一种激光加工晶圆的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光加工晶圆的方法及装置，所述方法通过改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以在所述晶圆上表面形成凹槽，所述方法还包括：所述激光光束包括激光子光束，所述激光子光束的激光焦点为三维分布。本发明专利技术能够通过处理将所述激光焦点在晶圆中形成三维分布的光斑组合，实现对晶圆上表面具有三维层次的加工并高效地将晶圆上表面的Low‑K层去除，进而提高所述加工方法的工作效率、精确度以及分离晶圆的均匀性。

Method and device for laser processing wafer

The present invention provides a method and a device for laser processing wafer, the method by changing the laser beam and the relative position between the surface of the wafer on the wafer surface to form a groove, the method also includes: the laser beam comprises a laser beam, the laser focus of the laser beam is three dimensional distribution. The invention can be processed by the laser focus on the wafer formed in the combination of the three-dimensional distribution of the spot, realize the processing with three-dimensional level of wafer surface and the efficient removal of Low K layer on the surface of the wafer, and then improve the processing methods of efficiency, accuracy and uniformity of wafer separation.

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工晶圆的方法及装置
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种激光加工晶圆的方法及装置。
技术介绍
近年来，随着半导体器件特征尺寸的不断减小以及芯片集成度的不断提高，金属互连线之间、多层布线之间的寄生电容以及金属导线的电阻急剧增大，导致了RC延迟、功耗增加等一系列问题，限制了高速电子元器件的发展。当器件特征尺寸小于90nm后，晶圆必须使用低介电常数材料(以下简称“Low-K”)材料来代替传统的SiO2层(K＝3.9～4.2)，常用的Low-K材料有道康宁公司的FOx及多孔SiLK材料、应用材料公司的黑金刚石系列低K薄膜材料、NovellusSystem的CORAL、英特尔的CDO以及NEC公司的FCN+有机层等等。Low-K材料的使用也带来了一些问题。不论是机械强度还是粘附性，Low-K材料都远远不如SiO2，这对划片工艺提出了挑战。最为常见的问题是，在划片过程中由于较低的机械强度及粘附力，使得Low-K材料粘连在划片刀上，这不仅降低了划片的效率，同时也带来了绝缘层从金属层表面被剥离以及产生碎屑并扩散到其它功能区域等严重影响良率的后果。激光加工具有非接触、精度高、适用材料范围广、加工路径灵活可控等优点，是用来对晶圆划片以及解决上述问题的有力方案。据了解，苹果公司已经强制要求供应商提供的晶圆必须采用激光切割Low-K材料的工艺(即：LaserGrooving工艺)，这使得封测厂对此类工艺技术及设备的需求大为提升。严格地说，激光束不是“切割”Low-K材料，而是依靠激光能量产生的高温融化金属层及层间介质层，这样的激光切割产生械应力很小，因而不会发生分层或剥离等问题。另外，滨松光子学株式会社还专利技术了“隐形切割”的技术，这种技术是利用对晶圆具有透射性波长的激光聚焦在晶圆内部形成改质层，再借助外力使晶圆沿着改质层裂开为单独的芯片。利用隐形切割技术，可以避免在划片过程中产生碎屑对芯片功能区造成污染，但是当晶圆上面覆盖有隔离层或其它功能层时，这将会影响激光的透过，从而影响改质层的形成。因此，在使用隐形切割时，也应首先使用激光去除晶圆上表面Low-K层等材料。但是，当采用激光对晶圆进行切割时，由于激光光源的强度分布符合高斯分布，即光强在光斑的中心位置能量最强，光斑边缘能量则按照高斯分布的特点逐渐减少，因此采用未经过光学处理的高斯光斑单光束进行切割时，光斑中心容易产生很强的热烧灼现象，进而热影响区域较大并损坏晶圆。
技术实现思路
本专利技术提供的一种激光加工晶圆的方法及装置，能够通过处理将所述激光焦点在晶圆中形成三维分布的光斑组合，实现对晶圆上表面具有三维层次的切割并高效地将晶圆上表面的Low-K层去除，进而提高所述加工方法的工作效率、精确度以及分离晶圆的均匀性。第一方面，本专利技术提供一种激光加工晶圆的方法，所述方法通过改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以在所述晶圆上表面形成凹槽，包括：所述激光光束包括激光子光束，所述激光子光束的激光焦点为三维分布。可选地，所述激光光束包括至少两个激光子光束，并且多束激光子光束的激光焦点为三维分布。可选地，当改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以使激光光束在所述晶圆上表面形成凹槽时，沿着凹槽延伸方向且在垂直于所述晶圆上表面的晶圆深度方向上，所述多束激光子光束的激光焦点由浅至深分布。可选地，所述三维分布的激光焦点为调整激光子光束的聚焦点，使所述激光焦点在垂直于所述晶圆上表面的晶圆深度方向上逐渐加深并形成三维分布。可选地，当在晶圆深度方向上，所述激光焦点由浅至深分布、或所述激光焦点逐渐加深时，位于晶圆不同深度的激光焦点所在的激光子光束能量不同，且随所述深度逐渐变化。可选地，所述激光子光束在晶圆上形成具有特定图案分布的光斑组合，所述光斑组合包括圆形光斑、矩形光斑、方形光斑、椭圆形光斑或可定制形多边形中一种或者任意组合。可选地，所述三维分布的激光焦点包括：位于晶圆第一深度且具有第一能量的第一列激光焦点用以软化所述晶圆上表面；位于晶圆第二深度且具有第二能量的第二列激光焦点用以在所述晶圆上表面形成凹槽；位于晶圆第三深度且具有第三能量的第三列激光焦点用于移除凹槽内的碎屑。可选地，所述第一深度<所述第二深度≤所述第三深度。可选地，所述第一能量<第三能量<第二能量。可选地，所述第一能量范围为所述第二能量的25％-35％；所述第三能量范围为所述第二能量的45％-55％。第二方面，本专利技术提供一种激光加工晶圆的装置，包括：激光器，用于发射激光光束；衍射光学元件，用于对激光光束进行分束处理并形成激光子光束；整形元件阵列，用于对激光子光束进行整形处理；聚焦元件阵列，用于调整激光子光束的聚焦点并使所述激光子光束的激光焦点为三维分布；控制器，用于通过改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以在所述晶圆上表面形成凹槽。可选地，所述聚焦元件阵列包括至少两个透镜元件并按激光焦点在晶圆中的三维分布排列；其中，所述透镜元件为柱面聚焦透镜、平凸透镜或双凸透镜中一种或者任意组合。本专利技术实施例提供的激光加工晶圆的方法及装置，解决了激光对晶圆上表面进行开槽时，由于晶圆上表面的Low-K材料与晶圆的基片衬底之间粘附力较小，容易造成Low-K材料脱落、以及崩边等问题。本专利技术实施例主要通过将所述激光焦点进行合理的分布，进而提高所述加工方法的工作效率、精确度以及所切凹槽的均匀性。本专利技术实施例中所述激光焦点在晶圆中形成了三维分布，其中，主要是通过激光焦点纵向分布于所述晶圆中，首先利用处于晶圆上表面表层的激光焦点对晶圆上表面进行软化以达到提高激光吸收率的作用，且在开槽过程中减少应力，提高激光能量的吸收，避免了使用高能量激光直接开槽时容易产生烧蚀现象和热影响区较高；然后利用能量较高且位于晶圆上表面中部的激光焦点，对晶圆上表面进行激光加工并形成凹槽，进而提高了加工效率和良品率，以及灵活地适用于晶圆上表面。附图说明图1为本专利技术一实施例激光加工晶圆的方法的流程图；图2为本专利技术另一实施例激光焦点的示意图；图3为本专利技术一实施例图2中A-A的剖面图；图4为本专利技术另一实施例图2中A-A的剖面图；图5为本专利技术另一实施例激光焦点的示意图；图6为本专利技术一实施例激光加工晶圆的装置的结构示意图；其中，1、激光焦点，2、晶圆上表面，3、基材，4、扩束准直元件，5、反射镜。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供一种激光加工晶圆的方法，如图1所示，所述方法通过改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以在所述晶圆上表面形成凹槽，包括：所述激光光束包括激光子光束，所述激光子光束的激光焦点为三维分布。本专利技术实施例提供的激光加工晶圆的方法解决了激光对晶圆上表面2进行开槽时，由于晶圆上表面2的Low-K层与晶圆的基片衬底之间粘附力较小，容易造成Low-K层脱落、以及崩边等问题。本实施例中针对上表面包含有Low-K层的晶圆，通过将所述激光焦点1进行合理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工晶圆的方法，所述方法通过改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以在所述晶圆上表面形成凹槽，其特征在于，包括：所述激光光束包括激光子光束，所述激光子光束的激光焦点为三维分布。

【技术特征摘要】
1.一种激光加工晶圆的方法，所述方法通过改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以在所述晶圆上表面形成凹槽，其特征在于，包括：所述激光光束包括激光子光束，所述激光子光束的激光焦点为三维分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光光束包括至少两个激光子光束，并且多束激光子光束的激光焦点形成三维分布。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当改变所述激光光束与晶圆上表面之间的相对位置以使激光光束在所述晶圆上表面形成凹槽时，沿着凹槽延伸方向且在垂直于所述晶圆上表面的晶圆深度方向上，所述多束激光子光束的激光焦点由浅至深分布。4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述三维分布的激光焦点为调整激光子光束的聚焦点，使所述激光焦点在垂直于所述晶圆上表面的晶圆深度方向上逐渐加深并形成三维分布。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当在晶圆深度方向上，所述激光焦点由浅至深分布或所述激光焦点逐渐加深时，位于晶圆不同深度的激光焦点所在的激光子光束能量不同，且随所述深度逐渐变化。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光子光束在晶圆上形成具有特定图案分布的光斑组合，所述光斑组合包括圆形光斑、矩形光斑、方形光斑、椭圆形光斑或可定制形多边形中一种或者任意组合。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张紫辰，侯煜，刘嵩，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11