TWI628027B - 用於切割晶元的方法和設備 - Google Patents

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Abstract

描述了一種輻射切割晶元的方法，所述方法包括以下步驟：低功率切割兩個溝槽，之後高功率切割縫隙。單脈衝輻射束被***成第一脈衝輻射束以及第二脈衝輻射束，所述第一脈衝輻射束用於切割至少一個所述溝槽，以及所述第二脈衝輻射束用於切割所述縫隙。當在切割方向上沿著切割道在晶元上切割所述縫隙時，通過所述第一輻射束的前緣以及所述第二輻射束的後緣同時引導所述第一和第二輻射束。為了從相反切割方向切割所述縫隙，從所述單脈衝輻射束***出用於開槽的第三脈衝輻射束。

Description

用於切割晶元的方法和設備
本發明大體上涉及半導體製造領域。
電子部件的小型化促成了半導體技術中的各種改進，使得電子部件更小。這種部件可以包括諸如二極體的簡單部件，也包括諸如積體電路的複雜部件。除了電子部件外，也可以利用相同的技術製造機械部件。
在半導體技術中，廣為人知的是半導體材料(通常是矽)的晶元被處理以在該晶元的表面區域形成部件。晶元是宏觀的，其直徑範圍大約為20-300mm；同時部件是微觀的，通常具有微米範圍的尺寸。每個部件在小晶元部分處製成，各個晶元部分位於彼此相距較小距離處。在處理步驟之後，對晶元進行切割以使各個晶元部分彼此分離，從而部件可以彼此獨立可用。在分離之後，每個分離的晶元部件被稱作管芯(die)，並且分離工藝已知為切削(dicing)。本發明尤其涉及切削領域。
各個晶元部分通常佈置在由相互正交的切割道(也稱作“切削道”)分離的正方網格斑圖(square pattern)中。分離工藝涉及在每個切削道施加切割。顯然，期望的是盡可能有效地利用晶元的表面區域，因此所述切削道非常窄，這使得切削處理的精度要求非常嚴格。此外，沿著所述正交切割道，頂層是相對脆弱的絕緣材料或低傳導半導體材料，傳統的刀片切削方法將對該頂層造成嚴重損害。
為了克服這些問題，在現有技術中提出了一種混合切削工藝。該工藝基本上包括兩個步驟：第一步，使用輻射(通常是高功率雷射光束)來移除切削道的頂層；以及第二步，使用刀片來切割矽塊。第一步也被表示為“輻射切割”，或者更常用地表示為“鐳射切割”。本發明更具體地涉及鐳射切割的方法。
圖1是晶元1的一部分的示意性頂視圖，示出了由切削道4所分離的部件部分3。圖2是晶元1的一部分的示意性截面圖，示出了在鐳射開槽工藝中(擴大比例的)後續步驟。晶元1的頂層由附圖標記2表示。在鐳射開槽工藝的第一步驟(參見圖1右手側以及圖2的第二張圖表)，將相對較低功率的雷射光束11、12引導到切削道4的邊緣區域13、14。箭頭表示雷射光束11、12和切削道4沿著與切削道4的縱向平行的方向相對彼 此的移動。這種相對移動可以通過保持晶元固定且移動雷射光束實現，或者通過保持雷射光束而移動晶元實現，或者同時使用這兩種方式。在實踐中，保持光系統固定而移動晶元是更方便的；然而，移動將被表示為雷射光束的“切割”或“劃切(scribing)”。控制鐳射功率和光束速度，從而移除(切除)晶元1的頂部區域，直到相對低的深度和小的寬度；在切削道4的兩側得到的延長凹槽表示為“溝槽”15、16。溝槽15、16的深度大於頂層2的厚度。鐳射開槽工藝的這個第一步驟在後文中被稱作“切割”或“劃切”溝槽。
在鐳射開槽工藝的第二步驟(參見圖1的左手側和圖2的底部圖表)，將相對高功率的雷射光束21引導到切削道4的中央區域17。該雷射光束21的寬度覆蓋溝槽15、16之間的整個切削道的寬度。在切削道4的中央處得到的延長中央凹槽表示為“深溝”18。鐳射開槽工藝的這個第二步驟在後文被稱作“劃切”深溝。
對深溝18和相鄰溝槽15、16的組合在後文將被共同稱作凹槽20。取決於精確的處理參數，單獨的深溝18和溝槽15、16在凹槽20內是可識別的或不可識別的。形成凹槽20的整個工藝也被稱作“劃切”凹槽。
在實踐中，高功率雷射光束21可以包括高功率雷射光束22的矩陣，其一起產生材料燒蝕直到期望的深度和寬度。通過這種矩陣，可以更容易地實現希望的燒蝕輪廓，即，相對寬的深溝在其大的中央部分處具有基本上恒定的深度。
雖然上述鐳射切割方法已經證明了給出的結果具有非常好的品質，但是其具有以下缺點：切割單個溝槽涉及在兩個後續切割步驟中執行三個切割動作，即，第一步驟包括以兩個低功率光束劃切兩個溝槽的兩個劃切動作，第二步驟包括以一個或多個高功率光束切割中央縫隙的切割動作。此外，包括切削兩個溝槽的兩個切割動作的第一步驟要麼需要具有兩個鐳射的非常複雜和昂貴的設置，在這種情況下，可以以鐳射系統的單程中執行第一步驟，要麼需要以單個鐳射進行兩次單獨的切割步驟，但是這將進一步降低生產率，因為其需要鐳射系統的兩次後續處理。
本發明的目標是試圖提供一種鐳射切割方法，其能夠提供具有預期品質的結果，並能顯著改善生產率。
根據本發明，可以通過使用單個高功率母光束(parent beam)獲得上述目標，所述光束被劃分成單獨的劃分光束用於在鐳射系統的單程中同時執行至少兩個切割動作。尤其是，在鐳射系統的單程中執行切割兩個溝槽的兩個切割動作，但在鐳射系統的單程中執行切割兩個溝槽和縫隙的三個切割動作時，可以達到最高的效率。
圖1
4‧‧‧切削道4
3‧‧‧部件部分3
11、12‧‧‧雷射光束
13、14‧‧‧邊緣區域
15、16‧‧‧溝槽
21‧‧‧雷射光束
22‧‧‧雷射光束
圖2
1‧‧‧晶元
2‧‧‧頂層2
3‧‧‧部件部分
15、16‧‧‧溝槽
18‧‧‧深溝
20‧‧‧凹槽
圖3
30‧‧‧聲光偏轉器
31‧‧‧光學晶體
32‧‧‧相互平行層
33、34、35‧‧‧光束
36‧‧‧附圖標記
圖4
1‧‧‧晶片
30‧‧‧AOD
31‧‧‧晶體
33‧‧‧雷射光束
35‧‧‧雷射光束
36‧‧‧驅動換能器
38‧‧‧附圖標記
40‧‧‧控制設備
41‧‧‧鐳射源
42‧‧‧附圖標記
43‧‧‧附圖標記
Sc‧‧‧控制信號
圖5
1‧‧‧鐳射功率
15、16‧‧‧切削溝槽
Sc‧‧‧控制信號
Sc1、Sc2‧‧‧採用值
33‧‧‧雷射脈衝
θ‧‧‧光束偏轉角
θ 1、θ 2‧‧‧偏轉角度
聲頻Fa‧‧‧具有在表示為Fa1和Fa2之間的鋸齒形狀
圖6
S‧‧‧箭頭
4‧‧‧切削道
13、14‧‧‧邊緣區域
15、16‧‧‧溝槽
圖7
1‧‧‧數位阻塞信號
33、233、333‧‧‧三個光束
71-75‧‧‧斑點
72、73、74‧‧‧中間位置
71‧‧‧第一極限切線位置
75‧‧‧第二極限切線位置
Sc‧‧‧控制信號
Sc1‧‧‧第一值
Sc2‧‧‧第二值
θ‧‧‧光束偏轉角
θ 1、θ 2‧‧‧偏轉角度
聲頻Fa‧‧‧具有在表示為Fa1和Fa2之間的鋸齒形狀
圖8
4‧‧‧切削道
13、14‧‧‧邊緣區域
15、16‧‧‧切割溝槽
18‧‧‧切割深溝
35‧‧‧雷射脈衝
71-75‧‧‧斑點
72、73、74‧‧‧中間位置
圖9
1001‧‧‧鐳射
1002‧‧‧高功率脈衝雷射光束
91‧‧‧第一分束器
92‧‧‧第二分束器
93‧‧‧反射器
1000‧‧‧切割裝置
901、903‧‧‧光束吸收器
233a、233b、233c、233d‧‧‧四個子光束
30、330‧‧‧多個AOD
230‧‧‧第二AOD
33‧‧‧第一雷射脈衝部分
233‧‧‧第二雷射脈衝部分
圖10a 圖10b
1‧‧‧數位阻塞信號
91‧‧‧第一分束器
92‧‧‧第二分束器
93‧‧‧鏡子
30、230、330、332‧‧‧AOD
33‧‧‧第一雷射脈衝部分
40‧‧‧控制設備
42‧‧‧附圖標記
233‧‧‧第二雷射脈衝部分
333‧‧‧第三雷射脈衝部分
1001‧‧‧單脈衝鐳射
2000‧‧‧切割裝置
S3c‧‧‧第三控制信號
可以通過後續結合附圖描述一個或多個優選實施例來進一步解釋本發明的這些和其它方案、特徵和優點，其中，附圖標記表示相同或相似的部件，其中：圖1示意性示出了晶元的一部分的頂視圖；圖2是晶元的一部分的示意性截面圖；圖3示意性示出了聲光偏轉器的建立和操作；圖4是根據本發明的示出了聲光偏轉器的使用的示意性圖；圖5是示意性示出控制聲光偏轉器用於處理切割兩個溝槽的圖；圖6是根據本發明的晶元的切割道的示意性頂視圖，顯示了切割兩個溝槽的工藝中連續的鐳射斑點；圖7是示意性示出控制聲光偏轉器用於切割縫隙的工藝的圖；圖8是根據本發明的晶元的切割道的示意性頂視圖，示出了在切割兩個溝槽的工藝中的連續的鐳射斑點；圖9是根據本發明的示意性示出切割裝置的例子的圖；以及圖10包括圖10a和圖10b，其根據本發明示意性示出了切割裝置的第二例子。
為了方便理解，在後文中一般地使用的術語“切割”包括劃切(沒有穿透目標工作件的全部深度的切割)和切削(穿透目標工作件的深度的切割)。此外，在後文中一般地使用的術語“縫隙”包括不同類型的切割，例如通過劃切形成的溝槽或者通過切削目標工作件形成的完全切割。
本發明的一方面涉及可控制光束偏轉器。可控制光束偏轉器是一種能夠改變光束方向並能夠(通常在特定偏轉範圍內)精確控制其偏轉方向的設備。例如可以根據美國專利4,028,636獲知可控制光束偏轉器本身，因此將對其進行簡潔的描述和解釋。
圖3示意性示出了聲光偏轉器30(後文簡稱為AOD)的設置和操作。AOD 30包括光學晶體31，其包括具有相互不同的光學指數的相互平行層32。在本文中以水準方向示出的層為布拉格光柵。附圖標記33表示入射雷射光束，在光學層上以相對小的入射角入射。附圖標記34表示部分雷射光束根據進入方向經過晶體，同時附圖標記35表示所述部分雷射光束 將以相對進入方向的較小角度進行偏轉。光束33、34、35位於與表示為偏轉平面的層32垂直的公共虛擬平面中。光學功率將被傳送到經偏轉的光束35，其也被表示為“輸出光束”。偏轉角度的精確值取決於雷射光束的實際波長以及布拉格層32(後文表示為“光柵參數”)之間的實際距離，並因此是裝置特性。
可以通過控制鐳射波長和/或通過控制光柵參數來控制偏轉角度。可以通過使晶體31經受機械應力來控制光柵參數。附圖標記36表示聲學換能器，用於將聲波施加於晶體31，並具有基本與雷射光束方向垂直的傳播方向。附圖標記37表示吸收器，用於吸收聲能以防止偏轉。傳播的聲波引起晶體31內的密度變化，這反過來導致沿著與聲波傳播方向平行的方向在晶體31內的折射率變化。可以顯示出的是，非常近似地，輸出雷射光束35的偏轉角與聲頻成比例。注意，輸出雷射光束35的波長還取決於聲頻，但是這對於燒蝕工藝沒有結果。還應注意的是，偏轉的光束35的相對密度取決於RF功率，即，較高的RF功率在偏轉的光束中給出更多的鐳射。
在後文中，將聲頻Fa看作燒蝕工藝的控制參數。圖4是根據本發明示出設置的示意圖，將上述討論的AOD 30顯示佈置在晶片1上。通常用附圖標記42表示用於將輸出的偏轉雷射光束35引導到晶片1的光學系統。附圖標記38表示用於驅動換能器36的聲學驅動器，並且附圖標記40表示用於控制聲學驅動器38的控制設備，例如設置聲學驅動器的聲頻Fa。控制信號表示為Sc。附圖還示意性示出了用於提供雷射光束33的鐳射源41。更具體地，將雷射光束33設置為一系列具有重複頻率FP的雷射脈衝。附圖標記43表示鐳射源41和控制設備40之間的通信路徑。控制設備40提供用於鐳射源41的控制信號，例如控制雷射脈衝的定時，或者鐳射源41向控制設備40提供定時信號，例如通知控制設備40雷射脈衝的定時；在任何情況下，控制設備40知道雷射脈衝的定時(即，頻率和相位)。
本發明的一方面涉及在切割溝槽的工藝中(例如在單程中切割兩個溝槽)可控制光束偏轉設備(例如AOD)的使用。
圖5是示意性示出控制聲學驅動器38來執行切削溝槽15和16的切割動作的圖。水準軸表示時間。最低的圖表表示根據時間的控制信號Sc。控制信號Sc顯示為在表示為Sc1和Sc2的兩個值之間切換的阻塞信號。切換具有重複週期R，並且切換頻率表示為FS=1/R。雖然具有50/50工作週期的方波信號是理想的，但這不是絕對必要的。
倒數第二個圖譜顯示了根據時間的結果聲頻Fa。可以看出的是，聲頻Fa在表示為Fa1和Fa2的兩個值之間切換，與控制信號Sc在Sc1和Sc2之間切換一致。
倒數第三個圖譜顯示了根據時間的結果光束偏轉角θ。可以看出，光束偏轉角θ在表示為θ 1和θ 2的兩個值之間切換，與控制信號 Sc在Sc1和Sc2之間切換一致。
倒數第四個圖譜表示出了雷射脈衝33的定時。該曲線示出為數位阻塞信號，“1”表示鐳射功率，而“0”表示脈衝間隔。可以看出，雷射脈衝與控制信號Sc同步，這總是發生在光束偏轉角θ採用值Sc1或Sc2的時候。結果是脈衝重複頻率FP=2．FS。
圖6是切割晶元1的切割道或切削道4的示意性頂視圖。圖4的系統佈置在該切削道4上，並沿著箭頭S表示的該切削道的方向執行切割移動。將AOD 30佈置為使得偏轉方向基本上橫向於切割或切削方向，優選與切削方向為大約90°。黑斑點表示偏轉的雷射脈衝35撞擊目標的地點，而這些斑點之間的箭頭示出了鐳射斑點序列。可以看出的是，每當偏轉角θ具有第一值θ 1時，鐳射斑點位於切削道4一側；同時每當偏轉角度θ具有第二值θ 2時，鐳射斑點位於切削道4的相對側。這個資訊還在圖5的上圖表上示出，其中示出了每溝槽的各個斑點與雷射脈衝33的定時對齊。結合斑點直徑來選擇切割速度，從而斑點重疊並形成各個溝槽15和16；在圖6中，為了簡潔，示出其間具有間隔的各個斑點。
需要注意到：雷射光束33不是連續的光束，而是脈衝光束。當在固定方向保持光束時，即，恒定θ，切割移動將引起一系列直線對齊的燒蝕斑點。描述切割溝槽的工藝的另一種方式是將雷射光束33劃分為兩個子光束，每個子光束具有由各個偏轉角度θ 1、θ 2定義的固定方向，並且每個子光束具有與原始雷射光束33的脈衝重複頻率FP的一半相等的縮脈重複頻率FRr，這兩個光束以交錯方式脈跳。可以將每個個體子光束看作具有固定方向θ 1、θ 2的“垂直”光束，從而切割對應直線系列的對齊的燒蝕斑點，以形成例如溝槽的燒蝕。出於討論的目的，在切割或切削方向上的連續燒蝕頻率也將表示為切割或切削頻率Fscr。
在一個例子中，FP=300kHz並且FS=150kHz。切割速度是375mm/s。因此，對於每個溝槽，以2.5μm的間距製作燒蝕斑點。雷射脈衝具有0.2μs的持續時間以及等於5μJ的能量。使用具有大約6μm的直徑的燒蝕斑點。
本發明的一方案涉及在切削深溝工藝中使用可控制光束偏轉設備，例如AOD。在以如上所述切削溝槽的情況下的類似方式，在切削道的寬度上掃描單個光束，或者換句話說，將單個光束劃分為多個子光束，每個子光束具有由各個偏轉角度定義的固定方向，每個子光束切削深溝的相鄰段中的相應一個。可以結合與圖5和圖6相比的圖7和圖8解釋這個原則。對雷射脈衝生成和偏轉的設置可以看作與圖4的設置相同，從而不在這裡重複描述和解釋。
在圖7中，底部圖表再次表示根據時間的控制信號Sc。在這種情況下，控制信號Sc是從第一值Sc1到第二值Sc2逐漸改變然後快速返 回到第一值的鋸齒狀信號。切換具有重複週期R，並且切換頻率表示為FS=1/R。取代不斷上升的鋸齒狀，鋸齒還可以是步進式的。
倒數第二個圖譜示出了根據時間的結果聲頻Fa。可以看出，聲頻Fa具有在表示為Fa1和Fa2之間的鋸齒形狀，與控制信號Sc在Sc1和Sc2之間切換一致。
倒數第三個圖譜示出了根據時間的結果光束偏轉角θ。可以看出，光束偏轉角θ具有在表示為θ 1和θ 2的兩個值之間的鋸齒形狀，與控制信號Sc在Sc1和Sc2之間切換一致。
倒數第四個圖譜示出了雷射脈衝33的定時。該曲線顯示為數位阻塞信號，“1”表示鐳射功率而“0”表示脈衝間隔。可以看出，雷射脈衝與控制信號Sc同步，從而脈衝重複頻率FP是切換頻率FS的整數倍。在所示的例子中，FP=5．FS。應該理解的是，鋸齒形狀只是用於實現平坦開槽基底的一個例子。不同形狀的控制信號對於實現其它縫隙或凹槽形狀是優選的。
在圖8中，黑斑點在此表示偏轉的雷射脈衝35撞擊目標的地點，同時箭頭顯示了鐳射斑點的序列。可以看出，隨著偏轉角度θ的穩步增加，鐳射斑點經由中間位置72、73、74從第一極限切線位置71移位到第二極限切線位置75。這個資訊還在圖7的上部圖表中示出，其中顯示各個斑點71-75與雷射脈衝33的定時對齊。在該情況下，對於切割深溝18，使用比切割溝槽15、16所討論的功率高的雷射光束33，其在圖8中示出，因為切割深溝18發生在切割溝槽15、16之後。應該清楚的是，結合彼此以及結合將形成的深溝的寬度，選擇導致特定斑點直徑的鐳射功率和雷射脈衝持續時間以及雷射脈衝頻率，從而鐳射斑點在深溝18的寬度方向上重疊，如圖所示。同樣適用於切割方向，但是為了清晰起見，顯示出在切割方向之間具有間隔的各個斑點。
圖9是根據本發明示意性示出優選切割裝置1000的圖。切割裝置1000包括用於容納和保持晶元的夾盤，但是為了清晰起見沒有示出夾盤。切割裝置1000包括單脈衝鐳射1001，用於生成如上所述切割溝槽以及切割縫隙的脈衝光束。鐳射1001生成的高功率脈衝雷射光束1002遇到第一分束器91、第二分束器92和鏡子93。
用於生成三個光束33、233、333的其它光學幾何結構也是可以的。在所示出的幾何結構中，通過第一分束器91從高功率脈衝雷射光束1002***出相對小的第一部分33，以產生用於切割溝槽的第一雷射光束33，如上所述。雷射脈衝1002的最大部分經過第一分束器91以遇到第二分束器92。第二分束器92***出相對大的第二部分233，同時相對小的第三部分333經過第二分束器92並被反射器93向下反射。
第一雷射脈衝部分33遇到由來自控制設備40的第一控制信號Sc控制的第一AOD 30，從而以交錯方式切割兩個溝槽15、16，如以上結合圖4、5、6所解釋的。裝置1000包括用於使光學件和晶元相對彼此移位元的移位元設備，但是為了清晰起見沒有示出這種移位元設備。在實踐中，光學件是固定的，而晶元1是移動的；對於本討論，晶元1可以被看作是固定參考物，鐳射系統將被看作相對晶元1沿著從圖9中從左到右的切割方向移動。沿著切割方向看，第二雷射脈衝部分233位於第一雷射脈衝部分33後面，即，在處理了第一雷射脈衝部分33之後第二雷射脈衝部分233撞擊切削道4。第二雷射脈衝部分233遇到第二AOD 230，該第二AOD包括第二晶體231並具有由來自控制設備40的第二控制信號S2c所控制的第二驅動器238驅動的第二聲學換能器236，以切割縫隙或深溝18，如結合圖4、7、8所解釋的。
目前所描述的裝置具有用於兩個光束33和233的兩個光學路徑，其已經在單程中切割溝槽和縫隙方面提供了優點。因此，如圖9所示的裝置的簡化實施例可以不具有第三光束333和對應光學件，並且用如93的鏡子替代第二分束器92。然而，這種裝置僅具有一個操作方向。在一個切削道4中製造縫隙或凹槽20之後，必須在鄰近切削道製造縫隙或凹槽，在這種情況下，用於切割溝槽的第一光束33必須再次是位於前側的光束。這將要求光學佈置在機械上是相反的，從而需要複雜且準確的機械件，或者所述裝置將使得空行程返回到下一切割道的開始，例如在同一操作方向上執行切割或開槽動作。在圖9的實施例中，避免了這些複雜性。裝置具有兩個操作模式：在第一操作模式下，在操作第一光束33和第二光束233的一個切割方向上(即，在圖9中從右到左)切削凹槽，如上所述。在第二操作模式下，在操作第三光束333和第二光束233的相反切割方向(即，在圖9中從左到右)上切削凹槽。在每個所述模式下，第二光束233位於後側。第三光束333的操作和控制與第一光束33的操作和控制相同，因此這裡不再重複描述和解釋。
因此，在第一操作模式下，第三光束333是不起作用的；而在第二操作模式下，第一光束33是不起作用的。為此，裝置1000包括：第一可切換光束吸收器901，其佈置在第一分束器91和晶元1之間的光路上；以及第二可切換光束吸收器903，其佈置在鏡子93和晶元1之間的光路上。所述可切換光束吸收器由控制設備40所控制。在第一操作模式下，第一可切換光束吸收器901處於經過(passing)條件，而第二可切換光束吸收器903處於吸收條件。在第二操作模式下，第二可切換光束吸收器903處於經過條件，而第一可切換光束吸收器901處於吸收條件。替代地，取代併入光束吸收器901、903，當光束沒有用於切割時，AOD 30、231可以通過將光束從目標偏轉到利於切割的預定區域而使光束無效。
在目前描述的裝置中，可以在一個單獨燒蝕步驟(即，通過 一個單獨雷射脈衝)產生深溝18的每個部分。雖然這在原理上是可能的，但需要在單個燒蝕斑點處有非常高的熱輸入，這將導致剩餘晶元中的品質問題。為了避免這些問題，優選的是，用降低鐳射功率的多個燒蝕步驟(因此每個步驟降低熱輸入)燒蝕每個深溝部分。如圖9所示，本發明還提供能夠在一個單程中實現的實施例。在該實施例中，***設備239(例如，衍射元件)佈置在第二分束器92和晶元1之間的光路上，以將高功率光束233***成多個具有降低功率的子光束。附圖示出了***成四個子光束233a、233b、233c、233d，因此每個子光束233a、233b、233c、233d可以具有光束233的功率的25%的鐳射功率，但是子光束的數量可以是兩個、三個或五個或者更多。***設備239的***方向基本上平行於第二AOD 230的切割方向和/或基本垂直於偏轉方向。因此，雖然子光束233a、233b、233c、233d自然可以同時操作並具有相互相同的偏轉角度，但是其對應的斑點沿著切割方向在切削道4上在彼此之後移動。
雖然高功率第二光束233負責切割深溝的整個工藝，但是子光束233a、233b、233c、233d中的每個將負責燒蝕晶元材料隨後的層。
鐳射1001具有脈衝重複頻率FP：在頻率FP處產生連續的雷射脈衝。然而，對於在切削道4中的特定橫向位置，對應於偏轉角度的特定值，在切割或切削頻率Fscr處沿切割方向跟隨彼此的連續雷射脈衝等於對應的AOD的聲頻Fa。在以上結合圖5和圖6，已經針對切割溝槽的工藝進行了解釋，但是同樣的自然可以適用於切割深溝的工藝。由於在切割深溝工藝中在相同頻率FP處產生雷射脈衝，參考圖7和圖8，可以清楚的是，第二AOD 230的聲頻不同於第一AOD 30的聲頻。特別地，對於特定AOD的聲頻Fa，適用以下公式：Fa=FP/N
其中，N是等於在針對特定光束的切削道4的基本橫向上的光束位置數量的整數。可以看出，在示出的例子中，針對切割溝槽的工藝，該數量(表示為Nt)等於2，而在切割深溝的工藝中，該數量(表示為Nf)等於5。在任何情況下，Nf大於Nt。顯然，由於切割速度對於切割溝槽和切割深溝的相應工藝是相同的，因此在切割深溝的工藝中沿切割方向上的連續燒蝕斑點之間的相互距離與切割溝槽工藝相比較大。如果必要的話，為了保證在切割方向上連續燒蝕斑點彼此充分重疊，可以在第二AOD 230和晶元1之間的光路上佈置散焦光學元件910。該散焦光學元件910可以是不對稱的，從而原始圓形光束輪廓產生在切割方向上具有最長直徑的橢圓斑點輪廓。
圖8示出了如果偏轉平面與切割方向基本垂直，則在與切割方向形成小於90°角的直線上形成連續的燒蝕斑點。如果需要的話，可以通過稍微調整在第二AOD 230中晶體231的方向，使得所述角度等於90°。
圖10包括圖10a和圖10b，其示意性示出了根據本發明的第二優選切割裝置2000。切割裝置2000類似地包括用於生成切割縫隙的脈衝光束的單脈衝鐳射1001，例如由於切削而完全切割通過晶元1。另外，還可以利用切割裝置2000的這個實施例實現後處理以移除在切削期間形成的重鑄材料來增強單個晶粒的管芯強度。如果可用鐳射功率是充足的，則可以在單次切割處理中組合完成開槽、切削和後處理的工藝。
通過鐳射1001生成的高功率脈衝雷射光束遇到第一分束器91、第二分束器92和鏡子93。從第一分束器91***出雷射光束的一部分以產生用於切割溝槽的第一雷射脈衝部分33，如上所述。一部分雷射光束經過第一分束器91以遇到第二分束器92。第二分束器92***出相對大的第二雷射脈衝部分233，而雷射光束剩餘部分經過第二分束器92並被反射器93所反射以形成第三雷射脈衝部分333。
切割方向在圖10中是從右到左。第一雷射脈衝部分33遇到由來自控制設備40的第一控制信號Sc控制的第一AOD 30，以用交錯方式切割兩個溝槽15、16。第一控制信號Sc可以包括以80kHz操作的RF驅動器。第二雷射脈衝部分233在切割方向上位於第一雷射脈衝部分33後面，即，第二雷射脈衝部分233在第一雷射脈衝部分33已經經過之後撞擊切削道4。第二雷射脈衝部分233遇到由第二控制信號S2c驅動的第二AOD 230，所述控制信號包括以40kHz操作的RF驅動器，從而切削縫隙。應該注意的是，關於切削工藝，第二AOD 230被佈置為使得其掃描角度平行於切削道，從而虛擬創建多個光束切削鐳射。
第三雷射脈衝部分333在切割方向上位於第二雷射脈衝部分233的後面。第三雷射脈衝部分333可以由包括以12.5kHz操作的RF驅動器的第三控制信號S3c驅動。關於後處理工藝，將第三AOD 330的掃描角度佈置為基本橫向於切削道4(對於開槽工藝)，並且可將後處理工藝替換地施加到切削切口的左側和右側。此外，利用第四AOD 332平行於切削道4偏轉第三雷射脈衝部分333，從而沿著切削道4的長度以及寬度組合虛擬穿件多個雷射光束斑點。
圖10b示出了如由使用中的多個AOD 30、230、330、332分佈的各自第一、第二和第三雷射脈衝部分33、233、33的3平面視圖。應該理解的是，圖示的尺寸並不按比例。
具體地，第一雷射脈衝部分33包括偏轉的雷射脈衝以在切削道4的兩側切割溝槽，雷射脈衝在切割道的方向上形成具有2.5μm間距的步進(step)。第二雷射脈衝部分33示出為平行於切削道4而被偏轉，在切削道4的方向上具有30μm的偏轉間距。
關於第三雷射脈衝部分333，四個雷射光束位於切削道4的每 側以用於後處理，但是準確的配置將根據需要而調整。另外，通過改變輸入到第三AOD 330和第四AOD 332的RF功率而調整相對功率。雷射脈衝在切削道4的方向上形成具有5.1μm間距的步進(step)。可以理解的是，前述方法可以將開槽、切削和後處理的三個處理步驟組合到單次切割處理中。這提供了在現有技術中先前不可獲得的更大的操作靈活性。
此外，當以第二AOD 230能夠可控地在兩個方向上(即，基本平行於切削道4和基本橫向於切削道4)掃描第二雷射脈衝部分233的方式建立機器配置時，相同的切割裝置2000可以用於開槽和切削兩者。接收在兩個維度的單獨的RF控制信號輸入以連續在正交方向進行掃描的二維AOD適於實現這種概念。
這一概念不僅適用於將半導體晶元劃分為個體部件的完全切削，而且還可以用於晶元的管芯強度較弱的鐳射切割工藝，例如切割太陽能電池板以進行邊緣隔離。前述優選實施例顯著地提高了生產量，並且在沒有犧牲生產量的情況下使得上述工藝變得非常靈活。
對於切削步驟，在基本與切割道4平行的掃描方向使用第二AOD 230。取決於RF頻率的包絡與鐳射頻率之間的無線電，可以設置脈衝的數量。在完成一個RF週期之後，雷射光束返回到原始位置，並且由於已經移動了晶元1這一事實，脈衝的下一序列以稍微不同的位置撞擊晶元。如果正確設置晶元速度、絕對RF頻率和RF頻率的包絡的組合，則可以不需要高脈衝能量而執行鐳射切割工藝。
通過使用第二AOD 230基本平行於切削道來掃描第二雷射脈衝部分233，形成能夠生成較高頻率的較低脈衝能量的光束圖形，從而不再需要採用具有非常高的脈衝能量的脈衝雷射器1001。這要求開槽和鐳射切削彼此更靠近，並可以利用單一的鐳射切割裝置1000、2000以好的品質和更快的處理速度來操作兩個處理步驟。
可以以多個可能方式執行切割工藝中的第一步驟(即，開槽)。可以在雙行程工藝中利用單個雷射光束生成兩個溝槽，或者通過使用DOE形式***設備將兩個行程在單個行程中組合以生成兩個或更多光束。第三選項將是應用AOD如上所述在單程中創建兩個溝槽。在所有的三個情況下，所使用的鐳射頻率應該優選是高的以實現較長雷射脈衝和更好的縫隙的邊緣品質。
本領域的技術人員清楚的是，本發明並不局限於上述示例性實施例，而是在隨附請求項所定義的本發明的保護範圍內可以進行多種修改和改變。
例如，可以使用其它輻射源來代替鐳射。此外，可以使用可控中斷器或快門來代替吸收器901、903。
此外，除了可以使用單個光束33以每溝槽一半的雷射脈衝頻率同時切割兩個溝槽以外，其中所述單個光束33被有效地***為臨時交錯的兩個脈衝光束，還可以使用兩個分束器來***具有同步脈衝的兩個光束，以使用雷射脈衝頻率同時切割兩個溝槽；這樣，就可以不使用AOD 30。
即使在不同的獨立請求項中記述了特定特徵，本發明仍然涉及共同包括這些特徵的實施例。
在請求項中的任何附圖標記不應被解釋為限制所述請求項的範圍。

Claims (24)

  1. 一種輻射切割晶元的方法，所述方法包括兩個切割動作：低功率切割兩個溝槽，之後在所述兩個溝槽之間高功率切割縫隙，其中將單脈衝輻射束***成至少一第一脈衝輻射束及一第二脈衝輻射束，以在單程中同時執行所述切割動作的至少兩個；其中在切割方向上沿著切割道在所述晶元上切割所述縫隙，其中所述第一脈衝輻射束用於切割所述所述兩個溝槽以及所述第二脈衝輻射束用於切割所述縫隙，並且其中通過所述第一輻射束的前緣和所述第二輻射束的後緣來同時引導所述第一輻射束和第二輻射束。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中，與單脈衝輻射束同步地，在橫向於所述切割方向的偏轉方向上重複偏轉第一輻射束，以在所述切割道的兩側以交錯方式間歇切割所述兩個溝槽。
  3. 根據請求項2所述的方法，其中，以與所述單脈衝輻射束的脈衝重複頻率(FP)一半相等的第一偏轉頻率偏轉所述第一輻射束。
  4. 根據請求項2所述的方法，其中，所述第一輻射束的偏轉在第一偏轉角(θ 1)和第二偏轉角(θ 2)之間重複切換。
  5. 根據請求項1述的方法，其中，與單脈衝輻射束同步地，在橫向於所述切割方向的偏轉方向上重複偏轉第二輻射束，以間歇掃描由所述第一輻射束形成的所述兩個溝槽之間的縫隙的寬度。
  6. 根據請求項5所述的方法，其中，以與所述單脈衝輻射束的脈衝重複頻率(FP)除以整數(N)相等的第二偏轉頻率偏轉所述第二輻射束，其中所述整數(N)等於2或者更大。
  7. 根據請求項1所述的方法，其中，將所述單脈衝輻射束***成用於切割所述兩個溝槽的所述第一脈衝輻射束、用於切割所述縫隙的所述第二脈衝輻射束以及用於切割溝槽的一第三脈衝輻射束。
  8. 根據請求項7所述的方法，所述方法包括以下步驟：在第一操作模式下，沿著切割道在第一切割方向在所述晶元上切割所述縫隙，其中所述第三輻射束不起作用，通過所述第一輻射束的前緣和所述第二輻射束的後緣而同時將所述第一脈衝輻射束引導切割所述兩個溝槽和第二輻射設束同時引導切割所述縫隙；以及在第二操作模式下，在與所述第一切割方向相對的第二切割方向上沿著另一切割道在晶元上切割第二縫隙，所述第二縫隙位於另外兩個溝槽之間，其中所述第一輻射束不起作用，通過所述第三輻射束的前緣和所述第二輻射束的後緣而同時將所述第三輻射束引導切割所述另外兩個溝槽和第二輻射束同時引導切割所述第二縫隙。
  9. 根據請求項7所述的方法，其中，將所述單脈衝輻射束***成用於切割所述兩個溝槽的所述第一脈衝輻射束、用於切割所述縫隙的所述第二脈衝輻射束以及用於後處理以移除在切割所述縫隙期間形成的重鑄材料的所述第三脈衝輻射束。
  10. 根據請求項9所述的方法，其中，在橫向於所述切割方向的方向上沿著切割道偏轉所述第三脈衝輻射束。
  11. 根據請求項1所述的方法，其中，沿著切割道在切割方向上在所述晶元上切割所述縫隙，其中所述脈衝輻射束中的至少一個配置為在平行於切割方向的方向上或橫向於切割方向的方向上可控地偏轉。
  12. 根據請求項11所述的方法，其中，通過用於在正交方向連續地、可控地偏轉所述脈衝輻射束的二維控制信號來偏轉所述脈衝輻射束中的至少一個。
  13. 一種用於切割晶元的切割裝置，所述裝置包括：脈衝輻射源，用於提供脈衝輻射束；***設備，用於將所述脈衝輻射束***成至少兩個輻射束，用於執行兩個切割動作：低功率切割兩個溝槽，之後高功率切割縫隙，其中在單程中同時執行所述切割動作的至少兩個。
  14. 根據請求項13所述的切割裝置，其中，所述***設備包括主***設備，所述主***設備用於將所述脈衝輻射束至少***成用於切割至少所述一個溝槽的一第一輻射束和用於切割所述縫隙的一第二輻射束。
  15. 根據請求項13所述的切割裝置，還包括第一可控光束偏轉設備，用於以第一偏轉角(θ 1)或第二偏轉角(θ 2)偏轉輻射束。
  16. 根據請求項15所述的切割裝置，還包括用於控制所述第一可控光束偏轉設備的控制設備，所述控制設備適於使得所述第一可控光束偏轉設備以與脈衝輻射束的脈衝重複頻率(FP)的一半相等的切換頻率(FS)在所述兩個偏轉角之間切換。
  17. 根據請求項14所述的切割裝置，還包括第二可控光束偏轉設備，用於在第一極限偏轉角(θ 1)和第二極限偏轉角(θ 2)之間的範圍內偏轉第二輻射束。
  18. 根據請求項17所述的切割裝置，還包括用於控制所述第二可控光束偏轉設備的控制設備，所述控制設備適於使得所述第二可控光束偏轉設備以與所述脈衝輻射束的脈衝重複頻率(FP)除以整數(N)相等的掃描頻率執行在所述兩個極限偏轉角之間的掃描，其中所述整數(N)等於2或更大。
  19. 根據請求項14所述的切割裝置，其中，所述主***設備適於將所述脈衝輻射束***成用於切割溝槽的所述第一輻射束、用於切割縫隙的所述第二輻射束以及用於切割溝槽的一第三輻射束。
  20. 根據請求項19所述的切割裝置，適於在兩種操作模式下操作以在兩個不同方向上進行切割；其中在第一操作模式下，在第一切割方向在所述晶元上切割縫隙時，所述第三輻射束處於非工作狀態，所述第一輻射束位於所述第二輻射束的前側；以及在第二操作模式下，在與所述第一切割方向相對的第二切割方向上在晶元上切割縫隙時，所述第一輻射束處於非工作狀態，所述第三輻射束位於所述第二輻射束的前側。
  21. 根據請求項14所述的切割裝置，其中，所述主***設備適於將光束***成用於切割溝槽的所述第一輻射束、用於切割縫隙的所述第二輻射束以及用於後處理以移除在切割縫隙期間形成的重鑄材料的所述第三輻射束。
  22. 根據請求項21所述的切割裝置，其中，在橫向於切割方向的方向上沿著切割道偏轉所述第三輻射束。
  23. 根據請求項15所述的切割裝置，其中，第一可控光束偏轉設備配置為在平行於切割方向的方向上或橫向於切割方向的方向上可控地偏轉所述輻射束。
  24. 根據請求項23所述的切割裝置，還包括二維控制信號，其被提供給第一可控光束偏轉設備，用於在正交方向上連續地、可控地偏轉所述輻射束。
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