DE112007001280T5

DE112007001280T5 - Waferritzen mit ultrakurzen Laserimpulsen

Info

Publication number: DE112007001280T5
Application number: DE112007001280T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey A. Portland Albelo; Peter Portland Pirogovsky
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2009-04-23
Also published as: US20140091069A1; GB2452430A; GB0821328D0; CN101490819A; CN101490819B; TWI428970B; US9221124B2; JP2009538231A; WO2007140149A1; TW200809938A; US20070272668A1; US8624157B2; KR20090010996A; KR101385675B1

Abstract

Verfahren zum Schneiden einer Vielzahl von Schichten, die über einem Substrat ausgebildet sind, wobei jede der Vielzahl von Schichten eine jeweilige Laserabschmelzschwelle aufweist, die mit der Laserimpulsbreite variiert, wobei das Verfahren umfasst:
Bestimmen einer minimalen Laserabschmelzschwelle für jede der Vielzahl von Schichten;
Auswählen der höchsten der minimalen Laserabschmelzschwellen;
Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Fluenz in einem Bereich zwischen der ausgewählten Laserabschmelzschwelle und ungefähr zehnmal der ausgewählten Laserabschmelzschwelle; und
Ritzen eines Einschnitts zwischen einer Vielzahl von integrierten Schaltungen, die in der Vielzahl von Schichten ausgebildet sind, wobei der Einschnitt durch die Vielzahl von Schichten zu einer oberen Oberfläche des Substrats verläuft.

Description

Technisches Gebiet
Diese Anmeldung betrifft das Laserschneiden oder -ritzen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltungsanordnung unter Verwendung von ultrakurzen Laserimpulsen mit einer hohen Wiederholungsrate, um Material abzuschmelzen.
Hintergrundinformationen
Integrierte Schaltungen (ICs) werden im Allgemeinen in einer Matrix auf oder in einem Halbleitersubstrat hergestellt. ICs umfassen im Allgemeinen mehrere Schichten, die über dem Substrat ausgebildet sind. Eine oder mehrere der Schichten können unter Verwendung einer mechanischen Säge oder eines Lasers entlang Ritzbahnen oder -gräben entfernt werden. Nach dem Ritzen kann das Substrat unter Verwendung einer Säge oder eines Lasers durchgeschnitten werden, was manchmal zertrennt genannt wird, um die Schaltungskomponenten voneinander zu trennen.
Halbleiterhersteller haben die Transistorgrößen in ICs verkleinert, um die Chipleistung zu verbessern. Dies hat zu erhöhter Geschwindigkeit und Bauelementdichte geführt. Um weitere Verbesserungen zu erleichtern, verwenden Halbleiterhersteller Materialien, um die Kapazität von dielektrischen Schichten zu verringern. Um beispielsweise ein feineres Schaltungsmuster auszubilden, wird ein Halbleiterwafer mit einer Isolationsschicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante (niedrigem k) auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats laminiert. Dielektrika mit niedrigem k können beispielsweise ein anorganisches Material wie z. B. SiOF oder SiOB oder ein organisches Material wie z. B. ein Polymer auf Polyimidbasis oder Parylenbasis umfassen.
Herkömmliche mechanische und Laserschneidverfahren sind jedoch zum Ritzen von vielen fortschrittlichen fertig gestellten Wafern mit beispielsweise dielektrischen Materialien mit niedrigem k nicht gut geeignet. Die relativ geringe Dichte, das Fehlen von mechanischer Festigkeit und die Empfindlichkeit gegen Wärmebeanspruchung machen das dielektrische Material mit niedrigem k gegen eine Beanspruchung sehr empfindlich. Von herkömmlichen mechanischen Waferzertrenn- und -ritzverfahren ist bekannt, dass sie Späne, Risse und andere Arten von Defekten in Materialien mit niedrigem k verursachen, wobei somit die IC-Bauelemente beschädigt werden. Um diese Probleme zu verringern, werden die Schneidgeschwindigkeiten verringert. Dies verringert jedoch den Durchsatz stark.
Ferner können bekannte Laserverfahren übermäßige Wärme und Überbleibsel erzeugen. Herkömmlich wurden Laserimpulsbreiten in einigen zehn Nanosekunden oder mehr für das Halbleiterschneiden oder -ritzen verwendet. Diese langen Impulsbreiten ermöglichen jedoch eine Diffusion von übermäßiger Wärme, die von Wärme betroffene Zonen, umgeformte Oxidschichten, übermäßige Überbleibsel und andere Probleme verursacht. 1 ist beispielsweise ein Seitenansichtsdiagramm eines unter Verwendung eines herkömmlichen Laserschneidverfahrens zertrennten Halbleitermaterials 100. Nahe einem Schnittbereich 102 hat sich eine von Wärme betroffene Zone 104 und eine umgeformte Oxidschicht 106 gebildet. Risse können sich in der von Wärme betroffenen Zone 104 bilden und die Chipbruchfestigkeit des Halbleitermaterials 100 verringern. Folglich werden die Zuverlässigkeit und Ausbeute verringert. Ferner werden Überbleibsel 108 vom Schnittbereich 102 über die Oberfläche des Halbleitermaterials 100 verstreut und können beispielsweise Bondkontaktstellen verunreinigen.
Außerdem können herkömmliche Laserschneidprofile unter einer Grabenauffüllung mit durch den Laser ausgeworfenem Material leiden. Wenn die Waferdicke erhöht wird, wird diese Auffüllung stärker und verringert die Zertrenngeschwindigkeit. Ferner kann für einige Materialien unter vielen Prozessbedingungen das ausgeworfene Auffüllungsmaterial bei anschließenden Durchgängen schwieriger zu entfernen sein als das ursprüngliche Zielmaterial. Folglich werden Schnitte mit geringer Qualität erzeugt, die IC-Bauelemente beschädigen und eine zusätzliche Reinigung und/oder einen weiten Abstand der Bauelemente auf dem Substrat erfordern können.
Ein Verfahren zum Laserschneiden oder -ritzen, das den Durchsatz erhöht und die Schnittoberfläche oder Einschnittqualität verbessert, ist daher erwünscht.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die hierin offenbarten Ausführungsbeispiele stellen Systeme und Verfahren zum Ritzen eines fertig gestellten Wafers, der ein Dielektrikum mit niedrigem k und/oder andere Materialien umfasst, so schnell wie oder schneller als existierende mechanische und/oder Laserverfahren bereit. Das Laserritzen wird jedoch mit verringerter oder keiner mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung und mit verringerten oder keinen Überbleibseln durchgeführt. Folglich ist wenig oder keine Reinigung nach dem Prozess erforderlich. Ferner werden saubere, gerade Kantenschnitte mit keinem zusätzlichen seitlichen Abstand der Bauelemente auf dem Wafer, der erforderlich ist, um sich auf den Ritzprozess einzustellen, erzeugt.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Schneiden einer Vielzahl von Schichten, die über einem Substrat ausgebildet sind, bereitgestellt. Jede der Vielzahl von Schichten weist eine jeweilige Laserabschmelzschwelle auf, die mit der Laserimpulsbreite variiert. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer minimalen Laserabschmelzschwelle für jede der Vielzahl von Schichten und das Auswählen der höchsten der minimalen Laserabschmelzschwellen. Das Verfahren umfasst auch das Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Fluenz in einem Bereich zwischen der ausgewählten Laserabschmelzschwelle und ungefähr zehnmal der ausgewählten Laserabschmelzschwelle und das Ritzen eines Einschnitts zwischen einer Vielzahl von integrierten Schaltungen, die in der Vielzahl von Schichten ausgebildet sind. Der Einschnitt verläuft durch die Vielzahl von Schichten zu einer oberen Oberfläche des Substrats.
In bestimmten solchen Ausführungsbeispielen weisen die Laserimpulse eine Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 0,1 Pikosekunden und ungefähr 1000 Pikosekunden auf. Ferner weist der Strahl eine Impulswiederholungsrate in einem Bereich zwischen ungefähr 100 kHz und ungefähr 100 MHz auf und kann ungefähr 10 μm Material mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich zwischen ungefähr 200 mm/Sekunde und ungefähr 1000 mm/Sekunde durchschneiden. Außerdem oder in anderen Ausführungsbeispielen liegt die Energie pro Impuls in einem Bereich zwischen ungefähr 1 μJ und ungefähr 100 μJ.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ritzen eines Wafers mit einer Vielzahl von integrierten Schaltungen, die darauf oder darin ausgebildet sind, bereitgestellt. Die integrierten Schaltungen sind durch einen oder mehrere Gräben getrennt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen. Die Laserimpulse weisen eine Impulsbreite auf, die so ausgewählt wird, dass eine Abschmelzschwelle eines Zielmaterials minimiert wird. Das Verfahren umfasst ferner das Abschmelzen eines Teils des Zielmaterials mit dem Strahl bei einer Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 5,1 MHz und ungefähr 100 MHz.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren mit dem Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen, die eine Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 0,6 Pikosekunden und ungefähr 190 Pikosekunden aufweisen, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ferner das Abschmelzen eines Teils des Zielmaterials mit dem Strahl.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren mit dem Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen, die eine Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 210 Pikosekunden und ungefähr 1000 Pikosekunden aufweisen, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ferner das Abschmelzen eines Teils des Zielmaterials mit dem Strahl.
Zusätzliche Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Seitenansichtsdiagramm eines Halbleitermaterials, das unter Verwendung eines herkömmlichen Laserschneidverfahrens zertrennt wurde.
2A–2C sind Seitenansichtsdiagramme eines beispielhaften Werkstücks, das gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geschnitten wird.
3A ist eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks, das gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung geschnitten wird.
3B ist ein Seitenansichtsdiagramm des in 3A gezeigten Werkstücks.
4 stellt graphisch den Unterschied zwischen einem Strahlungsdichteprofil eines vereinfachten gaußförmigen Strahls und einem Strahlungsdichteprofil eines vereinfachten geformten Strahls dar.
5A–5C stellen graphisch den Unterschied zwischen Strahlquerschnittsprofilen dar.
6A–6D zeigen beispielhafte im Wesentlichen gleichmäßige Strahlungsdichteprofile, die durch einen gaußförmigen Strahl erzeugt werden, der sich durch ein optisches Beugungselement (DOE) ausbreitet, gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
7 ist eine Elektronenmikrophotographie eines durch Verbindungsschichten und dielektrische Schichten mit niedrigem k geritzten Einschnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 stellt schematisch das aufeinander folgende Aussetzen eines Werkstücks den Laserimpulsen in der Richtung eines Schnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
9 ist eine Elektronenmikrophotographie eines mikrobearbeiteten Musters in einem Halbleitermaterial unter Verwendung von Laserabschmelzverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 ist eine Elektronenmikrophotographie eines mikrobearbeiteten Musters in einem Halbleitermaterial unter Verwendung der Laserabschmelzung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Die Fähigkeit eines Materials, Laserenergie zu absorbieren, bestimmt die Tiefe, in die diese Energie die Abschmelzung durchführen kann. Die Abschmelztiefe wird durch die Absorptionstiefe des Materials und die Wärme der Verdampfung des Materials bestimmt. Parameter wie z. B. Wellenlänge, Impulsbreitendauer, Impulswiederholungsfrequenz und Strahlqualität können gesteuert werden, um die Schneidgeschwindigkeit und die Qualität der Schnittoberfläche oder des Einschnitts zu verbessern. In einem Ausführungsbeispiel werden einer oder mehrere dieser Parameter so ausgewählt, dass eine im Wesentlichen niedrige Fluenz (typischerweise in J/cm² gemessen) bereitgestellt wird, die gerade genügend Energie besitzt, um das Zielmaterial abzuschmelzen. Folglich wird die Menge an übermäßiger Energie, die in das Material abgegeben wird, verringert oder beseitigt. Die Verwendung einer niedrigeren Fluenz verringert oder beseitigt umgeformte Oxidschichten, von Wärme betroffene Zonen, das Absplittern, Einreißen und Überbleibsel. Folglich wird die Bruchfestigkeit erhöht und die Menge an erforderlicher Reinigung nach dem Laser wird verringert.
Das US-Patent Nr. 5 656 186 von Mourou et al. lehrt, dass die Abschmelzschwelle eines Materials eine Funktion der Laserimpulsbreite ist. Wie hierin verwendet, ist die "Abschmelzschwelle" ein breiter Begriff, der seine gewöhnliche und übliche Bedeutung umfasst und beispielsweise eine ausreichende Fluenz umfasst, die erforderlich ist, um Material zum Ritzen oder Schneiden zu entfernen. Herkömmliche Impulsbreiten im Nanosekundenbereich erfordern im Allgemeinen eine höhere Abschmelzschwelle im Vergleich zu jener von kürzeren Impulsbreiten. Kürzere Impulse erhöhen die Spitzenleistung und verringern die Wärmeleitung. Um die räumliche Auflösung zu erhöhen, lehrt das Patent von Mourou et al. die Verwendung von Impulsbreiten im Femtosekundenbereich. Femtosekunden-Laserimpulsbreiten entfernen jedoch kleinere Mengen an Material pro Impuls im Vergleich zu herkömmlichen Nanosekundenimpulsen. Folglich wird die Menge an Zeit, die zum Schneiden oder Ritzen einer Linie erforderlich ist, verlängert und der Durchsatz wird verringert. Im Femtosekunden-Impulsbereich kann ferner die Abschmelzschwelle zunehmen, wenn die Femtosekundenimpulse kürzer werden.
In einem hierin offenbarten Ausführungsbeispiel werden folglich Impulsbreiten im Pikosekundenbereich ausgewählt, um die Abschmelzschwelle zu verringern, während mehr Material pro Impuls als bei Femtosekundenimpulsen entfernt wird. Im Pikosekundenbereich liegt die Zeitkonstante für Elektronen, die anfänglich durch den Laserimpuls angeregt werden, um Energie mit der Masse des Materials auszutauschen (z. B. Elektronenthermalisierung mit folgender Elektronen-Gitter-Wechselwirkung), im Pikosekundenbereich. Die Zeitkonstante kann beispielsweise in der Größenordnung von ungefähr 1 bis 10 Pikosekunden liegen. Folglich wird angenommen, dass Impulse mit kürzerer oder vergleichbarer Dauer zu einer "kalten" Abschmelzung vom Coulomb-Typ ohne signifikante Erhitzung führen. Folglich wird die Wärmebeanspruchung und/oder das Schmelzen des Materials beseitigt oder verringert.
Fachleute werden aus der Offenbarung hierin erkennen, dass Impulse im Bereich zwischen ungefähr 1 Pikosekunde und ungefähr 10 Pikosekunden eine gewisse Abschmelzung vom thermischen Typ bereitstellen können. Die Verwendung einer relativ niedrigen Fluenz pro Impuls, die nur geringfügig über der Abschmelzschwelle liegt, verringert jedoch übermäßige Energie, die geschmolzene Überbleibsel erzeugt. Folglich werden sauberere Einschnitte erzeugt. Ferner werden die Wärmeeffekte im Allgemeinen auf den Laserfleck begrenzt, da die Impulsbreiten zu kurz sind, als dass Wärme außerhalb den bestrahlten Bereich diffundiert oder sich außerhalb diesen ausbreitet. Wenn jedoch der Impuls zu kurz wird, wird die effektive Tiefe der Laserlicht-Wechselwirkung mit dem Material verkürzt und der Wirkungsgrad der Abschmelzung wird verringert (z. B. werden weniger Elektronen anfänglich durch den Laserimpuls angeregt).
Um die Schneidgeschwindigkeit in bestimmten Ausführungsbeispielen zu erhöhen, wird die Impulswiederholungsfrequenz so ausgewählt, dass Schneidgeschwindigkeiten von herkömmlichen Säge- oder Laser-Halbleiterschneidprozessen bereitgestellt werden. Hohe Impulswiederholungsfrequenzen werden verwendet, um das Material schneller abzuschmelzen. Ferner ermöglichen hohe Impulswiederholungsfrequenzen, dass mehr Energie für das Abschmelzen verwendet wird, bevor sie in die Umgebungsmaterialien abgeleitet wird.
Wie nachstehend im Einzelnen erörtert, wird eine Strahlformung in bestimmten Ausführungsbeispielen verwendet, um die Einschnittqualität zu verbessern. Laserstrahlen können so geformt werden, dass beispielsweise ein im Wesentlichen flacher Einschnittboden erzeugt wird, der weniger Überbleibsel erzeugt und die Beschädigung am Substrat verringert oder beseitigt. Zusätzlich zu einem verbesserten Seitenwandprofil verringert die Strahlformung auch die Breite der umgeformten Oxidschicht.
Der Bequemlichkeit halber kann der Begriff Schneiden allgemein verwendet werden, um Ritzen (Schneiden, das nicht die volle Tiefe eines Zielwerkstücks durchdringt) und Durchschneiden, das in Scheiben schneiden (häufig mit der Waferreihentrennung verbunden) oder Zertrennen (häufig mit der Teilvereinzelung von Waferreihen verbunden) umfasst, einzuschließen. Scheibenschneiden und Zertrennen können im Zusammenhang mit dieser Offenbarung austauschbar verwendet werden.
Nun wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente beziehen. Der Klarheit halber gibt die erste Ziffer einer Bezugsziffer die Figurnummer an, in der das entsprechende Element zum ersten Mal verwendet wird. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details für ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele vorgesehen. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die Erfindung ohne eines oder mehrere der spezifischen Details oder mit anderen Verfahren, Komponenten oder Materialien ausgeführt werden kann. Ferner werden in einigen Fällen gut bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht im Einzelnen gezeigt oder beschrieben, um es zu vermeiden, die Aspekte der Erfindung unklar zu machen. Ferner können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einem oder mehreren Ausführungsbeispielen in einer beliebigen geeigneten Weise kombiniert werden.
2A–2C sind Seitenansichtsdiagramme eines beispielhaften Werkstücks 200, das gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geschnitten wird. Das Werkstück 200 umfasst Schichten 202, 204, 206, die über einem Substrat 208 ausgebildet sind. Wie ein Fachmann erkennen wird, können die Schichten 202, 204, 206 Verbindungsschichten umfassen, die durch Isolationsschichten getrennt sind, einschließlich Dielektrika mit niedrigem k, um eine elektronische Schaltungsanordnung zu bilden. Die Schichten 202, 204, 206 können beispielsweise Materialien wie z. B. Cu, Al, SiO₂, SiN, Fluorsilikatglas (FSG), Organosilikatglas (OSG), SiOC, SiOCN und andere Materialien, die bei der IC-Herstellung verwendet werden, umfassen. Für Erläuterungszwecke sind drei Schichten 202, 204, 206 in 2A–2C gezeigt. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass mehr Schichten oder weniger Schichten für spezielle ICs verwendet werden können. Wie gezeigt, umfasst das Substrat 208 Si. Ein Fachmann wird jedoch auch erkennen, dass andere Materialien, die bei der IC-Herstellung nützlich sind, für das Substrat 208 verwendet werden können, einschließlich beispielsweise Gläsern, Polymeren, Metallen, Verbundstoffen und anderer Materialien. Das Substrat 208 kann beispielsweise FR4 umfassen.
Eine elektronische Schaltungsanordnung ist in den Bereichen 210, 212 mit aktiven Bauelementen ausgebildet, die durch Ritzbahnen oder -gräben 214 voneinander getrennt sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass Teststrukturen häufig in und um die Gräben 214 ausgebildet sind. Um individuelle ICs zu erzeugen, wird das Werkstück 200 entlang der Gräben 214 geritzt, durchgeschnitten oder beides. In 2A ist ein Laserstrahl 216 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt, der das Werkstück 200 durch Abschmelzen der Schichten 202, 204, 206 im Bereich des Grabens 214 ritzt. Wie in 2B gezeigt, ist das Ergebnis des Laserritzprozesses ein Lasereinschnitt 218, der von der oberen Oberfläche der oberen Schicht 202 durch die Schichten 202, 204, 206 zur oberen Oberfläche des Substrats 208 verläuft. Wie nachstehend erörtert, ist der Laserstrahl 216 in bestimmten Ausführungsbeispielen so geformt, dass die Qualität des Seitenwandprofils des Einschnitts erhöht wird und eine Beschädigung am Substrat 208 verringert oder verhindert wird.
Der Laserstrahl 216 umfasst eine Reihe von Laserimpulsen, die so konfiguriert sind, dass sie die niedrigstmögliche Fluenz zum Werkstück 200 liefern, die immer noch eine gewünschte Materialabschmelzung der Schichten 202, 204, 206 und/oder des Substrats 208 bereitstellt. In einem Ausführungsbeispiel wird die Fluenz des Laserstrahls 216 so ausgewählt, dass sie in einem Bereich zwischen der Abschmelzschwelle des Werkstücks 200 und ungefähr zehnmal der Abschmelzschwelle des Werkstücks 200 liegt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Fluenz des Laserstrahls 216 so ausgewählt, dass sie in einem Bereich zwischen der Abschmelzschwelle des Werkstücks 200 und ungefähr fünfmal der Abschmelzschwelle des Werkstücks 200 liegt.
Um die Abschmelzschwelle zu senken, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die Impulsbreite in einen Bereich zwischen ungefähr 0,1 Pikosekunden und ungefähr 1000 Pikosekunden gesetzt. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Impulsbreite in einen Bereich zwischen ungefähr 1 Pikosekunde und ungefähr 10 Pikosekunden gesetzt. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Impulsbreite in einen Bereich zwischen 10 Pikosekunden und 40 Pikosekunden gesetzt. Ein Fachmann wird jedoch aus der Offenbarung hierin erkennen, dass andere Impulsbreiten verwendet werden können. In einem Ausführungsbeispiel liegt die Impulsbreite beispielsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 0,6 Pikosekunden und ungefähr 190 Pikosekunden, während in einem anderen Ausführungsbeispiel die Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 210 Pikosekunden und 1000 Pikosekunden liegt.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl 216 unter Verwendung einer mittleren Leistung in einem Bereich zwischen ungefähr 10 W und ungefähr 50 W und einer Energie pro Impuls zwischen ungefähr 1 μJ und ungefähr 100 μJ erzeugt. Wenn die Schichten 202, 204, 206 eine kombinierte Dicke in einem Bereich zwischen ungefähr 8 μm und ungefähr 12 μm aufweisen, wird der Laserstrahl 216 so konfiguriert, dass er die Schichten 202, 204, 206 mit einer Rate in einem Bereich zwischen ungefähr 200 mm/Sekunde und ungefähr 1000 mm/Sekunde unter Verwendung von hohen Impulswiederholungsfrequenzen durchschneidet.
In bestimmten Ausführungsbeispielen liegt der Abstand zwischen Impulsen in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Nanosekunde und ungefähr 10 Nanosekunden, um eine im Wesentlichen vollständige Wärmeableitung zu ermöglichen. In anderen Ausführungsbeispielen liegt der Abstand zwischen Impulsen in einem Bereich zwischen ungefähr 10 Nanosekunden und ungefähr 1 Mikrosekunde, um zu ermöglichen, dass die Fahne des abgeschmolzenen Materials in einem ersten Impuls sich zu einer ausreichend niedrigen Dichte ausbreitet, um mit einem anschließenden Impuls nicht signifikant in Wechselwirkung zu treten. In bestimmten solchen Ausführungsbeispielen liegt die Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 1 MHz und ungefähr 100 MHz. In anderen Ausführungsbeispielen liegt die Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 5,1 MHz und ungefähr 100 MHz. In einem anderen Ausführungsbeispiel liegt die Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 50 kHz und ungefähr 4 MHz.
Bei hohen Impulswiederholungsfrequenzen (z. B. oberhalb ungefähr 1 MHz und insbesondere oberhalb ungefähr 10 MHz) kann sich restliche Impulsenergie in Form von Wärme anstauen, da die abgegebene Energie nicht genügend Zeit hat, um sich zwischen den Impulsen zu zerstreuen. Die kumulativen Effekte erhöhen im Allgemeinen den Abschmelzwirkungsgrad und können auch das Schmelzen verstärken. Das Schmelzen wird jedoch im Allgemeinen auf den bestrahlten Bereich begrenzt und kann in der Mitte des Einschnitts konzentriert werden. In Abhängigkeit von der speziellen Anwendung kann das verstärkte Schmelzen in der Mitte des Einschnitts die gewünschte Qualität des Einschnitts erhöhen oder verringern.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl 216 unter Verwendung eines Duetto^TM-Lasers erzeugt, der von Time-Bandwidth Products in Zürich, Schweiz, erhältlich ist. Der Duetto^TM-Laser weist eine Wellenlänge von ungefähr 1064 nm, eine Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 50 kHz und ungefähr 4 MHz, eine mittlere Leistung von ungefähr 10 W oder mehr, eine Spitzenleistung von bis zu ungefähr 16 MW, eine Energie pro Impuls von bis zu ungefähr 200 μJ und eine Impulsbreite von bis zu ungefähr 12 Pikosekunden auf. Alternativ wird der Laserstrahl 216 in einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines "RAPID"-Pikosekundenlasers erzeugt, der von Lumera-Laser GmbH in Kaiserslautern, Deutschland, erhältlich ist.
Oberwellen des Lasers mit 1064 nm können auch verwendet werden, um das Abschmelzen für spezielle Materialien zu verbessern. Eine Wellenlänge von ungefähr 532 nm kann beispielsweise verwendet werden, um Cu abzuschmelzen, eine Wellenlänge von ungefähr 355 nm kann verwendet werden, um Si und bestimmte Dielektrika mit niedrigem k abzuschmelzen, und eine Wellenlänge von ungefähr 266 nm kann verwendet werden, um Glas abzuschmelzen. In einem Ausführungsbeispiel wird die Wellenlänge auf der Basis zumindest teilweise der jeweiligen Materialien und relative Dicken der Schichten 202, 204, 206 und/oder des Substrats 208 ausgewählt, um die Schneidgeschwindigkeit zu steigern. Die Wellenlänge kann beispielsweise optimiert werden, um vielmehr eine dicke Cu- Schicht als eine relativ dünne dielektrische Schicht abzuschmelzen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Wellenlänge zwischen dem Abschmelzen von einer oder mehreren der Schichten 202, 204, 206 und/oder des Substrats 208 verändert werden. Ein Fachmann wird auch erkennen, dass die Verwendung der Oberwellen auch die Fähigkeit verbessert, den Laserstrahl zu fokussieren, da das Fokussieren von der Wellenlänge abhängt.
Um die Schichten 202, 204, 206 zu ritzen, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die Fluenz jedes Laserimpulses auf oder über die höchste Abschmelzschwelle im Stapel von Schichten 202, 204, 206 für eine gegebene Wellenlänge, Impulsenergie und Impulsdauer gesetzt. In einem Ausführungsbeispiel wird die Fluenz jedes Laserimpulses in einen Bereich zwischen ungefähr ein- und zehnmal der höchsten Abschmelzschwelle in dem Stapel gesetzt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Fluenz jedes Laserimpulses in einen Bereich zwischen ungefähr ein- und fünfmal der höchsten Abschmelzschwelle im Stapel gesetzt.
Es kann beispielsweise festgestellt werden, dass die dritte Schicht 206 eine höhere Abschmelzschwelle aufweist als die erste und die zweite Schicht 202, 204. Folglich stellt unter Verwendung von kurzen Impulsen im Pikosekundenbereich das Festlegen der Fluenz der Laserimpulse so, dass die dritte Schicht 206 abgeschmolzen wird, auch das Abschmelzen der ersten und der zweiten Schicht 202, 204 bereit. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Fluenz auf ungefähr 1,5-mal die höchste Abschmelzschwelle in dem Stapel gesetzt. Wenn beispielsweise die dritte Schicht 206 eine Abschmelzschwelle von ungefähr 10 J/cm² bei einer Impulsbreite von ungefähr 10 Pikosekunden aufweist, wird der Laserstrahl 216 so konfiguriert, dass er Impulse mit ungefähr 20 μJ mit einer Fleckgröße von ungefähr 10 μm erzeugt, um eine Fluenz in einem Bereich zwischen ungefähr 15 μJ/cm² und ungefähr 20 μJ/cm² zu erreichen.
Ein Fachmann wird erkennen, dass mehr Schichten oder weniger Schichten während des Laserritzprozesses abgeschmolzen oder teilweise abgeschmolzen werden können. Der Laserstrahl 216 kann beispielsweise so konfiguriert werden, dass er die oberen zwei Schichten 202, 204 abschmilzt, ohne die dritte Schicht 206 abzuschmelzen. Wie in 2C dargestellt, kann der Laserstrahl 214 alternativ so konfiguriert werden, dass er die Schichten 202, 204, 206 und das Substrat 208 durchschneidet, um die Bereiche 210, 212 mit aktiven Bauelementen vollständig voneinander zu trennen (z. B. zertrennen). In bestimmten Ausführungsbeispielen werden Siliziumsubstrate mit einer Dicke in einem Bereich zwischen ungefähr 10 μm und ungefähr 760 μm unter Verwendung eines Laserschneidprozesses durchgeschnitten. Fachleute werden aus der Offenbarung hierin erkennen, dass andere Substratdicken gemäß den hierin beschriebenen Verfahren auch durchgeschnitten werden können.
Wie in 2A und 2B gezeigt, wird jedoch in einem Ausführungsbeispiel das Werkstück 200 geritzt, um zumindest einen Teil der Schichten 202, 204, 206 im Graben 214 zu entfernen. Das Werkstück 200 kann dann entlang des Einschnittweges 218 mechanisch gebrochen oder mechanisch gesägt werden, um den Zertrennprozess zu vollenden. Folglich können Materialien, die durch die Säge beschädigt werden können und/oder die die Säge beschädigen können, wie z. B. Dielektrika mit niedrigem k oder Teststrukturen, vor dem Sägen entfernt werden. In einem Ausführungsbeispiel folgt die Säge dem Einschnitt 218, um die Schichten 202, 204, 206 nicht zu berühren. Vorteilhafterweise werden das Einreißen und die Überbleibsel verringert, die Chipbruchfestigkeit wird erhöht und die Gesamtausbeute wird verbessert.
3A ist eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks 300, das gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung geschnitten wird. Das Werkstück 300 umfasst Schichten 302, 304, die über einem Substrat 306 ausgebildet sind. Wie vorstehend erörtert, können die Schichten 302, 304 beispielsweise Materialien wie z. B. Cu, Al, SiC₂, SiN, Fluorsilikatglas (FSG), Organosilikatglas (OSG), SiOC, SiOCN und andere Materialien, die bei der IC-Herstellung verwendet werden, umfassen. Das Substrat 306 kann beispielsweise Si, FR4, Glas, Polymer, Metall, Verbundmaterial und andere Materialien, die bei der IC-Herstellung verwendet werden, umfassen.
3B ist ein Seitenansichtsdiagramm des in 3A gezeigten Werkstücks 300. Wie gezeigt, ist eine elektronische Schaltungsanordnung in Bereichen 308, 310 für aktive Bauelemente ausgebildet, die durch einen Graben 312 voneinander getrennt sind. In diesem Beispiel wird das Werkstück 300 derart geritzt, dass die Lasereinschnitte 314, 316 unter Verwendung der hierin beschriebenen Laserparameter auf beiden Seiten des Grabens 312 ausgebildet werden. In einem Ausführungsbeispiel sind die Lasereinschnitte 314, 316 jeweils in einem Bereich zwischen ungefähr 5 μm und ungefähr 10 μm breit. Wie in 3A und 3B gezeigt, erstrecken sich die Lasereinschnitte 308, 310 in bestimmten Ausführungsbeispielen in das Substrat 306. In anderen Ausführungsbeispielen entfernen jedoch die Lasereinschnitte 308, 310 Material nur in einer oder beiden der Schichten 302, 304.
Die Laserritzen 314, 316 wirken als "Rissanschläge" oder physikalische Barrieren für Wärme und mechanische Beanspruchung während der weiteren Bearbeitung. Folglich sehen die Laserritzen 314, 316 eine mechanische Trennung und thermische Trennung zwischen dem Graben 312 und den Bereichen 308, 310 mit aktiven Bauelementen vor. Nach dem Erzeugen der Laserritzlinien 314, 316 unter Verwendung der hierin beschriebenen Laserabschmelzverfahren kann der Graben 312 beispielsweise mechanisch gesägt werden, um die Bereiche 308, 310 mit aktiven Bauelementen zu zertrennen. Die rauen Effekte des Sägens des Grabens 312 breiten sich nicht zu den Bereichen 308, 310 mit aktiven Bauelementen aus, so dass das Einreißen und Absplittern, die mit dem mechanischen Sägen verbunden sind, in diesen Bereichen verringert oder beseitigt werden.
Wie vorstehend erörtert, wird der Laserstrahl 216, der in 2A gezeigt ist, in bestimmten Ausführungsbeispielen so geformt, dass die Qualität des Seitenwandprofils des Einschnitts erhöht wird und die Beschädigung am Substrat 208 verringert oder verhindert wird. 4 stellt graphisch den Unterschied zwischen einem Strahlungsdichteprofil 402 eines vereinfachten gaußförmigen Strahls und einem Strahlungsdichteprofil 404 eines vereinfachten geformten Strahls dar. Die Mitte des Strahlungsdichteprofils 402 des gaußförmigen Strahls ist viel größer als die Verdampfungsschwelle 406 und die Schmelzschwelle 408 im Vergleich zum Strahlungsdichteprofil 404 des geformten Strahls. Folglich bringt der gaußförmige Strahl eine größere Menge an übermäßiger Energie in das Zielmaterial ein, insbesondere in der Mitte des Strahls.
Ferner ist die Steigung des Strahlungsdichteprofils 402 des gaußförmigen Strahls zwischen der Schmelzschwelle 408 und der Verdampfungsschwelle geringer als jene des Strahlungsdichteprofils 404 des geformten Strahls. Folglich erzeugt der gaußförmige Strahl eine breitere umgeformte Oxidschicht, da ein breiterer Bereich von Material geschmolzen, aber nicht verdampft wird. Die Pfeile 410 stellen beispielsweise die Breite der durch den gaußförmigen Strahl erzeugten umgeformten Oxidschicht dar, während die Pfeile 412 die Breite der durch den geformten Strahl erzeugten umgeformten Oxidschicht darstellen. Aufgrund der schnellen Steigung des Strahlungsdichteprofils 404 des geformten Strahls zwischen der Schmelzschwelle 408 und der Verdampfungsschwelle 406 erzeugt der geformte Strahl eine schmälere umgeformte Oxidschicht.
5A–5C stellen graphisch die Differenz zwischen den Strahlquerschnittsprofilen dar. 5A zeigt ein gaußförmiges Querschnittsprofil 510. 5B–5C zeigen "Zylinder"-förmige Querschnittsprofile. 5B zeigt ein quadratisches Querschnittsprofil 512 und 5C zeigt ein rundes Querschnittsprofil 514.
Die US-Patente Nm. 6 433 301 und 6 791 060 von Dunsky et al. offenbaren Systeme und Verfahren zur Strahlformung gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen. 6A–6D zeigen beispielhafte im Wesentlichen gleichmäßige Strahlungsdichteprofile, die durch einen gaußförmigen Strahl erzeugt werden, der sich durch ein optisches Beugungselement (DOE) ausbreitet, wie im US-Pat. Nr. 5 864 430 beschrieben. 6A–6D zeigen "Zylinder"-förmige Strahlen. 6A–6C zeigen quadratische Strahlungsdichteprofile und 6D zeigt ein zylindrisches Strahlungsdichteprofil. Das Strahlungsdichteprofil von 6C ist "invertiert", wobei es eine höhere Intensität an seinen Kanten als in Richtung seiner Mitte zeigt. Strahlformungskomponenten können so ausgewählt werden, dass Impulse mit einem invertierten Strahlungsdichteprofil, das in 6C gezeigt ist, erzeugt werden, welches außerhalb der gestrichelten Linien 610 beschnitten wird, um das Abschmelzen zu erleichtern, um die Einschnittverjüngung weiter zu verbessern. Fachleute werden erkennen, dass Strahlformungskomponenten so entworfen werden können, dass eine Vielfalt von weiteren Strahlungsdichteprofilen geliefert wird, die für spezielle Anwendungen nützlich sein könnten.
7 ist eine Elektronenmikrophotographie eines Einschnitts 700, der durch Verbindungsschichten und dielektrische Schichten 702 mit niedrigem k geritzt ist. Der Einschnitt 700 ist ungefähr 35 μm breit und wurde unter Verwendung eines Lasers mit einer Wellenlänge von ungefähr 355 nm geritzt. Wie hierin beschrieben, wurden eine kurze Impulsbreite (z. B. im Pikosekundenbereich) und eine schnelle Impulsratenfrequenz verwendet, um eine Abschmelzung mit niedriger Fluenz bei hohen Geschwindigkeiten zu erreichen. Der Einschnitt 700 wurde mit einer Geschwindigkeit von über 500 mm/s mit einem "Zylinder"-förmigen Strahl geritzt. Die Strahlformung stellt einen Einschnittboden, der im Wesentlichen flach ist, und Seiten, die im Wesentlichen vertikal und gut definiert sind, bereit. Ferner besteht im Wesentlichen kein Absplittern oder Einreißen.
In bestimmten hierin offenbarten Ausführungsbeispielen kann das Ritzen unter Verwendung eines einzelnen Laserdurchgangs durchgeführt werden. In bestimmten anderen Ausführungsbeispielen reicht jedoch die Menge an pro Impuls entferntem Material nicht aus, um die gewünschte Ritztiefe in einem Laserdurchgang zu erzielen. In bestimmten derartigen Ausführungsbeispielen wird jede Stelle in der Ritzlinie mehreren Impulsen ausgesetzt, um die gewünschte Materialentfernung zu erzielen. In einem solchen Ausführungsbeispiel wird das Material Impulsen ausgesetzt, die in der Richtung eines Schnitts überlappen.
8 stellt beispielsweise schematisch das fortlaufende Aussetzen eines Werkstücks 800 Laserimpulsen in der Richtung eines Schnitts dar. Jeder Impuls schmilzt eine bestimmte Fleckgröße 802 in eine Impulsabschmelztiefe ab. Um eine Gesamtabschmelztiefe zu erreichen, weisen aufeinander folgende Impulse einen Überlappungsversatz oder eine Angriffsgröße 804 in der Richtung des Schnitts auf. Ein erster Impuls entfernt beispielsweise Material in einem ersten Bereich 806. Dann entfernt ein zweiter Impuls, der in der Richtung des Schnitts (z. B. nach links in 8) verschoben ist, zusätzliches Material von einem zweiten Bereich 808 und einem dritten Bereich 808'. Die Breite des zweiten Bereichs 808 und des dritten Bereichs 808' (wenn sie kombiniert sind), ist dieselbe wie die Breite des ersten Bereichs 806 (z. B. die Fleckgröße 802). Der zweite Bereich 808 liegt auf der Seite des ersten Bereichs 806 in der Richtung des Schnitts und weist eine Breite gleich der Angriffsgröße 804 auf. Der dritte Bereich 808' liegt unter einem Teil des ersten Bereichs 806. Folglich nimmt die gesamte Abschmelztiefe vom ersten Impuls zum zweiten Impuls zu.
Der Ritzprozess fährt fort, wenn zusätzliche Impulse nacheinander auf das Werkstück 800 in der Richtung des Schnitts aufgebracht werden. Die Gesamttiefe des Schnitts nimmt mit jedem Impuls zu, bis eine gewünschte Tiefe 810 erreicht ist. Nachdem die gewünschte Tiefe 810 erreicht ist, entfernen zusätzliche Impulse weiterhin Material in der Richtung des Schnitts, ohne die Gesamttiefe über die gewünschte Tiefe 810 hinaus zu erhöhen. Für eine gegebene Fleckgröße 802 definiert die Angriffsgröße 804 die gewünschte Tiefe 810. Die gewünschte Tiefe 810 ist gleich der Impulsabschmelztiefe eines einzelnen Impulses, multipliziert mit dem Verhältnis der Fleckgröße 802 zur Angriffsgröße 804. Für das in 8 gezeigte Beispiel ist die Angriffsgröße 804 ungefähr ein Siebtel der Größe der Fleckgröße 802. Folglich ist die gewünschte Tiefe 810 siebenmal die Impulsabschmelztiefe eines einzelnen Impulses (und wird nach sieben Impulsen zu ersten Mal erreicht).
In einem Ausführungsbeispiel wird die Schneidgeschwindigkeit gesteuert, indem zuerst die Impulsdauer ausgewählt wird, wie vorstehend erörtert, um die Schwelle der Abschmelzung zu verringern. In bestimmten Ausführungsbeispielen wird vorteilhafterweise eine Impulsbreite ausgewählt, die im Wesentlichen die niedrigste Abschmelzschwelle für das Zielmaterial oder die Zielmaterialien bereitstellt. Dann wird die Fleckgröße ausgewählt, um die gewünschte Fluenz für eine ausgewählte Energie pro Impuls vorzusehen. Auf der Basis der Einzelimpuls-Abschmelztiefe wird dann die Angriffsgröße ausgewählt, um die Gesamtabschmelztiefe bereitzustellen. Wie vorstehend erörtert, wird dann die Impulswiederholungsfrequenz ausgewählt, um die Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen. In bestimmten Ausführungsbeispielen werden niedrigere Impulswiederholungsfrequenzen (z. B. ungefähr 70 kHz) mit hohen Impulsenergien (z. B. ungefähr 50 μJ bis ungefähr 100 μJ) verwendet, um mit einer niedrigen Fluenz und einer hohen Geschwindigkeit abzuschmelzen, indem das Seitenverhältnis des Laserflecks von symmetrisch (z. B. kreisförmig) in asymmetrisch (z. B. elliptisch oder rechteckig) geändert wird, um die Energie der Impulse in der Richtung des Schnitts zu verteilen. Anstelle des Fokussierens der Energie auf einen kleinen kreisförmigen Fleck breitet folglich ein elliptischer oder rechteckiger Fleck die Energie jedes Impulses aus, um die Fluenz zu verringern, während Material in der Richtung des Schnitts entfernt wird. Ein geformter, rechteckiger Strahl kann beispielsweise derart konfiguriert werden, dass die längere Abmessung des Rechtecks in der Richtung des Schnitts liegt.
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele in Bezug auf das Vereinzeln von Halbleiterwafern beschrieben wurden, werden Fachleute andere Anwendungen wie z. B. Speicherreparatur oder Lasermikrobearbeitung erkennen. 9 ist beispielsweise eine Elektronenmikrophotographie eines mikrobearbeiteten Musters 900 in einem Halbleitermaterial unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Laserabschmelzverfahren. Das beispielhafte Muster 900 umfasst Gräben 902, die ungefähr 51 μm breit sind und in einem präzisen Muster geschnitten sind. Die Gräben 902 weisen im Wesentlichen flache Böden und gut definierte Seitenwände auf. Ferner ist der Abstand 904 zwischen den Gräben nicht größer als ungefähr 25 μm.
Fachleute werden aus der Offenbarung hierin erkennen, dass andere Muster und präzisere Schnitte auch erreicht werden können. 10 ist beispielsweise eine Elektronenmikrophotographie eines mikrobearbeiteten Musters 1000 in einem Halbleitermaterial unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Laserabschmelzverfahren. Das beispielhafte Muster 1000 umfasst Gräben 1002, die ungefähr 50 μm breit sind und die an einigen Stellen 1004 um ungefähr 10 μm breite Abstände getrennt sind.
In 7, 8 und 9 kann beobachtet werden, dass im Wesentlichen kein Absplittern, Einreißen oder Verunreinigen besteht. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann eine gewisse Reinigung erwünscht sein, um kleine Mengen an Überbleibseln zu entfernen. Herkömmliche Verfahren mit Hochdruckwasser oder durch "Sandstrahlen" mit festem CO₂ können beispielsweise nach dem Laserabschmelzen verwendet werden, um Partikel oder Überbleibsel zu entfernen. Die hierin erörterten Abschmelzprozesse sind jedoch im Allgemeinen sauberer als herkömmliche Laser- oder mechanische Sägeschneidverfahren und erfordern weniger Reinigung als herkömmliche Prozesse oder überhaupt keine Reinigung. Folglich ist ein zusätzlicher seitlicher Abstand zwischen Bauelementen auf einem Wafer nicht erforderlich, um sich auf den Zertrennprozess einzustellen. Aufgrund der mit kurzen Wellenlängen verwendeten niedrigen Fluenz bestehen ferner weniger Probleme mit von Wärme betroffenen Zonen, Einreißen, Ablösen und Absplittern. Folglich werden höhere Chipbruchfestigkeiten und Gesamtprozessausbeuten erzielt.
Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass viele Änderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
Zusammenfassung
Systeme und Verfahren zum Ritzen von Wafern (200) mit kurzen Laserimpulsen werden bereitgestellt, um die Abschmelzschwelle eines Zielmaterials zu verringern. In einem Stapel von Materialschichten (202, 204, 206, 208) wird eine minimale Laserabschmelzschwelle auf der Basis der Laserimpulsbreite für jede der Schichten (202, 204, 206, 208) bestimmt. Die höchste der minimalen Laserabschmelzschwellen wird ausgewählt und ein Strahl (216) von einem oder mehreren Laserimpulsen wird mit einer Fluenz in einem Bereich zwischen der ausgewählten Laserabschmelzschwelle und ungefähr zehnmal der ausgewählten Laserabschmelzschwelle erzeugt. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Laserimpulsbreite in einem Bereich von ungefähr 0,1 Pikosekunden bis ungefähr 1000 Pikosekunden verwendet. Außerdem oder in anderen Ausführungsbeispielen wird eine hohe Impulswiederholungsfrequenz ausgewählt, um die Ritzgeschwindigkeit zu erhöhen. In einem Ausführungsbeispiel liegt die Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 100 kHz und ungefähr 100 MHz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5656186 [0027]
- US 6433301 [0053]
- US 6791060 [0053]
- US 5864430 [0053]

Claims

Verfahren zum Schneiden einer Vielzahl von Schichten, die über einem Substrat ausgebildet sind, wobei jede der Vielzahl von Schichten eine jeweilige Laserabschmelzschwelle aufweist, die mit der Laserimpulsbreite variiert, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer minimalen Laserabschmelzschwelle für jede der Vielzahl von Schichten; Auswählen der höchsten der minimalen Laserabschmelzschwellen; Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Fluenz in einem Bereich zwischen der ausgewählten Laserabschmelzschwelle und ungefähr zehnmal der ausgewählten Laserabschmelzschwelle; und Ritzen eines Einschnitts zwischen einer Vielzahl von integrierten Schaltungen, die in der Vielzahl von Schichten ausgebildet sind, wobei der Einschnitt durch die Vielzahl von Schichten zu einer oberen Oberfläche des Substrats verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserimpulse eine Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 0,1 Pikosekunden und ungefähr 1000 Pikosekunden aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strahl eine Impulswiederholungsrate in einem Bereich zwischen ungefähr 100 kHz und ungefähr 100 MHz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Energie pro Impuls in einem Bereich zwischen ungefähr 1 μJ und ungefähr 100 μJ liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mittlere Leistung des Strahls in einem Bereich zwischen ungefähr 10 Watt und ungefähr 50 Watt liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Schichten eine kombinierte Dicke in einem Bereich zwischen ungefähr 8 μm und ungefähr 12 μm aufweisen und wobei der Strahl so konfiguriert wird, dass er den Einschnitt durch die Vielzahl von Schichten mit einer Rate in einem Bereich zwischen ungefähr 200 mm/Sekunde und 1000 mm/Sekunde ritzt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Schneiden des Substrats mit einer Säge entlang der Länge des Einschnitts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einschnitt eine erste Ritzlinie und eine zweite Ritzlinie bildet, die einen ersten Bereich mit einem aktiven Bauelement von einem zweiten Bereich mit einem aktiven Bauelement trennen.
Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner das Schneiden der Vielzahl von Schichten und des Substrats mit einer Säge zwischen der ersten Ritzlinie und der zweiten Ritzlinie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Schneiden mit dem Strahl durch die Vielzahl von Schichten und das Substrat in einem einzelnen Durchgang umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Formen des Strahls, um ein im Wesentlichen gleichmäßiges Strahlungsdichteprofil bereitzustellen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Vielzahl von Schichten ein dielektrisches Material mit niedrigem k umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strahl eine Fluenz in einem Bereich zwischen der ausgewählten Laserabschmelzschwelle und ungefähr 5-mal der ausgewählten Laserabschmelzschwelle aufweist.
Integrierte Schaltung, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 zertrennt wird.
Verfahren zum Ritzen eines Wafers mit einer Vielzahl von darauf oder darin ausgebildeten integrierten Schaltungen, wobei die integrierten Schaltungen durch einen oder mehrere Gräben getrennt sind, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen, wobei die Laserimpulse eine Impulsbreite aufweisen, die so ausgewählt wird, dass eine Abschmelzschwelle eines Zielmaterials minimiert wird; und Abschmelzen eines Teils des Zielmaterials mit dem Strahl bei einer Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 5,1 MHz und ungefähr 100 MHz.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 0,1 Pikosekunden und ungefähr 1000 Pikosekunden liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Energie pro Impuls in einem Bereich zwischen ungefähr 1 μJ und ungefähr 100 μJ liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Zielmaterial eine Dicke in einem Bereich zwischen ungefähr 8 μm und ungefähr 12 μm aufweist und wobei der Strahl so konfiguriert wird, dass er das Zielmaterial mit einer Rate in einem Bereich zwischen ungefähr 200 mm/Sekunde und 1000 mm/Sekunde durchschneidet.
Verfahren zum Ritzen eines Wafers mit einer Vielzahl von darauf oder darin ausgebildeten integrierten Schaltungen, wobei die integrierten Schaltungen durch einen oder mehrere Gräben getrennt sind, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen, wobei die Laserimpulse eine Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 0,6 Pikosekunden und ungefähr 190 Pikosekunden aufweisen; und Abschmelzen eines Teils des Zielmaterials mit dem Strahl.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Strahl eine Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 100 kHz und ungefähr 100 MHz aufweist.
Verfahren zum Ritzen eines Wafers mit einer Vielzahl von darauf oder darin ausgebildeten integrierten Schaltungen, wobei die integrierten Schaltungen durch einen oder mehrere Gräben getrennt sind, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Strahls von einem oder mehreren Laserimpulsen, wobei die Laserimpulse eine Impulsbreite in einem Bereich zwischen ungefähr 210 Pikosekunden und ungefähr 1000 Pikosekunden aufweisen; und Abschmelzen eines Teils des Zielmaterials mit dem Strahl.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Strahl eine Impulswiederholungsfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 100 kHz und ungefähr 100 MHz aufweist.