CN116871711A - 砷化镓晶圆的激光打标方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种砷化镓晶圆的激光打标方法及系统，方法包括：S1，在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜，所覆膜材是可透过所选用激光波长的透明膜材；S2，采用激光对覆膜后的晶圆进行打标，所采用的激光器为超短脉冲激光器；S3，激光打标完成后，去除晶圆表面的膜材，得到目标产品。本发明中，在砷化镓晶圆表面覆膜并进行透膜打标，覆膜可增加晶圆的刚性、防止翘曲，尤其可以防止激光标记过程中产生粉尘污染晶圆产品；采用超短脉冲激光器进行标记，在材料表面形成微结构，得到的标记效果清晰可见，点直径、深度均匀，圆度好；采用超短脉冲激光器进行标记，效率高、稳定性好，能有效地提高砷化镓晶圆打标质量。

Description

砷化镓晶圆的激光打标方法及系统

技术领域

本发明属于激光打标领域，具体涉及一种砷化镓晶圆的激光打标方法以及一种砷化镓晶圆的激光打标系统。

背景技术

砷化镓(GaAs)晶圆常用于电子领域，主要用于半导体制造；砷化镓晶圆具有低功耗和高效率，提供了更好的数据传输的连接性，可广泛应用于无线网络、移动通信、4G/5G基站、卫星通信等无线通信基础设施。

砷化镓晶圆激光标记的目的是标记晶圆ID，是半导体制程中不可缺少的步骤，主要是给每片晶圆标记代码，以保证整个后续制程链的可追踪性。传统纳秒激光直接对晶圆进行标记，在打标过程中会产生粉尘和大量堆积的残渣，粉尘超标会直接污染产品本身，而标记点周围大量的残渣以及粉尘会为后道工序带来隐患。另外，普通纳秒激光标记打点能量较不稳定，存在点直径、深度不均匀的问题，粉尘和残渣会导致砷化镓晶圆严重失效，影响后续工艺制程；如图3，为普通纳秒激光器在砷化镓晶圆上打标形成的标记结构，标记点深度约为3.08um，标记点周围残渣高度约为1.88um，残渣较多，为砷化镓晶圆后道加工工序带来隐患；从图4可以看出，标记点的圆度和清晰度较差；从图5可以看出，因残渣堆积导致标记点周围的轮廓线起伏较大。

发明内容

本发明涉及一种砷化镓晶圆的激光打标方法以及一种砷化镓晶圆的激光打标系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种砷化镓晶圆的激光打标方法，包括：

S1，在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜，所覆膜材对具有第一波长的第一激光全透过；

S2，采用超短脉冲激光器发出第一激光，对覆膜后的晶圆进行打标；

S3，激光打标完成后，去除晶圆表面的膜材，得到目标产品。

作为实施方式之一，所述第一激光为532nm绿光。

作为实施方式之一，所述激光器的脉宽范围为＜10ps。

作为实施方式之一，S3中，通过对晶圆照射UV光，使覆膜所用UV固化胶层附着力显著降低、粘性下降后，撕去所述膜材。

作为实施方式之一，S2中，激光打标时，激光光斑为微米级光斑。

作为实施方式之一，所述激光器所发射的激光经扩束镜扩束后，再进行聚焦，以得到所需尺寸的激光光斑。

作为实施方式之一，所述膜材对具有第二波长的第二激光不透过；

S1中，覆膜完成后，采用第二激光在所述膜材上加工形成若干微孔，所述微孔用于在激光打标过程中帮助加工烟气的排出。

作为实施方式之一，S2中，通过移动所述砷化镓晶圆和/或通过振镜控制激光光束的偏转，以便按设定的加工路径完成激光打标操作。

作为实施方式之一，S2中，还通过定位装置获得所述砷化镓晶圆的坐标位置信息，并将所述坐标位置信息发送给控制装置，以精确控制所述砷化镓晶圆的位置和/或控制所述振镜的动作。

本发明还涉及一种砷化镓晶圆的激光打标系统，包括：

用于在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜的覆膜装置；

用于对覆膜后的晶圆进行打标的激光加工装置，所述激光加工装置包括超短脉冲激光器。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明中，在砷化镓晶圆表面覆膜并进行透膜打标，覆膜可增加晶圆的刚性、防止翘曲，尤其可以防止激光标记过程中产生粉尘而污染晶圆产品。本发明使用超快激光超短脉冲激光器进行标记，其超短脉冲激光在很短时间内与砷化镓晶圆进行相互作用，在材料表面形成微结构，得到的标记效果清晰可见，点直径、深度均匀，圆度好，标记点周围残渣堆积高度不超过0.3微米；采用超短脉冲激光器进行标记，效率高、稳定性好，能有效地提高砷化镓晶圆打标质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的激光打标的系统组成示意图；

图2为本发明实施例提供的激光打标方法的流程示意图；

图3为背景技术提供的普通纳秒激光器在砷化镓晶圆上打标形成的标记结构的轮廓示意图(采用3D轮廓仪测量得到)；

图4为图3中的标记结构的2D图片；

图5为在图3中选取一标记点所得到的轮廓截面线示意图；

图6为本发明实施例提供的超短脉冲激光器在砷化镓晶圆上透膜打标形成的标记结构的轮廓示意图(采用3D轮廓仪测量得到)；

图7为图6中的标记结构的2D图片；

图8为图6中选取一标记点所得到的轮廓截面线示意图；

图9为图7中的标记结构放大100倍后的平面效果图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图2，本发明实施例提供一种砷化镓晶圆的激光打标方法，包括：

S1，在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜，所覆膜材500对具有第一波长的第一激光全透过，例如，该透明膜材500可透过532nm绿光；

S2，采用超短脉冲激光器发出第一激光，对覆膜后的晶圆进行打标；该激光器发出的光可透过S1中所选膜材500作用在砷化镓晶圆上，激光加工过程中不对膜材500造成影响；

S3，激光打标完成后，去除晶圆表面的膜材500，得到目标产品。

其中，S1中，采用晶圆覆膜机在砷化镓晶圆表面覆膜，通过揭去离型膜后，把底膜和紫外固化粘合层贴敷在砷化镓晶圆表面。优选为保证晶圆表面以及膜材500表面无脏污，覆膜过程中膜材500与晶圆完整贴合，避免气孔和皱褶。在其中一个实施例中，膜材500包括聚烯烃底膜、UV固化粘合层和聚酯纤维离型膜。

在其中一个实施例中，所述第一激光为532nm绿光，也即第一波长为532nm，可以获得较好的激光打标效果。

对于上述的超短脉冲激光器，优选为采用皮秒激光器；优选地，所述激光器的脉宽范围为＜10ps。

本实施例中，先在砷化镓晶圆表面覆膜，再透膜打标，可以防止激光标记过程中产生粉尘沉降而污染晶圆产品等，而且，覆膜可增加晶圆的刚性、防止翘曲，相应地提高晶圆加工质量。

传统激光加工方式如普通纳秒激光器打标是利用光的热效应对材料进行加工，会产生较多残渣，这些残渣附着在砷化镓晶圆表面；且热效应加工方式热影响明显，容易产生裂纹，普通纳秒激光器打点还存在能量较不稳定的情况。本实施例中，使用超短脉冲激光器进行标记，超短脉冲激光是利用场效应进行加工，其超短脉冲激光与砷化镓晶圆进行相互作用，在晶圆材料本体表面形成微结构，得到的标记效果清晰可见，标记点直径、深度均匀，圆度好；超短脉冲激光的整个加工过程中理论上不产生热，因此称为“冷加工”，不会产生热影响，可以避免对材料加工区域以外造成损伤。超短脉冲激光瞬时功率非常高，可以直接使材料电离，打断砷化镓晶圆的分子键，使晶圆加工区域部分材料气化后附着在上层膜材500上或从膜材500上激光加工出的微孔中逸出，标记点周围残渣堆积高度不超过0.3um，因此，通过在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜，可以便于加工烟尘的捕集和去除，尤其是当揭除膜材500时，能将附着的烟尘材料一并去除，相应地节省后续晶圆清洁的流程。

优选地，S3中，通过对激光加工过的覆膜晶圆照射UV光，UV光使覆膜所用UV固化胶层附着力显著降低、粘性下降后，撕去所述膜材500；具体地，通过UV光照射，使胶层发生化学反应使胶层变硬，附着力显著下降，可以轻松地撕下膜材500，并且在晶圆产品的表面无胶层残留。

优选地，S2中，激光打标时，激光光斑为微米级光斑，可以满足标记小尺寸字符的需求，尺寸精度非常高，从而保证砷化镓晶圆的激光打标质量；例如，该激光光斑尺寸在5-10μm范围内。在其中一个实施例中，所述激光器所发射的激光经扩束镜210扩束后，再进行聚焦，以得到所需尺寸的激光光斑；本实施例中，所述扩束镜210的放大倍数为2～5倍，可以获得上述尺寸的激光光斑；其中，加工的焦点位置为正焦位置。

在其中一个实施例中，上述膜材500对具有第二波长的第二激光不透过；

S1中，覆膜完成后，采用第二激光在所述膜材500上加工形成若干微孔，所述微孔用于在激光打标过程中帮助加工烟气的排出。基于该方案，在采用第一激光进行超短脉冲标记所能达到的加工效果基础上，激光打标过程中产生的少许加工烟尘至少部分地能够通过各微孔排出，可进一步提高标记点的质量、减少标记点周围残渣堆积高度，同时，也便于后续膜材500与晶圆之间的分离。

在其中一个实施例中，对于每个标记点，沿其边缘加工出一圈微孔，这种方式有助于加工烟气的均匀逸出。在另外的实施例中，在膜材500上加工出阵列排布的若干微孔，这种方式对于加工精度的要求相对较低，可提高加工效率。

其中，优选地，微孔加工时，采用纳米级激光光斑，也即微孔的直径是纳米级，例如，控制在700-900nm范围内。

可选地，第二激光的波长为355nm。

在其中一个实施例中，第一激光与第二激光通过同一激光头发出，其中，第一激光与第二激光通过不同的激光器发出，第一激光器通过第一光路组件与激光头连接，第二激光器通过第二光路组件与激光头连接，实现两台激光器共用一个激光头。优选地，第一激光器、第二激光器、第一光路组件、第二光路组件以及激光头集成为一台激光加工装置。基于上述方案，第二激光的聚焦操作可为第一激光的聚焦操作提供参照信息，从而能提高第一激光的聚焦精度和效率。

优选地，在激光打标过程中，可通过抽尘装置将经由微孔排出的烟尘抽走，而且，在抽尘装置产生的负压作用下，可便于烟尘从微孔排出以及定向去除。另外，由于膜材500的存在，即便排出的烟尘沉降，也是沉降在膜材500的表面，不会对砷化镓晶圆表面质量产生不利影响。

进一步优化上述激光打标方法，S2中，通过移动所述砷化镓晶圆和/或通过振镜220控制激光光束的偏转。在两种动作的配合下，按设定的加工路径完成激光打标操作，可以提高激光打标精度和加工质量。

其中，如图1，相应地配置有运动装置300，用以带动砷化镓晶圆移动；该运动装置300优选为能实现砷化镓晶圆在X向和Y向上的运动，X向和Y向均平行于水平面，例如采用二维水平滑台。进一步地，该运动装置300还能实现砷化镓晶圆在Z向上的运动，Z向平行于竖向，例如设置升降驱动设备等，上述二维水平滑台可以安装在该升降驱动设备的输出端。

优选地，如图1，上述激光器除包括激光器本体200外，还包括振镜220和透镜230，进一步可包括上述的扩束镜210。激光器本体200发出的激光经扩束镜210扩束后，通过振镜220偏转，再经由透镜230聚焦，在膜材500的上表面形成焦平面，完成激光打标处理。

通过振镜220的高速运转，配合上述运动装置300的动作，可以保证激光光斑聚焦在晶圆的目标加工点，因此能获得较高的加工精度。

进一步地，还配置有控制装置100，激光器和运动装置300分别与该控制装置100电性连接或通信连接，通过该控制装置100控制激光器和运动装置300，从而完成打标操作。

进一步优选地，S2中，还通过定位装置400获得所述砷化镓晶圆的坐标位置信息，并将所述坐标位置信息发送给控制装置100，以精确控制所述砷化镓晶圆的位置和/或控制所述振镜220的动作。其中，该定位装置400可以通过拍摄砷化镓晶圆的图像，经图像处理后，可得到该砷化镓晶圆的坐标位置信息。该定位装置400可以与控制装置100电性连接或通信连接，控制装置100采集该定位装置400所获得的晶圆位置信息，精确地定位该砷化镓晶圆和目标加工点，可以显著地提高激光打标精度和加工质量。

在其中一个实施例中，S2中，激光加工频率为300-500KHz，加工功率为5-20W，单脉冲能量为5-25μJ，振镜220扫描速度为800-1200mm/s；将激光加工参数控制在上述范围内，配合相应的打标过程控制手段，可以保证砷化镓晶圆的激光打标质量和加工效率，能获得较高的激光加工稳定性和可靠性。

实施例二

本实施例提供一种砷化镓晶圆的激光打标方法，包括：

①砷化镓晶圆预处理：用晶圆覆膜机在砷化镓晶圆表面覆膜，保证其表面无脏污；

②设备开机检查：确保所有设备的正常运行；

③调整扩束镜210倍数为3倍；

④控制装置100控制运动装置300移动到指定位置；

⑤调整砷化镓晶圆表面与透镜230之间的距离，使激光器聚焦光斑位置位于晶圆表面；

⑥编辑并导入待加工的砷化镓晶圆的加工图层，并调试好工艺参数，例如：振镜220扫描速度1000mm/s，频率400kHz，功率20％；

⑦使用激光器所配的红光预览功能或CCD定位装置400，定位到目标打标点，点击打标按键；

⑧完成激光标记；

⑨UV灯照射，撕下砷化镓晶圆表面的膜材500。

打标作业完成后，用3D轮廓仪对打标后的砷化镓晶圆表面的标记进行采集，对信息进行分析、测量和保存。如图6，为超短脉冲激光器在砷化镓晶圆上透膜打标形成的标记结构，标记点深度约为3.42um，且深度均匀，标记点周围残渣高度仅为0.26um，几乎没有熔渣残留，打标质量较高；由图7和图9可以看出，打标形成的点直径均匀，圆度好，标记清晰；由图8可以看出，标记点周围的轮廓线基本为直线，这是得益于标记点周围残渣较少而呈现出的效果。

实施例三

如图1，本发明实施例提供一种砷化镓晶圆的激光打标系统，包括：

用于在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜的覆膜装置；

用于对覆膜后的晶圆进行打标的激光加工装置，所述激光加工装置包括超短脉冲激光器。

其中，上述系统优选为形成产线加工形式，例如激光加工装置位于覆膜装置的下游。

上述激光打标系统进一步还可包括去膜装置，用于在激光打标完成后去除晶圆表面的膜材500。该去膜装置可以采用晶圆撕膜机等膜材去除设备；该去膜装置优选为布置在激光加工装置的下游。

其中，本实施例提供的激光打标系统可以用于实施上述实施例一或实施例二所涉及的激光打标方法，上述实施例一或实施例二中的相关内容也是适用于本实施例中的。例如：

(1)上述覆膜装置可采用晶圆覆膜机；

(2)上述超短脉冲激光器优选为采用皮秒激光器；

(3)上述激光加工装置包括第一激光器和第二激光器，第一激光器采用超短脉冲激光器，第二激光器用于发出具有第二波长的第二激光，在膜材500上加工形成若干微孔。

(4)上述激光加工装置还配置有运动装置300，用以带动砷化镓晶圆移动；该运动装置300优选为能实现砷化镓晶圆在X向和Y向上的运动，X向和Y向均平行于水平面，例如采用二维水平滑台。进一步地，该运动装置300还能实现砷化镓晶圆在Z向上的运动，Z向平行于竖向，例如设置升降驱动设备等，上述二维水平滑台可以安装在该升降驱动设备的输出端；

(4)上述超短脉冲激光器除包括激光器本体200外，还包括振镜220和透镜230，进一步可包括上述的扩束镜210。激光器本体200发出的激光经扩束镜210扩束后，通过振镜220偏转，再经由透镜230聚焦，在膜材500的上表面形成焦平面，完成激光打标处理；

(5)上述激光打标系统还包括控制装置100，覆膜装置、激光器分别与该控制装置100电性连接或通信连接(配置有运动装置300时，运动装置300也与该控制装置100电性连接或通信连接)，通过该控制装置100控制覆膜装置和激光器等，从而完成打标操作。

(6)上述激光加工装置还包括定位装置400，用于获取砷化镓晶圆的坐标位置信息，并将所述坐标位置信息发送给控制装置100，以精确控制所述砷化镓晶圆的位置和/或控制所述振镜220的动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于，包括：

S1，在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜，所覆膜材对具有第一波长的第一激光全透过；

S2，采用超短脉冲激光器发出第一激光，对覆膜后的晶圆进行打标；

S3，激光打标完成后，去除晶圆表面的膜材，得到目标产品。

2.如权利要求1所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于：所述第一激光为532nm绿光。

3.如权利要求1所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于：所述超短脉冲激光器的脉宽范围为＜10ps。

4.如权利要求1所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于：S3中，通过对晶圆照射UV光，使覆膜附着力显著下降、粘性下降后，撕去所述膜材。

5.如权利要求1所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于：S2中，激光打标时，激光光斑为微米级光斑。

6.如权利要求5所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于：所述激光器所发射的激光经扩束镜扩束后，再进行聚焦，以得到所需尺寸的激光光斑。

7.如权利要求1所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于，所述膜材对具有第二波长的第二激光不透过；

S1中，覆膜完成后，采用第二激光在所述膜材上加工形成若干微孔，所述微孔用于在激光打标过程中帮助加工烟气的排出。

8.如权利要求1所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于：S2中，通过移动所述砷化镓晶圆和/或通过振镜控制激光光束的偏转，以便按设定的加工路径完成激光打标操作。

9.如权利要求8所述的砷化镓晶圆的激光打标方法，其特征在于：S2中，还通过定位装置获得所述砷化镓晶圆的坐标位置信息，并将所述坐标位置信息发送给控制装置，以精确控制所述砷化镓晶圆的位置和/或控制所述振镜的动作。

10.一种砷化镓晶圆的激光打标系统，其特征在于，包括：

用于在待处理的砷化镓晶圆表面覆膜的覆膜装置；

用于对覆膜后的晶圆进行打标的激光加工装置，所述激光加工装置包括超短脉冲激光器。