離步驟
S30:磨拋步驟
S40:檢測及控制步驟
S50:加熱步驟
S60:後續步驟
S70:填補步驟
20:雷射源
22:雷射產生器
23:脈衝光
24:透鏡組
30:微波或射頻源
32:微波產生器
33:微波
34:同軸共振腔
35:開口
36:隔離器
38:匹配器
38a:同軸管
38b:金屬板
38c:金屬桿
40:分離能量源
42:吸收元件
46:電場源
48:熱膨脹物質
50:放電加工(EDM)單元
52:放電電極
60:磨拋單元
70:熱源
80:加熱液體槽
82:加熱液體
85:另一微波或射頻源
90:檢測及控制單元
92:溫度感測器
95:外力擾動源
100:固體結構
110:加工目標區
112:表面裂縫
114:填補材料
120:改質層
122:第一區域
124:分離起點
100a:第一半部結構
100b:第二半部結構
140:填補材料
150:載台
X:深度
L1:橫向雙箭頭
L2:縱向雙箭頭
C1:橫向雙箭頭
C2:縱向雙箭頭
I-I’、II-II’:剖面線
圖1為本創作之非接觸式加工方法之加工程序之示意圖。
圖2a為本創作之非接觸式加工裝置進行改質步驟之示意圖，圖2b為本創作之非接觸式加工裝置進行分離步驟之示意圖。
圖3為本創作之非接觸式加工裝置進行改質及分離步驟之示意圖，其中改質能量與分離能量係從相同側供應予固體結構。
圖4為本創作之非接觸式加工裝置進行改質及分離步驟之示意圖，其中改質能量與分離能量係從相對側供應予固體結構。
圖5為本創作之非接觸式加工裝置進行改質及分離步驟之示意圖，其中改質能量與分離能量係從垂直側供應予固體結構。
圖6為由圖5另一視角所得之示意圖。
圖7a及圖7b為本創作之非接觸式加工裝置進行改質及分離步驟之簡要示意圖，其中圖7a係繪示兩種分離能量從相同側供應予固體結構，圖7b係繪示兩種分離能量從垂直側供應予固體結構。
圖7c為本創作之非接觸式加工裝置以電場源或膨脹液體輔助分離或薄化固體結構之示意圖。
圖8為本創作之非接觸式加工裝置進行分離步驟及加熱步驟之示意圖。
圖9a為本創作之非接觸式加工裝置於加熱液體槽中進行磨拋步驟之示意圖，圖9b為本創作之非接觸式加工裝置非於加熱液體槽中進行磨拋步驟之示意圖。
圖10a及圖10b為本創作之非接觸式加工裝置進行填補步驟之示意圖。
圖11為本創作之非接觸式加工裝置中採用兩組雙微波或射頻源之示意圖。
圖12a及圖12b分別為本創作的固體結構具有單一加工目標區位於部分區域之上視圖及剖面側視圖，圖12c及圖12d分別為本創作的固體結構具有多個加工目標區位於部分區域之上視圖及剖面側視圖。
圖13a為本創作以具有單一放電電極之放電加工(EDM)單元分離多個固體結構之示意圖，圖13b為本創作以具有多個放電電極之放電加工(EDM)單元分離單一固體結構之示意圖，圖13c為本創作以具有多個放電電極之放電加工(EDM)單元分離多個固體結構之示意圖，其中圖13a之視角相同於圖8，且以晶錠作為待加工物，圖13a之視角係垂直於圖13b及圖13c。
為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍。此外，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。
另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本創作的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本創作的描述上額外的引導。
關於本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本創作，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。
其次，在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
本創作係提供一種非接觸式加工裝置及加工方法，此非接觸式加工裝置及加工方法係用以對待加工之固體結構(即待加工物)進行加工程序，且可適用於許多半導體製程，例如，但不限於，SOI(絕緣層上半導體)製程、晶錠切片(Slicing)製程、晶圓薄化(Thinning)製程或者是封裝(Packaging)製程等。上述之固體結構係例如，但不限於，上述半導體製程中含有半導體材料之固態物體，例如晶圓或晶錠等晶體結構。其中，上述之半導體材料係例如，但不限於，Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等基板材料，晶體結構係例如，但不限於，
單晶、多晶或非晶結構。本創作之非接觸式加工方法所進行之加工程序至少包含：進行一改質步驟以及進行一分離步驟。其中，改質步驟係以一改質能量源提供一改質能量予固體結構之加工目標區，使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷，進而形成一改質層，其中改質能量源係一雷射源，改質能量係一雷射能量。其中，分離步驟係以一分離能量源非接觸式施加一分離能量於藉由改質能量源之改質能量而具有上述之改質層之固體結構上，藉以從改質層處分離或薄化固體結構，使得此固體結構成為一分離或薄化後固體結構。
上述之「分離或薄化」固體結構係指例如從上述待加工之固體結構上移除(Removing)、分割(Separating)、切割(Cutting)或分裂(Splitting)、裁切(Slicing)出一部分材料或一片狀結構，其中該部分材料或片狀結構可選擇性被回收或再利用。換言之，上述之分離或薄化後固體結構可能為單一加工後結構(即後述之第一半部結構)或者為兩個加工後結構(即後述之第一半部結構與第二半部結構)。上述之加工目標區可位在固體結構之任何深度或表面(不限於正表面或背表面)。因此，本創作之分離或薄化後固體結構之厚度(即第一半部結構/第二半部結構之厚度)可依據實際應用之製程需求而調整及變化，本創作並不侷限於特定之厚度。
如圖1所示，在本創作之加工程序之改質步驟S10中，本創作之非接觸式加工裝置係以改質能量源提供改質能量予上述之固體結構之一加工目標區，藉以使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷，亦即形成一改質層。在本創作之加工程序之分離步驟S20中，本創作以一分離能量源非接觸式施加一分離能量於具有改質層之固體結構上，藉以從改質層處分離或薄化固體結構，使其成為上述之分離或薄化後固體結構。
其中，在進行上述之分離步驟S20之後，本創作還可選擇性進行一磨拋步驟S30，藉以利用一磨拋單元磨拋(研磨拋光)上述之分離或薄化後固體結構(例如第一半部結構100a及/或第二半部結構100b)。此外，在進行上述之改質步驟S10時，本創作還可選擇性同時進行一檢測及控制步驟S40，藉以即時檢測及回饋控制改質層120之形成狀態。而且，在進行改質步驟S10、分離步驟S20及/或磨拋步驟S30時或者之後，本創作還可選擇性進行一加熱步驟S50，藉以利用一熱源加熱固體結構，可降低其材料脆性以及降低其切割或薄化面之粗糙度。在進行上述的分離步驟S20或磨拋步驟S30之後，本創作甚至還可包含進行一或多個後續步驟S60，上述之後續步驟S60係例如選自於由鍍膜步驟、氣相沉積步驟、黃光步驟、微影步驟、蝕刻步驟及擴散步驟所組成之族群。
請參閱圖1及圖2a，本創作之非接觸式加工裝置及加工方法之改質步驟S10係以一改質能量源(例如電磁輻射源)非接觸式提供改質能量予上述之固體結構100之加工目標區110，藉以使得固體結構100產生質變或缺陷進而形成一改質層120，如圖2a所示。以固體結構100為晶圓舉例，晶圓係定義有上述之加工目標區110位於晶圓之一徑向截面(Radial Section)或軸向截面(Axial Section)，且此徑向截面或軸向截面可例如為位於晶圓之任一深度X中或表面上。固體結構100係例如承載於載台150上，但不限於移動式載台。此外，固體結構100之加工程序可在加熱液體槽80(如圖8所示)等腔室中進行，亦可不在加熱液體槽(如圖3至圖5所示)等腔室中進行。
上述之第一種電磁輻射源係提供第一種電磁能量予固體結構100之加工目標區110，藉以使得此加工目標區110之固體結構100產生質變或缺陷等改質現象，例如原子鍵結弱化、結構弱化或由單晶型態轉變成多晶型態或非晶
型態，亦即會形成改質層120。固體結構100之厚度範圍例如，但不限於，為約50μm至約1,800μm。加工目標區110例如為位於固體結構100之深度X中或表面上。其中，本創作所形成之改質層120在固體結構100所佔之面積及厚度並無特別限定，其可依據實際製程需求而定。
本創作所採用之電磁輻射源例如為雷射源20，其係在上述之加工程序之改質步驟S10中產生具有雷射能量(改質能量)之脈衝光，用以照射固體結構100之加工目標區110。以固體結構100之厚度為約1,800μm為例，加工目標區110之深度X之範圍可介於約0μm至約1,800μm之間，同理脈衝光之聚焦點與載台150之間的距離範圍可依據實際製程不同而介於約1,800μm至約0μm之間。雷射源20係藉由雷射產生器22產生一脈衝光23，且此脈衝光23係經由透鏡組24傳遞至固體結構100上。由於雷射源20之脈衝光23會在聚焦點形成非線性吸收效應及產生熱效應，而形成熱點(Hot Spot)，因此會造成聚焦點處之固體結構100離子化產生自由電子，並且自由電子的能量也會轉移至聚焦點處之固體結構100而升高聚焦點之固體結構100的溫度，亦即會增加聚焦點之吸收係數，以吸收更多雷射源20提供之雷射能量，進而提升改質效果。所以，當雷射源20所產生之脈衝光23之聚焦點聚焦在固體結構100之加工目標區110上時，就會提供雷射能量予此固體結構100之加工目標區110，使其產生原子鍵結弱化、結構弱化或由單晶型態轉變成多晶型態或非晶型態、硬度降低等質變或缺陷等改質現象，即形成上述之改質層120。
本創作所採用之雷射源20例如，但不限於為Nd：YAG脈衝雷射、Nd：YVO4脈衝雷射或Ti-Sapphire脈衝雷射。雷射源20所產生之脈衝光係掃描式照射固體結構100之加工目標區110，藉以使得缺陷密度範圍為約100ea/mm2至約
1,000,000ea/mm2，其中脈衝光之移動速率範圍為約10mm/sec至約1,000mm/sec，脈衝光波長約大於700nm，脈衝光波長範圍較佳為約700nm至約1,600nm，脈衝寬度約小於1,000ns，重複頻率(Repetition Frequency)範圍為約5KHz至約10MHz，脈衝能量(Pulse Energy，E)範圍例如為約0.1μJ至約1,000μJ，光點點徑(Spot Diameter)範圍例如為約1μm至約50μm。
本創作可利用移動式載台水平式移動固體結構100(如圖2a下方的橫向雙箭頭C1所示)或者是雷射源20水平式移動脈衝光(如圖2a上方的橫向雙箭頭L1所示)，藉以使得脈衝光水平式掃描照射固體結構100之加工目標區110。此外，本創作還可例如利用移動式載台垂直式移動固體結構100(即，雷射源縱向固定，而載台縱向可移動，如圖2a下方的縱向雙箭頭C2所示)或者是雷射源20垂直式移動脈衝光(即，雷射源20縱向可移動，而載台縱向固定，如圖2a上方的縱向雙箭頭L2所示)，藉以使得脈衝光垂直式掃描照射固體結構100之加工目標區110。此外，在其他實施態樣中，上述之移動式載台之移動方式也不限於垂直式移動或水平式移動固體結構100，移動式載台也可例如為轉動式、傾斜式或其他方式移動固體結構100，亦即只要能夠調整脈衝光之聚焦點照射固體結構100之位置，均可適用於本創作中。另外，透過調整脈衝光之聚焦點照射固體結構100之位置，可使得固體結構之加工目標區110不限於全面式分布於固體結構之全部區域，例如僅分布於部份徑向截面及/或縱向截面。舉例來說，一個加工目標區110(見圖12a及圖12b)或多個加工目標區110(見圖12c及圖12d)可以是位於固體結構100之部分區域，且加工目標區110之剖面形狀並無特別限制，可依實際需求而定，舉例來說可以如圖12a至圖12d所示地呈U字型，其中圖12b為圖12a中沿剖面線I-I’所得之剖面側視圖，而圖12d為圖12c中沿剖面線II-II’所得之剖面側視圖。
請參閱圖1、圖2b、圖3至圖5，本創作之非接觸式加工裝置及加工方法更包含進行加工程序之一分離步驟S20，其中分離步驟20係以一分離能量源40非接觸式施加一分離能量於具有改質層120之固體結構100上，藉以從改質層120處分離或薄化固體結構100，使得固體結構100成為一分離或薄化後固體結構，例如具有薄化面之第一半部結構100a，或者是分別具有分割面之第一半部結構100a及第二半部結構100b。另外，經分離或薄化後的固體結構(即第一半部結構100a及/或第二半部結構100b)，也可以帶有部分的改質層120(見圖7c、圖10a或圖10b)。
本創作所採用之分離能量源40例如包含一微波或射頻源30，此微波或射頻源30係輸出微波或射頻電磁波以提供微波或射頻能量作為上述之分離能量，藉以利用改質層120(即加工目標區110)與其他區域(即非加工目標區)之應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異，對於微波或射頻能量反應的不同，從改質層120處分離或薄化固體結構100，使得固體結構100成為上述之分離或薄化後固體結構(例如第一半部結構100a，或者是第一半部結構100a及第二半部結構100b)。本創作之固體結構100之加工目標區110之改質層120之應力(如壓應力或拉應力)不同於其他區域(非加工目標區)，或改質層120之結構強度較弱於其他區域(非加工目標區)，或改質層120之晶格型態(如單晶、多晶或非晶)不同於其他區域(非加工目標區)，或改質層120之硬度較弱於其他區域(非加工目標區)。本創作藉由改質層120與非加工目標區對於微波能量的吸收差異，可增加改質層120與非加工目標區的差異，可輕易地從改質層120處擴大分離程度。此外，改質層120的導電率優於其他區域(非加工目標區)，因此分離能量源40也可為一放電加工
(EDM)單元(如圖8所示)。另，本創作藉由改質層120與其他區域間對於放電能量反應的不同，從改質層處分離或薄化固體結構。
微波或射頻源30係藉由微波產生器32(如磁控管)產生微波33，且經由同軸共振腔(Coaxial Resonator)34傳遞至固體結構100。其中，微波產生器32與同軸共振腔34之間較佳為設有隔離器(Isolator)36，其可提供單向傳輸微波的效果，且微波的傳輸路徑(如同軸共振腔34)上較佳還設有匹配器38，其可提供降低微波反射量，使得微波能夠有效進入同軸共振腔34中，藉以傳遞至固體結構100上。匹配器38係例如由同軸管38a、金屬板38b及金屬桿38c組成，惟上述之微波或射頻源30構造僅為較佳舉例，並非用以限定本創作。相較於紫外光或紅外光，微波或射頻源30所提供之微波或射頻電磁波可穿透晶圓/晶錠等固體結構100，因此分離能量能夠有效傳遞至改質層120所在深度。由於固體結構100之加工目標區110之改質層120具有質變或缺陷等改質現象，因此對於吸收微波或射頻源30所提供之微波或射頻能量會有差異，其中微波或射頻能量可使固體結構100之原子(例如矽原子)間的鍵結產生振動並加熱升溫，因此可藉由改質層120與其他非加工目標區之間的應力差異、結構強度、晶格型態及/或硬度差異，使得固體結構100從改質層120處分離或薄化。此外，本創作不局限於固體結構100之待加工目標區110全部形成有改質層120後，再進行施加分離能量於固體結構100之改質層120上。亦即，不論固體結構100之待加工目標區110係局部或全部形成有改質層120，本創作皆可施加分離能量予固體結構100之改質層120上。換言之，本創作之加工程序之改質步驟S10與分離步驟S20可為依序進行，例如利用改質步驟S10使得待加工目標區110全部形成有改質層120之後，再進行分離步驟S20。改質步驟S10與分離步驟S20亦可為同時進行，例如利用改質步驟S10使得待加工目
標區110部份形成有改質層120，即可進行分離步驟S20，藉以部份或全部分離或薄化固體結構100。
若改質步驟S10與分離步驟S20係依序進行，則本創作可先進行改質步驟S10，藉由雷射源20所提供之雷射能量使得固體結構100之加工目標區110形成改質層120，再進行分離步驟S20，亦即以微波或射頻源30提供微波或射頻源作為分離能量，藉以從改質層120處分離或薄化固體結構100，使得固體結構100成為上述之分離或薄化後固體結構。
若改質步驟S10與分離步驟S20係同時進行，則本創作可例如形成改質層120並同時從改質層120處分離或薄化固體結構100。其中，雷射源20所提供之雷射能量，可使得固體結構100之加工目標區110產生自由電子，該自由電子的產生相對於其他區域(非加工目標區)可吸收更多的微波能量，因而升高加工目標區之溫度，又因溫度升高有助於加工目標區110吸收更多雷射能量以產生更多的自由電子，而吸收更多微波或射頻輻射源所提供之電磁能量，故而形成正向循環。由於固體結構100之加工目標區110(即改質層120所在位置)在雷射源20之脈衝光之聚焦點處有較多自由電子，且溫度較高吸收係數較高，因此相對於其他區域(非加工目標區)可吸收更多的微波能量，因而與其他非加工目標區產生更大的熱差異，藉以與其他區域(非加工目標區)間產生更多的應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異，有助於對固體結構100分離或薄化之效果。其中，上述之溫度可例如藉由溫度感測器92(如紅外線溫度感測器)偵測而得。此外，本創作之雷射源20係藉由產生脈衝光以提供雷射能量，微波或射頻源30則係藉由連續性或間歇性產生微波或射頻電磁波以提供微波或射頻能量。藉此，本創作之雷射源20以及微波或射頻源30可依序或同時分別輸出脈衝光以及微波或射頻電磁
波以提供雷射能量以及微波或射頻能量，使得固體結構100之加工目標區110形成改質層120，並從改質層120處分離或薄化固體結構100。
另外，本創作之微波或射頻源30輸出微波或射頻電磁波以提供微波或射頻能量予固體結構100之方向並無特別限定，其可從不同於(如圖4所示之相對側)、相同於(如圖3所示之同一側)或垂直於(如圖5、圖6所示)雷射源20提供雷射能量予固體結構100之方向來提供微波或射頻電磁波。在本創作中，也可採用一組雙微波或射頻源來提供微波或射頻能量，如圖5及圖6所示，此組雙微波或射頻源中的兩微波或射頻源30共用同一個同軸共振腔34分別設於固體結構100的左右兩側，以垂直於雷射源20提供雷射能量之方向來提供微波或射頻能量。其中，圖5及圖6所示之同軸共振腔34更選擇性具有開口35，藉以使得載台150可利用此開口35將固體結構100上欲處理之區域送入同軸共振腔34中。另外，如圖11所示，也可以再額外增設一組雙微波或射頻源，藉此可增加加工(例如分離)效果。此外，除了前述的相對側方向、相同側方向、垂直方向之外，微波或射頻源30提供微波或射頻能量之方向與雷射源提供雷射能量之方向，也可以是呈一夾角，且此夾角係介於約0度至約180度之間。另外，微波或射頻源30提供微波或射頻電能量之方向也可以是可調整的，例如依據固體結構100的表面形貌或成分來調整微波或射頻源30提供微波或射頻能量之方向與雷射源20提供雷射能量之方向及/或前述之夾角。
舉例而言，雷射源20所提供之脈衝光可例如沿著晶圓或晶錠等晶體結構的徑向截面或軸向截面之方向掃描以提供改質能量予固體結構100，固體結構100之質變或缺陷之分佈方向係平行於徑向截面或軸向截面之方向，其中脈衝光沿著徑向截面或軸向截面之方向掃描時之掃描路徑並無特別限定，只要能
夠提供雷射能量予固體結構100之加工目標區110，即可適用於本創作中。由於微波或射頻電磁波可穿透晶圓/晶錠等固體結構100，因此微波或射頻源30可從平行於徑向截面或軸向截面之方向、垂直於徑向截面或軸向截面之方向或其他方向提供微波或射頻電磁波，且均僅有產生質變或缺陷之固體結構100(即改質層120)會吸收較多微波或射頻能量。其中，不論微波或射頻源30從哪個方向提供微波或射頻電磁波，均可在對面側設置一吸收元件42，以避免不必要的散射，提升吸收的均勻度(如圖4所示)。以微波或射頻源30為微波為例，本創作之微波之波長範圍為約1mm至約1m，頻率範圍為約300GHz至約0.3GHz，功率範圍例如為約200瓦至約5,000瓦。本創作之雷射源20所輸出之雷射能量不限於高於、低於或等於微波或射頻源30所輸出之微波或射頻能量。由於雷射源20以及微波或射頻源30之設置方式及其運作原理為習知技術者所熟知，故本創作此處不再贅述。
除此之外，如圖7a及圖8所示，本創作之分離能量源40亦可例如為以一放電加工(EDM)單元50代替上述之微波或射頻源30，用以經由放電電極52非接觸式提供一放電能量作為上述之分離能量。或者是，如圖7b及圖8所示，本創作也可同時以放電加工(EDM)單元50及微波或射頻源30作為分離能量源40，其中放電加工(EDM)單元50以及微波或射頻源30提供分離能量之方向可例如為相同(如圖7a所示)、彼此垂直(如圖7b所示)或呈一夾角，此夾角係介於約0度至約180度之間。其中，放電加工(EDM)單元50之放電電極52例如為線狀電極或板狀電極，線狀電極及板狀電極之材料均可例如為鉬、黃銅、鎢及鍍鋅，線狀電極之直徑範圍為約30μm至約300μm，板狀電極之厚度範圍為約30μm至約300μm。放電加工(EDM)單元50作為分離能量源40，有助於分離(分割)或薄化晶圓(如圖7a至圖7b所示)或晶錠(如圖8所示)等固體結構。而且，固體結構100之加工目標區
110之改質層120之硬度或結構強度低於其他區域，有助於放電加工(EDM)單元50之放電能量快速移除改質層120，進而從改質層120處快速分離或薄化固體結構100。例如，本創作可以放電加工(EDM)單元50施加放電能量於固體結構100之改質層120之第一區域122之一分離起點124上，藉以從改質層120之分離起點124處分離或薄化固體結構100。由於，固體結構100之加工目標區110之改質層120之應力(如壓應力或拉應力)不同於其他區域(非加工目標區)，因此可輕易地從改質層120之分離起點124處擴大分離程度(見圖7a及圖7b)。換言之，本創作不僅可加快分離速度，還可降低放電加工(EDM)單元50之使用功率。由於，放電加工(EDM)單元50之運作原理、運作方式及結構屬於具有通常知識者所熟知，且非本創作之重點所在，故不另贅述。
本創作雖以具有一條放電電極52(單一導電結構)之放電加工(EDM)單元對一個固體結構(即單一待加工物)進行分離步驟舉例說明，如圖8所示，然而本創作不侷限於此。本創作之放電電極52也可例如同時對多個固體結構100(即多個待加工物)進行分離步驟，如圖13a所示，亦即放電電極52可同時分離多個固體結構100。同理，本創作亦可以多條分離之放電電極52(多個導電結構)同時對一個固體結構100(如圖13b所示)或多個固體結構100(如圖13c所示)進行分離步驟。而且，本創作之分離步驟S20不侷限於在上述之液態或氣態等流體中進行，本創作之分離步驟S20亦可在真空環境中進行。換言之，本創作之分離步驟S20除了可以放電電極52濕式分離待加工物100(亦即在液體槽或加熱液體槽80中進行)，還可以放電電極52乾式分離固體結構100(亦即在空氣中或真空環境中)。其中，本創作在放電電極52乾式分離固體結構100的過程中，亦可選擇性對放電電極52進行降溫，例如，使用液體或氣體等降溫流體使放電電極52降溫或保持
溫度，或者是也可以使得放電電極52藉由放電能量而昇溫，亦即不使用液體或氣體等降溫流體。基於相同理由，本創作之加工程序之各步驟，如前述之改質步驟S10或分離步驟S20，以及後述之磨拋步驟S30、填補步驟S70或加熱步驟S50，皆可選擇性在上述之液態或氣態等流體中進行或者是在真空環境中進行。
如圖7c所示，本創作之非接觸式加工裝置還可選擇包含一電場源46，其中在上述之分離步驟S20中，電場源46係提供一電場於固體結構100之改質層120上，使得改質層120與固體結構100之交界面產生自由電子累積，藉以輔助分離能量源40從改質層120處分離或薄化固體結構100，使得固體結構100成為分離或薄化後固體結構。其中，電場方向並無限定，只要可使得自由電子累積在改質層120與固體結構100之交界面，即可適用於本創作。
此外，如圖7c所示，在進行分離步驟S20之前，本創作亦可選擇性以熱膨脹物質48接觸具有改質層120之固體結構100，例如將固體結構100浸泡於上述之熱膨脹物質48(例如水)中，讓熱膨脹物質48滲入於改質層120之孔洞或裂縫之中。或者是，本創作可直接將熱膨脹物質48填充於改質層120的孔洞或裂縫中，其中此熱膨脹物質例如為水溶液等液體或水蒸氣等氣體，甚至液氣混合。因此，當後續以分離能量源40(及後續之熱源70)施加分離能量/熱能予具有改質層120之固體結構100時，熱膨脹物質48會因吸收分離能量/熱能而加熱膨脹或沸騰，進而促使固體結構100從改質層120處裂開，因此本創作之熱膨脹物質48可輔助分離能量源40從改質層120處分離或薄化固體結構。
此外，如圖8所示，本創作之非接觸式加工裝置還可選擇性例如更包含另一微波或射頻源85。此另一微波或射頻源85可例如經由放電加工(EDM)單元50之放電電極52從沿著改質層120之方向提供另一微波或射頻能量予固體
結構100。其中，此另一微波或射頻源85可應用於前述之分離步驟S20中以作為分離能量源，加快分離速度，也可應用於後述之磨拋步驟S30以作為磨拋單元，降低分離或薄化後固體結構之切割或薄化面的表面粗糙度，或應用於加熱步驟S50中以作為加熱單元，提升固體結構的溫度，藉由升高溫度可提升輻射源能量的吸收率，並能提升放電加工的效率。此外，本創作之放電加工(EDM)單元50可同時經由放電電極52提供放電能量及另一微波或射頻能量，藉以例如同時發揮分離、磨拋及加熱效果。本創作之放電加工(EDM)單元50也可以非同時經由放電電極52提供放電能量及另一微波或射頻能量，藉以例如分別發揮分離、磨拋及加熱效果。
此外，如圖9a及圖9b所示，本創作之加工裝置更選擇性例如包含一磨拋單元60，用以在加工程序之磨拋步驟S30中磨拋上述之分離或薄化後的固體結構，使其切割或薄化面之表面粗糙度例如由約30μm至約1μm之範圍降至約10μm至約0.05μm之範圍。其中，磨拋單元60可例如為圖3至圖5及圖9a及圖9b所示之雷射源20、圖7a、圖7b及圖8所示之放電加工(EDM)單元50、圖3至圖5及圖7a、圖7b及圖8至圖9a所示之微波或射頻源30及/或圖8所示之另一微波或射頻源85，藉以利用雷射能量、放電能量或微波或射頻能量磨拋上述之分離或薄化後固體結構(例如第一半部結構100a或者是第一半部結構100a及第二半部結構100b)以降低切割或薄化面之表面粗糙度。
此外，如圖8至圖9a所示，本創作之加工裝置100更選擇性例如包含一熱源70，用以進行一加熱步驟S50，藉以在進行上述之加工程序之改質步驟S10、分離步驟S20及/或磨拋步驟S30時或是之後加熱固體結構100。圖8係以固體結構100為晶錠舉例，圖9a則係以分離或薄化後固體結構為晶圓舉例。其中，
熱源70例如為圖3至圖5、圖7a、圖7b及圖9a所示之雷射源20、圖3至圖5及圖7a、圖7b及圖8至圖9a所示之微波或射頻源30、圖8至圖9a所示之加熱液體槽80、另一雷射源、另一微波或射頻源85及/或一紅外光源。其中，上述作為熱源70之加熱液體槽80係具有一加熱液體82，較佳為一熱油，更佳為耐高溫油，例如氟素油，且在上述之加工程序之全部步驟或部分步驟中，固體結構100可浸泡於加熱液體82中，藉此可減少熱衝擊產生不必要的裂縫或裂縫擴大。其中，在分離步驟S20中若同時以熱源70加熱固體結構100，則可提昇固體結構100之溫度，且加熱可在改質層120上產生更多自由電子，自由電子的產生相對於其他區域(非加工目標區)可吸收更多的微波能量，因而升高加工目標區110之改質層120之溫度，又因溫度升高有助於改質層120吸收更多雷射能量以產生更多的自由電子，而吸收更多微波或射頻輻射源所提供之電磁能量，故而形成正向循環。
除此之外，如圖8所示，本創作之加工裝置100更選擇性例如包含一檢測及控制單元90，用以在加工程序之檢測及控制步驟S40中檢測固體結構100之改質層120之形成狀態，例如藉由檢測自由電子量得知其光電導衰減變化及缺陷生成狀態，進而回饋控制雷射源20所提供之雷射能量及/或回饋控制微波或射頻源30所提供之微波或射頻能量，例如控制微波或射頻源30所提供之微波或射頻能量之大小、頻率或加工進料速度等。其中，上述之檢測及控制步驟S40例如可在進行改質步驟S10、分離步驟S20及/或磨拋步驟S30時同時進行。
除此之外，在進行上述的分離步驟S20時，固體結構100之加工目標區110之周圍(切割或薄化面)會產生深淺不一致的表面裂縫112。因此，本創作還可選擇性進行一填補步驟S70，例如利用一外力擾動源95(如圖10a所示)，例如超音波單元提供一超音波驅使填補材料114填補加工目標區110之切割或薄化面
上之表面裂縫112，避免這些多餘之表面裂縫112持續擴大，不僅能夠藉此強化其結構，還可藉此達到快速(甚至加快)進行分離步驟S20的功效。填補材料之成分可例如為Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等材料，但不限於此，任何適合填補裂縫之材料，例如填補劑或塗膠均可適用於本創作中。超音波之頻率範圍例如為，但不限於約15KHz至約30KHz。此填補步驟S70可選擇性在流體中進行，此流體例如為加熱液體82、水或空氣等傳導媒介，超音波可在流體中產生流體滴柱及衝擊壓力波，促使填補材料114之材料顆粒嵌入加工目標區110之切割或薄化面上之表面裂縫112。此外，本創作並不局限於特定構造之超音波單元，超音波單元提供超音波之方向也無特別限定，其可為任意方向，只要能夠達成填補效果，即可適用於本創作中。
此外，本創作亦可藉由上述之熱源70所提供之熱能，使得分離或切割後之固體結構(例如是第一半部結構100a)之表面或其改質層120之表面進行氧化或其他化學反應，而形成如圖10b所示之填補材料114，例如氧化矽或氧化物，進而填補表面裂縫112並防止表面裂縫112傳遞。
綜上所述，承上所述，依本創作之非接觸式加工裝置及加工方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)本創作在改質步驟中利用一電磁輻射源使得固體結構之加工目標區產生質變或缺陷，藉以與其他區域間產生應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異。本創作在分離步驟中藉由此應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異可快速地使得固體結構分離或薄化。
(2)本創作在分離步驟中係對產生改質現象之固體結構施加一分離能量，藉以利用改質層與其他區域間因應力、結構強度、晶格型態或硬度的差異，對於分離能量源反應的不同，從改質層處分離或薄化固體結構。
(3)本創作以熱源加熱固體結構，可提升固體結構的溫度，藉由升高溫度可提升輻射源能量的吸收率。
(4)本創作可檢測固體結構之改質層之形成狀態，進而回饋控制雷射源所提供之雷射能量及/或回饋控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量，例如控制微波或射頻源所提供之微波或射頻能量之大小、頻率或加工進料速度等。
(5)本創作可加快固體結構之分離速度，還能填補加工目標區上之表面裂縫，藉以防止多餘之表面裂縫擴大。
(6)本創作可於一加熱液體槽中進行加工程序，可減少熱衝擊產生不必要的裂縫或裂縫傳遞，防止不必要的表面裂縫擴大。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
20:雷射源
30:微波或射頻源
40:分離能量源
50:放電加工(EDM)單元
100a:第一半部結構
100b:第二半部結構
110:加工目標區
122:第一區域
124:分離起點
150:載台
Claims (21)
- 一種非接觸式加工裝置，用以對至少一固體結構進行一加工程序，至少包含：一載台，用以放置該固體結構；一改質能量源，用以在該加工程序之一改質步驟中提供一改質能量予該載台上之該固體結構之一加工目標區，使得該固體結構之該加工目標區產生質變或缺陷，進而形成一改質層，其中該改質能量源為一雷射源，該改質能量為一雷射能量；以及一分離能量源，用以在該加工程序之一分離步驟中非接觸式施加一分離能量於藉由該改質能量源之該改質能量而具有該改質層之該固體結構上，藉以從該改質層處分離或薄化該載台上之該固體結構，使得該固體結構成為一分離或薄化後固體結構。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該分離能量源包含一微波或射頻源，用以提供一微波或射頻能量作為該分離能量。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該分離能量源包含一放電加工(EDM)單元，用以經由至少一放電電極提供一放電能量作為該分離能量。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該分離能量源包含一微波或射頻源及一放電加工(EDM)單元，用以分別提供一微波或射頻能量及一放電能量作為該分離能量。
- 如請求項1、2、3或4所述之非接觸式加工裝置，更包含一電場源，該電場源係提供一電場輔助該分離能量源之該分離能量從該改質層處分離或薄化該固體結構，使得該固體結構成為該分離或薄化後固體結構。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，更包含一磨拋單元，用以在該加工程序之一磨拋步驟中磨拋該分離或薄化後固體結構。
- 如請求項6所述之非接觸式加工裝置，其中該磨拋單元係該雷射源、一放電加工(EDM)單元、一微波或射頻源及/或另一微波或射頻源，藉以分別提供該雷射能量、一放電能量、一微波或射頻能量及/或另一微波或射頻能量磨拋該分離或薄化後固體結構，其中該分離能量源包含該放電加工(EDM)單元及/或該微波或射頻源。
- 如請求項7所述之非接觸式加工裝置，其中該另一微波或射頻源係經由該放電加工(EDM)單元之至少一放電電極提供該另一微波或射頻能量。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，更包含一熱源，用以在該加工程序之該改質步驟、該分離步驟及/或一加熱步驟中加熱該固體結構。
- 如請求項9所述之非接觸式加工裝置，其中該熱源為該雷射源、一微波或射頻源、一熱油槽、一另一雷射源、一另一微波或射頻源及/或一紅外光源，該分離能量源包含一放電加工(EDM)單元及/或該微波或射頻源。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該固體結構更接觸一熱膨脹物質，該熱膨脹物質係滲入該改質層中，且使得該熱膨脹物質膨脹體積，藉以在該加工程序之該分離步驟中從該改質層處分離或薄化該固體結構。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上係具有一填補材料，藉以填補該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上之表面裂縫。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，更包含一外力擾動源，該外力擾動源係驅使一填補材料填補該分離或薄化後固體結構之表面裂縫。
- 如請求項12所述之非接觸式加工裝置，其中該填補材料係藉由一熱源而形成於該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上，藉以填補該分離或薄化後固體結構之該加工目標區上之表面裂縫。
- 如請求項1、8或13所述之非接觸式加工裝置，其中該固體結構係浸泡於一加熱液體中。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該分離能量源施加該分離能量予該固體結構之方向係不同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該分離能量源施加該分離能量予該固體結構之方向係相同於該雷射源提供該雷射能量予該固體結構之方向。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該非接觸式加工裝置係於一流體中對該固體結構之該加工目標區進行該加工程序。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該非接觸式加工裝置係於一真空環境中對該固體結構之該加工目標區進行該加工程序。
- 如請求項3所述之非接觸式加工裝置，其中該放電加工(EDM)單元之該放電電極之數量為一或複數個。
- 如請求項1所述之非接觸式加工裝置，其中該固體結構之數量為一或複數個。
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