一种激光芯片平坦化加工装置及方法与流程

本发明涉及电子领域集成电路芯片制造技术，特别涉及一种激光芯片平坦化加工装置。

背景技术：

集成电路技术蓬勃发展，为了提升产能并降低成本，制程工艺上必须朝向积层化与细微化；因此平坦化(planarization)制程工艺技术为集成电路芯片的制造中不可或缺的一种工艺技术，由于电路线幅设计细小化需求，技术越朝高集成密度而日新月异，针对芯片表面当一系列的薄膜被沉积与蚀刻后，微细铜电路或是钨电路、多晶硅、氧化膜介质电层等出现不平坦现象，早期利用湿刻蚀工艺技术将芯片上的堆栈或凹陷进行平坦化，其技术发展过程还包括sog、re-flow、etchback等，自1983年ibm研发部门铜制程及芯片表面平坦化首创采用化学机械抛光(简称cmp)工艺技术，合作的设备业者westtech(现今ipec公司)，于1988年完成与ibm合作的cmp设备。1994年ebara推出第一台整合清洗与cmp的机台，1996年其他厂商快速推出整合cmp与清洗机构设备，2000年时推出整合型机台的厂商才有占有率，如ipec、speedfam。至2000年cmp设备市场占有率明显的变化，早期amat认为cmp属于污染制程，芯片厂不易采用cmp与铜制程，然而却逐步起飞，有可能成为集成电路制造的主流，amat才快速切入cmp设备，目前amat与ebara为主流。因此利用平坦化工艺以化学机械抛光达到芯片平坦后，有利于下一个工艺进行，解决电路微影工艺因平坦度变差使曝光聚焦困难，甚至无法进行聚焦等的问题。从此化学机械抛光工艺平坦化技术更形重要，其主要操作组件有化学抛光液(slurry)、抛光垫(polishingpad)、抛光垫整修器(padconditioner)，化学机械抛光平坦化的过程，必须通过抛光液混合系统(slurrymixingsystem)与化学品供应输送系统(slurrydispensesystem)稳定均匀的输送抛光液到芯片与抛光垫之间，抛光垫表面充满抛光液，此液体含有化学剂(酸液、氧化剂)用以侵蚀新片表面薄膜，同时液体内悬浮着无数个纳米级抛光粒(sio2、al2o3、ceo2)，它们会深入刮除微量膜层，与化学侵蚀与机械研磨相互作用，达到平坦化的目标。可是在上述平坦化过程中会有抛光移除的微削或是抛光垫膜差后粗糙度变差，影响了抛光的效率甚至刮伤芯片表面影响到集成电路的良率，因此抛光垫整修器必须扮演重新整修抛光垫的重要角色。

关于cmp进行平坦化的工艺技术，必须使用来自不同特性的供应商的化学抛光液、抛光垫、抛光垫整修器等消耗品，其中存在非常复杂之交互作用，工艺调整困难。尚有抛光液混合与输送系统的浩大投资，而其化学品与磨粒对环境造成的不友善必须处理、整修器钻石断裂掉粒造成芯片刮伤、平坦化处理效率、芯片制造良率等问题，都对于芯片制造建厂、制造、维护成本与环保问题的缺点有待改善。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种降低成本、环保可靠的激光芯片平坦化加工装置。

本发明中的一种激光芯片平坦化加工装置，包括加工腔体、芯片固定平台、激光装置、芯片送进送出接口、转动定位装置、激光输出接收装置、侦测控制装置和超纯水冲洗装置，所述加工腔体内设有芯片固定平台、激光装置和激光输出接收装置，所述芯片固定平台连接激光输出接收装置，所述激光输出接收装置连接激光装置，所述芯片固定平台连接芯片送进送出接口，所述转动定位装置连接芯片固定平台，

所述转动定位装置包括位移定位控制装置和伺服电动机，所述侦测控制装置包括侦测装置、监控装置、激光多波长输出装置、激光脉冲波输出装置、激光频率控制装置和激光能量控制装置，所述侦测装置与激光输出接收装置连接，所述侦测装置与并联后的激光多波长输出装置、激光脉冲波输出装置、激光频率控制装置、激光能量控制装置连接，所述激光多波长输出装置、激光脉冲波输出装置、激光频率控制装置、激光能量控制装置并联后与监控装置串联，所述监控装置与激光装置连接，所述激光装置连接伺服电动机，

所述芯片固定平台连接超纯水冲洗装置，所述芯片固定平台还连接真空装置。

上述方案中，所述激光装置包括激光光源、电源供应器、光束引导装置、扫描器、反射镜和透镜。

上述方案中，所述激光多波长输出装置包括基波产生器、第一能量调控器、第二能量调控器、第三能量调控器、第一二次谐波产生器、第二二次谐波产生器、第三二次谐波产生器和三次谐波产生器，所述基波产生器连接第一能量调控器，所述第一能量调控器连接第一二次谐波产生器，所述第一二次谐波产生器连接三次谐波产生器，所述第一能量调控器连接第二能量调控器，所述第二能量调控器连接第二二次谐波产生器，所述第二二次谐波产生器连接第三能量调控器，所述第三能量调控器连接第三二次谐波产生器，

还包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第一反射镜和第二反射镜，所述三次谐波产生器输出的激光输入第一透镜，所述第三能量调控器输出的激光输入第二透镜，所述第三二次谐波产生器输出的激光输入第一反射镜，所述第一反射镜输出的激光输入第三透镜，所述第二能量调控器输出的激光输入第二反射镜，所述第二反射镜输出的激光输入第四透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜输出激光。

上述方案中，所述激光脉冲波输出装置包括脉冲波驱动器、激光共振腔、激光模态数据接收器、能量分布分析器和能量输出器，所述激光共振腔设有质量因子开关。

上述方案中，所述超纯水冲洗装置包括超纯水供应源、控制装置、二氧化碳容器与开关、超纯水冲洗头。

一种激光芯片平坦化加工方法，包括以下步骤：

s1：芯片以真空吸附的方式进出并固定在芯片固定平台上；

s2：通过激光装置和侦测控制装置，调控输出高功率多波长脉冲波的激光；

s3：用激光对芯片表面进行气化平坦化；

s4：超纯水注入二氧化碳冲洗、干燥完成制作工艺。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种降低成本、环保可靠的激光芯片平坦化加工装置，通过激光平坦化装置输出各种需求波长与能量的脉冲波激光，将芯片制程上被沉积的薄膜与蚀刻后表面上的微细电路，金属层的铜电路或是钨电路、与多晶硅、氧化膜介质电层等出现不平坦表面给于气化处理，进行平坦化加工的方法。实现了简化工序解决平坦化处理效率、提升芯片制造良率等问题，并改善芯片制造建厂、制造、维护成本与解决了环保问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统框图；

图2为激光多波长输出装置的系统框图；

图3为激光脉冲波输出装置的系统框图；

图4为超纯水冲洗装置的系统框图。

图中：1、加工腔体2、芯片固定平台3、激光装置4、芯片送进送出接口5、转动定位装置6、激光输出接收装置7、侦测控制装置8、超纯水冲洗装置7325、真空装置51、位移定位控制装置52、伺服电动机71、侦测装置72、监控装置73、激光多波长输出装置74、激光脉冲波输出装置75、激光频率控制装置76、激光能量控制装置731、基波产生器7312、第一能量调控器7313、第一二次谐波产生器7314、三次谐波产生器7321、第二能量调控器7323、第二二次谐波产生器7324、第三能量调控器7333、第三二次谐波产生器7315、第一透镜7325、第二透镜7335、第三透镜7345、第四透镜7334、第一反射镜7344、第二反射镜741、脉冲波驱动器742、激光共振腔743、激光模态数据接收器744、能量分布分析器745、能量输出器7421、质量因子开关81、超纯水供应源82、控制装置83、二氧化碳容器与开关84、超纯水冲洗头

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1～图4所示，本发明是一种激光芯片平坦化加工装置，包括加工腔体1、芯片固定平台2、激光装置3、芯片送进送出接口4、转动定位装置5、激光输出接收装置6、侦测控制装置7和超纯水冲洗装置8，加工腔体1内设有芯片固定平台2、激光装置3和激光输出接收装置6，芯片固定平台2连接激光输出接收装置6，激光输出接收装置6连接激光装置3，芯片固定平台2连接芯片送进送出接口4，转动定位装置5连接芯片固定平台2，

转动定位装置5包括位移定位控制装置51和伺服电动机52，侦测控制装置7包括侦测装置71、监控装置72、激光多波长输出装置73、激光脉冲波输出装置74、激光频率控制装置75和激光能量控制装置76，侦测装置71与激光输出接收装置6连接，侦测装置71与并联后的激光多波长输出装置73、激光脉冲波输出装置74、激光频率控制装置75、激光能量控制装置76连接，激光多波长输出装置73、激光脉冲波输出装置74、激光频率控制装置75、激光能量控制装置76并联后与监控装置72串联，监控装置72与激光装置3连接，激光装置3连接伺服电动机52，

芯片固定平台2连接超纯水冲洗装置8，芯片固定平台2还连接真空装置22。

激光装置3包括激光光源、电源供应器、光束引导装置、扫描器、反射镜和透镜。

激光多波长输出装置73包括基波产生器731、第一能量调控器7312、第二能量调控器7321、第三能量调控器7324、第一二次谐波产生器7313、第二二次谐波产生器7323、第三二次谐波产生器7333和三次谐波产生器7314，基波产生器731连接第一能量调控器7312，第一能量调控器7312连接第一二次谐波产生器7313，第一二次谐波产生器7313连接三次谐波产生器7314，第一能量调控器7312连接第二能量调控器7321，第二能量调控器7321连接第二二次谐波产生器7323，第二二次谐波产生器7323连接第三能量调控器7324，第三能量调控器7324连接第三二次谐波产生器7333，

还包括第一透镜7315、第二透镜7325、第三透镜7335、第四透镜7345、第一反射镜7334和第二反射镜7344，三次谐波产生器7314输出的激光输入第一透镜7315，第三能量调控器7324输出的激光输入第二透镜7325，第三二次谐波产生器7333输出的激光输入第一反射镜7334，第一反射镜7334输出的激光输入第三透镜7335，第二能量调控器7321输出的激光输入第二反射镜7344，第二反射镜7344输出的激光输入第四透镜7345，第一透镜7315、第二透镜7325、第三透镜7335和第四透镜7345输出激光。

基波产生器产生的激光共有4条线路，第一条路线激光顺序通过第一能量调控器7312、第一二次谐波产生器7313、三次谐波产生器7314以及第一透镜7315，输出一种三倍波长的激光；第二条路线激光顺序通过第一能量调控器7312、第二能量调控器7321、第二二次谐波产生器7323、第三能量调控器7324以及第二透镜7325，输出一种二倍波长的激光；第三条路线顺序通过第一能量调控器7312、第二能量调控器7321、第二二次谐波产生器7323、第三能量调控器7324、第三二次谐波产生器7333、第一反射镜7334以及第三透镜7335，输出一种四倍波长的激光；第四条路线顺序通过第一能量调控器7312、第二能量调控器7321、第二反射镜7344以及第四透镜7345，输出一种一倍波长的激光。使用时只需要控制第一透镜7315、第二透镜7325、第三透镜7335和第四透镜7345是否通过光线即可选择输出几倍波长的激光。

激光脉冲波输出装置74包括脉冲波驱动器741、激光共振腔742、激光模态数据接收器743、能量分布分析器744和能量输出器745，激光共振腔742设有质量因子开关7421。

超纯水冲洗装置8包括超纯水供应源81、控制装置82、二氧化碳容器与开关83、超纯水冲洗头84。

一种激光芯片平坦化加工方法，包括以下步骤：

s1：芯片以真空吸附的方式进出并固定在芯片固定平台上；

s2：通过激光装置和侦测控制装置，调控输出高功率多波长脉冲波的激光；

s3：用激光对芯片表面进行气化平坦化；

s4：超纯水注入二氧化碳冲洗、干燥完成制作工艺。

加工腔体1为一种可开启可关闭的密闭空间，适度抽排产生负压，并将激光气化加工后的废气排除的装置，芯片送进送出接口将前制程的芯片以真空吸附的方式送进并固定在芯片固定平台上；通过激光装置和侦测控制装置，调控输出高功率多波长脉冲波的激光，具体产生方法上文已经详述。

脉冲波输出装置74利用脉冲波驱动器741，将脉冲波送到激光共振腔742启动质量因子开关7421发送出激光驱动信号，再由激光模态数据接收器743连续接收驱动信号所产生激光模态数据，通过能量分布分析器744，分析出能量分布模态，历经等待时间后即可输出能量被裁切过的脉冲波激光745。

转动定位装置5包括伺服电动机52、齿轮组、位移定位控制装置51，先进行定位后，芯片固定平台2与激光装置3以同一圆心反向旋转，以60rpm～120rpm转动速度相互运动，转速与位置均可调整。

超纯水冲洗装置8，超纯水供应源81其电阻值18.2mω，通过二氧化碳容器与开关83注入二氧化碳气泡，通过控制装置82控制其流量:10lpm～90lpm、导电率:5us/cm～50us/cm、电阻值:0.2mω～0.02mω，由超纯水冲洗头84输出冲刷，不带静电也能消除芯片上的静电，进行冷却降温与冲洗的功能。

芯片送进送出接口4可将完成加工的芯片以手动或自动的操作接口退出芯片固定平台2。

本发明创新的一种激光芯片平坦化加工方法与其装置，所提供的芯片平坦化方法与装置均可重复使用，避免了上述设置抛光液混合与输送系统的浩大投资，而其使用过的化学品与磨粒必须处理，对环境造成污染的情况得以彻底解决。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。