CN1582221A - 基片层切割设备及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自动高精度切割一种材料层的设备(50)，该材料层通过脆化区域而结合在源基片上，该源基片和被切割材料层形成被切割工件，所述设备包括切割装置(531，532)和用于保持被切割工件的位置的装置(510)，其特征在于，所述切割装置包括一个刀片，其用于作用在被切割工件上。本发明还涉及用于使用该设备的方法。

Description

基片层切割设备及相关方法

技术领域

本发明总体上涉及材料处理，尤其涉及电子、光学或光电基片。

更确切地，本发明涉及一种用于自动高精度切割材料层的设备，该材料层通过脆化区域而结合在源基片上，该源基片和被切割材料层形成被切割工件，所述设备包括切割装置和用于保持被切割工件的位置的装置。

注意，本文中的“切割”一词是指将单个零件或组件分割成两个分离部分，并保证所述分离部分不重新结合的操作。

下面将看到，在脆化区域进行的这种切割包含在本发明的框架内。

本发明还涉及一种用于自动高精度切割材料层的方法，该材料层通过脆化区域而结合在源基片上，该源基片和被切割材料层形成被切割工件，所述方法包括：

将被切割工件相对于保持装置定位；

由切割装置切割材料层。

注意，本发明特别适合于切割小于大约100微米厚的材料层，尤其是切割大约1微米厚的所谓的“薄”材料层。

上述的设备和方法被用来建立可能被转换到源基片上的材料层(薄的或不薄的)，从源基片处该材料层被剥下而形成“对象载体”。

基片通常采用被称为“晶片”的盘片形状。晶片可以由半导体材料，例如硅制成。

已知脆化区域可以沿平行于晶片的主表面形成于晶片的内侧。

脆化区域可以由轰击晶片表面的离子植入形成。这些离子在晶片厚度内产生一脆性层，以界定一上区域(本文对应于源基片)和一下区域(本文对应于被切割层)。

背景技术

文献FR 2 681 472描述了形成薄层的方法的一个示例。

脆化区域本质上还可由其它任何已知的方法形成，例如通过在两致密材料区域之间建立一由渗水多孔材料形成的中间区域，通过形成埋入基片的氧化层(例如一种绝缘硅型基片)，或通过将两层结合在一起，结合区域对应于脆化区域。

一种手动操作者可以执行在脆化区域的切割，并形成两分离的零件，源基片和被切割层。

但是手动操作者在层生产率上会受限制。

此外，在这种情况下，操作没有一定的再现性。

目前已有自动切割设备和方法用来克服上述的缺陷。

文献EP 925 888描述了这样一种设备和方法。

该文献中的设备采用对通过两个主表面保持其位置的晶片的边进行水喷射碰撞，打击脆化区域，将晶片分成两部分。

但是，这种设备的设计和操作都相当复杂，尤其是必须采用专门装置，以使与晶片的两个面中的任何一个面相连的保持装置能使晶片的两部分按预定方式分开。

并且，保持装置还必须转动晶片，以使晶片的整个边缘受到喷射水的撞击，这更增加了该设备的设计和操作的复杂性。

文献EP 989 593还公布了一种材料层切割设备和方法。

但是仍然需要复杂的设置，尤其是要保持即将被分开的晶片的两部分的位置。

发明内容

本发明的一个目的在于使用特别可靠和简单的方式通过切割多层，尤其是薄层，来克服上述缺陷。

本发明的另一个目的在于使切割不会损伤切割层和基片的相应表面，该切割层通过脆化区域结合到该基片。

本发明的又一目的在于对切割操作参数进行精确控制以避免损伤晶片，并使该操作的动力学适合不同的晶片类型。

根据本发明的第一方面，通过应用一种用于自动高精度切割材料层的设备而达到上述目的，其中，该材料层通过脆化区域而结合在源基片上，该源基片和被切割材料层形成被切割工件，所述设备包括切割装置和用于保持被切割工件的位置的装置，其特征在于，所述切割装置包括用于切入被切割工件中的刀片。

下面是根据本发明的设备的一些优选的但不是限制性的方面。

保持装置包括定位板，

定位板被固定装配，

刀片是可移动的，

保持装置被这样设置，即被切割工件的一侧与保持装置接触而被止动，所述一侧与被切割工件被刀片切入的一侧相反，

保持装置包括定位板组件，

保持装置包括一个单个定位板，

在所述刀片开始切入被切割工件时，所述保持装置是自适应的以便将被切割工件的位置只保持在刀片的切割平面上，而所述被切割工件在垂直于所述切割平面的方向上不受约束，

所述刀片与刀片位置调节装置一起沿垂直于切割平面的方向操作，使刀片处于接近被切割工件的脆化区域处，

所述刀片被安装在自动移动装置上，

所述自动移动装置控制刀片在切割平面内的平移，

所述被控制的平移是匀速平移，

所述刀片的前刃具有与被切割工件的轮廓相对应的圆形轮廓，

所述刀片的前刃包围被切割工件的周边的四分之一，

所述切割装置包括一个第一切割装置和一个第二切割装置，

所述设备还包括：传感器，其用于获取代表第一切割装置的切割操作进展的参数；以及触发装置，其用于在所述参数达到一预定值时触发所述第二切割装置，

所述参数涉及被切割晶片的各部分之间的间隔的测量，

所述第一切割装置包括一个刀片，第二切割装置包括两个相对于被切割工件对称布置的刀片，

所述第二切割装置中的每个刀片被安装在移动装置上以便自由移动，并且每个刀片的前刃被定位，以便于在被切割工件的周边的一部分上切向切入被切割工件。

根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种用于自动高精度切割材料层的方法，该材料层通过脆化区域而结合在源基片上，该源基片和被切割材料层形成被切割工件，所述方法包括：

将被切割工件相对于保持装置定位；

由切割装置切割材料层；

其特征在于，使用与移动装置相连的切割装置上的至少一个刀片进行切割，同时所述保持装置保持被切割工件在切割平面上的位置。

下面是根据本发明的方法的一些优选的而非限制性的方面。

所述方法包括将刀片***被切割工件的凹槽中，所述凹槽位于靠近脆化区域处，

所述凹槽是大致环形凹槽，

所述方法包括：在通过刀片的前刃和凹槽的凹部之间的协作而使刀片嵌入被切割工件中时，被切割工件和刀具在垂直于切割平面的方向上的相对位置被自调节，

利用穿过被切割工件的主表面的分析光跟踪所述被切割层的分离波纹，

跟踪所述刀片移动装置的移动以观测所述被切割层的分离，

跟踪所述刀片移动装置的移动，以测量施加在一用于切入被切割工件的可移动元件上的力，

在由第一切割装置执行的第一切割阶段中，采集至少一个代表切割操作进程的参数，并且基于该参数的值而控制由第二切割装置执行的第二切割阶段，

第一切割装置是在第一位置处切入被切割工件的刀片，而第二切割装置在与第一切割装置切入所述工件的部位相隔一定距离处切入所述工件，

第二切割装置包括两个分别设在被切割工件两侧的相对于该工件对称移动的刀片。

下面结合附图给出了非限制性的示例，通过阅读这些实施例，其它方面、目的和优点将更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明的切割设备的第一实施例的组件的顶部的垂直剖面图，在上面定义了II-II截面；

图2a和2b是带有一脆化区域的晶片沿II-II平面的两个示意性剖视图，该晶片被放置在如图1所示的切割设备上；

图3是当如图1所示设备的刀片切入晶片从晶片上切割一层材料时，该刀片一侧的放大示意性主视图；

图4是当图1所示的设备的刀片接近晶片的切入区域时，该刀片刃口的放大示意性主视图；

图5a和图5b分别显示根据本发明切割设备的第二实施例的俯视图和侧视图，包括用于两个连续过程的改进的切割装置；

图6是近似于图3的视图，示意性地描述在其上执行切割操作的晶片界面；

图7是图5所示设备中的装置在对应于切割操作的第一过程的第一位置切割晶片层时该装置的示意性俯视图；

图8是与图7近似的视图，其中该切割装置具有对应于切割操作的第二过程的第二位置；

图9是根据本发明第二实施例的设备中的切割装置的详细视图；

图10a和图10b是显示图9中切割装置的两种可能形状的俯视图；

图11示意性显示了刀片切入晶片的状态。

具体实施方式

首先参考图1，图1显示根据本发明的第一实施例的带有晶片20的切割设备10。晶片构成将要被切割的工件。

设备10用于沿与晶片表面平行(即与图1的页面所在的水平面平行)的切割面切割晶片层。该材料层被如此从形成晶片20其余部分的源基片上切下。

注意，按照惯例，图1中的视图被称为俯视图，因此，为了整体上的描述，将以垂直于晶片的正中面的方向为竖直方向。

晶片20的形状是通常的圆形形状。该晶片包括被称为源基片的基片，其由硅等半导体材料制成。所述基片本身包括类似上述的脆化区域。

该脆化区域沿平行于该晶片的主表面的一个正中面延伸。

并且，该脆化区域在基片上形成一层将要从晶片上被剥下的材料层(例如将该层转化成对象载体)。

两个绕晶片边缘的同心圆表示围绕晶片的环形倒角21。

为了描述得更清楚，表示倒角21的两个圆之间的距离采用的比例比晶片直径所采用的比例大。

该倒角位于晶片的侧壁上，距所述晶片的上、下表面有一距离。下面将详细描述该倒角及其作用。

晶片20被放置在固定的平面底座100的中央部分102上，所述底座还支承定位板110和用于刀片130的移动支承120，该刀片被固定在该移动支承上。

该定位板110被固定到(例如由螺钉)底座100的端部103上，所述底座100具体包括两个端部101和103，所述两个端部围绕可移动中央部分102。

该定位板110包括与晶片的侧壁相接触的区域111。区域111的几何形状是圆形凹面，与装入该区域中的晶片部分的几何形状互补。区域111沿竖直方向是等截面的(可以从图2a和2b中清楚看到)。

该区域111还可以是其它任何与晶片20的侧壁在形状上互补的形状，这使晶片在垂直于刀片切割平面的竖直方向上移动。

特别地，区域111可以具有小的凹槽或凸起，使晶片相对于该设备的位置的自调节更加方便(下面将详细描述这种自调节的特点)。

在图1所示的示例中，定位板的区域111因此而包住晶片外周边的四分之一多一点。在一改型例中，该区域可以包住晶片外周边的四分之一。并且在任何情况下，该区域必须包住晶片外周边的足够大的部分以使被刀片切入的晶片保持在其位置(如下面所述)。

用手或合适的自动操作装置使晶片20接触到靠在定位板的等截面区域111上的止挡件。

移动支承120被固定到固定底座100的部分101上。该支承还支承着刀片130，使所述刀片向晶片平移(沿箭头F的方向)。

刀片130包括将切入晶片中的部分131，该部分131在下面被称为刀片的前刃。

与定位板的111部分类似，前刃131的几何形状是圆形凹面。并且，这种圆形几何形状基本上与刀片将要切割的晶片部分的几何形状互补。通常，刀片在超过晶片外圆周的大约四分之一的区域中切入晶片。

不过注意，前刃131并不是必须为圆形，其可以是任何几何形状。

晶片20被夹在定位板110和被安装在移动支承120上的刀片130之间。这些零件是对齐的，定位板和刀片设置在相对于晶片的中心径向相对的方向上，并且刀片沿该基准线的F方向移动。

刀片将在所要求的高度切入晶片侧壁(刀片的位置在高度上还可进行调整以在所要求的高度切入侧壁，例如可以通过沿垂直于切割平面的方向调整刀片的位置而进行调整)。

位移装置120能够移动刀片，以使刀片的前刃131与晶片的侧壁接触，并超越该侧壁切入晶片达一定深度。

例如，这种切入深度可以是大约一厘米。但是，切入深度将被定义为一些参数的函数，所述参数为例如刀片部分的形状和晶片的特性(制造晶片的材料、环形倒角的形状等)。

注意，尽管切入深度可以达到大约1厘米，但晶片和刀片之间物理接触区域的宽度必须不大于几毫米(对应于禁用区的宽度)。

在这方面，刀片的形状可以调节，例如包括：

由两个斜面限定的刀头，当刀片和晶片开始接触时，该刀头将切入晶片，两个斜面作为将晶片分成相互分开的两部分的楔片；

位于刀头后面的具有预定恒定厚度的部分，如图11所示，在刀头切入所述晶片后，所述具有恒定厚度的后面部分是刀片上的与晶片相接触的唯一部分。该部分使晶片的各部分保持与刀片该部分的预定厚度相对应的可控制的间隔，这样，方便了晶片的可控制切割。在这方面要注意，由于刀片不允许接触晶片上的被禁用区包围的中央部分(晶片的俯视图所示)，该中央部分对应于晶片在实际中应用的有用部分，所以对刀片和晶片之间的物理接触区域的大小进行限制是很重要的。图11显示切入晶片各部分之间的刀头不再与晶片直接接触，这种刀片和晶片之间的接触被限制为恒定厚度刀片上的宽度为d1的部分。刀片后面部分的恒定厚度定义为将要被切割的晶片类型的函数；例如，该厚度可以是大约5毫米。

刀片的作用是切割晶片，即上面所述的将晶片分成两个分离的部分(确切地说，两部分分别是源基片和要被剥下的材料层)，并确保所述的分离部分不会在分开后再次合在一起。

因此，如图2a、2b和图3所示，刀片的横截面带有斜角。

下面参考这些图更具体地描述根据本发明的设备的优选用途。

注意，这些图只是为了方便描述，所示的不同部件(晶片层，刀片和根据本发明的设备的其它部件)的比例并不代表实际的比例。

这些图显示所示的晶片20的侧壁22并不完全是等截面的，而是包括对应于倒角21的环形凹槽。

通过将晶片20的两部分20a和20b的圆形边结合在一起形成环形凹槽，所述晶片20本身是通过任何已知方法结合(粘接或其它方法)形成的。该环形凹槽21对应于两部分20a和20b之间的结合界面203。

根据目前生效的标准，半导体晶片的边不允许是尖形的，以避免在意外冲击下受损。因此，部分20a和20b(在彼此独立的情况下二者分别形成“晶片”)符合这些标准，并且它们的边具有圆角或倒角。

图示的晶片对应于本发明的优选应用，其中，通过用刀片130切割晶片将接近脆化区域202的薄层201切下。

更具体地，这些图中示出的晶片20制造成使形成晶片的两部分20a和20b之间的结合界面紧靠在脆化区域202的附近。

在这种情况下，刀片130优选在与一环形凹槽21相连的结合界面处切入晶片20，该环形凹槽具有形成倒角的凹形区域。

根据本发明的一个有利方面，当刀片130沿水平方向F平移时，刀头的形状(通常为凸出的，例如带有斜角)和开设倒角的环形凹槽的形状(通常为凹入的)之间的配合能够使晶片相对于刀片自调节高度。

在切割过程中，晶片沿竖直方向自由移动。

在图2a中可以看到对晶片向上的移动没有限制。

对于晶片向下的移动也是一样；只要刀片开始切入晶片的壁，水平底座102的可移动部分将被向后拉，使晶片在竖直方向完全自由。

因此，只要刀片在紧靠结合界面203的附近已经切入晶片的侧壁，上述形状的配合使得朝向所示界面的刀头的位置可以自调节。

注意，刀片的初始切入高度被预先调节，使其大致面向该界面。

因此，更具体地，参考图3，刀片103最初在紧靠结合界面203处切入晶片的侧壁，以便使刀片斜角的斜面和倒角21的环形凹槽的斜面之间相配合。

注意，刀片前刃的厚度(即按照刀头的曲率半径得到所述刀片的端部的厚度)为十微米左右，或更大些。

刀片本身的厚度可以是几毫米级的。

并且，结合界面203和脆化区域202之间的距离比刀片的尺寸小得多。

这样，当刀片切入晶片侧壁时，刀片前刃斜角的几何形状在沿垂直于切割平面的竖直方向上的各侧面上产生楔劈效应，将晶片的各部分分开。

将晶片的两部分自然地相互分开的垂直应力的路径紧靠脆化区域202的附近。

在图3中通过限定线C示出了来自脆化区域202的垂直应力的传递，该脆化区域202处于使结合界面203面向脆化区域202的区域内。限定线C非常示意性地表示在所述晶片的边附近处的该晶片的两部分之间的切割线。

当直线C到达脆化区域202，并且继续朝晶片内部移动(即朝图3的左侧移动)时，切割线与脆化区域202重合。

该脆化区域202表示一个应力缓冲部，并且由于晶片沿竖直方向不受约束，上述的自调节继续使刀片在倒角21处进一步切入晶片。

已经提到，在任何情况下，刀片都只与所述晶片的有限深度内的晶片相接触，该深度为大约几毫米，并且对应于晶片的非工作部分(“禁用区”)。

就这方面而言，刀片的几何形状是这样的，即刀片实际上不是作为“切割”工具来“切割”晶片(前面已定义了“切割”，其并不对应于切片作用)。

实际上，刀片斜角的内角需要足够小以使刀片实际切入晶片中，但是，该内角又必须足够大以使刀片执行楔劈功能，从而将切入将被转化的材料层201和晶片其余部分之间。一旦刀片已经开始切入晶片，刀片前刃的斜边将层201从晶片的其余部分上沿竖直方向分开。该顶角可以是大约60度。

这使得层201的分离波纹能够在晶片的一个大的部分或整个表面上传播(尽管刀片只切入晶片内有限的深度)。

需要注意下面这种情况，没有设置限制晶片向上或向下移动的零件，也就是说，晶片不仅能沿刀片作用的竖直方向自动调节其位置，而且还可以在该分开过程中自由均匀地变形。

这方便了切割的平顺执行，并且减小了层201和基片变差的危险，尤其当基片20b是由一种脆性材料如石英形成时。

刀片由一种光滑材料形成，足够坚硬以便切入晶片，但又不是过分坚硬，以避免损坏层201和基片的表面。

例如，刀片可以由材料例如聚氯乙稀(PVC)、聚醚醚酮(PEEK)或特氟隆(Teflon，注册商标)形成。

并且，刀片必须足够厚以确保将层201从晶片的其余部分上分离，以保证层201的分离波纹有效地传过晶片的大部分表面。

申请人已经确定对此功能而言，合适的厚度为大约5毫米。

图4显示对于根据本发明第一实施例的上述设备10而言从接近刀片的刀刃处观察的层201的分离波纹D。

分离波纹可以由当晶片被分为两部分时所观察到的正面形状描述，并具体定义为层201与晶片其余部分分开处的线。

就这方面而言，图2b显示了本发明的一有利的改型例，其中，通过光源30(例如，红外线灯)和一个摄像机40连续显示层201的分离波纹的进展，其中该红外线灯被放在晶片的下面，并对着晶片，该摄像机置于晶片的另一侧以接收穿过晶片的光。

只有当固定底座的中央部分102后退后，光源才面对着晶片。

还可使用透明部分102，该部分可以被从光源30发出的光透过。

下面可以看到，在面向晶片的主表面上没有支承零件使得能够在很好的条件下观察分离波纹；根据现有技术的自动装置不是这样的，其中现有技术包括将晶片的主表面保持在合适位置的装置。

还能够通过位移调节回路来获得分离波纹的控制过程，从而通过摄像机40进行贯穿来控制刀片的移动支承120的运动。

下面将参考本发明的第二实施例更详细地描述本设备中的切割装置的位移的控制。

移动支承还可以被设计成使刀片能够连续平移。当晶片的结构简单时，这一点更为有用。

但是，当晶片是由很多层结合到一起而形成时，则最好间歇性地向前移动刀片(在这里使用上述的调节装置将也非常有好处)。

当晶片是由透明的下部基片20b(例如石英)形成时，摄像机40可以直接放置在晶片下面(在图2b中光源30的位置处)，以透过下部基片观察该分开过程。

可以用包括几个固定定位板的定位板组件代替单个定位板，阻止晶片在水平切割平面上的运动，但允许其在竖直方向上***。

如果将本发明用于无环形倒角的晶片，则可以在晶片壁上形成一个凹型槽，形成该凹型槽的晶片壁面向刀片的前刃将切入晶片的位置，从而达到上述的形状和自调节的协作。

还可以提供若干个安装在相同移动支承上或相互独立的对应移动支承上的刀片。

下面将在本发明的第二实施例中对这个方面进行描述。

在本发明的一个简化形式中，用于移动刀片的装置可以用手动装置例如曲柄摇把操纵。

请注意，在任何情况下，当刀片开始切入晶片时，最好生成单个分离波纹。

在晶片外周边的不同位置处开始产生的沿不同方向传播的两个不同分离波纹的结合处会造成一些问题。

这样，如果具有若干个刀片，恰当的设置是一个刀片作为刀尖在最前面向前移动，其它刀片在其后面和侧面继续切入，进一步使由第一个刀片产生的同一分离波纹传播开。

但是，晶片不是必须最初从它的中点(连接刀片的中心和定位板的中心的设备纵向轴线)切入；刀片可以具有不对称的形状，刀头只在一侧向前运动，并且先切入一侧，然后再切入另一侧。

还可以是刀片固定而定位板可移动。在任何情况下，这两个零件中只有一个可以移动。并且，在任何情况下，最好使用上述用于晶片位置自调节的装置。

可以在刀片上使用压力传感器或力传感器，以监测在切割过程中施加给刀片的力。

刀片(或可移动零件)的前进还可以被作为这些力的函数来进行调节。这种调节可以是结合前面所述的作为分离波纹的函数的调节或另一替代性的调节。

图5a和5b、图7、图8和图10显示根据本发明的第二实施例的设备50。

类似于上述设备10，设计设备50的目的是切割晶片20的边。

图5a显示一示意性俯视图，其中，定位板510和由移动装置520支承的使刀片可以相对于定位板移动的第一刀片530，被以与上述设备10中相同的方式设置于晶片20的周围。

在图5b的左部分示出的定位板510是固定的，且刀片530能够移向晶片以切入晶片。

晶片本身最好设置在定位板510和刀片530之间，以使这三个零件沿一条轴线处于一条直线上，该轴线还对应于刀片530的移动的方向。

在图5a中可以看到，不同于上述设备10，刀片530的形状使晶片外周的大部分不能被切入。

另一方面，在一俯视图中所看到的刀片530的几何形状为一三角形状，其一个顶点面向其要切入的晶片(该三角的顶点被截去，从而可以切入晶片外周的一个小部分)。

参考图7和图8，可以看到该第一刀片530的前刃的几何形状也可以与设备10的刀片130的形状一样，做成圆形的。

根据本发明的第二实施例的一特定方面，设备50中的切割装置除了具有作为第一切割装置的第一刀片530外，还包括一个第二切割装置。

该第二切割装置由处于晶片的中心线两侧的两个刀片531和532示出，其中该中心线平行于刀片530的移动方向(即图5a所示的轴线A)。

刀片531和532都设计成在对应于第一阶段的由第一刀片和晶片接合之后，在切割操作的第二阶段与晶片接合。

结果，移动装置521带着刀片531沿能够使刀片沿满足如下条件的轨迹移动：

在与第一刀片530切入晶片20的部分具有一定距离处，在晶片相对于第一刀片的切入方向A的第一侧切入该晶片；以及

作为一种可能，绕晶片周边继续切入。

并且对称地，第二刀片532在轴线A的另一侧由移动装置522支承。

在图5a、5b、图7和图8中，将这两个移动装置521和522设置成能够沿两条对称的直线部分移动刀片531和532，其中所述的两条直线部分向晶片的中心纵向轴线A汇聚。

在本发明的第二实施例中，第一刀片装置(刀片530或包括至少一个刀片的刀片组件)在第一切割阶段切入晶片20。

设置一个传感器，用以监测代表第一刀片530所所执行切割操作的参数的进程。

基于来自传感器的信号输出，第二切割阶段将自动地由适当的控制装置触发。

第二阶段对应于使用第二切割装置(此处所述示例中的刀片531和532，但是第二切割装置可以是包括任意数量刀片的刀片组件)。

只有当代表第一刀片530所执行切割操作的所述参数达到第二切割阶段触发装置中存储的一预定值后，第二切割装置才开始操作。

特别地，所述的代表第一刀片530所执行切割操作的参数可能涉及晶片的两部分之间的观察到的间隔(或者，该参数可能是间隔本身的值)。

在这种情况下，第二切割装置通常从晶片的两部分之间的给定间隔处开始。

还可能应用另一附加或替代性的参数，用以代表第一刀片530执行的切割操作(例如，分离波纹的进展)。

这样，特别地，任何类型的光、机械或其它传感器可以用于确定由第一切割装置的切入而产生的分离波纹的进展，或被切割层与晶片其余部分之间的间隔。

在所有情况下，仅当在第一阶段中代表切割进展的参数已经到达一个或多个预定值时，第二阶段被触发。

如果摄像机被用作传感器，则其可以是例如被安装在晶片下方石英窗下面的红外线摄像机。这种窗在图5b中被示出，附图标记为502。

摄像机还可以是在不同波长范围内工作的光学摄像机。选择摄像机的特性特别要基于将要被切下材料层的晶片源基片的本质。

还可以与上述传感器结合使用一个与第一刀片相连的力传感器。

在任何情况下，用于检测代表在第一阶段内切割进程的参数的传感器完全可以用于触发第二阶段。

来自上述传感器的信号还可以被用来在第二阶段调节第二切割装置的进程。

注意，可以在第二阶段将第一切割装置固定在适当的位置，因此在晶片的各被切入部分之间继续发生楔劈效应。

在一改型例中，第一切割装置还可以在第二切割阶段期间继续切入晶片，因此在该阶段第一和第二切割装置将协同工作。

这样，在本发明的一优选实施例中，可以在初始步骤中控制第一刀片530的移动，以仅凭其自身切入晶片的壁中。

注意，在第一切割阶段期间刀片的移动速度被精确控制。通常，该速度介于0.5到5mm/s之间。

还可以在触发第二阶段的传感器上叠放附加装置，以确保每个切割阶段平滑进行。

这样，当第一刀片正切入对应于第一阶段的晶片时，可以使用一个力测量***或移动速度测量***。

在这种情况下，当刀片切入晶片时由第一刀片施加的力和/或刀片的前进速度可以在第一阶段期间连续变化，使该第一阶段可以在最优条件下进行。

还可以使用用于触发第一和第二阶段之间的变换的传感器进行测量，从而在与所述刀片相关的阶段期间精确控制每个刀片的移动。

两个切割装置被顺序使用，从第一装置到第二装置的过渡由代表第一阶段内切割进程的测量值来控制，这说明可以使分离波纹在最优条件下从晶片的一端向另一端前进。

还可以提供一种避免形成若干个分离波纹的装置。

图6示出刀片530相对于即将被切割的晶片的结合界面的位置。

同样，两个切割装置的刀片被预先放置在大致面对该结合界面处。在第一刀片切入后，放置在晶片下面的支承件同样将后退，从而使晶片沿竖直方向处于自由状态，这样可以进行上述的自调节。

图7和8显示在第二切割阶段期间，两个切割装置的俯视图。

这样，在图7中，与第一刀片相连的移动装置使刀片与晶片20相接触，并切入晶片的壁，并产生一个分离波纹D(在图7和图8中示出了若干个后续位置)。

如图中所示，刀片530可以是具有弯曲前刃的“新月”形，以便从晶片周边的连续部分切入该晶片。

合适的传感器跟踪该分离波纹D的进展，和/或其它表示该第一切割阶段的进程的参数。

当来自该传感器的信号到达一预定的阈值时，第二切割装置(和因此第二切割阶段)被启动(见图8)。

如上所述，第二阶段还可以在不同的传感器的信号输出的控制下被触发，所述信号输出代表与第一阶段进程不同的方面。在这种情况下，可以采用来自不同传感器的初级信号所形成的一个或多个合成信号。

如图8所示，在第二阶段期间，第一刀片530可以保持不动，并保持在第一阶段期间到达的其最大前进点处，同时第二切割装置被启动。

在此处所述的情况下，该第二切割装置包括两个刀片531和532，所述两个刀片由相应的装置521和522移动，从而沿一控制轨迹轮流切入晶片。

在每个阶段可以由来自力传感器的输出信号来控制刀片的进程，从而避免施加过大的力使刀片穿入晶片，而导致晶片的损坏。

在第二阶段所作的切入导致分离波纹D在最优条件下继续推进。

图9提供了关于在第二切割装置中刀片设置的附加信息，这两个刀片是相同的。注意，两个刀片通过它们所跟随的相应移动装置相对于晶片的纵向轴线A对称的运动。

在该图中，刀片532在两个引导刀片轨迹的导轨5321和5322内滑动。

在图9的结构中，所述导轨是竖直的(即在垂直于晶片的切割平面的方向内)，该刀片还形成一直角，使其前刃的方向平行于水平切割平面，刀片在该平面内由所述导轨导向。

还可以使其中一个导轨高于另一导轨，以便将刀片532支承在其水平支承平面上。在这种情况下，导轨被转向晶片，并且刀片532不包括直角弯部。

这样，刀片532能够沿切向切入晶片，随后绕晶片周边的P2部分连续切入(刀片531能够在晶片周边的一对称部分P1处切入晶片)。

图9以剖视图示出刀片532的一优选实施例。

在该图中，刀片前刃5320的截面形状带有圆角(所述截面对应于图9中的刀片的阴影部分)，因此，刀片能够切入晶片而不会使晶片受到损伤。

注意，直到晶片的两部分已经被第一刀片530分开，刀片532才穿入晶片。这样，刀片532不执行产生分开的功能，而只传播由第一刀片产生的分开。

而且，从上面看到刀片532的形状也可以是圆形的(在图9中对应于沿箭头V的方向的刀片532的俯视图)。

因此，图10a示出刀片532的俯视图，在该视图中，刀片532的前刃的形状是圆形的。

如果使用具有俯视图为矩形形状(或其它任何具有锋利刀刃的俯视图形状)的刀片532，则处于刀片移动前方的刀片的侧刃53210会有切入晶片的危险，或者在所述刀片的横边和实际形成前刃的部分之间的侧面的楔片53211会有切入晶片的危险(见图10b)。

关于前面对第一实施例所作描述，特别是涉及被切割的晶片、晶片的倒角、刀片前刃的几何形状、在每个刀片切割过程中每个刀片和晶片本身的自调节、定位板(在本例中是定位板510)的组装等，同样适用于第二实施例中。

而且，在第二实施例中，当一些刀片是固定的情况下，在第一和/或第二切割阶段中，定位板510可以做成可移动的。

参考图11，其为与图3和图6类似的透视图，示意性地示出了刀片530。注意，在切入接近7毫米时，刀片530能刺入到(d1+d2)的深度，该深度不对应于刀片和晶片“内”壁之间的接触区域的长度d1。

该接触长度通常只有2毫米，而前刃尖部的斜角部分能够刺入近似等于5毫米的长度d2，而不会使该刀片和晶片有任何接触。

在刀片初始切入晶片后(在该过程中，前刃的突出尖部实际上与晶片接触)，只有刀片的厚度不变部分与晶片接触，接触长度大约为2毫米，该接触使即将被切割的晶片的各部分之间保持可控制的间距。

该部分的长度d1近似等于晶片禁用区的深度，该禁用区是指可以包括一些小缺陷在内的晶片周边表面区域。因此，在切割过程中，在开始穿入之后，刀片只与晶片在其禁用区上协作(其中，不会有损伤晶片较深处的有用部分的危险)。

因此，两个实施例中形成了完全自动操作的高精度切割组件。

很明显，上述用于切割晶片层的设备可以用于任何目的。晶片的层可以被切割而转化成类似前述的对象载体，或者，已经被结合到一起的晶片层也能够被切割(例如，再次需要接触复原层，使得这些复原层在复原后能够被再次结合)。

Claims (29)

1.一种用于自动高精度切割材料层(201)的设备(10，50)，所述材料层通过脆化区域(202)而结合在源基片上，所述源基片和被切割材料层形成被切割工件，所述设备包括切割装置(130，530，531，532)和用于保持被切割工件的位置的装置(110，510)，其特征在于，所述切割装置包括用于切入被切割工件中的刀片。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述保持装置包括定位板。

3.根据权利要求2的设备，其特征在于，所述定位板被固定装配。

4.根据权利要求1至3中任一所述的设备，其特征在于，所述刀片是可移动的。

5.根据权利要求1至4中任一所述的设备，其特征在于，所述保持装置被这样设置，即被切割工件的一侧与保持装置接触而被止动，所述一侧与被切割工件被刀片切入的一侧相反。

6.根据前面权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述保持装置包括定位板组件。

7.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述保持装置包括单一的定位板(110，510)。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，当所述刀片开始切入被切割工件时，所述保持装置自适应地将被切割工件的位置只保持在刀片的切割平面上，而所述被切割工件在垂直于所述切割平面的方向上不受约束。

9.根据前面权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述刀片与刀片位置调节装置一起沿垂直于切割平面的方向操作，使刀片处于接近切割工件的脆化区域处。

10.根据前面权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述刀片具有大约为60度的顶角。

11.根据前面权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述刀片被安装在自动移动装置上。

12.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述自动移动装置控制刀片在切割平面内的平移。

13.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述被控制的平移是匀速平移。

14.根据前面权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述刀片的前刃具有与被切割工件的轮廓相对应的圆形轮廓。

15.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述刀片的前刃包围被切割工件的周边的四分之一。

16.根据前面权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述切割装置包括第一切割装置(530)和第二切割装置(531，532)。

17.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：传感器，其用于获取代表第一切割装置的切割操作进展的参数；以及触发装置，其用于在所述参数达到一预定值时触发所述第二切割装置。

18.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述参数涉及被切割晶片的各部分之间的间隔的测量。

19.根据此前三个权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述第一切割装置包括一个刀片(530)，第二切割装置包括两个相对于被切割工件对称布置的刀片(531，532)。

20.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述第二切割装置中的每个刀片被安装在移动装置(5321，5322)上以便自由移动，并且每个刀片的前刃被定位，以便于在被切割工件的周边的一部分上切向切入被切割工件。

21.一种用于自动高精度切割材料层的方法，所述材料层通过脆化区域而结合在源基片上，所述源基片和被切割材料层形成被切割工件，所述方法包括：

将被切割工件相对于保持装置定位；

由切割装置切割材料层；

其特征在于，使用与移动装置相连的切割装置上的至少一个刀片进行切割，同时所述保持装置保持被切割工件在切割平面上的位置。

22.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括将刀片***被切割工件的凹槽中，所述凹槽位于靠近脆化区域处。

23.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述凹槽是大致环形凹槽。

24.根据此前两个权利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述方法包括：在通过刀片的切割刃和凹槽的凹部之间的协作而使刀片嵌入被切割工件中时，被切割工件和刀具在垂直于切割平面的方向上的相对位置被自调节。

25.根据此前四个权利要求中任一所述的方法，其特征在于，利用穿过被切割工件的主表面的分析光跟踪所述被切割层的分离波纹。

26.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，跟踪所述刀片移动装置的移动以观测所述被切割层的分离。

27.根据此前六个权利要求中任一所述的方法，其特征在于，在由第一切割装置执行的第一切割阶段中，采集至少一个代表切割操作进程的参数，并且基于所述参数的值而控制由第二切割装置执行的第二切割阶段。

28.根据前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，第一切割装置是在第一位置处切入被切割工件的刀片(530)，而第二切割装置在与第一切割装置切入所述工件的部位相隔一定距离处切入所述工件。

29.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，第二切割装置包括两个分别设在被切割工件两侧的相对于所述工件对称移动的刀片。

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