CN102233485B - 目标对象处理方法和目标对象处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能够利用激光束使目标对象自裂的目标对象处理方法和目标对象处理装置。所述目标对象处理方法包括：从激光束源产生激光束；校正所产生的激光束的发散角；以及通过将所述经校正后的激光束会聚到所述目标对象内部来形成光斑。通过校正所述激光束的所述发散角来调节所述光斑的形状或尺寸，通过所述光斑在所述目标对象内形成相变区域，并且所述目标对象以所述相变区域作为起始点来进行自裂。

Description

目标对象处理方法和目标对象处理装置

技术领域

本公开涉及一种目标对象处理方法和目标对象处理装置，具体地，涉及一种通过利用激光束使所述目标对象自裂(self-breaking)的目标对象处理方法和目标对象处理装置。

背景技术

近来，随着激光技术的发展，已经使用了利用激光束对诸如半导体衬底或LED衬底之类的目标对象进行划片或切割的方法，来将目标对象划分成多个芯片。通常，在使用激光束的划片方法中，通过将激光束照射到衬底的表面使划片线沿着预设的切割线首先形成在所述衬底上，然后通过对该衬底作用物理或热影响来对衬底进行裂片。

然而，在传统方法中，在切割所述衬底时，会产生细小的灰尘，从而对衬底的元件的特性产生不良影响。此外，在传统方法中，会形成较大面积的切割部分，并且，因此在将多个堆叠部分以高密度集成在单个晶片上时，受到限制。此外，当在衬底的表面上形成划片线时，由激光束所融化的衬底微粒会粘附到划片线的边缘。由于粘附的微粒被冷却时固化，因此不容易去除所粘附的微粒。因此，衬底的表面会不平整并且在对衬底进行裂片时会在不期望的方向上破裂。

作为使用激光束的划片方法之一，已经有已知的将激光束会聚到衬底上的方法。然而，为了将激光束照射到薄衬底上，需要精确地控制形成在衬底内的光斑的位置和形状。具体地，激光束具有其自身的发散角，并且即使使用相同种类的激光束源时发散角也会存在偏差，因此，利用传统的激光束传输系统难以形成适合对衬底内部进行处理的光斑。

另外，在上述传统方法中，在划片过程之后还需要单独的切割过程。在这个切割过程中，需要对衬底施加相当大的外力，从而使处理次数和处理时间增加并且导致成本增加。此外，如果没有精确地执行划片过程，则衬底会在不期望的方向上破裂或者在切割过程中切割面会出现缺陷。

发明内容

鉴于上面的情况，本公开提供一种通过利用激光束来使目标对象自裂的目标对象处理方法和目标对象处理装置。

根据本公开的第一实施例，提供一种能够利用激光束使目标对象自裂的目标对象处理方法。所述目标对象处理方法包括：从激光束源产生激光束；校正所产生的激光束的发散角；以及通过将所述经校正后的激光束会聚到所述目标对象内部来形成光斑。通过校正所述激光束的所述发散角来调节所述光斑的形状或尺寸，通过所述光斑在所述目标对象内形成相变区域，并且所述目标对象以所述相变区域作为起始点来进行自裂。

根据本公开的第二实施例，提供一种能够利用激光束使目标对象自裂的目标对象处理装置。所述目标对象处理装置包括：激光束源，所述激光束源能够产生激光束；光束整形模块，光束整形模块能够校正所述激光束的发散角；以及聚光透镜，所述聚光透镜能够将所述经校正后的激光束会聚到所述目标对象内部并且形成光斑；以及控制器，所述控制器与所述激光束源、所述光束整形模块以及所述聚光透镜相连接并且能够控制这些部件。通过校正所述激光束的所述发散角来调节所述光斑的形状或尺寸，通过所述光斑在所述目标对象内形成相变区域，并且所述目标对象以所述相变区域作为起始点来进行自裂。

本公开提供一种目标对象处理方法和目标对象处理装置，能够抑制会对元件特性有不良影响的细小灰尘的产生，防止衬底表面上产生不规则部分并且能够在单个晶片上以高密度集成多个堆叠部分。

此外，本公开提供一种目标对象处理方法和目标对象处理装置，能够处理衬底而不会降低衬底的元件特性。

此外，本公开提供一种目标对象处理方法和目标对象处理装置，通过校正激光束固有的发散角，能够形成适合处理衬底内部的激光束的光斑的形状和尺寸。

另外，本公开提供一种目标对象处理方法和目标对象处理装置，通过校正激光束固有的发散角，能够控制形成在衬底内的激光束发射强度分布(emissionintensityprofile)或者激光束的能量密度。

再者，本公开提供一种目标对象处理方法和目标对象处理装置，通过控制激光束的形状和尺寸，或者控制激光束的发射强度分布或者激光束的能量密度，能够有效地沿着特定方向切割衬底。

此外，本公开提供一种目标对象处理方法和目标对象处理装置，能够提供状态良好的切割表面并且能够抑制光亮度的下降。

附图说明

通过以下结合下面附图给出的描述可以更好地理解本公开。

图1是示意性地示出根据本公开一个实施例的目标对象处理装置的结构图；

图2是图1所示的目标对象处理装置的光学单元的剖视图；

图3是示意图，示出光斑的形状随着图2所示光学单元中的柱面凹透镜与柱面凸透镜之间的距离变化而变化；

图4是示意性地示出根据本公开另一个实施例的目标对象处理装置的结构图；

图5是示意图，示出光斑的形状随着图4所示光学单元中的球面凹透镜与第一柱面凸透镜之间的距离变化而变化；

图6是示意图，示出光斑的形状随着图4所示光学单元中的球面凹透镜与第二柱面凸透镜之间的距离变化而变化；

图7是示意图，示出光发射强度分布随着光斑的形状变化而变化；

图8是示意性地示出根据本公开一个实施例的目标对象处理装置的聚光点位置控制单元的结构图；

图9是示意性地示出根据本公开一个实施例的目标对象处理装置的聚光点位置控制单元的另一个结构图；

图10是示意性地示出根据本公开一个实施例的作为目标对象的例子的晶片的平面图；

图11是示出形成有相变区域的衬底的平面图；

图12是示出形成有两个相交的相变区域的衬底的横向剖视图；

图13是示出形成有相变区域的衬底的纵向剖视图；

图14是示出当激光束穿过透镜时对发散角的影响的示意图；

图15是示出应力集中根据相变区域的形状而变化的示意图；

图16是示出光斑形状与划片方向之间关系的示意图；

图17示出激光束光斑所形成的相变区域；

图18和图19是用来比较经自裂处理后的衬底与未经处理的衬底的实际照片；以及

图20是示出根据本公开一个实施例的堆叠部分的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。然而，应当注意的是本发明不限于所述实施例，而是可以以各种其它方式来实现。在附图中，省略了与说明书无关的部件以使说明简单，并且在整个文档中用相同的附图标记表示相同的部件。

在整个文档中，用于表明一个元件与另一个元件的连接或联结的术语“连接”或“联结”包括一个元件“直接地连接或联结到”另一个元件的情况和一个元件经过又一个元件“电连接或联结到”另一个元件的情况。此外，文档中所使用的术语“包括或具有”和/或“包括或具有”表示除了所描述的部件、步骤、操作和/或元件之外，不排除一个或多个其它部件、步骤、操作和/或元件的存在或增加。

在本公开中，术语“晶片”表示未被切割的衬底，术语“LED芯片”表示在切割晶片之后和在执行封装过程之前可以获得的LED芯片，术语“LED封装”表示已经经过封装过程的器件。此外，在本公开中，术语晶片或衬底的“表面”表示衬底的上表面，所述上表面上形成堆叠部分，术语晶片或衬底“后表面”表示作为所述表面相反侧的所述衬底的底面。

图1是示意性地示出根据本公开一个实施例的目标对象处理装置的结构图，图2是图1所示的目标对象处理装置的光学单元的剖视图。

在本公开的实施例中，目标对象处理装置1可以包括：安装台100，被构造用来在上面安置目标对象200；激光束源300，被构造用来产生激光束；光学单元400，被构造用来控制穿过光学单元400的激光束的特性和光学路径；控制器500，被构造用来控制各个部件；移动单元600；以及聚光距离调节单元700。

目标对象200可以包括晶片210和形成在晶片210表面上的堆叠部分(见图1)。目标对象200可以是，但不限于半导体衬底或LED衬底。举例而言，所述衬底可以是硅(Si)晶片、化合物半导体晶片、陶瓷半导体衬底、蓝宝石衬底、金属衬底和玻璃衬底。此外，LED可以是，但不限于单晶蓝宝石衬底、单晶ZnO衬底、单晶GaN衬底和单晶SiC衬底。如图1所示，在堆叠部分220朝向下(即，激光束入射到目标对象200的后表面上)的状态下支撑目标对象200。然而，也可以在堆叠部分220朝向上(即，激光束入射到目标对象200的前表面上)的状态下将目标对象200支撑在安装台100上。

目标对象200可以包括晶片210和形成在晶片210的表面上的堆叠部分220。堆叠部分220可以包括N-GaN层、P-GaN层、InGaN层、P电极层和N电极层中的一个或多个。

在制备LED芯片时，多个用于形成功能器件的氮化物层堆叠在诸如蓝宝石衬底之类的目标对象200上。氮化物层可以通过使用例如MOVCD(Metal-organicChemicalVaporDePosition，金属有机化学气相沉积)等方法的外延生长来形成。

图20(a)示出了N-GaN层221、InGaN层222、P-GaN层223顺序地堆叠在晶片210的表面上的状态。在刻蚀被堆叠的衬底200之后，用作与外部电源相连接的导线的P电极层224和N电极层225分别形成在P-GaN层223和N-GaN层221上。这里，N-GaN层221、InGaN层222、P-GaN层223、P电极层224和N电极层225构成用作功能器件的堆叠部分220(见图20(b))。

在堆叠部分220如上所述地形成在晶片210的表面上之后，沿着图20(b)中所示的预设的切割线L切割衬底200，从而可以获得LED芯片。可以避开堆叠部分220上的功能器件的同时画出预设的切割线L。

在上述实施例中，已经说明了通过MOCVD方法形成氮化物层的情形，但是本发明不限于此。氮化物层可以通过其它公知方法形成。

安装台100被构造用来在上面安置目标对象200，并且通过向上、向下和向前、向后移动目标对象200或者转动目标对象200而将目标对象200处理成所需的形状。

激光束源300被构造用来产生用于处理目标对象200的激光束，并且所产生的激光束经过在一系列沿着激光束源300的光轴方向布置的未示出的装置中进行的放大/缩小过程或者输出/极化方向调节过程，并且入射到光学单元400的柱面凹透镜上。在这种情况下，激光束源300的光轴可以与光学单元400的光轴在同一条线上对齐。

激光束源300可以是固体激光束源、气体激光束源或者液体激光束源。优选地，期望该激光束源300具有高斯光束分布。激光束源300可以是二氧化碳激光束、准分子激光束和DPSS(diodepumpedsolidstatelaser，二极管泵浦固体激光器)激光束中任意一个的激光束源。

所述激光束可以是脉冲型激光束，具体地，是短脉冲激光束。这里，所述短脉冲激光束是光脉冲周期在纳秒、皮秒或飞秒范围内的激光束，该短脉冲激光束能够高精度地处理薄衬底，并且对于在衬底内形成光斑特别有用。

光学单元400被构造用来调节穿过光学单元400的激光束的特性和光学路径。光学单元400可以包括光束整形模块410和聚光透镜430。

光束整形模块410被构造用来校正激光束的发散角，并且可以包括图2所示的柱面凹透镜411和柱面凸透镜412。

柱面凹透镜411位于光学单元400的上部并且被构造用来将从激光束源300产生的激光束发散。由于所述激光束与一般光束相比具有单一的波长和准直，因此所述激光束在其行进中不会漫射并且沿着与光轴平行的方向行进。然而，由于激光束也具有波的属性，因此它受到衍射的影响并且在某种程度上具有发散角。举例而言，对于气体激光束(例如二氧化碳激光束和氦氖激光束)来说，通常，发散角为约1毫弧度(0.05°)或更小。

对于球面凹透镜来说，激光束的X轴方向分量和其正交的Y轴方向分量都发散。然而，对于柱面凹透镜411来说，只有X轴方向分量和其正交的Y轴方向分量中的一个发射。举例而言，如图3所示，柱面凹透镜411可以只在激光束的X轴方向分量发散。

经过柱面凹透镜411发散的激光束穿过柱面凸透镜412，从而可以将激光束的发散角校正到所需的角度。

就是说，如果使用柱面凹透镜411和柱面凸透镜412，则对所述方向分量中的任何一个(例如，X轴方向分量)进行校正，因而对于光斑来说，只在一个方向(例如，X轴方向)上的尺寸改变了。举例而言，在目标对象的划片过程期间，如果沿着划片方向(即，预设切割线)对齐光斑的主轴，那么在光斑的主轴方向上可以不需要校正发散角。也就是说，通过在与预设切割线相垂直的方向(例如，光斑的次轴方向或光斑的宽度方向)上减小尺寸可以实现所需的效果，而在沿着预设切割线的方向(例如，光斑的主轴方向或光斑的长度方向)上减小尺寸是不利的，因此通过将柱面凹透镜411与柱面凸透镜412对齐到同一方向上，可以只在一个方向上校正发散角。

此外，通过调节柱面凹透镜411和柱面凸透镜412之间的距离，可以校正激光束的发散角，并且通过后面要描述的移动单元600可以改变柱面凹透镜411或柱面凸透镜412的位置。

波束整形模块410还包括光束遮挡器420。光束遮挡器420被构造用来阻止激光束的一部分穿过。举例而言，在光束遮挡器420的中心形成狭缝或开口，从而使激光束的中心部分能穿过并且使激光束的边缘部分被挡住。具有高斯光束分布的激光束的边缘部分强度不够大，因此会对目标对象200的堆叠部分220产生不良影响。

聚光透镜430将经校正后的激光束会聚到目标对象200内并且形成光斑P，由光斑P在目标对象200内形成相变区域T。如上所述，通过校正激光束的发散角可以改变光斑P的轴向尺寸。

控制器500执行与激光束源300相关的各种过程并且控制移动单元600以调节柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离，从而校正激光束的发散角。此外，控制器500控制后面要描述的聚光距离调节单元700，以调节光学单元400的聚光透镜430与光斑P之间的距离，即，所述光斑P在目标对象中的深度。

在这种情况下，控制器500可以控制聚光距离调节单元700，以便多个光斑P沿着纵向形成在目标对象200内。此外，控制器500可以控制聚光距离调节单元700，以便多个光斑P沿着横向方向形成在目标对象200内。

移动单元600通过调节柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离可以精确地控制从柱面凹透镜411发散的激光束的发散角。

在下文中，将参照图3对所述光学单元的工作进行详细说明。图3是示意图，示出光斑的形状随着图2所示光学单元中的柱面凹透镜与柱面凸透镜之间的距离的变化而变化。

从激光束源300产生的激光束入射到柱面凹透镜411上，并且经过柱面凹透镜411发散的激光束的发散角由柱面凸透镜412校正。如果从激光束源300产生的激光束是精确的平行光速，假设柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离为d_f1，柱面凹透镜411的焦距为f_c1，柱面凸透镜412的焦距为f_v1，那么在满足下面条件时形成在所述目标对象内的激光束的光斑变得最小。

d_f1＝f_c1+f_v1等式1

然而，实际的激光束在某种程度上具有发散角，因此，激光束的光斑变得最小处的位置按照下面的等式来变化。

d′_f1＝(f_c1+α)+(f_v1+β)等式2

这里，α表示激光束的发散角所引起的柱面凹透镜411的焦距增大的增大分量，β表示激光束的发散角所引起的柱面凸透镜412的焦距增大的增大分量。

参照图14，将对上述等式的变型进行说明。假设激光束是理想的平行光束，穿过透镜C_c的激光束会经过透镜C_c的光轴线上与透镜C_c的焦距f相对应的位置(参见图14所示的光学路径B)。然而，如果激光束的发散角为θ，则穿过透镜C_c的该激光束会经过比透镜C_c的光轴线上的透镜C_c的焦距f更远的位置S₁(参见图14所示的光学路径B₁)。这里，焦距的增量，即S₁与f之间的距离，是θ的函数。

因此，如图3所示，光速整形模块由一对柱面凹透镜411和柱面凸透镜412组成，等式2可以如下表示：

d′_f1＝(f_c1+a(θ))+(f_v1+b(θ))等式3

这里，a(θ)和b(θ)分别表示激光束的发散角所引起的柱面凹透镜411的焦距增大的增大分量和柱面凸透镜412的焦距增大的增大分量，并且这些分量中的每一个成为激光束的发散角的函数。因此，通过根据每个激光束的发散角适当地调节柱面凹透镜411与柱面凸透镜412的位置，可以校正发散角。

形成在聚光点处的激光束的光斑的尺寸可以如下表示：

$d\≅\frac{4\mathrm{\λf}{M}^2}{\mathrm{\πD}}$ 等式4

这里，M²是光束质量因子(beamqualityfactor)并且可以如下表示为发散角的函数。

$M^2\≅\frac{\mathrm{\π\θD}}{4\mathrm{\λ}}$ 等式5

在等式4和等式5中，f表示聚光透镜的焦距，D表示入射到聚光透镜的激光束的直径。从等式5可以看出，M²与激光束的发散角θ成比例，从等式4可以看出，光斑的尺寸d与M²成比例。相应地，光斑的尺寸d与激光束的发散角θ成比例。因此，如果将激光束的发散角设置为某一值，那么通过校正这个发散角可以控制光斑的尺寸。

基于上述关系，再次参照图3，将要对调节由所述柱面凹透镜和所述柱面凸透镜所组成的光束整形模块中的光斑的形状的过程进行说明。

如图3(a)所示，假设在柱面凸透镜412沿着箭头所示的方向移动时，柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离变得与满足等式3的d′_f1的差距大。在这种情况下，通过聚光透镜430会聚的激光束的光斑宽度变大。

相反，如图3(b)所示，假设在柱面凸透镜412沿着箭头所示的方向移动时，柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离变得接近满足等式3的d′_f1。在这种情况下，通过聚光透镜430会聚的激光束的光斑宽度变小。理想地，在柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离变为满足等式3的d′_f1时，所会聚的激光束的光斑的宽度可以为最小值。

如上所述，通过调节柱面凹透镜411和柱面凸透镜412的位置，可以在目标对象200内控制光斑的形状，即，光斑的宽度。通常，光斑的形状可以表示为入射光束的尺寸、发散角和波长的函数。然而，如上所述，仅仅通过校正所述发散角就可以形成具有所需形状和尺寸的光斑。因此，对于通过将激光束会聚在目标对象内进行的划片过程特别有用。

如上所述，如果使用柱面凹透镜411来替代所述球面凹透镜，那么激光束的X轴方向分量和Y轴方向分量中只有一个发散。举例而言，如图3所示，X轴方向分量发散，而Y轴方向分量穿过柱面凹透镜411没有任何改变。就是说，激光束的Y轴方向分量完全不受柱面凹透镜411的影响。

参照图7的光强度图，可以看出，光斑的尺寸由于光斑宽度的减小(从d1变为d2)而减小，然而总体的光强度保持不变，因此，单位面积的光强度变大。

如上所述，通过根据激光束的发散角来调节柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离，可以将光斑的形状控制为椭圆形或接近直线形。如果椭圆或直线型光斑的主轴与目标对象200的划片方向，即预设切割线方向对齐，则处理速率显著增大并且仅仅通过将激光束照射到目标对象200的内部可以使目标对象200进行自裂。下面将对其进行详细描述。

在下文中，将参照图4来说明根据本公开另一实施例的目标对象处理装置的光学单元的构造。

如图4所示，根据本实施例的光学单元400的光束整形模块410可以包括可移动球面凹透镜413、第一柱面凸透镜414和第二柱面凸透镜415。

球面凹透镜413位于光学单元400的上部并且将从激光束源300产生的激光束发散。球面凹透镜413与上述柱面凹透镜411的不同在于激光束的X轴方向分量和其正交的Y轴方向分量都发散。由于激光束的X轴方向分量和其正交的Y轴方向分量都发散，需要能够校正X轴方向分量和Y轴方向分量中每一个的两个柱面凸透镜，以便校正所发散的激光束的发散角。

经过球面凹透镜413发散的激光束顺序地穿过第一柱面凸透镜414和第二柱面凸透镜415。通过移动单元600响应控制器500的控制指令，可以改变球面凹透镜413、第一柱面凸透镜414和第二柱面凸透镜415的位置，并且可以相应地改变形成在目标对象内的光斑的形状和尺寸。下面将参照图5和图6对其进行详细描述。

图5是示意图，示出光斑的形状随着图4所示光学单元中的球面凹透镜与第一柱面凸透镜之间的距离变化而变化，图6是示意图，示出光斑的形状随着图4所示光学单元中的球面凹透镜与第二柱面凸透镜之间的距离变化而变化。

从激光束源300产生的激光束入射到球面凹透镜413，并且经过球面凹透镜413发散的激光束的X轴方向分量的发散角被第一柱面凸透镜414校正。这里，如果球面凹透镜413与柱面凸透镜414之间的距离接近球面凹透镜413的焦距、第一柱面凸透镜414的焦距以及随着激光束的发散角而变的焦距增量之和，则通过聚光透镜430会聚的激光束的光斑宽度变小(参见图5(a))。相反，如果球面凹透镜413与柱面凸透镜414之间的距离与球面凹透镜413的焦距、第一柱面凸透镜414的焦距以及随着激光束的发散角而变的焦距增量之和的差距大，则通过聚光透镜430会聚的激光束的光斑宽度变大(参见图5(b))。已经说明了激光束的X轴方向分量的发散角的校正，由于与参照图3描述的上述实施例中的说明相同，因此将省略重复的说明。

然而，与柱面凹透镜411不同，球面凹透镜413使激光束Y轴方向分量发散，因此，额外地需要第二柱面凸透镜415。

如图6所示，经过球面凹透镜413发散的激光束的Y轴方向分量穿过第一柱面凸透镜414，然后其发散角被第二柱面凸透镜415校正。就是说，对于激光束的Y轴方向分量来说，第一柱面凸透镜414可以被视为不存在。因此，如果球面凹透镜413与第二柱面凸透镜415之间的距离与球面凹透镜413的焦距、第二柱面凸透镜415的焦距以及随着激光束的发散角而变的焦距增量之和的差距大，则通过聚光透镜430会聚的激光束的光斑长度变大(参见图6(a))。相反，如果球面凹透镜413与第二柱面凸透镜415之间的距离接近球面凹透镜413的焦距、第二柱面凸透镜415的焦距以及随着激光束的发散角而变的焦距增量之和，则通过聚光透镜430会聚的激光束的光斑长度变小(参见图6(b))。

这里，光斑的“宽度”是光斑的X轴方向尺寸，即，图3、图5和图6中所示的目标对象200的光斑的纵向尺寸，光斑的“长度”是光斑的Y轴方向尺寸，即，图3、图5和图6中所示的目标对象的光斑的横向尺寸。

如果光斑的宽度小而长度大，则光斑的次轴形成在X轴方向而主轴形成在Y轴方向(参见图3(b)和图5(b))。当光斑的主轴方向与划片方向对齐时，可以有效和快速地执行处理并且目标对象200可以进行自裂。下面将参照图15到图20对其进行详细说明。

图15是示出应力集中根据相变区域的形状而变化的示意图，图16是示出光斑形状与划片方向之间关系的示意图，图17示出激光束光斑所形成的相变区域，图18和图19是用来比较经自裂处理后的衬底与未经处理的衬底的实际照片。

图15(a)示出了由于没有校正激光束的发散角，因此光斑形成为圆形的情况。在这种情况下，从垂直于目标对象的划片方向(Y轴方向)切割相变区域T的横截面(XZ平面)可以看出，光斑的形状基本为圆形。就是说，相变区域T的Z轴方向尺寸变得与其X轴方向尺寸相等。

相反，图15(b)示出了由于校正了激光束的发散角，因此光斑形成为椭圆形的情况。在这种情况下，从垂直于目标对象的划片方向(Y轴方向)切割相变区域T的横截面(XZ平面)可以看出，光斑的形状为垂直于划片方向的椭圆形。就是说，如图所示，在相变区域T的横截面中，X轴方向尺寸小，而Z轴方向尺寸大。相变区域T的三维图可以如图17所示，并且可以看出，纵向上的横截面C1和横向上的横截面C2都形成为椭圆形。

从图15可以看出，在相变区域T纵向上的端点处，椭圆形光斑的曲率半径R2小于圆形光斑的曲率半径R1。

通常，在相变区域T的某一点处产生的应力的水平可以由下面的应力集中因子S表示。

$S=2\sqrt{\frac{D}{R}}$ 等式6

这里，D表示相变区域T的纵向尺寸，R表示所述点处的曲率半径。

如果在圆形光斑的情况下，在相变区域T的纵向上的端点处的应力集中因子为S1，而在椭圆形光斑的情况下，在相变区域T的纵向上的端点处的应力集中因子为S2，圆形光斑的情况下的相变区域T的纵向尺寸D1与椭圆形光斑的情况下的相变区域T的纵向尺寸D2相近似，并且曲率半径R1大于曲率半径R2，因此，S1变得小于S2。就是说，与圆形光斑相比，在椭圆形光斑的情况下应力集中在相变区域T的纵向上的端点处。

由于应力的集中，在椭圆形光斑的情况下，在其主轴上的端点处集中产生裂纹(参见图16(b))。也就是说，在椭圆形光斑的情况下，相对于其它区域来说，应力所集中的应力集中点形成在相变区域T中。应力集中点形成在相变区域T内最靠近目标对象的前表面或后表面之处。相变区域T的曲率半径在应力集中点处变为最小，因此，在应力集中点处比其它区域会产生更多裂纹。

然而，在圆形光斑的情况下，没有应力特别集中的区域，因此，不会产生裂纹或者会没有特定方向性地随机产生裂纹(参见图16(a))。就是说，在圆形光斑的情况下，不能够控制裂纹的产生，因此，自裂过程不能被执行，或者是在不期望的方向上会产生裂纹，因此切割表面会有缺陷。

在椭圆形光斑的情况下，如果光学单元400与目标对象200被布置为使得光斑的主轴与目标对象200的预设切割线L1在同一条线上对齐，所述光斑沿着预设切割线L1的方向形成。因此，应力集中在形成在位于预设切割线L1上的光斑的两端处的相变区域，并且沿着预设切割线L1的方向产生裂纹。因此，由于可以增大光斑之间的间隙，所以可以显著提高处理速率。这样的裂纹到达目标对象的前表面或后表面，所述目标对象可以进行自裂。在这种情况下，仅仅通过将激光束照射到目标对象200的内部而无需任何进一步的切割过程，可以将晶片切割成芯片，从而减少了处理次数、减少了处理时间并且减少了成本。

如上所述，通过校正激光束的发散角并将经校正后的激光束会聚到目标对象上，会在划片方向(即，椭圆形或线形光斑的主轴方向)上引导产生裂纹。

如果目标对象较厚，则可以沿着纵向(厚度方向)在目标对象内形成多个光斑。此时，如上所述，在圆形光斑的情况下，在各个光斑中会随机地产生裂纹(微细裂纹)。因此，在单个光斑中的裂纹会与相邻光斑中的裂纹连接，并且裂纹的传播会被放大。与单个光斑(沿着厚度方向形成在目标对象中)的情况相比，这种没有方向性的长裂纹会增加裂纹的随机产生。

然而，在椭圆形光斑的情况下，单个光斑中的裂纹可以沿着划片方向，即，切割表面所形成的方向传播，并且这种含有裂纹的光斑形成在目标对象的厚度方向上的多个点，使得自裂效果变大。

如果目标对象如上所述地进行自裂，则通过非常小的外力可以对目标对象进行划分或切割，并且在理想情况中，与传统情况相比，无需任何外力。实际上，如果圆形光斑的相变区域形成在目标对象内(如果没有执行自裂过程)，则需要的外部切割力F1与通过将激光束照射到目标对象的前表面或后表面而提供用来形成预设切割线的力基本相同，但是如果椭圆形光斑形成在目标对象内并且执行了自裂过程，则可以通过小于圆形光斑所需的力的几十分之一的很小外力F2来切割目标对象。

具体地，在圆形光斑的情况下，将切割力F1均匀地施加到没有任何特定方向地形成的裂纹上，因此，切割表面会产生在不期望方向上的裂纹传播的放大所导致的缺陷。然而，在通过校正激光束的发散角在目标对象内形成椭圆形光斑的情况下，裂纹会会被引导在切割方向上产生，并且即使裂纹在切割方向之外的其它方向上产生，施加到这些裂纹的外力F2可以非常小，因此，切割表面很难具有由于在切割方向之外的其它方向上的裂纹传播的放大而导致的缺陷。

图18是示出将激光束照射到通过在目标对象上形成堆叠部分所获得的实际器件上的照片。更具体地，图18是在对目标对象划片之后和在执行切割过程之前，对激光束所照射的后表面进行拍照得到的照片。图18示出了没有校正激光束的发散角并且形成圆形光斑的情况，图19示出了校正激光束的发散角并且形成椭圆形光斑的情况。图19示出了形成在划片方向(即，Y轴方向)上的清晰的自裂线(即，从图的中心沿着横向方向画的线)。相反，图18没有示出划片方向上的自裂线。就是说，通过在随后的过程中对目标对象作用物理或热影响可以切割目标对象。

在本说明书中，术语“自裂”包括形成在目标对象内的相变区域内中的裂纹传播并到达目标对象的前表面或后表面，从而完全地切割目标对象的情况，还包括即使裂纹未到达目标对象的前表面或后表面，但裂纹传播到非常接近目标对象的前表面或后表面的情况，或者包括一些裂纹到达目标对象的前表面或后表面而另一些裂纹没有到达目标对象的前表面或后表面的情况。

尽管未示出，但是激光束可以是在特定方向上偏振。如果激光束的偏振方向与划片方向在同一条线上对齐，目标对象的切割表面变得整齐并且切割宽度变小。因此，可以提高切割质量并且通过相同尺寸的晶片可以获得更多的芯片。相反，如果激光束的偏振方向与划片方向相正交，则目标对象的切割表面变得粗糙并且切割宽度变大。

根据本公开的上述实施例的目标对象处理装置1还可以包括聚光距离调节单元700，聚光距离调节单元700改变目标对象200相对于聚光透镜430的相对位置。聚光距离调节单元700可以调节聚光点，即光斑，在目标对象200内的深度。

在本公开中，通过在目标对象200内而不是在目标对象200的表面上形成激光束的光斑P，从而仅仅在目标对象200内形成相变区域T，因此，没有机会使激光束被目标对象200的表面吸收并且使该表面融化。所以，目标对象200的表面不会不平整，并且在对目标对象破裂时在不期望方向上的裂纹会更少。此外，不会发生由于不规则微裂纹的出现而导致的目标对象200的强度和特性的下降。

此外，由于相变区域T形成在目标对象200内而不是其表面上，因此在处理目标对象200时产生的细小灰尘的数量显著减少。

下面将参照图8和图9说明对形成在目标对象200内的光斑P的深度进行调节的方法。

如果相变区域T形成在目标对象200内靠近前表面而不是靠近后表面的位置处，则可以提高切割的精度。然而，如果目标对象200较薄，则光斑P周围形成的相变区域T会形成在目标对象200的前表面上并且暴露到外部。因此，需要精确地调节光斑P的深度。

为了调节光斑P的深度，可以改变目标对象200相对于聚光透镜430的相对位置。通过未示出的聚光点位置检测单元可以测量聚光透镜430与目标对象200的前表面之间的距离，控制器500根据所测量到的信息控制聚光距离调节单元700，以垂直地移动光学单元400从而将光斑P定位到所需的深度(参见图8)。此时，作为聚光距离调节单元700，可以使用采用压电元件的致动器。压电致动器是一种使用压电式传感器的致动器，并且用于产生纳米分辨率(nano-resolution)的移动。

或者，聚光距离调节单元700可以设置在安置有目标对象200的安装台100下方，并且根据用未示出的聚光点位置检测单元所测量到的聚光透镜430与目标对象200的所述表面之间的距离信息，可以垂直地移动安装台100而不是垂直地移动光学单元400(参见图9)。

如上所述，通过将激光束照射到目标对象200内而能够在目标对象200内形成相变区域T的目标对象系统通过使激光束源300产生的激光束穿过光学单元400，可以改变形成在目标对象200内的光斑P的形状或尺寸。

此外，所述目标对象处理系统通过改变光学单元400内的部件之间的距离，可以改变光斑P的至少一个轴向尺寸。此时，光斑P的主轴沿着目标对象200的预设切割线L形成。

如上所述，在本公开的一个实施例中，能够利用激光束使目标对象200自裂的目标对象处理装置1可以包括：能够产生激光束的激光束源300，能够校正所产生的激光束的发散角的光束整形模块410，通过将经校正后的激光束会聚到目标对象200内部能够形成光斑的聚光透镜430，以及与激光束源300、光束整形模块410和聚光透镜430相连接并对它们进行控制的控制器500。

如图1所示，激光处理装置1包括：安装在框架100上的驱动单元101，安装在驱动单元101上以便水平或垂直地可移动的安装台102，设置在安装台102上方的激光束源103，设置在激光束源103下方的光束整形模块104，设置在光束整形模块104下方的聚光单元105，以及与驱动单元101、激光束源103、光束整形模块104和聚光单元105相连接并对它们进行控制的控制器106。这里，光斑的形状或尺寸通过校正激光束的发散角来调节，并且相变区域通过光斑而形成在目标对象200内，而且目标对象200可以以相变区域作为起始点来进行自裂。

在下文中，将对目标对象处理方法进行说明。

一种通过使用激光束使目标对象进行自裂的目标对象处理方法可以包括：从激光束源300产生激光束，校正所产生的激光束的发散角，以及通过将经校正后的激光束会聚到目标对象200来形成光斑P。这里，所述光斑的形状或尺寸通过校正激光束的发散角来调节，并且相变区域通过所述光斑而形成在目标对象200内，而且目标对象200可以以相变区域作为起始点来进行自裂。

此外，一种通过使用激光束能够使形成有堆叠部分的目标对象自裂的目标对象处理方法可以包括：从激光束源300产生激光束，校正所产生的激光束的发散角，以及通过将经校正后的激光束会聚到目标对象200来形成光斑P。这里，所述光斑的形状或尺寸通过校正激光束的发散角来调节，并且相变区域通过所述光斑而形成在目标对象200内，而且目标对象200可以以相变区域作为起始点来进行自裂。

这里，堆叠部分可以包括氮化物层或金属层。此外，氮化物层可以包括镓化合物。而且，目标对象200可以是半导体衬底或蓝宝石衬底。激光束可以入射到目标对象200的没有形成堆叠部分的后表面上。

应力集中点形成在相变区域T内最靠近目标对象200的前表面或后表面之处。此外，相变区域T的曲率半径在应力集中点处为最小值。相变区域T可以不到达目标对象200的前表面或后表面。

校正激光束的发散角的过程可以包括使激光束穿过柱面凹透镜411和使穿过柱面凹透镜411的激光束穿过柱面凸透镜412(参见图2)。这里，柱面凹透镜411和柱面凸透镜412可以实质上校正激光束的同一方向的发散角。此外，通过改变柱面凹透镜411与柱面凸透镜412之间的距离可以改变所述光斑的宽度。

校正激光束的发散角的过程可以包括使激光束穿过球面凹透镜413、使穿过球面凹透镜413的激光束穿过第一柱面凸透镜414以及使穿过第一柱面凸透镜414的激光束穿过第二柱面凸透镜415(参见图4)。

第一柱面凸透镜414可以在第一方向上校正激光束的发散角，第二柱面凸透镜415可以在与第一方向基本上正交的第二方向上校正激光束的发散角。这里，所述第一方向(X轴方向或光斑的宽度方向)可以与光斑的主轴方向相正交，所述第二方向(Y轴方向或光斑的纵向)可以与光斑的主轴方向平行。与光斑的主轴方向平行的方向可以是LED衬底的预设切割线所形成的方向，即，划片方向。

通过改变球面凹透镜413与第二柱面凸透镜415之间的第一柱面凸透镜414的位置，可以改变所述光斑的宽度。此外，通过改变第一柱面凸透镜414与聚光透镜430之间的第二柱面凸透镜415的位置，可以改变所述光斑的长度。

所述目标对象处理方法还可以包括使发散角经过校正的激光束穿过光束遮挡器420。

通过将激光束会聚到目标对象200内部来形成光斑的过程可以包括使激光束穿过聚光透镜430。

通过改变聚光透镜430与目标对象200之间的距离可以沿着纵向在目标对象200内形成多个光斑。此外，通过改变目标对象200相对于在沿着预设切割线的横向方向上的所述光斑的相对位置，可以沿着横向方向在目标对象200内形成多个光斑。目标对象200的预设切割线沿着横向方向形成，并且光斑的主轴方向可以与该横向方向基本相同。

所述目标对象处理方法还可以包括沿着预设切割线切割目标对象200。

在能够利用激光束使目标对象200自裂的目标对象处理方法中，在所激光束源产生的激光束穿过光束整形模块410并且校正所述激光束的发散角之后，将经校正后的激光束会聚到目标对象200内部，使得包括应力集中点的相变区域形成在目标对象200内。

此外，在能够利用激光束使上面形成有堆叠部分的目标对象200自裂的目标对象处理方法中，在所激光束源产生的激光束穿过光束整形模块410并且校正所述激光束的发散角之后，将经校正后的激光束会聚到目标对象200内部，使得包括应力集中点的相变区域形成在目标对象200内。

这里，目标对象200可以从应力集中点沿着朝向形成有堆叠部分的目标对象的前表面的方向进行自裂。

下面将参照附图详细说明使用激光束的目标对象处理方法。

图10是示意性地示出根据本公开一个实施例的作为目标对象的例子的晶片的平面图，图11是示出形成有相变区域的衬底的平面图，图12是示出形成有两个相交的相变区域的衬底的横向剖视图；图13是示出形成有相变区域的衬底的纵向剖视图。

如图10所示，划片目标对象200安置在安装台100上，在划片目标对象200上以预定间隔划出了相互正交的预设切割线L1和L2。

接着，激光束源300产生并输出激光束，所输出的激光束发散，然后校正激光束的发散角。之后，经校正后的激光束会聚到目标对象200内部并且形成光斑P。

如果光斑P1形成在与预设切割线L1垂直的内部位置，同时避开了形成在目标对象200的前表面上的堆叠部分220，则在光斑P1的周围形成相变区域T(参见图11(a))。随后，通过移动安装台100来改变目标对象200相对于聚光透镜430的相对位置，以便在目标对象200内沿着预设切割线在横向方向上形成与光斑P1相邻的光斑P2和P3(参见图11(b)和图11(c))。

在这种情况下，目标对象200的预设切割线L沿着横向方向画出，并且光斑P的主轴方向与横向方向基本相同。

图12示出了需要定位到预设切割线L1和L2上的所有光斑P如上所述地形成。相变区域T形成为与目标对象200内的光斑P的边缘相连接。图13是示出形成有相变区域T的目标对象200的纵向剖视图。

当相变区域T在目标对象200内形成之后，可以从相变区域T沿着预设切割线L切割目标对象200。

更具体地，可以通过将外力施加到相变区域T上来切割目标对象200，使得裂纹从相变区域T沿着朝向目标对象200的前表面或后表面的方向产生。

举例而言，用夹具或类似物固定具有预设切割线L作为中心线的目标对象200的两侧，并且具有预设切割线L作为中心线的目标对象200的两侧被弯曲，或者将具有尖端的按压件从目标对象200的后表面沿着预设切割线L向上移动，从而可以从目标对象200的后表面向上施加外力。在这种情况下，裂纹可以从相变区域T沿着朝向目标对象200的前表面的方向产生，从而可以切割目标对象200。

或者，可以通过从目标对象200的前表面向下施加外力来切割所述目标对象，或者可以通过将延伸膜粘附到目标对象200的后表面并且在平面方向上使延伸膜延伸以对目标对象200施加张力来切割目标对象200。

在本公开的一个实施例中，通过精确地调节光斑P的深度，裂纹可以从相变区域T沿着朝向目标对象200的前表面或后表面的方向产生，并且裂纹可以到达目标对象200的前表面或后表面，使得目标对象200可以按照与上面描述相同的方式进行自裂。此时，如果目标对象200较厚，则通过改变聚光透镜与目标对象200之间的距离可以沿纵向在目标对象200内形成多个光斑P1和P2。然后，通过对目标对象200施加外力可以切割目标对象200，或者可以使目标对象200进行自裂。在目标对象200进行自裂的情况下，可以不需要随后的切割过程，但是可以执行上述切割或分隔过程，以便确保将目标对象200分隔成各个芯片。

本发明的以上描述是为了说明的目的而提供，本领域技术人员应当理解，在不改变本发明的技术构思和主要特征的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。

因此，很明显在各个方面对上述实施例进行了说明，并且不限制本发明。举例而言，被描述为单个的各个部件可以以分布方式实现。类似地，被描述为分布式的部件也可以以组合方式实现。

本发明的范围由所附权利要求书而不是实施例的具体描述进行限定。应当理解，从权利要求书的意思和范围推导出的所有变型和实施例及其等同物都包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种能够利用激光束使目标对象自裂的目标对象处理方法，所述目标对象处理方法通过目标对象处理装置执行并且包括：

提供所述目标对象处理装置，该目标对象处理装置包括，产生激光束的激光束源、直接从该激光束源接收激光束的柱面凹透镜、校正由该柱面凹透镜导致的该激光束的发散角的柱面凸透镜；

从该激光束源产生激光束；

通过使所述柱面凹透镜与所述柱面凸透镜在一个方向对准，并使直接从所述激光束源接收的所述激光束穿过柱面凹透镜并使穿过所述柱面凹透镜的所述激光束穿过柱面凸透镜，来在所述一个方向上校正所产生的激光束的发散角；

通过将所述经校正后的激光束会聚到所述目标对象内部来沿着预设的切割线在所述目标对象内部形成光斑，并且

调节该柱面凹透镜与所述柱面凸透镜之间的距离来在与所述预设切割线垂直的方向上改变光斑的宽度，当所述距离减小时，该宽度减小，并且随着调节后的所述距离改变该光斑的形状；

其中，通过校正所述激光束的所述发散角使得改变宽度后的该光斑具有椭圆形状，该椭圆的长轴与预设切割线对齐，从而在长轴方向上在光斑的两个端点处形成应力集中点，破裂从应力集中点开始产生，以及

在所述目标对象内围绕所述光斑形成相变区域，从而所述目标对象以所述相变区域作为起始点沿着所述预设切割线来进行自裂。

2.根据权利要求1所述的目标对象处理方法，其中，应力集中点形成在所述相变区域内最靠近所述目标对象的前表面或后表面之处。

3.根据权利要求2所述的目标对象处理方法，其中，所述相变区域的曲率半径在应力集中点处为最小值。

4.根据权利要求1所述的目标对象处理方法，进一步包括：

在校正所述激光束的所述发散角之后，使所述经过校正的激光束穿过光束遮挡器。

5.根据权利要求1所述的目标对象处理方法，其中，通过将所述激光束会聚到所述目标对象内部来形成所述光斑的步骤包括：

使所述激光束穿过聚光透镜。

6.根据权利要求5所述的目标对象处理方法，其中，通过改变所述目标对象与所述聚光透镜之间的距离使所述光斑沿着纵向形成在所述目标对象内的多个位置。

7.根据权利要求5所述的目标对象处理方法，其中，通过改变所述目标对象相对于在沿着所述预设切割线的横向方向上的所述光斑的相对位置，所述光斑在横向上形成在所述目标对象内的多个位置。

8.根据权利要求1所述的目标对象处理方法，其中，堆叠部分形成在所述目标对象的前表面上。

9.根据权利要求1所述的目标对象处理方法，其中，所述目标对象是蓝宝石衬底。

10.一种能够利用激光束使目标对象沿着预设切割线自裂的目标对象处理装置，所述目标对象处理装置包括：

激光束源，所述激光束源能够产生激光束；

光束整形模块，光束整形模块能够校正所述激光束的发散角；

聚光透镜，所述聚光透镜能够将所述经校正后的激光束会聚到所述目标对象内部并且形成光斑；以及

控制器，所述控制器与所述激光束源、所述光束整形模块以及所述聚光透镜相连接并且能够控制这些部件，

其中该光束整形模块包括柱面凹透镜和柱面凸透镜，该柱面凹透镜直接从所述激光束源接收激光束，该柱面凸透镜校正穿过该柱面凹透镜的发散的激光束的发散角；

其中，通过使所述柱面凹透镜与所述柱面凸透镜在一个方向对准，并使直接从所述激光束源接收的所述激光束穿过柱面凹透镜并使穿过所述柱面凹透镜的所述激光束穿过柱面凸透镜，来在所述一个方向上校正所产生的激光束的发散角；

其中，调节该柱面凹透镜与所述柱面凸透镜之间的距离来在与所述预设切割线垂直的方向上改变光斑的宽度，当所述距离减小时，该宽度减小，并且随着调节后的所述距离改变该光斑的形状；

其中，通过校正所述激光束的所述发散角来使得改变宽度后的该光斑具有椭圆形状，该椭圆的长轴与预设切割线对齐，从而在长轴方向上在光斑的两个端点处形成应力集中点，破裂从应力集中点开始产生，以及

在所述目标对象内围绕所述光斑形成相变区域，从而所述目标对象以所述相变区域作为起始点沿着所述预设切割线来进行自裂。