本實用新型專利技術提供一種采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置，用于對激光劃片的全動態過程進行原位實時觀測，包括：倍頻晶體及半反射鏡，所述倍頻晶體將探測光倍頻后經半反射鏡反射至待測晶圓處；二向色鏡，其位于半反射鏡與待測晶圓之間的光路上，用于反射抽運光/劃片光至與探測光合束；二向色物鏡，其位于二向色鏡與待測晶圓之間的光路上，用于將所述抽運光/劃片光與所述探測光聚焦，焦點置于待測晶圓內部；第一探測器，其位于待測晶圓一側中半反射鏡的透射光路上且較之半反射鏡遠離待測晶圓，用于記錄探測光的反射信息；第二探測器，位于待測晶圓的另一側且設置在從二向色物鏡往待測晶圓的光路延長線上，用于記錄探測光的透射信息。透射信息。透射信息。
【技術實現步驟摘要】
采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置
[0001]本技術涉及激光劃片的監測，特別涉及一種采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置。
技術介紹
[0002]在半導體制造中，晶圓是半導體產業鏈的上游核心，材料和設備是整個半導體產業的基石。更大晶片、更小晶粒(芯片)、更多功能是半導體行業未來的發展趨勢。半導體生產流程由晶圓制造、晶圓測試、芯片封裝和測試組成。其中，晶圓劃片是半導體芯片封裝過程中的一個重要環節，是將一整片晶圓沿預先設定的切割道分割成單個晶粒的過程，該環節對芯片的質量和壽命有著直接且重要的影響。晶圓劃片的質量標準由芯片完整度、無微裂紋、界面無剝離、芯片邊緣無毛刺、背面邊界無崩裂、邊角無脫落等等多個苛刻條件組成，這些條件都是在微米尺度下進行衡量。隨著晶粒間距越來越小，預留給劃片切割道的空間也越來越窄。因此，如何在豐富芯片功能的同時進一步縮小其尺寸，如何在不降低芯片良率的前提下進一步提高產率，如何在不導致缺陷的情況下切割出復雜的集成電路芯片，這些都與晶圓劃片技術的革新密切相關。
[0003]機械劃片是利用砂輪或刀片的高速旋轉對晶圓進行強力切割。機械劃片工藝成熟，典型劃片速度100mm/s、切割道寬度60-80μm。但機械劃片也存在著明顯不足，比如機械劃片為濕式劃片，須采用冷卻液沖洗和降溫；刀片施加的下壓力會導致晶圓產生機械形變；劃片的切割道寬、速度慢，還有濺射、殘留、崩邊、膜層脫落、卷邊缺陷等問題。特別是，對于高硬度脆性材料，如SiC，機械劃片還必須在劃切質量與劃切速度之間做出妥協。
[0004]半導體制程的技術迭代對激光加工精度的要求越來越高，當切割道寬度、熱影響區、崩邊尺寸等多個要素都必須控制在幾個微米以下時，超短脈沖成為激光精密加工的有效手段。因此，將超短脈沖與激光劃片技術相結合成為提升晶圓劃片產率和良率的重要突破點。超短脈沖隱形切割相較于納秒脈沖劃片有著較大不同，表現為高峰值功率超短脈沖引入的瞬態(飛秒/皮秒)時間效應、緊聚焦條件下產生的納米尺度空間效應(非線性和熱輸運)等等。當近紅外波段超短脈沖聚焦至半導體材料時，會由非線性吸收主導多光子電離和雪崩電離；當等離子體密度高于某臨界值時，將類似金屬一樣強烈吸收激光并劇烈升溫；進一步，當區域內正離子間的強大庫倫排斥力超出瑞利不穩定極限值時，會產生強烈的庫倫爆炸。了解這些超快動力學機制對改善半導體器件的性能至關重要。
[0005]最近，人們已經開始嘗試采用超短脈沖對Si和Al2O3等傳統襯底材料進行隱形切割。在產線現場驗證過程中，設定切割速度為600mm/s，以厚度為110μm的Al2O3襯底LED晶圓為劃切對象，通過優化皮秒脈沖的平均功率、脈沖能量、脈沖串內子脈沖數、光束質量等激光參數，獲得了最高大于99.5％的良率，晶圓切割前后良率幾乎無衰減。然而，對于SiC晶圓來說，機械劃片和激光劃片的發展都較為緩慢，原因在于SiC材料從晶棒生長到晶圓加工都存在著諸多需要解決的問題。如：一、SiC有多種同素異構體，而異構體元胞所含原子數目較大，計算工作復雜，對這些異構體能帶結構的理論認識尚不充足；二、SiC單晶生長條件苛
刻，生長周期長；三、由于SiC屬于硬脆材料(莫氏硬度達到9.5，超過Al2O3，僅次于金剛石)，晶棒的切割、以及晶圓的研磨、減薄、拋光都有極大難度；四、由于加工難度大，SiC襯底(350-500μm厚度)相較Al2O3和Si襯底(100-200μm厚度)厚，引發出光學透過率這個制約隱形切割的關鍵問題；五、SiC禁帶寬度約為3.4eV，是Si的3倍，是Al2O3的1/3，無法直接采用Al2O3和Si襯底的激光劃片工藝。
[0006]但不管如何，在激光劃片后都需評判其效果，而通常評判激光劃片的效果，都是在激光裂片以后，通過外觀觀察和電性能測試的方式進行。目前，仍缺乏對激光劃片超硬晶圓的原位實時監測手段，未實現對晶圓內部改質點和改質層形成過程的瞬態記錄和分析。
技術實現思路
[0007]本技術目的在于提供一種激光劃片在線監測裝置，用于對激光劃片的全動態過程進行原位實時觀測。
[0008]為實現上述目的，本技術的技術方案為：
[0009]提供一種采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置，包括：
[0010]倍頻晶體及半反射鏡，所述倍頻晶體將探測光倍頻后經半反射鏡反射至待測晶圓處；
[0011]二向色鏡，其位于半反射鏡與待測晶圓之間的光路上，用于反射抽運光/劃片光至與探測光合束；
[0012]二向色物鏡，其位于二向色鏡與待測晶圓之間的光路上，用于將所述抽運光/劃片光與所述探測光聚焦，焦點置于待測晶圓內部；
[0013]第一探測器，其位于待測晶圓一側中半反射鏡的透射光路上且較之半反射鏡遠離待測晶圓，用于記錄探測光的反射信息；
[0014]第二探測器，位于待測晶圓的另一側且設置在從二向色物鏡往待測晶圓的光路延長線上，用于記錄探測光的透射信息。
[0015]進一步地，還包括延遲線，所述探測光經延遲線后才進入所述倍頻晶體。
[0016]所述延遲線包含多個全反射鏡，還設有移位機構用于實現這些全反射鏡之間的距離可調。
[0017]進一步地，所述倍頻晶體的輸入側及輸出側的光路上分別設有第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡，第一聚焦透鏡將探測光聚焦至倍頻晶體，并由第二聚焦透鏡將探測光還原。
[0018]所述第一聚焦透鏡遠離倍頻晶體一側的光路上設有第一半玻片來調整光的偏振，第二聚焦透鏡遠離倍頻晶體一側的光路上設有第二半玻片來作二次偏振調整。
[0019]還包括第三半玻片，所述抽運光/劃片光通過第三半玻片偏振調整后才傳輸至二向色鏡。
[0020]進一步地，還包括斬波器，探測光先經斬波器進行脈沖調制后再進入所述倍頻晶體，所述第一探測器、第二探測器的輸出連接有鎖相放大器進行解調。
[0021]進一步地，所述第二探測器與待測晶圓之間的光路上設有濾光片。
[0022]進一步地，還包括高非線性光纖脈沖放大器，探測光先經高非線性光纖脈沖放大器進行提升功率和光譜展寬后再進入所述倍頻晶體。
[0023]還包括低非線性光纖放大器，所述抽運光/劃片光先經低非線性光纖放大器進行
凈色散和泵浦功率管理后再傳輸至所述二向色鏡。
[0024]進一步地，所述探測光為飛秒脈沖。所述劃片光/抽運光為脈寬可調的飛秒脈沖或皮秒脈沖。
[0025]本技術用劃片光/抽運光進行晶圓激光切割，用倍頻探測光探測劃片激光焦點處的改質過程，再通過分別記錄不同方向上探測光的反射及透射的信息，可以獲得抽運光/劃片光從開始與晶圓相互作用到相互作用完畢的全動態過程，以分析非線性吸收起始點、等離子形成初期、等容加熱和絕熱膨脹中間態、熱沖擊波致裂紋生成等超快物理現象瞬態規律，實現對激光劃片進行原位實時觀測和分析，為有效控制芯片制造的時間和材料成本提供可行的解決途徑。
[0026]上述說明僅是本技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術的技術手段，而可依照說本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置，其特征在于，包括：倍頻晶體及半反射鏡，所述倍頻晶體將探測光倍頻后經半反射鏡反射至待測晶圓處；二向色鏡，其位于半反射鏡與待測晶圓之間的光路上，用于反射抽運光/劃片光至與探測光合束；二向色物鏡，其位于二向色鏡與待測晶圓之間的光路上，用于將所述抽運光/劃片光與所述探測光聚焦，焦點置于待測晶圓內部；第一探測器，其位于待測晶圓一側中半反射鏡的透射光路上且較之半反射鏡遠離待測晶圓，用于記錄探測光的反射信息；第二探測器，位于待測晶圓的另一側且設置在從二向色物鏡往待測晶圓的光路延長線上，用于記錄探測光的透射信息。2.如權利要求1所述的采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置，其特征在于：還包括延遲線，所述探測光經延遲線后才進入所述倍頻晶體。3.如權利要求2所述的采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置，其特征在于：所述延遲線包含多個全反射鏡，還設有移位機構用于實現這些全反射鏡之間的距離可調。4.如權利要求1所述的采用全光學方式的激光劃片在線監測裝置，其特征在于：所述倍頻晶體的輸入側及輸出側的光路上分別設有第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡，第一聚焦透鏡將探測光聚焦至倍頻晶體，并由第二聚焦透鏡將探測光還原。5.如權利要求4所述的采用全光學方式的激光劃片在線監測裝...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郝強，曾和平，
申請(專利權)人：郝強，
類型：新型
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。