[发明专利]材料解理中的受控裂纹扩展的入射辐射引起的表面损伤

说明书

一种劈开系统采用成形器、定位器、内部准备系统、外部准备系统、劈刀和修剪机来将工件劈成劈开的制件。所述成形器将工件成形为限定的几何形状。然后，所述定位器定位所述工件，以使得所述内部准备系统可以在所述劈开平面处生成分离层。所述内部准备系统将激光束聚焦在所述工件内部的焦点处，并跨所述劈开平面扫描所述焦点以形成所述分离层。所述外部准备系统在与所述分离层重合的位置处对所述工件的所述外部表面刻痕。所述劈刀通过沿着所述分离层在所述外部表面上扩展所述裂纹来劈开所述工件。所述修剪机根据需要将所述劈开的制件成形为几何形状。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年7月26日提交的美国临时申请第62/703,642号的权益，该案的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及材料处理，并且更具体地，涉及使用入射辐射来准备用于劈开的工件和用于劈开工件。

背景技术

由于其独特的性质、多方面的应用和现在的广泛使用，半导体是电子和光伏产业中的重要且有价值的材料。半导体通常以晶片形式使用。然而，当前的晶片制造方法是浪费的，并且可能导致高达50％的材料损失。将大的半导体锭/块机械线锯切成薄晶片形式是工业标准，但是由锯切线引起的切缝损失是不可避免的。锯切还会损坏所得晶片的表面，从而导致需要去除受损的材料并随后进行表面精加工以获得许多应用所需的高级晶片。通常使用抛光和机械研磨来对晶片的表面进行精加工，并且这些后处理步骤从晶片去除甚至更多的材料，从而进一步增加了总体材料损失。在半导体晶片的制造期间的高材料损失导致可以被用于应用的半导体材料更少，并且每个晶片的成本更高。可以针对在各种工业中用于各种应用的高级绝缘体(例如诸如氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁等)得出类似的论点。

经由裂纹扩展来劈开材料工件是当前晶片处理方法的有前途的备选方案，因为它导致很少的材料损失。进一步地，可以看出，这种劈开产生更高质量的晶片表面，从而潜在地减少或消除了对获得高质量表面光洁度的后处理步骤的需要。然而，通过这种解理方法有效地生产晶片是具有挑战性的。

发明内容

本发明描述了一种与传统技术相比用于使用减小量的力将工件精确地劈成一个或多个劈开的制件的劈开系统。劈开系统包括成形器、定位器、内部准备系统、外部准备系统、劈刀和修剪机。

劈开系统可以采用各种方法来形成劈开的制件。例如，成形器将工件成形为限定的几何形状，诸如圆柱体。以此方式，由劈开系统形成的任何劈开的制件可以是限定的几何形状(例如圆形)的横截面。劈开系统确定工件内部的劈开平面的位置。然后，定位器定位工件，以使得内部准备系统可以在劈开平面处生成分离层。

为了生成分离层，内部准备系统将激光束聚焦在工件内部的焦点处，从而在机械性质已改变的工件中形成局部区(“覆盖区”)。内部准备系统跨劈开平面扫描激光束，以通过生成许多覆盖区来形成分离层。分离层是工件内的材料层，其在结构上与围绕分离层的材料不同。分离层与周围材料之间的结构差异促进将工件劈成劈开的制件。可以在工件内部形成多于一个分离层。

外部准备系统在与分离层重合的位置处对工件的外部表面刻痕。然后，劈刀通过沿着分离层在外部表面上扩展裂纹来劈开工件。更特别地，劈开系统在工件的相对端上施加张力，该张力沿着分离层的不同材料扩展裂纹并且从而生成劈开的制件。修剪机根据需要将劈开的制件成形为任何几何形状。

附图说明

图1图示了根据一个示例实施例的用于劈开工件的系统。

图2图示了根据一个示例实施例的用于劈开工件的劈开系统。

图3图示了根据一个示例实施例的内部准备系统。

图4图示了根据一个示例实施例的劈刀。

图5是根据一个示例实施例的用于劈开工件的过程流程。