一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]脆性斷裂與韌性斷裂的區(qū)別主要是從宏觀特征來劃分的，判定依據(jù)就是“斷裂前有沒有發(fā)生明顯的塑性變形”。脆性斷裂在斷裂前幾乎不產(chǎn)生塑性變形，一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于5 %時(shí)屬于脆性斷裂，斷口平整光亮，有金屬光澤，且與正應(yīng)力垂直。韌性斷裂在斷裂前發(fā)生顯著的塑性變形，伴隨塑性變形及能量吸收，工件外形呈頸縮、彎曲及斷面收縮。
[0003]脆性半導(dǎo)體材料，以硅晶圓切割為例，主流切割技術(shù)還是采用金剛石刀片切割，這種切割方式存在切割縫寬較寬，切割效率低下，耗材成本較高等缺點(diǎn)，因此激光切割晶圓應(yīng)該成為主流技術(shù)，但是由于激光切割硅晶圓時(shí)會留下激光切割紋理或者說是激光切割痕跡，這些痕跡下面其實(shí)暗藏了大量微裂紋與應(yīng)力集中，還具有一定的的粗糙度，隨著時(shí)間的推移，這些裂紋逐漸擴(kuò)展到芯片的電路中間，造成芯片報(bào)廢。工程上采用三點(diǎn)測試或者四點(diǎn)測試方法，測量脆性材料被激光切割后，切割后的脆性材料的抗彎強(qiáng)度是否下降以及降低多少，一般的激光切割方法，由于切割紋理造成眾多微裂紋的存在，導(dǎo)致激光切割后的脆性半導(dǎo)體材料抗彎強(qiáng)度急劇降低，影響了脆性半導(dǎo)體材料的后續(xù)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片方法及系統(tǒng)，能夠獲得高質(zhì)量的斷裂切口，保持脆性半導(dǎo)體材料原有的抗彎強(qiáng)度，消滅應(yīng)力集中微裂紋，實(shí)現(xiàn)脆性半導(dǎo)體材料高速高質(zhì)量裂片。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0006]—方面，本發(fā)明提供了一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片方法，包括:
[0007]采用加熱激光束對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部快速加熱，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部膨脹形成壓應(yīng)力，同時(shí)對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面進(jìn)行快速冷卻，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面收縮形成拉應(yīng)力，從而使得脆性半導(dǎo)體材料發(fā)生脆性斷裂，形成光滑切口；其中，所述脆性半導(dǎo)體材料對所述加熱激光束光學(xué)透明或者部分光學(xué)透明，以使所述加熱激光束能夠進(jìn)入所述脆性半導(dǎo)體材料內(nèi)部，使得所述脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部能夠吸收激光能量從而形成溫升，同時(shí)，所述脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部被加熱溫度低于該脆性半導(dǎo)體材料塑性形變溫度。
[0008]所述脆性半導(dǎo)體材料對加熱激光束的吸收，可以是脆性半導(dǎo)體材料本身對一定波長激光是部分透明部分吸收，也可以是脆性半導(dǎo)體材料本身對一定波長激光是透明的，但是由于加熱激光束聚焦后激光焦點(diǎn)功率密度較高，使得原本脆性半導(dǎo)體材料對該波長激光透明轉(zhuǎn)為吸收。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:采用加熱激光束對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部快速加熱，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部膨脹形成壓應(yīng)力，同時(shí)對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面進(jìn)行快速冷卻，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面收縮形成拉應(yīng)力，從而使得脆性半導(dǎo)體材料發(fā)生脆性斷裂，形成光滑切口，能夠完美地對脆性半導(dǎo)體材料裂片加工，相對于傳統(tǒng)的脆性半導(dǎo)體材料的加工方式，能夠獲得極高的切口質(zhì)量，維持脆性半導(dǎo)體材料的抗彎強(qiáng)度，消除了傳統(tǒng)激光切割造成的微裂紋與應(yīng)力集中，提高脆性半導(dǎo)體材料的裂片效率。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還可以作如下改進(jìn)。
[0011]進(jìn)一步的，所述激光激光束為聚焦激光束，且所述加熱激光束的激光聚焦焦點(diǎn)位于所述脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部，所述加熱激光束的激光聚焦焦點(diǎn)為平頂聚焦光斑。
[0012]進(jìn)一步的，所述平頂聚焦光斑為方形平頂聚焦光斑或者圓形平頂聚焦光斑。
[0013]所述進(jìn)一步的有益效果為:采用平頂聚焦光斑有利于脆性半導(dǎo)體材料的均勻加熱，且平頂聚焦光斑較深較短，避免了脆性半導(dǎo)體材料表面的過度加熱，對于脆性半導(dǎo)體材料的直線路徑裂片，采用方形平頂聚焦光斑比較合適，這樣加熱更為均勻;對于脆性半導(dǎo)體材料曲線路徑裂片，采用圓形平頂聚焦光斑比較合適，采用平頂聚焦光斑適合控制脆性半導(dǎo)體材料的裂片方向。
[0014]進(jìn)一步的，在采用加熱激光束對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部快速加熱之前或同時(shí)還包括:
[0015]去除所述脆性半導(dǎo)體材料表面阻擋所述加熱激光束進(jìn)入脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部的隔離材料，所述隔離材料包括金屬與非金屬。
[0016]所述進(jìn)一步的有益效果為:去除脆性半導(dǎo)體材料表面的隔離材料，有利于加熱激光束進(jìn)入脆性半導(dǎo)體材料內(nèi)部進(jìn)行快速加熱。另一方面，本發(fā)明提供了一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片系統(tǒng)，包括加熱模塊和冷卻模塊；
[0017]所述加熱模塊采用加熱激光束對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部快速加熱，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部膨脹形成壓應(yīng)力；同時(shí)所述冷卻模塊對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面進(jìn)行快速冷卻，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面收縮形成拉應(yīng)力，從而使得脆性半導(dǎo)體材料發(fā)生脆性斷裂，形成光滑切口；其中，所述脆性半導(dǎo)體材料對所述加熱激光束光學(xué)透明或者部分光學(xué)透明，以使所述加熱激光束能夠進(jìn)入所述脆性半導(dǎo)體材料內(nèi)部，使得所述脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部能夠吸收激光能量從而形成溫升，同時(shí)，所述脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部被加熱溫度低于該脆性半導(dǎo)體材料塑性形變溫度。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:采用加熱模塊對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部快速加熱，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部膨脹形成壓應(yīng)力，同時(shí)采用冷卻模塊對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面進(jìn)行快速冷卻，以使脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面收縮形成拉應(yīng)力，從而使得脆性半導(dǎo)體材料發(fā)生脆性斷裂，形成光滑切口，能夠完美地對脆性半導(dǎo)體材料裂片加工，相對于傳統(tǒng)的脆性半導(dǎo)體材料的加工方式，能夠獲得極高的切口質(zhì)量，維持脆性半導(dǎo)體材料的抗彎強(qiáng)度，消除了傳統(tǒng)激光切割造成的微裂紋與應(yīng)力集中，提高脆性半導(dǎo)體材料的裂片效率。
[0019]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還可以作如下改進(jìn)。
[0020]進(jìn)一步的，所述冷卻模塊采用冷卻流體束或者低溫裝載臺對脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面進(jìn)行快速冷卻。
[0021 ]進(jìn)一步的，所述冷卻流體束為液態(tài)低溫惰性氣體或氣態(tài)低溫惰性氣體、低溫空氣、液態(tài)二氧化碳或低溫二氧化碳?xì)怏w、液氮或者低溫氮?dú)庵械囊环N或者多種組合。
[0022]進(jìn)一步的，還包括光束整形元件以及激光聚焦模塊；
[0023]所述光束整形元件，用于對由激光器發(fā)射的激光束進(jìn)行光束整形；
[0024]所述激光聚焦模塊，用于對整形后的激光束進(jìn)行聚焦，形成加熱激光束，所述加熱激光束的聚焦焦點(diǎn)為平頂聚焦光斑。
[0025]所述進(jìn)一步的有益效果為:采用平頂聚焦光斑有利于脆性半導(dǎo)體材料的均勻加熱，且平頂聚焦光斑較深較短，避免了脆性半導(dǎo)體材料表面的過度加熱，提高對脆性半導(dǎo)體材料表面冷卻時(shí)的冷卻效果。
[0026]進(jìn)一步的，所述激光聚焦模塊包括激光聚焦鏡片模組和位于其下方的冷卻流體束腔，且所述冷卻流體束腔還設(shè)置有冷卻流體束入口和冷卻流體束出口。
[0027]進(jìn)一步的，還包括:
[0028]清洗模塊，用于采用清洗激光束或者機(jī)械研磨裝置去除所述脆性半導(dǎo)體材料表面阻擋所述加熱激光束進(jìn)入脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部的隔離材料。
[0029]所述進(jìn)一步的有益效果為:去除脆性半導(dǎo)體材料表面的隔離材料，有利于加熱激光束進(jìn)入脆性半導(dǎo)體材料內(nèi)部進(jìn)行快速加熱。
[0030]進(jìn)一步的，所述清洗激光束與所述加熱激光束來自同一激光光源的不同出光模式或者來自不同的激光光源；
[0031]當(dāng)所述清洗激光束與所述加熱激光束來自同一激光光源的不同出光模式時(shí)，所述加熱激光束為連續(xù)激光或者低峰值功率脈沖激光束，所述清洗激光束為脈沖激光束；
[0032]當(dāng)所述清洗激光束與加熱激光束來自不同的激光光源時(shí)，所述清洗激光束為超短脈沖激光束。
【附圖說明】
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