硅基晶圆的分束激光切割方法技术

技术编号:20375956 阅读:31 留言:0更新日期:2019-02-19 21:16
本发明专利技术公开硅基晶圆的分束激光切割方法,其用于将所述硅基晶圆切割成独立的芯片,其特征在于,其包括以下步骤:预处理步骤;衍射分光步骤:用光栅装置(106)将单束激光(105)分成多束激光(108),并形成光束图案;分束切割步骤:使用所述样式激光切割刀对所述硅基晶圆进行切割;和后处理步骤。本发明专利技术达到了提高了晶圆切割速率、同时提升了晶圆的切割品质的技术效果。

Splitting Laser Cutting of Silicon-based Wafers

The invention discloses a beam splitting laser cutting method for silicon-based wafers, which is used to cut the silicon-based wafers into independent chips. Its characteristics include the following steps: pretreatment step; diffraction spectroscopy step: dividing a single laser beam (105) into multiple laser beams (108) with a grating device (106) and forming a beam pattern; and beam splitting cutting step: using the laser cutting knife of the style to cut the said wafers. Silicon wafer cutting; and post-processing steps. The invention achieves the technical effect of improving the cutting speed of the wafer and the cutting quality of the wafer.

【技术实现步骤摘要】
硅基晶圆的分束激光切割方法
本专利技术涉及用激光束切割加工的
,其中,光束分为多束(B23K26/067),并且,利用掩膜形成激光束的图案形状(B23K26/06),本专利技术尤其涉及硅基晶圆的分束激光切割方法。
技术介绍
智能设备在最近几年得到快速的发展,人们对智能设备的要求也向着多功能化,精密化,高集成化的方向发展。而这类需求对电子元件也提出了小、薄、轻的工艺要求以及超低能耗,快速散热,高放大效率的性能要求。由于芯片小、薄、轻型化的冲击,传统的晶圆刀片切割工艺在芯片切割速度上、可靠性上逐渐展现出颓势,逐步被不断变化的市场需求所淘汰,开发新的晶圆切割工艺势在必行,晶圆激光切割工艺由于其较快的切割速度和更高的切割精度,以及切割可靠性高的特点,有效地解决了传统刀片切割工艺晶圆崩边,正面脱皮,侧面微暗裂,逆刀、断刀,晶圆破裂,切割效率极低等问题,但是单束激光切割工艺,由于其能量集中,热损伤区域较大,易造成芯片性能失效。激光分束切割工艺,有效地解决了由于热损伤造成的芯片性能失效问题,同时具备激光切割工艺的优点。专利文献CN101138807A公开一种切割设备与切割制造工艺,其公开了激光分束的技术方案,例如其说明书记载:子光束122a实质上呈现的形状,例如是实质上呈圆点状、实质上呈正方形、实质上呈三角形、实质上呈五边形或是其它适合的点状,以在工件110上形成起始裂纹,而切割光束122b'实质上呈现的形状例如是实质上呈线形、实质上呈矩形、实质上呈椭圆形、实质上呈三角形、实质上呈长方形或是其它适合切割工件110的形状。但是,专利文献CN101138807A公开的子光束122a或者切割光束122b'实际上是单光束,只是光斑的形状可以通过整型镜组来改变。专利文献CN104801851A公开硅基LED芯片切割方法及其切割用分光器,其记载:进行试切、调整,直至被分出的多个镭射点在同一水平线上。但是,专利文献CN104801851A没公开在不同的切割步骤使用不同图案形状的多光束阵列激光刀的完整技术方案。专利文献TW200808479公开一种切割晶圆之雷射分光系统,其记载:藉由前述元件所产生之复数切割光点系可同步对一晶圆进行切割。但是,专利文献TW200808479仅公开对晶圆的多条切割道同时进行切割,未见公开不同图案形状的多光束阵列激光刀。专利文献TWI628027B公开描述了一种辐射切割晶元的方法,其记载:低功率切割两个沟槽,之后高功率切割缝隙。但是,专利文献TWI628027B分步骤切割技术方案未见使用不同图案形状的多光束阵列激光刀。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术的目的之一在于提出硅基晶圆的分束激光切割方法,其通过使用激光衍射分光技术将一束激光分成若干束并行激光对硅和碳化硅晶圆进行多次切割。第一步针对晶圆上表面的材质开出一个槽,第二步沿着之前的槽对晶圆中间材质进行切割,并且全部切透,第三步对切割道表层进行修整。。本专利技术的目的之二在于提出硅基晶圆的分束激光切割方法,其使用特殊的光学控制装置消除激光衍射时产生的多余光线;特殊的移动平台,利用电磁装置来控制平台的移动,利用气悬浮装置来减少运动阻力;利用透明切割固定平台,在直射光和反射光同时作用下,机器摄取晶圆切割道位置。为此,本专利技术提出硅基晶圆的分束激光切割方法,其用于将所述硅基晶圆切割成独立的芯片,其特征在于,其包括以下步骤:预处理步骤:将所述硅基晶圆进行预先处理,以适合进行激光切割操作;衍射分光步骤:用光栅装置将单束激光分成多束激光,并形成光束图案,称之为样式激光切割刀,其中,所述样式激光切割刀的激光束与切割道所成夹角、所述样式激光切割刀的激光束的频率、步进、功率能够通过软件程序来确定;分束切割步骤:使用所述样式激光切割刀对所述硅基晶圆进行切割,其包括以下子步骤:开槽子步骤:使用第一高频率、第一低功率、第一小步进、第一小角度的样式激光切割刀对所述切割道进行开槽,形成激光切槽,其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少两束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为双线光束簇,所述切割道的宽度大于所述激光切槽的宽度;深度切割子步骤:使用第二低频率、第二高功率、第二固定步进、第二零角度的样式激光切割刀对所述激光切槽进行切割,并通过多次切割同一条所述激光切槽将所述硅基晶圆切透,形成激光通槽,其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少两束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为线性光束簇;V型修边子步骤:使用第三较低频率、第三较高功率、第三小步进、第三小角度的样式激光切割刀对所述激光通槽进行修边,其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少三束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为箭头光束簇;后处理步骤:对所述分束切割完成后的硅基晶圆进行清理和/或保护。为此,本专利技术还提出硅基晶圆的分束激光切割设备,其特征在于,所述硅基晶圆的分束激光切割设备包括激光系统、移动平台、和固定平台;所述硅基晶圆的分束激光切割设备能够实施本文所述的硅基晶圆的分束激光切割方法。根据本专利技术的其它技术方案,其还可以包括以下一个或多个技术特征。只要这样的技术特征的组合是可实施的,由此组成的新的技术方案都属于本专利技术的一部分。相比现有技术,本专利技术的有益效果在于:通过使用激光分束切割方式,缩小了切痕宽度,有效地消除了正面脱皮和晶圆崩边,同时降低了晶圆破片的风险,降低了激光在切割过程中对晶圆的热损伤,提高了晶圆切割速率,同时提升了晶圆的切割品质;先进的激光控制系统,实现激光能量的自动校正,以及精准控制;特殊的移动平台,内置电磁装置和气悬浮装置,提高了走位的精准性,同时增强了平台机动性;利用石英切割平台,提高了晶圆外圈位置的快速定位,以及晶圆切割的精准性。附图说明参照附图,本专利技术的特征、优点和特性通过下文的具体实施方式的描述得以更好的理解,附图中:图1:本专利技术的硅基晶圆的分束激光切割方法的一实施例的贴膜预处理步骤示意图;图2:现有技术中的切割方法的切割步骤示意图;图3:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的紫外线照射后处理步骤示意图;图4:现有技术中的传统机械刀片切割晶圆步骤示意图;图5:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的分束激光切割晶圆步骤示意图;图6:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的衍射分光步骤示意图;图7:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的光束图案示意图;图8:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的样式激光切割刀的特征参数示意图;图9:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的开槽子步骤示意图;图10:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的开槽效果示意图;图11:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的深度切割子步骤示意图;图12:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的深度切割效果示意图;图13:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的V型修边子步骤示意图;图14:图1的硅基晶圆的分束激光切割方法的V型修边效果示意图;图15:图1的硅基晶圆的分束激光切割设备的移动平台示意图;图16:图1的硅基晶圆的分束激光切割设备的图案识别系统的识别效果示意图;图17:图7所示的样式激光切割刀与所述切割道中心线之间所夹的角度示意图。在图中,同一的或类似的元件使用同一数字标记,不同的元件使用不同的数字标记,其中:10、芯片;101、硅基晶圆;102、铁圈;103、膜本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.硅基晶圆的分束激光切割方法,其用于将所述硅基晶圆(101)切割成独立的芯片(10),其特征在于,其包括以下步骤:预处理步骤:将所述硅基晶圆(101)进行预先处理,以适合进行激光切割操作;衍射分光步骤:用光栅装置(106)将单束激光(105)分成多束激光(108),并形成光束图案,称之为样式激光切割刀,其中,所述样式激光切割刀的激光束与切割道(118)所成夹角(143)、所述样式激光切割刀的激光束的频率、步进(117)、功率能够通过软件程序来确定;分束切割步骤:使用所述样式激光切割刀对所述硅基晶圆(101)进行切割,其包括以下子步骤:开槽子步骤:使用第一高频率、第一低功率、第一小步进、第一小角度的样式激光切割刀对所述切割道(118)进行开槽,形成激光切槽(120),其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少两束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为双线光束簇(111),所述切割道(118)的宽度大于所述激光切槽(120)的宽度;深度切割子步骤:使用第二低频率、第二高功率、第二固定步进、第二零角度的样式激光切割刀对所述激光切槽(120)进行切割,并通过多次切割同一条所述激光切槽(120)将所述硅基晶圆(101)切透,形成激光通槽(220),其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少两束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为线性光束簇(112);V型修边子步骤:使用第三较低频率、第三较高功率、第三小步进、第三小角度的样式激光切割刀对所述激光通槽(220)进行修边,其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少三束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为箭头光束簇(115);后处理步骤:对分束切割步骤完成后的所述硅基晶圆(101)进行清理和/或保护。...

【技术特征摘要】
1.硅基晶圆的分束激光切割方法,其用于将所述硅基晶圆(101)切割成独立的芯片(10),其特征在于,其包括以下步骤:预处理步骤:将所述硅基晶圆(101)进行预先处理,以适合进行激光切割操作;衍射分光步骤:用光栅装置(106)将单束激光(105)分成多束激光(108),并形成光束图案,称之为样式激光切割刀,其中,所述样式激光切割刀的激光束与切割道(118)所成夹角(143)、所述样式激光切割刀的激光束的频率、步进(117)、功率能够通过软件程序来确定;分束切割步骤:使用所述样式激光切割刀对所述硅基晶圆(101)进行切割,其包括以下子步骤:开槽子步骤:使用第一高频率、第一低功率、第一小步进、第一小角度的样式激光切割刀对所述切割道(118)进行开槽,形成激光切槽(120),其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少两束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为双线光束簇(111),所述切割道(118)的宽度大于所述激光切槽(120)的宽度;深度切割子步骤:使用第二低频率、第二高功率、第二固定步进、第二零角度的样式激光切割刀对所述激光切槽(120)进行切割,并通过多次切割同一条所述激光切槽(120)将所述硅基晶圆(101)切透,形成激光通槽(220),其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少两束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为线性光束簇(112);V型修边子步骤:使用第三较低频率、第三较高功率、第三小步进、第三小角度的样式激光切割刀对所述激光通槽(220)进行修边,其中,所述样式激光切割刀的光束数量为至少三束激光,所述样式激光切割刀的光束图案为箭头光束簇(115);后处理步骤:对分束切割步骤完成后的所述硅基晶圆(101)进行清理和/或保护。2.根据权利要求1所述的硅基晶圆的分束激光切割方法,其特征在于:所述预处理步骤包括:基底减薄步骤:将所述硅基晶圆(101)的硅基基底通过磨削加工,使得所述硅基晶圆(101)的厚度减小到设定值;和/或贴膜步骤:将所述膜(103)贴在所述硅基晶圆(101)和铁圈(102)上;和/或涂胶步骤:在所述硅基晶圆(101)的表面涂胶水,隔开空气环境,其中,所述胶水是亲水性胶水。3.根据权利要求1所述的硅基晶圆的分束激光切割方法,其特征在于:在所述衍射分光步骤中,使用挡光装置(107),消除多余衍射光;和/或在所述衍射分光步骤中,使用棱镜(109)调节所述多束激光(108)的方向和/或对所述多束激光(108)进行聚焦。4.根据权利要求1所述的硅基晶圆的分束激光切割方法,其特征在于:所述光束图案包括:所述双线光束簇(111)、所述线性光束簇(112)、宽幅光束簇(113)、斜线光束簇(114)、和所述箭头光束簇(115)。5.根据权利要求1所述的硅基晶圆的分束激光切割方法,其特征在于:所述光束图案的可调节属性包括光束功率,光束数量和光束相对排布位置。6.根据权利要求1所述的硅基晶圆的分束激光切割方法,其特征在于:在所述开槽子步骤中,所述样式激光切割刀的光束数量为2、4、6、或8,所述双线光束簇(111)沿所述切割道(118)分成光束数量相等的、相互平行的两组光束。7.根据权利要求6所述的硅基晶圆的分束激光切割方法,其特征在于:在所述开槽子步骤中,所述第一高频率为100Khz至300Khz的范围,或者为150Khz;和/或所述第一低功率为0.1w至1w的范围,或者为0.7w;...

【专利技术属性】
技术研发人员:詹苏庚吴迪彭立和王红丁锋
申请(专利权)人:深圳赛意法微电子有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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