使用電磁力的材料分裂的受控裂縫傳播的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分裂材料。更具體地，本發(fā)明涉及分裂材料的高生產(chǎn)率和低成本方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體處理中，通常通過切割將批量生長的晶體加工為晶片。不幸地，這會導(dǎo)致非常高的材料損失(例如，粗略地50%)，不期望地增加成本。
[0003]需要的是一種改進(jìn)分裂基板輸出量并減少成本的分割基板材料的方法。
[0004]發(fā)明概述
[0005]為了解決本領(lǐng)域的需要，分裂基板材料的方法包括:在大塊基板材料中形成初始裂縫，其中沿著該大塊基板材料的分裂平面對齊該裂縫;在受控環(huán)境中的兩個平行電極之間對齊該分裂平面，其中平行的電極包括頂部電極和底部電極，其中該分裂平面與兩個平行的電極平行，其中該大塊基板材料的底部與該底部電極物理地連接且電連接；以及在兩個平行的電極上施加電壓，其中電壓至少為50kV且在該大塊基板材料的頂部表面上建立均勻的電磁力，其中電磁力能夠誘導(dǎo)沿著分裂平面的裂縫傳播并從該大塊基板材料分離分裂的基板材料。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，形成初始裂縫包括使用掩模的干蝕刻、掩模的等離子體蝕亥|J、掩模的蒸汽蝕刻、掩模的濕蝕刻、機(jī)械劃線、機(jī)械刻痕或激光消融。
[0007]在本發(fā)明的另一方面，受控的環(huán)境包括真空兼容腔室，其中該真空兼容腔室包括介電氣體。在此實(shí)施例的一個方面，介電氣體具有10—12到10托(torr)的范圍中的壓強(qiáng)。在此實(shí)施例的其他方面，介電氣體包括干燥的氮、氧化氮或六氟化硫。
[0008]在本發(fā)明的又一方面，受控的環(huán)境包括壓強(qiáng)兼容腔室，其中該壓強(qiáng)兼容腔室具有介電氣體。在此實(shí)施例的一個方面，介電氣體具有1，000到80，000torr的范圍中的壓強(qiáng)。在此實(shí)施例的更多方面，介電氣體包括干燥的氮、氧化氮或六氟化硫。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，受控環(huán)境包括具有介電液體的壓強(qiáng)兼容腔室。根據(jù)此實(shí)施例的不同方面，介電液體包括硅油、乙烷、變壓器油、液氮或液氧。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電壓可以是切換的DC電壓、一組電壓脈沖或切換的AC電壓。
[0011]在本發(fā)明的又一方面，大塊基板材料可包括硅、砷化鎵、磷化銦或鍺。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，絕緣材料位于分裂的基板材料與頂部電極之間，其中絕緣材料保護(hù)頂部電極。
【附圖說明】
[0013]圖la-lb示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的分裂裝置的示意圖，其中l(wèi)a示出放置在腔室中的兩個電極之間具有初始裂縫且經(jīng)受來自電場的靜電力的基板，以及l(fā)b示出雖然在腔室中但從基板中去除的分裂基板。
[0014]圖2a_2d示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的初始裂縫之前的基板2a的示意圖，2b具有導(dǎo)電膜的非導(dǎo)電基板，2c具有單個初始裂縫的基板，以及2d具有初始裂縫的陣列的基板。
[0015]圖3a_3b示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的放置在腔室中正電極與負(fù)/接地電極之間的具有初始裂縫的基板3a，以及3b示出雖然在腔室中但從基板去除的分裂基板。
[0016]圖3c_3d示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的設(shè)置在正電極上的電極焊盤。
[0017]圖3e-3f示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的腔室內(nèi)的高介電液體。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提供分裂幾乎任何材料的非常高生產(chǎn)率和低成本方法。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明針對半導(dǎo)體工業(yè)材料，諸如硅、砷化鎵、磷化銦或鍺。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明針對期望精密分裂的其他情況。根據(jù)本發(fā)明，初始裂縫或裂縫組首先形成在要在期望的分裂平面中分裂的基板或材料中，確保完全限定該平面從而使得裂縫的隨后傳播將全部集中沿著此期望路徑(見圖2c-2d)。裂縫的深度是基于材料的斷裂韌性以及可施加的電磁力的最大量值。初始裂縫的寬度通過用于裂縫形成的方法所確定并且應(yīng)該盡可能地最小化以增加分裂的準(zhǔn)確性并最小化不必要的材料損失。任何方法可用于初始裂縫形成，諸如掩模的干蝕亥IJ、掩模的等離子體蝕刻、掩模的蒸汽蝕刻、掩模的濕蝕刻、機(jī)械劃線/刻痕、激光消融等。
[0019]一旦完全限定初始裂縫組和分裂的平面，要分裂的基板材料就被放置在兩個平行的平坦的拋光的金屬電極之間的受控環(huán)境中(參見圖la-lb)。對齊分裂的平面使得它平行于兩個電極。大塊基板材料本身也與電極中的一個物理地連接且電連接。非常大的電壓(通常至少50kV)然后施加在兩個電極之間以在要分裂的材料的表面上產(chǎn)生強(qiáng)大的且均勻的電磁力。此電磁力將有效地造成沿著先前標(biāo)記的分裂平面的快速裂縫傳播。如果裂縫尺寸正確且正確對齊，則材料將在一秒內(nèi)沿著分裂平面裂開，并且材料的分裂片將立即附連到與大塊基板材料附連的電極相反的電極。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，可靠近或遠(yuǎn)離要分裂的材料設(shè)置相反的電極。
[0020]放置基板材料和電極的受控環(huán)境使得施加到電極的非常大的電壓不造成它們之間的電擊穿。存在獲得此目的的三個主要方法。第一個涉及使用真空兼容的腔室(見圖3a_3b)，填充有高介電強(qiáng)度氣體，諸如干燥的氮?dú)?、氧化硫或六氟化硫，然后被栗抽?0—12到lOtorr的真空壓強(qiáng)。第二個方法涉及高壓強(qiáng)兼容腔室(見圖3c-3d)，填充有高介電強(qiáng)度氣體，諸如干燥的氮?dú)?、氧化硫或六氟化硫，其中氣體壓強(qiáng)增加到1，000到80，OOOtorr范圍中的壓強(qiáng)。第三個方法涉及大氣壓強(qiáng)的腔室(見圖3e-3f)，填充有高介電強(qiáng)度液體，諸如硅油、乙烷、變壓器油、液氮、液氧等等。在所有這些情況中，電極之間的體積的擊穿場強(qiáng)將增加到用于基板材料分裂的施加電場的水平以上。
[0021 ]在一個實(shí)施例中，要分裂的材料優(yōu)選有些導(dǎo)電，使得施加在兩個電極之間的電壓產(chǎn)生電場，該電場終結(jié)在與連接材料的電極的表面相對的材料的表面(見圖1 a -1 b)。如果材料絕緣，那么它可首先涂敷有薄導(dǎo)電層(見圖2b)，堅