CN114714004A - 基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，包括：获取半导体晶锭及其尺寸信息；根据晶锭的尺寸信息和所需晶圆的尺寸信息确定加工路径；其中，加工路径包括主路径和若干辅助路径，主路径为一个以所需晶圆半径为半径的圆形曲线，用以形成晶圆；辅助路径位于主路径外围，且与主路径相切，用以形成导水槽；基于加工路径确定水导激光的行进顺序，并按照确定好的行进顺序对晶锭进行滚圆加工。本发明提供的方法通过在加工路径上设计若干个辅助路径，以在晶锭加工过程中形成导水槽，从而使得加工产生的废料粒子和废水可以及时从导水槽排出，进一步降低了废料粒子的堆积和污染，降低了加工面的粗糙度，提高了滚圆切割效率和均匀性。

Description

基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法

技术领域

本发明属于半导体材料加工技术领域，具体涉及一种基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法。

背景技术

半导体材料晶圆制造过程可分为：晶体滚圆→参考面定标→切割→抛光→打标→清洗六个阶段，之后在逐片或整盒封装用于器件、集成电路的生产加工。例如，以SiC晶体为例，传统的SiC晶体滚圆和激光切割都是分为两步分别进行，一方面加工时间较长，另一方面增加了晶圆破碎的几率。此外，其采用的传统激光加工方法热影响区大、切割产生的熔融物容易污染晶圆芯片，影响加工质量等问题。

水导激光加工技术相比传统激光加工具有以下显著优点：第一，激光切割工件的同时水流即刻冷却工件，热影响区显著减小；第二，可有效去除切割产生的熔融物，解决其污染晶圆芯片的难题，加工表面更加光滑，加工质量更好；第三，不需要对焦，适用于复杂表面及多层材料的切割；第四，作用于加工区域的激光能量分布较均匀，因而被广泛应用于半导体精细加工领域。

例如，专利文献(202110770719.3)提出了一种采用水射流加光对SiC晶体滚圆与参考面一次成型的加工方法。其主要是利用计算机和自动化系统控制射流喷头行进轨迹对SiC晶体进行加工，一次性完成滚圆、参考面定标和切割三个加工步骤，有效缩短了加工时间减少了工艺步骤，提高了加工效率，节约了加工成本。

然而，当利用水导激光对半导体晶锭滚圆或者较厚的其他材料进行窄槽切割时，如图1所示，射入切割槽中的水流和切割产生的废料粒子不能及时排出，这在一定程度上影响了水导激光与材料之间的相互作用。同时，由于晶锭表面并未经过CMP（化学机械抛光，Chemical Mechanical Polishing），沟槽内积水深度也不相同，如图2所示，影响了加工的均匀性。并且随着加工深度的增加，由积水引起的切割滚圆速率降低、加工的均匀性降低的问题更加突出。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，包括：

获取半导体晶锭及其尺寸信息；

根据晶锭的尺寸信息和所需晶圆的尺寸信息确定加工路径；其中，所述加工路径包括主路径和若干辅助路径，所述主路径为一个以所需晶圆半径为半径的圆形曲线，用以形成晶圆；所述辅助路径位于所述主路径外围，且与所述主路径相切，用以形成导水槽；

基于所述加工路径确定水导激光的行进顺序，并按照确定的行进顺序对所述晶锭进行滚圆加工。

在本发明的一个实施例中，所述辅助路径至少包括4个，其均匀分布在所述主路径外围。

在本发明的一个实施例中，所述主路径包括第一路径和第四路径；所述辅助路径包括第二路径和第三路径；所述第一路径和所述第二路径之间的弧线相切，所述第三路径和所述第四路径之间的弧线相切；

当利用水导激光对所述晶锭进行滚圆加工时，依次按照“第一路径-第二路径-第三路径-第四路径”的行进顺序进行加工。

在本发明的一个实施例中，所述第一路径和所述第二路径的切线、所述第三路径和所述第四路径的切线重叠部分的长度大于5倍的激光宽度。

在本发明的一个实施例中，所述辅助路径与晶圆环的外沿相交，以使所述辅助路径形成的导水槽与外部连通。

在本发明的一个实施例中，所述第二路径和所述第三路径为弧形，以形成椭圆形辅助路径，且该椭圆的短轴长度大于所述晶圆环的宽度。

在本发明的一个实施例中，按照所述行进顺序对所述晶锭进行滚圆加工包括：

将所述半导体晶锭载入水导激光加工平台，同时开启激光束和水束，按照预设的参数和行进顺序连续对所述晶锭进行滚圆切割。

在本发明的一个实施例中，按照所述行进顺序对所述晶锭进行滚圆加工包括：

将所述半导体晶锭载入水导激光加工平台，同时开启激光束和水束，按照预设的参数和行进顺序对所述晶锭进行滚圆切割一个周期；

关闭激光束，采用水束按照设定的行进顺序对晶锭的切割面冲刷一个周期；

重复上述步骤，采用切割和冲刷交替的形式对所述晶锭进行加工，直至得到所需的晶圆。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法通过在加工路径上设计若干个辅助路径，以在晶锭加工过程中形成导水槽，从而使得加工产生的废料粒子和废水可以及时从导水槽排出，进一步降低了废料粒子的堆积和污染，降低了加工面的粗糙度，提高了滚圆切割效率和均匀性。

2、本发明通过在半导体晶锭上形成多个导水槽，且相邻两个导水槽之间的水面相平，缩短了导水槽之间的距离，使得在该段上水导激光与晶锭材料反应更加均匀，从而提高了晶锭整体滚圆切割工艺的一致性，同时降低了水导激光能量损耗，提高了加工效率。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是现有加工方法出现的加工槽内积水示意图；

图2是现有加工方法由于晶锭表面不平引起的积水分布示意图；

图3是本发明实施例提供的水导激光加工原理图；

图4是本发明实施例提供的一种基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法流程图；

图5是本发明实施例提供的加工路径示意图；

图6是本发明实施例提供的导水槽俯视图；

图7是本发明实施例提供的相邻两个导水槽之间积水深度示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

水导激光加工技术是一项以水射流引导激光束对待加工工件进行切割的复合加工技术。由于水和空气的折射率不同，在激光束以一定角度照射在水与空气交界面时，如果入射角小于全反射临界角，激光会发生全反射而不会透射出去，这就使激光能量始终被限制在水束中从而使激光沿水束的方向进行传播，其加工原理如图3所示。激光经过聚焦透镜聚焦后通过玻璃窗口进入到耦合水腔，通过调整聚焦透镜与小孔喷嘴之间的距离，使激光焦点刚好处于小孔喷嘴上表面中心，然后进入稳定的水射流中，利用水与空气折射率的不同，在水射流中发生全反射，类似于传统玻璃光纤的传播方式。加工时，聚焦到喷嘴位置的激光束由高压水束引导传输到工件表面。

本实施例基于上述水导激光加工技术，设计了一种半导体晶锭滚圆的排水加工方法。请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法流程图，其具体包括：

步骤1：获取半导体晶锭及其尺寸信息。

在本实施例中，半导体晶锭可以是SiC晶体，也可以是其他任何需要加工的材料，其一般具有圆形的外轮廓。由此，此处的尺寸信息一般特指晶锭的半径或者直径。

步骤2：根据晶锭的尺寸信息和所需晶圆的尺寸信息确定加工路径。

具体的，请参见图5，图5是本发明实施例提供的加工路径示意图，其包括主路径和若干辅助路径，所述主路径为一个以所需晶圆半径为半径的圆形曲线，用以形成晶圆；所述辅助路径位于所述主路径外围，且与所述主路径相切，用以形成导水槽(又称导水环或者排水槽)。

其中，所述辅助路径至少包括4个，其均匀分布在所述主路径外围。具体的，多个辅助路径均匀分布在以晶锭中心为圆心、滚圆半径(所需晶圆半径)为半径的360°圆周上，从而与以所需晶圆半径为半径的主路径相切。

需要说明的是，晶锭尺寸越大，所需导水环数量越多，激光功率越大导水环数量越多。

进一步地，请继续参见图5，其中，主路径包括第一路径1和第四路径4；辅助路径包括第二路径2和第三路径3；第一路径1和第二路径2之间的弧线相切，第三路径3和第四路径4之间的弧线相切。

在本实施例中，第一路径1和第四路径4作为主路径的一部分，主要用作晶锭滚圆的加工曲线，第二路径2和第三路径3则是为了形成导水槽的加工曲线。两个曲线的重叠部分也即第一路径1和第二路径2的切线、第三路径3和第四路径4之间的切线的重叠部分为水流排除的交点。

优选的，该重叠部分的长度大于5倍的激光宽度。

本实施例通过将水流排出点的长度设置成大于5倍的激光宽度，一方面可以使得切割的圆弧边缘光滑无毛刺，满足滚圆需求，另一方面有利于水流通过第二路径和第三路径排出深槽。此外，这样设计还增加了四条弧线间重叠部分的面积，降低了工艺难度。

本实施例利用主路径和若干辅助路径形成“中国结”型加工路径，当利用水导激光对晶锭进行滚圆加工时，依次按照“第一路径-第二路径-第三路径-第四路径”的行进顺序进行加工。

本实施例采用上述行径顺序进行晶锭加工，其加工过程中水导激光的路径连续，可以降低因机器震动、误差引起的对加工截面形貌的影响。

可以理解的是，本实施例还可以采用其他行进路线，例如，可以按照“第四路径-第三路径-第二路径-第一路径”的行进顺序进行加工。对于具体的实现顺序，本实施例不做要求，只要按照所设计的加工路径进行切割，即可在形成晶圆的同时，在晶锭上形成导水槽，从而及时排出加工过程中的废水和废渣。

需要说明的是，所述辅助路径必须与晶圆环的外沿相交，以使所述辅助路径形成的导水槽与所述半导体晶锭的外部连通。在本实施例中，晶圆环为晶锭中切割掉中间晶圆后所剩的环形晶体，如图5所示。

只有辅助路径与晶圆环的外沿相交，才能保证形成的导水槽与外部相通，从而将废水排出。

可选的，作为本发明的一种实现方式，可将第二路径2和第三路径3设计为弧形，从而形成椭圆形辅助路径，且该椭圆的短轴长度大于晶圆环的宽度。

可以理解的是，本实施例还可以利用第二路径2和第三路径3组成圆形的辅助路径。此外，还可以通过在第二路径2和第三路径3之间增加新的路径，以实现不同形状的导水槽加工路径，从而形成不同形状的导水槽。

步骤3：基于加工路径确定水导激光的行进顺序，并按照确定好的行进顺序对晶锭进行滚圆加工。

可以理解的是，在进行加工之前，还需要对水导激光的参数和设备的运行参数进行设置，具体可根据实际情况适应性的设置，本实施例对此不做详细说明。

当设置好相关参数后，将半导体晶锭载入水导激光加工平台，同时开启激光束和水束，按照预设的参数和行进顺序连续对晶锭进行滚圆切割。

请参见图6，图6是本发明实施例提供的导水槽俯视图，该导水槽是利用上面的椭圆形辅助路径加工而成的。

本发明提供的基于水导激光滚圆半导体晶锭的加工方法通过在加工路径上设计若干个辅助路径，以在晶锭加工过程中形成导水槽，从而使得加工产生的废料粒子和废水可以及时从导水槽排出，进一步降低了废料粒子的堆积和污染，降低了加工面的粗糙度，提高了滚圆切割效率和均匀性。

进一步地，请参见图7，图7是本发明实施例提供的相邻两个导水槽之间积水深度示意图。本实施例通过在半导体晶锭上形成多个导水槽，且相邻两个导水槽之间的水面相平，缩短了导水槽之间的距离，使得在该段上水导激光与晶锭材料反应更加均匀，从而提高了晶锭整体滚圆切割工艺的一致性，同时降低了水导激光能量损耗，提高了加工效率。

在本发明的另一个实施例中，按照所述行进顺序对晶锭进行滚圆加工还包括：

a) 将半导体晶锭载入水导激光加工平台，同时开启激光束和水束，按照预设的参数和行进顺序对晶锭进行滚圆切割一个周期；

b) 关闭激光束，采用水束按照设定的行进顺序对晶锭的切割面冲刷一个周期；

c) 重复上述步骤，采用切割和冲刷交替的形式对晶锭进行加工，直至得到所需的晶圆。

此外，还可以采用切割两周冲刷一周的形式进行加工。在具体的实现过程中，可以根据需要的晶圆尺寸、厚度等信息适应性的选择水导激光连续加工或者是水导激光和纯水束交替进行的加工方式。

本发明在不影响晶锭主体加工质量的前提下，设计了“中国结”式的水导激光行进路径，在晶锭上加工出导水槽，能够有效排出积水，从而提高滚圆切割效率和均匀性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，包括：

获取半导体晶锭及其尺寸信息；

根据晶锭的尺寸信息和所需晶圆的尺寸信息确定加工路径；其中，所述加工路径包括主路径和若干辅助路径，所述主路径为一个以所需晶圆半径为半径的圆形曲线，用以形成晶圆；所述辅助路径位于所述主路径外围，且与所述主路径相切，用以形成导水槽；

基于所述加工路径确定水导激光的行进顺序，并按照确定好的行进顺序对所述晶锭进行滚圆加工。

2.根据权利要求1所述的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，所述辅助路径至少包括4个，其均匀分布在所述主路径外围。

3.根据权利要求1所述的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，所述主路径包括第一路径和第四路径；所述辅助路径包括第二路径和第三路径；所述第一路径和所述第二路径之间的弧线相切，所述第三路径和所述第四路径之间的弧线相切；

当利用水导激光对所述晶锭进行滚圆加工时，依次按照“第一路径-第二路径-第三路径-第四路径”的行进顺序进行加工。

4.根据权利要求3所述的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，所述第一路径和所述第二路径的切线、所述第三路径和所述第四路径的切线重叠部分的长度大于5倍的激光宽度。

5.根据权利要求1所述的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，所述辅助路径与晶圆环的外沿相交，以使所述辅助路径形成的导水槽与外部连通。

6.根据权利要求5所述的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，所述第二路径和所述第三路径为弧形，以形成椭圆形辅助路径，且该椭圆的短轴长度大于所述晶圆环的宽度。

7.根据权利要求1所述的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，按照确定好的行进顺序对所述晶锭进行滚圆加工包括：

将所述半导体晶锭载入水导激光加工平台，同时开启激光束和水束，按照预设的参数和行进顺序连续对所述晶锭进行滚圆切割。

8.根据权利要求1所述的基于水导激光滚圆晶锭的排水加工方法，其特征在于，按照确定好的行进顺序对所述晶锭进行滚圆加工包括：

将所述半导体晶锭载入水导激光加工平台，同时开启激光束和水束，按照预设的参数和行进顺序对所述晶锭进行滚圆切割一个周期；

关闭激光束，采用水束按照设定的行进顺序对晶锭的切割面冲刷一个周期；

重复上述步骤，采用切割和冲刷交替的形式对所述晶锭进行加工，直至得到所需的晶圆。

Images