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TWI849565B - 碳化矽錠裂片裝置與方法 - Google Patents

碳化矽錠裂片裝置與方法 Download PDF

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TWI849565B TW111142404A TW111142404A TWI849565B TW I849565 B TWI849565 B TW I849565B TW 111142404 A TW111142404 A TW 111142404A TW 111142404 A TW111142404 A TW 111142404A TW I849565 B TWI849565 B TW I849565B
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Abstract

一種碳化矽錠裂片裝置與方法，該方法包含以下步驟：將具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠置放於一第一吸盤與一第二吸盤之間，由第一吸盤與第二吸盤分別對碳化矽錠的頂面與底面提供吸力；由一設置於第一吸盤頂面之壓頭將機械振動振幅透過第一吸盤作用於碳化矽錠與第二吸盤；由一設置於第二吸盤下方之彈性件吸收部份機械振動振幅，使機械振動振幅的縱波傳遞至碳化矽錠表面再透入至碳化矽錠之改質層使裂紋延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結，複數不同平面的剝離產生複數晶圓，複數晶圓可由碳化矽錠剝離。

Description

碳化矽錠裂片裝置與方法
本揭露涉及晶圓技術領域，尤指一種使用高頻能量的碳化矽錠裂片裝置與方法。
半導體製程中包含一「將晶圓與碳化矽錠分離」的工序，簡稱為「裂片」，利用裂片機將晶圓由經過雷射改質且具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠分離。
習知裂片機皆濕式製程，將碳化矽錠置於具有特定溫度的液體(例如，水)中，透過設置於碳化矽錠上方或下方的音極能量以液體作為介質，利用聲波振動頻率而使晶圓從雷射改質分離層分離。
上述習知裂片的方式不僅料損高、切速慢，而且由於所分離的晶圓表面粗糙，因此後續必須進行表面加工研磨。
此外，為了維持液體於特定溫度，必須設置溫控設備，導致習知濕式裂片機的設備複雜、維護成本高。
據此，如何能有一種運用高頻能量束輔助碳化矽錠裂片，可提升碳化矽錠切斷面表面粗度，減少碳化矽錠裂片的切割損失，提升晶碇裂片成功率及效率，並可省下切割、研磨時間及加工成本的「碳化矽錠裂片裝置與方法」，是相關技術領域人士亟待解決之課題。
於一實施例中，本揭露提出一種碳化矽錠裂片裝置，適用於具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠，裝置包含： 一第一吸盤，設置於碳化矽錠的頂面，對碳化矽錠的頂面提供吸力； 一第二吸盤，設置於碳化矽錠的底面，對碳化矽錠的底面提供吸力； 一壓頭，設置於第一吸盤之頂面，將機械振動振幅以壓力形式透過第一吸盤作用於碳化矽錠與第二吸盤；以及 一彈性件，設置於第二吸盤之下方，用以吸收部分機械振動振幅。
於一實施例中，本揭露提出一種碳化矽錠裂片方法，包含以下步驟： 將具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠置放於一第一吸盤與一第二吸盤之間，由第一吸盤與第二吸盤分別對碳化矽錠的頂面與底面提供吸力； 由一設置於第一吸盤頂面之壓頭將機械振動振幅以壓力形式透過第一吸盤作用於碳化矽錠與第二吸盤；以及 由一設置於第二吸盤下方之彈性件吸收部分機械振動振幅，使機械振動振幅的縱波傳遞至碳化矽錠表面再透入至碳化矽錠之改質層使裂紋延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結，複數不同平面的剝離產生複數晶圓，複數晶圓可由碳化矽錠剝離。
請參閱圖1所示，本揭露之碳化矽錠裂片裝置100，其包含一第一吸盤10、一第二吸盤20、一壓頭30與一彈性件40。
本揭露之碳化矽錠裂片裝置100適用於具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠90，在一實施例中，該裂紋是經過雷射改質所產生。
第一吸盤10設置於碳化矽錠90的頂面91，對碳化矽錠90的頂面91提供吸力。
第一吸盤10對碳化矽錠90之頂面91施加之吸力例如可為負壓真空吸力、正壓真空吸力或氣幕吸力其中之一。
第二吸盤20設置於碳化矽錠90的底面92，對碳化矽錠90的底面92提供吸力。
第二吸盤20對碳化矽錠90之底面92施加之吸力例如為負壓真空吸力。
第一吸盤10與第二吸盤20連接於一控制器50，由控制器50程式化控制第一吸盤10與第二吸盤20分別對於碳化矽錠90的頂面91與底面92施加相同或不同的吸力。
第一吸盤10與第二吸盤20的型態不限，例如，可為多孔性陶瓷材質或金屬材質。
第二吸盤20設置於一平台60上。平台60連接一旋轉驅動裝置61，由旋轉驅動裝置61驅動平台60與第二吸盤20以一軸心C為中心旋轉。
旋轉驅動裝置61的型態不限，例如，可為齒輪、尺條、皮帶、螺桿、油壓、液壓等機械驅動，或電子元件、電路等電子驅動。
壓頭30設置於第一吸盤10之頂面11。壓頭30連接一換能器31，由換能器31將電能轉換成機械振動振幅。壓頭30將機械振動振幅V透過第一吸盤10以壓力形式作用於碳化矽錠90與第二吸盤20。機械振動振幅V作用於碳化矽錠90之方向平行於軸心C，亦即圖1所示第一方向F1。
壓頭30連接一線性驅動裝置32，由線性驅動裝置32驅動壓頭30與第一吸盤10線性移動(如圖1與圖2中所示之雙箭頭方向)，以改變機械振動振幅V作用於碳化矽錠90的位置。
彈性件40設置於平台60且位於第二吸盤20之下方。彈性件40的作用在於吸收部份機械振動振幅V。
彈性件40的型態不限，例如，可為具有彈性恢復力的可形變元件，例如彈簧、橡膠、矽膠其中之一。
請參閱圖2所示，在此實施例中，本揭露之工作方式為，將經過改質之具有間歇性隱形裂紋93的碳化矽錠90置放於第一吸盤10與第二吸盤20之間，由第一吸盤10與第二吸盤20分別對碳化矽錠90的頂面91與底面92提供吸力。
由設置於第一吸盤10之頂面11之壓頭30將機械振動振幅V透過第一吸盤10作用於碳化矽錠90與第二吸盤20。
由設置於第二吸盤20下方之彈性件40吸收部份機械振動振幅V，使機械振動振幅V的縱波L傳遞至碳化矽錠90表面再透入至碳化矽錠90之改質層使裂紋93延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結，複數不同平面的剝離產生複數晶圓，而後，利用第一吸盤10將晶圓吸起，即可使複數晶圓逐一由碳化矽錠90剝離。
請參閱圖3所示，其中，實線曲線L1為缺陷彈性裂紋處應力，虛線曲線L2為缺陷塑性裂紋處應力，曲線L3為機械振動振幅施加應力，區域A1為壓應力區，區域A2為拉應力區。
請參閱圖2及圖3所示，當機械振動振幅V的縱波L傳遞至碳化矽錠90表面再透入至碳化矽錠90之改質層，亦即具有裂紋93的位置，碳化矽錠90會承受曲線L1所示之缺陷彈性裂紋處應力；當缺陷彈性裂紋處應力到達一臨界應力Y後，會進入曲線L2所示缺陷塑性裂紋處應力，此時，裂紋93會延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結，即可使複數晶圓逐一由碳化矽錠90剝離。
請參閱圖4所示，經由上述說明，可歸納出一種碳化矽錠裂片方法之流程200，包含以下步驟。
步驟202：將具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠置放於一第一吸盤與一第二吸盤之間，由第一吸盤與第二吸盤分別對碳化矽錠的頂面與底面提供吸力。
步驟204：由一設置於第一吸盤頂面之壓頭將機械振動振幅透過第一吸盤作用於碳化矽錠與第二吸盤。
步驟206：由一設置於第二吸盤下方之彈性件吸收部份機械振動振幅，使機械振動振幅的縱波傳遞至碳化矽錠表面再透入至碳化矽錠之改質層使裂紋延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結，複數不同平面的剝離產生複數晶圓，複數晶圓可由碳化矽錠剝離。
請參閱圖5A至圖5D所示，說明將本揭露所提供的碳化矽錠裂片裝置與方法應用於碳化矽錠以達成使裂紋延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結而裂片之連續過程。
其中，圖5A顯示於碳化矽錠90具有複數裂紋93的放大結構，三角錐形的雷射改質層94位於長條型裂紋93的頂部中央處。
圖5B顯示機械振動振幅V的縱波L(可參閱圖2所示)施加於碳化矽錠90後，使裂紋93向兩側延伸的狀態。
圖5C顯示縱波L持續施加於碳化矽錠90後，可使裂紋93再成長擴展。
圖5D顯示碳化矽錠90之裂紋93繼續成長並連結成一整面而達成裂片。
經以實驗模型化設定主要參數，例如，碳化矽錠厚度、切割厚度、裂縫長度、裂縫層間距、裂紋重疊、雷改線間距等進行重複模擬。其中，碳化矽錠厚度例如可介於365μm(微米)至40mm(毫米)之範圍，壓頭作用於碳化矽錠的壓力可介於0.1至0.7Mpa(兆帕斯卡)之範圍。
由結果推論，以適當頻率週期性壓力施加會沿碳化矽錠之改質層底部晶格面間產生裂紋，且週期疲勞性的拉應力使其間斷狀裂紋逐漸成長擴展，最終將裂紋連結成整面達成裂片功能。
值得說明的是，本揭露於利用彈性件吸收部分機械振動振幅，可在無水製程中給予整面碳化矽錠適當頻率週期性能量束，使裂紋延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結形成複數晶圓，並使複數晶圓由碳化矽錠剝離，完成裂片。
此外，本揭露於碳化矽錠相對之頂面與底面分別設置第一吸盤與第二吸盤之作用並非僅在於夾持或固定碳化矽錠而已。本揭露之第一吸盤與第二吸盤與控制器連接，可經由控制器程式化控制第一吸盤與第二吸盤對於碳化矽錠之頂面與底面所施加的吸力，並可於碳化矽鏈結被打斷時，控制第一吸盤將晶圓從碳化矽錠順利剝離。視製程而定，第一吸盤與第二吸盤對於碳化矽錠之頂面與底面所施加的吸力可以相同或不同，經由程式化控制即可達成。
本揭露之技術特徵明顯有別於習知碳化矽錠裂片技術，例如，將碳化矽錠設置於音極(sonotrode)上方，兩者以 UV膠或環氧黏著劑(Epoxy Adhesive)膠合浸水進行震盪；或者，將碳化矽錠設置於音極下方，隔著水層對碳化矽錠進行超音波；或者，將碳化矽錠設置於音極下方，隔著水層對碳化矽錠進行兩段不同頻率之超音波震盪。
綜上所述，本揭露所提供之碳化矽錠裂片裝置與方法，以高頻能量束輔助裂片。其技術特徵包括，以高頻振動子施壓雷改碳化矽錠，透過上下多孔吸盤及抑制壓應力裝置控制壓頭微機械震動，利用彈性體及固定座過濾單向無效的振動，使碳化矽錠已呈間歇性隱形裂紋處承受最大拉應力，再以適當頻率週期性施壓，累積疲勞成長性，將縱波傳遞至碳化矽錠表面再透入碳化矽錠之改質層，使裂縫延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結，進而使複數晶圓從碳化矽錠順利剝離。
利用本揭露所提供的碳化矽錠裂片裝置與方法，可提升碳化矽錠切斷面表面粗度，減少碳化矽錠裂片的切割損失(經模擬驗證，材料耗損小於100μm)，提升晶碇裂片成功率及效率。不須使用濕製程，其高頻能量束可以是機械震動、超音波等產生。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:碳化矽錠裂片裝置與方法 10:第一吸盤 11: 第一吸盤之頂面 20:第二吸盤 30:壓頭 31:換能器 32:線性驅動裝置 40:彈性件 50:控制器 60:平台 61:旋轉驅動裝置 90:碳化矽錠 91:頂面 92:底面 93:裂紋 94:雷射改質層 200:碳化矽錠裂片方法之流程 202~206:碳化矽錠裂片方法之流程之步驟 C:軸心 F1:第一方向 L:縱波 L1:缺陷彈性裂紋處應力曲線 L2:缺陷塑性裂紋處應力曲線 L3:機械振動振幅施加應力曲線 A1:壓應力區 A2:拉應力區 V:機械振動振幅 Y:臨界應力
圖1為本揭露之裝置之一實施例結構示意圖。 圖2為圖1實施例之工作示意圖。 圖3為應力曲線圖。 圖4為本揭露之方法之一實施例之流程圖。 圖5A至5D為本揭露所提供的碳化矽錠裂片裝置與方法應用於碳化矽錠以達成使裂紋延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結而裂片之連續過程示意圖。
100:碳化矽錠裂片裝置與方法 10:第一吸盤 11: 第一吸盤之頂面 20:第二吸盤 30:壓頭 31:換能器 32:線性驅動裝置 40:彈性件 50:控制器 60:平台 61:旋轉驅動裝置 90:碳化矽錠 91:頂面 92:底面 93:裂紋 C:軸心 F1:第一方向

Claims (22)

  1. 一種碳化矽錠裂片裝置，適用於具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠，該裝置包含： 一第一吸盤，設置於該碳化矽錠的頂面，對該碳化矽錠的頂面提供吸力； 一第二吸盤，設置於該碳化矽錠的底面，對該碳化矽錠的底面提供吸力； 一壓頭，設置於該第一吸盤之頂面，將機械振動振幅以壓力形式透過該第一吸盤作用於該碳化矽錠與該第二吸盤；以及 一彈性件，設置於該第二吸盤之下方，用以吸收部份該機械振動振幅。
  2. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該壓頭連接一換能器，該換能器將電能轉換成該機械振動振幅。
  3. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該第一吸盤對該碳化矽錠之該頂面施加之吸力為負壓真空吸力、正壓真空吸力或氣幕吸力其中之一。
  4. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該第二吸盤對該碳化矽錠之該底面施加之吸力為負壓真空吸力。
  5. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該彈性件為彈簧、橡膠、矽膠其中之一。
  6. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該壓頭連接一線性驅動裝置，由該線性驅動裝置驅動該壓頭與該第一吸盤線性移動。
  7. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該第二吸盤設置於一平台上。
  8. 如請求項7之碳化矽錠裂片裝置，其中該平台連接一旋轉驅動裝置，由該旋轉驅動裝置驅動該平台與該第二吸盤以一軸心為中心旋轉，該軸心平行於該機械振動振幅作用於該碳化矽錠之方向。
  9. 如請求項7之碳化矽錠裂片裝置，其中該彈性件設置於該平台且位於該第二吸盤之下方。
  10. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該第一吸盤與該第二吸盤連接於一控制器，由該控制器程式化控制該第一吸盤與該第二吸盤分別對於該碳化矽錠的該頂面與該底面施加相同或不同的吸力。
  11. 如請求項1之碳化矽錠裂片裝置，其中該第一吸盤與該第二吸盤為多孔性陶瓷材質或金屬材質。
  12. 一種碳化矽錠裂片方法，包含以下步驟： 將具有間歇性隱形裂紋的碳化矽錠置放於一第一吸盤與一第二吸盤之間，由該第一吸盤與該第二吸盤分別對該碳化矽錠的頂面與底面提供吸力； 由一設置於該第一吸盤頂面之壓頭將機械振動振幅以壓力形式透過該第一吸盤作用於該碳化矽錠與該第二吸盤；以及 由一設置於該第二吸盤下方之彈性件吸收部份該機械振動振幅，使該機械振動振幅的縱波傳遞至該碳化矽錠表面再透入至該碳化矽錠之改質層使該裂紋延伸並打斷不同平面間之碳化矽鏈結，複數不同平面的剝離產生複數晶圓，該複數晶圓可由該碳化矽錠剝離。
  13. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該壓頭連接一換能器，該換能器將電能轉換成該機械振動振幅。
  14. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該第一吸盤對該碳化矽錠之該頂面施加之吸力為負壓真空吸力、正壓真空吸力或氣幕吸力其中之一。
  15. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該第二吸盤對該碳化矽錠之該底面施加之吸力為負壓真空吸力。
  16. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該彈性件為具有彈性恢復力的可形變元件，包括彈簧、橡膠、矽膠其中之一。
  17. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該壓頭連接一線性驅動裝置，由該線性驅動裝置驅動該壓頭與該第一吸盤線性移動。
  18. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該第二吸盤設置於一平台上。
  19. 如請求項18之碳化矽錠裂片方法，其中該平台連接一旋轉驅動裝置，由該旋轉驅動裝置驅動該平台與該第二吸盤以一軸心為中心旋轉，該軸心平行於該機械振動振幅作用於該碳化矽錠之方向。
  20. 如請求項18之碳化矽錠裂片方法，其中該彈性件設置於該平台且位於該第二吸盤之下方。
  21. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該第一吸盤與該第二吸盤連接於一控制器，由該控制器程式化控制該第一吸盤與該第二吸盤分別對於該碳化矽錠的該頂面與該底面施加相同或不同的吸力。
  22. 如請求項12之碳化矽錠裂片方法，其中該第一吸盤與該第二吸盤為多孔性陶瓷材質或金屬材質。
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