使用电磁力的材料分裂的受控裂缝传播的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分裂材料。更具体地，本发明涉及分裂材料的高生产率和低成本方法。
【背景技术】
[0002]在半导体处理中，通常通过切割将批量生长的晶体加工为晶片。不幸地，这会导致非常高的材料损失(例如，粗略地50%)，不期望地增加成本。
[0003]需要的是一种改进分裂基板输出量并减少成本的分割基板材料的方法。
[0004]发明概述
[0005]为了解决本领域的需要，分裂基板材料的方法包括:在大块基板材料中形成初始裂缝，其中沿着该大块基板材料的分裂平面对齐该裂缝;在受控环境中的两个平行电极之间对齐该分裂平面，其中平行的电极包括顶部电极和底部电极，其中该分裂平面与两个平行的电极平行，其中该大块基板材料的底部与该底部电极物理地连接且电连接；以及在两个平行的电极上施加电压，其中电压至少为50kV且在该大块基板材料的顶部表面上建立均匀的电磁力，其中电磁力能够诱导沿着分裂平面的裂缝传播并从该大块基板材料分离分裂的基板材料。
[0006]根据本发明的一方面，形成初始裂缝包括使用掩模的干蚀刻、掩模的等离子体蚀亥|J、掩模的蒸汽蚀刻、掩模的湿蚀刻、机械划线、机械刻痕或激光消融。
[0007]在本发明的另一方面，受控的环境包括真空兼容腔室，其中该真空兼容腔室包括介电气体。在此实施例的一个方面，介电气体具有10—12到10托(torr)的范围中的压强。在此实施例的其他方面，介电气体包括干燥的氮、氧化氮或六氟化硫。
[0008]在本发明的又一方面，受控的环境包括压强兼容腔室，其中该压强兼容腔室具有介电气体。在此实施例的一个方面，介电气体具有1，000到80，000torr的范围中的压强。在此实施例的更多方面，介电气体包括干燥的氮、氧化氮或六氟化硫。
[0009]根据本发明的另一方面，受控环境包括具有介电液体的压强兼容腔室。根据此实施例的不同方面，介电液体包括硅油、乙烷、变压器油、液氮或液氧。
[0010]根据本发明的另一方面，电压可以是切换的DC电压、一组电压脉冲或切换的AC电压。
[0011]在本发明的又一方面，大块基板材料可包括硅、砷化镓、磷化铟或锗。
[0012]根据本发明的又一方面，绝缘材料位于分裂的基板材料与顶部电极之间，其中绝缘材料保护顶部电极。
【附图说明】
[0013]图la-lb示出根据本发明的一个实施例的分裂装置的示意图，其中la示出放置在腔室中的两个电极之间具有初始裂缝且经受来自电场的静电力的基板，以及lb示出虽然在腔室中但从基板中去除的分裂基板。
[0014]图2a_2d示出根据本发明的实施例的初始裂缝之前的基板2a的示意图，2b具有导电膜的非导电基板，2c具有单个初始裂缝的基板，以及2d具有初始裂缝的阵列的基板。
[0015]图3a_3b示出根据本发明的实施例的放置在腔室中正电极与负/接地电极之间的具有初始裂缝的基板3a，以及3b示出虽然在腔室中但从基板去除的分裂基板。
[0016]图3c_3d示出根据本发明的一个实施例的设置在正电极上的电极焊盘。
[0017]图3e-3f示出根据本发明的一个实施例的腔室内的高介电液体。
【具体实施方式】
[0018]本发明提供分裂几乎任何材料的非常高生产率和低成本方法。在一个实施例中，本发明针对半导体工业材料，诸如硅、砷化镓、磷化铟或锗。在另一个实施例中，本发明针对期望精密分裂的其他情况。根据本发明，初始裂缝或裂缝组首先形成在要在期望的分裂平面中分裂的基板或材料中，确保完全限定该平面从而使得裂缝的随后传播将全部集中沿着此期望路径(见图2c-2d)。裂缝的深度是基于材料的断裂韧性以及可施加的电磁力的最大量值。初始裂缝的宽度通过用于裂缝形成的方法所确定并且应该尽可能地最小化以增加分裂的准确性并最小化不必要的材料损失。任何方法可用于初始裂缝形成，诸如掩模的干蚀亥IJ、掩模的等离子体蚀刻、掩模的蒸汽蚀刻、掩模的湿蚀刻、机械划线/刻痕、激光消融等。
[0019]一旦完全限定初始裂缝组和分裂的平面，要分裂的基板材料就被放置在两个平行的平坦的抛光的金属电极之间的受控环境中(参见图la-lb)。对齐分裂的平面使得它平行于两个电极。大块基板材料本身也与电极中的一个物理地连接且电连接。非常大的电压(通常至少50kV)然后施加在两个电极之间以在要分裂的材料的表面上产生强大的且均匀的电磁力。此电磁力将有效地造成沿着先前标记的分裂平面的快速裂缝传播。如果裂缝尺寸正确且正确对齐，则材料将在一秒内沿着分裂平面裂开，并且材料的分裂片将立即附连到与大块基板材料附连的电极相反的电极。根据进一步实施例，可靠近或远离要分裂的材料设置相反的电极。
[0020]放置基板材料和电极的受控环境使得施加到电极的非常大的电压不造成它们之间的电击穿。存在获得此目的的三个主要方法。第一个涉及使用真空兼容的腔室(见图3a_3b)，填充有高介电强度气体，诸如干燥的氮气、氧化硫或六氟化硫，然后被栗抽到10—12到lOtorr的真空压强。第二个方法涉及高压强兼容腔室(见图3c-3d)，填充有高介电强度气体，诸如干燥的氮气、氧化硫或六氟化硫，其中气体压强增加到1，000到80，OOOtorr范围中的压强。第三个方法涉及大气压强的腔室(见图3e-3f)，填充有高介电强度液体，诸如硅油、乙烷、变压器油、液氮、液氧等等。在所有这些情况中，电极之间的体积的击穿场强将增加到用于基板材料分裂的施加电场的水平以上。
[0021 ]在一个实施例中，要分裂的材料优选有些导电，使得施加在两个电极之间的电压产生电场，该电场终结在与连接材料的电极的表面相对的材料的表面(见图1 a -1 b)。如果材料绝缘，那么它可首先涂敷有薄导电层(见图2b)，坚