一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备。包括激光器、扩束镜、第一反射镜、λ/2波片、第二反射镜、空间光调制器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜、翻转镜、第三透镜、CCD相机、切割头、运动平台、安装在运动平台上的陶瓷吸片台、晶圆片和电脑。本实用新型专利技术利用空间光调制器波前调制特性，结合波前反馈技术，使用灵活，适应性广，加工效率高，是一种高效、高质量的晶圆切割技术。高质量的晶圆切割技术。高质量的晶圆切割技术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备


[0001]本技术涉及一种晶圆开槽切割设备，具体指，一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备，属于晶圆开槽切割


技术介绍

[0002]随着半导体技术的发展，高性能、高集成度半导体芯片的需求量越来越大，芯片的制作难度也越来越高。半导体芯片通常是在整片的衬底晶圆上进行集成电路元件结构沉积，然后进行晶圆切割，最后将切割后得到的各个晶粒进行封装。因此，晶圆切割的效果对芯片封装的性能和经济效益有着极大的影响。
[0003]晶圆切割最早使用的是刀片切割技术，即利用高速旋转的刀片对晶圆进行强力的磨削。但随着晶圆不断变薄、脆性增加，刀片切割技术的弱点愈技术显。在新一代半导体晶圆中，为了降低高集成度条件下的耦合及串扰，在制作过程中加入了低k材料。但低k材料与衬底材料的附着力较低，使用刀片切割时非常容易出现薄膜脱离和破碎等现象，大大降低产品的良品率。同时，伴随着晶圆的生长，中段和后段的所有的薄膜会累积在划片槽中，包含的典型材料有：Poly、Si3N4、SiO2、Ti(N)、W、SiCN、BD、Ta(N)、Cu、Al等。这些薄膜的存在进一步增加了晶圆切割的复杂度和难度。
[0004]激光由于具有一致性好、能量集中、自动化程度高和便于实现大规模生产等特点，在晶圆切割领域得到了广泛的应用，如激光隐形切割和激光开槽切割。激光隐形切割技术裂片质量好、加工效率高，在MEMS硅衬底晶圆或者碳化硅功率器件中有着广泛的应用。但是由于隐形切割需要将激光透过晶圆表面，聚焦在晶圆内部，导致激光隐形切割的适应性窄，只适用于切割道纯净的晶圆片或光片。对于生长完成的晶圆，切割道中存在不透光的沉积薄膜，因此无法使用激光隐形切割技术。
[0005]激光开槽切割适应性更广，但是当前采用的是单焦点的聚焦方式，单个焦点扫描产生的蚀除层深度浅，加工时需要重新调整焦点的深度进行多次扫描，会造成切割速度明显降低。而通过提高脉冲激光能量密度来加快晶圆的切割速度会导致熔渣喷溅、热影响区过大等缺陷，影响芯片的性能。

技术实现思路

[0006]本技术所要解决的技术问题在于提供一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备，能够根据晶圆片中切割道的特征，通过多束激光灵活调整切割方式。
[0007]为了解决上述问题，本技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备，包括激光器、扩束镜、第一反射镜、λ/2波片、第二反射镜、空间光调制器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜、翻转镜、第三透镜、CCD相机、切割头、运动平台、安装在运动平台上的陶瓷吸片台、晶圆片和电脑；
[0009]所述激光器发出的激光束入射到扩束镜中进行扩束，然后经过第一反射镜进入λ/2波片调整偏振角度，出射光束再经过第二反射镜调整入射角度后入射到加载了全息图的
空间光调制器上，光束经过空间光调制器后发生衍射，衍射光经过第一透镜和第二透镜进行成像传递，然后再经过翻转镜形成两路切换光路，翻转镜打开时光束经翻转镜反射到第三透镜中聚焦，并入射到CCD相机中，翻转镜关闭时光束透过翻转镜进入切割头中聚焦，用于切割放置在陶瓷吸片台上的晶圆片；
[0010]所述激光器、空间光调制器、翻转镜、CCD相机及运动平台由电脑统一控制。
[0011]进一步，所述激光器发射激光波长为100nm～1200nm，脉冲宽度为100ns～10fs，脉冲频率为1～2000KHz，偏振类型为线偏振光。
[0012]进一步，所述第一透镜与第二透镜构成4f系统，第一透镜的焦距f1和第二透镜的焦距f2均为30～1000mm。
[0013]进一步，所述空间滤波器位于第一透镜后一倍焦距处。
[0014]进一步，所述翻转镜由分束镜替换，所述分束镜的能量透过率为99％，反射率为1％。
[0015]进一步，所述切割头工作距离为5～50mm，孔径数值为0.09～0.65mm。
[0016]进一步，为获得最大的相位调制量，光束经过第二反射镜调整后入射到空间光调制器上的角度小于10
°
。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0018]1、本技术的晶圆切割设备利用空间光调制器波前调制特性，结合波前反馈技术，使用灵活，适应性广，适用于切割道复杂的多种类型的晶圆切割。
[0019]2、本技术能够使用多光束，光束数量和空间分布根据切割要求灵活调整，切割效率高，热效应小，有效提高了切割效率和切割质量。
[0020]3、本技术方便在切割过程中使用GS算法进行反馈迭代，光束的能量占比可控，进一步提升了晶圆切割的灵活性。
附图说明
[0021]图1为本技术基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备的原理示意图。
[0022]图2为本技术在切割过程中，多光束沿切割方向分布的示意图。
[0023]图3为本技术在切割过程中，多光束垂直于切割方向分布的示意图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例对本技术做进一步的详细说明。根据下面的说明，本技术的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本技术的优选实施例，而不是全部的实施例。
[0025]结合图1所示，一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备，包括：激光器1、扩束镜2、第一反射镜3、λ/2波片4、第二反射镜5、空间光调制器6、第一透镜7、空间滤波器8、第二透镜9、翻转镜10、第三透镜11、CCD相机12、切割头13、晶圆片14、陶瓷吸片台15、运动平台16和电脑17，所述陶瓷吸片台15安装在运动平台16上，所述晶圆片14放置在陶瓷吸片台15上。
[0026]所述激光器1发出的激光束入射到扩束镜2中进行扩束，然后经过第一反射镜3进入λ/2波片4调整偏振角度，出射光束再经过第二反射镜5调整入射角度后入射到加载了全
息图的空间光调制器6上。光束经过空间光调制器6后发生衍射，衍射光经过第一透镜7和第二透镜9进行成像传递，然后再经过翻转镜10形成两路切换光路，翻转镜10打开时光束经过翻转镜反射到第三透镜11中聚焦，并入射到CCD相机12中，翻转镜10关闭时光束透过翻转镜10进入切割头13中聚焦，用于切割放置在工作台16上的晶圆14，所述激光器1、空间光调制器6、翻转镜10、CCD相机12及运动平台16由电脑17统一协同控制。
[0027]所述激光器发射激光波长为355nm或532nm，脉冲宽度为10ps～10fs，激光器频率为400～600KHz。所述激光器1优选采用EdgeWave公司生产的紫外皮秒激光器，激光波长为355nm，脉冲宽度为12ps，脉冲频率为1～2000KHz，偏振类型为水平偏振的线偏振光。所述空间光调制器6优选为液晶空间光调制器，可采用Hamamatsu生产的纯相位空间光调制器，型号为X10468
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备，其特征在于：包括激光器、扩束镜、第一反射镜、λ/2波片、第二反射镜、空间光调制器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜、翻转镜、第三透镜、CCD相机、切割头、运动平台、安装在运动平台上的陶瓷吸片台、晶圆片和电脑；所述激光器发出的激光束入射到扩束镜中进行扩束，然后经过第一反射镜进入λ/2波片调整偏振角度，出射光束再经过第二反射镜调整入射角度后入射到加载了全息图的空间光调制器上，光束经过空间光调制器后发生衍射，衍射光经过第一透镜和第二透镜进行成像传递，然后再经过翻转镜形成两路切换光路，翻转镜打开时光束经翻转镜反射到第三透镜中聚焦，并入射到CCD相机中，翻转镜关闭时光束透过翻转镜进入切割头中聚焦，用于切割放置在陶瓷吸片台上的晶圆片；所述激光器、空间光调制器、翻转镜、CCD相机及运动平台由电脑统一控制。2.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的多光束晶圆开槽切割设备，其特征在于：所述激光器发射激光波长为100nm～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪于涛，王丽，罗海燕，李文兵，骆公序，袁山山，董岿然，
申请(专利权)人：上海市激光技术研究所，
类型：新型
国别省市：