TWI323203B - - Google Patents

Description

1323203 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種利用誘導熱應力的原理用雷射光束將 脆材料切斷的方法，如德專利DE 197 15 537 C2所述者。 【先前技術】 藍寶石為最硬脆的材料之―，目前最先被用於做藍色 LED的晶圓形式的基本材料。藍寶石基本材料的硬度大（莫 氏硬度9)，且LED的晶片尺寸很小（約3〇〇χ3〇〇#爪卜因 Φ此對於將晶圓切割成個別晶片的作業有很大的需求。 對於將單結晶石英（莫氏硬度7)、陶究基質（莫氏硬 度8〜9)及玻璃的切割，有類似的需求。 切斷硬脆材料的最古老的方法，係用鑽石刀具作機械 式刮刻（Ritzen)，然後沿刻痕槽折斷。 在近年來，這種機械式刮刻已改用uv雷射或雷射 刮刻達成，藉之可以作高度準確而無磨損的工作，而將產 率明顯提高。藉燒餘（Ablati〇n)可產生狹的v㈣或小孔 —列，然後可沿著它們依標的折斷。 士這種雷射刮刻方法的缺點為：一方面到刻時受產生 之高熱蒸發的树料成分舍、士# 竹战刀會沈積在切緣上，且隨後須作折 的程序步驟。在折斷時，會產生邊緣破損，因此造成不乾 淨的邊緣與稜角。 有一種雷射方法中沒有材料被除掉，只是該材料受到 熱應力的感應（誘導）（Indukt叫而斷裂，這類雷射 於歐洲專利EP 〇 633 867 士， 867 B1。在此方法令，該材料利用 5 1323203 2雷射（波長心m)作局部加熱，如此在材 應力。然後利用-定向的冷媒嗔流將材料冷却， 拉應力在材料中產生的力量造成斷裂。由於 和 發或除去，因此不會在材料表面及μ、有材料被蒸 且沒有材料損失。 / 、上、成雜質污染’ 該輻射的斑點(Fleck)的幾何形狀宜為橢圓 度的高斯分佈（輻射線場分佈）對二條半轴（沿切斷線者、

及垂直於㈣線者）錢稱1熱作㈣在报狹小的區域達 成，其中分佈的溫度從周圍往中心急遽上升。 為了避免輻射斑點中心過熱以及超過材料的軟化溫 度，在國際專利W0 96/20062中提到使用—雷射光束，: 中在材料表面的輻射密度從周圍往中心呈遞減分佈。士其 材料的加熱條件要最佳化’一方面要確保照射：部段:： 個寬度範圍均勻受熱，另方面要防止中心過熱的情事。= 種輻射密度分佈係利用一橢圓形的環或利用二 < Μ /〇縱向相 鄰排列的橢圓輻射斑點（它們具有一種高斯分佈）達成。 WO 96/20062的方法和依ΕΡ 0 033 867 Β1的方法相比 正面的效果係可用一道輻射光束達成，其中該功率密户^

橫截面中實際上均勻分佈，或甚至沿著朝中心 X q、J乃向的増 加並不明顯。在此情形中，該此處所提之輻射密度分佈g 該二條半軸係成對稱者。 對 在DE 197 15 537 C2中提到：依w〇 96/20062的韓射 斑點係會造成不利的溫度分佈者，且主張利用一 ' .，、、輻射斑 點切割，其最最大輻射強度在一條V形或U形的曲線上 6 1323203 :曲線朝向熱輻射斑點的前端開放 地位在v形或u形曲線的馆 又取大點係局部 ^ v、的頂點（Scheitelpunkt)。舉例 一 适種熱輻射斑點係用一 5 ' 圓形&雷射光束橫截面以均勻的 或间斯式分佈在工作物表面掃描而… = 形的雷射橫截面，該橫截面半邊錢⑽灿如）。種續 在DE198 33 368 ci提到一種方法與裝置，其 個或數個放入光束路徑 遮板（Blende，英：shutter)改變昭到 工作物表面上的強度分佈。與其先前技術(其中預設的：射 強度分佈輪廓曲線係利用昂貴的附加光學手段達成)相較， 利用此處所述的解決方案可廉價H少許懸成本可達 成許多不同的強度分佈，以配合各種目的。…舉例而 言，它主張用一個可轉動的條紋遮板使得光束在内部有_ 種旋轉對稱式的遮影。其寬度對應於該條紋遮板的角度位 置。 此處的缺點為：在各種情形，改變強度的分怖，就會 造成強度損失，換言之，為了將所要之功率加人，在各種 情形須使用高得多的功率的輻射源。 此外，使用二道或更多雷射光束藉著激發熱機械應力 將脆材料切斷的方法見於W0 96/2〇〇62，以及DE AS 1 2料 346 及 DE 199 52 33 1 C1。 在DE AS 1 244 346所述的方法中，要用數條雷射光束 (它們對工作物表面構成不同角度）造成一定的邊緣幾何 形狀。 DE 199 52 331 C1比起其說明書中所提的先前技術〔其 7 1323203 中依WO 93/20015(與EP 〇 63 3 867 B1為同一發明）的方法 作比較並實際說明〕有較高的切割速度及較高切割準確 性。為了造成更高的功率，該案主張將數道雷射光束前後 相隨經切割線導進。為此目的，在一種用於實施此方法的 裝置設有光學手段，可將雷射光束耦合導引，使雷射光束 聚焦及互相分離、或完全或部分地重疊地在切斷線上導 引。 美專利US 2002/0006765 A1提到一種將易破碎材料切 籲斷的裝置，在該裝置中，具有下游所設之分光光學儀器的 一個雷射機或由二個雷射機而來的光束呈橢圓形，將該光 束射到工作物表面上沿一所要之切斷線導引。 — 一道 光束的主轴各沿切斷線方向對準。各依它們互相的間隔而 疋（此間隔也可為零）造成一個朝向切斷線的不同的_射 分佈曲線，它係一種高斯分佈曲線，一種所謂的頭與肩八 佈曲線或二條高斯分佈曲線。 在這四個文献（wo 96/20062，DE AS 1 244 346 〇£ • 52 33 1 Cl 及 US 2002/0006765 A1)(其中將多於 9 、 遣的雷射 光束朝向所要切斷的材料）中都未提到使這此# 、二尤果互相配合 設定，以產生一輻射斑點，其輻射密度分佈對該輻射斑 半軸不對稱。 @ 這無數的刊物及此處特別是核准的刊物都提 ·*淳音發 熱機械應力將脆材料切斷，其解決方案的 文水有—部分顯 得互相矛盾衝突，這一切以及實用上的經 狱員不，這些個 別的解決方案係多少對特定的實施例係有利者。 — 1323203 如果在輕射斑點上的範圍使轄射斑點形狀及㈣密度 力佈大不相同’且配合轄射斑點大小、輻射功率及推進速 度不同，依材料而定（特別是依導熱性及材 作調整’則多少能作良好的配合。 又而疋) 因此，如果轄射密度最大值在切斷線中央，如在wo 93/2〇〇15(與 EP 〇 633 867 B1 同—發明）或 DE 199 52 33 1 C1所述或如果輻射密度最小值位在切斷線上，如 15 537 C1所述，曰状目触^ 士

且依具體的應用會有優點或缺點。 斷線Π端Γ請人在實際研究發現’如果輕射斑點沿切 斷線在末知有一過高的輻射密度（以下稱「輻射尖峰」） 或t一個沿切斷線沿長的輕射斑點的前端上有此轄射尖· 二:二當輕射密度分佈對於與切斷線相交的輕射斑點 的半軸不對料），則對於各種不同的料 輻射尖峰的位置盥高声，wu t j 们用 / 可依材料及其厚度而定而改變程 割品質。但在實際上，這種輻射斑點有一缺點， 即：加工；有缺點 笛一 Μ… 換。之例如，如果—板要由一 =第Τ分成個别的平行條帶，則雷射光往往須先 第緣’或者’當雷射光係固定者時’則要將此 緣對雷射光；t位’俾使各部段的程序參數相同一 區域有機械性變動時，會造成約鄕的空轉時間。田 【發明内容】 中脆材料利用一雷 射也、度分佈）激發 為可雙向實施者， ，比々 /2^ 个的目的在提 射光束（其在光束斑點t有不對揭 熱機械應力切斷，其中切斷作業有 9 1323203 換言之可沿一方向及其反方向實施。 此目的係利用申請專利範圍第1項的方法達成。 有利的實施例見於申請專利範圍附屬項。 以下配合實施例說明本發明。 【實施方式】 在實施例中，由一n窗工制n门 t寶石製的晶圓切斷成晶片，晶圓 二厚90…晶片邊緣長度32。心。為此先沿乂方 β Y方向在晶圓中產生切斷處，間隔320" m。 “依本發明，在x_切斷處及γ-切斷處各交替地由對立的 先前二之η各隨後的切斷處的位置在晶圓片周圍與 兀*刖切斷處錯開320 # 。 雷射H:r相同之程序速度及相同切割品質實施而不受 二=與晶圓之間的相對運動的方向(雙 ；

不文方向影響造成絕對如πM 速地調整。成韻㈣的條件，這些條件要能簡單迅 要將藍寶石製的晶圓切斷，如第一實施例如示 眉不，在輻射斑點中有 在末端有過高的輻射密度(::二度;佈’係沿運動方向 束（=具發這種輕射密度分佈相將二個擴圓形雷射光 '-斯輻射密度分佈及不同功率）重 圖1中可明顯看出對該小的主轴〔 的大主轴b(它沿切斷方w延伸）〕的交點“同光斑 為了要在一共同的輻射斑射不對稱丨生。 在末端有—輻射,,、硌、 付到種輻射密分佈(它 穴峰），故雷射的功率要選設得較高，其輻 10 1323203 射光束沿運動方向在另一雷射機的輻射光束後朝向該表 面。輻射密纟分佈的廓形曲線係利用t玄〕雷射冑的功率決 疋，特別疋由功率差及重疊程序而定。 在共同輻射斑點中的輻射密度分佈也可另外用以下方 式改變·使1¾雷射《束在工作4勿纟面產纟不同λ的賴射斑 點，換言之，具有不同長度的小半軸及/或不同長度的大 半軸的輻射斑點。在二雷射機上所調整的功率之預設值， 對於疊蓋程度及對重疊的輻射斑點的大小比例而言，係依 所要切斷的材料及材料厚度而定，且在實際上的試驗作最 佳化’然後對應地預設。 如果該二雷射的功率調整及大小比例（如果不等於丨的 話）反過來，則依該二雷射之預設功率比例、重疊程度與大 小比例而定，產生一輻射斑點，它具有鏡像對稱的輻射密 度分佈。依先前技術中的之習用方法’該雷射光束係朝向 晶圓表面，並沿第一切斷線相對於晶圓導進。循著該共同 的輻射斑點，利用一股冷媒噴流（它同樣沿該切斷線相對 於該晶圓導進）產生一冷斑點。 為了要依本發明能將相同方向的切斷部利用不同方向 的相對運動切斷，故在次切割後將雷射的功率（只要大小 比例不等於1)切換；這是一個比將特殊光學部件的位置改 變不花時間的步驟〔利用該特殊光學部分（例如繞射式元件） 使輻射密度分佈改變〕。雖然利用一繞射式元件只能作固 定的輻射密度分佈’但這種分佈可用本發明藉由不同的參 數改變’且可對該固定的用途最佳化。 1323203 在八他研九中’利用本發明的方法成功地將Mo/oAhOj 及磷灰石粉破璃（Floatglas)構成的陶瓷基質切斷。 種適用於實施此方法的裝置需要： ——個相同輻射特性的雷射機，它們具有可調整的 雷射功率； 光予手丨又，利用它們將該二道雷射光束以預設的

重疊矛又導至4 X作物上，例如它們的輻射斑點造成一共 同的輻射斑點； A 冷媒手段，將—股冷媒流施到「切斷線」上· ——產生相對運動的手段，以在雷射光束與冷媒流及 工作物之間產生相對運動； —5亥產生相對運動手段宜適用於沿交替的方向作相 對運動； # a冷媒手段須適於將該被雷射光束加熱的切斷線 二換言之，冷媒流須追隨雷射光束之後對準到切:: 二=有交替方向的相對運動，這點可利用可樞轉的 冷媒喷嘴實施，或者將二個冷 地將冷媒由其-喷対出。p喷嘴固U置，亚選擇性 ―-最好還設有光束形成手段，它們可將該二重 輻射斑點的大小尺寸改變。 且的 【圖式簡單說明】 ，1顯示二雷射光束的輻射密度分佈(虛線) =造成的不對稱的輻射密度分佈(實線)，它 的“射斑點中沿其大主軸b者。 、门 12 1323203 【主要元件符號說明】 無

13

Claims (1)

1323203 十、申請專利範圍： 1. 一種利用雷射沿切斷線激發熱機械應力而將脆材料 構成的爲平工作物切斷的方法，包含以下步驟： 在第一雷射機調整一預設功率E1，在第二雷射機 調整一個與E1不同的功率E2，二雷射機各產生一道雷射光 束，

將該二雷射光束朝向所要切斷的工作物表面在 該處該二光束各有一種橢圓形光斑點的幾何形狀，該橢圓 形幾何形狀各由一條大半軸及一條小半軸決定因此其大 半軸，、同在一切斷線上部分地重疊，如此，該二雷射光束 的輻射斑點形成一共同的輻射斑點，同樣為橢圓形，其輻 射社度分佈對其小半軸不對稱， 使雷射光束相對於工作物沿著由切斷線決定的方 向作相對運動， 將奴冷媒流沿運動方向在雷射輻射斑點後朝向 該工作物。 U 2.如申請專利範圍第〗項之方法，其中·· 5玄工作物沿相同方向的數條切斷線切成多數條帶，复 方法係如下： 〃 在一切斷作業結束後調整另一雷射機的功率Μ 幻，因此對於第-雷射，對於各第奇數次的切割，各調= 功率，此功率係在各偶數次切割時在第二雷射 整，反之亦然，且 調 該切斷線各利用交替的方向實施 14 1323203 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中： 為了改變該共同的輻射斑點的輻射密度分佈，將該二 輻射光束的小半軸與大半轴藉著預設不等於1的比例而作 不同之選設。 4. 如申請專利範圍第2或第3項之方法，其中： 在切斷作業結束後，將該二雷射光束的大小比例反轉 過來。

Η一、圖式： 如次頁

15