CN105436710A - 一种硅晶圆的激光剥离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于激光加工领域，提供了一种硅晶圆的激光剥离方法，通过先在硅晶圆的内部形成一系列的炸点，然后在低温条件下沿相反的方向拉扯炸点所在平面两侧的硅晶圆，使得硅晶圆沿炸点分离，且由于在低温条件下，硅晶圆可更好的按照若干炸点形成的平面方向分离，不容易在其他方向上产生新的裂纹，最终实现了硅晶圆的无缝分离，分离后的硅晶圆表面平整，均匀，加工良率高，可适用于批量生产。

Description

一种硅晶圆的激光剥离方法
技术领域
本发明属于激光微加工领域，尤其涉及一种硅晶圆的激光剥离方法。
背景技术
在硅晶圆半导体行业中，为了得到单片厚度较薄的晶圆片，目前传统的加工方法是将晶棒用线切割的方式先切开，然后研磨减薄成特定厚度。这种加工方式的缺点是浪费材料，相当一部分硅晶圆在研磨过程中被研磨掉而造成材料损失。
随着半导体行业的发展以及节能和绿色环保意识的不断推广，更加科学无损的加工方法有待产生，激光剥离技术已经开始运用到硅晶圆剥离行业中，但现有的技术剥离技术存在一定缺陷。如：
申请号201020626792.0提供的一种晶体硅片激光剥离设备，采用中空的旋转轴方式，使得穿过旋转轴的激光呈一定角度，对硅锭进行切割，既能使经聚焦镜的激光束聚焦于硅片待切割的表面，又不会使残留的硅锭运动时影响到激光聚焦头。其只是单纯的采用激光高能辐射加工，由于激光的高能量和硅锭的易碎性，易使得硅锭产生裂纹，从而整个硅锭存在很大的加工报废风险。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种硅晶圆的激光剥离方法，以解决现有加工报废材料多和整体报废风险大的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种硅晶圆的激光剥离方法，所述激光剥离方法包括步骤：
激光聚焦在硅晶圆内部的某一平面形成若干个炸点；
在低温条件下，沿相反方向拉伸硅晶圆的上下两个表面，将硅晶圆分离成两片。
进一步地，在沿相反方向拉伸硅晶圆之前，硅晶圆的上下两个表面分别粘连基板；然后通过沿相反方向拉伸两个所述基板，将硅晶圆分离成两片；最后分离基板和硅晶圆，并对两片硅晶圆进行清洗。
进一步地，所述硅晶圆内部的某一平面平行于所述硅晶圆的上下两个表面。
进一步地，若干个炸点均匀的分布在硅晶圆内部的某一平面内。
进一步地，若干个炸点之间的间距为1-20um。
进一步地，所述硅晶圆的厚度为0.1-2mm。
进一步地，所述激光为线偏振光，偏振比大于50:1。
进一步地，激光在所述硅晶圆内部形成的单个炸点的大小为0.1-10um。
进一步地，硅晶圆的上下两个表面与基板之间通过聚合物胶水粘连。
进一步地，沿相反方向拉伸硅晶圆时的温度范围为-400K至-0K。
本发明提供了一种硅晶圆的激光剥离方法，通过先在硅晶圆10的内部形成一系列的炸点19，然后在低温条件下沿相反的方向拉扯炸点所在平面两侧的硅晶圆，使得硅晶圆沿炸点分离，且由于在低温条件下，硅晶圆可更好的按照若干炸点形成的平面方向分离，不容易在其他方向上产生新的裂纹，最终实现了硅晶圆的无缝分离，分离后的硅晶圆表面平整，均匀，加工良率高，可适用于批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的硅晶圆的激光剥离方法的流程图；
图2a、2b、2c、2d是本发明实施例提供的硅晶圆的激光剥离方法加工顺序示意图；
图3是本发明实施例提供硅晶圆内部炸点剖视示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种硅晶圆10的激光剥离方法，包括：
S110，激光聚焦在硅晶圆内部的某一平面形成若干个炸点；
S120，在低温条件下，沿相反方向拉伸硅晶圆的上下两个表面，将硅晶圆分离成两片。
本发明实施例提供的激光剥离方法先在硅晶圆10的内部形成一系列的炸裂点，然后在低温条件下沿相反的方向拉扯炸点19两侧的硅晶圆，使得硅晶圆10沿炸点19分离，且由于在低温条件下，使得硅晶圆按照若干炸点形成的平面方向分离，不容易在其他方向上产生新的裂纹，最终实现了硅晶圆的无缝分离，分离后的硅晶圆表面平整，均匀，加工良率高，可适用于批量生产。
具体的，拉伸并分裂硅晶圆的温度范围为-400K至-0K。
进一步地，在S120步骤之前，将硅晶圆的上下两个表面分别粘连基板15；
在S120步骤中，通过对两个所述基板15进行相反方向的拉伸，将硅晶圆10分离成两片；然后在将基板15和硅晶圆分离，并对两片硅晶圆进行清洗。
如图2a、2b和图3所示，将硅晶圆10水平放置在工作台(图未示)上，然后激光14经过聚焦镜13聚焦，焦点位于所述硅晶圆13的内部，并在所述硅晶圆13的内部形成若干个炸点19，所述若干个炸点19位于同一个平面20上，并通过所述炸点19形成的平面将所述硅晶圆10分成上下两个部分(硅晶圆11,12)。如图2c所示，在低温条件下，对形成有若干炸点19的硅晶圆10的上下两个表面分别沿相反的方向拉伸；在本实施例中，为了使得拉伸力在所述硅晶圆10上均匀分布，所述硅晶圆10的上下表面分别粘接有形状相同的基板15，然后通过对基板15施加外力，将得到如图2d所示的两个独立硅晶圆(11,12)；最后将基板15与硅晶圆分离，并再对硅晶圆(11,12)进行清洗。
当然，在其他实施例中，也可以通过其他方式对形成有的炸点19的所述硅晶圆10的上下两个部分施加外力进行拉伸，如采用吸附方式，吸附硅晶圆10上下表面进行拉伸。
进一步地，所述硅晶圆10内部的某一平面20平行于所述硅晶圆10的上下两个表面，使得剥离后的硅晶圆(11，12)的上下表面平行，符合后期使用需要。当然，在其他实施例中，也可以不平行，具体根据需要调整，只要保证所有的炸点19都在一个平面即可，如对废料加工，所述废料的外形可能不规则，则所述硅晶圆10内部的某一平面20可以与水平面具有某一角度，然后多次沿平行上述某一角度的另一平面加工，最终从废料中得到合符要求的硅晶圆。
进一步地，为了保证分离时，所述硅晶圆内部受力均匀，防止不必要的裂纹产生，若干个炸点19均匀的分布在硅晶圆内部的某一平面内。具体的，如图3所示，若干个炸点之间的间距为1-20um。
进一步地，采用本实施提供的方法加工的所述硅晶圆10的厚度可以为0.1-2mm，由于硅晶圆10的厚度较小，采用其他激光加工方法(如直接切割)，容易产生不规则或非预期的裂纹，从而将所述硅晶圆报废。
进一步地，所述激光采用线偏振光加工时，效果更好，其表面更加光滑平整、且裂纹少。具体的，偏振比大于50:1。
当线偏振光激光加工较薄的硅晶圆10时，可以采用波长为1064nm的激光，其频率为50-500KHz，脉冲宽度为1-1000ns。
进一步地，为了控制切割面的裂纹大小，所述激光在所述硅晶圆10内部形成的单个炸点的能量为0.1-100uj。
进一步地，为了控制切割面的裂纹大小和方向，所述激光在所述硅晶圆10内部形成的单个炸点的大小为0.1-10um。
本实施例中，硅晶圆10的上下两个表面与基板15之间通过聚合物胶水粘连。所述聚合物胶水可以为聚乙烯醇、醋酸乙烯。当在低温条件下将硅晶圆10分离后，对基板和硅晶圆分离可采用升温的方式。
在低温条件下，沿相反方向拉伸两个所述基板，将硅晶圆分离成两片步骤中，具体的温度范围为-400K至-0K。
为了使得激光聚焦能量更为集中，对激光14进行聚焦的聚焦镜13为N.A.值物镜，N.A.值的范围为0.3-0.8，聚焦倍数为20-100倍。
进一步地，硅晶圆10内部在加工后形成周期性排列的密集的激光炸点19的大小可以通过调整激光加工参数来改变，激光炸点19在X方向的距离D可以通过改变工作台(X-Y轴式)的速度V和激光的频率F来调整，D＝V/F,炸点19在Y方向的行间距Y可以通过软件设置来实现。
进一步地，为了保证炸点19在硅晶圆10内部深度的一致性，工作台(图未示)在带动硅晶圆10移动时，通过测高系统(图未示)实时来保证深度的一致性。
本实施例中，测高系统包括测距仪(图未示)，所述测距仪可以通过测量到的电压来实时监测硅晶圆10的厚度变化，使聚焦镜13的焦点根据硅晶圆10的厚度的变化实现实时升降，达到保证加工深度的稳定，提高加工的效果的稳定性和良率。
本实施例提供的激光剥离方法实现了对硅晶圆的几乎无损失剥离，与传统的线切割工艺相比可以显著地减少材料损失，与现有激光切割技术相比，可以很大程度上减少硅晶圆的报废，在硅晶圆等半导体行业有很大的应用潜力和推广空间。当然，本实施例提供的激光玻璃方法，并不限于硅晶圆的剥离，具有与硅晶圆相似性质的材料都可以采用此类方法进行操作。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种硅晶圆的激光剥离方法，其特征在于，所述激光剥离方法包括：
激光聚焦在硅晶圆内部的某一平面形成若干个炸点；
在低温条件下，沿相反方向拉伸硅晶圆的上下两个表面，将硅晶圆分离成两片。
2.如权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，在沿相反方向拉伸硅晶圆之前，硅晶圆的上下两个表面分别粘连基板；然后通过沿相反方向拉伸两个所述基板，将硅晶圆分离成两片；最后分离基板和硅晶圆，并对两片硅晶圆进行清洗。
3.如权利要求1或2所述的激光剥离方法，其特征在于，所述硅晶圆内部的某一平面平行于所述硅晶圆的上下两个表面。
4.如权利要求3所述的激光剥离方法，其特征在于，若干个炸点均匀的分布在硅晶圆内部的某一平面内。
5.如权利要求4所述的激光剥离方法，其特征在于，若干个炸点之间的间距为1-20um。
6.如权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，所述硅晶圆的厚度为0.1-2mm。
7.如权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，所述激光为线偏振光，偏振比大于50:1。
8.如权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，激光在所述硅晶圆内部形成的单个炸点的大小为0.1-10um。
9.如权利要求2所述的激光剥离方法，其特征在于，硅晶圆的上下两个表面与基板之间通过聚合物胶水粘连。
10.如权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，沿相反方向拉伸硅晶圆时的温度范围为-400K至-0K。
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