CN111299866A - 晶圆片的激光全切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆片的激光全切割方法，包括如下步骤：A、校准测量晶片的重心点；B、根据步骤A中确定的重心点，对晶圆片进行装片；C、对晶圆片的吸附位置进行检测定位；D、在晶圆片表面均匀涂覆冷却液；E、利用激光在晶圆片的表面划出割槽，所述割槽的深度为10μm~15μm；F、再次均化晶圆片表面的冷却液；G、调整激光的参数，同时对激光光束进行整形，使得激光光束具有刃部，利用刃部沿着割槽将晶圆片进行全切割。本发明的有益效果是：本发明通过采用激光全切割的方式对晶片实现直接切割，大大地减少了其破片率的问题；大大地提高生产效率；提高晶片中可生产的芯片数量；降低了激光切割所带来的热效应的影响。

Description

晶圆片的激光全切割方法

技术领域

本发明涉及一种晶圆片的加工方法，特别是晶圆片的激光切割方法。

背景技术

晶圆片广泛适用于芯片行业，在芯片的加工过程中，需要对晶圆片进行分割。目前晶圆片的分割方法都是通过装片、切割、清洗/干燥实现，而切割都是通过单主轴或对向式双主轴、并列式双主轴的磨轮刀片去开槽再切割实现，又或者采用激光先开槽然后磨轮刀片去切割。但整个切割的过程始终都离不开金刚石磨轮刀片；随着晶片尺寸从4寸、6寸、8寸一直发展到12寸，其尺寸不断地增大，相应地厚度从原来的300μm、200μm、150μm到现在的100μm、75μm，其厚度不断的在减薄。

然而，对于磨轮刀片切割来说，晶片的尺寸越大、厚度越薄，其切割的难度也就越大，切割速度也越慢，同时切割的碎片率越高（由于晶片属于脆性材料，磨轮刀片在接触晶片的过程中很容易因为应力的影响而破碎）。同时，磨轮刀切割其切口边缘质量产生的碎屑多且所形成的切缝宽度太宽去到50μm左右，由于切缝的宽度较大，一定程度下减少了每块晶圆片上的晶圆数量的产出。

而且，随着SiP(System in Package)等高集成化的背景下，高抗折强度的薄片制造技术也越来越重要，厚度100μm以下的晶片会逐渐成为主流，而由于破片率的原因，磨轮刀片又不能直接用于这种薄晶片的切割；而且在高速电子元器件上逐步被采用的低介电常数(Low-k)膜及铜质材料，使用普通的金刚石磨轮刀片难以切割加工，有时无法达到电子元件厂家所要求的加工标准，高频率电子元件中所使用的GaAs(砷化镓)、GaN(氮化镓)、GaP(磷化镓)等化合物半导体，在采用金刚石磨轮刀片进行切割时，其行进速度慢，生产效率低，而现有技术中，虽然有利用激光切割技术取代传统的金刚石磨轮刀片切割，但是其在激光切割之后还需要进行裂片处理，才能真正实现晶圆片的分割，其在一定程度上提高了良品率，但是效率依然不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在于提供一种晶圆片的切割方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：晶圆片的激光全切割方法，包括如下步骤：A、校准测量晶片的重心点；B、根据步骤A中确定的重心点，对晶圆片进行装片；C、对晶圆片的吸附位置进行检测定位；D、在晶圆片表面均匀涂覆冷却液；E、利用激光在晶圆片的表面划出割槽，所述割槽的深度为10μm~15μm；F、再次均化晶圆片表面的冷却液；G、调整激光的参数，同时对激光光束进行整形，使得激光光束具有刃部，利用刃部沿着割槽将晶圆片进行全切割。

本发明的有益效果是：本发明通过采用激光全切割的方式对厚度100um以下的晶片实现直接切割，属于非接触式的切割工艺方法，克服了磨轮刀片的局限性，大大地减少了其破片率的问题；同时采用激光全切割工艺，激光切割的速度得以提高，大大地提高生产效率；采用激光全切割工艺，加工后的切割槽宽度小，与磨轮刀片相比切割槽损失少，所以可以减小芯片间的间隔，对于为了切割出更多小型芯片而致使加工线条数增多的化合物半导体晶片而言，通过减小芯片间的间隔，可以提高晶片中可生产的芯片数量；而且，在两次激光切割的时候，都使得晶圆片的表面具有均匀的冷却液，降低了激光切割所带来的热效应的影响，还有，经过光束整形后的，光束具有类似刀口的刃部，在切割速度上可以大幅提升，进一步减少了热效应对晶片的影响。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤E中，激光的功率为3W~3.5W，频率为38Khz~45 Khz，脉冲宽度为2.5ns~3.5ns，加工速度为400mm/s~500 mm/s；所述步骤G中，激光的功率为5.5W~6.5W，频率为110Khz~130 Khz，脉冲宽度为2.5ns~3.5ns，加工速度为150mm/s~250 mm/s。激光器先后两次切割，所采用的参数能量、脉宽、频率都不一样，首次的切割主要目的是释放晶片表面应力，划线深度控制在15μm以内，第二次采用的激光采用特定的参数才进行全切。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤G中，经整形后的激光光束的横截面为等腰三角形，所述刃部位于所述等腰三角形的尖端。在第二次激光切割的时候，激光光束的前端为三角形的尖端，其相当于一把刀刃将晶圆片切开，而且刃部的两端互为镜像对称，切割的时候，刃部的两端受力均衡，使得切割后两个切割面更加匀称以及平整。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤D中，所述冷却液的pH 值为9.5 ±0.5、比重（g/ml ）为1.10 ± 0.10、表面张力（dyn/cm）为≤25、消泡性（ml/min）为≤1.8。冷却液的选择需要适配激光光波长以及激光的参数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤D中，包括如下的步骤：D1、所述冷却液以晶圆片的重心为圆心，在晶圆片的表面点画出有若干个同心圆环；D2、转动所述的晶圆片，使得冷却液在离心力的作用下沿着晶圆片的表面流动；D3、静置所述的晶圆片，使得冷却液停止流动，从而使得冷却液均匀分布在晶圆片的表面。

晶片表面涂敷跟激光波长、能量对应的特殊冷却液，且需要经过离心旋转让其均匀分布，不能引起激光切割时穿过冷却液产生不同的折射影响切割精度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤F中，同样通过转动所述的晶圆片，使得冷却液再次进行均化。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤B中，利用真空吸盘对晶圆片进行装片固定。通过真空吸盘可以使得晶圆片的固定受力均匀，减少因切割时的受力不均而引起的破损。

作为上述技术方案的进一步改进，所述晶圆片的底面还设有连接层，所述真空吸盘对连接层进行真空吸附，所述步骤G中，所述激光光束的切割深度超过晶圆片的底面但不超过连接层的底面。利用连接层保证晶圆片被全切后依然能保持相对的位置固定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤G后，还包括步骤H：利用离子水对分隔后的晶圆片进行清洗，清洗后进行干燥。

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作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明的晶圆片的平面视图；

图2是本发明的激光光束的立体示意图；

图3是本发明的切割示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，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。

实施例一：一种晶圆片的激光全切割方法，包括如下步骤：

首先，校准测量晶片的重心点；然后对晶圆片进行装片；由于晶片越薄越容易翘曲，翘曲后会使晶片的重心发生变化，装片前先把晶片经过重心调整校准器，利用重心调整校准器以确认晶片的重心点，确认重心后通过全自动机械手把晶片送到带X、Y方向移动及旋转的真空吸台上进行真空吸附；本步骤中，通过增加重心校准的环节可以保证晶片在真空吸台上的放置位置精度及吸附的均匀性，有利于降低破片率。

接着，晶圆片吸附平整后，通过平台的X、Y移动到定位校准vision下对切槽进行检测定位，vision不断的对切槽进行检测定位并实时把检测的数据传送给控制系统，控制系统不断的通过X、Y平台进行移动调整，不断地修正晶圆片的吸附位置，以确保晶圆片的吸附位置准确。参见图1，应当可以理解的是，每个晶圆片100在出厂时，其表面均刻有多个纵横交错的切槽110，这些切槽110是为了方便后序的切割用的。在激光切割的时候，激光的切割轨迹应该是与切槽重叠的。通过控制系统控制平台移动，使得晶圆片的吸附位置得到修正，该吸附位置保证激光切割时，切割轨迹是根据晶圆片上的切槽进行运动的。

然后，在晶圆片的表面上添加与激光波长对应的冷却液，冷却液pH 值为9.5 ±0.5，比重（ g/ml ）为1.10 ± 0.10，表面张力（dyn/cm）为≤25，消泡性（ml/min）为≤1.8；添加的时候，参见图1，利用点胶机将冷却液200在晶圆片100的表面上画出若干个同心圆，同心圆的数量以及每个同心圆的半径将根据晶圆片的尺寸以及厚度而定；添加完成后通过平台旋转若干圈的方式使冷却液均匀涂敷在晶圆片表面，旋转后，静止2分钟，待冷却液停止流动，此时冷却液200基本均匀发布在晶面上。当然，平台旋转的转速要控制好，不能过快，也不能过慢，在转动的时候，有部分冷却液因离心力而被甩出晶圆片表面也是允许的。利用冷却液，可以有效减少激光切割时所带来的热效应影响，提高了晶圆片的切割精度。

再者，调取预设定好的激光参数及已经校准完成的控制系统方程，激光沿预设的割槽先划线，实现对晶圆片的表面应力释放，划线的激光不需要经过光束整形机构，出来的激光光束为圆柱状即可，而且只需设定特定的激光脉冲宽度、脉冲能量、加工速度，例如，选择激光功率为3.2W，频率为40Khz，脉冲宽度3ns，加工速度为470mm/s。通过X\Y真空平台的移动下对晶片表层进行快速的划线，划出割槽，割槽的深度为10μm左右。

接着，激光沿割槽进行划线完成后，X\Y真空旋转平台复位到切割起始点，然后平台旋转两圈，待冷却液把激光割槽均匀填满。

然后系统自动调取激光全切的参数，激光全切用的镭射功率为6W，频率为120Khz，脉冲宽度3ns，加工速度为200mm/s，光束整形模块迅速移动到激光出射端，激光从扫描透镜射出后经光束整形模块，参见图2~图3，经过整形后的激光光束300的横截面为等腰三角形，该等腰三角形的底边宽度约为10μm，其具有刃部310，所述等腰三角形的激光光束的刃部310类似于一把刀的刀刃，利用整形后的激光光束的刃部310从上往下的贯穿整个晶圆片100，整个激光全切过程都是X\Y平台进行移动，激光固定出光，激光的开启关闭随着割槽的变化自动切换，切完一个方向上的割槽后，X\Y平台自动旋转90度，同样沿着垂直方向上的割槽进行切割，直到整个的晶圆片切割完成。本发明采用功率10W、波长255nm的超窄脉宽的深紫外激光器，其频率、脉宽、单脉冲能量均可调，其光束质量是标准的TEM00高斯分布光束。经过光束整形后的，光束类似刀口向前，在切割速度上可以大幅提升，结合激光的超短脉冲方式大大减少了热效应对晶片的影响。

最后，切割完成后释放平台的真空，将晶圆片取下来，采用离子水清洗干净并取出燥干。整个切割过程完成。通过利用激光对晶圆片进行全切，适用于（但不限）：硅晶片、红宝石晶片、GaP(磷化镓)晶片、GaAs（砷化镓）晶片、InP(磷化铟)晶片、GaN(氮化镓)晶片、Ge(锗)晶片等的切割。

进一步作为优选的实施方式，所述晶圆片的底面还可以设有连接层。在加工之前，可以先将连接层固定在晶圆片的底部。这样，当对晶圆片进行激光全切的时候，由于激光并没有切穿该连接层，只是对晶圆片进行全切，这样被全切后的晶圆片还可以通过连接层保持相互的位置独立。后续只需将晶圆片从连接层上分离出来即可。所述的连接层主要通过粘接的方式固定在晶圆片的底面，其可以是自身具备粘性，或者利用胶水与晶圆片进行粘接，在激光全切的时候，激光只会完全贯穿晶圆片，而并没有切开连接层，因此在切割完成后，整个连接层还是保持相对的整体性，利用连接层对切割后的单个晶片起到固定的作用，放置晶片在切割后因为没有约束而散乱，从而影响激光的切割。

在一些实施例中，冷却液除了利用离心的均匀方式外，也可以利用喷涂的方式将冷却液均匀地喷洒在晶圆片的表面。

在一些实施例中，除了利用真空吸盘对晶圆片进行吸附固定外，也可以通过卡盘对晶圆片的外周进行定位固定。

在一些实施例中，经过整形的激光光束也可以为楔形。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、校准测量晶片的重心点；

B、根据步骤A中确定的重心点，对晶圆片进行装片；

C、对晶圆片的吸附位置进行检测定位；

D、在晶圆片表面均匀涂覆冷却液；

E、利用激光在晶圆片的表面划出割槽，所述割槽的深度为10μm~15μm；

F、再次均化晶圆片表面的冷却液；

G、调整激光的参数，同时对激光光束进行整形，使得激光光束具有刃部，利用刃部沿着割槽将晶圆片进行全切割。

2.根据权利要求1所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述步骤E中，激光的功率为3W~3.5W，频率为38Khz~45 Khz，脉冲宽度为2.5ns~3.5ns，加工速度为400mm/s~500mm/s；所述步骤G中，激光的功率为5.5W~6.5W，频率为110Khz~130 Khz，脉冲宽度为2.5ns~3.5ns，加工速度为150mm/s~250 mm/s。

3.根据权利要求1所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述步骤G中，经整形后的激光光束的横截面为等腰三角形，所述刃部位于所述等腰三角形的尖端。

4.根据权利要求1所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述步骤D中，所述冷却液的pH 值为9.5 ± 0.5、比重为1.10 ± 0.10 g/ml、表面张力为≤25 dyn/cm、消泡性为≤1.8 ml/min。

5.根据权利要求4所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述步骤D中，包括如下的步骤：D1、所述冷却液以晶圆片的重心为圆心，在晶圆片的表面点画出有若干个同心圆环；D2、转动所述的晶圆片，使得冷却液在离心力的作用下沿着晶圆片的表面流动；D3、静置所述的晶圆片，使得冷却液停止流动，从而使得冷却液均匀分布在晶圆片的表面。

6.根据权利要求5所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述步骤F中，同样通过转动所述的晶圆片，使得冷却液再次进行均化。

7.根据权利要求1所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述步骤B中，利用真空吸盘对晶圆片进行装片固定。

8.根据权利要求7所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述晶圆片的底面还设有连接层，所述真空吸盘对连接层进行真空吸附，所述步骤G中，所述激光光束的切割深度超过晶圆片的底面但不超过连接层的底面。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的晶圆片的激光全切割方法，其特征在于：所述步骤G后，还包括步骤H：利用离子水对分隔后的晶圆片进行清洗，清洗后进行干燥。

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