[发明专利]一种脆性半导体材料的脆性裂片方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种脆性半导体材料的脆性裂片方法及系统。

背景技术

脆性断裂与韧性断裂的区别主要是从宏观特征来划分的，判定依据就是“断裂前有没有发生明显的塑性变形”。脆性断裂在断裂前几乎不产生塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％时属于脆性断裂，断口平整光亮，有金属光泽，且与正应力垂直。韧性断裂在断裂前发生显著的塑性变形，伴随塑性变形及能量吸收，工件外形呈颈缩、弯曲及断面收缩。

脆性半导体材料，以硅晶圆切割为例，主流切割技术还是采用金刚石刀片切割，这种切割方式存在切割缝宽较宽，切割效率低下，耗材成本较高等缺点，因此激光切割晶圆应该成为主流技术，但是由于激光切割硅晶圆时会留下激光切割纹理或者说是激光切割痕迹，这些痕迹下面其实暗藏了大量微裂纹与应力集中，还具有一定的的粗糙度，随着时间的推移，这些裂纹逐渐扩展到芯片的电路中间，造成芯片报废。工程上采用三点测试或者四点测试方法，测量脆性材料被激光切割后，切割后的脆性材料的抗弯强度是否下降以及降低多少，一般的激光切割方法，由于切割纹理造成众多微裂纹的存在，导致激光切割后的脆性半导体材料抗弯强度急剧降低，影响了脆性半导体材料的后续使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脆性半导体材料的脆性裂片方法及系统，能够获得高质量的断裂切口，保持脆性半导体材料原有的抗弯强度，消灭应力集中微裂纹，实现脆性半导体材料高速高质量裂片。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种脆性半导体材料的脆性裂片方法，包括：

采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热，以使脆性半导体材料的待裂片部位内部膨胀形成压应力，同时对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却，以使脆性半导体材料的待裂片部位表面收缩形成拉应力，从而使得脆性半导体材料发生脆性断裂，形成光滑切口；其中，所述脆性半导体材料对所述加热激光束光学透明或者部分光学透明，以使所述加热激光束能够进入所述脆性半导体材料内部，使得所述脆性半导体材料的待裂片部位内部能够吸收激光能量从而形成温升，同时，所述脆性半导体材料的待裂片部位内部被加热温度低于该脆性半导体材料塑性形变温度。

所述脆性半导体材料对加热激光束的吸收，可以是脆性半导体材料本身对一定波长激光是部分透明部分吸收，也可以是脆性半导体材料本身对一定波长激光是透明的，但是由于加热激光束聚焦后激光焦点功率密度较高，使得原本脆性半导体材料对该波长激光透明转为吸收。

本发明的有益效果为：采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热，以使脆性半导体材料的待裂片部位内部膨胀形成压应力，同时对脆性半导体材料的待裂片部位表面进行快速冷却，以使脆性半导体材料的待裂片部位表面收缩形成拉应力，从而使得脆性半导体材料发生脆性断裂，形成光滑切口，能够完美地对脆性半导体材料裂片加工，相对于传统的脆性半导体材料的加工方式，能够获得极高的切口质量，维持脆性半导体材料的抗弯强度，消除了传统激光切割造成的微裂纹与应力集中，提高脆性半导体材料的裂片效率。

在上述技术方案的基础上，还可以作如下改进。

进一步的，所述激光激光束为聚焦激光束，且所述加热激光束的激光聚焦焦点位于所述脆性半导体材料的待裂片部位内部，所述加热激光束的激光聚焦焦点为平顶聚焦光斑。

进一步的，所述平顶聚焦光斑为方形平顶聚焦光斑或者圆形平顶聚焦光斑。

所述进一步的有益效果为：采用平顶聚焦光斑有利于脆性半导体材料的均匀加热，且平顶聚焦光斑较深较短，避免了脆性半导体材料表面的过度加热，对于脆性半导体材料的直线路径裂片，采用方形平顶聚焦光斑比较合适，这样加热更为均匀；对于脆性半导体材料曲线路径裂片，采用圆形平顶聚焦光斑比较合适，采用平顶聚焦光斑适合控制脆性半导体材料的裂片方向。

进一步的，在采用加热激光束对脆性半导体材料的待裂片部位内部快速加热之前或同时还包括：

去除所述脆性半导体材料表面阻挡所述加热激光束进入脆性半导体材料的待裂片部位内部的隔离材料，所述隔离材料包括金属与非金属。

所述进一步的有益效果为：去除脆性半导体材料表面的隔离材料，有利于加热激光束进入脆性半导体材料内部进行快速加热。另一方面，本发明提供了一种脆性半导体材料的脆性裂片系统，包括加热模块和冷却模块；