CN110560929A - 一种硅晶圆切割方法及切割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明硅晶圆切割方法及切割装置，所述方法包括：首先在硅晶圆表面预制裂纹；通过调整切割平台，将第一激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的顶部，以及，将第二激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的底部；调试所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元，使得所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的中心轴在同一条直线上；再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割。本发明提供的硅晶圆切割方法和装置能够明显解决目前热裂法切割还存在切入、切出两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移的问题。
Description
技术领域
本发明涉及芯片制造技术领域，特别涉及硅晶圆切割方法及切割装置。
背景技术
硅晶圆广泛应用于半导体器件制造，硅晶圆划片是封装过程中的关键工序，传统的超薄金刚石砂轮切割方式加工效率较低，成品切口易出现崩边现象。激光切割技术属于非接触式切割，通过激光切割可以解决机械切割崩边的问题，而且没有刀具磨损的问题。从切割的机理上激光切割技术可以分为两种模式，一种是去除材料的方式，如激光熔融/汽化切割、水导引激光切割等；另外一种是无去除材料的方式，即激光热裂法切割（又称激光热应力法切割、激光控制裂纹法切割）。硅晶圆表面IC电路为激光热裂法切割带来了一些困难，所以需要探索新的激光扫描策略，设计激光对准表面预制微裂纹的方案。热裂法切割硅晶圆是通过局部热膨胀引起的应力变化达到预制裂纹扩展进而达到切割的目的，裂纹预制的方式决定了激光热裂切割的质量。目前热裂法切割还存在切入、切出两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移的问题，需要进一步研究解决。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供硅晶圆切割方法及切割装置，能够解决目前热裂法切割还存在切入、切出两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移的问题。
本发明实施例公开了硅晶圆切割方法及切割装置，所述硅晶圆切割方法包括以下步骤：
在硅晶圆表面预制裂纹；
通过调整切割平台，将第一激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的顶部，以及，将第二激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的底部；
调试所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元，使得所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的中心轴在同一条直线上；
再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割。
可选的，所述再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割之前还包括：所述通过调整所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的竖直高度调整所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元照射在硅晶圆上的光斑大小。
可选的，所述方法还包括：根据红外相机检测的硅晶圆表面的温度，调节所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的辐射能量大小。
可选的，所述在硅晶圆表面预制裂纹包括：利用金刚石砂轮预划硅晶圆表面得到所述预制裂纹。
应用第一方面提供的硅晶圆切割方法，首先在硅晶圆表面预制裂纹；通过调整切割平台，将第一激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的顶部，以及，将第二激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的底部；调试所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元，使得所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的中心轴在同一条直线上；再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割。本发明提供的硅晶圆切割方法通过预制裂纹，使激光与硅材料相互作用，由于硅平板对红外激光的吸收形式为面吸收，试件沿厚度存在较大温度梯度，使得电路表面温度远低于辐照表面温度，这样避免了对电路镀层的伤害。激光在试件背面扫描策略下，试件热裂切割沿切割轨迹加工表面平整，电路没有烧蚀现象，切口质量要比以前一种扫描策略要好。因此，本发明提供的硅晶圆切割方法能够明显解决目前热裂法切割还存在切入、切出两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移的问题。
根据本公开的第二方面，提供硅晶圆切割装置，所述装置包括：激光发射器、切割平台、控制器、红外相机以及运动控制传感器；所述激光发射器用于向硅晶圆发射激光，所述激光发射器包括第一激光发射单元和第二激光发射单元，所述第一激光发射单元设置于硅晶圆的顶部，所述第二激光发射单元设置与硅晶圆的底部，所述第一激光发射单元的中心轴与所述第二激光发射单元的中心轴相重合，所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元均可沿着竖直方向移动；所述切割平台用于承载硅晶圆，所述切割平台可沿着水平方向移动；所述红外相机用于检测硅晶圆的温度；所述运动控制传感器用于检测硅晶圆的位置；所述控制器分别连接所述第一激光发射单元、所述第二激光发射单元、所述切割平台、所述红外相机以及所述运动控制传感器，所述控制器用于根据所述红外相机检测的硅晶圆的温度信号控制所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元在竖直方向上移动，还用于根据所述运动控制传感器检测的硅晶圆的位置控制所述切割平台在水平方向上移动。
可选的，所述硅晶圆切割装置还包括：观测器，所述观测器用于观测硅晶圆的切割形态。
可选的，所述切割平台包括第一玻璃单元和第二玻璃单元，所述第一玻璃单元和第二玻璃单元之间设置有切割缝，所述第一玻璃单元和第二玻璃单元用于放置硅晶圆，所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元发射的激光从所述切割缝穿透。
可选的，所述第一玻璃单元和所述第二玻璃单元的厚度相同。
可选的，所述第一激光发射单元包括第一激光CCD组和第一聚光镜，所述第一聚光镜设置于所述第一激光CCD组和硅晶圆之间，所述第二激光发射单元包括第二激光CCD组和第二聚光镜，所述第二聚光镜设置于所述第二激光CCD组和硅晶圆之间。
第二方面示出的硅晶圆切割装置，包括：激光发射器、切割平台、控制器、红外相机以及运动控制传感器；使用时，将待切割的硅晶圆放置在切割平台上，通过控制器控制切割平台的移动将待切割的硅晶圆移动在激光发射器的正对位置，激光发射器包括了第一激光发射单元和第二激光发射单元，第一激光发射单元向硅晶圆的顶部发射激光，第二激光发射单元向硅晶圆的底部发射激光，第一激光发射单元和第二激光发射单元均沿着预制裂纹方向扫描切割，由于第一激光发射单元和第二激光发射单元的中心轴线相重合，因此能够准确的沿着预制裂纹方向扫描切割，从而避免出现切入、切除两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移的情况，同时通过红外相机检测硅晶圆表面的温度，通过控制器实时控制第一激光发射单元和第二激光发射单元发射激光的辐射强度，防止硅晶圆的表面电路受损，从而显著的提高硅晶圆的切割质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
图1为本发明实施例提供的硅晶圆切割方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的硅晶圆切割装置的整体示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本公开的第一方面提供硅晶圆切割方法，所述切割方法包括以下步骤：
S1：在硅晶圆表面预制裂纹；
S2：通过调整切割平台，将第一激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的顶部，以及，将第二激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的底部；
S3：调试所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元，使得所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的中心轴在同一条直线上；
S4：再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割。
应用第一方面提供的硅晶圆切割方法，首先在硅晶圆表面预制裂纹；通过调整切割平台，将第一激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的顶部，以及，将第二激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的底部；调试所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元，使得所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的中心轴在同一条直线上；再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割。本发明提供的硅晶圆切割方法通过预制裂纹，使激光与硅材料相互作用，由于硅平板对红外激光的吸收形式为面吸收，试件沿厚度存在较大温度梯度，使得电路表面温度远低于辐照表面温度，这样避免了对电路镀层的伤害。激光在试件背面扫描策略下，试件热裂切割沿切割轨迹加工表面平整，电路没有烧蚀现象，切口质量要比以前一种扫描策略要好。因此，本发明提供的硅晶圆切割方法能够明显解决目前热裂法切割还存在切入、切出两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移的问题。
作为优选的实施例，所述再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割之前还包括：所述通过调整所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的竖直高度调整所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元照射在硅晶圆上的光斑大小。激光发射单元的高度影响到激光照射到硅晶圆表面的光斑大小，而光斑大小直接影响硅晶圆的切割宽度，通过调整激光发射单元的高度使得照射到硅晶圆表面的光斑大小在预制裂纹宽度的范围之类，从而进一步的提高硅晶圆表面的切割质量。
作为优选的实施例，所述在硅晶圆表面预制裂纹包括：利用金刚石砂轮预划硅晶圆表面得到所述预制裂纹。可以采用超薄金刚石砂轮，降低切割带来的崩边程度，获得良好的预制裂纹，从而进一步的提高切割质量。
根据本公开的第二方面，提供硅晶圆切割装置，所述装置包括：激光发射器1、切割平台2、控制器3、红外相机4以及运动控制传感器5；所述激光发射器1用于向硅晶圆发射激光，所述激光发射器1包括第一激光发射单元11和第二激光发射单元12，所述第一激光发射单元11设置于硅晶圆的顶部，所述第二激光发射单元12设置与硅晶圆的底部，所述第一激光发射单元11的中心轴与所述第二激光发射单元12的中心轴相重合，所述第一激光发射单元11和所述第二激光发射单元12均可沿着竖直方向移动；所述切割平台2用于承载硅晶圆，所述切割平台2可沿着水平方向移动；所述红外相机4用于检测硅晶圆的温度；所述运动控制传感器5用于检测硅晶圆的位置；所述控制器3分别连接所述第一激光发射单元11、所述第二激光发射单元12、所述切割平台2、所述红外相机4以及所述运动控制传感器5，所述控制器3用于根据所述红外相机4检测的硅晶圆的温度信号控制所述第一激光发射单元11和所述第二激光发射单元12在竖直方向上移动，还用于根据所述运动控制传感器5检测的硅晶圆的位置控制所述切割平台2在水平方向上移动。
使用时，硅晶圆处于三维空间内，将待切割的硅晶圆放置在切割平台2上，通过控制器3控制切割平台2的在X轴和Y轴两个方向上移动，将待切割的硅晶圆移动在激光发射器1的正对位置，激光发射器1包括了第一激光发射单元11和第二激光发射单元12，第一激光发射单元11向硅晶圆的顶部发射激光，第二激光发射单元12向硅晶圆的底部发射激光，第一激光发射单元11和第二激光发射单元12均沿着预制裂纹方向扫描切割，由于第一激光发射单元11和第二激光发射单元12的中心轴线相重合，因此能够准确的沿着预制裂纹方向扫描切割，从而避免产生切入、切除两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移的情况，同时通过红外相机4检测硅晶圆表面的温度，通过控制器3实时控制第一激光发射单元11和第二激光发射单元12发射激光的辐射强度，防止硅晶圆的表面电路受损，从而显著的提高硅晶圆的切割质量。
作为优选的实施例，所述硅晶圆切割装置还可以包括：观测器6，所述观测器6用于观测硅晶圆的切割形态，观测器6能够放大硅晶圆表面图像，从而实时观测硅晶圆表面的切割状态，进而实时调整比如第一激光发射单元11和第二激光发射单元12的高度和辐射能量，或者调整切割平台在X方向和Y方向上移动，使得第一激光发射单元11和第二激光发射单元12更精准的对准硅晶圆表面的预制裂纹。
作为优选的实施例的，所述切割平台2包括第一玻璃单元21和第二玻璃单元22，所述第一玻璃单元21和第二玻璃单元22之间设置有切割缝23，所述第一玻璃单元21和第二玻璃单元22用于放置硅晶圆，所述第一激光发射单元11和所述第二激光发射单元12发射的激光从所述切割缝23穿透。使用玻璃单元承托硅晶圆还能够清晰的观测硅晶圆在切割平台2上位置状态，切割过程也更方便，直观。同时，所述第一玻璃单元21和所述第二玻璃单元22的厚度相同，放置硅晶圆发生倾斜影响切割质量。
作为优选的实施例，所述第一激光发射单元11包括第一激光CCD组111和第一聚光镜112，所述第一聚光镜112设置于所述第一激光CCD组111和硅晶圆之间，所述第二激光发射单元12包括第二激光CCD组121和第二聚光镜122，所述第二聚光镜122设置于所述第二激光CCD组111和硅晶圆之间。CCD组能够准确的将激光发射到硅晶圆的表面，再通过聚光镜将激光聚焦到硅晶圆表面，不仅能够节约激光能量还能够进一步的减小照射在硅晶圆表面的光斑大小，进一步的防止切入、切出两个边缘位置质量差以及非对称切割时轨迹偏移问题的产生。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由上面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确流程，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (9)
1.一种硅晶圆切割方法，其特征在于，所述切割方法包括以下步骤：
在硅晶圆表面预制裂纹；
通过调整切割平台，将第一激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的顶部，以及，将第二激光发射单元所发射的激光以对焦方式照射所述预制裂纹的底部；
调试所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元，使得所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的中心轴在同一条直线上；
再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割。
2.根据权利要求1所述的硅晶圆切割方法，其特征在于，所述再通过调整所述切割平台，利用所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元所发生的激光对硅晶圆进行切割之前还包括：所述通过调整所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的竖直高度调整所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元照射在硅晶圆上的光斑大小。
3.根据权利要求1所述的硅晶圆切割方法，其特征在于，所述方法还包括：根据红外相机检测的硅晶圆表面的温度，调节所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元的辐射能量大小。
4.根据权利要求1所述的硅晶圆切割方法，其特征在于，所述在硅晶圆表面预制裂纹包括：利用金刚石砂轮预划硅晶圆表面得到所述预制裂纹。
5.一种硅晶圆切割装置，其特征在于，所述装置包括：激光发射器（1）、切割平台（2）、控制器（3）、红外相机（4）以及运动控制传感器（5）；
所述激光发射器（1）用于向硅晶圆发射激光，所述激光发射器（1）包括第一激光发射单元（11）和第二激光发射单元（12），所述第一激光发射单元（11）设置于硅晶圆的顶部，所述第二激光发射单元（12）设置与硅晶圆的底部，所述第一激光发射单元（11）的中心轴与所述第二激光发射单元（12）的中心轴相重合，所述第一激光发射单元（11）和所述第二激光发射单元（12）均可沿着竖直方向移动；
所述切割平台（2）用于承载硅晶圆，所述切割平台（2）可沿着水平方向移动；
所述红外相机（4）用于检测硅晶圆的温度；
所述运动控制传感器（5）用于检测硅晶圆的位置；
所述控制器（3）分别连接所述第一激光发射单元（11）、所述第二激光发射单元（12）、所述切割平台（2）、所述红外相机（4）以及所述运动控制传感器（5），所述控制器（3）用于根据所述红外相机（4）检测的硅晶圆的温度信号控制所述第一激光发射单元（11）和所述第二激光发射单元（12）在竖直方向上移动，还用于根据所述运动控制传感器（5）检测的硅晶圆的位置控制所述切割平台（2）在水平方向上移动。
6.根据权利要求5所述的硅晶圆切割装置，其特征在于，所述硅晶圆切割装置还包括：观测器（6），所述观测器（6）用于观测硅晶圆的切割形态。
7.根据权利要求5所述的硅晶圆切割装置，其特征在于，所述切割平台（2）包括第一玻璃单元（21）和第二玻璃单元（22），所述第一玻璃单元（21）和第二玻璃单元（22）之间设置有切割缝（23），所述第一玻璃单元（21）和第二玻璃单元（22）用于放置硅晶圆，所述第一激光发射单元（11）和所述第二激光发射单元（12）发射的激光从所述切割缝（23）穿透。
8.根据权利要求7所述的硅晶圆切割装置，其特征在于，所述第一玻璃单元（21）和所述第二玻璃单元（22）的厚度相同。
9.根据权利要求5至8任意一项权利要求所述的硅晶圆切割装置，其特征在于，所述第一激光发射单元（11）包括第一激光CCD组（111）和第一聚光镜（112），所述第一聚光镜（112）设置于所述第一激光CCD组（111）和硅晶圆之间，所述第二激光发射单元（12）包括第二激光CCD组（121）和第二聚光镜（122），所述第二聚光镜（122）设置于所述第二激光CCD组（111）和硅晶圆之间。
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