一种振动式激光改质晶片分离机构的制作方法

本发明涉及半导体加工设备，尤其涉及一种振动式激光改质晶片分离机构。

背景技术：

1、以sic、gan为代表的宽禁带半导体是我国重点发展的高科技新材料产业。受益于5g 通信、国防军工、新能源汽车和新能源光伏等领域的发展，sic、gan需求增速可观。但其晶体硬度高、切割难度高、晶体切割线损耗大，导致单晶衬底材料占器件成本50%以上，限制了器件的广泛应用。

2、晶锭激光切片技术，是将激光垂直照射于晶体表面，在其内部距离表面指定深度的地方聚焦，此处激光能量达到晶体的破坏阈值，形成晶体破坏层，以此破坏层作为分离面，再通过各种剥离方法实现待剥离晶片从晶锭上的分离。该技术被认为是降低sic衬底成本的有效手段，有望成为第三代半导体衬底加工流程中的核心工艺。

3、如图1所示，晶锭的激光改质过程简述为：激光通过物镜1形成汇聚的激光束2，激光束2在其焦点处能量聚集达到极高的密度，激光能量密度超过晶锭4的损伤阈值，晶体结构将被破坏。激光束2按照图２示意扫描路径6扫描整个晶锭4，即可在距晶锭4表面一定高度形成易于分离的改质层3，晶锭表层5即为待分离的晶片。

4、目前工艺上相对成熟的剥离方法主要为冷剥离，但冷剥离方法需要预制一种带有多类参杂物的pdms层，工艺复杂，而且需要将晶体放入液氮中制冷使pdms产生收缩力，使晶片剥离，该过程收缩力控制难度大，易造成碎片，操作复杂，不易于实现自动化生产。

技术实现思路

1、为克服现有改质层剥离工艺复杂，且剥离过程收缩力控制难度大，易造成碎片的技术缺陷，本发明提供了一种振动式激光改质晶片分离机构。

2、本发明提供了一种振动式激光改质晶片分离机构，包括底板、支撑架、下吸盘组件和上吸盘组件，上吸盘组件通过支撑架固定连接至地板上，下吸盘组件固定连接至底板上，上吸盘组件包括竖直驱动组件和上吸盘，上吸盘的下表面配置有连接负压系统的负压槽，上吸盘连接至竖直驱动组件的活动端，上吸盘的左右两侧分别水平延伸有安装侧板，安装侧板上开有通孔，安装侧板上固定连接有振动器，振动器的输出轴从通孔穿出；下吸盘组件包括下吸盘底座和下吸盘，下吸盘的上表面配置有连接负压系统的负压槽，下吸盘的底部连接有至少三根导向销钉，下吸盘底座上穿置连接有与导向销钉数量相等且位置对应的直线轴承，导向销钉与直线轴承配合连接，下吸盘底座上还固定连接有位于竖直方向上的液压缓冲器，液压缓冲器的活动端朝上设置可与下吸盘的底部相接触，下吸盘的左右两侧分别水平延伸有用于接触振动器的输出轴的承接板，两块承接板分别与两块安装侧板位置对应；下吸盘底座上连接有光电传感器，下吸盘上连接有与光电传感器对应配合的传感器片。上吸盘和下吸盘上的负压槽能对晶锭表层和晶锭进行有效吸附，且吸附力均匀，能最大限度避免碎片。

3、优选的，竖直驱动组件包括带导杆电缸，带导杆电缸通过电缸固定板与支撑架固定连接，上吸盘连接至带导杆电缸的活动端。

4、优选的，振动器为电磁铁振动器、音圈电机、压电促动器或气缸。

5、工作时，首先将待改质后待分片的晶锭放置于下吸盘上，吸附固定，此时下吸盘处于下位置，传感器片位于光电传感器的槽内，传感器有信号；然后，带导杆电缸带动上吸盘向下运动，根据晶锭厚度，上吸盘向下运动一定距离接触到晶锭上表面后停止运动，上吸盘的负压槽接通负压与晶锭上表面的改质层吸合，吸合后带导杆电缸带动上吸盘、晶锭、下吸盘整体向上运动，直到传感器没信号后，带导杆电缸停止运动。下一步，控制上吸盘两侧的振动器运动，振动器的输出轴将施力于下吸盘两侧的承接板，为避免破坏上吸盘与晶锭的吸附，输出力应小于上吸盘吸附力，该力将通过上吸盘传导至晶锭的改质层上。控制振动器高频重复运动，则改质层将受到高频拉应力，在此拉应力作用下，改质层上的微观裂纹逐步扩展，直至发生疲劳断裂。此时，晶锭表层将与晶锭沿改质层分离，即实现晶片的分离。分离后，由于下吸盘的吸附作用，晶锭与下吸盘将向下跌落于液压缓冲器上，传感器片再次位于光电传感器的槽内，传感器有信号，即检测到此时晶片成功分离。

6、本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下技术效果：本发明针对激光改质工艺已生成改质层的晶体，提出了基于疲劳断裂原理的振动式激光改质晶片分离机构，通过该机构能顺利将晶锭表层从晶锭分离开，整个过程简单高效，该过程中振动力容易控制，能最大限度避免造成碎片，操作简单，有助于实现自动化生产。

技术特征：

1.一种振动式激光改质晶片分离机构，其特征在于，包括底板（7）、支撑架（8）、下吸盘组件（9）和上吸盘组件（10），上吸盘组件（10）通过支撑架（8）固定连接至地板上，下吸盘组件（9）固定连接至底板（7）上，上吸盘组件（10）包括竖直驱动组件和上吸盘（22），上吸盘（22）的下表面配置有连接负压系统的负压槽（15），上吸盘（22）连接至竖直驱动组件的活动端，上吸盘（22）的左右两侧分别水平延伸有安装侧板（23），安装侧板（23）上开有通孔，安装侧板（23）上固定连接有振动器（21），振动器（21）的输出轴从通孔穿出；下吸盘组件（9）包括下吸盘底座（11）和下吸盘（14），下吸盘（14）的上表面配置有连接负压系统的负压槽（15），下吸盘（14）的底部连接有至少三根导向销钉（12），下吸盘底座（11）上穿置连接有与导向销钉（12）数量相等且位置对应的直线轴承（13），导向销钉（12）与直线轴承（13）配合连接，下吸盘底座（11）上还固定连接有位于竖直方向上的液压缓冲器（16），液压缓冲器（16）的活动端朝上设置可与下吸盘（14）的底部相接触，下吸盘（14）的左右两侧分别水平延伸有用于接触振动器（21）的输出轴的承接板（24），两块承接板（24）分别与两块安装侧板（23）位置对应；下吸盘底座（11）上连接有光电传感器（17），下吸盘（14）上连接有与光电传感器（17）对应配合的传感器片（18）。

2.根据权利要求1所述的一种振动式激光改质晶片分离机构，其特征在于，竖直驱动组件包括带导杆电缸（20），带导杆电缸（20）通过电缸固定板（19）与支撑架（8）固定连接，上吸盘（22）连接至带导杆电缸（20）的活动端。

3.根据权利要求2所述的一种振动式激光改质晶片分离机构，其特征在于，振动器（21）为电磁铁振动器（21）、音圈电机、压电促动器或气缸。

技术总结
本发明涉及半导体加工设备技术领域，尤其涉及一种振动式激光改质晶片分离机构，解决改质层剥离过程收缩力控制难度大，易造成碎片的技术缺陷，其包括底板、支撑架、下吸盘组件和上吸盘组件，上吸盘组件包括竖直驱动组件和上吸盘，上吸盘的下表面配置有负压槽，上吸盘连接至竖直驱动组件的活动端，上吸盘的左右两侧固定连接有振动器；下吸盘组件包括下吸盘底座和下吸盘，下吸盘的上表面配置有负压槽，下吸盘通过导向销钉和直线轴承与下吸盘底座连接；下吸盘底座上连接有光电传感器，下吸盘上连接有与光电传感器对应配合的传感器片。通过该机构能顺利将晶锭表层从晶锭分离开，整个过程简单高效，该过程中振动力容易控制，能最大限度避免造成碎片。

技术研发人员：张志耀,李晓燕,邢夏斌,胡北辰,段云森,马海亮,张红梅
受保护的技术使用者：西北电子装备技术研究所（中国电子科技集团公司第二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23