CN109397056A - 一种晶圆芯片的切割方法及其划片机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶圆芯片的切割方法及其划片机，该切割方法具体为，采用红外激光器沿着晶圆芯片的切割预定线进行照射，在所述晶圆芯片表面形成向下凹陷的切割轨道；将砂轮片沿着所述切割轨道进行切割，所述划片机可实现上述切割过程，本发明提供的晶圆芯片的切割方法，具有方法简单，易于操作，而且切割质量好，加工效率高等优点。
Description
技术领域
本发明公开涉及晶圆芯片加工的技术领域，尤其涉及一种晶圆芯片的切割方法及其划片机。
背景技术
晶圆芯片是制造半导体芯片的基本材料，在晶圆芯片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的IC产品。
目前，晶圆芯片的切割方式主要分为两种，一种是采用金刚石砂轮片进行切割，另一种是采用激光切割。但采用金刚石砂轮片进行切割时，金刚石砂轮片表面突起的锋利、高硬度金刚砂颗粒会对晶圆芯片切割部进行铲挖，该铲挖式机械力直接作用在晶圆芯片表面时，会对晶圆芯片内部造成应力损伤，导致晶圆芯片在切割过程中发生表面和背面崩裂，存在成品率低的问题。由于激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，实现将工件割开，虽然可以有效解决晶圆芯片在切割过程中发生崩裂的问题，但激光切割时会产生热影响区，激光的熔渣会导致晶圆芯片表面存在二次污染的问题。
因此，如何研发一种新型的晶圆芯片切割方法，以解决现有切割方法存在的成品率低、晶圆芯片表面遭受二次污染等问题，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种晶圆芯片的切割方法及其划片机，以至少解决采用技术中，采用砂轮片进行晶圆芯片切割，容易发生崩裂，存在成品率低的问题，以及采用激光切割，由于熔渣的存在，导致二次污染等问题。
本发明一方面提供了一种晶圆芯片的切割方法，该方法包括如下步骤：
1)采用红外激光器沿着晶圆芯片的切割预定线进行照射，在所述晶圆芯片表面形成向下凹陷的切割轨道；
2)将砂轮片沿着所述切割轨道进行切割。
优选，所述红外激光器的波长为200～1064纳米。
进一步优选，所述红外激光器的功率为6～20w。
进一步优选，所述红外激光器照射的光斑直径40um～50um。
进一步优选，所述红外激光器垂直照射于所述晶圆芯片的切割预定线上。
本发明另一方面还提供了一种划片机，该划片机适用于上述的切割方法，包括：基座1、X轴驱动组件2、承载芯片工作台3、Y轴驱动组件4、Z轴驱动组件5、切割装置6以及控制台；
所述基座1用于所述划片机的整体支撑；
所述X轴驱动组件2包括：X轴底座21、X轴导轨22、X轴驱动电机23、X轴联轴节24、X轴丝杠25以及X轴溜板26；
所述X轴底座21固定安装于所述基座1上；
所述X轴导轨22以及X轴驱动电机23均固定安装于所述X轴底座21上；
所述X轴驱动电机23的动力输出端通过所述X轴联轴节24与所述X轴丝杠25驱动连接；
所述X轴溜板26的两侧设置有导轨滑块261，下表面设置有丝套，所述X轴溜板26两侧的导轨滑块261与所述X轴导轨22滑动咬合，所述丝套套装于所述X轴丝杠25的外部；
所述承载芯片工作台3固定安装于所述X轴溜板26上；
所述Y轴驱动组件4包括：Y轴底座、Y轴导轨、Y轴驱动电机、Y轴联轴节、Y轴丝杠以及Y轴溜板；
所述Y轴底座固定安装于所述基座1上，且相对所述X轴底座21垂直设置；
所述Y轴导轨以及Y轴驱动电机均固定安装于所述Y轴底座上；
所述Y轴驱动电机的动力输出端通过所述Y轴联轴节与所述Y轴丝杠驱动连接；
所述Y轴溜板的两侧设置有导轨滑块，下表面设置有丝套，所述Y轴溜板两侧的导轨滑块与所述Y轴导轨滑动咬合，所述丝套套装于所述Y轴丝杠的外部；
所述Z轴驱动组件5包括：Z轴底座、Z轴导轨、Z轴驱动电机、Z轴联轴节、Z轴丝杠以及Z轴溜板；
所述Z轴底座固定安装于所述Y轴溜板上，且相对所述Y轴底座垂直设置；
所述Z轴导轨以及Z轴驱动电机均固定安装于所述Z轴底座上；
所述Z轴驱动电机的动力输出端通过所述Z轴联轴节与所述Z轴丝杠驱动连接；
所述Z轴溜板的两侧设置有导轨滑块，下表面设置有丝套，所述Z轴溜板两侧的导轨滑块与所述Z轴导轨滑动咬合，所述丝套套装于所述Z轴丝杠的外部；
所述切割装置6包括平行设置砂轮切割装置61以及红外激光切割装置62，所述砂轮切割装置61与所述红外激光切割装置62均具有固定端和切割端，所述砂轮切割装置61的固定端和所述红外激光切割装置62的固定端均与所述Z轴溜板固定连接，所述砂轮切割装置61的切割端和所述红外激光切割装置62的切割端均位于所述承载芯片工作台3的上方，且所述红外激光切割装置62的激光焦点与所述砂轮切割装置61的切入点在一条直线上；
所述控制台分别与所述X轴驱动电机23、承载芯片工作台2、Y轴驱动电机、Z轴驱动电机、切割砂轮装置61以及红外激光切割装置62信号连接。
优选，所述砂轮切割装置61包括主轴架、主轴以及砂轮片；
所述主轴为气浮式静压电主轴；
所述主轴架一端与所述Z轴溜板固定连接，另一端与所述主轴固定连接；
所述砂轮片与所述主轴中的轴杆固定连接。
进一步优选，所述红外激光切割装置62包括：激光光纤头621、镜筒622、扩束镜623、反射镜624以及聚焦镜625；
所述激光光纤头621用于激光的传送和发射；
所述镜筒622沿着所述激光光纤头621的激光发射方向设置；
所述扩束镜623、反射镜624以及聚焦镜625沿着激光的传播方向依次设置，且均位于所述镜筒622内；
所述反射镜624为45°反射镜。
进一步优选，所述红外激光切割装置62还包括：调节滑台626，所述调节滑台626与所述镜筒622固定连接。
进一步优选，所述承载芯片工作台2采用真空吸附装置。
本发明提供的晶圆芯片的切割方法，首次提出将激光和砂轮片进行结合，进而完成晶圆芯片的切割作业。具体而言，首先采用红外激光器沿着晶圆芯片的切割预定线进行照射，宏观上，在晶圆芯片表面形成向下凹陷的切割轨道，微观上，由于红外激光的照射，使晶圆芯片照射区内部的晶相组织以及应力发生了改变，使得该区域由弹性变形特性改变为塑性变形特性，通过红外激光将晶圆芯片切割预定线处进行了性能改变，然后再采用砂轮片进行切割，不但不会产生大面积的崩裂，而且刀口宽度变窄，晶圆芯片的进给速度得到明显提升。通过上述切割方法既避免传统单一激光切割时，烧灼热影响区现象的发生，又解决单一砂轮片切割时，对晶圆芯片产生的应力损伤，造成崩裂的问题。本发明提供的晶圆芯片的切割方法，具有方法简单，易于操作，而且切割质量好，加工效率高等优点。
本发明提供的划片机，将砂轮切割装置和红外激光器有机结合，实现上述新型晶圆芯片的切割方法，该划片机具有结构简单，设计合理，使用方便等优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明公开实施例提供的一种划片机的结构示意图；
图2为本发明公开实施例提供的一种划片机中X轴驱动组件的结构示意图；
图3为本发明公开实施例提供的一种划片机中红外激光切割装置的结构示意图；
图4为图3沿AA的剖面图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
鉴于现有技术中，如果单独采用砂轮片进行晶圆芯片的切割时，由于砂轮片切割时的机械力会对晶圆芯片内部的晶相组织造成应力损伤，导致晶圆芯片的崩裂，造成切割成品率低；如果单独采用激光进行晶圆芯片的切割时，由于激光在晶圆芯片的照射周围会产生热影响区，激光切割时的熔渣会附着在晶圆芯片的表面，造成晶圆芯片的二次污染。为此，发明人首次想到并尝试，将砂轮片切割技术与激光切割技术相结合，形成新的晶圆芯片的切割方法，实现两项切割技术的优势互补，进而提高晶圆芯片的切割质量。
具体而言，本实施方案提供的切割方法具体包括如下步骤：
1)采用红外激光器沿着晶圆芯片的切割预定线进行照射，在晶圆芯片表面形成向下凹陷的切割轨道；
2)将砂轮片沿着所述切割轨道进行切割。
其中，采用的红外激光器的波长为200～1064纳米，功率为6～20w，照射的光斑直径40um～50um。
为了提高切割效果，作为技术方案的改进，将红外激光器垂直照射于晶圆芯片的切割预定线上。
上述切割方法可以适用于硅、锗硅、GaAs、SiC以及InP中任意一种晶圆芯片。
为了实现上述切割方法，发明人研发了一种专用于上述切割方法的划片机，参见图1，该划片机主要由基座1、X轴驱动组件2、承载芯片工作台3、Y轴驱动组件4、Z轴驱动组件5、切割装置6以及控制台构成，其中，基座1用于划片机的整体支撑，X轴驱动组件2可驱动承载芯片工作台3沿着基座1进行左右移动，Y轴驱动组件4可驱动Z轴驱动组件5以及切割装置6沿着基座1进行前后移动，Z轴驱动组件5可驱动切割装置6相对基座1进行上下移动。
参见图2为X轴驱动组件2的具体结构图，该X轴驱动组件主要由X轴底座21、X轴导轨22、X轴驱动电机23、X轴联轴节24、X轴丝杠25以及X轴溜板26构成，X轴底座21固定安装于基座1上，X轴导轨22以及X轴驱动电机23均固定安装于X轴底座21上，X轴驱动电机23的动力输出端通过X轴联轴节24与X轴丝杠25驱动连接，X轴溜板26的两侧设置有导轨滑块261，下表面设置有丝套，X轴溜板26两侧的导轨滑块261与X轴导轨22滑动咬合，丝套套装于X轴丝杠25的外部，参见图1，承载芯片工作台3固定安装于X轴溜板26上。
上述X轴驱动组件2的具体工作过程为：启动X轴驱动电机23进行转动，通过X轴联轴节24的连接带动X轴丝杠25进行同步转动，由于X轴溜板26的下表面丝套套装于X轴丝杠25的外部，且两侧的导轨滑块261与X轴导轨22咬合，因此当X轴丝杠25进行转动时，会驱动X轴溜板26沿着X轴导轨22进行直线运动，从而带动承载芯片工作台3进行运动，其中，具体的移动方向由X轴驱动电机的正转、反转决定。
对于Y轴驱动组件4和Z轴驱动组件5的构成和工作原理均与X轴驱动组件2相同，因此，本实施方案中，就不再将Y轴驱动组件4和Z轴驱动组件5进行一一的图示解释和工作过程说明，仅针对结构进行文字说明。具体如下：
Y轴驱动组件4主要由Y轴底座、Y轴导轨、Y轴驱动电机、Y轴联轴节、Y轴丝杠以及Y轴溜板构成，Y轴底座固定安装于基座1上，且相对X轴底座21垂直设置。Y轴导轨以及Y轴驱动电机均固定安装于Y轴底座上，Y轴驱动电机的动力输出端通过Y轴联轴节与Y轴丝杠驱动连接，Y轴溜板的两侧设置有导轨滑块，下表面设置有丝套，Y轴溜板两侧的导轨滑块与Y轴导轨滑动咬合，丝套套装于Y轴丝杠的外部。
Z轴驱动组件5主要由Z轴底座、Z轴导轨、Z轴驱动电机、Z轴联轴节、Z轴丝杠以及Z轴溜板构成，Z轴底座固定安装于Y轴溜板上，且相对Y轴底座垂直设置，Z轴导轨以及Z轴驱动电机均固定安装于Z轴底座上，Z轴驱动电机的动力输出端通过Z轴联轴节与Z轴丝杠驱动连接，Z轴溜板的两侧设置有导轨滑块，下表面设置有丝套，Z轴溜板两侧的导轨滑块与Z轴导轨滑动咬合，丝套套装于Z轴丝杠的外部。
参见图1，划片机中的切割装置6包括平行设置砂轮切割装置61以及红外激光切割装置62，其中，砂轮切割装置61与红外激光切割装置62均具有固定端和切割端，砂轮切割装置61的固定端和红外激光切割装置62的固定端均与Z轴溜板固定连接，砂轮切割装置61的切割端和红外激光切割装置62的切割端均位于承载芯片工作台3的上方，且红外激光切割装置62的激光焦点与砂轮切割装置61的切入点在一条直线上，控制台分别与X轴驱动电机23、承载芯片工作台2、Y轴驱动电机、Z轴驱动电机、切割砂轮装置61以及红外激光切割装置62信号连接。
上述砂轮切割装置61和红外激光切割装置62可采用任何结构，只要可实现其切割功能即可，本实施方案中选用的砂轮切割装置61主要由主轴架、主轴以及砂轮片构成，其中，主轴为气浮式静压电主轴，主轴架一端与Z轴溜板固定连接，另一端与所述主轴固定连接，砂轮片与主轴中的轴杆固定连接。
本实施方案中选用的红外激光切割装置62，参见图4，主要由激光光纤头621、镜筒622、扩束镜623、反射镜624以及聚焦镜625构成，其中，激光光纤头621用于激光的传送和发射，镜筒622沿着激光光纤头621的激光发射方向设置，扩束镜623、反射镜624以及聚焦镜625沿着激光的传播方向依次设置，且均位于所述镜筒622内，反射镜624为45°反射镜。该红外激光切割装置的激光通过光纤由光纤头传导到镜筒中，经过扩束镜扩束，由45°反射镜折射，通过聚焦镜聚焦到晶圆上实现切割。
为了使用方便，作为技术方案的改进，参见图3，在该红外激光切割装置中设置有调节滑台626，该调节滑台626与镜筒622固定连接，通过调节滑台进行调节实现红外激光切割装置62中焦点的移动。
为了提高承载芯片工作台2对晶圆芯片固定的稳定性，优选该承载芯片工作台2采用真空吸附装置。
上述划片机的工作过程具体为：将晶圆芯片通过真空吸附装置固定在承载芯片的工作台上，该工作台由X轴驱动电机带动相对X轴导轨滑动，由近电机端向远离电机端进给晶圆芯片，晶圆芯片先由红外激光器产生的激光进行照射，再由砂轮切割装置中的砂轮片进行切割，切割结束后，承载芯片工作台由X轴驱动电机带动，由远离电机端向近电机端快速返回，同时Z轴驱动电机带动红外激光器和砂轮切割装置向上提升，由Y轴驱动电机带动红外激光器和砂轮切割装置同时移动一个步距，再由Z轴驱动电机带动红外激光器和砂轮切割装置向下返回切割位置，这时承载芯片工作台由X轴驱动电机带动，由近电机端向远离电机端进给晶圆芯片，整个切割过程重复以上过程。
在实际的实验过程中，发明人首先采用35μ厚的砂轮划片机进行晶圆芯片的切割，切割形成的刀口宽度为47μ，最快的给进速度为20mm/s。
然后发明人又采用了上述的划片机进行切割，其中砂轮片同样是35μ厚，切割后对刀口进行测量，刀口宽度为37μ，因此，除去砂轮片本身的厚度，刀口宽度由原来的12μ减小到2μ，在同样的切割质量下，最快的给进速度可达到80mm/s。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种晶圆芯片的切割方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)采用红外激光器沿着晶圆芯片的切割预定线进行照射，在所述晶圆芯片表面形成向下凹陷的切割轨道；
2)将砂轮片沿着所述切割轨道进行切割。
2.根据权利要求1所述晶圆芯片的切割方法，其特征在于，所述红外激光器的波长为200～1064纳米。
3.根据权利要求1所述晶圆芯片的切割方法，其特征在于，所述红外激光器的功率为6～20w。
4.根据权利要求1所述晶圆芯片的切割方法，其特征在于，所述红外激光器照射的光斑直径40um～50um。
5.根据权利要求1所述晶圆芯片的切割方法，其特征在于，所述红外激光器垂直照射于所述晶圆芯片的切割预定线上。
6.一种划片机，适用于权利要求1～4所述的切割方法，其特征在于，包括：基座(1)、X轴驱动组件(2)、承载芯片工作台(3)、Y轴驱动组件(4)、Z轴驱动组件(5)、切割装置(6)以及控制台；
所述基座(1)用于所述划片机的整体支撑；
所述X轴驱动组件(2)包括：X轴底座(21)、X轴导轨(22)、X轴驱动电机(23)、X轴联轴节(24)、X轴丝杠(25)以及X轴溜板(26)；
所述X轴底座(21)固定安装于所述基座(1)上；
所述X轴导轨(22)以及X轴驱动电机(23)均固定安装于所述X轴底座(21)上；
所述X轴驱动电机(23)的动力输出端通过所述X轴联轴节(24)与所述X轴丝杠(25)驱动连接；
所述X轴溜板(26)的两侧设置有导轨滑块(261)，下表面设置有丝套，所述X轴溜板(26)两侧的导轨滑块(261)与所述X轴导轨(22)滑动咬合，所述丝套套装于所述X轴丝杠(25)的外部；
所述承载芯片工作台(3)固定安装于所述X轴溜板(26)上；
所述Y轴驱动组件(4)包括：Y轴底座、Y轴导轨、Y轴驱动电机、Y轴联轴节、Y轴丝杠以及Y轴溜板；
所述Y轴底座固定安装于所述基座(1)上，且相对所述X轴底座(21)垂直设置；
所述Y轴导轨以及Y轴驱动电机均固定安装于所述Y轴底座上；
所述Y轴驱动电机的动力输出端通过所述Y轴联轴节与所述Y轴丝杠驱动连接；
所述Y轴溜板的两侧设置有导轨滑块，下表面设置有丝套，所述Y轴溜板两侧的导轨滑块与所述Y轴导轨滑动咬合，所述丝套套装于所述Y轴丝杠的外部；
所述Z轴驱动组件(5)包括：Z轴底座、Z轴导轨、Z轴驱动电机、Z轴联轴节、Z轴丝杠以及Z轴溜板；
所述Z轴底座固定安装于所述Y轴溜板上，且相对所述Y轴底座垂直设置；
所述Z轴导轨以及Z轴驱动电机均固定安装于所述Z轴底座上；
所述Z轴驱动电机的动力输出端通过所述Z轴联轴节与所述Z轴丝杠驱动连接；
所述Z轴溜板的两侧设置有导轨滑块，下表面设置有丝套，所述Z轴溜板两侧的导轨滑块与所述Z轴导轨滑动咬合，所述丝套套装于所述Z轴丝杠的外部；
所述切割装置(6)包括平行设置砂轮切割装置(61)以及红外激光切割装置(62)，所述砂轮切割装置(61)与所述红外激光切割装置(62)均具有固定端和切割端，所述砂轮切割装置(61)的固定端和所述红外激光切割装置(62)的固定端均与所述Z轴溜板固定连接，所述砂轮切割装置(61)的切割端和所述红外激光切割装置(62)的切割端均位于所述承载芯片工作台(3)的上方，且所述红外激光切割装置(62)的激光焦点与所述砂轮切割装置(61)的切入点在一条直线上；
所述控制台分别与所述X轴驱动电机(23)、承载芯片工作台(2)、Y轴驱动电机、Z轴驱动电机、切割砂轮装置(61)以及红外激光切割装置(62)信号连接。
7.根据权利要求6所述划片机，其特征在于，所述砂轮切割装置(61)包括主轴架、主轴以及砂轮片；
所述主轴为气浮式静压电主轴；
所述主轴架一端与所述Z轴溜板固定连接，另一端与所述主轴固定连接；
所述砂轮片与所述主轴中的轴杆固定连接。
8.根据权利要求6所述划片机，其特征在于，所述红外激光切割装置(62)包括：激光光纤头(621)、镜筒(622)、扩束镜(623)、反射镜(624)以及聚焦镜(625)；
所述激光光纤头(621)用于激光的传送和发射；
所述镜筒(622)沿着所述激光光纤头(621)的激光发射方向设置；
所述扩束镜(623)、反射镜(624)以及聚焦镜(625)沿着激光的传播方向依次设置，且均位于所述镜筒(622)内；
所述反射镜(624)为45°反射镜。
9.根据权利要求8所述划片机，其特征在于，所述红外激光切割装置(62)还包括：调节滑台(626)，所述调节滑台(626)与所述镜筒(622)固定连接。
10.根据权利要求6所述划片机，其特征在于，所述承载芯片工作台(2)采用真空吸附装置。
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