激光处理的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤：将激光束引导至工件；在激光束和工件之间引起相对移动。其中将激光束引导至工件的步骤包括：将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹。另外，在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。本发明还公开了一种激光处理装置。
【专利说明】激光处理的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明申请涉及一种激光处理的方法和装置，其尤其但并非排他地用作为使用激光分割半导体晶圆。
【背景技术】
[0002]多个半导体器件以阵列的形式构造在半导体晶圆上，该半导体晶圆通常是由诸如蓝宝石、硅、镓和/或它们的混合物之类的材料制成。然后，使用激光切割半导体晶圆以分离或者有助于分离半导体器件成为单独的片块(pieces)。
[0003]传统的激光分割可包括任一下述流程:i)激光蚀刻(laser scribing),其中线性凹槽(或蚀刻线)形成于半导体晶圆表面以沿着这些凹槽实施断裂；或者ii)激光切割，其中半导体晶圆从其上表面至其下表面被切割通过。
[0004]具体地，激光分割取决于传送至半导体晶圆的辐射(如频率或能量)超越其材料烧蚀阈值(material ablation threshold)的情况。通过使用物镜将激光束聚焦，高斯激光束的激光输出宽度能够小至大约1-20微米(μ m)。这种尺寸的激光束确保了其辐射超出了半导体晶圆的材料烧蚀阈值以便进行激光分割。
[0005]图1表明了传统的激光蚀刻处理100，其中，在激光束102和半导体晶圆104之间的相对移动沿着蚀刻方向Iio发生以在半导体晶圆104的表面上形成蚀刻线106以前，激光束102聚焦在位于具有半导体器件(图中未示)的半导体晶圆104的表面的一点处。可是，当激光束102聚焦在半导体晶圆104的表面上并且其传递的辐射位于或超过其材料烧蚀阈值时，碎渣108将会从半导体晶圆104移离并且可能再沉积回半导体晶圆104的表面。这样可能污染了半导体晶圆104上的半导体器件。所以，这种传统的激光分割处理存在半导体晶圆104的表面污染问题。
[0006]避免碎渣108污染半导体晶圆104上的半导体器件的一个办法是在激光处理之前和之后进行表面覆盖和冲洗。不幸的是，该表面覆盖处理具有其自身的局限性。例如，表面和侧壁重塑的熔融层可能会影响半导体器件分割之后的外观和/或性能。已经提出了其他的后处理方法，如侧壁蚀刻，来缓和这个难题。然而，表面蚀刻晶圆的额外的预处理和后处理最终限制了整体产能，并提高了运行成本。
[0007]所以，本发明申请的目的在于至少寻求消除传统的激光分割处理中出现的难题。
【发明内容】
[0008]第一方面，本发明提供了一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤:将激光束引导至工件；在激光束和工件之间引起相对移动。其中将激光束引导至工件的步骤包括:将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹。另外，在激光束和工件之间弓I起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。
[0009]第二方面，本发明提供了一种激光处理装置，该装置包含有:支持设备，其用于固定工件；激光发射设备，其用于将激光束引导至工件；和定位设备，其被操作来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动；其中，该激光发射设备被配置来在操作过程中将发射出的激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及定位设备还被配置来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动，以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。
[0010]本发明的一些较佳但是可选的步骤/特征已经描述在从属权利要求中。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]现在仅仅通过示例的方式，并参考附图描述本发明较佳实施例，其中:
[0012]图1所不为传统的表面蚀刻处理。
[0013]图2所示为根据本发明较佳实施例所述的激光处理装置。
[0014]图3所示为图2的激光处理装置的操作示意图。
[0015]图4a_4h所示为使用图2的激光处理装置的半导体晶圆的分割处理。
[0016]图5a和图5b所示分别为使用图2的激光处理装置进行分割处理之后，半导体晶圆的平面和立体示意图。
[0017]图6a和图6b所示分别为使用图2的激光处理装置进行多次分割处理之后，半导体晶圆的平面和立体不意图。
【具体实施方式】
[0018]图2所示为根据本发明较佳实施例所述的激光处理装置200的立体示意图。该激光处理装置200包含有:i)激光发射设备202 ;和ii) XY夹盘平台204，用于支持和移动半导体晶圆206。具体地，激光发射设备202被操作来投射激光束208至半导体晶圆200上。XY夹盘平台204也被操作来相对于激光发射设备202根据蚀刻轴线210和也根据步进轴线212移动半导体晶圆206，该步进轴线212垂直于蚀刻轴线210。
[0019]特别是，激光发射设备202包含有:i)激光器202a，用于产生激光束208 ;ii)光衰减器(optical attenuator) 202b,用于光学上衰减激光束208 ；iii)光束扩展器(beamexpander)202c，用于放大激光束208 ;iv)镜面202d，用于朝向半导体晶圆206反射激光束208 ;以及V)物镜202e，用于沿着聚焦轴214将激光束208聚焦在半导体晶圆206之内。
[0020]图3所示为激光处理装置200的侧视示意图，其表明了激光处理装置200的分割操作。在操作开始时，激光发射设备202最初相对于半导体晶圆206的左侧定位。当XY夹盘平台204相对于激光发射设备202向左移动，并在平行于蚀刻轴线210的方向上，如箭头300所示，激光发射设备202从而相对于半导体晶圆206的右侧重新定位(即使激光发射设备202不移动)，如图3中的点划线的激光发射设备202所示。这也同样意味着XY夹盘平台204的移动引起激光发射设备202在平行于蚀刻轴线210的方向上的相对移动。
[0021]现在结合图4a至图4h解释激光处理装置200的分割操作，图4a_4h所示为沿着剖面线B-B’所视时半导体晶圆206的剖面示意图。
[0022]首先，激光束208聚焦在位于半导体晶圆206内的焦点400上，如图4a所示。激光束208聚焦在位于半导体晶圆206内的焦点400上的步骤持续一直到围绕位于半导体晶圆206内的焦点400周围的内部损伤点402形成并且扩展，如图4b_4d所示。通过在半导体晶圆206内进一步持续聚焦激光束208，碎裂404从内部损伤点402延展至半导体晶圆206的表面以在半导体晶圆206上形成表面裂纹，如图4e-4f所示。当XY夹盘平台在平行于蚀刻轴线210的方向上相对于激光发射设备202移动时，半导体晶圆206从而沿着期望的分割线被准蚀刻(sem1-scribed)。
[0023]可供选择的是，激光束208在半导体晶圆206内的持续聚焦可导致另一道裂纹406从内部损伤点402延展至半导体晶圆206相对的另一面以在半导体晶圆206上形成另一道表面裂纹，如图4g所示。当XY夹盘平台204在平行于蚀刻轴线210的方向上相对于激光发射设备202移动时，半导体晶圆206从而沿着期望的分割线被分离成单独的片块，如图4h所示。如果半导体晶圆206的完全切割而不是半导体晶圆206的准蚀刻被期望，那么这种处理尤其适合。
[0024]本发明人已经发现，裂纹404、406的形成取决于下面的因素，如相对于半导体晶圆206表面激光束208的能量密度和激光束208的聚焦水平。具体地，激光束208的能量密度取决于诸如激光束波长和XY夹盘平台204的移动之类的参数，而激光束208的聚焦水平取决于光学器件的参数(如物镜202e的数值孔径(numerical aperture))。
[0025]特别是，激光束208的能量密度被定义如下:
[0026]能量密度(μ J/μ m)=[脉冲能量(μ J/脉冲)X脉冲重复频率(kHz，K脉冲/s) ] /蚀刻速度(mm/s)
[0027]相应地，被传递在半导体晶圆206内焦点400处的激光束208的体积应变能(volumetric energy) ( μ J/um3)被定义如下:
[0028]
【权利要求】
1.一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤: 将激光束引导至工件；和 在激光束和工件之间弓I起相对移动， 其中将激光束引导至工件的步骤包括:将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及 在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。
2.如权利要求1所述的激光处理方法，其中，该激光束具有的脉冲能量密度在0.3至0.8μχ/μπι之间，而将激光束聚焦在工件内部的步骤还进一步包括:将激光束聚焦在工件内部距工件的至少一个表面的距离为10至25ΜΠ1之间。
3.如权利要求1所述的激光处理方法，其中，该激光束具有的脉冲能量密度至少为0.5μχ/μπι，而将激光束聚焦在工件内部的步骤还进一步包括:将激光束聚焦在工件内部距工件的至少一个表面的距离位于25至40Mm之间。
4.一种激光处理装置，该装置包含有: 支持设备，其用于固定工件； 激光发射设备，其用于将激光束引导至工件；和 定位设备，其被操作来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动； 其中，该激光发射设备被配置来在操作过程中将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及 定位设备被配置来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动，以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。
5.如权利要求4所述的激光处理装置，其中，该激光发射设备被配置来将激光束聚焦在工件内部，距工件的至少一个表面的距离在10至25ΜΠ1之间，该激光束具有的脉冲能量密度在0.3至0.8PJ/Mm之间。
6.如权利要求4所述的激光处理装置，其中，该激光发射设备被配置来将激光束聚焦在工件内部，距离工件的至少一个表面的距离在25至40Mm之间，该激光束具有的脉冲能量密度至少为0.5 μχ/μπι。
【文档编号】B23K26/064GK103521931SQ201310263720
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】郭志恒, 郑志华, 周立基 申请人:先进科技新加坡有限公司