[發明專利]一種激光束加工處理中的晶圓片對準方法

有效

• 申請號: 201110261070.9
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102280400A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 嚴利人;周衛;劉朋;竇維治
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/68
• 分類號: H01L21/68;H01L21/268
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于半導體制造技術范圍，特別涉及一種激光束加工處理中的晶圓片對準方法。

背景技術

當前，激光在半導體材料加工處理中的應用，包括了激光退火，激光輔助薄膜沉積，材料的激光再結晶生長，甚至也可以將準分子激光光刻包括進來，應用是多種多樣的。

因為激光束具有很強的相干性，激光光束往往是聚束的，不容易散開成為較大面積的光束，而另一方面，晶圓片尺寸又很大，因此激光光束對于襯底材料的作用，只能是一個局部一個局部地進行。通常采用的方式，是激光束相對于材料表面做掃描，步進，或者步進加掃描的平移移動，來實現逐行，或者逐場的加工處理。無論是逐行也好，逐場也好，總是存在著行之間，場之間的銜接問題。對于不良的銜接來說，存在著兩類問題，一是銜接處兩行或者兩場有微小的重疊，則重疊區域盡管很小，但是考慮到集成電路中電子元器件的尺寸更小，因而受到影響，被過量加工的元器件數量就會有很多，直接影響集成電路加工質量。另一類問題是兩行之間，兩場之間存在微小的空隙，同樣地，受此影響未被激光加工處理的電子元器件數量很多，加工質量不能保證。由于激光光束束斑，在束斑的中心部分，做到光強均勻化，相對來說簡單一些，但是在光束的靠近邊沿部分，也要求光束同樣均勻，相對來說很困難，再加上邊沿處的光強不可能絕對完美地突變和陡降至零，這些因素的存在，更加重了問題的復雜性。

針對以上實踐中的問題，一種有效的處理措施，是充分利用芯片之間的劃片道寬度。具體地說，令掃描或者步進，嚴格地沿著芯片陣列的橫向排列方向向左或者右進行，光束束斑上下不容易處理，也不是很均勻的部分，落于劃片槽的部分，這樣就以犧牲劃片槽區域的加工質量為代價，求得了對于有效電路區域，也就是芯片區域加工的可保證的加工質量。當掃描或者步進至晶圓片邊緣后，激光光束下移一行(或者上移一行)，并掉頭向相反的方向，繼續其橫向的掃描或者步進逐場前進。對于步進方式的一場一場的加工處理，則束斑的左右兩個邊沿，也是落在芯片劃片道內的。

劃片道寬度在幾十微米的量級。要使激光光束在平移移動時，束斑的邊沿落在劃片道內，就必然要進行束斑相對于晶圓片的對準(可參考申請號為201010514994.0的中國專利)。鑒于很多激光加工，都要求進行襯底的預加熱，預升溫處理，因此激光束加工裝置中的對準，具備兩個特點，一是對準過程會受到一定的高溫影響，溫度較高時可到400～500度，乃至更高，在高溫情況下，晶圓片的熱膨脹將難以忽略，此外較高的溫度，以及較高溫度下晶圓片整片的紅外輻射背景，都可能對晶圓片的對準光路，對準信號處理帶來很大的不良影響。第二個特點在于，由于劃片道具備一定的寬度，因此對于對準精度的要求不是很高，在10～20微米范圍內應該是可以接受的。

發明內容

本發明的目的是提供一種激光束加工處理中的晶圓片對準方法，其特征在于，進行晶圓片的對準包括兩個階段：

在第一階段，采用由多軸移動片臺和光學探測部件構成通用的晶圓片對準機構3，對晶圓片進行對準，晶圓片先從片盒2處通過通道4，由機械手放置在對準機構3的多軸移動臺上，在對準機構3處，先是通過晶圓片的缺口或者定位平邊，進行晶圓片的粗定位，粗對準，然后再通過晶圓片上的特定的圖形，特別是劃片道部分的圖形，確定芯片陣列的中心坐標，以及與多軸移動臺的橫向移動軸之間的夾角，通過旋轉多軸移動臺，令晶圓片上芯片陣列的橫向劃片道與多軸臺橫向移動方向平行；

在第二個階段，使用精密定位和控制的機械手，將已經進行過精對準的晶圓片，從對準機構3處，沿通道5放置到激光加工工藝腔1內部的工藝片臺之上。其中送片傳片的機械手為精密定位的裝置，在傳遞和放置的過程中所引入的額外誤差在小于±5微米范圍，相對于劃片道幾十微米的寬度來說，最終所實現的總的定位精度在小于±10微米范圍內是可以接受的。

所述晶圓片從對準機構放置到工藝片臺上之后，需要進行輔助性加熱，此時可進行工藝實驗，測量并定出特定溫度下的膨脹系數有效值，在準確估計尺寸膨脹效應后，將相關信息反饋至片臺移動的控制系統，由控制系統進行補償后，再執行片臺的掃描或者步進掃描移動，具體做法為，針對熱膨脹后晶圓片尺寸變化的信息，有意地調節掃描速度和掃描位置，以使掃描行準確落在預期的晶圓片位置，使得實際發生的掃描適合于變化后的晶圓片尺寸。