一种脆性半导体材料的脆性裂片方法及***
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域,具体涉及一种脆性半导体材料的脆性裂片方法及***。
背景技术
脆性断裂与韧性断裂的区别主要是从宏观特征来划分的,判定依据就是“断裂前有没有发生明显的塑性变形”。脆性断裂在断裂前几乎不产生塑性变形,一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%时属于脆性断裂,断口平整光亮,有金属光泽,且与正应力垂直。韧性断裂在断裂前发生显著的塑性变形,伴随塑性变形及能量吸收,工件外形呈颈缩、弯曲及断面收缩。
脆性半导体材料,以硅晶圆切割为例,主流切割技术还是采用金刚石刀片切割,这种切割方式存在切割缝宽较宽,切割效率低下,耗材成本较高等缺点,因此激光切割晶圆应该成为主流技术,但是由于激光切割硅晶圆时会留下激光切割纹理或者说是激光切割痕迹,这些痕迹下面其实暗藏了大量微裂纹与应力集中,还具有一定的的粗糙度,随着时间的推移,这些裂纹逐渐扩展到芯片的电路中间,造成芯片报废。工程上采用三点测试或者四点测试方法,测量脆性材料被激光切割后,切割后的脆性材料的抗弯强度是否下降以及降低多少,一般的激光切割方法,由于切割纹理造成众多微裂纹的存在,导致激光切割后的脆性半导体材料抗弯强度急剧降低,影响了脆性半导体材料的后续使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种脆性半导体材料的脆性裂片方法及***,能够获得高质量的断裂切口,保持脆性半导体材料原有的抗弯强度,消灭应力集中微裂纹,实现脆性半导体材料高速高质量裂片。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一方面,本发明提供了一种脆性半导体材料的脆性裂片方法,包括:
采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热,以使脆性半导体材料的待裂片部位内部膨胀形成压应力,同时对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却,以使脆性半导体材料的待裂片部位表面收缩形成拉应力,从而使得脆性半导体材料发生脆性断裂,形成光滑切口;其中,所述脆性半导体材料对所述加热激光束光学透明或者部分光学透明,以使所述加热激光束能够进入所述脆性半导体材料内部,使得所述脆性半导体材料的待裂片部位内部能够吸收激光能量从而形成温升,同时,所述脆性半导体材料的待裂片部位内部被加热温度低于该脆性半导体材料塑性形变温度。
所述脆性半导体材料对加热激光束的吸收,可以是脆性半导体材料本身对一定波长激光是部分透明部分吸收,也可以是脆性半导体材料本身对一定波长激光是透明的,但是由于加热激光束聚焦后激光焦点功率密度较高,使得原本脆性半导体材料对该波长激光透明转为吸收。
本发明的有益效果为:采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热,以使脆性半导体材料的待裂片部位内部膨胀形成压应力,同时对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却,以使脆性半导体材料的待裂片部位表面收缩形成拉应力,从而使得脆性半导体材料发生脆性断裂,形成光滑切口,能够完美地对脆性半导体材料裂片加工,相对于传统的脆性半导体材料的加工方式,能够获得极高的切口质量,维持脆性半导体材料的抗弯强度,消除了传统激光切割造成的微裂纹与应力集中,提高脆性半导体材料的裂片效率。
在上述技术方案的基础上,还可以作如下改进。
进一步的,所述激光激光束为聚焦激光束,且所述加热激光束的激光聚焦焦点位于所述脆性半导体材料的待裂片部位内部,所述加热激光束的激光聚焦焦点为平顶聚焦光斑。
进一步的,所述平顶聚焦光斑为方形平顶聚焦光斑或者圆形平顶聚焦光斑。
所述进一步的有益效果为:采用平顶聚焦光斑有利于脆性半导体材料的均匀加热,且平顶聚焦光斑较深较短,避免了脆性半导体材料表面的过度加热,对于脆性半导体材料的直线路径裂片,采用方形平顶聚焦光斑比较合适,这样加热更为均匀;对于脆性半导体材料曲线路径裂片,采用圆形平顶聚焦光斑比较合适,采用平顶聚焦光斑适合控制脆性半导体材料的裂片方向。
进一步的,在采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热之前或同时还包括:
去除所述脆性半导体材料表面阻挡所述加热激光束进入脆性半导体材料的待裂片部位内部的隔离材料,所述隔离材料包括金属与非金属。
所述进一步的有益效果为:去除脆性半导体材料表面的隔离材料,有利于加热激光束进入脆性半导体材料内部进行快速加热。另一方面,本发明提供了一种脆性半导体材料的脆性裂片***,包括加热模块和冷却模块;
所述加热模块采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热,以使脆性半导体材料的待裂片部位内部膨胀形成压应力;同时所述冷却模块对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却,以使脆性半导体材料的待裂片部位表面收缩形成拉应力,从而使得脆性半导体材料发生脆性断裂,形成光滑切口;其中,所述脆性半导体材料对所述加热激光束光学透明或者部分光学透明,以使所述加热激光束能够进入所述脆性半导体材料内部,使得所述脆性半导体材料的待裂片部位内部能够吸收激光能量从而形成温升,同时,所述脆性半导体材料的待裂片部位内部被加热温度低于该脆性半导体材料塑性形变温度。
本发明的有益效果为:采用加热模块对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热,以使脆性半导体材料的待裂片部位内部膨胀形成压应力,同时采用冷却模块对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却,以使脆性半导体材料的待裂片部位表面收缩形成拉应力,从而使得脆性半导体材料发生脆性断裂,形成光滑切口,能够完美地对脆性半导体材料裂片加工,相对于传统的脆性半导体材料的加工方式,能够获得极高的切口质量,维持脆性半导体材料的抗弯强度,消除了传统激光切割造成的微裂纹与应力集中,提高脆性半导体材料的裂片效率。
在上述技术方案的基础上,还可以作如下改进。
进一步的,所述冷却模块采用冷却流体束或者低温装载台对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却。
进一步的,所述冷却流体束为液态低温惰性气体或气态低温惰性气体、低温空气、液态二氧化碳或低温二氧化碳气体、液氮或者低温氮气中的一种或者多种组合。
进一步的,还包括光束整形元件以及激光聚焦模块;
所述光束整形元件,用于对由激光器发射的激光束进行光束整形;
所述激光聚焦模块,用于对整形后的激光束进行聚焦,形成加热激光束,所述加热激光束的聚焦焦点为平顶聚焦光斑。
所述进一步的有益效果为:采用平顶聚焦光斑有利于脆性半导体材料的均匀加热,且平顶聚焦光斑较深较短,避免了脆性半导体材料表面的过度加热,提高对脆性半导体材料表面冷却时的冷却效果。
进一步的,所述激光聚焦模块包括激光聚焦镜片模组和位于其下方的冷却流体束腔,且所述冷却流体束腔还设置有冷却流体束入口和冷却流体束出口。
进一步的,还包括:
清洗模块,用于采用清洗激光束或者机械研磨装置去除所述脆性半导体材料表面阻挡所述加热激光束进入脆性半导体材料的待裂片部位内部的隔离材料。
所述进一步的有益效果为:去除脆性半导体材料表面的隔离材料,有利于加热激光束进入脆性半导体材料内部进行快速加热。
进一步的,所述清洗激光束与所述加热激光束来自同一激光光源的不同出光模式或者来自不同的激光光源;
当所述清洗激光束与所述加热激光束来自同一激光光源的不同出光模式时,所述加热激光束为连续激光或者低峰值功率脉冲激光束,所述清洗激光束为脉冲激光束;
当所述清洗激光束与加热激光束来自不同的激光光源时,所述清洗激光束为超短脉冲激光束。
附图说明
图1-a为本发明实施例1中一种脆性半导体材料的脆性裂片方法中加热激光束与冷却流体束位于同一面且同轴示意图;
图1-b为实施例1中加热激光束与冷却流体束位于同一面不同轴示意图;
图2-a为实施例1中加热激光束与冷却流体束位于不同面同轴示意图;
图2-b为实施例2中加热激光束与冷却流体束位于不同面且不同轴示意图;
图3-a为本发明实施例2的一种脆性半导体材料的脆性裂片***中加热激光束与冷却流体束同轴示意图;
图3-b为实施例2中加热激光束与冷却流体束不同轴示意图。
附图中,各部件的标号如下所示:
1、冷却流体束,2、加热激光束,3、脆性半导体材料,31、待裂片部位表面,32、待裂片部位内部,4、激光器,5、第一激光束,6、光学整形元件,7、第二激光束,8、激光聚焦模块,81、激光聚焦镜片模组,82、冷却流体束腔,83、冷却流体束入口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1、一种脆性半导体材料的脆性裂片方法。以下结合图1-a到图2-b对本实施例提供的方法进行详细说明。
参见图1-a和图1-b所示,本实施例提供的方法包括:采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热,以使脆性半导体材料的待裂片部位内部膨胀形成压应力,同时对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却,以使脆性半导体材料的待裂片部位表面收缩形成拉应力,从而使得脆性半导体材料发生脆性断裂,形成光滑切口。其中,所述脆性半导体材料对所述加热激光束光学透明或者部分光学透明,以使所述加热激光束能够进入所述脆性半导体材料内部,使得所述脆性半导体材料的待裂片部位内部能够吸收激光能量从而形成温升,同时,所述脆性半导体材料的待裂片部位内部被加热温度低于该脆性半导体材料塑性形变温度,以保证脆性半导体材料的待裂片部位的内部快速加热后发生弹性形变,但不发生塑性形变。
需要说明的是,对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热的过程与对脆性半导体材料的待裂片部位的表面进行快速冷却的过程不分先后顺序,两个过程也可以同时进行。
其中,所述脆性半导体材料包括晶体硅片,晶体硅片对于部分波长的加热激光束是部分投射部分吸收的,这些加热激光束的波长为800纳米到9微米。脆性半导体材料对加热激光束的吸收,可以是脆性半导体材料本身对所述波长激光是部分透明部分吸收,也可以是脆性半导体材料本身对所述波长激光是透明的,但是由于所述加热激光束聚焦后激光焦点功率密度较高,使得原本脆性半导体材料对该波长激光透明转为吸收。晶体硅片部分透射的激光束对晶体硅片的待裂片部位的内部进行加热,本实施选择的加热激光束参数具体为:连续激光,波长1064nm,激光功率50瓦,光束质量因子小于1.1,所述激光光束2聚焦光斑20微米。所述加热激光束为聚焦激光束,且所述加热激光束的激光聚焦焦点位于所述脆性半导体材料的待裂片部位内部,所述加热激光束的激光聚焦焦点为平顶聚焦光斑,所述平顶聚焦光斑为方形平顶聚焦光斑或者圆形平顶聚焦光斑。另外,本实施例中所述的脆性半导体材料不限于硅材料,还包括但不限于砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碲化镉(CdTe)、硒化锌(ZnSe)、蓝宝石材料、部分陶瓷材料等,当脆性半导体材料为蓝宝石材料时,加热激光束的波长为355纳米到10.6微米之间,蓝宝石材料对这个波长范围的加热激光束,有的吸收,有的是部分透明部分吸收,有的是透明的,对于透明的加热激光束,由于加热激光束聚焦后激光焦点功率密度较高,使得原本所述材料对该波长激光透明转为吸收。
当本实施例的脆性半导体材料为硅晶圆时,硅晶圆为八英寸直径硅晶圆,厚度300微米。众所周知,虽然Si材料在室温下极脆,但是当其到达熔点温度的60%(约740℃)以上时具有韧性。当硅晶圆片受到的不均匀加热使得硅片中产生很大的温度梯度,相应地产生了很大的热应力,当应力超过硅的屈服强度时,扩散诱生缺陷就会产生。晶体硅熔点约1400度,沸点约2377度,晶体硅属于脆性材料,在温度超过约510度时,开始从脆性向塑性转化,当温度超过约650度时硅片产生良好的塑性。单晶硅的弹性模量大约是187GPa,断裂韧性大约是0.82MPa,临界屈服强度为2×106g/cm2,即196Mpa。
硅晶圆待裂片区域表面拉应力,根据材料力学热应力原理有下列公式:
σ=E(-⊿L/L)=Ea(T-To),
其中(T-To)为脆性半导体材料的待裂片部位的表面与内部的温差;a为热膨胀系数,硅材料常温热膨胀系数为2.5*10-6/摄氏度,实际随着温度上升,其热膨胀系数也上升,本公式计算按照保守的常温热膨胀系数计算;E为晶体硅弹性模量。
所述脆性半导体材料的表面区域被冷却流体束冷却后的温度为零摄氏度,所述脆性半导体材料的内部区域被加热激光束加热后的温度450摄氏度,(T-To)=450摄氏度,a=2.5*10-6/摄氏度,E=187GPa,经过计算硅晶圆待裂片区域表面拉应力为210Mpa,大于硅晶圆临界屈服强度196Mpa,实际上可以进一步降低硅晶圆待裂片区域内外层的温差,使得裂片工艺参数更为宽阔。
具体的,可采用冷却流体束或者低温装载台对脆性半导体材料的待裂片表面进行快速冷却。当采用冷却流体束对脆性半导体材料的待裂片部位的表面进行快速冷却时,冷却流体束可以是液态或者气态低温惰性气体、低温空气、液态二氧化碳或者低温二氧化碳气体、液氮或者低温氮气、液态氢或者低温氢气中的一种或者多种组合。本实施例采用了低温氮气,气体流速为5升/分钟,上述的低温是指低于5℃。当使用低温装载台对脆性半导体材料的表面进行快速冷却时,将脆性半导体材料放置于低温装载台上。
当采用冷却流体束对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却时,可分别参见图1-a和图2-a或者参见图1-b和图2-b,加热激光束与冷却流体束可以位于脆性半导体材料的待裂片部位的同一面,也可以位于脆性半导体材料的待裂片部位的两面。还可以分别参见图1-a和图1-b或者参见图2-a和图2-b,加热激光束和冷却流体束可以同轴,也可以不同轴。
冷却流体束与加热激光束相对于待加工的脆性半导体材料空间同步运动,控制脆性半导体材料的脆性断裂轨迹,共同实现完美的脆性半导体材料裂片加工。
另外,有些材料,例如硅晶圆表面的芯片之间的缝隙里面,经常存在一些金属货非金属残留,这些金属或非金属残留阻挡了加热激光束传输到硅晶圆内部,因此需要将这些金属残留进行清除。本实施例在采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热之前或同时还包括:去除所述脆性半导体材料表面阻挡所述加热激光束进入脆性半导体材料的待裂片部位内部的隔离材料,以使加热激光束能够顺利进入脆性半导体材料的内部进行快速加热。本实施例中,可采用清洗激光束或者机械研磨装置去除脆性半导体材料表面阻挡所述加热激光束进入脆性半导体材料的待裂片部位内部的隔离材料。当采用清洗激光束时,清洗激光束与加热激光束可以来自同一激光光源的不同出光模式,也可以来自不同的激光光源。当清洗激光束与加热激光束来自同一激光光源的不同出光模式时,加热激光束可以为连续激光或者低峰值功率脉冲激光,其峰值功率以不破坏脆性半导体材料为准,清洗激光束为脉冲激光束;当清洗激光束与加热激光束来自不同的激光光源时,加热激光束可以为连续激光或者低峰值功率脉冲激光,清洗激光束可以为超短脉冲激光束,其脉冲宽度小于1纳米。清除加热激光束路径内残留的物质,需要峰值功率相对高的激光束进行加工清除。
实施例2、一种脆性半导体材料的脆性裂片***。以下结合图3-a和图3-b对本实施例提供的***进行描述。
参见图3-a所示,本实施例提供的***包括加热模块和冷却模块,其中,所述加热模块采用加热激光束2对脆性半导体材料3的待裂片部位内部32快速加热,以使脆性半导体材料的待裂片部位内部3膨胀形成压应力;同时所述冷却模块对脆性半导体材料3的待裂片部位表面31进行快速冷却,以使脆性半导体材料3的待裂片部位表面31收缩形成拉应力,从而使得脆性半导体材料3发生脆性断裂,形成光滑切口;其中,所述脆性半导体材料3对所述加热激光束2光学透明或者部分光学透明,以使所述加热激光束2能够进入所述脆性半导体材料3内部,使得所述脆性半导体材料3的待裂片部位内部32能够吸收激光能量从而形成温升,同时,所述脆性半导体材料的待裂片部位内部32被加热温度低于该脆性半导体材料弹性形变温度。
在本实施例中,所述脆性半导体材料3为蓝宝石,实际上所述脆性半导体材料3可以是但不限于砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碲化镉(CdTe)、硒化锌(ZnSe)、硅晶圆材料等。所述脆性半导体材料对所述激光器发出的激光束部分透明,使得所述脆性半导体材料待裂片部位内部能够吸收激光能量从而形成温升,脆性半导体材料内部被加热温度低于脆性半导体材料的塑性形变温度,同时激光束并不允许破坏所述脆性半导体材料(指塑性形变或者内部***)。
本实施例的激光器采用二氧化碳激光器,其发射出的激光束的具体参数为:连续激光,波长9微米,激光功率200瓦,光束质量因子小于1.2,所述加热激光光束2聚焦光斑50微米。
蓝宝石晶体的弹性模量随温度上升而降低,零摄氏度时候约505GPa,1000度时候约465Gpa,有些资料显示380GPa,本实施例按照380GPa计算,断裂强度大约是400MPa。
蓝宝石待裂片区域表面拉应力,根据材料力学热应力原理有下列公式:
σ=E(-⊿L/L)=Ea(T-To),
其中(T-To)为待裂片不馁表面31与待裂片部位内部32的温差;a为热膨胀系数,蓝宝石单晶材料热膨胀系数,有些资料显示是8.8*10-6/摄氏度,有些资料显示为5.8*10-6/摄氏度,本实施例按照后者计算,实际随着温度上升,其热膨胀系数也上升,本公式计算按照保守的常温热膨胀系数计算;E为弹性模量。
所述脆性材料3表面区域31被冷却流体束1冷却后的温度零摄氏度,所述脆性材料3内部区域32被加热激光束2加热后的温度400摄氏度,(T-To)=400摄氏度,a=5.8*10-6/摄氏度,E=380GPa,经过计算蓝宝石单晶裂片区域表面拉应力为882MPa,大于蓝宝石断裂强度400MPa,实际上可以进一步降低蓝宝石待裂片区域内外层的温差,使得裂片工艺参数更为宽阔。
所述冷却流体束1与加热激光束2相对于待加工的脆性半导体材料3同步运动,控制材料的脆性断裂轨迹,即可实现完美的半导体材料裂片加工,包括直线和曲线甚至空间曲线切割,实现蓝宝石的裂片速度18米/分钟,端面光滑,无激光切痕,所述加热激光束2没有造成蓝宝石内部破坏,分离的小片蓝宝石机械强度没有下降。
所述脆性半导体材料对加热激光束的吸收,可以是脆性半导体材料本身对所述波长激光是部分透明部分吸收,也可以是脆性半导体材料本身对所述波长激光是透明的,但是由于所述加热激光束聚焦后激光焦点功率密度较高,使得原本所述脆性半导体材料对该波长激光透明转为吸收。本发明里面,加热激光束进入脆性半导体材料进行加热,但不破坏所述脆性半导体材料,由于引入冷却流体束,才可以引导所述脆性材料沿着设计路径解理裂开。因此本实施例中激光光源也可以采用1微米波长的光纤激光器或者固体激光器,虽然蓝宝石对该波长透明,但是激光焦点处蓝宝石对激光是吸收,因此能够实现蓝宝石片内部加热,而材料表面由于对该波长吸收很少,因此更容易实现冷却流体束和/或载物台对蓝宝石表面的冷却。
冷却模块采用冷却流体束1或者低温装载台对脆性半导体材料的待裂片部位的表面进行快速冷却,当采用冷却流体束1时,冷却流体束1可以为液态或者气态低温惰性气体、低温空气、液态二氧化碳或者低温二氧化碳气体、液氮或者低温氮气、液态氢或者低温氢气中的一种或者多种组合。当使用低温装载台对脆性半导体材料的表面进行快速冷却时,将脆性半导体材料放置于低温装载台上,以使低温装载台对脆性半导体材料3的接触面进行快速却。本实施例采用了低温氮气对脆性半导体材料进行冷却,气体流速为5升/分钟,上述的低温是指低于5℃。
加热激光束2与冷却流体束1可以位于脆性半导体材料的同一面,也可以位于脆性半导体材料的不同面。加热激光束与冷却流体束可以位于脆性半导体材料的同一面,这样采用激光切割头比较方便,激光切割头带有可调整聚焦镜,激光切割头的侧面有一个进气口,用于输入高压冷却流体,这样加热激光束2和冷却流体束1可以实现同轴。加热激光束2与冷却流体束1也可以位于脆性半导体材料的两面,这样做的好处是,当部分加热激光被脆性半导体材料吸收之后,加热激光在脆性半导体材料的出射表面的激光能量较小,冷却流体束对脆性半导体材料待裂片部位激光出射面冷却会更有效形成低温材料表面。
另外,冷却流体束1与加热激光束2可以同轴,也可以不同轴,可参见图3-a和图3-b所示,冷却流体束1与加热激光束2同轴时,能够加快冷却流体束1对脆性半导体材料3的待裂片部位表面31的冷却,而冷却流体束1与加热激光束2不同轴时,这样的好处是低温冷却流体束1不会对接触的光路里面的光学元件也进行了冷却,导致冷却的光学部件也有热应力的变化,影响了加热激光束的聚焦效果,特别是影响了加热激光束的激光聚焦光斑位置。另一方面,这种方式的冷却流体束碰到脆性半导体材料表面后的出射方向具有一定的确定性,在有些情况下有用,可以提前对待裂片部位表面冷却,改变一下所述冷却流体束的入射方向后,也可以对冷却流体束与加热激光束处理过的脆性材料表面继续冷却,因为应力裂片有一个裂纹扩散的时间过程,持续冷却有利于裂片的顺利进行。
本实施例提供的***还包括激光器4、光束整形元件6和激光聚焦模块8,其中,光束整形元件6对由激光器4发射的第一激光束5进行光束整形,形成整形后的第二激光束7。激光聚焦模块8,用于对整形后的激光束进行聚焦,形成加热激光束2。由于在整个光路中增加了光束整形元件6,因此经过激光聚焦模块8聚焦后的加热激光束的聚焦光斑为平顶聚焦光斑。采用平顶激光束有利于对脆性半导体材料的均匀加热,且平顶聚焦光斑焦深较短,这样尽可能降低脆性半导体材料2的待裂片部位的表面31的受热程度,有利于冷却流体束1对脆性半导体材料1的待裂片部位的表面31进行冷却时尽可能获得低的表面层温度。平顶聚焦光斑具体可以为方形平顶聚焦光斑或者圆形平顶聚焦光斑,若需要形成脆性半导体材料的直线路径裂片,采用方形平顶聚焦光斑比较合适,这样加热更加均匀,若需要形成脆性半导体材料的曲线路径裂片,采用圆形平顶聚焦光斑比较合适。
参见图3-a,激光聚焦模块8里面装配有激光聚焦镜片模组81,激光聚焦模块8里面也安装有冷却流体束腔82,位于激光聚焦镜片模组81的下方,该冷却流体束腔82设置有冷却流体入口83,也设置有冷却流体束1出口,通常冷却流体束入口设置在冷却流体束腔的侧面,冷却流体束出口设置在冷却流体束腔的下方。冷却流体束1与加热激光束2输出口是同一个出口,冷却流体束1与加热激光束2共同作用于脆性半导体材料3,控制脆性半导体材料3的脆性断裂轨迹,实现完美的脆性半导体材料3的裂片加工,包括直线裂片或曲线裂片甚至控制曲线裂片。冷却流体束1与加热激光束2同向同轴也可以不同轴,可参见图3-b。
本实施例提供的***还可以包括清洗模块,其采用清洗激光束或者机械研磨装置去除所述脆性半导体材料表面阻挡所述加热激光束进入脆性半导体材料的待裂片部位内部的隔离材料,以使加热激光束能够顺利进入脆性半导体材料的内部进行快速加热。在部分厂家的硅晶圆生产中,可能在裂片路径中间随机散落有未被蚀刻干净的金属残留或者其它非金属残留,这些残留物对加热激光束不透明,阻挡了加热激光束对硅晶圆内部区域的加热。此时可以采用相对高峰值功率的激光束对残留物进行清除,由于残留物很少,因此激光清除速度比较快,清洗激光束与加热激光束可以来自同一激光光源的不同出光模式,也可以来自不同的激光光源。清理残留物也可以采用机械研磨方式,特别是用金刚石刀片进行切割研磨清除,该技术比较成熟,是现有机械切割晶圆主流技术,适合于较厚的晶圆切割。本实施例中由于切割深度很浅,金刚石刀片对硅晶圆作用力很小,可以非常快地完成清理工作,为后续加热激光束对硅晶圆内部加热扫清障碍。
本发明提供的一种脆性半导体材料的脆性裂片方法及***,其有益效果为:
(1)对脆性半导体材料的待裂片部位的内部进行快速加热的同时对脆性半导体材料的待裂片部位的表面进行快速冷却,利用脆性半导体材料的脆性和热胀冷缩,在脆性半导体材料的待裂片部位表面形成超过脆性半导体材料屈服强度的拉应力,在脆性半导体材料的待裂片部位的内部形成压应力,完美的对脆性半导体材料裂片加工,相对于目前脆性半导体材料加工方式,获得极高的切口质量,保留了脆性半导体材料的抗弯强度,因而克服了传统激光切割硅晶圆会留下大量微裂纹的缺陷,提高了芯片裂片质量,而相对于主流的金刚石刀片切割硅晶圆,本发明具备激光加工的天然优点,提高了脆性半导体材料的裂片效率。
(2)冷却流体束与加热激光束相对于待加工的脆性半导体材料空间同步运动,控制脆性半导体材料的脆性断裂轨迹,即可实现完美的脆性半导体材料的裂片加工,包括直线和曲线甚至空间曲线切割。
(3)切割后的脆性半导体材料由于截面光滑,无细微缺口缺陷,而现有的切割方式,脆性半导体内部存在激光切割纹理与微裂纹,存在大量微裂纹,降低了裂片后脆性材料的抗弯强度,而采用本发明的方式,脆性半导体材料裂片后的分离裂片单元经过三点折弯测试后抗弯强度相对于切割前的脆性半导体材料而言,抗弯强度基本没有降低。
(4)裂片路径中间随机散落有未被蚀刻干净的金属残留物或者其它残留物时,采用了清洗激光束或者机械研磨装置,去除脆性半导体材料表面阻挡加热激光束进入脆性半导体材料待裂片部位内部的隔离残留物,为后续加热激光束对脆性半导体材料内部加热扫清障碍,有利于加热激光束对脆性半导体材料的待裂片内部进行快速加热。
在本说明书的描述中,参考术语“实施例一”、“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方法、装置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必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。