CN111640687A - 一种单晶晶圆最优划片方向的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单晶晶圆最优划片方向的确定方法，包括如下步骤：在单晶晶圆样品的表面随机选取正向测试条和反向测试条，然后使用磨料分别沿着单晶晶圆表面上的正向测试条和反向测试条进行划擦试验，且对正向测试条和反向测试条的划擦方向相反，得到沿着两个相反方向划擦后的单晶晶圆样品，通过检测设备对单晶晶圆样品表面的两条划痕的表面形貌进行检测，最后观察两个划痕表面的裂纹形式及影响区的宽度，确定裂纹影响区的宽度相对小的划擦方向为最优的划片方向。本发明能够用于单晶晶圆加工成芯片后将连在一起的芯片分成单个芯片的应用中，能够确定最优加工方向，减少崩边的尺寸，提高加工质量和晶圆的利用率。

Description

一种单晶晶圆最优划片方向的确定方法
技术领域
本发明涉及晶圆加工技术领域，尤其涉及一种单晶晶圆最优划片方向的确定方法。
背景技术
单晶材料由于其优异的性能被广泛的应用，但是由于其各向异性的性质，使得其使用相同的工艺参数沿着不同方向加工时的力、表面质量、加工效率或工具磨损有明显的差异，专利CN201380047765.4公开了显示出稳定的超弹性的Cu-Al-Mn系合金材料及其制造方法，在制造后要求70%以上的晶粒处于偏离晶体取向<001>，取向的偏离角度为0°～50°的范围内，但是并没有提出如何能够确定最佳加工方向。专利CN201010598282.1公开了一种基于切削力波动特性的单晶材料切削方法及微调刀架，可以实现单晶材料切削过程中切削方向的调整，但是仍不能确定哪个切削方向为最优加工方向。
单晶晶圆加工成芯片后，为了使用，需要将连在一起的芯片切削分成单个芯片，在对单晶晶圆进行切削加工时，很容易出现崩边的情况，进而降低芯片的机械强度，因此确定单晶晶圆的最优划片方向是很有意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种单晶晶圆最优划片方向的确定方法，能够得到单晶晶圆划片加工中的最优加工方向，减小崩边的尺寸，提高加工质量和晶圆的利用率。
本发明采用的技术方案为：一种单晶晶圆最优划片方向的确定方法，包括如下步骤：
a．选取单晶晶圆样品，在单晶晶圆样品的表面随机选取两个与单晶晶圆样品要加工的切削方向平行的两条线，分别作为正向测试条和反向测试条；
b．对单晶晶圆样品进行单颗磨粒划擦实验，即使用磨料分别沿着单晶晶圆表面上的正向测试条和反向测试条进行划擦试验，且对正向测试条和反向测试条的划擦方向相反，得到沿着两个相反方向划擦后的单晶晶圆样品；
c．通过检测设备对单晶晶圆样品表面的两条划痕的表面形貌进行检测；
d．观察两个划痕表面的裂纹形式及影响区的宽度，确定裂纹影响区的宽度相对小的划擦方向为最优的划片方向。
优选的，在所述的步骤a中，单晶晶圆样品采用能用作衬底的单晶材料。
优选的，在所述的步骤a中，要加工的切削方向是指单晶晶圆被做成芯片后芯片排布的特定划片方向。
优选的，在所述的步骤b中，使用的磨料的硬度大于单晶晶圆样品的硬度。
优选的，在所述的步骤b中，使用的磨料为被加工成的规则形状的压头。
优选的，在所述的步骤b中，使用磨料分别沿着单晶晶圆表面上的正向测试条和反向测试条进行划擦试验时，保持划擦深度一致。
优选的，在所述的步骤c中，所述的检测设备为表面形貌检测设备。
本发明的有益效果是：本发明通过单颗磨粒划擦实验，首先在单晶晶圆表面上选择两条与切削方向平行的两条线作为正向测试条和反向测试条，并用磨料在两个测试条上进行相反方向地划擦，然后用检测设备对两条划痕的表面形貌进行检测，能观察到两个划痕表面的裂纹形式和裂纹影响区，通过对比确定裂纹影响区宽度相对小的划痕的划擦方向为最优划片方向，本发明所提供的最优划片方向的确定方法能够用于单晶晶圆加工成芯片后将连在一起的芯片分成单个芯片的应用中，能够确定最优加工方向，减少崩边的尺寸，提高加工质量和晶圆的利用率。
附图说明
图1为本发明所述正向划擦后的划痕表面形貌图；
图2为本发明所述逆向划擦后的划痕表面形貌图；
图3为本发明所述沿着与正向划擦相同的方向进行切割后的表面形貌图；
图4为本发明所述沿着与逆向划擦相同的方向进行切割后的表面形貌图。
具体实施方式
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。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，都属于本发明保护的范围。
本发明包括如下步骤：
a．选取单晶晶圆样品，在单晶晶圆样品的表面随机选取两个与单晶晶圆样品要加工的切削方向平行的两条线，分别作为正向测试条和反向测试条；
b．对单晶晶圆样品进行单颗磨粒划擦实验，即使用磨料分别沿着单晶晶圆表面上的正向测试条和反向测试条进行划擦试验，且对正向测试条和反向测试条的划擦方向相反，得到沿着两个相反方向划擦后的单晶晶圆样品，规定沿着正向测试条划擦的方向为正向划擦，沿着反向测试条划擦的方向为逆向划擦；
c．通过检测设备对单晶晶圆样品表面的两条划痕的表面形貌进行检测；
d．观察两个划痕表面的裂纹形式及影响区的宽度，确定裂纹影响区的宽度相对小的划擦方向为最优的划片方向。
在所述的步骤a中，单晶晶圆样品采用能用作衬底的单晶材料，如蓝宝石、氮化镓、碳化硅、砷化镓和氮化铝。
在所述的步骤a中，要加工的切削方向是指单晶晶圆被做成芯片后芯片排布的特定划片方向。
在所述的步骤b中，使用的磨料的硬度大于单晶晶圆样品的硬度，如金刚石、cBN，便于对单晶晶圆进行划擦。
在所述的步骤b中，使用的磨料为被加工成的规则形状的压头，便于装夹和使用，如球形、锥形、三棱锥形和四棱锥形。
在所述的步骤b中，使用磨料分别沿着单晶晶圆表面上的正向测试条和反向测试条进行划擦试验时，保持划擦深度一致，避免由于深度不一致对划擦试验造成的影响。
在所述的步骤c中，所述的检测设备为表面形貌检测设备，如扫描电子显微镜、白光干涉仪、激光共聚焦显微镜以及三维视频显微镜。
在所述的步骤d中，观察两个划痕表面的裂纹形式和影响区的宽度具体为，先通过人为观察裂纹形式及影响区的宽度，然后通过检测设备对裂纹影响区的宽度进行测量。
下面结合实施例来具体说明：
选取作为LED衬底的C面蓝宝石晶体作为单晶晶圆样品，C面蓝宝石晶体的定位边为蓝宝石晶体的A面，在C面蓝宝石的表面随机选取两个与蓝宝石晶体的A面平行的两条线，分别作为正向测试条和反向测试条，然后对其分别进行单颗磨粒划擦实验，使用金刚石压头分别对正向测试条和反向测试条进行等深度划擦，且划擦方向相反，沿着正向测试条划擦为正向划擦，沿着反向测试条划擦为逆向划擦，选择划擦深度为3μm，速度为10m/s，得到加工后的带有两条划痕的蓝宝石晶体。
通过三维视频显微镜分别对两个划痕的表面形貌进行检测，正向划擦得到的划痕和逆向划擦得到的划痕的检测结果分别如图1和图2所示，观察裂纹形式及裂纹影响区的宽度，发现正向划擦的划痕表面的裂纹宽度明显小于逆向划擦的划痕表面的裂纹宽度，并且正向划擦的划痕两侧有明显的赫兹拖尾裂纹，像划痕两侧扩展。另外，图1和图2中的划痕两侧的白色反光区域是由于光在平行于划痕表面下方的侧向裂纹处发生反射造成的，与裂纹形式无关。因此根据试验最终确定与正向划擦相同的方向进行划片为最优划片方向。
下面进行实际的划片操作试验对上述结论进行进一步的验证：
使用尺寸为10mm×10mm×0.43mm 的抛光片作为划片来对蓝宝石晶体的A面进行切割，选取蓝宝石晶体的表面粗糙度Ra<1nm，这样可以很大程度避免由于表面缺陷而造成的随机裂纹的出现，设置划片的转速为20000rpm，进给速度为10mm/s，深度为50μm。先沿着与正向划擦方向相同的方向进行切割，然后沿着与逆向划擦方向相同的方向进行切割，切割后使用三维视频显微镜分别对两个锯缝的崩边情况进行检测，检测结果分别如图3和图4所示。从图3能看出沿着与正向划擦方向相同的方向进行切割时基本上没有发生崩碎情况，而从图4能够看出沿着与逆向划擦方向相同的方向进行切割时有明显的崩碎和剥落现象，因而能够确定沿着与正向划擦方向相同的方向进行切割为最优加工方向，验证了上述试验结果，因此本发明能够实现对划片最优加工方向的预测。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
a．选取单晶晶圆样品，在单晶晶圆样品的表面随机选取两个与单晶晶圆样品要加工的切削方向平行的两条线，分别作为正向测试条和反向测试条；
b．对单晶晶圆样品进行单颗磨粒划擦实验，即使用磨料分别沿着单晶晶圆表面上的正向测试条和反向测试条进行划擦试验，且对正向测试条和反向测试条的划擦方向相反，得到沿着两个相反方向划擦后的单晶晶圆样品；
c．通过检测设备对单晶晶圆样品表面的两条划痕的表面形貌进行检测；
d．观察两个划痕表面的裂纹形式及影响区的宽度，确定裂纹影响区的宽度相对小的划擦方向为最优的划片方向。
2.根据权利要求1所述的单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤a中，单晶晶圆样品采用能用作衬底的单晶材料。
3.根据权利要求1所述的单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤a中，要加工的切削方向是指单晶晶圆被做成芯片后芯片排布的特定划片方向。
4.根据权利要求1所述的单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤b中，使用的磨料的硬度大于单晶晶圆样品的硬度。
5.根据权利要求1所述的单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤b中，使用的磨料为被加工成的规则形状的压头。
6.根据权利要求1所述的单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤b中，使用磨料分别沿着单晶晶圆表面上的正向测试条和反向测试条进行划擦试验时，保持划擦深度一致。
7.根据权利要求1所述的单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤c中，所述的检测设备为表面形貌检测设备。
8.根据权利要求1所述的单晶晶圆最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤d中，观察两个划痕表面的裂纹形式和影响区的宽度具体为，先通过检测设备观察裂纹形式及影响区的宽度，然后通过检测设备对裂纹影响区的宽度进行测量。
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