CN108449937A - 激光处理设备及激光处理方法 - Google Patents

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CN108449937A CN201680076632.3A CN201680076632A CN108449937A CN 108449937 A CN108449937 A CN 108449937A CN 201680076632 A CN201680076632 A CN 201680076632A CN 108449937 A CN108449937 A CN 108449937A
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都尚会
李垧珉
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Abstract

本发明的一实施例的激光加工装置包括：第一激光照射部；以及冷却喷头，具有喷射冷却流体的多个喷嘴部，以包围借由上述第一激光照射部而形成的激光束的照射区域的方式喷射冷却流体。

Description

激光处理设备及激光处理方法
技术领域
本发明是有关于一种激光加工装置及激光加工方法，具体而言，有关于一种具有基板切割用冷却喷头的激光加工装置及激光加工方法。
背景技术
激光加工装置以各种形态应用于要求形成及加工微细图案的半导体元件的制造过程。例如，在半导体元件的制造过程中，利用激光加工装置来切割(分离)作为被加工物的晶圆的工作区域，而分离出单个半导体晶片。
激光加工装置的基本原理为如下方式：在利用激光将切割基板加热至软化点(softening point)以下后进行冷却，将切割基板内部的膨胀/压缩之力极大化而将材料的损失最小化来进行切割。此种激光热切割法可借由如下方式实现：在利用自激光光源产生的激光束对切割区域进行加热后，沿切割区域喷射冷却流体而引发裂痕。
此时，在切割区域具有曲率的情形时，会因激光束的移动路径与用以喷射冷却流体的冷却喷头的移动路径不同而无法在对切割区域进行加热后容易地实现冷却过程。
发明内容
发明欲解决的课题
本发明提供一种具有可冷却具有曲率的切割区域的基板切割用冷却喷头的激光加工装置及激光加工方法。
解决课题的手段
一实施例的激光加工装置可包括：第一激光照射部；以及冷却喷头，以包围借由第一激光照射部而形成的激光束的照射区域的方式喷射冷却流体。
可在远离激光束的照射区域的中心部相同距离的距离喷射冷却流体。
冷却喷头可包括喷射冷却流体的多个喷嘴部。
自多个喷嘴部喷射的冷却流体的喷射方向可与激光束的照射方向一致。
激光加工装置可更包括喷射方向调节部，喷射方向调节部对多个喷嘴部所喷射的冷却流体的喷射方向进行调整。
激光加工装置可更包括控制部，控制部根据激光束的照射区域的面积对喷射方向调节部进行控制而调整冷却流体的喷射方向。
控制部对多个喷嘴部所喷射的冷却流体的流量进行调节。
激光加工装置可更包括第二激光照射部，第二激光照射部与第一激光照射部隔开特定的间隔而配置至前方。
第一激光照射部及第二激光照射部可为CO2激光照射部。
冷却流体包括水或酒精中的至少一种。
激光加工装置可更包括移送第一激光照射部及冷却喷头的移送部。
可借由移送部而沿直线方向及具有曲率的方向移送第一激光照射部及冷却喷头。
一实施例的激光加工方法可包括如下步骤：输入包括曲率的基板的预切割线的步骤；以及使第一激光照射部及多个喷嘴部沿预切割线移动的步骤。
激光加工方法可更包括如下步骤：确定借由第一激光照射部而形成的第一激光束的照射区域的步骤；以及确定多个喷嘴部的喷射角度的步骤。
激光加工方法可更包括确定自多个喷嘴部所喷射的冷却流体的喷射流量的步骤。
发明效果
根据一实施例的激光加工装置，可对具有各种形状的切割区域，更具体而言，具有曲率的切割区域进行激光加工。
而且，可利用可调节喷射角度及喷射流量而喷射的冷却流体，有效地执行借由激光加工装置进行的基板切割。
附图说明
图1是表示一实施例的激光加工装置的方块图。
图2是一实施例的激光加工装置的立体图。
图3是本发明的一实施例的包括激光照射部及冷却喷头的激光加工装置的示意图。
图4是借由本发明的一实施例的激光加工装置而切割的基板的俯视图。
图5是本发明的另一实施例的包括激光照射部及冷却喷头的激光加工装置的示意图。
图6是借由本发明的另一实施例的激光加工装置而切割的基板的俯视图。
图7是本发明的一实施例的激光加工装置的作动方法的流程图。
具体实施方式
本发明中所使用的用语是考虑在本发明中的功能而尽可能地选择目前广泛使用的普通用语，但可根据从业于本技术领域的技术人员的意图或判例、新技术的出现等而改变。并且，在特定的情形时，亦存在申请人任意选择的用语，在此情形时，在相应的发明的说明部分中详细记载其含义。因此，本发明中所使用的用语应基于用语本身具有的含义与本发明的全部内容而定义，不应简单地以用语名称定义。
在整篇说明书中，在记载为某个部分“包括”某个构成要素时，若无特别相反的记载，则是指可更包括其他构成要素，而并非是指排除其他构成要素。并且，说明书中所记载的“…部”、“模组”等用语是指对至少一个功能或动作进行处理的单位，其以硬件或软体实现、或以硬件与软体的结合而实现。
以下，参照随附附图，详细地对本发明的实施例进行说明，以便在本发明所属技术领域内具有常识者可容易地实施。然而，本发明能够以多种不同的形态实现，并不限定于此处所说明的实施例。
以下，参照随附附图，详细地对本发明的实施例进行说明。
图1是表示一实施例的激光加工装置的方块图。图2是一实施例的激光加工装置的立体图。
参照图1及图2，一实施例用以切割基板(M)的激光加工装置(1)。此处，基板(M)为板形状的构件，例如可使用如硅晶圆的半导体晶圆或玻璃基板等，但本发明并不限定于此。
激光加工装置(1)可包括：平台(10)，支持基板(M)；激光照射部(20)，向基板(M)照射激光束(L)；冷却喷头(30)，可向基板(M)喷射冷却流体(I；参照图3)；移送部(40)，可移送激光照射部(20)及冷却喷头(30)；控制部(50)，用以对激光加工装置(1)的整体驱动进行控制；使用者界面模组(60)，具备输入部(610)与显示部(620)；及驱动部(70)，可对移送部(40)提供驱动力。
平台(10)可作为支持基板(M)的支持部。在本实施例中，支持基板(M)的平台(10)是固定的，下文将述的激光照射部(20)及冷却喷头(30)可沿预切割线(S；参照图4)移动，但本发明并不限制于此。亦可为在激光照射部(20)及冷却喷头(30)固定的状态下，沿预切割线(S)移动支持有基板(M)的平台(10)。
激光照射部(20)可包括：第一激光照射部(21)，用以沿预切割线(S)切割基板(M)；以及第二激光照射部(22)，可沿预切割线(S)扩散裂痕。作为一例，第一激光照射部(21)及第二激光照射部(22)可为对支持于基板(M)的平台(10)照射可由基板(M)吸收激光束(L)的波长，以在基板(M)的表面形成裂痕而可切割基板(M)的CO2激光照射装置。此时，第二激光照射部(22)可相对于预切割线(S)而配置至第一激光照射部(21)的前方。并且，激光束(L)可为脉冲型紫外线激光束，可具备飞秒(fs；femto second)、微微秒(ps；pico second)或纳秒(ns；nano second)范围的脉宽，但本发明并不限定于此。
冷却喷头(30)为如下的冷却装置：可沿基板(M)的预切割线(S)喷射冷却流体(I)而形成裂痕且扩散裂痕。作为一例，冷却喷头(30)可包括：冷却流体储存部(31)，可收容冷却流体(I)；喷嘴部(32)，可向基板(M)喷射冷却流体(I)；及喷射方向调节部(33)，可使喷嘴部(32)以特定的角度(α)旋转。
冷却流体储存部(31)提供用以收容冷却流体(I)的收容空间，在此种收容空间内储存冷却流体(I)。此时，冷却流体(I)使用水、挥发性较高的酒精，或使用混合水与酒精的溶液。如上所述，若使用挥发性较高的材料作为冷却剂，则可将残留至基板上的冷却剂最小化。然而，本发明并不限制于此，亦可使用可冷却借由激光照射部(20)而加热的基板(M)的任意的冷却流体(I)。
喷嘴部(32)为可向基板(M)喷射冷却流体(I)的喷射装置。作为一例，喷嘴部(32)能够以与基板(M)面向的方式配置至基板(M)的上部而喷射冷却流体(I)。此时，可根据基板(M)的切割速度而借由控制部(50)调整自喷嘴部(32)所喷射的冷却流体(I)的喷射量。并且，作为一例，可形成多个喷嘴部(32)，此时能够以隔以特定的间隔包围第一激光照射部(21)的方式配置喷嘴部(32)。然后利用图3及图4叙述与喷嘴部(32)及第一激光照射部(21)的配置相关的事项。在本实施例中，作为可喷射冷却流体(I)的装置而对喷嘴部(32)进行了叙述，但本发明并不限制于此，亦可使用向基板(M)的上部喷射冷却流体(I)的任意的喷射装置。
喷射方向调节部(33)为如下的角度调节构件：设置至喷嘴部(32)的一端部，可对喷嘴部(32)的角度进行调节而调节借由喷嘴部(32)所喷射的冷却流体(I)的喷射角度。作为一例，喷射方向调节部(33)可包括：第一连接构件(331)，配置至喷嘴部(32)的一端部；第二连接构件(332)，配置至下文将述的移送部(40)；以及连结部(333)，可连接第一连接构件(331)与第二连接构件(332)。第一连接构件(331)借由连结部(333)而以可旋动的方式连接至第二连接构件(332)的一端部。借由第一连接构件(331)相对于第二连接构件(332)旋转而喷嘴部(32)亦会旋转特定的角度(α)，因喷嘴部(32)旋转而喷射至基板(M)上的冷却流体(I)的喷射角度会变更。喷嘴部(32)借由喷射方向调节部(33)而旋转，借此可调整喷射至预切割线(S)上的冷却流体(I)与激光束(L)之间的相隔距离(T)。然后利用图5及图6叙述与因喷嘴部(32)旋转而激光束(L)与冷却流体(I)之间的相隔距离(T)改变相关的事项。
移送部(40)设置至平台(10)的上部，执行在平台(10)上沿第一轴(X)方向、第二轴(Y)方向及具有曲率的方向移送激光照射部(20)与冷却喷头(30)的功能。根据一实施例，移送部(40)可包括第一移送导件(410)、第二移送导件(420)及移送导块(430)。第一移送导件(410)可配置至平台(10)的上部，以沿第一轴(X)方向延伸的方式配置。第二移送导件(420)亦可配置至平台(10)的上部，以沿与第一轴(X)方向交叉的第二轴(Y)方向延伸的方式配置。第二移送导件(420)以可沿第一轴(X)方向移动的方式结合至第一移送导件(410)。移送导块(430)以可沿第二移送导件(420)而在第二轴(Y)方向上移动的方式结合至第二移送导件(420)。激光照射部(20)及冷却喷头(30)设置至移送部(40)的移送导块(430)，可与移送导块(430)一并移送。
控制部(50)可为用以控制激光照射部(20)、冷却喷头(30)及下文将述的驱动部(70)的作动的硬体硬件。控制部(50)根据储存在记忆体存储器(未图示)的程式程序及自输入部(610)输入的输入信号等而产生激光照射部(20)、冷却喷头(30)及驱动部(70)的控制信号。作为一例，控制部(50)可根据自输入部(610)输入的输入信号而控制自激光照射部(20)照射的激光束(L)的强度，可控制自冷却喷头(30)喷射的冷却流体(I)的流量，且可控制借由驱动部(70)形成的激光照射部(20)及冷却喷头(30)的移动方向及移动速度。此时，控制部(50)以一个微处理器模组的形态实现，或亦能够以组合两个以上的微处理器模组的形态实现。即，控制部(50)的实现形态并不限制于某种形态。
使用者界面模组(60)可包括输入部(610)及显示部(620)。输入部(610)可包括用以操作激光加工装置(1)的按钮、键盘、开关、拨号盘或触控界面。显示部(620)可由用以显示基板(M)的切割资讯的显示面板等实现。作为一例，显示部(620)可包括液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)面板、有机发光二极体(Organic Light Emitting diode，OLED)面板等，能够以图像或文本形式显示经分析的基板(M)的切割资讯。
驱动部(70)为可产生用以使激光照射部(20)及冷却喷头(30)沿第一轴方向(X)或第二轴方向(Y)移动的驱动力的动力发生装置。作为一例，驱动部(70)可包括：第一驱动装置(71)，用以使激光照射部(20)及冷却喷头(30)沿第二轴方向(Y)移动；及第二驱动装置(72)，用以使激光照射部(20)及冷却喷头(30)沿第一轴(X)方向移动。此时，驱动部(70)可根据由控制部(50)产生的控制信号而产生驱动力。
以下，更具体地对具备激光照射部(20)及冷却喷头(30)的激光加工装置(1)沿具有曲率的预切割线(S)切割基板(M)的方法进行说明。
图3是本发明的一实施例的包括激光照射部及冷却喷头的激光加工装置的示意图。图4是借由本发明的一实施例的激光加工装置而切割的基板的俯视图。
参照图3及图4，第一激光照射部(21)与第二激光照射部(22)以沿预切割线(S)彼此隔以特定的间隔的方式配置。此时，第二激光照射部(22)可配置至较第一激光照射部(21)更靠前方。冷却喷头(30)所包括的多个喷嘴部(32)以能够包围第一激光照射部(21)的方式配置。作为一例，能够以如下方式按照圆形喷射冷却流体(I)，即，以自第一激光照射部(21)照射的第一激光束(L1)为中心而彼此隔以相同的相隔距离(T1)，此时喷射冷却流体(I)的多个喷嘴部(32)亦可配置成包围第一激光照射部(21)的圆形。在本实施例中，叙述为多个喷嘴部(32)对第一激光照射部(21)配置成圆形，但本发明并不限制于此，只要能够以包围借由第一激光照射部(21)而照射的第一激光束(L1)的方式配置冷却流体(I)，则亦能够以任意地形态对第一激光照射部(21)配置多个喷嘴部(32)。
借由以包围第一激光束(L1)的方式自多个喷嘴部(32)所喷射的冷却流体(I)，在预切割线(S)具有曲率的情形时，亦可沿第一激光束(L1)的移动路径喷射冷却流体(I)。作为一例，在借由移送部(40)而沿预切割线(S)移送第一激光照射部(21)及第二激光照射部(22)与多个喷嘴部(32)的情形时，第二激光束(L2)借由第二激光照射部(22)而沿预切割线(S)照射至基板(M)上，从而可形成刻划线，可利用借由第一激光照射部(21)而照射的第一激光束(L1)执行基板(M)的切割。此时，能够以包围第一激光束(L1)的方式喷射的冷却流体(I)可与第一激光束(L1)的移动路径无关地利用因基板(M)的温度差所引起的热变形破断基板(M)。例如，不仅在预切割线(S)为直线的情形下，而且在具有曲率的情形时，亦可沿第一激光束(L1)的移动路径喷射冷却流体(I)，借此可实现基板(M)的切割。并且，由于能够以包围第一激光束(L1)的方式喷射冷却流体(I)，故而可喷射至第一激光束(L1)的移动路径的前方及后方，借此可借由两次因温度差引起的热变形而更有效地破断基板(M)。
图5是本发明的另一实施例的包括激光照射部及冷却喷头的激光加工装置的示意图。图6是借由本发明的另一实施例的激光加工装置而切割的基板的俯视图。
照射至基板(M)的第一激光束(L1)的照射区域(A)可根据切割时间而形成为各种形态。在第一激光束(L1)的照射区域(A)增加的情形时，亦需改变以包围第一激光束(L1)的方式喷射的冷却流体(I)的喷射方向。
参照图5及图6，本发明的一实施例的冷却喷头(30)可具有可使喷嘴部(32)旋转特定的喷射角度(α)的喷射方向调节部(33)，借此可改变自喷嘴部(32)所喷射的冷却流体(I)的喷射方向。作为一例，在第一激光束(L1)的照射区域(A)自第一照射区域(A1)增加至第二照射区域(A2)的情形时，喷嘴部(32)可自第一喷射角度(α1)旋转至第二喷射角度(α2)。借此，能够以包围第一激光束(L1)的第二照射区域(A2)的方式喷射冷却流体(I)。例如，在以第一激光束(L1)为中心而按照圆形喷射冷却流体(I)的情形时，自第一激光束(L1)的中心部(O)至第一冷却流体(I1)及第二冷却流体(I2)的相隔距离(T)可自第一相隔距离(T1)增加至第二相隔距离(T2)。
如上所述，借由喷嘴部(32)旋转而冷却流体(I)的喷射角度会发生变化，且冷却流体(I)的喷射面积会发生变化。因冷却流体(I)的喷射面积增加而以相同的流量喷射的冷却流体(I)对基板(M)的冷却速度会减小。此时，自喷嘴部(32)喷射的冷却流体(I)的流量会发生变化，借此亦保持对基板(M)的冷却速度，因此可固定地切割基板(M)。
图7是本发明的一实施例的激光加工装置的作动方法的流程图。
作为一例，使用者可在输入部(610)输入基板(M)的预切割线(S)。此时，预切割线(S)不仅可形成为直线，而且可形成为包括曲率的各种形态(S210)。
其次，可确定借由第一激光照射部(21)而照射的第一激光束(L1)的照射区域(A)(S230)。作为一例，第一激光束(L1)的照射强度可根据基板(M)的切割速度而发生变化，可根据第一激光束(L1)的照射强度确定第一激光束(L1)的照射区域(A)。
其次，确定喷嘴部(32)的喷射角度(α)(S250)。
作为一例，在如上所述般根据第一激光束(L1)的照射强度而确定第一激光束(L1)的照射区域(A)的情形时，能够以包围上述第一激光束(L1)的照射区域(A)的状态喷射冷却流体(I)的方式确定喷嘴部(32)的喷射角度(α)。根据一实施例，借由改变喷嘴部(32)的喷射角度(α)，可在所有预切割线(S)上冷却第一激光束(L1)的照射区域(A)。
其次，确定自喷嘴部(32)喷射的冷却流体(I)的喷射流量(S260)。
作为一例，在如上所述般确定喷嘴部(32)的喷射角度(α)的情形时，能够以在所有预切割线(S)上冷却第一激光束(L1)的照射区域(A)的方式确定自喷嘴部(32)喷射的冷却流体(I)的喷射流量。与此相关的事项与在图5及图6中叙述的内容实质上相同，因此为了便于说明，此处省略叙述。
其次，使第一激光照射部(21)及第二激光照射部(22)与多个喷嘴部(32)沿预切割线(S)移动(S270)。
根据一实施例，以支持在移送部(40)的方式配置的第一激光照射部(21)及第二激光照射部(22)与多个喷嘴部(32)可沿输入于输入部(610)的预切割线(S)移动，借此可形成基板(M)的刻划线，沿上述刻划线破断基板(M)。
以上，对本发明的一实施例进行了图示说明，但本发明并不限定于上述特定的示例，可由在本发明所属技术领域内具有常识者不脱离申请专利范围中所请求的本发明的主旨而实现各种变形实施，此种变形实施不应区别于本发明的技术思想或前景而单独地理解。

Claims (14)

1.一种激光加工装置，其特征在于，包括：
第一激光照射部；以及
冷却喷头，具有喷射冷却流体的多个喷嘴部，以包围借由所述第一激光照射部而形成的激光束的照射区域的方式喷射所述冷却流体。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，在远离所述激光束的所述照射区域的中心部相同距离的距离喷射所述冷却流体。
3.如权利要求1所述的激光加工装置，其中其特征在于，自所述多个喷嘴部喷射的所述冷却流体的喷射方向与所述激光束的照射方向一致。
4.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，更包括：喷射方向调节部，所述喷射方向调节部对所述多个喷嘴部所喷射的所述冷却流体的喷射方向进行调整。
5.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，更包括：控制部，所述控制部根据所述激光束的所述照射区域的面积对所述喷射方向调节部进行控制而调整所述冷却流体的喷射方向。
6.如权利要求5所述的激光加工装置，其特征在于，所述控制部对所述多个喷嘴部所喷射的所述冷却流体的流量进行调节。
7.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，更包括：第二激光照射部，所述第二激光照射部与所述第一激光照射部隔以特定的间隔而配置至前方。
8.如权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于，所述第一激光照射部及所述第二激光照射部为CO2激光照射部。
9.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述冷却流体包括水或酒精中的至少一种。
10.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，更包括：移送所述第一激光照射部及所述冷却喷头的移送部。
11.如权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，借由所述移送部而沿直线方向及具有曲率的方向移送所述第一激光照射部及所述冷却喷头。
12.一种激光加工方法，其特征在于，包括：
输入包括曲率的基板的预切割线的步骤；以及
使第一激光照射部及多个喷嘴部沿所述预切割线移动的步骤。
13.如权利要求12所述的激光加工方法，其特征在于，更包括：
确定借由所述第一激光照射部而形成的第一激光束的照射区域的步骤；及
确定所述多个喷嘴部喷射角度的步骤。
14.如权利要求13所述的激光加工方法，其特征在于，更包括：确定自所述多个喷嘴部喷射的冷却流体的喷射流量的步骤。
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