CN106956084A - Low‑k材料激光去除工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Low‑k材料激光去除工艺及其设备,采用双光束激光分别聚焦后进行加工,一束激光整形成平顶光,对材料中间进行平滑加工,另外一束激光分成两个独立光点,对切割道两边进行修边。由此,将一束激光分成两束,分别进行整形和聚焦,其中一束用来加工中间区域去除中间部分,另外一束用来加工两边,确保加工的底部形貌是平坦的分布,提高加工效果和产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微加工方法及其设备,尤其涉及一种Low-k材料激光去除工艺及其设备。
背景技术
在集成电路及半导体领域,高速电子元器件集成度越来越高,在集成电路内部,由于ILD(Inter Layer Dielectrics,层间电介质)的存在,导线之间就不可避免地存在分布电容,或者称之为寄生电容。分布电容不仅影响芯片的速度,也对工作可靠性构成严重威胁。从电容器容量计算公式中我们可以看出,在结构不变的情况下,减少电介质的k值,可以减小电容的容量。因此,使用low-k电介质作为ILD,可以有效地降低互连线之间的分布电容,从而可使芯片总体性能提升10%左右。
由于low-k材料的松软结构和易渗透性,加上硅衬底上的铜材质的使用,使得传统的刀轮切割已经无法满足工业化需求,由于激光加工是非接触式加工,不会有应力产生,解决了机械接触式加工带来的崩边,效率低下,刀轮损耗大等问题,但是,普通的激光加工设备,由于激光是高斯分布,光束从激光器输出经过传输扩束,然后在聚焦镜下方汇聚,汇聚后的焦点用于材料的表面或者内部进行加工,焦点处的能量分布也是高斯分布,在划线及切割加工,加工后的截面呈现V型,对于Low-k加工而言,V型槽表面的中心及边缘区域还有部分Low-k材料并未被去除,高斯光中间能量分布很高,加工材料较快,去除效率高,而中心区域以外,能量分布较弱,材料去除效率低下,使得加工出来的形貌不平坦,即中间深边缘线的形貌,所以普通的激光***对Low-k层去除不够彻底,会有部分残留导致芯片报废。
如图2所示,为常见的示意图,第一激光器发出的激光束依次通过光闸2,45度反射镜3、扩束镜4、第一45度反射镜5、第二45度反射镜6、保护机构7、聚焦镜8、焦点9、焦点10。这种方案的缺点是,加工焦点为高斯光。高斯光的分布导致加工出来的切割道为V字形貌,效果不佳。
有鉴于上述的缺陷,本设计人,积极加以研究创新,以期创设一种Low-k材料激光去除工艺及其设备,使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种Low-k材料激光去除工艺。
本发明的Low-k材料激光去除工艺,其中:采用双光束激光分别聚焦后进行加工,一束激光整形成平顶光,对材料中间进行平滑加工,另外一束激光分成两个独立光点,对切割道两边进行修边。
进一步地,上述的Low-k材料激光去除工艺,其中,所述激光的波长为紫外波段,波长为343至355nm。
更进一步地,上述的Low-k材料激光去除工艺,其中,所述激光的波长为绿光波段,波长为400至700nm。
更进一步地,上述的Low-k材料激光去除工艺,其中,所述激光的波长为红外波段,波长为1025至1090nm。
更进一步地,上述的Low-k材料激光去除工艺,其中,所述平顶光为长条形,或是为多元高斯拟合而成的线性形貌。
Low-k材料激光去除设备,包括有设备支架,所述设备支架上安装有激光器,其特征在于:所述激光器的光路输出端设置有光闸,所述光闸的光路输出端设置有半波片,所述半波片光路输出端设置有偏振分光镜,所述偏振分光镜的光路输出端设有两条分支,包括P光分支与S光分支,
所述P光分支包括有第一45度反射镜,所述第一45度反射镜的90度反射路径上,安装有第二45度反射镜,所述第二45度反射镜的90度反射路径上,安装有第三45度反射镜,所述第三45度反射镜的90度反射路径上,安装有光束整形镜片,所述光束整形镜片的光路输出端设置有第一聚焦镜,
所述S光分支包括有第一反射镜,所述第一反射镜的90度反射路径上,安装有第二反射镜,所述第二反射镜的90度反射路径上,安装有第三反射镜,所述第三反射镜的光路输出端设置有分束镜,所述分束镜的光路输出端设置有聚焦镜。
更进一步地,上述的Low-k材料激光去除设备,其中,所述半波片上连接有旋转平台,所述旋转平台上安装有伺服电机或是纳米电机。
更进一步地,上述的Low-k材料激光去除设备,其中,所述激光器上设置有衰减器。借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
1、加工效率高,加工切割道形貌好。
2、第一聚焦镜产生的条形光斑,可以快速去切割道除中间区域的大面积材料,避免了单个圆形光斑的多次加工。
3、设有第二聚焦镜,可获得的两个光斑,可以一次完成边缘两边的加工,可以成倍提升加工效率,在两个聚焦镜的配合下,能够令加工效果得到最大的优化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是Low-k材料激光去除设备的结构示意图。(箭头为光路走向示意图)
图2是现有的加工设备示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1 激光器 2 光闸
3 半波片 4 偏振分光镜
5 第一45度反射镜 6 第二45度反射镜
7 第三45度反射镜 8 光束整形镜片
9 第一聚焦镜 10 第一反射镜
11 第二反射镜 12 第三反射镜
13 分束镜 14 聚焦镜
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1的Low-k材料激光去除工艺,其与众不同之处在于:采用双光束激光分别聚焦后进行加工,一束激光整形成平顶光,对材料中间进行平滑加工,另外一束激光分成两个独立光点,对切割道两边进行修边。具体来说,为了拥有不同的加工效果,满足Low-k材料激光去除,采用的激光的波长为紫外波段,波长为343至355nm。或者,激光的波长为绿光波段,波长为400至700nm。当然,考虑到某些特殊加工需要,亦可以为红外波段,波长为1025至1090nm。
结合本发明一较佳的实施方式来看,采用的平顶光为长条形。当然,还可以为多元高斯拟合而成的线性形貌。并且,平顶光为长条形相对于高斯分布的激光具有更高的加工效率和效果。
为了更好的实施本发明,先提供一种Low-k材料激光去除设备,其包括有设备支架,设备支架上安装有激光器1,其特点是:激光器1的光路输出端设置有光闸2,在光闸2的光路输出端设置有半波片3。同时,该半波片3光路输出端设置有偏振分光镜4,通过偏振分光镜4处理后的光路输出端设有两条分支,包括P光分支与S光分支,具体来说:
P光分支,包括有第一45度反射镜5,第一45度反射镜5的90度反射路径上,安装有第二45度反射镜6。同时,在第二45度反射镜6的90度反射路径上,安装有第三45度反射镜7。并且,第三45度反射镜7的90度反射路径上,安装有光束整形镜片8,光束整形镜片8的光路输出端设置有第一聚焦镜9。
采用的S光分支,包括有第一反射镜10,第一反射镜10的90度反射路径上,安装有第二反射镜11,第二反射镜11的90度反射路径上,安装有第三反射镜12。之后,第三反射镜12的光路输出端设置有分束镜13,分束镜13的光路输出端设置有聚焦镜14。
简单来说,激光经过打开后的光闸传输到半波片3后,变成偏振方向可调的线性偏振光,线性偏振光经过偏振分光镜4后分成两束激光。其中P光可以直接透过偏振分光镜4继续传播,S光被偏振分光镜4反射后进入第一反射镜10,形成两路独立传播的激光。
进一步来看,半波片3上连接有旋转平台(图中未示出),旋转平台上安装有伺服电机或是纳米电机。由此,满足360度旋转。旋转过程中,透过的P光和反射的S光功率发生变化,P光和S光此消彼长,从而达到功率调节的目的。并且,可获得不同角度的线性平顶光斑。同时,在激光器1上设置有衰减器。由此,可以实现任意功率组合,实现各种工艺需求。
本发明的工作原理如下:
实施例一
采用一台355nm紫外激光器,该激光器的输出功率为12W、脉冲宽度为90ns。激光经过打开后的光闸2传输到半波片3、后变成偏振方向可调的线性偏振光,线性偏振光经过偏振分光镜4后分成两束激光,其中P光可以直接透过偏振分光镜4继续传播,S光被偏振分光镜4反射后进入第一反射镜10,形成两路独立传播的激光。
中半波片3由一个伺服电机驱动可以360度旋转,旋转过程中透过的P光和反射的S光功率发生变化,P光和S光此消彼长,从而达到功率调节的目的。激光束分离出来的P光,经过反射镜5后继续传播至反射镜6和反射镜7,然后进入整形镜片8最后进入第一聚焦镜9,在第一聚焦镜9的焦点处形成一个条形平顶光斑,整形镜片8由纳米电机驱动,可以360度角度旋转,从而获得不同角度的线性平顶光斑。
S光反射后经过第一反射镜10、第二反射镜11、第三反射镜12,最后进入分束镜13最后经第二聚焦镜14汇聚,在焦点处形成两个分开的焦点。两束激光分别在材料的切割道中间和边缘完成加工。
实施例二
采用的激光器波长为355nm,脉冲宽度为20-120ns可变,激光器还可以是超短脉冲激光器,波长范围为355nm-1070nm。
实施期间,将半波片由伺服电机驱动,安装于圆形机构内,由电机带动转动,转动精度不小于0.5度。这样,随着角度的改变,偏振分光镜4输出功率会持续变化,其中偏振分光镜4可以是偏光立方体,也可以是薄膜偏振器。
再者,采用的第一聚焦镜9和第二聚焦镜14可以合并为一个,进一步提高加工效率。同时,偏振分光镜4亦可以采用陶瓷电机驱动,满足高精密的360度转动,随着分光器角度的变化,相对于平台的划线光斑间隔会随之改变,从而实现不同宽度的切割道加工。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出,采用本发明后,拥有如下优点:
1、加工效率高,加工切割道形貌好。
2、第一聚焦镜产生的条形光斑,可以快速去切割道除中间区域的大面积材料,避免了单个圆形光斑的多次加工。
3、设有第二聚焦镜,可获得的两个光斑,可以一次完成边缘两边的加工,可以成倍提升加工效率,在两个聚焦镜的配合下,能够令加工效果得到最大的优化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.Low-k材料激光去除工艺,其特征在于:采用双光束激光分别聚焦后进行加工,一束激光整形成平顶光,对材料中间进行平滑加工,另外一束激光分成两个独立光点,对切割道两边进行修边。
2.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺,其特征在于:所述激光的波长为紫外波段,波长为343至355nm。
3.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺,其特征在于:所述激光的波长为绿光波段,波长为400至700nm。
4.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺,其特征在于:所述激光的波长为红外波段,波长为1025至1090nm。
5.根据权利要求1所述的Low-k材料激光去除工艺,其特征在于:所述平顶光为长条形,或是为多元高斯拟合而成的线性形貌。
6.Low-k材料激光去除设备,包括有设备支架,所述设备支架上安装有激光器(1),其特征在于:所述激光器(1)的光路输出端设置有光闸(2),所述光闸(2)的光路输出端设置有半波片(3),所述半波片(3)光路输出端设置有偏振分光镜(4),所述偏振分光镜(4)的光路输出端设有两条分支,包括P光分支与S光分支,
所述P光分支包括有第一45度反射镜(5),所述第一45度反射镜(5)的90度反射路径上,安装有第二45度反射镜(6),所述第二45度反射镜(6)的90度反射路径上,安装有第三45度反射镜(7),所述第三45度反射镜(7)的90度反射路径上,安装有光束整形镜片(8),所述光束整形镜片(8)的光路输出端设置有第一聚焦镜(9),
所述S光分支包括有第一反射镜(10),所述第一反射镜(10)的90度反射路径上,安装有第二反射镜(11),所述第二反射镜(11)的90度反射路径上,安装有第三反射镜(12),所述第三反射镜(12)的光路输出端设置有分束镜(13),所述分束镜(13)的光路输出端设置有聚焦镜(14)。
7.根据权利要求6所述的Low-k材料激光去除设备,其特征在于:所述半波片(3)上连接有旋转平台,所述旋转平台上安装有伺服电机或是纳米电机。
8.根据权利要求6所述的Low-k材料激光去除设备,其特征在于:所述激光器(1)上设置有衰减器。
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