渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法、系统及应力检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法、系统及应力检测方法，以克服现有技术切口处粗糙度高、残余应力大的缺陷。该方法，包括：将晶圆固定于转台上，转台放置于载物台上；调整载物台在X

【技术实现步骤摘要】
渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法、系统及应力检测方法


[0001]本专利技术涉及晶圆切割工艺领域，具体涉及一种超快激光晶圆切割加工方法、系统及应力检测方法。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体具备禁带宽度大、电子饱和飘移速度高、击穿场强大等优势，是制备高功率密度、高频率、低损耗电子器件的理想材料。碳化硅(SiC)材料具有热导率高、化学稳定性好、耐高温等优点，在SiC衬底上外延宽禁带半导体材料，对充分发挥宽禁带半导体材料的优势，并提升宽禁带半导体电子器件的性能具有重要意义。但是由于SiC具有非常高的硬度，因此想要获得尺寸更大、更薄的晶圆需要更先进的切割技术。
[0003]在工业加工中，传统的金刚线切割技术在小尺寸晶圆切割中具有大批量生产的优势，在硅等硬脆半导体切割中更有普遍的运用。这种加工方法具有大量生产优势，但是传统的线锯切割晶片技术在切割过程中存在大量材料损耗并且不适用于6寸以上晶圆切割的缺点。
[0004]脉冲激光具有脉冲时间短、峰值能量高、激光半径小等优点，可以在非接触条件下完成对硬脆材料的精细加工。早在上世纪七十年代，Garibotti等人就提出了用激光划线实现对硬脆半导体材料的切割。与传统的线切割方法类似，现有的XY轴二维移动台激光切割系统用激光束代替了金刚线在晶圆侧面划线，然后借助外力实现晶圆与晶片的分离。
[0005]但是现有的XY轴二维移动台激光切割工艺依然存在晶片在切割过程中，侧面崩裂的危险，于是科研工作者着手研究直接将激光聚焦到晶圆内部，通过高密度划线实现晶片的直接剥离。图1展示了激光器固定，光束在旋转的晶碇内部留下划痕的示意图。F.Fukuyo等人利用纳秒激光局部加热原理，通过在硅内部高密度的激光划线，在焦深处产生局部高密度位错，实现了激光从表面聚焦到内部引起硅片的剥离。但是分光激光束很难保证应力分布均匀性，难以调控应力分布，因而该方法还是存在切口处粗糙度高、残余应力大的缺陷。
[0006]进一步的，为了减少热效应对切口造成的损伤以及避免引入更多的热应力，研究人员开始尝试用更短脉冲激光切割硬脆半导体。对于具体哪一种脉冲激光器的选择根据切割最终所需目的而定，飞秒激光器价格昂贵，切割条件要求高，但是热效应小，晶片切面质量高，适用于工业级别生产。皮秒脉冲激光器价格低，但是热效应大，适合在大批量实验过程中使用。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供一种渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法、系统及应力检测方法，以克服现有技术切口处粗糙度高、残余应力大的缺陷。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0009]第一方面，渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法，包括：
[0010]将晶圆固定于转台上，转台放置于载物台上；
[0011]调整载物台在X
‑
Y平面上的位置，使激光器聚焦在晶圆中心；
[0012]驱动转台匀速旋转，并驱动激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆上的运动曲线为渐开线；在激光器匀速运动的过程中控制激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度从而切割晶圆。
[0013]可选地，所述在激光器匀速运动的过程中控制激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度，是根据预先对晶圆样品进行模拟测试获得的应力空间分布，实时调节所述激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度的控制量；所述预先对晶圆样品进行模拟测试，具体是：驱动转台匀速旋转，并驱动激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆样品上的运动曲线为渐开线，恒定施加恰好能在晶圆内部形成损伤的激光能量，得到应力均衡施加的晶圆样品，再测得晶圆样品的应力空间分布。
[0014]可选地，所述测得晶圆样品的应力空间分布，具体是基于共聚焦拉曼光谱仪进行无损检测，得到拉曼应力空间分布图。
[0015]可选地，所述晶圆材料为碳化硅。
[0016]可选地，所述激光器为光纤激光器，输出皮秒激光或飞秒激光。
[0017]可选地，所述转台为圆型转台。
[0018]第二方面，一种渐开线激光辅助的晶圆切割加工系统，包括：
[0019]激光器；
[0020]激光扫描驱动机构，用于驱动所述激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动；
[0021]转台，用于固定晶圆，使晶圆跟随转台水平匀速旋转；
[0022]载物台，用于定位放置所述转台；
[0023]载物台位移机构，用于调整载物台在X
‑
Y平面上的位置，使激光器聚焦在晶圆中心；
[0024]控制器，用于控制所述转台和激光扫描驱动机构，使转台匀速旋转，且激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆上的运动曲线为渐开线；并在激光器匀速运动的过程中控制激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度从而切割晶圆。
[0025]可选地，所述控制器控制激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度，可以是根据预先对晶圆样品进行模拟测试获得的应力空间分布，实时调节所述激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度的控制量。
[0026]进一步地，所述预先对晶圆样品进行模拟测试，具体可以是：控制器控制所述转台和激光扫描驱动机构，使转台匀速旋转，且激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆上的运动曲线为渐开线，恒定施加恰好能在晶圆内部形成损伤的激光能量，得到应力均衡施加的晶圆样品，再测得晶圆样品的应力空间分布。
[0027]进一步地，所述测得晶圆样品的应力空间分布，具体可以是控制器控制共聚焦拉曼光谱仪进行无损检测，得到拉曼应力空间分布图。
[0028]可选地，所述晶圆材料为碳化硅。
[0029]可选地，所述激光器为光纤激光器，输出皮秒激光或飞秒激光。
[0030]可选地，所述转台为圆型转台。
[0031]第三方面，一种基于渐开线的晶圆内超快激光应力均衡施加方法，包括：
[0032]步骤1：将晶圆固定于转台上，转台放置于载物台上；调试设置激光器初始脉冲峰值能量和脉冲宽度，使激光聚焦在晶圆内部，且不能在晶圆内部形成损伤；关闭激光器；
[0033]步骤2：调整载物台在X
‑
Y平面上的位置，使激光器聚焦在晶圆中心(立体中心)；再次打开激光器，固定激光器的脉冲宽度不变，阶梯式增加激光脉冲的峰值能量，直至能量恰好能在晶圆内部形成损伤，关闭激光器；
[0034]步骤3：保持步骤2确定的载物台位置、激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度不变，启动转台匀速旋转，再次打开激光器，并使激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆上的运动曲线为渐开线，在晶圆内部形成连续损伤。
[0035]优选地，步骤3中，设置转台以10～40rpm匀速旋转，设置激光器沿X轴或Y轴水平运动的速度为50～200mm/s。
[0036]第四方面，一种基于渐开线的晶圆内超快激光应力检测方法，是取经上述基于渐开线的晶圆内超快激光应力均衡施加方法得到的晶圆，基于共聚焦拉曼光谱仪进行无损检测，包括以下步骤：
[0037]步骤1：设置共聚焦针孔或狭缝的直径或宽度100～200μm,保证共聚焦拉曼光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法，其特征在于，包括：将晶圆固定于转台上，转台放置于载物台上；调整载物台在X
‑
Y平面上的位置，使激光器聚焦在晶圆中心；驱动转台匀速旋转，并驱动激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆上的运动曲线为渐开线；在激光器匀速运动的过程中控制激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度从而切割晶圆。2.根据权利要求1所述的渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法，其特征在于，所述在激光器匀速运动的过程中控制激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度，是根据预先对晶圆样品进行模拟测试获得的应力空间分布，实时调节所述激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度的控制量；所述预先对晶圆样品进行模拟测试，具体是：驱动转台匀速旋转，并驱动激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆样品上的运动曲线为渐开线，恒定施加恰好能在晶圆内部形成损伤的激光能量，得到应力均衡施加的晶圆样品，再测得晶圆样品的应力空间分布。3.根据权利要求2所述的渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法，其特征在于，所述测得晶圆样品的应力空间分布，具体是基于共聚焦拉曼光谱仪进行无损检测，得到拉曼应力空间分布图。4.根据权利要求1所述的渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法，其特征在于，所述晶圆材料为碳化硅。5.根据权利要求1所述的渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法，其特征在于，所述激光器为光纤激光器，输出皮秒激光或飞秒激光。6.根据权利要求1所述的渐开线激光辅助的晶圆切割加工方法，其特征在于，所述转台为圆型转台。7.一种渐开线激光辅助的晶圆切割加工系统，其特征在于，包括：激光器；激光扫描驱动机构，用于驱动所述激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动；转台，用于固定晶圆，使晶圆跟随转台水平匀速旋转；载物台，用于定位放置所述转台；载物台位移机构，用于调整载物台在X
‑
Y平面上的位置，使激光器聚焦在晶圆中心；控制器，用于控制所述转台和激光扫描驱动机构，使转台匀速旋转，且激光器沿X轴或Y轴水平匀速运动，使激光在晶圆上的运动曲线为渐开线；并在激光器匀速运动的过程中控制激光脉冲的峰值能量和脉冲宽度从而切割晶圆。8.一种基于渐开线的晶圆内超快激光应力均衡施加方法，其特征在于，包括：步骤1：将晶圆固定于转台上，转台放置于载物台上；调试设置激光器初始脉冲峰值能量和脉冲宽度，使激光聚焦在晶圆内部，且不能在晶圆内部形成损伤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振宇，王添瑜，李娟，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：