使一工件中具有延伸深度虚饰的激光切割制造技术

用于激光切割的系统及方法借助以下方式于一基板或工件中提供延伸深度虚饰：聚焦一激光光束，而使该光束利用一波导自聚焦效应进入该工件中，以沿一延伸至该工件内的通道造成内部晶体损伤。可利用不同的光学效应来促进波导自聚焦效应，例如工件材料中的多光子吸收、工件材料的透明度、以及聚焦激光的像差。激光光束可具有一波长、脉波持续时间、及脉波能量，例如以透射过该材料并在该材料中提供多光子吸收。亦可使用一具有像差的聚焦激光光束来提供足以将有效景深(DOF)延伸进入该工件内的一纵向球面像差范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使一工件中具有延伸深度虚饰的激光切割【相关申请案的交叉申请】本申请案是于2010年12月7日提出申请的美国专利申请案第12/962，050号的一部分接续申请案，该美国专利申请案主张于2009年12月7日提出申请的美国临时专利申请案第61/267，190号的权利，该美国专利申请案及该美国临时专利申请案以引用方式并入本文中。
本专利技术是关于激光加工，更具体而言，是关于使一工件中具有延伸深度虚饰的激光切割。
技术介绍
激光通常用于切割或划刻一工件(例如一基板或半导体晶圆)。例如在半导体制造中，一激光常常用于切割一半导体晶圆的工艺，而使由该半导体晶圆制成的各个器件(或晶粒)彼此分离。晶圆上的各晶粒是借助隔道(street)而被隔开，且可使用激光沿隔道切割该晶圆。可使用一激光完全切断晶圆，或不完全切断晶圆并借助在穿孔点处断开晶圆而将晶圆的剩余部分分开。例如当制造发光二极管(light emitting d1de ；LED)时，晶圆上的各个晶粒对应于LED。 随着半导体器件的尺寸日益减小，可在单个晶圆上制成的此等器件的数目增多。每个晶圆的器件密度增大会增大产量并相似地降低制造每一器件的成本。为增大此密度，期望尽可能紧密地制造此等器件。半导体晶圆上的器件定位越紧密，各器件间的隔道便越窄。因此，激光光束被精确地定位于更窄的隔道内且应在对器件造成最小损伤或不造成损伤的条件下切割晶圆。 根据一种技术，一激光可被聚焦至基板或晶圆的一表面上以烧蚀材料并达成一局部切割。激光切割可对一半导体晶圆执行，例如，对晶圆的上面形成有器件的正面执行(被称为正面切割(front-side scribing ;FSS)),或对晶圆的背面执行(被称为背面切割(back-side scribing ;BSS))。尽管该等技术有效,然而其亦具有缺点。该二工艺常常会导致大量碎屑产生且常常需要进行涂覆及冲洗工艺以除去或减少碎屑。背面切割常常使用一更宽的切口及更宽的热影响区(heat affected zone ;HAZ),此会导致发热,进而可造成外延损伤及光损失。 根据另一种常常被称为隐形切割(stealth scribing)的技术，可借助一高数值孔径(numerical aperture ；NA)透镜(例如，ΝΑ>0.8)将一激光聚焦于一晶圆内部，以于材料内引起多光子吸收。高NA透镜提供一非常短的工作距离及非常小的景深(depth of field ；D0F)。此种工艺亦具有若干缺点。具体而言，隐形切割可能会限制晶圆的厚度，可能难以在翘曲的晶圆上执行，且在较厚晶圆上执行时可能要慢得多，乃因可能需要若干遍才能达成分离。隐形切割亦在晶圆的表面上提供一相对较大的光点大小(spot size)，此可妨碍在各晶粒间的狭窄隔道中执行正面切割或要求每一晶圆上具有更少的晶粒。因无法在晶圆内部获得所期望的焦点，隐形切割技术亦在加工具有DBR或金属反射膜的晶圆时存在问题。隐形切割亦需要昂贵的透镜及严格的焦点公差，且隐形切割设备通常具有更高的装备成本及年度维护成本。 【附图说明】 在结合附图阅读以下详细说明之后，将更佳地理解本专利技术的该等及其他特征及优点，在附图中: 图1为根据本专利技术实施例使一工件中具有延伸深度虚饰的一激光切割系统的一示意图； 图2为根据本专利技术实施例的一聚焦透镜的一示意图，该聚焦透镜用于聚焦一激光光束且使球面像差位于一衍射受限区域之外； 图3A为一透镜提供无球面像差的一近轴聚焦激光光束的一示意图； 图3B为一透镜被过度充填而超出一衍射受限区域以提供一具有像差的聚焦激光光束的一示意图，该激光光束具有足以将景深延伸进入一工件中的一纵向球面像差范围以及一受限的横向球面像差范围； 图3C为一透镜被过度充填而进一步超出一衍射受限区域以提供一具有像差的聚焦激光光束的一示意图，该激光光束具有一更大纵向及横向球面像差范围； 图4A至图4C为一具有像差的聚焦激光光束相对于一工件的一表面位于不同焦点偏移位置的不意图； 图5A至图为一聚焦激光光束以不同焦点偏移量及不同球面像差量自一具有60毫米(mm)焦距的三元透镜进入250微米厚的蓝宝石的示意图； 图6A至图6D为一聚焦激光光束以不同焦点偏移量及不同球面像差量自一具有54毫米焦距的二元透镜进入250微米厚的蓝宝石的示意图； 图7A至图7D为一聚焦激光光束以不同焦点偏移量及不同球面像差量自一具有25毫米焦距的三元透镜进入120微米厚的蓝宝石的示意图； 图8为显示一蓝宝石基板的一表面的一照片，该表面具有一系列烧蚀孔，该等烧蚀孔是借助根据本专利技术一实施例的一种方法而形成； 图9为显不一蓝宝石基板的一侧的一照片，该侧具有自烧蚀孔延伸的一系列延伸虚饰，该等延伸虚饰是借助根据本专利技术一实施例的一种方法形成； 图1OA及图1OB为根据本专利技术一实施例具有一工件定位台的一激光加工系统的不意图，该工件定位台分别位于一对齐位置及激光加工位置； 图11为根据本专利技术一实施例的背面切割的一侧视不意图,其中一激光光束与一半导体晶圆上的隔道进行相对侧对齐； 图12A及图12B为根据本专利技术一实施例的双面切割的侧视不意图,其中一激光光束与一较浅的背面划痕进行相对侧对齐；以及 图13为根据本专利技术另一实施例的一用于以延伸深度虚饰及一细长光束光点进行切割的激光切割系统的一不意图。 【具体实施方式】 根据本专利技术的实施例，用于激光切割的系统及方法借助以下方式在一基板或工件中提供延伸深度虚饰:聚焦一激光光束，而使该光束利用一波导自聚焦效应而进入该工件中，以沿一延伸至该工件中的通道造成内部晶体损伤。可利用不同的光学效应(例如，工件材料中的多光子吸收、工件材料的透明度、以及聚焦激光光束的光学像差)来促进波导自聚焦效应。该激光光束可具有一波长、脉波持续时间、及脉波能量，例如以至少部分地透射过材料并在材料中提供多光子吸收。亦可使用一具有像差的聚焦激光光束来提供足以将有效景深(cbpth of field ；D0F)延伸进入工件中的一纵向球面像差范围。 产生延伸深度虚饰的激光切割可用于切割工件(例如基板或半导体晶圆)，例如以使晶粒分离。根据一种应用，本文所述的激光加工系统及方法可用于加工半导体晶圆，以分离用于形成发光二极管(light emitting d1de ；LED)的晶粒。产生延伸深度虚饰的激光切割可用于对不同厚度的半导体晶圆进行背面切割及/或正面切割。可借助选择能使得至少部分地透射过材料并在材料中产生多光子吸收的激光参数及光学参数而以延伸深度虚饰切割不同材料。具体而言，本文所述的方法可用于切割蓝宝石、硅、玻璃、及其他能够使一激光光束至少部分地穿透材料并同时被充分吸收以造成晶体损伤的基板或材料。产生延伸深度虚饰的激光切割亦可较佳地用于例如具有不透明涂层的工件上，乃因一初始烧蚀可切透该不透明涂层。 本文所用术语“加工”是指任何使用激光能量改变一工件的动作，且“切割”是指借助在工件上扫描激光而加工一工件的动作。加工可包含但不限于工件表面的材料烧蚀及/或工件内部的材料晶体损伤。切割可包含一系列烧蚀或晶体受损区域而无需连续的一行烧蚀或晶体损伤。本文所用术语“延伸深度虚饰”是指由于激光能量以及工件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光切割一工件的方法，该方法包含：产生具有数个超短脉波的一激光光束，该等超短脉波具有小于1纳秒(ns)的一脉波持续时间；以及聚焦该激光光束，而使一能量密度足以于一烧蚀区处烧蚀该基板的一表面且足以改变该工件中的一折射率，其中该光束利用一波导自聚焦效应(waveguide self‑focusing effect)穿透该烧蚀区而到达该工件内的一内部位置，以于该内部位置处对该工件的材料造成晶体损伤(crystal damage)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.16 US 13/422,1901.一种用于激光切割一工件的方法，该方法包含: 产生具有数个超短脉波的一激光光束，该等超短脉波具有小于I纳秒(ns)的一脉波持续时间；以及 聚焦该激光光束，而使一能量密度足以于一烧蚀区处烧蚀该基板的一表面且足以改变该工件中的一折射率,其中该光束利用一波导自聚焦效应(waveguide self-focusingeffect)穿透该烧蚀区而到达该工件内的一内部位置，以于该内部位置处对该工件的材料造成晶体损伤(crystal damage)。2.如权利要求1所述的方法，其中聚焦该激光光束是使用一透镜执行，该透镜具有一小于0.8的数值孔径。3.如权利要求2所述的方法，其中该透镜为一三元透镜(lenstriplet)。4.如权利要求2所述的方法，其中该透镜具有一至少25毫米(mm)的焦距。5.如权利要求2所述的方法,其中该透镜以一约400微米(μm)的焦深(focal depth)及一约3微米的切口宽度(kerf width)提供一有效聚焦性能(focusability)。6.如权利要求1所述的方法，其中该激光光束具有一波长，以于该工件的该材料内提供非线性多光子吸收(nonlinear multiphoton absorpt1n)。7.如权利要求6所述的方法，其中该材料为蓝宝石，且该波长是处于紫外光(UV)范围内。8.如权利要求7所述的方法，其中产生该激光光束包含产生至少一个脉波，该至少一个脉波具有一约60微焦耳(μ J)的脉波能量及一小于约10皮秒(ps)的脉波持续时间。9.如权利要求8所述的方法，其中产生该激光光束包含以一约33.3千赫(kHz)的重复率产生数个脉波，且更包含以处于一约70毫米/秒(mm/s)至90毫米/秒范围的一扫描速度于该工件上扫描该激光光束。10.如权利要求6所述的方法，其中该波长是处于红外光(IR)范围内。11.如权利要求6所述的方法，其中该材料为蓝宝石，该波长为约355纳米(nm)，且聚焦该激光光束是使用一 25毫米的三元透镜执行，该25毫米的三元透镜具有处于一约0.15至0.2范围的一工作数值孔径。12.如权利要求6所述的方法，其中该材料为蓝宝石，该波长为约355纳米，且聚焦该激光光束是使用一 60毫米的三元透镜执行，该60毫米的三元透镜具有处于一约0.05至0.1范围的一工作数值孔径。13.如权利要求1所述的方法，更包含以一扫描速度于该工件上扫描该激光光束，而使该激光光束的一系列脉波沿一切割线形成一系列烧蚀区及晶体受损内部位置。14.如权利要求1所述的方法，其中聚焦该激光光束是使用一透镜执行，该透镜具有一小于约0.5的数值孔径。15.如权利要求1所述的方法，其中聚焦该激光光束能提供一延伸景深(depthoffield)，以于进入该工件内至少约100微米的一深度造成晶体损伤。16.如权利要求1所述的方法，其中该激光光束是以进入该工件内的一延伸景深而聚焦于该工件的该表面上。17.如权利要求1所述的方法，其中该激光光束是以进一步进入该工件内的一延伸景深而聚焦于该工件的该表面下方的一焦点偏移(focus offset)处。18.如权利要求1所述的方法，其中聚焦该激光光束会引入球面像差(sphericalaberrat1n),该等球面像差具有一纵向球面像差范围，该纵向球面像差范围足以将该景深延伸进入该工件中。19.如权利要求18所述的方法，其中该激光光束是聚焦于该工件的该表面下方的一焦点偏移处。20.如权利要求18所述的方法，其中聚焦该激光光束包含:过度充填具有一衍射受限区域的一透镜的一孔径，而使该等球面像差被引入该衍射受限区域之外。21.如权利要求20所述的方法，其中该透镜被足够地过度充填，以提供将该景深延伸进入该工件中的该纵向球面像差范围、同时限制一横向球面像差范围。22.如权利要求18所述的方法，其中该激光光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·赛席尔，M·曼德思，M·汉诺，M·冯达都思仁，
申请(专利权)人：IPG微系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US