CN111843230A - 一种硅晶圆的激光隐切工艺及切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅晶圆的激光隐切工艺，包括切割预制，切割作业及扩片作业等三个步骤。所使用的硅晶圆的激光隐切装置包括定位基架、工作台、定位槽、夹具、直线驱动导轨、三轴位移台、三维转台、承载台、激光标线仪、激光切割装置、升降驱动机构、温度传感器、压力传感器、位移传感器及驱动电路。本发明一方面加工工艺简单易掌握、且规范性，可有效提高硅晶圆加工作业工作效率和精度；另一方面在加工作业设备结构简单，运行自动化程度及作业精度高，并有效的克服了传统工艺及设备硅晶圆加工中严重物料浪费及硅晶圆加工中产生微裂纹及崩边的弊端，从而极大的提高了硅晶圆产品加工作业的精度和加工效率，并有助于降低降低成本。

Description

一种硅晶圆的激光隐切工艺及切割装置

技术领域

本发明涉及一种硅晶圆切割工艺及设备，属激光微加工领域。

背景技术

目前在进行硅晶圆加工制备作业中，所采用的传统加工工艺往往均是通过激光或金刚石刀轮首先对晶棒进行裁切，然后通过金刚石刀轮对切割后的晶圆毛坯件进行研磨，从而得到成品硅晶圆产品，虽然传统的加工工艺可以满足使用的需要，但一方面导致硅晶圆加工中物料损耗严重，且加工工艺复杂，加工效率低下；另一方面直接通过金刚石刀轮在对硅晶圆加工中，直接与晶棒及晶圆毛坯件表面接触，从而导致硅晶圆微裂纹及崩边现象严重，同时由于刀轮的 V 型或者 U 型结构，由于刀轮自身结构限制而无法切割 20 微米以下的超窄切割道的硅片，从而严重限制了硅晶圆切割加工作业的精度，难以有效满足使用的需要。

因此针对这一现状，需要开发一种全新的以克服传统工艺及设备在进行硅晶圆切割中的缺陷，提高硅晶圆加工作业的工作效率和精度。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种全新的一种硅晶圆的激光隐切工艺及切割装置，以克服传统工艺及设备在进行硅晶圆切割中的缺陷，提高硅晶圆加工作业的工作效率和精度。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种硅晶圆的激光隐切工艺，包括以下步骤：

S1，切割预制，首先将待切割硅晶圆通过定位机构安装定位，并使待切割硅晶圆与水平面平行分布，然后根据切割作业需要，设定待切割硅晶圆的切割路径并沿着切割路径设定若干爆裂点位置，然后对待切割硅晶圆的切割作业面上对切割路径及爆裂点进行激光标记，同时对待切割硅晶圆的切割作业面持续进行温度采集作业；

S2，切割作业，根据S1步骤设定的切割路径和爆裂点位置，首先调整激光切割器激光光束的偏振比、激光波长及激光器功率值，然后根据设定后的参数使激光切割器激光光束沿S1步骤设定的切割路径和爆裂点位置进行切割作业，在切割过程中，激光切割器激光光束光轴与待切割硅晶圆上端面垂直分布，并根据待切割硅晶圆的切割作业面温度变化对待切割硅晶圆侧表面及下表面进行强制降温作业，使待切割硅晶圆的切割作业面温度不大室温10℃，完成切割作业后激光切割器待机并保持待切割硅晶圆加持定位状态不变；

S3，扩片作业，完成S2步骤切割作业后，对切割路径两侧位置的硅晶圆同时施加大小相同、方向相反的驱动作用力，从而实现对切割后的硅晶圆进行扩片作业，然后对扩片后的硅晶圆的切割面及外表面同时进行净化处理，即可得到成品切割后的硅晶圆产品。

进一步的，所述的S1步骤中，设定的爆裂点间间距为1—20μm，大小为1—10μm，深度为待切割硅晶圆厚度的20%—80%，此外，所述爆裂点的纵向长度为待切割硅晶圆厚度的10%—20%，。

进一步的，所述的S1步骤中，在对待切割硅晶圆通过定位机构安装定位时，待切割硅晶圆下端面粘贴一层蓝膜。

进一步的，所述的蓝膜轴向截面呈“凵”字形并与待切割硅晶圆同轴分布的槽状结构，且蓝膜深度不大于待切割硅晶圆厚度的1/3。

进一步的，所述的S2步骤中，激光切割器激光光束偏振比不小于50:1，波长不小于1000nm，爆裂点位置处能量值为0.1—100μj，激光光束宽度不大于10 nm。

一种硅晶圆的激光隐切装置，包括定位基架、工作台、定位槽、夹具、直线驱动导轨、三轴位移台、三维转台、承载台、激光标线仪、激光切割装置、升降驱动机构、温度传感器、压力传感器、位移传感器及驱动电路，所述定位基架为横断面为矩形的框架结构，所述工作台嵌于定位基架内并与定位基架同轴分布，其下端面通过至少两个升降驱动机构与定位基架底部连接并与定位基架侧表面滑动连接，所述定位槽为横断面为呈“L”型的槽状结构，其下端面与工作台上端面平行分布并通过直线驱动导轨与工作台上端面滑动连接，所述定位槽中，两个定位槽构成一个承载组，同一承载组内的承载槽间对称分布且间距为0—5厘米，且当两个承载槽间间距为0时，两个承载槽构成轴向截面呈“凵”字形且轴线与工作台上端面垂直分布的槽状结构，所述夹具若干，环绕承载槽轴线进步在承载槽内并与承载槽侧壁连接，所述承载台通过三轴位移台与定位基架顶部下端面连接，且承载台前端面通过三维转台分别激光标线仪、激光切割装置连接，其中激光切割装置与承载台同轴分布，所述激光标线仪至少两个，环绕激光切割装置轴线均布，所述激光标线仪、激光切割装置光轴与工作台上端面呈30°—90°夹角，所述温度传感器数量与定位槽数量一致，每个定位槽上端面均通过弹性铰链与一个温度传感器铰接，所述压力传感器、位移传感器分别位于定位槽下端面与直线驱动导轨处，并与定位槽下端面连接，所述驱动电路嵌于定位基架外表面，并分别与夹具、直线驱动导轨、三轴位移台、三维转台、承载台、激光标线仪、激光切割装置、升降驱动机构、温度传感器、压力传感器、位移传感器电气连接。

进一步的，所述的定位槽下端面通过滑块与直线驱动导轨滑动连接，且所述压力传感器、位移传感器均与滑块连接。

进一步的，所述的定位槽下端面均布若干与定位槽下端面平行分布的导热管，且所述导热管对应的工作台上端面设半导体制冷机构，所述半导体制冷机构与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的升降驱动机构为电动伸缩杆机构、电动机驱动齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构及电磁伸缩杆机构中的任意一种。

进一步的，所述的驱动电路为基于可编程控制器、物联网控制器中任意一种为基础的电路系统。

本发明一方面加工工艺简单易掌握、且规范性，可有效提高硅晶圆加工作业工作效率和精度；另一方面在加工作业设备结构简单，运行自动化程度及作业精度高，并有效的克服了传统工艺及设备硅晶圆加工中严重物料浪费及硅晶圆加工中产生微裂纹及崩边的弊端，从而极大的提高了硅晶圆产品加工作业的精度和加工效率，并有助于降低降低成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明工艺流程示意图；

图2为本发明结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种硅晶圆的激光隐切工艺，包括以下步骤：

S1，切割预制，首先将待切割硅晶圆通过定位机构安装定位，并使待切割硅晶圆与水平面平行分布，然后根据切割作业需要，设定待切割硅晶圆的切割路径并沿着切割路径设定若干爆裂点位置，然后对待切割硅晶圆的切割作业面上对切割路径及爆裂点进行激光标记，同时对待切割硅晶圆的切割作业面持续进行温度采集作业；

S2，切割作业，根据S1步骤设定的切割路径和爆裂点位置，首先调整激光切割器激光光束的偏振比、激光波长及激光器功率值，然后根据设定后的参数使激光切割器激光光束沿S1步骤设定的切割路径和爆裂点位置进行切割作业，在切割过程中，激光切割器激光光束光轴与待切割硅晶圆上端面垂直分布，并根据待切割硅晶圆的切割作业面温度变化对待切割硅晶圆侧表面及下表面进行强制降温作业，使待切割硅晶圆的切割作业面温度不大室温10℃，完成切割作业后激光切割器待机并保持待切割硅晶圆加持定位状态不变；

S3，扩片作业，完成S2步骤切割作业后，对切割路径两侧位置的硅晶圆同时施加大小相同、方向相反的驱动作用力，从而实现对切割后的硅晶圆进行扩片作业，然后对扩片后的硅晶圆的切割面及外表面同时进行净化处理，即可得到成品切割后的硅晶圆产品。

重点说明的，所述的S1步骤中，设定的爆裂点间间距为1—20μm，大小为1—10μm，深度为待切割硅晶圆厚度的20%—80%，此外，所述爆裂点的纵向长度为待切割硅晶圆厚度的10%—20%，。

同时，所述的S1步骤中，在对待切割硅晶圆通过定位机构安装定位时，待切割硅晶圆下端面粘贴一层蓝膜，且所述的蓝膜轴向截面呈“凵”字形并与待切割硅晶圆同轴分布的槽状结构，且蓝膜深度不大于待切割硅晶圆厚度的1/3。

与此同时，所述的S2步骤中，激光切割器激光光束偏振比不小于50:1，波长不小于1000nm，爆裂点位置处能量值为0.1—100μj，激光光束宽度不大于10 nm。

如图2所示，一种硅晶圆的激光隐切装置，包括定位基架1、工作台2、定位槽3、夹具4、直线驱动导轨5、三轴位移台6、三维转台7、承载台8、激光标线仪9、激光切割装置10、升降驱动机构11、温度传感器12、压力传感器13、位移传感器14及驱动电路15，所述定位基架1为横断面为矩形的框架结构，所述工作台2嵌于定位基架1内并与定位基架1同轴分布，其下端面通过至少两个升降驱动机构11与定位基架1底部连接并与定位基架1侧表面滑动连接，所述定位槽3为横断面为呈“L”型的槽状结构，其下端面与工作台2上端面平行分布并通过直线驱动导轨5与工作台2上端面滑动连接，所述定位槽3中，两个定位槽3构成一个承载组，同一承载组内的承载槽3间对称分布且间距为0—5厘米，且当两个承载槽3间间距为0时，两个承载槽3构成轴向截面呈“凵”字形且轴线与工作台2上端面垂直分布的槽状结构，所述夹具4若干，环绕承载槽3轴线进步在承载槽3内并与承载槽3侧壁连接，所述承载台8通过三轴位移台7与定位基架1顶部下端面连接，且承载台8前端面通过三维转台7分别激光标线仪9、激光切割装置10连接，其中激光切割装置10与承载台8同轴分布，所述激光标线仪9至少两个，环绕激光切割装置10轴线均布，所述激光标线仪9、激光切割装置10光轴与工作台2上端面呈30°—90°夹角，所述温度传感器12数量与定位槽3数量一致，每个定位槽3上端面均通过弹性铰链16与一个温度传感器12铰接，所述压力传感器13、位移传感器14分别位于定位槽3下端面与直线驱动导轨5处，并与定位槽3下端面连接，所述驱动电路15嵌于定位基架1外表面，并分别与夹具4、直线驱动导轨5、三轴位移台6、三维转台7、承载台8、激光标线仪9、激光切割装置10、升降驱动机构11、温度传感器12、压力传感器13、位移传感器14电气连接。

其中，所述的定位槽3下端面通过滑块17与直线驱动导轨5滑动连接，且所述压力传感器13、位移传感器14均与滑块17连接。

需要特别说明的，所述的定位槽3下端面均布若干与定位槽3下端面平行分布的导热管18，且所述导热管18对应的工作台3上端面设半导体制冷机构19，所述半导体制冷机构19与驱动电路15电气连接。

进一步优化的，所述的升降驱动机构11为电动伸缩杆机构、电动机驱动齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构及电磁伸缩杆机构中的任意一种。

进一步的，所述的驱动电路15为基于可编程控制器、物联网控制器中任意一种为基础的电路系统。

本发明一方面加工工艺简单易掌握、且规范性，可有效提高硅晶圆加工作业工作效率和精度；另一方面在加工作业设备结构简单，运行自动化程度及作业精度高，并有效的克服了传统工艺及设备硅晶圆加工中严重物料浪费及硅晶圆加工中产生微裂纹及崩边的弊端，从而极大的提高了硅晶圆产品加工作业的精度和加工效率，并有助于降低降低成本。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种硅晶圆的激光隐切工艺，其特征在于：所述的硅晶圆的激光隐切工艺包括以下步骤：

S1，切割预制，首先将待切割硅晶圆通过定位机构安装定位，并使待切割硅晶圆与水平面平行分布，然后根据切割作业需要，设定待切割硅晶圆的切割路径并沿着切割路径设定若干爆裂点位置，然后对待切割硅晶圆的切割作业面上对切割路径及爆裂点进行激光标记，同时对待切割硅晶圆的切割作业面持续进行温度采集作业；

S2，切割作业，根据S1步骤设定的切割路径和爆裂点位置，首先调整激光切割器激光光束的偏振比、激光波长及激光器功率值，然后根据设定后的参数使激光切割器激光光束沿S1步骤设定的切割路径和爆裂点位置进行切割作业，在切割过程中，激光切割器激光光束光轴与待切割硅晶圆上端面垂直分布，并根据待切割硅晶圆的切割作业面温度变化对待切割硅晶圆侧表面及下表面进行强制降温作业，使待切割硅晶圆的切割作业面温度不大室温10℃，完成切割作业后激光切割器待机并保持待切割硅晶圆加持定位状态不变；

S3，扩片作业，完成S2步骤切割作业后，对切割路径两侧位置的硅晶圆同时施加大小相同、方向相反的驱动作用力，从而实现对切割后的硅晶圆进行扩片作业，然后对扩片后的硅晶圆的切割面及外表面同时进行净化处理，即可得到成品切割后的硅晶圆产品。

2.根据权利要求1所述的一种硅晶圆的激光隐切工艺，其特征在于：所述的S1步骤中，设定的爆裂点间间距为1—20μm，大小为1—10μm，深度为待切割硅晶圆厚度的20%—80%，此外，所述爆裂点的纵向长度为待切割硅晶圆厚度的10%—20%，。

3.根据权利要求1所述的一种硅晶圆的激光隐切工艺，其特征在于：所述的S1步骤中，在对待切割硅晶圆通过定位机构安装定位时，待切割硅晶圆下端面粘贴一层蓝膜。

4.根据权利要求3所述的一种硅晶圆的激光隐切工艺，其特征在于：所述的蓝膜轴向截面呈“凵”字形并与待切割硅晶圆同轴分布的槽状结构，且蓝膜深度不大于待切割硅晶圆厚度的1/3。

5.根据权利要求1所述的一种硅晶圆的激光隐切工艺，其特征在于：所述的S2步骤中，激光切割器激光光束偏振比不小于50:1，波长不小于1000nm，爆裂点位置处能量值为0.1—100μj，激光光束宽度不大于10 nm。

6.一种硅晶圆的激光隐切装置，其特征在于：所述硅晶圆的激光隐切装置包括定位基架、工作台、定位槽、夹具、直线驱动导轨、三轴位移台、三维转台、承载台、激光标线仪、激光切割装置、升降驱动机构、温度传感器、压力传感器、位移传感器及驱动电路，所述定位基架为横断面为矩形的框架结构，所述工作台嵌于定位基架内并与定位基架同轴分布，其下端面通过至少两个升降驱动机构与定位基架底部连接并与定位基架侧表面滑动连接，所述定位槽为横断面为呈“L”型的槽状结构，其下端面与工作台上端面平行分布并通过直线驱动导轨与工作台上端面滑动连接，所述定位槽中，两个定位槽构成一个承载组，同一承载组内的承载槽间对称分布且间距为0—5厘米，且当两个承载槽间间距为0时，两个承载槽构成轴向截面呈“凵”字形且轴线与工作台上端面垂直分布的槽状结构，所述夹具若干，环绕承载槽轴线进步在承载槽内并与承载槽侧壁连接，所述承载台通过三轴位移台与定位基架顶部下端面连接，且承载台前端面通过三维转台分别激光标线仪、激光切割装置连接，其中激光切割装置与承载台同轴分布，所述激光标线仪至少两个，环绕激光切割装置轴线均布，所述激光标线仪、激光切割装置光轴与工作台上端面呈30°—90°夹角，所述温度传感器数量与定位槽数量一致，每个定位槽上端面均通过弹性铰链与一个温度传感器铰接，所述压力传感器、位移传感器分别位于定位槽下端面与直线驱动导轨处，并与定位槽下端面连接，所述驱动电路嵌于定位基架外表面，并分别与夹具、直线驱动导轨、三轴位移台、三维转台、承载台、激光标线仪、激光切割装置、升降驱动机构、温度传感器、压力传感器、位移传感器电气连接。

7.根据权利要求6所述的一种硅晶圆的激光隐切装置，其特征在于：所述的定位槽下端面通过滑块与直线驱动导轨滑动连接，且所述压力传感器、位移传感器均与滑块连接。

8.根据权利要求6所述的一种硅晶圆的激光隐切装置，其特征在于：所述的定位槽下端面均布若干与定位槽下端面平行分布的导热管，且所述导热管对应的工作台上端面设半导体制冷机构，所述半导体制冷机构与驱动电路电气连接。

9.根据权利要求6所述的一种硅晶圆的激光隐切装置，其特征在于：所述的升降驱动机构为电动伸缩杆机构、电动机驱动齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构及电磁伸缩杆机构中的任意一种。

10.根据权利要求6所述的一种硅晶圆的激光隐切装置，其特征在于：所述的驱动电路为基于可编程控制器、物联网控制器中任意一种为基础的电路系统。

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