TWI260843B - Focusing an optical beam to two foci - Google Patents

Description

1260843 坎、發明說明： t 明所肩技領域3 本發明有關用以聚焦光束至兩焦點之裝置及方法。本發明 在雷射加工上具有特殊應用’更特定地用於石夕晶圓之雷射晶粒 5 切割，但不受限於此。 知道使用來自單一雷射源兩焦點之雷射加工被用於加工 厚金屬板。產生自單一雷射源之兩焦點使用force機構（丹 麥）所發明之雙焦點透鏡。雷射光束藉由具有中心部分之透鏡 10 被聚焦，前述透鏡之中心部分伴隨較透鏡剩餘部分之焦距為長 之焦距。此雙焦點透鏡系統被揭露於，例如，WO 03/018246 及US 6175096用以加工厚金屬板。雙焦點透鏡促進加工生產 率及品質，但受限於透鏡之短壽命及高成本。更重要地，特別 是用於矽晶圓晶粒切割時，此技術之缺點為，所知之雙焦點透 15 鏡並非遠心，致使雷射光束不能被用來掃瞄整個將使用檢流鏡 被加工之工作件’而只能掃目苗使用平移台被加工之工作件，因 為掃目苗期間不會有均句光束焦點橫越透鏡視野之方形區域。此 使現有用於半導體晶圓晶粒切割之雙焦點技術有嚴格的生產 率限制。此外，雙焦點透鏡並不提供半導體晶圓晶粒切割所需 20 兩焦點間微米範圍之分割。EP0706072藉由自光束分光及差異 匯聚組件分割之單一焦點透鏡之專利申請範圍揭露有利製造 與維修成本之系統。亦揭露工作件上伴隨並排焦點兩光束之有 限掃瞄。然而，至少於某些實施例中，EP070672揭露使用伴隨 不同曲率區隔之叙面產生夕焦點。此意謂早一光束被分成不同 1260843 發散角光束之光片段。此具有區隔之鏡面並非標準之光學組件 且需特殊製作。此外，此意謂Gaussian曲線不再存在且所揭露 元件僅適於幾個mm厚的工作件之雷射加工。並未揭露伴隨相 同光軸重疊之不同焦點的工作件之光束掃瞄。 5 目前矽晶圓晶粒切割於半導體積體電路之製造上為不可 或缺之製程。於製造期間，矽積體電路或晶片係通常由晶圓之 分割而來，係由大量晶片所組成，並使用鑽石刃鋸刀片做分 割。然而，研磨晶粒切割並未符合半導體產業較高準確、較小 切口寬及提高的晶粒切割品質之需求。鋸刀晶粒切割之問題包 10 括： 1. 由於刀片磨損而缺乏一致之晶粒切割品質； 2. 由於鋸刀刀片之消耗所導致之高成本； 3 ·晶粒之碎屑， 4.晶粒之機械應力及裂缝形成； 15 5.不適合每一薄晶圓； 6.除了直線形外無法切其他形。 上述提及之問題可用脈衝雷射晶粒切割被克服。然而，雖 然雷射晶粒切割在街見與晶粒切割品質方面能夠與鑛刀片娘 美，但雷射晶粒切割在超過約100" m厚之晶圓基板的晶粒切 20 割速度方面卻無法與鋸刀片競爭，也因此雷射晶粒切割目前僅 被用於晶粒切割少於10 0 // m厚之薄晶S]。弟1圖圖表地頒不 機械鋸刀晶粒切割之晶粒切割速度-用曲線11表示，及雷射晶 粒切割-用曲線12表示，作為晶圓厚度之函數。曲線顯示於100 // m以上之晶圓厚度，雷射晶粒切割不能與据刀片晶粒切吾彳在 1260843 晶粒切割速度上媲美。極端慢之 田射日日粒切割速度，導致令人 不滿意之生產率，限制了雷射 ,μ U曰日杈切割之應用性。欲擴大 雷射晶粒則之應肖至較厚 晶粒切割速度必須增加。 μ過厚度晶圓之 5 10 15 至少改善習知版前侧物明目標之一。 【發明内容】 如本發明之第一態樣 化分井哭馗# 捉仏田射加工裝置，其包含板狀極 化刀先.構件用以分光入射 光束及第二雷射止未 耵九釆以形成弟一雷射 以提供第-雷射光/包含ΐ共形反射構件之光學光束修正構件 構件，被用 列於第二雷射光束之發散與匯聚；聚焦 稱件，被用以聚焦帝 κ 的第一焦點及聚焦第二:"於貫質上在聚焦構件之光軸上 少第-隹—Μ射光束於光軸上的第二焦點，如此至 件用以掃瞄第未於♦焦構件之焦點；及檢流計構 ^田弟—雷射光束及第 該工作件。 田耵九釆越過工作件以加工 有利地’拱形反射構件包含凸面鏡。 幸乂仏地’可#由選擇拱形反射構件之 點及第二焦點間之距離。 牛^擇弟焦 八^^地’第—焦點及第二焦點間之距離介於數毫米及數十 刀之一微米間。 便觀，雷射加工|置更包含雷射光束產生構件以產生入 射之雷射光束。 為構件包含極化從屬層以用第一極 有利地，板狀極化分光 、且件U地反射第—光束及用第二極化組件實質地傳輸第 20 1260843 二光束。 便利地，入射之極化雷射光束係實質上準直。 便利地，第一雷射光束係實質上準直而第二雷射光束被光 學光束修正構件修正後係發散。 5 較佳地，入射之極化雷射光束係脈衝。 有利地，雷射加工裝置更包含平移台構件以移動有關第一 雷射光束及第二雷射光束之工作件。 便利地，第一雷射光束及第二雷射光束干涉以形成干涉條 紋之處，此裝置更包含影像構件及其關連之控制構件以使用干 10 涉條紋之影像去對準與檢流器構件結合之掃瞄透鏡其光軸上 之第一及第二焦點。 較佳地，雷射加工裝置更包含掃瞄策略控制構件以於工作 件之加工期間至少控制入射雷射光束功率、脈衝重複頻率及檢 流器掃瞄速度之一。 15 有利地，雷射加工裝置更包含氣輔構件以至少供促進加工 速度、促進加工碎片的移除及提高被加工工作件的強度之一 用。 有利地，雷射加工裝置更包含鍍膜構件以於雷射加工之前 塗佈保護犧牲鍍膜至工作件之表面而保護工作件之表面免受 20 雷射加工期間之碎片影響且亦幫助雷射加工後工作件表面碎 片之移除。 較佳地，雷射加工裝置包含鍍膜移除構件以於雷射加工後 移除犧牲鍍膜。 便利地，安排雷射加工裝置以晶粒切割矽晶圓。 1260843 有利地，雷射光束之有效焦距深度被增加。 便利地，安排雷射加工裝置以縮小晶粒切割切口從而增加 每片晶圓之最大晶粒數。 便利地，增加雷射光束之有效加工焦距深度以增加通孔微 5 加工的深寬比並增加生產率。 有利地，安排雷射加工裝置以刮劃晶圓移除材料。 如發明之第二態樣，提供聚焦裝置以聚焦入射之極化光學 光束，此裝置包含光學板狀極化光束分光器構件以分光入射之 光學光束而形成第一光學光束及第二光學光束；光學光束修正 10 構件包含拱形反射構件以提供第二光學光束有別於第一光學 光束之發散或匯聚；及聚焦構件以聚焦第一光學光束於此聚焦 構件光軸上之第一焦點並聚焦第二光學光束於此光軸上之第 二焦點，如此至少第一焦點及第二焦點之一未於此聚焦構件之 焦點。 15 便利地，拱形反射構件包含凸面鏡。 較佳地，板狀極化光束分光器構件包含極化從屬層以用第 一極化組件實質地反射第一光學光束及第二極化組件實質地 傳輸第二光學光束。 如發明之第三態樣，提供雷射加工工作件之方法，包含步 20 驟：使用板狀極化光束分光器分光入射之極化雷射光束以形成 第一雷射光束及第二雷射光束；使用拱形反射構件至少修正第 二雷射光束以提供第二雷射光束有別於第一雷射光束之發散 或匯聚；提供聚焦構件；使用聚焦構件以聚焦第一雷射光束於 聚焦構件光軸上之第一焦點並聚焦第二雷射光束於光軸上之 1260843 第二焦點，以加工工作件，如此至少第一焦點及第二焦點之一 未於此聚焦構件之焦點；及檢流器構件以掃瞄第一雷射光束及 第二雷射光束橫越工作件以加工該工作件。 較佳地，分光入射之雷射光束的步驟包含使用極化從屬層 5 以用第一極化組件實質地反射第一雷射光束及第二極化組件 實質地傳輸第二雷射光束。

較佳地，此方法包含用平移台構件移動有關第一雷射光束 及第二雷射光束之工作件的進一步步驟。 有利地，此方法包含使用影像構件及關連之控制構件以使 10 用由第一雷射光束及第二雷射光束之干涉所形成之干涉條紋 的影像對準與檢流器構件結合之掃瞄透鏡其光軸上第一及第 二焦點之進一步步驟。 較佳地，此方法包含至少控制加工工作件期間入射之雷射 光束功率、脈衝重複頻率及檢流器掃瞒速度之一的進一步步 15 驟。

較佳地，此方法包含提供氣輔構件以至少供促進加工速 度、促進加工碎片的移除及提高被加工工作件的強度之一用的 進一步步驟。 有利地，此方法包含於雷射加工之前塗佈保護犧牲鍛膜至 20 工作件之表面而保護工作件之表面的進一步步驟。 較佳地，此方法包含於雷射加工後移除犧牲鍍膜之進一步 步驟。 有利地，安排此方法以晶粒切割矽晶圓。 便利地，第一焦點及第二焦點間之距離介於數毫米及數十 10 1260843 分之一微米間。 有利地，藉由選擇拱形反射構件之曲率半徑選擇第一焦點 及第二焦點間之距離。 便利地，雷射光束之焦距深度係足供高深寬比之微加工。 5 有利地，晶粒切割切口被充分地縮小以增加每晶圓之最大 晶粒數罝。 便利地，安排此方法以供矽晶圓之高深寬比微通孔鑽孔 用。 有利地，安排此方法供刮劃晶圓用以移除來自晶圓之材 10 料。 如發明之第四態樣，提供聚焦入射之極化光學光束的方 法，包含步驟：使用板狀極化光束分光器分光入射之極化雷射 光束以形成第一光學光束及第二光學光束；使用拱形反射構件 至少修正第二光學光束以提供第二光學光束有別於第一光學 15 光束之發散或匯聚；提供聚焦構件；並使用聚焦構件以聚焦第 一光學光束於聚焦構件光軸上之第一焦點並聚焦第二光學光 束於光軸上之第二焦點，如此至少第一焦點及第二焦點之一未 於此聚焦構件之焦點。 有利地，拱形反射構件包含凸面鏡。 20 較佳地，分光入射光學光束的步驟包含使用極化從屬層以 用第一極化組件實質地傳輸第一光學光束及第二極化組件實 質地反射第二光學光束。 圖式簡單說明 本發明現將伴隨參考附圖藉由範例之方式說明，其中： 1260843 第1圖係習知技藝之鋸刀片晶粒切割與雷射晶粒切割之 加工速度與晶圓厚度之一曲線圖； 第2圖係如本發明用以自單一光學光束產生兩焦點的光 學組件之一結構圖； 5 第3圖係第2圖光學結構的光束分光器之一結構圖； 第4圖係如本發明一態樣之裝置的光學元件之一結構 圖，納入第2圖之光學結構；

第5 (a)至5 (c)圖係被加工於晶圓之晶粒切割通道的 垂直橫截面，說明於本發明有用之晶粒切割策略； 10 第6圖係一圖解顯示於本發明有用之晶粒切割通道之連 續掃目苗掃目苗方向，及 第7圖係一圖解顯示於本發明有用之晶粒刮劃流程。 於圖中，類似參考數字代表類似部分。 L實施方式1 15 如發明第一態樣，用以從單一入射光學光束產生兩焦點之

裝置被說明於第2圖。線性、圓或橢圓極化且準直之雷射光學 光束21被以傾斜角入射於極化的板狀光束分光器22之第一表 面221。如第3圖之最佳顯示，橢圓極化之雷射光束21被以入 射角0入射於第一表面221之處，板狀光束分光器22分光雷 20 射光束21成反射之第一雷射光束24及傳輸之第二雷射光束 25。較佳地，第一表面221具有未顯示之防反射鍍膜，以減少 能量損失於第一表面。第二表面222具有S型極化鍍膜223致 使S極化光線被反射以形成反射之第一雷射光束24同時P極 化光被傳輸以形成傳輸之第二雷射光束24。將瞭解傳輸與反射 12 1260843 光束之極化將被反轉若使用P型極化鍍膜的話。再次參照第2 圖，傳輸通過板狀光束分光器22之第二雷射光束25以R曲率 半徑被入射於凸面鏡23上，且被鏡面反射回去通過光束分光 器22作為發散之第二雷射光束。因此，來自板狀光束分光器 5 22及凸面鏡23結合之輸出係伴隨不同發散角之兩共線雷射光

束24、25。此二光束可干涉以形成干涉條紋。既然第2圖所示 之實施例中，入射之雷射光束21成準直，為準直雷射光束21 之反射的反射之第一雷射光束24亦為準直，而第二雷射光束 25具有0”之發散角，其中 10 0 ” = D/ R，而D是雷射光束21之直徑。

第一雷射光束24及出射自板狀光束分光器22之第二雷射 光束25係正常地實質入射於掃瞄透鏡26上。第一雷射光束24 及第二雷射光束25藉由遠心及/或f-Theta掃瞄透鏡被各自聚 焦至第一焦點27及第二焦點28。第一焦點27較第二焦點28 15 接近透鏡26。第一及第二焦點27、28間之距離係凸面鏡23之 R曲率半徑之函數。因此，焦點間之距離可藉由替補不同半徑 之不同面鏡被改變。發現幾個亳米至幾個數十分之一微米之距 離適於，例如，晶粒切割半導體晶圓。雖然第一焦點被說明於 工作件之第一表面上及第二焦點被說明於第一焦點及工作件 20 與第一表面相對之第二表面間，此並非總是加工之較佳方法。 例如，第一焦點可離第一表面一段距離。若第一及第二雷射光 束之一為準直，那前述準直光束將被聚焦於掃瞄透鏡之焦點。 不然，兩焦點都將不於透鏡之焦點。 第一焦點27之光點大小ω 〇 fir st 可被寫為 13 1260843 ω0/νΓ5ί 二 2又 f/ D，（ 1) 其中f為透鏡26之有效焦距長。 雖然光束分光器依賴極化已被描述，顯然的其他形式之光 束分光器，不需依賴極化，如可使用半鍍銀鏡，雖然可能伴隨 5 較低效率。 相似地，雖然凸面鏡之使用已被描述以改變第二光束之發 散，任何光學組件、或光學組件之組合，如透鏡或凹面鏡，其 改變從光束分光器所出射有關其他出射光束之一光束的發散 或匯聚，並使兩光束沿相同路徑返回至可被使用之聚焦透鏡或 10 系統。 第4圖描述供矽晶圓晶粒切割用之兩焦點雷射融蝕之整 體光學系統，其使用發明第一態樣之聚焦裝置，雖然瞭解此發 明同樣適用於晶粒切割或加工其他種類半導體、或其他材料、 工作件、基板或晶圓。雷射源41產生脈衝雷射光束21。典型 15 地，雷射產生十億分之一秒、兆分之一秒或千萬億分之一秒脈 衝。此發明之一實施例中，雷射光束適當地具有從7至15W範 圍之平均功率、50-100kHz之重複頻率及幾十個十億分之一秒 範圍内之脈衝寬度。發射自雷射源41之雷射光束21係線性極 化。若需要的話，波板可被置於雙聚焦光學安排之前以轉換雷 20 射光束極化成橢圓或圓。雷射光束21藉由傾向雷射光束21之 第一平面鏡42被導引進光束分光光學元件22、23，如此使雷 射光束21以入射角0入射於板狀光束分光器22，說明於第2 圖。 出射自光束分光器22、23彼此伴隨不同發散之第一及第 14 1260843 二雷射光束24、25 ’人射於第二傾斜平面鏡43，第二傾斜平 面鏡反射第—及第二雷射光束24、25至―對檢流鏡44上。檢 流鏡44被光學定位於掃瞄透鏡％之上游以提供第一及第二雷 射光束24、25之高速光束掃目苗至對第一及第二雷射光束實質 5上正常之晶圓45上。掃瞄透鏡％係較佳地為遠心及/或 f-Theta。晶圓可為，例如，石夕、金屬或非金屬之晶圓。晶圓衫 被固裝於晶粒切割帶及帶環48 i。晶粒切割期間雷射光束切 穿晶圓同時晶粒切割帶未被切割或僅輕微被切割。 僅採用平面鏡42、43以提供小型雷射加1系統。平面鏡 10 42、43可被以其他方式安排，根據發明之應用需求。前述兩平 面鏡之-或兩者可被省略，根據應用而定。替代地，可如所需 增加額外鏡面至此加工系統。 15 20 晶圓45被固裝於XY移動平台46，χγ移動平台牝於加 工期間支擇ΧΥ移動平台46上之晶圓45,且於晶粒切割期間 及掃猫透鏡可視範圍所定義區域之雷射晶粒切割後，透過 移動平台46晶圓45被移動有關第一及第二雷射光束24、^。 CCD照相機47被定位於出射自光束分光器22、23之第一 及第二雷射光束24、25之轴上、為部分反射及部分傳輸之第 -平面鏡43的光學下游。照相機捕捉由第_及第二雷射光束 干’V所形成之條紋影像。此影像被用以對準第一及 第二焦點致使此二焦點他們都落於掃聪透鏡26之光轴上。亦 即，此二雷射光束及焦點藉由轉動凸面鏡及藉由觀看被對準至 此系統之光轴，伴隨⑽照相機’光穿過此部分反射面鏡43。 被部分反射面鏡徨於之# γ上、^ 傳輸之4成㈣—及第二雷射光束干涉 15 1260843 所導致之條紋圖樣。當光束被對準，產生同心圓之環形圖樣， 而當光束未被對準，產生不規則條紋圖樣。兩焦點之未對準導 致融蝕速度之急速減慢。 晶粒切割期間，第一焦點27被定位於晶圓45之頂部表 5 面，而第二焦點28被定位於晶圓材料主體之内側且如第2圖 所示接近晶圓之底部表面。 使用針對晶圓晶粒切割之切割策略。為達高切割速度及可 接受品質，雷射光束24、25多循環地以高速沿晶粒切割通道 掃瞄晶圓。適合之掃瞄速度自幾百個毫米/秒至幾千個毫米/ 10 秒之範圍。切割策略之範例被描述於第5圖。於高掃瞄速度， 小量矽材料被移除自晶圓52之晶粒切割通道51，形成如第5 (a)圖所示沿晶粒切割通道51之陰影通道。藉由進一步沿著 晶粒切割通道51切割，如第5(b)及5(c)圖所示更多矽53、 54、55 —層一層地被移除自晶圓52。讓重複掃瞄之η循環被 15 要求以得到貫通切割，然後使用掃猫速度k scanning，晶粒切割製 程之加工速度 ^ machining 從此公式得到：

L/ V machining 一 nL/ W Scanning+(I1-1)T 其中L為晶粒切割通道之長度而T表示每次掃瞄循環終了 掃瞄面鏡之延遲時間。因此，欲達最大加工速度，Τ必須降至 20 最小。各循環之掃瞄方向被以此次掃瞄循環之終點為下次循環 之起點這樣的方式安排。如弟6圖所不’當Α及Β表不晶粒切 割通道60之兩相對終點，若於第一循環61雷射光束24、25 自A掃瞄至B，於第二循環62雷射光束24、25自B掃瞄至A， 等等。掃瞄速度及循環之次數藉由實驗有效進行以達最高加工 16 1260843 速度。 晶圓晶粒切割之另一切吾il果略包含兩步驟。言先’雷射光 束24、25以低速度

^ lowspeed 次抑*目苗'晶粒切割通道以切穿晶 圓之主體。適合之掃瞄速度係自幾個毫米/秒至幾十個毫米/ 5 秒之範圍内，視晶圓之厚度而定。於此速度，熔解或氣化的材 料不能完全從被加工於晶粒切割通道中之凹槽脫離。大量熔解 或氣化之材料再沈積於凹槽内側。為得到沿著晶粒切割通道清 晰之切割，雷射光束使用描述於前段之晶粒切割策略掃描橫越 晶圓η循環。掃瞄速度及循環之次數必須再次藉由實驗有效進 10 行以達最高加工速度。於此切割策略，整體加工速度藉由下列 方程式被決定。 machining L/v lowspeed + nL/ v scanning

+ nT

雖然發明已大部分被描述當應用至半導體晶圓之晶粒切 割，然而此發明具有其他應用方式。例如，雷射光束之焦距深 15 度可被延長供高深寬比之微加工用。相似地，此發明可被用 於，例如，矽晶圓中高深寬比微通孔之鑽孔。 於晶粒切割應用，此發明兩焦點之使用讓縮小寬度之切口 被用於晶粒之間。此意謂增加之晶粒數目可被容納於給定尺寸 晶圓上。 20 此發明亦可被用於刮劃低介電常數（low-Κ)材料。 若被加工之晶圓或工作件包括多層電子元件device，如積 體電路晶片封裝、多模組或高密度連接電路板，直接暴露於高 功率雷射光束可導致多層工作件層之損傷，因為這些層可能相 當薄。例如，標準金屬組件層典型地具有5//m之厚度、標準 17 1260843

有機介電層典型地具有30/zm之厚度。若對藉由高功率雷射光 束晶粒切割之多層晶圓發生損傷，採用刮劃晶粒切割之製程以 消減對多層晶圓頂部上之層之損傷。晶粒切割之前，晶圓藉由 雷射光束24、25以高速刮劃而形成晶粒切割通道72兩邊之刮 5 劃線71，如第6圖所描述。刮劃加工之速度係較晶粒切割加工 之速度快。於此高加工速度，矽晶圓頂部上之薄層被單一化而 對他們的邊緣沒有任何損傷發生。如上述之晶粒切割製程被用 於分割在這些薄表面層下矽晶圓之剩餘部分。 已發現氣體或空氣之輔助更促進晶粒切割速度，減少碎片 10 並增強晶粒強度。氣體，如氬、六氟化硫、四氯化碳、氟氫碳 化物、氦或氟氯碳化物或鹵碳化物氣體之一，應用至晶圓表面 因此更增加晶粒切割速度及晶粒切割品質。 工作件於加工前可被鍍以保護犧牲鍍膜以保護表面免受 加工期間產生之碎片影響。犧牲鍍膜可於加工後被移除以促成 15 此等碎片之移除。

雖然此發明已用具有單一入射光束之光束分光器描述，顯 然地相同利益可有效地使用數個具不同發散或匯聚之獨立雷 射光束以藉由產生數個焦點增加入射於工作件上結合光束之 焦距深度而達成。 20 此發明可至少提供列舉於下之若干利益。 1.切割難以用單一焦點切穿之厚基板的能力。 聚焦光點之焦距深度限制了單一焦點雷射光束能切穿之 最大厚度。引用附加的焦點等於延長加工光點之焦距深 度，從而增加晶粒切割深度。 18 1260843 2. 增加融蝕速度。 發現能得到較高融蝕效率若焦點被深深地聚焦於晶圓主 體内側而非於晶圓頂部表面上的話。然而，當雷射光束被 深深地聚焦進厚晶圓之主體，入射於頂部表面上之雷射能 5 量可能不足以克服融蝕起點以開始融蝕。用兩焦點融蝕使

一雷射光束能夠被深深地聚焦進晶圓主體同時另一雷射光 束被聚焦於晶圓之頂部表面上，致使融蝕製程能無困難地 開始。以此方式，融#速度增加。兩焦點之高融I虫速度能 藉由雙雷射融蝕產生之羽狀物的動力被進一步解釋，其已 10 被Witanachchi所研究（「藉由雙雷射融蝕產生用於類金剛 石碳薄膜成長之高離子化碳電漿」，皿&[1^8.8〇(：.8丫11^}· Vol· 617, J3.6.1-J3.6.6, 2000)。根據 Witanachchi 的研究， 雙雷射融蝕產生兩羽狀物，而單一焦點雷射融蝕產生一羽 狀物。此外，雙雷射融蝕相較於單一焦點融蝕增加至少五 15 倍之羽狀物的離子含量。額外羽狀物之存在及羽狀物中較

高密度之離子含量的結果是更多材料同時被氣化，換言 之，材料被以較高速度移除。從Witanachchi的研究預測兩 焦點融蝕之融蝕速度相較於傳統之單一焦點融蝕將高出幾 倍。發現用兩焦點融蝕之融蝕速度藉由幾倍之因子而增 20 加。此因子視晶圓之厚度及材料與雷射功率而定。 3. 減少碎片。 雷射融蝕係熔解及離子化之結合效果。於融蝕之起使， 熔解主導此製程，發射自加工光點產生之熔解材料並再沈 積。來自雷射光束之熱能增加於加工光點之溫度。當事先 19 1260843 決定之溫度達到時，離子化製程主導此融钱製程。當材料 被離子化時，未產生大黑點群，致使較少碎片被產生。雙 雷射融蝕是較單雷射融蝕更離子化主導的，因此用兩焦點 融蝕可得到較乾淨之外觀。除了雙羽狀物及較高密度離子 5 出現於羽狀物外，離子動能藉由雙雷射融蝕製程中六之因 子增加，根據Witanachchi的實驗。較高動能導致離子較快 射離加工光點，其依次較少碎片沈積。

4. 減少碎屑/裂縫 碎屑及裂縫發生於雷射光束被用在易碎材料之融蝕 10 時，如半導體及某些透明材料。碎屑及裂縫主要由雷射融 蝕期間由於熱能加熱效果產生之衝擊波所導致。既然兩焦 點融#與單焦點融#相較是較離子化主導的而非溶解主導 的，用兩焦點融蝕減少之碎屑及裂縫是可以期望的。 5. 能得到高深寬比。 15 如前面所提及的，兩焦點增加加工雷射光點之焦距深度。

因此加工之通道或孔洞的較高深寬比可用兩焦點融蝕得 到，例如，半導體晶圓中微通孔之加工。 6. 縮小切口寬。 於相同系統組合，發現由兩焦點融蝕產生之切口寬小於 20 這些由單焦點融蝕所產生之切口寬。此具有較大數目晶粒 可被容納與給定半導體晶圓之優點，提供成本之優勢。 7. 切割任何輪廓之能力。 不若機械之晶粒切割工具，雷射工具具有能夠晶粒切割 任何輪廓之優點，且不受限於直線切割。 20 1260843 8 ·掃目苗。 如前面所討論的，使用來自單一雷射源之兩焦點的雷射 加工被知道用於加工厚金屬片，其中兩焦點產生自使用雙 焦點透鏡之單一雷射源。雙焦點透鏡促進加工生產率及品 5 質但受限於透鏡之短壽命及高成本。更重要地，特別是矽

晶圓製程，此技術之主要缺點為已知之雙焦點透鏡並非遠 心致使雷射光束不能以高速掃瞄橫越將使用檢流鏡被加 工之工作件，反而僅能以相對慢速使用平移台，因為掃瞄 橫越透鏡視野範圍之方形區域期間不會得到均勻光束焦 10 點。此迫使半導體晶圓晶粒切割之已知多焦點技術上的嚴 格生產率限制。此外，雙焦點透鏡未提供半導體晶圓加工 所需之兩焦點間的微米範圍分割。此外，此發明具有使用 標準光學組件之成本優勢，不需製造特殊光學組件。

因此，簡言之，此發明提供產生自單一雷射光束兩焦點之 15 雷射融蝕技術的使用以藉由產生超過一個焦點促進於，例如， 矽晶圓上微米範圍分割之融蝕速度。此發明之優點包括高融蝕 速度及晶粒切割穿透較厚晶圓之能力，而非欣然地由傳統雷射 融蝕製程達成。額外之優點包括：碎屑之消除、碎片之減少、 切口寬之縮小、及晶粒切割任何輪廓之能力。此發明可被用來 20 取代傳統鋸刀晶粒切割製程，晶粒切割前及後之製程維持不 變。 【圖式簡單說明】 第1圖係習知技藝之鋸刀片晶粒切割與雷射晶粒切割之 加工速度與晶圓厚度之一曲線圖； 21 1260843 第2圖係如本發明用以自單一光學光束產生兩焦點的光 學組件之一結構圖； 第3圖係第2圖光學結構的光束分光器之一結構圖； 第4圖係如本發明一態樣之裝置的光學元件之一結構 5 圖，納入第2圖之光學結構； 第5 (a)至5 (c)圖係被加工於晶圓之晶粒切割通道的 垂直橫截面，說明於本發明有用之晶粒切割策略； 第6圖係一圖解顯示於本發明有用之晶粒切割通道之連 績掃目苗掃猫方向，及 10 第7圖係一圖解顯示於本發明有用之晶粒刮劃流程。 【圖式之主要元件代表符號表】 11…曲線 44…檢流鏡 12...曲線 45…晶圓 21...雷射光學光束 46...XY移動平台 22...分光器 47…CCD照相機 23...凸面鏡/分光器 48…晶粒切割帶及帶環 24...第一雷射光束 51...晶粒切割通道 25...第二雷射光束 52…晶圓 26...掃瞄透鏡 53··.矽 27…第一焦點 54···矽 28…第二焦點 55···石夕 41...雷射源 60...晶粒切割通道 42...平面鏡 61…第一循環 43...平面鏡/部分反射面鏡 62...第二循環 1260843 71…刮劃線 223 ...S型極化鍍膜 72.. .晶粒切割通道 221…第一表面 222.. .第二表面 23

Claims (1)

1260843 拾、申請專利範圍： 1. 一種雷射加工裝置，包含有： 板狀極化光束分光器構件，以分光一入射雷射光束，形成 一第一雷射光束及一第二雷射光束； 5 光學光束修正構件，其包含拱形反射構件，以提供該第一

雷射光束一有別於該第二雷射光束之發散或匯聚；以及 聚焦構件，以將該第一雷射光束聚焦於一位在該聚焦構件 之一光軸上之第一焦點，並將該第二雷射光束聚焦於一位 在該光軸上之第二焦點，以加工一工作件，以使得該第一 10 焦點及該第二焦點中之一者未位於該聚焦構件之一焦點。 2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該拱形反射 構件包含一凸面鏡。 3. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該第一焦點 及該第二焦點間之一距離藉由選擇該拱形反射構件之一曲 15 率半徑而為可選擇者。

4. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該第一焦點 及該第二焦點間之一距離係介於數毫米及數十分之一微米 間。 5. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其更包含雷射光 20 束產生構件，以產生該入射雷射光束。 6. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該入射雷射 光束被極化，且該板狀極化光束分光器構件包含一極化從 屬層，以利用一第一極化組件來實質地反射該第一光束， 以及利用一第二極化組件來實質地傳輸該第二光束。 24 1260843 7. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該入射雷射 光束係實質準直。 8. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該第一雷射 光束係實質準直，且於該光學光束修正構件進行修正後， 5 該第二雷射光束被發散。 9. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該入射雷射 光束係脈衝。 10. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其更包含平移台 構件，以相對於該第一雷射光束及該第二雷射光束來移動 10 該工作件。 11. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該雷射加工 裝置更包含檢流器構件，俾令該第一雷射光束及該第二雷 射光束掃瞄橫越該工作件。 12. 如申請專利範圍第11項之雷射加工裝置，其中該第一雷射 15 光束及該第二雷射光束干涉，以形成干涉條紋，且該裝置 更包含影像構件及相關控制構件，以使用該干涉條紋之一 影像來對準位在與該檢流器構件相結合之一掃瞄透鏡的一 光軸上的第一及第二焦點。 13. 如申請專利範圍第11項之雷射加工裝置，其中該雷射加工 20 裝置更包含掃瞄策略控制構件，以於加工一工作件期間控 制入射雷射光束功率、脈衝重複頻率及檢流器掃瞄速度中 之至少一者。 14. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其更包含氣輔構 件，以供促進加工速度、促進加工碎片之移除並提高經加 25 1260843 工工作件的強度中之至少一者。 15. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其更包含鍍膜構 件，以於雷射加工前塗佈一保護犧牲鍍膜至該工作件之一 表面，以保護該工作件之該表面以防雷射加工期間產生之 5 碎片，且亦雷射加工後促使從該工作件表面移除碎片。 16. 如申請專利範圍第15項之雷射加工裝置，其更包含鍍膜移 除構件，俾於雷射加工後移除該保護犧牲鍍膜。 17. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該雷射加工 裝置係經配置，以供晶粒切割矽晶圓用。 10 18.如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該雷射光束 之一有效焦距深度被增加。 19. 如申請專利範圍第17項之雷射加工裝置，其被配置成縮小 一晶粒切割切口寬度，從而增加每片晶圓晶粒之最大數目。 20. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該雷射光束 15 之有效加工焦距深度被增加，以增加通孔微加工之深寬比 並增加生產率。 21. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其被配置成供刮 劃晶圓用，以移除材料。 22. —種用以聚焦一入射光學光束之聚焦裝置，其包含： 20 光學板狀極化光束分光器構件，以分光該入射光學光 束，形成一第一光學光束及一第二光學光束； 光學光束修正構件，其包含拱形反射構件，以提供該第 二光學光束一有別於該第一光學光束之發散或匯聚；以及 聚焦構件，以將該第一光學光束聚焦於一位在該聚焦構 26 1260843 件之一光軸上的第一焦點，並將該第二光學光束聚焦一位 在於該光軸上之第二焦點，以使得該第一焦點及該第二焦 點中之至少一者未位於該聚焦構件之一焦點。 23. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中該第一焦點及該第二 5 焦點係於該聚焦構件之一共用光軸上。 24. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中該拱形反射構件包含 一凸面鏡。

25. 如申請專利範圍第22項之裝置，其係經配置以聚焦一極化 之入射光學光束，其中該板狀極化光束分光器構件包含一 10 極化從屬層，以利用一第一極化組件來實質地反射該第一 光學光束，並利用一第二極化組件來實質地傳輸該第二光 學光束。 26· —種用以雷射加工一工作件之方法，其包含下列步驟： a. 使用一板狀極化光束分光器來分光一入射雷射光束，以 15 形成一第一雷射光束及一第二雷射光束；

b. 使用拱形反射構件來修正至少該第二雷射光束，以提供 該第二雷射光束一有別於該第一雷射光束之發散或匯聚； c·提供聚焦構件；以及 d.使用該聚焦構件將該第一雷射光束聚焦於一位在該聚焦 20 構件之一光軸上的第一焦距，以加工該工作件，以使得該 第一焦點及該第二焦點中之至少一者未位於該聚焦構件之 一焦點。 27.如申請專利範圍第26項之方法，包含一進一步步驟，即使 用檢流器構件而令該第一雷射光束及該第二雷射光束掃瞄 27 1260843 撗越該工作件之。 28·如申請專利範圍第27項之方法，包含一進一步步驟，即利 用別象構件及相關控制構件，以使用一由該第一雷射光束 5 10 15 20 乂第-田射光束之干涉所形成的干涉條紋影像，將該第 —及第二焦點對準於與該檢流器構件相結合之—掃猫透鏡 的—光軸上。 29=申請專利範圍第27項之方法，包含一進一步步驟，即於 《加期間控制人射雷射光束功率、脈衝重複頻 率及檢流器掃瞄速度中之至少一者。 申。月專利祀圍第26項之方法，其中該拱形反射構件包含 一凸面鏡。 31.如申請專利範圍第26項之方法，其中該入射雷射光束係極 化’且该分光人射雷射光束之步驟包含使用—極化從屬 層，以利用-第-極化組件來實f地反射該第—雷射光 3?束’亚利用—第二極化組件來實質地傳輸該第二雷射光束。 .如申請專利範圍第26項之方法，包含一進一步步驟，即利 用平移台構件來相對於該第一帝 田射光束及该弟二雷射光束 移動該工作件。 33·如申請專利範圍第 万法包含一進一步步驟，即提 =_件’以供促進加工速度、促進加工碎片之移除及 提鬲經加工工作件之強度中之至少一者。 34·如申請專利範圍第26項之方法， ^ 匕3 進一步步驟，即於 雷射加工前塗佈—保護犧牲_於該工作件之—表面。' 35.如申請專利範圍第34項之方法，包含—進—步步驟，即在 28 !26〇843 雷射加工後移除該保護犧牲鍍膜。 36.如中請專職圍第26項之方法，其被配置成供晶粒切割石夕 晶圓用。 37·如申請專利範圍第26項之方法，其中該第一焦點及該第二 焦點間之-距離係介於數毫米及數十分之—微求間。 讥如申請專利範圍第26項之方法，其中該第—焦距及該第二 焦距間之-距離係藉由選擇該拱形反射構件之一曲率半徑 而為可選擇的。 10 15 20 孜如申請專利範圍第26項之方法，其中該雷射光束之焦距深 度係足供高深寬比微加工用。 4〇·如申請專利範圍第36項之方法，其中一切口寬度係充分地 被縮小，以增加每片晶圓晶粒之最大數目。 41=申料利範圍第26項之方法，其被配置成供石夕晶圓高深 免比微通孔之鑽孔用。 仪如申請專利範圍第26項之方法，其被配置成供刮劃晶圓 用，俾從該晶圓移除材料。 I種用以聚焦一入射光學光束之方法，包含下列步驟： a·使用-板狀極化光束分光器來分光該人射 以形成—第-光學光束及-第二光學仏 b·使用拱形反射構件至少修 第一 ^弟一先子先束，以提供該 先^束—有別於該第1學光束之發散或匯聚； C•提供聚焦構件；及 m亥聚Γ件以將該第—光學光束聚焦於—位在該聚 '、、、構件之-光軸上的第—焦點，並將該第二雷射光束聚焦 29 1260843 於一位在該光軸上之第二焦點，以使得該第一焦點及該第 二焦點中之至少一者未位於該聚焦構件之一焦點。 44.如申請專利範圍第43項之方法，其中該拱形反射構件包含 一凸面鏡。 5 45.如申請專利範圍第43項之方法，其中該入射光學光束係極

化，且該分光光學光束之步驟包含使用一極化從屬層，以 利用一第一極化組件來實質地傳輸該第一光學光束，並利 用一第二極化組件來實質地反射該第二光學光束。 10

30 1260843 柒、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 21.. .雷射光學光束 22.. .分光器 23.. .凸面鏡 24.. .第一雷射光束 25.. .第二雷射光束 26···掃瞄透鏡 27.. .第一焦點 28…第二焦點 45…晶圓 221·.·第一表面 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：