CN101657292B - 激光加工 - Google Patents

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Abstract

一种在基片中激光加工出形迹的方法，该方法包括：用脉冲激光沿扫描线加工基片，使得连续脉冲81在基片上不重叠，而是或者连续的，或者分隔开的。沿扫描线进行的各次后续激光扫描中的脉冲82、83、84相对于先前扫描中的脉冲81、82、83的起始点偏移，使得多次连续的激光扫描提供到达所需深度的加工，同时随着每次激光扫描的进行，形迹的边缘91、92、93、94逐渐平滑。

Description

激光加工
技术领域
本发明涉及激光加工，具体而言，涉及连续脉冲在被加工的基片上不重叠的脉冲激光加工。
背景技术
利用本领域的固态激光器的激光微加工，通常包括利用具有检流计扫描器的激光器来将聚焦激光束定位到待加工的晶片或基片的表面上。通常，这些激光器以30至200kHz的重复率工作，并且以一定速度进行扫描，使得各个聚焦的激光光斑重叠到一定程度，从而形成浅沟道或划线。如图1所示，以这种方式利用多线或多道次11，来切穿(cutthrough)或切片(dice)，即分离出(singulate)，半导体装置12。例如，在EP1328372中对这种处理进行了描述。
这种激光切片是通过用激光束在基片上进行扫描来实现的。通常，利用激光切片时，如图2所示，通过用激光束以特定扫描速度扫描，从而使脉冲之间有相当大的重叠，来将连续的相邻脉冲21设置成具有一定的重叠。在许多道次11中重复进行扫描，直至基片被彻底切穿。如图3所示，这使得切片具有相对平滑的边缘31。如图4和图5所示，如果减小各脉冲41的重叠，则切片看起来可能具有“圆齿状的”边缘51。
此外，如图6所示，当激光脉冲61熔化材料62时，产生碎屑的羽烟63。如果后续的脉冲64与该碎屑羽烟63相互作用，则后续的激光脉冲64被部分削弱，因为碎屑羽烟吸收后续的激光脉冲的部分能量。
本发明的目的是至少改善现有技术中的上述缺点。
发明内容
根据本发明，提供了一种在基片中激光加工出形迹(feature)的方法，该方法包括：在第一次扫描中，以脉冲激光沿扫描线加工基片，使得在基片上的激光脉冲串中的连续脉冲之间的中心到中心的空间距离至少等于该连续脉冲的半径之和，以使得连续脉冲在基片上不重叠，而是或者连续的，或者彼此分隔开的；以及，利用后续的激光扫描沿扫描线进行加工，该后续的激光扫描相对于先前扫描的起始点沿扫描线偏移，使得多次连续的激光扫描提供到达所需深度的加工，同时平滑形迹的边缘。
优选地，连续脉冲在基片上充分分离开，使得激光脉冲产生的羽烟基本上不会从后续脉冲吸收能量。
便利地，该方法包括以200kHz至300kHz的脉冲重复率进行加工。
有利地，该方法包括对基片完全切片(completedicing)，或在基片上槽切(slotcutting)。
有利地，该加工包括用于半导体切片的激光切片处理。
可替代地，该加工包括加工沟槽。
附图说明
现将通过举例的方式，参考附图来描述本发明，在附图中：
图1是示出在基片上进行连续的激光扫描以形成沟槽的示意性横向剖面图；
图2是根据现有技术的基片上的激光脉冲的示意性平面视图，其中，后续的激光脉冲与在前的脉冲充分重叠；
图3是利用图2的激光脉冲模式(pattern)加工出的沟槽的边缘的示意性平面视图；
图4是后续脉冲与在前的脉冲的重叠程度小于图2的脉冲模式的情况下的基片上的脉冲的示意性平面视图；
图5是利用图4的激光脉冲模式加工出的沟槽的边缘的示意性平面视图；
图6是利用如图2和图3中的充分重叠的激光脉冲对基片进行激光加工的横向剖面图；
图7是根据本发明的利用基本上不重叠的脉冲对基片进行的激光加工的横向剖面图；
图8是根据本发明的利用图7的实质上不重叠的脉冲对基片进行脉冲连续偏移扫描的示意性平面视图；
图9是利用图8的连续偏移扫描加工出的沟槽的边缘的示意性的逐次的平面视图；以及
图10是在使用和不使用如图8中所示的对连续扫描的偏移这两种情况下的理论加工速度相对于脉冲重叠的曲线图。
在各附图中，使用相似的附图标记来表示相似的部分。
具体实施方式
本文中使用了以下定义：
重复率(Repetitionrate)，R：每秒钟从激光器发射的脉冲的个数。
扫描速度(ScanSpeed)，Vg：检流计的扫描速度。
线性重叠(LinearOverlap)，O：在基片处的连续脉冲的中心之间的重叠长度，以微米为单位。
切口直径(Kerfdiameter)，K：由激光脉冲形成的具体沟道或形迹(feature)的直径。
脉冲间距(Pulsespacing)，S：在基片上单次扫描的连续脉冲之间的中心到中心的距离。
偏移抖动(Offsetdither)，D：在多道次切割处理中，由相继的扫描形成的相应脉冲之间的中心到中心的距离。
扫描次数(NumberofScans)，N：切穿基片所需进行的连续扫描的次数。
参考图7，在根据本发明的方法中，连续的脉冲71、74被充分间隔开，使得当前脉冲74与由前一个脉冲71产生的羽烟73之间实质上不存在相互作用。由于前一个脉冲的羽烟没有吸收脉冲的能量，所以从基片72上去除材料的总的材料去除率增大。
如果沿相同扫描线进行连续扫描的脉冲被定位在与前一次扫描相同的位置，则会产生圆齿状的芯片边缘，因此根据本发明提出一种策略，通过偏移/抖动激光束的每道次的开始位置，来平滑芯片边缘。
参考图8和图9，为了平滑利用脉冲81以零重叠策略进行的第一次扫描所产生的圆齿状的边缘91，激光束的各连续道次82、83、84都分别与前一道次81、82、83相偏离。通过这种方式，每个道次之后所产生的扫描形迹的边缘92、93、94逐渐变直。
因此，本发明提供了一种能够改善边缘质量、提高生产能力并改善碎屑控制的用于对半导体基片进行激光划片、激光切片或激光加工的方法，该方法利用多道次加工，在每一单独的道次中，脉冲的空间分布是不重叠的，但后续的道次中的脉冲都与在前的道次中的脉冲相偏离。这种零重叠的激光加工实质上防止脉冲与羽烟的相互作用，因此实质上消除了由于前一个脉冲产生的羽烟对后续脉冲造成的任何能量损耗。
这样，在根据本发明的激光加工处理中，利用脉冲激光沿着待加工的方向进行空间扫描。激光的多次扫描被用于形成划线形迹或贯穿形迹。脉冲的扫描速度Vg和重复率R被设置成使得脉冲不重叠。已经发现，200kHz至300kHz的重复范围是适合的。通过同步从激光器发射的脉冲和利用从激光器发射的脉冲的时间延迟，将激光器的各次扫描在空间上定位成与在前的扫描相重叠。
这种处理产生以下有益效果：
·改善了侧壁质量
·增强了芯片强度
·减少了弹跃的碎屑
·提高了生产能力
实例
下表1中描述了所使用的激光器参数。激光器以710kHz运行，在晶片处给出～60μJ的脉冲能量。扫描速度在500mm/s至3500mm/s的范围内变化，以给出80％至-50％范围的重叠程度。重叠程度由熔化斑点的直径(～14μm)决定的，而不是由理论上的斑点的直径(～8μm)决定的。
75μm的晶片被切片，如表2所示，确定了在每种重叠程度下切穿的道次数。在每种情况下测量加工速度。图10中的曲线图101显示，随着重叠百分比的减小或随着连续脉冲间隔的增大，加工速度几乎线性增大。相信这主要是因为如上所述的脉冲与羽烟的相互作用的减少所致。也可能是因为，由于重叠程度减少并且边缘变成“圆齿状的”，总体去除的材料较少。如果该处理被调整成使连续的道次偏移，以产生圆齿较少的边缘，那么会发现加工速度的增长变得稍微不那么显著，如图10中的线102所示。
参数 设置
当前 92％
热轨迹 1850
重复率 170kHz
面板功率 13.6W(170kHz)
晶片级功率 10.3W(170kHz)
脉冲能量 60μJ
脉冲宽度 40ns
光束直径 7mm
(计算出的)点的尺寸 8.4um
平均功率密度 18MW/cm2
能量密度 108J/cm2
峰值功率密度 2.7GW/cm2
表1-激光器参数
表2-切片实验
因此，已经举例说明了根据本发明的零重叠的切片能够更有效地将材料从晶片上去除。每个脉冲的深度随着重叠的减小而增大，因为碎屑羽烟对脉冲的衰减减小了。为了确保产生平滑的芯片边缘，采用了后续的道次中的脉冲与在前的道次相偏离的策略。
尽管在基片中加工沟槽尤其是用于对半导体基片进行切片这方面描述了本发明，但应理解，本发明可应用于在目前利用重叠脉冲的情况下激光加工其他形迹，例如，用于从基片加工结晶锭(ingot)。

Claims (5)

1.一种在基片中激光加工形迹的方法，包括：
a.在第一次扫描中，用脉冲激光沿直线扫描线加工所述基片，使得在所述基片上的激光脉冲串中的连续脉冲是连续的；以及
b.用后续的激光扫描沿同一扫描线进行加工，该后续的激光扫描相对于在前的扫描的起始点沿所述扫描线偏移，使得多次连续的激光扫描与沿所述同一扫描线的在前的扫描的脉冲相重叠，以提供到达所需深度的加工，同时平滑所述形迹的边缘；
c.其中，激光脉冲产生的羽烟不从后续脉冲吸收能量；以及
d.其中，所述扫描次数被选择成提供所述形迹的非圆齿状的边缘。
2.如权利要求1所述的方法，包括以200kHz至300kHz的脉冲重复率进行加工。
3.如权利要求1所述的方法，包括对所述基片的完全切片或在所述基片上槽切。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述的加工包括用于半导体切片的激光切片处理。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述的加工包括加工沟槽。
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