CN113369677B - 晶圆切割方法及切割设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的晶圆切割方法，通过提供的晶圆切割设备实施，包括了S10预处理步骤、S20切割道中心定位步骤、S30第一激光装置定位步骤、S40第一开槽步骤、S50第二开槽步骤、S60第三开槽步骤、S70第二激光装置定位步骤、S80激光槽开槽步骤和S90切割步骤。通过采用单束窄激光分层次开槽，从而形成激光槽，然后再进行切割的工艺，有效解决了现有氮化镓基晶圆切割工艺存在的容易导致芯片失效的问题。

Description

晶圆切割方法及切割设备
技术领域
本发明涉及晶圆切割技术领域，尤其涉及使用激光对晶圆进行切割的切割方法及切割设备。
背景技术
随着科学技术的发展，如第五代移动通信(5G)、新能源等，对芯片所要适应的环境变化也越来越苛刻，如抗高压、抗高温、抗辐射、承载大功率等，传统的芯片在这些领域已经不能满足要求。为适应这种需求，以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体芯片材料得到巨大的发展。
氮化镓是一种直接能隙(direct bandgap)的新型半导体材料。对比硅，氮化镓的禁带宽度大3倍，饱和电子漂移速度大3倍，电子迁移速率为1.5倍，击穿场强高10倍，热导率高2倍。氮化镓对比氮化硅半导体材料来说也具有更高的带隙(3.4电子伏特)和更高电子迁移率。因此使用氮化镓基芯片可以降低50％以上的能量损失，同时可以减少75％以上的体积。目前以氮化镓基芯片的半导体器件已经在要求高功率、高速的光电领域、快速充电器上得到了应用。
随着电子技术的发展，消费者对电子产品提出小、轻、薄、功能更强大、能耗更低、高放大效率和快速散热等需求。而这些需求的满足更要求芯片具有多功能化、精密化和更高集成化。因此，对使用第三代半导体材料制作的芯片的需求也将越来越多。
由于对第三代半导体材料(如氮化镓)的芯片要求其能工作在高压、高温、辐射、需承载大功率等特性环境中，因此对此类半导体器件的封装工艺提出了更高的要求。其中，尤其是在封装的晶圆切割方面，传统的采用晶圆刀片切割的工艺存在晶圆崩边、正面脱皮、侧面微暗裂、晶圆破裂等芯片切割质量问题，以及逆刀、断刀等可靠性方面问题，逐步被市场所淘汰。代替传统的采用晶圆刀片切割的工艺，现有技术对第三代半导体材料的晶圆进行切割，主要采用双束激光开槽工艺。具体操作如下，通过激光装置产生两束激光。两束激光的距离接近切割道的宽度。然后通过反复烧融在切割道的边缘开出两道开口槽，再采用宽激光束在开口槽之间反复烧融，从而使得相邻切割道之间的芯片分割开。具体的技术细节可参阅本申请人在先申请的公开号为CN109352185A《氮化硅基晶圆的激光分束切割方法》。但是发明人在使用上述现有技术方案对氮化镓基晶圆切割时还是存在一些问题。由于氮化镓基晶圆的特殊工艺，如图1所示，其在切割道有各种测试用的金属区域，金属区域之间填充几层透明的物质，因此在同一切割道存在不同高度的区域。采用双束激光在同一位置来回烧融工艺，由于同一束激光的能量固定，其不能满足各个不同区域能量消融的需求。一次性能量过高在氮化镓晶圆正面会造成严重的气泡裂痕、崩边和脱皮等问题(如图5)；多次性能量集中在同一个区域会导致热损伤区域较大，造成氮化镓基芯片性能失效。
发明内容
本发明实施例针对现有技术提供的氮化镓基晶圆切割工艺进行改进，通过采用单束窄激光分层次开槽，从而形成激光槽，有效解决了现有氮化镓基晶圆切割工艺存在晶圆正面严重的气泡裂痕、崩边和脱皮等问题以及易导致芯片失效的问题。
本发明实施例提供的晶圆的切割方法，用于切割第三代半导体材料(如氮化镓)为基底的晶圆，包括以下步骤：
S10：对所述晶圆进行预处理；
S20：将所述晶圆固定在切割平台，并对所述晶圆进行定位，以确定所述晶圆的每个切割道的切割道中心；
S30：使得激光装置位于第一切割道的第一边缘上；
S40：控制所述激光装置产生具有能量E1的第一窄激光束，所述第一窄激光束的中心与切割道中心的距离为D1，所述第一窄激光束的宽度为d1,控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第一切割道的第一边缘开设第一开口槽；
S50:控制所述激光装置产生具有能量E2的第二窄激光束，所述第二窄激光束的中心与切割道中心的距离为D2，所述第二窄激光束的宽度为d2,其中，D1>D2，且(d1+d2)/2>D1-D2,E2>E1；控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第一开口槽延伸方向开设第二开口槽；
S60:控制所述激光装置产生具有能量E3的第三窄激光束，所述第三窄激光束的中心与切割道中心的距离为D3，所述第三窄激光束的宽度为d3,其中，D2>D3，且(d2+d3)/2>D2-D3，能量E3>能量E2；控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第二开口槽延伸方向开设第三开口槽；
S70：控制激光装置位于第一切割道的第二边缘上；所述第一边缘与所述第二边缘分居所述第一切割道的切割道中心两侧且均与所述切割道中心平行；
重复所述步骤S40至S60,沿所述第二边缘开设出第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽；
S80：控制所述激光装置位于第一切割道的切割道中心处，控制所述激光装置产生具有能量E4的宽激光束，所述宽激光束的宽度为d4，满足2D3<d4<2D1,E4>E3，控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述切割道中心延伸方向形成激光槽；
重复步骤S30至步骤S80，沿每个切割道的切割道中心形成激光槽。
本发明实施例提供的晶圆切割方法，第一次使用窄激光束只针对晶圆上表面特有的透明材质开出一个低能量软化槽，第一次窄激光束只针对透明材质的顶层钝化层1/2/3物质；第二次使用窄激光束在第一次开的软化槽的基础上往切割道中心方向平移一定的位置做中等能量半切割槽，第二次针对切割道顶部的金属层和中层透明材质的电解质层2/电解质层1等物质。在第二次能量消融中汽化的能量可以通过第一开口槽释放出来，有效避免了高能量对透明层的破坏。第三次窄激光束在第二开口槽位置基础上再往切割道中心位置平移一定距离的位置做更高能量开槽，这次开槽针对顶部的金属层和底部透明材质的L ID层及氮化镓层等物质。第三次高能量消融汽化的能量可以通过第二开口槽处释放出来。这样既可以有效避免过高能量对透明层的破坏，还可以对切割道底层物质及氮化镓等材质完全切透。然后用高能量宽激光束把第三开口槽之间的部分完全消融掉，形成激光槽，消融过程中的汽化能量从第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽的共同形成的开口槽处释放。为最后沿激光槽的中央把剩下的纯硅部分使用另外设置的机械切割设备切割分离，能将晶圆上的芯片分离做好准备。能很好地在切割过程中保护好芯片，使得芯片不容易失效。经本发明晶圆切割方法切割的晶圆，正面没有出现气泡裂痕、崩边和脱皮等问题。
优选地，S90：依次沿每个激光槽进行切割，将所述晶圆切透，从而将晶圆分成一个个单独的芯片。
优选地，所述S10步骤，具体包括：
在所述晶圆背面贴上蓝膜，并将所述晶圆固定在金属圈上；在所述晶圆的正面覆盖一层保护液。通过覆盖保护液，使得后续处理过程中产生的残留物不会直接粘附在晶圆表面，对芯片造成影响和破坏。
进一步，在将晶圆固定在金属圈中(如铁圈)中前，还可以包括对晶圆的背部进行减薄的步骤，以便将晶圆整体减薄至预设的厚度。以减少后续切割时的时间。
优选地，所述步骤S90之后还包括步骤S100：对所述晶圆正面覆盖的保护液、保护液上的残留物、以及切割后残留在芯片之间的残留物进行清洗。通过清洗，以清除附着在芯片上表面的残留物以及切割道之间的残留物，避免残留物对芯片的影响。
优选地，所述d1、d2、d3满足d1＝d2＝d3，即三次激光开槽时采用相同宽度的窄激光束，可以在三次开槽时只调节激光束的开槽能量，而不需要调节激光束的宽度，减少开槽控制的复杂度，提高切割效率。
在一个优选实施例中，D1-D2＝3um；D2-D3＝2um。其中，可以设置D1＝23um；D2＝20um；D3＝18um；d4＝39um；d1＝8.75um。
本发明实施例还提供一种晶圆切割设备，包括控制装置，分别与所述控制装置连接的激光装置、图像识别装置、切割平台和第一驱动装置，所述控制装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行程序，所述处理器运行所述可执行程序时，控制所述激光装置、图像识别装置、切割平台、切割刀具和第一驱动装置共同实现如上所述的晶圆切割方法。
本发明提供的晶圆切割设备，其硬件方面基本没有做改变，主要在于对控制晶圆工作的软件部分做了改进，使现有晶圆切割设备在新的优化后的软件控制下，能实现晶圆切割的方法，从而控制晶圆切割设备按上述方法对晶圆开设激光槽。通过改进的晶圆切割设备，通过三次窄激光束开槽以及一次宽激光束开激光槽，其对第三代半导体材料为基底的晶圆切割时，能有效保护芯片不被热量损坏。
优选地，所述激光装置包括沿光路方向依次设置的用于产生单束激光的激光发生器、用于将单束激光分成多束激光的光栅单元、用于将激光束进行聚焦的透镜和用于改变激光方向的棱镜；还包括光束转换窗口，所述光束转换窗口位于所述光栅单元和所述透镜之间，所述激光发生器和所述光束转换窗口连接控制装置，所述激光发生器在控制装置的控制下产生符合要求的单束激光，所述光束转换窗口在控制装置的控制下切换用于允许激光穿过的窗口，从而产生符合要求的窄激光或者宽激光束。
本发明实施例还公开了一种晶圆切割系统，包括机械切割设备和上述的晶圆切割设备。所述机械切割设备包括切割刀具和第二驱动装置，所述第二驱动装置驱动所述切割刀具依次沿每个激光槽进行切割，将所述晶圆切透，从而将晶圆分成一个个单独的芯片。
本发明公开的晶圆切割系统，通过晶圆切割设备开设激光槽，然后通过机械切割设备切割刀具将余留的纯硅切割，实现将晶圆分割成一个个单独的芯片。激光槽的开设通过使用上述的经验切割设备，能很好地在切割过程中保护好芯片，使得芯片不容易失效。切割好的芯片，正面没有出现气泡裂痕、崩边和脱皮等问题。
优选地，所述晶圆切割系统还包括分别独立设置的涂层台和清洗台，所述涂层台设有保护液喷涂设备，所述清洗台设置有清洗设备；还设置有转移装置，用于将所述晶圆依次从涂层台转移到所述晶圆切割设备、机械切割设备和清洗台。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为氮化镓基晶圆分层结构示意图；
图2为本发明晶圆切割方法流程示意图；
图3为本发明三次开槽激光束与切割道中心距离关系结构示意图；
图4为本发明切割道、激光槽位置关系示意图；
图5为采用现有技术切割后的氮化镓基芯片示意图；
图6为本发明晶圆切割方法后的氮化镓基芯片示意图。
图中：100、晶圆；200、氮化镓。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本申请实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本申请的技术方案，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本申请实施例提供的晶圆切割方法及晶圆切割设备用于切割第三代半导体材料(如氮化镓)为基底的晶圆。以氮化镓基晶圆为例，其具体结构如图1所示，包括位于最底层的纯硅层、氮化镓层、钝化层、电解质层1、电解质层2和钝化层1/2/3，以及嵌入钝化层中的底层金属、嵌入电解质层1中的金属层1、嵌入电解质层2中的金属层2和在钝化层1/2/3中的金属层3。其中钝化层1/2/3为氮化镓基晶圆表面特有由多种成分组成的透明材质层，其中还嵌入有用于对芯片进行测试用的金属等。上述图1中的结构以及各个结构的组成成分已经为现有技术所公开，本申请的技术方案对此没有做改进，在此不做限定。
本发明实施例提供的晶圆切割方法和晶圆切割设备，是基于本申请人在先申请的公开号为CN109352185A《氮化硅基晶圆的激光分束切割方法》技术的进一步改进。即本申请人在先申请的公开号为CN109352185A的方案是本申请的基础，本申请没有具体描述的部分，可以参阅该在先申请公开的内容。
本发明的发明人在使用如公开号为CN109352185A《氮化硅基晶圆的激光分束切割方法》的技术方案对氮化镓基芯片进行分割时，发现由于氮化镓基芯片的上表面在制造过程中会形成有由多种成分组成的透明物质，以及在其中还有用于对芯片进行测试用的金属等其他物资，导致在使用激光分割时存在以下问题：
1、由于表层物质的透明特性，当进行激光切割时，激光会通过透明物质使能量聚集到下层物质，从而使其爆裂，直接影响芯片的切割质量。
2、由于金属等其他成分也掺杂在透明物质这一结构层，而不同材质需要的激光能量各不相同，所以很难兼顾。
基于上述对现有技术存在问题的研究，本发明的发明人提供一种晶圆切割的方法。
本发明实施例提供的晶圆切割方法，是由晶圆切割设备来实施完成的。晶圆切割设备为芯片封装领域的基础设备。在使用晶圆切割设备对晶圆进行切割之前，还包括有前序处理步骤，包括对晶圆的检测、标识等。在对晶圆切割分成单个芯片后，还包括后续的多个处理步骤，如将分割后的芯片进行封装，对封装后的半导体器件进行检测等多个工序。本发明提供的技术方案主要是针对晶圆切割的设备，以及使用晶圆切割设备对晶圆进行切割的加工流程。
本发明实施例提供的晶圆切割设备，包括控制装置，分别与所述控制装置连接的激光装置、图像识别装置、切割平台和第一驱动装置。晶圆切割装置还可以包括有其他的组成部分，如用于对设备进行参数设定和运行状况进行显示的输入输出装置，电气控制装置等，本发明提供的切割设备对这些部件没有做特别的需求，因此使用现有技术提供的相应部分及其实现的功能即可。本发明提供的晶圆切割设备，所述控制装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行程序。本发明实施例提供的晶圆切割设备，重点在于根据晶圆切割加工的方法对控制设备工作的可执行软件进行改进，通过改进软件，所述处理器运行所述可执行程序时，控制所述激光装置、图像识别装置、切割平台和第一驱动装置共同实现本发明提供的晶圆切割方法。
其中，本发明提供的一个优选实施方式中，激光装置包括沿光路方向依次设置的用于产生单束激光的激光发生器、用于将单束激光分成多束激光的光栅单元、用于将激光束进行聚焦的透镜和用于改变激光方向的棱镜；还包括光束转换窗口，所述光束转换窗口位于所述光栅单元和所述透镜之间，所述激光发生器和所述光束转换窗口连接控制装置，所述激光发生器在控制装置的控制下产生符合要求的单束激光，所述光束转换窗口上设置有不同宽度的窗口，在控制装置的控制下通过切换用于允许激光穿过的窗口，从而产生符合要求的窄激光或者宽激光束。
基于上述的晶圆切割设备，还可以构建晶圆切割系统。晶圆切割系统包括晶圆切割设备，还包括有机械切割设备。机械切割设备主要是采用现有的对以硅为基底的晶圆进行机械切割的设备。目的是将已经形成有激光槽的晶圆切割分离。其包括机架、控制系统、PLC电控系统的必要组件。在实现切割分离的工作流程中，主要通过控制系统控制第二驱动装置，驱动切割刀具分别依次沿各个激光槽，将基底部分的纯硅切透，从而实现将晶圆分割成单独的芯片。当然，也可以使用其他的切割设备实现晶圆的切割。如也可通过使用激光切割等。但是使用机械切割可以更好地控制切割深度，从而使用比较简单的工艺流程即可实现在切割的时候只会切割到蓝膜的一部分，而保留一部分，使得切割分离成单个的芯片还能整体粘附在蓝膜上，而方便后续的封装工艺，如芯片贴装。
所述晶圆切割系统可包括分别独立设置的涂层台和清洗台，所述涂层台设有保护液喷涂设备，所述清洗台设置有清洗设备；还设置有转移装置，用于将所述晶圆依次从涂层台转移到所述晶圆切割设备、机械切割设备和清洗台。转移装置的一个实施例如设置为导轨。通过设置单独工作的涂层台、清洗台，既可以通过在晶圆表面喷涂一层保护液以对晶圆进行保护，在切割后进行清洗从而消除残留物对芯片的影响。同时独立的工作区之间可以并行工作，提高工作效率。
优选地，本发明实施例采用石英切割平台。石英切割平台可过滤多余的热能。在切割时获得稳定的切割深度和宽度。
本发明优选实施例提供的晶圆的切割方法，如图2、图3所示，包括以下步骤：
S10预处理步骤：对晶圆100进行预处理。预处理步骤为对晶圆做切割分离的准备工作，如将晶圆背面贴上蓝膜，并将晶圆固定在铁圈上。蓝膜牢固地粘贴在晶圆的背面，可以使得晶圆在切割分离成单个的芯片后仍然整体固定在铁圈上，方便后续通过贴片机将芯片粘贴到引线框架上。可选地，还可以预先对晶圆的背面进行打磨减薄，通过整体打磨减薄，可以减轻后续切割步骤中切割刀具切割的厚度。由于在后续切割步骤中，每一条切割道均需要切透，即一般要将切割道上的硅基底切透到蓝膜上，蓝膜也会切割一部分，如切割到蓝膜厚度的一半，从而能让每一个芯片实现分离。在预处理步骤中预先进行打磨减薄，一次性减薄晶圆的厚度，可以减少后续每次切割时的刀片切割厚度，有利于提高整体的切割效率。
在预处理步骤中，还包括喷涂保护液步骤：即在晶圆的上表面覆盖一层保护液，保护液可以使得后续激光开槽以及刀具切割步骤中产生的碎屑附着在保护液表面，而不会直接粘附在晶圆表面上。喷涂保护液步骤可在独立设置的喷涂区实施，喷涂区设置有保护液喷涂设备。通过清洗步骤可以去除保护液，从而也可以一并将保护液上的碎屑清洗掉。
一种可选的实施方式中，保护液选用Hogomax002，其具体成分如表1所示：
Figure BDA0003092760840000121
Explain:
表1
S20切割道中心定位步骤：将所述晶圆固定在切割平台，并对所述晶圆进行定位，以确定所述晶圆的每个切割道的切割道中心。在晶圆设计加工完成后，其上的芯片区和切割台都已经确定。芯片区之间的切割道成纵横交错。通过将切割道切透，就可以实现将芯片分离。晶圆切割设备的图像识别装置在控制装置的控制下，可以识别切割平台上的晶圆，并确定晶圆上的每一条切割道。如图3、图4所示，每一条切割道包括平行的第一边缘和第二边缘，第一边缘和第二边缘限定了切割道的宽度不能大于它们之间的距离。处于第一边缘与第二边缘的中心位置处，与第一边缘和第二边缘平行的线可确定为对应切割道的切割道中心。
S30第一激光装置定位步骤：使得激光装置位于第一切割道的第一边缘上。本发明实施例中，激光装置保持位置固定不动，通过控制装置控制第一驱动装置，由第一驱动装置驱动切割平台在一定的范围内沿横向和纵向移动，以及驱动切割平台做固定角度的旋转，如90度。本发明实施例中通过第一驱动装置驱动切割平台，使得切割平台上的晶圆中第一切割道的第一边缘位于激光装置的正下方。
S40第一开槽步骤：由控制装置控制所述激光装置产生具有能量E1的第一窄激光束，所述第一窄激光束的中心与切割道中心的距离为D1，所述第一窄激光束的宽度为d1,控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第一切割道的第一边缘开设第一开口槽。其中，本发明提供的优选实施例中，D1为23um，d1为8.75um。
S50第二开槽步骤:由控制装置控制所述激光装置产生具有能量E2的第二窄激光束，所述第二窄激光束的中心与切割道中心的距离为D2，所述第二窄激光束的宽度为d2,其中，D1>D2，且(d1+d2)/2>D1-D2,E2>E1；控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第一开口槽延伸方向开设第二开口槽。其中，本发明提供的优选实施例中，D2为20um，d2为8.75um。
S60第三开槽步骤:由控制装置控制所述激光装置产生具有能量E3的第三窄激光束，所述第三窄激光束的中心与切割道中心的距离为D3，所述第三窄激光束的宽度为d3,其中，D2>D3，且(d2+d3)/2>D2-D3，能量E3>能量E2；控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第二开口槽延伸方向开设第三开口槽。其中，本发明提供的优选实施例中，D3为18um，d3为8.75um。
S70第二激光装置定位步骤：控制激光装置位于第一切割道的第二边缘上。
重复所述步骤S40至S60,沿所述第二边缘开设出第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽；
S80激光槽开槽步骤：由控制装置控制所述激光装置位于第一切割道的切割道中心处，控制所述激光装置产生具有能量E4的宽激光束，所述宽激光束的宽度为d4，满足2D3<d4<2D1,E4>E3，控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述切割道中心延伸方向形成激光槽。其中，本发明提供的优选实施例中，d4为39.2um。步骤S80通过高能量的宽激光束将位于两个第三开口槽之间的部分切割，一直从最上层的钝化层1/2/3以及金属层3一直切割到氮化镓层。氮化镓层具有特殊的性能，使用刀片切割难以切割，容易出现逆刀、断刀等问题，通过使用激光切割很好地解决了这个问题。
重复步骤S30至步骤S80，沿每个切割道的切割道中心形成激光槽。
在上述步骤中，也可以分别对每一个切割道先实施步骤S40至S70，然后对每个切割道实施步骤S80。
通过循环执行步骤S40至S70，可以在每一条切割道德两个边缘开设开口槽。然后通过步骤S80，实现在每一个切割道的开口槽之间开设激光槽。从而为后续的晶圆彻底切割成单独的芯片做好准备。
S90切割步骤：依次沿每个激光槽进行切割，将所述晶圆切透，从而将晶圆分成一个个单独的芯片。通过控制装置控制第一驱动装置驱动切割平台，使得切割平台上的晶圆位于切割刀具能切割的范围内。控制切割刀具转动，同时控制切割平台分别沿纵向或横向移动，每次均使得激光槽位于切割刀具的切割范围内，使得切割刀具沿着激光槽将切割道切透，即一直切割到蓝膜层，但是不切透蓝膜层。通过使用刀片切割最下的纯硅层，既不影响切割效率，更重要的是，可以控制刀片切割到蓝膜的深度，使得既可以切透晶圆，也可以不影响蓝膜对切割后的独立的芯片的粘贴作用。
在上述的第一开槽步骤、第二开槽步骤、第三开槽步骤以及激光槽开槽步骤中，本发明实施例提供的一个实施例中，激光装置的参数设置如表2所示。
Figure BDA0003092760840000151
表2
在表2中，上半部分为本发明实施例提供的晶圆切割方法的参数设置值。下半部分为常规激光切割方案切割氮化镓基晶圆的参数设置值。
在步骤S90之后，还包括步骤S100清洗步骤：对所述晶圆正面覆盖的保护液、保护液上的残留物、以及切割后残留在芯片之间的残留物进行清洗。
如图5所示为使用现有技术切割后的氮化镓芯片结构示意图，可以看见氮化镓200断断续续，周围出现气泡裂痕、崩边和脱皮等问题。而如图6所示为使用本发明实施例提供的晶圆切割方法加工后的氮化镓芯片结构示意图，可以明显看出氮化镓200切割面清晰，没有气泡裂痕、崩边和脱皮等问题。
本发明实施例提供的晶圆切割设备和晶圆切割方法，第一次使用窄激光束只针对晶圆上表面特有的透明材质开出一个低能量8至9微米的软化槽，第一次窄激光束只针对透明材质的顶层钝化层1/2/3物质；第二次使用窄激光束在第一次开的软化槽的基础上往切割道中心方向平移3微米位置做中等能量半切割槽，第二次针对切割道顶部的金属层和中层透明材质的电解质层2/电解质层1等物质。在第二次能量消融中汽化的能量可以通过第一开口槽留下的3微米槽口处释放出来，有效避免了高能量对透明层的破坏。第三次窄激光束在第二开口槽位置基础上再往切割道中心位置平移2微米的位置做更高能量开槽，这次开槽针对顶部的金属层和底部透明材质的LI D层及氮化镓层等物质。第三次高能量消融汽化的能量可以通过第二开口槽留下的2微米开口槽处释放出来。这样既可以有效避免过高能量对透明层的破坏，还可以对切割道底层物质及氮化镓等材质完全切透。然后用高能量宽激光束把第三开口槽之间的部分完全消融掉，形成激光槽，消融过程中的汽化能量从第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽的共同形成的开口槽处释放。最后沿激光槽的中央把剩下的部分切割分离，达到既能将晶圆上的芯片分离，同时能很好地在切割过程中保护好芯片，使得芯片不容易失效。经本发明晶圆切割方法切割的晶圆，正面没有出现气泡裂痕、崩边和脱皮等问题。
上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.晶圆的切割方法，其特征在于：包括以下步骤：
S10：对所述晶圆进行预处理；
S20：将所述晶圆固定在切割平台，并对所述晶圆进行定位，以确定所述晶圆的每个切割道的切割道中心；
S30：使得激光装置位于第一切割道的第一边缘上；
S40：控制所述激光装置产生具有能量E1的第一窄激光束，所述第一窄激光束的中心与切割道中心的距离为D1，所述第一窄激光束的宽度为d1,控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第一切割道的第一边缘开设第一开口槽；
S50: 控制所述激光装置产生具有能量E2的第二窄激光束，所述第二窄激光束的中心与切割道中心的距离为D2，所述第二窄激光束的宽度为d2,其中，D1>D2，且(d1+d2)/2>D1-D2, E2> E1；控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第一开口槽延伸方向开设第二开口槽；
S60: 控制所述激光装置产生具有能量E3的第三窄激光束，所述第三窄激光束的中心与切割道中心的距离为D3，所述第三窄激光束的宽度为d3,其中，D2>D3，且(d2+d3)/2>D2-D3，E3>E2；控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述第二开口槽延伸方向开设第三开口槽；
S70：控制激光装置位于第一切割道的第二边缘上；所述第一边缘与所述第二边缘分居所述第一切割道的切割道中心两侧且均与所述切割道中心平行；
重复所述步骤S40至S60,沿所述第二边缘开设出第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽；
S80：控制所述激光装置位于第一切割道的切割道中心处，控制所述激光装置产生具有能量E4的宽激光束，所述宽激光束的宽度为d4，满足2D3<d4<2D1, E4> E3，控制所述晶圆相对于所述激光装置移动，从而使得所述激光装置沿所述切割道中心延伸方向形成激光槽；
重复步骤S30至步骤S80，沿每个切割道的切割道中心形成激光槽。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤S90：依次沿每个激光槽进行切割，将所述晶圆切透，从而将晶圆分成一个个单独的芯片。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S10，具体包括：
在所述晶圆背面贴上蓝膜，并将所述晶圆固定在金属圈上；
在所述晶圆的正面覆盖一层保护液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S90之后还包括步骤S100：对所述晶圆正面覆盖的保护液、保护液上的残留物、以及切割后残留在芯片之间的残留物进行清洗。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述d1、d2、d3满足d1=d2=d3。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，D1-D2=3um；D2-D3=2um。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，D1=23um；D2=20um；D3=18um；d4=39um;d1=8.75um。
8.晶圆切割设备，其特征在于，包括控制装置，分别与所述控制装置连接的激光装置、图像识别装置、切割平台和第一驱动装置，所述控制装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行程序，所述处理器运行所述可执行程序时，控制所述激光装置、图像识别装置、切割平台和第一驱动装置共同实现如权利要求1或权利要求3至7任一项所述的晶圆的切割方法。
9.根据权利要求8所述的晶圆切割设备，其特征在于，所述激光装置包括沿光路方向依次设置的用于产生单束激光的激光发生器、用于将单束激光分成多束激光的光栅单元、用于将激光束进行聚焦的透镜和用于改变激光方向的棱镜；还包括光束转换窗口，所述光束转换窗口位于所述光栅单元和所述透镜之间，所述激光发生器和所述光束转换窗口连接控制装置，所述激光发生器在控制装置的控制下产生符合要求的单束激光，所述光束转换窗口在控制装置的控制下切换用于允许激光穿过的窗口，从而产生符合要求的窄激光束或者宽激光束。
10.晶圆切割系统，包括机械切割设备和如权利要求8或9所述的晶圆切割设备，所述机械切割设备包括切割刀具和第二驱动装置，所述第二驱动装置驱动所述切割刀具依次沿每个激光槽进行切割，将所述晶圆切透，从而将晶圆分成一个个单独的芯片。
11.如权利要求10所述的晶圆切割系统，其特征在于，所述晶圆切割系统还包括分别独立设置的涂层台和清洗台，所述涂层台设有保护液喷涂设备，所述清洗台设置有清洗设备；还设置有转移装置，用于将所述晶圆依次从涂层台转移到所述晶圆切割设备、机械切割设备和清洗台。
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