CN110216389A - 一种晶圆的激光加工方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶圆加工领域，具体涉及一种晶圆的激光加工方法及***。预设有晶圆的切割轨迹，所述激光加工方法包括步骤：通过激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成至少一层改质层；再通过激光沿着切割轨迹在晶圆上表面进行划切操作，产生从上表面向下延伸的裂纹；对晶圆进行裂片操作，分离成多个晶粒。本发明通过设计一种晶圆的激光加工方法及***，能够在切割道更窄或切割道功能区镀有膜层的情况下，避免分片过程中产生明显崩边甚至损伤晶粒的问题，以提升分片良率和效率。同时，即使不是切割道更窄或切割道功能区镀有膜层的情况下，本方案依然可以提升晶圆分片的良率和效率。

Description

一种晶圆的激光加工方法及***

技术领域

本发明涉及晶圆加工领域，具体涉及一种晶圆的激光加工方法及***。

背景技术

在半导体器件制造过程中，在硅(Si)、碳化硅(SiC)等基板的表面利用层叠绝缘膜和功能膜而成的功能层，沿呈格子状排列的切割道(分割预定线)对形成有光器件的区域进行划分，切断晶圆片，从而将多个IC(集成电路)、LSI(大规模集成电路)等半导体晶片的器件分割为矩阵状，从而制造出一个个半导体芯片。

在当前制造中，晶圆划片通常采用三种方法：

1、一种是传统的机械切割。机械切割主要是利用金刚石的机械应力对晶圆进行磨削，存在机械变形、应力集中释放以及道具磨损等问题，废水也会造成尘屑污染，同时还招致额外的清洁和抛光步骤。随着芯片集成度和性能要求的逐渐提升，机械切割满足不了晶圆划片的品质需求。

2、一种是水刀切割方式，水刀切割宽度大，不适合切割道更窄的晶圆加工，加工精度低；且需要大量水沙，对生产环境污染大。

3、一种是激光无接触加工，使得晶圆按划切轨道进行切割，最终达到单位晶圆分离的效果。然而，目前的激光加工晶圆的方式中，有些激光加工方式的热效应容易产生大量的熔融残渣，在切割道边缘堆积，影响晶圆片的使用性能，造成器件强度的降低；同时，熔融残渣附着于切割后的晶圆内壁也会严重影响其扩膜分离，造成切割质量不佳。有些激光加工方式能够基于较窄的切割道将晶圆分割成一个个的小晶粒，但对于切割道更窄或切割道功能区镀有膜层的晶圆，存在激光入射受限的问题，有产生明显崩边甚至损伤晶粒的风险，影响分片的良率和效率。

基于此，业界亟需解决晶圆的分割加工方式难以在切割道更窄或功能区镀有膜层的情况下，提高分片良率和效率的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种晶圆的激光加工方法及***，解决晶圆分片过程中产生明显崩边甚至损伤晶粒的问题，特别是针对切割道更窄或切割道功能区镀有膜层的晶圆，解决晶圆分片良率和效率低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种晶圆的激光加工方法，预设有晶圆的切割轨迹，所述激光加工方法包括步骤：通过激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成至少一层改质层；再通过激光沿着切割轨迹在晶圆上表面进行划切操作，产生从上表面向下延伸的裂纹；对晶圆进行裂片操作，分离成多个晶粒。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种晶圆的激光加工方法，其特征在于，预设有晶圆的切割轨迹，所述晶圆的切割道功能区镀有膜层，所述激光加工方法包括步骤：通过激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成至少一层具有缺陷的改质层，且所述缺陷位于膜层下方位置；再通过激光沿着切割轨迹在晶圆上表面进行划切操作，产生从上表面向下延伸的裂纹；对晶圆进行裂片操作，分离成多个晶粒。

其中，较佳方案是，所述激光加工方法包括步骤：通过激光在靠近晶圆上表面的区域内进行改质加工，所述改质加工的激光焦点在晶圆内部且距离上表面的距离D1，满足公式再通过激光在晶圆上表面进行划切操作，所述划切操作的切割深度D2满足公式沿着切割轨迹从晶圆下表面方向进行裂片操作，分离成多个晶粒；其中，H为晶圆厚度。

其中，较佳方案是，所述晶圆的下表面贴覆有膜片，所述激光加工方法包括步骤：完成裂片操作分离成多个晶粒后，对膜片进行扩膜操作，以使所述晶粒相互分离。

其中，较佳方案是：通过激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成多层改质层。

其中，较佳方案是，所述激光加工方法还包括步骤：在晶圆上表面进行划切操作后，在晶圆的上表面覆盖有保护膜以辅助裂片。

其中，较佳方案是：所述保护膜为麦拉膜。

其中，较佳方案是，所述切割轨迹包括多条根据晶粒表面形状所划分的分割轨迹，所述激光加工方法包括步骤：在进行改质加工和划切操作的过程中，按顺序对每一条分割轨迹进行加工操作。

其中，较佳方案是，还包括步骤：通过第一激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成至少一层改质层；再通过第二激光沿着切割轨迹在晶圆上表面进行划切操作，产生从上表面向下延伸的裂纹。

其中，较佳方案是，所述膜层为金属膜层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种晶圆的激光加工***，包括：工作平台，所述工作平台固定晶圆；激光器，所述激光器输出激光至晶圆，并从晶圆上表面入射；裂片装置，所述裂片装置对晶圆进行裂片操作；主控单元，所述主控单元存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以实现所述方法的步骤，以控制工作平台、激光器和裂片装置中的一种或多种进行工作。

其中，较佳方案是：所述激光加工***包括设置在工作平台上的移动机构，通过移动机构带动晶圆工作平台或晶圆移动；或者，所述激光加工***包括设置在激光器上的振镜机构，通过振镜机构带动激光在晶圆上移动。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种晶圆的激光加工方法及***，能够在适应切割道更窄或切割道功能区镀有膜层的情况下，避免分片过程中产生明显崩边甚至损伤晶粒的问题，以提升分片良率和效率。同时，即使不是切割道更窄或切割道功能区镀有膜层的情况下，本方案依然可以提升晶圆分片的良率和效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明激光加工方法的流程示意图；

图2是本发明基于切割道功能区具有膜层的晶圆的激光加工方法的流程示意图；

图3是本发明预设有切割轨迹的晶圆的结构示意图；

图4是本发明形成改质层的晶圆的结构示意图；

图5是本发明产生自上而下延伸的裂纹的结构示意图；

图6是本发明分离成晶粒的结构示意图；

图7是本发明基于切割道功能区具有膜层的晶圆的结构示意图；

图8是图1具有限定条件的流程示意图；

图9是图1进行扩膜操作的流程示意图；

图10是图9完成扩膜操作的晶圆的结构示意图；

图11是本发明激光加工***的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1至图7所示，本发明提供一种晶圆的激光加工方法的优选实施例。

一种晶圆100的激光加工方法，所述激光加工方法包括步骤：

步骤S10、预设有晶圆100的切割轨迹101；

步骤S21、通过激光沿着切割轨迹101从晶圆上表面入射在晶圆100内部进行改质加工，形成至少一层改质层120；

步骤S22、再通过激光沿着切割轨迹101在晶圆100上表面111进行划切操作，产生从上表面111向下延伸的裂纹130；

步骤S23、对晶圆100进行裂片操作，分离成多个晶粒200。

具体地，提供一包含硅晶圆在内的晶圆100；晶圆100包括相背设置的上表面111和下表面112，其中，晶圆100的上表面111可认为是晶圆100用于制作功能区的一端面，当然不限于制造功能区；并参考图3，预设有晶圆100的切割轨迹101，即对晶圆100切割加工时，沿着一定轨迹移动所表示的轨迹，预设切割轨迹101是指预先规划好在晶圆100需要切割的位置，即切割道，当晶圆100未加工前成为“裸片”，未形成切割道，此时的切割轨迹101是一种虚拟轨迹，在真正加工时，通过激光沿着所述虚拟轨迹对晶圆100进行分割，分割分离成多个晶粒200。

具体激光加工方式，参考图4，是通过调整激光421的聚焦点4211，以进行步骤S21和步骤S22。在步骤S21中，通过激光421沿着切割轨迹101从晶圆上表面入射在晶圆100内部进行改质加工，形成至少一层改质层120，具体是调整激光421的聚焦点4211至晶圆100内部形成改质层120，并且，所述改质层120附近将产生扩展裂纹121，特别是改质层120上下两个方向，从而便于晶圆100后续分片形成晶粒200。其中，根据切割轨迹101，改质层120均匀地分布在晶圆100内部的一个或多个平面内。

优选地，通过激光421沿着切割轨迹101从晶圆上表面入射在晶圆100内部进行改质加工，形成多层改质层120。调整激光421的聚焦点4211的位置，在不同高度在晶圆100内部进行改质加工，以及，多层改质层120应该为邻近设置，且各改质层120的裂纹121与邻近改质层120的裂纹121靠近，使后续裂片操作，减少晶粒200之间的结合力，避免裂片不完全或者晶粒200分片位置不准确而受损。

可以避免在划片过程中产生碎屑对晶粒200功能区造成污染，功能区可以是用来感应外界光线的感应区，但不局限于感应区。

在本实施例中，对于窄切割道的晶圆100，常规的改质加工无法实现晶圆100深处的激光加工，极易产生晶粒200损伤和大崩边，严重影响加工良率；特别对于晶圆100厚度较大或者切割道足够窄的加工要求时，还需要进行步骤S22。

步骤S22，参考图5和图6，再通过激光沿着切割轨迹101在晶圆100上表面111进行划切操作，产生从上表面111向下延伸的裂纹130。其中，裂纹130为上表面111划切操作的作用区域及其扩展裂纹。

首先，调整激光的聚焦点至晶圆100上表面111，对晶圆100上表面111进行划切操作，沿着切割轨迹101进行移动，并在晶圆100上表面111上产生与切割轨迹101相对应的划痕，以及从晶圆100上表面111往下延伸的裂纹130，在同一竖直平面中，划痕、裂纹130、裂纹121、改质层120的配合，从而在对晶圆100进行裂片时，减少晶粒200之间的结合力，避免分片不完全或者晶粒200分片位置不准确而受损。

优选地，为提升效率，激光在晶圆100上表面111只需沿切割轨迹101方向划1-2道，裂纹130会与相邻的裂纹121、改质层120连接起来，从而更利于裂片。

在本实施例中，裂片操作可通过一些裂片工具或设备进行，如通过机械劈刀/按压机沿着切割轨迹101碰撞/按压晶圆100下表面112，使晶圆100根据外力扩大裂纹121，实现裂片操作。

在本实施例中，参考图7，对于切割道功能区镀有膜层140的晶圆100，膜层140优选为金属膜层，当然也可以使其他非透明材质的膜层，改质加工时，激光无法穿透膜层形成内部改质。因此，在上述激光加工方法的基础上，提供一种基于晶圆100的切割道功能区镀有膜层140的激光加工方法，参考图2，当所述晶圆100的切割道功能区镀有膜层140，所述激光加工方法包括步骤：

步骤S10、预设有晶圆100的切割轨迹101；

步骤S21’、通过激光沿着切割轨迹101从晶圆100上表面111入射在晶圆100内部进行改质加工，形成的改质层120具有缺陷，且所述缺陷位于膜层140下方。

步骤S22’、再通过激光沿着切割轨迹101在晶圆100上表面111进行划切操作，产生从上表面111向下延伸的裂纹130；

步骤S23、对晶圆100进行裂片操作，分离成多个晶粒200。

其中，膜层140可以设置在晶圆100切割道上的多个位置，以构成切割道功能区，主要作用为导电、标定等。

具体地，步骤S21’和步骤S22’与上述步骤S21和步骤S22相比，最大不同之处在于，除开膜层140对应位置，切割轨迹101在晶圆100内部均可产生均匀的改质层120。

相对于步骤S21和步骤S22，虽然改质层120具有缺陷，但是，由于切割道的单个功能区面积不会太大，即使功能区密集分布，膜层140的局部覆盖面积不会太大，又由于裂纹130具有自上而下延伸的特性，在经过划切操作和裂片操作后，可以顺利将晶圆100分离成多个晶粒200。

其中，缺陷包括改质不均匀、改质深度异常以及局部不形成改质。

在本实施例中，通过第一激光沿着切割轨迹101从晶圆100上表面111入射在晶圆100内部进行改质加工，形成至少一层改质层120；再通过第二激光沿着切割轨迹101在晶圆100上表面111进行划切操作，产生从上表面111向下延伸的裂纹130。

其中，所述第一激光是能在晶圆100内部形成改质层120的激光，如波长为500-2000nm的绿光/红外激光；所述第二激光是能在晶圆100上表面111形成烧蚀加工从而产生从上表面111向下延伸裂纹130的激光，如波长为170-650nm的紫外激光/绿光。

如图4、图5和图8所示，本发明提供激光加工方法的具体较佳实施例。

所述激光加工方法包括步骤：

步骤S31、通过激光在靠近晶圆100上表面111的区域内进行改质加工，所述改质加工的激光焦点在晶圆100内部且距离上表面111的距离D1，满足公式

步骤S32、再通过激光在晶圆100上表面111进行划切操作，所述划切操作的切割深度D2满足公式

步骤S33、沿着切割轨迹101从晶圆100下表面112方向进行裂片操作，分离成多个晶粒200。

其中，H为晶圆100厚度。

具体地，距离D1，满足公式在所述激光聚焦高度下，晶圆100内部所形成的改质层120位置不至于偏上而容易破坏晶圆100上表面111及上部的结构强度，从而避免在切割过程中出现崩边而导致晶圆100受损。同时，在所述激光聚焦高度下，晶圆100内部所形成的改质层120位置不至于偏低而在晶圆100上部形成较宽的切口，不利于晶粒200的精密加工。

以及深度D2满足公式保证加工质量的同时，兼顾加工效率，满足高精度、高质量、高效加工的要求。

相比传统的机械切割或水刀切割，本实施例的激光切割方式具有较高的加工精度，适应晶粒200的精密加工需要。同时，由于激光在晶圆100的上表面111产生了裂纹130，从而在对晶圆100进行分片时，其上表面111能够沿裂纹130断裂而分离，减轻了裂片难度，并且这种辅助裂片的方式，可以减少内部改质加工的层数，从而提高分片效率以及良率。需要说明的是，裂纹130从晶圆100上表面111均匀地往下延伸，从而使得在分片时，晶圆100的受力均匀，不容易产生局部应力而受损。

而无论是机械切割还是水刀切割均不能满足上述精密加工的要求，同时机械切割还是水刀切割也均只能进行划切操作，无法实现改质加工，若强行将机械切割或水刀切割进行划切操作，以及激光切割进行改质加工结合加工，不仅精确度低，还会大大降低生产效率，即更换切割方式麻烦，不便于两者的同位置共同加工，所需的加工环境也是不相同。

如图9和图10所示，本发明提供基于膜片的激光加工方法的较佳实施例。

所述晶圆100的下表面112贴覆有膜片300，所述激光加工方法包括步骤：

步骤S24、对膜片300进行扩膜操作，以使所述晶粒200相互分离。

其中，所述步骤S24是完成步骤S23后的后续步骤。

在对晶圆100进行切割、裂片操作等加工时，晶圆100的下表面112贴覆有膜片300，利用膜片300作为承载晶圆100的载体。在一些实施方式中，膜片300可以是蓝膜，也可以是UV膜，或者其他可作用作为载体的材质。

在晶圆100经过裂片操作后，产生的晶粒200将彼此断开，从而对膜片300进行扩膜处理时，膜片300向外延展，进而将分片后的晶粒200相互分离，以便后续工艺对晶粒200进行作业。

在本发明中，提供基于麦拉膜的激光加工方法的较佳实施例。

所述激光加工方法还包括步骤：在晶圆100上表面111进行划切操作后，在晶圆100的上表面111覆盖有保护膜；保护膜优选为麦拉膜，但不局限于麦拉膜。

通过保护膜增强晶圆100的结构强度，在对晶圆100的下表面112进行劈裂分片时，保护膜能够起到较好的保护作用。同时，保护膜贴上在晶圆100的上表面111，也能避免晶圆100的正面受到污染，从而起到保持晶圆100洁净的作用。

在本发明中，提供激光加工方法的较佳实施例。

所述切割轨迹101包括多条根据晶粒200表面形状所划分的分割轨迹，所述激光加工方法包括步骤：在进行改质加工和划切操作的过程中，按顺序对每一条分割轨迹进行加工操作。

在本实施例中，提供两种较佳方案。

方案一、

切割轨迹101包括多个第一轨迹n和多个第二轨迹m，多个第一轨迹n相互平行，多个第二轨迹m相互平行，第一轨迹n与第二轨迹m相互垂直，或者，第一轨迹n与第二轨迹m相互呈一定夹角，可形成截面为矩形的晶粒200和截面为平行四边形的晶粒200，具体根据不同形态的晶粒200进行设置。

矩形晶粒200所采用的切割轨迹101中，第一轨迹n和第二轨迹m相互垂直，在加工具有切割道的晶圆100时，第一轨迹n与横向切割道相对应，第二轨迹m与纵向切割道对应。由于切割轨迹101中的第一轨迹n和第二轨迹m相互垂直，从而激光沿切割轨迹101在晶圆100的上表面111上加工的划痕及裂纹130也将纵横交错，以分别对应分割晶粒200A的四边。

方案二、

在方案一基础上，若想形成一表面为六边形的晶粒200，可采用多种不同类型的轨迹，也可采用少类型的轨迹。优选地，六边形的晶粒200的线段为拼接形成。

在本实施例中，提供一种晶圆的较佳方案。

晶圆100的厚度H为0.1mm至0.5mm，切割道功能区镀有膜层140，相同厚度下，不同材料的切割道宽度要求不同，优选地，膜层140的厚度为1μm至5μm。这种结构设置下的晶圆100，采用上述激光加工方法，效果尤为明显，可以很好地避免分片过程中产生晶粒200损伤和大崩边，从而提升良率和效率。

如图11所示，本发明提供一种晶圆的激光加工***的优选实施例。

一种晶圆100的激光加工***，包括工作平台410、激光器420、裂片装置、主控单元430，其中，所述工作平台410固定晶圆100，所述激光器420输出激光421至晶圆100，并从晶圆100上表面入射，所述裂片装置对晶圆100进行裂片操作，所述主控单元430存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以实现所述方法的步骤，以控制工作平台410、激光器420和裂片装置中的一种或多种进行工作。

例如，主控单元430通过调整激光器420的高度或聚焦位置，对工作平台410上的晶圆100进行改质加工或划切操作。

其中，所述激光加工***包括设置在工作平台410上的移动机构(如主控单元430通过虚线与工作平台410连接)，通过移动机构带动晶圆100工作平台410或晶圆100移动；或者，所述激光加工***包括设置在激光器420上的振镜机构，通过振镜机构带动激光421在晶圆100上移动。

以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (11)

1.一种晶圆的激光加工方法，其特征在于，预设有晶圆的切割轨迹，所述激光加工方法包括步骤：

通过激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成至少一层改质层；

再通过激光沿着切割轨迹在晶圆上表面进行划切操作，产生从上表面向下延伸的裂纹；

对晶圆进行裂片操作，分离成多个晶粒。

2.一种晶圆的激光加工方法，其特征在于，预设有晶圆的切割轨迹，所述晶圆的切割道功能区镀有膜层，所述激光加工方法包括步骤：

通过激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成至少一层具有缺陷的改质层，且所述缺陷位于膜层下方位置；

再通过激光沿着切割轨迹在晶圆上表面进行划切操作，产生从上表面向下延伸的裂纹；

对晶圆进行裂片操作，分离成多个晶粒。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法包括步骤：

通过激光在靠近晶圆上表面的区域内进行改质加工，所述改质加工的激光焦点在晶圆内部且距离上表面的距离D1，满足公式

再通过激光在晶圆上表面进行划切操作，所述划切操作的切割深度D2满足公式

沿着切割轨迹从晶圆下表面方向进行裂片操作，分离成多个晶粒；

其中，H为晶圆厚度。

4.根据权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，所述晶圆的下表面贴覆有膜片，所述激光加工方法包括步骤：完成裂片操作分离成多个晶粒后，对膜片进行扩膜操作，以使所述晶粒相互分离。

5.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于：通过激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成多层改质层。

6.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法还包括步骤：在晶圆上表面进行划切操作后，在晶圆的上表面覆盖有保护膜，以辅助裂片。

7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于：所述保护膜为麦拉膜。

8.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述切割轨迹包括多条根据晶粒表面形状所划分的分割轨迹，所述激光加工方法包括步骤：在进行改质加工和划切操作的过程中，按顺序对每一条分割轨迹进行加工操作。

9.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，还包括步骤：

通过第一激光沿着切割轨迹从晶圆上表面入射在晶圆内部进行改质加工，形成至少一层改质层；再通过第二激光沿着切割轨迹在晶圆上表面进行划切操作，产生从上表面向下延伸的裂纹。

10.一种晶圆的激光加工***，其特征在于，包括：

工作平台，所述工作平台固定晶圆；

激光器，所述激光器输出激光至晶圆，并从晶圆上表面入射；

裂片装置，所述裂片装置对晶圆进行裂片操作；

主控单元，所述主控单元存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以实现如权利要求1或2所述方法的步骤，以控制工作平台、激光器和裂片装置中的一种或多种进行工作。

11.根据权利要求10所述的激光加工***，其特征在于：所述激光加工***包括设置在工作平台上的移动机构，通过移动机构带动晶圆工作平台或晶圆移动；或者，所述激光加工***包括设置在激光器上的振镜机构，通过振镜机构带动激光在晶圆上移动。