TWI664671B - 利用雷射時脈調變分光切割加工方法及其模組 - Google Patents

Abstract

一種利用雷射時脈調變分光切割加工方法及其模組，其加工方法包含發出雷射步驟、時脈調變振盪步驟、聚光步驟、加工步驟；首先，將雷射光射入光電調變振盪裝置，並折射出兩道不同時脈、角度各異的光束，但其功率仍維持接近原雷射光，再利用雷射控制裝置移動光電調變振盪裝置，以控制兩光束分別射向聚光單元的間距，而聚光單元調整光束朝向晶圓射出，並配合移動平台的移動，使兩光束在晶圓上以特定間距進行平行Z字形交錯的加工，最後形成兩條平行蝕刻後的完整溝槽，無需額外分割加工、或更換功率更高的雷射源，大幅降低設備成本並提高加工效率。

Description

利用雷射時脈調變分光切割加工方法及其模組

本發明係有關於一種雷射切割的加工方法及其模組；更詳而言之，特別係一種利用雷射時脈調變、並分光進行切割的加工方法及其模組。

請參閱圖1~3，圖1為習知雷射分割加工方法的步驟示意圖，圖2為習知雷射分割加工設備的加工作動示意圖，圖3為習知分割加工後的晶圓溝槽示意圖。

如圖1、2所示，一般在對晶圓進行分割時，特別指由低介電常數(Low-k)膜形成者，由於晶圓具有脆弱及容易剝離的特性，因此，習知的雷射分割加工方法主要分為二步驟以避免破壞晶圓，其二步驟如下：預設切割步驟A1、分割加工步驟A2。

預設切割步驟A1：首先，先在晶圓E上的預設切割線兩側，以雷射裝置11射出雷射光，開始進行剝蝕開槽。

分割加工步驟A2：再透過切割刀片，以分割的方式，將晶圓E上已經剝蝕開槽後的溝槽F進行加工。

進一步而言，大部分的加工方法會先將兩個分別形成於加工溝槽F兩側之外緣的間距，設計為超過切割刀的寬度，以此防止沿著加工溝槽進行切割的刀片產生單面磨損，造成晶圓熱裂、破損等不良情形發生。

習知雷射分割加工設備1包含提供雷射光激發源的雷射裝置11、以及將雷射光進行光束調整的光束處理裝置12；其中，習知雷射分割加工設備1在進行雷射開槽時，會先設定雷射裝置11發射雷射光的功率，接著將雷射光射入光束處理裝置12，再由光束處理裝置12輸出已處理好的雷射光束L，並射向晶圓E以進行加工；而該光束處理裝置12主要分為以下兩種：

1. 光束處理裝置12設有分光元件，使一道雷射光分離成兩道可同時加工之雷射光束L，並同時將兩道雷射光束L射向晶圓E；然，其缺點在於分離後的兩道雷射光束L，所占功率分別只有原功率百分之五十不到，因此必須選用更高功率的雷射激發源才能維持晶圓的切割品質，導致雷射激發源的設備成本相對提高。

2. 光束處理裝置12設有光束整形元件，將一道雷射光改變其光模態，並使原本為高斯分布之能量的雷射光，轉成兩道分離或多道密集的光束進行加工；然，其缺點與前述1相同，分離後的光束所占功率皆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，因此還需更換較高功率的雷射激發源(成本較昂貴)，或加裝多道雷射激發源，以維持晶圓切割的品質，導致設備成本提高。

歸納前述，基於前述兩點開槽方式的缺失，如圖3所示，因為雷射光經分離成兩道雷射光束L後，會使兩道雷射光束L加工在晶圓E時的功率降低，導致雷射光束L打在晶圓E上的預設線時，無法有足夠能量直接完成開槽加工(如圖2、3中的兩道V型溝槽F，其切割後的溝槽F底部不平整)，即使將預設線的線距設為更接近(如圖3中箭頭下方的兩道V型溝槽F)，仍無法開槽完成，還需要多次針對溝槽F底部進行平整的加工才能完成開槽作動，造成加工效率不佳，而且需要多一道將溝槽底部切割完整的工序才可完成；如果換成更高功率的雷射激發源，雖然有足夠的加工能量，可減少加工次數及工序，但是會導致設備成本提高，所以在雷射切割加工領域中，降低加工成本以及提高加工效率，即為該領域急需解決的課題。

有鑑於此，本案申請人遂依其多年從事相關領域之研發經驗，針對前述之缺失進行深入探討，並依前述需求積極尋求解決之道，歷經長時間的努力研究與多次測試，終於完成本發明。

本發明之主要目的在於提供一種雷射切割加工方法，特別是一種可利用雷射時脈調變分光切割加工方法及其模組，用以解決分光、整形造成能量功率衰弱的問題，並降低加工成本以及提高加工效率。

為達上述之目的，本發明利用雷射時脈調變分光切割的加工方法，係透過下列步驟所製成： A. 發出雷射步驟：由雷射單元發射具有吸收性波長之雷射光；前述雷射單元係以至少符合不會破壞晶圓的原則下，設定其發射重複頻率參數以及發射雷射光功率。 B. 時脈調變振盪步驟：透過光電調變振盪裝置將雷射單元所發射的雷射光進行振盪後，使原本的雷射光可以折射出兩道不同時脈(不同時間射出)、角度各異之光束；前述光電調變振盪裝置可設定振盪頻率參數，以此設定調整經折射後的兩道光束分別射出的頻率，兩道光束可以設定為特定的時間間隔分別射出；同時，透過雷射控制裝置移動光電調變振盪裝置，以控制兩光束的射出位置以及間距；前述雷射控制裝置可依使用者需求設定兩光束發出的位置及間距。 C. 聚光步驟：光電調變振盪裝置分別以不同時間射出兩道角度各異的光束，並且兩光束以特定間距及特定頻率分別射向聚光單元，再透過聚光單元將光束的射出方向調整為射向晶圓的方向，以該特定頻率及間距在晶圓上形成兩個交叉不同位置的蝕刻槽孔。 D. 加工步驟：透過聚光單元交叉不同時間射出的光束，於特定間距的兩端在晶圓上分別進行開槽，並配合移動平台進行平行位移，即可產生在兩平行線上連續開槽的態樣，最終使兩道光束以Z字形的態樣，以不同時間及特定間距交錯打在晶圓上，以對晶圓進行加工，即可產生兩條平行的剝蝕溝槽，而且該兩道光束的功率與原雷射單元所射出的雷射光近乎相同，所以兩道光束能量足夠使蝕刻切割的溝槽下方直接呈現U型態樣，即可快速切割出完整的溝槽(溝槽的底部呈現U型即為平整的溝槽底部)。

而本發明利用雷射時脈調變分光切割加工模組，係包含有雷射裝置、雷射控制裝置、以及移動平台。

所述雷射裝置，係可發射雷射光，以提供雷射光源。

所述雷射控制裝置，係與雷射裝置連接，並可控制雷射裝置的光束射出位置。

所述移動平台，係與雷射控制裝置下方連接，其上方與雷射裝置之間可固定放置晶圓，並可控制晶圓與雷射裝置間的加工方向。

其特徵在於：所述雷射裝置係包括可發射具有吸收性波長的雷射光的雷射單元、與雷射單元對應的雷射光射出口的方向的光電調變振盪裝置、與光電調變振盪裝置對應的聚光單元；前述光電調變振盪裝置同時與雷射控制裝置連接，可在接收雷射光後，透過振盪折射產生兩道不同時脈(不同時間射出)、角度各異之光束，並由雷射控制裝置控制該兩道光束分別射出的位置以及間距；前述聚光單元可接收來自光電調變振盪裝置發出的光束，並將該光束調整導向晶圓上進行加工。

其中，所述雷射控制裝置與光電調變振盪裝置連接處設有滑軌，可透過滑軌控制光電調變振盪裝置的兩光束射出位置及間距。

藉由前述之結構與步驟，本發明無須再如習知的加工開槽方式，還要在預設線切割溝槽後，再分開進行切割加工，才能形成完整開槽，而本發明將雷射光打入光電調變振盪裝置進行時脈調變振盪後，折射成兩道不同時脈(不同時間射出)、角度各異的光束，其功率接近原入射時的雷射光功率，再透過雷射控制裝置移動光電調變振盪裝置以控制兩光束分別射出在聚光單元的位置及間距，而該聚光單元則將光束調整朝向晶圓射出，並配合移動平台的移動，以控制光束在晶圓上以進行平行Z字形交錯加工，最後即可產生由兩條完整平行切割後所形成的完整溝槽，無需再額外分割加工，因此本發明在開槽作動上更有效率，也因維持了雷射光原本的功率，所以無須更換功率更高的雷射激發源，大幅降低雷射激發源之功率需求，進而達成降低設備成本的功效。

使用者在使用本發明時，還可透過設定前述雷射單元的發射重複頻率參數、光電調變振盪裝置的振盪頻率參數、雷射控制裝置的間距、移動平台之運動參數，即可產生依使用者需求所形成的完整溝槽。

期許本發明之目的、功效、特徵及結構能夠有更為詳盡之瞭解，茲舉較佳實施例並配合圖式說明如後。

首先請參閱圖4~7，圖4為本發明利用雷射時脈調變分光切割加工方法的步驟示意圖，圖5為本發明利用雷射時脈調變分光切割加工模組的示意圖，圖6為本發明加工後的晶圓溝槽之B-B’剖面示意圖，圖7為本發明加工作動之局部上視示意圖。

如圖4~7所示，本發明利用雷射時脈調變分光切割加工方法，其步驟如下所述： A. 發出雷射步驟S1：由雷射單元211發射具有吸收性波長之雷射光L’；前述雷射單元211係以至少符合不會破壞晶圓G的原則下，設定其發射重複頻率參數以及發射雷射光L’功率。 B. 時脈調變振盪步驟S2：透過光電調變振盪裝置212將雷射單元211所發射的雷射光L’進行振盪後，使原本的雷射光L’可以折射出兩道不同時脈(不同時間射出)、角度各異之光束；前述光電調變振盪裝置212可設定振盪頻率參數，以此設定可調整折射出來的兩道光束分別射出的頻率，兩道光束係可以特定的時間間隔穿插射出；同時，透過雷射控制裝置22移動光電調變振盪裝置212，以控制兩光束的射出位置以及間距；前述雷射控制裝置22還可依使用者需求設定光束發出的間距參數。 C. 聚光步驟S3：光電調變振盪裝置212分別以不同時間射出兩道角度各異的光束，並且兩光束以特定間距及特定頻率穿插射向聚光單元213，透過聚光單元213將光束調整方向至射向晶圓G，以該特定頻率及間距在晶圓G上形成兩個交叉不同的蝕刻槽。 D. 加工步驟S4：透過聚光單元213交叉射出的光束L”，於特定間距D的兩端在晶圓G上分別進行開槽時，如圖7所示，可以先在間距D右端射入其中一道光束L”，再向間距D左端射入另一道光束L”(虛線)，並配合移動平台23的位移方向，即可產生在兩平行線上連續開槽的態樣，最終使兩道光束L”以Z字形的態樣交錯分別在特定間距D內對晶圓G進行加工，即可產生兩條平行剝蝕後的溝槽H，而且該兩道光束L”的功率與一開始的雷射單元211所射出的雷射光L’近乎相同，所以兩道光束L”能量足夠使蝕刻切割的溝槽H下方直接呈現U型態樣，即可快速切割出完整的溝槽H。

使用者在使用本發明時，還可協同設定雷射單元211的發射重複頻率參數、光電調變振盪裝置212的振盪頻率參數、雷射控制裝置22的間距參數、移動平台23之運動參數，以設定為適當的開槽作動參數，即可產生依使用者需求所形成的完整溝槽H。

如圖5所示，本發明利用雷射時脈調變分光切割加工模組2，係包含有雷射裝置21、雷射控制裝置22、移動平台23。

所述雷射裝置21，係可用於發射雷射光L’。

所述雷射控制裝置22，係與雷射裝置21連接，並可控制雷射裝置21的光束射出位置。

所述移動平台23，係與雷射控制裝置22下方連接，其上方與雷射裝置21之間可固定放置晶圓G，並可控制晶圓G與雷射裝置21間的加工方向。

其特徵在於：所述雷射裝置21係包括可發射具有吸收性波長的雷射光L’的雷射單元211、與雷射單元211對應的雷射光L’射出口的方向的光電調變振盪裝置212、與光電調變振盪裝置212對應的聚光單元213；前述光電調變振盪裝置212同時與雷射控制裝置22連接，可在接收雷射光L’後透過振盪折射產生兩道不同時脈(不同時間射出)、角度各異之光束，並透過雷射控制裝置22控制該兩道光束分別射出的位置以及間距；前述聚光單元213可接收來自光電調變振盪裝置212發出的光束，並將該光束調整導向晶圓G上進行加工。

其中，所述光電調變振盪裝置212包括有可控制雷射光行進角度的光束調整單元(圖未示)、調整雷射光L’時脈的時脈調變控制單元(圖未示)，前述兩者對應關係可任意排列設於光電調變振盪裝置212中，當雷射光L’打入光電調變振盪裝置212時，可先經過光束調整單元(圖未示)，或是先經過時脈調變控制單元(圖未示)，或是同時經過兩者，且兩者接收雷射光L’的前後順序可任意排列。

其中，所述雷射控制裝置22與光電調變振盪裝置212連接處設有滑軌(圖未示)，可透過滑軌(圖未示)控制光電調變振盪裝置212的兩光束射出位置及間距。

有關於本發明之實施方式及相關可供參考圖式詳述如下所示：

續請參閱圖4、5及圖7，圖4為本發明利用雷射時脈調變分光切割加工方法的步驟示意圖，圖5為本發明利用雷射時脈調變分光切割加工模組的示意圖，圖7為本發明加工作動之局部上視示意圖。

本發明在下列敘述中，雷射光L’進入光電調變振盪裝置212內，係以先經過時脈調變控制單元(圖未示)，透過時脈調變控制單元(圖未示)將雷射光L’分成兩道不同時脈且照射角度不同的光束，再透過光束調整單元(圖未示)將兩道光束引導朝向聚光單元213方向前進做為說明。

首先，如發出雷射步驟S1所示，先將晶圓G固定於移動平台23後，啟動雷射單元211，經雷射單元211發射出具有吸收性波長之雷射光L’，並以至少符合不會破壞晶圓G的原則下，設定其發射重複頻率參數以及發射雷射光L’功率。

如時脈調變振盪步驟S2所示，光電調變振盪裝置212接收來自雷射單元211的雷射光L’，並將該雷射光L’透過時脈調變控制單元(圖未示)振盪折射出兩道不同時脈(不同時間射出)、角度各異之光束，經振盪分光後可射出兩個獨立光束，其各自的能量並無損耗，因此極為接近原本雷射光L’入射之功率，並透過光束調整單元(圖未示)將光束引導朝向聚光單元213方向前進，而且可依需求設定光電調變振盪裝置212中的時脈調變控制單元(圖未示)為特定的振盪頻率參數，此時，雷射控制裝置22可透過滑軌(圖未示)移動光電調變振盪裝置212，以控制兩光束分別射出在聚光單元213的位置及間距。

如聚光步驟S3所示，光電調變振盪裝置212分別以不同時間射出兩道角度各異的光束，並且兩光束以特定間距及特定頻率穿插射向聚光單元213，透過聚光單元213將光束調整方向至射向晶圓G，以該特定頻率及間距在晶圓上形成兩個交叉不同位置的蝕刻槽。

如加工步驟S4所示，如圖7所示，透過雷射控制裝置22可間接控制聚光單元213所射出的光束L”在晶圓G上的間距D兩點快速振盪，可以先在間距D右端射入其中一道光束L”，再向間距D左端射入另一道光束L”(虛線)，並配合移動平台23的前進方向(可參閱圖7中的箭號方向表示作動過程的運動方向)，其中，雷射控制裝置22的間距參數、移動平台23之運動參數可依使用者需求設定為特定參數，最終光束L”以Z字形交錯加工於晶圓G上，產生兩條平行剝蝕後的溝槽H，而該溝槽H下方形成U型態樣(切割完整的溝槽H)。

藉由前述之結構與步驟，本發明無需再如習知的加工開槽方式，還要在預設線切割溝槽後，再分開進行切割加工，才能形成完整開槽，而本發明透過時脈調變振盪分光後可分別射出兩道不同時脈(不同時間射出)的獨立光束，其能量不會損耗，並且功率仍維持接近雷射單元211入射時之功率，再透過雷射控制裝置22控制兩道光束交錯在特定間距內分別射出，接著聚光單元213將光束集中朝向晶圓G加工切割，使晶圓G上形成兩個在間距D兩端的蝕刻槽孔，再配合移動平台23控制切割方向與速度(以Z字形交錯蝕刻加工於晶圓G)，以及同時將前述雷射單元211的發射重複頻率參數、光電調變振盪裝置212的振盪頻率參數、雷射控制裝置22的間距參數、移動平台23之運動參數進行協同設定，即可使切割後形成兩道以D為間距的平行線所產生的U型溝槽H。

接續前述，請參閱圖8、9，圖8為本發明加工完成的溝槽之上視示意圖，圖9為本發明加工後的晶圓溝槽之C-C’剖面示意圖。

如圖8、9所示，相較於習知所形成能量不足的V型溝槽F(可對應參考圖3)，還要進行分割加工，本發明的完整溝槽H’係可以D’的線距在晶圓G’上切割成兩道U型溝槽H’組合而成，無需再額外分割加工，因此本發明在開槽作動上更有效率，也因維持了雷射光原本的功率，所以無須更換功率更高的雷射激發源，大幅降低雷射激發源之功率需求，進而達成降低設備成本的功效。

綜合上述，本發明利用雷射時脈調變分光切割加工方法及其模組其優點在於： 1. 開槽效率提高：透過光電調變振盪裝置折射出來的光束，可維持原本功率，並且以兩道不同時脈、不同角度，及已設定好的間距射出，再由聚光單元將光束導向晶圓，如此即可使加工在晶圓上的光束有足夠的能量直接開槽完成，無須先開兩道預設線再進行分割加工，只要一道工序直接完成開槽。 2. 降低加工設備成本，在不會破壞晶圓的雷射光功率條件下，本發明可發射出維持原本功率的雷射光且可使開槽下方呈現兩道U型溝槽，而兩道U型溝槽即可形成完整溝槽，所以無須提高雷射單元所發射的雷射光功率，或是換成更高功率的雷射激發源，進而達成降低設備成本的功效。

故，本發明在同類產品中具有極佳之進步性以及實用性，同時查遍國內外關於此類結構之技術資料文獻後，確實未發現有相同或近似之構造存在於本案申請之前，因此本案應已符合『創作性』、『合於產業利用性』以及『進步性』的專利要件，爰依法提出申請之。

唯，以上所述者，僅係本發明之較佳實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之其它等效結構變化者，理應包含在本發明之申請專利範圍內。

２‧‧‧利用雷射時脈調變分光切割加工模組

２１‧‧‧雷射裝置

２１１‧‧‧雷射單元

２１２‧‧‧光電調變振盪裝置

２１３‧‧‧聚光單元

２２‧‧‧雷射控制裝置

２３‧‧‧移動平台

Ｄ、Ｄ’‧‧‧間距

Ｇ、Ｇ’‧‧‧晶圓

Ｈ、Ｈ’‧‧‧溝槽

L’‧‧‧雷射光

L”‧‧‧雷射光束

Ｓ１‧‧‧發出雷射步驟

Ｓ２‧‧‧時脈調變振盪步驟

Ｓ３‧‧‧聚光步驟

Ｓ４‧‧‧加工步驟

﹝習知﹞

１‧‧‧雷射分割加工設備

１１‧‧‧雷射裝置

１２‧‧‧光束處理裝置

E‧‧‧晶圓

F‧‧‧溝槽

L‧‧‧雷射光束

A1‧‧‧預設切割步驟

A2‧‧‧分割加工步驟

圖1：習知雷射分割加工方法的步驟示意圖； 圖2：習知雷射分割加工設備的加工作動示意圖； 圖3：習知分割加工後的晶圓溝槽之A-A’剖面示意圖； 圖4：本發明利用雷射時脈調變分光切割加工方法的步驟示意圖； 圖5：本發明利用雷射時脈調變分光切割加工模組的示意圖； 圖6：本發明加工後的晶圓溝槽之B-B’剖面示意圖； 圖7：本發明加工作動之局部上視示意圖； 圖8：本發明加工完成的溝槽之上視示意圖； 圖9：本發明加工後的晶圓溝槽之C-C’剖面示意圖。

Claims (6)

1. 一種利用雷射時脈調變分光切割加工方法，係包含有下列步驟： A. 發射步驟：由雷射單元發射具有吸收性波長之雷射光； B. 時脈調變振盪步驟：透過光電調變振盪裝置，供給雷射單元所發射的雷射光透過振盪折射出兩道不同時脈、角度各異之光束，並透過雷射控制裝置控制兩道光束射向聚光單元的位置及間距； C. 聚光步驟：再透過聚光單元，將光電調變振盪裝置所產生兩道不同時脈、角度各異之光束導向對晶圓進行加工； D. 加工步驟：透過雷射控制裝置間接控制聚光單元射出的光束在晶圓上特定間距的兩點快速振盪蝕刻，並配合移動平台前進方向，最終光束以Z字形交錯平行連續蝕刻加工於晶圓上，產生由兩條平行剝蝕後的完整溝槽。
2. 如請求項第1項所述之利用雷射時脈調變分光切割加工方法，其中，前述雷射單元的發射重複頻率、光電調變振盪裝置的振盪頻率、雷射控制裝置的間距、移動平台的運動方式，係可配合協同設定為最佳開槽作動。
3. 如請求項第1項所述之利用雷射時脈調變分光切割加工方法，其中，前述雷射控制裝置可控制光電調變振盪裝置在間距內振盪移動。
4. 一種利用雷射時脈調變分光切割加工模組，係包含雷射裝置、雷射控制裝置、以及移動平台； 所述雷射裝置，係可用於發射雷射光； 所述雷射控制裝置，係與雷射裝置連接，並可控制雷射裝置的光束射出位置；以及 所述移動平台，係與雷射控制裝置下方連接，其上方可固定放置晶圓，並可控制晶圓加工方向； 其特徵在於：該雷射裝置係包括可發射具有吸收性波長的雷射光的雷射單元，與雷射單元對應的雷射光射出口的方向的光電調變振盪裝置，以及與光電調變振盪裝置對應的聚光單元；前述光電調變振盪裝置同時與雷射控制裝置連接，可在接收雷射光後透過振盪折射產生兩道不同時脈、角度各異之光束，並透過雷射控制裝置控制該兩道光束分別射出的位置以及間距；前述聚光單元可接收來自光電調變振盪裝置發出的光束，並將該光束調整導向晶圓上進行加工。
5. 如請求項第4項所述之利用雷射時脈調變分光切割加工模組，其中，該光電調變振盪裝置包括有可控制雷射光方向及角度的光束調整單元，以及調整雷射光時脈的時脈調變控制單元，前述兩者對應關係可任意排列設於光電調變振盪裝置中，當雷射光打入光電調變振盪裝置時，可先經過光束調整單元，或是時脈調變控制單元，或是同時經過兩者。
6. 如請求項第4項所述之利用雷射時脈調變分光切割加工模組，其中，所述雷射控制裝置與光電調變振盪裝置連接處設有滑軌，可透過滑軌控制光電調變振盪裝置的兩光束射出位置及間距。