專利名稱：用于分離的激光裝置和分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種使用光學(xué)器件分離(SingUlating)物體的激光裝置，和分離它的方法。該激光裝置特別地，并非唯一地被配置來分離半導(dǎo)體晶圓以便于構(gòu)造半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
多個半導(dǎo)體器件以矩陣的形式被構(gòu)造在半導(dǎo)體晶圓上，其通常由諸如藍(lán)寶石、銅、硅和/或它們的混合物之類的材料制成。半導(dǎo)體晶圓然后被激光切割以分離或者有助于分離半導(dǎo)體器件成單個的塊體(pieces)。激光分離可以包括任一下述エ序i)激光劃片(laser scribing),其中線形凹槽(或者劃片槽)形成在半導(dǎo)體晶圓表面以沿著該線形凹槽實(shí)施破損；或ii)激光切割，其中半導(dǎo)體晶圓從其上表面到其下表面被切割穿越。激光分離在傳送福照度(irradiance)(即能流或能量)至半導(dǎo)體晶圓方面是有 條件的，其超出了它的材料消融閾值(material ablation threshold)。通過使用物鏡(objective lens)聚焦高斯激光束(Gaussian laser beam),高斯激光束的激光輸出寬度能夠形成小至大約I到20微米之間。這種尺寸的激光束確保其輻照度超出半導(dǎo)體晶圓的材料消融閾值，以便于進(jìn)行激光分離。然而，當(dāng)激光束的寬度形成很細(xì)小時，確保兩個連續(xù)的激光脈沖之間的間隔在最大可能間隔Dpulse以內(nèi)而便于發(fā)生分離。兩個連續(xù)的激光脈沖的最大可能間隔Dpulse、激光束的進(jìn)給速度Vfeeding和激光束的脈沖重復(fù)頻率(repetition frequency) fpulse受下述公式約束
Dpulse= Vfeeding / fpulse (測量單位毫米/脈沖或微米/脈沖)
因此，可以得出，激光束的進(jìn)給速度VfMding被最大可能間隔Dpulse所約束。提高激光束的進(jìn)給速度VfMding的ー種方法是通過增加它的脈沖重復(fù)頻率fpulse。雖然激光束以更高的脈沖重復(fù)頻率fpulse提供了更高的平均功率，但是，當(dāng)它的脈沖重復(fù)頻率fpulse超出了某個閾值其脈沖能量迅速下降。所以，激光束的進(jìn)給速度Vfeeding根本上由其最優(yōu)脈沖重復(fù)頻率fpulse和最大可能間隔Dpulse的約束所限定。另外，作為由高斯激光束所形成的半導(dǎo)體晶圓上的劃片槽通常沿著劃刻方向具有槽形劃片深度(trough-like scribe depth)。這是因?yàn)榧す馐母Ｕ斩确植季哂懈咚沟墓逃行再|(zhì)。所以，接收來自激光束的較弱輻照度的部分劃片槽將會具有比接收較強(qiáng)輻照度的其他部分劃片槽更小的深度。為了保證沿著整個線性凹槽分布一致的劃片深度，更多的約束可能必須強(qiáng)加在激光束的進(jìn)給速度上。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的是釋放激光輸出的進(jìn)給速度上的前述約束，以提高整體的產(chǎn)倉^:。因此，本發(fā)明一方面提供ー種用于分離物體的裝置，該裝置包含有i)激光器，其被配置來發(fā)出具有高斯福照度分布曲線(Gaussian irradiance profile)的激光束；ii)光束成形設(shè)備，其被配置來重新成形從激光器中發(fā)出的激光束的高斯輻照度分布曲線，尤其是，該光束成形設(shè)備具有多個非球面透鏡(aspherical lenses)以重新分配該激光束的福照度，以便于減少該激光束的用于分離物體的有效福射光譜(effective irradiationspectrum)中的福照度的變化。值得注意的是，所要求保護(hù)的本裝置的實(shí)施例不僅包括被配置來發(fā)出具有嚴(yán)格定義的高斯輻照度分布曲線的激光束的激光器，而且也包括被配置來發(fā)出具有粗略定義的高斯輻照度分布曲線的激光束的激光器。和具有不均勻的高斯輻照度分布曲線的傳統(tǒng)激光束相比，通過重新分配激光束的輻照度，這種激光束的更多輻射能量可以被合適地利用來分離半導(dǎo)體晶圓。從而，所要求保護(hù)的本裝置的實(shí)施例可以有益地提供更加有效地使用來自激光束的輻射能源。而且，和傳統(tǒng)的激光器相比，通過使用所要求保護(hù)的本裝置的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)劃片槽的更高的深度一致性。所以，如果劃片槽的更高的深度一致性被要求，所要求保護(hù)的本裝置的實(shí)施例不會被較低的進(jìn)給速度所限制。通過對比，傳統(tǒng)激光器的進(jìn)給速度可以妥協(xié) 以便于提高它們各自的脈沖重復(fù)率(pulse overlapping ratio),以保證更高的劃片深度的一致性。由于所要求保護(hù)的本裝置的實(shí)施例多半不會被它們的進(jìn)給速度所限制，所以它們的產(chǎn)量會有益地比傳統(tǒng)激光器的產(chǎn)量更高。本裝置的一些可選特征已經(jīng)在從屬權(quán)利要求中得以限定。例如，本裝置實(shí)施例可能包括被配置來放大從激光器中發(fā)出的激光束的第一光束擴(kuò)展設(shè)備。本裝置實(shí)施例也可能包括被配置來改變具有重新成形后的輻照度分布曲線的激光束的第二光束擴(kuò)展設(shè)備，以定義長縱軸(major longitudinal axis)和正交于該長縱軸的短軸(minor axis),其中，該改變后的激光束沿著長縱軸的寬度比沿著短軸的寬度更大。由于包含有第一光束擴(kuò)展設(shè)備和第二光束擴(kuò)展設(shè)備，激光輸出的期望的縱橫比(aspectratio)，即其沿著長縱軸的寬度與沿著正交的短軸的寬度的比值，可以有利地被控制以實(shí)現(xiàn)激光分離エ序的最優(yōu)性能。本發(fā)明另一方面提供一種分離物體的方法，該方法包含有以下步驟發(fā)出具有高斯福照度分布曲線(Gaussian irradiance profile)的激光束；使用多個非球面透鏡重新分配該發(fā)出的激光束的輻照度，以重新成形高斯輻照度分布曲線，以便于減少該激光束的用于分離物體的有效輻射光譜中的變化。


現(xiàn)在僅僅通過示例的方式，并參考附圖描述本發(fā)明較佳實(shí)施例，其中。圖I所示為本發(fā)明實(shí)施例所述的激光系統(tǒng)。圖2a所示為傳統(tǒng)的激光輸出的輻照度分布曲線；圖2b所示為來自圖I的激光系統(tǒng)的激光輸出的輻照度分布曲線。圖3a和圖3b所示分別為圖2a和圖2b中相應(yīng)的3D輻照度分布曲線。圖4所示為來自圖I的激光系統(tǒng)的激光輸出的最佳縱橫比(optimum aspectratios)的邊界范圍。圖5所示為在半導(dǎo)體晶圓的激光劃片期間作業(yè)中的圖I的激光系統(tǒng)。圖6所示為沿著圖5所示的剖面線A-A’所視時半導(dǎo)體晶圓的剖面示意圖。
圖7所示為沿著圖6所示的B方向圖4中的半導(dǎo)體晶圓的平面示意圖。圖8a和圖8b所不分別為激光劃片期間圖2a和圖2b中的傳統(tǒng)激光點(diǎn)和激光輸出的累積輻照度分布曲線。圖9a至圖9e所示為使用傳統(tǒng)的激光輸出進(jìn)行激光劃片期間半導(dǎo)體晶圓的各種剖面示意圖。圖IOa至圖IOe所示為使用來自圖I中的激光系統(tǒng)的激光輸出進(jìn)行激光劃片期間半導(dǎo)體晶圓的各種剖面示意圖。圖Ila至圖Ilc所示為來自圖I中的激光系統(tǒng)的激光輸出的輻照度分布曲線的不同變化形式。圖12所示為來自圖I中的激光系統(tǒng)的激光輸出的可選3D輻照度分布曲線?！?br> 具體實(shí)施例方式圖I所示為用于將半導(dǎo)體晶圓102劃片的激光系統(tǒng)101。該激光系統(tǒng)101包括i)激光器103,用于發(fā)射圓對稱的高斯準(zhǔn)直光束105(circular Gaussian collimated beam)；ii)第一光束擴(kuò)展器107 (beam expander),其具有兩個光學(xué)元件(在圖I中示為像差校正球面鏡片 109、111 (aberration-corrected spherical lenses)),用于放大準(zhǔn)直光束 105以形成擴(kuò)大后的準(zhǔn)直光束113 ;iii)光束形成器115，其具有兩個光學(xué)元件(在圖I中示為ー對非球面透鏡117、119 (aspherical lenses)),用于形成擴(kuò)大后的準(zhǔn)直光束113的福照度而產(chǎn)生“平頂(flattened)”準(zhǔn)直光束121 (詳見下述)；iv)第二光束擴(kuò)展器123，其具有兩個光學(xué)元件(在圖I中示為柱狀透鏡125、127 (cylindrical lenses)),用于改變平頂準(zhǔn)直光束121的縱橫比(即光束沿著正交軸線的各個寬度的比值);v)鏡面129，其用于反射縱橫比改變后的平頂準(zhǔn)直光束121 ;以及vi)光束聚焦設(shè)備(在圖I中示為聚焦透鏡組件131)，其用于聚焦反射后的平頂準(zhǔn)直光束121，以在半導(dǎo)體晶圓102的表面形成“平頂”的激光輸出 133。特別地，第一光束擴(kuò)展器107放大高斯準(zhǔn)直光束105至合適的、為光束形成器115配置的斑直徑(spot diameter)。然后，光束形成器115分配擴(kuò)大后的準(zhǔn)直光束113的福照度，以便于平頂準(zhǔn)直光束121具有均一的福照度分布曲線(irradiance profile)。光束形成器115的非球面透鏡117、119可以裝配自微距鏡頭(micro-lens)或使用全息技術(shù)(holographic techniques)。結(jié)果通過成形非球面透鏡117、119的表面輪廓,確保在波長的工作范圍之內(nèi)的電磁波的可控相位分布的期望折射率(refractive index)能夠得以配置。尤其是，通過經(jīng)由非球面透鏡117首先將擴(kuò)大后的準(zhǔn)直光束113聚集具有預(yù)定的象差特性，接著使用非球面透鏡119發(fā)散準(zhǔn)直光束113以接收重新分配的電磁波的方式，光束形成器115分配擴(kuò)大后的準(zhǔn)直光束113的輻照度。第二光束擴(kuò)展器123改變平頂準(zhǔn)直光束121的縱橫比，以進(jìn)行優(yōu)化處理，從而獲得更高產(chǎn)能以進(jìn)行有成本效益的制造。透鏡109、111、117、119、125、127的組合也使得平頂準(zhǔn)直光束121 (具有改變后的縱橫比)的精確象差控制(aberration control)在期望的空間范圍以內(nèi)。然后，平頂準(zhǔn)直光束121 (具有改變后的縱橫比)被鏡面129反射至聚集透鏡組件131，其將平頂激光輸出133聚集在半導(dǎo)體晶圓102上。圖I表明了具有長縱軸(majorlongitudinal axis)和短軸(minor axis)的平頂激光輸出133,短軸正交于長縱軸。具體地講，平頂激光輸出133具有沿著長縱軸的寬度值比沿著短軸的寬度值更大。另外，平頂激光輸出133聚集在半導(dǎo)體晶圓102上，以便于其長縱軸和半導(dǎo)體晶圓102的分離方向(即進(jìn)給方向)對齊。通常，激光輸出的福照度分布曲線能夠通過規(guī)定其環(huán)圍功率(encircled power)而被量化。輻照度分布曲線對控制傳送給エ件表面如半導(dǎo)體晶圓的精確輻照度數(shù)量以最大限度地利用激光分離的效率而言是有用的。來自輻照度分布曲線，激光輸出的“環(huán)圍能量”通過明確基于其最大環(huán)圍功率60%的限定而能被獲得。然后，基于環(huán)圍能量的寬度，激光輸出的獨(dú)特性束寬(characteristic beam width)相應(yīng)被確定。圖2a和圖2b分別比較了 i)傳統(tǒng)的激光點(diǎn)；和ii)平頂激光輸出133沿著其進(jìn)給軸線分布的輻照度分布曲線。
圖2a所示為傳統(tǒng)的激光輸出的高斯輻照度分布曲線201，其具有獨(dú)特性束寬203和輻照度峰值205。通過對比，圖2b中所示的平頂激光輸出133的輻照度分布曲線207具有不變的輻照度峰值211 (因而更加平坦和缺少變化)，而不是傳統(tǒng)激光輸出的較尖銳的輻照度峰值205。而且，平頂激光輸出133的輻照度分布曲線207具有比傳統(tǒng)激光輸出更大的獨(dú)特性束寬209。這意味著和傳統(tǒng)激光輸出的情形比較，平頂激光輸出133的輻照度的更大比例落入了環(huán)圍能量的范圍之內(nèi)。所以，平頂激光輸出133的輻照度分布曲線的更大比例可以具有超過半導(dǎo)體晶圓102的材料燒蝕閾值(ablation threshold)以上的福照度，即用于分離半導(dǎo)體晶圓102的有效輻照度光譜，藉此實(shí)現(xiàn)激光輻照度的更好的利用而進(jìn)行激光切割。圖3a和圖3b所示分別為傳統(tǒng)激光輸出和平頂激光輸出133相應(yīng)的3D輻照度分布曲線。從這些3D輻照度分布曲線中可以看出，傳統(tǒng)激光輸出和平頂激光輸出133在它們各自的位于半導(dǎo)體晶圓平面上的、正交于其進(jìn)給長縱軸的短軸上均具有衍射極限寬度(diffraction- limited width)?？墒?具有高斯福照度分布曲線的傳統(tǒng)激光輸出的衍射極限寬度通常比平頂激光輸出133的大。從圖3b可以看出，平頂激光輸出133的3D輻照度分布曲線大體上是梯形。激光輸出的衍射極限寬度允許劃片槽寬度的減小，藉此提高了半導(dǎo)體晶圓準(zhǔn)許激光分離的器件密度。由于平頂激光輸出133的輻照度分布曲線207在其短軸上具有衍射極限寬度303，所以，和傳統(tǒng)激光輸出的情形相比，其在減小輻射能量浪費(fèi)的同時提供了相當(dāng)狹窄的劃片槽寬度，該狹窄的劃片槽寬度增強(qiáng)了半導(dǎo)體晶圓102上的器件密度。通常，輻射浪費(fèi)量和激光輸出的縱橫比，即沿著其長軸或進(jìn)給方向激光輸出的寬度與沿著其正交短軸激光輸出的寬度的比值成比例。通過調(diào)節(jié)第二光束擴(kuò)展器123的柱狀透鏡125、127的間距和/或焦距，平頂激光輸出133的縱橫比能夠被改變。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)平頂激光輸出133的縱橫比就速度和能源優(yōu)化而言的最優(yōu)區(qū)間，該最優(yōu)區(qū)間在I. 5 :1和5 :I之間，以便于進(jìn)行包括激光劃片或激光切割在內(nèi)的激光分離。圖4所示為平頂激光輸出133的最佳縱橫比的邊界范圍，沿著其進(jìn)給長軸方向的寬度位于4. 5至100微米之間，沿著其正交短軸方向的寬度位于3至20微米之間。當(dāng)然值得注意的是，長軸寬度可以設(shè)定為20至80微米之間的數(shù)值，或者為40至60微米之間的數(shù)值。根據(jù)劃片槽的目標(biāo)寬度(kerf )，短軸寬度也可以設(shè)定為5至15微米之間的數(shù)值，或者為8至12微米之間的數(shù)值。所以，平頂激光輸出133的最優(yōu)縱橫比區(qū)間可以在3 :1至5 :1之間，或者在4 :1至5 :1之間。圖5所示為在激光劃片期間激光系統(tǒng)101的操作示意圖。半導(dǎo)體晶圓102被裝載在卡盤平臺501上。當(dāng)卡盤平臺501沿著圖5所示的Y方向移動時，半導(dǎo)體晶圓102被平頂激光輸出133劃片。粘性帶體503被進(jìn)ー步設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓102和卡盤平臺501之間，以在劃片期間固定半導(dǎo)體晶圓102。圖5中以實(shí)線表示的聚焦組件131表明在卡盤平臺501移動以前其相對于半導(dǎo)體晶圓102的位置，而以虛線表示的聚焦組件131表明在卡盤平臺501在Y方向上移動一段特定時間以后其相對于半導(dǎo)體晶圓102的位置。所以，雖然聚焦組件131是靜止不動的，但是其相對于半導(dǎo)體晶圓102的位置實(shí)際上在與卡盤平臺501移動的Y方向相反的方向上是移動的。激光系統(tǒng)101將在時間和空間上不同的激光脈沖放置在半導(dǎo)體晶圓102的表面，這意味著沒有兩個單獨(dú)的激光脈沖被放置在半導(dǎo)體晶圓表面的同一個位置，但相反放置有固定的間隔(即脈沖間距)。 激光器103的激光脈沖重復(fù)率被選定以優(yōu)化在半導(dǎo)體晶圓102上其脈沖能量和輻照度的使用。根據(jù)激光器103的脈沖重復(fù)頻率和進(jìn)給速度的限制，卡盤平臺401以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度移動，以確保在半導(dǎo)體晶圓102上精確而又有效的激光輻射而形成劃片槽。所以，半導(dǎo)體晶圓102沿著平頂激光輸出133的進(jìn)給方向接收到大體不變的能量，以在半導(dǎo)體晶圓102上形成劃片槽。平頂激光輸出133的每ー個脈沖通常具有的可使用的脈沖能量在I至30μ 之間?？梢赃x擇的是，可使用的脈沖能量可以在5至IOOPJ之間，在20至80μ 之間或在40至6(^J之間。圖6所示為沿著圖5所示的剖面線A-A’所視時平面的半導(dǎo)體晶圓102的剖面示意圖。可以看出，電子器件601被構(gòu)造在半導(dǎo)體晶圓102上，相鄰的電子器件601被相互分隔一段間距W。間距W之間的空間公知為道(street)，道的寬度是足夠充分的以容納通過激光劃片所引起的位于半導(dǎo)體晶圓102上的劃片槽603，以致于電子器件601由于沿著劃片槽603的破損而能夠被分離。圖7所示為沿著圖6所示的B方向所視時半導(dǎo)體晶圓102的平面示意圖。由于平頂激光輸出133沿著其短軸具有衍射極限寬度，劃片槽603的寬度因此可能被形成為最狹窄的，可能來提高半導(dǎo)體晶圓102上可實(shí)現(xiàn)進(jìn)行激光劃片的器件密度。圖8a和圖Sb比較了激光劃片期間由傳統(tǒng)激光輸出和平頂激光輸出133傳送在半導(dǎo)體晶圓102上的累積輻照度。從這些圖中可以看出，當(dāng)半導(dǎo)體晶圓102在Y方向上移動以形成劃片槽時，相鄰的輻照度分布曲線的部分相互重疊。值得欣賞的是，隨著各個激光輸出的進(jìn)給速度増加，相對應(yīng)的脈沖重疊率相應(yīng)地下降。圖9a至圖9e和圖IOa至圖IOe比較了分別由傳統(tǒng)激光輸出和平頂激光輸出133在半導(dǎo)體晶圓102上形成的劃片槽的質(zhì)量。圖9a至圖9c所示為使用傳統(tǒng)的激光輸出進(jìn)行激光劃片期間半導(dǎo)體晶圓表面的各種狀態(tài)。更具體地講，圖9a表明了正好在接收來自傳統(tǒng)的激光輸出的輻射以前的半導(dǎo)體晶圓102 ;圖％表明了當(dāng)半導(dǎo)體晶圓102部分地接收到來自傳統(tǒng)的激光輸出的輻射時的半導(dǎo)體晶圓102 ;以及圖9c表明了當(dāng)半導(dǎo)體晶圓102完全地接收到來自傳統(tǒng)的激光輸出的輻射時的半導(dǎo)體晶圓102。尤其是，半導(dǎo)體晶圓102的局部901沒有被傳統(tǒng)的激光輸出所移除，那是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的激光輸出的相應(yīng)部分的輻照度水平比半導(dǎo)體晶圓102的消融閾值更低。圖9d和圖9e表明了當(dāng)半導(dǎo)體晶圓102在Y方向上移動時，使用傳統(tǒng)的激光輸出由激光劃片所形成的最終劃片槽903?？梢钥闯觯罱K劃片槽903具有變化的劃片深度。那是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的激光輸出沿著其長軸(或進(jìn)給方向)的輻射度分布曲線具有高斯屬性，所以傳統(tǒng)的激光輸出的輻照度水平的變動很高。相應(yīng)地，由傳統(tǒng)的激光輸出的較低輻射水平所輻射的部分最終劃片槽903具有較小的劃片深度，而由傳統(tǒng)的激光輸出的較高輻射水平所輻射的其他部分劃片槽903具有較大的劃片深度。圖IOa至圖IOc所示為使用平頂激光輸出133進(jìn)行激光劃片期間半導(dǎo)體晶圓表面的各種狀態(tài)。更具體地講，圖IOa表明了正好在接收來自平頂激光輸出133的輻射以前的半導(dǎo)體晶圓102 ;圖IOb表明了當(dāng)半導(dǎo)體晶圓102部分地接收到來自平頂激光輸出133的輻射時的半導(dǎo)體晶圓102 ;以及圖IOc表明了當(dāng)半導(dǎo)體晶圓102完全地接收到來自平頂激光輸出133的輻射時的半導(dǎo)體晶圓102。尤其是，半導(dǎo)體晶圓102的局部1001沒有被平頂激光輸出133所移除，那是因?yàn)樵谄巾敿す廨敵?33的相應(yīng)部分的輻射水平比半導(dǎo)體晶圓 102的消融閾值更低。圖IOd和圖IOe表明了當(dāng)半導(dǎo)體晶圓102在Y方向上移動時，使用平頂激光輸出133進(jìn)行激光劃片所形成的最終劃片槽1003。通過與圖9d和圖9e對比，由平頂激光輸出133所形成的最終劃片槽1003比由傳統(tǒng)的激光輸出所形成的最終劃片槽903具有更加均一的劃片深度。那是因?yàn)槠巾敿す廨敵?33沿著其長軸(或進(jìn)給方向)的輻照度水平的變化較低，所以，和由傳統(tǒng)的激光輸出所形成的最終劃片槽903相比較，最終劃片槽1003具有更加均一的劃片深度。為了避免由傳統(tǒng)的激光輸出所形成的最終劃片槽903的劃片深度的變化，傳統(tǒng)的激光輸出的脈沖重復(fù)率能夠被提高，以減少沿著半導(dǎo)體晶圓102分布的每個單元劃片長度中所接收的平均輻照度的波動。可是，由于順著每個單元劃片長度的更多脈沖被需要，所以這影響了傳統(tǒng)的激光輸出的進(jìn)給速度。從而，如果需要均一的劃片深度，那么使用傳統(tǒng)的激光輸出可能對其進(jìn)給速度強(qiáng)加更多的限制。所以，可以看出，在激光劃片中使用平頂激光輸出133在優(yōu)化激光劃片期間其進(jìn)給速度的同時，實(shí)現(xiàn)了均一的劃片深度。進(jìn)ー步可以看出，通過輻照度的重新分配和光束的成形使得擴(kuò)大后的準(zhǔn)直光束113的輻照度分布曲線平頂化，和具有高斯輻照度分布曲線的傳統(tǒng)的激光輸出相比較，更多的能量可以被傳送給エ件以進(jìn)行材料的移除。所以，激光系統(tǒng)101有利地改善了激光分離的整體效率和處理速度，通過例如提高平頂激光輸出133的進(jìn)給速度。當(dāng)然值得注意的是，在不離開本發(fā)明的范圍和精神宗g的情形下，所描述的實(shí)施例的很多變化也是可能的。例如，在圖2b表明平頂激光輸出133在其獨(dú)特性束寬以內(nèi)具有不變的輻照度峰值211的同時，如此的特性僅僅對激光分離是優(yōu)選，但并非必不可少的。圖Ila至圖Ilc所示為平頂激光輸出133的不同輻照度分布曲線，平頂激光輸出133在其獨(dú)特性束寬以內(nèi)不具有不變的輻照度峰值，但是仍然是大體一致的。更具體地講，圖Ila至圖Ilc所示為平頂激光輸出133的可選設(shè)置形式，其在激光輸出133的中心部位具有振蕩型、凹陷型或凸起型輻射光譜?？梢钥闯?，在各個中心部位的輻照度變化被限制在距它們各自的平均值(名義值)1101的±15%范圍以內(nèi)。平頂激光輸出133的這些不同的輻照度分布曲線的非不變輻照度對激光分離的進(jìn)給速度和效率具有最小的影響。實(shí)際上，它可能確實(shí)提高了產(chǎn)生平頂激光輸出133進(jìn)行激光分離的容易性。當(dāng)然，值得注意的是，在其獨(dú)特性束寬以內(nèi)的中心部位，平頂激光輸出133的輻照度水平的變化可以被限制在距其平均值(名義值)的±12%、±10%或±5%范圍以內(nèi)。平頂激光輸出133的輻照度距其平均值(名義值)的任何期望變化可以通過修改該對非球面透鏡117、119的表面輪廓而得以實(shí)現(xiàn)。而且，雖然已經(jīng)描述了平頂激光輸出133的輻照度已經(jīng)沿著其長縱軸重新分配，該長縱軸對齊于半導(dǎo)體晶圓102的分離方向，值得注意的是，平頂激光輸出133的輻照度也在半導(dǎo)體晶圓102的平面上沿著其正交的短軸被重新分配。而且，雖然平頂激光輸出133沿著其短軸具有衍射極限寬度，以提高足夠狹窄的劃片寬度，但是如果想要，沿著其短軸名義上扁平卻更寬的劃片寬度可以被激光系統(tǒng)101·提供。圖12所示為平頂激光輸出133的可選3D輻照度分布曲線，該平頂激光輸出133在其長軸和短軸1201、1203上具有普遍扁平的輻照度分布曲線以提供更加呈正方形的外貌。和圖3b中所示的3D輻照度分布曲線對比，這個可選的3D輻照度分布曲線的衍射極限寬度更大。另外，值得注意的是，第一光束擴(kuò)展器107和第二光束擴(kuò)展器123是激光系統(tǒng)101的可選特征。在沒有這些光束擴(kuò)展器107、123之一或全部的情形下，光束形成器115仍然可以被操作來重新分配激光束105的輻照度以使得其輻照度分布曲線平頂化。然后，圓對稱的激光點(diǎn)仍然能被聚焦在半導(dǎo)體晶圓102上，在那里有效的輻射光譜被使用來分離半導(dǎo)體晶圓102。同樣，激光系統(tǒng)101可以被使用來分離包括半導(dǎo)體晶圓在內(nèi)的其他物體?？蛇x地，光束擴(kuò)展器107也可以被內(nèi)置在光束形成器115內(nèi)，以便于激光器101直接發(fā)出準(zhǔn)直光束105至光束形成器115，以進(jìn)行放大和成形。另外，在使用激光系統(tǒng)101進(jìn)行激光劃片已經(jīng)被描述的同時，其他激光分離エ序例如激光切割也能被采納使用該激光系統(tǒng) 101。
權(quán)利要求
1.ー種用于分離物體的裝置，該裝置包含有激光器，其被配置來發(fā)出具有高斯輻照度分布曲線的激光束；光束成形設(shè)備，其被配置來重新成形從激光器中發(fā)出的激光束的高斯輻照度分布曲線，該光束成形設(shè)備具有多個非球面透鏡以重新分配該激光束的輻照度，以便于減少該激光束的用于分離物體的有效輻射光譜中的輻照度的變化。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，該多個非球面透鏡包含有聚光非球面透鏡，其被操作來聚集激光束；和發(fā)散非球面透鏡，其被操作來發(fā)散激光束。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，該激光束的被重新成形的輻照度分布曲線包含有輻照度峰值，該輻照度峰值在其平均輻照度峰值的15%以內(nèi)變化。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，該激光束的被重新成形的輻照度分布曲線包含有輻照度峰值，該輻照度峰值在其平均輻照度峰值的5%以內(nèi)變化。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，該激光束的被重新成形的輻照度分布曲線包括在激光束中心部位設(shè)置的振蕩型輻射光譜。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，該激光束的被重新成形的輻照度分布曲線包括在激光束中心部位設(shè)置的凹陷型輻射光譜。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，該裝置還包含有第一光束擴(kuò)展設(shè)備，其被配置來放大從激光器發(fā)出的激光束。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，該第一光束擴(kuò)展設(shè)備包含有多個像差校正球面鏡 片。
9.如權(quán)利要求I所述的裝置，該裝置還包含有第二光束擴(kuò)展設(shè)備，其被配置來改變帶有重新成形后的輻照度分布曲線的激光束，以定義長縱軸和正交于該長縱軸的短軸，該改變后的激光束沿著長縱軸的寬度比沿著短軸的寬度更大。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該第二光束擴(kuò)展設(shè)備包含有多個柱狀透鏡。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該改變后的激光束沿著長縱軸的寬度和該改變后的激光束沿著短軸的寬度的比值是在I. 5 :1和5 :1之間。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該改變后的激光束沿著長縱軸的寬度和該改變后的激光束沿著短軸的寬度的比值是在3 :1和5 :1之間。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該改變后的激光束具有大體呈梯形的三維輻照度分布曲線。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，該裝置還包含有光束聚焦設(shè)備，其被配置來將改變后的激光束聚焦在物體上，以便于改變后的激光束沿著長縱軸的寬度和物體分離的方向?qū)R。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，該裝置被配置來分離半導(dǎo)體晶圓。
16.一種用作為如權(quán)利要求I所述裝置中的光束成形設(shè)備的設(shè)備。
17.一種分離物體的方法，該方法包含有以下步驟發(fā)出具有高斯輻照度分布曲線的激光束；使用多個非球面透鏡重新分配該發(fā)出的激光束的輻照度，以重新成形高斯輻照度分布曲線，以便于減少該激光束的用于分離物體的有效輻射光譜中的輻照度的變化。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，該方法還包含有以下步驟在重新分配激光束的輻照度的步驟以前，放大發(fā)出的激光束。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，該方法還包含有以下步驟在重新分配激光束的輻照度的步驟以后，改變該激光束，以便于該改變后的激光束限定長縱軸和正交于該長縱軸的短軸，其中該改變后的激光束沿著長縱軸的寬度比沿著短軸的寬度更大。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，該方法還包含有以下步驟在重新分配激光束的輻照度的步驟以后，將改變后的激光束聚焦在物體上，以便于改變后的激光束沿著長縱軸的寬度和物體分離的方向?qū)R。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于分離物體的裝置101，該裝置101包含有激光器103，其被配置來發(fā)出具有高斯輻照度分布曲線的激光束105；光束成形設(shè)備115，其被配置來重新成形從激光器103中發(fā)出的激光束105的高斯輻照度分布曲線，尤其是，該光束成形設(shè)備115具有多個非球面透鏡117、119以重新分配該激光束105的輻照度，以便于減少該激光束105的用于分離物體的有效輻射光譜中的輻照度的變化。和具有不均勻的高斯輻照度分布曲線的傳統(tǒng)激光束相比，通過重新分配激光束105的輻照度，這種激光束的輻射能量可以更為有效地被傳送到半導(dǎo)體晶圓102進(jìn)行激光分離。本發(fā)明也公開了一種分離物體的方法。
文檔編號B23K26/36GK102825390SQ20121019128
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者郭志恒, 鄭志華 申請人:先進(jìn)科技新加坡有限公司