一种运用负压力实现晶片分离的负压吸盘及分离机构的制作方法

本发明属于半导体加工设备领域，涉及一种从晶体上分离薄晶片的方法和机构，具体为一种运用负压力实现晶片分离的负压吸盘及分离机构。

背景技术：

1、以sic、gan为代表的宽禁带半导体已被列入发展规划，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。

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损伤阈值，形成晶体改质层，以此改质层作为分离面，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、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、为了解决晶片剥离采用的冷剥离方法存在的易碎片、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，提出一种运用负压力实现晶片分离的负压吸盘及分离机构。

2、本发明是采用如下的技术方案实现的：一种运用负压力实现晶片分离的负压吸盘，包括圆饼状结构和密封圈，圆饼状结构的上表面为球面，圆饼状结构的上表面还分布有环状的沟槽，在圆饼状结构的中部设置有负压接入口，负压接入口与圆饼状结构上设置的沟槽相连通；密封圈镶嵌于圆饼状结构的边缘。使用时，负压吸盘与晶锭表层相接触，负压吸盘上的密封圈以及圆饼状结构的中部首先接触晶锭表层；然后负压接入口接通真空气源，圆饼状结构上的沟槽也与真空气源相连通，密封圈实现真空的密封，使沟槽内形成负压腔，在负压作用下，晶锭表层受到负压吸附力作用发生弯曲形变，直到与圆饼状结构的球面相贴合，在此过程中，改质层受力断裂，实现了晶锭表层与晶锭的分离。

3、一种分离机构，包括上述的负压吸盘，还包括底板，底板上固定有晶锭搬运模组，晶锭搬运模组上滑动安装有晶锭吸盘，晶锭吸盘中接入负压，用于吸附待加工晶锭，底板上安装有机械手固定架，机械手固定架上安装有剥离机械手组件，剥离机械手组件包括带导杆电缸、吸盘转接板及电缸固定板；带导杆电缸通过电缸固定板垂直固定于机械手固定架上，带导杆电缸的伸出端与吸盘转接板相连接，吸盘转接板的下方安装负压吸盘；在底板上还安装有4轴机器人以及晶片收纳盒。

4、工作时，首先晶锭吸盘运动至晶锭搬运模组的左侧，接受并吸附固定待加工晶锭，在晶锭搬运模组的作用下，待加工晶锭运动至负压吸盘正下方。然后，负压吸盘在带导杆电缸的带动下向下运动，当负压吸盘向下运动至接触待加工晶锭后，带导杆电缸停止运动，此时负压吸盘接通负压，进行晶片的分离。分离后的晶片吸附在负压吸盘上，向上运动一定距离，4轴机器人运动，从负压吸盘上取过分离后的晶片，并将其放入晶片收纳盒。分离晶片后的晶锭移动至晶锭搬运模组右侧下料，至此完成一个晶片分离循环。

5、上述的一种分离机构，在吸盘转接板上安装有直线轴承和光电开关，直线轴承内安装有销轴螺钉，销轴螺钉与负压吸盘相连接，实现了负压吸盘在吸盘转接板下方的安装，在负压吸盘上还安装有感应片。当负压吸盘接触待加工晶锭后，在销轴螺钉与直线轴承的配合下，吸盘转接板在带导杆电缸的带动下可继续向下运动，等到吸盘转接板上的光电开关感应到负压吸盘上的感应片，带导杆电缸停止向下运动。

6、本发明的核心是设计了一种曲面结构的负压吸盘，通过该负压吸盘负压力的作用，使晶片从晶锭上分离，晶片分离操作简单。基于上述负压吸盘，设计了一种实现晶片分离的分离机构，该分离机构可应用于剥离设备或晶片产线等。

技术特征：

1.一种运用负压力实现晶片分离的负压吸盘，其特征在于：包括圆饼状结构（7）和密封圈（8），圆饼状结构（7）的上表面为球面（9），圆饼状结构（7）的上表面还分布有环状的沟槽（11），在圆饼状结构（7）的中部设置有负压接入口（10），负压接入口（10）与圆饼状结构（7）上设置的沟槽（11）相连通；密封圈（8）镶嵌于圆饼状结构（7）的边缘。

2.一种分离机构，其特征在于：包括权利要求1所述的负压吸盘，还包括底板（12），底板（12）上固定有晶锭搬运模组（13），晶锭搬运模组（13）上滑动安装有晶锭吸盘（14），晶锭吸盘（14）中接入负压，用于吸附待加工晶锭（15），底板（12）上安装有机械手固定架（17），机械手固定架（17）上安装有剥离机械手组件（16），剥离机械手组件（16）包括带导杆电缸（18）、吸盘转接板（19）及电缸固定板（25）；带导杆电缸（18）通过电缸固定板（25）垂直固定于机械手固定架（17）上，带导杆电缸（18）的伸出端与吸盘转接板（19）相连接，吸盘转接板（19）的下方安装负压吸盘；在底板（12）上还安装有4轴机器人（25）以及晶片收纳盒（26）。

3.根据权利要求2所述的一种分离机构，其特征在于：在吸盘转接板（19）上安装有直线轴承（20）和光电开关（22），直线轴承（20）内安装有销轴螺钉（21），销轴螺钉（21）与负压吸盘（24）相连接，实现了负压吸盘（24）在吸盘转接板（19）下方的安装，在负压吸盘（24）上还安装有感应片（23）。

技术总结
本发明属于半导体加工设备领域，具体为一种运用负压力实现晶片分离的负压吸盘及分离机构。分离机构包括底板，底板上固定有晶锭搬运模组，晶锭搬运模组上安装有晶锭吸盘，底板上安装有机械手固定架，机械手固定架上安装有剥离机械手组件，剥离机械手组件包括带导杆电缸、吸盘转接板、负压吸盘及电缸固定板；带导杆电缸固定于机械手固定架上，带导杆电缸与吸盘转接板相连接，吸盘转接板的下方安装负压吸盘；在底板上还安装有4轴机器人以及晶片收纳盒。本发明负压吸盘通过负压使晶片从晶锭上分离，晶片分离操作简单；基于负压吸盘，设计了实现晶片分离的分离机构，该分离机构可应用于剥离设备或晶片产线等。

技术研发人员：张志耀,吕琴红,胡北辰,李伟,李琳,张红梅,刘彦利,李晓燕,邢夏斌
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：2024/2/19