CN1689145A - 激光加工 - Google Patents
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Abstract
用UV或绿色激光束6在冷冻的液体卤化物环境中加工硅体W。在加工部位附近用激光束局部加热液体卤化物足以引发硅体和液体卤化物之间的反应，这种反应加快了加工速度，提高了加工质量并减少了激光加工生成的碎片。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工，特别是含至少相当大部分硅的实体的激光加工。
背景技术
硅与所有的卤素剧烈反应生成四卤化硅。因此，硅与氟、F2、氯、Cl2、溴、Br2和碘、I2反应，分别生成氟化硅、SiF4、氯化硅、SiCl4、溴化硅、SiBr4和碘化硅、SiI4。与氟的反应在室温下进行，而其他反应要求加热到300℃以上。
从US5266532A和US5322988A获悉，卤化碳的存在加快了硅的烧蚀速度。卤化碳-硅反应的例子是
卤化碳和硅之间的反应不是自发的。该反应只有在高于硅的熔融阈值的能量下才会发生，因此非常具有定位性并适用于单步硅微细加工应用，例如晶圆切割(wafer dicing)、通孔(vias)和表面图案化。
发明内容
本发明的一个目的是提供与现有技术相比改进的硅加工。
按照本发明的第一个方面，提供了一种用激光束加工硅体(silicon body)的方法，包括下列步骤：在硅体的至少一个加工位置提供液体卤化物环境；将激光束对准在液体卤化物环境中的硅体的加工位置；在硅体的加工位置附近用激光束局部加热液体卤化物，加热程度足以在加工位置引发硅体和液体卤化物之间的化学反应；用激光束在加工位置加工硅体，由此在加工位置引发化学反应。
有利地，提供液体卤化物环境的步骤包括提供一种液体卤化碳环境。
方便地，对准激光束的步骤包括对准UV波长的激光束。
或者，对准激光束的步骤包括对准绿色可见光波长的激光束。
方便地，提供液体卤化物环境的步骤包括提供一个用于容纳液体卤化物的环境模拟箱。
优选地，提供液体卤化物的步骤包括提供一种冷冻的液体卤化物。
有利地，提供冷冻的液体卤化物的步骤包括在加工之前、之中和之后控制冷冻的液体卤化物的温度。
或者，提供液体卤化物环境的步骤包括提供用于至少向加工位置输送液体卤化物的气溶胶喷嘴装置。
方便地，提供液体卤化物环境的步骤包括提供一种含有选自氟、氯、溴和碘的卤素的卤化碳。
有利地，加工硅体的步骤包括控制硅体的温度以通过控制硅体的热负荷来充分防止对硅体的热损伤。
按照本发明的第二个方面，提供了一种激光加工设备，其含有：一个激光器；将激光束从激光器对准加工位置的装置；在至少加工位置周围提供受控液体卤化物环境的装置。
有利地，装配用于提供受控液体卤化物环境的装置以提供受控液体卤化碳环境。
方便地，提供用于受控液体卤化物的装置包括环境模拟箱装置。
优选地，环境模拟箱装置包括用于冷冻的液体卤化物的浴装置。
方便地，环境模拟箱装置包括用于液体卤化物的一个进口和一个出口，还包括一个气体出口。
优选地，环境模拟箱装置包括一个能够透过激光束的窗口，用以使激光束进入环境模拟箱装置内。
优选地，该窗口涂有抗反射涂层。
优选地，激光加工设备进一步包含用于给环境模拟箱装置提供冷冻液体卤化物的制冷装置。
有利地，装配该制冷装置以便在加工之前、之中和之后控制液体卤化物的温度。
优选地，用于提供受控液体卤化物环境的装置包括用于至少向加工位置输送液体卤化物的气溶胶喷嘴装置。
方便地，激光以紫外线波长发射。
或者，激光以绿色可见光波长发射。
优选地，激光加工设备进一步包含用于控制待加工的实体在加工位置的温度的温度控制装置，装配该装置以通过控制该实体的热负荷来充分防止对该实体的热损伤。
方便地，激光加工设备进一步包含用于对准激光束的远心透镜装置，其中冷冻的液体卤化物流基本充满远心透镜的视野。
附图说明
根据下文参照附图对仅作为例子的本发明一些具体实施方式的描述，可以更透彻地理解本发明，其中：
图1是按照本发明的激光加工设备的透视示意图；和
图2是图1的设备的平面图。
在这些图中，相同的参考数字代表相同的部件。
具体实施方式
参照图1和2，激光加工设备1包括带有液体进口3、液体出口4和气体出口5的不锈钢外壳。光学系统10安装在该外壳上方。通过涂有抗反射涂层的窗口15完成封闭的液体浴，该窗口可透过激光束以便使UV激光束进入浴中的硅晶片W上。或者，可以使用发射绿色可见光的激光束。
使用时，将晶片W置于外壳2中，并将四氟乙烷之类的冷冻液体卤化物经由进口3抽入浴中。或者，可以使用一些其他液体卤化物，特别是由氟、氯、溴或碘之类的卤素制成的液体卤化碳。进口3和出口4是制冷回路，以便使液体温度保持在等于或低于特定液体卤化物的气体转变温度。该浴至少部分装有液体。
可以在加工之前、之中和之后控制待加工的衬底W的温度和活性流体的温度，以便提高加工效率和加工质量。
可以改变晶片衬底W在周围环境中的温度，以便通过降低衬底中的热负荷并由此防止对衬底的热损伤，从而在激光加工过程中实现更好的热控制。
UV束6对准晶片W上期望的加工位置以进行期望的加工操作。局部地，即在加工位置上，激光束加热硅，使得周围紧邻的液体也被加热到气体转变温度以上，并且硅和气体的温度都足以产生反应。在这种情况下，大多数副产物都是气体而且经气体出口5排出。这些固体微粒分散在液体中而且没有重新沉积到晶片表面上。
这个系统的优点在于该系统使液体卤化物能够分布在待加工的衬底表面的相对较大的区域上，由此实现有效和一致的加工。对于使用基于电流计的扫描器、远心透镜和线形XY机动台在晶片衬底上进行的通孔结构、切割通道(dice lanes)或划线通道(scribe lanes)的激光加工，可以使冷冻的卤化物流最优化以完全充满远心透镜的视野(例如通常50毫米×50毫米大小)。因为冷冻卤化物在整个视野中都存在而且无需移动XY台，可以非常有效地加工该视野内所有的待加工部件。同样地，由于冷冻卤化物在视野中的均匀分步，可以对视野内的所有部件进行一致加工(即它们具有相似的深度和质量)。
因此，可以看出本发明提供了非常有效和高质量的激光加工。
本发明不限于上述具体实施方式，而是可以在构造和细节上进行变动。例如，液体可以含有卤化碳和其他液体的混合物。同样地，环境模拟箱可以部分装有冷冻的卤化碳液体，而剩余部分则充满气体。此外不仅可以使用UV，还可以使用绿色激光。还有可以存在一个以上的进口以便向环境模拟箱中加入其他液体或气体。
尽管本发明已经对加工硅体进行了描述，但本发明至少可用于加工任何含相当大部分硅的实体。这种实体的一个例子是含有数层半导体、金属、层间电介体和陶瓷材料的多层结构。该多层结构可以部分或全部在环境模拟箱中进行加工，其中选择流体类型和激光波长以便对各个材料层进行最有效的加工。在不同层的加工之间，可以将流体类型替换成下一层的加工最适合的另一种流体。
在环境模拟箱中进行激光加工后，取出衬底，如果需要，可以使用旋转-漂洗-干燥、超声波清洗和百万赫级超声波(megasonic)清洗之类的传统技术进行清洗。
Claims (24)
1.一种用激光束(6)加工硅体(W)的方法，包括下列步骤：
a.在所述硅体的至少一个加工位置提供液体卤化物环境；
b.将激光束对准在所述液体卤化物环境中的硅体的加工位置；
c.在所述硅体的加工位置附近用激光束局部加热液体卤化物，加热程度足以在该加工位置引发硅体和液体卤化物之间的化学反应；和
d.用激光束在所述加工位置加工硅体，由此在所述加工位置引发化学反应。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述提供液体卤化物环境的步骤包括提供一种液体卤化碳环境。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述对准激光束的步骤包括对准UV波长的激光束。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述对准激光束的步骤包括对准绿色可见光波长的激光束。
5.如上述权利要求任何一项所述的方法，其中所述提供液体卤化物环境的步骤包括提供一个用于容纳液体卤化物的环境模拟箱(2)。
6.如上述权利要求任何一项所述的方法，其中所述提供液体卤化物的步骤包括提供一种冷冻的液体卤化物。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述提供冷冻液体卤化物的步骤包括在加工之前、之中和之后控制冷冻的液体卤化物的温度。
8.如上述权利要求任何一项所述的方法，其中所述提供液体卤化物环境的步骤包括提供用于至少向加工位置输送液体卤化物的气溶胶喷嘴装置。
9.如上述权利要求任何一项所述的方法，其中所述提供液体卤化物环境的步骤包括提供一种含有选自氟、氯、溴和碘的卤素的卤化碳。
10.如上述权利要求任何一项所述的方法，其中所述加工硅体的步骤包括控制硅体的温度以通过控制硅体的热负荷来充分防止对硅体的热损伤。
11.一种激光加工设备(1)，包括：一个激光器；将来自激光器的激光束(6)对准加工位置的装置(10)；在至少加工位置周围提供受控液体卤化物环境的装置(2)。
12.如权利要求11所述的激光加工设备，其中装配所述用于提供受控液体卤化物环境的装置以提供受控液体卤化碳环境。
13.如权利要求11或12所述的激光加工设备，其中所述用于提供受控液体卤化物的装置包括环境模拟箱装置。
14.如权利要求13所述的激光加工设备，其中所述环境模拟箱装置包括用于冷冻的液体卤化物的浴装置。
15.如权利要求13或14所述的激光加工设备，其中所述环境模拟箱装置包括用于液体卤化物的一个进口(3)和一个出口(4)，还包括一个气体出口(5)。
16.如权利要求13至15任何一项所述的激光加工设备，其中所述环境模拟箱装置包括一个能够透过激光束的窗口(15)，用以使激光束(6)进入环境模拟箱装置内。
17.如权利要求16所述的激光加工设备，其中所述窗口涂有抗反射涂层。
18.如权利要求13至17任何一项所述的激光加工系统，包括用于给所述环境模拟箱装置提供冷冻的液体卤化物的制冷装置。
19.如权利要求18所述的激光加工系统，其中装配所述制冷装置以便在加工之前、之中和之后控制液体卤化物的温度。
20.如权利要求11至19任何一项所述的激光加工设备，其中所述用于提供受控液体卤化物环境的装置包括用于至少向所述加工位置输送液体卤化物的气溶胶喷嘴装置。
21.如权利要求11至20任何一项所述的激光加工设备，其中所述激光以紫外线波长发射。
22.如权利要求11至20任何一项所述的激光加工设备，其中所述激光以绿色可见光波长发射。
23.如权利要求11至22任何一项所述的激光加工系统，包括用于控制待加工实体(W)在加工位置的温度的温度控制装置，装配该装置以通过控制该实体的热负荷来充分防止对所述实体的热损伤。
24.如权利要求18或19所述的激光加工系统，进一步包括用于对准所述激光束的远心透镜装置，其中所述冷冻的液体卤化物流基本充满所述远心透镜的视野。
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