CN114074223B - 硅晶圆激光标记方法、系统及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅晶圆激光标记方法、系统及计算机设备，所述方法包括：获取待打标图档；令绿光激光器采用第一激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据待打标图档在硅晶圆材料上的待打标位置进行预加工打标，以在待打标位置打标出微孔图文；微孔图文由预设数量的预加工深度的微孔组成；令绿光激光器采用第二激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据待打标图档对微孔图文进行二次打标，以在无粉尘颗粒环境下打标出与待打标图档对应的标记图文，标记图文由深度为预设深度的微孔组成。本发明灵活性高、无污染且稳定性好，且打标图文中的微孔外观清晰，无颗粒粉尘污染，也不易被掩盖，保证了标记图文的可识别性。

Description

硅晶圆激光标记方法、系统及计算机设备

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种硅晶圆激光标记方法、系统及计算机设备。

背景技术

硅材料是目前已知材料中广泛应用于半导体行业中的材料，其在半导体行业领域中占有极为重要的地位，广泛应用于集成电路、IC芯片、探测器、二极管等元器件中。随着电子器件的微型化，多功能化和智能化，集成电路封装器件体积向三维方向减小，制作芯片过程中为了有效的追溯制作流程，会采用激光加工技术在硅晶圆表面进行镭射形成标识码，进而通过该标识码跟踪每个硅晶圆的制造、测试等过程。现有技术中，采用激光在硅晶圆上进行镭射形成统一标识码之后，往往会在镭射后标识码周围出现粉尘颗粒，导致后续制成芯片的污染；并且，镭射后标识码的外观往往并不清晰，镭射后标识码的深度也是固定的，导致后续在硅晶圆上进行溅镀其他材料之后，镭射后标识码不易被表面处理，进而导致对该标识码识别容易出错。

发明内容

本发明实施例提供一种硅晶圆激光标记方法、系统及计算机设备，解决了现有技术中镭射后标识码周围出现粉尘颗粒、外观不清晰和不易识别的问题。

一种硅晶圆激光标记方法，包括：

获取待打标图档；所述待打标图档由预设数量和预设深度的待打标孔组成；

令绿光激光器采用第一激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据所述待打标图档在硅晶圆材料上的待打标位置进行预加工打标，以在所述待打标位置打标出微孔图文；所述微孔图文由所述预设数量的预加工深度的微孔组成；所述预加工深度小于所述预设深度；

令所述绿光激光器采用第二激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据所述待打标图档对所述微孔图文进行二次打标，以在无粉尘颗粒环境下打标出与所述待打标图档对应的标记图文，所述标记图文由深度为预设深度的所述微孔组成。

一种硅晶圆激光标记系统，包括控制器和连接所述控制器的绿光激光器；所述控制器用于执行上述硅晶圆激光标记方法。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时实现上述硅晶圆激光标记方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现上述硅晶圆激光标记方法。

本发明提供的硅晶圆激光标记方法、系统及计算机设备，本发明在获取待打标图档之后，令绿光机器光根据不同的激光参数(包括第一激光参数和第二激光参数)分别完成预加工打标和二次打标，以完成对硅晶圆材料表面的不同深度的硅材料的去除；也即首先进行预加工打标形成微孔图文，进而在微孔图文的基础上继续二次打标形成标记图文。并且，本发明所采用的绿光激光器稳定性更好，可以对微孔图文和标记图文中的不同深度的微孔进行深度的微调，使得标记后的微孔外观清晰，且微孔可以在无粉尘的环境下完成打标，减少了因激光镭射而导致的硅晶片的污染，保证了后续芯片制作的清洁，进而提升了芯片质量；并且，后续在硅晶圆上进行溅镀其他材料之后，标记图文也可以再次根据本发明中的硅晶圆激光标记方法进行表面处理，使得标记图文中的微孔深度的微调可控，使得标记图文不会被其他材料覆盖，保证了标记图文的可识别性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明一实施例中硅晶圆激光标记方法的流程图；

图2是本发明一实施例中待打标图档的示意图；

图3是本发明一实施例中计算机设备的示意图。

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，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有作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。

本发明提供一种硅晶圆激光标记方法，如图1所示，包括以下步骤：

S10、获取待打标图档；所述待打标图档由预设数量和预设深度的待打标孔组成；其中，所述待打标图档是由待打标孔组成，可选地，所述待打标图档中的待打标孔均为直径相同的圆孔，且各所述待打标孔间隔均匀排布；所述待打标孔的直径优选为45μm～55μm。如图2所示，图2中为由多个待打标孔组成的T字(放大300倍之后)的一部分，其中，每一个待打标孔的大小均一致，图2中的每一个待打标孔的直径均为49.5μm。在本发明中，待打标图档中文字或者图形均由间隔均匀的待打标孔组成，且待打标孔的预设深度可以根据需求设定。

S20、令绿光激光器采用第一激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据所述待打标图档在硅晶圆材料上的待打标位置进行预加工打标，以在所述待打标位置打标出微孔图文；所述微孔图文由所述预设数量的预加工深度的微孔组成；所述预加工深度小于所述预设深度；在该步骤中，按照所述待打标图档，采用绿光激光器使用第一激光参数的绿光激光在指定硅晶圆材料的待打标位置(也即需要加工微孔图文的位置)上进行预加工打标，从而形成微孔图文(微孔图文由多个微孔组成，由于进行预加工打标之后的微孔的孔径和深度都比较小，因此称为微孔)，在预加工打标完成之后，保证硅晶圆材料在工作台面上的位置不变，以便于进行二次打标，避免待打标位置发生错位。

作为优选，所述绿光激光器发射的绿光激光的波长为532nm，脉宽范围为20ns-100ns，该绿光激光器的激光功率为5W-10W。在本发明中，仅使用绿光激光器(所述激光器可以为固体绿光激光器)进行预加工打标和二次打标，是由于绿光激光具有波长短(532nm)，单光子能量大，能够及时破坏硅晶圆材料表面的化学键的性能，由绿光激光器生成高能量的绿光激光光束作用在硅晶圆材料表面时，光能转换为热能，使硅晶圆材料的表面硅材料瞬间熔融，甚至气化，以达到形成的微孔(包括微孔图形和标记图文中的微孔)周围基本上无颗粒粉尘飞溅物。且绿光激光稳定性更好，相比于传统的YAG晶体的红外激光的激光脉宽长的特性，绿光激光脉宽短，绿光激光对于打标后的微孔的热影响更小，因此，打标出来打标图文的孔径和深度均会更均匀一致；且绿光激光器使用寿命更长。可选地，所述微孔图文中的微孔均为直径相同的圆孔，且各所述微孔间隔均匀排布；所述微孔的直径为45μm～55μm。作为优选，如图2所示，待打标图档中的待打标孔直径均为49.5μm，此时，所述微孔的直径为49.5μm。可理解地，仅有绿光激光器根据上述的激光参数发射的绿光激光，才能在硅晶圆材料上均匀加工出具有上述孔径的微孔。

进一步地，所述第一激光参数为：激光脉冲数目为1～20；激光功率为2.2W～2.4W；激光重复频率10KHZ-25KHZ。在该第一激光参数下，绿光激光的激光单点能量刚达到硅晶圆材料的损伤阈值，此时绿光激光作用于硅晶圆材料表面，在硅晶圆材料表面形成一定深度的微孔，但是此时的微孔由于深度很浅，需要特定角度才能看得清晰，因此，这样效果的字符在实际生产外观检测上增加了漏检的风险，必须要进行后续步骤S30中的二次打标方可使微孔清晰可见。由于此时激光单点能量刚达到材料的损伤阈值，因此，在第一激光参数中的激光功率保持不变情况下，预加工打标的微孔的深度可以通过激光脉冲数目来进行调节，也即，增加一个激光脉冲数目，微孔深度会对应加深一段与该激光脉冲对应的深度。可理解地，在本发明中，当激光功率小于2.2W时，硅晶圆材料表面吸收激光后不能形成激光痕迹，即此时激光单点能量未达到硅晶圆材料的损伤阈值。可理解地，在同一次预加工打标过程中，第一激光参数可以根据需求进行调节(在上述第一激光参数的范围内调节)，以实现微孔的不同深度需求

S30、令所述绿光激光器采用第二激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据所述待打标图档对所述微孔图文进行二次打标，以在无粉尘颗粒环境下打标出与所述待打标图档对应的标记图文，所述标记图文由深度为预设深度的所述微孔组成。在该步骤中，使用第二激光参数的绿光激光在微孔图文中的每个微孔相应位置上再进行二次打标处理，以得到无粉尘颗粒且外观清晰(符合预设的清晰度要求，该清晰度要求可以通过由拍摄设备拍摄的标记图文的图像，进而通过图像识别模型进行识别而确定，亦可以人工识别)的标记图文。

进一步地，所述第二激光参数为：激光脉冲数目为1-5，激光功率为3.1W～3.4W，激光重复频率10KHZ-25KHZ。在该第二激光参数下，由于硅晶圆材料被吸附治具固定于在载台上且在预加工打标之后也并未被移动，因此，继续采用高精度高重复性的振镜进行二次打标，此时，设定为第二激光参数的绿光激光能够沿着预加工打标之后形成的微孔进行再次加工，二次打标时激光单点能量略大于硅晶圆材料损失阈值，因此，此时在硅晶圆材料表面的微孔达到预设深度且肉眼清晰可见；同时，由于此处激光单点能量略大于材料的损伤阈值，当保持第二激光参数中的激光功率不变情况下，此时打标的微孔的深度可以通过激光脉冲数目来进行调节，且在步骤S30中，由于激光单点能量略大于材料的损伤阈值，因此激光脉冲数目对于深度的影响变化明显，因此微孔的二次加工时激光脉冲数目较少(也即预设深度对应的可调范围要求在较小的激光脉冲数目下即可被满足)，可理解地，此处，将第二激光参数中的激光功率设置为3.1W～3.4W(此时的激光单点能量略大于硅晶圆材料损失阈值)，是因为在激光能量明显超过材料损伤阈值(激光功率设置大于3.4W)时，对微孔进行打标，周围便不可避免会存在不可去除的颗粒粉尘，而此时绿光激光瞬间的温度不足以熔化和气化这些颗粒粉尘，因此在该参数下被打标的硅晶圆材料会被污染。因此，在本发明中，保持第二激光参数终端激光功率在3.1W～3.4W的范围内，此时，不仅可以通过调节激光脉冲数目来实现对微孔深度的调节(如在第二激光参数下，当激光功率保持在3.1-3.4W时，1个激光脉冲进行二次打标之后，镭射的微孔深度是1.3um，当第二激光参数的激光功率不变，2个激光脉冲进行打标之后，镭射的微孔深度便是2.6um，因为激光能量是固定不变的，材料吸收的单份激光脉冲的能量固定；可理解地，在同一次二次打标过程中，第二激光参数可以根据需求在上述第二激光参数的范围内进行调节，以实现微孔的不同深度需求)，亦可以实现在无粉尘颗粒环境中完成二次打标。

在本发明中，首选按照待打标图档，采用绿光激光器在硅晶圆材料表面上加工出一定深度的微孔。具体的，将硅晶圆材料放置于吸附治具上，开启绿光激光器，首先测试绿光激光器射出的绿光激光的激光焦点位置，优选的，所述绿光激光器的激光焦点位置公差为±0.5mm，吸附治具可以采用真空吸附的方式吸附硅晶圆材料，以确保硅晶圆材料在预加工打标和二次打标中的待打标位置的一致性，避免焦距差异对标记效果的影响。在调整与吸附治具连接的驱动电机的电机参数使得硅晶圆材料处于激光加工位置，直至所述待打标位置与所述绿光激光器的激光焦点位置对齐之后，通过高精度高速振镜控制绿光激光的加工路径，分别通过预加工打标和二次打标去除待打标位置表面的硅晶圆材料，最后在硅晶圆材料表面形成具有预设深度的，由圆形微孔的点阵构成的标记图文。

本发明在获取待打标图档之后，令绿光机器光根据不同的激光参数(包括第一激光参数和第二激光参数)分别完成预加工打标和二次打标，以完成对硅晶圆材料表面的不同深度的硅材料的去除；也即首先进行预加工打标形成微孔图文，进而在微孔图文的基础上继续二次打标形成标记图文。并且，本发明所采用的绿光激光器稳定性更好，可以对微孔图文和标记图文中的不同深度的微孔进行深度的微调，使得标记后的微孔外观清晰，且微孔可以在无粉尘的环境下完成打标，减少了因激光镭射而导致的硅晶片的污染，保证了后续芯片制作的清洁，进而提升了芯片质量；并且，后续在硅晶圆上进行溅镀其他材料之后，标记图文也可以再次根据本发明中的硅晶圆激光标记方法进行表面处理，使得标记图文中的微孔深度的微调可控，使得标记图文不会被其他材料覆盖，保证了标记图文的可识别性。本发明具有灵活性高、无污染和稳定性好等优点，可以通过不同的激光参数来实现微孔深度的调节，且打标图文中的微孔外观清晰，无颗粒粉尘污染，也不易被掩盖。

在一实施例中，所述步骤10之前还包括：通过预设图档制作软件生成包含由预设深度的点组成的待打标图档，所述待打标图档包括与所述第一激光参数关联的第一图层和与所述第二激光参数关联的第二图层。具体的，通过预设图档制作软件，如Coreldraw等，根据设计点的排布顺序以完成待打标图档的设计，设计完成后导出Plt格式图档，再利用CAD软件将Plt格式的图档进行编译，导出可供激光设备(也即本发明中绿光激光器)使用的SHX字体，即待打标图档。可理解地，在本实施例中，对应于预加工打标和二次打标两次打标过程，可以分别设置两个图层，也即第一图层和第二图层，第一图层中对应的待打标孔的深度部分与预加工之后的微孔的预加工深度相等，以便于预加工打标完成之后，在待打标位置中每一个与微孔对应的位置，去除与该第一图层对应的预加工深度的硅晶圆材料，进而生成预加工深度的微孔，形成微孔图文；相对应地，第二图层中对应的待打标孔的深度部分，与预设深度和预加工深度之间的差值相等，以便于二次打标完成之后，在每一个与微孔对应的位置，去除与该第二图层对应深度(预设深度和预加工深度之间的差值)的硅晶圆材料，进而使得微孔被加工至预设深度，形成标记图文。

在一实施例中，所述令绿光激光器采用第一激光参数发射激光之前，还包括：

通过预设的吸附治具吸附所述硅晶圆材料；通过对所述硅晶圆材料进行吸附，将所述硅晶圆材料固定于工作台面上。可采用机械手臂作为吸附治具，硅晶圆材料固定放置于机械手臂上，机械手臂上存在真空吸附的孔位；在本发明中，采取机械手臂可便于实现取料，打标和下料的自动化流程的实现。

调整与所述吸附治具连接的驱动电机的电机驱动参数，通过所述电机驱动所述吸附治具带动所述硅晶圆材料移动，直至所述待打标位置与所述绿光激光器的激光焦点位置对齐。调整电机参数是指通过吸附治具的移动将硅晶圆材料移动至激光加工位置，使得待打标位置对准激光焦点位置。作为优选，所述绿光激光器的激光焦点位置公差为±0.5mm。

在一实施例中，提供一种硅晶圆激光标记系统，该硅晶圆激光标记系统与上述实施例中硅晶圆激光标记方法一一对应。所述硅晶圆激光标记系统，包括控制器和连接所述控制器的绿光激光器；所述控制器用于执行上述硅晶圆激光标记方法。

关于控制器的具体限定可以参见上文中对于硅晶圆激光标记方法的限定，在此不再赘述。上述控制器中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机可读指令和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机可读指令的运行提供环境。该计算机可读指令被处理器执行时以实现一种硅晶圆激光标记方法。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机可读指令，处理器执行计算机可读指令时实现上述硅晶圆激光标记方法。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时实现上述硅晶圆激光标记方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机可读指令来指令相关的硬件来完成，所述的计算机可读指令可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机可读指令在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)、存储器总线直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元或模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元或模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅晶圆激光标记方法，其特征在于，包括：

获取待打标图档；所述待打标图档由预设数量和预设深度的待打标孔组成；

令绿光激光器采用第一激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据所述待打标图档在硅晶圆材料上的待打标位置进行预加工打标，以在所述待打标位置打标出微孔图文；所述微孔图文由所述预设数量的预加工深度的微孔组成；所述预加工深度小于所述预设深度；

令所述绿光激光器采用第二激光参数发射绿光激光，并通过发射的绿光激光根据所述待打标图档对所述微孔图文进行二次打标，以在无粉尘颗粒环境下打标出与所述待打标图档对应的标记图文，所述标记图文由深度为预设深度的所述微孔组成；

其中，所述第一激光参数的激光功率为2.2W～2.4W；所述第二激光参数的激光功率为3.1W～3.4W。

2.如权利要求1所述硅晶圆激光标记方法，其特征在于，所述绿光激光器发射的绿光激光的波长为532nm，脉宽范围为20ns-100ns。

3.如权利要求1所述的硅晶圆激光标记方法，其特征在于，所述第一激光参数为：激光脉冲数目为1～20，激光重复频率10KHZ-25KHZ。

4.如权利要求1所述的硅晶圆激光标记方法，其特征在于，所述第二激光参数为：激光脉冲数目为1-5，激光重复频率10KHZ-25KHZ。

5.如权利要求1所述的硅晶圆激光标记方法，其特征在于，所述获取待打标图档之前，还包括：

通过预设图档制作软件生成包含由预设深度的点组成的待打标图档，所述待打标图档包括与所述第一激光参数关联的第一图层和与所述第二激光参数关联的第二图层。

6.如权利要求1所述的硅晶圆激光标记方法，其特征在于，所述令绿光激光器采用第一激光参数发射激光之前，还包括：

通过预设的吸附治具吸附所述硅晶圆材料；

调整与所述吸附治具连接的驱动电机的电机驱动参数，通过所述电机驱动所述吸附治具带动所述硅晶圆材料移动，直至所述待打标位置与所述绿光激光器的激光焦点位置对齐。

7.如权利要求6所述的硅晶圆激光标记方法，其特征在于，所述绿光激光器的激光焦点位置公差为±0.5mm。

8.如权利要求1所述的硅晶圆激光标记方法，其特征在于，所述微孔图文中的微孔均为直径相同的圆孔，且各所述微孔间隔均匀排布；所述微孔的直径为45μm～55μm。

9.一种硅晶圆激光标记系统，其特征在于，包括控制器和连接所述控制器的绿光激光器；所述控制器用于执行权利要求1至8任一项所述的硅晶圆激光标记方法。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机可读指令，其特征在于，所述处理器执行所述计算机可读指令时实现如权利要求1至8任一项所述硅晶圆激光标记方法。