專利名稱：襯底激光切片方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種采用激光設備對襯底切片的方法。本發(fā)明還涉及一種激光切片系統(tǒng)和一種包括激光切片策略代碼部分的計算機程序產(chǎn)品。此外，本發(fā)明還涉及一種硅管芯(die)。
背景技術(shù)：
在半導體工業(yè)中，采用諸如硅管芯的管芯制造芯片。這些管芯通常是通過對由適當材料構(gòu)成的襯底或晶片進行機械鋸割而大量獲取的。在對這些襯底進行切片的過程中，作為切片的結(jié)果，顯然要損失一定面積的襯底。
就晶片切片而言，已經(jīng)形成了這樣一種趨勢，即采用向晶片發(fā)射激光束的激光設備替代機械鋸割。這種切片方式的缺點在于，襯底切割邊緣的質(zhì)量傾向于相對較差。對于某些產(chǎn)品而言，作為不適于進行芯片制造的襯底的總的受影響區(qū)段的量度的街區(qū)寬度(street-width)為，例如，50微米。
WO03/090258公開了一種用于對襯底進行切片的程序控制脈沖激光束設備的使用。在切片之前、之中或之后采用氣體輸送設備向襯底提供氣體。在機械處理過程中，通過提供諸如氬氣或氦氣的不活潑惰性氣體防止管芯壁氧化?；蛘撸ㄟ^提供諸如含氯氟烴和鹵烴的活潑氣體降低管芯側(cè)壁的表面粗糙度以及附著到所述側(cè)壁上的碎屑量。通過這種方式提高了管芯的側(cè)壁質(zhì)量。
現(xiàn)有技術(shù)當中向襯底提供不活潑的惰性氣體的激光切片方法的缺點在于街區(qū)寬度相對較大。因而，有相當大的面積無法用于芯片生產(chǎn)，從而造成了成本的提高。此外，在襯底的激光分離過程中，活性氣體是無效的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低街區(qū)寬度的襯底激光切片方法和系統(tǒng)。
這一目的是通過提供一種采用激光設備對襯底切片的方法實現(xiàn)的，其包括的步驟有從所述激光設備向所述襯底提供激光束，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯；在所述切片方法的第一階段內(nèi)為所述襯底提供第一輔助氣體；以及在所述切片方法的第二后繼階段內(nèi)為所述襯底提供第二輔助氣體。
這一目的還通過提供一種激光切片系統(tǒng)實現(xiàn)，其包括激光設備、用于第一輔助氣體的第一容器、用于第二輔助氣體的第二容器和控制器，其中，所述激光設備用于生成對所述襯底切片的激光束，所述控制器用于在第一切片階段內(nèi)提供所述第一輔助進氣，以及在第二后繼切片階段內(nèi)提供所述第二輔助氣體。
這一目的還通過提供一種計算機程序產(chǎn)品實現(xiàn)，所述計算機程序產(chǎn)品可以加載在具有激光設備的激光切片系統(tǒng)的控制器內(nèi)，所述激光切片系統(tǒng)用于采用激光束對襯底切片，所述計算機程序產(chǎn)品包括實現(xiàn)下述步驟的激光切片策略代碼部分從所述激光設備向所述襯底提供激光束，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯；在第一切片階段內(nèi)向所述襯底提供第一輔助氣體，以及在第二后繼切片階段內(nèi)向所述襯底提供第二輔助氣體。
第一輔助氣體和第二輔助氣體的順次供應能夠?qū)η衅^程進行調(diào)整，以滿足切片過程中氣氛條件的各種要求，從而獲得高質(zhì)量管芯壁，以及相應降低的街區(qū)寬度。因而，增大了可用的襯底面積，進而提高了襯底的管芯數(shù)量或每一管芯的尺寸。優(yōu)選地，在提供第二輔助氣體之前停止第一輔助氣體的供應，從而使每一氣體的效果得到最佳的發(fā)揮。
由權(quán)利要求3和8界定的本發(fā)明的實施例提供了高質(zhì)量管芯側(cè)壁和降低的街區(qū)寬度的優(yōu)點。通過提供(例如)稀有氣體或氮氣得到的非氧化氣氛的效果在于保持切片跡線的側(cè)壁的高反射性，以強化切片過程的第一階段內(nèi)的切片。接下來提供的氧化氣氛的效果在于清除襯底材料的碎屑和飛沫，以防止此類碎屑和飛沫的形成。就硅襯底而言，我們發(fā)現(xiàn)與僅提供氮保護氣氛的情況相反，此時沒有硅沫，并且相應避免或至少減少了與這些硅沫的存在相關的裂縫的形成。
由權(quán)利要求4界定的本發(fā)明的實施例提供的優(yōu)點在于，氮氣成本相對較低，并且通?？梢栽诩す庠O備所在處獲得，因為激光設備自身也采用該氣體。
由權(quán)利要求5和9界定的本發(fā)明的實施例所提供的優(yōu)點在于，從所述第一輔助氣體到所述第二輔助氣體的切換時刻可以以簡單參數(shù)為基礎。半導體工業(yè)中的大多數(shù)襯底極為標準化，因而對于激光束的具體設置而言，在襯底上的每次掃描的切片效果是大家所熟知的。但是，應當認識到，可以以可選的或額外的方式提供傳感器，以指示從第一輔助氣體到第二輔助氣體的切換時刻。
應當認識到，可以將上述實施例或其諸方面結(jié)合起來。


將參考附圖對本發(fā)明做進一步的舉例說明，其中，附圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當理解，無論如何本發(fā)明都不限于所述具體優(yōu)選實施例。
在附圖中圖1示出了具有多個用于獲得管芯的切片跡線(lane)的襯底；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的激光切片系統(tǒng)的示意圖；圖3是圖2所示的激光切片系統(tǒng)的激光頭的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的時序圖；以及圖5A-5D以頂視圖和截面圖的形式示出了在氮氣氛中進行的激光切片實驗的結(jié)果以及首先在氮氣氛中隨后在氧化氣氛中進行的激光切片實驗的結(jié)果。
具體實施例方式
圖1示出了優(yōu)選為硅襯底的襯底1，通過激光切片由所述襯底獲得大量管芯2。切片跡線3是由襯底之上的一條或多條激光束切片掃描(dicing runs)得到的。為方便起見，在切片過程中，將襯底1設置在膠粘帶(未示出)上，從而在分割之后保持對所得部分或各個管芯2的控制。接下來，從所述帶上收集管芯2，并將其用于芯片制造。
圖2示意性地示出了激光切片系統(tǒng)10，其包括激光設備11、用于第一輔助氣體的第一容器12、用于第二輔助氣體的第二容器13和控制器14。圖3是圖2所示的激光切片系統(tǒng)10的激光頭的示意圖。
襯底1是215μm厚的硅晶片。但是，也可以采用具有不同厚度d的晶片，包括25μm或50μm厚的硅晶片。
激光設備11從激光源16發(fā)射激光束15，并將其經(jīng)由射束傳輸系統(tǒng)17傳送至襯底1，以誘發(fā)切片跡線3。激光設備11優(yōu)選為脈沖(Q開關)Nd:YAG激光器，其頻率為1-50kHz，脈沖寬度處于50-500納秒之間，峰強度處于0.5-2GW/cm2的范圍內(nèi)，焦點直徑處于5-10μm的范圍內(nèi)，射束質(zhì)量M2＜1.3。射束傳輸系統(tǒng)17包括多個本領域公知的組件，例如，反射鏡、波片、射束擴展器和聚焦透鏡L(參見圖3)等。也可以采用其他激光設備，例如波長處于1064nm到355nm的范圍內(nèi)的Nd:YVO(釩酸鹽)或Nd:YLF激光器。
將襯底1設置在定位工作臺18上，定位工作臺18包括轉(zhuǎn)動控制模塊19、z軸控制模塊20和x、y軸控制模塊21。從而在通過移動襯底1在襯底上提供切片跡線3的過程中，采用定位工作臺18的各定位模塊19、20和21使激光設備11保持其位置。
此外，激光切片系統(tǒng)10包括控制器14，例如具有存儲器22、微處理器以及信號輸入和信號輸出的計算機裝置，以控制激光切片系統(tǒng)10的各組件。例如，控制器14控制激光設備11的設置，例如脈沖寬度和峰強度等。此外，控制器14通過為定位工作臺18的各定位模塊19、20和21中的一個或多個提供適當?shù)目刂菩盘柖刂埔r底1的定位。
根據(jù)本發(fā)明，激光切片系統(tǒng)10還包括開關或閥門23，其用于在切片過程的第一階段從第一容器12提供第一輔助氣體，以及在切片過程的第二階段從第二容器13提供第二輔助氣體，其中，第二階段處于第一階段之后?？梢杂煽刂破?4控制閥門23。
第一容器12的第一輔助氣體是能夠在激光切片過程的第一階段為襯底1，更具體而言為切片跡線3提供非氧化氣氛的氣體。例如，可以通過提供足夠量的諸如氬氣或氦氣的稀有氣體或氮氣獲得所述非氧化氣氛。優(yōu)選采用氮氣，因為通常還要在射束傳輸系統(tǒng)17內(nèi)提供該氣體，以沖刷各光學部件。用于沖刷這些光學部件和用于提供非氧化氣氛的N2氣體可以源自于同一容器12。但是，優(yōu)選針對所述氣體供應采用單獨的容器，以實現(xiàn)激光頭的特定設計，從而優(yōu)化襯底1處的非氧化氣氛的供應。
第二容器13中的第二輔助氣體是能夠在激光切片過程的第二階段為襯底1，更具體而言為切片跡線3提供氧化氣氛的氣體。優(yōu)選通過提供氣態(tài)氧或含氧氣體獲得所述氧化性氣氛。
圖3示出了用于為襯底1提供第一和第二輔助氣體的獨立入口30和31。這些獨立入口可以實現(xiàn)對流向襯底1的氣流的更好的控制。應當認識到，在激光切片過程的第一階段，可以首先采用入口30和31二者提供第一輔助氣體，接下來，在激光切片過程的第二階段，可以采用入口30和31二者提供第二輔助氣體。由激光頭中的噴嘴基本平行于激光束15向襯底1輸送經(jīng)由入口30和31提供的氣體。可選地或額外地，可以在襯底1或切片跡線3的側(cè)面提供第一和/或第二輔助氣體。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的時序圖，所述方法采用了圖2所示的激光切片系統(tǒng)10。
首先，在控制器14的存儲器22內(nèi)加載用于實施對襯底1的激光切片的激光切片策略程序。所述程序含有的信息包括激光設備11的設置、將通過移動定位工作臺18實現(xiàn)的用于襯底切片的切片掃描以及從第一輔助氣體供應到第二輔助氣體供應的切換時刻。
可以通過很多方式確定從供應第一輔助氣體到供應第二輔助氣體的切換時刻。激光切片系統(tǒng)10可以設有一個或多個傳感器(未示出)，用來探測切片過程中襯底1的某種狀態(tài)?？梢詫⒖刂破?4連接至這些傳感器，控制器14可以基于與這些傳感器的測量結(jié)果相關的預定標準確定提供第二輔助氣體的時間。例如，傳感器可以監(jiān)測切片等離子體。
由于半導體工業(yè)中采用的襯底1得到了極好的標準化，因此確定從第一輔助氣體切換至第二輔助氣體的時刻可以不要求使用傳感器。對于得到了良好設計的激光切片系統(tǒng)10，隨后的(subsequent)襯底1通常表現(xiàn)出非常類似的情形。
通常不是通過單次切片掃描，即，激光束15在襯底1之上單次通過而完成對襯底1的切片的。切片跡線3通常是在多次通過之后形成的，其中，襯底1的背面B(參見圖3)最初不顯示任何分離痕跡。在后續(xù)的切片掃描中，將在背面B上產(chǎn)生分離圖案。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當分離圖案表現(xiàn)為由小孔構(gòu)成的軌跡時，即相鄰管芯2仍然通過各個襯底材料的橋接而相互連接時，能夠有利地提供第二輔助氣體。這樣的分離圖案的產(chǎn)生與在襯底上進行的切片掃描的數(shù)量直接相關。因此，對于給定襯底1和給定激光設置而言，當激光束15超過切片掃描的這一預定數(shù)量時，可以提供第二輔助氣體。
在圖4中，在t＝t0處提供激光束15。從t0到t1進行第一次切片掃描。假設在如前一段落所述出現(xiàn)分離圖案之前切片過程的第一階段需要五次切片掃描，因而需要t0到t5的時間間隔。在這一第一階段當中，通過控制器14的激光切片策略程序控制閥門23，從而將第一輔助氣體從第一容器12提供至襯底1。因而，由于避免了切片跡線3的側(cè)壁的氧化，保持了這些壁的反射性，由此實現(xiàn)了對用于對襯底1切片的激光能量的有效利用。
在時刻t5，已經(jīng)達到了預定數(shù)量的切片掃描，因而開始進入切片過程的第二階段?？刂破?4產(chǎn)生針對閥門23的控制信號，從而向襯底1提供氧氣，以提供氧化氣氛。從而燒掉碎屑和硅沫，獲得降低的街區(qū)寬度W(參見圖5C)。在經(jīng)過七次切片掃描之后，襯底1被沿切片跡線3切開。
注意，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對圖4的時序圖做出各種變型。例如，未必要在第一切片掃描過程中立即提供第一輔助氣體。而且，實際上由于(例如)輔助氣體供應管具有一定長度，其通常導致系統(tǒng)中的延遲，因此從第一輔助氣體到第二輔助氣體不存在瞬時切換。此外，第二輔助氣體的供應未必與最后一次切片掃描同時停止。
最后，圖5A-5D以頂視圖(圖5A和圖5C)和截面圖(圖5B和圖5D)的形式示出了激光切片實驗的結(jié)果。
圖5A和5B示出了經(jīng)過激光切片的硅襯底的照片，其中，切片是在存在氮氣的情況下執(zhí)行的。
圖5C和圖5D示出了經(jīng)過激光切片的硅襯底的照片，其中，切片是在根據(jù)本發(fā)明的首先存在氮氣隨后存在氧氣的情況下執(zhí)行的。顯然，顯著降低了街區(qū)寬度W，所述街區(qū)寬度W達到了20μm以下。此外，硅管芯的管芯側(cè)壁基本上消除了裂紋和硅沫。
應當承認，本發(fā)明不限于上述實施例。
權(quán)利要求
1.一種采用激光設備(11)對襯底(1)切片的方法，其包括的步驟有從所述激光設備向所述襯底提供激光束(15)，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯(2)；在所述切片方法的第一階段(t0-t5)內(nèi)，在所述襯底提供第一輔助氣體；以及在所述切片方法的第二后繼階段(t5-t7)內(nèi)，在所述襯底提供第二輔助氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基本在停止所述第一輔助氣體的供應之后提供所述第二輔助氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一輔助氣體為所述襯底提供非氧化氣氛，所述第二氣體為所述所述襯底提供氧化氣氛。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一輔助氣體包括氮氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一階段包括所述激光束(15)在所述襯底(1)之上的預定數(shù)量的切片掃描，在所述預定數(shù)量的切片掃描之后，提供所述第二輔助氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底(1)為硅晶片。
7.一種激光切片系統(tǒng)(10)，包括激光設備(11)、用于第一輔助氣體的第一容器(12)、用于第二輔助氣體的第二容器(13)和控制器(14)，其中，所述激光設備用于產(chǎn)生對所述襯底切片的激光束(15)，且其中所述控制器(14)用于在第一切片階段內(nèi)提供所述第一輔助氣體，并在第二后繼切片階段內(nèi)提供所述第二輔助氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光切片系統(tǒng)(10)，其中，所述第一輔助氣體用于在所述襯底提供非氧化氣氛，所述第二輔助氣體用于在所述襯底提供氧化氣氛。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光切片系統(tǒng)(10)，其中，所述第一階段具有所述激光束(15)在所述襯底(1)之上的預定數(shù)量的切片掃描，通過編程使所述控制器(14)對所述切片掃描的數(shù)量進行計數(shù)，從而在所述切片掃描數(shù)量超過所述預定切片掃描數(shù)量之后啟動所述第二輔助氣體的供應。
10.一種計算機程序產(chǎn)品，可以加載在具有激光設備(11)的激光切片系統(tǒng)(10)的控制器(14)內(nèi)，所述激光切片系統(tǒng)用于通過激光束(15)對襯底(1)切片，所述計算機程序產(chǎn)品包括用于實現(xiàn)下述目的的激光切片策略代碼部分從所述激光設備向所述襯底提供激光束，從而將所述襯底切片為至少兩個管芯；在第一切片階段內(nèi)在所述襯底提供第一輔助氣體；以及在第二后繼切片階段內(nèi)在所述襯底提供第二輔助氣體。
11.一種通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法得到的硅管芯(2)。
12.一種切片側(cè)壁沒有或基本沒有裂紋和硅沫的硅管芯(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用激光設備對襯底切片的方法，其包括的步驟有從所述激光設備向所述襯底提供激光束(15)，從而將所述襯底(1)切片為至少兩個管芯。在所述切片方法的第一階段內(nèi)向襯底提供第一輔助氣體，在所述切片方法的第二后繼階段內(nèi)向所述襯底提供第二輔助氣體。所述方法能夠在襯底的切片過程中形成降低的街區(qū)寬度，因而能夠節(jié)約成本高昂的襯底面積。本發(fā)明還涉及一種激光切片系統(tǒng)、一種用于執(zhí)行所述方法的計算機程序產(chǎn)品和一種可以通過所述方法得到的硅管芯。
文檔編號B23K26/14GK101036223SQ200580033867
公開日2007年9月12日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月5日
發(fā)明者安東尼厄斯·J.·亨德里克斯, 亨德里克·J.·克特勒瑞, 伊瓦爾·J.·博依夫金 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司