CN104577709A - 激光蚀刻装置的可调式空间滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种沿着划线槽辐射蚀刻大体平整的半导体衬底的装置，该划线槽在该衬底上的目标表面上的相对行的半导体器件之间延伸，划线槽具有平行于第一方向的长度和平行于第二方向的宽度，该第一第二方向各自平行于卡迪尔坐标系统的Y轴，该装置包含有：衬底固定器，用于固定衬底；照射器，用于生成可调式的数个光束的阵列；投射系统，用于将光束聚焦在衬底固定于衬底固定器时的目标表面；驱动器系统，用于使得衬底固定器相对于光束在平行于XY平面上引起相对位移；该装置还包含有：可调式的空间滤波器，其设置在照射器和衬底固定器之间，该空间滤波器包括多个机动板体，该机动板体的位置能够被调整以致于至少部分地阻挡所述的阵列的选定光束。

Description

激光蚀刻装置的可调式空间滤波器

技术领域

本发明涉及一种用于在半导体衬底的目标表面上沿着划线槽（scribelane）辐射蚀刻（radiatively scribing）大体扁平的半导体衬底的装置，该划线槽在相对行的半导体器件之间延伸，所述的划线槽具有平行于第一方向延伸的长度和平行于第二方向延伸的宽度，这里的第一方向和第二方向分别平行于笛卡儿坐标系统(Cartesian coordinate system)的X轴和Y轴，该装置包含有：

--衬底固定器，用于固定衬底；

--照射器，用于产生可调式的几个光束的阵列；

--投射系统，用于将所述的光束聚焦在衬底的所述目标表面上，该衬底固定在衬底固定器上；

--驱动器系统，用于使得衬底固定器平行于XY平面相对于所述的光束产生相对位移。

本发明还涉及一种用于在半导体衬底的目标表面上沿着划线槽辐射蚀刻大体扁平的半导体衬底的方法，该划线槽在相对行的半导体器件之间延伸，该方法包含有：

--提供位于衬底固定器上的衬底；

--提供可调式的多个光束的阵列；

--将所述的阵列聚焦在衬底的所述目标表面上；

--使得所述的衬底固定器相对于所述的阵列产生相对位移，以便于沿着所述的划线槽转换所述的阵列。

背景技术

为了清晰和一致性的目的，整个这里的文本和附加的权利要求中所使用的以下术语应被解释如下。

--习语“大体扁平”应理解为参阅以片状、板状、叶状、晶圆、压板等（大约）形式存在的衬底。这种衬底通常形式上会是扁平的（大体），并呈现两个由相对薄的、位于中间的“侧壁”所隔开的相对的主表面。

--习语“半导体衬底”应宽泛地理解为包罗万象的任何衬底，在该衬底上制造有半导体器件或其它集成器件。这种衬底可以包括例如硅或锗晶圆（各种直径的），和/或混合物的晶圆，如砷化铟（InAs），锑化铟（InSb）， 磷化铟（InP），锑化镓（GaSb），磷化镓（GaP）或砷化镓（GaAs）。该术语还包含有其上沉积有一层或多层半导体材料的非半导体材料（如蓝宝石（sapphire）），例如在制造LED时。相关的半导体器件或其它集成器件可以为，例如集成电路、（无源）电子元件、光电元件、生物芯片、微机电元件（MEMS devices）等等。这些器件通常会被大批地制造在给定的衬底上，并通常以阵列的形式被布置在至少一个主表面上。

--习语“划线槽“（另外有时称之为”切割道“）应理解为参阅沿着衬底的主表面延伸的路径（道），沿着该路径衬底将会被蚀刻。在半导体衬底的情形下，划线槽通常会在位于衬底上的相邻的/邻接的/相对的成行的集成器件之间延伸，其代表了一个通道，沿着该通道衬底将会被”切割“以便于实现讨论中的器件（最终的）分离。这种流程通常称之为”分割“（singulation）。值得注意的是，位于目标表面上的划线槽可以以规则的和/或不规则（重复的）的布置形式设置。例如，一些晶圆可以包含有相同集成器件的规则阵列，它们被形成规则正交网络的划线槽相互隔开。另一方面，其它的晶圆可以包含有不同尺寸的器件，和/或相对于彼此以不规则的间距设置，其表明了相应的不规则形式的划线槽。这种划线槽的布置形式没有必要地必须是正交的，例如其可能实质上是三角形或六角形的。

--习语“辐射蚀刻”参考一个流程，通过该流程一个或多个聚焦的光束被使用于扫描动作中以沿着划线槽在出现材料中引起永久物理变化，例如通过将其烧蚀、将其裂化、将其震动等。这个流程可以被用来跨越其整个厚度而分离/分割该衬底。可以选择地，该流程可以被用来产生所谓的“凹槽”（凿孔、沟道、通道），其为划痕的形式，划痕没有穿透产生有划痕的衬底的整个厚度，例如凹槽的产生不直接引起衬底的分离（在Z方向上）。因此，包含有这种开槽的衬底分割有必要是一种多步骤的方法，藉此一个或多个接下来的流程被用来完成分离工序，例如沿着前述的所产生的凹槽的附加的辐射蚀刻、机械分割/切割等。

术语“光线”应宽泛地理解为参考以可见光、红外线和/或紫外线波长的电磁辐射。

术语“投射系统”应理解为参考能够将入射光束聚焦在给定点的光学系统。这种系统通常包含有一个或多个透镜和/或镜面。

这些点将会以更详细的方式讨论如下。

使用几个光束的阵列的辐射蚀刻（也公知为激光蚀刻）在晶圆分割领域是众所周知的方法。在这种类型的早期方法中，所采用的光束的阵列包含有平行于蚀刻移动沿着X方向定位的线性群组的光束：这种配置形式描述于，如美国专利US 5,922,224 和US 7,947,920以及美国专利申请US 2013/0217153 A1中。后来的方法采用垂直于蚀刻移动沿着Y方向定位的线性群组的光束，如美国专利申请US 2005/0109953 A1中所述。近来还发展了混合方法，其采用光束的二维阵列（平行于X和Y分布），如前所述的在共同待决的、未出版的欧洲专利申请EP13167717，其和当前的申请具有共同的发明人/受让人。在这个段落中引述的所有专利参考文件按同类包含在此。

在所有的上述方法中，所采用的照射器必须具有产生多个光束的一些装置。提供这种光束的一种方法是使用多个激光器，例如上述US 2005/0109953 A1文献中所详述；然而，通常而言，这种方法目前被考虑为相对没有吸引力，特别是因为用于合适激光器（如Nd:YAG激光或掺杂光纤激光器）的相对大的单元价格。另一种方法是使用某种类型的分光器布置将来自单个激光器的输出分开，将其转换成多个光束，如WO 2009/102002 A1中所详述；可是，当所产生的光束阵列被需要包含有超过两个以上的光束，和/或涉及阵列布置的光束的空间配置形式的可调节性时，这种方法能够变得枯燥复杂没有吸引力。再一种方法是使用衍射光学器件（DOE：Diffractive Optical Element）以将入射光束以给定的空间布置形式衍射分成多个输出光束。这种方法被使用在如上述的US 5,922,224 和US 7,947,920，US 2013/0217153 A1和EP13167717中。衍射光学器件DOE能够被定制以产生期望的光束阵列，如果被期望其能够以串联的方式堆积以便于产生混合式的阵列，并能够轻易地被安装在交换机构（如传送带）中，以使得光束的配置得以改变/调整。除了以上提及的（和可能是可选的）用于产生多个光束的装置之外，照射器可能还包含有更多的元件，例如成像/聚焦元件、滤光器等，以针对所述的光束完成特定的处理操作。

除了所期望的“主要的”光束阵列之外，如上所述的照射器可能不利地产生大量的不需要的“寄生的”光束。这种寄生光束能够通过各种机构得以产生。例如，当光束细分使用DOE而得以执行时，比主要的光束阵列中的衍射级（diffraction orders）更高的衍射级能够在主要的光束阵列的周围外侧产生卫星光束（相对弱）。二者择一/附加地，在光学元件如分光器、平面平行片（plan-parallel plates）等中的多次反射能够产生不需要的附属光束。如果这种寄生光束落在设置在划线槽以外的半导体衬底的“器件区域”，那么它们能够基本上破坏/削弱辐射蚀刻流程的精确度，在“器件区域”中它们产生的热量（一旦冲击在衬底上）可能损坏柔弱的器件，例如通过引起诸如燃烧、熔化、碎裂、变色、分层或其它物理/化学属性上的变化（如介电常数、阻抗、晶相等）的结果。这些结果通常在所采用的光束阵列是可调整的场合下而得以加剧，因为可变的主要的光束配置（包括数目/间隔可调的主要的光束、阵列的形状等）能够使得寄生光束产生相对复杂/不可预知的分布。

记录中的另一个难题包括照射器，其中多个光束通过光束细分而产生的，如上所述，其可包括嵌套的分光器或可交换的DOE的相对复杂的机构。一种情形可能出现，其中，辐射蚀刻装置的用户认真地调整好照射器，以生成第一形状/几何图形的光束阵列（例如使用特定的DOE，或给定的分光器配置），而实现蚀刻相对大的第一批次的衬底的目的，但是也想使用另一个阵列形状/几何图形蚀刻相对小的或紧急的第二批次的不同衬底。在当前的装置中，不管批次的大小或重要性，光束阵列调整的同一个机构（不辞辛苦的）必须被使用，这可能引起附加的成本（例如假设DOE必须被定制），和/或花费附加的时间/精力（例如为了调整光束细分元件，或者在等待特定的DOE的制造/传递方面）。

发明内容

本发明的目的之一在于解决这些难题。更为具体地，本发明的目的之一在于提供如前面开始段落所述的一种辐射蚀刻装置/方法，其中有可能控制/消除寄生光束的出现/影响。另外，本发明的目的之一在于，这种装置/方法应提供一种辅助机构，以在所采用的照射器以外调整所采用的多个光束阵列的形状/几何图形/配置形式。

这些和其它目的在如开始段落所述的一种装置中得以实现，其特征在于，它还包含有设置于所述的照射器和所述的衬底固定器之间的可调式的空间滤波器（adjustable spatial filter），其包含有多个机动板体（motorized plates），该机动板体的位置能够被调整以至少部分地阻挡所述阵列的选定光束。根据以上第二开始段落所述的方法，本发明的特征在于，在所述阵列的选定光束影响所述衬底以前，使用包含有多个机动板体的可调式的空间滤波器至少部分地阻挡所述阵列的选定光束。

本发明尤其实现了下述优点。

(i)本发明的空间滤波器的机动板体能够移动/滑动成为一种配置，其中它们将寄生光束阻挡/隐蔽在阵列的主要光束所确定的周界外侧。如果阵列的这种配置通过调整照射器而得以更改（如交换DOE，在光路上叠加辅助的DOE，调节分光器，等等），那么移动/滑动板体的这种配置能够相应地被调整，以便于针对新的阵列配置（继续）执行这种阻挡/隐蔽功能。以这种方式，使用本发明的可调式的空间滤波器，由照射器所生成的光束的调整能力能够完全地被利用/配套。如同以下更为详细所述，人们甚至能够使得这个流程自动化，以致于该空间滤波器响应于照射器的调整而自动地重新调整自己。

(ii) 本发明的空间滤波器还提供一种机构，藉此如果被期望，给定光束阵列中的一个或多个主要光束（如同由照射器中/照射器的给定配置所生成）能够被（临时地）阻挡/隐蔽（或者完全或者部分地），以致于改变主要光束的形状/几何图形/配置形式。这种方法具有的缺点是：“白白扔掉”强度（所隐蔽的主要光束的）而不是将其重新分配（其为例如DOE所为），但是其具有的优点是：提供了一种快速而又简单的机构，通过该机构，人们能够“整理”或“共舞于”给定的主要光束配置。这样能够例如得到下述场合中的优点。

--其一是希望以相对简单和廉价的方式调整所采用的阵列，以便于蚀刻需要特定光束阵列配置的小批次的衬底（例如由衬底上的划线槽的宽度所指明）。这种批次可能是如此微小以致于不值得构思一个新的DOE的成本/努力。在这种情形下，白白扔掉强度的不足（以及从而是产能）由于考虑到成本和便利性而被超出。

--再一是希望以相对快速的方式调整所采用的阵列，以便于蚀刻需要特定光束阵列配置的紧急批次的衬底。这种批次可能是如此紧急以致于不值得在构思/获得一个新的DOE方面所牵涉的时间。在这种情形下，白白扔掉强度/产能的不足由于考虑到速度而被超出。

--在人们遇到订制DOE以生成给定的光束配置的困扰/花销以前，人们可能希望通过在测试衬底上完成试验蚀刻操作而“调谐”和测试讨论中的配置。在这种情形下，有发明创造性的空间滤波器提供了操控默认光束阵列的可能性，以便于生成能被测试的可能的有意义的变体/改良体。然后，这种变体/改良体的一个或多个能够被用作为基础以构思/订制特定的DOE。

应该明确注意的是，在这些实例中，除了完全地隐蔽阵列中不需要的光束之外，该有发明创造性的空间滤波器同样也能被使用来部分地隐蔽某些光束，以便于刻意地削弱它们的强度至最大值和零之间的某处的水平。如上述现有技术所描述的（和以下所简述的），在阵列中，例如沿着一组较强光束的一个或多个端缘，设置大量的较弱光束。

(iii)一个更进一步的优点是：该具有创造性的空间滤波器能够使得照射器中（尤其）的漂移效应实现相对简单和快速的修正。光束阵列相对于投射系统的光学轴线的对齐定位作为时间的函数可轻微地变化，例如基于热量效应、震动等。结果，最初刚好落入相对不关键的位置处（例如划线槽的划分边界）的寄生光束可能轻微漂移进入更为关键的位置（例如刚好在所述的划分边界以外的器件区域）。该具有创造性的空间滤波器的机动板体使得这种漂移的寄生光束在其能够引起破坏以前被拦截/阻挡。

本发明的这些方面导致了一种高度灵活的蚀刻装置/方法，其在各个方面生产出上乘品质和更为灵活的结果，正如以下将作更为详细地阐述。

作为关于在当前的发明中所采用的机动板体的通用注释，值得注意的是：

--术语“机动”应宽泛地理解为参考由任何形式的马达、驱动器、气动驱动、液压驱动、磁力驱动等所实现的动作，其能够被远程信号（如电信号等）开启/关闭 和/或控制。这与例如人工/手动操作的板体形成对比。

--所谈论的板体能被移动进入/离开期望位置方面存在不同的方法。例如，它们能够在与它们自身平面相一致的平面内被滑动或旋转。可供选择地，例如，它们能够朝向/离开光轴（Z方向/光束阵列的中央路径）倾斜，有点让人想起升降桥的两半。熟练技术人员将能选择适合给定环境的详情（例如，可用的空间）的移动方式。

--该板体可以是能用来隐藏照射器所产生的波长的光束的任何材料制成。例如，它们包括金属、镀金属玻璃、陶瓷、塑料等。如果需要，它们可能被冷却，以便于减轻由于来自隐藏光束的能量吸收所引起的加热效应。可供选择地，例如，它们的背部（朝向背离衬底）可被包含来将所拦截的光束（的部分）反射进入光束库。

--板体的形状是一个选择项，如果期望的话，可以被定制以满足所给定的通常所采用的光束阵列的截面形式。在一个有用的实施例中，板体实质上是矩形形状。特别重要的是每个板体的“隐藏边界”，其在所（部分地）隐藏的光束的路径以内和以外移动；这个边界可以根据选择，例如大体是笔直的、弯曲的、成角度的、齿形的等。板体的厚度（平行于光轴）同样也是一个选择项，可是通常而言，其应该是足够大以确保板体令人满意的硬度。如果愿意，这个厚度能够朝向每个板体的隐藏边界逐渐变细/狭窄，生成刀片的形状。

笼统而言，根据本发明所述的空间滤波器能够基本上被使用来阻挡从照射器形成的光束阵列中的任何给定光束，--不管所讨论的光束是否具有外围位置或者中央/核心的位置。可是，实际上，发明人发现本发明在阵列的外围/附近压制不需要的光束方面具有特定的用途。在这一方面，本发明的一个特定实施例的特征在于。

--照射器被包含来产生至少具有下述光束之一的阵列：

▫ 第一数个光束，其具有相互不同的X座标；

▫ 第二数个光束，其具有相互不同的Y座标；

可调式的空间滤波器中的机动板体被定位，以致于能够至少部分地阻挡下述光束之一：

▫所述的第一数个光束的第一外围子集；

▫所述的第二数个光束的第二外围子集，设置在所述阵列的选定内部区域的外侧。

这个实施例能以更详细的方式阐明如下：

（a）以上引述的现有技术阐明了使用数个光束的集合的益处，该数个光束沿着X，或者沿着Y设置，或者在X和Y上均被分布。例如：

▫在Y方向上使用多个光束能够允许划线槽在单个通道而不是在多个通道内进行刻槽，从而给予了产量的优点。

▫几个光束在Y方向上分布有辐射通量能够导致总通量在其两侧具有较尖锐的尖削度，从而减小了所谓的HAZ（Heat Affected Zone：热量影响区域）的大小----其实质上为热量离开划线槽和进入与其接界的器件区域的“漏泄区域”。

▫几个光束在Y或X方向上分布有辐射通量能够使得非扁平的强度曲线得以产生。例如，靠近阵列中心的光束可选择比靠近阵列边界的光束强度更大。这样能够使得某种“热量处理效应”（例如非烧蚀预或后加热）得以在光束阵列的尽头处实现。

▫在X方向上使用多个光束能够实现在单个（层叠式）通道而不是多个通道中出现相对深的蚀刻烧蚀，从而奉献产量的益处。连续光束在X方向上的间距的适度调整能够被用来确定在初始的光束通过给定点之后，随后通过相同点的光束是否遇到熔融的或固化的衬底材料。

▫几个光束在X方向上分布有辐射通量使得不同的光束聚焦至衬底材料中的不同子表面的水平面上，从而使得所谓的“潜入分割”得以以相对高的产能完成，

等等。

（b）如果人们首先考虑Y方向--其为平行于划线槽宽度的方向--这具有特别的重要性，表现在：它在相对非关键的晶圆不动产（划线槽）和更为关键得多的晶圆不动产（在划线槽边上的集成器件）之间规定了尖锐的过渡转换（在划线槽的边界）。从而，在划线槽的边界附近控制光束的Y坐标可能在防止对运行于划线槽旁边的器件的并行的破坏方面特别重要。即使这种光束依然在划线槽的内部，可是如果它太靠近划线槽的边界，通过影响HAZ它仍然能够损坏器件。针对这个理由，能够消减光束在Y方向上沿着光束的尽头确定的效应（在/靠近划线槽的边界）是重要的。换句话说，如果人们定义了阵列的一个选定的“内部区域”（核心区），那么能够精确地划定这个内部区域在±Y方向上的边界是重要的。

（c）现在换到X方向，人们能够认识到下面的潜在困难：

--在阵列的前缘（leading edge）之前工作或在其后缘滞后（在蚀刻（X）方向所视时）的（足够强度的）寄生光束能够分别在阵列之前或之后引起不需要的分层效应。这可能是沿着/靠近划线槽边界分布（最接近器件区域）的一个特定的难题。

--总之，在衬底上不是所有的划线槽将会是相互平行的；例如，划线槽可以根据正交矩阵的方式设置--在这种情形下，一个方位的划线槽的长度方向（X）将对应于另一个方位的划线槽的宽度方向（Y）。在这种情况中，设置相对于衬底表面改变光束阵列（在XY平面上）的方位的一些装置通常将会是令人期望的。这样做的一种方法是围绕Z轴旋转衬底（加上固定器）。可以选择地，人们能够围绕Z轴旋转光束阵列--如果阵列是例如使用DOE所产生的，那么是相对简单的事项。如果具有发明创造性的空间滤波器不会共转，那么设置（成组的）机动板体是有用的，该机动板体能够被用来在X和Y方向上影响光束，以便于光束阵列不管其围绕Z旋转的情形而在所期望的方向上限定。

正如城市中的两侧街道能够在主街上中断，第一划线槽也能如此中断（例如垂直地）在第二划线槽上。在这种情形中，第一划线槽的X方向将会在第二划线槽的宽度（Y）方向上具有分量。从而，重要的是，当蚀刻第一划线槽时，光束沿着X方向的分布会沿着阵列的前缘准确地定义/消减，以便于当光束脱离第一划线槽和中断在第二划线槽中时防止不需要的侵入超越第二划线槽的边界（并进入器件区域）。因为当蚀刻方向反转时光束阵列的后缘变成前缘，所以相同的论证适用于光束阵列的后缘。

总之，如果人们定义了阵列的所选定的“内部区域”（核心区），那么能够精确地划定这个内部区域在±X方向上的边界是重要的。

在特别参考刚才所讨论的事项的情形下，本发明的两个特别的实施例能够详细解释如下。

--在一个实施例中，该可调式的空间滤波器包含有：至少两个机动板体，它们可在平行于X的方向上独立地移动，并被设置在阵列的相对两侧。这样的配置在规定阵列的X大小和其前缘、后缘的X定位的方面尤其有用。这两个机动板体的相对的端缘可以，例如是笔直的形式且平行于Y方向工作。

--类似地，在另一个（相关的/补充的）实施例中，该可调式的空间滤波器包含有：至少两个机动板体，它们可在平行于Y的方向上独立地移动，并被设置在阵列的相对两侧。这样的配置在规定阵列的Y大小和其左侧端缘、右侧端缘的Y定位（有关w.r.t.蚀刻方向）的方面尤其有用。这两个机动板体的相对的端缘可以，例如是笔直的形式且平行于X方向工作。

如果两个这样的实施例一齐被采用，那么人们获得一组四个协同操作的板体--一对用于X调整，另一对用于Y调整。可是，值得注意的是，这当然不是唯一的被本发明所认可的可能性。例如，如果所采用的光束阵列在XY平面上始终具有六边形的横截面，那么该具有创造性的空间滤波器可代替包含有三对可沿着轴线移动/滑动的协同操作的板体，它们相对于彼此以60度的间隔转动。另外，如上所述，板体的隐藏端缘不需要必然是笔直的；例如，如果所采用的光束阵列在XY平面上始终具有椭圆形的横截面，那么板体的隐藏端缘可能代替具有曲面的形式。熟练技术人员将会理解这些点，且能选定该机动板体的数目、布置和形状，以适合给定环境的特殊性。

在以上给定的特定示例中，该具有创造性的空间滤波器中的每个机动板体能够被体现为一块式的/非分解的结构。可是，这当然不是唯一的可能性，本发明还提供更多灵活的/多用途的方法。在一个这样的实施例中，至少一个板体包含有多个平行的指状物，它们可相对于彼此单独地滑动。这种结构允许讨论中的板体具有带有“可编程的”形状的隐藏端缘，这通过移动组成的指状物成为不同的相对配置形式而实现。在这种细分的板体中的指状物的数目是一个选择项：它能低至两个（向由隐藏端缘所采用的各种形状提供相对粗糙的“分辨率”），或者实质上更多--例如5-10个（或更多）--从而使得更加精细得多的形状分辨率被实现。这种指状物的组合能够相对于彼此被驱动存在很多合适的方式，例如，使用单独的用力推向相互装配的齿条齿轮传动装置（rack and pinion mechanism），或者单独的（迷你型）线性马达等。指状物的相对位置例如通过使用（迷你型）光学编码器而能够被跟踪；可供选择地，如果步进马达被用来驱动该指状物，那么指状物的位置能够通过统计该马达所形成的步数而被设定/跟踪。熟练技术人员将能很好地将这种指状物的数目、驱动机构和位置确定方法调整适应至给定环境的特殊性。更不用说，在非细分板体的场合，类似的驱动/位置测量方法也能够被使用。

正如以上已经详细所述，照射器能产生光束阵列存在许多方法。除了以上已经给出的示例以外，人们也考虑使用光纤分光器、偏振光束分光器、声光调制器（Acousto-optic Modulators）（以实现临时细分的形式）、光束细分柱面透镜阵列/折射光学元件（Refractive Optical Elements：ROEs）等等。虽然这些不同的示例具有它们自身的优点，但是发明人通过使用在至少一个DOE的辅助下（用于细分一个或多个输入激光束）产生阵列的照射器已经实现了特别满意的结果。DOE实质上是平板类的光学元件，其利用衍射效应将输入光束分成带有特定几何学的布置图/强度分布的输出光束阵列。DOEs在商业上是适用现成的，而且也一般会设计和制造成特定的规格。它们能够（尤其）从例如以下的公司中获得：

- HOLOEYE Photonics AG, 柏林，德国：

http://holoeye.com/diffractive-optics/

- LightTrans GmbH, 耶拿，德国：

http://www.lighttrans.com/diffractive_optics_t.html

- SÜSS MicroOptics, 欧特里沃，瑞士

http://www.suss-microoptics.com/products-solutions/diffractive-optics.html。

除了它们生成格外独特和“奇异”的图案的能力之外，DOEs具有的其（大体上）使得可用的光强守恒的巨大优点在于：它们通过光通量的（高效）细分/重定向而不是通过选择性的阻塞/传送的方式生成图案。它们还具有相对简洁的优点。更多地优点在于：它们趋于更容易对齐定位，因为输入光束（侧向）冲击在DOE的光学表面上的准确位置通常不是关键重要的来完成所期望的输出图案；从而，它们例如能够很好地处理输入光束的漂移效应。而且，如果输入光束是平行入射，那么输出光束阵列也将是平行的，所以DOE沿着照射器/投射系统的（轴向）放置位置通常是非关键事项。可是，DOE可能的负面因素在于：因为它们使用衍射效应工作，所以它们能够生成不需要的较高衍射级，其将它们自己显示为与“主要光束”的期望输出图案共存的寄生“卫星光束”。值得称赞地，本发明的可调式空间滤波器能够被使用来阻拦/消减这种卫星光束。另外，如上已经详述，它能够被使用来和由给定的DOE所生成的主要光束的图案“共舞”，以使得多个图案得以被生成而便于测试/研究的目的。

在以上段落中所详述的实施例的改进中，光束阵列使用至少两个DOEs的串联布置而得以产生，至少两个DOEs中的一个在X方向上产生光束细分，而另一个在Y方向上产生光束细分（举例而言）。在这个场合，“串联布置”的措辞使用表明光线首先穿过一个DOE，其次另一个DOE。这种布置在关于光束阵列在X和Y方向上的参数独立调整而提供更多的灵活性方面是有益的（举例而言）。

由基于DOE的照射器所产生的光束阵列通过提供切换各个DOEs进入和离开输入光束的路径的可能性而能够呈现“可调式”。这种切换可以手动地执行（例如使用通过插槽或抽屉机构插置/移除DOE的方式，如同在CD播放器中，等）。可是，一种通用的更令人满意的设置中照射器包含有：

固定器，用于存储多个不同的DOEs；

交换机构，用于将所述的DOEs中所选定的DOE放置在所述的投射系统的光轴上。

多种合适的固定器/交换机构能够为这个目的而被深思熟虑。例如，人们可使用传送带原理，或者滑动架，如同在幻灯片放映机中使用来存储/装载摄影幻灯片。在将两个（或多个）DOEs串联布置的情形下，两个（或多个）交换机可被提供在串联布置中。这个实施例的优点尤其在于：

--它使得DOEs实现完全在辐射蚀刻装置内部被存储/切换，从而减少了伴随外部存储/处理时污染/损坏的风险；

--它通常实现比手动移除/重装DOE的情形下更加迅速的DOE交换；

--它能够自动化。

尤其关于以上提及的最后一点，根据本发明所述的辐射蚀刻装置的有益实施例包含有一控制器，该控制器能够依靠于从所采用的固定器中选定的那一个DOE自动地调节该具有发明创造性的空间滤波器（的机动板体的位置）。这个实施例大大增强了使用本发明装置/方法的舒适性，且普遍保证了令人满意的精确度和可靠性。执行这个实施例的一种方法可将在显示设备（例如LCD（触摸）屏）上描绘大量的蚀刻“配方”（例如根据相关的划痕/凹槽的宽度和深度设置），或者出现在固定器中的各种类型的DOE（例如基于它们所生成的阵列的形状/大小）。当用户选择给定的配方/DOE（例如通过触摸屏幕或者使用鼠标点击）时，控制器翻阅检查表以确定最佳适配于所讨论中的该配方/DOE的机动板体的（以前标准化的）位置，为蚀刻方向留有余地。如果期望的话，用户仍然能够选择他愿意使用的手动选择板体位置的选项，例如通过在显示设备上移动（“拉拽”）所阐述板体相对于所阐述的光束进入特定位置，或者通过在键盘上输入座标。存在许多其它的落在这个实施例的保护范围内的变异方案，且熟练技术人员将能选择一个最佳适合于给定环境的需要的变异方案。

值得注意的是，现有的标准化行程能够被用于创造机动板体的实际位置相对于参考值（例如照射器/投射系统的光轴，或者给定光束阵列的某点，举例而言）之间的相互关系和来自与讨论中的板体相关联的任何位置测量系统的读数（例如光学编码器，或者步进马达中的计数器，举例而言）。如果期望的话，这种标准化流程能够例如在诸如前面所详述的正在共同待决的、未出版的欧洲专利申请EP 13156641之类的图像登记装置/方法的辅助下得以完成，该欧洲专利申请和本发明申请具有公共的发明人/受让人。

明确值得注意的是，本发明中所使用的光束阵列中的光束不是所有的需要具有相同的相对于XY平面的焦点深度（在Z方向上）。例如，在潜入切割中，蚀刻光束聚焦在衬底的主体上而不是在其表面上。如果期望的话，相关的方法可以被使用在本发明中。例如。

--当在X方向考虑时，人们可选择设置连续的光束聚焦至连续的更大的深度（在滞后的光束被聚焦至比领先的光束更深的深度的情形下）。

--关于Y方向，人们可选择将设置于划线槽的边缘附近的光束聚焦至比朝向划线槽的中心处设置的光束更浅的焦点深度。

不管阵列中光束的焦点的所选择的Z位置，根据本发明所述的可调式空间滤波器能够被使用在垂直于Z的平面中操控阵列的范围/形态/配置。

在本发明所述的典型装置/方法中，--其不是被设想以任一方式来限定本发明的保护范围，而是仅仅在此被提供以用于给出具体的、实用的示例--下述方面适用：

--输入激光束被选择具有的波长范围在200-3000nm之内，输出功率范围在1mW-100W之内。所选择的激光将大大依赖于被蚀刻的衬底材料。在这个范围内的波长能够通过各种激光器所产生。例如，固态Nd:YAG激光器产生的波长为1064nm，带有532nm和355nm的各次谐波。所述的355nm的波长尤其具有吸引力，因为：

▫ 它倾向于被半导体材料强烈吸收；

▫ 它通常能够被相对轻易地聚焦至相对小的光点直径。

可是，这纯粹是个选择项，其它的波长可替代被采用。

--使用能够传递脉冲激光束的激光源，其带有的脉冲持续时间在大约1微秒至100毫微微秒的范围以内。

--使用DOE，输入激光被分离以便于形成光束的二维阵列，例如，以包含有在X方向的3-4个光束和在Y方向的2-4个光束的矩形的形式。

--可调式空间滤波器位于投射系统的后部焦平面处，包含有两对滑动板体的该滤波器横跨阵列，并通过沿着两个正交方向（X和Y）移动而能将其拦截。该板体是由金属材料制成，每个板体具有大约1mm的厚度，以及具有大约5mm的长度的隐藏边缘。每个板体使用和光学编码器结合使用的小型线性马达所驱动。

附图说明

现在根据典型实施例和示意性附图，以更详细的方式阐述本发明，其中。

图1所示为根据本发明所述的辐射蚀刻装置的特定实施例的局部的正视图（沿着X轴所视）。

图2所示为图1的物体的局部，具体为图1的较低局部的放大平面示意图（沿着Z轴）。

图3表明了图2的物体的兴趣区域的更进一步的放大平面示意图（沿着Z轴）。

图4表明了根据本发明所述方法的特定实施例的设定过程中的图3的物体。

图5大体相当于图4，除了附图内某些技术特征的定位以外，其表明了本发明的另一个实施例。

图6大体相当于图4，除了附图内某些技术特征的数量/外形以外，其表明了本发明的再一个实施例。

具体实施方式

在附图中，在相关位置，相应的部件使用相应的参考标记来表明。明确注意的是，附图通常是不按比例的。

实施例一。

图1所示为根据本发明所述的辐射蚀刻装置的特定实施例的局部的正视图，其可使用来沿着至少一个划线槽2（未示；参见图2和图3）在衬底1的目标表面3上辐射蚀刻大体平整的半导体衬底1。另一方面，图2所示为图1的较低局部一个方面的放大平面示意图（除了图3和图4之外）。注意卡迪尔坐标系统（Cartesian coordinate system）XYZ表示于附图中。

具体地，图1和图2总体上表明了以下内容。

--衬底固定器（平台、卡盘）H，用于固定衬底1。

--照射器I，用于生成可调式的数个光束的阵列B。

--投射系统P，用于将光束阵列B聚焦在由衬底固定器H所固定的衬底1的目标表面3上，该衬底1上光束阵列B所冲击的区域此处由T指明。

--驱动器系统（平台组件）A，用于使得衬底固定器H平行XY平面相对于光束阵列B产生相对位移。

更为详细地，照射器I包含有以下部件。

• 激光源4，其沿着光学轴线6输出（脉冲式）激光辐射（通常也朝向投射系统P）。该激光源4连接至控制器4C，控制器4C能够被使用来尤其控制所述的激光辐射的参数，如脉冲持续时间和功率/能量密度。注意图1中，控制线（总线）使用虚线/断开线来表示。

• 光束细分器（分光器）8，其将所述的激光辐射转换为数个激光束的阵列B（参见图3，例如）。在这个特定的情形下，光束细分器8包含有安装于旋转平台82上的DOE 8，该旋转平台使得DOE围绕Z轴旋转。平台82的这个旋转方面通过控制器82C得以控制。

• 固定器84，用于存储多个不同的DOE。在这种情形下，固定器84作为链节架/收藏架而被体现。

• 交换机构86，用于将所选定的来自固定器84的DOE定位在平台82上（藉此位于投射系统P的光学轴线上）。交换机构86连接至控制器86C，并在此被表明作为一个具有枢接抓取臂的（SCARA：平面关节型机器人）机器人，该抓取臂具有多个移动自由度；可是，很多其他不同的交换机构能够被仔细考虑。

进一步值得注意的是。

• 通常，将要遭受蚀刻的衬底1首先被装配在薄片上，该薄片横跨在环形框架（图中未示）内，然后，衬底1、薄片和环形框架的这种复合结构例如通过外围夹具被装配于衬底固定器H上。在分割整个衬底1之后，例如通过侧向延伸的所述薄片，它能够沿着各个划线槽2被分离。这些是半导体衬底蚀刻领域的固有特性，以致于在这里它们不需要进一步阐述；关于更多的信息，参考下面的文献（举例而言）：

▫ US 2008/0196229 A1 和 US 5,979,728；

▫ http://en.wikipedia.org/wiki/Dicing_tape；

▫ http://www.lintec-usa.com/di_t.cfm#anc01。

• 除了将阵列B（的部件）聚焦在衬底1上或在衬底1中之外，如所期望的，例如，投射系统P也可完成偏差/失真修正。

根据本发明所述，图1还另外表明了设置于照射器I和衬底固定器H之间的可调式空间滤波器F。这个空间滤波器F包含有多个机动板体P1、P2、P3、P4（另外参见图4），其位置能够被调整以便于至少部分地阻挡阵列B的选定光束。这些板体中的两个P1、P2使用各自的连接于控制器FC的马达M1、M2，在平行于Y方向上前后移动。相应的一对板体P3、P4（图1中未示，参见图4）类似地使用各自的也连接于控制器FC的马达M3、M4，在平行于X方向上前后移动。在此以前提及的各个控制器4C、82C、86C、AC、FC被连接至主控制器C上。

正如此处所述，离开DOE8和进入投射系统P的光束阵列B包含有本质上的准直光束。在这个特定的配置中，使用透镜10a、10b生成中间的焦平面，在这个焦平面内（或者紧紧相邻于它）设置有板体P1、P2、P3、P4。以这种方式，板体P1-P4（的隐藏端缘）随同光束B一起有效地聚焦在目标表面3上。

图2表明了当衬底1驻留在衬底固定器H上时，从上方所视时的衬底1。在目标表面3上，各种划线槽2被表述。这些划线槽2延续于位于集成器件23之间的X/Y网格图案中，该集成器件23分布于目标表面3的矩阵布置中；在典型的半导体衬底1上通常有很多的这种器件23，但是这里只有一些被阐明，以便于不使得附图凌乱。附图表示了一种“纵向扫描和侧向步进”的方法以在特定的方向上（在这种情形下为±Y）沿着多个连续的划线槽2蚀刻衬底1。例如。

• 通过在-Y方向上扫描光束阵列B，沿着划线槽2a蚀刻衬底1；实际上，通过使用驱动器系统A（参见图1）以在+Y方向上扫描衬底固定器H，这个相对移动能够确实得以完成。

• 在沿着划线槽2a完成蚀刻滑道之后，驱动器系统A将会被使用来在+X方向上步进衬底固定器H一段距离ΔX；结果，光束阵列B将会相对于目标表面3被有效地步进一段距离-ΔX。

• 现在通过在+Y方向上扫描光束阵列B，沿着划线槽2b将衬底1蚀刻；实际上，通过使用驱动器系统A以在-Y方向上扫描衬底固定器H，这个相对移动能够得以完成。

• 诸如此类。

为了便于参考的目的，图2还表明了多个划线槽2的纵向、中央轴线2'。

值得注意的是，存在具体表达驱动器系统A的各种方式，在这方面，熟练技术人员将能利用很多选择方案。一个具体的实施例，在图2中示意性地表述，其使用两个单独的线性马达（未描述）以沿着轴线D1和D2独立地驱动衬底固定器H，轴线D1、D2和X、Y轴对应45度的角度；其后，在X或Y上的移动包括沿着D1和D2轴线的并行驱动。通常，衬底固定器H将会被引起在平行于XY平面的参考平面（例如抛光的石材表面）的上方平滑地浮动，例如在空气轴承或磁推轴承（未描述）的帮助下。例如，衬底固定器H的准确位置能够在定位工具如干涉仪或线性编码器的帮助下被监测和控制（未描述）。而且，聚焦控制/水平面感测（未描述）也通常会被采用，以确保衬底1的目标表面3相对于投射系统P保持在期望水平面上。对熟练技术人员而言，所有这种传统的定位和控制方面将会非常熟悉，这里不需要任何更多的说明。

现在转到图3，这表明了衬底1的兴趣区域的放大平面示意图。其表述了位于四个器件23之间在X方向上延伸的划线槽2（带有中央轴线2'）。光束阵列B被表示为在方向D上沿着划线槽2进行转换。在这个特定的情形下，光束阵列B是一个二维的阵列，其能够被视为包含有以下部分。

（A）12个主要光束的核心区（中央区域）BC，其被阴影圆圈所指明；以便于实施标记，核心区BC此处表示为由虚线轮廓（假想中）示意性封闭。核心区BC中的合成光束被设置成4x3矩形的布置形式。在一个具体（非限制性的）的实例中：

--核心区BC具有的宽度（平行于Y）位于40-70微米的范围内（例如45微米），长度（平行于X）位于100-1000微米的范围内（例如150微米）。

--核心区BC中12个主要光束的每一个具有的直径位于5-15微米的范围内（例如12微米）。

--划线槽2（平行于Y）的宽度比核心区BC的宽度大5-10微米。

（B）外围区（区域外部）BP包含有多个寄生/卫星光束，其由非阴影圆圈所指明。例如，这些寄生光束可以具有由DOE 8 所生成的不需要的较高的衍射级，并通常会比核心区BC中的主要光束更弱。在这个特定的情形下，外围区BP被阐述为包含有设置于核心区BC周围的寄生光束的“单独围栏”；然而，在实际场合，存在多得多的这种寄生光束，其从核心区BC向外进一步延伸（且变得持续更弱）。所阐述的场合是简化了的，旨在避免附图出现更多的凌乱。

从图3中可以立即显然看出。

在光束阵列B的转化期间，设置在核心区BC的左侧和右侧的外围区BP中的寄生光束（在±Y方向上）定位在它们将在器件区域23上侵犯的位置处。即使它们不直接在器件区域23上打扰，它们逾越所阐述（虚构）的端缘边线E1、E2的事实也意味着它们能够不令人期望地增大器件23的HAZ。

而且，外围区BP还包含有设置在核心区BC的前侧和后侧的寄生光束（在±X方向上），这些能够在划线槽2中引起不需要的分层效果。

这些效果产生了通常不令人期望的环境，这能够导致很不可接受的蚀刻结果。

为了解决这个难题，图4示意性地表明了以上引述的机动板体P1、P2、P3、P4如何能够使用来隐蔽外围区BP，以及仅仅允许核心区BC通过到达划线槽2。这里，明确值得注意的是，图4表明了位于衬底1的目标表面3的水平面处的板体P1-P4的结果/图像--实际的板体P1-P4被物理设置在位于透镜10a和10b之间的上述的中间焦平面上。为此目的，马达M1、M2（图4中未描述）已经被使用来在Y方向上移动板体P1、P2的各自隐藏端缘PE1、PE2，以便于将所述的隐藏端缘PE1、PE2放置在位于核心区BC和外围区BP之间的各自的左侧和右侧边界上。类似地，马达M3、M4（未描述）已经被使用来在X方向上移动板体P3、P4的各自隐藏端缘PE3、PE4，以便于将所述的隐藏端缘PE3、PE4放置在位于核心区BC和外围区BP之间的各自的前侧和后侧边界上。

板体P1-P4，例如，是由不锈钢板制成，该不锈钢板具有大约1mm的厚度（平行于Z）和大约5mm的宽度（垂直于它们的移动方向）。所述的厚度是沿着隐藏端缘PE1-PE4逐渐变细至零，以致于形成刀状的端缘。板体P1-P4，例如，使用小型线性马达驱动。

实施例二。

在图4中，板体P3被使用来创造准确地位于核心区BC和外围区BP之间的边界，完全地隐藏后者并让前者完全地不堵塞。可是，图5表示了另一个可选的方案，其相当于图4，除了有关板体P3的X位置。在图5中，板体P3的隐藏端缘PE3已经放置，以便于部分地隐藏核心区BC中领先行的（四个）光束。这样使得本发明的装置的用户实现同核心区BC进行试验，其中，在平台82上不必须放置另一个（订制）DOE 8的情形下，领先的端缘具有比核心区的其它部分稍微更低的强度（例如，以便于完成热量预处理）。

实施例三。

图6大部分相当于图4，除了有关根据本发明所述的机动板体P1、P2的数量/实施例。这里，缺少板体P3、P4，实际上板体P1、P2中的每一个被体现为滑动子板P1A、P1B、P1C和P2A、P2B、P2C的三联体，每个滑动子板能够独立地在±Y方向上被驱动。正如此处所述，这些子板已经被放置以便于隐藏大部分的外围光束，也以便于阻挡主要光束中的两个。关于子板的数量和它们的相对定位，这仅仅是众多可能配置方式中的一种。

Claims (9)

1.一种用于沿着划线槽辐射蚀刻大体平整的半导体衬底的装置，该划线槽在该衬底上的目标表面上的相对行的半导体器件之间延伸，所述的划线槽具有平行于第一方向延伸的长度和平行于第二方向延伸的宽度，该第一方向和第二方向各自平行于卡迪尔坐标系统的X轴和Y轴，该装置包含有：

衬底固定器，用于固定衬底；

照射器，用于生成可调式的数个光束的阵列；

投射系统，用于将所述的光束聚焦在衬底固定于衬底固定器时的所述目标表面；

驱动器系统，用于使得衬底固定器相对于所述的光束在平行于XY平面上引起相对位移；

其特征在于，该装置还包含有：

可调式的空间滤波器，其设置在所述的照射器和所述的衬底固定器之间，该空间滤波器包括多个机动板体，该机动板体的位置能够被调整以致于至少部分地阻挡所述的阵列的选定光束。

2.如权利要求1所述的装置，其中，

所述的照射器被具体化以生成至少具有下述光束之一的阵列：

第一数个光束，其具有相互不同的X坐标；

第二数个光束，其具有相互不同的Y坐标；

所述的可调式的空间滤波器中的机动板体被定位，以致于能够至少部分地阻挡下述设置在所述阵列的选定内部区域的外侧的光束之一：

所述的第一数个光束的第一外围子集；

所述的第二数个光束的第二外围子集。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述的可调式的空间滤波器包含有：至少两个机动板体，其可在平行于所述的X方向上独立地移动并设置在所述阵列的相对侧。

4.如权利要求2或3所述的装置，其中，所述的可调式的空间滤波器包含有：至少两个机动板体，其可在平行于所述的Y方向上独立地移动并设置在所述阵列的相对侧。

5.如前述任一项权利要求所述的装置，其中，至少一个板体包含有多个平行的指状物，这些指状物相对于彼此单独地滑动。

6.如前述任一项权利要求所述的装置，其中，照射器在至少一个衍射光学器件的辅助下生成所述的阵列。

7.如权利要求6所述的装置，其中，照射器包含有：

固定器，用于存储多个不同的衍射光学器件；

交换机构，其用于在所述的投射系统的光轴上定位所述的衍射光学器件中所选定的一个衍射光学器件。

8.如权利要求7所述的装置，该装置包含有：

控制器，其能够依赖当衍射光学器件从所述的固定器选定时，自动地调整所述的机动板体的位置。

9.一种沿着划线槽辐射蚀刻大体平整的半导体衬底的方法，该划线槽在该衬底上的目标表面上的相对行的半导体器件之间延伸，该方法包含有：

提供位于衬底固定器上的衬底；

提供可调式的数个光束的阵列；

将所述的阵列聚焦在衬底的所述目标表面上；

使得所述的衬底固定器相对于所述的阵列引起相对位移，以致于沿着所述的划线槽转化所述的阵列；

其特征在于，该方法还包含有：

使用包含有多个机动板体的可调式的空间滤波器，在所述的阵列作用于所述的衬底以前至少部分地阻挡所述的阵列的选定光束。