TW525240B - Ultraviolet laser ablative patterning of microstructures in semiconductors - Google Patents

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525240 A7 _____B7____ 五、發明說明（/ ) 相關申請案 本專利申請案根據以下兩申請案而主張優先權：2001 年1月31日申請之第60/265,556號的美國臨時申請案以 及2001年3月9日申請之第09/803,382號美國專利申請 技術領域 本發明係有關於以半導體燒蝕高速形成微尺度特徵尺 寸的方法以及/或是設備，特別是對於矽，其係使用紫外線 雷射的脈衝輸出。 發明背景 半導體工業使用多種技術來分割不同的電子元件，這 些元件經常被稱爲晶粒，其係在製造該元件時從半導體晶 片中分割。一種用來進行這種分割的普遍方法係使用鑽石 切割機。用來降低半導體晶片中分配爲切割道之面積的方 法被要求能夠在產生有用的晶粒時獲得更大面積的晶片使 用率，進而增加每一晶片的晶粒產出。雷射技術提供一個 這種降低半導體晶片切割之切割道尺寸的機會。 對那些熟悉本項技術的人來說，使用紅外線雷射，例 如Q-開關式1064奈米钕-雅鉻(ND : YAG)雷射來進行矽雷 射製程是泛知的。然而，由於矽在1064奈米是一個弱吸收 體’操作在這個種波長或者接近這個波長時，雷射切割製 程遭遇到顯著的問題。沿著晶片表面以及沿著切割壁上， -------- 4____—--« 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------9--------tl---------$·· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 525240 _____ B7____ 五、發明說明（少） 切割品質典型地可以觀察到具有矽再沉積所造成的污損。

Carlson等人在第4,541，035號的美國專利，以及 Anthony在第4,589，190號的美國專利中描述使用1064奈 米之脈衝輸出所進行的矽元件特徵尺寸製造，例如從一種 整合到ESI模型25雷射標記系統的聲光式Q-開關式紅外 線(IR)鈸-雅各雷射。（也可參考T.R.Anthony在1982年十 二月的應用物理雜誌，53卷，第9154-9164頁的”以雷射鑽 孔及擴散所製造的二極體。Alcom等人在第4,618,380號 美國專利中也說明一種以雷射處理矽元件來製造成像光譜 儀的方法。

Wills等人在第5,543,365號之美國專利中，說明一個 使用1064奈米的脈衝輸出來在矽晶片中形成多晶矽條痕的 雷射標記設備，例如以具有超過4奈秒脈衝寬度的鈸-雅各 雷射的脈衝輸出。替代地，他們提到532奈米的倍頻波長 可以被使用。 在’’以準分子對照鈸-雅各雷射產生用在3D互連線路的 矽通孔’’（1992年IEEE/CHMT國際電子製造技術硏討會)這 篇文章之中，Lee等人報導了使用1064奈米以及532奈米 波長的銨-雅各雷射來產生一個穿透矽晶片表面的通孔，以 達成多晶片模組的生產目的。Lee報導了在以1064奈米雷 射在矽晶片中鑽鑿通孔時，一旦達到一個認可的深度時， 熔融材料便頻繁地在孔洞上的壁上凝聚。這個種明顯的矽 再沉積使得這些孔洞不合適進行進一步的處理。Lee報導 了使用1064奈米的雙鑽孔製程來改善孔洞的品質。Lee說 ——________________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------看------- 丨訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 ________JB7_____ 五、發明說明（4 ) 明了在穿孔製程中從燈激發Q-開關式銨-雅各雷射所輸出 的532奈米倍頻脈衝雷射的應用，該穿孔製程係使用對於 入射雷射光束偏置之旋轉透鏡，以切割在矽之中的一個4 密耳(大約1〇〇微米)直徑的孔洞。他報導了在3千赫茲的 脈衝重複頻率，具有70奈秒的脈衝寬度時，每一脈衝833 微焦的處理參數。沿著雷射鑽孔通孔的壁上以及周圍的矽 再沉積仍然被觀察到，而且一種化學蝕刻製程被使用來淸 潔該孔洞。

Lee進一步報導了使用在248奈米波長的一種準分子 雷射來在矽之中鑽孔的方法。他報導了使用極高的脈衝能 量時得到的極平滑之側邊的孔洞。他報導了在250赫茲脈 衝重複頻率以及5密耳（大約125微米)大小聚焦光點時使 用每一脈衝290毫焦的能量來在30秒之中鑽出穿透矽晶片 的孔洞。他比較了使用他的532奈米銨-雅各穿孔技術所需 的3秒鑽孔時間。Lee建議一個經由投射技術，以248奈 米準分子雷射來減少砂孔洞鑽孔所需時間的方法。如那些 熟悉習知本項技術的人將認知到的，對於需使用這種技術 來形成的孔洞的每一個圖案，這種技術依賴於一種適當的 光圏遮罩。 在美國專利弟5,870,421號中’ Dahm g寸論使用近紅外 線雷射來進行砂晶片切割的問題。他提到當使用近紅外線 雷射時，再沉積產生不良切割品質的主因是來自於使用寬 度超過大約1奈秒的雷射脈衝所產生。Dahm提到使用具 有少於大約1奈秒的短脈衝寬度的近紅外線雷射來解決石夕 —-_ - _6_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — ~ ------------MW--------1T---------線·· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 -- --- B7_____ 五、發明說明（々） 中近紅外線波長之很深的吸收深度，其敘述在這種短的脈 衝寬度時可以產生做爲筒度吸收層的表面電漿。Dahm也 提到近紅外線雷射，例如1064奈米銨-雅各雷射，被用在 高速度應用之中’因爲的它們具有產生比紫外線雷射更大 功率的能力，他議論紫外線雷射無法生成足夠的功率來進 行高速的矽處理。 〇wen等人在美國專利第5,593,606號之中，說明了紫 外線雷射系統的使用優點，其係於具有優點之參數中產生 的雷射輸出脈衝來形成穿透多層元件中的至少兩層之通孔 。這些參數通常包含：具有時序性脈衝短於100奈秒寬度 的非準分子輸出脈衝、具有光點直徑小於1〇〇微米的光點 區域、以及在重複頻率大於200赫茲時，在整個光點區域 中大於100毫瓦之平均強度或是幅照。 在美國專利第5,841，〇99號中，Owen等人在與上面說 明的相似參數中改變紫外線雷射的輸出，以便當進行加工 不同的材料時得到不同的功率密度。他它們以改變雷射脈 波重複頻率來改變強度，以便改變衝擊到工件之..雷射光點 的能量密度以及/或是改變光點的大小。 在美國專利第5,751，585號之中，Cutler等人說明一種 高速，高精確度多重平台定位系統，用來進行多種工具的 精確及快速的定位，例如與工件上面的靶材有關的雷射光 束。他們使用一多重速率定位器系統，該多重速率定位器 系統係處理工件靶材定位指令以及將它們轉換成對慢速及 快速定位器之指令。這些定位器係依一串的定位資料之響 ______2___ _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 525240 ___B7_____ 五、發明說明（$ ) 應而移動，其並不一定要停止。在一個實施例之中，這個 種技術可以使整個大型工件的微小特徵尺寸圖案的雷射微 型加工可以進行’藉此允許雷射微型加工部件的產能增加 發明摘要 · 本發明的目的係提供一種使用雷射來產生半導體中微 細特徵尺寸的改良方法，這些半導體包括矽、砷化鎵 (GaAs)、碳化矽（SiC矽）、氮化矽（SiN)，以及/或是鍺：矽 ，以及/或是包含在半導體製程中被序列地處理的各種半導 體，這些製程包含但是不限於光微影以及蝕刻製程，對於 那些熟悉本項技術的人來說也包含那些爲了在半導體基板 上，包括半導體晶片上產生有用電子電路及光電子電路之 附加層。 本發明的另一個目的係提供一種可以在高脈衝重複頻 率中，使用可以高脈衝能量來操作之高可信度非準分子雷 射的方法。 本發明提供一種在半導體工件中，使用紫外線雷射燒 蝕的方法，來快速及直接地形成具有小於50微米特徵尺寸 .之圖案。一個複合光束定位器被用來在工件處將非準分子 紫外線雷射的聚焦輸出快速定位，該紫外線雷射在高脈衝 重複頻率中的每一脈衝輸出中可發射出高能量。這些圖案 可以包含：極高深寬比圓柱形開口的形成，例如用在積體 電路連線的穿孔或者是盲孔；包含於矽晶片上要被處理之 --- - 8_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 ____ B7__ 五、發明說明（& ) 、 晶粒的曲線或直線分割；將半導體工件中形成的微型電路 從母晶片中分開的微型程序切割；光學波導，如波導陣列 光柵(AWGS)或者是微機電系統(MEMS)中曲線或者是矩形 的特徵的形成；以及標記對準、辨識，或者是其他在晶片 表面中的記號。 本發明利用短於390奈米的雷射波長，因爲其矽光學 吸收係數以1000倍大於在美國專利第4,541，035、 4,589，190號以及5,543,365號中1064奈米波長中使用的 係數。一個Q-開關式三倍頻率銨雅各、釩酸鈸（Nd : YV04)、或是二極體激發ND : YLF雷射提供紫外線燒鈾 輸出的較佳來源。雷射的光學系統產生大約10微米大小的 高斯光點。替代地，一種產生頂帽式光束形狀的光學系統 可以被使用。使用這個種聚焦光點進行高速的矽燒蝕處理 的範例脈衝能量係在脈衝重複頻率大於5千赫茲而且最好 是大於15千赫茲下，每一脈衝大於200微焦。在半高全寬 點測量到的雷射脈衝寬度最好是小於80奈秒。 使用紫外線波長的優點是，其具有產生顯著地小於以 較長波長源產生之光點大小的能力。這個種產生小光點尺 寸的能力使得在矽之中可以產生微尺寸的特徵尺寸。同時 ，對於以傳統的高斯聚焦技術可以達到的固定的光點大小 來說，基於在紫外線波長中提供的更大焦深，較短的波長 可以達成特徵尺寸深寬比的改善。 本發明也提供用來減少所處理之半導體工件之損傷或 是污損的幾種方法，其係從工件支撐結構，例如從晶片基 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- 訂--------線· 525240 A7 ____B7_— 一 五、發明說明（rj ) 座之紫外處理光束產生的雜散反射所產生，這些方法係使 用幾乎完全不反射的材料以及全新的技術來製造工件之支 撐結構。 本發明的額外目的以及優點在以下較佳實施例的詳細 說明以及參考的圖式來說明後將易於了解。 圖式簡單說明 圖1係一個波長函數的砍光學吸收係數圖。 圖2係一個波長函數的砷化鎵光學吸收係數圖。 圖3係一個依照本發明的較佳雷射系統簡化繪製圖， 其係用來在半導體中以紫外線雷射燒蝕形成微細結構圖案 〇 圖4係一個替代的較佳雷射系統簡化繪製圖，其係用 來在半導體中以紫外線雷射燒蝕形成微細結構圖案。· 圖5係一個選擇性的影像光學模組簡化繪製圖，其可 以被用在半導體中以紫外線雷射燒蝕形成微細結構圖案。 圖6係一個在實施本發明時使用的雷射脈衝能量以及 脈衝重複頻率之間的特徵關係圖。 圖7係一個在矽中之圓柱形開口紫外線燒蝕圖案的代 表性圖示。 圖8係一個在矽中之溝槽的紫外線燒蝕圖案的代表性 圖示。 圖9係一個在半導體材料中用來進行長切割之範例片 段切割形態的簡化圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 ___B7_ 五、發明說明（<3 ) 圖10係一個在半導體材料之中用來進行長切割之替代 性片段切割形態的簡化圖。 圖11係一個在半導體晶片中之MEMS元件的紫外線 燒蝕圖案代表性圖示。 圖12係一個在半導體晶片中製造之AWG元件的紫外 線燒蝕圖案代表性圖示。 圖13係一個紫外線可穿透的基座代表性圖示，在其上 面半導體工件被放置用於使用紫外線燒蝕圖案化方法來進 行穿透處理。 元件符號說明 10a、10b、（10) ·雷射處理系統 12 ·工件 14、14a、14b ·雷射 16、16a、16b ·雷射輸出 18、18a、18b ·準直光學系統 20、20a、20b ·光學路徑 30 ·光束定位系統 32 ·雷射系統輸出脈衝 34 ·靶材位置 36、38 ·平台 40·複合光束定位系統 42a、42b ·反射元件 44 ·定位鏡 _1 1 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 _ B7_ 五、發明說明（f ) 42、44 ·定位鏡 46、48 ·軌道 50 ·快速定位器 52 ·雷射功率控制器 54 ·光束偵測元件 62 ·光學模組 64、66 ·光學元件 68 ·光圏遮罩 7〇 ·本質砂基板 100 ·開口 102 ·厚度 104 ·開口直徑 106 ·出口直徑 110 ·溝槽 •112a ·切割形態 112b ·切割形態 114、114b、116k、116m、116η ·片段集合 116 ·片段 120 · MEMS 元件 122a、122b、122c、122d、122e、（122) •溝槽 120 · AWG 元件 130 ·陣列波導光柵元件 132 132a、132b、132c、132d、132e ·曲線溝槽 140 ·晶片基座組件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） --------------------I1T---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 ___B7_ 五、發明說明（f) 142 ·真空基座 144 ·基座頂端 146 ·保持載具 148 ·平板 鲛佳實施例詳細說明 圖1展示一個波長函數的矽光學吸收係數圖。參考圖 1，矽在紫外線波長展現非常快速上升的光學吸收。本發明 的優勢在於利用短於390奈米的雷射波長，並且利用矽在 紫外線中增加的吸收效能優點來有效地燒蝕矽，並因而直 接地在矽之中形成多種有用的圖案或是特徵。該吸收行爲 強烈地促進矽在紫外線之燒蝕性去除，其與先前習知技術 中所教示之以532奈米或是1064奈米的脈衝輸出所形成的 特徵尺寸比較時，可以大量降低其熱影響區域。 圖2展示一個波長函數的砷化鎵光學吸收係數圖。參 考圖2,砷化鎵在紫外線波長中展現非常快速上升的光學 吸收。砷化鎵與矽在.355奈米的吸收係數相當接近。砷化 鎵在光電子元件，例如二極體雷射以及偵測器之中是一個 關鍵性材料。 圖3以及圖4展示各別雷射處理系統10a以及l〇b(通 稱爲10)的替代的較佳實施例，其係使用配備有晶片基座 組件M0的複合光束定位系統40，該組件可用於依照本發 明在半導體工件12中之紫外線雷射燒飩微細結構圖案。參 考圖3以及圖4，.一個雷射系統1〇的較佳實施例包含一個 -—------]2____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i眷------- —訂------ 525240 B7 五、發明說明（Η ) Q-開關式、二極體激發(DP)之固態（SS)紫外線雷射14，其 最好包含一種固態雷射材料如銨-雅各、ND : YLP、或是 Nd : YV04。雷射14最好能夠提供於波長爲例如355奈米 (三倍頻钕-雅各）、266奈米（四倍頻鈸-雅各），或者是213 奈米(五倍頻钕-雅各）且主要具有TEM。。空間模態形態之一 個或是多個以諧波方式產生的雷射脈衝紫外線雷射輸出16 〇 雖然高斯形態可以被用來說明雷射輸出16的幅照，然 而熟習本項技術的人將了解到多數的雷射14不會發射具有 M2=l値的完美高斯輸出16。爲了方便起見，高斯這個術 語在這裏被用來包括M2小於或是等於約1.5時的形態，即 使M2的値小於1.3或是1.2是較佳的。 在一個較佳實施例之中，雷射14包含一個大約在355 奈米操作的模型210-VO6之Q-開關式、三倍頻鈸-雅各雷 射，其在市面上可以從Lightwave電子公司取得。這個種 雷射已經被使用在微型通孔鑽孔系統ESI模型2700之中， 其可以在奧勒崗州波特蘭市的電科學工業公司取得。在替 代實施例之中，一種Lightwave模型210-VO9之Q-開關式 、三倍頻Nd ·· YAG雷射，可以在大約355奈米操作，以 得到在高脈衝重複頻率(PRF)時，每一脈衝具有高能量。熟 知本技術的人將領會到其他的雷射可以被使用而且其他的 波長可以從其他列出的雷射材料中得到。雖然雷射空腔安 排、諧波產生、Q-開關式操作，以及定位系統都是熟悉本 技術的人所泛知的，但一些該等組件的特定細節將在較佳 ------ 1^1 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 x 297公釐巧 ~ ^- --------------棄--- (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 1]*. 525240 A7 —--------- -—__Β7___ 五、發明說明（丨/) 實施例的討論中說明之。 紫外線雷射輸出16選擇性地通過幾個的泛知的放大以 及/或是準直光學系統18，沿著一個光學路徑20傳播，然 後由光束定位系統30導向，來將雷射系統輸出脈衝32射 擊到工件12上面想要射擊的雷射靶材位置34。光束定位 系統30最好是包含一個傳動平台定位器，其最好是使用至 少兩個橫向的平台36以及38，來支撐例如X、Υ，以及/ 或是Ζ等幾個定位鏡42以及44，並且允許在相同的或者 是不同的工件12上的幾個靶材位置34之間快速移動 在一個較佳實施例之中，傳動平台定位器是一個分軸 系統，其中，典型地藉由線型馬達而沿著軌道46移動之Υ 平台36係支撐並且移動工件12，而典型藉由線型馬達而 沿著軌道48移動之X平台38係支撐並且移動一個快速定 位器50以及相關的(複數個）聚焦鏡片。在X平台38以及 Υ平台36之間的Ζ維度也是可以調整的。定位鏡42以及 44將通過雷射14以及快速定位器50之間的任何轉彎對準 光學路徑20，其沿著光學路徑20定位。舉例來說，快速 定位器50可以使用高解析度線型馬達或是一對檢流計鏡子 ，其可以基於提供的測試或是設計資料使單一或是反覆的 處理操作產生作用。平台36、38以及定位器50可以被控 制，然後以獨立或是協調的方式’以響應於預鑄或者是未 預鑄之資料而一起移動。 快速定位器50最好也包含一個視覺系統’其可以對準 於在工件12表面上的一個或是多個支撐材。光束定位系統 I I I i I I I I 1 I I * — — 1111— - - - - ----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A7 525240 _____B7___ 五、發明說明（G ) 30可以使用傳統的視覺或是光束來作用對準系統，這些系 統經由物鏡36或是與一個分離照相機來以離軸的方式來工 作，這些是熟悉本技術之業者所泛知的。在一個實施例之 中，利用電子科學工業公司所販售的定位系統30中之使用 Freedom library軟體之HRVX視覺盒，來執行在雷射系統 10以及工件12上面的靶材位置34之間的對準。其他適用 的對準系統在市面上是可取得的。對準系統最好是使用明 亮視野、軸上照明，特別是對於鏡面反射的工件如疊型或 者是拋光型晶片。 此外，光束定位系統30最好也使用非接觸式的小位移 感知器來決定由於平台36以及38之俯仰、偏向，或者是 滾轉造成的阿倍誤差，這些是不由軸位置指示器，例如線 性尺度編碼器或者是雷射干涉儀所指示的。阿倍誤差校正 系統可以針對精確參考標準來進行校準，因此該校準只依 賴於感知器中感受到的很小讀數改變而不是依賴於感知器 讀數的絕對準確度。這種阿倍誤差校正系統在2001年7月 19日公開的第W001/52004A1號之國際公開中以及在 2001年10月18日，美國公開的第2001-0029674A1號公 開中詳細說明，Cutler的相對應的美國專利申請第 09/755,950號所揭示的相關的部份在這裏做爲參考來結合 〇 很多不同型式的定位系統30是熟知本技術之業者所泛 知的，而且一些定位系統30的實施例在Cutler等人的美 國專利第5,751，585號中詳細說明。一種可以從奧勒崗州 _______]£___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t 訂---------線. 525240 A7 ___ B7 _ _ 五、發明說明 波特蘭市的電子科學工業公司中取得的微型通孔鑽孔系統 ESI模型5320是定位系統30的較佳實現，其已經被用在 電子工業中的樹脂覆層銅封裝雷射鑽孔中。其他的較佳定 位系統例如在奧勒崗州波特蘭市電子科學工業公司製造的 第27xx、43xx、44xx，或者是53xx號模型序列也可以被 使用。使用X-Y線型馬達來移動工件12以及使用X-Y平 台來移動掃瞄透鏡的一些系統對於進行長直線切割是具有 生產成本效力的定位系統。熟悉本技術者也將領會到以單 一的X-Y平台來進行工件定位的系統，可以替代地被使用 ’其係以一個固定的光束以及/或是穩定檢流計來定位。那 些熟悉本技術的人將認知到這種系統可以利用路徑檔來程 式化，其將於高速度下動態地將聚焦之紫外線雷射系統輸 出脈衝32定位，以產生多種有用的圖案，其可以是週期性 的或者是非週期性的。那些熟悉本技術的人也將認知到， 這種能力具有更多的優點而超越了 Lee之經由投射成像配 置來製作在矽中通孔的建議。 一種選擇性的雷射功率控制器52，例如半波平板偏光 器，可以沿著光學路徑20定位。此外，一個或者是更多的 光束偵測元件54，例如光電二極體，可以是雷射功率控制 器52的下游，例如來與調適至對雷射輸出16之波長部份 透明的定位鏡44對準。光束偵測元件54是最好是與光束 診斷電子元件連通，該電子元件傳遞信號以修改雷射功率 控制器54的效力。 參考圖4，雷射系統10b最好是使用至少兩個雷射14a 本紙張尺度適i中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 29Γ公爱） --------訂 *-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 525240 ________B7__ 五、發明說明（丨< ) 以及14b，它們發射各別的雷射輸出16a以及16b，這些輸 出在橫向的方向是線性極化，而且沿著分別的光學路徑 20a及20b，朝著各別的反射元件42a及42b傳播。一個選 擇性的波平板56可以沿著光學路徑？Ob放置。反射元件 42a最好是一個極化敏感的光束結合器並且沿著兩個光學 路徑20a以及2013放置，來結合雷射輸出163以及1613以 沿著共同的光學路徑20傳播。 雷射14a以及14b可以是相同或者不同型態的雷射， 並且可以產生具有相同或是不同波長的雷射輸出16a及 16b。例如，雷射輸出16a可以是具有大約266奈米的波長 ’而雷射輸出16b可以是具有大約355奈米的波長。熟知 本技術者將領會到雷射14a以及14b可以並排設置或者一 個在其他一個的上面，並且兩者附著在傳動平台36或38 其中之一上。雷射系統l〇b具有產生極高能量的雷射輸出 脈衝32b的能力。在圖4之中顯示的一個配置之特有優點 係產生射擊在工作表面、具有增加能量的每一脈衝的結合 雷射輸出32，其在習知的單一的雷射頭中很難產生。這種 每一脈衝的能量增加用於燒蝕在厚矽晶片中之很深的溝槽 或是很深的圓柱形開口是特別具有優點的。 僅管雷射系統輸出脈衝32實質上具有圓形形態，然而 光束形狀品質的改善可以以一種選擇性的影像光學模組62 達成’在其中不需要的光束假影，例如殘餘散光或者是橢 圓的或是其他的形狀特徵係以空間方式過濾。參考圖5, 心像无學丨吴組62最好是包含一個光學元件64、一個透鏡 私紙張尺國國家標準格⑽χ 29&爱） ^ --------^---------^ SAW— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 ____B7__ 五、發明說明（i u) 66，以及一個放置在或是接近於光學元件64產生之光束腰 部的光圏遮罩68,以阻擋任何不想要的光束副葉以及周邊 部分，結果一個精確形狀光點形態係實質地成像於在工作 表面上。在較佳實施例中，光學元件64是一聚焦透鏡，透 鏡66是一個準直鏡組透鏡，以增加雷射系統48的構型彈 性。 變化光圈的大小可以控制光點形態的周邊鮮明度以產 生一個較小，較鮮明的周邊強度形態，如此可以提高對準 的準確度。此外，以這種配置，光圏的形狀可以是精確的 圓形或者是改變爲長方形、橢圓，或者是其他可以平行或 者是垂直對準於一個切割方向的非圓形形狀。遮罩68的光 圏可以選擇性地在其光線射出側向外散開。在影像光學模 組62之中，遮罩68可以含有紫外線反射或者是紫外線吸 收的材料，但最好是以介電材料例如紫外線級高純度石英 或是藍寶石，以多層高紫外線反射覆層或將其他的紫外線 光阻覆層予以覆層。熟悉本技術者將領會到光圈遮罩68可 以在不使用光學元件64及66時使用。 在替代的較佳實施例之中，光學元件64包含一個或者 是多個光束成形組件，其轉換具有原始高斯幅照形態的雷 射脈衝爲一較個具有近乎均勻的頂帽式成形（並且聚焦的) 脈衝，或者特別是鄰近於光學元件64下游光圏遮罩68的 一個超級高斯幅照形態。這種光束成形組件可以包含非球 狀光學或者是繞射光學元件。在一個較佳實施例之中，透 鏡66包含用於控制光束大小以及發散的成像光學元件。熟 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂 *-------•線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 525240 _ B7__ 五、發明說明（1) 悉本技術者將領會到單一的成像透鏡組件或是多重透鏡組 件可以被使用。熟悉本技術者也將領會到成形雷射輸出可 以在不使用光圏遮罩68的時候使用。 在一個較佳實施例之中，光束的成形組件包含繞射光 學元件（DOE)，其可以以高效能及高準確度執行複雜的光 束成形。光束成形組件不只轉換高斯幅照形態成爲一個接 近均勻的幅照形態，它們也將成形輸出聚焦到一個可決定 的或者是特定的光點大小。雖然單一元件D0E是較佳，但 熟悉本技術者將領會到D0E可以包含由Dickey等人在美 國專利第5,864,430號揭示的多重分離元件如相位盤以及 轉換元件，其也揭示用來做爲光束成形目的之設計DOE之 技術。上面討論的成形以及成像技術在2000年12月7日 發行的國際公開第WO00/73013號中有詳細說明。申請於 2000年5月26日，由Dunsky等人提出的相對應的美國專 利申請第09/580,396號所揭示的相關的部分，在這倂入參 考。 爲了達到提供每一脈衝之能量動力範圍之彈性增加的 目的，一個快速響應振幅控制機制，例如一種聲光式調制 器或者是電-光調制器被用來調制相繼脈衝的脈衝能量。替 代地，或與快速響應振幅控制機制結合，脈衝重複頻率可 以增加或是減少以產生相繼脈衝之脈衝能量的改變。圖6 展示在實行本發明時，使用的雷射14之脈衝能量以及脈衝 重複頻率(PRF)之間的特徵關係。如圖6所示，大於200微 焦的脈衝能量可以從模型210-V06中得到。此外，也顯示 -—-____20______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 —-— _ B7____ 五、發明說明（A) 了 ’用於替代性雷射如Lightwave210-VO9L以及 LightwaVe210-V09H之介於脈衝能量以及脈衝重複頻率之 間的特徵關係。那些熟悉本技術的人將領會到，圖6是要 點的說明而且雷射系統10的替代實施例將產生在脈衝能量 以及脈衝重複頻率之間不同的特徵關係。 上面說明之紫外線雷射系統1〇的性能特徵可以被用來 以半導體燒蝕方式，而且特別是對於矽，高速地形成微細 尺度特徵尺寸。這些特徵尺寸包含，但不只限於穿透或是 部分穿透矽晶片或其他的矽工件12之極高深寬比圓柱形開 口 ;形成穿透或者是部分地穿透的複雜幾何形態溝槽 ，以達到矽晶片或者是矽工件12上面被處理晶粒的切斷目 的；形成微細凸出特徵尺寸以將在矽之中形成的微型電路 從母晶片中分開；AWG上面特徵尺寸的形成以及/或是切 斷；以及在MEMS中特徵尺寸的形成。此外，本發明促進 無顯著熔化邊緣形成的特徵尺寸、沒有顯著熔渣形成、以 及沒有顯著特徵尺寸邊緣剝離形成的特徵尺寸。 圖7係一個圓柱形的開口 100的代表性圖示，其係在 石夕工件12之中由紫外線燒蝕圖案所形成。該工件可以是， 例如具有500微米厚度的本質矽基板70，其以〇·5微米厚 的二氧化矽鈍化層覆蓋（沒有被顯示）。那些熟悉本技術的 人將理解到矽工件的厚度以及鈍化層的厚度可以改變。 最好是藉由在雷射系統10的焦點平面中的位置定位砂 工件12之靴材位置34，並且於砂工件12上面的祀材位置 34導引一系列的雷射系統輸出脈衝32，將圓柱形的開口 ______ - _ 71___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） * -- 訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 525240 _____B7_____ 五、發明說明（4) 100圖案化。在這個實施例之中，雷射系統10被導引在X 以及γ軸方向移動矽工件12到一個電腦程式化的質心靶 材位置34，該位置係要做爲圓柱形開口 100的位置。序列 的雷射系統輸出脈衝32的每一個係被入射到該程式化的質 心靶材位置34上面。 以序列的重疊脈衝進行的燒蝕圖案化，在這裏被稱爲 矽工件之圓柱形開口 1〇〇的沖孔，在結合之處理參數的較 佳範圍，包含每一脈衝之能量、脈衝重複頻率(PRF)、以及 聚焦光點大小，對於有用的圓柱形開口 100的快速沖孔的 是特別有好處的。 在沖孔製程之中，當工件12固定在X以及γ軸位置 時，每一個序列的雷射系統輸出脈衝32被入射到程式化的 質心靶材位置34上面。對於範例矽製程的燒蝕圖案化來說 ，每一脈衝的較佳能量範圍大約是100微焦到1500微焦， 比較好的是，每一脈衝能量的範圍從大約200微焦到1000 微焦，更好的是從大約300微焦到800微焦，最好是大約 超過360微焦。較佳的脈衝重複頻率範圍大約在5千赫茲 到1〇〇千赫茲之間，而且更好的是，脈衝重複頻率的範 圍從大約7千赫茲到50千赫茲，並且最好是，脈衝重複頻 率範圍從大約10千赫茲到30千赫茲。較佳聚焦光點的大 小範圍大約是1微米到25微米，更好的是，範圍從大約3 微米到20微米的一個聚焦光點大小，而且最好是，聚焦光 點大小從大約8微米到15微米。那些熟悉本技術的人將認 知到’如顯示在圖6中的雷射性能可以在如上面所說明的 ---—______ 99 ______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂·--------^ 1AW, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 ____ B7___ 五、發明說明（户） 脈衝重複頻率最佳範圍之中達到每一脈衝的輸出能量。轉 到實際情況，以最佳製程運作之ESI模型2700參數程式化 導致每秒一百個圓柱形開口的生產量，其中每一個圓柱开多 的開口於750微米厚矽晶片工件12的穿透沖孔係35微米。 在另一個實施例之中，雷射聚焦位置的Z-高度以符合 每一個後繼的雷射系統輸出脈衝32之方式同時被移動，以 將雷射聚焦在砂工件12中序列的更深位置中，藉此將聚焦 光點維持在與剩餘矽表面更一致的位置中。 在一個較佳實施例之中，圓柱形開口 100完全穿透工 件12的整個厚度102，其係使用大於300微焦耳，以 大約100個序列的雷射系統輸出脈衝32的雷射14輸出脈 衝能量來完成。雷射系統輸出脈衝32以一個大約12微米 直徑的聚焦光點大小（Ι/e2)入射到工作表面上。在這個實施 例中產生之圓柱形開口 100典型地具有大約20微米的上表 面開口直徑(山)1〇4以及大約13微米的出口直徑(db)106, 因此產生了大約30: 1的深寬比以及以〇·4°的逐漸變細開 口角度之這種通孔圓柱形開口。 熟悉本技術的人將進一步的領會到有效地產生穿透矽 的高品質圓柱形開口 100所須之每一脈衝精確能量値、聚 焦光點大小、以及脈衝的數量，可以隨著矽工件12的厚度 102、相對的厚度、覆蓋層的組成而變化，其中二氧化砂只 是一個例子，而且亦根據使用精確的紫外線波長而定。例 如，爲了在矽中產生通孔圓柱形開口 1〇〇,以做爲矽晶粒 上面圖案化積體電路的直接導電互連至印刷電路之線路的 ____ ____ 9^ _____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------t--------tr---------L (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 525240 _______B7 _ 五、發明說明（/1 ) 位置，該矽可以是例如只有50微米的厚度。在這個範例之 中，大約只有很少的十個脈衝掃瞄被使用來產生想得的通 孔圓柱形開口 100。那些熟悉本技術的人將了解到不完全 穿透矽的整個厚度102的圓柱形的開口，可以經由上述之 正確參數選擇來產生。 熟悉本技術的人將領會到這種具有穿過矽之高深寬比 以及非常小的逐漸變細角度的圓柱形開口 100 ’對於電子 封裝以及互連線路的應用是非常具有優點的。此外’一個 或是更多群的這些小通孔圓柱形開口 100可以被放置在接 近工件12、電路或是晶粒周邊的頂端，或是在標記、切片 、或是切割道或是它們的交叉點之中，使得工件12的背部 或是底邊可以精確地對準於頂端的特徵尺寸。這種對準促 進背部處理例如雷射標記或者是切割以提高處理速度或是 品質。用在前面以及/或是背面的晶片切片或是切割技術係 於下列之專利案之中被更詳細討論：2001年3月9日申請 之第09/803,382號，標題爲”例如陶瓷或玻璃之易碎的、 高融化溫度的靶材之紫外線雷射切割或是形態修改”美國專 利申請，以及2001年6月28日申請之第60/301，701號， 標題爲”具有表面元件層之晶片切割或是鑽孔之多重步驟雷 射處理”之美國臨時專利申請。 圖8是一個矽工件12中之溝槽110的紫外線燒蝕圖 案化代表性圖示。溝槽110之圖案化最好是藉由將矽工件 12定位在雷射系統10的焦點平面上，並藉由當雷射定位 系統30沿著工件12的X-以及/或是γ-軸移動工件12時， -------— 0/|__________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) ~ 一 -------—訂 —-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 ----------B7 ___ 五、發明說明（/>/) 將一連串相繼重疊之雷射系統輸出脈衝32導引到矽工件 12上。 對於在矽之中形成溝槽的燒餽圖案化製程，每一脈衝 的較佳能量範圍大約是在1〇〇微焦到1500微焦之間，而且 最好是，每一脈衝的能量大約200微焦到1〇〇〇微焦範圍， 更好的是從大約300微焦到8〇〇微焦且最好是超過大約 360微焦。較佳脈衝重複頻率範圍大約是5千赫茲到於100 千赫炫’而且更好的是，脈衝重複頻率範圍從大約7千赫 茲到50千赫茲，而最好的是，從大約1〇千赫茲到3q千赫 茲。較佳的聚焦光點大小範圍大約是從1微米到25微米， 而且更好的是，聚焦光點大小範圍從大約3微米到20微米 ，而最好的是，從大約8微米到15微米。該較佳的很小尺 寸範圍是大約0.1微米到10微米，較好的是，很小的尺 寸範圍從到大約0.3微米到5微米，而最好是很小的從大 約0.5微米到3微米。該很小的尺寸可以藉由雷射光束定 位系統的一個或是兩個平台速度控制來調整以及藉由協調 移動速度與脈波重複頻率以及雷射發射的方式來調整。 在一個較佳實施例中，線性溝槽110被完全切割穿透 覆蓋有2.0微米二氧化矽鈍化層之750微米厚的本質矽， 其係使用從雷射14的大約360微焦脈衝能量輸出，並使用 具有10公釐/秒的平台速度在工件12上180通的1微米很 小的尺寸。這些雷射脈衝以直徑12微米的聚焦光點大小 (Ι/e2)入射在該工作表面。那些熟悉本技術的人將認知到各 種不同幾何形態的不同圖案，包含但不限於，正方形、長 __________9S _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 A7 -—_丨 _—一 __B7____ 五、發明說明（”） 方形、橢圓型、螺旋形、以及/或是組合的幾何形態，可以 經由雷射系統10所使用的工具路徑檔案程式化以及在處理 期間沿著X及Y-軸定位矽工件12的定位系統30來產生。 至於雷射切割’光束定位系統30最好是對準於習知的典型 切割機切割或是其他的基準點或是晶片表面上的圖案。如 果該晶片是已經以機械方式被刻痕，則最好以對準切割邊 緣來克服切割機的容限度以及對準錯誤。 雷射切割比機械切割(約300微米的切割道以及約150 微米的切割路徑)顯著地破壞較少的材料(小於50微米寬且 最好小於25微米寬的切口），因此在晶片上面的元件可以 以更靠近的方式製造，允許更多的元件在每一個晶片上產 生。因此’雷射切割製程將列之間的間距以及在元件之間 的間距降至最低。 機械切割的除去也可以簡化工件10中的元件製造。特 別是，機械切割可分配顯著的機械應力到元件上以使它們 從它們的載具脫離。爲了避免列遺失，元件製造可以在列 以及載具之間使用強膠著劑或者是環氧化物。全雷射製程 顯著地降低了用來將列固定在載具上面之膠著劑的機械強 度要求。因此，雷射切割便不需用到固定列到載具的強膠 著劑或是環氧化物以及不需用到除去它們所需的劇烈化學 藥品。反而，膠著劑可以選來減緩鬆脫，例如減少鬆脫時 間以及減少暴露於潛在之腐飩性化學藥品之中，而且對於 UV雷射製程的順從性來說，大量地降低元件損傷的風險 ，也因此提高產出。 _____26____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I — I I I 1 I I I I I I - — — — III— . 1 — I I I --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 525240 ____B7___ _ 五、發明說明（斗） 雷射列切片降低列彎曲，因爲雷射切片不會施加如機 械切片這麼多的機械壓力。然而，如果列彎曲或是其他的 列缺陷是明顯的，該列可以以雷射切塊（以及再切片）來彌 補這些缺陷，而無須關心關鍵元件在列之間用來進行做機 械切塊所需的元件對準。爲了方便起見，（穿透）切割這個 術g吾可以廣泛地用來包含切片（通常與晶片列分割有關）或 是切割（經常與從晶片列分件隔離有關），以及切片與切割 可以互換地被用在本發明的內容中。 因爲定位系統30可以對準通孔100或者是基準點， 因此雷射系統10可以獨立地處理每一個列以及/或是每一 個元件。對於斜列，雷射光點可以在適當位置執行橫跨斜 列的橫向切割，該適當位置係相對於元件的外邊緣而言， 其在每一個切割之間具有平台以及/或是光束傳動，以產生 想要的長方形或是曲線的波形圖案。因此，雷射切割可以 補償列固定的缺陷並且或許可節省機械切割所毀壞的整個 列元件。 藉由將長的切割路徑分爲短的片段，可改善紫外線雷 射切割穿透矽及相似材料的產出。例如，對於較厚的矽的 穿透切割或者是溝槽切割來說，這些片段最好是從大約10 微米到1公釐到，更好的是從約100微米到1000微米，而 最好是從大約200微米到500微米。雷射光束係在一個第 一短片段內以一個預定次數通過而掃猫之，然後被移動並 在一個第二短片段之中以一個預定次數通過而掃瞄之。該 很小的尺寸、片段尺寸、以及片段重疊可以被操控以將溝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^ ----------------------. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —I | _____22______ 525240 A7 ____B7__ 五、發明說明（〆） 槽塡滿的數量以及型態最小化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖9描繪出一個範例片段切割形態112a的簡化表示方 式。參考圖9，切割形態112a被顯示，爲了方便，其具有 從左到右的路徑切割方向以及具有從右到左形成的分離切 割片段116kr116r3(通稱爲切割片段116)。雖然切割片段 116kr116r3爲了方便在圖9之中以平行的方式描繪，但切 割片段1161-1161*3實際上是在同一線上的。圖9描繪出多 重片段集合114a，其每一個包含一個起始片段116k以及 多重的逐漸增長重疊片段116m-116i*，其最好是以字母順 序處理。最好是，每一個集合114a在下一個集合被處理之 前被處理到選定的中間深度或者是完全穿透切割。雖然每 一個集合114a只有5個重疊片段被顯示，但熟悉本技術者 將領會到實際更大數量的重疊片段116可以被使用，特別 是當需要來配合靶材材料厚度的時，可增加較小的增量長 度。熟悉本技術者也將領會到任何或者是所有在切割形態 112a之中的使用片段116可以在兩個方向被處理，而不是 如圖9顯不的單一方向。 圖10描繪出一種範例片段切割形態112b的簡化表示 方式，其多多少少係相似於形態112a的。參考圖10，形 態112b與形態112a係以相同片段集合114做爲開始。然 而，片段集合114b省略片段116k並且逐漸地與事先被處 理的片段集合達到60%的重疊。在一個這個種實施例的範 例之中，片段11以30次通過切割並且具有200微米的 長度。然後，片段116m!以6次通過(30次通過的1/5)切割 ______2Σ_______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 525240 ______ B7 ___ 五、發明說明（♦) 並且具有240微米的長度(200微米加上片段IMki長度的 1/5)。然後，片段116]!!# 6次通過切割並且具有280微米 的長度(200微米加上片段116h長度的2/5)。這個種序列 被繼續直到片段集合114b被完成。這個種範例可以展現大 於或是等於8.5釐米/分的切割速度。 即時監測也可以被用來將已經完成切割之切割路徑的 再掃瞄部份降低。此外，雷射光束的極化方向可以與切割 方向相互關聯以進一步提高生產。這些片段切割技術在 2001年6月8日申請之第60/297,218號且標題爲”雷射片 段切片或切割”之美國臨時專利申請中被詳細討論。 本紫外線燒蝕圖案化方法的另一個應用是用來產生微 機電系統(MEMS)元件120。圖11是一個MEMS元件120 的紫外線燒蝕圖案化的代表性圖。在一個較佳實施例之中 ，係使用上面所說明的方法來使MEMS元件120圖案化， 以在矽中產生溝槽122a、122b、122c、122d以及122e(通 稱爲溝槽122)。熟悉本技術者將領會到經由雷射定位系統 3〇的X以及/或是Y軸的電腦控制，該導向雷射系統輸出 脈衝32可以被導引到工作表面，使得重疊脈衝產生一個表 達任何複雜曲線幾何形態的圖案。這種結合紫外線燒蝕圖 案化方法的能力可以被用來產生在矽之中複雜曲線的幾何 圖案，其對於多種AWG元件120的有效生產是很有用的 〇 本紫外線燒蝕圖案化方法的另一個應用是處理光學積 體電路，例如在半導體晶片工件12上面產生一種陣列波導 ------- -22______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------^---------^ 1AW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 525240 _B7___ 五、發明說明（1) 光柵(AWG)元件130。圖12是一個AWG元件130的紫外 線燒蝕圖案化的代表性圖示。在一個較佳實施例之中，係 使用上面所說明的方法將AWG 130圖案化，以產生曲線溝 槽132，例如具有在矽之中的132a、132b、132c、132d， 以及132e部分◦雖然溝槽132被顯示爲對稱的，熟悉本技 術者將領會到經由雷射定位系統30的X以及/或是Y軸的 電腦控制，該導向雷射系統輸出脈衝32可以被導引到工作 表面，使得重疊脈衝32產生一個表達任何複雜曲線形態或 是幾何形態的圖案。這種結合紫外線燒蝕圖案化方法的能 力可以被用來產生在矽之中的複雜曲線幾何圖案，其對於 多種AWG元件120的有效生產是很有用的。 以傳統金屬例如鋁製造之基座的使用，對於穿透處理 矽工件12是不具優點的，因爲這些傳統金屬材料在紫外線 之高反射可以造成矽工件12背部的損傷。實驗顯示出之顯 著證據爲，在圓柱形的通孔開口 100或者是穿透溝槽110 周圍，在穿透處理完成之後，從金屬基座頂端反射的能量 所造成之背部損傷。然而，在圓柱形通孔開口 100或是穿 透溝槽110之附近則沒有發現背部損傷，這些在基座頂端 中之整個修整孔上係被易於發現地鑽穿。。 圖13是基座組件140的代表性圖式，矽工件12最好 是被放置在其上面’以使用紫外線燒飩圖案化方法進行穿 透處理。基座組件140最好是包含一個真空基座142、一 個基座頂端144'以及一個選擇性的保持載具140。基座 142是最好是以傳統金屬材料製作而且最好是拴到一個額 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525240 B7 五、發明說明（>δ ) 外的平板148。平板148是用來簡單地連接至平台36或者 是38中的至少一個以及從其脫離的。接合機制最好是機械’ 式而且可以包含對接的溝槽以及隆起及可以包含一個鎖定 機制。熟悉本技術者將領會到很多種精確的對準及鎖定以 及鍵的機制是可能的。熟悉本技術者也將領會到該基座 142可以替代地用以直接固定於平台36或是38。 基座頂端144最好是以介電材料製造，其在選定做爲 特別的圖案化應用的紫外線波長時具有較低的反射率。在® 一個使用由三倍頻，Q-開關式二極體激發鈸雅各雷射的 355微米波長輸出的較佳實施例中，紫外線可穿透的基座 頂端144係以紫外線級或者是準分子雷射級熔融石英、 MgF2、或者是CaF2所製造。在另一個實施例之中，紫外 線可穿透的基座頂端144可以替代地或是額外地以液體冷 卻，以協助維持矽工件12的溫度穩定性。那些熟悉本技術 的人將認知到熔融石英是一種紫外線可穿透的材料，其係 由氧化非晶矽所組成，並且是以矽以及氧的化學結合所形· .成的。 再次參考圖13，一個保持載具146可以被放置在基座 頂端144上面，以達到支撐矽工件12的目的以及將它在經 紫外線燒飩圖案化之後扣住。保持載具1.46也最好是以— 種紫外線可穿透的材料製造，以防止背部反射損傷到穿孔 處理之工件Π。保持載具146最好經加工以包含淺空腔式 ，以使得被處理的矽工件12在穿透處理操作之後穩固在其 中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 525240 A7 - --—— B7 五、發明說明（>p 在〜個替代實施例中，基座頂端144或是保持載具 146可以以一種紫外線吸收材料製造，例如鋁或是銅，以 使铷雷射系統1〇可以使用將淺空腔圖案的工具路徑檔案， 該空腔是被鑽入工件Π之中來將對應的圖案切割成基座頂 端144或是保持載具146之材料。該空腔可以是，例如對 應於要被鑽的孔洞或是邊緣圖案並且在穿孔切割過程中防 止工件12的背部受到損傷。此外，任何從製程產生的殘渣 可以沈澱到遠離工件12背部的空腔中。在一個較佳實施例 中’淺空腔的圖案係經處理爲具有稍爲大於對應的工件12 被處理後的尺寸，因此使被處理後的工件12可被固定安置 於保持載具M6的空腔中。在一個替代實施例中，保持載 具146是以紫外線可穿透的材料以替代的例如光學製造或 者是触刻方式製造，並且被接序地對準以及固定在基座頂 端144上面。基座組件140的這些實施例在其他的材料例 如聚醯胺’在紫外線通孔鑽孔中也具有一些有用的應用。 那些熟悉本技術的人將認知到淨化氣體，例如氮、氬 、氨’以及乾空氣，可以被有用地用來協助從工件12中去 除廢棄的煙氣。可以使用附著在雷射系統10的傳送頭來將 這種淨化氣體傳送到非常靠近工作表面的附近區域。 爲了使用紫外線燒蝕圖案方法來改善處理的矽工件12 的表面品質，被處理的工件12可以使用超音波浴在液體之 中淸洗，該液體包括但不限於水、丙酮、甲醇、以及乙醇 。那些熟悉本技術將認知到於氫氟酸中被處理的矽工件12 之洗淨，在去除不需要的氧化層時可以是很有幫助的。 __ η__________ --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 525240 ___ B7_ 五、發明說明（ 雖然上面提供的說明大致係朝著矽以及砷化鎵的處理 來導向，但所說明的方法也通常可應用於其他被用做工件 12的基板70之半導體，例如碳化矽、氮化矽，或者是磷 化銦。 對那些熟悉本技術的人來說，很明顯的，於不違離本 發明之依據原理前提下，上面所說明的本發明實施例細節 可以被改變。因此，本發明的範圍應由申請專利範圍界定 之。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 525240 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 ι· 一種用在以雷射處理一矽、砷化鎵、磷化銦，或是 單晶藍寶石基板的方法，其係包含以下的步驟： 從一定位系統信號處理器中提供慢速及快速移動控制 信號； 以響應該慢速移動控制信號的方式，利用一慢速定位 器驅動器來控制一傳動平台的大範圍相對移動； 以響應該快速移動控制信號的方式，利用一快速定位 器驅動器來控制一快速定位器的小範圍相對移動； 產生波長短於4〇0奈米而且大於200微焦之輸出脈衝 能量的第一雷射系統輸出； 將該第一雷射系統輸出導引到該基板上的一個耙材位 置，以燒蝕該靶材位置上的基板材料，其係使用一小於25 微米的第一光點區於靶材材料表面上； 產生波長短於4〇0奈米而且大於200微焦之輸出脈衝 能量的第二雷射系統輸出； 導引該第二雷射系統輸出，以射擊一第二祀材位看 其係使用一小於25微米的第二光點區於該靶材材料上 ，以使得該第二光點區至少部份與該第一光點區麗疊。 2· —種用在以雷射處理一矽、砷化鎵、磷化或曰 單晶藍寶石基板的方法，其係包含以下的步驟： 5疋 產生波長短於400奈米而且大於2〇〇微隹， 你之輸出脈衝 能量的第一雷射系統輸出； ^ 將該第一雷射系統輸出導引到該基板上的〜個 置，以燒蝕該靶材位置上的基板材料，其係使用〜 材位 小方々2 5 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 、言 線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 525240 頜 SI —-------' ^^_ 六、申請專利範圍 微米的第一光點區於該靶材材料表面上； 產生波長短於4〇〇奈米而且大於200微焦之輸出脈衝 能量的第二雷射系統輸出； 導引該第二雷射系統輸出，以射擊一第二祀材位置， 其係使用一個小於25微米的第二光點區於該靶材材料^面 上，以使得該第二光點區至少部份與該第〜光點區重最， 來形成一穿透該基板的通孔，該基板厚度至少爲5〇微米而 且該通孔大約爲大於20 : 1的深寬比。 3·如申請專利範圍第2項之方法，其中該雷射系統輸 出包含至少5個雷射系統輸出脈衝。 4.如申請專利範圍第2項之方法，其中該基板前表面 被射擊而且該通孔穿透其背表面，該方法進一步包含： 使用該背表面之通孔的特徵來對準一元件，以在該基 板背表面執行一製程。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中至少兩個通孔 被形成，並且兩個通孔都被用來對準該基板的背表面，以 進行進一步處理。 6·如申請專利範圍第2項之方法，其中該基板前表面 被射擊而且該通孔穿透它的背表面，而且其中該基板以一 個基座支撐，該基座的表面材料對於該雷射系統輸出係爲 實質上非反射性質。 7. 如申請專利範圍第‘6項之方法，其中該基座的表面 材料係貫貝上抑制雷射損傷到该基板的背表面。 8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該基座的表面 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 、一5J11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 525240 C8 ^_ 申請專利範圍 材料對於該雷射系統輸出是實質上可穿透的。 9·如申請專利範圍第6項之方法，其中該基座的表面 材料對於該雷射系統輸出的波長係爲實質上吸收性的。 10·如申請專利範圍第2項之方法，其中該基板前表 面被射擊而且通孔穿透它的背表面，而且其中該基板係以 〜個基座支撐，該基座的表面材料具有開口，在它的上面 進行通孔處理。 11. 一種用在以雷射處理一砂、砷化鎵、磷化銦，或 是單晶藍寶石基板的方法，其係包含以下的步驟： 產生波長短於400奈米而且大於200微焦之輸出脈衝 能量的第一雷射系統輸出； 將該第一雷射系統的輸出導引到該基板上的一個靶材 位置’以燒蝕該靶材位置上的基板材料，其係使用一個小 於25微米的第一光點區於該靶材材料表面上； 產生波長短於400奈米而且大於2〇〇微焦之輸出脈衝 能量的第二雷射系統輸出； 導引該第二雷射系統輸出，以射擊一第二耙材位置， 其係使用一個小於25微米的第二光點區於該靶材材料表面 上’以使彳守δ亥第一光點區至少部份與該第一光點區重疊， 來形成長度尺寸大於該光點大小的切□。 I2·如申mg專利IS圍第11項之方法，其中該雷射輸出 的特徵抑制熔化邊緣的形成。 13.如申請專利範圍第11項之方法，其中該雷射輸 出的特徵抑制熔渣的形成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 x 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 参 、\二0. 525240 A8 骂 . D8 . , 六、申請專利範圍 I4·如申請專利範圍第11項之方法，其中該雷射輸出 的特徵抑制該切口邊緣的剝離。 # (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) I5·如申請專利範圍第11項之方法，進一步包含： 產生波長短於400奈米而且大於200微焦之輸出脈衝 能量的連續雷射系統輸出； 導引該連續雷射系統輸出，以射擊連續祀材位置，其 係使用小於25微米的光點區於該耙材材料袠面上，以使得 該連續的光點區至少部份與各別在前的光點區重疊，來形 成切口。 16·如申請專利範圍第11項之方法，其中該切口包含 一個曲線的形態。 17·如申請專利範圍第11項之方法，進一步包含： 從一定位系統信號處理器中提供慢速及快速移動控制 信號； 以響應該慢速移動控制信號的方式，利用一慢速定位 器驅動器來控制一傳動平台的大範圍相對移動； 以響應該快速移動控制信號的方式’利用一快速定位 器驅動器來控制一快速定位器的小範圍相對移動，來影饗 該切口的曲線形態； 18. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該基板具有 深的有底切口，該深的切口將元件分開，但是在該深的切 口的底部維持充足的基板厚度以連接該元件，進一步包括 使用該雷射系統輸出來分開該兀件。 19. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該基板以一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公愛) 525240 C8 D8 t 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 個基座支撐，該基座的一表面材料對於該雷射系統輸出係 實質上非反射性質。 20.如申請專利範圍第19項之方法，其中該基座的表 面材料實質上抑制該基板背表面的雷射傷害。 21·如申請專利範圍第19項之方法，其中該基座的表 面材料對於該雷射系統輸出係實質上可穿透的。 22·如申請專利範圍第19項之方法，其中該基座的表 面材料對該雷射系統輸出的波長係爲實質上吸收性的。。 23·如申請專利範圍第11項之方法，其中該基板具有 一基板深度並且該切口延伸穿過該基板深度，並且其中該 基座具有開口，在它的上面進行穿透切口處理。 24. —種增加分割一工件之產量的方法，該工件具有 至少300微米之深度以及包含矽、砷化鎵、磷化銦，或是 單晶藍寶石基板，該方法包含： 辨識該工件之一第一表面上的第一特徵； 相對於該第一表面上的第一特徵，對準一雷射系統的 一第一靶材位置，以使得該第一靶材位置是在該第〜表面 上而且在該工件之組件想要的一邊的附近區域； 導引一個或者是更多的第一雷射輸出，以射擊在該第 一靶材位置的第一表面並且因此成線性，以形成切口深度 之中小於該材料深度的一第一切口； 又 相對於該第一表面或是一第二表面上的一第二特徵， 對準該雷射系統的一第二靴材位置，以使得該第二祀材位 置是在一第二表面上而且在工件組件之想要的〜邊的附近 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 525240 頜 C8 D8 六、申請專利範圍 區域並且在該第一靶材位置相同的平面中；以及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 導引一個或者是更多的第二雷射輸出，以射擊在該第 二靶材位置的第二表面並且因此成線性，以形成在與該第 一切口相同的平面中的一第二切口，來形成界定該組件想 要的一邊的穿透切割。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中第一及第二 特徵包括各別的通孔，其係以雷射鑽孔穿過材料深度並且 明顯的在該第一以及該第二表面的上面。 26. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該基板以一 個基座支撐，該基座的表面材料對於該雷射系統輸出係實 質上爲非反射性質。 27. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該基座的表 面材料實質上抑制雷射損傷到該基板的背表面。 線 28·如申請專利範圍第24項之方法，其中該基座的表 面材料對於雷射系統輸出是實質上可穿透的。 29. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該基座的表 面材料對於該雷射系統輸出的波長係實質上爲吸收性的。 30. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該基座具有 一個開口，在其上進行通孔處理。 、 31· —種用在以雷射處理具有第一以及第二表面之矽 、砷化鎵、磷化銦，或是單晶藍寶石之工件基板的方法， 其係包含以下的步驟： 從一定位系統信號處理器中提供慢速及快速移動控制 信號； ____- _上______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 098895 ABCD 525240 六、申請專利範圍 以響應該慢速移動控制信號的方式’利用一慢速定位 器驅動器來控制一傳動平台的大範圍相對移動，該傳動平 台包含或支撐一基座，該基座係具有一實質上對於雷射系 統輸出爲非反射性之表面材料； 以響應該快速移動控制信號的方式，利用一快速定位 器驅動器來控制一快速定位器的小範圍相對移動； 產生波長短於400奈米而且大於200微焦之輸出脈衝 能量的第一雷射系統的輸出； 產生波長短於400奈米而且大於200微焦之輸出脈衝 目匕里^的連|買雷射系統輸出； 導引該連續雷射系統輸出，以射擊連續的靶材位置， 其係使用小於25微米的光點區於該該工件之一第一表面上 ’以使得連續的光點區至少部份與各別的先行的光點區重 疊’來形成該基板上的通孔或是穿透切割而於該第二表面 上並無實質的損傷。 32·如申請專利範圍第31項之方法，其中該基座的表 面材料對於該雷射系統輸出是實質上可穿透的。 3 3 ·如申g靑專利範圍第31項之方法，其中該基座的表 面材料對於該吸收雷射系統輸出的波長是實質上爲吸收性 的。 34.—種用在處理一矽、砷化鎵、磷化銦，或是單晶 藍寶石之工件基板之雷射系統，其包含： 一個慢速定位器，用來影響介於工具以及該工件之間 大範圍相對移動，該慢速定位器包括一個含有或者是支撐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格(210 X 2977公爱) --- (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)

   525240 ab C8 D8 , , 六、申請專利範圍 一基座的傳動平台，該基座具有一個對於該雷射系統輸出 實質上爲非反射性之表面材料； 一個快速定位驅動器，用來影響介於該雷射系統輸出 以及該工件之間小範圍的相對移動； 一個定位信號處理器，用來從定位指令中導出慢速以 及快速移動控制信號； 一個慢速定位驅動器，用來以響應該慢速移動信號之 方式，控制該傳動平台的大範圍相對移動； 一個快速定位驅動器，用來以響應該慢速移動信號之 方式，控制該快速定位器的大範圍相對移動；以及 一個共振器，用來產生該雷射系統輸出。 35. 如申請專利範圍第34項之雷射系統，其中 座的表面材料對於該雷射系統輸出是實質上可穿透的° 36. 如申請專利範圍第34項之雷射系統，其中 座的表面材料對於該雷射系統輸出的波長是係實質上爲口及 收性的。 37·如申請專利範圍第34項之雷射系統，其中該快 速定位器驅動器促進一個具有曲線形態之切口的產生。 用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公變) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ.