激光切割基板的方法及激光切割装置与流程

本发明属于集成电路制造，具体涉及一种激光切割基板的方法及激光切割装置。

背景技术：

1、半导体芯片制造的过程中，需要通过划片设备将晶圆切割，从而可获得独立的芯片。晶圆的切割通常也被称为划片。目前主流的晶圆切割方法有机械切割，激光切割和等离子蚀刻。等离子蚀刻具有加工速度快,蚀刻后应力愈合效果好，蚀刻深宽比高等优点，因此成为主流的晶圆切割方法。然而，晶圆中有许多层材料不能用蚀刻法处理，但可以更容易地被超快激光烧蚀，例如金属层、低k材料层和氧化物层等。因此，晶圆切割方法可选用激光切割与等离子蚀刻相结合的方法。

2、激光切割晶圆的过程中易产生熔渣，导致晶圆平整度变差，影响晶圆后续工艺(例如晶圆键合工艺)。晶圆中不同层因材料不同熔点也不同，激光切割时需要使用不同条件，不同材料层切割需对应合适的能量切割，能量偏高会产生大量熔渣影响晶圆平整度，能量偏低会导致相应的材料层不能被切割透，能量偏高或偏低都会影响后续制程。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种激光切割基板的方法及激光切割装置，实现不同材料层不同激光切割参数切割，有效解决不同材料层损伤阈值不一样的问题，在切割后不会产生熔渣过高或部分材料未完全切割的问题，不影响后续制程。

2、本发明提供一种激光切割基板的方法，包括：

3、激光源发出的激光聚焦于基板上，所述基板上的不同材料层产生不同的反射光谱信号，所述反射光谱信号发送至光谱分析单元；

4、所述光谱分析单元将所述反射光谱信号与标准图谱对比，计算出所述基板的不同材料层各自对应的折射率和消光系数，根据所述各自对应的折射率和消光系数模拟出所述基板上的材料分布三维模型；

5、激光控制器内预存入不同所述折射率和消光系数对应的激光切割参数，依据所述基板上的材料分布，选择对应的所述激光切割参数切割所述基板。

6、进一步的，所述基板的不同材料层包括：金属层、介质层和硅衬底中的至少一种。

7、进一步的，切割所述介质层的激光切割参数包括：激光束的脉冲重复频率范围500khz～2000khz，能量范围0.5w～5w，光斑宽度范围15μm～60μm，加工速度大于250mm/s，激光脉宽范围5ps～50ps。

8、进一步的，切割所述金属层的激光切割参数包括：激光束的脉冲重复频率范围500khz～1000khz，能量范围3w～10w，光斑宽度范围8μm～30μm，加工速度范围50mm/s～150mm/s，激光脉宽范围5ps～50ps。

9、进一步的，所述激光源发出的激光经聚焦单元聚焦于所述基板上；其中，所述聚焦单元包括激光调整部、分光镜和会聚透镜，所述分光镜与所述基板之间设置所述会聚透镜；所述激光经所述激光调整部调整后照射于所述分光镜上，并经所述分光镜反射至所述会聚透镜上，经所述会聚透镜将激光聚焦于所述基板上。

10、进一步的，切割所述基板时，所述激光聚焦于所述基板上的不同材料层中的功率密度大于各自材料层的损伤阈值。

11、本发明还提供一种激光切割装置，包括：

12、激光源、聚焦单元、光谱分析单元和激光控制器；

13、所述激光源发出的激光经所述聚焦单元聚焦于基板上，所述基板上的不同材料层产生不同的反射光谱信号，所述反射光谱信号发送至所述光谱分单元；

14、所述光谱分析单元将所述反射光谱信号与标准图谱对比，计算出所述不同材料层各自对应的折射率和消光系数，根据所述各自对应的折射率和消光系数模拟出所述基板上的材料分布三维模型；

15、所述激光控制器内预存入不同所述折射率和所述消光系数对应的激光切割参数，依据所述基板上的材料分布，选择对应的所述激光切割参数切割所述基板。

16、进一步的，所述聚焦单元包括激光调整部、分光镜和会聚透镜，所述分光镜与所述基板之间设置所述会聚透镜；所述激光经所述激光调整部调整后照射于所述分光镜上，并经所述分光镜反射至所述会聚透镜上，经所述会聚透镜将激光聚焦于所述基板上。

17、进一步的，所述激光调整部包括沿激光入射光路依次设置的光强调节部和扩束器；所述激光源发出的激光经所述光强调节部调节光强后，由所述扩束器进行扩束，激光经扩束后照射于所述分光镜上。

18、进一步的，所述光谱分析单元包括光栅光谱仪和光谱分析仪，所述光栅光谱仪获取所述基板上的不同材料层产生不同的反射光谱信号，并发送给所述光谱分析仪，所述光谱分析仪对所述反射光信号进行光谱分析。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、本发明提供一种激光切割基板的方法及激光切割装置，包括：激光源发出的激光聚焦于基板上，基板上的不同材料层产生不同的反射光谱信号，反射光谱信号发送至光谱分析单元；光谱分析单元将反射光谱信号与标准图谱对比，计算出基板的不同材料层各自对应的折射率和消光系数，根据各自对应的折射率和消光系数模拟出基板上的材料分布三维模型；依据基板上的材料分布，选择对应的激光切割参数切割基板。根据基板的不同材料层各自对应的折射率和消光系数，选择对应的激光切割参数切割相应的材料层，实现不同材料层不同激光切割参数切割，有效解决不同材料层损伤阈值不一样的问题，在切割后不会产生熔渣过高或部分材料未完全切割的问题，不影响后续制程。

技术特征：

1.一种激光切割基板的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的激光切割基板的方法，其特征在于，所述基板的不同材料层包括：金属层、介质层和硅衬底中的至少一种。

3.如权利要求2所述的激光切割基板的方法，其特征在于，切割所述介质层的激光切割参数包括：激光束的脉冲重复频率范围500khz～2000khz，能量范围0.5w～5w，光斑宽度范围15μm～60μm，加工速度大于250mm/s，激光脉宽范围5ps～50ps。

4.如权利要求2所述的激光切割基板的方法，其特征在于，切割所述金属层的激光切割参数包括：激光束的脉冲重复频率范围500khz～1000khz，能量范围3w～10w，光斑宽度范围8μm～30μm，加工速度范围50mm/s～150mm/s，激光脉宽范围5ps～50ps。

5.如权利要求1所述的激光切割基板的方法，其特征在于，所述激光源发出的激光经聚焦单元聚焦于所述基板上；其中，所述聚焦单元包括激光调整部、分光镜和会聚透镜，所述分光镜与所述基板之间设置所述会聚透镜；所述激光经所述激光调整部调整光强后照射于所述分光镜上，并经所述分光镜反射至所述会聚透镜上，经所述会聚透镜将激光聚焦于所述基板上。

6.如权利要求1所述的激光切割基板的方法，其特征在于，切割所述基板时，所述激光聚焦于所述基板上的不同材料层中的功率密度大于各自材料层的损伤阈值。

7.一种激光切割装置，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的激光切割装置，其特征在于，

9.如权利要求8所述的激光切割装置，其特征在于，

10.如权利要求7所述的激光切割装置，其特征在于，

技术总结
本发明提供一种激光切割基板的方法及激光切割装置，包括：激光源发出的激光聚焦于基板上，基板上的不同材料层产生不同的反射光谱信号，反射光谱信号发送至光谱分析单元；光谱分析单元将反射光谱信号与标准图谱对比，计算出基板的不同材料层各自对应的折射率和消光系数，根据各自对应的折射率和消光系数模拟出基板上的材料分布三维模型；依据基板上的材料分布，选择对应的激光切割参数切割基板。根据基板的不同材料层各自对应的折射率和消光系数，选择对应的激光切割参数切割相应的材料层，实现不同材料层不同激光切割参数切割，有效解决不同材料层损伤阈值不一样的问题，在切割后不会产生熔渣过高或部分材料未完全切割的问题，不影响后续制程。

技术研发人员：彭杨,陈帮,郭万里,胡胜,程雷,张伟光,王岩
受保护的技术使用者：武汉新芯集成电路制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12