033]圖Ι-a為本發(fā)明實(shí)施例1中一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片方法中加熱激光束與冷卻流體束位于同一面且同軸示意圖；
[0034]圖Ι-b為實(shí)施例1中加熱激光束與冷卻流體束位于同一面不同軸示意圖；
[0035]圖2-a為實(shí)施例1中加熱激光束與冷卻流體束位于不同面同軸示意圖；
[0036]圖2-b為實(shí)施例2中加熱激光束與冷卻流體束位于不同面且不同軸示意圖；
[0037]圖3-a為本發(fā)明實(shí)施例2的一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片系統(tǒng)中加熱激光束與冷卻流體束同軸示意圖；
[0038]圖3-b為實(shí)施例2中加熱激光束與冷卻流體束不同軸示意圖。
[0039]附圖中，各部件的標(biāo)號(hào)如下所示:
[0040]1、冷卻流體束，2、加熱激光束，3、脆性半導(dǎo)體材料，31、待裂片部位表面，32、待裂片部位內(nèi)部，4、激光器，5、第一激光束，6、光學(xué)整形兀件，7、第二激光束，8、激光聚焦模塊，81、激光聚焦鏡片模組，82、冷卻流體束腔，83、冷卻流體束入口。
【具體實(shí)施方式】
[0041]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0042]實(shí)施例1、一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片方法。以下結(jié)合圖Ι-a到圖2-b對(duì)本實(shí)施例提供的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]參見(jiàn)圖Ι-a和圖Ι-b所示，本實(shí)施例提供的方法包括:采用加熱激光束對(duì)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(duì)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(duì)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，以保證脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位的內(nèi)部快速加熱后發(fā)生彈性形變，但不發(fā)生塑性形變。
[0044]需要說(shuō)明的是，對(duì)脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位內(nèi)部快速加熱的過(guò)程與對(duì)脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位的表面進(jìn)行快速冷卻的過(guò)程不分先后順序，兩個(gè)過(guò)程也可以同時(shí)進(jìn)行。
[0045]其中，所述脆性半導(dǎo)體材料包括晶體硅片，晶體硅片對(duì)于部分波長(zhǎng)的加熱激光束是部分投射部分吸收的，這些加熱激光束的波長(zhǎng)為800納米到9微米。脆性半導(dǎo)體材料對(duì)加熱激光束的吸收，可以是脆性半導(dǎo)體材料本身對(duì)所述波長(zhǎng)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(duì)所述波長(zhǎng)激光是透明的，但是由于所述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(duì)該波長(zhǎng)激光透明轉(zhuǎn)為吸收。晶體硅片部分透射的激光束對(duì)晶體硅片的待裂片部位的內(nèi)部進(jìn)行加熱，本實(shí)施選擇的加熱激光束參數(shù)具體為:連續(xù)激光，波長(zhǎng)1064nm，激光功率50瓦，光束質(zhì)量因子小于1.1，所述激光光束2聚焦光斑20微米。所述加熱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，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。另外，本實(shí)施例中所述的脆性半導(dǎo)體材料不限于硅材料，還包括但不限于砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碲化鎘(CdTe)、砸化鋅(ZnSe)、藍(lán)寶石材料、部分陶瓷材料等，當(dāng)脆性半導(dǎo)體材料為藍(lán)寶石材料時(shí)，加熱激光束的波長(zhǎng)為355納米到10.6微米之間，藍(lán)寶石材料對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)范圍的加熱激光束，有的吸收，有的是部分透明部分吸收，有的是透明的，對(duì)于透明的加熱激光束，由于加熱激光束聚焦后激光焦點(diǎn)功率密度較高，使得原本所述材料對(duì)該波長(zhǎng)激光透明轉(zhuǎn)為吸收。
[0046]當(dāng)本實(shí)施例的脆性半導(dǎo)體材料為硅晶圓時(shí)，硅晶圓為八英寸直徑硅晶圓，厚度300微米。眾所周知，雖然Si材料在室溫下極脆，但是當(dāng)其到達(dá)熔點(diǎn)溫度的60% (約740°C)以上時(shí)具有韌性。當(dāng)硅晶圓片受到的不均勻加熱使得硅片中產(chǎn)生很大的溫度梯度，相應(yīng)地產(chǎn)生了很大的熱應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)硅的屈服強(qiáng)度時(shí)，擴(kuò)散誘生缺陷就會(huì)產(chǎn)生。晶體硅熔點(diǎn)約1400度，沸點(diǎn)約2377度，晶體硅屬于脆性材料，在溫度超過(guò)約510度時(shí)，開(kāi)始從脆性向塑性轉(zhuǎn)化，當(dāng)溫度超過(guò)約650度時(shí)硅片產(chǎn)生良好的塑性。單晶硅的彈性模量大約是187GPa，斷裂韌性大約是Ο.82MPa，臨界屈服強(qiáng)度為2 X 106g/cm2，即196Mpa。
[0047]硅晶圓待裂片區(qū)域表面拉應(yīng)力，根據(jù)材料力學(xué)熱應(yīng)力原理有下列公式:
[0048]0 = E(-ZL/L)=Ea(T — To)，
[0049]其中(T一To)為脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位的表面與內(nèi)部的溫差;a為熱膨脹系數(shù)，硅材料常溫?zé)崤蛎浵禂?shù)為2.5*10-6/攝氏度，實(shí)際隨著溫度上升，其熱膨脹系數(shù)也上升，本公式計(jì)算按照保守的常溫?zé)崤蛎浵禂?shù)計(jì)算;E為晶體硅彈性模量。
[0050]所述脆性半導(dǎo)體材料的表面區(qū)域被冷卻流體束冷卻后的溫度為零攝氏度，所述脆性半導(dǎo)體材料的內(nèi)部區(qū)域被加熱激光束加熱后的溫度450攝氏度，(T一To) =450攝氏度，a=2.5*10-6/攝氏度4=1876?&，經(jīng)過(guò)計(jì)算硅晶圓待裂片區(qū)域表面拉應(yīng)力為2101^?，大于硅晶圓臨界屈服強(qiáng)度196Mpa，實(shí)際上可以進(jìn)一步降低硅晶圓待裂片區(qū)域內(nèi)外層的溫差，使得裂片工藝參數(shù)更為寬闊。
[0051 ]具體的，可采用冷卻流體束或者低溫裝載臺(tái)對(duì)脆性半導(dǎo)體材料的待裂片表面進(jìn)行快速冷卻。當(dāng)采用冷卻流體束對(duì)脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位的表面進(jìn)行快速冷卻時(shí)，冷卻流體束可以是液態(tài)或者氣態(tài)低溫惰性氣體、低溫空氣、液態(tài)二氧化碳或者低溫二氧化碳?xì)怏w、液氮或者低溫氮?dú)?、液態(tài)氫或者低溫氫氣中的一種或者多種組合。本實(shí)施例采用了低溫氮?dú)?，氣體流速為5升/分鐘，上述的低溫是指低于5°C。當(dāng)使用低溫裝載臺(tái)對(duì)脆性半導(dǎo)體材料的表面進(jìn)行快速冷卻時(shí)，將脆性半導(dǎo)體材料放置于低溫裝載臺(tái)上。
[0052]當(dāng)采用冷卻流體束對(duì)脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位表面進(jìn)行快速冷卻時(shí)，可分別參見(jiàn)圖Ι-a和圖2-a或者參見(jiàn)圖Ι-b和圖2-b，加熱激光束與冷卻流體束可以位于脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位的同一面，也可以位于脆性半導(dǎo)體材料的待裂片部位的兩面。還可以分別參見(jiàn)圖Ι-a和圖Ι-b或者參見(jiàn)圖2-a和圖2-b，加熱激光束和冷卻流體束可以同軸，也可以不同軸。
[0053]冷卻流體束與加熱激光束相對(duì)于待加工的脆性半導(dǎo)體材料空間同步運(yùn)動(dòng)，控制脆性半導(dǎo)體材料的脆性斷裂軌跡，共同實(shí)現(xiàn)完美的脆性半導(dǎo)體材料裂片加工。
[0054]另外，有些材料，例如硅晶圓表面的芯片之間的縫隙里面，經(jīng)常存在一些金屬貨非金屬殘留，這些金屬或非金屬殘留阻擋了加熱激光束傳輸?shù)焦杈A內(nèi)部，因此需要將這些金屬殘留進(jìn)行清除。本實(shí)施例在采用加熱激光束對(duì)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: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，以使加熱激光束能夠順利進(jìn)入脆性半導(dǎo)體材料的內(nèi)部進(jìn)行快速加熱。本實(shí)施例中，可采用清洗激光束或者機(jī)械研磨裝置去除脆性半導(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。當(dāng)采用清洗激光束時(shí)，清洗激光束與加熱激光束可以來(lái)自同一激光光源的不同出光模式，也可以來(lái)自不同的激光光源。當(dāng)清洗激光束與加熱激光束來(lái)自同一激光光源的不同出光模式時(shí)，加熱激光束可以為連續(xù)激光或者低峰值功率脈沖激光，其峰值功率以不破壞脆性半導(dǎo)體材料為準(zhǔn)，清洗激光束為脈沖激光束；當(dāng)清洗激光束與加熱激光束來(lái)自不同的激光光源時(shí)，加熱激光束可以為連續(xù)激光或者低峰值功率脈沖激光，清洗激光束可以為超短脈沖激光束，其脈沖寬度小于1納米。清除加熱激光束路徑內(nèi)殘留的物質(zhì)，需要峰值功率相對(duì)高的激光束進(jìn)行加工清除。
[0055]實(shí)施例2、一種脆性半導(dǎo)體材料的脆性裂片系統(tǒng)。以下結(jié)合圖3-a和圖3-b對(duì)本實(shí)施例提供的系統(tǒng)進(jìn)行描述。