CN110587149B - 利用激光时脉调变分光切割加工方法及其模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用激光时脉调变分光切割加工方法及其模组，其加工方法包含发出激光步骤、时脉调变振荡步骤、聚光步骤、加工步骤；首先，将激光射入光电调变振荡装置，并折射出两道不同时脉、角度各异的光束，但其功率仍维持接近原激光，再利用激光控制装置移动光电调变振荡装置，以控制两光束分别射向聚光单元的间距，而聚光单元调整光束朝向晶圆射出，并配合移动平台的移动，使两光束在晶圆上以特定间距进行平行Z字形交错的加工，最后形成两条平行蚀刻后的完整沟槽，无需额外分割加工、或更换功率更高的激光源，大幅降低设备成本并提高加工效率。

Description

利用激光时脉调变分光切割加工方法及其模组

技术领域

本发明是有关于一种激光切割的加工方法及其模组，特别是一种利用激光时脉调变分光切割加工方法及其模组。

背景技术

请参阅图1至图3，图1为现有的激光分割加工方法的步骤示意图，图2为现有的激光分割加工设备的加工运作示意图，图3为现有技术分割加工后的晶圆沟槽示意图。

如图1、图2所示，一般在对晶圆进行分割时，特别指由低介电常数(Low-k)膜形成，由于晶圆具有脆弱及容易剥离的特性，因此，现有的激光分割加工方法主要分为二步骤以避免破坏晶圆，其二步骤如下：预设切割步骤A1、分割加工步骤A2。

预设切割步骤A1：首先，先在晶圆E上的预设切割线两侧，以激光装置11射出激光，开始进行剥蚀开槽。

分割加工步骤A2：再通过切割刀片，以分割的方式，将晶圆E上已经剥蚀开槽后的沟槽F进行加工。

进一步而言，大部分的加工方法会先将两个分别形成于加工沟槽F两侧的外缘的间距，设计为超过切割刀的宽度，以此防止沿着加工沟槽进行切割的刀片产生单面磨损，造成晶圆热裂、破损等不良情形发生。

现有的激光分割加工设备1包含提供激光激发源的激光装置11、以及将激光进行光束调整的光束处理装置12；其中，现有的激光分割加工设备1在进行激光开槽时，会先设定激光装置11发射激光的功率，接着将激光射入光束处理装置12，再由光束处理装置12输出已处理好的激光束L，并射向晶圆E以进行加工；而该光束处理装置12主要分为以下两种：

1. 光束处理装置12设有分光元件，使一道激光分离成两道可同时加工的激光束L，并同时将两道激光束L射向晶圆E；然，其缺点在于分离后的两道激光束L，所占功率分别只有原功率百分的五十不到，因此必须选用更高功率的激光激发源才能维持晶圆的切割品质，导致激光激发源的设备成本相对提高。

2. 光束处理装置12设有光束整形元件，将一道激光改变其光模态，并使原本为高斯分布的能量的激光，转成两道分离或多道密集的光束进行加工；然，其缺点与前述1相同，分离后的光束所占功率均只有原功率一半不到，而若整形成多道光束，每道光束能量的功率比例就更低，因此还需更换较高功率的激光激发源(成本较昂贵)，或加装多道激光激发源，以维持晶圆切割的品质，导致设备成本提高。

归纳前述，基于前述两点开槽方式的缺失，如图3所示，因为激光经分离成两道激光束L后，会使两道激光束L加工在晶圆E时的功率降低，导致激光束L打在晶圆E上的预设线时，无法有足够能量直接完成开槽加工(如图2、3中的两道V型沟槽F，其切割后的沟槽F底部不平整)，即使将预设线的线距设为更接近(如图3中箭头下方的两道V型沟槽F)，仍无法开槽完成，还需要多次针对沟槽F底部进行平整的加工才能完成开槽动作，造成加工效率不佳，而且需要多一道将沟槽底部切割完整的工序才可完成；如果换成更高功率的激光激发源，虽然有足够的加工能量，可减少加工次数及工序，但是会导致设备成本提高，所以在激光切割加工领域中，降低加工成本以及提高加工效率，即为该领域急需解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光切割加工方法，特别是一种可利用激光时脉调变分光切割加工方法及其模组，用以解决分光、整形造成能量功率衰弱的问题，并降低加工成本以及提高加工效率。

为达上述的目的，本发明利用激光时脉调变分光切割的加工方法，是通过下列步骤所制成：

发出激光步骤：由激光单元发射具有吸收性波长的激光；前述激光单元是以至少符合不会破坏晶圆的原则下，设定其发射重复频率参数以及发射激光功率。

时脉调变振荡步骤：通过光电调变振荡装置将激光单元所发射的激光进行振荡后，使原本的激光可以折射出两道不同时脉(不同时间射出)、角度各异的光束；前述光电调变振荡装置可设定振荡频率参数，以此设定调整经折射后的两道光束分别射出的频率，两道光束可以设定为特定的时间间隔分别射出；同时，通过激光控制装置移动光电调变振荡装置，以控制两光束的射出位置以及间距；前述激光控制装置可依使用者需求设定两光束发出的位置及间距。

聚光步骤：光电调变振荡装置分别以不同时间射出两道角度各异的光束，并且两光束以特定间距及特定频率分别射向聚光单元，再通过聚光单元将光束的射出方向调整为射向晶圆的方向，以该特定频率及间距在晶圆上形成两个交叉不同位置的蚀刻槽孔。

加工步骤：通过聚光单元交叉不同时间射出的光束，于特定间距的两端在晶圆上分别进行开槽，并配合移动平台进行平行位移，即可产生在两平行线上连续开槽的态样，最终使两道光束以Z字形的态样，以不同时间及特定间距交错打在晶圆上，以对晶圆进行加工，即可产生两条平行的剥蚀沟槽，而且该两道光束的功率与原激光单元所射出的激光近乎相同，所以两道光束能量足够使蚀刻切割的沟槽下方直接呈现U型态样，即可快速切割出完整的沟槽(沟槽的底部呈现U型即为平整的沟槽底部)。

而本发明利用激光时脉调变分光切割加工模组，是包含有激光装置、激光控制装置、以及移动平台。

所述激光装置，是可发射激光，以提供激光源。

所述激光控制装置，是与激光装置连接，并可控制激光装置的光束射出位置。

所述移动平台，是与激光控制装置下方连接，其上方与激光装置之间可固定放置晶圆，并可控制晶圆与激光装置间的加工方向。

其中，所述激光装置是包括可发射具有吸收性波长的激光的激光单元、与激光单元对应的激光射出口的方向的光电调变振荡装置、与光电调变振荡装置对应的聚光单元；前述光电调变振荡装置同时与激光控制装置连接，可在接收激光后，通过振荡折射产生两道不同时脉(不同时间射出)、角度各异的光束，并由激光控制装置控制该两道光束分别射出的位置以及间距；前述聚光单元可接收来自光电调变振荡装置发出的光束，并将该光束调整导向晶圆上进行加工。

其中，所述激光控制装置与光电调变振荡装置连接处设有滑轨，可通过滑轨控制光电调变振荡装置的两光束射出位置及间距。

通过前述的结构与步骤，本发明无须再如现有的加工开槽方式，还要在预设线切割沟槽后，再分开进行切割加工，才能形成完整开槽，而本发明将激光打入光电调变振荡装置进行时脉调变振荡后，折射成两道不同时脉(不同时间射出)、角度各异的光束，其功率接近原入射时的激光功率，再通过激光控制装置移动光电调变振荡装置以控制两光束分别射出在聚光单元的位置及间距，而该聚光单元则将光束调整朝向晶圆射出，并配合移动平台的移动，以控制光束在晶圆上以进行平行Z字形交错加工，最后即可产生由两条完整平行切割后所形成的完整沟槽，无需再额外分割加工，因此本发明在开槽动作上更有效率，也因维持了激光原本的功率，所以无须更换功率更高的激光激发源，大幅降低激光激发源的功率需求，进而达成降低设备成本的功效。

使用者在使用本发明时，还可通过设定前述激光单元的发射重复频率参数、光电调变振荡装置的振荡频率参数、激光控制装置的间距、移动平台的运动参数，即可产生依使用者需求所形成的完整沟槽。

附图说明

图1：背景技术的激光分割加工方法的步骤示意图；

图2：背景技术的激光分割加工设备的加工运作示意图；

图3：背景技术的分割加工后的晶圆沟槽的A-A’剖面示意图；

图4：本发明利用激光时脉调变分光切割加工方法的步骤示意图；

图5：本发明利用激光时脉调变分光切割加工模组的示意图；

图6：本发明加工后的晶圆沟槽的B-B’剖面示意图；

图7：本发明加工运作的局部上视示意图；

图8：本发明加工完成的沟槽的上视示意图；

图9：本发明加工后的晶圆沟槽的C-C’剖面示意图。

图中：

本发明：

２利用激光时脉调变分光切割加工模组；２１激光装置；２１１激光单元；２１２光电调变振荡装置；２１３聚光单元；２２激光控制装置；２３移动平台；Ｄ、Ｄ’间距；Ｇ、Ｇ’晶圆；Ｈ、Ｈ’沟槽；L’激光；L”激光束；Ｓ１发出激光步骤；Ｓ２时脉调变振荡步骤；Ｓ３聚光步骤；Ｓ４加工步骤；

背景技术：

１激光分割加工设备；１１激光装置；１２光束处理装置；E晶圆；F沟槽；L激光束；A1预设切割步骤；A2分割加工步骤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

首先请参阅图4至图7，图4为本发明利用激光时脉调变分光切割加工方法的步骤示意图，图5为本发明利用激光时脉调变分光切割加工模组的示意图，图6为本发明加工后的晶圆沟槽的B-B’剖面示意图，图7为本发明加工运作的局部上视示意图。

如图4至图7所示，本发明利用激光时脉调变分光切割加工方法，其步骤如下所述：

发出激光步骤S1：由激光单元211发射具有吸收性波长的激光L’；前述激光单元211是以至少符合不会破坏晶圆G的原则下，设定其发射重复频率参数以及发射激光L’功率。

时脉调变振荡步骤S2：通过光电调变振荡装置212将激光单元211所发射的激光L’进行振荡后，使原本的激光L’可以折射出两道不同时脉(不同时间射出)、角度各异的光束；前述光电调变振荡装置212可设定振荡频率参数，以此设定可调整折射出来的两道光束分别射出的频率，两道光束是可以特定的时间间隔穿插射出；同时，通过激光控制装置22移动光电调变振荡装置212，以控制两光束的射出位置以及间距；前述激光控制装置22还可依使用者需求设定光束发出的间距参数。

聚光步骤S3：光电调变振荡装置212分别以不同时间射出两道角度各异的光束，并且两光束以特定间距及特定频率穿插射向聚光单元213，通过聚光单元213将光束调整方向至射向晶圆G，以该特定频率及间距在晶圆G上形成两个交叉不同的蚀刻槽。

加工步骤S4：通过聚光单元213交叉射出的光束L”，于特定间距D的两端在晶圆G上分别进行开槽时，如图7所示，可以先在间距D右端射入其中一道光束L”，再向间距D左端射入另一道光束L”(虚线)，并配合移动平台23的位移方向，即可产生在两平行线上连续开槽的态样，最终使两道光束L”以Z字形的态样交错分别在特定间距D内对晶圆G进行加工，即可产生两条平行剥蚀后的沟槽H，而且该两道光束L”的功率与一开始的激光单元211所射出的激光L’近乎相同，所以两道光束L”能量足够使蚀刻切割的沟槽H下方直接呈现U型态样，即可快速切割出完整的沟槽H。

使用者在使用本发明时，还可协同设定激光单元211的发射重复频率参数、光电调变振荡装置212的振荡频率参数、激光控制装置22的间距参数、移动平台23的运动参数，以设定为适当的开槽运作参数，即可产生依使用者需求所形成的完整沟槽H。

如图5所示，本发明利用激光时脉调变分光切割加工模组2，是包含有激光装置21、激光控制装置22、移动平台23。

所述激光装置21，是可用于发射激光L’。

所述激光控制装置22，是与激光装置21连接，并可控制激光装置21的光束射出位置。

所述移动平台23，是与激光控制装置22下方连接，其上方与激光装置21之间可固定放置晶圆G，并可控制晶圆G与激光装置21间的加工方向。

其特征在于：所述激光装置21是包括可发射具有吸收性波长的激光L’的激光单元211、与激光单元211对应的激光L’射出口的方向的光电调变振荡装置212、与光电调变振荡装置212对应的聚光单元213；前述光电调变振荡装置212同时与激光控制装置22连接，可在接收激光L’后通过振荡折射产生两道不同时脉(不同时间射出)、角度各异的光束，并通过激光控制装置22控制该两道光束分别射出的位置以及间距；前述聚光单元213可接收来自光电调变振荡装置212发出的光束，并将该光束调整导向晶圆G上进行加工。

其中，所述光电调变振荡装置212包括有可控制激光行进角度的光束调整单元(图未示)、调整激光L’时脉的时脉调变控制单元(图未示)，前述两者对应关系可任意排列设于光电调变振荡装置212中，当激光L’打入光电调变振荡装置212时，可先经过光束调整单元(图未示)，或是先经过时脉调变控制单元(图未示)，或是同时经过两者，且两者接收激光L’的前后顺序可任意排列。

其中，所述激光控制装置22与光电调变振荡装置212连接处设有滑轨(图未示)，可通过滑轨(图未示)控制光电调变振荡装置212的两光束射出位置及间距。

有关于本发明的实施方式及相关可供参考图式详述如下所示：

续请参阅图4、图5及图7，图4为本发明利用激光时脉调变分光切割加工方法的步骤示意图，图5为本发明利用激光时脉调变分光切割加工模组的示意图，图7为本发明加工运作的局部上视示意图。

本发明在下列叙述中，激光L’进入光电调变振荡装置212内，是以先经过时脉调变控制单元(图未示)，通过时脉调变控制单元(图未示)将激光L’分成两道不同时脉且照射角度不同的光束，再通过光束调整单元(图未示)将两道光束引导朝向聚光单元213方向前进做为说明。

首先，如发出激光步骤S1所示，先将晶圆G固定于移动平台23后，启动激光单元211，经激光单元211发射出具有吸收性波长的激光L’，并以至少符合不会破坏晶圆G的原则下，设定其发射重复频率参数以及发射激光L’功率。

如时脉调变振荡步骤S2所示，光电调变振荡装置212接收来自激光单元211的激光L’，并将该激光L’通过时脉调变控制单元(图未示)振荡折射出两道不同时脉(不同时间射出)、角度各异的光束，经振荡分光后可射出两个独立光束，其各自的能量并无损耗，因此极为接近原本激光L’入射的功率，并通过光束调整单元(图未示)将光束引导朝向聚光单元213方向前进，而且可依需求设定光电调变振荡装置212中的时脉调变控制单元(图未示)为特定的振荡频率参数，此时，激光控制装置22可通过滑轨(图未示)移动光电调变振荡装置212，以控制两光束分别射出在聚光单元213的位置及间距。

如聚光步骤S3所示，光电调变振荡装置212分别以不同时间射出两道角度各异的光束，并且两光束以特定间距及特定频率穿插射向聚光单元213，通过聚光单元213将光束调整方向至射向晶圆G，以该特定频率及间距在晶圆上形成两个交叉不同位置的蚀刻槽。

如加工步骤S4所示，如图7所示，通过激光控制装置22可间接控制聚光单元213所射出的光束L”在晶圆G上的间距D两点快速振荡，可以先在间距D右端射入其中一道光束L”，再向间距D左端射入另一道光束L”(虚线)，并配合移动平台23的前进方向(可参阅图7中的箭号方向表示运作过程的运动方向)，其中，激光控制装置22的间距参数、移动平台23的运动参数可依使用者需求设定为特定参数，最终光束L”以Z字形交错加工于晶圆G上，产生两条平行剥蚀后的沟槽H，而该沟槽H下方形成U型态样(切割完整的沟槽H)。

通过前述的结构与步骤，本发明无需再如背景技术的加工开槽方式，还要在预设线切割沟槽后，再分开进行切割加工，才能形成完整开槽，而本发明通过时脉调变振荡分光后可分别射出两道不同时脉(不同时间射出)的独立光束，其能量不会损耗，并且功率仍维持接近激光单元211入射时的功率，再通过激光控制装置22控制两道光束交错在特定间距内分别射出，接着聚光单元213将光束集中朝向晶圆G加工切割，使晶圆G上形成两个在间距D两端的蚀刻槽孔，再配合移动平台23控制切割方向与速度(以Z字形交错蚀刻加工于晶圆G)，以及同时将前述激光单元211的发射重复频率参数、光电调变振荡装置212的振荡频率参数、激光控制装置22的间距参数、移动平台23的运动参数进行协同设定，即可使切割后形成两道以D为间距的平行线所产生的U型沟槽H。

接续前述，请参阅图8、图9，图8为本发明加工完成的沟槽的上视示意图，图9为本发明加工后的晶圆沟槽的C-C’剖面示意图。

如图8、图9所示，相较于背景技术所形成能量不足的V型沟槽F(可对应参考图3)，还要进行分割加工，本发明的完整沟槽H’是可以D’的线距在晶圆G’上切割成两道U型沟槽H’组合而成，无需再额外分割加工，因此本发明在开槽运作上更有效率，也因维持了激光原本的功率，所以无须更换功率更高的激光激发源，大幅降低激光激发源的功率需求，进而达成降低设备成本的功效。

综合上述，本发明利用激光时脉调变分光切割加工方法及其模组其优点在于：

开槽效率提高：通过光电调变振荡装置折射出来的光束，可维持原本功率，并且以两道不同时脉、不同角度，及已设定好的间距射出，再由聚光单元将光束导向晶圆，如此即可使加工在晶圆上的光束有足够的能量直接开槽完成，无须先开两道预设线再进行分割加工，只要一道工序直接完成开槽。

降低加工设备成本，在不会破坏晶圆的激光功率条件下，本发明可发射出维持原本功率的激光且可使开槽下方呈现两道U型沟槽，而两道U型沟槽即可形成完整沟槽，所以无须提高激光单元所发射的激光功率，或是换成更高功率的激光激发源，进而达成降低设备成本的功效。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种利用激光时脉调变分光切割加工方法，其特征在于，包含有下列步骤：

A.发射步骤：由激光单元发射具有吸收性波长的激光；

B.时脉调变振荡步骤：通过光电调变振荡装置，供给激光单元所发射的激光通过振荡折射出两道不同时脉、角度各异的光束，并通过激光控制装置控制两道光束射向聚光单元的位置及间距；

C.聚光步骤：再通过聚光单元，将光电调变振荡装置所产生两道不同时脉、角度各异的光束导向对晶圆进行加工；

D.加工步骤：通过激光控制装置间接控制聚光单元射出的光束在晶圆上以部分重叠的特定间距范围的两点快速振荡蚀刻，并配合移动平台前进方向，最终光束以Z字形交错平行连续蚀刻加工于晶圆上，产生由两条平行剥蚀后的完整沟槽，前述两道光束的功率与原激光单元所射出的激光近乎相同，所以两道光束能量足够使蚀刻切割的沟槽下方直接呈现U型态样。

2.如权利要求1所述的利用激光时脉调变分光切割加工方法，其特征在于，前述激光单元的发射重复频率、光电调变振荡装置的振荡频率、激光控制装置的间距、移动平台的运动方式，能够配合协同设定为最佳的开槽运作参数。

3.如权利要求1所述的利用激光时脉调变分光切割加工方法，其特征在于，前述激光控制装置能够控制光电调变振荡装置在间距内振荡移动。

4.一种利用激光时脉调变分光切割加工模组，系基于权利要求1所使用的加工方法，其特征在于，包含激光装置、激光控制装置、以及移动平台；

所述激光装置，是用于发射激光；

所述激光控制装置，是与激光装置连接，并能够控制激光装置的光束射出位置；以及

所述移动平台，是与激光控制装置下方连接，其上方能够固定放置晶圆，并能够控制晶圆加工方向；

其中，该激光装置是包括能够发射具有吸收性波长的激光的激光单元、与激光单元对应的激光射出口的方向的光电调变振荡装置、以及与光电调变振荡装置对应的聚光单元；前述光电调变振荡装置同时与激光控制装置连接，能够在接收激光后通过振荡折射产生两道不同时脉、角度各异的光束，并通过激光控制装置控制两道光束分别射出的位置以及间距；前述聚光单元能够接收来自光电调变振荡装置发出的光束，并将该光束调整导向晶圆上进行加工；其中，该光电调变振荡装置包括有能够控制激光方向及角度的光束调整单元，以及调整激光时脉的时脉调变控制单元，前述两者是任意顺序排列设于光电调变振荡装置中，当激光打入光电调变振荡装置时，能够先经过光束调整单元，或是时脉调变控制单元，或是同时经过两者；其中，所述激光控制装置与光电调变振荡装置连接处设有滑轨，能够通过滑轨控制光电调变振荡装置的两光束射出位置及间距。

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