[發(fā)明專利]一種激光加工晶圓的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710575865.4
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107252981B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉嵩;侯煜;張紫辰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/073;B23K26/03;B23K26/70
• 代理公司: 北京匯澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 關(guān)宇辰

本發(fā)明提供一種激光加工晶圓的方法及裝置，所述方法沿著晶圓上表面的預(yù)定切割道方向改變激光光束與預(yù)定切割道之間的相對位置以在所述預(yù)定切割道上形成凹槽，包括：將第一激光光束經(jīng)整形處理后形成開槽平頂光斑；將第二、三激光光束經(jīng)整形處理后形成重疊平頂光斑并將其重疊在開槽平頂光斑上，形成具有邊緣能量大于中間能量的“M”形能量分布的組合平頂光斑；由組合平頂光斑對所述預(yù)定切割道進(jìn)行刻蝕形成凹槽；由開槽平頂光斑對所述凹槽再次進(jìn)行刻蝕。本發(fā)明能夠通過在開槽平頂光斑邊緣兩側(cè)分別與重疊平頂光斑進(jìn)行重疊并形成具有邊緣能量大于中間能量的“M”形能量分布的組合平頂光斑，提高所述凹槽的槽形結(jié)構(gòu)和晶圓加工的成品率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光加工晶圓的方法及裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷減小以及芯片集成度的不斷提高，金屬互連線之間、多層布線之間的寄生電容以及金屬導(dǎo)線的電阻急劇增大，導(dǎo)致了RC延遲、功耗增加等一系列問題，限制了高速電子元器件的發(fā)展。當(dāng)器件特征尺寸小于90nm后，晶圓必須使用低介電常數(shù)材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO₂層(K＝3.9～4.2)，常用的Low-K材料有道康寧公司的FOx及多孔SiLK材料、應(yīng)用材料公司的黑金剛石系列低K薄膜材料、Novellus System的CORAL、英特爾的CDO以及NEC公司的FCN+有機(jī)層等等。

Low-K材料的使用也帶來了一些問題。不論是機(jī)械強(qiáng)度還是粘附性，Low-K材料都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如SiO₂，這對劃片工藝提出了挑戰(zhàn)。最為常見的問題是，在劃片過程中由于較低的機(jī)械強(qiáng)度及粘附力，使得Low-K材料粘連在劃片刀上，這不僅降低了劃片的效率，同時(shí)也帶來了絕緣層從金屬層表面被剝離以及產(chǎn)生碎屑并擴(kuò)散到其它功能區(qū)域等嚴(yán)重影響良率的后果。激光加工具有非接觸、精度高、適用材料范圍廣、加工路徑靈活可控等優(yōu)點(diǎn)，是用來對晶圓劃片以及解決上述問題的有力方案。據(jù)了解，蘋果公司已經(jīng)強(qiáng)制要求供應(yīng)商提供的晶圓必須采用激光切割Low-K材料的工藝(即：Laser Grooving工藝)，這使得封測廠對此類工藝技術(shù)及設(shè)備的需求大為提升。嚴(yán)格地說，激光束不是“切割”Low-K材料，而是依靠激光能量產(chǎn)生的高溫融化金屬層及層間介質(zhì)層，這樣的激光切割產(chǎn)生械應(yīng)力很小，因而不會(huì)發(fā)生分層或剝離等問題。另外，濱松光子學(xué)株式會(huì)社還發(fā)明了“隱形切割”的技術(shù)，這種技術(shù)是利用對晶圓具有透射性波長的激光聚焦在晶圓內(nèi)部形成改質(zhì)層，再借助外力使晶圓沿著改質(zhì)層裂開為單獨(dú)的芯片。利用隱形切割技術(shù)，可以避免在劃片過程中產(chǎn)生碎屑對芯片功能區(qū)造成污染，但是當(dāng)晶圓上面覆蓋有隔離層或其它功能層時(shí)，這將會(huì)影響激光的透過，從而影響改質(zhì)層的形成。因此，在使用隱形切割時(shí)，也應(yīng)首先使用激光去除晶圓上表面Low-K層等材料。

但是，現(xiàn)有的激光切割為在晶圓上形成溝槽，在切割時(shí)由于激光為高斯分布，因此槽形狀呈“V”形，邊緣無法去除干凈。所以當(dāng)刻蝕后使用刀片切割時(shí)，導(dǎo)致切割可能損壞器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供的激光加工晶圓的方法及裝置，能夠在垂直于所述預(yù)定切割道的方向上，通過在開槽平頂光斑邊緣兩側(cè)分別與重疊平頂光斑進(jìn)行重疊并形成具有邊緣能量大于中間能量的“M”形能量分布的組合平頂光斑，提高所述凹槽的槽形結(jié)構(gòu)和晶圓加工的成品率，并使得在晶圓上表面Low-K層刻蝕形成的凹槽更加均勻，熱影響區(qū)更小且均一性更高。

第一方面，本發(fā)明提供一種激光加工晶圓的方法，沿著晶圓上表面的預(yù)定切割道方向改變激光光束與預(yù)定切割道之間的相對位置以在所述預(yù)定切割道上形成凹槽，包括：

將第一激光光束經(jīng)整形處理后形成開槽平頂光斑；

將第二、三激光光束經(jīng)整形處理后形成重疊平頂光斑并將其重疊在開槽平頂光斑上，形成具有邊緣能量大于中間能量的“M”形能量分布的組合平頂光斑；

由組合平頂光斑對所述預(yù)定切割道進(jìn)行刻蝕形成凹槽；

由開槽平頂光斑對所述凹槽再次進(jìn)行刻蝕。