CN114918558A - 激光切割装置以及晶圆切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光切割装置以及晶圆切割方法，所述激光切割装置用于对固定于承载台上的晶圆进行切割，所述激光切割装置包括：激光器，设置于所述晶圆的下方，所述激光器用于发射激光；狭缝挡板，设置于所述晶圆与所述激光器之间，所述狭缝挡板具有一狭缝孔，所述激光穿过所述狭缝孔照射在所述晶圆的切割道上。本发明的技术方案在降低切割异常的同时，还能避免熔渣掉落在激光器上而损伤激光光源。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种激光切割装置以及晶圆切割方法。
背景技术
在3D IC工艺中，为了实现芯片与晶圆之间的键合，需要将完整的晶圆切割成芯片，再通过键合技术将不同功能的芯片与晶圆连接，减小芯片面积，提高集成度。目前，主流的切割方法包含机械切割、激光切割和等离子体刻蚀；其中，等离子体刻蚀具有加工速度快、刻蚀后应力愈合效果好以及刻蚀深宽比高(晶圆厚度小于100μm)等优点；但是，切割道上的金属层不能采用等离子体刻蚀进行处理，而更容易采用激光烧蚀。因此，在对晶圆进行切割时，先采用激光切割衬底上的绝缘层以及位于绝缘层中的金属层，再采用等离子体刻蚀衬底。
参阅图1，在激光切割装置中，晶圆10放置在承载台11上，激光器12设置于晶圆10的上方，激光器12发出的激光L1经聚焦单元13后聚焦在晶圆10的切割道(未图示)上，以对切割道上的绝缘层以及位于绝缘层中的金属层进行切割。但是，采用图1所示的激光切割装置执行激光切割时，会导致如下问题：
激光切割产生的瞬时高温将表面物质气化，气态物质向上挥发时遇冷凝结形成熔渣，在重力作用下熔渣落在已经切割的位置，后续在采用等离子体刻蚀进行切割时，由于熔渣与衬底的刻蚀选择比很大，被熔渣覆盖的区域无法被刻蚀，导致熔渣附着在切割面上，形成“长草”现象；并且，激光切割时还会有“铲雪效应”，即激光切割时产生的熔渣沉积在切割道边缘的晶圆表面而形成山峰，导致晶圆的平整度变差，影响后续键合制程。
因此，如何对现有的激光切割装置进行改进，以减少切割异常是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光切割装置以及晶圆切割方法，在降低切割异常的同时，还能避免熔渣掉落在激光器上而损伤激光光源。
为实现上述目的，本发明提供了一种激光切割装置，用于对固定于承载台上的晶圆进行切割，所述激光切割装置包括：
激光器，设置于所述晶圆的下方，所述激光器用于发射激光；
狭缝挡板，设置于所述晶圆与所述激光器之间，所述狭缝挡板具有一狭缝孔，所述激光穿过所述狭缝孔照射在所述晶圆的切割道上。
可选地，所述承载台上设置有吸附部件和/或夹持部件，以将所述晶圆固定于所述承载台上。
可选地，所述激光切割装置还包括聚焦单元，设置于所述狭缝挡板与所述激光器之间，所述聚焦单元用于将所述激光聚焦于所述狭缝孔中。
可选地，所述狭缝挡板靠近所述晶圆的一面设置有环形挡板。
可选地，所述狭缝挡板与所述环形挡板一体成型。
可选地，在垂直于所述晶圆的方向上，所述晶圆的投影位于所述环形挡板所环绕的区域内。
可选地，所述狭缝挡板的数量为至少两个，所述激光切割装置还包括旋转台，各个所述狭缝挡板间隔地设置于所述旋转台上，通过旋转所述旋转台更换所述晶圆与所述激光器之间的狭缝挡板。
可选地，所述激光切割装置还包括：
吹气单元，设置于所述狭缝挡板的外围一侧，所述吹气单元用于向所述狭缝挡板靠近所述晶圆的一侧吹送气体，以在所述狭缝挡板上方形成负压；
抽气单元，设置于所述狭缝挡板的外围另一侧，所述抽气单元用于将所述气体抽出。
可选地，所述环形挡板上设置有进气口，所述进气口与所述吹气单元连通；所述环形挡板或所述狭缝挡板上设置有出气口，所述抽气单元与所述出气口连通。
本发明还提供一种晶圆切割方法，包括：
提供一晶圆，所述晶圆包含多个切割道，所述切割道包括衬底以及形成于所述衬底上的绝缘介质层，所述绝缘介质层中形成有金属层；
采用所述的激光切割装置切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层；
采用刻蚀工艺切割所述切割道上的衬底。
可选地，在切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层之前，所述晶圆切割方法还包括：
在所述晶圆表面覆盖保护层，所述保护层用于在采用刻蚀工艺切割所述切割道上的衬底时保护所述切割道以外的区域。
可选地，所述保护层的材质为水溶性树脂。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的激光切割装置，通过将激光器设置于晶圆的下方，且在所述晶圆与所述激光器之间设置狭缝挡板，所述激光器发射的激光穿过所述狭缝挡板上的狭缝孔照射在所述晶圆的切割道上，以对所述切割道上的绝缘介质层和金属层进行切割，使得激光切割产生的熔渣能够在重力作用下掉落在所述狭缝挡板上，进而使得堆积覆盖在切割道的衬底表面以及切割道边缘的晶圆表面的熔渣量得到减少，降低切割异常，还能避免熔渣掉落在所述激光器上而损伤激光光源。
2、本发明的晶圆切割方法，由于采用所述激光切割装置切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层，使得堆积覆盖在切割道的衬底表面以及切割道边缘的晶圆表面的熔渣量得到明显减少，进而使得所述切割道上的衬底能够采用刻蚀工艺完成切割，降低切割异常。
附图说明
图1是一种激光切割装置的示意图；
图2是本发明一实施例的激光切割装置的示意图。
其中，附图1～图2的附图标记说明如下：
10-晶圆；11-承载台；12-激光器；13-聚焦单元；20-晶圆；21-承载台；22-激光器；23-聚焦单元；24-狭缝挡板；241-狭缝孔；242-进气口；243-出气口；25-环形挡板。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的激光切割装置以及晶圆切割方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明一实施例提供一种激光切割装置，用于对固定于承载台上的晶圆进行切割，所述激光切割装置包括：激光器，设置于所述晶圆的下方，所述激光器用于发射激光；狭缝挡板，设置于所述晶圆与所述激光器之间，所述狭缝挡板具有一狭缝孔，所述激光穿过所述狭缝孔照射在所述晶圆的切割道上。
下面参阅图2对本实施例提供的激光切割装置进行详细介绍。
所述晶圆20包括多个芯片区(未图示)以及位于每个芯片区外围的切割道(未图示)，在对切割道进行切割后获得芯片。所述切割道包括衬底(未图示)以及形成于所述衬底上的绝缘介质层(未图示)，所述绝缘介质层中形成有金属层(未图示)。
在对所述切割道进行切割时，先采用激光切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层，再采用干法刻蚀(例如等离子体刻蚀)或湿法刻蚀工艺切割所述切割道上的衬底。但是，采用激光切割时产生的瞬时高温会将表面物质气化，气态物质挥发时遇冷凝结形成熔渣，熔渣的成分为碳和金属氧化物等。
在所述激光切割装置中，所述承载台21的承载面朝下，所述晶圆20固定于所述承载台21的承载面上；通过移动所述承载台21，使得对所述晶圆20上不同位置的切割道进行切割。其中，所述绝缘介质层远离所述衬底的一面朝下。
所述承载台21上设置有吸附部件(未图示)或夹持部件(未图示)，或者同时设置吸附部件和夹持部件，以通过吸附部件或夹持部件将所述晶圆20固定于所述承载台21上。
所述激光器22设置于所述晶圆20的下方，所述激光器22用于向所述晶圆20所在的方向发射激光L2。其中，由于所述绝缘介质层远离所述衬底的一面朝下，所述激光器22向上发射激光L2切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层，使得激光切割产生的熔渣在重力作用下向下掉落，进而使得堆积覆盖在切割道的衬底表面以及切割道边缘的晶圆20表面的熔渣量得到减少。
所述狭缝挡板24设置于所述晶圆20与所述激光器22之间，所述狭缝挡板24具有一狭缝孔241，所述激光L2穿过所述狭缝孔241照射在所述晶圆20的切割道上。
所述狭缝孔241的宽度仅允许激光穿过，所述狭缝孔241的宽度可根据激光的参数(例如光斑大小、发散角和谱线宽度等)进行调整。
优选的，在垂直于所述晶圆20的方向上，所述晶圆20的投影位于所述狭缝挡板24的范围内，以使得激光切割产生的熔渣均掉落在所述狭缝挡板24上，避免熔渣掉落在所述激光器22上而损伤激光光源。其中，所述狭缝挡板24的面积越大，则熔渣掉落在所述激光器22上的概率越小。
优选的，所述激光切割装置还包括聚焦单元23，设置于所述狭缝挡板24与所述激光器22之间，所述聚焦单元23用于将所述激光L2聚焦于所述狭缝孔241中，聚焦后的激光L2穿过所述狭缝孔241，以照射在所述晶圆20的切割道上。
所述聚焦单元23可以包括透镜以及用于固定透镜的部件。
优选的，所述狭缝挡板24靠近所述晶圆20的一面设置有环形挡板25，所述环形挡板25与所述狭缝挡板24围成一空腔，使得激光切割产生的熔渣掉落在空腔内，所述环形挡板25能够阻挡熔渣从所述狭缝挡板24的边缘掉落。
其中，所述狭缝挡板24与所述环形挡板25可以一体成型；或者，所述环形挡板25安装于所述狭缝挡板24上，即所述环形挡板25与所述狭缝挡板24可拆卸的连接。
优选的，在垂直于所述晶圆20的方向上，所述晶圆20的投影位于所述环形挡板25所环绕的区域内，以使得激光切割产生的熔渣均掉落在所述环形挡板25所环绕的区域内，避免熔渣掉落在所述激光器22上而损伤激光光源。其中，所述环形挡板25所环绕的区域面积越大，则熔渣掉落在所述激光器22上的概率越小。
另外，所述狭缝挡板24的数量可以为一个，当所述狭缝挡板24上堆积一定量的熔渣后，将所述狭缝挡板24从所述激光器22与所述晶圆20之间取出，并清洗去除所述狭缝挡板24上的熔渣。在清洗所述狭缝挡板24期间，激光切割工艺停止。
或者，所述狭缝挡板24的数量为至少两个，所述激光切割装置还包括旋转台(未图示)，各个所述狭缝挡板24间隔地设置于所述旋转台上，通过旋转所述旋转台更换所述晶圆20与所述激光器22之间的狭缝挡板24。具体的，其中一个狭缝挡板24上堆积一定量的熔渣后，旋转所述旋转台，使得所述其中一个狭缝挡板24从所述晶圆20与所述激光器22之间移出，且所述旋转台上的另一个狭缝挡板24会进入所述晶圆20与所述激光器22之间，以继续执行激光切割工艺，所述其中一个狭缝挡板24被从所述旋转台上取走清洗。其中，由于所述晶圆20与所述激光器22之间的所述其中一个狭缝挡板24能够很快速的更换为所述另一个狭缝挡板24，无需在清洗所述其中一个狭缝挡板24的整个过程中停止激光切割工艺，使得激光切割晶圆20的整体效率得到提高。
另外，所述激光切割装置还可包括吹气单元(未图示)和抽气单元(未图示)。
所述吹气单元设置于所述狭缝挡板24的外围一侧，所述吹气单元用于向所述狭缝挡板24靠近所述晶圆20的一侧沿着表面吹送气体，以在靠近所述狭缝挡板24的上方形成负压，使得激光切割产生的熔渣在重力和负压的双重作用下堆积在所述狭缝挡板24上，进一步使得堆积覆盖在切割道的衬底表面以及切割道边缘的晶圆20表面的熔渣量得到减少。
所述抽气单元设置于所述狭缝挡板24的外围另一侧，所述抽气单元用于将所述气体抽出；并且，在抽出所述气体的同时，在所述气体流动的带动下，还能将位于所述狭缝挡板24上的部分熔渣抽走。其中，优选所述狭缝挡板24的外围一侧与所述狭缝挡板24的外围另一侧为相对侧。
若所述激光切割装置仅包含所述狭缝挡板24，则所述吹气单元中的进气管路可以直接对准所述晶圆20与所述狭缝挡板24之间的靠近所述狭缝挡板24的位置吹送所述气体；所述抽气单元中的出气管路对准所述晶圆20与所述狭缝挡板24之间的靠近所述狭缝挡板24的位置进行抽气，或者，所述狭缝挡板24上设置有出气口243，所述抽气单元中的出气管路与所述出气口243连通，以通过所述出气口243抽出所述气体。
若所述激光切割装置包含所述狭缝挡板24和所述环形挡板25，则所述环形挡板25上可以设置有进气口242，所述进气口242与所述吹气单元中的进气管路连通，以通过所述进气口242吹送所述气体；所述环形挡板25或所述狭缝挡板24上设置有出气口243，所述抽气单元中的出气管路与所述出气口243连通，以通过所述出气口243抽出所述气体。
从上述内容可知，本发明的激光切割装置，通过将激光器设置于晶圆的下方，且在所述晶圆与所述激光器之间设置狭缝挡板，所述激光器发射的激光穿过所述狭缝挡板上的狭缝孔照射在所述晶圆的切割道上，以对所述切割道上的绝缘介质层和金属层进行切割，使得激光切割产生的熔渣能够在重力作用下掉落在所述狭缝挡板上，进而使得堆积覆盖在切割道的衬底表面以及切割道边缘的晶圆表面的熔渣量得到减少，降低切割异常，还能避免熔渣掉落在所述激光器上而损伤激光光源。
进一步的，所述激光切割装置还可包括所述吹气单元和所述抽气单元，所述吹气单元向所述狭缝挡板靠近所述晶圆的一侧吹送气体，以在所述狭缝挡板上方形成负压，使得激光切割产生的熔渣在重力和负压的双重作用下堆积在所述狭缝挡板上，进一步使得堆积覆盖在切割道的衬底表面以及切割道边缘的晶圆表面的熔渣量得到减少。
本发明一实施例提供一种晶圆切割方法，包括：
步骤S1、提供一晶圆，所述晶圆包括多个芯片区以及位于每个芯片区外围的切割道，在对切割道进行切割后获得芯片。所述切割道包括衬底以及形成于所述衬底上的绝缘介质层，所述绝缘介质层中形成有金属层。
步骤S2、采用所述的激光切割装置切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层。所述激光切割装置参阅上述描述，在此不再赘述。
在切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层之前，所述晶圆切割方法还包括：在所述晶圆表面覆盖保护层，所述保护层用于在后续采用刻蚀工艺切割所述切割道上的衬底时保护所述切割道以外的区域(含芯片区)不被刻蚀。并且，所述保护层还能在激光切割时保护所述切割道以外的区域，避免激光切割产生的熔渣附着在所述切割道以外的区域上。
所述保护层的材质可以为水溶性树脂。
在采用所述的激光切割装置切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层时，产生的瞬时高温会将所述切割道上的保护层、绝缘介质层和金属层气化，气态物质挥发时遇冷凝结形成熔渣，熔渣的成分为碳和金属氧化物等。
通过采用所述激光切割装置执行激光切割，使得堆积覆盖在切割道的衬底表面以及切割道边缘的晶圆表面的熔渣量得到明显减少，降低切割异常，还能避免熔渣掉落在所述激光器上而损伤激光光源。
通过控制所述激光器发出的激光的能量、速度以及切割次数等参数，来控制切割深度。
步骤S3、采用刻蚀工艺切割所述切割道上的衬底。刻蚀工艺可以为干法或湿法刻蚀。
其中，在所述步骤S2之后，将所述晶圆从所述激光切割装置中的承载台上取下，并将所述晶圆放置于刻蚀机台中，采用刻蚀工艺继续切割所述切割道上的衬底，以获得芯片。
由于堆积覆盖在所述切割道的衬底表面的熔渣量明显减少，使得对所述切割道上的衬底能够被刻蚀去除，降低切割异常。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (12)
1.一种激光切割装置，用于对固定于承载台上的晶圆进行切割，其特征在于，所述激光切割装置包括：
激光器，设置于所述晶圆的下方，所述激光器用于发射激光；
狭缝挡板，设置于所述晶圆与所述激光器之间，所述狭缝挡板具有一狭缝孔，所述激光穿过所述狭缝孔照射在所述晶圆的切割道上。
2.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述承载台上设置有吸附部件和/或夹持部件，以将所述晶圆固定于所述承载台上。
3.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述激光切割装置还包括聚焦单元，设置于所述狭缝挡板与所述激光器之间，所述聚焦单元用于将所述激光聚焦于所述狭缝孔中。
4.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述狭缝挡板靠近所述晶圆的一面设置有环形挡板。
5.如权利要求4所述的激光切割装置，其特征在于，所述狭缝挡板与所述环形挡板一体成型。
6.如权利要求4所述的激光切割装置，其特征在于，在垂直于所述晶圆的方向上，所述晶圆的投影位于所述环形挡板所环绕的区域内。
7.如权利要求1或4所述的激光切割装置，其特征在于，所述狭缝挡板的数量为至少两个，所述激光切割装置还包括旋转台，各个所述狭缝挡板间隔地设置于所述旋转台上，通过旋转所述旋转台更换所述晶圆与所述激光器之间的狭缝挡板。
8.如权利要求4所述的激光切割装置，其特征在于，所述激光切割装置还包括：
吹气单元，设置于所述狭缝挡板的外围一侧，所述吹气单元用于向所述狭缝挡板靠近所述晶圆的一侧吹送气体，以在所述狭缝挡板上方形成负压；
抽气单元，设置于所述狭缝挡板的外围另一侧，所述抽气单元用于将所述气体抽出。
9.如权利要求8所述的激光切割装置，其特征在于，所述环形挡板上设置有进气口，所述进气口与所述吹气单元连通；所述环形挡板或所述狭缝挡板上设置有出气口，所述抽气单元与所述出气口连通。
10.一种晶圆切割方法，其特征在于，包括：
提供一晶圆，所述晶圆包含多个切割道，所述切割道包括衬底以及形成于所述衬底上的绝缘介质层，所述绝缘介质层中形成有金属层；
采用如权利要求1～9中任一项所述的激光切割装置切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层；
采用刻蚀工艺切割所述切割道上的衬底。
11.如权利要求10所述的晶圆切割方法，其特征在于，在切割所述切割道上的绝缘介质层和金属层之前，所述晶圆切割方法还包括：
在所述晶圆表面覆盖保护层，所述保护层用于在采用刻蚀工艺切割所述切割道上的衬底时保护所述切割道以外的区域。
12.如权利要求11所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述保护层的材质为水溶性树脂。
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