[发明专利]一种机械式晶片分离方法及装置

说明书

本发明属于半导体加工设备领域，具体为一种机械式晶片分离方法及装置，该分离方法使待剥离晶片产生弹性变形，使改质层开裂实现晶片分离，分离装置包括装置底板，装置底板上固定有支撑立板，支撑立板上固定有压板，压板的下方固定物料承载板，物料承载板和压板之间有插入槽；在装置底板上配置有滑动导轨和滑块，在滑块上方固定有X轴滑动板，顶升电缸固定在X轴滑动板下方，顶升电缸的导杆连接顶升电缸活动板，顶升电缸活动板上装配有顶刀，在装置底板上还配置有平移电缸，平移电缸活动轴与X轴滑动板活动连接。本发明通过机械方式使待剥离晶片发生微量变形，与采用液氮制冷的冷剥离方式相比，工艺方法简单、设备操作简便，易于实现自动化。

技术领域

本发明属于半导体加工设备领域，涉及一种从SiC等晶体上分离薄晶片的方法，具体为一种机械式晶片分离方法及装置，是一种针对激光照射形成改质层的晶体，通过机械顶压力使待剥离晶片产生微量变形，进而使晶体改质层开裂、分离，实现晶片最终分离的装置及方法。

背景技术

以SiC、GaN为代表的宽禁带半导体已被列入我国“十四五”发展规划，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。

晶体激光剥离技术，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，形成晶体改质层，以此改质层作为分离面，再通过各种方法实现晶片从晶体上的分离。该技术被认为是降低晶体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。

目前工艺上较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。

发明内容

为了解决晶片剥离采用的冷剥离方法存在的工艺、操作复杂、不易于实现自动化生产的问题，本发明针对激光改质工艺已生成改质层的晶体，提出一种通过机械顶压力使待剥离晶片产生微量变形，进而使晶体改质层开裂、分离，实现晶片的最终分离。通过该方法分离晶片，操作简单、效率高、有效避免晶片破碎、易于实现自动化。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种机械式晶片分离方法，包括以下步骤：

S1:使晶体产生改质层：采用激光垂直照射的方法，在晶体指定深度生成一改质层；

S2:晶体粘贴剥离板:采用粘接剂将完成改质的晶体与剥离板粘接在一起，晶体上待剥离晶片朝向剥离板；

S3:机械顶压施力剥离：对剥离板施加顶压作用力，使剥离板产生微量变形，待剥离晶片也随之产生变形使改质层受拉应力而发生断裂，从而实现晶片的分离。

一种机械式晶片分离装置，该分离装置用于实现权利要求1中的分离方法，包括装置底板，装置底板上方一侧固定有左右两根支撑立板，每个支撑立板上固定有压板，每个压板的下方固定有物料承载板，物料承载板和压板之间有间隙，该间隙作为剥离板的插入槽；在装置底板上配置有两根位于支撑立板之间的滑动导轨，滑块置于滑动导轨上方，在两个滑块上方固定有X轴滑动板，装置底板上在两根滑动导轨之间开有滑动口，顶升电缸的顶部穿过滑动口后固定在X轴滑动板下方，顶升电缸的导杆顶部穿过X轴滑动板后连接顶升电缸活动板，顶升电缸活动板上装配有顶刀，在装置底板上还配置有平移电缸，平移电缸上的平移电缸活动轴与X轴滑动板活动连接；

将剥离板插入分离装置的插入槽中，在顶升电缸的驱动下顶刀对剥离板施加顶压作用力，在平移电缸的驱动下，X轴滑动板带动顶升电缸左右运动，使顶刀作用于剥离板下方各个位置，实现整个晶体的改质层的受力开裂。