CN109352185B - 碳化硅基晶圆的分束激光切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其用于将所述碳化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碳化硅基晶圆进行切割；和后处理步骤。本发明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。

Description

碳化硅基晶圆的分束激光切割方法

技术领域

本发明涉及用激光束切割加工的技术领域，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(B23K 26/06)，本发明尤其涉及碳化硅基晶圆的分束激光切割方法。

背景技术

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。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提出碳化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，第四步是清除切割道里面的碎渣。

本发明的目的之二在于提出碳化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，本发明提出碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其用于将所述碳化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：将所述碳化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碳化硅基晶圆进行切割，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、第二小步进、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碳化硅基晶圆切透，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；

I型修边子步骤：使用第三低频率、第三较高功率、第三小步进、第三大角度的样式激光切割刀对所述激光通槽进行修边，形成V型通槽，其中，所述样式激光切割刀的光束数量为至少二束激光，所述样式激光切割刀的光束图案为斜线光束簇；

深度清扫子步骤：使用第四低频率、第四高功率、第四小步进、第四零角度的样式激光切割刀对所述激光通槽进行深度方向的清扫，其中，所述样式激光切割刀的光束数量为至少一束激光，所述样式激光切割刀的光束图案为双线光束簇或线性光束簇；

后处理步骤：对所述分束切割完成后的碳化硅基晶圆进行清理和/或保护。

为此，本发明还提出碳化硅基晶圆的分束激光切割设备，其特征在于，所述碳化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；

所述碳化硅基晶圆的分束激光切割设备能够实施本文所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法。

根据本发明的其它技术方案，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发明的一部分。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

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，本发明的特征、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：本发明的碳化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的碳化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的碳化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的碳化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的碳化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的碳化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的碳化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的碳化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的碳化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的碳化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的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法的I型修边子步骤示意图；

图14：图1的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法的I型修边效果示意图；

图15：图1的碳化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的碳化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、碳化硅基晶圆；102、铁圈；103、膜；104、激光发生器；105、单束激光；106、光栅装置；107、挡光装置；108、多束激光；109、棱镜；111、双线光束簇；112、线性光束簇；113、宽幅光束簇；114、斜线光束簇；115、箭头光束簇；116、激光束之间的间距；117、步进；118、切割道；120、激光切槽；121、激光束和高清摄像头；122、平台对角线1；123、晶圆可任意角度旋转；124、移动平台；125、石英工作台；126、平台对角线2；127、电磁线圈块；131、金属窗口；132、屏蔽前；133、屏蔽后；141、移动方向；142、激光簇中心与切割道中心之间的偏移量；143、激光束与切割道所成夹角；145、同一平面同一激光簇各束激光功率相同；146、单束激光的辐射范围；147、激光束数量；220、激光通槽；320、V型通槽。

具体实施方式

在下文中，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。

首先描述本发明的构思设计如下：

一、切割工艺简介

贴膜步骤：

如图1所示，将硅基晶圆101和铁圈102贴在膜103上，用刀片划去所述铁圈102外面的膜部分，保留所述铁圈102里面的膜部分。

目的：将硅基晶圆101贴在所述膜103上并用所述铁圈102固定住，便于加工切割、贴片。

切割步骤：

如图2所示，以某种切割方式按照一定的切割模式，例如深度、速度、位置、宽度，一次或多次切割晶圆。

目的：使整片晶圆分成独立的、有功能的芯片10。

紫外线照射步骤：

可选地，如图3所示，用紫外光处理所述膜103，也就是晶圆背面，使膜部分区域粘性变弱。

目的：便于下工位——贴片工位加工，同时保证产品质量。

在现有技术中，使用传统刀片切割。

刀片切割步骤：

如图4所示，用刀片来进行切割，由所述膜103开始切割，从切割道118一端移动到另一端，切出所述膜103外边，再移动到下个所述切割道118切割，按Z型走位。其优点是成本低。

然而，与现有技术不同之处在于，本发明的技术方案使用激光分束切割。

激光分束切割步骤：

如图5所示，用并排的高能量激光束来进行切割，由晶圆边缘开始切割，从所述切割道118一端移动到另一端，止于晶圆边缘，再移动到下个所述切割道118切割，按S型走位。

其优点在于：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，既改善了外观，又保证了切割品质，同时还大大缩短切割距离，提高了晶圆切割效率。

二、激光分束原理

衍射分光步骤：

如图6所示，激光发生器104通过衍射分光来进行激光分束。

原理：用光栅装置106将单束激光105分成多束激光108，同时使用挡光装置107，消除多余衍射光，再利用棱镜109实现光线转移和聚焦。

目的：所述单束激光105能量高可能会损害所述芯片10，所述多束激光108在充分利用效率的同时，减少了对所述芯片10的热损伤，所述多束激光108还可以使切割出的图案多样化，实现不同目标的切割。

如图7所示，所述多束激光108可以形成不同的光束图案，例如双线光束簇111、线性光束簇112、宽幅光束簇113、斜线光束簇114、和箭头光束簇115，用于不同的切割目的。

光束图案原理：通过不同的光学器件可以将激光束在聚焦面上形成不同的光束图案，所述光束图案的可调节属性包括光斑功率/能量，光束数量和光束相对排布位置。

光束图案目的：不同的光束图案可以实现对不同工艺要求的切割，配合相应的切割参数能实现不同的开槽、切割、修整等复杂的效果，从而进一步组合出针对不同基材和厚度的各种激光切割工艺。

分束切割步骤：

其包括以下子步骤：

开槽子步骤：

选取特定的所述光栅装置106，一般是2束激光通过设定角度——激光束与切割道所成夹角143、频率、步进117、激光功率来确定开槽的宽度和深度，一般选用高频、低功率、小步进、小角度的激光束，用低能量光束处理晶圆，如图9所示，激光束之间的间距116大于步进步长117。所述激光束与切割道所成夹角143小于90度，所述切割道118的宽度大于激光切槽120的宽度。

目的：使晶圆上的所述切割道118与所述芯片10表层隔离，减少高能量深度切割时所述芯片10表层的热损伤。

开槽效果如图10所示，所述芯片10由所述切割道118分隔，激光槽120在所述切割道118之内。

如图8所示，所述激光束与切割道所成夹角143在0°至±180°之间可调。

激光束数量147由全自动软件控制所述光栅装置106来决定，可自由选择，一般有1、2、3、6、8、10、16、40等多种可选，其中1束激光就是不加光栅。

一般来说，同一平面上同一激光簇各束激光功率相同145。

单束激光的辐射范围146一般大于10μm，而后随着聚焦高度或深度的变化而变化。所述单束激光105的焦点在加工面上时最小。

并且，图8示出激光簇中心与所述切割道118中心之间的偏移量142。

深度切割子步骤：

深度切割是切割的核心步骤。如图10所示，选取特定的所述光栅装置106，通过设定频率、所述步进117、功率来确定切割的深度，不同厚度的晶圆选取不一样的参数组合，通过多次切割来实现晶圆全部切透。深度切割效果由图11与图12示出。

目的：在保障所述芯片10性能的同时，使各所述芯片10完全分离。

修边子步骤：

如图12所示，通过设置激光束与所述切割道118水平夹角来控制修边的宽度，选用低频、小步进、较高功率、小角度分两次实现修边。

目的：改善所述芯片10外观，同时可大大提高所述芯片10强度。开槽效果图如图13与图14所示。

三、Si晶圆分束切割工艺

根据Si晶圆基材的吸收频谱，采用UV脉冲激光源，波长355nm，对Si晶圆切割效果较好，同时热效应能控制在可接受范围内。

开槽：高频、小步进、低功率、小角度；

深度切割：低频、固定步进、高功率；

V型修边：较低频率、小步进、较高功率、小角度；

需要指出的是，本文的频率是指每秒激光脉冲的次数。

所述步进117是指在单次脉冲中，激光和被加工物件的相对移动距离。

速度是指激光簇与被加工物间的相对移动速度，速度＝步进*频率。

固定步进是指单次设定的所述步进117不会变化，是固定的，严格按设定进行。

功率是指激光簇到达被加工物件的实际功率，也就是激光簇中的各所述单束激光105的功率之和。

焦距，是指聚焦镜头光学后主点到焦点的距离。在激光竖向传播的情况下，其数值正负对应指焦点上下位置。

角度是指样式激光切割刀的激光簇的特征直线与所述切割道118的中心线之间的夹角，如图17所示，在A子图中，所述双线光束簇111的特征直线是其基本单元两束激光的连线。A子图示出零角度；角度的正数与负数，以激光簇移动前进方向为轴向正方向，特征直线顺时针旋转为正，逆时针旋转为负。同理，如图7所示，所述线性光束簇112、所述宽幅光束簇113、和所述斜线光束簇114的特征直线就是光束的排列直线。所述箭头光束簇115由于左右对称，取右侧边为特征直线，则角度为负值。

表一：Si晶圆分束切割工艺参数

四、SiC晶圆分束切割工艺

根据SiC晶圆基材的的吸收频谱，采用Green Laser脉冲激光源，波长532nm，对SiC晶圆切割效果较好，同时热效应能控制在可接受范围内。SiC晶圆也称为碳化硅基晶圆101。

开槽：高频、小步进、低功率、小角度；

深度切割：低频、小步进、高功率；

I型修边：低频、小步进、较高功率、大角度；

深度清扫：低频、小步进、高功率，起清洁作用；

表二：SiC晶圆分束切割工艺参数

表三：分束切割工艺参数范围

五、高精度自动晶圆对准方式

平台移动原理

如图14所示，利用气悬浮方式，使移动平台124漂浮在机器的固定平台上。所述移动平台124内置的永磁体，配合着周围的四个电磁线圈块127，来实现平台移动，单次移动时，移动方向141始终与轴线——也就是平台对角线122、126——的方向平行。

优点：气悬浮装置大大减少了移动过程中所述移动平台124与机器固定平台间的摩擦力，使移动速率更快，电磁驱动更加数字化、更加精准，真正实现了晶圆的精准切割。

图案识别系统

参照图16，所述移动平台124的切割盘采用透明材质，同时内置背光灯，配合直射光源、斜射环形光源和显微镜，快速识别晶圆边缘，同时找到所述切割道118。特征图案识别功能设有部分图像屏蔽功能，如图15所示，激光束和高清摄像头121位于上方，晶圆可任意角度旋转123，晶圆被安置在石英工作台125上，金属窗口131有利于识别所述切割道118，屏蔽前132的所述切割道118不同于屏蔽后133所述切割道118，因此，可以快速识别特征图案，提高识别效率。

优点：大大提高了晶圆边缘识别效率，同时配合特征图案识别功能快速准确地识别切割位置，进行切割。

基于上述发明构思，参照图1至17，根据本发明的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法的一优选实施方式，其用于将所述碳化硅基晶圆切割成独立的所述芯片10，包括以下步骤：

预处理步骤：将所述碳化硅基晶圆进行预先处理，以适合进行激光切割操作。可以理解的是，晶圆切割是所述芯片10封装工艺中重要的处理步骤，如图1所示，在切割晶圆之前，贴保护所述膜103是常用的预处理步骤。若所述晶圆的厚度要减薄，则磨削晶圆基底的厚度也需要在晶圆切割步骤之前预先进行。可选地，所述预处理还包括晶圆信息上传步骤，例如，将晶圆中所述芯片10的数量、位置坐标、良劣信息上传给所述芯片10封装系统的后台数据库，所述芯片10信息用于后续的工位加工处理支持。

衍射分光步骤：用所述光栅装置106将所述单束激光105分成所述多束激光108108，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所述激光束与切割道所成夹角143、所述样式激光切割刀的激光束的频率、所述步进117、功率能够通过软件程序来确定。可以理解的是，所述光栅装置106或者衍射光栅通过有规律的结构，使入射光的振幅、或相位、或两者同时受到周期性空间调制。衍射光栅在光学上的最重要应用是作为分光器件。实际应用的衍射光栅通常是在表面上有沟槽或刻痕的平板。这样的衍射光栅可以是透射光栅或反射光栅。优选地，参照图6，所述光栅装置106包括透射光栅。图7所示的所述双线光束簇111、所述线性光束簇112、所述宽幅光束簇113、所述斜线光束簇114、所述箭头光束簇115例如可能需要所述挡光装置107挡住多余的衍射光，形成所需要的光束图案。所述光束簇中的激光束具有电磁能量，能够对晶圆产生切割作用，形成具有光束图案的样式激光切割刀。对于直线型光束簇，所述样式激光切割刀的直线型光束簇与所述切割道118的中心线所成夹角作为所述样式激光切割刀的特征参数之一，用于度量所述激光切槽120的宽度。

分束切割步骤：使用所述样式激光切割刀对所述碳化硅基晶圆进行切割，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118进行开槽，形成所述激光切槽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所述双线光束簇111，所述切割道118的宽度大于所述激光切槽120的宽度。可以理解的是，参照图9，所述双线光束簇111由两束激光组成，可选地，参照图7，所述双线光束簇111由四束或六束激光组成，相对于两束激光的配置，这相当于两把或三把切割刀依次进行切割，也就是相当于同时进行了两次或三次走刀，开槽效率更高。对所述样式激光切割刀的特征参数的详细描述参见下文。

深度切割子步骤：使用第二低频率、第二高功率、第二小步进、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将所述碳化硅基晶圆切透，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所述线性光束簇112。可以理解的是，如下文描述，所述第二低频率、第二高功率、或第二小步进的限定可以是数值范围，因此，每次深度切割可以选用不同的特征参数，保证切割质量。参照图10，可选地，所述样式激光切割刀的光束数量为2至10束激光，光束数量多，可以减少来回走刀的次数。如下文所述，所述样式激光切割刀保持不移动，而所述碳化硅基晶圆101步进地移动，也就是所述切割道118步进地移动。优选地，所述样式激光切割刀的所述激光束之间的间距116大于所述样式激光切割刀的所述步进117长度，这有利于切割槽的深度均匀。所述样式激光切割刀的步进长度——也就是步长，是相对于而言的，是所述样式激光切割刀相对于所述碳化硅基晶圆101的相对运动。

I型修边子步骤：使用第三低频率、第三较高功率、第三小步进、第三大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二束激光，所述样式激光切割刀的光束图案为斜线光束簇114。可以理解的是，当所述三大角度等于±90°时，所述光束图案由斜线光束簇114变为宽幅光束簇113。当所述三大角度等于0°时，所述光束图案由斜线光束簇114变为线性光束簇112。

可选地，所述样式激光切割刀的光束图案为所述箭头光束簇115，所述修边的宽度通过设置所述第三大角度来确定。可以理解的是，如图13所示，所述激光通槽220经过I型修边处理后，形成V型通槽320，不仅改善所述芯片10边缘的光滑平直的外观，而且大大提高了所述芯片10强度。参照图12，使用所述箭头光束簇115进行修边，箭头尖的激光束能量高，但离所述芯片10稍远，箭头基部的激光束能量可以稍低，以达到热抚平所述V型通槽320的效果。第三低频率、第三较高功率、第三小步进、第三大角度等特征参数的详细描述参见下文。

深度清扫子步骤：使用第四低频率、第四高功率、第四小步进、第四零角度的样式激光切割刀对所述激光通槽220进行深度方向的清扫，其中，所述样式激光切割刀的光束数量为至少一束激光，所述样式激光切割刀的光束图案为所述双线光束簇111或所述线性光束簇112。优选地，所述双线光束簇111的宽度等于或小于所述激光通槽220的宽度。可以理解的是，碳化硅硬度较高，因此在高功率深度切割后，所述激光通槽220的侧壁并不平整，因此需要使用高功率激光束平整所述侧壁，为此，让两束激光贴近两侧壁行进进行粗糙度抚平是合适的。当然，在所述激光通槽220的宽度较小的情况下，一束高功率激光也是可行的。

后处理步骤：对所述分束切割完成后的碳化硅基晶圆101进行清理和/或保护。可以理解的是，在预处理步骤中的例如贴膜步骤中的所述膜103还粘附在所述芯片10中，需要清理，因此，在对所述分束切割完成后，所述碳化硅基晶圆101被分割成独立的功能所述芯片10，用紫外线照射所述膜103，达到使所述膜103的部分区域粘性变弱的技术效果。在涂胶步骤中的涂在所述碳化硅基晶圆101的表面上的胶水和所述切割道118碎渣粘都附在所述芯片10上，这也需要清理。

优选地，参照图1，所述预处理步骤包括：基底减薄步骤：将所述碳化硅基晶圆101的硅基基底通过磨削加工，使得所述碳化硅基晶圆101的厚度减小到设定值；和/或贴膜步骤：将所述膜103贴在所述碳化硅基晶圆101和所述铁圈102上；和/或涂胶步骤：在所述碳化硅基晶圆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。这样的处理步骤达到了整体处理晶圆上的全部所述芯片10的技术效果。可选地，晶圆表面涂胶水，隔开空气环境，胶水亲水，加工完成后水洗产品即清理干净胶水。

优选地，在所述衍射分光步骤中，使用所述挡光装置107，消除多余衍射光；和/或在所述衍射分光步骤中，使用所述棱镜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。可以理解的是，使用所述挡光装置107有利于形成复杂的光束图案，所述挡光装置107例如是光束图案掩模板。使用所述棱镜109可以方便地改变激光束的传播角度方向，对激光进行聚焦可以使用具有凸透镜效果的所述棱镜109。这样的设计能够有效地调整光束图案和光束方向。

优选地，如图7所示，所述光束图案包括：所述双线光束簇111、所述线性光束簇112、所述宽幅光束簇113、所述斜线光束簇114、和所述箭头光束簇115。可以理解的是，所述光束簇113也可以是方形、椭圆形、或者圆形。

优选地，所述光束图案的可调节属性包括光斑尺寸，光束数量和光束相对排布位置。可以理解的是，本发明涉及的碳化硅基晶圆的分束激光切割设备包括调节所述激光束的光斑尺寸，光束数量和光束相对排布位置的调节装置。这样的设计保证切割操作能够最为优化地进行。

优选地，参照图9，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。可以理解的是，所述光束数量也可以大于8，每束激光的功率也是可是相等或者不同。对于大尺度的晶圆，所述双线光束簇111的数量可以是2，也就是4束激光沿着所述切割道118相对运动。这样的双光束设计是开槽的有效方式。

优选地，参照表二和表三，在所述开槽子步骤中，所述第一高频率为100Khz至200Khz的范围，或者为80Khz；和/或所述第一低功率为1w至3w的范围，或者为1.2w；和/或所述第一小步进为1μm至5μm的范围，或者为3μm；和/或所述第一小角度为±5°至±25°的范围，或者为16°。可以理解的是，所述第一高频率简称第一频率，第一低功率简称第一功率，第一小步进简称第一步进，第一小角度简称第小角度。这样的参数选择可通过实验来进行。可选地，所述第一高频率为10Khz至300Khz的范围；和/或所述第一低功率为0.1w至12w的范围；和/或所述第一小步进为1μm至20μm的范围；和/或所述第一小角度为0°至±90°的范围。

优选地，参照图10，在所述深度切割子步骤中，根据所述碳化硅基晶圆101的厚度，通过3、5、8、或者10次切割同一条所述激光切槽120，将所述碳化硅基晶圆101切透。可以理解的是，在所述深度切割子步骤中，所述切割次数也可以是4、6、7、9、10等任意所需的次数。多次走刀可以降低切透所述碳化硅基晶圆101所需的激光束的功率，保证所述芯片10安全。

优选地，参照图10，在所述深度切割子步骤中，根据所述碳化硅基晶圆101的厚度和直径，所述样式激光切割刀的光束数量为1、2、3、5、7、或9，所述线性光束簇112按平行于所述切割道118的中心线的方式直线排列。更为优选地，所述线性光束簇112沿所述切割道118或者所述激光切槽120的中心线直线排列。这样的设计保证所述激光通槽220与两边的所述芯片10的距离足够远，进而保证所述芯片10的安全分离。

优选地，在所述深度切割子步骤中，所述第二低频率为10Khz至60Khz的范围，或者为11.5Khz；和/或所述第二高功率为5w至12w的范围，或者为8.2w；和/或第二小步进为2μm至10μm的范围，或者为5.4μm、2.7μm。可以理解的是，所述第二低频率为10Khz至300Khz的范围；和/或所述第二高功率为0.1w至12w的范围；和/或第二小步进为1μm至20μm的范围。所述第二低频率简称第二频率，第二高功率简称第二功率，第二小步进简称第二步进。

优选地，参照图11-12，在所述I型修边子步骤中，所述样式激光切割刀的光束数量为3、5、7、或9，所述箭头光束簇115沿所述切割道118分成光束数量相等的、成箭头状排列的两组光束。如图12所示，所述箭头光束簇115的尖头沿所述切割道118或所述激光通槽220的中心线前进，其箭头基底的光束扫过所述激光通槽220的侧壁，从而达到修整槽壁的技术效果。

优选地，在所述I型修边子步骤中，所述第三低频率为10Khz至100Khz的范围，或者为20Khz；和/或所述第三较高功率为2w至10w的范围，或者为3.5w；和/或第三小步进为2μm至10μm的范围，或者为5.8μm；和/或第三大角度为-90°至90°的范围，或者为45°。可以理解的是，所述第三低频率简称所述第三频率，第三较高功率简称第三较功率，第三小步进简称第三步进，第三大角度简称第三角度。可选地，所述第三频率为10Khz至300Khz的范围；和/或所述第三功率为0.1w至12w的范围；和/或第三步进为1μm至20μm的范围；和/或第三角度为-5°至5°的范围。

优选地，所述第三角度也可以是零，但是，所述箭头光束簇115由一束激光形成的激光光斑A和两个相互平行的所述线性光束簇112组成，其中所述两个相互平行的所述线性光束簇112位于所述激光光斑A之后，且所述激光光斑A位于所述两个相互平行的所述线性光束簇112的延长线之间。

优选地，所述箭头光束簇115由三个相互平行的所述线性光束簇112组成：第一线性光束簇、第二线性光束簇、第三线性光束簇，其中所述第二线性光束簇和所述第三线性光束簇位于所述第一线性光束簇之后，且所述第一线性光束簇位于所述第二线性光束簇和所述第三线性光束簇的延长线之间，因此，所述第三角度也可以认为是零。

优选地，如图二所示，所述第三角度也可以是90°，在此情形，所述箭头光束簇115转化为所述宽幅光束簇113。

优选地，所述第三角度也可以是90°，但是，所述箭头光束簇115由一束激光形成的激光光斑A和一个所述宽幅光束簇113组成，其中所述宽幅光束簇113位于所述激光光斑A之后。

优选地，所述箭头光束簇115由一条所述线性光束簇112和一条所述宽幅光束簇113组成，其中，所述线性光束簇112位于所述宽幅光束簇113之前，因此，所述第三角度也可以认为是90°。

可选地，第三角度也可以是真零值，这时箭头的两斜边合二为一地收敛为一直线，所述箭头光束簇115变成所述线性光束簇112。

优选地，在所述深度清扫子步骤中，所述样式激光切割刀的光束数量为1、2、4、6、或8。可以理解的是，若所述激光通槽220的宽度不大，则一束激光进行深度方向的清扫是可行的。也就是，根据所述激光通槽220的宽度选择使用所述双线光束簇111还是所述线性光束簇112。

优选地，参照表二和表三，在所述深度清扫子步骤中，所述第四低频率为10Khz至60Khz的范围，或者为11.5Khz；和/或所述第四高功率为5w至12w的范围，或者为8w；和/或第四小步进为2μm至10μm的范围，或者为5.4μm。可选地，所述第四低频率为10Khz至300Khz的范围；和/或所述第四高功率为0.1w至12w的范围；和/或第四小步进为1μm至20μm的范围。这样的参数范围基本可以完成本申请人的产品范围内的各类型规格的碳化硅基晶圆的切割工序。

优选地，所述I型修边子步骤按不同的第三低频率、第三较高功率、第三小步进、第三大角度执行三次修边操作。

优选地，根据所述碳化硅基晶圆基材的吸收频谱，所述单束激光105采用绿色脉冲激光源。可以理解的是，对于本文所述的激光，有两频率：脉冲频率，也就是本文简称的频率；电磁波波动频率，例如绿色可见光的波动频率。这样的设计对加工碳化硅基晶圆非常有利。

优选地，所述后处理步骤包括紫外线照射步骤：用紫外光线处理所述碳化硅基晶圆101的背面上的所述膜103，使所述膜103的部分区域粘性变弱。这样的紫外照射使得所述膜103失去粘性，易于清理。

优选地，在所述分束切割步骤中，所述样式激光切割刀保持不动，而所述碳化硅基晶圆移动，从而实现所述分束切割操作。这样的设计可以确保复杂、精细的激光系统的精度和安全。

本发明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。

为实施上述碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，根据本发明的碳化硅基晶圆的分束激光切割设备的一实施方式，所述碳化硅基晶圆的分束激光切割设备包括激光系统、所述移动平台124、和固定平台；所述碳化硅基晶圆的分束激光切割设备能够实施上述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法。

优选地，所述碳化硅基晶圆101被安装在所述移动平台124上；使用气悬浮方式，使所述移动平台124漂浮在分束激光切割设备的固定平台上，并且，所述移动平台124包括永磁体，所述永磁体配合着周围的所述电磁线圈块127127，来实现平台移动。这样的设计使得晶圆移动速率更快，电磁驱动有利于实现晶圆的精准切割。

优选地，所述移动平台124的切割盘采用透明材质；并且所述分束激光切割设备还包括图案识别系统，其中，所述图案识别系统包括背光灯、直射光源、斜射环形光源和显微镜，所述图案识别系统能够识别晶圆边缘和所述切割道118。这样的设计提高了晶圆边缘识别效率，并快速准确地识别切割位置。

以上详细描述了本发明创造的优选的或具体的实施例。应当理解，本领域的技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明创造的设计构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明创造的设计构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明创造的范围之内和/或由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (21)

1.碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其用于将所述碳化硅基晶圆(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：将所述碳化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(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碳化硅基晶圆进行切割，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(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、第二小步进、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)将所述碳化硅基晶圆切透，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)；

I型修边子步骤：使用第三低频率、第三较高功率、第三小步进、第三大角度的样式激光切割刀对所述激光通槽(220)进行修边，形成V型通槽(320)，其中，所述样式激光切割刀的光束数量为至少二束激光，所述样式激光切割刀的光束图案为斜线光束簇(114)；

深度清扫子步骤：使用第四低频率、第四高功率、第四小步进、第四零角度的样式激光切割刀对所述激光通槽(220)进行深度方向的清扫，其中，所述样式激光切割刀的光束数量为至少一束激光，所述样式激光切割刀的光束图案为所述双线光束簇(111)或所述线性光束簇(112)；

后处理步骤：对所述分束切割完成后的碳化硅基晶圆(101)进行清理和/或保护。

2.根据权利要求1所述的碳化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：将所述碳化硅基晶圆(101)的硅基基底通过磨削加工，使得所述碳化硅基晶圆(101)的厚度减小到设定值；和/或

贴膜步骤：将膜(103)贴在所述碳化硅基晶圆(101)和铁圈(102)上；和/或

涂胶步骤：在所述碳化硅基晶圆(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所述的碳化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所述的碳化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)、和箭头光束簇(115)。

5.根据权利要求1所述的碳化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所述的碳化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、8、16或40，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所述的碳化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200Khz的范围；和/或

所述第一低功率为1w至3w的范围；和/或

所述第一小步进为1μm至5μm的范围；和/或

所述第一小角度为±5°至±25°的范围。

8.根据权利要求6所述的碳化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80Khz；和/或

所述第一低功率为1.2w；和/或

所述第一小步进为3μm；和/或

所述第一小角度为16°。

9.根据权利要求1所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述深度切割子步骤中，根据所述碳化硅基晶圆(101)的厚度，通过3、5、8或者10次切割同一条所述激光切槽(120)，将所述碳化硅基晶圆(101)切透。

10.根据权利要求9所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述深度切割子步骤中，根据所述碳化硅基晶圆(101)的厚度和直径，所述样式激光切割刀的光束数量为2、3、5、7或9，所述线性光束簇(112)按平行于所述切割道(118)的中心线的方式直线排列。

11.根据权利要求10所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述深度切割子步骤中，

所述第二低频率为10Khz至60Khz的范围；和/或

所述第二高功率为5w至12w的范围；和/或

第二小步进为2μm至10μm的范围。

12.根据权利要求10所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述深度切割子步骤中，

所述第二低频率为11.5Khz；和/或

所述第二高功率为8.2w；和/或

第二小步进为5.4μm或者2.7μm。

13.根据权利要求1所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述I型修边子步骤中，所述样式激光切割刀的光束数量为3、5、7、或9。

14.根据权利要求13所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述I型修边子步骤中，

所述第三低频率为10Khz至100Khz的范围；和/或

所述第三较高功率为2w至10w的范围；和/或

第三小步进为2μm至10μm的范围；和/或

第三大角度为-90°至90°的范围。

15.根据权利要求13所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述I型修边子步骤中，

所述第三低频率为20Khz；和/或

所述第三较高功率为3.5w；和/或

第三小步进为5.8μm；和/或

第三大角度为45°。

16.根据权利要求1所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述深度清扫子步骤中，所述样式激光切割刀的光束数量为1、2、4、6、或8。

17.根据权利要求16所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述深度清扫子步骤中，

所述第四低频率为10Khz至60Khz的范围；和/或

所述第四高功率为5w至12w的范围；和/或

第四小步进为2μm至10μm的范围。

18.根据权利要求16所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述深度清扫子步骤中，

所述第四低频率为11.5Khz；和/或

所述第四高功率为8w；和/或

第四小步进为5.4μm。

19.根据权利要求1所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：根据所述碳化硅基晶圆基材的吸收频谱，所述单束激光(105)采用绿色脉冲激光源。

20.根据权利要求2所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：所述后处理步骤包括：

紫外线照射步骤：用紫外光线处理所述碳化硅基晶圆(101)的背面上的所述膜(103)，使所述膜(103)的部分区域粘性变弱。

21.根据权利要求1所述的碳化硅基晶圆的分束激光切割方法，其特征在于：在所述分束切割步骤中，所述样式激光切割刀保持不动，而所述碳化硅基晶圆移动，从而实现所述分束切割操作。

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