一种激光诱导改质后晶锭的晶片剥离装置

本技术涉及半导体材料，具体而言，涉及一种激光诱导改质后晶锭的晶片剥离装置。

背景技术：

1、碳化硅以其卓越的硬度、出色的热稳定性以及优良的电气性能，在半导体与光学领域占据着举足轻重的地位。在半导体产业中，碳化硅材料常被用作制造各类电器件（例如芯片、晶体管）的衬底材料。然而由于碳化硅半导体材料硬度极高，使得将其制作成器件的衬底的加工过程变得非常困难。传统的加工方法是利用金刚线多线切割的方式将碳化硅晶锭分割成薄片，但这种方法造成的碳化硅材料损失高达50%以上。通过激光加工的方式对碳化硅晶锭进行切片的激光切片工艺不仅减少了加工过程中的碳化硅材料损失，也极大的提高了碳化硅晶锭切割成薄片的效率而受到广泛关注。

2、激光切片工艺通常是使用对晶锭具有透过能力波长的激光从晶锭端面向晶锭内部射入并在晶锭内部聚焦成焦点，焦点处的晶体材料被激光能量改质，利用激光对整个晶锭端面的扫描可以形成连续的改质层，继而通过外力将晶锭由改质层从晶锭分离形成独立的晶片。

3、现有的激光切片工艺普遍采用的技术方案为：首先，利用激光在碳化硅晶锭内部形成均匀的改质层；随后，将该具备改质层的晶锭转移至分离设备，通过分离设备上配置的两个粘接拉靶，利用粘接剂分别与晶锭的两端表面实现牢固粘接与固定；之后，控制两个拉靶向相反方向同步移动，对晶锭施加剥离力，促使晶锭在改质层位置发生分离，从而获得碳化硅薄片；最终，通过解胶过程，将分离所得的碳化硅薄片取下，并经过后续的打磨、抛光等精加工工序，得到符合规格的碳化硅晶圆。

4、然而，现有技术方案在实际应用中存在显著缺陷，其剥离过程依赖于一次性对晶锭施加较大剥离力以实现薄片分离，此操作方式易引发以下技术问题：1、晶格结构损伤风险：过大的剥离力可能导致碳化硅晶格结构发生不可逆破坏，形成晶格位错等微观缺陷，此类缺陷会显著降低材料的电学传导性能与光学特性，进而影响器件的稳定性和可靠性；2、材料断裂与损耗：尽管碳化硅材料具有高硬度特性，但其脆性特征导致其抗冲击性能较差。在剥离过程中，过大的剥离力极易引发薄片断裂，不仅造成材料浪费，还会显著增加生产成本，并降低生产良率；3、环境污染与效率问题：目前胶粘法需要用到较多的有机材料，这些有机材料对环境和人体都有负面影响，而且粘结剂的起效和失效耗时比较长，在工业生产中的效率较低。

5、授权公告号为cn118553675b的发明专利通过一种同心设置的不同尺寸的粘结环，分区域从外到内依次对碳化硅剥离层进行剥离，降低了被剥离层与晶锭分离时所需的剥离力。然而这种技术虽解决了一次性剥离力较大的问题，减小了较大剥离力对碳化硅晶格结构的破坏，保证了材料的光电性能，但依旧是使用胶粘法将内部改质后碳化硅晶锭的两面粘接在剥离设备的粘结环上，而后使用机械拉靶的方式，实现晶片的剥离。这种方法没有摆脱胶粘法的劣势，比如粘胶、脱胶时间较长，步骤繁琐，生产效率较低，剥离过程中使用的有机物对环境和工作人员有害等。

6、公开号为cn115831825a的发明专利申请基于吸盘法，通过将吸盘置于一个外加正电压的密封容器中提升吸盘吸附力，而后向上提拉吸盘装置，以达到晶片剥离的目的。然而这种剥离技术仍属于一次性晶片剥离，一方面容易破坏碳化硅晶片的内部晶格结构，另一方面一次性垂直剥离所施加的力较大，容易造成碎片。最后，晶锭在密封容器中的固定仍是使用胶粘的方法，依旧没有摆脱胶粘法的劣势。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是现有的晶锭激光切片剥离装置在剥离晶片时存在晶格结构损伤风险，材料断裂及损耗大，使用胶粘造成环境污染、效率低，为克服以上现有技术的缺陷，本实用新型提供一种激光诱导改质后晶锭的晶片剥离装置。

2、本实用新型提供一种激光诱导改质后晶锭的晶片剥离装置，所述晶片剥离装置包括密封腔，所述密封腔与一增压泵连接，所述密封腔内设置有用于定位吸附晶锭的真空位移台和正对所述真空位移台的真空吸盘，所述真空吸盘与一升降机构驱动连接，所述真空位移台上设置有多个吸附孔，所述真空吸盘包括多个同心布置且被物理分隔的子吸盘，每个所述子吸盘的吸附面上设有多个通气孔，各所述子吸盘的所述通气孔通过独立的抽气管与一分区域吸附力调节装置连接，所述分区域吸附力调节装置与真空泵连接，所述分区域吸附力调节装置用于控制各所述子吸盘的吸附力。

3、本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：本实用新型通过分区域吸附力调节装置控制可以得到具有分区域吸附力的真空吸盘，突破了传统吸附装置的单一吸附力模式，可以形成从边缘至中心的动态吸附力梯度，在保障剥离稳定性的同时，显著降低整体工艺能耗，因为不是只用一个等大的剥离力剥离晶片，使得晶片某些区域也不容易因剥离力过大导致晶格结构损伤乃至材料断裂。本实用新型采用吸盘物理剥离技术替代传统化学粘接工艺，不仅从根本上消除了胶粘剂挥发物对环境的污染隐患，规避了有机溶剂残留对晶片性能的潜在影响，更通过剥离力动态调控机制，有效解决了传统工艺中因剥离力瞬时过载导致的晶片损伤问题，还解决了粘胶-脱胶导致的效率低的问题。

4、在一种可能的实施方式中，所述真空吸盘包括通过分隔壁间隔开的三个子吸盘，分别为圆环形的第一子吸盘、圆环形的第二子吸盘和圆形的第三子吸盘，所述第一子吸盘位于所述第二子吸盘的外部，所述第三子吸盘位于所述第二子吸盘的内部。

5、在一种可能的实施方式中，各所述子吸盘的吸附面上设有多条吸盘吸附槽，各所述吸盘吸附槽相互通过分隔边隔开，所述通气孔位于所述吸盘吸附槽内。

6、在一种可能的实施方式中，所述吸盘吸附槽呈网格状分布，所述通气孔设置在所述分隔边的交叉点处。

7、在一种可能的实施方式中，所述分区域吸附力调节装置包括多个进气口，所述进气口数量与所述子吸盘数量相同，每个所述进气口分别与一所述抽气管连接，各所述进气口上均设有调节阀。

8、在一种可能的实施方式中，所述分区域吸附力调节装置为一具有一个出气口和三个进气口的四通气管，三个进气口分别连接第一抽气管、第二抽气管和第三抽气管且所述三个进气口上分别对应设置有第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀。

9、在一种可能的实施方式中，所述增压泵为气体增压泵或液体增压泵。

10、在一种可能的实施方式中，所述升降机构为丝杠升降机或液压升降机。

11、在一种可能的实施方式中，所述升降机构为丝杠升降机，所述丝杠升降机设置在密封腔外面的装置支撑架上，所述丝杠升降机的主轴电机固定在装置支撑架顶端的支撑基板二上，所述丝杠升降机的梯形丝杆穿过支撑基板二而通过轴承固定在真空吸盘顶部的吸盘连接柱上，所述丝杠升降机的丝杆螺母与主轴电机的主轴配合固定。

12、在一种可能的实施方式中，所述真空位移台底部固定在一可移动基板上，可移动基板底部固定在一气缸的活塞杆的自由端顶部，气缸的活塞杆通过一浮动模块顶在可移动基板的底部，可移动基板位于密封腔外的两侧滑动插入有基板导轨一和基板导轨二。

13、本实用新型的有益效果为：

14、1、通过精准控制每个区域的吸附力，外加密封腔室结构，通过外部气压或液压加载系统构建正压环境，使吸盘吸附力达到剥离工艺所需的临界阈值。避免剥离力较大对晶片的光电性能（晶格结构）产生影响，降低碎片率，保障剥离稳定性的同时，显著降低整体工艺能耗，提高生产效率。

15、2、本实用新型从根本上消除了胶粘剂挥发物对环境的污染隐患，规避了有机溶剂残留对晶片性能的潜在影响，更通过剥离力动态调控机制，有效解决了传统工艺中因剥离力瞬时过载导致的晶片损伤问题。

16、3、本实用新型适合4h-sic晶锭、半绝缘型碳化硅或gan晶锭等多种晶锭的晶片剥离。