使用多個量身定做的激光脈沖波形來激光處理工件的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】量身定做的激光脈沖波形用于處理工件。在芯片粘結(jié)薄膜（DAF）上激光劃片半導體設備晶圓例如可使用不同的量身定做的激光脈沖波形來向下切割設備層到半導體基板、劃片所述半導體基板、切斷下面的所述DAF和/或后處理所述上芯片沿以增大芯片斷裂強度。不同的單一形狀激光脈沖列可用于相應的方法步驟或激光束在切割線上的平移。在另一實施方案中，切割半導體設備晶圓只包括使用混合形狀激光脈沖列來沿切割線單次平移激光束，所述混合形狀激光脈沖列包括彼此不同的至少兩個激光脈沖。另外或在其它實施方案中，可實時選擇一個或多個量身定做的脈沖波形并向所述工件提供所述一個或多個量身定做的脈沖波形。所述選擇可基于傳感器反饋。
【專利說明】使用多個量身定做的激光脈沖波形來激光處理工件的方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本公開涉及激光處理系統(tǒng)。具體來說，本公開涉及用具有成形的時間剖面的激光脈沖來微加工(例如，切割或劃片)半導體設備和/或切斷導電連接的激光系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]集成電路(IC)通常呈陣列制造在半導體基板上或半導體基板中。IC通常包括在基板上形成的若干層。所述層中的一個或多個層可使用機械鋸或激光來沿切割巷或道去除。在切割之后，可使用鋸或激光來切穿(有時稱為劃片)基板，從而將電路組件彼此分開。
[0003]用于處理動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)和其它設備的激光處理系統(tǒng)通常使用Q開關二極管泵浦固態(tài)激光。當處理存儲器設備的存儲器修復應用時，例如，通常使用單一激光脈沖來切斷導電鏈接結(jié)構(gòu)。在另一工業(yè)應用中，Q開關二極管泵浦固態(tài)激光用來修整離散和嵌入式組件的電阻值。
[0004]一些激光處理系統(tǒng)使用不同的操作模式來執(zhí)行不同的功能。例如，購自本專利申請的受讓人 Electro Scientific Industries, Inc.(Portland, Oregon)的 ESI 模型 9830使用在大約50kHz的脈沖重復頻率下操作的二極管泵浦Q開關摻釹釔釩(Nd:YV04)激光來激光處理半導體存儲器和相關設備。這個激光系統(tǒng)提供了用于處理鏈接結(jié)構(gòu)的脈沖激光輸出和用于掃描光束工作目標的連續(xù)波(CW)激光輸出。作為另一實例，也購自ElectroScientific Industries, Inc.的ESI模型9835使用二極管泵浦Q開關、三倍頻Nd: YV04激光來激光處理半導體存儲器和相關設備。這個激光系統(tǒng)在大約50kHz的PRF下使用第一脈沖激光輸出來處理鏈接結(jié)構(gòu)，且在大約90kHz的PRF下使用第二脈沖激光輸出來掃描光束工作目標。在一些系統(tǒng)中，較高PRF (例如，大約100kHz)也是可能的。通常，由這類激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光脈沖的脈沖寬度功能地取決于所選擇的PRF，而并不基于目標結(jié)構(gòu)或其它過程變數(shù)之間的差可獨立地調(diào)整。
[0005]圖1A和圖1B是典型固態(tài)激光產(chǎn)生的激光脈沖的示例性時間脈沖波形。如本領域已知，圖1A示出的脈沖可由光學元件成形來產(chǎn)生方波脈沖。如圖1A和圖1B示出，典型固態(tài)脈沖波形由其峰值功率、脈沖能量(功率曲線的時間積分)和半值全寬(FWHM)值處所測量的脈沖寬度很好地描述。來自脈沖檢測器的信號可用來確定脈沖能量和/或峰值功率。脈沖檢測器可包括耦接到模擬峰值捕捉和保持電路進行峰值功率檢測的二極管。脈沖檢測器也可包括用于脈沖能量測量的模擬集成電路。
[0006]激光處理的一個問題是結(jié)果傾向于高度依賴材料。例如，一個激光類型(或激光參數(shù)集)可能對于切割金屬而言很理想，而不同的激光類型(或激光參數(shù)集)可能對于切割玻璃而言很理想。
[0007]挑戰(zhàn)性問題的一個實例是安裝在芯片粘結(jié)薄膜(DAF)上的半導體設備的分離。這個問題通常通過使用具有超薄刀片的機械金剛石鋸來在生產(chǎn)中解決，因為用已知過程來激光劃片傾向于產(chǎn)生較之機械鋸產(chǎn)生的芯片具有較低機械強度的芯片。將易碎的低k電介質(zhì)材料并入這些半導體設備且減小硅晶圓厚度已增加了機械鋸劃片的難度，從而導致較低產(chǎn)量和更多的產(chǎn)量損失。之前嘗試的解決方案包括在機械鋸劃片之前使用激光來切割低k半導體層、將激光劃片和后蝕刻過程組合來加強芯片，或使用有具有不同脈沖寬度的兩個激光的全切激光劃片系統(tǒng)。
[0008]與全切激光切片不同，激光切割銅和/或低k電介質(zhì)設備已通常被制造采用。然而，仍期望提高切割產(chǎn)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]量身定做的激光脈沖波形用于處理工件。在芯片粘結(jié)薄膜(DAF)上激光劃片半導體設備晶圓例如可使用不同的量身定做的激光脈沖波形來向下切割設備層到半導體基板、劃片所述半導體基板、切斷下面的所述DAF和/或后處理所述上芯片沿以增大芯片斷裂強度。不同的單一形狀激光脈沖列可用于相應的方法步驟或激光束在切割線上的平移。在另一實施方案中，切割半導體設備晶圓只包括使用混合形狀激光脈沖列來沿切割線單次平移激光束，所述混合形狀激光脈沖列包括彼此不同的至少兩個激光脈沖。另外或在其它實施方案中，可實時選擇一個或多個量身定做的脈沖波形并向所述工件提供所述一個或多個量身定做的脈沖波形。所述選擇可基于傳感器反饋。
[0010]在一個實施方案中，一種用于激光劃片工件的方法使用實時改變的多個不同時間脈沖剖面。所述工件包括在半導體基板上形成的一個或多個設備層。所述一個或多個設備層包括由一個或多個道隔開的多個相互隔開電子電路組件的模式，激光束可沿著所述一個或多個道來形成側(cè)壁界定的切口。所述方法包括:選擇第一時間脈沖剖面形狀和第二時間脈沖剖面形狀；和產(chǎn)生(使用單一激光源)第一激光脈沖列和第二激光脈沖列，所述第一激光脈沖列包括根據(jù)所述第一時間脈沖剖面形狀時間成形的激光脈沖的序列，所述第二激光脈沖列包括根據(jù)所述第二時間脈沖剖面形狀時間成形的激光脈沖的序列。所述方法還包括:在沿道首次平移所述激光束時，將所述第一激光脈沖列導向所述工件來沿所述道去除所述一個或多個設備層的至少第一部分；和在沿所述道第二次平移所述激光束時，將所述第二激光脈沖列導向所述工件來沿所述道切穿所述半導體晶圓。
[0011]在另一實施方案中，一種用于激光處理工件的方法包括:產(chǎn)生(從單一激光源)混合形狀激光脈沖列，所述混合形狀激光脈沖列包括根據(jù)第一時間脈沖剖面形狀時間成形的一個或多個第一激光脈沖和根據(jù)第二時間脈沖剖面形狀時間成形的一個或多個第二激光脈沖。所述方法還包括:基于所述單一激光源的脈沖重復頻率、所述工件上或所述工件內(nèi)多個目標位置和激光束相對于所述目標位置的運動剖面來配置所述混合形狀激光脈沖列中所述一個或多個第一激光脈沖和所述一個或多個第二激光脈沖的序列。所述方法還包括:在根據(jù)所述運動剖面沿所述工件單次平移所述激光束時，將所述一個或多個第一激光脈沖和所述一個或多個第二激光脈沖導向所述相應的目標位置。
[0012]另外的方面和優(yōu)勢將自以下參照附圖進行的較佳實施方案的詳細描述變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1A和圖1B是典型固態(tài)激光產(chǎn)生的激光脈沖的示例性時間脈沖波形。[0014]圖2A和圖2B圖形地示出根據(jù)某些實施方案的示例性方形時間脈沖剖面。
[0015]圖3圖形地示出根據(jù)一個實施方案的示例性三角形時間脈沖剖面。
[0016]圖4A圖形地示出根據(jù)一個實施方案的示例性椅子形狀時間脈沖剖面。
[0017]圖4B、4C和4D圖形地示出根據(jù)某些實施方案的時間脈沖剖面的另外的實例。
[0018]圖5A圖形地示出根據(jù)一個實施方案的具有多個最大值的示例性時間脈沖剖面形狀。
[0019]圖5B圖形地示出根據(jù)一個實施方案的有具有三角形的多個最大值的示例性時間脈沖剖面。
[0020]圖5C包括根據(jù)某些實施方案的示出鋁探針墊中吹制的多個洞的電子顯微照片，所述鋁探針墊被有具有被不同時間量隔開的雙峰或最大值的相應的時間脈沖剖面的單一紫外激光脈沖鈍化有二氧化硅。
[0021]圖包括示出鋁探針墊中吹制的洞的電子顯微照片，所述鋁探針墊被有具有單峰或最大值的相應的時間脈沖剖面的單一紫外激光脈沖鈍化有二氧化硅。
[0022]圖6A、6B、6C和6D圖形地示出根據(jù)某些實施方案的各種四臺成形的時間脈沖剖面。
[0023]圖7A和圖7B圖形地代表根據(jù)某些實施方案的示例性單一形狀激光脈沖列。
[0024]圖8示意地示出根據(jù)一個實施方案的使用多個單一形狀激光脈沖列處理的工件的頂視圖。
[0025]圖9A、9B、9C和9D示意地示出根據(jù)一個實施方案的圖8示出的半導體晶圓的側(cè)透視圖。
[0026]圖10是根據(jù)某些實施方案的使用多個不同的時間脈沖剖面來切割的示例性工件的側(cè)示意圖。
[0027]圖11圖形地代表根據(jù)一個實施方案的混合形狀激光脈沖列。
[0028]圖12圖形地代表根據(jù)一個實施方案的被子劃分成一系列時間通道的時間脈沖剖面。
[0029]圖13示意地示出根據(jù)一個實施方案的沿道在工件上第一芯片和第二芯片之間來回抖動激光束。
[0030]圖14示意地示出根據(jù)一個實施方案的在工件上轉(zhuǎn)彎的激光束路徑。
[0031]圖15示意地示出根據(jù)一個實施方案的用以環(huán)鉆洞或通孔通過工件的激光束路徑。
[0032]圖16示意地示出根據(jù)一個實施方案的沿工件的道處理不同的目標材料。
[0033]圖17示意地示出根據(jù)一個實施方案的激光處理交叉道。
[0034]圖18不意地不出根據(jù)一個實施方案的相對于目標工作表面的光束焦點位置。
[0035]圖19是根據(jù)一個實施方案的激光處理系統(tǒng)的簡化框圖。
[0036]圖20A和圖20B是根據(jù)一個實施方案的動態(tài)激光脈沖成形器和功率放大器產(chǎn)生的量身定做的激光脈沖的示例性時間脈沖波形。
[0037]圖21是示出根據(jù)一個實施方案的工作表面上有目標對齊特征和導電鏈接結(jié)構(gòu)的半導體晶圓的不意圖。
[0038]圖22是根據(jù)一個實施方案的激光處理工件上或工件中結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。[0039]圖23是根據(jù)一個實施方案的產(chǎn)生并監(jiān)測具有不同時間脈沖剖面的激光脈沖的示例性激光處理系統(tǒng)。
[0040]圖24是根據(jù)一個實施方案的示例性光電檢測模塊的框圖。
[0041]圖25A和圖25B是根據(jù)一個實施方案的示出圖23示出激光源的框圖。
[0042]圖26圖形地示出根據(jù)一個實施方案的至少部分地特征是最大脈沖功率的標準化量身定做的激光脈沖。
[0043]圖27A和圖27B示出源于使用峰值功率和FWHM來特征化量身定做的激光脈沖的問題。
[0044]圖28示出根據(jù)一個實施方案的四個簡化脈沖波形(脈沖A-D)和FWHM與TIS脈沖寬度值之間的相應比較。
[0045]圖29示出根據(jù)一個實施方案的六個簡化脈沖波形(曲線1-6)和FWHM與TIS脈沖寬度值之間的相應比較。
[0046]圖30圖形地示出根據(jù)一個實施方案的具有特征是峰高、峰寬和峰時間的尖峰脈沖的標準化量身定做的激光脈沖。
[0047]圖31圖形地示出根據(jù)一個實施方案的具有特征是開始時間、結(jié)束時間和與公差相關的水平的高原的標準化量身定做的激光脈沖。
[0048]圖32圖形地示出根據(jù)一個實施方案的具有特征是開始時間、結(jié)束時間、與第一公差相關的開始水平和與第二公差相關的結(jié)束水平的斜坡或傾斜高原的標準化量身定做的激光脈沖。
[0049]圖33A、33B和33C圖形地示出根據(jù)某些實施方案的具有特征是本文描述的參數(shù)的各種峰值、高原和斜坡的示例性量身定做的激光脈沖。
[0050]圖34A圖形地示出根據(jù)一個實施方案的如根據(jù)表2指定的多個量身定做的激光脈沖。
[0051]圖34B和圖34C示出根據(jù)某些實施方案的量身定做的激光脈沖的另外的實例。
[0052]圖35是根據(jù)一個實施方案的被配置來提供脈沖波形的反饋度量的示例性脈沖斷面儀的框圖。
[0053]圖36是根據(jù)一個實施方案的在量身定做的激光脈沖輸出的產(chǎn)生中操作為激光脈沖切片設備的電光調(diào)制器的簡化框圖。
[0054]圖37在列(a)、(b)、(C)、(d)和(e)中示出圖36的激光脈沖切片設備產(chǎn)生的五個可能激光脈沖波形形成的實例。
【具體實施方式】
[0055]本文描述的激光微加工系統(tǒng)和過程提供對工件的高產(chǎn)量激光微加工而具有良好的過程結(jié)果，包括快速又高效的材料去除速度；沒有對目標材料造成剝落或破裂或其它機械損傷；控制了材料的飛濺和彈出的碎片；沒有因為熱損傷或微破裂而顯著降低材料強度；和達到裝飾要求(例如，光滑的邊緣、光滑的垂直表面或水平表面)的過程。
[0056]術語“量身定做的激光脈沖”(本文也稱為成形的“時間脈沖剖面”)代表具有調(diào)整或編程(成形)的激光功率或相對于時間的強度(激光強度對時間)的激光脈沖。因此，量身定做的激光脈沖或成形的時間脈沖剖面不應與激光脈沖的空間成形(例如，頂帽式空間波束形狀)混淆。然而，技術人員將從本公開認識到，量身定做的激光脈沖束也可例如使用具有用于激光切割應用的椅子形狀時間脈沖剖面的頂帽空間形狀來空間成形。另外，如本文所使用，兩個激光脈沖可以是與量身定做的激光脈沖相同的族或類別，而具有不同的時間脈沖持續(xù)時間或時間脈沖寬度。例如，兩個不同的激光脈沖均可以是椅子形或三角形，但具有不同的時間脈沖持續(xù)時間。
[0057]通常，使用量身定做的激光脈沖來處理導電連接涉及到對每個工件使用單個預定義的量身定做的激光脈沖波形，且只根據(jù)工件不同而改變量身定做的激光脈沖波形(如果需要)。然而，激光技術的近期進步允許當處理單個工件時將改變量身定做的激光脈沖波形作為方法的部分的可能性?！胺椒ā奔す夂凸馐恢脜?shù)例如激光光斑大小、激光功率、重復率、聚焦偏移、加工速度，和處理特定工件的各種步驟的其它參數(shù)。方法也可界定用激光能量處理的工件的區(qū)域。方法步驟例如可對應于激光束在檢流計(電流計)掃描或平移臺加速和/或減速步驟界定的工作表面上的每次平移。方法步驟例如也可基于相對于工作表面的X-Y位置來界定，例如處理工件的不同區(qū)域?；谌绫疚乃_的方法來“實時”改變量身定做的激光脈沖波形允許將時間脈沖剖面量身定做成可在單個激光處理系統(tǒng)上微加工的不同類型和類別的材料。
[0058]在一個實施方案中，公開用于芯片粘結(jié)薄膜(DAF)上半導體設備晶圓的全切激光劃片。在劃片過程期間，多次改變量身定做的激光脈沖波形。向下切割半導體設備層到半導體基板可使用多平移切割方法，其中每次切割平移，量身定做的激光脈沖波形都不同(例如，金屬和電介質(zhì)材料的切斷模式材料)。另外，不同的量身定做的激光脈沖波形可用于后續(xù)方法步驟，例如，劃片半導體晶圓(例如，切穿純硅材料而不造成過度熱損傷)、切斷下面的聚合物DAF (DAF材料融化和飛濺到硅側(cè)壁上或半導體設備層上將減少)，和/或后處理上芯片沿以增大芯片斷裂強度。在某些全切激光劃片實施方案中，對于激光微加工過程中相應的方法步驟使用不同的單一形狀激光脈沖列。在激光脈沖列中，激光脈沖以定時系列I到η脈沖被傳遞到工件，其中所述列中每個脈沖對應于激光的一個重復。在單一形狀激光脈沖列中，每個激光脈沖具有與列中其它激光脈沖相同的量身定做的激光脈沖波形(在激光的脈沖到脈沖重復性內(nèi))。因此，對于根據(jù)某些實施方案的單一形狀激光脈沖列，第一量身定做的激光脈沖波形用于第一方法步驟，且第二量身定做的激光脈沖波形用于第二方法步驟。
[0059]在另一實施方案中，切割半導體設備晶圓只包括沿切割線單次平移激光束。在某些切割實施方案中，單個預定族或類別的量身定做的激光脈沖波形用以沿切割線單次平移激光束。不同的時間脈沖持續(xù)時間可用于選定類別的量身定做的激光脈沖波形。選定類別可基于確定在工件的切割線內(nèi)處理目標材料的最佳量身定做的激光脈沖波形的實驗。在其它切割實施方案中，混合形狀激光脈沖列用以沿切割線單次平移激光束?；旌闲螤罴す饷}沖列包括彼此不同(例如，量身定做的激光脈沖波形類別的改變，例如，從方形到椅子形；和/或相同類別的量身定做的激光脈沖波形內(nèi)峰值功率(強度)或時間脈沖持續(xù)時間的改變)的至少兩個激光脈沖。因此，工件可使用在單次平移激光束時具有兩個或更多個不同的量身定做的激光脈沖波形的激光脈沖系列來切割。另外或在其它實施方案中，不同的混合形狀激光脈沖列可在相同工件上執(zhí)行的不同方法步驟期間使用。
[0060]另外或在其它實施方案中，本公開描述了基于目標結(jié)構(gòu)選擇具有量身定做的強度剖面的激光脈沖；和提供足夠的反饋和控制來維持期望的強度剖面。在一個實施方案中，激光處理系統(tǒng)使用多個時間剖面來處理一個或多個工件上的工件結(jié)構(gòu)。激光處理系統(tǒng)可包括例如光纖激光的脈沖激光、主振蕩器光纖功率放大器(MOFPA)、串聯(lián)光子放大器，或使用具有可編程時間脈沖剖面的電光調(diào)制器的“切片”脈沖激光，所述可編程時間脈沖剖面允許激光產(chǎn)生廣范圍形狀的激光脈沖。激光處理系統(tǒng)可被配置來當引導激光朝向特定工件結(jié)構(gòu)發(fā)射激光脈沖時實時選擇激光脈沖波形。
[0061]在某些實施方案中，激光處理系統(tǒng)根據(jù)脈沖和可能隨編程的時間剖面而變化的其它激光參數(shù)來校準能量，所述激光參數(shù)例如信號傳播延遲。激光處理系統(tǒng)可被校準來可靠地在一系列編程的時間脈沖剖面上操作。因此，在一個這樣的實施方案中，激光處理系統(tǒng)使用數(shù)字化脈沖波形來提供根據(jù)作為編程脈沖波形功能的脈沖精確校準能量的光電檢測方法。
[0062]如上所述，典型的Q開關固態(tài)脈沖波形由峰值功率、脈沖能量和脈沖寬度(例如，F(xiàn)ffHM)很好地進行了描述。然而，通常，這些度量不足以描述可能具有量身定做的脈沖激光的時間脈沖波形。例如，功率曲線上尖峰脈沖的峰值功率并不描述所謂的椅子形狀脈沖上“座椅”的高度，或雙尖峰脈沖上第二峰值的高度。
[0063]因此，在某些實施方案中，激光處理系統(tǒng)包括典型激光處理系統(tǒng)不監(jiān)測的參數(shù)反饋。通過提供這樣的反饋，可記錄許多脈沖波形度量并使脈沖波形度量與過程反饋(例如，設備產(chǎn)量和基板損傷)相關。這樣提供了用于開發(fā)新過程和新脈沖波形的有價值的工具以進一步增強量身定做的脈沖技術的價值。另外或在其它實施方案中，脈沖波形度量用以基于反饋來監(jiān)測并控制脈沖波形。
[0064]現(xiàn)參看附圖，其中類似元件符號代表類似元件。在以下描述中，提供了許多特定細節(jié)來充分理解本文公開的實施方案。然而，本領域技術人員將認識到，可在沒有一個或多個特定細節(jié)的情況下或者用其它方法、組件或材料來實踐實施方式。另外，在一些狀況下，未詳細示出或描述已知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以免混淆實施方案的方面。另外，在一個或多個實施方案中，可用任何合適的方式來組合所述特征、結(jié)構(gòu)或特性。
[0065]1.實時改奪時間脈沖剖面
[0066]如上所述，激光技術的近期進步允許在激光處理工件期間如所需或所期望地實時改變量身定做的激光脈沖波形的可能性。在某些實施方案中，可選擇單個量身定做的激光脈沖波形用于整個工件。在另一實施方案中，可選擇不同的單一形狀激光脈沖列用于在同一工件上執(zhí)行的不同方法步驟。在另一實施方案中，在單次平移激光束期間，混合形狀激光脈沖列使用不同的量身定做的激光脈沖波形。在另一實施方案中，具有不同量身定做的激光脈沖波形的激光脈沖的脈沖到脈沖實時傳遞是基于傳感器反饋。
[0067]A.暈身定做的激光脈沖波形的示例性類別
[0068]具有不同時間脈沖剖面形狀的激光脈沖取決于被處理的材料和這些材料在工件上或工件內(nèi)的布置而產(chǎn)生不同的過程結(jié)果。在某些實施方案中，單一類別的量身定做的激光脈沖可用以處理整個工件、工件的特定部分，或工件上或工件內(nèi)的特定目標材料。可基于實驗來選擇特定量身定做的激光脈沖波形以確定處理目標材料的最佳形狀。除了選擇量身定做的激光脈沖的類別之外，也可選擇進行改善處理的其它激光脈沖參數(shù)，例如，峰值強度、空間脈沖波形，和/或時間脈沖持續(xù)時間。例如，可使用相對長的時間脈沖持續(xù)時間來更快地去除金屬和半導體材料，而可使用相對短的時間脈沖持續(xù)時間來減小熱影響區(qū)或產(chǎn)生不易濺開的激光切割。例如，如果在同一方法步驟中處理金屬和電介質(zhì)，那么椅子形狀時間脈沖剖面可提供切割電介質(zhì)所需的快速上升時間和高峰值功率，同時提供足夠長的脈沖來切割金屬。下文討論了時間脈沖剖面的示例性類別。
[0069]圖2A和圖2B圖形地示出根據(jù)某些實施方案的示例性方形時間脈沖剖面。如上所述，圖1A中示出另一方形時間脈沖剖面。圖2A中示出的方形時間脈沖剖面包括基本上恒定的峰值激光強度(例如，形狀是“基本上方形”)。然而，圖2B示出的用于某些實施方案中的方形時間脈沖剖面包括強度下降(ID)，使得激光強度隨時間傾斜或下降。在其它實施方案中，激光強度可隨時間增大。圖2A和圖2B中示出的示例性方形時間脈沖剖面都包括以半值全寬(FffHM)值定義的時間脈沖持續(xù)時間。在某些實施方案中，方形時間脈沖剖面的時間脈沖持續(xù)時間的FWHM值可能在約0.5納秒和約150納秒之間的范圍中可選擇性地調(diào)整。雖然在圖2A中假定基本上為零，但是圖2B示出垂直虛線來表示上升時間RT(也參看圖1A，將上升時間tl示出為功率在峰值功率的約10%到約90%之間的時間段)。在某些實施方案中，圖2B示出的上升時間RT可選擇性地在約0.1納秒和約15納秒之間的范圍中調(diào)整。
[0070]如下文所述，某些實施方案也可使用例如圖1B中示出的高斯型時間脈沖剖面。如圖1B示出，高斯型時間脈沖剖面的時間脈沖持續(xù)時間可用FWHM值定義。在本文公開的某些實施方案中，高斯型時間脈沖剖面的時間脈沖持續(xù)時間的FWHM值可能在約0.5納秒和約150納秒之間的范圍中可選擇性地調(diào)整。圖1B示出了垂直虛線來表示上升時間RT。在某些實施方案中，圖1B示出的上升時間RT在約0.1納秒和約15納秒之間的范圍中可選擇性地調(diào)整。
[0071]圖3圖形地示出根據(jù)一個實施方案的示例性三角形時間脈沖剖面。圖3示出三角形時間脈沖剖面的峰高H、上升時間RT、下降時間FT，和時間脈沖寬度或時間脈沖持續(xù)時間PD。在一個實施方案中，上升時間RT和下降時間FT在約15納秒和約200納秒之間的范圍中可選擇性并獨立地調(diào)整(相對于彼此而獨立)，而斜坡基本上恒定。因此，對于這樣的實施方案而言，脈沖持續(xù)時間H)可能在約30納秒和約400納秒之間的范圍中選擇性地調(diào)整。峰值強度和峰高H取決于上升時間RT和下降時間FT的斜坡和持續(xù)時間。
[0072]圖4A圖形地示出根據(jù)一個實施方案的示例性椅子形狀時間脈沖剖面。椅子形狀時間脈沖剖面包括初始峰值或尖峰脈沖(“椅背”)，然后是高原(“椅面”)。椅背具有快速上升時間RT來增大加熱效率，從而產(chǎn)生較小的熱影響區(qū)。另外，較快加熱促使目標材料先在頂層較快地加熱。然后，椅面提供對下面的材料層的受控處理。例如，當處理導電連接時，快速上升時間RT和高初始峰值功率預熱導電連接并斷裂上覆鈍化層。在斷裂導電連接后，脈沖能量從椅背高度CBh降低到椅面高度CSh來清除剩余的連接材料，同時降低損壞下面半導體(例如，娃)基板的風險。
[0073]圖4B、4C和4D圖形地示出根據(jù)某些實施方案的時間脈沖剖面的另外的實例。圖4B、4C和圖4D示出了關于所示椅子形狀時間脈沖剖面的峰值激光強度或椅背高度CBh、多個不同的椅面高度CSh值(示出為CSh75、CSh50或CSh25)、上升時間RT、椅背持續(xù)時間CBD和椅面持續(xù)時間CSD。在某些實施方案中，可選擇性地調(diào)整這些參數(shù)中的每一個參數(shù)。例如，圖4B、4C和4D各自示出三個不同的時間脈沖剖面，每個時間脈沖剖面具有不同的椅面高度(CSh75來指示CBh的75%的椅面高度、CSh50來指示CBh的50%的椅面高度，和CSh25來指示CBh的25%的椅面高度)。然而，技術人員將從本文的公開認識到，椅面高度CSh可設定為任何強度值，而不只是分別示為CSh25、CSh50和CSh75的CBh值的25%、50%或75%。在圖4B中，椅背具有高斯形狀。在圖4C中，椅背具有三角形。在圖4D中，椅背具有方形。椅子形狀時間脈沖剖面的時間脈沖持續(xù)時間由CBD+CSD定義。下文討論關于椅子形狀時間脈沖剖面的進一步的實施方案和細節(jié)。
[0074]圖5A圖形地示出根據(jù)一個實施方案的具有多個最大值的示例性時間脈沖剖面形狀。如圖5A示出，“多個最大值”代表單一激光脈沖內(nèi)的多個峰值激光強度值(示出五個)，其中激光強度在峰值激光強度值之間回到零強度值。如本文所使用，“零強度值”定義為小于約15%的激光脈沖的最大峰值激光強度值。應注意，具有多個最大值的時間脈沖剖面形狀不是脈沖列(本文別處所討論)而不代表多個不同的脈沖。相反，具有多個最大值的時間脈沖剖面形狀代表脈沖的激光源所產(chǎn)生的單一激光脈沖的形狀。在空間域中，有具有多個最大值的時間脈沖剖面形狀的激光脈沖照明工件上的單一激光光斑(具有光斑大小)。
[0075]在圖5A中，圖示的最大值中的每一個都是椅子形的。然而,多個最大值可具有任何形狀。在一個實施方案中，對于任何給定量身定做的激光脈沖，最大值中每一個都具有相同的形狀(例如，所有都是高斯形狀、所有都是方形、所有都是三角形，或所有都是椅子形狀)，但是個別最大峰值強度、個別最大時間持續(xù)時間和/或最大值分離(例如，圖5A中每個椅子形狀之間的時間分離)可在激光脈沖中不同。例如，圖5B圖形地示出根據(jù)一個實施方案的有具有三角形的多個最大值的示例性時間脈沖剖面。在圖5B中，峰值強度、時間脈沖持續(xù)時間、最大持續(xù)時間和最大值分離在示出的最大值(P1、P2、P3、P4……Pn)中至少兩個之間不同?？倳r間脈沖持續(xù)時間可取決于特定激光源的能力。然而，在一個實施方案中，具有多個最大值的時間脈沖剖面的總時間持續(xù)時間小于約500納秒。
[0076]在某些實施方案中，具有多個最大值的時間脈沖剖面中最大值之間的時間分離是基于期望的光斑大小和/或加工品質(zhì)來選擇的。例如，圖5C包括示出招(Al)探針墊中吹制的多個洞(示出五個)的電子顯微照片，所述鋁探針墊被有具有被不同時間量隔開(從左到右為8納秒間隔、12納秒間隔、16納秒間隔、20納秒間隔和24納秒間隔)白勺雙峰或最大值的相應的時間脈沖剖面的單一紫外(UV)激光脈沖鈍化有二氧化硅(Si02)。在這個實例中，二氧化硅約250納米厚。如圖5C中示出，當峰值間隔增大時，光斑大小減小。通過與圖5C示出的雙峰實施方案相比較，圖的電子顯微照片示出相同鋁探針墊中吹制的洞，所述招探針塾被有具有單峰和分別具有3.7納秒和22納秒的時間持續(xù)時間(從左到右)的聞斯型時間脈沖剖面的單一紫外激光脈沖鈍化有二氧化硅。如下文表1示出，圖5C示出的雙峰實施方案中的每一個具有比圖示出的單峰實施方案小的光斑大小。
[0077]
【權(quán)利要求】
1.一種使用實時改變的多個不同時間脈沖剖面來激光劃片工件的方法，所述工件包括在半導體基板上形成的一個或多個設備層，所述一個或多個設備層包括由一個或多個道隔開的多個相互隔開電子電路組件的模式，激光束可沿著所述一個或多個道來形成側(cè)壁界定的切口，所述方法包括: 選擇第一時間脈沖剖面形狀和第二時間脈沖剖面形狀； 使用單一激光源產(chǎn)生第一激光脈沖列和第二激光脈沖列，所述第一激光脈沖列包括根據(jù)所述第一時間脈沖剖面形狀時間成形的激光脈沖的序列，所述第二激光脈沖列包括根據(jù)所述第二時間脈沖剖面形狀時間成形的激光脈沖的序列； 在沿道首次平移所述激光束時，將所述第一激光脈沖列導向所述工件以沿所述道去除所述一個或多個設備層的至少第一部分；以及 在沿所述道第二次平移所述激光束時，將所述第二激光脈沖列導向所述工件以沿所述道切穿所述半導體晶圓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一時間脈沖剖面形狀包括椅子形狀時間脈沖剖面。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一時間脈沖剖面形狀包括在約12納秒和約14納秒之間的范圍內(nèi)的時間脈沖持續(xù)時間。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二時間脈沖剖面形狀選自包括高斯型時間脈沖剖面、方形時間脈沖剖面和三角形時間脈沖剖面的群。
5.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第二時間脈沖剖面形狀包括在約I納秒和約3納秒之間的范圍內(nèi)的時間脈沖持續(xù)時間。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工件安裝在芯片粘結(jié)薄膜(DAF)上，所述方法還包括: 選擇第三時間脈沖剖面形狀； 使用所述單一激光源 產(chǎn)生第三激光脈沖列，所述第三激光脈沖列包括根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀時間成形的激光脈沖的序列；以及 在沿所述道第三次平移所述激光束時，將所述第三激光脈沖列導向所述工件來沿所述道切穿所述DAF。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第三時間脈沖剖面形狀包括在約40納秒和約400納秒之間的范圍內(nèi)的時間脈沖持續(xù)時間，且其中所述第三時間脈沖剖面形狀選自包括高斯型時間脈沖剖面和方形時間脈沖剖面的群。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括: 選擇第四時間脈沖剖面形狀； 使用所述單一激光源產(chǎn)生第四激光脈沖列，所述第四激光脈沖列包括根據(jù)所述第四時間脈沖剖面形狀時間成形的激光脈沖的序列；以及 在沿所述道第四次平移所述激光束時，將所述第三激光脈沖列導向所述工件來沿所述道退火切口的側(cè)壁以增大芯片斷裂強度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第四時間脈沖剖面形狀包括在約50納秒和約100納秒之間的范圍內(nèi)的時間脈沖持續(xù)時間，且其中所述第四時間脈沖剖面形狀選自包括高斯型時間脈沖剖面和方形時間脈沖剖面的群。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括: 空間成形所述第一激光脈沖列和所述第二激光脈沖列中的至少一個的激光脈沖的序列。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括: 改變所述第一激光脈沖列和所述第二激光脈沖列中至的少一個的激光脈沖的序列中第一激光脈沖相對于第二激光脈沖的峰值強度。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一激光脈沖列包括單一形狀激光脈沖列，所述方法還包括: 選擇第三時間脈沖剖面形狀； 使用所述單一激光源產(chǎn)生第三激光脈沖列，所述第三激光脈沖列包括根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀時間成形的激光脈沖的序列；以及 在沿所述道第三次平移所述激光束時，所述第三次平移發(fā)生在所述首次平移和所述第二次平移之間，將所述第三激光脈沖列導向所述工件以沿所述道去除所述一個或多個設備層的至少第二部分。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一激光脈沖列包括混合形狀激光脈沖列所述方法還包括: 選擇第三時間脈沖剖面形狀，其中產(chǎn)生所述第一激光脈沖列還包括產(chǎn)生至少一個根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀 成形的激光脈沖； 將所述第一時間脈沖剖面形狀與所述一個或多個設備層內(nèi)第一類結(jié)構(gòu)相關； 將所述第三時間脈沖剖面形狀與所述一個或多個設備層內(nèi)第二類結(jié)構(gòu)相關；以及在沿所述道首次平移所述激光束時，將根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀成形的所述至少一個激光脈沖導向在與所述第二類結(jié)構(gòu)相關的所述一個或多個設備層上的結(jié)構(gòu)或所述一個或多個設備層內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一激光脈沖列包括混合形狀激光脈沖列，所述方法還包括: 選擇第三時間脈沖剖面形狀，其中產(chǎn)生所述第一激光脈沖列還包括產(chǎn)生多個根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀成形的激光脈沖； 在沿所述道首次平移所述激光束時，在通過向所述一個或多個設備層施加所述激光束所形成的切口的相對側(cè)壁之間來回抖動所述激光束； 當在所述抖動期間所述激光束的路徑穿過所述相對側(cè)壁之間的中央位置時，將根據(jù)所述第一時間脈沖剖面形狀成形的所述第一激光脈沖列的一個或多個脈沖導向所述工件；以及 當在所述抖動期間所述激光束的所述路徑平移接近所述相對側(cè)壁中每一個時，將根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀成形的所述第一激光脈沖列的一個或多個脈沖導向所述工件。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一激光脈沖列包括混合形狀激光脈沖列，所述方法還包括: 選擇第三時間脈沖剖面形狀，其中產(chǎn)生所述第一激光脈沖列還包括產(chǎn)生多個根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀成形的激光脈沖； 在沿所述道首次平移所述激光束時，改變所述激光束相對于所述工件的速度和加速度中的至少一個； 在改變所述速度和所述加速度中的至少一個之前，將根據(jù)所述第一時間脈沖剖面形狀成形的所述第一激光脈沖列的一個或多個脈沖導向所述工件；以及 在改變所述速度和所述加速度中的至少一個期間，將根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀成形的所述第一激光脈沖列的一個或多個脈沖導向所述工件。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一激光脈沖列包括混合形狀激光脈沖列，所述方法還包括: 選擇第三時間脈沖剖面形狀，其中產(chǎn)生所述第一激光脈沖列還包括產(chǎn)生多個根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀成形的激光脈沖，且 其中在沿所述道首次平移所述激光束期間，所述激光束的聚焦光束腰改變了相對于所述一個或多個設備層的表面的深度； 在所述聚焦光束腰相對于所述一個或多個設備層的所述表面的第一深度處，將根據(jù)所述第一時間脈沖剖面形狀成形的所述第一激光脈沖列的一個或多個脈沖導向所述工件；以及 在所述聚焦光束腰相對于所述一個或多個設備層的所述表面的第二深度處，將根據(jù)所述第三時間脈沖剖面形狀成形的所述第一激光脈沖列的一個或多個脈沖導向所述工件。
17.一種使用實時改變的多個不同時間脈沖剖面來激光處理工件的方法，所述方法包括: 從單一激光源產(chǎn)生包括如下項的混合形狀激光脈沖列: 一個或多個第一激光脈沖，其根據(jù)第一時間脈沖剖面形狀時間成形；和 一個或多個第二激光脈沖，其根據(jù)第二時間脈沖剖面形狀時間成形； 基于所述單一激光源的脈沖重復頻率、所述工件上或所述工件內(nèi)多個目標位置和激光束相對于所述目標位置的運動剖面來布置所述混合形狀激光脈沖列中所述一個或多個第一激光脈沖和所述一個或多個第二激光脈沖的序列；以及 在根據(jù)所述運動剖面沿所述工件單次平移所述激光束時，將所述一個或多個第一激光脈沖和所述一個或多個第二激光脈沖導向所述相應的目標位置。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述序列還基于: 將根據(jù)所述第一時間脈沖剖面形狀成形的所述一個或多個第一激光脈沖導向第一目標位置處的第一類結(jié)構(gòu)；以及 將根據(jù)所述第二時間脈沖剖面形狀成形的所述一個或多個第二激光脈沖導向第二目標位置處的第二類結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一類結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)，且其中所述第二類結(jié)構(gòu)包括金屬。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一類結(jié)構(gòu)包括對應于所述工件的單一特征的非相交區(qū)域，且其中所述第二類結(jié)構(gòu)包括對應于兩個或更多個重疊特征的相交區(qū)域。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述兩個或更多個重疊特征包括兩個切割線的交叉點。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述序列還基于處理目標結(jié)構(gòu)上或目標結(jié)構(gòu)內(nèi)的特定部分。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述運動剖面對應于在通過向所述工件施加所述激光束所形成的切口的相對側(cè)壁之間來回抖動所述激光束，且其中選擇所述序列使得: 當在所述抖動期間所述激光束的路徑穿過所述相對側(cè)壁之間的中央位置時，所述一個或多個第一激光脈沖被導向所述工件；以及 當在所述抖動期間所述激光束的所述路徑平移接近所述相對側(cè)壁中每一個時，所述一個或多個第二激光脈沖被導向所述工件。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述運動剖面對應于在所述工件中形成通孔，且其中選擇所述序列使得: 在所述通孔的第一深度處，所述一個或多個第一激光脈沖被導向所述工件；和 在所述通孔的第二深度處，所述一個或多個第二激光脈沖被導向所述工件。
25.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述運動剖面包括改變所述激光束相對于所述工件的速度和加速度中的至少一個，且其中所述序列還基于: 在改變所述速度和所述加速度中的至少一個之前，將所述一個或多個第一激光脈沖導向所述工件；以及 在改變所述速度和所述加速度中的至少一個期間，將所述一個或多個第二激光脈沖導向所述工件。
26.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述激光束的聚焦光束腰改變了相對于所述工件的表面的深度，且其中所述序列還基于: 在所述聚焦光束腰相對于 所述工件的所述表面的第一深度處，將所述一個或多個第一激光脈沖導向所述工件；以及 在所述聚焦光束腰相對于所述工件的所述表面的第二深度處，將所述一個或多個第二激光脈沖導向所述工件。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中布置所述序列至少部分基于聚焦誤差，所述聚焦誤差對應于所述聚焦光束腰相對于所述工件的表面的所述深度的改變。
【文檔編號】H01L21/78GK103477427SQ201280014991
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】安德魯·虎柏, 大衛(wèi)·巴席克, 凱利·J·布魯蘭德, 達瑞·S·芬恩, 林恩·薛翰, 彭曉原, 大迫康, 吉姆·杜摩斯特, 威廉·J·喬丹 申請人:伊雷克托科學工業(yè)股份有限公司