激光處理的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光處理方法，該方法包含有以下步驟：將激光束引導(dǎo)至工件；在激光束和工件之間引起相對(duì)移動(dòng)。其中將激光束引導(dǎo)至工件的步驟包括：將激光束聚焦在工件內(nèi)部，直到內(nèi)部損壞形成在工件內(nèi)部，而碎裂從內(nèi)部損壞延展至工件的至少一個(gè)表面以在工件上形成表面裂紋。另外，在激光束和工件之間引起相對(duì)移動(dòng)的步驟是如此設(shè)置以致于工件上的表面裂紋沿著工件上的分割線延展。本發(fā)明還公開了一種激光處理裝置。
【專利說明】激光處理的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明申請(qǐng)涉及一種激光處理的方法和裝置，其尤其但并非排他地用作為使用激光分割半導(dǎo)體晶圓。
【背景技術(shù)】
[0002]多個(gè)半導(dǎo)體器件以陣列的形式構(gòu)造在半導(dǎo)體晶圓上，該半導(dǎo)體晶圓通常是由諸如藍(lán)寶石、硅、鎵和/或它們的混合物之類的材料制成。然后，使用激光切割半導(dǎo)體晶圓以分離或者有助于分離半導(dǎo)體器件成為單獨(dú)的片塊(pieces)。
[0003]傳統(tǒng)的激光分割可包括任一下述流程:i)激光蝕刻(laser scribing),其中線性凹槽(或蝕刻線)形成于半導(dǎo)體晶圓表面以沿著這些凹槽實(shí)施斷裂；或者ii)激光切割，其中半導(dǎo)體晶圓從其上表面至其下表面被切割通過。
[0004]具體地，激光分割取決于傳送至半導(dǎo)體晶圓的輻射(如頻率或能量)超越其材料燒蝕閾值(material ablation threshold)的情況。通過使用物鏡將激光束聚焦，高斯激光束的激光輸出寬度能夠小至大約1-20微米(μ m)。這種尺寸的激光束確保了其輻射超出了半導(dǎo)體晶圓的材料燒蝕閾值以便進(jìn)行激光分割。
[0005]圖1表明了傳統(tǒng)的激光蝕刻處理100，其中，在激光束102和半導(dǎo)體晶圓104之間的相對(duì)移動(dòng)沿著蝕刻方向Iio發(fā)生以在半導(dǎo)體晶圓104的表面上形成蝕刻線106以前，激光束102聚焦在位于具有半導(dǎo)體器件(圖中未示)的半導(dǎo)體晶圓104的表面的一點(diǎn)處?？墒牵?dāng)激光束102聚焦在半導(dǎo)體晶圓104的表面上并且其傳遞的輻射位于或超過其材料燒蝕閾值時(shí)，碎渣108將會(huì)從半導(dǎo)體晶圓104移離并且可能再沉積回半導(dǎo)體晶圓104的表面。這樣可能污染了半導(dǎo)體晶圓104上的半導(dǎo)體器件。所以，這種傳統(tǒng)的激光分割處理存在半導(dǎo)體晶圓104的表面污染問題。
[0006]避免碎渣108污染半導(dǎo)體晶圓104上的半導(dǎo)體器件的一個(gè)辦法是在激光處理之前和之后進(jìn)行表面覆蓋和沖洗。不幸的是，該表面覆蓋處理具有其自身的局限性。例如，表面和側(cè)壁重塑的熔融層可能會(huì)影響半導(dǎo)體器件分割之后的外觀和/或性能。已經(jīng)提出了其他的后處理方法，如側(cè)壁蝕刻，來緩和這個(gè)難題。然而，表面蝕刻晶圓的額外的預(yù)處理和后處理最終限制了整體產(chǎn)能，并提高了運(yùn)行成本。
[0007]所以，本發(fā)明申請(qǐng)的目的在于至少尋求消除傳統(tǒng)的激光分割處理中出現(xiàn)的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]第一方面，本發(fā)明提供了一種激光處理方法，該方法包含有以下步驟:將激光束引導(dǎo)至工件；在激光束和工件之間引起相對(duì)移動(dòng)。其中將激光束引導(dǎo)至工件的步驟包括:將激光束聚焦在工件內(nèi)部，直到內(nèi)部損壞形成在工件內(nèi)部，而碎裂從內(nèi)部損壞延展至工件的至少一個(gè)表面以在工件上形成表面裂紋。另外，在激光束和工件之間弓I起相對(duì)移動(dòng)的步驟是如此設(shè)置以致于工件上的表面裂紋沿著工件上的分割線延展。
[0009]第二方面，本發(fā)明提供了一種激光處理裝置，該裝置包含有:支持設(shè)備，其用于固定工件；激光發(fā)射設(shè)備，其用于將激光束引導(dǎo)至工件；和定位設(shè)備，其被操作來在激光發(fā)射設(shè)備和支持設(shè)備之間引起相對(duì)移動(dòng)；其中，該激光發(fā)射設(shè)備被配置來在操作過程中將發(fā)射出的激光束聚焦在工件內(nèi)部，直到內(nèi)部損壞形成在工件內(nèi)部，而碎裂從內(nèi)部損壞延展至工件的至少一個(gè)表面以在工件上形成表面裂紋，以及定位設(shè)備還被配置來在激光發(fā)射設(shè)備和支持設(shè)備之間引起相對(duì)移動(dòng)，以致于工件上的表面裂紋沿著工件上的分割線延展。
[0010]本發(fā)明的一些較佳但是可選的步驟/特征已經(jīng)描述在從屬權(quán)利要求中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]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:
[0012]圖1所不為傳統(tǒng)的表面蝕刻處理。
[0013]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的激光處理裝置。
[0014]圖3所示為圖2的激光處理裝置的操作示意圖。
[0015]圖4a_4h所示為使用圖2的激光處理裝置的半導(dǎo)體晶圓的分割處理。
[0016]圖5a和圖5b所示分別為使用圖2的激光處理裝置進(jìn)行分割處理之后，半導(dǎo)體晶圓的平面和立體示意圖。
[0017]圖6a和圖6b所示分別為使用圖2的激光處理裝置進(jìn)行多次分割處理之后，半導(dǎo)體晶圓的平面和立體不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的激光處理裝置200的立體示意圖。該激光處理裝置200包含有:i)激光發(fā)射設(shè)備202 ;和ii) XY夾盤平臺(tái)204，用于支持和移動(dòng)半導(dǎo)體晶圓206。具體地，激光發(fā)射設(shè)備202被操作來投射激光束208至半導(dǎo)體晶圓200上。XY夾盤平臺(tái)204也被操作來相對(duì)于激光發(fā)射設(shè)備202根據(jù)蝕刻軸線210和也根據(jù)步進(jìn)軸線212移動(dòng)半導(dǎo)體晶圓206，該步進(jìn)軸線212垂直于蝕刻軸線210。
[0019]特別是，激光發(fā)射設(shè)備202包含有:i)激光器202a，用于產(chǎn)生激光束208 ;ii)光衰減器(optical attenuator) 202b,用于光學(xué)上衰減激光束208 ；iii)光束擴(kuò)展器(beamexpander)202c，用于放大激光束208 ;iv)鏡面202d，用于朝向半導(dǎo)體晶圓206反射激光束208 ;以及V)物鏡202e，用于沿著聚焦軸214將激光束208聚焦在半導(dǎo)體晶圓206之內(nèi)。
[0020]圖3所示為激光處理裝置200的側(cè)視示意圖，其表明了激光處理裝置200的分割操作。在操作開始時(shí)，激光發(fā)射設(shè)備202最初相對(duì)于半導(dǎo)體晶圓206的左側(cè)定位。當(dāng)XY夾盤平臺(tái)204相對(duì)于激光發(fā)射設(shè)備202向左移動(dòng)，并在平行于蝕刻軸線210的方向上，如箭頭300所示，激光發(fā)射設(shè)備202從而相對(duì)于半導(dǎo)體晶圓206的右側(cè)重新定位(即使激光發(fā)射設(shè)備202不移動(dòng))，如圖3中的點(diǎn)劃線的激光發(fā)射設(shè)備202所示。這也同樣意味著XY夾盤平臺(tái)204的移動(dòng)引起激光發(fā)射設(shè)備202在平行于蝕刻軸線210的方向上的相對(duì)移動(dòng)。
[0021]現(xiàn)在結(jié)合圖4a至圖4h解釋激光處理裝置200的分割操作，圖4a_4h所示為沿著剖面線B-B’所視時(shí)半導(dǎo)體晶圓206的剖面示意圖。
[0022]首先，激光束208聚焦在位于半導(dǎo)體晶圓206內(nèi)的焦點(diǎn)400上，如圖4a所示。激光束208聚焦在位于半導(dǎo)體晶圓206內(nèi)的焦點(diǎn)400上的步驟持續(xù)一直到圍繞位于半導(dǎo)體晶圓206內(nèi)的焦點(diǎn)400周圍的內(nèi)部損傷點(diǎn)402形成并且擴(kuò)展，如圖4b_4d所示。通過在半導(dǎo)體晶圓206內(nèi)進(jìn)一步持續(xù)聚焦激光束208，碎裂404從內(nèi)部損傷點(diǎn)402延展至半導(dǎo)體晶圓206的表面以在半導(dǎo)體晶圓206上形成表面裂紋，如圖4e-4f所示。當(dāng)XY夾盤平臺(tái)在平行于蝕刻軸線210的方向上相對(duì)于激光發(fā)射設(shè)備202移動(dòng)時(shí)，半導(dǎo)體晶圓206從而沿著期望的分割線被準(zhǔn)蝕刻(sem1-scribed)。
[0023]可供選擇的是，激光束208在半導(dǎo)體晶圓206內(nèi)的持續(xù)聚焦可導(dǎo)致另一道裂紋406從內(nèi)部損傷點(diǎn)402延展至半導(dǎo)體晶圓206相對(duì)的另一面以在半導(dǎo)體晶圓206上形成另一道表面裂紋，如圖4g所示。當(dāng)XY夾盤平臺(tái)204在平行于蝕刻軸線210的方向上相對(duì)于激光發(fā)射設(shè)備202移動(dòng)時(shí)，半導(dǎo)體晶圓206從而沿著期望的分割線被分離成單獨(dú)的片塊，如圖4h所示。如果半導(dǎo)體晶圓206的完全切割而不是半導(dǎo)體晶圓206的準(zhǔn)蝕刻被期望，那么這種處理尤其適合。
[0024]本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，裂紋404、406的形成取決于下面的因素，如相對(duì)于半導(dǎo)體晶圓206表面激光束208的能量密度和激光束208的聚焦水平。具體地，激光束208的能量密度取決于諸如激光束波長和XY夾盤平臺(tái)204的移動(dòng)之類的參數(shù)，而激光束208的聚焦水平取決于光學(xué)器件的參數(shù)(如物鏡202e的數(shù)值孔徑(numerical aperture))。
[0025]特別是，激光束208的能量密度被定義如下:
[0026]能量密度(μ J/μ m)=[脈沖能量(μ J/脈沖)X脈沖重復(fù)頻率(kHz，K脈沖/s) ] /蝕刻速度(mm/s)
[0027]相應(yīng)地，被傳遞在半導(dǎo)體晶圓206內(nèi)焦點(diǎn)400處的激光束208的體積應(yīng)變能(volumetric energy) ( μ J/um3)被定義如下:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種激光處理方法，該方法包含有以下步驟: 將激光束引導(dǎo)至工件；和 在激光束和工件之間弓I起相對(duì)移動(dòng)， 其中將激光束引導(dǎo)至工件的步驟包括:將激光束聚焦在工件內(nèi)部，直到內(nèi)部損壞形成在工件內(nèi)部，而碎裂從內(nèi)部損壞延展至工件的至少一個(gè)表面以在工件上形成表面裂紋，以及 在激光束和工件之間引起相對(duì)移動(dòng)的步驟是如此設(shè)置以致于工件上的表面裂紋沿著工件上的分割線延展。
2.如權(quán)利要求1所述的激光處理方法，其中，該激光束具有的脈沖能量密度在0.3至0.8μχ/μπι之間，而將激光束聚焦在工件內(nèi)部的步驟還進(jìn)一步包括:將激光束聚焦在工件內(nèi)部距工件的至少一個(gè)表面的距離為10至25ΜΠ1之間。
3.如權(quán)利要求1所述的激光處理方法，其中，該激光束具有的脈沖能量密度至少為0.5μχ/μπι，而將激光束聚焦在工件內(nèi)部的步驟還進(jìn)一步包括:將激光束聚焦在工件內(nèi)部距工件的至少一個(gè)表面的距離位于25至40Mm之間。
4.一種激光處理裝置，該裝置包含有: 支持設(shè)備，其用于固定工件； 激光發(fā)射設(shè)備，其用于將激光束引導(dǎo)至工件；和 定位設(shè)備，其被操作來在激光發(fā)射設(shè)備和支持設(shè)備之間引起相對(duì)移動(dòng)； 其中，該激光發(fā)射設(shè)備被配置來在操作過程中將激光束聚焦在工件內(nèi)部，直到內(nèi)部損壞形成在工件內(nèi)部，而碎裂從內(nèi)部損壞延展至工件的至少一個(gè)表面以在工件上形成表面裂紋，以及 定位設(shè)備被配置來在激光發(fā)射設(shè)備和支持設(shè)備之間引起相對(duì)移動(dòng)，以致于工件上的表面裂紋沿著工件上的分割線延展。
5.如權(quán)利要求4所述的激光處理裝置，其中，該激光發(fā)射設(shè)備被配置來將激光束聚焦在工件內(nèi)部，距工件的至少一個(gè)表面的距離在10至25ΜΠ1之間，該激光束具有的脈沖能量密度在0.3至0.8PJ/Mm之間。
6.如權(quán)利要求4所述的激光處理裝置，其中，該激光發(fā)射設(shè)備被配置來將激光束聚焦在工件內(nèi)部，距離工件的至少一個(gè)表面的距離在25至40Mm之間，該激光束具有的脈沖能量密度至少為0.5 μχ/μπι。
【文檔編號(hào)】B23K26/064GK103521931SQ201310263720
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】郭志恒, 鄭志華, 周立基 申請(qǐng)人:先進(jìn)科技新加坡有限公司