一种应用于碳化硅晶片的剥离设备及其剥离方法与流程

本发明涉及碳化硅晶片加工，特别涉及一种应用于碳化硅晶片的剥离设备及其剥离方法。

背景技术：

1、碳化硅是一种硬度极高、热稳定性好且具有优良电气性能的材料，在半导体、光学应用中具有非常重要的低位。在半导体行业中，碳化硅材料通槽被用来制作各种电器件（如芯片、晶体管）的衬底。

2、在制造碳化硅器件（衬底）的过程中，需要先对碳化硅晶锭进行切割和剥离以得到具有一定厚度的薄片，该薄片经过后续的打磨、抛光等工序后便得到了碳化硅晶片。

3、其中，碳化硅晶锭在具体切割和剥离过程中，是先将高能激光束在距碳化硅晶锭表面一定深度距离的平面上进行聚焦，并通过激光聚焦点的移动时使碳化硅晶锭中形成改质层，然后将碳化硅晶锭送至分离设备上，分离设备上的两个粘结片架分别通过粘接剂与晶锭的两端表面粘接固定，然后两个粘结片架朝两侧移动并对碳化硅晶锭施加剥离力，使碳碳化硅晶锭上的被剥离层改质层位置处于晶锭发生分离并得到碳化硅薄片；然后将碳化硅薄片取下，碳化硅薄片经过后续的打磨、抛光等工序后得到碳化硅晶圆。

4、但是现有的这种分离方式，碳化硅薄片一次性从晶锭上分离，所施加的剥离力较大，过大的剥离力会产生如下问题：1、过大的剥离力可能导致碳化硅晶格结构的破坏，容易产生晶格位错的缺陷，该缺陷会影响材料的电学和光学性能；2、碳化硅材料虽然坚硬但脆性高，过大的剥离力可能会导致碳化硅薄片断裂，造成材料浪费和生产成本增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中的不足之处，提供一种应用于碳化硅晶片的剥离设备及其剥离方法。

2、本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种应用于碳化硅晶片的剥离设备，包括剥离部件和用于驱动剥离部件升降的升降装置；

3、剥离部件包括基板，基板的上方设有若干个同心设置的活动环，基板的下方设有若干个同心设置的粘结环，粘结环与活动环一一对应，粘接环与相对应的活动环之间通过连接轴相连；活动环与基板之间设有促动器；

4、连接轴在刚性连接状态与浮动连接状态之间切换；当连接轴处于浮动连接状态时，粘接环与活动环之间存在相对浮动空间；

5、粘接环上设有振动器，振动器驱动粘接环上下振动；

6、粘接环的下端面用于和晶锭上被剥离层的上表面粘接。

7、本发明中，促动器用于驱动活动环上下移动，活动环在移动时通过连接轴带动粘接环上下移动，各个粘接环均可以独立移动。在对晶锭进行剥离时，各个粘接环通过粘接剂分别与晶锭的上表面粘接，以分区域的方式依次对晶锭上端的被剥离层进行剥离。剥离过程先从最外侧的粘接环开始，先通过振动器带动该粘接环上下振动，粘接环振动时将带动使被剥离层上与该粘接环相接的区域发生振动，该区域为一环形区域，通过振动可使被剥离层下方的改质层发生可控的断裂，扩大改质层内壁的裂缝，降低被剥离层与晶锭之间的结合强度，使被剥离层能够更容易地被剥离下来，使得被剥离层能够以较小的剥离力被剥离。其中，振动器在开启时，应当使连接轴处于浮动连接状态，在该状态下，粘接环与活动环之间存在相对浮动空间，以保证粘接环具有一定的振动幅度，保证振动效果。在振动完成后，通过促动器驱动粘接环向上移动，通过粘接环的向上移动使被剥离层上与该粘接环相接的区域最先被剥离，该区域被向上剥离后，该区域与下方的晶锭之间形成一个环形间隙，使得该区域的被剥离层与下方的晶锭发生分离；其中，粘接环在向上移动时，应当使连接轴处于刚性连接状态。通过上述方式，对被剥离层由外向内分区域依次进行剥离，使被剥离层完全与晶锭分离。通过这种分区域由外向内依次分离的方式，可大大降低被剥离层与晶锭分离时所需的剥离力，从而降低对碳化硅晶格结构的破坏，避免产生晶格位错的缺陷，保证材料的电学和光学性能；并且能够有效避免碳化硅薄片发生断裂，进而避免材料浪费和生产成本增加。

8、作为优选，所述连接轴包括外轴体、内轴体，外轴体的上端与活动环相连，外轴体上设有导向孔，内轴体的上端伸入导向孔中，内轴体的下端与粘接环相连；内轴体的上端与导向孔的上端之间通过柔性连接体相连；

9、内轴体的一侧设有锥孔，锥孔的孔壁为内锥面；

10、外轴体上设有伸缩驱动件，伸缩驱动件上连接有与锥孔相对应的活动销，通过伸缩驱动件驱动活动销移动；活动销包括圆柱段和锥形段，锥形段上设有外锥面；外轴体上设有用于使活动销穿过的通孔，通孔的孔径与活动销上的圆柱段的直径一致；当锥形段上的外锥面与锥孔的孔壁完全贴合时，连接轴处于刚性连接状态；当锥形段上的外锥面与锥孔的孔壁之间形成环隙时，连接轴处于浮动连接状态。

11、作为优选，所述柔性连接体的材质为橡胶。

12、作为优选，所述内轴体的上端设有连接榫头，连接榫头嵌入柔性连接体中。

13、作为优选，所述柔性连接体远离内轴体的一端通过连接销固定在导向孔中，连接销同时穿过外轴体和柔性连接体。

14、作为优选，所述升降装置包括固定架和设置在固定架上的升降驱动件，升降驱动件与基板相连。

15、作为优选，剥离部件共包括四个粘接环，由外向内依次为第一粘接环、第二粘接环、第三粘接环和第四粘接环，第一粘接环的外径与晶锭的直径一致，第二粘接环的外径为晶锭直径的75％，第三粘接环的外径为晶锭直径的50％，第四粘接环的外径为晶锭直径的30％。

16、作为优选，位于最外侧的粘接环的下端面包括环形平面和位于环形平面外侧的锥形面，该粘接环的下端设有若干个避让槽，避让槽以圆形阵列的方式布置在粘接环上，避让槽中设有热反应片，热反应片的一端与粘接环固定连接，热反应片的另一端为自由端，热反应片沿着粘接环的径向设置；位于最外侧的粘接环上设有加热部件；

17、热反应片包括第一金属层和第二金属层，第一金属层位于第二金属层的上侧，第二金属层的热膨胀系数大于第一金属层的热膨胀系数；

18、当热反应片处于室温状态下时，热反应片的下表面与粘接环下端的环形平面平齐；当热反应片温度上升时，热反应片的自由端向上弯曲。

19、作为优选，所述加热部件为环形的电热丝，电热丝嵌装在粘接环上。

20、一种碳化硅晶片的剥离方法，包括如下具体步骤：

21、步骤一：对晶锭进行激光切割并使晶锭上形成改质层；

22、步骤二：将晶锭固定在剥离部件的下方，在各个粘接环的下表面涂上粘接剂，然后升降装置驱动剥离部件向下移动并使各个粘接环与晶锭的上表面相接；等待一定时间使粘接剂固化；

23、步骤三：粘接环依次进行剥离操作，先从最外侧的粘接环开始，该粘接环完成剥离操作后，位于该粘接环内侧且与其相邻的粘接环以进行下一个剥离操作；直至所有的粘接环均完成剥离操作，使晶锭上方的被剥离层与晶锭完全分离；

24、粘接环进行剥离操作时，具体方法如下：将与该粘接环相连的连接轴切换至浮动连接状态，开启设置在该粘接环上的振动器；被剥离层上与该粘接环相接的区域为剥离区域，通过振动器使被剥离层上的剥离区域产生上下振动；振动完成后关闭振动器，将与该粘接环相连的连接轴切换至刚性连接状态，通过促动器驱动粘接环向上移动至目标高度位；使被剥离层与晶锭之间形成环形间隙；

25、步骤四：升降驱动装置驱动剥离部件向上移动，并粘附在剥离部件下端的被剥离层取下。

26、本发明的有益效果是：本发明中，通过分区域由外向内依次对被剥离层进行分离，可大大降低被剥离层与晶锭分离时所需的剥离力，从而降低对碳化硅晶格结构的破坏，避免产生晶格位错的缺陷，保证材料的电学和光学性能；并且能够有效避免碳化硅薄片发生断裂，进而避免材料浪费和生产成本增加。