CN113146057A - 一种半导体工件激光切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体工件激光切割方法，其在切割之前进行半导体工件的预热，并在切割时，利用喷射气体进行持续加热，以防止激光切割时，激光局部温度过高所造成变形；使用倾斜治具校正激光切割后的工件的倾角问题，使得切割后的部件为垂直侧面；利用多个气体喷射孔进行气体喷射，防止切割的部件掉落到激光正下方，防止激光损坏部件。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工件加工领域，具体为一种半导体工件激光切割方法。
背景技术
在半导体工件加工领域，经常要加工非常小的零件(如整体小于2mm，或者更小)，加工完成后，需要从基体上切除下来。例如传统的激光切割方式，具体可以参见图1，半导体工件1在水平摆放时，利用垂直的激光进行烧蚀切割，会存在锥度2A，这是由于激光切割时，上下烧蚀时间不同而造成的。其存在如下几个问题：(1)变形，激光局部温度过高所造成；(2)侧面产生倾角和毛刺；(3)切断一瞬间，切掉部分会随机掉落，掉落在激光正下方时，可能会烧蚀到其他可用部分。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种半导体工件激光切割方法，包括以下步骤：
(1)将板状的半导体工件进行预热，然后加持于工件固定部上，其中，所述工件固定部设置于倾角治具的倾斜面上，所述半导体工件的表面平行于倾斜面，且所述倾斜面相对于水平面的倾斜角为A；
(2)利用激光器发射激光进行烧蚀所述半导体工件，所述激光的入射角度竖直方向；
(3)继续烧蚀所述半导体工件，以使得所述半导体工件切割为两部分，其第一部分的切割面为垂直侧面，而第二部分的切割面为90°-2A的倾斜侧面；
(4)旋转所述倾斜治具180度，以使得第二部分相对于原位置沿着竖直方向对称设置；
(5)利用所述激光烧蚀切割掉所述第二部分的末端处，以使得所述第二部分的露出侧面形成为切割面为垂直侧面的形态。
进一步的，在步骤(5)之后，还进一步包括步骤(6)：再次旋转所述倾斜治具180度，以使得第二部分相对于上一位置沿着竖直方向对称设置；利用激光器发射激光进行烧蚀所述半导体工件，所述激光的入射角度竖直方向；继续烧蚀所述第二部分，以使得所述第二部分为两部分，其第三部分的切割面为垂直侧面，而第四部分的切割面为90°-2A的倾斜侧面。
进一步的，所述倾斜治具为楔形结构，其底面呈水平放置，且所述倾斜治具内包括气体腔，所述倾斜面上具有多个喷射孔，多个气体喷射孔连通所述气体腔。
进一步的，所述气体腔连接气体输入部，以使得激光切割时，所述多个气体喷射孔朝向所述半导体工件喷射气体。
进一步的，多个气体喷射孔的喷射气体方向垂直于半导体工件的底面。
进一步的，所述气体的温度为50-100℃。
进一步的，所述多个气体喷射孔的开口尺寸沿着所述倾斜面的爬坡方向逐渐较小。
进一步的，所述半导体工件为硅晶圆。
本发明的优点如下：
1、在切割之前进行半导体工件的预热，并在切割时，利用喷射气体进行持续加热，以防止激光切割时，激光局部温度过高所造成变形。
2、使用倾斜治具校正激光切割后的工件的倾角问题，使得切割后的部件为垂直侧面。
3、利用多个气体喷射孔进行气体喷射，防止切割的部件掉落到激光正下方，防止激光损坏部件。
附图说明
图1为现有技术的激光切割方法的示意图；其中，图1的(a)为其剖面图，(b)为其三维图；
图2为本发明的激光切割设备及其切割方法的示意图；
图3为本发明的激光切割半导体工件的剖面图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
首先参见图2，本发明提供了一种具有倾角治具13和基台11的激光切割设备。其中，倾角治具13具有一倾斜面，该倾斜面与水平面的夹角为A，其中0°<A<30°。该夹角A的2倍(即2A)为激光正对半导体工件18切割时所产生的锥度。倾斜治具13的底面水平设置于基台11上的转盘12上，以使得倾斜面的倾角为A。
基台11上伸出的转盘12支撑所述倾斜治具13，且该转盘12可以通过第一控制单元103进行旋转，该第一控制单元103可以包括电机以及控制电机的电路结构。该转盘12的设置是为了使得倾斜治具13的倾斜面转向180°，以实现切割得到的单体化部件的各个侧面均为垂直侧面。
在倾斜治具13上设置有工件装载部16，所述工件装载部16为陶瓷或不锈钢的框体结构，其内部设置有加热结构(未示出)，并且在工件装载部16的一侧包括工件固定部17，该工件固定部17用于将工件装载部16的半导体工件18伸出至便于切割的长度，并且使得半导体工件18的表面与倾斜面平行设置。该工件固定部17包括加持结构和输送结构(未示出)，该输送结构用于将工件装载部16中的半导体工件传输伸出，而加持结构用于在某一合适位置固定住所述半导体工件18。其中，该半导体工件18可以是硅晶圆等板状结构。
所述工件装载部16通过第二控制单元101实现半导体工件的预加热、传输伸出以及固定操作。第二控制单元101包括传动轴、电机、热传感器、控制电路等构成。
该设备还包括激光器100，该激光器100出射激光的角度为竖直方向，即垂直于水平面的方向。激光器100可以是氦氖激光器、二氧化碳激光器等，其能量可通过总控制器200进行控制。
特别的，所述倾斜治具13是具有气体腔14的中空结构，且在倾斜面上设置有多个与气体腔14连通的气体喷射孔15，在激光切割时，加载好的半导体工件18与气体喷射孔15喷射出的气体方向垂直。
所述气体腔14连接气体输入部102，以使得激光切割时，所述多个气体喷射孔15朝向所述半导体工件18喷射气体。多个气体喷射孔15的喷射气体方向垂直于半导体工件18的底面。特别的，当半导体工件18伸出所述倾斜治具13时，为了保持其温度，防止激光烧蚀时的局部温度过高，所喷出的气体为加热后的，其温度为50-100℃。
并且为了防止切割得到的单体化部件落到倾斜面上，而产生的损坏问题，所述多个气体喷射孔15的开口尺寸沿着所述倾斜面的爬坡方向逐渐较小，这样切割后得到的单体化工件可以飞出到远离工件装载部16的一侧，且可以使得切割过程的碎屑被清除。
此外，总控制器200控制第一控制单元103、气体输入部102、第二控制单元101以及激光器100。总控制器200可以是中间处理器，其最终实现切割设备的自动化运行。此外，切割设备可以包括CCD对准部，单体化部件收集部。
基于上述激光切割设备，本发明还提供了一种防止出现锥度的半导体工件激光切割方法，具体包括以下步骤：
(1)将板状的半导体工件进行预热，然后加持于工件固定部上，其中，所述工件固定部设置于倾角治具的倾斜面上，所述半导体工件的表面平行于倾斜面，且所述倾斜面相对于水平面的倾斜角为A；
(2)利用激光器发射激光进行烧蚀所述半导体工件，所述激光的入射角度竖直方向；
(3)继续烧蚀所述半导体工件，以使得所述半导体工件切割为两部分，其第一部分的切割面为垂直侧面，而第二部分的切割面为90°-2A的倾斜侧面；
(4)旋转所述倾斜治具180度，以使得第二部分相对于原位置沿着竖直方向对称设置；
(5)利用所述激光烧蚀切割掉所述第二部分的末端处，以使得所述第二部分的露出侧面形成为切割面为垂直侧面的形态。
具体的，将板状的半导体工件18放置于工件装载部16中进行预热。预热温度可以是例如100-250℃。然后通过工件固定部17将半导体工件18伸出并固定至工件固定部17上。其中，所述工件固定部17设置于倾角治具13的倾斜面上，所述半导体工件18的表面平行于倾斜面，且所述倾斜面相对于水平面的倾斜角为A。
接着，利用气体输送部102向气体腔14内输入气体，并利用气体喷射孔15朝向所述半导体工件18垂直喷射出气体，该气体为空气或氮气等。其中，该气体腔14通过工件装载部16的加热结构进行预热气体，以使得喷射出的气体温度大致在50-100℃。
然后，利用激光器100发射激光进行烧蚀所述半导体工件18，所述激光的入射角度竖直方向，参见图2和图3，其中该激光器100受总控制器200的控制，以发出合适能量的激光。继续烧蚀所述半导体工件18，以使得所述半导体工件18切割为两部分，参见图3，其第一部分的切割面为垂直侧面(90°)，而第二部分的切割面为90°-2A的倾斜侧面。其中第二部分需要切割其末端得到非直角侧面部分，即图3的虚线与倾斜侧面所围成的部分。
其中，第一部分即为单体化的功能部件，该功能部件被气体吹起，防止切割得到的单体化功能部件落到倾斜面上，而产生的损坏问题，并且，单体化的功能部件可以飞出到远离工件装载部16的一侧而被收集。
然后利用第一控制单元103控制所述转盘12，以旋转所述倾斜治具180度，以使得第二部分相对于原位置沿着竖直方向对称设置。即在初始位置时，倾斜面朝左爬升，在旋转之后，倾斜面朝右爬升。
再利用所述激光器100的激光烧蚀切割掉所述第二部分的末端处，以使得所述第二部分的露出侧面形成为切割面为垂直侧面的形态。
接着，再次旋转所述倾斜治具13接近于180度，以使得第二部分相对于上一位置沿着竖直方向对称设置；利用激光器100发射激光进行烧蚀所述半导体工件18，所述激光的入射角度竖直方向；继续烧蚀所述第二部分，以使得所述第二部分为两部分，其第三部分的切割面为垂直侧面，而第四部分的切割面为90°-2A的倾斜侧面。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种半导体工件激光切割方法，包括以下步骤：
(1)将板状的半导体工件进行预热，然后加持于工件固定部上，其中，所述工件固定部设置于倾角治具的倾斜面上，所述半导体工件的表面平行于倾斜面，且所述倾斜面相对于水平面的倾斜角为A；
(2)利用激光器发射激光进行烧蚀所述半导体工件，所述激光的入射角度为竖直方向；
(3)继续烧蚀所述半导体工件，以使得所述半导体工件切割为两部分，其第一部分的切割面为垂直侧面，而第二部分的切割面为90°-2A的倾斜侧面；
(4)旋转所述倾斜治具180度，以使得第二部分相对于原位置沿着竖直方向对称设置；
(5)利用所述激光烧蚀切割掉所述第二部分的末端处，以使得所述第二部分的露出侧面形成为切割面为垂直侧面的形态。
2.根据权利要求1所述的半导体工件激光切割方法，其特征在于：在步骤(5)之后，还进一步包括步骤(6)：再次旋转所述倾斜治具180度，以使得第二部分相对于上一位置沿着竖直方向对称设置；利用激光器发射激光进行烧蚀所述半导体工件，所述激光的入射角度竖直方向；继续烧蚀所述第二部分，以使得所述第二部分为两部分，其第三部分的切割面为垂直侧面，而第四部分的切割面为90°-2A的倾斜侧面。
3.根据权利要求1所述的半导体工件激光切割方法，其特征在于：所述倾斜治具为楔形结构，其底面呈水平放置，且所述倾斜治具内包括气体腔，所述倾斜面上具有多个喷射孔，多个气体喷射孔连通所述气体腔。
4.根据权利要求3所述的半导体工件激光切割方法，其特征在于：所述气体腔连接气体输入部，以使得激光切割时，所述多个气体喷射孔朝向所述半导体工件喷射气体。
5.根据权利要求4所述的半导体工件激光切割方法，其特征在于：多个气体喷射孔的喷射气体方向垂直于半导体工件的底面。
6.根据权利要求5所述的半导体工件激光切割方法，其特征在于：所述气体的温度为50-100℃。
7.根据权利要求6所述的半导体工件激光切割方法，其特征在于：所述多个气体喷射孔的开口尺寸沿着所述倾斜面的爬坡方向逐渐较小。
8.根据权利要求1所述的半导体工件激光切割方法，其特征在于：所述半导体工件为硅晶圆。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114473247A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-05-13 | 广东中科微精光子制造科技有限公司 | 激光切割装置及激光切割方法 |
| CN115519264A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-27 | 四川本钻科技有限公司 | 一种激光器切割单晶金刚石晶体用补偿夹具及使用方法 |
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2021
- 2021-03-04 CN CN202110222105.1A patent/CN113146057A/zh active Pending
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