CN114274384A - 一种石英晶圆的切割工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种石英晶圆切割工艺方法，首先采用超薄金刚石砂轮在石英晶圆表面预制微裂纹，再通过混合溶液对石英晶圆表面进行预处理，然后利用激光产生局部热膨胀引起的应力变化扩展预制裂纹，实现对石英晶圆的切割。采用本发明所述石英晶圆切割工艺方法，可使成品切口光滑平整，解决了现有激光热裂法切割工艺存在的边缘效应和非对称切割轨迹偏移等问题，达到提升石英晶圆切割质量、提高工作效率、降低生产成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英晶圆的切割工艺方法，尤其是一种在石英晶圆表面预制微裂纹切割石英晶圆的工艺方法。
背景技术
晶圆切割（即划片）是将做好芯片的整片晶圆分割成单一的芯片（晶粒）的过程，是芯片制造工艺流程中一道不可或缺的工序。
传统的石英晶圆划片工序是采用超薄金刚石砂轮作为刀具对晶圆进行切割，但在金刚石砂轮切割过程中刀片容易发生过载，影响划片质量，造成石英晶圆侧壁受损、崩边。另外金刚石砂轮划片时，由于表面张力作用，冷却液体很难渗透到晶圆底部，冷却效果差，使得背崩的现象比正面更严重。为了解决刀片过载的问题，特别是针对贵重材料的晶圆，需要尽量减少损失，后续又发展出了进阶工艺，即先用厚砂轮切割一定深度之后再用薄的砂轮切断，第一步低切割速率，可以克服晶圆正面崩缺的问题，但是，随着预留的划片槽越来越窄，崩边现象对石英晶圆表面的影响越来越严重，而且随着石英晶圆厚度的降低，切割速度也随之线性降低，因此需要对石英晶圆划片方式进行创新。
近年来，激光加工方法发展迅速，因激光切割技术属于非接触式切割，通过激光切割可以解决机械切割崩边的问题，而且没有刀具磨损的问题。从切割的机理上激光切割技术可以分为去除材料和无去除材料两种模式，激光热裂法切割（又称激光热应力法切割、激光控制裂纹法切割）即无去除材料模式，其切割原理是通过激光辐照石英晶圆表面，光子能量被石英晶圆表面材料吸收，在材料表面光斑区域处诱导产生压应力，当激光扫过该区域后，由于冷却的作用压应力得到释放，引起拉应力，由此产生了应力差进一步将材料分离。目前热裂法的研究还存在一些问题，其中一个是边缘效应，即石英晶圆切入与切出位置轨迹偏移；再一个是非对称切割时石英晶圆会发生轨迹偏移。
发明内容
本发明提供一种石英晶圆切割工艺方法，旨在解决现有激光热裂法切割工艺存在的边缘效应和非对称切割轨迹偏移等问题，达到提升晶圆切割质量、提高工作效率、降低生产成本的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石英晶圆切割工艺方法，首先在石英晶圆表面预制微裂纹，再对石英晶圆表面进行预处理，然后利用激光热裂法切割实现对石英晶圆的切割，具体操作步骤如下：
a、使用超薄金刚石砂轮在石英晶圆表面预制一定宽度和深度的微裂纹，以满足硅晶圆划片对切缝宽度的要求；
b、用混合溶液对石英晶圆表面进行预处理，所述混合溶液组分及重量配比为HF:HNO3: H2O=1:2:30；
c、利用激光热裂晶圆切割装置产生的上、下两束激光与石英晶圆表面的预制微裂纹精确对准切割，即采用上方激光对焦，下方激光切割的切割方式；
d、使用超景深显微镜检测切口形态，使用扫描电子显微镜来观测切口微观形貌。
上述石英晶圆切割工艺方法，在所述步骤a中，所述超薄金刚石砂轮的厚度为13μm，预制微裂纹宽度为 16μm，深度为73μm。
上述石英晶圆切割工艺方法，在所述步骤c中，所述激光热裂晶圆切割装置由激光器、数控运动平台、计算机、显示器和红外相机组成；所述激光器通过光纤导出两个激光头，即上方激光头和下方激光头，两个激光头均可沿 Z 向上下移动，通过激光头的上下移动来调节激光光斑直径大小；所述数控运动平台由计算机控制其沿 X 方向及 Y 方向运动，使激光光斑在激光切割过程中始终与预制微裂纹轨迹重合；所述红外相机布置在数控运动平台上方，其摄像头对准激光与石英晶圆工件的交接面。
上述石英晶圆切割工艺方法，在所述步骤c中，采用的激光器为光纤耦合传输的半导体激光器，激光模式为横向电磁波模式，波长为1036nm。
上述石英晶圆切割工艺方法，在所述步骤c中，激光切割的工艺参数设定为：扫描速度为 6mm/s，光斑直径为 1.5mm，功率为 56.2W。
本发明为一种激光热裂法切割石英晶圆的工艺方法，它首先通过超薄金刚石砂轮在石英晶圆表面预制微裂纹，再通过激光辐照石英晶圆表面，使裂纹扩展实现材料的分离；本发明还在激光热裂切割之前，用酸性腐蚀溶液对石英晶圆表面进行预处理，以保证预制裂纹的深度。采用本发明所述石英晶圆切割工艺方法，可使成品切口光滑平整，解决了现有激光热裂法切割工艺存在的边缘效应和非对称切割轨迹偏移等问题，达到提升石英晶圆切割质量、提高工作效率、降低生产成本的目的。
附图说明
图1为激光热裂晶圆切割装置各组成部分位置关系示意图。
图中标号含义为：1、激光器，1-1、上激光头，1-2、下激光头；2、石英晶圆；3、红外相机；4、数控运动平台；5、计算机；6、显示器。
具体实施方式
本发明提供一种石英晶圆切割工艺方法，它首先采用超薄金刚石砂轮在石英晶圆表面预制微裂纹，再通过混合溶液对石英晶圆表面进行预处理，然后在预制微裂纹轨迹引导下，利用激光产生局部热膨胀引起的应力变化扩展预制裂纹，实现对石英晶圆的切割，具体操作步骤如下：
a、使用厚度为13μm的超薄金刚石砂轮在石英晶圆表面预制宽度为 16μm，深度为73μm的微裂纹，以满足硅晶圆划片对切缝宽度的要求；
b、用酸性混合溶液对石英晶圆表面进行预处理，所述酸性混合溶液组分及重量配比为HF: HNO3: H2O=1:2:30，通过酸性混合溶液的腐蚀作用，保证预制微裂纹的深度；
c、利用激光热裂晶圆切割装置产生的上、下两束激光与石英晶圆表面的预制微裂纹精确对准切割，即采用上方激光对焦，下方激光切割的切割方式，所述激光热裂晶圆切割装置由激光器1、数控运动平台4、计算机5、显示器6和红外相机3组成；所述激光器1为光纤耦合传输的半导体激光器，激光模式为横向电磁波模式，波长为1036nm，该激光器1通过光纤导出两个激光头，即位于工件上方的上方激光头1-1和位于工件下方的下方激光头1-2，两个激光头均可沿 Z 向上下移动，通过激光头的上下移动来调节激光光斑直径大小，所述数控运动平台4由计算机5控制其沿 X 方向及 Y 方向运动，使激光光斑在激光切割过程中始终与预制微裂纹轨迹重合，激光切割的工艺参数控制为：扫描速度为 6mm/s，光斑直径为1.5mm，功率为 56.2W，所述红外相机3布置在数控运动平台上方，其摄像头对准激光与石英晶圆2工件的交接面；
d、激光切割作业完成后使用超景深显微镜检测切口形态，使用扫描电子显微镜来观测切口微观形貌。
Claims (5)
1.一种石英晶圆切割工艺方法，其特征是：首先在石英晶圆表面预制微裂纹，再对石英晶圆表面进行预处理，然后利用激光热裂法切割实现对石英晶圆的切割，具体操作步骤如下：
a、使用超薄金刚石砂轮在石英晶圆表面预制一定宽度和深度的微裂纹，以满足硅晶圆划片对切缝宽度的要求；
b、用混合溶液对石英晶圆表面进行预处理，所述混合溶液组分及重量配比为HF:HNO3: H2O=1:2:30；
c、利用激光热裂晶圆切割装置产生的上、下两束激光与石英晶圆表面的预制微裂纹精确对准切割，即采用上方激光对焦，下方激光切割的切割方式；
d、使用超景深显微镜检测切口形态，使用扫描电子显微镜来观测切口微观形貌。
2.根据权利要求1所述的石英晶圆切割工艺方法，其特征是：在所述步骤a中，所述超薄金刚石砂轮的厚度为13μm，预制微裂纹宽度为 16μm，深度为73μm。
3.根据权利要求2所述的石英晶圆切割工艺方法，其特征是：在所述步骤c中，所述激光热裂晶圆切割装置由激光器（1）、数控运动平台（4）、计算机（5）、显示器（6）和红外相机（3）组成；所述激光器（1）通过光纤导出两个激光头，即上方激光头（1-1）和下方激光头（1-2），两个激光头均可沿 Z 向上下移动，通过激光头的上下移动来调节激光光斑直径大小；所述数控运动平台（4）由计算机（5）控制其沿 X 方向及 Y 方向运动，使激光光斑在激光切割过程中始终与预制微裂纹轨迹重合；所述红外相机（3）布置在数控运动平台上方，其摄像头对准激光与石英晶圆（2）工件的交接面。
4.根据权利要求3所述的石英晶圆切割工艺方法，其特征是：在所述步骤c中，采用的激光器（1）为光纤耦合传输的半导体激光器，激光模式为横向电磁波模式，波长为1036nm。
5.根据权利要求4所述的石英晶圆切割工艺方法，其特征是：在所述步骤c中，激光切割的工艺参数设定为：扫描速度为 6mm/s，光斑直径为 1.5mm，功率为 56.2W。
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