切割蓝宝石晶片的方法降低了材料损耗并提高了成品率

劈裂是一种快速简单的技术，用于制备硅和其他半导体材料样品；然而，蓝宝石，尽管是单晶材料，不能很好地劈开。现有的方法包括劈开和锯切；然而，由于断裂在不需要的方向上传播，以及在过程中材料损失，产量可能不令人满亚博网站下载意。文献中提到，激光划线和低温冷却是有助于减少不必要的断裂、剥落、分层和材料损失的方法，但这些方法耗时、成本高，并可能出现其他不希望出现的问题，如边缘质量差和温度变化导致的热损伤。

由于切割成本低、速度快且不损失材料，LatticeGear获得了几个3”蓝宝石晶圆，以便重新使用最近开发的两种方法进行切割。这些方法不同于手持式刻划和切割，因为它们集成了金刚石微线压痕、背面刻划和机械平台切割等新技术。这些平台的“智能”机制(旋钮、表盘、杠杆)有助于重复操作，并消除由于操作经验而导致的结果差异。此外，它们还启用了手持流程无法实现的新测试条件。

图1所示。弱点由钻石划线，FlipScribe和LatticeAx。

裂开了

切割样品需要两个步骤：

步骤1。弱点的创造。

弱点是在样品上形成的“缺陷”。这将是分裂的起始点。如果不先用金刚石划线机或压痕机制造一个薄弱点，就不可能把基片分成两部分。在样品边缘产生的弱点(图1)是极其重要的，因为它定义了通过衬底晶体平面的切割的质量和准确性，因为切割从弱点传播。如果产生的薄弱点在一定角度、较宽或较深且不直，就会产生裂缝(甚至微裂缝)，对解理面的质量和精度都有不利影响。

步骤2。裂开。

裂解是制备裂解样品的第二步。劈裂是通过对弱点施加压力而发生的。然后，裂解开始并在整个样品中扩散。如果样品是结晶的，最好的弱点是短的(图2)，因为它开始了沿着晶体平面的分裂。由此产生的截面将镜面光洁度(图3)。如果非晶样品,样品会打破但没有晶体平面,后分裂将传播的方向弱点,不得直接除非长抄写员是在完成所需的劈理线的距离(图2)。

由此产生的横截面不会有镜面光洁度。当解理线需要与晶面相对时，这种“长划线”方法也被用于晶体材料。图4显示了一个与(100)晶面呈45度切割的硅样品。需要注意的是，边缘是粗糙的，因为裂解是与晶面相反的。切割可以通过用手指、钳子或别针将样品一分为二来完成。

图2。短划线用于晶体材料，长划线用于非晶材料或用于切割晶体平面。橙色线表示劈开的亚博网站下载方向。

图3。（100）硅上的铜膜在制作短划线后断裂。劈开的边缘显示镜面光洁度。

后果

本研究中用于确定弱点和解理的工具如下：FlipScribe^®, LatticeAx^®，和裂开钳。

图4。样品在45度切割到(100)硅使用长划线。

方法1。LatticeAx的使用^®清洁切割3”蓝宝石晶圆片。

LatticeAx集成了弱点生成和分裂成一个单一的工具。这个弱点是用楔形菱形压头做的。微线缩进为短缩进(长750 ~ 1000 μm，宽10 μm)。压痕后，在距离压痕相等的两个点上施加向下的力将样品劈开(图5)。

使用LatticeAx的高重复性和精确的微线压痕和切割工艺，一个3英寸的蓝宝石晶圆被清晰地切割。利用LatticeAx微线压痕在晶圆边缘做短压痕。接下来是利用LatticeAx的3pt劈裂方法沿晶体平面传播的弱点。这导致了光子学应用所需要的极其干净的横截面面(图6和7)。

整个过程花了将近五分钟。如上所述，这个过程遵循晶体平面，并基于设备是如何制造的，可能不会产生正常的裂缝。为了产生与平面平行且垂直于平面的矩形样品，必须使用如图2所示的方法，在整个样品上使用长划线条。

图5。3pt切割方法集成到LatticeAx中。

图6。使用LatticeAx微线缩进和3pt切割方法切割蓝宝石晶圆。

图7。蓝宝石晶片的视图显示了用LatticeAx切割晶体结构后的干净边缘。

方法2。使用FlipScribe对3英寸蓝宝石晶片进行划线、切割和缩小尺寸。

的FlipScribe是一种能够在操作者查看样品正面的目标时在样品背面进行划线的划线机。样品可以手动引导，也可以在划线器尖端的样品支架(图8)的帮助下引导。图9为划线器在划线过程中接触样品背面的位置。划线机倾斜高度可调;这对于优化沿着光刻与晶体平面或非晶材料制备样品的过程是很重要的。

请注意，对于那些必须沿着电子结构的划线线切割晶圆的应用，FlipScribe被用来抵消沿蓝宝石a晶面的分裂。划线将“强迫”样品沿着通常是正交的模具划线线断裂。在图10中，左边的图像显示了一个使用钢笔风格的钻石划线器手动划线后被切割的样本。请注意，样品是沿着与光刻不平行的晶体平面分裂的。右图是使用FlipScribe切割的样本。

该制备产生样品（一侧10 mm），其侧面在光刻之后。这通常用于横截面和测试模具性能时。用手工划线器形成的弱点（本例中为长划线）通常太大、太深且具有破坏性。如果“太弱”，解理自然会通过天然的强晶面传播。劈开将始终遵循“阻力最小的路径”。FlipScribe划线器的高度和倾斜度可针对材料进行优化，从而预设为可重复的过程。支架（图8）固定样品，确保形成一条浅、直、薄的划线，该划线产生“强弱点”，以便开始劈开。

图8。FlipScribe是一个抄写机，使抄写在蓝宝石的背面

图9。显示FlipScribe工作面上的样品和划线器位置的图表。

这项工作表明，尽管蓝宝石是一种困难的材料，但它可以成功地切割。

从3“蓝宝石晶圆片上切割模具

在FlipScribe、Cleanbreak钳和Small Sample splitting钳的帮助下，对3”470 μm厚的晶圆片(如图8所示)进行切割。在这种情况下，一个短抄写器被制成垂直于平面的，因为在这个方向上，晶体平面与光刻平行。与平面平行，长刻刀被制成迫使切割遵循光刻而不是蓝宝石晶体平面。

在FlipScribe上使用定制设计的3”晶片支架进行划线。刻划后，使用Cleanbreak钳将晶片切割，如图11所示。图12展示了垂直和平行切割薄片后的晶片。为了将蓝宝石晶片切割成更小的样品，使用一个小片支架来夹住样品并制作干净的直抄本。小样本使用优化的钳子进行切割(图13)。图14展示了使用这种方法在蓝宝石晶片上产生多裂纹的结果。这些结果表明，蓝宝石晶片可以在不损失材料和不断裂的情况下被切割。

图10。用手持式刻划器与使用FlipScribe的样本刻划器进行的蓝宝石刻划和切割的比较。左:经过手工抄写和切割的蓝宝石。右图:用FlipScribe刻的蓝宝石，然后用LatticeGear的小样本钳子切割。

图11。准备用清洁钳进行切割的蓝宝石晶圆。

图12。切割后的蓝宝石晶片与平面垂直平行。

图13。用小样剪钳剪小样。

图14。切割成小样品后的蓝宝石薄片。

图15。在用清洁钳切割时裸露的蓝宝石薄片。

图16。使用FlipScribe和Clean - break钳将蓝宝石薄片切成四等份后的裸晶片。

购买了直径为50.8 mm、厚度为420μM的裸C-M平面蓝宝石晶片，以验证该工艺是否可以重复。如图15和16所示，使用上述相同的方法将晶圆切割成四分之一。晶片在FlipScribe的帮助下进行划线，并使用清洁钳。

结论

在正确的工艺和工具下，通过控制切割方向，可以干净地切割蓝宝石。当需要进行测试或截面分析时，FlipScribe和LatticeAx对实验室来说都是有价值的补充。LatticeAx制备产生镜面光洁度切割边，因为样品沿着晶体平面切割。所述FlipScribe背面划线器不接触样品正面;它发展了一个清晰的分割定义的划线，也可以与表面目标对齐。

这些信息已经从LatticeGear提供的材料中获得，审查和改编。亚博网站下载

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