襯底雷射切片方法
2023-09-18 21:52:10 1
專利名稱：襯底雷射切片方法
技術領域：
本發明涉及一種採用雷射設備對襯底切片的方法。本發明還涉及一種雷射切片系統和一種包括雷射切片策略代碼部分的電腦程式產品。此外，本發明還涉及一種矽管芯(die)。
背景技術：
在半導體工業中，採用諸如矽管芯的管芯製造晶片。這些管芯通常是通過對由適當材料構成的襯底或晶片進行機械鋸割而大量獲取的。在對這些襯底進行切片的過程中，作為切片的結果，顯然要損失一定面積的襯底。
就晶片切片而言，已經形成了這樣一種趨勢，即採用向晶片發射雷射束的雷射設備替代機械鋸割。這種切片方式的缺點在於，襯底切割邊緣的質量傾向於相對較差。對於某些產品而言，作為不適於進行晶片製造的襯底的總的受影響區段的量度的街區寬度(street-width)為，例如，50微米。
WO03/090258公開了一種用於對襯底進行切片的程序控制脈衝雷射束設備的使用。在切片之前、之中或之後採用氣體輸送設備向襯底提供氣體。在機械處理過程中，通過提供諸如氬氣或氦氣的不活潑惰性氣體防止管芯壁氧化。或者，通過提供諸如含氯氟烴和滷烴的活潑氣體降低管芯側壁的表面粗糙度以及附著到所述側壁上的碎屑量。通過這種方式提高了管芯的側壁質量。
現有技術當中向襯底提供不活潑的惰性氣體的雷射切片方法的缺點在於街區寬度相對較大。因而，有相當大的面積無法用於晶片生產，從而造成了成本的提高。此外，在襯底的雷射分離過程中，活性氣體是無效的。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠降低街區寬度的襯底雷射切片方法和系統。
這一目的是通過提供一種採用雷射設備對襯底切片的方法實現的，其包括的步驟有從所述雷射設備向所述襯底提供雷射束，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯；在所述切片方法的第一階段內為所述襯底提供第一輔助氣體；以及在所述切片方法的第二後繼階段內為所述襯底提供第二輔助氣體。
這一目的還通過提供一種雷射切片系統實現，其包括雷射設備、用於第一輔助氣體的第一容器、用於第二輔助氣體的第二容器和控制器，其中，所述雷射設備用於生成對所述襯底切片的雷射束，所述控制器用於在第一切片階段內提供所述第一輔助進氣，以及在第二後繼切片階段內提供所述第二輔助氣體。
這一目的還通過提供一種電腦程式產品實現，所述電腦程式產品可以加載在具有雷射設備的雷射切片系統的控制器內，所述雷射切片系統用於採用雷射束對襯底切片，所述電腦程式產品包括實現下述步驟的雷射切片策略代碼部分從所述雷射設備向所述襯底提供雷射束，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯；在第一切片階段內向所述襯底提供第一輔助氣體，以及在第二後繼切片階段內向所述襯底提供第二輔助氣體。
第一輔助氣體和第二輔助氣體的順次供應能夠對切片過程進行調整，以滿足切片過程中氣氛條件的各種要求，從而獲得高質量管芯壁，以及相應降低的街區寬度。因而，增大了可用的襯底面積，進而提高了襯底的管芯數量或每一管芯的尺寸。優選地，在提供第二輔助氣體之前停止第一輔助氣體的供應，從而使每一氣體的效果得到最佳的發揮。
由權利要求3和8界定的本發明的實施例提供了高質量管芯側壁和降低的街區寬度的優點。通過提供(例如)稀有氣體或氮氣得到的非氧化氣氛的效果在於保持切片跡線的側壁的高反射性，以強化切片過程的第一階段內的切片。接下來提供的氧化氣氛的效果在於清除襯底材料的碎屑和飛沫，以防止此類碎屑和飛沫的形成。就矽襯底而言，我們發現與僅提供氮保護氣氛的情況相反，此時沒有矽沫，並且相應避免或至少減少了與這些矽沫的存在相關的裂縫的形成。
由權利要求4界定的本發明的實施例提供的優點在於，氮氣成本相對較低，並且通常可以在雷射設備所在處獲得，因為雷射設備自身也採用該氣體。
由權利要求5和9界定的本發明的實施例所提供的優點在於，從所述第一輔助氣體到所述第二輔助氣體的切換時刻可以以簡單參數為基礎。半導體工業中的大多數襯底極為標準化，因而對於雷射束的具體設置而言，在襯底上的每次掃描的切片效果是大家所熟知的。但是，應當認識到，可以以可選的或額外的方式提供傳感器，以指示從第一輔助氣體到第二輔助氣體的切換時刻。
應當認識到，可以將上述實施例或其諸方面結合起來。
將參考附圖對本發明做進一步的舉例說明，其中，附圖示意性地示出了根據本發明的優選實施例。應當理解，無論如何本發明都不限於所述具體優選實施例。
在附圖中圖1示出了具有多個用於獲得管芯的切片跡線(lane)的襯底；圖2是根據本發明的實施例的雷射切片系統的示意圖；圖3是圖2所示的雷射切片系統的雷射頭的示意圖；圖4示出了根據本發明的實施例的方法的時序圖；以及圖5A-5D以頂視圖和截面圖的形式示出了在氮氣氛中進行的雷射切片實驗的結果以及首先在氮氣氛中隨後在氧化氣氛中進行的雷射切片實驗的結果。
具體實施例方式
圖1示出了優選為矽襯底的襯底1，通過雷射切片由所述襯底獲得大量管芯2。切片跡線3是由襯底之上的一條或多條雷射束切片掃描(dicing runs)得到的。為方便起見，在切片過程中，將襯底1設置在膠粘帶(未示出)上，從而在分割之後保持對所得部分或各個管芯2的控制。接下來，從所述帶上收集管芯2，並將其用於晶片製造。
圖2示意性地示出了雷射切片系統10，其包括雷射設備11、用於第一輔助氣體的第一容器12、用於第二輔助氣體的第二容器13和控制器14。圖3是圖2所示的雷射切片系統10的雷射頭的示意圖。
襯底1是215μm厚的矽晶片。但是，也可以採用具有不同厚度d的晶片，包括25μm或50μm厚的矽晶片。
雷射設備11從雷射源16發射雷射束15，並將其經由射束傳輸系統17傳送至襯底1，以誘發切片跡線3。雷射設備11優選為脈衝(Q開關)Nd:YAG雷射器，其頻率為1-50kHz，脈衝寬度處於50-500納秒之間，峰強度處於0.5-2GW/cm2的範圍內，焦點直徑處於5-10μm的範圍內，射束質量M2＜1.3。射束傳輸系統17包括多個本領域公知的組件，例如，反射鏡、波片、射束擴展器和聚焦透鏡L(參見圖3)等。也可以採用其他雷射設備，例如波長處於1064nm到355nm的範圍內的Nd:YVO(釩酸鹽)或Nd:YLF雷射器。
將襯底1設置在定位工作檯18上，定位工作檯18包括轉動控制模塊19、z軸控制模塊20和x、y軸控制模塊21。從而在通過移動襯底1在襯底上提供切片跡線3的過程中，採用定位工作檯18的各定位模塊19、20和21使雷射設備11保持其位置。
此外，雷射切片系統10包括控制器14，例如具有存儲器22、微處理器以及信號輸入和信號輸出的計算機裝置，以控制雷射切片系統10的各組件。例如，控制器14控制雷射設備11的設置，例如脈衝寬度和峰強度等。此外，控制器14通過為定位工作檯18的各定位模塊19、20和21中的一個或多個提供適當的控制信號而控制襯底1的定位。
根據本發明，雷射切片系統10還包括開關或閥門23，其用於在切片過程的第一階段從第一容器12提供第一輔助氣體，以及在切片過程的第二階段從第二容器13提供第二輔助氣體，其中，第二階段處於第一階段之後。可以由控制器14控制閥門23。
第一容器12的第一輔助氣體是能夠在雷射切片過程的第一階段為襯底1，更具體而言為切片跡線3提供非氧化氣氛的氣體。例如，可以通過提供足夠量的諸如氬氣或氦氣的稀有氣體或氮氣獲得所述非氧化氣氛。優選採用氮氣，因為通常還要在射束傳輸系統17內提供該氣體，以衝刷各光學部件。用於衝刷這些光學部件和用於提供非氧化氣氛的N2氣體可以源自於同一容器12。但是，優選針對所述氣體供應採用單獨的容器，以實現雷射頭的特定設計，從而優化襯底1處的非氧化氣氛的供應。
第二容器13中的第二輔助氣體是能夠在雷射切片過程的第二階段為襯底1，更具體而言為切片跡線3提供氧化氣氛的氣體。優選通過提供氣態氧或含氧氣體獲得所述氧化性氣氛。
圖3示出了用於為襯底1提供第一和第二輔助氣體的獨立入口30和31。這些獨立入口可以實現對流向襯底1的氣流的更好的控制。應當認識到，在雷射切片過程的第一階段，可以首先採用入口30和31二者提供第一輔助氣體，接下來，在雷射切片過程的第二階段，可以採用入口30和31二者提供第二輔助氣體。由雷射頭中的噴嘴基本平行於雷射束15向襯底1輸送經由入口30和31提供的氣體。可選地或額外地，可以在襯底1或切片跡線3的側面提供第一和/或第二輔助氣體。
圖4示出了根據本發明的實施例的方法的時序圖，所述方法採用了圖2所示的雷射切片系統10。
首先，在控制器14的存儲器22內加載用於實施對襯底1的雷射切片的雷射切片策略程序。所述程序含有的信息包括雷射設備11的設置、將通過移動定位工作檯18實現的用於襯底切片的切片掃描以及從第一輔助氣體供應到第二輔助氣體供應的切換時刻。
可以通過很多方式確定從供應第一輔助氣體到供應第二輔助氣體的切換時刻。雷射切片系統10可以設有一個或多個傳感器(未示出)，用來探測切片過程中襯底1的某種狀態。可以將控制器14連接至這些傳感器，控制器14可以基於與這些傳感器的測量結果相關的預定標準確定提供第二輔助氣體的時間。例如，傳感器可以監測切片等離子體。
由於半導體工業中採用的襯底1得到了極好的標準化，因此確定從第一輔助氣體切換至第二輔助氣體的時刻可以不要求使用傳感器。對於得到了良好設計的雷射切片系統10，隨後的(subsequent)襯底1通常表現出非常類似的情形。
通常不是通過單次切片掃描，即，雷射束15在襯底1之上單次通過而完成對襯底1的切片的。切片跡線3通常是在多次通過之後形成的，其中，襯底1的背面B(參見圖3)最初不顯示任何分離痕跡。在後續的切片掃描中，將在背面B上產生分離圖案。已經發現，當分離圖案表現為由小孔構成的軌跡時，即相鄰管芯2仍然通過各個襯底材料的橋接而相互連接時，能夠有利地提供第二輔助氣體。這樣的分離圖案的產生與在襯底上進行的切片掃描的數量直接相關。因此，對於給定襯底1和給定雷射設置而言，當雷射束15超過切片掃描的這一預定數量時，可以提供第二輔助氣體。
在圖4中，在t＝t0處提供雷射束15。從t0到t1進行第一次切片掃描。假設在如前一段落所述出現分離圖案之前切片過程的第一階段需要五次切片掃描，因而需要t0到t5的時間間隔。在這一第一階段當中，通過控制器14的雷射切片策略程序控制閥門23，從而將第一輔助氣體從第一容器12提供至襯底1。因而，由於避免了切片跡線3的側壁的氧化，保持了這些壁的反射性，由此實現了對用於對襯底1切片的雷射能量的有效利用。
在時刻t5，已經達到了預定數量的切片掃描，因而開始進入切片過程的第二階段。控制器14產生針對閥門23的控制信號，從而向襯底1提供氧氣，以提供氧化氣氛。從而燒掉碎屑和矽沫，獲得降低的街區寬度W(參見圖5C)。在經過七次切片掃描之後，襯底1被沿切片跡線3切開。
注意，在不背離本發明的範圍的情況下，可以對圖4的時序圖做出各種變型。例如，未必要在第一切片掃描過程中立即提供第一輔助氣體。而且，實際上由於(例如)輔助氣體供應管具有一定長度，其通常導致系統中的延遲，因此從第一輔助氣體到第二輔助氣體不存在瞬時切換。此外，第二輔助氣體的供應未必與最後一次切片掃描同時停止。
最後，圖5A-5D以頂視圖(圖5A和圖5C)和截面圖(圖5B和圖5D)的形式示出了雷射切片實驗的結果。
圖5A和5B示出了經過雷射切片的矽襯底的照片，其中，切片是在存在氮氣的情況下執行的。
圖5C和圖5D示出了經過雷射切片的矽襯底的照片，其中，切片是在根據本發明的首先存在氮氣隨後存在氧氣的情況下執行的。顯然，顯著降低了街區寬度W，所述街區寬度W達到了20μm以下。此外，矽管芯的管芯側壁基本上消除了裂紋和矽沫。
應當承認，本發明不限於上述實施例。
權利要求
1.一種採用雷射設備(11)對襯底(1)切片的方法，其包括的步驟有從所述雷射設備向所述襯底提供雷射束(15)，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯(2)；在所述切片方法的第一階段(t0-t5)內，在所述襯底提供第一輔助氣體；以及在所述切片方法的第二後繼階段(t5-t7)內，在所述襯底提供第二輔助氣體。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，基本在停止所述第一輔助氣體的供應之後提供所述第二輔助氣體。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一輔助氣體為所述襯底提供非氧化氣氛，所述第二氣體為所述所述襯底提供氧化氣氛。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述第一輔助氣體包括氮氣。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一階段包括所述雷射束(15)在所述襯底(1)之上的預定數量的切片掃描，在所述預定數量的切片掃描之後，提供所述第二輔助氣體。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述襯底(1)為矽晶片。
7.一種雷射切片系統(10)，包括雷射設備(11)、用於第一輔助氣體的第一容器(12)、用於第二輔助氣體的第二容器(13)和控制器(14)，其中，所述雷射設備用於產生對所述襯底切片的雷射束(15)，且其中所述控制器(14)用於在第一切片階段內提供所述第一輔助氣體，並在第二後繼切片階段內提供所述第二輔助氣體。
8.根據權利要求7所述的雷射切片系統(10)，其中，所述第一輔助氣體用於在所述襯底提供非氧化氣氛，所述第二輔助氣體用於在所述襯底提供氧化氣氛。
9.根據權利要求7所述的雷射切片系統(10)，其中，所述第一階段具有所述雷射束(15)在所述襯底(1)之上的預定數量的切片掃描，通過編程使所述控制器(14)對所述切片掃描的數量進行計數，從而在所述切片掃描數量超過所述預定切片掃描數量之後啟動所述第二輔助氣體的供應。
10.一種電腦程式產品，可以加載在具有雷射設備(11)的雷射切片系統(10)的控制器(14)內，所述雷射切片系統用於通過雷射束(15)對襯底(1)切片，所述電腦程式產品包括用於實現下述目的的雷射切片策略代碼部分從所述雷射設備向所述襯底提供雷射束，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯；在第一切片階段內在所述襯底提供第一輔助氣體；以及在第二後繼切片階段內在所述襯底提供第二輔助氣體。
11.一種通過根據權利要求1所述的方法得到的矽管芯(2)。
12.一種切片側壁沒有或基本沒有裂紋和矽沫的矽管芯(2)。
全文摘要
本發明涉及一種採用雷射設備對襯底切片的方法，其包括的步驟有從所述雷射設備向所述襯底提供雷射束(15)，從而將所述襯底(1)切片為至少兩個管芯。在所述切片方法的第一階段內向襯底提供第一輔助氣體，在所述切片方法的第二後繼階段內向所述襯底提供第二輔助氣體。所述方法能夠在襯底的切片過程中形成降低的街區寬度，因而能夠節約成本高昂的襯底面積。本發明還涉及一種雷射切片系統、一種用於執行所述方法的電腦程式產品和一種可以通過所述方法得到的矽管芯。
文檔編號B23K26/14GK101036223SQ200580033867
公開日2007年9月12日 申請日期2005年9月26日 優先權日2004年10月5日
發明者安東尼厄斯·J.·亨德裡克斯, 亨德裡克·J.·克特勒瑞, 伊瓦爾·J.·博依夫金 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司