CN106548981A - 硅晶片的激光加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅晶片的激光加工方法，上述硅晶片的激光加工方法包括激光加工的位置由多条第一切割道中位于边缘的一条第一切割道的一端起始，沿第一切割道激光划片；之后重复激光加工的位置移到与刚划片过的第一切割道相邻的一条第一切割道继续划片的步骤，直至加工到硅晶片的垂直于第一切割道延伸方向的中间位置的步骤，以及其他步骤。在第一切割道划片时，先由边缘的第一切割道开始加工，加工到一半后，调整激光加工起始位置再由另一边缘的第一切割道开始加工，直至加工完成另一半。完成第一切割道划片后，再用相同的方法在第二切割道划片，从而完成整个硅晶片的激光切割。通过上述方法可以避免硅晶片自裂，提高产品的良品率和加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工的技术领域，特别是涉及一种硅晶片的激光加工方法。
背景技术
在半导体晶圆激光微加工行业中，晶圆由相互交错的切割道将单个小芯粒分离，一般采用激光加工的方式将晶圆片切割分离成单个芯粒，该加工领域涵盖蓝宝石衬底的LED晶圆片加工，玻璃衬底的晶圆级封装芯片加工，硅或碳化硅衬底的集成电路芯片加工。
例如在LED晶圆片行业中，单个芯粒的尺寸范围是100um-500um，众多单个芯粒周期性排列在整个晶圆片内，芯粒和芯粒之间由相互垂直交错的切割道分隔，激光在加工过程中首先需要对切割道进行对位，也就是将激光聚焦的焦点对准切割道的中心，在对位确定完成之后再进行激光加工切割。
加工过程中，存在激光加工后晶圆片沿着切割道出现自裂现象，随着技术的发展，单个芯粒的尺寸越来越小，自裂现象愈加明显，如果按照原先确定好的步距进行加工，会出现激光加工点偏离晶圆片切割道中心的问题，影响整体的激光加工良品率。为了解决晶圆在切割过程中由于自裂导致切割偏移的问题，需要增加暂停次数，以对位校正，进而导致加工效率低。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够保证加工良品率和加工效率的可应用于加工小尺寸芯粒的硅晶片的激光加工方法。
一种硅晶片的激光加工方法，所述硅晶片包括多个芯粒，所述硅晶片的表面预设多条平行的第一切割道和多条平行的第二切割道，所述第一切割道与所述第二切割道相互交错，以分隔所述多个芯粒；所述硅晶片的激光加工方法包括如下步骤：
由多条所述第一切割道中位于边缘的一条所述第一切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第一切割道，直至加工到所述硅晶片的垂直于所述第一切割道延伸方向的中间位置；
由多条所述第一切割道中位于另一边缘的一条所述第一切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第一切割道，直至多条所述第一切割道均完成划片；
由多条所述第二切割道中位于边缘的一条所述第二切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第二切割道，直至加工到所述硅晶片的垂直于所述第二切割道延伸方向的中间位置；以及
由多条所述第二切割道中位于另一边缘的一条所述第二切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第二切割道，直至多条所述第二切割道均完成划片。
在其中一个实施例中，多条所述第一切割道和多条所述第二切割道均呈直形，且均延伸至所述硅晶片的边缘处。
在其中一个实施例中，在激光划片时，激光焦点固定不动，所述硅晶片匀速移动。
在其中一个实施例中，所述硅晶片固定在工作台上，所述工作台带动所述硅晶片在二维空间移动。
在其中一个实施例中，所述第一切割道的延伸方向与所述第二切割道的延伸方向垂直；
在所述由多条所述第一切割道中位于另一边缘的一条所述第一切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第一切割道，直至多条所述第一切割道均完成划片的步骤之后；
且在所述由多条所述第二切割道中位于边缘的一条所述第二切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第二切割道，直至加工到所述硅晶片的垂直于所述第二切割道延伸方向的中间位置的步骤之前；
还包括所述工作台带动所述硅晶片90度旋转的步骤。
在其中一个实施例中，所述硅晶片为蓝宝石衬底的LED晶圆片、玻璃的衬底的晶圆级封装芯片、硅衬底的集成电路芯片或者碳化硅衬底的集成电路芯片。
在其中一个实施例中，所述芯粒上分布有电路和/或电极。
在其中一个实施例中，在激光划片时，激光焦点位于所述硅晶片的内部或者表面。
在其中一个实施例中，在激光划片时，激光焦点位于所述硅晶片内部，形成顺序排列的改质点。
在其中一个实施例中，在激光划片时，激光焦点位于所述硅晶片表面，形成连续的凹槽。
上述硅晶片的激光加工方法，在第一切割道划片时，先由边缘的第一切割道开始加工，加工到一半后，调整激光加工起始位置再由另一边缘的第一切割道开始加工，直至加工完成另一半。完成第一切割道划片后，再用相同的方法在第二切割道划片，从而完成整个硅晶片的激光切割。在试验中发现，通过上述方法可以避免硅晶片自裂，提高产品的良品率，进而可以减少对位校正的次数，提高加工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一实施例中硅晶片的示意图；
图2为图1所示硅晶片的激光加工方法的示意图；
图3为图1所示硅晶片的激光加工方法的流程图；
图4为图1所示硅晶片的激光加工方法中的一实施例的激光划片方式的示意图；
图5为图4所示硅晶片的激光加工方法中的一实施例的激光划片方式的效果图示意图；
图6为图1所示硅晶片的激光加工方法中的另一实施例的激光划片方式的示意图；
图7为图6所示硅晶片的激光加工方法中的另一实施例的激光划片方式的效果图示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对硅晶片的激光加工方法进行更全面的描述。附图中给出了硅晶片的激光加工方法的首选实施例。但是，硅晶片的激光加工方法可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对硅晶片的激光加工方法的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在硅晶片的激光加工方法的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1、图2所示，一实施方式的硅晶片10的激光加工方法，其中硅晶片10包括多个芯粒110，硅晶片10的表面预设多条平行的第一切割道120和多条平行的第二切割道130，第一切割道120与第二切割道130相互交错，以分隔多个芯粒110。在第一切割道120和第二切割道130进行激光划片，使得多个芯粒110可以分离。硅晶片10可以是圆形的晶圆片。在一实施例中，硅晶片10可以是蓝宝石衬底的LED晶圆片、玻璃的衬底的晶圆级封装芯片、硅衬底的集成电路芯片或者碳化硅衬底的集成电路芯片。
具体的，同时参见图3，激光加工方法包括如下步骤：
S100，由多条第一切割道120中位于边缘的一条第一切割道120的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条第一切割道120，直至加工到硅晶片10的垂直于第一切割道120延伸方向的中间位置。具体的，激光加工的位置由多条第一切割道120中位于边缘的一条第一切割道120的一端起始，沿第一切割道120激光划片。之后重复激光加工的位置移到与刚划片过的第一切割道120相邻的一条第一切割道120继续划片的步骤，直至加工到硅晶片10的垂直于第一切割道120延伸方向的中间位置。激光加工的位置移到另一条第一切割道120的一端开始对这条第一切割道120进行划片，该端可以是靠近前一条加工的第一切割道120的结束端的端部，加工速度快，效率高。在其他实施例中，该端也可以是第一切割道120的另外一端，加工位置需要跳转，但也可以实现。
S200，由多条第一切割道120中位于另一边缘的一条第一切割道120的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条第一切割道120，直至多条第一切割道120均完成划片。具体的，激光加工的位置由多条第一切割道120中位于另一边缘的一条第一切割道120的一端起始，沿第一切割道120激光划片。之后重复激光加工的位置移到与刚划片过的第一切割道120相邻的一条第一切割道120继续划片的步骤，直至多条第一切割道120均完成划片。
S300，由多条第二切割道130中位于边缘的一条第二切割道130的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条第二切割道130，直至加工到硅晶片10的垂直于第二切割道130延伸方向的中间位置。具体的，激光加工的位置由多条第二切割道130中位于边缘的一条第二切割道130的一端起始，沿第二切割道130激光划片。之后重复激光加工的位置移到与刚划片过的第二切割道130相邻的一条第二切割道130继续划片的步骤，直至加工到硅晶片10的垂直于第二切割道130延伸方向的中间位置。
S400，由多条第二切割道130中位于另一边缘的一条第二切割道130的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条第二切割道130，直至多条第二切割道130均完成划片。具体的，激光加工的位置由多条第二切割道130中位于另一边缘的一条第二切割道130的一端起始，沿第二切割道130激光划片。之后重复激光加工的位置移到与刚划片过的第二切割道130相邻的一条第二切割道130继续划片的步骤，直至多条第二切割道130均完成划片。
在第一切割道120划片时，先由边缘的第一切割道120开始加工，加工到一半后，调整激光加工起始位置再由另一边缘的第一切割道120开始加工，直至加工完成另一半。完成第一切割道120划片后，再用相同的方法在第二切割道130划片，从而完成整个硅晶片10的激光切割。在试验中发现，通过上述方法可以避免硅晶片10自裂，取得了预料不到的技术效果，从而提高产品的良品率，进而可以减少对位校正的次数，提高加工效率。
单个芯粒110的尺寸一般是几百微米，在本实施例中，单个芯粒110的尺寸范围是100um-500um。芯粒110上分布有电路和/或电极。在一实施例中，电路和/或电极均位于硅晶片10的同一面，激光设备可以位于硅晶片10的另一面。在一实施例中，在步骤S100之前，可以包括对位的步骤，在步骤S100到步骤S400之间也可以插入对位的步骤，以进一步提高位置的准确性。对位可以采用CCD相机采集硅晶片10的第一切割道120图形和/或第二切割道130图形和/或电极图形，然后依照模板进行检测和校准。
在其中一个实施例中，多条第一切割道120和多条第二切割道130均呈直形，且均延伸至硅晶片10的边缘处。在硅晶片10上，激光加工的路径为直线，使得硅晶片10的内部受力分布均匀。在硅晶片10的外部实现在两个切割道之间跳变，可以保证加工的一致性，提高加工效果。跳变的长度为芯粒110的长度或宽度加上相应的切割道的宽度。再参见图2，在一实施例中，步骤S100的激光加工轨迹210呈弓字形，步骤S200的激光加工轨迹220与步骤S100的激光加工轨迹210对称。
在本实施例中，在激光划片时，激光焦点固定不动，硅晶片10匀速移动。在其他实施例中，也可以硅晶片10固定不动，激光焦点匀速移动，或者二者均移动，只要能实现准确的相对运动即可。进一步的，在本实施例中，硅晶片10固定在工作台上，工作台可以是X-Y工作台，工作台带动硅晶片10在二维空间移动。
在一实施例中，第一切割道120的延伸方向与第二切割道130的延伸方向垂直。在步骤S200和步骤S300之间，还可以包括工作台带动硅晶片10，90度旋转的步骤，从而方便在第二切割道130激光划片。
在激光划片时，激光焦点一般对准切割道的中心，激光焦点可以位于硅晶片10的内部，也可以位于硅晶片10的表面。
参见图4、图5，在其中一个实施例中，在激光划片时，激光焦点410位于硅晶片10内部，形成顺序排列的改质点420。具体的，激光光束401经过聚焦系统402后，激光焦点410位于硅晶片10内部，顺序排列的多个改质点420形成具有一定宽度的改质层430，使硅晶片10在激光切割的轨迹上形成应力从而最终开裂，上述激光加工方式由于激光聚焦焦点410位于硅晶片10的内部，对表面没有烧蚀，加工过程无飞溅物，加工过程简单，加工质量较高。在一实施例中，为了不影响芯粒110的电极440、450的电性能，改质点需要具有一定深度，不可靠近硅晶片10上的电极所在的表面。
参见图6、图7，在另一个实施例中，在激光划片时，激光焦点610位于硅晶片10表面，形成连续的凹槽620。具体的，激光光束601经过聚焦系统602后，激光焦点610位于硅晶片10表面，通过沿着切割道移动聚焦焦点610，在硅晶片10表面形成凹槽620。由于表面的加工容易产生烧蚀和飞溅物，上述加工方式通常需要配合清洗，涂胶等步骤以保证切割质量。硅晶片10的一面设置的电极640、650，凹槽可以位于硅晶片10的另一面。
无论是如图4或者图6所示的加工方式，前述实施例的从两边向中间进行加工的方式都可以适用，能够解决激光加工过程中硅晶片10产生自裂导致激光切割点偏移切割道的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种硅晶片的激光加工方法，所述硅晶片包括多个芯粒，所述硅晶片的表面预设多条平行的第一切割道和多条平行的第二切割道，所述第一切割道与所述第二切割道相互交错，以分隔所述多个芯粒；其特征在于，所述硅晶片的激光加工方法包括如下步骤：
由多条所述第一切割道中位于边缘的一条所述第一切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第一切割道，直至加工到所述硅晶片的垂直于所述第一切割道延伸方向的中间位置；
由多条所述第一切割道中位于另一边缘的一条所述第一切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第一切割道，直至多条所述第一切割道均完成划片；
由多条所述第二切割道中位于边缘的一条所述第二切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第二切割道，直至加工到所述硅晶片的垂直于所述第二切割道延伸方向的中间位置；以及
由多条所述第二切割道中位于另一边缘的一条所述第二切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第二切割道，直至多条所述第二切割道均完成划片。
2.根据权利要求1所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，多条所述第一切割道和多条所述第二切割道均呈直形，且均延伸至所述硅晶片的边缘处。
3.根据权利要求1所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，在激光划片时，激光焦点固定不动，所述硅晶片匀速移动。
4.根据权利要求3所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，所述硅晶片固定在工作台上，所述工作台带动所述硅晶片在二维空间移动。
5.根据权利要求4所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，所述第一切割道的延伸方向与所述第二切割道的延伸方向垂直；
在所述由多条所述第一切割道中位于另一边缘的一条所述第一切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第一切割道，直至多条所述第一切割道均完成划片的步骤之后；
且在所述由多条所述第二切割道中位于边缘的一条所述第二切割道的一端开始划片；之后继续划片相邻的一条所述第二切割道，直至加工到所述硅晶片的垂直于所述第二切割道延伸方向的中间位置的步骤之前；
还包括所述工作台带动所述硅晶片90度旋转的步骤。
6.根据权利要求1所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，所述硅晶片为蓝宝石衬底的LED晶圆片、玻璃的衬底的晶圆级封装芯片、硅衬底的集成电路芯片或者碳化硅衬底的集成电路芯片。
7.根据权利要求1所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，所述芯粒上分布有电路和/或电极。
8.根据权利要求1所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，在激光划片时，激光焦点位于所述硅晶片的内部或者表面。
9.根据权利要求1所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，在激光划片时，激光焦点位于所述硅晶片内部，形成顺序排列的改质点。
10.根据权利要求1所述的硅晶片的激光加工方法，其特征在于，在激光划片时，激光焦点位于所述硅晶片表面，形成连续的凹槽。
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