CN101432853A - 包含低k介电材料的工件的激光处理 - Google Patents

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Abstract

一激光输出，该激光输出含有至少一具有一长于1.1μm而短于5μm(最好约1.1μm)的波长并且具有一窄于100ps(最好是窄于10ps)的脉冲宽度的激光脉冲(32)，可供移除比如SRO或SiCOH的低k介电材料而不致损害到基材。利用一与一放大模块(16)并同运作的震荡器模块(12)以产生该激光输出。

Description

包含低K介电材料的工件的激光处理
技术领域
本发明是有关于激光加工处理，并且特别是有关于含有低k介电材料的工件的激光加工处理。
背景技术
多数的半导体及相关产品，比如晶体管、二极管、发光二极管、微电子机器系统或微机电系统(MEMS)、平面波导结构、集成电路及其它微型装置，是在一大型晶圆上同时地按大批次方式所制造。这些晶圆通常是由Si、GaAs、GaP、InP、Ge、碳化硅、氮化硅、蓝宝石、聚合物或其它材料所组成。这些产品或装置大多数是利用传统制程技术所制造，这些技术可比如(但不限于)微影蚀刻、氧化、植入、沉积、蚀刻、磊晶成长和/或旋涂。当完成载荷有上述装置的晶圆的制造作业后，必须将个别装置加以分离或「独化」-一项通常称为「晶切(dicing)」的制程。在许多独化制程中，首先是将这些晶圆划分为多个组件的横列-一项通常称为「分割(slicing)」的制程-然而「分割(slicing)」与「晶切(dicing)」可互换运用。个别装置则称为「晶粒(die/dice)」。在一晶圆上于邻接晶粒的作用部份间的区域称为「分街(Street)」或「晶粒隔道(DiceLane)」。这些分街被限制为最小宽度，因为这些晶圆材料在晶切过程中会被移除或毁坏。被该晶切制程所完全移除的晶圆区域称为「切口(Kerf)」，而分街的其余部份则必须包括该切口附近的任何损伤地带，以及偏于该切口直线性的任何制造失准或晶切偏离。
传统上，是利用一晶圆锯刀或通过一称为「刻入及破分」的技术以进行晶切处理，其中后一技术通常是通过一钻石点对一晶圆格划以一刻线，然后沿该刻线劈分该晶圆。而由于与该「刻入及破分」(scribe and break)技术相关的低产率问题的缘故，比如无可预期的微碎裂传播与对装置造成的可见损害，机械性晶切锯刀成为晶圆晶切的主导性工具。传统的分割刀锋在沿切割轴上通常是具有约50至200微米(μm)的维度，并且产生比这些刀锋宽的切入。这些刀锋为如此地宽，从而能够承受重复地进行直线切割划过传统晶圆的坚硬、厚实材料的应力。而由机械式切割刀锋所产生的宽大切入经常会显著地减少可配入于各晶圆上的晶粒横列及纵行数。晶切刀锋也倾向于相当快速地磨损，使得其切割的宽度或会随着时间而改变。在一些情况下，刀锋可能会不利地弯折，然后这些产生出曲形或倾斜的切入或增多切片。
此外，在当沿独化路径产生尖锐边缘及尖锐角时，该晶切制程会产生出微小切片，从而令上述装置更易受损，尤其是来自外部凸块的影响。晶切锯刀也倾向于产生自该切口延伸进入装置的迭层内的微碎裂，从而减少产量。此外，当进行装置测试时微碎裂或许并不明显，但或许于稍后传播进入迭层内而在后来造成装置失效，这会降低以这些为依据的装置及设备的可靠度。虽可通过减缓机械切锯速度以避免部份的微碎裂，不过在一些材料里，微碎裂确实难以避免，即使并非全然不可能。晶切锯刀也通常需要使用水作为一润滑剂和/或冷却剂，并且水对于一些类型的材料或装置，比如MEMS，可能会产生问题或降低产量。
对于传统机械切割技术，激光切割变成一种具有吸引力的替代方式。使用激光晶切处理的一项理由是在于，与传统技术不同，激光可自一晶圆切割出比如数组化波导光栅的曲形晶粒。此外，激光通常可切割而无须使用水，这对于制造对水敏感的装置(比如MEMS)而言非常重要。而由于激光对于工件(晶圆)的潜在极微切口宽度与非常正确对准的可能性，因此激光经常有机会获得最小的分街宽度。
激光还提供在晶圆上构成图案的能力，产生比如沟槽或切痕的特性，这可通过激光扫描跨于该表面并仅切割该薄膜或部份地切穿该晶圆所制作，此相对于仅能切穿处理的机械锯刀晶切技术者。可利用该部份切割技术在晶粒上制作出多项特性，或例如对于一刻入及破分制程执行激光刻入处理。
激光也对于穿过或进入该薄膜或基材材料的钻凿通孔处理具有庞大潜力。此通孔钻凿为人所重视的原因在于包含(但不限于)可让一接地为经由一晶粒的背侧而接触，可让晶粒在一封装内彼此相迭于上(「三维封装」)，或可让装置能够按一「覆晶」BGA方式所架置，使得主动装置为面部朝上(用于MEMS或集成电路或激光二极管的前侧冷却)。这些通孔的直径的范围可为从数微米到数百微米，并且所需晶粒厚度从数十微米变化到几乎可达1,000μm。目前对于这种高深宽比通孔的钻凿处理仅存在有极少数具有生产价值的解决方案，并且比如电浆蚀刻者，在设备及维修作业方面倾向于繁琐且昂贵。
因而，会希求用以处理晶圆以及所载荷的材料的较佳方法。
发明内容
在一些具体实施例里，通过具有包含波长和/或脉冲宽度在内的参数的激光输出以处理一低k介电材料，这可处理该低k介电材料而不致操作性地损害该基材。在一些具体实施例里，是运用具有一大于1.1μm的波长的激光输出，以处理一由一晶圆基材载荷的低k介电薄膜的目标部分。在一些具体实施例里，该波长约为1.3μm。
在一些具体实施例里，是运用激光输出以处理一由一晶圆基材所载荷的低k介电薄膜的目标部分，而该激光输出含有至少一具一窄于约100微微秒(picosecond)的脉冲宽度的激光脉冲。在一些具体实施例里，该脉冲宽度窄于10微微秒。在一些具体实施例里，该脉冲宽度长于1飞秒(femtosecond)。
在一些具体实施例里，该低k介电材料包含SiOF、SiOB、SRO、SiCOH、BCB，或一比如具有小于3的k值的聚酰亚胺式或聚对二甲苯基式聚合物的有机材料。该低k介电材料可特定地包含
Figure A200780015533D00081
此为一由AppliedMaterials公司所销售的低k介电物的商标，或
Figure A200780015533D00082
此为一由Dow公司所销售的低k介电物的商标。在一些具体实施例里，该基材包含单晶或多晶或非晶态Si、GaAs、GaP、InP、Ge、碳化硅、氮化硅、蓝宝石、熔凝硅石、玻璃或聚合物。
在一些具体实施例里，该激光输出是由一震荡器模块并同于一放大模块共同运作所产生。在一些具体实施例里，该震荡器模块包含一二极管泵注、固态(DPSS)主震荡器。在一些具体实施例里，该震荡器模块包含一脉冲半导体激光发射微微秒脉冲。在一些具体实施例里，该脉冲半导体激光运用一InGaAs/AlGaAs或InGaAsP/InP应变量子阱结构。在一些具体实施例里，该震荡器模块包含一脉冲纤维主震荡器。在一些具体实施例里，该脉冲纤维主震荡器包含一二极管泵注、稀土族掺入的玻璃纤维主震荡器，该主震荡器运用一半导体可饱和吸收反射镜。在一些具体实施例里，该玻璃纤维主震荡器包含一稀土族掺入、熔凝硅石纤维。该稀土族掺入物最好是包含Nd、Yb、Ho、Er、Dy、Pr、Tm或Cr。
在一些具体实施例里，该放大模块包含一单通、多通或再生性DPSS放大器。在一些具体实施例里，该放大模块包含一Nd:GdVO4、Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:玻璃或Nd:YAG增益媒体。在一些具体实施例里，该放大模块包含一二极管泵注、稀土族掺入玻璃纤维功率放大器。在一些具体实施例里，该玻璃纤维功率放大器包含一稀土族掺入、熔凝硅石纤维。该稀土族掺入物最好包含Nd、Yb、Ho、Er、Dy、Pr、Tm或Cr。
在一些具体实施例里，该激光输出包含多个经独立触发的脉冲或脉冲突波，脉冲或脉冲突波是从一由该放大模块所发射的脉冲序串中选出。在一些具体实施例里，该激光模块具有低于75微焦耳(μJ)的每脉冲能量。在其它具体实施例里，该激光脉冲具有高于75μJ的每脉冲能量。
在一些具体实施例里，在移除该低k接口材料的目标部分之后是运用一机械锯刀以晶切该基材。在一些具体实施例里，是运用具有异于处理该低k介电材料所使用者的参数的激光输出来处理该晶圆基材。在一些具体实施例里，是运用一机械锯刀以处理该晶圆基材。
可根据后文本发明较佳具体实施例详细说明，以及参照附图，显知本发明的额外特性与优点。
附图说明
图1显示对于各种半导体材料，包含硅在内，在室温下的光学吸收性质相对于波长的图形。
图2显示对于各种金属，光学吸收性质相对于波长的图形。
图3是一按各种波长的低k介电材料SRO及SiROH光学常数表。
图4是一用以处理经载荷于一基材上的低k介电材料的示范性激光系统简化略图。
图5是一图4激光系统的简化部份图像及部份略图，其中显示一示范性光束定位系统的部份组件。
图6是一可用于示范性激光系统内的选择性成像光学模块的简化图像。
图7是一具有根据一些具体实施例的激光参数，穿过一低k介电材料迭层所进行的切入的电子显微影像。
【主要组件符号说明】
10、10a   激光系统
12        震荡器模块
14        高平均功率脉冲微微秒激光子系统
16        放大模块
18        光学调变器
20        光学路径
20a       激光输出
22        系统控制计算机
24        子系统接口电子组件
26        调变器控制供应器
28        激光功率供应器
30        光束定位系统
32        激光系统输出脉冲
34        激光目标位置
36        横向阶台
38        横向阶台
42        准直光学组件
44        定位镜
46        导轨
48        导轨
50        光束定位光学组件(快速定位器)
52        工件
54        光束侦测装置
56        非线性转换光学组件
58       选择性校正光学组件
60       激光功率控制器
62       选择性成像光学模块
64       光学构件
66       透镜
68       孔径屏蔽
70       激光功率控制模块
90       偏光追踪系统
100      非反射性夹盘
具体实施方式
激光处理功能性在过去数年里虽已因可用激光及处理理解两方面进展的缘故而大幅进步，但在将激光运用于晶切、钻凿或图案化制程上仍存在一些显著问题。既已尝试利用红外线(IR)激光以对硅或氧化硅进行加工。而在有限的范围内，已展示一些传统IR波长以对这些材料进行加工，并已成功地用以作为晶粒标记处理或有限的刻入及破分应用的激光刻入工具。然而，这些激光会因例如造成硅或氧化硅无可预期的碎裂情况而倾向于毁损硅；将比如熔渣的永久性再沉积材料掷回到该晶圆的顶部表面上；以及产生一「熔解唇凸」(meltlip)，在此该切口的边缘会拉回朝上。
Owen等人的美国专利第5,593,606号及第5,841,099号(’099号专利)中描述运用紫外线(UV)激光系统以在有利参数内产生激光输出脉冲，以便于一多层装置里透过至少两个不同类型的迭层构成穿透孔洞或盲孔的技术及优点。这些参数一般说来包含具有窄于100奈秒(ns)的时间脉冲宽度的非激态输出脉冲、具有小于100μm的光点直径的光点区域，以及在光点区域上大于100毫瓦(mW)而按大于200赫兹(Hz)的重复率的平均强度或照射度。该’099号专利描述在首先处理一顶部金属层之后，辅助以改变该激光系统输出的参数，比如功率密度，便按保护一底部金属层不受损伤的方式，处理含有介电或强化材料的非金属间置层的技术。
即使前揭项目，直到最近方才将激光成功地运用于晶切或图案化硅或其它类型的半导体晶圆，或是晶切或图案化蓝宝石或其它绝缘晶圆。Fahey等人的美国专利公开号US-2002-0033558(美国专利申请号09/803,382(’382号申请案))中描述一种用以分割横列或独化滑件或其它组件的UV激光系统及方法。这些方法包含各种导向于一晶圆的其一侧或两侧处的激光及锯刀切割组合，以及各种用于边缘修改的技术。
Baird等人的美国专利公开号US-2002-0149136(美国专利申请号10/017,497(’497号申请案))中进一步描述利用UV激光削除作业，以在难以切割的材料内，比如硅，直接地且快速地构成具小于50μm的特性大小的图案。这些图案包含构成具极高深宽比的圆柱形开口或盲孔以供集成电路连接；独化包含在硅晶圆上的经处理晶粒；以及进行微片切割，以便能够将构成于硅内的微电路割离于一亲代晶圆。
即如在’382及’497申请案中所详细讨论者，有可能决定出多项能够最佳化激光及光学处理参数，以利用一激光洁净地切割一给定材料。这些参数可包含(但不限于)波长、重复率、由各循序激光脉冲所撞击的新目标材料的距离(咬齿大小)、各个激光脉冲的能量、时间脉冲宽度、激光系统输出的光点大小以及在该激光光点之内的空间能量分布。这些用于切割某一特定材料的所选参数可显著地变动，并且该「制程窗口」-其中可洁净地削除一给定材料的参数空间区域-对于不同材料而有所相异。甚至看似相同的材料(比如不同类型的SiO2、SiON或Si3N4)也可能因为包含(但不限于)不同掺入物、不同化学计量、不同沉积技术、不同微结构(基于上述理由或因不同的底置层、处理温度变化等等)，或是不同巨观结构(孔隙度、几何性或厚度)在内的因素，从而具有不同的光学、机械及热/削除性质。因此，紧密关联的材料仍可具有不相符的处理参数及制程窗口。
在许多环境下，于晶圆上的晶粒间的分街会被覆盖以部份或全部的覆盖装置层，或者这些装置本身是跨于晶粒隔道所构成。因此，大部份的晶圆厚度通常虽是被该基材材料所占有，然会希望在切割该基材材料之前先切穿这些迭覆的装置层，和/或在图案化或切割该基材材料之前，先对在该晶圆上所载荷的氧化物或其它装置层进行图案化。然而，多数装置是由多个不同材料所制成，这些通常是在一建构制程里经沉积或成长于该晶圆之上。这些材料包含(但不限于)金属、介电氧化物、氮化物、硅化物、聚合介电物以及其它半导体迭层。一般说来，两种或两种以上的不同材料并不会按相同的方式响应于一特定的激光参数集合，因此，由一晶圆基材所载荷的各迭层要不按基材切割参数而被相当不良地处理，要不就是在该晶圆的激光切割过程中遭受到严重地伤害。所获问题的范围从切割率降低(若该激光无法有效率切割迭覆层)，到在邻近于该激光处理区域里各装置层之内产生大型损害范围。例如，IR激光虽在硅晶切或刻入方面获得有限度的成功结果，但这些激光一直无法切穿在一硅晶圆顶上处的SiO2或其它的氧化层。
同样地，众知机械性晶切技术会在迭层内，尤其是在易碎和/或具有低附着性的迭层里，造成碎裂、切片和/或剥离的结果。而随着迭层堆栈愈来愈复杂，并且随着引入更易碎裂的材料，比如氧化物或其它的低k介电物，可预期这个问题会益形劣化，并且确实会造成严重影响。
Fahey等人的国际专利公开号WO 03/002289(美国专利申请号10/187,400)中提供通过运用两个或两个以上不同技术或参数，针对多个装置层及晶圆基材材料的不同性质，对晶圆载荷装置层进行晶切、图案化或钻凿的方法。
此多重步骤制程牵涉到对于至少两个迭层的制程最佳化，并且最好是使得任何迭层的制程，包含该基材材料层，不会负面地影响其它迭层。一示范性具体实施例是运用一按不同参数集合，比如不同波长或照射度，而使用的激光，以处理不同的迭层或基材材料。另一范例为运用具有不同参数集合的不同激光以处理不同迭层或基材材料，比如利用一UV激光(即如按266奈米(nm))，或一超快激光，以切割在IR或可见光范围内为透明的装置层，并且利用一IR、可见光或UV激光(即如按355nm)以处理该晶圆材料。一进一步范例则是运用一或更多的激光以处理这些装置层，然后再运用一比如机械锯刀刀片的非激光技术，来处理该晶圆基材材料的多数或全部厚度。
又另一具体实施例则为将该晶圆的表面装置层覆盖以一比如光阻或PVA的可弃除层；选择性地移除该可弃除层的一部分，从而在所欲切割区域上产生出未经覆盖地带；将该晶圆基材上的多个迭层激光切割至一等于或是略大于在后续基材切割步骤中将会出现的宽度；并且接着利用不同波长、脉冲宽度、通量、咬齿大小和/或其它的激光处理参数，而通过一或多个处理步骤对该晶圆进行切割。
虽有前述进展，但对晶圆上的低k介电薄膜的激光处理仍尚未出现重大成功。低k介电材料SRO及SiCOH按各种波长的椭圆仪测量，即如图3表格中所列出者，显示出这些材料可供以运用长于约532nm波长的有效率激光制程的机会极微。此外，这些低k介电薄膜在长于约532nm波长处所测得的的零值则是意味着：按传统的固态IR激光波长以移除这些膜层的有效率激光制程的机会极微。
然而，本案申请人发现，在当按比如窄于100微微秒的短脉冲宽度递送激光脉冲时，确可按传统的IR波长处理低k介电材料。较佳具体实施例包含窄于或等于约10微微秒的脉冲宽度。
在Sun等人的美国专利第5,265,114号及美国专利第5,473,624号中描述可利用按一比如1.3μm的波长的激光输出，而在记忆链接材料与硅基材之间具有一激光能量吸收对比，此值远大于按传统的1μm激光波长的，因而降低对该硅基材的潜在损害。由此技术所提供的远远较宽激光制程窗口及较佳处理质量已非常成功地运用于链接烧蚀(link-blowing)处理。
在Sun等人的美国专利第5,569,398号、美国专利第5,685,995号及美国专利第5,808,272号中揭示利用按比如1.3μm的波长的激光输出，用于各种裁修操作，以便改善在处理过程中可或无须供电的被动、主动或光电装置的处理、测量及产量。取自于Sun等人专利的图1及2说明在用于半导体电链接的各种金属与用于晶圆基材的硅间在吸收对比上的显著变化。
图3是一按各种波长的低k介电材料SRO及SiROH光学常数表。这些光学常数获自于椭圆仪测量。熟悉本项技艺的人士将能认知到，椭圆仪可测量自一样本表面所反射的光线的偏光状态上的变化，并决定出这些参数Δ及Ψ，这些是有关于p型及s型偏光的光线的Fresnel反射系数比。
即如熟悉本项技艺的人士所众知，接着可自这些参数Δ及Ψ的椭圆仪测量结果，直接地计算出这些光学常数值n及k。
即如熟悉本项技艺的人士将能认知，一旦既已获得这些光学常数之后，可利用下列等式以计算出吸收系数：
α = 4 πk λ - - - ( 1 ) ,
其中α为吸收系数，λ为波长，并且k为消光系数。
相对于Sun等人的专利，其中是利用一导体链接与底置硅基材之间的吸收对比，该消光系数k的椭圆仪测量结果表示在该低k介电材料与例如一硅基材之间仅有微小对比。然本案申请人决定，按长于或等于约1.1μm(并且最好是按约1.3μm)的波长，可用微短波长以处理低k介电材料，并且该硅基材可保持其对于具有这些波长及脉冲宽度参数的任何剩余激光输出的相当低度吸收性。本案申请人假设入射于该低k介电层上的超快脉冲高尖峰功率修改该低k介电材料的光学常数，从而可有效率地进行处理，而同时并未显著地改变该硅基材的光学常数。
代表性的低k介电材料一般说来具有一小于3的k值，并且可包含(但不限于)氟化硅酸盐玻璃(比如FSG或SiOF)、氟化非晶态碳(a-CF)、SiOB、SRO、SiCOH、苯并环丁烯(BCB)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、氢倍半硅氧烷(HSQ)、来自四甲基硅烷的甲基化硅石、铁弗龙(PTFE)；一多孔材料(干凝胶或聚合nanfoam)；以及一有机材料，比如聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、聚酰亚胺式聚合物、聚对二甲苯基式聚合物或聚芳醚。该低k介电材料可特定地包含此为一由Applied Materials公司所销售的低k介电物的商标，或
Figure A200780015533D00153
此为一由Dow公司所销售的低k介电物的商标。
图4是一用以处理经载荷于一基材上的低k介电材料的示范性激光系统10简化略图。参照于图4，该激光系统10最好是运用一高平均功率脉冲微微秒激光子系统14，含有一动态激光脉冲产生器或震荡器模块12，以及一放大模块16，比如一DPSS功率放大器。
该动态激光脉冲产生器或震荡器模块12最好是运用一二极管泵注的主震荡器以发射一震荡器输出脉冲，该脉冲具有一窄于约500微微秒的脉冲宽度，最好是窄于约100微微秒，且以窄于10微微秒尤佳，而按一大于约1.1μm的波长，最好是小于5μm，且以靠近约1.3μm为佳。该震荡器输出脉冲被导引进入该放大模块16内。该放大模块16可为一单通、多通或再生性DPSS放大器。或另者，该放大模块16可为一二极管泵注、稀土族掺入的玻璃增益纤维功率放大器。又在一些具体实施例里，该玻璃纤维功率放大器含有稀土族掺入、熔凝硅石纤维。又在另一具体实施例里，该放大模块16可为一二极管泵注、稀土族掺入玻璃光子晶体纤维功率放大器。在一些具体实施例里，该稀土族掺入玻璃光子晶体纤维功率放大器包含一稀土族掺入、熔凝硅石光晶体纤维功率放大器。这些稀土族掺入物最好是包含Nd、Yb、Ho、Er、Dy、Pr、Tm或Cr。
该震荡器模块12及该放大模块16最好是运用Nd掺入激光物以作为增益材料。一种较佳的Nd掺入激光物为Nd:GdVO4，然替代性的Nd掺入激光物可包含(但不限于)Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:玻璃及Nd:YAG。该震荡器模块12及该放大模块16可包含具有相同或不同掺入浓度的相同或不同的激光物。该震荡器模块12及该放大模块16也最好是运用频率选择构件、棱镜、过滤器、基准器和/或其它熟悉本项技艺的人士所众知的构件，以在所需波长处，比如在约1.3μm处，偏好地产生增益，并且在即如在一Nd:GdVO4激光物的情况下，可于较高增益移转处，比如在1.06μm处，引入损失。
在一示范性具体实施例里，一外部光学调变器18，比如一声光调变器(AOM)或一电光调变器(EOM)，可被触发以提供激光输出20a，其中可含有一单一脉冲、多个经独立触发的脉冲，或是在一由该微微秒激光子系统14的放大模块16所发射的脉冲序串中所选出的脉冲突波。该激光输出20a的激光脉冲具有高平均功率。可由一系统控制计算机22、子系统接口电子组件24和/或一调变器控制供应器26直接地或间接地触发该光学调变器18，即如熟悉本项技艺的人士所众知者。若有需要，可直接地或间接地由该系统控制计算机22和/或该子系统接口电子组件24，以协调该触发计时与激光功率供应器28的控制。熟悉本项技艺的人士将能了解可用AOM调变技术如美国专利第7,019,891号中所揭示者，并可运用在多项具体实施例里。在此将美国专利第7,019,891号并入而为参考。
在另一示范性具体实施例里，该震荡器模块12可包含一脉冲半导体激光发射微微秒脉冲。可利用一InGaAs/AlGaAs或InGaAsP/InP应变量子阱结构，按一大于1.1μm的波长，通过已知技术以制造出示范性脉冲激光。熟悉本项技艺的人士将了解可另行运用其它的半导体激光材料。
在另一示范性具体实施例里，该震荡器模块12可包含一脉冲纤维主震荡器。一示范性脉冲纤维主震荡器可为一运用一半导体可饱和吸收反射镜(SESAM)的二极管泵注、Nd掺入或Yb掺入硅石纤维主震荡器。熟悉本项技艺的人士将了解可另行运用其它的稀土族掺入纤维，并且可另行运用其它的模式锁定构件。
在另一示范性具体实施例里，该放大模块16可为一二极管泵注、Yb掺入硅石纤维功率放大器。又在另一示范性具体实施例里，该放大模块16可为一二极管泵注、Nd掺入硅石纤维功率放大器。熟悉本项技艺的人士将了解可对于该放大模块16而另行运用其它的稀土族掺入纤维。熟悉本项技艺的人士将了解可使用运用步阶折射率型、并有偏光维持构件的步阶折射率型、或是空气间隔型的纤维。
参照于图5，该激光输出20a是可选择性地穿过各种众知的延展和/或准直光学组件42，沿着一光学路径20而传播，并且由一光束定位系统30所导向，以将该(或一些)激光系统输出脉冲32冲撞到一比如硅晶圆的工件52上的所需激光目标位置34处。一示范性光束定位系统30可包含一移位阶台定位器，可运用至少两个横向阶台36及38，而这些支撑例如X、Y和/或Z定位镜44，并可供于相同或不同工件52上的多个目标位置34之间快速地移动。
在一示范性具体实施例里，该移位阶台定位器是一分轴系统，其中一Y阶台36通常是由线性马达沿一导轨46所移动，该Y阶台36可支撑并移动该工件52，以及一X阶台38通常是由线性马达沿一导轨48所移动，该X阶台38可支撑并移动光束定位光学组件，比如一快速定位器50，以及相关的(多个)聚焦透镜和/或其它光学组件。也可调整该X阶台38与该Y阶台36之间的Z维度。这些定位反射镜44可经由于该激光子系统14与该快速定位器50之间的任意回转以对齐该光学路径20，而该定位反射镜44是沿该光学路径20所设置。该快速定位器50可例如运用高分辨率线性马达、一或更多的电流计反射镜、快速导向反射镜和/或声光导向技术，而能够依据所提供的测试或设计资料进行单一或重复性的处理操作。可相应于仪板化或非仪板化数据，独立地或是按协调合一方式控制与移动X及Y阶台36及38和该快速定位器50。一分轴光束定位系统30较佳地运用于大型行旅区域的应用上，比如切割203mm(8”)而尤其是305mm(12”)或更大的晶圆。
该快速定位器50也可含有或相关于一视像系统，可经对齐于该工件52表面上的一或更多准星。该光束定位系统30可运用传统的视像或光束对工件对齐系统，后者透过一共享物镜，或按离轴方式，与另一摄影机共同运作，并为熟悉本项技艺的人士所众知者。在一具体实施例里，是运用一由ElectroScientific Industries公司所销售的光束定位系统30内采用Freedom Library软件的HRVX视像盒，以执行于该激光子系统14与该工件52上目标位置34间的对齐作业。也可商购获用其它的适当对齐系统。一示范性对齐系统可运用明视野、轴上照明作业，尤其是对于比如经拭净或抛光晶圆的高度反射性工件，然也可运用暗视野照明，或是暗视野照明及亮视野照明的组合。
对于如后文所述的激光切割操作，该光束定位系统30最好是经对齐于位在该晶圆表面上的传统典型锯刀切割或其它准星或一图案。一旦既已移除该低k介电材料之后，可较佳地对齐于切口边缘。该光束定位系统30最好是具有佳于3-5μm的对齐精确度，使得激光光点的中心位在一较佳切割路径的约3-5μm之内，特别是对于比如10-15μm的激光束光点大小。对于更小的光点大小，该对齐精确度甚或以更高为佳。而对于较大的光点大小，该对齐精确度可较不精准。此外，该光束定位系统30也可运用一Abbe误差校正系统，比如美国专利第6,430,465号中所述的，在此将该案的相关部分并入而为参考。
该光束定位系统30的许多变化方式对于熟悉本项技艺的人士确属众知，并且该光束定位系统30的一些具体实施例在Cutler等人的美国专利第5,751,585号中即已详细描述。可购自美国奥瑞冈州Portland市ElectroScientific Industries公司的ESI型号2700或5320微加工系统为该光束定位系统30的示范性实作。也可运用其它的示范性定位系统，比如由美国奥瑞冈州Portland市Electro Scientific Industries公司所制造的型号系列编号27xx、43xx、44xx或53xx。对于进行长直性切割而言，这些运用一X-Y线性马达以移动该工件52并且运用一X-Y阶台以移动扫描透镜的部份系统是具有成本效益的定位系统。熟悉本项技艺的人士也将能够了解确可另行运用一具有一单一X-Y阶台以进行工件定位而具一固定光束位置和/或一静止电流计以进行光束定位的系统。熟悉本项技艺的人士将可了解此一系统30可经程序设计以运用工具路径档案，这可按高速度以动态方式定位该激光系统输出脉冲32，以产生广泛各种有用而可为周期性或非周期性的图案。熟悉本项技艺的人士也将了解在美国专利第7,019,891号内所揭示的AOM光束导向技术可与该快速定位器50和/或该光束定位系统30组合并用或为取代另用。
该激光输出20a也可经由额外的传统系统光学构件所导引，这些可包含(但不限于)非线性转换光学组件56、选择性校正光学组件58，和/或选择性成像光学模块62，这些可用来控制在该目标或工件表面处所接受到的激光脉冲的光束分布的输出功率及形状。
参照图6，该选择性成像光学模块62可包含一光学构件64、一透镜66及一孔径屏蔽68，后者是放置在由该光学构件64所产生的光束腰处或附近，以阻挡该光束的任何不需的侧波瓣及外围部分，因而能够将一精确塑形的光点轮廓后续地成像于该工作表面上。在一示范性具体实施例里，该光学构件64是一绕射装置或透镜，并且该透镜66是一准直透镜，以增加该激光系统组态的弹性。
改变该孔径的大小以匹配于该光学构件64的性质可控制该光点基型的边缘锐利度，以产生一具有尺寸标定、较锐利边缘的强度轮廓，如此应能强化该对齐精确度。此外，以此排置，该孔径的形状可精确地为圆形，或可改变为长方形、椭圆形或其它非圆形形状，而能够平行对齐或垂直于一切割方向。该孔径屏蔽68可选择性地在其光线离出侧处朝外展开。对于UV激光应用，在该选择性成像光学模块62内的孔径屏蔽68最好是包含蓝宝石。熟悉本项技艺的人士将能了解可使用该孔径屏蔽68而无需该光学构件64及该透镜66。
在一替代性具体实施例里，该光学构件64包含一或更多光束塑形组件，可将具有原始高斯照射轮廓的激光脉冲转换成在邻近该光学构件64下游的孔径屏蔽68处而具有一近似均匀「顶帽」轮廓，或者尤其是一超高斯照射轮廓的经塑形(且经聚焦)脉冲。这些射束塑形组件可包含非球面光学组件或是绕射光学组件。在一具体实施例里，该透镜66包含用于控制光束大小及发散性的成像光学组件。熟悉本项技艺的人士将能了解可运用一单一成像透镜组件或多个透镜组件。熟悉本项技艺的人士也将能了解，并且为较佳者，可运用经塑形激光输出而无须利用该孔径屏蔽68。
在一具体实施例里，光束塑形组件包含一绕射光学构件(DOE)，可高效率地且精确地执行复杂的光束塑形处理。光束塑形组件不仅可将该高斯照射轮廓转换为一近似均匀照射轮廓，也可将经塑形输出聚焦成一可决定或经标定的光点大小。一单一构件DOE虽为较佳，但熟悉本项技艺的人士将能了解该DOE可包含多个个别构件，比如Dickey等人的美国专利第5,864,430号案文所揭示的相位板和转换构件，而该案也揭示为光束塑形的目的而设计DOE的技术。前述的塑形及成像技术由美国专利第6,433,301号所详细描述，在此将其相关部分并入而为参考。
可通过多项调变方法，运用一激光功率控制模块70以控制激光脉冲功率，该方法包含(但不限于)二极管泵注调变或外部调变(比如通过一外部激光功率控制器60，而该方法包含(但不限于)AOM或EOM或是经马达驱动而沿该光学路径20设置的偏光旋转光学组件)，或是其组合。此外，可将一或更多的光束侦测装置54，比如光二极管，设置在该激光控制器60的下游处，而比如对齐于一定位反射镜44，此反射镜经调适以对于该激光输出20a的波长具有部份通透性。这些光束侦测光学及电子组件可直接地或间接地关联于该激光功率控制模块70，和/或可直接地或间接地相通于该系统控制计算机22和/或该这些子系统接口电子组件24，和/或可用来对经调变的激光输出20a进行取样，同时可产生对于调变器和/或其它系统光学构件的校正信号，以此产生具备用以处理该工件52参数的稳定调变输出。传统的功率控制技术为熟悉本项技艺的人士所众知者。一些示范性AOM功率控制技术可如美国专利第7,019,891号中所揭示。
所运用的典型脉冲重复频率的范围为100KHz到10MHz。一些应用项目可运用范围在10MHz到100MHz内的脉冲重复频率。所运用的典型聚焦光点大小的范围是10μm到100μm。一些应用项目可运用范围在1.5μm到10μm的光点大小。所运用的典型咬齿大小的范围为1nm到10μm。所运用的典型速度的范围为10mm/s到1,000mm/s。
图7是一具有根据一些具体实施例的较佳激光参数而穿过一低k介电材料迭层所进行的切入的电子显微影像。该切入显示1,064nm的脉冲微微秒输出切穿该低k介电材料，但未损伤到底置的硅基材。
在一些具体实施例里，运用该激光系统10以处理低k介电材料(并且选择性地处理其它装置层，这些包含(但不限于)比如金属、氧化物、聚合物和/或其它软性材料的迭层)，然后运用一或更多的非激光技术，比如以一机械锯刀刀片，进行切割，以处理该晶圆基材材料的多数或全部厚度。在一范例里，可在以一机械锯刀将该工件52独化之前，先运用该激光系统10以自该分街移除该低k介电材料，并且选择性地移除一或更多的其它装置层，使得在后续以一锯刀刀片进行的晶切过程中，该刀片仅接触到该基材材料。此方法可防止刀片因该较易碎裂基材材料上出现的较软材料的缘故而产生劣化。此项技术的益处可包含(但不限于)改善锯刀刀片的寿命，并且降低因受污染刀片的缘故造成对该基材内的切割边缘处的损害。
在一特定范例里，迭层移除的宽度会略宽于锯刀晶切的宽度。可例如以3-7个具20-40μm切口宽度的邻近或部份重迭切割线作出此一宽广切割线(一示范性总宽度约为120μm，但可调整此宽度以适合于特定应用)。
在一些替代性具体实施例里，在运用一非激光技术以处理该晶圆材料之前，该激光系统10可经组态设定以提供能够有利地用以处理软性材料的不同激光输出参数。在其它替代性具体实施例，该激光系统10可经组态设定以提供能够有利地用以处理该晶圆材料的不同激光输出参数。此外，可选择性利用一偏光追踪系统90和/或一选择性非反射性夹盘100以协助进行该工件52基材的激光晶切处理。这些技术以及可运用以实作节段化切割(针切)技术与替代性激光系统组态，可如美国专利申请案第10/017,497、11/332,815及10/187,400号与美国专利第6,676,878号所详细叙述，在此将这些案文并入而为参考。
熟悉本项技艺的人士将能显知确可对前述的本发明具体实施例的细节进行许多变化而不致悖离其基本原理。从而，本发明的范围应仅由前述的权利要求所决定。

Claims (33)

1.一种以激光处理一由一晶圆基材所载荷的低k介电材料的方法，其中包含：
产生含有至少一激光脉冲的激光输出，该脉冲具有一长于1.1微米μm及短于5μm的波长，并且具有一窄于100微微秒picosecond的脉冲宽度；以及
导引该激光输出至该低k介电材料的一目标部分，使得移除该低k介电材料的目标部分，而该基材则操作性地未受损伤。
2.如权利要求1所述的方法，其中该脉冲宽度为短于10微微秒。
3.如权利要求1所述的方法，其中该脉冲宽度为长于1飞秒femtosecond。
4.如权利要求1所述的方法，其中该波长约为1.3μm。
5.如权利要求1所述的方法，其中该激光脉冲具有低于75微焦耳μJ的尖峰功率。
6.如权利要求1所述的方法，其中该激光脉冲具有高于75μJ的尖峰功率。
7.如权利要求1所述的方法，其中该低k介电材料含有一小于3的k值。
8.如权利要求7所述的方法，其中该低k介电材料包含SRO或SiCOH。
9.如权利要求7所述的方法，其中该低k介电材料包含氟化硅酸盐玻璃、氟化非晶态碳、SiOB、苯并环丁烯BCB、甲基倍半硅氧烷MSQ、氢倍半硅氧烷HSQ、来自四甲基硅烷的甲基化硅石、铁弗龙PTFE、干凝胶、聚合nanfoam、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、聚酰亚胺式聚合物、聚对二甲苯基式聚合物或聚芳醚。
10.如权利要求1所述的方法，其中该基材包含单晶、多晶或非晶态Si、GaAs、GaP、InP、Ge、碳化硅、氮化硅、蓝宝石、熔凝硅石、玻璃或聚合物。
11.如权利要求1所述的方法，其中该激光输出是通过一震荡器模块且与一放大模块并同运作所产生。
12.如权利要求11所述的方法，其中该震荡器模块包含一二极管泵注、固态DPSS主震荡器。
13.如权利要求11所述的方法，其中该放大模块包含一单通、多通或再生性DPSS放大器。
14.如权利要求11所述的方法，其中该放大模块包含一Nd:GdVO4、Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:玻璃或Nd:YAG激光物。
15.如权利要求11所述的方法，其中该震荡器模块包含一脉冲半导体激光发射微微秒脉冲。
16.如权利要求15所述的方法，其中该脉冲半导体激光运用一InGaAs/AlGaAs或InGaAsP/InP应变量子阱结构。
17.如权利要求11所述的方法，其中该震荡器模块包含一脉冲纤维主震荡器。
18.如权利要求17所述的方法，其中该脉冲纤维主震荡器包含一二极管泵注、Nd掺入的硅石玻璃纤维震荡器，运用一半导体能够饱和吸收反射镜。
19.如权利要求17所述的方法，其中该脉冲纤维主震荡器包含一二极管泵注、Yb掺入的硅石玻璃纤维震荡器，运用一半导体能够饱和吸收反射镜。
20.如权利要求11所述的方法，其中该放大器模块包含一Yb掺入、硅石纤维激光放大器。
21.如权利要求11所述的方法，其中该放大器模块包含一Nd掺入、硅石纤维激光放大器。
22.如权利要求11所述的方法，其中该激光输出包含多个经独立触发的脉冲或脉冲突波，所述脉冲或脉冲突波是从一由该放大模块所发射的脉冲序串中选出。
23.如权利要求1所述的方法，其中在移除该低k接口材料的目标部分之后，运用一机械锯刀以晶切该基材。
24.一种用以处理一由一晶圆基材所载荷的低k介电材料的激光系统，其中包含：
一二极管泵注、固态主震荡器功率放大器，用以产生含有至少一激光脉冲的激光输出，该脉冲具有一长于1.1μm及短于5μm的波长，并且具有一窄于100微微秒的脉冲宽度；以及
一光束定位系统，用以导引该激光输出至该低k介电材料的一目标部分，使得移除该低k介电材料的目标部分，而该基材则操作性地未受损伤。
25.如权利要求24所述的系统，其中该激光输出包含一具约1.3μm的波长，并且其中该二极管泵注、固态主震荡器功率放大器包含：
一二极管泵注、固态DPSS主震荡器；以及
一单通、多通或再生性DPSS放大器，其中该放大器包含一Nd:GdVO4、Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:玻璃或Nd:YAG激光物。
26.如权利要求25所述的系统，其中该激光输出包含多个经独立触发的脉冲或脉冲突波，所述脉冲或脉冲突波是从一由该放大器所发射的脉冲序串中选出。
27.如权利要求25所述的系统，其中该低k介电材料包含氟化硅酸盐玻璃、氟化非晶态碳、SRO、SiCOH、SiOB、苯并环丁烯BCB、甲基倍半硅氧烷MSQ、氢倍半硅氧烷HSQ、来自四甲基硅烷的甲基化硅石、铁弗龙PTFE、干凝胶、聚合nanfoam、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、聚酰亚胺式聚合物、聚对二甲苯基式聚合物或聚芳醚，并且其中该基材包含单晶、多晶或非晶态Si、GaAs、GaP、InP、Ge、碳化硅、氮化硅、蓝宝石、熔凝硅石、玻璃或聚合物。
28.一种用以处理一由一晶圆基材所载荷的低k介电材料的激光系统，其中包含：
一二极管泵注、纤维主震荡器纤维功率放大器，用以产生含有至少一激光脉冲的激光输出，该脉冲具有一长于1.1μm及短于5μm的波长，并且具有一窄于100微微秒的脉冲宽度；以及
一光束定位系统，用以导引该激光输出至该低k介电材料的一目标部分，使得移除该低k介电材料的目标部分，而该基材则操作性地未受损伤。
29.如权利要求28所述的激光系统，其中该二极管泵注、纤维主震荡器纤维功率放大器包含：
一二极管泵注、Nd掺入的硅石纤维主震荡器，运用一半导体可饱和吸收反射镜；以及
一Yb掺入的硅石纤维功率放大器。
30.如权利要求28所述的激光系统，其中该二极管泵注、纤维主震荡器纤维功率放大器包含：
一二极管泵注、Nd掺入的硅石纤维主震荡器，运用一半导体可饱和吸收反射镜；以及
一Nd掺入的硅石纤维功率放大器。
31.如权利要求28所述的激光系统，其中该二极管泵注、纤维主震荡器纤维功率放大器包含：
一二极管泵注、Yb掺入的硅石纤维主震荡器，运用一半导体可饱和吸收反射镜；以及
一Yb掺入的硅石纤维功率放大器。
32.如权利要求28所述的激光系统，其中该二极管泵注、纤维主震荡器纤维功率放大器包含：
一二极管泵注、Yb掺入之硅石纤维主震荡器，运用一半导体可饱和吸收反射镜；以及
一Nd掺入的硅石纤维功率放大器。
33.如权利要求29所述的系统，其中该激光输出包含多个经独立触发之脉冲或脉冲突波，所述脉冲或脉冲突波是从一由该二极管泵注、纤维主震荡器纤维功率放大器所发射的脉冲序串中选出。
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