激光加工制造技术

基板（３０）用一个具有存储激光切割方案文件的相关存储器的程序控制脉冲激光束（３５）装置切割。该文件包括了脉冲速率Δｔ，脉冲能量密度Ｅ和脉冲空间重叠中的选定组合来加工基板的一个单层或不同层（３１，３２，３３，３４）上不同类型的材料，同时限制了对层的损伤并将加工速率最大化来产生具有预定模片强度和产量的模片。该文件还包含了与用选定组合切穿对应层所必须的扫描次数相关的数据。该基板用选定组合进行切割。惰性气体或活性气体的气体处理装置被提供以在切割之前，之中或之后来防止或引起基板上的化学反应。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基板的程序控制切割，具体来说，但不限于使用脉冲激光器的半导体基板。
技术介绍
晶片切割是装配过程中所有后续操作的封装装配的一个重要方面。晶片切割传统上是通过用机械锯(mechanical saw)切割晶片来完成的。使用机械锯具有如低产量、碎屑和裂纹等缺点。薄晶片由于导致低模片(die)强度的锯在晶片中引入的应力而不能被加工。半导体基板被切割时产生的模片强度是一个重要因素，因为较低的模片强度会降低可靠性。增加模片强度将破损和微裂纹的产生最小化，并增加装置的可靠性。
技术实现思路
根据本专利技术的第一实施方案，提供一种使用脉冲激光器来程序控制切割包括至少一层的基板的方法，该方法包括步骤提供程序控制工具和相关的数据存储工具用于控制脉冲激光器；在相关的数据存储工具中提供一个包含激光在基板上产生脉冲的脉冲速率，脉冲能量和脉冲空间重叠(spatial overlap)的至少一个选定组合的激光切割方案文件来限制对各自的至少一层的损伤，同时使对至少一层的加工速率达到最大；当脉冲激光器按照存储在激光切割方案文件中的各自的至少一个组合运行时，在激光切割方案文件中提供代表切断各自至少一层所需的脉冲激光的各自至少一层的至少一选定的数个扫描的数据；和在激光切割方案文件驱动的程序控制工具的控制下使用激光以各自的至少一选定的数个扫描来扫描所述至少一层，以至少有利于对基板的切割，从而使得到的模片至少具有预定的模片强度和可使用的模片产量至少相当于预定的最小产量。优选地，对于所述至少一个层的每个，提供激光切割方案文件的步骤包括改变脉冲速率、脉冲能量、脉冲空间重叠的组合的至少一个，来提供一个各自的组合；测量使用各自组合的各自层的切割速率；检查该层，来确定损伤是否被限制在预定的范围；切割基板并且测量得到模片的产量；测量得到模片的模片强度；生成切割速率达到最大的选定组合的激光切割方案文件，同时产生至少具有预定最小产量的可使用模片的产量，和模片至少具有预定的模片强度；使用选定组合扫描至少一个层，以确定切断该层所需的多个扫描；和将选定的数个扫描存储在激光切割方案文件中。方便地，模片强度使用韦氏(Weibull)模片强度测试来测量。优选地，使用激光扫描至少一层的步骤包括提供一个基于检流计的(galvanometer-based)扫描仪。方便地，使用激光扫描至少一层的步骤包括提供一个远心扫描透镜用于将来自激光器的激光束横穿基板扫描，和提供激光切割方案文件的步骤包括的步骤有绘制在远心扫描透镜焦平面上接收的激光能量密度，以使用脉冲的脉冲速率，脉冲能量和脉冲空间重叠的选定组合产生远心扫描透镜视野范围内的激光能量密度图；将激光能量密度图作为阵列存储在存储工具中；和使用激光能量密度图用控制工具来修改选定组合的脉冲重复率和脉冲能量中的至少一个来在基板上在视野范围内的扫描点生产恒定的激光能量密度。方便地，绘制激光能量密度的步骤包括使用激光功率仪来测量远心透镜视野范围内代表位置上的激光能量密度。有利地，提供选定组合的步骤包括提供限制各自层材料热负荷的选定组合来将机械应力限制在预定的最大值。方便地，所述选定组合被用于少于扫描中与其对应的选定多个，以加工将被切削的层，且该层被扫描以进行进一步的扫描直到所述的选定多个，该选定多个所用的组合将不明显地加工下一层，使得基本上没有加工出现在所述下一层，这样在将被切割的所述层被切割后，激光将继续扫描所述基板。优选地，该方法包括通过要切的层为基板划线，用于基板的后续机械切割。方便地，当该基板包括一个有源(active)层，提供选定组合以限制对至少一层的损伤的步骤包括提供没有明显影响有源层中有源器件后续操作的选定组合。优选地，提供没有明显影响有源层中有源器件后续运行的选定组合的步骤包括提供一个组合，其没有引起明显裂缝通过有源层扩展。方便地，提供选定组合的步骤包括步骤提供一个初始组合，在此，激光以没有因环境温度下的热冲击而引起明显的裂缝扩展(crackpropagation)的初始速率加工基板，并且这样基板的温度通过加工，在由激光对基板的预定多个扫描后升高到环境温度以上的升高的温度；和提供一个工作组合，在此，激光以高于初始速率的工作速率加工基板，其没有由于升高温度的热冲击引起的明显的裂缝扩展；和加工基板的步骤包括使用用于至少预定数个扫描的初始组合加工基板的初始深度；和用工作组合加工基板剩余深度的至少一部分。有利地，多个扫描中至少第一个的能量低于多个扫描的随后扫描的能量，从而使表面微裂纹的产生少于在其它情况下可能产生的。有利地，数个扫描中至少最后一个的能量低于数个扫描的前面扫描的能量，从而使基板后侧的碎片少于在其它情况下产生的碎屑。有利地，数个扫描的能量在扫描之间变化，有利于去除切割基板过程中产生的碎片，方便地通过随着加工深度的增加来增加激光能量以从切割路线去除碎片。有利地，该方法还进一步包括步骤提供气体处理工具为基板提供气态环境；在基板切割之前，期间和之后的至少一个过程中使用气体环境来控制基板的化学反应，从而加强所得模片的强度。方便地，提供气体处理工具的步骤包括提供一个气体释放头(delivery head)工具，用来给基板切割区域基本一致地传输气体，便于基本一致地切割基板。有利地，提供气体处理工具的步骤包括提供工具来控制流速、浓度、温度，气体种类和各种气体混合中的至少一个。方便地，提供气体环境的步骤包括了提供一个惰性气体环境用来基本上防止模片壁在加工过程中的氧化。可选地，提供气体环境的步骤包括提供活性气体环境。方便地，提供活性气体环境的步骤包括用活性气体侵蚀模片壁来减少壁的表面粗糙度并因此改进模片强度。优选地，提供活性气体环境的步骤包括用活性气体来侵蚀模片壁来有效地去除在加工过程中产生的热影响区域，并因此改进模片强度。有利地，提供活性气体环境的步骤包括减少加工过程中产生的粘到模片表面的碎屑。方便地，该方法还包括在切割后用有足够能量的激光扫描所得模片的边缘来加热所得模片的侧壁，从而降低其表面粗糙度并因此增加所得模片的强度。方便地，该方法用来生产带圆角的模片，通过用基于检流计的扫描仪在模片的角上沿着的弯曲轨迹扫描激光束，其中选定组合用来保持围绕模片整个周边在连续激光脉冲之间选定的脉冲空间重叠。方便地，选定组合用来在模片的拱形部分或拐角上传输脉冲，使得在拱形模片边缘或拐角上基本上不会出现产生缺陷的过度切割或切割不足。有利地，本方法在激光扫描过基板的过程中通过改变切割路线的宽度来形成具有在远离激光束方向中向内呈锥形的拱形侧壁的锥形切割路线，其中选定组合被修改来提供一个精细控制的锥形和光滑模片侧壁，并因此增加了所得模片的模片强度。方便地，该激光器是一个Q-开关(Q-switched)激光设备。优选地，从激光器中发出的激光束被旋转镜所引导。方便地，该基板安装在传送带上且激光最终扫描能量被控制来基本上防止损伤传送带。优选地，该传送带对紫外线辐射基本上透明。有利地，该传送带以聚烯烃为基体。根据本专利技术的第二个方面，提供的基板程序控制切割装置包括至少一层，该装置包括一个脉冲激光器；用激光切割方案文件来控制脉冲激光器的程序控制工具和相关数据存储工具，激光切割方案文件存储在数据存储工具中，激光在基板上产生的脉冲的脉冲速率，脉冲能量和脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用脉冲激光器用以程序控制切割包括至少一层基板的方法，该方法包括步骤：ａ．提供程序控制工具和相关的数据存储工具用于控制所述脉冲激光器；ｂ．在相关的数据存储工具中提供由激光在基板上产生的脉冲的脉冲速率，脉冲能量和脉冲空间重 叠的至少一个选定组合的激光切割方案文件来限制对所述各自至少一层的损伤，同时使对至少一层的加工速率达到最大；ｃ．当所述脉冲激光器按照存储在所述激光切割方案文件中的所述各自至少一个组合运行时，在所述激光切割方案文件中提供代表切断所述各自 至少一层所需的脉冲激光的所述各自至少一层的至少一选定多个扫描的数据；和ｄ．在所述激光切割方案文件驱动的所述程序控制工具的控制下使用所述激光，以所述各自至少一选定多个扫描来扫描所述至少一层，以至少有利于对基板的切割，从而使得到的模片具 有至少预定的模片强度和可使用的模片产量至少等于预定的最小产量。

【技术特征摘要】
IE 2002-4-19 S2002/0289;GB 2002-10-28 0225033.01.一种使用脉冲激光器用以程序控制切割包括至少一层基板的方法，该方法包括步骤a.提供程序控制工具和相关的数据存储工具用于控制所述脉冲激光器；b.在相关的数据存储工具中提供由激光在基板上产生的脉冲的脉冲速率，脉冲能量和脉冲空间重叠的至少一个选定组合的激光切割方案文件来限制对所述各自至少一层的损伤，同时使对至少一层的加工速率达到最大；c.当所述脉冲激光器按照存储在所述激光切割方案文件中的所述各自至少一个组合运行时，在所述激光切割方案文件中提供代表切断所述各自至少一层所需的脉冲激光的所述各自至少一层的至少一选定多个扫描的数据；和d.在所述激光切割方案文件驱动的所述程序控制工具的控制下使用所述激光，以所述各自至少一选定多个扫描来扫描所述至少一层，以至少有利于对基板的切割，从而使得到的模片具有至少预定的模片强度和可使用的模片产量至少等于预定的最小产量。2.如权利要求1中所述的方法，其中为所述至少一层的每一层提供激光切割方案文件的步骤b和c包括的步骤有b1.改变脉冲速率、脉冲能量、脉冲空间重叠的至少一个组合，来提供一个各自组合；b2.测量使用所述各自组合的所述各自层的切割速率；b3.检查所述层，来确定损伤是否被限制在预定的范围；b4.切割基板并且测量所述得到的模片的产量；b5.测量得到模片的模片强度；b6.生成使切割速率达到最大的选定组合的激光切割方案文件，同时产生至少具有所述预定最小产量的可使用的模片的产量，和所述模片至少具有所述预定的模片强度；c1.使用所述选定组合扫描至少一层，以确定切断所述层所需的多个扫描；和c2.将所述选定的多个扫描存储在所述激光切割方案文件中。3.如权利要求2中所述的方法，其中所述模片强度用韦氏模片强度测试来测量。4.如权利要求1到3中任何一个所述的方法，其中使用激光扫描所述至少一层的所述步骤d包括提供一个基于检流计的扫描仪。5.如权利要求1到4中的任何一项权利要求中所述的方法，其中，使用所述激光扫描所述至少一层的步骤包括提供一个远心扫描透镜用于将来自激光器的激光束横穿基板扫描，和提供激光切割方案文件的步骤包括的步骤有d1.绘制在所述远心扫描透镜焦平面上接收的激光能量密度，以使用脉冲的脉冲速率，脉冲能量和脉冲空间重叠的选定组合产生远心透镜视野范围内的激光能量密度图；d2.将所述激光能量密度图作为阵列存储在存储工具中；和d3.使用所述激光能量密度图用控制工具来修改选定组合的脉冲重复率和脉冲能量中的至少一个以在基板上在视野范围内的扫描点生产恒定的激光能量密度。6.如权利要求5中所述的方法，其中绘制激光能量密度的步骤包括使用激光功率仪来测量远心透镜的视野范围内代表位置上的激光能量密度。7.如前面任何一项权利要求中所述的方法，其中提供选定组合的步骤包括提供限制各自层材料的热负荷的选定组合来将机械应力限制在预设的最大值以内。8.如前面任何一项权利要求中所述的方法，其中所述选定组合被用于少于扫描中与其对应的选定多个，以加工将被切削的层，且该层被扫描以进行进一步的扫描直到所述的选定多个，该选定多个所用的组合将不明显地加工下一层，使得基本上没有加工出现在所述下一层，这样在将被切割的所述层被切割后，激光将继续扫描所述基板。9.如权利要求8中所述的方法，用于通过将被切割的层来对基板划线用于对基板的后续机械切割。10.如前任何一项权利要求中所述的方法，其中，该基板包括一个有源层，其中，提供选定组合以限制对至少一层的损伤的步骤包括提供没有明显影响有源层中有源器件后续工作的选定组合。11.如权利要求10中所述的方法，其中提供没有明显影响有源层中有源器件后续运行的选定组合的步骤包括提供一个组合，其没有引起明显裂缝通过有源层扩展。12.如前面任何一项权利要求中所述的方法，其中提供选定组合的步骤包括b7.提供一个初始组合，在此，所述激光以没有造成因环境温度下的热冲击而引起的明显的裂缝扩展的初始速率加工基板，并且这样的基板的温度通过加工，在由激光对基板的预定多个扫描后升高到环境温度以上的升高的温度；b8.和提供一个工作组合，在此，激光以高于初始速率的工作速率加工基板，其不造成由于在升高的温度下的热冲击引起的明显的裂缝扩展；和加工基板的步骤d包括d4.使用用于至少预定多个扫描的初始组合来加工基板的初始深度；和d5.用所述工作组合加工基板剩余深度的至少一部分。13.如前任何一项权利要求中所述的方法，其中多个扫描中至少第一个的能量低于多个扫描的随后扫描的能量，从而使表面微裂纹的产生少于在其它情况下可能产生的。14.如前任何一项权利要求中所述的方法，其中多个扫描中至少最后一个的能量低于多个扫描的前面扫描的能量，从而使基板后侧的碎片少于在其它情况下产生的碎屑。15.如前任何一项权利要求中所描述的方法，其中多个扫描的能量在扫描之间变化，有利于去除切割基板过程中产生的碎片，方便地通过随着加工深度的增加来增加激光能量以从切割路线去除碎片。16.如前任何一项权利要求中所述的方法，还包括了以下步骤e.提供气体处理工具为基板提供气体环境；f.在基板切割之前，期间和之后的至少一个过程中使用气体环境来控制与基板的化学反应，从而加强所得模片的强度。17.如权利要求16中所述的方法，其中提供气体处理工具的步骤包括提供气体释放头工具，用来给基板切割区域基本一致地传输气体，便于基本一致地切割基板。18.如权利要求16或17中所述的方法，其中提供气体处理工具的步骤包括提供工具来控制流速、浓度、温度，气体种类和各种气体混合中的至少一个。19.如权利要求16到18中任何一项中所述的方法，其中提供气体环境的步骤包括提供一个惰性气体环境用来基本上防止模片壁在加...

【专利技术属性】
技术研发人员：A博伊尔，O梅甘，
申请(专利权)人：XSIL技术有限公司，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]