CN108269740A - 基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法 - Google Patents

基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法，包括：静电吸盘，适于吸附待减薄晶圆；水箱，位于静电吸盘一侧；水箱邻近静电吸盘的侧壁设有通孔，水箱中的水经由通孔形成射向待减薄晶圆的水射流；水箱远离静电吸盘的侧壁上设有贯穿水箱侧壁的第一透镜；激光发射装置，位于水箱远离静电吸盘一侧；激光发射装置适于发射水平激光束；第二透镜，位于水箱与激光发射装置之间；第二透镜与第一透镜适于将激光发射装置发射的水平激光束水平汇聚于水射流内，并与水射流一起至待减薄晶圆的边缘以对待减薄晶圆进行减薄。本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备通过使用激光束对待减薄晶圆进行减薄，操作简单、减薄速度较快、耗时较短、效率更高。

Description

基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法。
背景技术
在现有半导体工艺中，晶圆减薄是常用的一种工艺，现有一般采用CMP(化学机械抛光)工艺对晶圆进行减薄。使用CMP工艺对晶圆进行减薄处理时一般需要经过以下流程：先将晶圆进行粗磨、再将晶圆进行细磨，而后进行应力释放，最后还要进行干法、湿法刻蚀。现有的晶圆减薄工艺存在如下问题：1.晶圆边缘减薄效果不好；2.工艺步骤繁琐，对于SiC、蓝宝石或GaN等硬度较大的晶圆进行减薄时所需的时间较长。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法，用于解决现有技术中晶圆减薄工艺存在的晶圆边缘减薄效果不好的问题及减薄工艺步骤繁琐，对于SiC、蓝宝石或GaN等硬度较大的晶圆进行减薄时所需的时间较长的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于激光水射流的晶圆减薄设备，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备包括：
静电吸盘，适于吸附待减薄晶圆；
水箱，位于所述静电吸盘一侧，且与所述静电吸盘具有间距；所述水箱邻近所述静电吸盘的侧壁设有通孔，所述水箱中的水经由所述通孔形成射向所述待减薄晶圆的水射流；所述水箱远离所述静电吸盘的侧壁上设有贯穿所述水箱侧壁的第一透镜，所述第一透镜与所述通孔对应设置；
激光发射装置，位于所述水箱远离所述静电吸盘一侧，且与所述水箱具有间距；所述激光发射装置适于发射水平激光束；
第二透镜，位于所述水箱与所述激光发射装置之间，且与所述水箱及所述激光发射装置均具有间距；所述第二透镜与所述第一透镜配合使用，适于将所述激光发射装置发射的水平激光束水平汇聚于所述水射流内，并与所述水射流一起至所述待减薄晶圆的边缘以对所述待减薄晶圆进行减薄。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述静电吸盘包括射频电极。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述通孔的宽度为3cm～30cm，高度为20μm～100μm。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述激光发射装置发射的水平激光束的波长为500nm～600nm，最大功率为300W；所述水平激光束为脉冲激光束，每个脉冲持续的时间为150ns～400ns。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力为250Mpa～350Mpa。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括水泵，所述水泵适于向所述水箱内注水。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述水泵的压力为5Mpa～50Mpa，所述水泵出口处的水流速为0.5L/min～10L/min。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括驱动装置，所述驱动装置与所述静电吸盘相连接，适于驱动所述静电吸盘以带动所述待减薄晶圆上下运动或/及旋转运动。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括厚度侦测装置，适于实时侦测所述待减薄晶圆的厚度。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备的一种优选方案，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括控制装置，所述控制装置与所述激光发射装置、所述水泵、所述驱动装置及所述厚度侦测装置相连接，适于依据所述厚度侦测装置侦测的结果实时调节所述激光发射装置发射的水平激光束的参数、所述水泵的参数及所述驱动装置对所述静电吸盘的驱动。
本发明还提供一种基于激光水射流的晶圆减薄方法，所述基于激光水射流的晶圆减薄方法包括如下步骤：
1)将待减薄晶圆吸附于静电吸盘上；
2)向所述待减薄晶圆喷射水射流的同时，使用激光发射装置向所述待减薄晶圆发射水平激光束，并使用透镜将所述水平激光束水平汇聚于所述水射流内，与所述水射流一起至所述待减薄晶圆的边缘以对所述待减薄晶圆进行减薄。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄方法的一种优选方案，步骤2)中，所述激光发射装置发射的水平激光束的波长为500nm～600nm，最大功率为300W；所述水平激光束为脉冲激光束，每个脉冲持续的时间为150ns～400ns。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄方法的一种优选方案，步骤2)中，使用所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力为250Mpa～350Mpa。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄方法的一种优选方案，步骤2)中，在对所述待减薄晶圆进行减薄的过程中，使用驱动装置驱动所述静电吸盘以带动所述待减薄晶圆上下运动或/及旋转运动。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄方法的一种优选方案，步骤2)中，对所述待减薄晶圆进行减薄的同时，使用厚度侦测装置实时侦测所述待减薄晶圆的厚度。
作为本发明的基于激光水射流的晶圆减薄方法的一种优选方案，步骤2)中，对所述待减薄晶圆进行减薄的同时，依据所述厚度侦测装置侦测的结果，使用控制装置实时调节所述激光发射装置发射的水平激光束的参数、所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力及所述驱动装置对所述静电吸盘的驱动。
如上所述，本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法，具有以下有益效果：本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备通过使用激光束对待减薄晶圆进行减薄，操作简单、减薄速度较快、耗时较短、效率更高，通过设置厚度侦测装置及控制装置可以更精确地控制减薄厚度；同时，使用水射流与激光束配合对晶圆减薄，水射流可以对待减薄晶圆及静电吸盘进行冷却降温，不需要额外的冷却装置，此外，水射流还可以及时带走减薄产生的副产物，从而避免对待减薄晶圆表面造成损伤。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的基于激光水射流的晶圆减薄设备的俯视结构示意图。
图2显示为本发明实施例一中提供的基于激光水射流的晶圆减薄设备的正视结构示意图。
图3显示为本发明实施例二中提供的基于激光水射流的晶圆减薄方法的流程图。
元件标号说明
1 静电吸盘
2 水箱
21 通孔
3 第一透镜
4 水平激光束
5 第二透镜
6 待减薄晶圆
7 水
71 水射流
8 厚度侦测装置
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1及图2，本发明提供一种基于激光水射流的晶圆减薄设备，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备包括：静电吸盘1，所述静电吸盘1适于吸附待减薄晶圆6；水箱2，所述水箱2位于所述静电吸盘1一侧，且与所述静电吸盘1具有间距；所述水箱2邻近所述静电吸盘1的侧壁设有通孔21，所述水箱2中的水7经由所述通孔21形成射向所述待减薄晶圆6的水射流71；所述水箱2远离所述静电吸盘1的侧壁上设有贯穿所述水箱2侧壁的第一透镜3，所述第一透镜3与所述通孔21对应设置；激光发射装置(未示出)，所述激光发射装置位于所述水箱2远离所述静电吸盘1一侧，且与所述水箱2具有间距；所述激光发射装置适于发射水平激光束4；第二透镜5，所述第二透镜5位于所述水箱2与所述激光发射装置之间，且与所述水箱2及所述激光发射装置均具有间距；所述第二透镜5与所述第一透镜3配合使用，适于将所述激光发射装置发射的水平激光束4水平汇聚于所述水射流71内，并与所述水射流71一起至所述待减薄晶圆6的边缘以对所述待减薄晶圆6进行减薄。本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备通过使用所述激光发射装置发射的水平激光束4对所述待减薄晶圆6进行减薄，该设备操作简单、减薄速度较快、耗时较短、效率更高；同时，使用所述水射流71与所述水平激光束4配合对所述待减薄晶圆6进行减薄，所述水射流71可以对所述待减薄晶圆6及所述静电吸盘1进行冷却降温，不需要额外的冷却装置，此外，所述水射流71还可以及时带走减薄产生的副产物，从而避免对所述待减薄晶圆6表面造成损伤。
需要说明的是，所述第一透镜3还可以为任意一种透明材料做成的透明窗口，所述第一透镜3可以由玻璃窗口、透明晶体窗口或透明陶瓷窗口代替。
作为示例，所述静电吸盘1还包括射频电极(未示出)，所述射频电极用于产生吸附所述待减薄晶圆6的静电吸附力。
作为示例，所述通孔21的尺寸可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述通孔21的宽度为3cm～30cm，高度为20μm～100μm。
作为示例，所述激光发射装置发射的水平激光束的波长为500nm～600nm，最大功率为300W；所述水平激光束4为脉冲激光束，每个脉冲持续的时间为150ns～400ns。
作为示例，所述水射流71需要对所述待减薄晶圆6施加足够的压力，优选地，本实施例中，所述水射流71施加于所述待减薄晶圆6上的压力为250Mpa～350Mpa。
作为示例，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括水泵(未示出)，所述水泵适于向所述水箱2内注水，并通过调节自身压力、出口处的水流速以调节所述水射流71施加于所述待减薄晶圆6上的压力。
作为示例，所述水泵的压力为5Mpa～50Mpa，所述水泵出口处的水流速为0.5L/min～10L/min。
作为示例，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括驱动装置(未示出)，所述驱动装置与所述静电吸盘1相连接，适于驱动所述静电吸盘1以带动所述待减薄晶圆6根据实际需要做上下运动、旋转运动或同时上下运动及旋转运动。由于所述水射流71及水平汇聚于所述待减薄晶圆6的激光束的位置固定，通过调整所述待减薄晶圆6的位置可以调整激光束对所述待减薄晶圆6的不同位置进行减薄，以使得减薄均匀性更好。
作为示例，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括厚度侦测装置8，所述厚度侦测装置8适于实时侦测所述待减薄晶圆6的厚度。
作为示例，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括控制装置(未示出)，所述控制装置与所述激光发射装置、所述水泵、所述驱动装置及所述厚度侦测装置8相连接，适于依据所述厚度侦测装置8侦测的结果实时调节所述激光发射装置发射的水平激光束的参数、所述水泵的参数(所述水泵的压力、出口处的水流速)及所述驱动装置对所述静电吸盘1的驱动。
实施例二
请参阅图3，本实施例还提供一种基于激光水射流的晶圆减薄方法，所述基于激光水射流的晶圆减薄方法基于实施例一中所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，所述基于激光水射流的晶圆减薄方法包括如下步骤：
1)将待减薄晶圆吸附于静电吸盘上；
2)向所述待减薄晶圆喷射水射流的同时，使用激光发射装置向所述待减薄晶圆发射水平激光束，并使用透镜将所述水平激光束水平汇聚于所述水射流内，与所述水射流一起至所述待减薄晶圆的边缘以对所述待减薄晶圆进行减薄。
作为示例，步骤2)中，所述激光发射装置发射的水平激光束的波长为500nm～600nm，最大功率为300W；所述水平激光束为脉冲激光束，每个脉冲持续的时间为150ns～400ns。
作为示例，步骤2)中，使用所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力为250Mpa～350Mpa。
作为示例，步骤2)中，在对所述待减薄晶圆进行减薄的过程中，使用驱动装置驱动所述静电吸盘以带动所述待减薄晶圆上下运动或/及旋转运动。
作为示例，步骤2)中，对所述待减薄晶圆进行减薄的同时，使用厚度侦测装置实时侦测所述待减薄晶圆的厚度。
作为示例，步骤2)中，对所述待减薄晶圆进行减薄的同时，依据所述厚度侦测装置侦测的结果，使用控制装置实时调节所述激光发射装置发射的水平激光束的参数、所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力及所述驱动装置对所述静电吸盘的驱动。
本发明的所述基于激光水射流的晶圆减薄方法步骤简单、易于实现、减薄速度较快、耗时较短、效率更高，可以更精确地控制减薄厚度。
综上所述，本发明提供一种基于激光水射流的晶圆减薄设备及方法，所述基于激光水射流的晶圆减薄设备包括：静电吸盘，适于吸附待减薄晶圆；水箱，位于所述静电吸盘一侧，且与所述静电吸盘具有间距；所述水箱邻近所述静电吸盘的侧壁设有通孔，所述水箱中的水经由所述通孔形成射向所述待减薄晶圆的水射流；所述水箱远离所述静电吸盘的侧壁上设有贯穿所述水箱侧壁的第一透镜，所述第一透镜与所述通孔对应设置；激光发射装置，位于所述水箱远离所述静电吸盘一侧，且与所述水箱具有间距；所述激光发射装置适于发射水平激光束；第二透镜，位于所述水箱与所述激光发射装置之间，且与所述水箱及所述激光发射装置均具有间距；所述第二透镜与所述第一透镜配合使用，适于将所述激光发射装置发射的水平激光束水平汇聚于所述水射流内，并与所述水射流一起至所述待减薄晶圆的边缘以对所述待减薄晶圆进行减薄。本发明的基于激光水射流的晶圆减薄设备通过使用激光束对待减薄晶圆进行减薄，操作简单、减薄速度较快、耗时较短、效率更高，通过设置厚度侦测装置及控制装置可以更精确地控制减薄厚度；同时，使用水射流与激光束配合对晶圆减薄，水射流可以对待减薄晶圆及静电吸盘进行冷却降温，不需要额外的冷却装置，此外，水射流还可以及时带走减薄产生的副产物，从而避免对待减薄晶圆表面造成损伤。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于，包括：
静电吸盘，适于吸附待减薄晶圆；
水箱，位于所述静电吸盘一侧，且与所述静电吸盘具有间距；所述水箱邻近所述静电吸盘的侧壁设有通孔，所述水箱中的水经由所述通孔形成射向所述待减薄晶圆的水射流；所述水箱远离所述静电吸盘的侧壁上设有贯穿所述水箱侧壁的第一透镜，所述第一透镜与所述通孔对应设置；
激光发射装置，位于所述水箱远离所述静电吸盘一侧，且与所述水箱具有间距；所述激光发射装置适于发射水平激光束；
第二透镜，位于所述水箱与所述激光发射装置之间，且与所述水箱及所述激光发射装置均具有间距；所述第二透镜与所述第一透镜配合使用，适于将所述激光发射装置发射的水平激光束水平汇聚于所述水射流内，并与所述水射流一起至所述待减薄晶圆的边缘以对所述待减薄晶圆进行减薄。
2.根据权利要求1所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述静电吸盘包括射频电极。
3.根据权利要求1所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述通孔的宽度为3cm～30cm，高度为20μm～100μm。
4.根据权利要求1所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述激光发射装置发射的水平激光束的波长为500nm～600nm，最大功率为300W；所述水平激光束为脉冲激光束，每个脉冲持续的时间为150ns～400ns。
5.根据权利要求1所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力为250Mpa～350Mpa。
6.根据权利要求1所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括水泵，所述水泵适于向所述水箱内注水。
7.根据权利要求6所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述水泵的压力为5Mpa～50Mpa，所述水泵出口处的水流速为0.5L/min～10L/min。
8.根据权利要求5或6所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括驱动装置，所述驱动装置与所述静电吸盘相连接，适于驱动所述静电吸盘以带动所述待减薄晶圆上下运动或/及旋转运动。
9.根据权利要求8所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括厚度侦测装置，适于实时侦测所述待减薄晶圆的厚度。
10.根据权利要求9所述的基于激光水射流的晶圆减薄设备，其特征在于：所述基于激光水射流的晶圆减薄设备还包括控制装置，所述控制装置与所述激光发射装置、所述水泵、所述驱动装置及所述厚度侦测装置相连接，适于依据所述厚度侦测装置侦测的结果实时调节所述激光发射装置发射的水平激光束的参数、所述水泵的参数及所述驱动装置对所述静电吸盘的驱动。
11.一种基于激光水射流的晶圆减薄方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将待减薄晶圆吸附于静电吸盘上；
2)向所述待减薄晶圆喷射水射流的同时，使用激光发射装置向所述待减薄晶圆发射水平激光束，并使用透镜将所述水平激光束水平汇聚于所述水射流内，与所述水射流一起至所述待减薄晶圆的边缘以对所述待减薄晶圆进行减薄。
12.根据权利要求11所述的基于激光水射流的晶圆减薄方法，其特征在于：步骤2)中，所述激光发射装置发射的水平激光束的波长为500nm～600nm，最大功率为300W；所述水平激光束为脉冲激光束，每个脉冲持续的时间为150ns～400ns。
13.根据权利要求11所述的基于激光水射流的晶圆减薄方法，其特征在于：步骤2)中，使用所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力为250Mpa～350Mpa。
14.根据权利要求11所述的基于激光水射流的晶圆减薄方法，其特征在于：步骤2)中，在对所述待减薄晶圆进行减薄的过程中，使用驱动装置驱动所述静电吸盘以带动所述待减薄晶圆上下运动或/及旋转运动。
15.根据权利要求14所述的基于激光水射流的晶圆减薄方法，其特征在于：步骤2)中，对所述待减薄晶圆进行减薄的同时，使用厚度侦测装置实时侦测所述待减薄晶圆的厚度。
16.根据权利要求15所述的基于激光水射流的晶圆减薄方法，其特征在于：步骤2)中，对所述待减薄晶圆进行减薄的同时，依据所述厚度侦测装置侦测的结果，使用控制装置实时调节所述激光发射装置发射的水平激光束的参数、所述水射流施加于所述待减薄晶圆的压力及所述驱动装置对所述静电吸盘的驱动。
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