衬底激光切片方法

专利名称：衬底激光切片方法
技术领域：
本发明涉及一种采用激光设备对衬底切片的方法。本发明还涉及一种激光切片系统和一种包括激光切片策略代码部分的计算机程序产品。此外，本发明还涉及一种硅管芯(die)。
背景技术：
在半导体工业中，采用诸如硅管芯的管芯制造芯片。这些管芯通常是通过对由适当材料构成的衬底或晶片进行机械锯割而大量获取的。在对这些衬底进行切片的过程中，作为切片的结果，显然要损失一定面积的衬底。
就晶片切片而言，已经形成了这样一种趋势，即采用向晶片发射激光束的激光设备替代机械锯割。这种切片方式的缺点在于，衬底切割边缘的质量倾向于相对较差。对于某些产品而言，作为不适于进行芯片制造的衬底的总的受影响区段的量度的街区宽度(street-width)为，例如，50微米。
WO03/090258公开了一种用于对衬底进行切片的程序控制脉冲激光束设备的使用。在切片之前、之中或之后采用气体输送设备向衬底提供气体。在机械处理过程中，通过提供诸如氩气或氦气的不活泼惰性气体防止管芯壁氧化。或者，通过提供诸如含氯氟烃和卤烃的活泼气体降低管芯侧壁的表面粗糙度以及附着到所述侧壁上的碎屑量。通过这种方式提高了管芯的侧壁质量。
现有技术当中向衬底提供不活泼的惰性气体的激光切片方法的缺点在于街区宽度相对较大。因而，有相当大的面积无法用于芯片生产，从而造成了成本的提高。此外，在衬底的激光分离过程中，活性气体是无效的。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低街区宽度的衬底激光切片方法和系统。
这一目的是通过提供一种采用激光设备对衬底切片的方法实现的，其包括的步骤有从所述激光设备向所述衬底提供激光束，从而将所述衬底切片为至少两个管芯；在所述切片方法的第一阶段内为所述衬底提供第一辅助气体；以及在所述切片方法的第二后继阶段内为所述衬底提供第二辅助气体。
这一目的还通过提供一种激光切片系统实现，其包括激光设备、用于第一辅助气体的第一容器、用于第二辅助气体的第二容器和控制器，其中，所述激光设备用于生成对所述衬底切片的激光束，所述控制器用于在第一切片阶段内提供所述第一辅助进气，以及在第二后继切片阶段内提供所述第二辅助气体。
这一目的还通过提供一种计算机程序产品实现，所述计算机程序产品可以加载在具有激光设备的激光切片系统的控制器内，所述激光切片系统用于采用激光束对衬底切片，所述计算机程序产品包括实现下述步骤的激光切片策略代码部分从所述激光设备向所述衬底提供激光束，从而将所述衬底切片为至少两个管芯；在第一切片阶段内向所述衬底提供第一辅助气体，以及在第二后继切片阶段内向所述衬底提供第二辅助气体。
第一辅助气体和第二辅助气体的顺次供应能够对切片过程进行调整，以满足切片过程中气氛条件的各种要求，从而获得高质量管芯壁，以及相应降低的街区宽度。因而，增大了可用的衬底面积，进而提高了衬底的管芯数量或每一管芯的尺寸。优选地，在提供第二辅助气体之前停止第一辅助气体的供应，从而使每一气体的效果得到最佳的发挥。
由权利要求3和8界定的本发明的实施例提供了高质量管芯侧壁和降低的街区宽度的优点。通过提供(例如)稀有气体或氮气得到的非氧化气氛的效果在于保持切片迹线的侧壁的高反射性，以强化切片过程的第一阶段内的切片。接下来提供的氧化气氛的效果在于清除衬底材料的碎屑和飞沫，以防止此类碎屑和飞沫的形成。就硅衬底而言，我们发现与仅提供氮保护气氛的情况相反，此时没有硅沫，并且相应避免或至少减少了与这些硅沫的存在相关的裂缝的形成。
由权利要求4界定的本发明的实施例提供的优点在于，氮气成本相对较低，并且通常可以在激光设备所在处获得，因为激光设备自身也采用该气体。
由权利要求5和9界定的本发明的实施例所提供的优点在于，从所述第一辅助气体到所述第二辅助气体的切换时刻可以以简单参数为基础。半导体工业中的大多数衬底极为标准化，因而对于激光束的具体设置而言，在衬底上的每次扫描的切片效果是大家所熟知的。但是，应当认识到，可以以可选的或额外的方式提供传感器，以指示从第一辅助气体到第二辅助气体的切换时刻。
应当认识到，可以将上述实施例或其诸方面结合起来。


将参考附图对本发明做进一步的举例说明，其中，附图示意性地示出了根据本发明的优选实施例。应当理解，无论如何本发明都不限于所述具体优选实施例。
在附图中图1示出了具有多个用于获得管芯的切片迹线(lane)的衬底；图2是根据本发明的实施例的激光切片系统的示意图；图3是图2所示的激光切片系统的激光头的示意图；图4示出了根据本发明的实施例的方法的时序图；以及图5A-5D以顶视图和截面图的形式示出了在氮气氛中进行的激光切片实验的结果以及首先在氮气氛中随后在氧化气氛中进行的激光切片实验的结果。
具体实施例方式
图1示出了优选为硅衬底的衬底1，通过激光切片由所述衬底获得大量管芯2。切片迹线3是由衬底之上的一条或多条激光束切片扫描(dicing runs)得到的。为方便起见，在切片过程中，将衬底1设置在胶粘带(未示出)上，从而在分割之后保持对所得部分或各个管芯2的控制。接下来，从所述带上收集管芯2，并将其用于芯片制造。
图2示意性地示出了激光切片系统10，其包括激光设备11、用于第一辅助气体的第一容器12、用于第二辅助气体的第二容器13和控制器14。图3是图2所示的激光切片系统10的激光头的示意图。
衬底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。
激光设备11从激光源16发射激光束15，并将其经由射束传输系统17传送至衬底1，以诱发切片迹线3。激光设备11优选为脉冲(Q开关)Nd:YAG激光器，其频率为1-50kHz，脉冲宽度处于50-500纳秒之间，峰强度处于0.5-2GW/cm2的范围内，焦点直径处于5-10μm的范围内，射束质量M2＜1.3。射束传输系统17包括多个本领域公知的组件，例如，反射镜、波片、射束扩展器和聚焦透镜L(参见图3)等。也可以采用其他激光设备，例如波长处于1064nm到355nm的范围内的Nd:YVO(钒酸盐)或Nd:YLF激光器。
将衬底1设置在定位工作台18上，定位工作台18包括转动控制模块19、z轴控制模块20和x、y轴控制模块21。从而在通过移动衬底1在衬底上提供切片迹线3的过程中，采用定位工作台18的各定位模块19、20和21使激光设备11保持其位置。
此外，激光切片系统10包括控制器14，例如具有存储器22、微处理器以及信号输入和信号输出的计算机装置，以控制激光切片系统10的各组件。例如，控制器14控制激光设备11的设置，例如脉冲宽度和峰强度等。此外，控制器14通过为定位工作台18的各定位模块19、20和21中的一个或多个提供适当的控制信号而控制衬底1的定位。
根据本发明，激光切片系统10还包括开关或阀门23，其用于在切片过程的第一阶段从第一容器12提供第一辅助气体，以及在切片过程的第二阶段从第二容器13提供第二辅助气体，其中，第二阶段处于第一阶段之后。可以由控制器14控制阀门23。
第一容器12的第一辅助气体是能够在激光切片过程的第一阶段为衬底1，更具体而言为切片迹线3提供非氧化气氛的气体。例如，可以通过提供足够量的诸如氩气或氦气的稀有气体或氮气获得所述非氧化气氛。优选采用氮气，因为通常还要在射束传输系统17内提供该气体，以冲刷各光学部件。用于冲刷这些光学部件和用于提供非氧化气氛的N2气体可以源自于同一容器12。但是，优选针对所述气体供应采用单独的容器，以实现激光头的特定设计，从而优化衬底1处的非氧化气氛的供应。
第二容器13中的第二辅助气体是能够在激光切片过程的第二阶段为衬底1，更具体而言为切片迹线3提供氧化气氛的气体。优选通过提供气态氧或含氧气体获得所述氧化性气氛。
图3示出了用于为衬底1提供第一和第二辅助气体的独立入口30和31。这些独立入口可以实现对流向衬底1的气流的更好的控制。应当认识到，在激光切片过程的第一阶段，可以首先采用入口30和31二者提供第一辅助气体，接下来，在激光切片过程的第二阶段，可以采用入口30和31二者提供第二辅助气体。由激光头中的喷嘴基本平行于激光束15向衬底1输送经由入口30和31提供的气体。可选地或额外地，可以在衬底1或切片迹线3的侧面提供第一和/或第二辅助气体。
图4示出了根据本发明的实施例的方法的时序图，所述方法采用了图2所示的激光切片系统10。
首先，在控制器14的存储器22内加载用于实施对衬底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设备11的设置、将通过移动定位工作台18实现的用于衬底切片的切片扫描以及从第一辅助气体供应到第二辅助气体供应的切换时刻。
可以通过很多方式确定从供应第一辅助气体到供应第二辅助气体的切换时刻。激光切片系统10可以设有一个或多个传感器(未示出)，用来探测切片过程中衬底1的某种状态。可以将控制器14连接至这些传感器，控制器14可以基于与这些传感器的测量结果相关的预定标准确定提供第二辅助气体的时间。例如，传感器可以监测切片等离子体。
由于半导体工业中采用的衬底1得到了极好的标准化，因此确定从第一辅助气体切换至第二辅助气体的时刻可以不要求使用传感器。对于得到了良好设计的激光切片系统10，随后的(subsequent)衬底1通常表现出非常类似的情形。
通常不是通过单次切片扫描，即，激光束15在衬底1之上单次通过而完成对衬底1的切片的。切片迹线3通常是在多次通过之后形成的，其中，衬底1的背面B(参见图3)最初不显示任何分离痕迹。在后续的切片扫描中，将在背面B上产生分离图案。已经发现，当分离图案表现为由小孔构成的轨迹时，即相邻管芯2仍然通过各个衬底材料的桥接而相互连接时，能够有利地提供第二辅助气体。这样的分离图案的产生与在衬底上进行的切片扫描的数量直接相关。因此，对于给定衬底1和给定激光设置而言，当激光束15超过切片扫描的这一预定数量时，可以提供第二辅助气体。
在图4中，在t＝t0处提供激光束15。从t0到t1进行第一次切片扫描。假设在如前一段落所述出现分离图案之前切片过程的第一阶段需要五次切片扫描，因而需要t0到t5的时间间隔。在这一第一阶段当中，通过控制器14的激光切片策略程序控制阀门23，从而将第一辅助气体从第一容器12提供至衬底1。因而，由于避免了切片迹线3的侧壁的氧化，保持了这些壁的反射性，由此实现了对用于对衬底1切片的激光能量的有效利用。
在时刻t5，已经达到了预定数量的切片扫描，因而开始进入切片过程的第二阶段。控制器14产生针对阀门23的控制信号，从而向衬底1提供氧气，以提供氧化气氛。从而烧掉碎屑和硅沫，获得降低的街区宽度W(参见图5C)。在经过七次切片扫描之后，衬底1被沿切片迹线3切开。
注意，在不背离本发明的范围的情况下，可以对图4的时序图做出各种变型。例如，未必要在第一切片扫描过程中立即提供第一辅助气体。而且，实际上由于(例如)辅助气体供应管具有一定长度，其通常导致系统中的延迟，因此从第一辅助气体到第二辅助气体不存在瞬时切换。此外，第二辅助气体的供应未必与最后一次切片扫描同时停止。
最后，图5A-5D以顶视图(图5A和图5C)和截面图(图5B和图5D)的形式示出了激光切片实验的结果。
图5A和5B示出了经过激光切片的硅衬底的照片，其中，切片是在存在氮气的情况下执行的。
图5C和图5D示出了经过激光切片的硅衬底的照片，其中，切片是在根据本发明的首先存在氮气随后存在氧气的情况下执行的。显然，显著降低了街区宽度W，所述街区宽度W达到了20μm以下。此外，硅管芯的管芯侧壁基本上消除了裂纹和硅沫。
应当承认，本发明不限于上述实施例。
权利要求
1.一种采用激光设备(11)对衬底(1)切片的方法，其包括的步骤有从所述激光设备向所述衬底提供激光束(15)，从而将所述衬底切片为至少两个管芯(2)；在所述切片方法的第一阶段(t0-t5)内，在所述衬底提供第一辅助气体；以及在所述切片方法的第二后继阶段(t5-t7)内，在所述衬底提供第二辅助气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基本在停止所述第一辅助气体的供应之后提供所述第二辅助气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一辅助气体为所述衬底提供非氧化气氛，所述第二气体为所述所述衬底提供氧化气氛。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一辅助气体包括氮气。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一阶段包括所述激光束(15)在所述衬底(1)之上的预定数量的切片扫描，在所述预定数量的切片扫描之后，提供所述第二辅助气体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底(1)为硅晶片。
7.一种激光切片系统(10)，包括激光设备(11)、用于第一辅助气体的第一容器(12)、用于第二辅助气体的第二容器(13)和控制器(14)，其中，所述激光设备用于产生对所述衬底切片的激光束(15)，且其中所述控制器(14)用于在第一切片阶段内提供所述第一辅助气体，并在第二后继切片阶段内提供所述第二辅助气体。
8.根据权利要求7所述的激光切片系统(10)，其中，所述第一辅助气体用于在所述衬底提供非氧化气氛，所述第二辅助气体用于在所述衬底提供氧化气氛。
9.根据权利要求7所述的激光切片系统(10)，其中，所述第一阶段具有所述激光束(15)在所述衬底(1)之上的预定数量的切片扫描，通过编程使所述控制器(14)对所述切片扫描的数量进行计数，从而在所述切片扫描数量超过所述预定切片扫描数量之后启动所述第二辅助气体的供应。
10.一种计算机程序产品，可以加载在具有激光设备(11)的激光切片系统(10)的控制器(14)内，所述激光切片系统用于通过激光束(15)对衬底(1)切片，所述计算机程序产品包括用于实现下述目的的激光切片策略代码部分从所述激光设备向所述衬底提供激光束，从而将所述衬底切片为至少两个管芯；在第一切片阶段内在所述衬底提供第一辅助气体；以及在第二后继切片阶段内在所述衬底提供第二辅助气体。
11.一种通过根据权利要求1所述的方法得到的硅管芯(2)。
12.一种切片侧壁没有或基本没有裂纹和硅沫的硅管芯(2)。
全文摘要
本发明涉及一种采用激光设备对衬底切片的方法，其包括的步骤有从所述激光设备向所述衬底提供激光束(15)，从而将所述衬底(1)切片为至少两个管芯。在所述切片方法的第一阶段内向衬底提供第一辅助气体，在所述切片方法的第二后继阶段内向所述衬底提供第二辅助气体。所述方法能够在衬底的切片过程中形成降低的街区宽度，因而能够节约成本高昂的衬底面积。本发明还涉及一种激光切片系统、一种用于执行所述方法的计算机程序产品和一种可以通过所述方法得到的硅管芯。
文档编号B23K26/14GK101036223SQ200580033867
公开日2007年9月12日 申请日期2005年9月26日 优先权日2004年10月5日
发明者安东尼厄斯·J.·亨德里克斯, 亨德里克·J.·克特勒瑞, 伊瓦尔·J.·博依夫金 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司