TWI532559B - 用於易碎材料的雷射單一化的改善的方法及裝置 - Google Patents

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Description

用於易碎材料的雷射單一化的改善的方法及裝置
本發明係有關於用於在易碎材料中加工出形態(feature)的改良方法及裝置。特別是，其係有關於用於包含電子元件之工件之加工的改良方法及裝置，其中一元件的多個複本建立於一共用基板之上。更具體言之，其係有關於使用雷射之元件單一化(singulation)或將半導體晶圓(semiconductor wafer)變成個別元件之分離動作。
電子元件之製造基本上係藉由在一基板或工件上產出同一元件的多個複本。特別是，半導體元件係在被稱為晶圓的基板上製造，其係由諸如矽(silicon)、砷化鎵(gallium arsenide)或藍寶石(sapphire)等材料或是能夠支援產製半導體元件的各種製程的其他材料所構成的薄盤。在生產製程的某一點，該等元件需要被分離成個別的元件以供後續封裝及使用。此使其變成個別元件的分離動作稱為"單一化"。單一化可以機械式地執行，利用鑽石塗層鋸片、以化學方式、藉由遮罩及蝕刻、光學式地藉由將雷射能量導引至晶圓或基板、或是此等方法的組合。單一化可以藉由晶圓或基板的完全切割，或者藉由在晶圓或基板的一或多個表面上進行一部分切割或多處部分切割，而後機械式地將晶圓或基板分割成個別的晶粒。完全切割晶圓或基板通常稱為"切割(dicing)"，而不完全切割晶圓或基板以備後續之分割則常稱為"劃線(scribing)"。一般而言，元件形狀係呈長方形且以網格形式配置於晶圓或基板之上，使得其可以藉由首先在方向16上而後在與該第一方向呈90度的方向14上在元件間進行完全穿透基板(切割)或不完全穿透基板(劃線)的一連串切割而將元件分離，如同圖1所例示。參見圖1，基板上的元件之單一化之執行基本上係在方向上進行一連串切割，例如在介於每一列元件之間的X方向，接著在介於每一行元件之間的垂直Y方向上進行一連串切割，從而使得晶圓上的每一元件均得以與其他元件分離。
元件單一化的相關問題包含固定配置(real estate)、元件損傷、成本、複雜度以及系統生產量。固定配置係指為了達成不對元件造成損傷的單一化，元件之間必須保留空間以使得切割動作可以有足夠的空間進行而不致切到有效的元件。介於有效元件之間的區域被稱為"分隔道(street)"。圖1之中顯示在晶圓10之上，分隔道14、16介於有效元件12之間。由於處理一片晶圓或基板之成本基本上係固定的，故對於生產廠商而言，每一基板產出愈多元件，則產生的利潤愈大。此使得將分隔道盡可能地變窄以將盡可能多的有效元件擠入晶圓或基板之中變得有利可圖。狹窄分隔道的不利因素包含切口的大小以及鄰近切割處損傷區域的寬度。雖然雷射基本上可以比機械式刀鋸或化學蝕刻切出更窄之切口，但雷射通常亦在切口附近產生一熱影響區(heat affected zone；HAZ)，其係源於切割晶圓或基板所需的巨幅能量所產生的熱。其不應容許此HAZ交疊到有效元件區域，否則其可能立即造成部件失效，或者縮短部件的使用壽命。該HAZ亦可能在元件使用時，由於HAZ中的裂縫或缺陷從HAZ傳遞到元件的有效元件區域，而導致元件故障。
關於晶圓或基板之雷射單一化的另一問題在於自切口移除之材料的再沉積。雷射基本上係藉由燒蝕(ablation)以及熱能機制自基板或晶圓移除材料以形成切口。雷射光束在光束中央附近的能量可能足以燒蝕其照射之材料，意即材料被離子化並形成一電漿雲團而散離切口。較接近射束周邊處或直接相鄰射束處，基板之材料可能無法接收到足夠的能量以燒蝕材料，而只是使材料汽化或熔化及沸騰。在此情況下，材料在其汽化或沸騰時被自切口逐離。當材料被從切口逐出並遠離雷射光束，其在切口邊緣附近冷卻並重新固化為碎片。若此等碎片抵達元件之有效電路區域，則其可能造成意外的電子故障，因此必須在元件封裝之前加以移除。
預測已被自一晶圓切割或劃線的半導體晶粒之可靠度的一種方式係測試晶粒斷裂強度(die break strength)。在此測試之中，一半導體晶粒承受彎曲，直到抵達其失效點。晶粒斷裂強度的變異可以預見半導體組件失效，因此，改善晶粒斷裂強度的晶圓切割或劃線方法亦能增進組件可靠度。已知降低晶粒斷裂強度之事項包含沿著機械或雷射造成之切割邊緣的缺陷或裂縫。此外，被雷射汽化或液化的材料沿著切割邊緣再沉積的碎片可能對電路造成損傷並降低可靠度。
特別是，提供預定切割速度以及切口尺寸及形狀的雷射參數亦在切割的頂端邊緣造成HAZ，同時亦傾向於自該切口移除之材料再沉積於切割邊緣而產生碎片。圖2顯示被雷射切割之矽晶圓之剖面視圖，其顯示熱影響區以及源自切口之材料之再沉積所造成的碎片。圖2顯示切割晶圓20之剖面視圖，其具有頂端表面22及底部表面24，以及晶粒黏接薄膜(die attach film；DAF)26。其顯示切口28之一側。同時亦顯示再沉積之碎片30以及HAZ 32。該HAZ可以造成晶粒斷裂強度之降低，而再沉積之碎片可以造成元件失效。用以執行此單一化動作之示範性雷射處理裝置係ESI Cignis雷射單一化機器，由Portland Oregon,97229的Electro Scientific Industries,Inc.所製造。此機器使用微微秒(picosecond)等級之雷射以進行矽及其他基板材料之單一化。
基板或晶圓雷射單一化的另一問題在於改善系統生產量。特別是，提供較高切割速度之雷射參數同時亦產生更多HAZ和再沉積碎片，此係無法接受的。其同時亦應注意，提供高切割速度之雷射參數同時亦在切割處產生碎片雲(debris cloud)。此碎片雲係由雷射脈衝所產生的電漿以及雷射脈衝所產生且被逐離工件的氣體、液體及固體碎片所構成。其已知雷射脈衝所產生的碎片雲可以自後續之雷射脈衝吸收能量。圖3係顯示示範性雷射基板切割製程中之切割深度相對於脈衝數目之關係圖。此顯示使用具有10奈秒脈衝之4瓦特Nd: YVO4雷射以5 KHz重複率(repetition rate)瞄準單一點進行矽工件之切割。其應可以由圖3之中看出，在此實例之中，切割大約飽和於10脈衝處。相信此飽和係由第一雷射脈衝產生的碎片雲所造成。在此情況下產生的碎片雲不僅阻擋雷射輻射使其無法到達工件而防礙材料移除，並且進一步吸收加熱電漿的雷射能量。當電漿吸收能量，其從而變熱，且由於其接近工件，故將一些熱能轉移至工件之部分，包含正被加工的形態所在之側壁。此外，雲團中的汽體、液體或固體材料可能被逐出雲團並沉積於工件之上。此轉移之能量及材料造成裂縫、形態側壁之劣化並增加碎片。並且，若能量更強之脈衝或更多脈衝被導入工件，使得更多能量經由碎片雲傳送至工件並從而讓材料加工之作用持續，導致更多能量耦合入碎片雲，而造成破裂、品質下降及碎片問題更形惡化。即使是使用微微秒或飛秒(femtosecond)等級的短持續時間脈衝之超快速製程以在材料有時間將熱傳到相鄰之區域前進行材料之燒蝕，亦無法避免能量耦合進入碎片雲。取決於所使用的材料以及雷射參數，此能量對工件造成相對應之損傷。
有關晶圓或基板之切割及劃線之問題曾是先前研究之主題。發明人Donald W. Brouillette、Robert F. Cook、Thomas G. Ference、Wayne J. Howell、Eric G. Liniger,以及Ronald L. Mendelson，於2001年8月7日之編號6,271,102的美國專利案METHOD AND SYSTEM FOR DICING WAFERS,AND SEMICONDUCTOR STRUCTURES INCORPORATING THE PRODUCTS THEREOF(用於切割晶圓的方法及系統、以及含納其產品之半導體結構)之中，描述在雷射自正面及背面切割之前以一鋸片切割具有去角形態邊緣之晶圓以增進晶粒斷裂強度。此例中，其以雷射或鋸片產生去角形態之切割而非直線切割。發明人Salman Akram於2006年10月31日之編號7,129,114的美國專利案METHODS RELATING TO SINGULATING SEMICONDUCTOR WAFERS AND WAFER SCALE ASSEMBLIES(有關單一化半導體晶圓以及晶圓尺寸組件的方法)之中試圖藉由劃出緊鄰雷射切割之渠道並以保護材料塗覆該等渠道以解決晶粒斷裂強度之問題。發明人Adrian Boyle於2006年11月9日之編號006/0249480的美國專利公開案LASER MACHINING USING AN ACTIVE ASSIST GAS(利用活性輔助汽體的雷射加工)之中，揭示利用一輔助氣體蝕刻掉切割邊緣的損傷部分以增進晶粒斷裂強度。發明人Kali Dunne及Fallon O'Briain於2008年6月5日之編號2008/064863的WIPO專利公開案之中描述利用沿切割路徑分隔之特別型樣雷射脈衝進行多次以避免碎片雲。
此等參考文件之共同點在於其皆希望藉由試著克服雷射切割造成的晶粒斷裂強度及碎片問題以增進切割或劃線之後的晶粒品質。該等方法需要切割從晶圓的頂端及底部同時完成，由雷射及機械鋸切之結合達成，或是需要諸如化學蝕刻的額外處理步驟以及設備，或是需要利用雷射進行多次動作。故所需求的係以雷射切割晶圓的有效率方式，無需額外的處理步驟、額外的多次動作或額外的設備，並藉由避免由雷射加工造成碎片團而提供晶圓改善之晶粒斷裂強度以及減少之碎片。
本發明係一種用於雷射加工易碎材料的改良方法及裝置。本發明之特色包含提供具有雷射參數之雷射並利用第一雷射參數以該雷射在工件進行第一切割，而後利用第二雷射參數以該雷射在該工件進行第二切割，該第二切割相鄰該第一切割且避開該第一雷射切割所產生之碎片雲。本發明之特色更包含移動雷射與工件交會之點以避開先前切割所產生之碎片雲，而後利用第二雷射參數以雷射進行切割。本發明之特色增進雷射處理之優點，包含增加生產量，較小之分隔道尺寸以及縮減的耗材成本，同時並排除有關雷射諸如熱影響區以及碎片再沉積之問題，從而增加晶粒斷裂強度。
本發明之實施例可以藉由調整現有雷射晶圓單一化系統實施而成，例如由位於Portland OR的Electro Scientific Industries,Inc.所製造的ESI Cigins晶圓單一化系統。此系統使用微微秒雷射對半導體晶圓進行切割或劃線。在運作之時，晶圓被固定於系統之上，接著在雷射以脈衝形式發出時透過運轉平台相對於晶圓移動雷射光束，從而達成單一化晶圓所需之線性切割。此系統藉由改變所用的雷射參數被調整以實現本發明之特色，可能包含所使用的雷射種 類。此外，該等雷射參數需要被編程控制以在不同切割之間改變雷射參數。該系統需要被調整以允許後續雷射切割鄰近或接近先前切割且避開碎片雲。在本發明的此一特色之中，雷射脈衝以數個脈衝加工特定區域，脈衝數目可高達飽和該位置所需之脈衝數目之特定極限，而後快速地移動至離開碎片雲之鄰近位置以繼續在未飽和位置進行加工。飽和意味一連串雷射脈衝之加工效率之降低，其係由取決於脈衝數目之碎片雲雷射能量吸收所造成。
本發明之特色藉由先在基板或晶圓進行雷射切割以單一化基板或晶圓。調整雷射參數以提供所需之切割速度以及切口尺寸和形狀。此雷射切割係對晶圓或基板進行不完全之穿透。其選擇與此切割相關之雷射參數以最小化裂縫以及再沉積碎片。較低能量密度(fluence)之雷射參數增加切割時間，但因為此切割僅是不完全穿透晶圓或基板，故對系統生產量的影響不大。其亦應注意，此等初始雷射切割可能需要雷射光束多次動作，以使得該切割到達所需之深度，或者其可以導引雷射光束以在切割時照射到基板或晶圓上的許多不同點。
初始切割之後，本發明之特色包括調整雷射參數以增加晶圓或基板之表面的雷射能量密度，而後導引雷射光束以在晶圓或基板上相鄰先前切割處加工出穿透之切割。其調整雷射參數以允許雷射光束自晶圓移除材料，同時最小化對於晶圓或基板的額外損傷。此係由於執行第二切割的雷射脈衝所產生的碎片雲有餘地擴展至先前切割所造成之 空間。以此種方式，碎片雲更加快速地消散，而容許更大重複率以及更強能量之脈衝，此有助於增進生產量同時降低裂縫以及再沉積碎片。此容許增進更大晶粒斷裂強度之生產量。本發明之特色亦可以以反複之方式處理晶圓或基板，當切割更深入晶圓或基板時，交替使用第一雷射參數切割和第二參數切割。雷射脈衝聚焦之深度增加以允許材料加工之切割深度漸次加深。
依據本發明特色之基板或晶圓處理之一優點在於第一切割處理可以在與執行第二切割的同一雷射處理系統上進行。其調整執行初始切割之前述ESI Cignis雷射單一化系統，以藉由修改雷射處理射束之相關雷射參數，產生不會對基板或晶圓造成額外傷害之切割，以使得雷射能夠在不產生HAZ或碎片的情形下自基板或晶圓移除材料。此係有可能的，因為單位時間內被移除的材料減少甚多，因此雷射能量密度可以較低。系統同時亦被調整以允許有效率地加工鄰近位置。
本發明之另一特色藉由以一些具有特定雷射參數之雷射脈衝先在一位置進行加工以單一化基板或晶圓，該等雷射參數係上達特定材料之飽和極限。而後其藉由雷射處理系統快速地將該等雷射脈衝導引至鄰近或接近第一位置之位置，並以具有上達第二飽和極限之第二雷射參數之一些脈衝繼續進行加工。此實施例使用適當定位以將雷射脈衝導引至工件上預定位置之複合射束以達成所需之系統生產量。
本發明之該等特色之優點在於基板或晶圓無需移動且無需在另一不同的機器上再次校準，其亦無須翻轉及放回機器以在一不同的面上進行雷射處理，其亦無需將機器設計成自兩面處理基板或晶圓。此外，藉由本發明之特色，其不需要化學或額外的製程步驟，諸如在晶圓或基板上沉積額外之材料疊層。雖然此需要至少二次動作以處理晶圓或基板中的單一切割，但動作的數目實質上少於需要多次動作的跳過相鄰位置之方法。依據本發明之特色的晶圓或基板處理增進晶粒斷裂強度並自經過單一化之元件移除再沉積材料，無需額外的設備、製程步驟或耗材供應。
本發明係一種用於產製於基板或晶圓上的電子元件之雷射單一化的改良方法。本發明之一實施例包含雷射處理系統，內有具有雷射參數之雷射。此實施例使用該雷射利用第一組雷射參數在基板或晶圓進行一部分切割。該等參數允許以可接受之切口寬度和可接受之速率在晶圓或基板中進行預定之切割而不致產生無法接受的HAZ或再沉積碎片。此實施例接著在相鄰該第一切割處利用第二組雷射參數以雷射切割該晶圓或基板。進行相鄰該第一切割之第二切割允許來自基板或晶圓之碎片雲被切割而散入第一切割之容納空間，從而在後續雷射脈衝降低因加熱碎片雲而導致的不良效應。以此方式進行加工之工件展現出改善之晶粒斷裂強度以及減少之碎片。此實施例增進雷射處理之優點，包含增加生產量，較小之分隔道尺寸以及縮減的耗材成本，同時並排除有關雷射諸如熱影響區以及碎片再沉積之問題。
本發明之一實施例對基板或晶圓進行之單一化係藉由進行不完全穿透基板或晶圓之雷射切割以備後續相鄰該第一次切割之第二切割的穿透切割。參見圖1，晶圓10具有電子元件12產製於晶圓10之表面上。此等電子元件被水平的14及垂直的16分隔道隔開。分隔道係晶圓或基板上在有效元件之間保留的區域以容許進行單一化而不傷害有效元件的空間。基板上的元件之單一化之執行基本上係在一方向上進行一連串切割，例如在介於每一列元件之間的X方向(水平分隔道14)，接著在介於每一行元件之間的垂直Y方向上(垂直分隔道16)進行一連串切割，從而使得晶圓上的每一元件均得以與其他元件分離。調整雷射參數以提供所需之切割速度以及切口尺寸和形狀。此等初始雷射切割可能需要雷射光束多次動作，以使得切割到達所需之深度，或者其可以導引雷射光束以在切割時照射到基板或晶圓上的不同點。
圖4a顯示在一晶圓之中進行初始切割。在圖4a之中，雷射光束42被導引至工件40以自晶圓40移除材料而形成初始切割50。其選擇雷射參數以容許在可接受的速率下自工件移除材料而同時產生最少的HAZ及碎片。本發明用以建立該初始切割之一實施例所使用的示範性雷射參數顯示於表1之中。
緊隨於初始切割之後，本發明之一實施例將雷射參數改變成具有可接受生產率之適於雷射加工穿透切割之參數。此製程顯示於圖4b。在圖4b之中，工件40被雷射脈衝52雷射加工以形成穿透切割44。當雷射脈衝52進行穿透切割44之加工時，來自穿透切割44之碎片雲(圖中未顯示)自正被加工的空間漏出而進入先前步驟完成的切割50之中，從而降低碎片雲之密度及體積，該等碎片雲會阻隔雷射脈衝52而在加工進行時妨礙其抵達切割44之底部。用以在工件40上形成穿透切割44的示範性第二雷射脈衝參數給定於表2之中。
其選擇第二雷射參數以容許雷射脈衝以可接受之生產率雷射加工出該穿透切割。本發明之一實施例可以達成此項作業的方式之一係藉由增加對於工件的雷射脈衝能量密度。雷射脈衝能量密度之增加可以是藉由增加雷射脈衝功率，增加脈衝持續時間、降低光斑尺寸、改變焦點高度(focal height)、或者降低脈衝重複率。改變其中的任一項或所有項目，在其他效果之外，可以增加對於工件的雷射能量密度並使其能夠達成更加快速的材料移除。此有可能在不增加 HAZ或碎片故從而不降低晶粒斷裂強度的情況下達成，因為第一切割允許碎片雲消散而降低阻擋後續脈衝抵達工件的趨向。
本發明之其他實施例藉由以一些具有特定雷射參數之雷射脈衝先在一位置進行加工以單一化基板或晶圓，該等雷射參數係上達特定材料之飽和極限。而後其藉由雷射處理系統快速地將該等雷射脈衝導引至鄰近或接近第一位置之位置，並以具有上達第二飽和極限之第二雷射參數之一些脈衝繼續進行加工。此實施例使用適當定位以將雷射脈衝導引至工件上預定位置之複合射束以達成所需之系統生產量。圖5a、5b及5c顯示本發明之包含三步驟之實施例。在圖5a之中，工件60被投射以雷射脈衝61以加工第一形態62。所用的特定雷射參數使得雷射脈衝之數目小於材料之特定飽和極限。注意其可以允許此等雷射參數對形態62的鄰近處工件63造成損傷以增加加工速率。在製程的第二步驟之中，顯示於圖5b，具有第二雷射參數的雷射脈衝64以一些小於飽和極限的雷射脈衝照射工件60而加工出相鄰第一形態62的額外形態66、67。其選擇第二雷射參數以移除材料且不對相鄰區域造成損傷。在第三步驟之中，顯示於圖5c，具有第三雷射參數的雷射脈衝68以雷射照射工件60而完成穿透切割69之加工。注意相鄰形態66及67提供雷射脈衝68所產生的碎片雲緩和之空間，從而輔助碎片雲散離並增加飽和極限。
該等特定雷射參數係示範性的。其可以改變雷射脈衝參數以適配被切割的特定基板或晶圓。雷射種類可以是能夠產生所需波長、能量、脈衝寬度及重複率之任何雷射。例如，Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YLF以及光纖雷射(fiber laser)均可用於諸如此類之應用。其可以藉由諧振產生調整此等雷射，其在雷射中使用非線性光學構件(圖7，70)以產生原始雷射脈衝之第二、第三或第四諧振，從而減少雷射脈衝之波長。此外，其可以藉由使用雷射光束光學模組(圖7，74)以調整此應用之連續波(continuous wave；CW)雷射，其以削切或其他方式將CW射束形塑成脈衝。波長選擇取決於被切割之材料。脈衝持續時間係量測每一脈衝之長度，基本上對於高斯脈衝(Gaussian pulse)係藉由計算脈衝之半峰全幅值(full width at half maximum；FWHM)或1/e2寬度而測得。長持續時間之脈衝切割材料快速，但易於將過量的熱能耦加至晶圓，從而造成大型HAZ並產生大量碎片。短持續時間之脈衝在此方面表現較佳，但切割工件耗費較長時間且可能需要相當昂貴的雷射。脈衝時序分佈可以影響雷射與材料互動的方式。藉由修改典型的高斯分佈，能量自雷射脈衝傳送至基板或晶圓之方式改變。例如，可以將光電式組件放置於雷射光束的光學路徑之中以在時序上形塑雷射脈衝而對脈衝上升時間、下降時間加以控制，且可以加入一或多個"功率峰值"，其係雷射脈衝之中雷射功率增加而使得功率之狹窄峰值部分超過脈衝平均功率25%以上的部分，從而"裁製"該脈衝。此等脈衝亦可以藉由雷射光束光學模組以削切或其他方式進行經過修改以產生時序上呈"方波"之脈衝。非高斯脈衝需要不同於FWHM或1/e2的量測方式量測脈衝持續時間，舉例而言，利用牽涉到平方積分除以積分平方的積分平方法以計算脈衝持續時間。快速的上升時間將使得雷射能量耦加至工件並造成比熱傳輸更快速地傳熱至鄰近區域之燒蝕。快速的上升時間因此有助於降低HAZ。
雷射功率代表可以被輸入晶圓或基板以執行切割的平均能量大小。對於脈衝雷射，基本上係在涵蓋許多脈衝的一段時間內計算平均功率，例如一秒鐘，以精確地估算單位時間內輸入晶圓的能量大小。重複率係在連續的基礎上雷射可以發出特定能量之脈衝之速率。速度係指雷射發出脈衝時雷射光束相對於晶圓或基板移動之速率。對於特定的雷射脈衝能量、脈衝尺寸以及重複率，射束相對於晶圓或基板移動之速率將決定雷射脈衝投送至晶圓或基板的總劑量或能量密度。間距與速度類似，其被定義為投送至晶圓或基板的連續脈衝之間的距離。間距係重複率及速度之函數。光斑尺寸係雷射脈衝照射至晶圓或基板上的尺寸之量測。其與焦斑(focal spot)尺寸有關，焦斑尺寸係位於投送光束至工件的光學系統之焦距(focal distance)處所量測之雷射光束腰寬之最小直徑。光斑尺寸將與焦斑尺寸不同，取決於雷射光束焦距與工件表面相距之遠近。當雷射光束焦距自工件表面移出，雷射光束變得失焦且光斑尺寸變大，從而降低雷射能量密度。光斑形狀係雷射光束之空間形狀之一性質。光學構件放置於雷射光束的光學路徑之中以使得射束呈現出各種不同之截面分佈。例如，其使用一繞射光學構件以將雷射光束從基本的高斯截面改變成"頂帽式(top hat)"分佈，其中雷射能量在焦斑內均勻分佈，而非如同一高斯分佈般在邊緣處減弱。光斑形狀亦可以是非對稱的。非對稱光斑形狀之實例係橢圓形光斑，其中雷射光束光學路徑中的光學構件使得雷射光束呈現出橢圓形截面，其中之一軸比另一軸長。此光斑亦可以通過雷射光束光學模組之光圈以使得焦斑呈現一圓形或方形截面，舉例而言。焦點高度係焦距與工件表面之間距離之量測。由於雷射光斑在焦點高度不等於零時會失焦，故對於一組特定的雷射光學模組而言，焦點高度將決定工件上之光斑尺寸。
圖6係顯示利用本發明之一實施例以雷射加工一工件之結果的關係圖。圖6描繪單步驟製程(菱形)以及雙步驟製程(方形)中以微米為單位的切割深度相對於脈衝數目之關係圖。其應可以自圖中看出，切割一不完全形態而後在相鄰第一切割處進行第二切割使得雷射脈衝能夠以比不進行第一切割更大的速率移除材料。其顯示出單一切割深度在十個脈衝導入工件之前即已飽和，而雙切割深度在12個脈衝之後仍繼續增加。此顯示切割效率增加，從而減少雷射加工所產生的HAZ以及碎片之量。
圖7顯示針對此應用調構出之雷射處理系統之示意圖。雷射70發出雷射脈衝72，其被雷射光束光學模組74塑形，而後經由光束操控光學模組(beam steering optics)76及像域光學模組(field optics)77被導引至工件78。工件78固定於運轉平台80之上。雷射70、雷射光束光學模組74、光束操控光學模組76、像域光學模組77以及運轉平台80均受控制器82之控制。雷射70可以是本文提及的任一種雷射。雷射70可以是連續波(CW)雷射或脈衝式雷射。在CW雷射的情形下，雷射光束光學模組74可以被調構成加入快門功能，其有效地將該CW雷射削切成具有預定脈衝持續時間以及重複率之脈衝。雷射光束光學模組74用以對雷射脈衝進行準直化及聚焦以修正尺寸及形狀，並選擇性地使用諸如偏光片、光電式調變器或聲光式調變器之光電式組件在時序上形塑脈衝。雷射光束光學模組74亦可以包含偏極化式射束阻隔器以防止反射之雷射能量回送至雷射70從而擾亂雷射性能。光束操控光學模組76可以是光電式組件，其以可編程之方式將雷射脈衝導引至工件上的點。示範性光束操控組件包含振鏡(galvanometer)、壓電元件、快速操縱反射鏡或者光電式或聲光式調變器。光束操控光學模組76亦可以包含變焦光學模組用於聚焦高度之調整。像域光學模組77基本上包含像域透鏡，其容許雷射脈衝72被導引至工件78上的不同點，同時維持雷射脈衝72相對於工件78的大致垂直方位。像域光學模組77亦可以包含光圈以及伴隨的光學模組，以容許雷射脈衝72之空間形塑。控制器82操控運轉平台80以及光束操控光學模組76以進行雷射脈衝72相對於工件78之定位。注意本發明之實施例可以移動雷射脈衝72或是移動工件78以完成相對位置之改變。
此實施例同時亦運用複合射束定位以增加系統生產量。此生產量之增加係藉由協調運轉平台80與光束操控光學模組76之動作，以允許運轉平台80使工件相對於雷射脈衝72移動，同時光束操控光學模組76補償運轉平台80之動作，從而使得雷射脈衝72能夠照射至工件78上的單一位置，即使當該位置正相對於雷射脈衝72移動時亦然。
以上揭示本發明之主要內容，其顯然可知其有可能基於該等教示對本發明進行許多修改、替換及變異。因此其應理解，本發明可以透過迥異於所述之形式付諸實施，且應僅由後附的申請專利範圍界定其廣度及範疇。
10．．．晶圓
12．．．有效元件
14．．．分隔道
16．．．分隔道
20．．．晶圓
22．．．頂端表面
24．．．底部表面
26．．．晶粒黏接薄膜
28．．．切口
30．．．碎片
32．．．熱影響區/HAZ
40．．．工件/晶圓
42．．．雷射光束
44．．．穿透切割
50．．．初始切割
52．．．雷射脈衝
60．．．工件
61．．．雷射脈衝
62．．．第一形態
63．．．工件上第一形態之鄰近處
64．．．雷射脈衝
66．．．額外形態
67．．．額外形態
68．．．雷射脈衝
69．．．穿透切割
70．．．雷射
72‧‧‧雷射脈衝
74‧‧‧雷射光束光學模組
76‧‧‧光束操控光學模組
77‧‧‧像域光學模組
78‧‧‧工件
80‧‧‧運轉平台
82‧‧‧控制器
圖1，半導體晶圓。
圖2，晶圓切割之剖面視圖。
圖3，顯示切割深度相對於脈衝數目之關係圖。
圖4a，進行第一切割之晶圓。
圖4b，進行第一及第二切割之晶圓。
圖5a、5b及5c，顯示本發明之包含三步驟之實施例。
圖6，顯示切割深度相對於脈衝數目之關係圖。
圖7，調構出之雷射處理系統。
70．．．雷射
72．．．雷射脈衝
74．．．雷射光束光學模組
76．．．光束操控光學模組
77．．．像域光學模組
78．．．工件
80．．．運轉平台
82．．．控制器

Claims (50)

  1. 一種用於雷射加工易碎工件的方法，包含：提供具有雷射參數之雷射；以利用第一雷射參數的該雷射執行第一切割製程以在該工件中進行第一切割；以及在執行該第一切割製程之後，以利用第二雷射參數的該雷射執行第二切割製程以在該工件中進行第二切割，其中該第一雷射參數和該第二雷射參數是被選擇，使得在該第一切割製程期間的該工件處的第一雷射能量密度是比在該第二切割製程期間的該工件處的第二雷射能量密度還低，以及其中該第二切割製程是在大致相鄰於藉由該第一切割所產生的空間之位置處執行，使得在該第二切割製程期間所產生的碎片可傳送至該空間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括雷射種類，其中該雷射種類包含Nd：YAG、Nd：YLF或Nd：YVO4或光纖雷射其中之一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括波長，其中該波長範圍係從大約255奈米(nm)到大約2微米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括脈衝持續時間，其中該脈衝持續時間係從大約10飛秒到大約100微秒。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數中之脈衝時序形狀係高斯、裁製或方波其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括雷射功率，其中該雷射功率範圍係從大約0.1微焦耳(microJoule)到大約1.0毫焦耳(milliJoule)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射能量密度範圍係從0.1微焦耳/平方公分(microJoules/cm2)到大約200焦耳/平方公分(Joules/cm2)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括重複率，其中該重複率係大約1kHz或更高。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括速度，其中該速度範圍係從大約10毫米/秒(mm/s)到大約10米/秒(10m/s)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括間距，其中該間距範圍係從0微米到大約50微米。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括光斑尺寸，其中該光斑尺寸係大於或等於大約2微米。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括光斑形狀，其中該光斑形狀係高斯式、頂帽式(圓形)或頂帽式(方形)的其中之一。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一雷射參數包括焦點高度，其中該焦點高度範圍係從-10毫米(mm)到10毫米。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷 射參數包括雷射種類，其中該雷射種類包含Nd：YAG、Nd：YLF、或Nd：YVO4或光纖雷射其中之一。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括波長，其中該波長範圍係從大約255奈米到大約2微米。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括脈衝持續時間，其中該脈衝持續時間係從大約10飛秒到大約100微秒。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括脈衝時序形狀，其中該脈衝時序形狀係高斯、裁製或方形其中之一。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括雷射功率，其中該雷射功率範圍係從大約0.1微焦耳到大約1.0毫焦耳。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射能量密度範圍係從0.1微焦耳/平方公分到大約200焦耳/平方公分。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括重複率，其中該重複率係大約1kHz或更高。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括速度，其中該速度範圍係從大約10毫米/秒到大約10米/秒。
  22. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括間距，其中該間距範圍係從0微米到大約50微 米。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括光斑尺寸，其中該光斑尺寸係大於或等於大約2微米。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括光斑形狀，其中該光斑形狀係高斯式、頂帽式(圓形)或頂帽式(方形)的其中之一。
  25. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二雷射參數包括焦點高度，其中該焦點高度範圍係從-10毫米到+10毫米。
  26. 一種用於雷射加工易碎工件的裝置，包含：雷射，具有雷射脈衝及雷射脈衝參數；雷射光學模組，用以將該雷射脈衝導引至該工件；運轉平台，用以在控制器的指揮下相對於該雷射脈衝移動該工件；控制器，用以控制該雷射脈衝參數、該運轉平台以及該雷射光學模組，其中該控制器與該雷射、該雷射光學模組以及該運轉平台的協同運作下，該控制器被配置成：用第一雷射參數執行第一切割製程以在該工件上的第一位置處進行第一切割；以及在執行該第一切割製程之後，用第二雷射參數執行第二切割製程以在相鄰該第一位置之第二位置處進行第二切割，其中該第一雷射參數和該第二雷射參數是被選擇，使 得在該第一切割製程期間的該工件處的第一雷射能量密度是比在該第二切割製程期間的該工件處的第二雷射能量密度還低，以及其中該第二切割製程是在相鄰於藉由該第一切割所產生的空間之位置處執行，使得在該第二切割製程期間所產生的碎片可傳送至該空間。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括雷射種類，其中該雷射種類包含Nd：YAG、Nd：YLF或Nd：YVO4或光纖雷射其中之一。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括波長，其中該波長範圍係從大約255奈米到大約2微米。
  29. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括脈衝持續時間，其中該脈衝持續時間係從大約10飛秒到大約100微秒。
  30. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括脈衝時序形狀，其中該脈衝時序形狀係高斯、裁製或方形其中之一。
  31. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括雷射功率，其中該雷射功率範圍係從大約0.1微焦耳至大約1.0毫焦耳。
  32. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射能量密度範圍係從0.1微焦耳/平方公分到大約200焦耳/平方公分。
  33. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷 射參數包括重複率，其中該重複率係大約1kHz或更高。
  34. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括速度，其中該速度範圍係從大約10毫米/秒到大約10米/秒。
  35. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括間距，其中該間距範圍係從0微米到大約50微米。
  36. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括光斑，其中該光斑尺寸係大於或等於大約2微米。
  37. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括光斑形狀，其中該光斑形狀係高斯式、頂帽式(圓形)或頂帽式(方形)的其中之一。
  38. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第一雷射參數包括焦點高度，其中該焦點高度範圍係從-10毫米到10毫米。
  39. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括雷射種類，其中該雷射種類包含Nd：YAG、Nd：YLF或Nd：YVO4或光纖雷射其中之一。
  40. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括波長，其中該波長範圍係從大約255奈米到大約2微米。
  41. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括脈衝持續時間，其中該脈衝持續時間係從大約 10飛秒到大約100微秒。
  42. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括脈衝時序形狀，其中該脈衝時序形狀係高斯、裁製或方形其中之一。
  43. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括雷射功率，其中該雷射功率範圍係從大約0.1微焦耳到大約1.0毫焦耳。
  44. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射能量密度範圍係從0.1微焦耳/平方公分到大約200焦耳/平方公分。
  45. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括重複率，其中該重複率係大約1kHz或更高。
  46. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括速度範圍，其中該速度範圍係從大約10毫米/秒到大約10米/秒。
  47. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括間距，其中該間距範圍係從0微米到大約50微米。
  48. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括光斑尺寸，其中該光斑尺寸係大於或等於大約2微米。
  49. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括光斑形狀，其中該光斑形狀係高斯式、頂帽式(圓形)或頂帽式(方形)的其中之一。
  50. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該第二雷射參數包括焦點高度，其中該焦點高度範圍係從-10毫米到10毫米。
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