用于光電裝置的改進(jìn)的激光劃片方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了用于對(duì)具有背面涂層的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行激光劃片的激光劃片系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，這些激光劃片系統(tǒng)對(duì)具有反射性背面涂層的光電半導(dǎo)體晶片進(jìn)行激光劃片，以避免損害光電裝置，同時(shí)維持高效的制造。更具體來(lái)說(shuō)，這些激光劃片系統(tǒng)在多個(gè)行程中采用以可見(jiàn)區(qū)中的波長(zhǎng)以及更低的波長(zhǎng)的超快脈沖激光來(lái)移除背面涂層并對(duì)晶片進(jìn)行劃片。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于光電裝置的改進(jìn)的激光劃片方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)在諸如藍(lán)寶石晶片的襯底上構(gòu)造的諸如發(fā)光二極管(LED)的光電裝置進(jìn)行激光劃片。具體來(lái)說(shuō)，其涉及對(duì)在具有諸如分布布拉格反射器(DBR)的背面涂層的襯底上構(gòu)造的光電裝置進(jìn)行劃片。更具體來(lái)說(shuō)，其涉及在多個(gè)行程中對(duì)在具有背面涂層的襯底上構(gòu)造的光電裝置進(jìn)行激光劃片，以防止對(duì)光電裝置或襯底的損害。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如發(fā)光二極管的光電裝置通常通過(guò)在襯底上并行地制作裝置的多個(gè)相同的拷貝來(lái)制造。通常用于制造光電裝置的襯底包括藍(lán)寶石、砷化鎵、磷化銦、硅、鍺、鉆石或陶瓷晶片。通常需要將這些襯底切割成單個(gè)裝置。通過(guò)首先用鉆石切割機(jī)或激光器對(duì)襯底進(jìn)行劃片來(lái)進(jìn)行切割。劃片定義為在襯底的表面上或體積內(nèi)產(chǎn)生改變的區(qū)域，從而促進(jìn)在劃片附近的襯底的分裂且因而分割。于2003年6月17日發(fā)布的美國(guó)專(zhuān)利第6，580，054號(hào) SCRIBING SAPPHIRE SUBSRATES WITH A SOLID STATE UV LASER (發(fā)明人為 Kuo-ChingLiu、Pei Hsien Fang、Dan Dere、Jenn Liu、Jih-Chuang Huang、Antonio Lucero、ScottPinkham>Steven Oltrogge和Duane Middlebusher)描述了通過(guò)劈裂對(duì)襯底進(jìn)行劃片以備進(jìn)行切割的基本過(guò)程，其中被劃片的襯底在劃片位置處承受局部應(yīng)力，從而在襯底中產(chǎn)生裂紋，裂紋通過(guò)襯底的厚度傳播，從而沿著劃片分割晶片。在切割期間，襯底通常粘附到附接到周?chē)目蚣?稱(chēng)為帶框)的芯片粘接薄膜或塑料片，以使切割下的裝置雖然被分割但仍在適當(dāng)?shù)奈恢谩＜す鈩澠煌诩す馇辛?，在激光切粒中用激光器或切割機(jī)將襯底完全或幾乎切穿來(lái)執(zhí)行切割，而沒(méi)有劈裂步驟。
[0003]激光劃片具有的問(wèn)題包括選擇激光參數(shù)來(lái)處理具有大范圍變化的激光能量吸收特性的材料、避免對(duì)襯底和裝置的損害以及維持可接受的系統(tǒng)產(chǎn)量。光電裝置尤其難以進(jìn)行激光劃片或切粒，因?yàn)檠b置的性能可取決于切割裝置的方式。具體來(lái)說(shuō)，一些光電裝置被構(gòu)造為具有將雜散光反射回去離開(kāi)裝置從而提高如以每安培的燭光數(shù)度量的裝置輸出效率的背面涂層。文章“Nitride-Based LEDs With a Hybrid Al Mirror+Tio2/S12DBRBackside Reflector”(作者為 S.J.Chang、C.F.Shen, Μ.H.Hsieh、C.T.Kuo, T.K.Ko、W.S.Chen和S.C.Shei)描述了這些類(lèi)型的光電裝置的構(gòu)造。造成不期望的鄰近劃片的熱影響區(qū)的激光劃片技術(shù)可能降低裝置輸出效率，也可能減少造成反射性涂層從襯底“剝離”或分開(kāi)的損害。于2010年9月28日發(fā)布的美國(guó)專(zhuān)利第7，804, 043號(hào)METHOD AND APPARATUSFOR DICING OF THIN AND ULTRA THIN SEMICONDUCTOR WAFER USING ULTRAFAST PULSELASER (發(fā)明人為T(mén)an Deshi)描述了使用超快激光器來(lái)對(duì)晶片進(jìn)行劃片，但沒(méi)有考慮移除諸如DBR的涂層的需要。于2006年I月31日發(fā)布的美國(guó)專(zhuān)利第6，992，026號(hào)LASERPROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS (發(fā)明人為 Fumitsugu Fukuyo,Keshi Fukumitsu>Maoki Uchiyama 和 Toshimitsu Wakuda)討論了在劃片時(shí)由脈沖激光造成的對(duì)襯底的損害。該專(zhuān)利教導(dǎo)了使用深入襯底內(nèi)聚焦的激光束來(lái)產(chǎn)生既不連接至晶片的正面也不連接至晶片的背面的蝕變帶，以允許劈裂，同時(shí)防止對(duì)襯底的損害。于2009年2月24 日發(fā)布的美國(guó)專(zhuān)利 7, 494, 900BACKSIDE WAFER DICING (發(fā)明人為 Richard S.Harris 和Ho ff.Lo)討論了進(jìn)行襯底的背面加工的優(yōu)勢(shì)，但沒(méi)有討論在存在涂層的情況下的劃片，也沒(méi)有討論在劃片時(shí)防止對(duì)襯底的損害的方法。于2006年10月5日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第2006/0220183 號(hào) SEMICONDUCTOR WAFER HAVING MULTIPLE SEMICONDUCTOR ELEMENTS ANDMETHOD FOR DICING THE SAME (發(fā)明人為 Makoto Asa1、Muneo Tamura、Kazuhiko Sugiura和Tetsuo Fujii)描述了用于對(duì)具有兩個(gè)層的晶片進(jìn)行劃片的兩個(gè)步驟的工藝，其中這兩個(gè)層對(duì)于所使用的激光波長(zhǎng)具有不同的折射率。該申請(qǐng)僅討論了正面劃片，而沒(méi)有討論背面劃片，并且沒(méi)有討論待處理的層不具有折射率但實(shí)際上對(duì)于所述波長(zhǎng)不透明的應(yīng)用。另夕卜，該申請(qǐng)沒(méi)有討論避免對(duì)由于應(yīng)用激光能量而產(chǎn)生的切割下的裝置的損害的方式。
[0004]仍然存在對(duì)于使用超快激光脈沖以有效的方式對(duì)具有反射性涂層的背面光電裝置襯底進(jìn)行劃片而不損害襯底的激光劃片工藝的持續(xù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的方面通過(guò)首先在待劃片的區(qū)域中用激光移除背面涂層并且隨后對(duì)襯底進(jìn)行劃片改進(jìn)了在存在背面涂層的情況下對(duì)襯底上的光電裝置進(jìn)行劃片。使用具有減少的每單位時(shí)間激光通量的多個(gè)行程(pass)來(lái)移除背面涂層或?qū)σr底進(jìn)行劃片可以避免對(duì)襯底或附近的有源電路的損害。光電裝置襯底通常具有帶溝道的正面和具有表面涂層的背面。該涂層反射由裝置發(fā)射的否則將被吸收并造成減少的光輸出和減少裝置使用壽命的更高的操作溫度的雜散光。本發(fā)明的方面包括具有帶第一和第二激光脈沖參數(shù)的超快脈沖激光器的激光劃片系統(tǒng)。激光劃片系統(tǒng)使用具有第一激光脈沖參數(shù)的超快脈沖激光器在與襯底的正面溝道大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中從襯底的背面移除涂層，而不對(duì)所述襯底造成實(shí)質(zhì)損害。然后，激光劃片系統(tǒng)使用具有第二激光脈沖參數(shù)的超快脈沖激光器在與正面裝置大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中對(duì)襯底進(jìn)行劃片。
[0006]諸如發(fā)光二極管的光電裝置通常通過(guò)并行地在襯底上制作多個(gè)相同拷貝的裝置來(lái)制造。圖1示出了包含光電裝置的典型的襯底。這些襯底通常需要切割成單個(gè)裝置。可通過(guò)首先使用鉆石切割機(jī)或激光器沿著裝置之間的溝道來(lái)對(duì)襯底劃片來(lái)進(jìn)行切割。光電裝置通常被構(gòu)造為具有在正面表面上的有源電路和促進(jìn)裝置的光輸出的背面涂層。從背面對(duì)晶片進(jìn)行劃片允許更高的通量激光脈沖，從而允許更高的產(chǎn)量，而不對(duì)有源電路造成損害。然而，如果不謹(jǐn)慎地控制激光通量，即使定向到襯底的背面的激光脈沖也可能穿透襯底并對(duì)正面造成損害。激光通量定義為焦耳/Cm2并且是激光器施加到襯底的每單位面積的總能量的度量。對(duì)于被劃片的光電裝置的期望的特性是具有干凈、平坦的側(cè)壁并帶有一些由激光劃片造成的紋理，而沒(méi)有碎屑或再沉積材料。裝置將具有均勻附著到裝置的完好的、干凈地被劃片的背面涂層，并且對(duì)正面上的有源電路沒(méi)有損害。
[0007]用于對(duì)這些襯底進(jìn)行劃片的激光器是具有約IOOps或更低的激光脈沖持續(xù)時(shí)間的超快脈沖激光器。激光材料移除概括來(lái)說(shuō)是熱工藝或燒蝕工藝的混合。熱工藝是其中材料被加熱并融化、汽化或直接升華為氣體的那些工藝。材料作為蒸汽、液體或固體顆粒從區(qū)域脫離。燒蝕工藝通過(guò)光電交互作用(通常為多光子)改變材料，從而使材料分離成等離子體。超快脈沖將能量耦合到材料中并產(chǎn)生等離子體，這比熱能夠大體上轉(zhuǎn)移到相鄰材料要快，從而在材料中產(chǎn)生改變，同時(shí)最小化可能造成對(duì)襯底或裝置的不期望的損害的熱效應(yīng)。材料的改變可完全在襯底的表面內(nèi)。通常不需要移除材料或在襯底的表面中制造溝槽或其它特征來(lái)促進(jìn)分裂以及隨后的切割。材料必須僅僅被改變?yōu)樽阋源龠M(jìn)和可靠地定向材料中的應(yīng)力斷裂。
[0008]使用經(jīng)過(guò)調(diào)適的激光劃片系統(tǒng)對(duì)襯底進(jìn)行激光劃片。調(diào)適包括使激光器適合操作來(lái)產(chǎn)生具有期望的激光脈沖參數(shù)的激光脈沖。這些激光脈沖參數(shù)包括波長(zhǎng)、脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖重復(fù)頻率、焦點(diǎn)大小、焦點(diǎn)位置和光束速度。激光劃片系統(tǒng)使用以選定的脈沖重復(fù)頻率發(fā)射具有選定的脈沖能量和脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖的激光器來(lái)產(chǎn)生激光脈沖。激光處理系統(tǒng)使用選擇并可選地在空間和時(shí)間上塑造激光脈沖的激光光學(xué)裝置。激光脈沖聚焦到非常小的焦點(diǎn)大小，以便使足夠的激光能量集中在足夠小的區(qū)域來(lái)以期望的方式改變材料。焦點(diǎn)定義為激光脈沖具有垂直于脈沖的傳播方向的最小橫截面處的空間中的點(diǎn)。激光劃片系統(tǒng)具有運(yùn)動(dòng)控制級(jí)，其精確地將焦點(diǎn)定位在襯底的表面上面、下面的選定高度或表面處。激光處理系統(tǒng)還具有光束導(dǎo)向光學(xué)裝置和運(yùn)動(dòng)控制級(jí)的組合，光束導(dǎo)向光學(xué)裝置和運(yùn)動(dòng)控制級(jí)使襯底在激光脈動(dòng)時(shí)相對(duì)于激光脈沖移動(dòng)，從而以由相對(duì)運(yùn)動(dòng)確定的模式來(lái)移除或改變材料。激光脈沖相對(duì)于襯底移動(dòng)的速率稱(chēng)為光束速度，并且以毫米/秒來(lái)度量?？蛇m于執(zhí)行本發(fā)明的方面的示例性激光劃片系統(tǒng)是由Electro ScientificIndustries, Inc., Portland, 0R97239 制造的 AccuScribe2600LED 激光劃片系統(tǒng)，如圖 2 所
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[0009]本發(fā)明的方面通過(guò)首先將襯底正面附著到具有芯片粘接薄膜(DAF)的帶框并將附著的襯底插入到系統(tǒng)中來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片。系統(tǒng)將襯底對(duì)準(zhǔn)以能夠?qū)⒓す饷闇?zhǔn)來(lái)在背面上對(duì)襯底進(jìn)行劃片，同時(shí)維持與正面上的溝道的對(duì)準(zhǔn)。激光劃片系統(tǒng)通常通過(guò)將脈沖激光束定向到襯底同時(shí)相對(duì)于晶片移動(dòng)激光束以使激光脈沖沿著由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度和方向確定的路徑?jīng)_擊襯底來(lái)處理襯底。為了效率，通常最好在多個(gè)行程中處理襯底，其中系統(tǒng)用脈沖激光束開(kāi)始處理，同時(shí)以相對(duì)連續(xù)的方式移動(dòng)激光束相對(duì)于襯底的相對(duì)位置，通常每次行程開(kāi)始一次并停止一次。本發(fā)明的方面通過(guò)在與正面溝道對(duì)準(zhǔn)的正交方向上在襯底的背面上進(jìn)行多個(gè)線性行程來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片，盡管也可以刻劃曲線或直線的任何模式。
[0010]本發(fā)明的方面每次劃片使用一個(gè)或多個(gè)行程來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片。在一些實(shí)例中，襯底的厚度和正面上有源電路的布局允許在一次行程中足夠的每單位時(shí)間激光通量被提供到襯底背面來(lái)移除背面涂層并形成劃片。然而，在大多數(shù)實(shí)例中，在一次行程中應(yīng)用足夠的激光能量來(lái)移除背面涂層并形成劃片導(dǎo)致對(duì)襯底或裝置的不期望的損害。在本實(shí)例中，需要使用根據(jù)是移除背面涂層還是形成劃片而改變的激光脈沖參數(shù)的多于一次的行程。本發(fā)明的方面使用一次或多次行程來(lái)移除背面涂層，然后使用一次或多次行程來(lái)形成劃片。
[0011]本發(fā)明的方面確定有效處理襯底而不對(duì)襯底或裝置造成損害的激光脈沖參數(shù)。可確定的激光脈沖參數(shù)包括波長(zhǎng)、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖能量、激光功率、脈沖重復(fù)頻率、焦點(diǎn)大小、焦點(diǎn)位置和光束速度。對(duì)于特定襯底和裝置類(lèi)型，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定這些參數(shù)，以在具有最大產(chǎn)量的情況下處理襯底，同時(shí)避免對(duì)襯底或裝置造成損害。
[0012]一旦選擇了最佳的激光脈沖參數(shù)，便確定了行程數(shù)。根據(jù)允許的激光能量，可在一次行程中移除背面涂層(如圖3和圖4所示)，或需要兩次或兩次以上的行程來(lái)移除背面涂層(如圖7所示)，或更復(fù)雜的模式(如圖8所示)。圖8示出了使用與光束導(dǎo)向光學(xué)裝置結(jié)合的線性運(yùn)動(dòng)來(lái)以復(fù)雜模式移除背面涂層的背面涂層移除。在這些情況下，兩次或兩次以上的行程水平相鄰地或以迂回曲折的模式進(jìn)行，并且焦點(diǎn)位于背面涂層的表面的上面，以使激光脈沖輕微散焦來(lái)降低通量并增大處理的面積，使得足夠的背面涂層被移除，以允許在隨后的行程劃片。在其它情況下，一旦移除了背面涂層，可能需要單次行程或多次行程來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片。在這種情況下，可沿著相同的線水平進(jìn)行兩次或兩次以上的行程，但焦點(diǎn)位置被改變，以增大激光脈沖聚焦到的襯底內(nèi)的深度，以便形成劃片，而對(duì)襯底或裝置沒(méi)有損害。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1 (現(xiàn)有技術(shù))一種包含光電裝置的襯底。
[0014]圖2經(jīng)過(guò)調(diào)適的激光劃片系統(tǒng)。
[0015]圖3背面涂層移除。
[0016]圖4背面涂層移除。
[0017]圖5劃片。
[0018]圖7多程背面涂層移除以及劃片。
[0019]圖8多程背面涂層移除以及劃片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)首先在待劃片的區(qū)域中用激光移除背面涂層并且然后對(duì)襯底進(jìn)行劃片改進(jìn)了在存在背面涂層的情況下對(duì)襯底上的光電裝置的劃片。使用多次行程降低了每單位時(shí)間的激光通量，從而避免了對(duì)襯底或附近的有源電路的損害。光電裝置襯底通常具有帶溝道的正面和具有帶涂層的表面的背面。該涂層反射由裝置發(fā)射的否則將被吸收并造成減少的光輸出和減少裝置使用壽命的更高的操作溫度的雜散光。本發(fā)明的實(shí)施方案包括具有帶第一和第二激光脈沖參數(shù)的超快脈沖激光器的激光劃片系統(tǒng)。激光劃片系統(tǒng)使用具有第一激光脈沖參數(shù)的超快脈沖激光器在與襯底的正面溝道大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中從襯底的背面移除涂層，而不對(duì)所述襯底造成實(shí)質(zhì)損害。然后，激光劃片系統(tǒng)使用具有第二激光脈沖參數(shù)的超快脈沖激光器在與正面大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中對(duì)襯底進(jìn)行劃片。
[0021]諸如發(fā)光二極管的光電裝置通常通過(guò)在襯底上并行地制作裝置的多個(gè)相同的拷貝來(lái)制造。圖1示出了包含光電裝置的典型襯底。晶片10上構(gòu)造了幾個(gè)裝置，其中一個(gè)指示為12。這些裝置由水平14和垂直16溝道分隔開(kāi)。術(shù)語(yǔ)“溝道”指不包含有源裝置電路的襯底區(qū)域。這些溝道與有源電路無(wú)關(guān)，以允許對(duì)襯底進(jìn)行劃片或切粒，從而將襯底切割成單個(gè)裝置。可通過(guò)首先使用鉆石切割機(jī)或激光器沿著裝置之間的溝道來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片來(lái)進(jìn)行切割。光電裝置通常被構(gòu)造為具有在正面表面上的有源電路和促進(jìn)裝置的光輸出的背面涂層。從背面對(duì)晶片進(jìn)行劃片允許更高的通量激光脈沖，從而允許更高的產(chǎn)量，而不對(duì)有源電路造成損害。然而，如果不謹(jǐn)慎地控制激光通量，即使定向到襯底的背面的激光脈沖也可能穿透襯底并對(duì)正面造成損害。激光通量定義為焦耳/cm2并且是激光器施加到襯底的每單位面積的總能量的度量。對(duì)于被劃片的光電裝置的期望的特性是具有干凈、平坦的側(cè)壁并帶有一些由激光劃片造成的紋理，而沒(méi)有碎屑或再沉積材料。裝置將具有均勻附著到裝置的完好的、干凈地被劃片的背面涂層，并且對(duì)正面上的有源電路沒(méi)有損害。
[0022]用于對(duì)這些襯底進(jìn)行劃片的激光器是具有約200ps或更低的激光脈沖持續(xù)時(shí)間的超快脈沖激光器。激光材料處理概括來(lái)說(shuō)是熱工藝或燒蝕工藝的混合。熱工藝是其中材料被加熱并融化、汽化或直接升華為氣體的那些工藝。材料作為蒸汽、液體或固體顆粒從區(qū)域脫離。燒蝕工藝通過(guò)光電交互作用(通常為多光子)改變材料，從而使材料分離成等離子體。超快脈沖將能量耦合到材料中并產(chǎn)生等離子體，這比熱能夠大體上轉(zhuǎn)移到相鄰材料要快，從而在材料中產(chǎn)生改變，同時(shí)最小化可能造成對(duì)襯底或裝置的不期望的損害的熱效應(yīng)。材料的改變可完全在襯底的表面內(nèi)。通常不需要移除材料或在襯底的表面中制造溝槽或其它特征來(lái)促進(jìn)分裂以及隨后的切割。材料必須僅僅被改變?yōu)樽阋源龠M(jìn)和可靠地定向材料中的應(yīng)力斷裂。
[0023]使用經(jīng)過(guò)調(diào)適的激光劃片系統(tǒng)對(duì)襯底進(jìn)行激光劃片。調(diào)適包括使激光器適合操作來(lái)產(chǎn)生具有期望的激光脈沖參數(shù)的激光脈沖。這些激光脈沖參數(shù)包括激光功率、波長(zhǎng)、脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖重復(fù)頻率、焦點(diǎn)大小、焦點(diǎn)位置和光束速度。激光功率的范圍為從約0.1ff到約20W，更優(yōu)選地，在從約0.5W到約1.5W的范圍內(nèi)。波長(zhǎng)的范圍為從約560nm降至約150nm,或者,更優(yōu)選地,在紫外線的范圍內(nèi)(在約355nm)。脈沖能量的范圍為從約0.1 μ J到約1.0mJ,或者，更優(yōu)選地，在從1.0到10 μ J的范圍內(nèi)。脈沖重復(fù)頻率(重復(fù)頻率(rep rate))的范圍為從約75kHz到約1MHz，或者，更優(yōu)選地，在從約IOOkHz到約800kHz的范圍內(nèi)。焦點(diǎn)大小的范圍通常從少于I μ m到約5 μ m。焦點(diǎn)位置的范圍可以從表面下面約100 μ m到表面上面約100 μ m,或者，更優(yōu)選地,在從表面下面約30 μ m到表面上面約30 μ m的范圍內(nèi)。光束速度的范圍通常為從約lOmm/s到約500mm/s，或者，更優(yōu)選地，在從約120mm/s到約380mm/s的范圍內(nèi)。
[0024]本發(fā)明的實(shí)施方案采用使用以選定的脈沖重復(fù)頻率發(fā)射具有選定的脈沖能量和脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖的激光器的激光劃片系統(tǒng)。激光處理系統(tǒng)使用選擇并可選地在空間和時(shí)間上塑造激光脈沖的激光光學(xué)裝置。激光脈沖聚焦到非常小的焦點(diǎn)大小，以便使足夠的激光能量集中在足夠小的區(qū)域來(lái)以期望的方式改變材料。焦點(diǎn)定義為激光脈沖具有垂直于脈沖的傳播方向的最小橫截面處的空間中的點(diǎn)。激光劃片系統(tǒng)包括作為運(yùn)動(dòng)控制級(jí)的部分的z軸級(jí)，運(yùn)動(dòng)控制級(jí)精確地將焦點(diǎn)定位在襯底的表面上面或下面的選定高度。激光處理系統(tǒng)還具有光束導(dǎo)向光學(xué)裝置和運(yùn)動(dòng)控制級(jí)的組合，光束導(dǎo)向光學(xué)裝置和運(yùn)動(dòng)控制級(jí)使襯底在激光脈動(dòng)時(shí)相對(duì)于激光脈沖移動(dòng)，從而以由相對(duì)運(yùn)動(dòng)確定的模式來(lái)移除或改變材料。激光脈沖相對(duì)于襯底移動(dòng)的速率稱(chēng)為光束速度，并且以毫米/秒來(lái)度量。
[0025]可適于執(zhí)行本發(fā)明的方面的示例性激光劃片系統(tǒng)是由Electro ScientificIndustries, Inc., Portland, 0R97239 制造的 AccuScribe2600LED 激光劃片系統(tǒng)，如圖 2 所示。激光劃片系統(tǒng)18包括沿著激光束路徑發(fā)射激光脈沖22的激光器20。激光脈沖22由選擇并塑造激光脈沖22的激光束光學(xué)裝置24來(lái)處理。激光束光學(xué)裝置24可包含選擇并定向激光脈沖的電光或聲光元件。激光束光學(xué)裝置也可以包含在空間或時(shí)間上塑造激光脈沖的光學(xué)元件。然后，激光脈沖22傳遞到光束導(dǎo)向光學(xué)裝置26，其提供激光脈沖相對(duì)于襯底30的快速、受限的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。然后，激光脈沖22通常由場(chǎng)光學(xué)裝置28聚焦在襯底30上。襯底30為運(yùn)動(dòng)控制卡盤(pán)32上的固定物，運(yùn)動(dòng)控制卡盤(pán)32夾持襯底30，并使其根據(jù)控制器36的指不相對(duì)于激光脈沖22移動(dòng),控制器36協(xié)調(diào)激光器20、激光束光學(xué)裝置24、光束導(dǎo)向光學(xué)裝置26和對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)34的操作，對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)34在視覺(jué)上將襯底30相對(duì)于激光脈沖22對(duì)準(zhǔn)。[0026]進(jìn)行的調(diào)適之一是配置由Time-Bandwidth ProductsAG, CH-8005Zurich, Switzerland制造的固態(tài)IR激光器型號(hào)Duetto。該激光器發(fā)射波長(zhǎng)為1064nm的IOps脈沖，其使用固態(tài)諧波發(fā)生器倍頻到532nm波長(zhǎng)，并且可選地使用固態(tài)諧波發(fā)生器三倍頻到355nm波長(zhǎng)。這些激光器具有0.1至1.5瓦的輸出功率。
[0027]本發(fā)明的方面通過(guò)首先將襯底正面附著到具有芯片粘接薄膜(DAF)的帶框并將附著的襯底30插入到系統(tǒng)18中來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片。系統(tǒng)使用對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)34來(lái)將襯底30對(duì)準(zhǔn)，以能夠瞄準(zhǔn)激光脈沖22來(lái)在背面上對(duì)襯底30進(jìn)行劃片，同時(shí)維持與正面上的溝道的對(duì)準(zhǔn)。激光劃片系統(tǒng)18通常通過(guò)使用運(yùn)動(dòng)控制級(jí)32和光束導(dǎo)向光學(xué)裝置26將脈沖激光束22定向到襯底30同時(shí)使激光脈沖22相對(duì)于晶片30移動(dòng)以使激光脈沖22沿著由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度和方向確定的路徑?jīng)_擊襯底30來(lái)處理襯底30。為了效率，通常最好在多次行程中處理襯底，其中系統(tǒng)用脈沖激光束開(kāi)始處理，同時(shí)以相對(duì)連續(xù)的方式移動(dòng)激光束相對(duì)于襯底的相對(duì)位置，通常每次行程開(kāi)始一次并停止一次。本發(fā)明的方面通過(guò)在與正面溝道對(duì)準(zhǔn)的正交方向上在襯底的背面上進(jìn)行多個(gè)線性行程來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片，盡管也可以刻劃曲線或直線的任何模式。
[0028]本發(fā)明的方面每次劃片使用一個(gè)或多個(gè)行程來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行劃片。在一些實(shí)例中，襯底的厚度和正面上有源電路的布局允許在一次行程中足夠的每單位時(shí)間激光通量被提供到襯底背面來(lái)移除背面涂層并形成劃片，而不造成損害。然而，在大多數(shù)實(shí)例中，在一次行程中應(yīng)用足夠的激光能量來(lái)移除背面涂層并形成劃片導(dǎo)致對(duì)襯底或裝置的不期望的損害。在本實(shí)例中，需要使用根據(jù)是移除背面涂層還是形成劃片而改變的激光脈沖參數(shù)的多于一次的行程。本發(fā)明的實(shí)施方案使用一次或多次行程來(lái)移除背面涂層，然后使用一次或多次行程來(lái)形成劃片。
[0029]預(yù)先確定激光脈沖參數(shù)來(lái)有效地處理襯底，而不對(duì)襯底或裝置造成損害。可預(yù)先確定的激光參數(shù)包括波長(zhǎng)、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖能量、激光功率、脈沖重復(fù)頻率、焦點(diǎn)大小、焦點(diǎn)位置和光束速度。對(duì)于特定襯底和裝置類(lèi)型，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定這些參數(shù)，以在具有最大產(chǎn)量的情況下處理襯底，同時(shí)避免對(duì)襯底或裝置造成損害。用于處理襯底的行程數(shù)連同最佳的激光脈沖參數(shù)被確定。行程數(shù)是按每單位時(shí)間可使用多少激光通量而不對(duì)襯底或裝置造成損害來(lái)確定的。根據(jù)允許的激光能量，可在一個(gè)行程中移除背面涂層，如圖3、圖4所示。圖3示出了具有背面涂層42的襯底40。激光脈沖46由透鏡44聚焦到焦點(diǎn)48，其定向在背面涂層42的表面處，以在特定位置50移除背面涂層42。圖4示出了具有背面涂層62的襯底60。激光脈沖66由透鏡64聚焦到焦點(diǎn)68，其定向到襯底60和背面涂層62上面的位置，以在區(qū)域70移除背面涂層62。當(dāng)激光脈沖66聚焦68在襯底的表面的上面或下面時(shí)，其具有使激光脈沖散焦并使激光脈沖能量散布在更大的區(qū)域上的效果。這不僅增大了每個(gè)脈沖移除的材料的區(qū)域，從而加速了過(guò)程，而且減少了每單位時(shí)間的激光通量，從而避免損害。圖5示出了具有背面涂層82的襯底80。激光脈沖86由透鏡84聚焦到焦點(diǎn)88，其位于襯底80內(nèi)，以在區(qū)域90移除背面涂層82。與圖4中一樣，將焦點(diǎn)88移到襯底80的表面下面使激光脈沖散焦并使能量散布在更大的區(qū)域上，從而減少通量并限制不期望的損害。
[0030]表I示出了本發(fā)明的實(shí)施方案用來(lái)從140 μ m厚的藍(lán)寶石襯底移除背面涂層的示例性激光參數(shù)。該襯底在正面上不具有待劃片區(qū)域附近的有源電路或氮化鎵(GaN)層，因此可以用足以在一次行程中移除背面涂層的能量來(lái)處理背面涂層。本實(shí)施方案通過(guò)將激光脈沖聚焦在背面涂層的表面下方30微米而在一次行程中移除背面涂層。
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種用于使用激光劃片系統(tǒng)對(duì)襯底上的光電裝置進(jìn)行劃片的改進(jìn)的方法，所述襯底具有正面和背面，所述正面具有溝道，所述背面具有帶涂層的表面，所述改進(jìn)包括: 提供具有帶第一和第二激光脈沖參數(shù)的超快脈沖激光器的所述激光劃片系統(tǒng)； 使用所述超快脈沖激光器和所述第一激光脈沖參數(shù)在與所述襯底的所述正面溝道大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中從所述襯底的所述背面表面移除所述涂層，而不對(duì)所述襯底造成實(shí)質(zhì)損害，以及； 使用所述超快脈沖激光器和所述第二激光脈沖參數(shù)在與所述襯底的所述正面溝道大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中對(duì)所述襯底進(jìn)行劃片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底是藍(lán)寶石、硅、鍺、鉆石或陶瓷之一。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超快脈沖激光器是光纖激光器、二極管泵浦固態(tài)激光器或氣體激光器之一。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括等于或小于約560nm的波長(zhǎng)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括約0.5W和約IOW之間的激光功率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括約75kHz和約I,OOOkHz之間的脈沖重復(fù)頻率。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括約75mm/s和約500mm/s之間的掃描速度 。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一激光脈沖參數(shù)包括約Opm的焦點(diǎn)偏移和I個(gè)行程。
9.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第二激光脈沖參數(shù)包括約O和約-30pm之間的焦點(diǎn)偏移和2個(gè)行程。
10.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第一激光脈沖參數(shù)包括約15pm和約50pm之間的焦點(diǎn)偏移和2個(gè)行程。
11.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第二激光脈沖參數(shù)包括約Opm和約-30pm之間的焦點(diǎn)偏移和I個(gè)行程。
12.一種用于使用激光劃片系統(tǒng)對(duì)襯底上的光電裝置進(jìn)行劃片的改進(jìn)的系統(tǒng)，所述襯底具有正面和背面，所述正面具有溝道，所述背面具有帶涂層的表面，所述改進(jìn)包括: 超快脈沖激光器，其具有第一和第二激光脈沖參數(shù)，其中所述第一激光脈沖參數(shù)在與所述正面溝道大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中從所述襯底的所述背面表面移除所述涂層，并且所述第二激光脈沖參數(shù)在與所述襯底的所述正面溝道大致對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域中對(duì)所述襯底進(jìn)行劃片。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述襯底是藍(lán)寶石、硅、鍺、鉆石或陶瓷之一。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述超快脈沖激光器是光纖激光器、二極管泵浦固態(tài)激光器或氣體激光器之一。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括等于或小于約560nm的波長(zhǎng)。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括約0.1W和約IOW之間的激光功率。
17.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括約75kHz和I, OOOkHz之間的脈沖重復(fù)頻率。
18.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光脈沖參數(shù)包括約20mm/s和約500mm/s之間的掃描速度。
19.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一激光脈沖參數(shù)包括約Opm的焦點(diǎn)偏移和I個(gè)行程。
20.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第二激光脈沖參數(shù)包括約O和約-30pm之間的焦點(diǎn)偏移和2個(gè)行程。
21.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一激光脈沖參數(shù)包括約15pm和約50pm之間的焦點(diǎn)偏移和2個(gè)行程。
22.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第二激光脈沖參數(shù)包括約Opm和約_30pm之間的焦點(diǎn)偏移和I個(gè)行程。.
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103443908SQ201280009483
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月20日
【發(fā)明者】裘安·賈辛, 歐文·凱爾, 強(qiáng)那森·哈德曼 申請(qǐng)人:伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司