TW201722607A - 雷射處理設備及雷射處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明的一實施例的雷射加工裝置包括：第一雷射照射部；以及冷卻噴頭，以包圍藉由上述第一雷射照射部而形成的雷射束的照射區域的方式噴射冷卻流體。

Description

雷射處理設備及雷射處理方法

本發明是有關於一種雷射加工裝置及雷射加工方法，具體而言，有關於一種具有基板切割用冷卻噴頭的雷射加工裝置及雷射加工方法。

雷射加工裝置以各種形態應用於要求形成及加工微細圖案的半導體元件的製造過程。例如，於半導體元件的製造過程中，利用雷射加工裝置來切割（分離）作為被加工物的晶圓的工作區域，而分離作單個半導體晶片。

雷射加工裝置的基本原理為如下方式：於利用雷射將切割基板加熱至軟化點（softening point）以下後進行冷卻，將切割基板內部的膨脹/壓縮之力極大化而將材料的損失最小化來進行切割。此種雷射熱切割法可藉由如下方式實現：於利用自雷射光源產生的雷射束對切割區域進行加熱後，沿切割區域噴射冷卻流體而引發裂痕。

此時，於切割區域具有曲率的情形時，會因雷射束的移動路徑與用以噴射冷卻流體的冷卻噴頭的移動路徑不同而無法於對切割區域進行加熱後容易地實現冷卻過程。

[發明欲解決的課題] 本發明提供一種具有可冷卻具有曲率的切割區域的基板切割用冷卻噴頭的雷射加工裝置及雷射加工方法。 [解決課題的手段]

一實施例的雷射加工裝置可包括：第一雷射照射部；以及冷卻噴頭，以包圍藉由第一雷射照射部而形成的雷射束的照射區域的方式噴射冷卻流體。

可於遠離雷射束的照射區域的中心部相同的距離的距離噴射冷卻流體。

冷卻噴頭可包括噴射冷卻流體的多個噴嘴部。

自多個噴嘴部噴射的冷卻流體的噴射方向可與雷射束的照射方向一致。

雷射加工裝置可更包括噴射方向調節部，噴射方向調節部對多個噴嘴部所噴射的冷卻流體的噴射方向進行調整。

雷射加工裝置可更包括控制部，控制部根據雷射束的照射區域的面積對噴射方向調節部進行控制而調整冷卻流體的噴射方向。

控制部對多個噴嘴部所噴射的冷卻流體的流量進行調節。

雷射加工裝置可更包括第二雷射照射部，第二雷射照射部與第一雷射照射部隔開特定的間隔而配置至前方。

第一雷射照射部及第二雷射照射部可分別為CO₂ 雷射照射部。

冷卻流體包括水或酒精中的一種以上。

雷射加工裝置可更包括移送第一雷射照射部及冷卻噴頭的移送部。

可藉由移送部而沿直線方向及具有曲率的方向移送第一雷射照射部及冷卻噴頭。

一實施例的雷射加工方法可包括如下步驟：輸入包括曲率的基板的預切割線的步驟；以及使第一雷射照射部及多個噴嘴部沿預切割線移動的步驟。

雷射加工方法可更包括如下步驟：確定藉由第一雷射照射部而形成的第一雷射束的照射區域的步驟；以及確定多個噴嘴部的噴射角度的步驟。

雷射加工方法可更包括確定自多個噴嘴部所噴射的冷卻流體的噴射流量的步驟。 [發明之效果]

根據一實施例的雷射加工裝置，可對具有各種形狀的切割區域，更具體而言，具有曲率的切割區域進行雷射加工。

而且，可利用可調節噴射角度及噴射流量而噴射的冷卻流體有效地執行藉由雷射加工裝置進行的基板切割。

本發明中所使用的用語是考慮於本發明中的功能而儘可能地選擇目前廣泛使用的普通用語，但可根據從業於本技術領域的技術人員的意圖或判例、新技術的出現等而改變。並且，於特定的情形時，亦存在申請人任意選擇的用語，於此情形時，在相應的發明的說明部分中詳細記載其含義。因此，本發明中所使用的用語應基於用語本身具有的含義與本發明的全部內容而定義，不應簡單地以用語名稱定義。

於整篇說明書中，在記載為某個部分“包括”某個構成要素時，若無特別相反的記載，則是指可更包括其他構成要素，而並非是指排除其他構成要素。並且，說明書中所記載的“…部”、“模組”等用語是指對至少一個功能或動作進行處理的單位，其以硬體或軟體實現、或以硬體與軟體的結合而實現。

以下，參照隨附圖式，詳細地對本發明的實施例進行說明，以便在本發明所屬技術領域內具有常識者可容易地實施。然而，本發明能夠以多種不同的形態實現，並不限定於此處所說明的實施例。

以下，參照隨附圖式，詳細地對本發明的實施例進行說明。

圖1是表示一實施例的雷射加工裝置的方塊圖。圖2是一實施例的雷射加工裝置的立體圖。

參照圖1及圖2，一實施例用以切割基板M的加工裝置。此處，基板M為板形狀的構件，例如可使用如矽晶圓的半導體晶圓或玻璃基板等，但本發明並不限定於此。

雷射加工裝置1可包括：平台10，支持基板M；雷射照射部20，向基板M照射雷射束L；冷卻噴頭30，可向基板M噴射冷卻流體I（參照圖3）；移送部40，可移送雷射照射部20及冷卻噴頭30；控制部50，用以對雷射加工裝置1的整體驅動進行控制；使用者介面模組60，具備輸入部610與顯示部620；及驅動部70，可對移送部40提供驅動力。

平台10可做為支持基板M的支持部。於本實施例中，敍述為支持有基板M的平台10是固定的，下文將述的雷射照射部20及冷卻噴頭30可沿預切割線S（參照圖4）移動，但本發明並不限制於此。亦可為於雷射照射部20及冷卻噴頭30固定的狀態下，沿預切割線S移動支持有基板M的平台10。

雷射照射部20可包括：第一雷射照射部21，用以沿預切割線S切割基板M；以及第二雷射照射部22，可沿預切割線S擴散裂痕。作為一例，第一雷射照射部21及第二雷射照射部22可分別為如下的CO₂ 雷射照射裝置：對支持於基板M的平台10照射可由基板M吸收雷射束L的波長，於基板M的表面形成裂痕而可切割基板M。此時，第二雷射照射部22可相對於預切割線S而配置至第一雷射照射部21的前方。並且，雷射束L可為脈衝型紫外線雷射束，可具備飛秒（fs：femto second）、微微秒（ps：pico second）或納秒（ns：nano second）範圍的脈寬，但本發明並不限定於此。

冷卻噴頭30為如下的冷卻裝置：可沿基板M的預切割線S噴射冷卻流體I而形成裂痕且擴散裂痕。作為一例，冷卻噴頭30可包括：冷卻流體儲存部31，可收容冷卻流體I；噴嘴部32，可向基板M噴射冷卻流體I；及噴射方向調節部33，可使噴嘴部32以特定的角度α旋轉。

冷卻流體儲存部31提供用以收容冷卻流體I的收容空間，於此種收容空間內儲存冷卻流體I。此時，冷卻流體I使用水、揮發性較高的酒精，或使用混合水與酒精的溶液。如上所述，若使用揮發性較高的材料作為冷卻劑，則可將殘留至基板上的冷卻劑最小化。然而，本發明並不限制於此，亦可使用可冷卻藉由雷射照射部20而加熱的基板M的任意的冷卻流體I。

噴嘴部32為可向基板M噴射冷卻流體I的噴射裝置。作為一例，噴嘴部32能夠以與基板M面向的方式配置至基板M的上部而噴射冷卻流體I。此時，可根據基板M的切割速度而藉由控制部50調整自噴嘴部32所噴射的冷卻流體I的噴射量。並且，作為一例，可形成多個噴嘴部32，此時能夠以隔以特定的間隔包圍第一雷射照射部21的方式配置噴嘴部32。之後利用圖3及圖4敍述與噴嘴部32及第一雷射照射部21的配置相關的事項。於本實施例中，作為可噴射冷卻流體I的裝置而對噴嘴部32進行了敍述，但本發明並不限制於此，亦可使用向基板M的上部噴射冷卻流體I的任意的噴射裝置。

噴射方向調節部33為如下的角度調節構件：設置至噴嘴部32的一端部，可對噴嘴部32的角度進行調節而調節藉由噴嘴部32所噴射的冷卻流體I的噴射角度。作為一例，噴射方向調節部33可包括：第一連接構件331，配置至噴嘴部32一端部；第二連接構件332，配置至下文將述的移送部40；以及連結部333，可連接第一連接構件331與第二連接構件332。第一連接構件331藉由連結部333而以可旋動的方式連接至第二連接構件332的一端部。藉由第一連接構件331相對於第二連接構件332旋轉而噴嘴部32亦會旋轉特定的角度α，因噴嘴部32旋轉而噴射至基板M上的冷卻流體I的噴射角度會變更。噴嘴部32藉由噴射方向調節部33而旋轉，藉此可調整噴射至預切割線S上的冷卻流體I與雷射束L之間的相隔距離T。之後利用圖5及圖6敍述與因噴嘴部32旋轉而雷射束L與冷卻流體I之間的相隔距離T改變相關的事項。

移送部40設置至平台10的上部，執行於平台10上沿第一軸方向X、第二軸方向Y及具有曲率的方向移送雷射照射部20與冷卻噴頭30的功能。根據一實施例，移送部40可包括第一移送導件410、第二移送導件420及移送導塊430。第一移送導件410可配置至平台10的上部，以沿第一軸方向X延伸的方式配置。第二移送導件420亦可配置至平台10的上部，以沿與第一軸方向X交叉的第二軸方向Y延伸的方式配置。第二移送導件420以可沿第一軸方向X移動的方式結合至第一移送導件410。移送導塊430以可沿第二移送導件420而於第二軸方向Y上移動的方式結合至第二移送導件420。雷射照射部20及冷卻噴頭30設置至移送部40的移送導塊430，可與移送導塊430一併移送。

控制部50可為用以控制雷射照射部20、冷卻噴頭30及下文將述的驅動部70的作動的硬體。控制部50根據儲存於記憶體（未圖示）的程式及自輸入部610輸入的輸入訊號等而產生雷射照射部20、冷卻噴頭30及驅動部70的控制訊號。作為一例，控制部50可根據自輸入部610輸入的輸入訊號而控制自雷射照射部20照射的雷射束L的強度，可控制自冷卻噴頭30噴射的冷卻流體I的流量，且可控制藉由驅動部70形成的雷射照射部20及冷卻噴頭30的移動方向及移動速度。此時，控制部50以一個微處理器模組的形態實現，或亦能夠以組合兩個以上的微處理器模組的形態實現。即，控制部50的實現形態並不限制於某種形態。

使用者介面模組60可包括輸入部610及顯示部620。輸入部610可包括用以操作雷射加工裝置1的按鈕、鍵盤、開關、撥號盤或觸控介面。顯示部620可由用以顯示基板M的切割資訊的顯示面板等實現。作為一例，顯示部620可包括液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）面板、有機發光二極體（Organic Light Emitting diode，OLED）面板等，能夠以圖像或文本形式顯示經分析的基板M的切割資訊。

驅動部70為可產生用以使雷射照射部20及冷卻噴頭30沿第一軸方向X或第二軸方向Y移動的驅動力的動力發生裝置。作為一例，驅動部70可包括：第一驅動裝置71，用以使雷射照射部20及冷卻噴頭30沿第二軸方向Y移動；及第二驅動裝置72，用以使雷射照射部20及冷卻噴頭30沿第一軸方向X移動。此時，驅動部70可根據由控制部50產生的控制訊號而產生驅動力。

以下，更具體地對具備雷射照射部20及冷卻噴頭30的雷射加工裝置1沿具有曲率的預切割線S切割基板M的方法進行說明。

圖3是本發明的一實施例的包括雷射照射部及冷卻噴頭的雷射加工裝置的示意圖。圖4是藉由本發明的一實施例的雷射加工裝置而切割的基板的俯視圖。

參照圖3及圖4，第一雷射照射部21與第二雷射照射部22以沿預切割線S彼此隔以特定的間隔的方式配置。此時，第二雷射照射部22可配置至較第一雷射照射部21更靠前方。冷卻噴頭30所包括的多個噴嘴部32以能夠包圍第一雷射照射部21的方式配置。作為一例，能夠以如下方式按照圓形噴射冷卻流體I，即，以自第一雷射照射部21照射的第一雷射束L₁ 為中心而彼此隔以相同的相隔距離T₁ ，此時噴射冷卻流體I的多個噴嘴部32亦可配置成包圍第一雷射照射部21的圓形。於本實施例中，敍述為多個噴嘴部32對第一雷射照射部21配置成圓形，但本發明並不限制於此，只要能夠以包圍藉由第一雷射照射部21而照射的第一雷射束L₁ 的方式配置冷卻流體I，則亦能夠以任意地形態對第一雷射照射部21配置多個噴嘴部32。

藉由以包圍第一雷射束L₁ 的方式自多個噴嘴部32所噴射的冷卻流體I，於預切割線S具有曲率的情形時，亦可沿第一雷射束L₁ 的移動路徑噴射冷卻流體I。作為一例，於藉由移送部40而沿預切割線S移送第一雷射照射部21及第二雷射照射部22與多個噴嘴部32的情形時，第二雷射束L₂ 藉由第二雷射照射部22而沿預切割線S照射至基板M上，從而可形成刻劃線，可利用藉由第一雷射照射部21而照射的第一雷射束L₁ 執行基板M的切割。此時，能夠以包圍第一雷射束L₁ 的方式噴射的冷卻流體I可與第一雷射束L₁ 的移動路徑無關地利用因基板M的溫度差所引起的熱變形破斷基板M。例如，不僅於預切割線S為直線的情形下，而且於具有曲率的情形時，亦可沿第一雷射束L₁ 的移動路徑噴射冷卻流體I，藉此可實現基板M的切割。並且，由於能夠以包圍第一雷射束L₁ 的方式噴射冷卻流體I，故而可噴射至第一雷射束L₁ 的移動路徑的前方及後方，藉此可藉由兩次因溫度差引起的熱變形而更有效地破斷基板M。

圖5是本發明的另一實施例的包括雷射照射部及冷卻噴頭的雷射加工裝置的示意圖。圖6是藉由本發明的另一實施例的雷射加工裝置而切割的基板的俯視圖。

照射至基板M的第一雷射束L₁ 的照射區域A可根據切割時間而形成為各種形態。於第一雷射束L₁ 的照射區域A增加的情形時，亦需改變以包圍第一雷射束L₁ 的方式噴射的冷卻流體I的噴射方向。

參照圖5及圖6，本發明的一實施例的冷卻噴頭30可具有可使噴嘴部32旋轉特定的噴射角度α的噴射方向調節部33，藉此可改變自噴嘴部32所噴射的冷卻流體I的噴射方向。作為一例，於第一雷射束L₁ 的照射區域A自第一照射區域A₁ 增加至第二照射區域A₂ 的情形時，噴嘴部32可自第一噴射角度α₁ 旋轉至第二噴射角度α₂ 。藉此，能夠以包圍第一雷射束L₁ 的第二照射區域A₂ 的方式噴射冷卻流體I。例如，於以第一雷射束L₁ 為中心而按照圓形噴射冷卻流體I的情形時，自第一雷射束L₁ 的中心部O至第一冷卻流體I₁ 及第二冷卻流體I₂ 的相隔距離T可自第一相隔距離T₁ 增加至第二相隔距離T₂ 。

如上所述，藉由噴嘴部32旋轉而冷卻流體I的噴射角度會發生變化，且冷卻流體I的噴射面積會發生變化。因冷卻流體I的噴射面積增加而以相同的流量噴射的冷卻流體I對基板M的冷卻速度會減小。此時，自噴嘴部32噴射的冷卻流體I的流量會發生變化，藉此亦保持對基板M的冷卻速度，因此可固定地切割基板M。

圖7是本發明的一實施例的雷射加工裝置的作動方法的流程圖。

作為一例，使用者可於輸入部610輸入基板M的預切割線S。此時，預切割線S不僅可形成為直線，而且可形成為包括曲率的各種形態（步驟S210）。

其次，可確定藉由第一雷射照射部21而照射的第一雷射束L₁ 的照射區域A（步驟S230）。作為一例，第一雷射束L₁ 的照射強度可根據基板M的切割速度而發生變化，可根據第一雷射束L₁ 的照射強度確定第一雷射束L₁ 的照射區域A。

其次，確定噴嘴部32的噴射角度α（步驟S250）。

作為一例，於如上所述般根據第一雷射束L₁ 的照射強度而確定第一雷射束L₁ 的照射區域A的情形時，能夠以包圍上述第一雷射束L₁ 的照射區域A的狀態噴射冷卻流體I的方式確定噴嘴部32的噴射角度α。根據一實施例，藉由改變噴嘴部32的噴射角度α，可於所有預切割線S上冷卻第一雷射束L₁ 的照射區域A。

其次，確定自噴嘴部32噴射的冷卻流體I的噴射流量（步驟S260）。

作為一例，於如上所述般確定噴嘴部32的噴射角度α的情形時，能夠以於所有預切割線S上冷卻第一雷射束L₁ 的照射區域A的方式確定自噴嘴部32噴射的冷卻流體I的噴射流量。與此相關的事項與於圖5及圖6中敍述的內容實質上相同，因此為了便於說明，此處省略敍述。

其次，使第一雷射照射部21及第二雷射照射部22與多個噴嘴部32沿預切割線S移動（步驟S270）。

根據一實施例，以支持於移送部40的方式配置的第一雷射照射部21及第二雷射照射部22與多個噴嘴部32可沿輸入於輸入部610的預切割線S移動，藉此可形成基板M的刻劃線，沿上述刻劃線破斷基板M。

以上，對本發明的一實施例進行了圖示說明，但本發明並不限定於上述特定的示例，可由在本發明所屬技術領域內具有常識者不脫離申請專利範圍中所請求的本發明的主旨而實現各種變形實施，此種變形實施不應區別於本發明的技術思想或前景而單獨地理解。

10‧‧‧平台
20‧‧‧雷射照射部
21‧‧‧第一雷射照射部
22‧‧‧第二雷射照射部
30‧‧‧冷卻噴頭
31‧‧‧冷卻流體儲存部
32‧‧‧噴嘴部
33‧‧‧噴射方向調節部
40‧‧‧移送部
50‧‧‧控制部
60‧‧‧使用者介面模組
70‧‧‧驅動部
71‧‧‧第一驅動裝置
72‧‧‧第二驅動裝置
331‧‧‧第一連接構件
332‧‧‧第二連接構件
333‧‧‧連結部
410‧‧‧第一移送導件
420‧‧‧第二移送導件
430‧‧‧移送導塊
610‧‧‧輸入部
620‧‧‧顯示部
A‧‧‧照射區域
A₁‧‧‧第一照射區域
A₂‧‧‧第二照射區域
I‧‧‧冷卻流體
I₁‧‧‧第一冷卻流體
I₂‧‧‧第二冷卻流體
L₁‧‧‧第一雷射束
L₂‧‧‧第二雷射束
M‧‧‧基板
O‧‧‧中心部
S‧‧‧預切割線
S210～S270‧‧‧步驟
T‧‧‧相隔距離
T₁‧‧‧第一相隔距離
T₂‧‧‧第二相隔距離
X‧‧‧第一軸方向
Y‧‧‧第二軸方向
α‧‧‧角度
α₁‧‧‧第一噴射角度
α₂‧‧‧第二噴射角度

圖1是表示一實施例的雷射加工裝置的方塊圖。 圖2是一實施例的雷射加工裝置的立體圖。 圖3是本發明的一實施例的包括雷射照射部及冷卻噴頭的雷射加工裝置的示意圖。 圖4是藉由本發明的一實施例的雷射加工裝置而切割的基板的俯視圖。 圖5是本發明的另一實施例的包括雷射照射部及冷卻噴頭的雷射加工裝置的示意圖。 圖6是藉由本發明的另一實施例的雷射加工裝置而切割的基板的俯視圖。 圖7是本發明的一實施例的雷射加工裝置的作動方法的流程圖。

10‧‧‧平台

21‧‧‧第一雷射照射部

22‧‧‧第二雷射照射部

30‧‧‧冷卻噴頭

31‧‧‧冷卻流體儲存部

32‧‧‧噴嘴部

40‧‧‧移送部

331‧‧‧第一連接構件

332‧‧‧第二連接構件

333‧‧‧連結部

410‧‧‧第一移送導件

420‧‧‧第二移送導件

430‧‧‧移送導塊

M‧‧‧基板

X‧‧‧第一軸方向

Y‧‧‧第二軸方向

α‧‧‧角度

Claims (14)

1. 一種雷射加工裝置，包括： 第一雷射照射部；以及 冷卻噴頭，具有噴射冷卻流體的多個噴嘴部，以包圍藉由所述第一雷射照射部而形成的雷射束的照射區域的方式噴射所述冷卻流體。
2. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，其中於遠離所述雷射束的所述照射區域的中心部相同距離的距離噴射所述冷卻流體。
3. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，其中自所述多個噴嘴部噴射的所述冷卻流體的噴射方向與所述雷射束的照射方向一致。
4. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，更包括：噴射方向調節部，所述噴射方向調節部對所述多個噴嘴部所噴射的所述冷卻流體的噴射方向進行調整。
5. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，更包括：控制部，所述控制部根據所述雷射束的所述照射區域的面積對所述噴射方向調節部進行控制而調整所述冷卻流體的噴射方向。
6. 如申請專利範圍第5項所述的雷射加工裝置，其中所述控制部對所述多個噴嘴部所噴射的所述冷卻流體的流量進行調節。
7. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，更包括：第二雷射照射部，所述第二雷射照射部與所述第一雷射照射部隔以特定的間隔而配置至前方。
8. 如申請專利範圍第7項所述的雷射加工裝置，其中所述第一雷射照射部及所述第二雷射照射部分別為CO₂ 雷射照射部。
9. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，其中所述冷卻流體包括水或酒精中的一種以上。
10. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，更包括：移送所述第一雷射照射部及所述冷卻噴頭的移送部。
11. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工裝置，其中藉由所述移送部而沿直線方向及具有曲率的方向移送所述第一雷射照射部及所述冷卻噴頭。
12. 一種雷射加工方法，包括： 輸入包括曲率的基板的預切割線的步驟；以及 使第一雷射照射部及多個噴嘴部沿所述預切割線移動的步驟。
13. 如申請專利範圍第12項所述的雷射加工方法，更包括： 確定藉由所述第一雷射照射部而形成的第一雷射束的照射區域的步驟；及 確定所述多個噴嘴部噴射角度的步驟。
14. 如申請專利範圍第13項所述的雷射加工方法，更包括：確定自所述多個噴嘴部噴射的冷卻流體的噴射流量的步驟。