CN113380702B - 一种磷化铟晶圆的切割方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及晶圆处理技术领域，具体涉及一种磷化铟晶圆的切割方法及控制系统，切割方法包括：首先将晶圆放置在箍环绷紧的蓝膜上，然后根据晶圆的切割道宽度选取对应的切割刀片，根据晶圆的切割道宽度、晶圆的厚度以及芯片大小设定对应的切割参数，切割刀片按照切割参数对装配好的晶圆进行自动机械切割，最后对切割好的晶圆进行去离子水清洗后风淋甩干。切割控制系统包括：晶圆装配器、晶圆切割控制器和晶圆清洗处理器。本发明通过装配晶圆、切割晶圆和清洗、风淋甩干晶圆实现了对磷化铟晶圆的一次性自动机械切割，有效提高了切割效率；通过切割控制系统实现了整个晶圆切割工艺的自动化加工，提高了晶圆切割的加工精度和芯片的成品率。

Description

一种磷化铟晶圆的切割方法及控制系统
技术领域
本发明涉及晶圆处理技术领域，具体涉及一种磷化铟晶圆的切割方法及控制系统。
背景技术
磷化铟（InP）作为重要的III-V族半导体材料之一，具有电子迁移率高、耐辐射性能好、禁带宽度大等优点，在光子和射频两大应用领域拥有关键优势。目前，化合物半导体磷化铟是制造光纤通信收发及放大器件和电路、毫米波器件和电路、红外探测器等光电器件的重要基础材料，其优异性能和应用领域具有不可替代性。
目前，工程技术人员对于磷化铟（InP）晶圆的切割一般采用解理的方式， 即先通过金刚石刀头在晶圆表面划一道浅痕，然后通过滚轮按压，使晶圆沿浅痕延伸裂开，分裂成芯片。但这种方式存在以下缺点：一是受机械设备的限制，工程技术人员需要将一块完整的晶圆先划片后再二次裂片，切割效率低；二是对晶圆进行划片操作时，尤其是大尺寸的整块晶圆，划线跨度太大，在没有“直尺”辅助的情况下，难以保证划痕平直，且如果晶圆上有粉尘颗粒，容易导致划痕偏离晶圆的切割道；三是对完成划线的晶圆进行滚轮按压时，芯片容易错位、崩边、多粒无法裂开、背部多料以及开裂等，无法保证芯片的完整性，此外，如果滚轮压力太大的话，芯片表面容易被压崩裂，压力太小芯片又压不开。同时，由于磷化铟材料的莫氏硬度只有5左右，磷化铟晶圆是化合物半导体，与硅片相比易碎且形变较大，因此，磷化铟晶圆在切割过程中碎片、边缘崩边发生的频率更高，严重影响了加工成品率，增加了生产成本。
因此，行业内亟需一种能解决上述问题的方案。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种磷化铟晶圆的切割方法及控制系统。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种磷化铟晶圆的切割方法，包括以下步骤：
装配晶圆：准备晶圆、蓝膜和箍环，将晶圆放置在箍环绷紧的蓝膜上；
切割晶圆：根据晶圆的切割道宽度选取对应的切割刀片，根据晶圆的切割道宽度、晶圆的厚度以及芯片大小设定对应的切割参数，切割刀片按照切割参数对装配好的晶圆进行自动机械切割；
清洗、风淋甩干晶圆：对切割好的晶圆进行去离子水清洗后风淋甩干。
进一步的，晶圆为4英寸的磷化铟晶圆。
进一步的，切割刀片的最小切割槽宽度小于所述晶圆的切割道宽度。
进一步的，切割晶圆步骤中包括晶圆预切割和晶圆自动切割，其中：晶圆预切割是指，切割刀片根据设定的进刀方向在晶圆的切割道表面切开第一道切痕，第一道切痕的切割深度小于晶圆的厚度，随后在不切断蓝膜的前提下，切割刀片自第一道切痕向晶圆边缘方向切出第一道切口；晶圆自动切割是指，切割刀片按照切割参数在第一道切口处进刀，并沿着晶圆的切割道进行自动切割，切割刀片的切割深度为晶圆的厚度。
进一步的，切割晶圆步骤在整个过程中第一出水口喷出去离子水对晶圆进行冲洗。
进一步的，清洗、风淋甩干晶圆步骤中采用真空吸附的方法将粘有晶圆的箍环固定在旋转台的台面上，启动旋转台，第二出水口喷出去离子水对切割完的晶圆进行整体喷淋，清洗完毕后，出风口对晶圆进行整体吹风，在风淋甩干过程中逐级降低旋转台的旋转速率，直至旋转停止，关闭真空吸附，取出箍环。
进一步的，第二出水口位于旋转台的台面上方， 且第二出水口设有喇叭状喷嘴，喷嘴将去离子水雾化后呈扇状分布喷出。
进一步的，出风口位于旋转台的台面斜上方，出风口处吹出的气体为氮气。
本发明还提供一种磷化铟晶圆的切割控制系统，包括：晶圆装配器、晶圆切割控制器及晶圆清洗处理器，其中：晶圆装配器与晶圆夹具相连接，控制晶圆夹具，将准备好的晶圆放置在箍环绷紧的蓝膜上；晶圆切割控制器与切割机及晶圆装配器相连接，根据晶圆的切割道宽度选取对应的切割刀片，根据晶圆的切割道宽度、晶圆的厚度和芯片大小设定对应的切割参数，切割机按照切割参数对装配好的晶圆进行自动机械切割；晶圆清洗处理器，与清洗处理机及晶圆切割控制器相连接，对切割好的晶圆进行去离子水清洗后风淋甩干。
进一步的，晶圆切割控制器包括晶圆预切割处理单元和晶圆自动切割处理单元；晶圆预切割处理单元与切割机及晶圆装配器相连接，控制切割刀片根据设定的进刀方向在晶圆的切割道表面切开第一道切痕，第一道切痕的切割深度小于晶圆的厚度，随后在不切断蓝膜的前提下，切割刀片自第一道切痕向晶圆边缘方向切出第一道切口；晶圆自动切割处理单元与晶圆预切割处理单元相连接，控制切割刀片按照切割参数在第一道切口处进刀，并沿着晶圆的切割道进行自动切割，切割刀片的切割深度为所述晶圆的厚度。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
（1）本发明的磷化铟晶圆的切割方法通过装配晶圆、切割晶圆和清洗、风淋甩干晶圆三个步骤实现对磷化铟晶圆的一次性自动机械切割，无需二次裂片，提高了磷化铟晶圆的切割效率。
（2）本发明的磷化铟晶圆的切割方法通过在晶圆切割步骤中对晶圆进行预切割后再进行晶圆自动切割，可以减少传统解理方法带来的晶圆崩边问题，最大限度地抑制切割晶圆时产生的背面崩裂及芯片破损，有效提高了晶圆的抗折强度。
（3）本发明的磷化铟晶圆的切割控制系统通过晶圆装配器、晶圆切割控制器及晶圆清洗处理器有效控制了整个晶圆的机械切割过程，实现了晶圆切割工艺的自动化加工，提高了晶圆切割的加工精度和芯片的成品率。
附图说明
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
图1为本发明磷化铟晶圆的切割方法的流程示意图；
图2为本发明磷化铟晶圆的切割方法的装配晶圆示意图；
图3为本发明磷化铟晶圆的切割方法的切割晶圆示意图；
图4为本发明磷化铟晶圆的切割方法的清洗、风淋甩干晶圆示意图；
图5为本发明磷化铟晶圆的切割方法的清洗晶圆俯视示意图；
图6为本发明磷化铟晶圆的切割方法的部分区域晶圆结构示意图；
其中，1-晶圆，11-芯片，12-切割道，2-蓝膜，3-箍环，31-箍环内环，32-箍环外环，4-切割刀片，5-第一出水口，6-旋转台，7-第二出水口，71-喷嘴，8-出气口。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的一种实施例中，提供一种磷化铟晶圆的切割方法，如图1至图6所示，方法包括以下步骤：
装配晶圆：准备晶圆1、蓝膜2和箍环3，将晶圆1放置在箍环3绷紧的蓝膜2上。
具体的，如图2所示，箍环3包括箍环内环31和箍环外环32，首先选取大于箍环外环32外径尺寸的蓝膜2放置在箍环内环31上，随后将箍环外环32通过扩膜机与箍环内环31压合，最后将晶圆1的背面放置在绷紧的蓝膜2上。在压合过程中需注意箍环外环32的中心在箍环内环31的中心轴线上，以避免出现压合不上、卡环及卡膜的现象；蓝膜2的一面具有粘性且粘性面朝上，优选的，蓝膜2的粘性大于0.8N/20mm。本发明通过将晶圆1粘贴在箍环3绷紧的蓝膜2上，不仅可以支撑固定晶圆1，避免晶圆1在蓝膜2上滑落，防止后续晶圆切割时，粘贴在蓝膜2上的芯片11在清洗风淋甩干时被甩出，而且可以通过箍环3将晶圆1固定安装在切割机和旋转台上，方便后续晶圆切割与清洗风淋甩干操作。
切割晶圆：根据晶圆1的切割道宽度选取对应的切割刀片4，根据晶圆1的切割道12宽度、晶圆1的厚度以及芯片11大小设定对应的切割参数，切割刀片4按照切割参数对装配好的晶圆1进行自动机械切割。如图6所示为截取晶圆方形区域的部分结构示意图。
清洗、风淋甩干晶圆：对切割好的晶圆1进行去离子水清洗后风淋甩干。
本实施例中通过装配晶圆、切割晶圆和清洗、风淋甩干晶圆实现对晶圆1的一次性自动机械切割，无需二次裂片，有效提高了晶圆1的切割效率。
具体的，本实施例中选取的是4英寸的磷化铟晶圆1，为方便后续操作选取大小为6英寸的箍环3。
具体的，本实施例中切割刀片4的最小切割槽宽度小于所述晶圆1的切割道12宽度。优选的，切割刀片4的最小切割槽宽度在晶圆1的切割道12宽度一半以内的范围内。以Disco刀片系列为例，其切割刀片的最小切割槽宽度为15μm，在本实施例中,4英寸的磷化铟晶圆1的切割道12宽度为 40μm，为确保在切割过程中切割刀片4不损伤芯片11，切割刀片4的刀片厚度在15~20μm的范围内。
具体的，如图3所示，本实施例中切割晶圆步骤中包括晶圆预切割和晶圆自动切割。
晶圆预切割是指，切割刀片4根据设定的进刀方向在晶圆1的切割道表面切开第一道切痕，第一道切痕的切割深度小于晶圆1的厚度，随后在不切断蓝膜2的前提下，切割刀片4自第一道切痕向晶圆1的边缘方向切出第一道切口。优选的，第一道切痕在靠近晶圆1的边缘位置，第一道切口为竖向U型槽口。
晶圆自动切割是指，切割刀片4按照切割参数在第一道切口处进刀，并沿着晶圆1的切割道进行自动切割，切割刀片4的切割深度为晶圆1的厚度。
执行一次晶圆预切割和晶圆自动切割，完成对晶圆的一条切割道的切割，重复执行以上操作直至完成对整个晶圆所有切割道的切割。
本发明的磷化铟晶圆的切割方法通过在切割晶圆步骤中对晶圆1进行预切割后再进行晶圆自动切割，可以减少传统解理方法带来的芯片崩边问题，最大限度地抑制切割晶圆时产生的背面崩裂及芯片破损，有效提高晶圆的抗折强度。
具体的，如图3所示，本实施例中切割晶圆步骤在整个过程中第一出水口5喷出去离子水对晶圆1进行冲洗，一方面可以冲走切割过程中产生的切割碎屑，避免由于碎屑与切割刀片4的再次接触而导致的晶圆1损坏，另一方面也可对切割的晶圆1起到适量降温作用。
具体的，如图4至图5所示，本实施例中清洗、风淋甩干晶圆步骤中采用真空吸附的方法将粘有晶圆1的箍环3固定在旋转台6的台面上，启动旋转台6，第二出水口7喷出去离子水对切割完的晶圆1进行整体喷淋，清洗完毕后，出风口8对晶圆1进行整体吹风，在风淋甩干过程中逐级降低旋转台6的旋转速率，直至旋转停止，关闭真空吸附，取出粘附有芯片11的箍环3，此时完成对晶圆的切割。在本实施例中第二出水口7在四分之一圆弧的轨迹上来回往复喷淋，该方法可以有效清洗晶圆1表面以及切割道中的碎屑，同时借助旋转台6的旋转作用，可以更好的达到清洗干净的目的。
具体的，如图4所示，本实施例的第二出水口7位于旋转台6的台面上方， 且第二出水口7设有喇叭状喷嘴71，喷嘴71将去离子水雾化后呈扇状分布喷出。
具体的，如图4所示，本实施例中出风口8位于旋转台6的台面斜上方，出风口8处吹出的气体为氮气。
本发明还提供一种磷化铟晶圆的切割控制系统，包括：晶圆装配器、晶圆切割控制器及晶圆清洗处理器，其中：晶圆装配器与晶圆夹具相连接，控制圆夹具，将准备好的晶圆1放置在箍环3绷紧的蓝膜2上；晶圆切割控制器与切割机及晶圆装配器相连接，根据晶圆1的切割道宽度选取对应的切割刀片4，根据晶圆1的切割道宽度、晶圆1的厚度和芯片11大小设定对应的切割参数，切割机按照切割参数对装配好的晶圆1进行自动机械切割；晶圆清洗处理器，与清洗处理机及晶圆切割控制器相连接，对切割好的晶圆1进行去离子水清洗后风淋甩干。
具体的，本实施例的晶圆切割控制器包括晶圆预切割处理单元和晶圆自动切割处理单元。晶圆预切割处理单元与切割机及晶圆装配器相连接，控制切割刀片4根据设定的进刀方向在晶圆1的切割道表面切开第一道切痕，第一道切痕的切割深度小于晶圆1的厚度，随后在不切断蓝膜2的前提下，切割刀片4自第一道切痕向晶圆1的边缘方向切出第一道切口。晶圆自动切割处理单元与晶圆预切割处理单元相连接，控制切割刀片4按照切割参数在第一道切口处进刀，并沿着晶圆1的切割道进行自动切割，切割刀片4的切割深度为所述晶圆1的厚度。执行一次晶圆预切割和晶圆自动切割，完成对晶圆的一条切割道的切割，重复执行以上操作直至完成对整个晶圆所有切割道的切割。
本发明的磷化铟晶圆的切割控制系统通过晶圆装配器、晶圆切割控制器及晶圆清洗处理器有效控制了整个晶圆的机械切割过程，实现了晶圆切割工艺的自动化加工，提高了晶圆切割的加工精度和芯片的成品率。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种磷化铟晶圆的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
装配晶圆：准备晶圆、蓝膜和箍环，将所述晶圆放置在所述箍环绷紧的所述蓝膜上；
切割晶圆：根据所述晶圆的切割道宽度选取对应的切割刀片，根据所述晶圆的切割道宽度、晶圆的厚度以及芯片大小设定对应的切割参数，所述切割刀片按照所述切割参数对装配好的晶圆进行自动机械切割；
清洗、风淋甩干晶圆：对切割好的所述晶圆进行去离子水清洗后风淋甩干；
所述切割晶圆步骤中包括晶圆预切割和晶圆自动切割；
所述晶圆预切割是指，所述切割刀片根据设定的进刀方向在所述晶圆的切割道表面切开第一道切痕，所述第一道切痕的切割深度小于所述晶圆的厚度，随后在不切断所述蓝膜的前提下，所述切割刀片自所述第一道切痕向所述晶圆边缘方向切出第一道切口，所述第一道切痕在靠近晶圆的边缘位置，所述第一道切口为竖向U型槽口；
所述晶圆自动切割是指，所述切割刀片按照所述切割参数在所述第一道切口处进刀，并沿着所述晶圆的切割道进行自动切割，所述切割刀片的切割深度为所述晶圆的厚度。
2.根据权利要求1所述的磷化铟晶圆的切割方法，其特征在于，所述晶圆为4英寸的磷化铟晶圆。
3.根据权利要求1所述的磷化铟晶圆的切割方法，其特征在于，所述切割刀片的最小切割槽宽度小于所述晶圆的切割道宽度。
4.根据权利要求1所述的磷化铟晶圆的切割方法，其特征在于，所述切割晶圆步骤在整个过程中第一出水口喷出去离子水对晶圆进行冲洗。
5.根据权利要求1所述的磷化铟晶圆的切割方法，其特征在于，所述清洗、风淋甩干晶圆步骤中采用真空吸附的方法将粘有所述晶圆的箍环固定在旋转台的台面上，启动旋转台，第二出水口喷出去离子水对切割完的所述晶圆进行整体喷淋，清洗完毕后，出风口对所述晶圆进行整体吹风，在风淋甩干过程中逐级降低旋转台的旋转速率，直至旋转停止，关闭真空吸附，取出所述箍环。
6.根据权利要求5所述的磷化铟晶圆的切割方法，其特征在于，所述第二出水口位于所述旋转台的台面上方，且所述第二出水口设有喇叭状喷嘴，所述喷嘴将去离子水雾化后呈扇状分布喷出。
7.根据权利要求5所述的磷化铟晶圆的切割方法，其特征在于，所述出风口位于所述旋转台的台面斜上方，所述出风口处吹出的气体为氮气。
8.一种磷化铟晶圆的切割控制系统，其特征在于，包括：晶圆装配器、晶圆切割控制器及晶圆清洗处理器，其中：
所述晶圆装配器，与晶圆夹具相连接，控制所述晶圆夹具，将准备好的晶圆放置在箍环绷紧的蓝膜上；
所述晶圆切割控制器，与切割机及所述晶圆装配器相连接，根据所述晶圆的切割道宽度选取对应的切割刀片，根据所述晶圆的切割道宽度、晶圆的厚度和芯片大小设定对应的切割参数，所述切割机按照所述切割参数对装配好的晶圆进行自动机械切割；
所述晶圆清洗处理器，与清洗处理机及所述晶圆切割控制器相连接，对切割好的所述晶圆进行去离子水清洗后风淋甩干；
所述晶圆切割控制器，包括晶圆预切割处理单元和晶圆自动切割处理单元；
所述晶圆预切割处理单元，与切割机及所述晶圆装配器相连接，控制所述切割刀片根据设定的进刀方向在所述晶圆的切割道表面切开第一道切痕，所述第一道切痕的切割深度小于所述晶圆的厚度，随后在不切断所述蓝膜的前提下，所述切割刀片自所述第一道切痕向所述晶圆的边缘方向切出第一道切口；
所述晶圆自动切割处理单元，与所述晶圆预切割处理单元相连接，控制所述切割刀片按照所述切割参数在所述第一道切口处进刀，并沿着所述晶圆的切割道进行自动切割，所述切割刀片的切割深度为所述晶圆的厚度。
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