用于切割晶元的方法和設(shè)備的制造方法
【專利摘要】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，之后高功率切割縫隙。單脈沖輻射束被分裂成第一脈沖輻射束以及第二脈沖輻射束，所述第一脈沖輻射束用于切割至少一個所述溝槽，以及所述第二脈沖輻射束用于切割所述縫隙。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后緣同時引導(dǎo)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，從所述單脈沖輻射束分裂出用于開槽的第三脈沖輻射束。
【專利說明】
用于切割晶元的方法和設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電子部件的小型化促成了半導(dǎo)體技術(shù)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管的簡單部件，也包括諸如集成電路的復(fù)雜部件。除了電子部件外，也可以利用相同的技術(shù)制造機械部件。
[0003]在半導(dǎo)體技術(shù)中，廣為人知的是半導(dǎo)體材料(通常是硅)的晶元被處理以在該晶元的表面區(qū)域形成部件。晶元是宏觀的，其直徑范圍大約為20-300mm;同時部件是微觀的，通常具有微米范圍的尺寸。每個部件在小晶元部分處制成，各個晶元部分位于彼此相距較小距離處。在處理步驟之后，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。在分離之后，每個分離的晶元部件被稱作管芯(die)，并且分離工藝已知為切削(di c ing)。本發(fā)明尤其涉及切削領(lǐng)域。
[0004]各個晶元部分通常布置在由相互正交的切割道(也稱作“切削道”)分離的正方網(wǎng)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(qū)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(dǎo)半導(dǎo)體材料，傳統(tǒng)的刀片切削方法將對該頂層造成嚴重損害。
[0005]為了克服這些問題，在現(xiàn)有技術(shù)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(通常是高功率激光束)來移除切削道的頂層；以及第二步，使用刀片來切割硅塊。第一步也被表示為“輻射切割”，或者更常用地表示為“激光切割”。本發(fā)明更具體地涉及激光切割的方法。
[0006]圖1是晶元I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I的一部分的示意性截面圖，示出了在激光開槽工藝中(擴大比例的)后續(xù)步驟。晶元I的頂層由附圖標記2表示。在激光開槽工藝的第一步驟(參見圖1右手側(cè)以及圖2的第二張圖表)，將相對較低功率的激光束11、12引導(dǎo)到切削道4的邊緣區(qū)域13、14。箭頭表示激光束
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激光束實現(xiàn)，或者通過保持激光束而移動晶元實現(xiàn)，或者同時使用這兩種方式。在實踐中，保持光系統(tǒng)固定而移動晶元是更方便的；然而，移動將被表示為激光束的“切割”或“劃切(scribing)”。控制激光功率和光束速度，從而移除(切除)晶元I的頂部區(qū)域，直到相對低的深度和小的寬度;在切削道4的兩側(cè)得到的延長凹槽表示為“溝槽”
15、16。溝槽15、16的深度大于頂層2的厚度。激光開槽工藝的這個第一步驟在后文中被稱作“切割，，或“劃切，，溝槽。
[0007]在激光開槽工藝的第二步驟(參見圖1的左手側(cè)和圖2的底部圖表)，將相對高功率的激光束21引導(dǎo)到切削道4的中央?yún)^(qū)域17。該激光束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。激光開槽工藝的這個第二步驟在后文被稱作“劃切”深溝。
[0008]對深溝18和相鄰溝槽15、16的組合在后文將被共同稱作凹槽20。取決于精確的處理參數(shù)，單獨的深溝18和溝槽15、16在凹槽20內(nèi)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。
[0009]在實踐中，高功率激光束21可以包括高功率激光束22的矩陣，其一起產(chǎn)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(xiàn)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]雖然上述激光切割方法已經(jīng)證明了給出的結(jié)果具有非常好的質(zhì)量，但是其具有以下缺點:切割單個溝槽涉及在兩個后續(xù)切割步驟中執(zhí)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么需要具有兩個激光的非常復(fù)雜和昂貴的設(shè)置，在這種情況下，可以以激光系統(tǒng)的單程中執(zhí)行第一步驟，要么需要以單個激光進行兩次單獨的切割步驟，但是這將進一步降低生產(chǎn)率，因為其需要激光系統(tǒng)的兩次后續(xù)處理。
[0011]本發(fā)明的目標是試圖提供一種激光切割方法，其能夠提供具有預(yù)期質(zhì)量的結(jié)果，并能顯著改善生產(chǎn)率。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，可以通過使用單個高功率母光束(parentbeam)獲得上述目標，所述光束被劃分成單獨的劃分光束用于在激光系統(tǒng)的單程中同時執(zhí)行至少兩個切割動作。尤其是，在激光系統(tǒng)的單程中執(zhí)行切割兩個溝槽的兩個切割動作，但在激光系統(tǒng)的單程中執(zhí)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。
【附圖說明】
[0013]可以通過后續(xù)結(jié)合附圖描述一個或多個優(yōu)選實施例來進一步解釋本發(fā)明的這些和其它方案、特征和優(yōu)點，其中，附圖標記表示相同或相似的部件，其中:
[0014]圖1示意性示出了晶元的一部分的頂視圖；
[0015]圖2是晶元的一部分的示意性截面圖；
[0016]圖3示意性示出了聲光偏轉(zhuǎn)器的建立和操作；
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示出了聲光偏轉(zhuǎn)器的使用的示意性圖；
[0018]圖5是示意性示出控制聲光偏轉(zhuǎn)器用于處理切割兩個溝槽的圖；
[0019]圖6是根據(jù)本發(fā)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(xù)的激光斑點；
[0020]圖7是示意性示出控制聲光偏轉(zhuǎn)器用于切割縫隙的工藝的圖；
[0021]圖8是根據(jù)本發(fā)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(xù)的激光斑點；
[0022]圖9是根據(jù)本發(fā)明的示意性示出切割裝置的例子的圖；以及
[0023]圖10包括圖1Oa和圖1Ob，其根據(jù)本發(fā)明示意性示出了切割裝置的第二例子。
【具體實施方式】
[0024]為了方便理解，在后文中一般地使用的術(shù)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，在后文中一般地使用的術(shù)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。
[0025]本發(fā)明的一方面涉及可控制光束偏轉(zhuǎn)器。可控制光束偏轉(zhuǎn)器是一種能夠改變光束方向并能夠(通常在特定偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi))精確控制其偏轉(zhuǎn)方向的設(shè)備。例如可以根據(jù)美國專利4,028,636獲知可控制光束偏轉(zhuǎn)器本身，因此將對其進行簡潔的描述和解釋。
[0026]圖3示意性示出了聲光偏轉(zhuǎn)器30(后文簡稱為AOD)的設(shè)置和操作^OD30包括光學(xué)晶體31，其包括具有相互不同的光學(xué)指數(shù)的相互平行層32。在本文中以水平方向示出的層為布拉格光柵。附圖標記33表示入射激光束，在光學(xué)層上以相對小的入射角入射。附圖標記34表示部分激光束根據(jù)進入方向經(jīng)過晶體，同時附圖標記35表示所述部分激光束將以相對進入方向的較小角度進行偏轉(zhuǎn)。光束33、34、35位于與表示為偏轉(zhuǎn)平面的層32垂直的公共虛擬平面中。光學(xué)功率將被傳送到經(jīng)偏轉(zhuǎn)的光束35，其也被表示為“輸出光束”。偏轉(zhuǎn)角度的精確值取決于激光束的實際波長以及布拉格層32(后文表示為“光柵參數(shù)”)之間的實際距離，并因此是裝置特性。
[0027]可以通過控制激光波長和/或通過控制光柵參數(shù)來控制偏轉(zhuǎn)角度。可以通過使晶體31經(jīng)受機械應(yīng)力來控制光柵參數(shù)。附圖標記36表示聲學(xué)換能器，用于將聲波施加于晶體31，并具有基本與激光束方向垂直的傳播方向。附圖標記37表示吸收器，用于吸收聲能以防止偏轉(zhuǎn)。傳播的聲波引起晶體31內(nèi)的密度變化，這反過來導(dǎo)致沿著與聲波傳播方向平行的方向在晶體31內(nèi)的折射率變化?？梢燥@示出的是，非常近似地，輸出激光束35的偏轉(zhuǎn)角與聲頻成比例。注意，輸出激光束35的波長還取決于聲頻，但是這對于燒蝕工藝沒有結(jié)果。還應(yīng)注意的是，偏轉(zhuǎn)的光束35的相對密度取決于RF功率，即，較高的RF功率在偏轉(zhuǎn)的光束中給出更多的激光。
[0028]在后文中，將聲頻Fa看作燒蝕工藝的控制參數(shù)。圖4是根據(jù)本發(fā)明示出設(shè)置的示意圖，將上述討論的AOD 30顯示布置在晶片I上。通常用附圖標記42表示用于將輸出的偏轉(zhuǎn)激光束35引導(dǎo)到晶片I的光學(xué)系統(tǒng)。附圖標記38表示用于驅(qū)動換能器36的聲學(xué)驅(qū)動器，并且附圖標記40表示用于控制聲學(xué)驅(qū)動器38的控制設(shè)備，例如設(shè)置聲學(xué)驅(qū)動器的聲頻Fa?？刂菩盘柋硎緸镾c。附圖還示意性示出了用于提供激光束33的激光源41。更具體地，將激光束33設(shè)置為一系列具有重復(fù)頻率FP的激光脈沖。附圖標記43表示激光源41和控制設(shè)備40之間的通信路徑?？刂圃O(shè)備40提供用于激光源41的控制信號，例如控制激光脈沖的定時，或者激光源41向控制設(shè)備40提供定時信號，例如通知控制設(shè)備40激光脈沖的定時;在任何情況下，控制設(shè)備40知道激光脈沖的定時(S卩，頻率和相位)。
[0029]本發(fā)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(zhuǎn)設(shè)備(例如AOD)的使用。
[0030]圖5是示意性示出控制聲學(xué)驅(qū)動器38來執(zhí)行切削溝槽15和16的切割動作的圖。水平軸表示時間。最低的圖表表示根據(jù)時間的控制信號Sc?？刂菩盘朣c顯示為在表示為Scl和Sc2的兩個值之間切換的阻塞信號。切換具有重復(fù)周期R，并且切換頻率表示為FS=1/R。雖然具有50/50工作周期的方波信號是理想的，但這不是絕對必要的。
[0031]倒數(shù)第二個圖譜顯示了根據(jù)時間的結(jié)果聲頻Fa?？梢钥闯龅氖?，聲頻Fa在表示為Fal和Fa2的兩個值之間切換，與控制信號Sc在Scl和Sc2之間切換一致。
[0032]倒數(shù)第三個圖譜顯示了根據(jù)時間的結(jié)果光束偏轉(zhuǎn)角Θ?？梢钥闯觯馐D(zhuǎn)角Θ在表不為91和Θ2的兩個值之間切換，與控制信號Sc在Scl和Sc2之間切換一致。
[0033]倒數(shù)第四個圖譜表示出了激光脈沖33的定時。該曲線示出為數(shù)字阻塞信號，“I”表示激光功率，而“O”表示脈沖間隔?？梢钥闯?，激光脈沖與控制信號Sc同步，這總是發(fā)生在光束偏轉(zhuǎn)角Θ采用值Scl或Sc2的時候。結(jié)果是脈沖重復(fù)頻率FP = 2.FS0
[0034]圖6是切割晶元I的切割道或切削道4的示意性頂視圖。圖4的系統(tǒng)布置在該切削道4上，并沿著箭頭S表示的該切削道的方向執(zhí)行切割移動。將AOD 30布置為使得偏轉(zhuǎn)方向基本上橫向于切割或切削方向，優(yōu)選與切削方向為大約90°。黑斑點表示偏轉(zhuǎn)的激光脈沖35撞擊目標的地點，而這些斑點之間的箭頭示出了激光斑點序列?？梢钥闯龅氖?，每當偏轉(zhuǎn)角Θ具有第一值Θ1時，激光斑點位于切削道4一側(cè)；同時每當偏轉(zhuǎn)角度Θ具有第二值Θ2時，激光斑點位于切削道4的相對側(cè)。這個信息還在圖5的上圖表上示出，其中示出了每溝槽的各個斑點與激光脈沖33的定時對齊。結(jié)合斑點直徑來選擇切割速度，從而斑點重疊并形成各個溝槽15和16;在圖6中，為了簡潔，示出其間具有間隔的各個斑點。
[0035]需要注意到:激光束33不是連續(xù)的光束，而是脈沖光束。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激光束33劃分為兩個子光束，每個子光束具有由各個偏轉(zhuǎn)角度Θ1、Θ2定義的固定方向，并且每個子光束具有與原始激光束33的脈沖重復(fù)頻率FP的一半相等的縮脈重復(fù)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Θ1、Θ2的“垂直”光束，從而切割對應(yīng)直線系列的對齊的燒蝕斑點，以形成例如溝槽的燒蝕。出于討論的目的，在切割或切削方向上的連續(xù)燒蝕頻率也將表示為切割或切削頻率Fscr。
[0036]在一個例子中，F(xiàn)P = 300kHz并且FS=150kHz。切割速度是375mm/s。因此，對于每個溝槽，以2.5μπι的間距制作燒蝕斑點。激光脈沖具有0.2ys的持續(xù)時間以及等于5yJ的能量。使用具有大約6μπι的直徑的燒蝕斑點。
[0037]本發(fā)明的一方案涉及在切削深溝工藝中使用可控制光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備，例如AODο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(zhuǎn)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(yīng)一個。可以結(jié)合與圖5和圖6相比的圖7和圖8解釋這個原貝1J。對激光脈沖生成和偏轉(zhuǎn)的設(shè)置可以看作與圖4的設(shè)置相同，從而不在這里重復(fù)描述和解釋。
[0038]在圖7中，底部圖表再次表示根據(jù)時間的控制信號Sc。在這種情況下，控制信號Sc是從第一值Scl到第二值Sc2逐漸改變?nèi)缓罂焖俜祷氐降谝恢档匿忼X狀信號。切換具有重復(fù)周期R，并且切換頻率表示為FS = 1/R。取代不斷上升的鋸齒狀，鋸齒還可以是步進式的。
[0039]倒數(shù)第二個圖譜示出了根據(jù)時間的結(jié)果聲頻Fa?？梢钥闯?，聲頻Fa具有在表示為Fal和Fa2之間的鋸齒形狀，與控制信號Sc在Scl和Sc2之間切換一致。
[0040]倒數(shù)第三個圖譜示出了根據(jù)時間的結(jié)果光束偏轉(zhuǎn)角Θ。可以看出，光束偏轉(zhuǎn)角Θ具有在表示為Θ1和Θ2的兩個值之間的鋸齒形狀，與控制信號Sc在Scl和Sc2之間切換一致。
[0041]倒數(shù)第四個圖譜示出了激光脈沖33的定時。該曲線顯示為數(shù)字阻塞信號，“I”表示激光功率而“O”表示脈沖間隔?？梢钥闯觯す饷}沖與控制信號Sc同步，從而脈沖重復(fù)頻率FP是切換頻率FS的整數(shù)倍。在所示的例子中，F(xiàn)P = 5.FS。應(yīng)該理解的是，鋸齒形狀只是用于實現(xiàn)平坦開槽基底的一個例子。不同形狀的控制信號對于實現(xiàn)其它縫隙或凹槽形狀是優(yōu)選的。
[0042]在圖8中，黑斑點在此表示偏轉(zhuǎn)的激光脈沖35撞擊目標的地點，同時箭頭顯示了激光斑點的序列。可以看出，隨著偏轉(zhuǎn)角度Θ的穩(wěn)步增加，激光斑點經(jīng)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。這個信息還在圖7的上部圖表中示出，其中顯示各個斑點71-75與激光脈沖33的定時對齊。在該情況下，對于切割深溝18，使用比切割溝槽15、16所討論的功率高的激光束33，其在圖8中示出，因為切割深溝18發(fā)生在切割溝槽15、16之后。應(yīng)該清楚的是，結(jié)合彼此以及結(jié)合將形成的深溝的寬度，選擇導(dǎo)致特定斑點直徑的激光功率和激光脈沖持續(xù)時間以及激光脈沖頻率，從而激光斑點在深溝18的寬度方向上重疊，如圖所示。同樣適用于切割方向，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。
[0043]圖9是根據(jù)本發(fā)明示意性示出優(yōu)選切割裝置1000的圖。切割裝置1000包括用于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包括單脈沖激光1001，用于生成如上所述切割溝槽以及切割縫隙的脈沖光束。激光1001生成的高功率脈沖激光束1002遇到第一分束器91、第二分束器92和鏡子93。
[0044]用于生成三個光束33、233、333的其它光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)也是可以的。在所示出的幾何結(jié)構(gòu)中，通過第一分束器91從高功率脈沖激光束1002分裂出相對小的第一部分33，以產(chǎn)生用于切割溝槽的第一激光束33，如上所述。激光脈沖1002的最大部分經(jīng)過第一分束器91以遇到第二分束器92。第二分束器92分裂出相對大的第二部分233，同時相對小的第三部分333經(jīng)過第二分束器92并被反射器93向下反射。
[0045]第一激光脈沖部分33遇到由來自控制設(shè)備40的第一控制信號Sc控制的第一 AOD30，從而以交錯方式切割兩個溝槽15、16，如以上結(jié)合圖4、5、6所解釋的。裝置1000包括用于使光學(xué)件和晶元相對彼此移位的移位設(shè)備，但是為了清晰起見沒有示出這種移位設(shè)備。在實踐中，光學(xué)件是固定的，而晶元I是移動的;對于本討論，晶元I可以被看作是固定參考物，激光系統(tǒng)將被看作相對晶元I沿著從圖9中從左到右的切割方向移動。沿著切割方向看，第二激光脈沖部分233位于第一激光脈沖部分33后面，S卩，在處理了第一激光脈沖部分33之后第二激光脈沖部分233撞擊切削道4。第二激光脈沖部分233遇到第二AOD 230，該第二AOD包括第二晶體231并具有由來自控制設(shè)備40的第二控制信號S2c所控制的第二驅(qū)動器238驅(qū)動的第二聲學(xué)換能器236，以切割縫隙或深溝18，如結(jié)合圖4、7、8所解釋的。
[0046]目前所描述的裝置具有用于兩個光束33和233的兩個光學(xué)路徑，其已經(jīng)在單程中切割溝槽和縫隙方面提供了優(yōu)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(yīng)光學(xué)件，并且用如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中制造縫隙或凹槽20之后，必須在鄰近切削道制造縫隙或凹槽，在這種情況下，用于切割溝槽的第一光束33必須再次是位于前側(cè)的光束。這將要求光學(xué)布置在機械上是相反的，從而需要復(fù)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(zhí)行切割或開槽動作。在圖9的實施例中，避免了這些復(fù)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(S卩，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(S卩，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位于后側(cè)。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，因此這里不再重復(fù)描述和解釋。
[0047]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，其布置在第一分束器91和晶元I之間的光路上；以及第二可切換光束吸收器903，其布置在鏡子93和晶元I之間的光路上。所述可切換光束吸收器由控制設(shè)備40所控制。在第一操作模式下，第一可切換光束吸收器901處于經(jīng)過(passing)條件，而第二可切換光束吸收器903處于吸收條件。在第二操作模式下，第二可切換光束吸收器903處于經(jīng)過條件，而第一可切換光束吸收器901處于吸收條件。替代地，取代并入光束吸收器901、903，當光束沒有用于切割時，AOD 30、231可以通過將光束從目標偏轉(zhuǎn)到利于切割的預(yù)定區(qū)域而使光束無效。
[0048]在目前描述的裝置中，可以在一個單獨燒蝕步驟(S卩，通過一個單獨激光脈沖)產(chǎn)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(dǎo)致剩余晶元中的質(zhì)量問題。為了避免這些問題，優(yōu)選的是，用降低激光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(fā)明還提供能夠在一個單程中實現(xiàn)的實施例。在該實施例中，分裂設(shè)備239 (例如，衍射元件)布置在第二分束器92和晶元I之間的光路上，以將高功率光束233分裂成多個具有降低功率的子光束。附圖示出了分裂成四個子光束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%的激光功率，但是子光束的數(shù)量可以是兩個、三個或五個或者更多。分裂設(shè)備239的分裂方向基本上平行于第二AOD 230的切割方向和/或基本垂直于偏轉(zhuǎn)方向。因此，雖然子光束233a、233b、233c、233d自然可以同時操作并具有相互相同的偏轉(zhuǎn)角度，但是其對應(yīng)的斑點沿著切割方向在切削道4上在彼此之后移動。
[0049]雖然高功率第二光束233負責(zé)切割深溝的整個工藝，但是子光束233a、233b、233c、2 3 3d中的每個將負責(zé)燒蝕晶元材料隨后的層。
[0050]激光1001具有脈沖重復(fù)頻率FP:在頻率FP處產(chǎn)生連續(xù)的激光脈沖。然而，對于在切削道4中的特定橫向位置，對應(yīng)于偏轉(zhuǎn)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(xù)激光脈沖等于對應(yīng)的AOD的聲頻Fa ο在以上結(jié)合圖5和圖6，已經(jīng)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于切割深溝的工藝。由于在切割深溝工藝中在相同頻率FP處產(chǎn)生激光脈沖，參考圖7和圖8，可以清楚的是，第二AOD 230的聲頻不同于第一AOD 30的聲頻。特別地，對于特定AOD的聲頻Fa，適用以下公式:
[0051 ] Fa=FP/N
[0052]其中，N是等于在針對特定光束的切削道4的基本橫向上的光束位置數(shù)量的整數(shù)?？梢钥闯?，在示出的例子中，針對切割溝槽的工藝，該數(shù)量(表示為Nt)等于2，而在切割深溝的工藝中，該數(shù)量(表示為Nf)等于5。在任何情況下，Nf大于Nt。顯然，由于切割速度對于切割溝槽和切割深溝的相應(yīng)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(xù)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(xù)燒蝕斑點彼此充分重疊，可以在第二AOD 230和晶元I之間的光路上布置散焦光學(xué)元件910。該散焦光學(xué)元件910可以是不對稱的，從而原始圓形光束輪廓產(chǎn)生在切割方向上具有最長直徑的橢圓斑點輪廓。
[0053]圖8示出了如果偏轉(zhuǎn)平面與切割方向基本垂直，則在與切割方向形成小于90°角的直線上形成連續(xù)的燒蝕斑點。如果需要的話，可以通過稍微調(diào)整在第二AOD 230中晶體231的方向，使得所述角度等于90°。
[0054]圖10包括圖1Oa和圖1Ob，其示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選切割裝置2000。切割裝置2000類似地包括用于生成切割縫隙的脈沖光束的單脈沖激光1001，例如由于切削而完全切割通過晶元I。另外，還可以利用切割裝置2000的這個實施例實現(xiàn)后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。如果可用激光功率是充足的，則可以在單次切割處理中組合完成開槽、切削和后處理的工藝。
[0055]通過激光1001生成的高功率脈沖激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分裂出激光束的一部分以產(chǎn)生用于切割溝槽的第一激光脈沖部分33，如上所述。一部分激光束經(jīng)過第一分束器91以遇到第二分束器92。第二分束器92分裂出相對大的第二激光脈沖部分233，而激光束剩余部分經(jīng)過第二分束器92并被反射器93所反射以形成第三激光脈沖部分333。
[0056]切割方向在圖10中是從右到左。第一激光脈沖部分33遇到由來自控制設(shè)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(qū)動器。第二激光脈沖部分233在切割方向上位于第一激光脈沖部分33后面，S卩，第二激光脈沖部分233在第一激光脈沖部分33已經(jīng)經(jīng)過之后撞擊切削道4。第二激光脈沖部分233遇到由第二控制信號S2c驅(qū)動的第二AOD 230，所述控制信號包括以40kHz操作的RF驅(qū)動器，從而切削縫隙。應(yīng)該注意的是，關(guān)于切削工藝，第二AOD 230被布置為使得其掃描角度平行于切削道，從而虛擬創(chuàng)建多個光束切削激光。
[0057]第三激光脈沖部分333在切割方向上位于第二激光脈沖部分233的后面。第三激光脈沖部分333可以由包括以12.5kHz操作的RF驅(qū)動器的第三控制信號S3c驅(qū)動。關(guān)于后處理工藝，將第三AOD 330的掃描角度布置為基本橫向于切削道4(對于開槽工藝)，并且可將后處理工藝替換地施加到切削切口的左側(cè)和右側(cè)。此外，利用第四AOD 332平行于切削道4偏轉(zhuǎn)第三激光脈沖部分333，從而沿著切削道4的長度以及寬度組合虛擬穿件多個激光束斑點。
[0058]圖1Ob示出了如由使用中的多個AOD 30、230、330、332分布的各自第一、第二和第三激光脈沖部分33、233、33的3平面視圖。應(yīng)該理解的是，圖示的尺寸并不按比例。
[0059]具體地，第一激光脈沖部分33包括偏轉(zhuǎn)的激光脈沖以在切削道4的兩側(cè)切割溝槽，激光脈沖在切割道的方向上形成具有2.5μπι間距的步進(step)。第二激光脈沖部分33示出為平行于切削道4而被偏轉(zhuǎn)，在切削道4的方向上具有30μηι的偏轉(zhuǎn)間距。
[0060]關(guān)于第三激光脈沖部分333，四個激光束位于切削道4的每側(cè)以用于后處理，但是準確的配置將根據(jù)需要而調(diào)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(diào)整相對功率。激光脈沖在切削道4的方向上形成具有5.Ιμπι間距的步進(step)。可以理解的是，前述方法可以將開槽、切削和后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(xiàn)有技術(shù)中先前不可獲得的更大的操作靈活性。
[0061 ] 此外，當以第二AOD 230能夠可控地在兩個方向上(S卩，基本平行于切削道4和基本橫向于切削道4)掃描第二激光脈沖部分233的方式建立機器配置時，相同的切割裝置2000可以用于開槽和切削兩者。接收在兩個維度的單獨的RF控制信號輸入以連續(xù)在正交方向進行掃描的二維AOD適于實現(xiàn)這種概念。
[0062]這一概念不僅適用于將半導(dǎo)體晶元劃分為個體部件的完全切削，而且還可以用于晶元的管芯強度較弱的激光切割工藝，例如切割太陽能電池板以進行邊緣隔離。前述優(yōu)選實施例顯著地提高了生產(chǎn)量，并且在沒有犧牲生產(chǎn)量的情況下使得上述工藝變得非常靈活。
[0063]對于切削步驟，在基本與切割道4平行的掃描方向使用第二AOD230。取決于RF頻率的包絡(luò)與激光頻率之間的無線電，可以設(shè)置脈沖的數(shù)量。在完成一個RF周期之后，激光束返回到原始位置，并且由于已經(jīng)移動了晶元I這一事實，脈沖的下一序列以稍微不同的位置撞擊晶元。如果正確設(shè)置晶元速度、絕對RF頻率和RF頻率的包絡(luò)的組合，則可以不需要高脈沖能量而執(zhí)行激光切割工藝。
[0064]通過使用第二AOD230基本平行于切削道來掃描第二激光脈沖部分233，形成能夠生成較高頻率的較低脈沖能量的光束圖形，從而不再需要采用具有非常高的脈沖能量的脈沖激光器1001。這要求開槽和激光切削彼此更靠近，并可以利用單一的激光切割裝置1000、2000以好的質(zhì)量和更快的處理速度來操作兩個處理步驟。
[0065]可以以多個可能方式執(zhí)行切割工藝中的第一步驟(S卩，開槽)?？梢栽陔p行程工藝中利用單個激光束生成兩個溝槽，或者通過使用DOE形式分裂設(shè)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(yīng)用AOD如上所述在單程中創(chuàng)建兩個溝槽。在所有的三個情況下，所使用的激光頻率應(yīng)該優(yōu)選是高的以實現(xiàn)較長激光脈沖和更好的縫隙的邊緣質(zhì)量。
[0066]本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚的是，本發(fā)明并不局限于上述示例性實施例，而是在隨附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)可以進行多種修改和改變。
[0067]例如，可以使用其它輻射源來代替激光。此外，可以使用可控中斷器或快門來代替吸收器901、903。
[0068]此外，除了可以使用單個光束33以每溝槽一半的激光脈沖頻率同時切割兩個溝槽以外，其中所述單個光束33被有效地分裂為臨時交錯的兩個脈沖光束，還可以使用兩個分束器來分裂具有同步脈沖的兩個光束，以使用激光脈沖頻率同時切割兩個溝槽;這樣，就可以不使用AOD 30。
[0069]即使在不同的獨立權(quán)利要求中記述了特定特征，本發(fā)明仍然涉及共同包括這些特征的實施例。
[0070]在權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)被解釋為限制所述權(quán)利要求的范圍。
【主權(quán)項】
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，之后在所述兩個溝槽之間高功率切割縫隙，其中將單脈沖輻射束分裂成至少兩個脈沖輻射束，以在單程中同時執(zhí)行所述切割動作的至少兩個。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，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，其中所述單脈沖輻射束被分裂為第一脈沖輻射束以及第二脈沖輻射束，所述第一脈沖輻射束用于切割所述溝槽以及所述第二脈沖輻射束用于切割所述縫隙，并且其中通過所述第一輻射束的前緣和所述第二輻射束的后緣來同時引導(dǎo)所述第一輻射束和第二輻射束。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，與單脈沖輻射束同步地，在基本橫向于所述切割方向的偏轉(zhuǎn)方向上重復(fù)偏轉(zhuǎn)第一輻射束，以在所述切割道的兩側(cè)以交錯方式間歇切割所述兩個溝槽。4.根據(jù)權(quán)利要3所述的方法，其中，以與所述單脈沖輻射束的脈沖重復(fù)頻率(FP)—半相等的第一偏轉(zhuǎn)頻率偏轉(zhuǎn)所述第一輻射束。5.根據(jù)權(quán)利要3所述的方法，其中，所述第一輻射束的偏轉(zhuǎn)在第一偏轉(zhuǎn)角(ΘI)和第二偏轉(zhuǎn)角(Θ2)之間重復(fù)切換。6.根據(jù)權(quán)利要2述的方法，其中，與單脈沖輻射束同步地，在基本橫向于所述切割方向的偏轉(zhuǎn)方向上重復(fù)偏轉(zhuǎn)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。7.根據(jù)權(quán)利要6所述的方法，其中，以與所述單脈沖輻射束的脈沖重復(fù)頻率(FP)除以整數(shù)(N)相等的第二偏轉(zhuǎn)頻率偏轉(zhuǎn)所述第二輻射束，其中所述整數(shù)(N)等于2或者更大。8.根據(jù)權(quán)利要I所述的方法，其中，將所述單脈沖輻射束分裂成用于切割所述溝槽的所述第一脈沖輻射束、用于切割所述縫隙的所述第二脈沖輻射束以及用于切割溝槽的第三脈沖輻射束。9.根據(jù)權(quán)利要8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后緣而將所述第一和第二輻射設(shè)束同時引導(dǎo)到同一縫隙；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另一縫隙，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后緣而將所述第三和第二輻射束同時引導(dǎo)到同一縫隙。10.根據(jù)權(quán)利要I所述的方法，其中，將所述單脈沖輻射束分裂成用于切割溝槽的所述第一脈沖輻射束、用于切割縫隙的所述第二脈沖輻射束以及用于后處理以移除在切割縫隙期間形成的重鑄材料的所述第三脈沖輻射束。11.根據(jù)權(quán)利要1所述的方法，其中，在基本橫向于所述切割方向的方向上沿著切割道偏轉(zhuǎn)所述第三脈沖輻射束。12.根據(jù)權(quán)利要I所述的方法，其中，所述脈沖輻射束中的至少一個配置為在基本平行于切割方向的方向上或基本橫向于切割方向的方向上可控地偏轉(zhuǎn)。13.根據(jù)權(quán)利要12所述的方法，其中，通過用于在正交方向連續(xù)地、可控地偏轉(zhuǎn)所述脈沖輻射束的二維控制信號來偏轉(zhuǎn)所述脈沖輻射束中的至少一個。14.一種用于切割晶元的切割裝置，所述裝置包括: 脈沖輻射源，用于提供脈沖輻射束； 分裂設(shè)備，用于將輻射束分裂成至少兩個輻射束，用于執(zhí)行兩個切割動作:低功率切割兩個溝槽，之后高功率切割縫隙，其中在單程中同時執(zhí)行所述切割動作的至少兩個。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切割裝置，其中，所述分裂設(shè)備包括主分裂設(shè)備，所述主分裂設(shè)備用于將所述脈沖輻射束至少分裂成用于切割至少所述一個溝槽的第一輻射束和用于切割所述縫隙的第二輻射束。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切割裝置，還包括第一可控光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備，用于以第一偏轉(zhuǎn)角(ΘI)或第二偏轉(zhuǎn)角(Θ 2)偏轉(zhuǎn)輻射束。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的切割裝置，還包括用于控制所述第一可控光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備的控制設(shè)備，所述控制設(shè)備適于使得所述第一可控光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備以與脈沖輻射束的脈沖重復(fù)頻率(FP)的一半相等的切換頻率(FS)在所述兩個偏轉(zhuǎn)角之間切換。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切割裝置，還包括第二可控光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備，用于在第一極限偏轉(zhuǎn)角(ΘI)和第二極限偏轉(zhuǎn)角(Θ 2)之間的范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)第二輻射束。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的切割裝置，還包括用于控制所述第二可控光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備的控制設(shè)備，所述控制設(shè)備適于使得所述第二可控光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備以與所述脈沖輻射束的脈沖重復(fù)頻率(FP)除以整數(shù)(N)相等的掃描頻率執(zhí)行在所述兩個極限偏轉(zhuǎn)角之間的掃描，其中所述整數(shù)(N)等于2或更大。20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切割裝置，其中，所述主分裂設(shè)備適于將所述脈沖輻射束分裂成用于切割溝槽的所述第一輻射束、用于切割縫隙的所述第二輻射束以及用于切割溝槽的第三輻射束。21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切割裝置，適于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，所述第三輻射束處于非工作狀態(tài)，所述第一輻射束位于所述第二輻射束的前側(cè)；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，所述第一輻射束處于非工作狀態(tài)，所述第三輻射束位于所述第二輻射束的前側(cè)。22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切割裝置，其中，所述主分裂設(shè)備適于將光束分裂成用于切割溝槽的所述第一輻射束、用于切割縫隙的所述第二輻射束以及用于后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。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的切割裝置，其中，在基本橫向于切割方向的方向上沿著切割道偏轉(zhuǎn)所述第三輻射束。24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的切割裝置，其中，第一可控光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備配置為在基本平行于切割方向的方向上或基本橫向于切割方向的方向上可控地偏轉(zhuǎn)所述輻射束。25.根據(jù)權(quán)利要求24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(zhuǎn)設(shè)備，用于在正交方向上連續(xù)地、可控地偏轉(zhuǎn)所述輻射束。
【文檔編號】H01L21/67GK106067432SQ201610244513
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月18日 公開號201610244513.6, CN 106067432 A, CN 106067432A, CN 201610244513, CN-A-106067432, CN106067432 A, CN106067432A, CN201610244513, CN201610244513.6
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