專利名稱：激光加工裝置和方法、加工掩模、半導體裝置及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光加工，更具體地說，本發(fā)明涉及通過激光光束的形狀控制切割的激光加工裝置、加工掩模、半導體裝置(器件)、激光加工方法以及用于制造半導體裝置的方法。
背景技術：
近年來，在半導體裝置中，已使用低介電常數(shù)(low-k)的絕緣膜(電介質膜)以便于可通過減小配線(布線、互連)間容量而進行高速下的操作。然而，當使用刀片在具有l(wèi)ow-k絕緣膜作為層間絕緣膜的半導體裝置上執(zhí)行切割時，層間絕緣膜會被剝離。
例如，在其上制造半導體裝置的硅(Si)基片(基底、基板)上，堆積有多層結構，所述結構包括諸如有機二氧化硅膜和多孔二氧化硅膜的low-k絕緣膜、通過使用諸如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮碳化硅(SiCN)、氧化硅(SiO2)膜、聚酰亞胺膜等防止銅(Cu)擴散的擴散防止膜。當使用刀片切割具有形成于其上的所述多層膜的Si基片時，由于弱粘附力，因此易于出現(xiàn)從SiC膜、Si3N4膜、SiCN膜等的分界面處剝離的情況。而且，由于low-k絕緣膜的機械強度較弱，因此在諸如有機二氧化硅膜和多孔二氧化硅膜的low-k絕緣膜中會出現(xiàn)裂縫。
為了防止絕緣膜的剝離，存在這樣一種已知加工方法，通過所述加工方法，在通過激光照射去除層間絕緣膜之后使用刀片切割Si基片。而且，還公開這樣一種方法，其中通過激光加工不僅切割絕緣膜而且還切割Si基片(參照日本專利公開No.2002-224878)。
在現(xiàn)有激光加工裝置中要處理的加工對象物(要加工物體)的目標表面上的激光光束具有環(huán)形形狀、正方形形狀等，所述形狀沿激光光束的掃描方向對稱。在激光加工中，通過用脈沖振動激光光束掃描加工對象物而在所述加工對象物中形成加工溝槽。
例如，通過激光加工切割Si基片并且制造半導體芯片。在具有形成于其上的包括low-k絕緣膜和擴散防止膜的多層膜的Si基片中，照射激光光束通過low-k絕緣膜被傳輸并在擴散防止膜、low-k絕緣膜與擴散防止膜或Si基片之間的分界面處被吸收。擴散防止膜或Si基片被吸收的激光光束溶融并且上層low-k絕緣膜被去除。
然而，在現(xiàn)有激光加工中，擴散防止膜或Si基片的溶融在low-k絕緣膜上提供了應力，并且在low-k絕緣膜中產(chǎn)生了裂縫。
由于掃描方向前方部的low-k絕緣膜已被激光加工去除，因此在照射激光光束的掃描方向前方部產(chǎn)生的裂縫不會造成問題。然而，在激光加工之后，在垂直于掃描方向的方向中形成的裂縫留在半導體芯片中。
如上所述，使用現(xiàn)有激光加工方法，可抑制絕緣膜的剝離。然而，無法抑制low-k絕緣膜中裂縫的產(chǎn)生，從而導致如此制造的裝置低可靠性的問題。而且，在切割線上，使用絕緣膜下面的金屬等形成對準標記。當去除對準標記上的絕緣膜時，對準標記的周圍會出現(xiàn)絕緣膜的剝離。
而且，當使用刀片切割Si基片時，難于抑制Si基片中裂縫的產(chǎn)生。因此，產(chǎn)生的裂縫可導致與半導體芯片的變薄相關的芯片強度降低。而且，為了通過激光加工在高精度下執(zhí)行Si基片的加工，需要提供大于Si基片厚度的照射激光光束的焦點深度。然而，如果增加焦點深度，則激光光束窄化就會受限并且激光加工會變得困難。
而且，當使用刀片切割具有半導體發(fā)光元件的磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)等的半導體基片或藍寶石基片時，在切割區(qū)域周圍形成破碎層。所述破碎層吸收從半導體發(fā)光元件中發(fā)射出的光線并且降低發(fā)光效率。因此，通過濕法蝕刻去除該破碎層。通過濕法蝕刻去除破碎層增加用于基片的有效面積的損失并且降低半導體發(fā)光元件的產(chǎn)出率。而且，為了提高發(fā)光效率，可使用有角刀片使得半導體發(fā)光元件的側壁在上層和下層電極形成層之間傾斜。因此，對于半導體發(fā)光元件來說，需要多級切割步驟，因此效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及激光加工裝置，所述裝置包括被構造成沿從加工對象物的第一端到所述加工對象物的另一端的掃描方向移動加工對象物的掃描系統(tǒng)；被構造成沿掃描方向在垂直于所述激光光束光軸的平面上將激光光束變換成非對稱加工激光光束的光束成形單元；以及被構造成從光束成形單元發(fā)射的加工激光光束照射到加工對象物上的照射光學系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二方面涉及用于通過在垂直于用于加工對象物的激光加工的激光光束的光軸的平面上掃描激光光束而變換用于加工對象物的激光加工的激光光束的形狀的加工掩模，所述加工掩模包括具有垂直于所述光軸設置的垂直遮光部和傾斜于垂直遮光部的平面的傾斜遮光部的遮光部；在垂直遮光部中設置開口的第一加工開口；以及以沿與所述第一加工開口相反的方向延伸的方式在傾斜遮光部中設置與第一加工開口相連接的開口的第二加工開口。
本發(fā)明的第三方面涉及激光加工方法，所述方法包括沿第一方向將激光光束變換成非對稱加工激光光束；將所述加工激光光束投影到加工對象物上；沿與第一方向對應的掃描方向在加工對象物的表面上掃描所述加工激光光束。
本發(fā)明的第四方面涉及用于制造半導體裝置的方法，所述方法包括在半導體基片的前表面上沉積絕緣膜；將加工激光光束投影到半導體基片上，所述加工激光光束是通過將激光光束沿第一方向變換成非對稱形狀而獲得的；沿與第一方向對應的掃描方向在半導體基片的表面上掃描所述加工激光光束；以及通過去除絕緣膜而沿掃描方向形成切割區(qū)域。
本發(fā)明的第五方面涉及半導體裝置，所述半導體裝置包括半導體基片；沉積在所述半導體基片表面上的多個層間絕緣膜；以及沉積在多個層間絕緣膜之間的擴散防止膜，所述擴散防止膜具有被改質以便在芯片周邊附近增大擴散防止膜和層間絕緣膜之間的粘附強度的區(qū)域。


圖1是本發(fā)明一個實施例涉及的激光加工裝置的示意性框圖；圖2是示意性地示出本發(fā)明第一實施例涉及的加工掩模的一個示例的平面圖；圖3是示出本發(fā)明第一實施例涉及的半導體基片的一個示例的截面結構的視圖；圖4是示意性地示出在本發(fā)明第一實施例涉及的半導體基片的激光加工之前加工激光光束的位置的平面圖；圖5是示意性地示出在本發(fā)明第一實施例涉及的半導體基片中通過激光加工形成切割區(qū)域的情況的平面圖；圖6是圖5的截面VI-VI的示意圖，在所述截面VI-VI處在本發(fā)明第一實施例涉及的半導體基片中通過激光加工形成切割區(qū)域；圖7是圖5中VII-VII線處的截面的示意圖，在所述截面處在本發(fā)明第一實施例涉及的半導體基片中通過激光加工形成切割區(qū)域；圖8是圖5中VIII-VIII線處的截面的示意圖，在所述截面處在本發(fā)明第一實施例涉及的半導體基片中通過激光加工形成切割區(qū)域；圖9是圖5中IX-IX線處的截面的示意圖，在所述截面處在本發(fā)明第一實施例涉及的半導體基片中通過激光加工形成切割區(qū)域；圖10A到10E是示意性地示出本發(fā)明第一實施例涉及的加工掩模的其它示例的平面圖；圖11是示出本發(fā)明第二實施例涉及的加工掩模的示例的示意圖；
圖12A和12B是示出本發(fā)明第二實施例涉及的光束成形單元的示例的示意圖；圖13是示出本發(fā)明第二實施例涉及的激光加工的加工激光光束的投影圖像的示例的視圖；圖14到圖16是本發(fā)明第二實施例涉及的用于解釋用于半導體基片的激光加工的截面圖的示例；圖17A到17F是示意性地示出本發(fā)明第二實施例涉及的加工掩模的其它示例的平面圖；圖18是示意性地示出本發(fā)明第三實施例涉及的加工掩模的示例的平面圖；圖19是示出本發(fā)明第三實施例涉及的激光加工的加工激光光束的投影圖像的示例的視圖；圖20到圖22是本發(fā)明第三實施例涉及的用于解釋用于半導體基片的激光加工的截面圖的示例；圖23是本發(fā)明第三實施例涉及的使用加工掩模激光加工另一個半導體基片之后的截面的示意圖；圖24是示意性地示出本發(fā)明第四實施例涉及的加工掩模的示例的平面圖；圖25是示出本發(fā)明第四實施例涉及的激光加工裝置中加工掩模位置與焦點位置之間的關系的視圖；圖26是示出本發(fā)明第四實施例涉及的加工掩模的沉積的示例的示意圖；圖27是示出本發(fā)明第四實施例涉及的激光加工的加工激光光束的投影圖像的位置的視圖；圖28到圖31是本發(fā)明第四實施例涉及的用于解釋用于半導體基片的激光加工的截面圖的示例；圖32是示出本發(fā)明第四實施例的變型涉及的照射光學系統(tǒng)的示例的示意圖；
圖33是示出本發(fā)明第四實施例的變型涉及的激光加工的加工激光光束的投影圖像的位置的視圖；圖34是示意性地示出本發(fā)明第五實施例涉及的加工掩模的示例的平面圖；圖35是示出本發(fā)明第五實施例涉及的激光加工的加工激光光束的投影圖像的示例的視圖；以及圖36到圖39是本發(fā)明第五實施例涉及的用于解釋用于半導體基片的激光加工的截面圖的示例。
具體實施例方式
下面將參照

本發(fā)明的各個實施例。應該注意的是，在所有附圖中相同或相似的部件或元件使用相同或相似的附圖標記，并且將省略或簡化對于相同或相似的部件或元件的說明。
(第一實施例)如圖1中所示，本發(fā)明第一實施例涉及的激光加工裝置包括掃描系統(tǒng)9，掃描系統(tǒng)9被構造成使得布置于保持器8上的要加工的加工對象物20沿從加工對象物20的一端朝向其另一端的掃描方向移動。光束成形單元4包括具有在垂直于來自于加工光源2的激光光束的光軸方向的平面上沿與掃描系統(tǒng)9的掃描方向對應的方向延伸的非對稱形狀開口的加工掩模，并且還包括用以輸出變換成非對稱形狀的激光光束的光學系統(tǒng)。照射光學系統(tǒng)6被構造成將從光束成形單元4處通過半透明反射鏡5入射的激光光束透過透明窗7照射在加工對象物20上。掃描系統(tǒng)9設在架臺10上。
在第一實施例中，例如使用Q開關摻雜有釹的釔鋁石榴石(NdYAG)激光的第三諧波作為加工光源2，該第三諧波具有355nm的波長、約30ns的脈沖寬度以及最大值為50kHz的振動頻率。具有50mm焦距的物鏡用作照射光學系統(tǒng)6。物鏡與光束成形單元4之間的光學距離約為300mm。照射光學系統(tǒng)6的縮小投影比為1/5。
而且，在加工對象物20的目標表面與透明窗7之間設有液體供給系統(tǒng)11，所述液體供給系統(tǒng)11通過噴嘴12供給諸如水等液體13。在處理絕緣膜等期間產(chǎn)生的加工塵屑被液體13的流動去除。這樣，可在不會出現(xiàn)加工塵屑粘附在加工對象物20表面的另一部分上的情況下處理絕緣膜。在激光加工之后通過洗滌器清洗等執(zhí)行清洗步驟的情況中，尤其不必執(zhí)行液體13中的激光加工。可在大氣環(huán)境中執(zhí)行激光加工。而且，液體13可防止激光照射產(chǎn)生的熱量在加工對象物20的目標表面上擴散。在圖1中，液體13流過加工對象物20的表面并沿不同的方向分散。然而，液體13可引入到具有適合出口孔的容器中。而且，液體13可從所述出口孔通過過濾器循環(huán)到液體供給系統(tǒng)11。除了水以外，含氣水、臭氧水、氨(NH3)水溶液、甘氨酸(C2H5NO2)和過氧化氫(H2O2)的混合液等也可用作液體13。
而且，激光加工裝置包括觀察光源14(諸如鹵素燈)，以便于通過半透明反射鏡15和用于檢測加工對象物20加工位置的半透明反射鏡5將觀察光照射到加工對象物20的目標表面上；校正光學系統(tǒng)16，它被構造成執(zhí)行通過半透明反射鏡5、15入射的從加工對象物20的目標表面反射的觀察光的焦距調節(jié)；以及觀察系統(tǒng)17，被構成得可觀察經(jīng)過校正光學系統(tǒng)16的焦距調節(jié)的加工對象物20的位置。
加工控制系統(tǒng)3控制加工光源2以便于通過從觀察系統(tǒng)17中提供的加工對象物20的位置信息輸出激光光束。而且，通過從觀察系統(tǒng)17中提供的位置信息，加工控制系統(tǒng)3可微調光束成形單元4在加工對象物20的目標表面上的投影位置。
例如，使用諸如Si基片的半導體基片20作為加工對象物20。在其上形成有電路圖案(印刷電路)的半導體基片20上形成有諸如low-k絕緣膜、擴散防止膜、氧化硅(SiO2)膜、聚酰亞胺膜等絕緣膜。在第一實施例中，將給出通過去除沉積在半導體基片20上的絕緣膜而形成切割區(qū)域的情況的說明。
如圖2中所示，在設在光束成形單元4中的加工掩模21中設有區(qū)域加工開口26，所述加工開口26包括在由不銹鋼等制成的遮光部22中設置開口的狹縫23和具有比狹縫23的寬度寬的側部并且與狹縫23的一端相連接的矩形透明區(qū)域25。加工掩模21可通過光刻法在沉積在石英基片上的由鉻(Cr)等制成的不透明膜上形成圖案而制成。
加工掩模21例如垂直于激光光束的光軸布置在光束成形單元4中以使得狹縫23位于圖2中的上側。另外，加工掩模21布置在光束成形單元4中以使得通過加工掩模21的狹縫23傳輸?shù)募す夤馐耐队皥D像的前端可照射半導體基片20，并且可面對半導體基片20的掃描方向。
加工掩模21具有例如50μm的厚度。在半導體基片20上，狹縫23的寬度為10μm并且透明區(qū)域25的寬度為與切割區(qū)域寬度對應的50到80μm。在半導體基片20上狹縫23和透明區(qū)域25的長度都是10μm到100μm。應該注意的是，除非另作說明，下面將根據(jù)半導體基片20上的經(jīng)過縮小投影的尺寸說明加工掩模21上的圖案尺寸。
用于半導體基片20的掃描系統(tǒng)9的掃描速度是100mm/s。來自于加工光源2的激光光束的振動頻率50kHz并且照射積分通量為0.6J/cm2/脈沖。在此，“照射積分通量”是指每一脈沖的照射能量密度。應該注意的是，半導體基片20的掃描速度、激光光束的振動頻率、照射積分通量等都被適當?shù)乜刂埔员愀鶕?jù)半導體基片20的膜結構溶融絕緣膜。
在第一實施例中，如圖3中所示，例如，第一絕緣膜41、第一擴散防止膜44、第二絕緣膜42、第二擴散防止膜45和第三絕緣膜43被相繼地層壓在形成有切割區(qū)域的半導體基片20的表面上。例如，第一到第三絕緣膜41到43可用作在半導體基片上制造的半導體裝置的層間絕緣膜。
如圖4中所示，通過加工掩模21的區(qū)域加工開口26，激光光束形成包括具有與狹縫23相對應的窄帶形狀的第一區(qū)域加工激光光束33和具有與透明區(qū)域25相對應的矩形形狀的第二區(qū)域加工激光光束35的加工激光光束36。通過加工控制系統(tǒng)3，加工激光光束36被設置成可將第一區(qū)域加工激光光束33的前端布置在半導體基片20的面對掃描方向的端部處。當掃描系統(tǒng)9使得半導體基片20沿掃描方向移動時，加工激光光束36被投影到半導體基片20上。
在此，第一到第三絕緣膜41到43為具有約為3.4或小于3.4的相對介電常數(shù)并且可透過激光光束的low-k絕緣膜。而且，激光光束的照射積分通量為0.6J/cm2，因此第一和第二擴散防止膜44、45可被溶融。另外，在半導體基片20溶融的情況中，為了溶融而進行的熔化只發(fā)生在半導體基片20表面附近。因此，在半導體基片20中基本不形成溝槽。
首先，如圖2和圖3中所示，通過第一區(qū)域加工激光光束33的激光光束通過第三絕緣膜43，第二擴散防止膜45被溶融并且溶融的第二擴散防止膜45上的第三絕緣膜43也一起被去除。隨后，在第二擴散防止膜45已被溶融的部分中，第一區(qū)域加工激光光束33的激光光束通過第二絕緣膜42照射到第一擴散防止膜44上。之后，第一擴散防止膜44被溶融并且溶融的第一擴散防止膜44上的第二絕緣膜42也被去除。在第一擴散防止膜44已被溶融的部分中，第一區(qū)域加工激光光束33的激光光束通過第一絕緣膜4照射到半導體基片20的表面上。之后，半導體基片20被溶融并且溶融的半導體基片20上的第一絕緣膜41也被去除。
由于溶融產(chǎn)生的熱量以及由于汽化的第一和第二擴散防止膜44、45或半導體基片20的氣體壓力，第一到第三絕緣膜41到43經(jīng)受應力。因此，第一到第三絕緣膜41到43中的應力在第一區(qū)域加工激光光束33的照射區(qū)域周圍產(chǎn)生裂縫。在掃描方向前方部產(chǎn)生的裂縫可通過半導體基片20的掃描而被激光加工去除。沿垂直于掃描方向的方向在第一區(qū)域加工激光光束33的照射區(qū)域周圍產(chǎn)生的裂縫被寬度大于第一區(qū)域加工激光光束33的第二區(qū)域加工激光光束35去除。在由第二區(qū)域加工激光光束35執(zhí)行的溶融過程中，窄溝槽已通過第一區(qū)域加工激光光束33形成。因此，第一到第三絕緣膜41到43的low-k絕緣膜上的應力減小并且可抑制沿垂直于掃描方向的方向產(chǎn)生裂縫。
在本發(fā)明第一實施例涉及的激光加工裝置中，使用加工掩模21，所述加工掩模21包括區(qū)域加工開口26，所述開口26具有用于加工窄溝槽的狹縫23和用于去除由low-k絕緣膜中的窄溝槽加工形成的裂縫的透明區(qū)域25。因此，通過去除沉積在半導體基片20上的半導體裝置的層間絕緣膜可形成切割區(qū)域，因此可抑制在層間絕緣膜中出現(xiàn)剝離和裂縫。
接下來，將結合圖1到圖9說明本發(fā)明第一實施例涉及的激光加工方法。首先，使用切割帶等將圖3中所示的半導體基片(加工對象物)20固定在圖1中所示的激光加工裝置的保持器8上。觀察光源14的觀察光被照射以便于通過校正光學系統(tǒng)調節(jié)聚焦并通過觀察系統(tǒng)17檢測半導體基片20的位置。從來自于觀察系統(tǒng)17的半導體基片20的位置信息中，加工控制系統(tǒng)3控制掃描系統(tǒng)9以使得半導體基片20移動，從而使得半導體基片20的邊緣部分處于觀察系統(tǒng)17的視野內(nèi)。圖2中所示的加工掩模21布置在光束成形單元4中并且由加工控制系統(tǒng)3執(zhí)行加工光源2的振動。照射光學系統(tǒng)6使得穿過光束成形單元4的加工掩模21的激光光束投影在保持器8上。在通過觀察系統(tǒng)17觀察投影的加工激光光束36時，掃描系統(tǒng)9被加工控制系統(tǒng)3操縱以便于將半導體基片20的邊緣部分布置在第一區(qū)域加工激光光束33的前端處，如圖4中所示。
如圖5中所示，通過掃描半導體基片20，通過激光加工逐漸形成切割區(qū)域38。如圖6中所示，附圖的沿從加工激光光束36的第一區(qū)域加工激光光束33的前端到加工的切割區(qū)域38的掃描方向的線VI-VI處的截面被形成為階形形狀。這是因為由第一區(qū)域加工激光光束33的照射導致的溶融沿掃描方向相繼去除了第一到第三絕緣膜41到43以及第一和第二擴散防止膜44、45。例如，在第一區(qū)域加工激光光束33的前端附近，第三絕緣膜43被去除并且第二擴散防止膜45部分地露出。沿掃描方向在第二擴散防止膜45的端部中，第二絕緣膜42露出。而且，沿掃描方向在第二絕緣膜42的端部中，第一擴散防止膜44露出。沿掃描方向在第一擴散防止膜44的端部中，第一絕緣膜41露出。在第二區(qū)域加工激光光束35的一部分處的第一區(qū)域加工激光光束33中，半導體基片20的表面露出。在第一到第三絕緣膜41到43的經(jīng)過加工的端部中，由于與分別位于第一到第三絕緣膜41到43之下的第一和第二擴散防止膜44、45和半導體基片20相接觸的部分處的溶融導致的應力產(chǎn)生第一裂縫51。
而且，與上述第一區(qū)域加工激光光束33相似，如圖7中所示，附圖的沿從第二區(qū)域加工激光光束35的前端朝向加工的切割區(qū)域38的掃描方向的線VII-VII處的截面也被形成為階形形狀。這是因為由第二區(qū)域加工激光光束35的照射導致的溶融沿掃描方向相繼地去除第三絕緣膜43、第二擴散防止膜45、第二絕緣膜42、第一擴散防止膜44和第一絕緣膜41。因此，半導體基片20的表面露出。如圖7中所示，在第一到第三絕緣膜41到43的經(jīng)過加工的端部中，由于與分別位于第一到第三絕緣膜41到43之下的第一和第二擴散防止膜44、45和半導體基片20相接觸的部分處的溶融導致的應力同樣產(chǎn)生第一裂縫51a。由于第一區(qū)域加工激光光束33去除了第一到第三絕緣膜41到43和第一和第二擴散防止膜44、45以便于形成加工的區(qū)域，因此減小溶融導致的應力。因此，第一裂縫51a小于圖6中所示的第一裂縫51。
如圖8中所示，在附圖的沿垂直于掃描方向的方向在遠離第一區(qū)域加工激光光束33的前端并且靠近第二區(qū)域加工激光光束35的區(qū)域中的線VIII-VIII處的截面中，形成有窄切割區(qū)域37，在該區(qū)域處露出半導體基片20的表面。這是因為由第一區(qū)域加工激光光束33的照射導致的溶融去除第三絕緣膜43、第二擴散防止膜45、第二絕緣膜42、第一擴散防止膜44和第一絕緣膜41。該溶融從第二擴散防止膜45、第一擴散防止膜44到半導體基片20的表面相繼地發(fā)生。因此，窄切割區(qū)域37具有在第三絕緣膜43的表面處較寬的傾斜開口。另外在垂直于圖8掃描方向的方向中，在第一到第三絕緣膜41到43的經(jīng)過加工的端部中，由于與分別位于第一到第三絕緣膜41到43之下的第一和第二擴散防止膜44、45和半導體基片20相接觸的部分處的溶融導致的應力同樣產(chǎn)生第二裂縫52。
如圖9中所示，在附圖的沿垂直于掃描方向的方向位于第二區(qū)域加工激光光束35的下部的線IX-IX處的截面中，形成有切割區(qū)域38，在該區(qū)域處露出半導體基片20的表面。這是因為由第二區(qū)域加工激光光束35的照射導致的第一擴散防止膜44和第二擴散防止膜45以及半導體基片20的表面的溶融去除第三絕緣膜43、第二擴散防止膜45、第二絕緣膜42、第一擴散防止膜44和第一絕緣膜41。在第二區(qū)域加工激光光束35的激光加工中，已經(jīng)形成窄切割區(qū)域37并且在第一到第三絕緣膜41到43中產(chǎn)生第二裂縫52。在第二區(qū)域加工激光光束35中的通過溶融去除的區(qū)域中，應力已被減小到一定程度。而且，第一到第三絕緣膜41到43被去除以便于具有開口端。因此，由于溶融導致的汽化壓力可從開口端選出并且可抑制應力。因此，通過切割區(qū)域38的激光加工，鄰近于第一到第三絕緣膜41到43的窄切割區(qū)域37產(chǎn)生的第二裂縫52可被去除并且可在沒有裂縫的情況下形成加工端部。
如上所述，通過使用第一實施例涉及的激光加工裝置，可在抑制第一到第三絕緣膜41到43的加工端部中產(chǎn)生裂縫的同時形成切割區(qū)域38，所述第一到第三絕緣膜41到43為low-k絕緣膜。在形成切割區(qū)域38之后，使用具有比切割區(qū)域的寬度窄的刀片切割半導體基片20。因此，可抑制層間絕緣膜的剝離和絕緣膜中產(chǎn)生的裂縫，并且可制造出具有高可靠性的半導體裝置。而且，勿庸置疑，使用該激光加工裝置也可執(zhí)行半導體基片20的切割。
而且，在層間絕緣膜的加工期間，如果液體13(諸如水)從液體供給系統(tǒng)11供給到半導體基片20的目標表面，不僅加工塵屑可去除而且還可防止激光加工區(qū)域中產(chǎn)生的熱量的分散。因此，可有效降低激光加工期間供給液體13的應力。
第一實施例涉及的加工掩模21在具有狹縫23和透明區(qū)域25的區(qū)域加工開口26中執(zhí)行加工激光光束的成形，以便減小層間絕緣膜的應力。然而，對于用于減小層間絕緣膜的應力的加工掩模21的區(qū)域加工開口26來說，各種形狀都是適用的。例如，如圖10A中所示，在加工掩模21a中，設有區(qū)域加工開口26a，所述區(qū)域加工開口26a包括狹縫23和透明區(qū)域25之間的中間透明部24。中間透明部24的寬度比狹縫23的寬度寬而比透明區(qū)域25的寬度窄。因此，通過穿過中間透明部24和透明區(qū)域25的激光光束分階段地實現(xiàn)由于第一區(qū)域加工激光光束33在穿過狹縫23后照射導致的溶融而在層間絕緣膜中沿垂直于掃描方向的方向產(chǎn)生的裂縫和應力部分的去除。因此，可形成切割區(qū)域38從而進一步有效抑制在層間絕緣膜的加工端部中產(chǎn)生裂縫。
可只通過去除窄切割區(qū)域37中的中層間絕緣膜的加工端部而形成中間透明部24。例如，在加工掩模21b中，如圖10B中所示，設有區(qū)域加工開口26b，所述區(qū)域加工開口26b包括形成窄切割區(qū)域37的狹縫23a、具有彼此面對的狹縫27a和27b的中間透明部24a以及透明區(qū)域25a。中間透明部24a的彼此面對的狹縫27a和27b的內(nèi)部邊緣沿縱向位于狹縫23a兩個邊緣的直線上。而且，彼此面對的狹縫27a和27b的外部邊緣之間的寬度比透明區(qū)域25a的寬度窄。中間透明部24a的狹縫27a和27b中的每一個都部分地去除由于穿過狹縫23a的第一區(qū)域加工激光光束33的照射導致的溶融而在層間絕緣膜中沿垂直于掃描方向的方向產(chǎn)生的裂縫和應力部分。在層間絕緣膜中沿垂直于掃描方向的方向產(chǎn)生的裂縫和應力部分被穿過中間透明部24a和透明區(qū)域25a的激光光束逐步地去除。
而且，在加工掩模21c中，如圖10C中所示，設有區(qū)域加工開口26c，所述區(qū)域加工開口26c包括狹縫23a、具有狹縫27a和27b的中間透明部24a以及具有狹縫27c和27d的透明區(qū)域25b。透明區(qū)域25b的彼此面對的狹縫27c和27d的內(nèi)部邊緣被設置成與中間透明部24a的狹縫27a和27b的外部邊緣成一直線。由于穿過狹縫23a的第一區(qū)域加工激光光束33的照射導致的溶融而在層間絕緣膜中沿垂直于掃描方向的方向產(chǎn)生的裂縫和應力部分被中間透明部24a和透明區(qū)域25b逐步去除。在狹縫27a和27b之間以及在狹縫27c和27d之間，狹縫23a和中間透明部24a已經(jīng)使得半導體基片20的表面露出。因此，可容易地形成切割區(qū)域38。
在加工掩模21d中，如圖10D中所示，通過從圖10B中的加工掩模21b中省略狹縫23a，設有包括中間透明部24a和透明區(qū)域25a的區(qū)域加工開口26d。由于穿過中間透明部24a的激光光束的照射導致的溶融而在層間絕緣膜中沿垂直于掃描方向的方向產(chǎn)生的裂縫和應力部分被透明區(qū)域25a去除。
此外，在加工掩模21e中，如圖10E中所示，設有包括三角形中間透明部28和矩形透明區(qū)域25c的區(qū)域加工開口26e。中間透明部28例如與圖10A中所示的加工掩模21a的狹縫23和中間透明部24對應。由于在掃描方向的前端穿過中間透明部28的頂點附近的激光光束的照射導致的溶融而在層間絕緣膜中沿垂直于掃描方向的方向產(chǎn)生的裂縫和應力部分被中間透明部28和透明區(qū)域25c逐步地去除，其中中間透明部28的寬度沿掃描方向以三角形的形狀增加。
如上所述，根據(jù)層間絕緣膜的結構，從加工掩模21和21a到21e中適當?shù)剡x擇用于將激光光束變換成最佳形狀的加工掩模。因此，切割區(qū)域38可形成為抑制在使用low-k絕緣膜的層間絕緣膜的加工端部中裂縫的產(chǎn)生。
(第二實施例)如圖11中所示，本發(fā)明第二實施例所示的加工掩模21f包括具有位于遮光部22中的彼此面對的狹縫27e和27f的改質加工開口29的開口，以及矩形形狀區(qū)域加工開口26f。狹縫27e、27f的縱向與掃描方向對應并且狹縫27e、27f布置在用于區(qū)域加工開口26f的掃描方向的前部中。另外，狹縫27e、27f沿垂直于掃描方向的方向布置在區(qū)域加工開口26f邊緣的外側并布置在與層間絕緣膜的具有裂縫和應力的部分對應的位置處，所述裂縫和應力可由于穿過區(qū)域加工開口26f的激光光束導致的溶融而產(chǎn)生。
例如，當激光光束在低于溶融SiC、Si3N4、SiCN等的擴散防止膜所需的能量級的照射積分通量下照射時，擴散防止膜或擴散防止膜與相鄰層間絕緣膜之間的分界面被改質。因此，基本不存在層間絕緣膜的剝離。因此，通過照射穿過加工掩模21f的改質加工開口29的具有低照射積分通量的激光光束，層間絕緣膜與擴散防止膜之間的粘合強度增加。因此，在隨后穿過區(qū)域加工開口26f的激光光束所執(zhí)行的溶融過程中，可抑制層間絕緣膜的剝離和裂縫。
在第二實施例中，為了形成切割區(qū)域，使用加工掩模21f在改質加工開口29中增加由于溶融而導致應力減小的部分中的層間絕緣膜與擴散防止膜之間的粘合強度，之后，執(zhí)行切割區(qū)域的加工。該結構的其余部分與第一實施例中相同，因此省略重復的說明。
在第二實施例中涉及的光束成形單元4中，如圖12A中所示，加工掩模21f和光衰減器30在在用于發(fā)射激光光束的一側覆蓋改質加工開口29。在加工掩模21f和光衰減器30的附圖的線XIIB-XIIB的截面圖中，如圖12B中所示，加工掩模21f和光衰減器30垂直于激光光束的光軸布置。在此，如圖13中所示，通過圖1中所示的半透明反射鏡5和照射光學系統(tǒng)6投影到加工對象物20上的加工激光光束36a包括具有彼此面對沿掃描方向投影到加工激光光束36a前面的第一和第二衰減激光光束34a、34b的改質加工激光光束34，以及沿掃描方向投影到改質加工激光光束34后面的區(qū)域加工激光光束35a。在此，第一和第二衰減激光光束34a、34b的激光光束的強度被光衰減器30衰減并且其照射積分通量減小。通過提供例如中性密度(ND)濾光片作為光衰減器30，與區(qū)域加工激光光束35a的照射積分通量相比較，改質加工激光光束34的照射積分通量減小。通過溶融第一和第二衰減激光光束34a、34b之間的擴散防止膜，區(qū)域加工激光光束35a去除層間絕緣膜。
例如，當SiCN膜用作擴散防止膜時，SiCN膜通過0.6J/cm2的照射積分通量被溶融。當照射積分通量減小到例如一半即0.3J/cm2時，不會發(fā)生溶融。然而，SiCN膜被改質以便產(chǎn)生非晶態(tài)硅(Si)和非晶態(tài)碳(C)。非晶態(tài)硅(Si)和非晶態(tài)碳(C)有助于相鄰層間絕緣膜(諸如low-k絕緣膜)的分界面處粘合強度的改進。因此，如果通過在擴散防止膜改質的區(qū)域處溶融擴散防止膜而去除層間絕緣膜，可加工其中層間絕緣膜的裂縫和剝離被抑制的切割區(qū)域。
應該注意的是，在第二實施例中，ND濾光片作為光衰減器30。然而，在使用通過在不透明膜諸如沉積在石英基片上的鉻(Cr)膜上形成圖案而制成的加工掩模的情況中，可通過在與改質加工開口對應的區(qū)域中留下不透明膜的薄層作為光衰減器而控制透光率。
接下來，將參照圖14到圖16說明第二實施例涉及的激光加工方法。穿過區(qū)域加工開口26f的激光光束的照射積分通量為0.6J/cm2。具有50％透光率的ND濾光片用作光衰減器30。因此，穿過改質加工開口29的激光光束的照射積分通量為0.3J/cm2。
如圖14中所示，在半導體基片(加工對象物)20的表面上，相繼地層壓有第一絕緣膜41、第一擴散防止膜44、第二絕緣膜42、第二擴散防止膜45和第三絕緣膜43。
使用真空夾盤、靜電夾盤等將半導體基片20固定在圖1中所示的保持器8上。根據(jù)以下工序可使用切割帶將半導體基片20固定在保持器8上。當半導體基片20被掃描系統(tǒng)9掃描時，首先，加工激光光束36a的改質加工激光光束34被照射。照射的改質加工激光光束34具有由光衰減器30減小的照射積分通量。因此，如圖15中所示，第一和第二改質擴散防止膜44a和45a被形成在改質加工激光光束34在第一和第二擴散防止膜44和45中被照射的區(qū)域中。由于在第一改質擴散防止膜44a中激光光束的透光率增加以便于使得激光光束從中傳輸，因此第一改質擴散防止膜44a被形成在第二改質擴散防止膜45a下面。
半導體基片20被掃描系統(tǒng)9掃描并且區(qū)域加工激光光束35a在形成有第一和第二改質擴散防止膜44a和45a的區(qū)域中被照射。區(qū)域加工激光光束35a的照射區(qū)域分別位于第一改質擴散防止膜44a之間和第二改質擴散防止膜45a之間，從而沿垂直于掃描方向的方向彼此面對。因此，第一改質擴散防止膜44a之間和第二改質擴散防止膜45a之間的第一和第二擴散防止膜44和45被溶融。因此，如圖16中所示，第二和第三絕緣膜42和43去除。而且，通過半導體基片20表面附近中的溶融使得第一絕緣膜41去除，因此，形成切割區(qū)域38a。
在第二實施例中，第一和第二改質擴散防止膜44a和45a與第一到第三絕緣膜41到43之間在切割區(qū)域38a每端處的分界面的粘合強度增強。因此，獲得通過溶融所引起的應力的耐受性。如上所述，通過使用相對于掃描方向非對稱的加工掩模21f，第一和第二擴散防止膜44和45在通過激光加工而形成的切割區(qū)域38a周圍的區(qū)域中被改質，因此可抑制層間絕緣膜的裂縫和剝離的產(chǎn)生。在形成切割區(qū)域38a之后，使用其寬度窄于切割區(qū)域的刀片將半導體基片20切割成芯片。因此，可制造其中層間絕緣膜的剝離和裂開被抑制的半導體裝置。而且，在切割半導體基片20之后，隨后對獲得的半導體芯片執(zhí)行諸如密封步驟和裝配步驟的步驟。在這種情況下，獲得高度可靠的半導體裝置，所述裝置防止層間絕緣膜從芯片的外圍剝離和裂開。
在上述說明中，在加工掩模21f中使用矩形區(qū)域加工開口26f。然而，區(qū)域加工開口不局限于矩形形狀，而是各種形狀都可適用。例如，如圖17A到17F中所示，與第一實施例中說明的區(qū)域加工開口26和26a到26e相結合，可進一步有效地抑制層間絕緣膜的剝離和裂縫。圖17A的加工掩模21g使用圖2的區(qū)域加工開口26。而且，圖17B的加工掩模21h使用圖10A的區(qū)域加工開口26a。此外，圖17C到17F的加工掩模21i到21l分別使用圖10B到10E的區(qū)域加工開口26b到26e。
當使用17A到17F中的加工掩模21g到21l時，改質擴散防止膜44和45被能夠抑制擴散防止膜44和45之間的層間絕緣膜產(chǎn)生裂縫的區(qū)域加工開口26和26a到26e去除。因此，層間絕緣膜去除。因此，通過在激光加工形成的切割區(qū)域38a周圍的區(qū)域中使擴散防止膜44和45改質，可更有效地抑制層間絕緣膜的裂縫和剝離。
(第三實施例)在本發(fā)明的第三實施例中，使用圖1中所示的激光加工裝置，不僅可加工層間絕緣膜而且還可加工諸如硅(Si)的半導體基片(加工對象物)20。在第一和第二實施例中，在通過激光加工方法去除上層中的層間絕緣膜之后，適用通過使用刀片切割半導體基片20而將半導體裝置分離成芯片的方法。然而，如果使用刀片切割半導體基片20，芯片的半導體基片20被損壞并且其中產(chǎn)生裂縫。芯片的半導體基片20的損壞和裂縫降低半導體裝置的芯片強度。因此，隨著芯片的減薄，要求不會出現(xiàn)損壞和裂縫的加工技術。
作為不會損壞半導體基片20并且不會產(chǎn)生任何裂縫的加工方法，列舉了以下兩種方法。一種方法為濕法激光加工方法，所述方法在至少向加工區(qū)域供給液體13(諸如水)的同時執(zhí)行激光加工。另一種方法為超短脈沖激光加工方法，所述方法通過照射具有1ps或小于1ps的脈沖寬度的激光光束執(zhí)行激光加工。在濕法激光加工方法中，可使用具有幾ns到數(shù)十ns脈沖寬度的激光光束，諸如氟化氪(KrF)準分子激光器、Q開關NdYAG激光的第二諧波或者其第三諧波。而且，在超短脈沖激光加工方法中，可使用具有波長為785nm和脈沖寬度約為120fs的藍寶石鈦激光器的第二諧波的激光光束。在第三實施例中，使用波長為355nm的Q開關NdYAG激光的第三諧波作為圖1中所示的激光加工裝置的加工光源2。
如圖18中所示，本發(fā)明第三實施例涉及的加工掩模21m具有用于區(qū)域加工開口26g的矩形開口和位于遮光部22中的溝槽加工開口66。溝槽加工開口66與區(qū)域加工開口26g的端部相連接并且沿與掃描方向對應的方向延伸。溝槽加工開口66被設置成要形成的溝槽位于要由區(qū)域加工開口26g形成的切割區(qū)域的中心。例如，用于去除絕緣膜的區(qū)域加工開口26g沿與掃描方向對應的方向相垂直的方向具有80μm的寬度和50μm的長度。用于加工半導體基片20的切割溝槽的溝槽加工開口66沿與掃描方向對應的方向相垂直的方向具有30μm的寬度和600μm的長度。
如圖19中所示，加工激光光束36b，即，加工掩模21m投影在半導體基片20表面上的投影圖像包括第二區(qū)域加工激光光束35b和溝槽加工激光光束32，所述第二區(qū)域加工激光光束35b是通過區(qū)域加工開口26g投影的激光光束，所述溝槽加工激光光束32與第二區(qū)域加工激光光束35b相連接并且沿掃描方向延伸。在第三實施例中，加工激光光束36b的照射積分通量被均勻地設置。然而，根據(jù)絕緣膜或要加工的層間絕緣膜的狀況，與溝槽加工激光光束32的照射積分通量相比較，可使用光衰減器減少第二區(qū)域加工激光光束35b的照射積分通量。
在第三實施例涉及的加工掩模21m中，通過第二區(qū)域加工激光光束35b將切割區(qū)域設置在半導體基片20上的絕緣膜中。接下來，使用濕法激光加工方法，通過溝槽加工激光光束32形成其寬度比切割區(qū)域的寬度窄的切割溝槽。因此，可在沒有出現(xiàn)絕緣膜的剝離或半導體基片20的損壞裂開的情況下進行加工。
接下來，將參照圖20到22說明第三實施例涉及的激光加工方法。所述激光光束具有例如2.2J/cm2的照射積分通量和50kHz的振動頻率。為簡單起見，使用諸如其前表面上沉積有SiO2膜的Si的半導體基片20，在所述半導體基片20中溝槽加工的照射積分通量不會產(chǎn)生裂縫。半導體基片20具有100μm的厚度。而且，圖1中所示的掃描系統(tǒng)9掃描半導體基片20的掃描速度為50mm/s。
如圖20中所示，諸如SiO2的的絕緣膜46沉積在半導體基片20的前表面上。在半導體基片20的后表面上，設有切割帶50，通過切割帶50將半導體基片20固定在激光加工裝置的保持器8上。
在半導體基片20和透明窗7之間，液體13(諸如水)從液體供給系統(tǒng)11中供給。穿過設在光束成形單元4中的加工掩模21m的加工激光光束36b透過半透明反射鏡5和照射光學系統(tǒng)6照射在半導體基片20上。
半導體基片20被掃描系統(tǒng)9掃描。首先，加工激光光束36b的第二區(qū)域加工激光光束35b造成半導體基片20表面附近的溶融并且絕緣膜46被選擇性地去除。因此，如圖21中所示，形成切割區(qū)域38b。由于第二區(qū)域加工激光光束35b短至50μm，通過第二區(qū)域加工激光光束35b掃描激光光束期間的照射積分通量不足以在半導體基片20中形成溝槽。
半導體基片20被進一步掃描并且溝槽加工激光光束32造成在切割區(qū)域38b中心處其寬度窄于切割區(qū)域38b寬度的區(qū)域中的溶融。溝槽加工激光光束32被設定為600μm，這足以長得可提供用于在半導體基片20中形成溝槽的照射積分通量。當溝槽加工激光光束32被完全掃描時，如圖22中所示，形成延伸到半導體基片20后表面的切割溝槽39。因此，制造出半導體芯片70。由于在切割溝槽加工期間供給液體13，因此可抑制加工產(chǎn)生的熱量的散布。因此，可形成不會損壞或裂開基片層的切割溝槽。
如上所述，使用第三實施例涉及的激光加工方法，可在沒有出現(xiàn)絕緣膜46的剝離或沒有出現(xiàn)半導體基片20的損壞和裂縫的情況下形成切割溝槽。因此，可制造出用于高度可靠半導體裝置的半導體芯片70。
當在半導體基片20上形成具有弱粘合強度或弱機械強度的絕緣膜諸如low-k絕緣膜、擴散防止膜等時，可使用圖2、圖10A到10E、圖11和圖17A到17F中的任何形狀的加工掩模21和21a到21l。特別是，使用沿掃描方向具有非對稱開口的加工掩模并且根據(jù)經(jīng)過改質以便于提高粘合強度或去除的絕緣膜控制每個區(qū)域的照射積分通量。因此，可在不會出現(xiàn)半導體基片的剝離和損壞的情況下執(zhí)行切割溝槽的加工。
(第四實施例)在本發(fā)明第四實施例涉及的激光加工方法中，將對半導體基片20比第三實施例中加工的半導體基片20厚的情況進行說明。當厚于100μm的半導體基片20在與第三實施例相同的照射積分通量下被加工時，即使根據(jù)要加工的溝槽的深度控制掃描速度和溝槽加工開口的長度，加工的溝槽的深度也是有限的。例如，假定半導體基片20的厚度為600μm。除溝槽加工開口的長度之外，假定加工掩模與圖18中所示的加工掩模21m相同。從第三實施例的結果中，將溝槽加工開口的長度設定為1800μm，這是第三實施例中的長度的三倍，并且掃描速度減至一半并被設定為25mm/s。上述照射條件相當于第三實施例六倍的激光光束照射的量，這足以用于厚度為600μm的半導體基片20的激光加工。然而，如圖23中所示，切割溝槽39具有大約200μm的深度并且不會延伸到半導體基片20的后表面。圖1中所示的激光加工裝置的焦點深度的實際測量為200μm并且加工的臨界深度受該焦點深度限制。因此，半導體20可具有200μm或小于200μm的厚度以便于可通過具有與加工掩模21m相似結構的加工掩模在其中設置切割溝槽。在第四實施例中，將對加工掩模和用于在比激光加工裝置的焦點深度厚的半導體基片20中形成切割溝槽的激光加工方法進行說明。
如圖24中所示，第四實施例涉及的加工掩模21n的遮光部22包括垂直于所述光軸設置的垂直遮光部22a和傾斜于垂直遮光部22a的平面的傾斜遮光部22b。在垂直遮光部22a中設置作為開口的區(qū)域加工開口26h(第一加工開口)。在傾斜遮光部22b中設置作為開口的溝槽加工開口66a(第二加工開口)，所述溝槽加工開口66a在位于垂直遮光部22a與傾斜遮光部22b之間的邊界中的一端處與區(qū)域加工開口26h相連接，并且沿與掃描方向相對應的方向延伸。假定沿垂直于垂直遮光部22a的方向從垂直遮光部22a與傾斜遮光部22b之間的邊界到沿與掃描方向對應的方向延伸的溝槽加工開口66a另一端的長度是開口深度H，沿平行于垂直遮光部22a的方向的長度是開口長度L。
第四實施例不同于第三實施例之處在于，使用具有設在傾斜遮光部22b中的溝槽加工開口66a的加工掩模21n。其結構的其余部分與第三實施例相同，因此將省略重復的說明。
圖25示出沿圖1中所示的激光加工裝置的光束成形單元4中的光軸的加工掩模位置與垂直于光軸的縮小投影平面的焦點位置之間的關系。如圖25中所示，例如，當附圖的水平軸中所示的加工掩模位置移動15mm時，附圖的垂直軸中所示的縮小投影平面的焦點位置移動600μm。因此，通過調節(jié)溝槽加工開口66a的開口深度H，可根據(jù)半導體基片20的厚度控制穿過溝槽加工開口66a的激光光束的焦點深度。
如圖26中所示，加工掩模21n設置在光束成形單元4中以使得垂直遮光部22a被布置成垂直于光軸并且傾斜遮光部22b的傾斜部分被布置成靠近于半透明反射鏡5。從光束成形單元4中的加工掩模21n中發(fā)射的激光光束通過半透明反射鏡5和照射光學系統(tǒng)6照射在圖1中所示的保持器8上的半導體基片20上。
如圖27中所示，從照射光學系統(tǒng)6投影和成像的加工激光光束36c包括照射在半導體基片20前表面上的第二區(qū)域加工激光光束35c，以及沿掃描方向以傾斜的方式從第二區(qū)域加工激光光束35c延伸的溝槽加工激光光束32a，其具有加工光束長度LB和加工光束深度HB。特別是，溝槽加工激光光束32a的投影成像平面從半導體基片20的前表面朝向其后表面沿掃描方向變得更深。因此，可為其厚度近似為溝槽加工激光光束32a的加工光束深度HB的半導體基片20加工切割溝槽。
接下來，將參照附圖28到31說明第四實施例涉及的激光加工方法。加工掩模21n的區(qū)域加工開口26h沿垂直于掃描方向的方向具有80μm的寬度以及沿掃描方向具有50μm的長度。而且，關于加工掩模21n上的實際尺寸，溝槽加工開口66a的開口深度H為15mm并且其開口長度L為9mm。半導體基片20上的溝槽加工激光光束32a沿垂直于掃描方向的方向具有30μm的寬度并且其加工光束長度LB為1800μm。而且，從圖25中所示的關系中，加工光束深度HB采用600μm。激光光束的照射積分通量為例如2.2J/cm2并且振動頻率為50kHz。為簡單起見，使用諸如具有SiO2膜的Si的半導體基片20作為加工對象物20，在所述半導體基片20中溝槽加工的照射積分通量不會產(chǎn)生裂縫。該半導體基片20具有600μm的厚度。而且，圖1中所示的掃描系統(tǒng)9掃描半導體基片20的掃描速度為25mm/s。
如圖28中所示，絕緣膜46a(諸如SiO2)沉積在半導體基片20的表面上。在半導體基片20的后表面上，設有切割帶50，通過切割帶50將半導體基片20固定在激光加工裝置的保持器8上。
在半導體基片20和透明窗7之間，液體13(諸如水)從液體供給系統(tǒng)11中被供給。穿過設在光束成形單元4中的加工掩模21n的加工激光光束作為加工激光光束36c通過半透明反射鏡5和照射光學系統(tǒng)6照射在半導體基片20上。
半導體基片20被掃描系統(tǒng)9掃描。首先，加工激光光束36c的第二區(qū)域加工激光光束35c造成半導體基片20前表面附近的溶融并且絕緣膜46a被去除。因此，如圖29中所示，形成切割區(qū)域38c。由于第二區(qū)域加工激光光束35c短至50μm，在半導體基片20中沒有形成溝槽。
半導體基片20被進一步掃描并且其寬度窄于切割區(qū)域38c的溝槽加工激光光束32a造成切割區(qū)域38c中心處的溶融。溝槽加工激光光束32a的加工光束長度LB被設定為1800μm，這足以長得可在半導體基片20中形成溝槽。而且，溝槽加工激光光束32a的投影成像平面從半導體基片20的前表面朝向其后表面沿掃描方向變得更深。如圖30中所示，在溝槽加工激光光束32a中間，具有從半導體基片20的前表面到其后表面一半深度的切割溝槽39a被形成在切割區(qū)域38c的中央部分中。溝槽加工激光光束32a的加工光束深度HB為600μm，這相當于半導體基片20的厚度。因此，當溝槽加工激光光束32a在半導體基片20上被完全掃描時，如圖31中所示，形成延伸到半導體基片20的后表面的切割溝槽39b。因此，制造出半導體芯片70a。在切割溝槽39b的激光加工中，由于供給液體13，因此可抑制加工產(chǎn)生的熱量的散布。因此，在半導體基片中可形成沒有損壞和裂縫的切割溝槽。
在第四實施例涉及的激光加工方法中，溝槽加工激光光束32a的投影成像平面朝向半導體基片20的后表面變得更深。因此，甚至在使用厚半導體基片20的半導體裝置中，也可在沒有絕緣膜46a剝離或者沒有半導體基片20的損壞和裂縫的情況下形成切割溝槽39b。因此可制造出高度可靠的半導體裝置的半導體芯片70a。
在第四實施例中，加工掩模21n的區(qū)域加工開口26h設在垂直遮光部22a中從而與半導體基片20的前表面平行。然而，在沒有設置垂直遮光部22a的情況下，區(qū)域加工開口26h也可設在傾斜的遮光部22b中。在這種情況下，區(qū)域加工激光光束也是傾斜的。然而，由于區(qū)域加工激光光束的傾斜深度小于激光加工裝置的焦點深度，因此可進行切割區(qū)域的加工。
而且，當在半導體基片20上形成具有弱粘合強度或弱機械強度的絕緣膜諸如low-k絕緣膜、擴散防止膜等時，如第一和第二實施例中已說明的，當然可使用圖2、圖10A到10E、圖11和圖17A到17F中的任何形狀的加工掩模21和21a到21l。
(第四實施例的變型)在本發(fā)明第四實施例的變型中，將對照射光學系統(tǒng)6和用于通過第三實施例中所述的加工掩模21m在比激光加工裝置的焦點深度厚的半導體基片20中形成切割溝槽的激光加工方法進行說明。
如圖32中所示，在第四實施例的變型涉及的照射光學系統(tǒng)6中，布置有物鏡60諸如圓筒透鏡，以使得其前部沿掃描方向被升高到傾斜深度HL。本發(fā)明第四實施例的變型不同于第三和第四實施例之處在于，照射光學系統(tǒng)6的物鏡60設在傾斜位置中。其結構的其余部分與第三和第四實施例相同，因此將省略重復的說明。
穿過區(qū)域加工開口26g和設在光束成形單元4中的加工掩模21m的溝槽加工開口66的激光光束通過半透明反射鏡5進入到照射光學系統(tǒng)中。如圖33中所示，傾斜的物鏡60投影具有傾斜成像平面的加工激光光束36d。加工激光光束36d的第二區(qū)域加工激光光束35d被布置在掃描方向的前部中并且加工激光光束36d的照射位置沿光軸從第二區(qū)域加工激光光束35d到溝槽加工激光光束32b被更深地傾斜。例如，第二區(qū)域加工激光光束35d的照射位置與半導體基片20的前表面基本對齊。因此，溝槽加工激光光束32b的投影成像表面的位置沿掃描方向朝向半導體基片20的后表面變得更深。通過調節(jié)物鏡60的傾斜深度HL，由于物鏡60的傾斜焦點位置，加工光束深度HB可與半導體基片20的厚度相一致。因此，使用加工掩模21m，可在比激光加工裝置的焦點深度厚的半導體基片20中執(zhí)行切割溝槽的加工。
在第四實施例的變型中，使用加工掩模21m，并且通過提供照射光學系統(tǒng)6的傾斜物鏡60，溝槽加工激光光束32b的投影成像表面朝向半導體基片20的后表面變得更深。因此，甚至在使用厚半導體基片20的半導體裝置中，也可在沒有絕緣膜剝離或者沒有半導體基片20的損壞和裂縫的情況下形成切割溝槽。因此可制造出高度可靠的半導體裝置的半導體芯片。
(第五實施例)在本發(fā)明的第五實施例中，將對用于在半導體基片諸如GaP和GaN、藍寶石基片等中形成切割溝槽的激光加工進行說明，所述半導體基片具有制造于其中的半導體發(fā)光元件。使用在向加工區(qū)域中供給液體13(諸如水)的同時執(zhí)行激光加工的濕法激光加工方法和通過具有1ps或小于1ps的脈沖寬度的激光光束的照射執(zhí)行激光加工的超短脈沖激光加工方法，可在沒有損壞加工對象物20以及沒有產(chǎn)生裂縫的情況下執(zhí)行加工。
如圖34中所示，第五實施例涉及的加工掩模21o在遮光部22中具有溝槽加工開口66b。溝槽加工開口66b沿與掃描方向相對應的方向包括矩形形狀第一透明部分56a的開口、與第一透明部分56a相連接的梯形形狀第二透明部分56b的開口、以及與第二透明部分56b的后部相連接的矩形形狀第三透明部分56c的開口。第一和第三透明部分56a和56c沿掃描方向的中心位置基本相互對齊。第一透明部分56a沿垂直于掃描方向的方向的寬度比第三透明部分56c的寬度寬。第二透明部分56b被設置成第一和第三透明部分56a、56c沿垂直于掃描方向的方向的相對側部的每個端部相互連接。
加工掩模21o被布置成垂直于圖1中所示的光束成形單元4中的光軸。具有足以用于半導體基片20的溶融的照射積分通量的激光光束穿過加工掩模21o的溝槽加工開口66b以便于變換激光光束的形狀。因此，如圖35中所示，加工激光光束36e通過照射光學系統(tǒng)6投影在半導體基片20上。加工激光光束36e包括掃描方向前部中的矩形形狀第一溝槽加工激光光束32c；梯形形狀第二溝槽加工激光光束32d，所述第二溝槽加工激光光束32d延伸以使得沿垂直于掃描方向的方向的寬度從垂直于掃描方向的第一溝槽加工激光光束32c后側的每端朝向掃描方向的后方部逐漸變窄；以及矩形形狀第三溝槽加工激光光束32e，所述第三溝槽加工激光光束32e與第二溝槽加工激光光束32d的梯形的后端部分相連接并且具有與第二溝槽加工激光光束32d的后端部分相同的寬度。由于半導體基片20被掃描，因此通過加工激光光束36e的第一到第三溝槽加工激光光束32c到32e形成切割溝槽。特別是，切割溝槽具有這樣的側壁，所述側壁在半導體基片20前表面附近中是垂直的，朝向半導體基片20的后表面連續(xù)地傾斜并且在其后表面附近中是窄的并且是垂直的。第五實施例不同于第一到第四實施例之處在于，使用在開口的中間區(qū)域中具有梯形形狀的加工掩模21o進行切割溝槽的激光加工。其結構的其余部分與第一到第四實施例相同，因此將省略重復的說明。
接下來，將參照圖36到39說明第五實施例涉及的激光加工方法。例如使用波長為355nm的Q開關NdYAG激光的第三諧波作為圖1中所示的激光加工裝置的加工光源2。激光光束的照射積分通量為例如2.2J/cm2并且振動頻率為50kHz。使用諸如GaP和GaN的半導體基片20作為加工對象物20。該半導體基片20具有100μm的厚度。掃描系統(tǒng)9掃描半導體基片20的掃描速度為50mm/s。
如圖36中所示，在半導體基片20的后表面上，設有切割帶50，通過切割帶50將半導體基片20固定在激光加工裝置的保持器8上。
在半導體基片20的前表面和透明窗7之間，液體13(諸如水)從液體供給系統(tǒng)11中被供給。穿過設在光束成形單元4中的加工掩模21o的激光光束通過半透明反射鏡5和照射光學系統(tǒng)6照射在半導體基片20上。
半導體基片20被掃描系統(tǒng)9掃描以便于通過加工激光光束36e的第一溝槽加工激光光束32c溶融半導體基片20前表面附近的半導體基片20。因此，如圖37中所示，形成具有基本垂直的側壁的第一切割溝槽59a。
之后，半導體基片20被連續(xù)地掃描以便于通過第二溝槽加工激光光束32d溶融半導體基片20。因此，如圖38中所示，從第一切割溝槽59a的底部形成具有以與第二溝槽加工激光光束32d的梯形形狀投影成像平面對應的臺形形狀形成的側壁的第二切割溝槽59b。
半導體基片20被進一步掃描以便于通過穿過第三溝槽加工激光光束32e的激光光束溶融半導體基片20。因此，如圖39中所示，從第二切割溝槽59b的底部形成具有基本垂直的側壁的第三切割溝槽59c。當加工激光光束36e被完全掃描時，如圖39中所示，形成延伸到半導體基片20后表面的切割溝槽59。因此，制造出半導體芯片70b。
依照第五實施例，在加工切割溝槽59的過程中，由于液體13被供給，因此可抑制加工產(chǎn)生的熱量的散布。這樣，可構成沒有對半導體基片20造成損壞和裂縫的切割溝槽59。由于加工掩模21o的第二透明部分56b具有梯形形狀，因此在半導體基片20的前表面和后表面之間的區(qū)域中可形成臺形形狀的側壁。在半導體發(fā)光元件中，通過在光發(fā)射區(qū)域中提供臺形形狀的側壁，可提高光線的提取效率。
因此，在通過激光加工切割之后不再需要去除損壞層和裂開層的濕法蝕刻步驟。這樣，可避免半導體發(fā)光元件的有效面積的損失和產(chǎn)出率的減小。而且，通過一個切割工序可在電極形成層之間形成用以提高發(fā)光效率的臺形形狀側壁。因此，可有效地制造半導體發(fā)光元件。
在第五實施例中，濕法激光加工方法用于切割溝槽59的形成。然而，毫無疑問，能夠抑制在半導體基片20中產(chǎn)生損壞和裂縫的方法例如超短脈沖激光加工方法等也是可用的。而且，在上述說明中，半導體基片20的厚度被設定為100μm。然而，如果其厚度比激光加工裝置的焦點深度厚，則可使用圖32中所示的照射光學系統(tǒng)6的物鏡60。而且，如第四實施例中所述，當加工掩模21o在光束成形單元4中傾斜時，可在其厚度比激光加工裝置的焦點深度厚的半導體基片20中執(zhí)行切割溝槽的加工。
(其它實施例)在本發(fā)明的第一到第五實施例中，已通過使用Si、GaP、GaN等的半導體基片作為加工對象物20進行了說明。然而，毫無疑問也可使用其它基片，包括諸如鍺化硅(SiGe)或SiC以及其混合晶體的IV-IV化合物半導體；諸如砷化鎵(GaAs)、鋁鎵砷化物(Al1-xGaxAs)或銦鋁鎵磷化物(In1-x-yAlyGaxP)以及其混合晶體的III-V化合物半導體；諸如硒化鋅(ZnSe)或硫化鋅(ZnS)以及其混合晶體的II-VI化合物半導體；藍寶石基片；SOI基片等。
在接收本發(fā)明的教導之后，在不脫離其保護范圍的情況下，本領域技術人員可對本發(fā)明作出各種修正。
權利要求
1.一種激光加工裝置，它包括被構造成沿從加工對象物的第一端到所述加工對象物的另一端的掃描方向移動所述加工對象物的掃描系統(tǒng)；被構造成在垂直于激光光束的光軸的平面上沿所述掃描方向將所述激光光束變換成非對稱加工激光光束的光束成形單元；以及被構造成把從所述光束成形單元發(fā)射的所述加工激光光束照射到所述加工對象物上的照射光學系統(tǒng)。
2.依照權利要求1中所述的裝置，其特征在于，所述光束成形單元包括部分地衰減所述加工激光光束的強度的光衰減器。
3.依照權利要求1中所述的裝置，其特征在于，所述光束成形單元包括沿所述光軸的方向傾斜的加工掩模。
4.依照權利要求1中所述的裝置，其特征在于，所述照射光學系統(tǒng)包括被構造成限定沿所述掃描方向傾斜的焦點位置的物鏡。
5.依照權利要求1中所述的裝置，其特征在于，它還包括被構造成向所述加工對象物的前表面供給液體的液體供給系統(tǒng)。
6.一種用于通過在垂直于用于加工對象物的激光加工的激光光束的光軸的平面上掃描所述激光光束而變換所述用于加工對象物的激光加工的激光光束的形狀的加工掩模，它包括具有垂直于所述光軸設置的垂直遮光部和傾斜于所述垂直遮光部的平面的傾斜遮光部的遮光部；在所述垂直遮光部中設置開口的第一加工開口；以及以沿與所述第一加工開口相反的方向延伸的方式在所述傾斜遮光部中設置與所述第一加工開口相連接的開口的第二加工開口。
7.依照權利要求6中所述的加工掩模，其特征在于，所述第一加工開口沿與所述激光光束的掃描方向對應的方向具有非對稱形狀。
8.一種激光加工方法，它包括沿第一方向將激光光束變換成非對稱加工激光光束；將所述加工激光光束投影到加工對象物上；以及沿與所述第一方向對應的掃描方向在所述加工對象物的表面上掃描所述加工激光光束。
9.依照權利要求8中所述的方法，其特征在于，所述加工對象物是半導體基片并且切割溝槽通過所述加工激光光束形成在所述半導體基片中，所述加工激光光束被構造成使得投影成像位置沿所述掃描方向從所述半導體基片的前表面朝向所述半導體基片的后表面傾斜。
10.依照權利要求8中所述的方法，其特征在于，所述加工對象物是半導體基片并且切割溝槽通過所述加工激光光束形成在所述半導體基片中，所述加工激光光束具有在所述掃描方向的前方部中的矩形形狀的第一溝槽加工激光光束；沿所述掃描方向從垂直于所述第一溝槽加工激光光束的所述掃描方向的后側的每端處延伸的梯形形狀的第二溝槽加工激光光束；以及具有與所述第二溝槽加工激光光束的梯形的后端部的寬度相同的寬度并且沿所述掃描方向延伸的矩形形狀的第三溝槽加工激光光束。
11.依照權利要求8中所述的方法，其特征在于，所述加工對象物是其前表面上沉積有絕緣膜的半導體基片，并且所述加工激光光束在所述掃描方向的前方部和后方部中分別包括用以通過去除所述絕緣膜形成切割區(qū)域的區(qū)域加工激光光束和用以在所述半導體基片中形成切割溝槽的溝槽加工激光光束。
12.一種用于制造半導體裝置的方法，它包括在半導體基片的前表面上沉積絕緣膜；將加工激光光束投影到所述半導體基片上，所述加工激光光束是通過將激光光束沿第一方向變換成非對稱形狀獲得的；沿與所述第一方向對應的掃描方向在所述半導體基片的所述前表面上掃描所述加工激光光束；以及通過去除所述絕緣膜沿所述掃描方向形成切割區(qū)域。
13.依照權利要求12中所述的方法，其特征在于，所述絕緣膜包括多個層間絕緣膜，所述層間絕緣膜具有配線并且具有設在所述層間絕緣膜之間的擴散防止膜，所述擴散防止膜防止所述配線中所含的金屬的擴散。
14.依照權利要求13中所述的方法，其特征在于，所述層間絕緣膜具有低介電常數(shù)。
15.依照權利要求13中所述的方法，其特征在于，所述擴散防止膜是碳化硅、氮化硅以及氮碳化硅中的一種。
16.依照權利要求12中所述的方法，其特征在于，去除所述絕緣膜的所述加工激光光束包括被構造成用以形成其寬度比所述掃描方向前方部中的所述切割區(qū)域的寬度窄的窄切割區(qū)域的第一區(qū)域加工激光光束和被構造成用以在所述掃描方向后方部中通過增大由所述第一區(qū)域加工激光光束形成的所述窄切割區(qū)域而形成所述切割區(qū)域的第二區(qū)域加工激光光束。
17.依照權利要求13中所述的方法，其特征在于，去除所述絕緣膜的所述加工激光光束包括被構造成用以形成所述切割區(qū)域的區(qū)域加工激光光束和被構造成用以在用于所述區(qū)域加工激光光束的所述掃描方向的前方部中沿垂直于所述掃描方向的第二方向使所述切割區(qū)域的外側的所述擴散防止膜改質的改質加工激光光束。
18.依照權利要求17中所述的方法，其特征在于，與所述區(qū)域加工激光光束相比較，所述改質加工激光光束的激光光束的能量級減小。
19.依照權利要求16中所述的方法，其特征在于，所述加工激光光束還包括沿所述掃描方向延伸到所述第二區(qū)域加工激光光束的后方部的溝槽加工激光光束，所述方法還包括通過所述溝槽加工激光光束在所述半導體基片中的所述切割區(qū)域的一部分中加工切割溝槽。
20.依照權利要求19中所述的方法，其特征在于，所述切割溝槽是通過利用脈沖寬度為1ps或小于1ps的加工激光光束形成的。
21.依照權利要求12中所述的方法，其特征在于，將液體供給到其上投影有所述加工激光光束的所述半導體基片的前表面上。
22.一種半導體裝置，它包括半導體基片；沉積在所述半導體基片的表面上的多個層間絕緣膜；以及沉積在所述多個層間絕緣膜之間的擴散防止膜，所述擴散防止膜具有被改質以便在芯片周邊附近增大所述擴散防止膜和所述層間絕緣膜之間的粘附強度的區(qū)域。
23.依照權利要求22中所述的半導體裝置，其特征在于，所述擴散防止膜是碳化硅、氮化硅以及氮碳化硅中的一種。
24.依照權利要求22中所述的半導體裝置，其特征在于，所述改質區(qū)域包括非晶態(tài)硅和非晶態(tài)碳中的至少一種。
25.依照權利要求22中所述的半導體裝置，其特征在于，所述層間絕緣膜具有低介電常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光加工裝置和方法、加工掩模、半導體裝置及制造方法。該激光加工裝置包括被構造成沿從加工對象物的第一端到所述加工對象物的另一端的掃描方向移動所述加工對象物的掃描系統(tǒng)；被構造成沿所述掃描方向在垂直于所述激光光束光軸的平面上將激光光束變換成非對稱加工激光光束的光束成形單元；以及被構造成把從光束成形單元發(fā)射的加工激光光束照射到加工對象物上的照射光學系統(tǒng)。
文檔編號B23K26/00GK1590007SQ20041007410
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權日2003年9月1日
發(fā)明者池上浩, 關根誠 申請人:株式會社東芝