專利名稱：激光加工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工，特別是含至少相當(dāng)大部分硅的實(shí)體的激光加工。
背景技術(shù)：
硅與所有的鹵素劇烈反應(yīng)生成四鹵化硅。因此，硅與氟、F2、氯、Cl2、溴、Br2和碘、I2反應(yīng)，分別生成氟化硅、SiF4、氯化硅、SiCl4、溴化硅、SiBr4和碘化硅、SiI4。與氟的反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，而其他反應(yīng)要求加熱到300℃以上。
從US5266532A和US5322988A獲悉，鹵化碳的存在加快了硅的燒蝕速度。鹵化碳-硅反應(yīng)的例子是鹵化碳和硅之間的反應(yīng)不是自發(fā)的。該反應(yīng)只有在高于硅的熔融閾值的能量下才會發(fā)生，因此非常具有定位性并適用于單步硅微細(xì)加工應(yīng)用，例如晶圓切割(wafer dicing)、通孔(vias)和表面圖案化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供與現(xiàn)有技術(shù)相比改進(jìn)的硅加工。
按照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種用激光束加工硅體(silicon body)的方法，包括下列步驟在硅體的至少一個加工位置提供液體鹵化物環(huán)境；將激光束對準(zhǔn)在液體鹵化物環(huán)境中的硅體的加工位置；在硅體的加工位置附近用激光束局部加熱液體鹵化物，加熱程度足以在加工位置引發(fā)硅體和液體鹵化物之間的化學(xué)反應(yīng)；用激光束在加工位置加工硅體，由此在加工位置引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。
有利地，提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供一種液體鹵化碳環(huán)境。
方便地，對準(zhǔn)激光束的步驟包括對準(zhǔn)UV波長的激光束。
或者，對準(zhǔn)激光束的步驟包括對準(zhǔn)綠色可見光波長的激光束。
方便地，提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供一個用于容納液體鹵化物的環(huán)境模擬箱。
優(yōu)選地，提供液體鹵化物的步驟包括提供一種冷凍的液體鹵化物。
有利地，提供冷凍的液體鹵化物的步驟包括在加工之前、之中和之后控制冷凍的液體鹵化物的溫度。
或者，提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供用于至少向加工位置輸送液體鹵化物的氣溶膠噴嘴裝置。
方便地，提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供一種含有選自氟、氯、溴和碘的鹵素的鹵化碳。
有利地，加工硅體的步驟包括控制硅體的溫度以通過控制硅體的熱負(fù)荷來充分防止對硅體的熱損傷。
按照本發(fā)明的第二個方面，提供了一種激光加工設(shè)備，其含有一個激光器；將激光束從激光器對準(zhǔn)加工位置的裝置；在至少加工位置周圍提供受控液體鹵化物環(huán)境的裝置。
有利地，裝配用于提供受控液體鹵化物環(huán)境的裝置以提供受控液體鹵化碳環(huán)境。
方便地，提供用于受控液體鹵化物的裝置包括環(huán)境模擬箱裝置。
優(yōu)選地，環(huán)境模擬箱裝置包括用于冷凍的液體鹵化物的浴裝置。
方便地，環(huán)境模擬箱裝置包括用于液體鹵化物的一個進(jìn)口和一個出口，還包括一個氣體出口。
優(yōu)選地，環(huán)境模擬箱裝置包括一個能夠透過激光束的窗口，用以使激光束進(jìn)入環(huán)境模擬箱裝置內(nèi)。
優(yōu)選地，該窗口涂有抗反射涂層。
優(yōu)選地，激光加工設(shè)備進(jìn)一步包含用于給環(huán)境模擬箱裝置提供冷凍液體鹵化物的制冷裝置。
有利地，裝配該制冷裝置以便在加工之前、之中和之后控制液體鹵化物的溫度。
優(yōu)選地，用于提供受控液體鹵化物環(huán)境的裝置包括用于至少向加工位置輸送液體鹵化物的氣溶膠噴嘴裝置。
方便地，激光以紫外線波長發(fā)射。
或者，激光以綠色可見光波長發(fā)射。
優(yōu)選地，激光加工設(shè)備進(jìn)一步包含用于控制待加工的實(shí)體在加工位置的溫度的溫度控制裝置，裝配該裝置以通過控制該實(shí)體的熱負(fù)荷來充分防止對該實(shí)體的熱損傷。
方便地，激光加工設(shè)備進(jìn)一步包含用于對準(zhǔn)激光束的遠(yuǎn)心透鏡裝置，其中冷凍的液體鹵化物流基本充滿遠(yuǎn)心透鏡的視野。


根據(jù)下文參照附圖對僅作為例子的本發(fā)明一些具體實(shí)施方式
的描述，可以更透徹地理解本發(fā)明，其中圖1是按照本發(fā)明的激光加工設(shè)備的透視示意圖；和圖2是圖1的設(shè)備的平面圖。
在這些圖中，相同的參考數(shù)字代表相同的部件。
具體實(shí)施例方式
參照圖1和2，激光加工設(shè)備1包括帶有液體進(jìn)口3、液體出口4和氣體出口5的不銹鋼外殼。光學(xué)系統(tǒng)10安裝在該外殼上方。通過涂有抗反射涂層的窗口15完成封閉的液體浴，該窗口可透過激光束以便使UV激光束進(jìn)入浴中的硅晶片W上?；蛘撸梢允褂冒l(fā)射綠色可見光的激光束。
使用時(shí)，將晶片W置于外殼2中，并將四氟乙烷之類的冷凍液體鹵化物經(jīng)由進(jìn)口3抽入浴中?；蛘?，可以使用一些其他液體鹵化物，特別是由氟、氯、溴或碘之類的鹵素制成的液體鹵化碳。進(jìn)口3和出口4是制冷回路，以便使液體溫度保持在等于或低于特定液體鹵化物的氣體轉(zhuǎn)變溫度。該浴至少部分裝有液體。
可以在加工之前、之中和之后控制待加工的襯底W的溫度和活性流體的溫度，以便提高加工效率和加工質(zhì)量。
可以改變晶片襯底W在周圍環(huán)境中的溫度，以便通過降低襯底中的熱負(fù)荷并由此防止對襯底的熱損傷，從而在激光加工過程中實(shí)現(xiàn)更好的熱控制。
UV束6對準(zhǔn)晶片W上期望的加工位置以進(jìn)行期望的加工操作。局部地，即在加工位置上，激光束加熱硅，使得周圍緊鄰的液體也被加熱到氣體轉(zhuǎn)變溫度以上，并且硅和氣體的溫度都足以產(chǎn)生反應(yīng)。在這種情況下，大多數(shù)副產(chǎn)物都是氣體而且經(jīng)氣體出口5排出。這些固體微粒分散在液體中而且沒有重新沉積到晶片表面上。
這個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于該系統(tǒng)使液體鹵化物能夠分布在待加工的襯底表面的相對較大的區(qū)域上，由此實(shí)現(xiàn)有效和一致的加工。對于使用基于電流計(jì)的掃描器、遠(yuǎn)心透鏡和線形XY機(jī)動臺在晶片襯底上進(jìn)行的通孔結(jié)構(gòu)、切割通道(dice lanes)或劃線通道(scribe lanes)的激光加工，可以使冷凍的鹵化物流最優(yōu)化以完全充滿遠(yuǎn)心透鏡的視野(例如通常50毫米×50毫米大小)。因?yàn)槔鋬鳆u化物在整個視野中都存在而且無需移動XY臺，可以非常有效地加工該視野內(nèi)所有的待加工部件。同樣地，由于冷凍鹵化物在視野中的均勻分步，可以對視野內(nèi)的所有部件進(jìn)行一致加工(即它們具有相似的深度和質(zhì)量)。
因此，可以看出本發(fā)明提供了非常有效和高質(zhì)量的激光加工。
本發(fā)明不限于上述具體實(shí)施方式
，而是可以在構(gòu)造和細(xì)節(jié)上進(jìn)行變動。例如，液體可以含有鹵化碳和其他液體的混合物。同樣地，環(huán)境模擬箱可以部分裝有冷凍的鹵化碳液體，而剩余部分則充滿氣體。此外不僅可以使用UV，還可以使用綠色激光。還有可以存在一個以上的進(jìn)口以便向環(huán)境模擬箱中加入其他液體或氣體。
盡管本發(fā)明已經(jīng)對加工硅體進(jìn)行了描述，但本發(fā)明至少可用于加工任何含相當(dāng)大部分硅的實(shí)體。這種實(shí)體的一個例子是含有數(shù)層半導(dǎo)體、金屬、層間電介體和陶瓷材料的多層結(jié)構(gòu)。該多層結(jié)構(gòu)可以部分或全部在環(huán)境模擬箱中進(jìn)行加工，其中選擇流體類型和激光波長以便對各個材料層進(jìn)行最有效的加工。在不同層的加工之間，可以將流體類型替換成下一層的加工最適合的另一種流體。
在環(huán)境模擬箱中進(jìn)行激光加工后，取出襯底，如果需要，可以使用旋轉(zhuǎn)-漂洗-干燥、超聲波清洗和百萬赫級超聲波(megasonic)清洗之類的傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行清洗。
權(quán)利要求
1.一種用激光束(6)加工硅體(W)的方法，包括下列步驟a.在所述硅體的至少一個加工位置提供液體鹵化物環(huán)境；b.將激光束對準(zhǔn)在所述液體鹵化物環(huán)境中的硅體的加工位置；c.在所述硅體的加工位置附近用激光束局部加熱液體鹵化物，加熱程度足以在該加工位置引發(fā)硅體和液體鹵化物之間的化學(xué)反應(yīng)；和d.用激光束在所述加工位置加工硅體，由此在所述加工位置引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供一種液體鹵化碳環(huán)境。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述對準(zhǔn)激光束的步驟包括對準(zhǔn)UV波長的激光束。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述對準(zhǔn)激光束的步驟包括對準(zhǔn)綠色可見光波長的激光束。
5.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供一個用于容納液體鹵化物的環(huán)境模擬箱(2)。
6.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供液體鹵化物的步驟包括提供一種冷凍的液體鹵化物。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述提供冷凍液體鹵化物的步驟包括在加工之前、之中和之后控制冷凍的液體鹵化物的溫度。
8.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供用于至少向加工位置輸送液體鹵化物的氣溶膠噴嘴裝置。
9.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供液體鹵化物環(huán)境的步驟包括提供一種含有選自氟、氯、溴和碘的鹵素的鹵化碳。
10.如上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述加工硅體的步驟包括控制硅體的溫度以通過控制硅體的熱負(fù)荷來充分防止對硅體的熱損傷。
11.一種激光加工設(shè)備(1)，包括一個激光器；將來自激光器的激光束(6)對準(zhǔn)加工位置的裝置(10)；在至少加工位置周圍提供受控液體鹵化物環(huán)境的裝置(2)。
12.如權(quán)利要求11所述的激光加工設(shè)備，其中裝配所述用于提供受控液體鹵化物環(huán)境的裝置以提供受控液體鹵化碳環(huán)境。
13.如權(quán)利要求11或12所述的激光加工設(shè)備，其中所述用于提供受控液體鹵化物的裝置包括環(huán)境模擬箱裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的激光加工設(shè)備，其中所述環(huán)境模擬箱裝置包括用于冷凍的液體鹵化物的浴裝置。
15.如權(quán)利要求13或14所述的激光加工設(shè)備，其中所述環(huán)境模擬箱裝置包括用于液體鹵化物的一個進(jìn)口(3)和一個出口(4)，還包括一個氣體出口(5)。
16.如權(quán)利要求13至15任何一項(xiàng)所述的激光加工設(shè)備，其中所述環(huán)境模擬箱裝置包括一個能夠透過激光束的窗口(15)，用以使激光束(6)進(jìn)入環(huán)境模擬箱裝置內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的激光加工設(shè)備，其中所述窗口涂有抗反射涂層。
18.如權(quán)利要求13至17任何一項(xiàng)所述的激光加工系統(tǒng)，包括用于給所述環(huán)境模擬箱裝置提供冷凍的液體鹵化物的制冷裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的激光加工系統(tǒng)，其中裝配所述制冷裝置以便在加工之前、之中和之后控制液體鹵化物的溫度。
20.如權(quán)利要求11至19任何一項(xiàng)所述的激光加工設(shè)備，其中所述用于提供受控液體鹵化物環(huán)境的裝置包括用于至少向所述加工位置輸送液體鹵化物的氣溶膠噴嘴裝置。
21.如權(quán)利要求11至20任何一項(xiàng)所述的激光加工設(shè)備，其中所述激光以紫外線波長發(fā)射。
22.如權(quán)利要求11至20任何一項(xiàng)所述的激光加工設(shè)備，其中所述激光以綠色可見光波長發(fā)射。
23.如權(quán)利要求11至22任何一項(xiàng)所述的激光加工系統(tǒng)，包括用于控制待加工實(shí)體(W)在加工位置的溫度的溫度控制裝置，裝配該裝置以通過控制該實(shí)體的熱負(fù)荷來充分防止對所述實(shí)體的熱損傷。
24.如權(quán)利要求18或19所述的激光加工系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于對準(zhǔn)所述激光束的遠(yuǎn)心透鏡裝置，其中所述冷凍的液體鹵化物流基本充滿所述遠(yuǎn)心透鏡的視野。
全文摘要
用UV或綠色激光束6在冷凍的液體鹵化物環(huán)境中加工硅體W。在加工部位附近用激光束局部加熱液體鹵化物足以引發(fā)硅體和液體鹵化物之間的反應(yīng)，這種反應(yīng)加快了加工速度，提高了加工質(zhì)量并減少了激光加工生成的碎片。
文檔編號H01L21/02GK1689145SQ03823805
公開日2005年10月26日 申請日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者A·博伊爾, M·法薩瑞 申請人:Xsil技術(shù)有限公司