TWI663675B - 基於雷射水射流的晶圓減薄設備及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種基於雷射水射流的晶圓減薄設備及方法，包括：靜電吸盤，適於吸附待減薄晶圓；水箱，位於靜電吸盤一側；水箱鄰近靜電吸盤的側壁設有通孔，水箱中的水經由通孔形成射向待減薄晶圓的水射流；水箱遠離靜電吸盤的側壁上設有貫穿水箱側壁的第一透鏡；雷射發射裝置，位於水箱遠離靜電吸盤一側；雷射發射裝置適於發射水平雷射光束；第二透鏡，位於水箱與雷射發射裝置之間；第二透鏡與第一透鏡適於將雷射發射裝置發射的水平雷射光束水平會聚於水射流內，並與水射流一起至待減薄晶圓的邊緣以對待減薄晶圓進行減薄。本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，透過使用雷射光束對待減薄晶圓進行減薄，操作簡單、減薄速度較快、耗時較短、效率更高。

Description

基於雷射水射流的晶圓減薄設備及方法
本發明屬於半導體技術領域，特別是涉及一種基於雷射水射流的晶圓減薄設備及方法。
在現有半導體製程中，晶圓減薄是常用的一種製程，現有一般採用CMP(化學機械拋光)製程對晶圓進行減薄。使用CMP製程對晶圓進行減薄處理時一般需要經過以下流程：先將晶圓進行粗磨、再將晶圓進行細磨，而後進行應力釋放，最後還要進行乾法、濕法刻蝕。現有的晶圓減薄製程存在如下問題：1.晶圓邊緣減薄效果不好；2.製程步驟繁瑣，對於碳化矽(SiC)、藍寶石或氮化鎵(GaN)等硬度較大的晶圓進行減薄時所需的時間較長。
鑒於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種基於雷射水射流的晶圓減薄設備及方法，用於解決現有技術中晶圓減薄製程存在的晶圓邊緣減薄效果不好的問題及減薄製程步驟繁瑣，對於SiC、藍寶石或GaN等硬度較大的晶圓進行減薄時所需的時間較長的問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基於雷 射水射流的晶圓減薄設備，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備包括：靜電吸盤，適於吸附待減薄晶圓；水箱，位於所述靜電吸盤一側，且與所述靜電吸盤具有間距；所述水箱鄰近所述靜電吸盤的側壁設有通孔，所述水箱中的水經由所述通孔形成射向所述待減薄晶圓的水射流；所述水箱遠離所述靜電吸盤的側壁上設有貫穿所述水箱側壁的第一透鏡，所述第一透鏡與所述通孔對應設置；雷射發射裝置，位於所述水箱遠離所述靜電吸盤一側，且與所述水箱具有間距；所述雷射發射裝置適於發射水平雷射光束；第二透鏡，位於所述水箱與所述雷射發射裝置之間，且與所述水箱及所述雷射發射裝置均具有間距；所述第二透鏡與所述第一透鏡配合使用，適於將所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束水平會聚於所述水射流內，並與所述水射流一起至所述待減薄晶圓的邊緣以對所述待減薄晶圓進行減薄。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述靜電吸盤包括射頻電極。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述通孔的寬度為3cm~30cm，高度為20μm~100μm。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的波長為500nm~600nm，最大功率為300W；所述水平雷射光束為脈衝雷射光束，每個脈衝持續的時間為150ns~400ns。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力為250Mpa~350Mpa。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選 方案，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括水泵，所述水泵適於向所述水箱內注水。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述水泵的壓力為5Mpa~50Mpa，所述水泵出口處的水流速為0.5L/min~10L/min。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括驅動裝置，所述驅動裝置與所述靜電吸盤相連接，適於驅動所述靜電吸盤以帶動所述待減薄晶圓上下運動或/及旋轉運動。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括厚度偵測裝置，適於即時偵測所述待減薄晶圓的厚度。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的一種優選方案，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括控制裝置，所述控制裝置與所述雷射發射裝置、所述水泵、所述驅動裝置及所述厚度偵測裝置相連接，適於依據所述厚度偵測裝置偵測的結果即時調節所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的參數、所述水泵的參數及所述驅動裝置對所述靜電吸盤的驅動。
本發明還提供一種基於雷射水射流的晶圓減薄方法，所述基於雷射水射流的晶圓減薄方法包括如下步驟：(1)將待減薄晶圓吸附於靜電吸盤上；(2)向所述待減薄晶圓噴射水射流的同時，使用雷射發射裝置向所述待減薄晶圓發射水平雷射光束，並使用透鏡將所述水平雷射光束水平 會聚於所述水射流內，與所述水射流一起至所述待減薄晶圓的邊緣以對所述待減薄晶圓進行減薄。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄方法的一種優選方案，在步驟(2)中所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的波長為500nm~600nm，最大功率為300W；所述水平雷射光束為脈衝雷射光束，每個脈衝持續的時間為150ns~400ns。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄方法的一種優選方案，在步驟(2)中使用所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力為250Mpa~350Mpa。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄方法的一種優選方案，在步驟(2)中在對所述待減薄晶圓進行減薄的過程中，使用驅動裝置驅動所述靜電吸盤以帶動所述待減薄晶圓上下運動或/及旋轉運動。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄方法的一種優選方案，在步驟(2)中對所述待減薄晶圓進行減薄的同時，使用厚度偵測裝置即時偵測所述待減薄晶圓的厚度。
作為本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄方法的一種優選方案，在步驟(2)中對所述待減薄晶圓進行減薄的同時，依據所述厚度偵測裝置偵測的結果，使用控制裝置即時調節所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的參數、所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力及所述驅動裝置對所述靜電吸盤的驅動。
如上所述，本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備及方法，具有以下有益效果：本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備通過使 用雷射光束對待減薄晶圓進行減薄，操作簡單、減薄速度較快、耗時較短、效率更高，透過設置厚度偵測裝置及控制裝置可以更精確地控制減薄厚度；同時，使用水射流與雷射光束配合對晶圓減薄，水射流可以對待減薄晶圓及靜電吸盤進行冷卻降溫，不需要額外的冷卻裝置，此外，水射流還可以及時帶走減薄產生的副產物，從而避免對待減薄晶圓表面造成損傷。
1‧‧‧靜電吸盤
2‧‧‧水箱
21‧‧‧通孔
3‧‧‧第一透鏡
4‧‧‧雷射發射裝置
41‧‧‧水平雷射光束
5‧‧‧第二透鏡
6‧‧‧待減薄晶圓
7‧‧‧水
71‧‧‧水射流
8‧‧‧厚度偵測裝置
圖1顯示為本發明實施例一中提供的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的俯視結構示意圖。
圖2顯示為本發明實施例一中提供的基於雷射水射流的晶圓減薄設備的正視結構示意圖。
圖3顯示為本發明實施例二中提供的基於雷射水射流的晶圓減薄方法的流程圖。
以下透過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
請參閱圖1至圖3。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，雖圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的元件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時 各元件的形態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其元件佈局形態也可能更為複雜。
實施例一：
請參閱圖1及圖2，本發明提供一種基於雷射水射流的晶圓減薄設備，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備包括：靜電吸盤1，所述靜電吸盤1適於吸附待減薄晶圓6；水箱2，所述水箱2位於所述靜電吸盤1一側，且與所述靜電吸盤1具有間距；所述水箱2鄰近所述靜電吸盤1的側壁設有通孔21，所述水箱2中的水7經由所述通孔21形成射向所述待減薄晶圓6的水射流71；所述水箱2遠離所述靜電吸盤1的側壁上設有貫穿所述水箱2側壁的第一透鏡3，所述第一透鏡3與所述通孔21對應設置；雷射發射裝置4，所述雷射發射裝置4位於所述水箱2遠離所述靜電吸盤1一側，且與所述水箱2具有間距；所述雷射發射裝置4適於發射水平雷射光束41；第二透鏡5，所述第二透鏡5位於所述水箱2與所述雷射發射裝置4之間，且與所述水箱2及所述雷射發射裝置4均具有間距；所述第二透鏡5與所述第一透鏡3配合使用，適於將所述雷射發射裝置4發射的水平雷射光束41水平會聚於所述水射流71內，並與所述水射流71一起至所述待減薄晶圓6的邊緣以對所述待減薄晶圓6進行減薄。本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備通過使用所述雷射發射裝置4發射的水平雷射光束41對所述待減薄晶圓6進行減薄，該設備操作簡單、減薄速度較快、耗時較短、效率更高；同時，使用所述水射流71與所述水平雷射光束41配合對所述待減薄晶圓6進行減薄，所述水射流71可以對所述待減薄晶圓6及所述靜電吸盤1進行冷卻降溫，不需要額外的冷卻裝置，此外，所述水射流71還可以及時帶走減薄產 生的副產物，從而避免對所述待減薄晶圓6表面造成損傷。
需要說明的是，所述第一透鏡3還可以為任意一種透明材料做成的透明視窗，所述第一透鏡3可以由玻璃窗口、透明晶體視窗或透明陶瓷視窗代替。
作為示例，所述靜電吸盤1還包括射頻電極(未示出)，所述射頻電極用於產生吸附所述待減薄晶圓6的靜電吸附力。
作為示例，所述通孔21的尺寸可以根據實際需要進行設定，優選地，本實施例中，所述通孔21的寬度為3cm~30cm，高度為20μm~100μm。
作為示例，所述雷射發射裝置4發射的水平雷射光束41的波長為500nm~600nm，最大功率為300W；所述水平雷射光束41為脈衝雷射光束，每個脈衝持續的時間為150ns~400ns。
作為示例，所述水射流71需要對所述待減薄晶圓6施加足夠的壓力，優選地，本實施例中，所述水射流71施加於所述待減薄晶圓6上的壓力為250Mpa~350Mpa。
作為示例，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括水泵(未示出)，所述水泵適於向所述水箱2內注水，並通過調節自身壓力、出口處的水流速以調節所述水射流71施加於所述待減薄晶圓6上的壓力。
作為示例，所述水泵的壓力為5Mpa~50Mpa，所述水泵出口處的水流速為0.5公升/分鐘(L/min)~10公升/分鐘(L/min)。
作為示例，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括驅動裝置(未示出)，所述驅動裝置與所述靜電吸盤1相連接，適於驅動所述 靜電吸盤1以帶動所述待減薄晶圓6根據實際需要做上下運動、旋轉運動或同時上下運動及旋轉運動。由於所述水射流71及水平會聚於所述待減薄晶圓6的雷射光束的位置固定，透過調整所述待減薄晶圓6的位置可以調整雷射光束對所述待減薄晶圓6的不同位置進行減薄，以使得減薄均勻性更好。
作為示例，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括厚度偵測裝置8，所述厚度偵測裝置8適於即時偵測所述待減薄晶圓6的厚度。
作為示例，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括控制裝置(未示出)，所述控制裝置與所述雷射發射裝置、所述水泵、所述驅動裝置及所述厚度偵測裝置8相連接，適於依據所述厚度偵測裝置8偵測的結果即時調節所述雷射發射裝置4發射的水平雷射光束41的參數、所述水泵的參數(所述水泵的壓力、出口處的水流速)及所述驅動裝置對所述靜電吸盤1的驅動。
實施例二：
請參閱圖3，本實施例還提供一種基於雷射水射流的晶圓減薄方法，所述基於雷射水射流的晶圓減薄方法基於實施例一中所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，所述基於雷射水射流的晶圓減薄方法包括如下步驟： (1)將待減薄晶圓吸附於靜電吸盤上； (2)向所述待減薄晶圓噴射水射流的同時，使用雷射發射裝置向所述待減薄晶圓發射水平雷射光束，並使用透鏡將所述水平雷射光束 水平會聚於所述水射流內，與所述水射流一起至所述待減薄晶圓的邊緣以對所述待減薄晶圓進行減薄。
作為示例，在步驟(2)中，所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的波長為500nm~600nm，最大功率為300W；所述水平雷射光束為脈衝雷射光束，每個脈衝持續的時間為150ns~400ns。
作為示例，在步驟(2)中，使用所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力為250Mpa~350Mpa。
作為示例，在步驟(2)中，在對所述待減薄晶圓進行減薄的過程中，使用驅動裝置驅動所述靜電吸盤以帶動所述待減薄晶圓上下運動或/及旋轉運動。
作為示例，在步驟(2)中，對所述待減薄晶圓進行減薄的同時，使用厚度偵測裝置即時偵測所述待減薄晶圓的厚度。
作為示例，在步驟(2)中，對所述待減薄晶圓進行減薄的同時，依據所述厚度偵測裝置偵測的結果，使用控制裝置即時調節所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的參數、所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力及所述驅動裝置對所述靜電吸盤的驅動。
本發明的所述基於雷射水射流的晶圓減薄方法步驟簡單、易於實現、減薄速度較快、耗時較短、效率更高，可以更精確地控制減薄厚度。
綜上所述，本發明提供一種基於雷射水射流的晶圓減薄設備及方法，所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備包括：靜電吸盤，適於吸附待減薄晶圓；水箱，位於所述靜電吸盤一側，且與所述靜電吸盤具有間 距；所述水箱鄰近所述靜電吸盤的側壁設有通孔，所述水箱中的水經由所述通孔形成射向所述待減薄晶圓的水射流；所述水箱遠離所述靜電吸盤的側壁上設有貫穿所述水箱側壁的第一透鏡，所述第一透鏡與所述通孔對應設置；雷射發射裝置，位於所述水箱遠離所述靜電吸盤一側，且與所述水箱具有間距；所述雷射發射裝置適於發射水平雷射光束；第二透鏡，位於所述水箱與所述雷射發射裝置之間，且與所述水箱及所述雷射發射裝置均具有間距；所述第二透鏡與所述第一透鏡配合使用，適於將所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束水平會聚於所述水射流內，並與所述水射流一起至所述待減薄晶圓的邊緣以對所述待減薄晶圓進行減薄。本發明的基於雷射水射流的晶圓減薄設備通過使用雷射光束對待減薄晶圓進行減薄，操作簡單、減薄速度較快、耗時較短、效率更高，通過設置厚度偵測裝置及控制裝置可以更精確地控制減薄厚度；同時，使用水射流與雷射光束配合對晶圓減薄，水射流可以對待減薄晶圓及靜電吸盤進行冷卻降溫，不需要額外的冷卻裝置，此外，水射流還可以及時帶走減薄產生的副產物，從而避免對待減薄晶圓表面造成損傷。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利範圍所涵蓋。

Claims (16)

  1. 一種基於雷射水射流的晶圓減薄設備，包括：靜電吸盤，適於吸附待減薄晶圓；水箱，位於所述靜電吸盤一側，且與所述靜電吸盤具有間距；所述水箱鄰近所述靜電吸盤的側壁設有通孔，所述水箱中的水經由所述通孔形成射向所述待減薄晶圓的水射流；所述水箱遠離所述靜電吸盤的側壁上設有貫穿所述水箱側壁的第一透鏡，所述第一透鏡與所述通孔對應設置；雷射發射裝置，位於所述水箱遠離所述靜電吸盤一側，且與所述水箱具有間距；所述雷射發射裝置適於發射水平雷射光束；第二透鏡，位於所述水箱與所述雷射發射裝置之間，且與所述水箱及所述雷射發射裝置均具有間距；所述第二透鏡與所述第一透鏡配合使用，適於將所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束水平會聚於所述水射流內，並與所述水射流一起至所述待減薄晶圓的邊緣以對所述待減薄晶圓進行減薄。
  2. 如請求項1所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述靜電吸盤包括射頻電極。
  3. 如請求項1所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述通孔的寬度為3cm~30cm，高度為20 μm~100 μm。
  4. 如請求項1所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的波長為500nm~600nm，最大功率為300W；所述水平雷射光束為脈衝雷射光束，每個脈衝持續的時間為150ns~400ns。
  5. 如請求項1所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力為250Mpa~350Mpa。
  6. 如請求項1所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括水泵，所述水泵適於向所述水箱內注水。
  7. 如請求項6所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述水泵的壓力為5Mpa~50Mpa，所述水泵出口處的水流速為0.5公升/分鐘(L/min)~10公升/分鐘(L/min)。
  8. 如請求項5或6所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括驅動裝置，所述驅動裝置與所述靜電吸盤相連接，適於驅動所述靜電吸盤以帶動所述待減薄晶圓上下運動或/及旋轉運動。
  9. 如請求項8所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括厚度偵測裝置，適於即時偵測所述待減薄晶圓的厚度。
  10. 如請求項9所述的基於雷射水射流的晶圓減薄設備，其中所述基於雷射水射流的晶圓減薄設備還包括控制裝置，所述控制裝置與所述雷射發射裝置、所述水泵、所述驅動裝置及所述厚度偵測裝置相連接，適於依據所述厚度偵測裝置偵測的結果即時調節所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的參數、所述水泵的參數及所述驅動裝置對所述靜電吸盤的驅動。
  11. 一種基於雷射水射流的晶圓減薄方法，包括如下步驟：步驟(1)將待減薄晶圓吸附於靜電吸盤上；步驟(2)向所述待減薄晶圓噴射水射流的同時，使用雷射發射裝置向所述待減薄晶圓發射水平雷射光束，並使用透鏡將所述水平雷射光束水平會聚於所述水射流內，與所述水射流一起至所述待減薄晶圓的邊緣 以對所述待減薄晶圓進行減薄。
  12. 如請求項11所述的基於雷射水射流的晶圓減薄方法，其中所述步驟(2)中，所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的波長為500nm~600nm，最大功率為300W；所述水平雷射光束為脈衝雷射光束，每個脈衝持續的時間為150ns~400ns。
  13. 如請求項11所述的基於雷射水射流的晶圓減薄方法，其中所述步驟(2)中，使用所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力為250Mpa~350Mpa。
  14. 如請求項11所述的基於雷射水射流的晶圓減薄方法，其中所述步驟(2)中，在對所述待減薄晶圓進行減薄的過程中，使用驅動裝置驅動所述靜電吸盤以帶動所述待減薄晶圓上下運動或/及旋轉運動。
  15. 如請求項14所述的基於雷射水射流的晶圓減薄方法，其中所述步驟(2)中，對所述待減薄晶圓進行減薄的同時，使用厚度偵測裝置即時偵測所述待減薄晶圓的厚度。
  16. 如請求項15所述的基於雷射水射流的晶圓減薄方法，其中所述步驟(2)中，對所述待減薄晶圓進行減薄的同時，依據所述厚度偵測裝置偵測的結果，使用控制裝置即時調節所述雷射發射裝置發射的水平雷射光束的參數、所述水射流施加於所述待減薄晶圓的壓力及所述驅動裝置對所述靜電吸盤的驅動。
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