CN106956084A - Low‑k材料激光去除工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Low‑k材料激光去除工艺及其设备，采用双光束激光分别聚焦后进行加工，一束激光整形成平顶光，对材料中间进行平滑加工，另外一束激光分成两个独立光点，对切割道两边进行修边。由此，将一束激光分成两束，分别进行整形和聚焦，其中一束用来加工中间区域去除中间部分，另外一束用来加工两边，确保加工的底部形貌是平坦的分布，提高加工效果和产品良率。

Description

Low-k材料激光去除工艺及其设备
技术领域
本发明涉及一种微加工方法及其设备，尤其涉及一种Low-k材料激光去除工艺及其设备。
背景技术
在集成电路及半导体领域，高速电子元器件集成度越来越高，在集成电路内部，由于ILD(Inter Layer Dielectrics，层间电介质)的存在，导线之间就不可避免地存在分布电容，或者称之为寄生电容。分布电容不仅影响芯片的速度，也对工作可靠性构成严重威胁。从电容器容量计算公式中我们可以看出，在结构不变的情况下，减少电介质的k值，可以减小电容的容量。因此，使用low-k电介质作为ILD，可以有效地降低互连线之间的分布电容，从而可使芯片总体性能提升10％左右。
由于low-k材料的松软结构和易渗透性，加上硅衬底上的铜材质的使用，使得传统的刀轮切割已经无法满足工业化需求，由于激光加工是非接触式加工，不会有应力产生，解决了机械接触式加工带来的崩边，效率低下，刀轮损耗大等问题，但是，普通的激光加工设备，由于激光是高斯分布，光束从激光器输出经过传输扩束，然后在聚焦镜下方汇聚，汇聚后的焦点用于材料的表面或者内部进行加工，焦点处的能量分布也是高斯分布，在划线及切割加工，加工后的截面呈现V型，对于Low-k加工而言，V型槽表面的中心及边缘区域还有部分Low-k材料并未被去除，高斯光中间能量分布很高，加工材料较快，去除效率高，而中心区域以外，能量分布较弱，材料去除效率低下，使得加工出来的形貌不平坦，即中间深边缘线的形貌，所以普通的激光系统对Low-k层去除不够彻底，会有部分残留导致芯片报废。
如图2所示，为常见的示意图，第一激光器发出的激光束依次通过光闸2，45度反射镜3、扩束镜4、第一45度反射镜5、第二45度反射镜6、保护机构7、聚焦镜8、焦点9、焦点10。这种方案的缺点是，加工焦点为高斯光。高斯光的分布导致加工出来的切割道为V字形貌，效果不佳。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种Low-k材料激光去除工艺及其设备，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种Low-k材料激光去除工艺。
本发明的Low-k材料激光去除工艺，其中：采用双光束激光分别聚焦后进行加工，一束激光整形成平顶光，对材料中间进行平滑加工，另外一束激光分成两个独立光点，对切割道两边进行修边。
进一步地，上述的Low-k材料激光去除工艺，其中，所述激光的波长为紫外波段，波长为343至355nm。
更进一步地，上述的Low-k材料激光去除工艺，其中，所述激光的波长为绿光波段，波长为400至700nm。
更进一步地，上述的Low-k材料激光去除工艺，其中，所述激光的波长为红外波段，波长为1025至1090nm。
更进一步地，上述的Low-k材料激光去除工艺，其中，所述平顶光为长条形，或是为多元高斯拟合而成的线性形貌。
Low-k材料激光去除设备，包括有设备支架，所述设备支架上安装有激光器，其特征在于：所述激光器的光路输出端设置有光闸，所述光闸的光路输出端设置有半波片，所述半波片光路输出端设置有偏振分光镜，所述偏振分光镜的光路输出端设有两条分支，包括P光分支与S光分支，
所述P光分支包括有第一45度反射镜，所述第一45度反射镜的90度反射路径上，安装有第二45度反射镜，所述第二45度反射镜的90度反射路径上，安装有第三45度反射镜，所述第三45度反射镜的90度反射路径上，安装有光束整形镜片，所述光束整形镜片的光路输出端设置有第一聚焦镜，
所述S光分支包括有第一反射镜，所述第一反射镜的90度反射路径上，安装有第二反射镜，所述第二反射镜的90度反射路径上，安装有第三反射镜，所述第三反射镜的光路输出端设置有分束镜，所述分束镜的光路输出端设置有聚焦镜。
更进一步地，上述的Low-k材料激光去除设备，其中，所述半波片上连接有旋转平台，所述旋转平台上安装有伺服电机或是纳米电机。
更进一步地，上述的Low-k材料激光去除设备，其中，所述激光器上设置有衰减器。借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、加工效率高，加工切割道形貌好。
2、第一聚焦镜产生的条形光斑，可以快速去切割道除中间区域的大面积材料，避免了单个圆形光斑的多次加工。
3、设有第二聚焦镜，可获得的两个光斑，可以一次完成边缘两边的加工，可以成倍提升加工效率，在两个聚焦镜的配合下，能够令加工效果得到最大的优化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是Low-k材料激光去除设备的结构示意图。(箭头为光路走向示意图)
图2是现有的加工设备示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1 激光器 2 光闸
3 半波片 4 偏振分光镜
5 第一45度反射镜 6 第二45度反射镜
7 第三45度反射镜 8 光束整形镜片
9 第一聚焦镜 10 第一反射镜
11 第二反射镜 12 第三反射镜
13 分束镜 14 聚焦镜
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1的Low-k材料激光去除工艺，其与众不同之处在于：采用双光束激光分别聚焦后进行加工，一束激光整形成平顶光，对材料中间进行平滑加工，另外一束激光分成两个独立光点，对切割道两边进行修边。具体来说，为了拥有不同的加工效果，满足Low-k材料激光去除，采用的激光的波长为紫外波段，波长为343至355nm。或者，激光的波长为绿光波段，波长为400至700nm。当然，考虑到某些特殊加工需要，亦可以为红外波段，波长为1025至1090nm。
结合本发明一较佳的实施方式来看，采用的平顶光为长条形。当然，还可以为多元高斯拟合而成的线性形貌。并且，平顶光为长条形相对于高斯分布的激光具有更高的加工效率和效果。
为了更好的实施本发明，先提供一种Low-k材料激光去除设备，其包括有设备支架，设备支架上安装有激光器1，其特点是：激光器1的光路输出端设置有光闸2，在光闸2的光路输出端设置有半波片3。同时，该半波片3光路输出端设置有偏振分光镜4，通过偏振分光镜4处理后的光路输出端设有两条分支，包括P光分支与S光分支，具体来说：
P光分支，包括有第一45度反射镜5，第一45度反射镜5的90度反射路径上，安装有第二45度反射镜6。同时，在第二45度反射镜6的90度反射路径上，安装有第三45度反射镜7。并且，第三45度反射镜7的90度反射路径上，安装有光束整形镜片8，光束整形镜片8的光路输出端设置有第一聚焦镜9。
采用的S光分支，包括有第一反射镜10，第一反射镜10的90度反射路径上，安装有第二反射镜11，第二反射镜11的90度反射路径上，安装有第三反射镜12。之后，第三反射镜12的光路输出端设置有分束镜13，分束镜13的光路输出端设置有聚焦镜14。
简单来说，激光经过打开后的光闸传输到半波片3后，变成偏振方向可调的线性偏振光，线性偏振光经过偏振分光镜4后分成两束激光。其中P光可以直接透过偏振分光镜4继续传播，S光被偏振分光镜4反射后进入第一反射镜10，形成两路独立传播的激光。
进一步来看，半波片3上连接有旋转平台(图中未示出)，旋转平台上安装有伺服电机或是纳米电机。由此，满足360度旋转。旋转过程中，透过的P光和反射的S光功率发生变化，P光和S光此消彼长，从而达到功率调节的目的。并且，可获得不同角度的线性平顶光斑。同时，在激光器1上设置有衰减器。由此，可以实现任意功率组合，实现各种工艺需求。
本发明的工作原理如下：
实施例一
采用一台355nm紫外激光器，该激光器的输出功率为12W、脉冲宽度为90ns。激光经过打开后的光闸2传输到半波片3、后变成偏振方向可调的线性偏振光，线性偏振光经过偏振分光镜4后分成两束激光，其中P光可以直接透过偏振分光镜4继续传播，S光被偏振分光镜4反射后进入第一反射镜10，形成两路独立传播的激光。
中半波片3由一个伺服电机驱动可以360度旋转，旋转过程中透过的P光和反射的S光功率发生变化，P光和S光此消彼长，从而达到功率调节的目的。激光束分离出来的P光，经过反射镜5后继续传播至反射镜6和反射镜7，然后进入整形镜片8最后进入第一聚焦镜9，在第一聚焦镜9的焦点处形成一个条形平顶光斑，整形镜片8由纳米电机驱动，可以360度角度旋转，从而获得不同角度的线性平顶光斑。
S光反射后经过第一反射镜10、第二反射镜11、第三反射镜12，最后进入分束镜13最后经第二聚焦镜14汇聚，在焦点处形成两个分开的焦点。两束激光分别在材料的切割道中间和边缘完成加工。
实施例二
采用的激光器波长为355nm，脉冲宽度为20-120ns可变，激光器还可以是超短脉冲激光器，波长范围为355nm-1070nm。
实施期间，将半波片由伺服电机驱动，安装于圆形机构内，由电机带动转动，转动精度不小于0.5度。这样，随着角度的改变，偏振分光镜4输出功率会持续变化，其中偏振分光镜4可以是偏光立方体，也可以是薄膜偏振器。
再者，采用的第一聚焦镜9和第二聚焦镜14可以合并为一个，进一步提高加工效率。同时，偏振分光镜4亦可以采用陶瓷电机驱动，满足高精密的360度转动，随着分光器角度的变化，相对于平台的划线光斑间隔会随之改变，从而实现不同宽度的切割道加工。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
1、加工效率高，加工切割道形貌好。
2、第一聚焦镜产生的条形光斑，可以快速去切割道除中间区域的大面积材料，避免了单个圆形光斑的多次加工。
3、设有第二聚焦镜，可获得的两个光斑，可以一次完成边缘两边的加工，可以成倍提升加工效率，在两个聚焦镜的配合下，能够令加工效果得到最大的优化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.Low-k材料激光去除工艺，其特征在于：采用双光束激光分别聚焦后进行加工，一束激光整形成平顶光，对材料中间进行平滑加工，另外一束激光分成两个独立光点，对切割道两边进行修边。
2.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺，其特征在于：所述激光的波长为紫外波段，波长为343至355nm。
3.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺，其特征在于：所述激光的波长为绿光波段，波长为400至700nm。
4.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺，其特征在于：所述激光的波长为红外波段，波长为1025至1090nm。
5.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺，其特征在于：所述平顶光为长条形，或是为多元高斯拟合而成的线性形貌。
6.Low-k材料激光去除设备，包括有设备支架，所述设备支架上安装有激光器(1)，其特征在于：所述激光器(1)的光路输出端设置有光闸(2)，所述光闸(2)的光路输出端设置有半波片(3)，所述半波片(3)光路输出端设置有偏振分光镜(4)，所述偏振分光镜(4)的光路输出端设有两条分支，包括P光分支与S光分支，
所述P光分支包括有第一45度反射镜(5)，所述第一45度反射镜(5)的90度反射路径上，安装有第二45度反射镜(6)，所述第二45度反射镜(6)的90度反射路径上，安装有第三45度反射镜(7)，所述第三45度反射镜(7)的90度反射路径上，安装有光束整形镜片(8)，所述光束整形镜片(8)的光路输出端设置有第一聚焦镜(9)，
所述S光分支包括有第一反射镜(10)，所述第一反射镜(10)的90度反射路径上，安装有第二反射镜(11)，所述第二反射镜(11)的90度反射路径上，安装有第三反射镜(12)，所述第三反射镜(12)的光路输出端设置有分束镜(13)，所述分束镜(13)的光路输出端设置有聚焦镜(14)。
7.根据权利要求6所述的Low-k材料激光去除设备，其特征在于：所述半波片(3)上连接有旋转平台，所述旋转平台上安装有伺服电机或是纳米电机。
8.根据权利要求6所述的Low-k材料激光去除设备，其特征在于：所述激光器(1)上设置有衰减器。
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