專利名稱：激光加工的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基板的程序控制切割，具體來說，但不限于使用脈沖激光器的半導體基板。
背景技術：
晶片切割是裝配過程中所有后續操作的封裝裝配的一個重要方面。晶片切割傳統上是通過用機械鋸(mechanical saw)切割晶片來完成的。使用機械鋸具有如低產量、碎屑和裂紋等缺點。薄晶片由于導致低模片(die)強度的鋸在晶片中引入的應力而不能被加工。半導體基板被切割時產生的模片強度是一個重要因素，因為較低的模片強度會降低可靠性。增加模片強度將破損和微裂紋的產生最小化，并增加裝置的可靠性。

發明內容
根據本發明的第一實施方案，提供一種使用脈沖激光器來程序控制切割包括至少一層的基板的方法，該方法包括步驟提供程序控制工具和相關的數據存儲工具用于控制脈沖激光器；在相關的數據存儲工具中提供一個包含激光在基板上產生脈沖的脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊(spatial overlap)的至少一個選定組合的激光切割方案文件來限制對各自的至少一層的損傷，同時使對至少一層的加工速率達到最大；當脈沖激光器按照存儲在激光切割方案文件中的各自的至少一個組合運行時，在激光切割方案文件中提供代表切斷各自至少一層所需的脈沖激光的各自至少一層的至少一選定的數個掃描的數據；和在激光切割方案文件驅動的程序控制工具的控制下使用激光以各自的至少一選定的數個掃描來掃描所述至少一層，以至少有利于對基板的切割，從而使得到的模片至少具有預定的模片強度和可使用的模片產量至少相當于預定的最小產量。
優選地，對于所述至少一個層的每個，提供激光切割方案文件的步驟包括改變脈沖速率、脈沖能量、脈沖空間重疊的組合的至少一個，來提供一個各自的組合；測量使用各自組合的各自層的切割速率；檢查該層，來確定損傷是否被限制在預定的范圍；切割基板并且測量得到模片的產量；測量得到模片的模片強度；生成切割速率達到最大的選定組合的激光切割方案文件，同時產生至少具有預定最小產量的可使用模片的產量，和模片至少具有預定的模片強度；使用選定組合掃描至少一個層，以確定切斷該層所需的多個掃描；和將選定的數個掃描存儲在激光切割方案文件中。
方便地，模片強度使用韋氏(Weibull)模片強度測試來測量。
優選地，使用激光掃描至少一層的步驟包括提供一個基于檢流計的(galvanometer-based)掃描儀。
方便地，使用激光掃描至少一層的步驟包括提供一個遠心掃描透鏡用于將來自激光器的激光束橫穿基板掃描，和提供激光切割方案文件的步驟包括的步驟有繪制在遠心掃描透鏡焦平面上接收的激光能量密度，以使用脈沖的脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊的選定組合產生遠心掃描透鏡視野范圍內的激光能量密度圖；將激光能量密度圖作為陣列存儲在存儲工具中；和使用激光能量密度圖用控制工具來修改選定組合的脈沖重復率和脈沖能量中的至少一個來在基板上在視野范圍內的掃描點生產恒定的激光能量密度。
方便地，繪制激光能量密度的步驟包括使用激光功率儀來測量遠心透鏡視野范圍內代表位置上的激光能量密度。
有利地，提供選定組合的步驟包括提供限制各自層材料熱負荷的選定組合來將機械應力限制在預定的最大值。
方便地，所述選定組合被用于少于掃描中與其對應的選定多個，以加工將被切削的層，且該層被掃描以進行進一步的掃描直到所述的選定多個，該選定多個所用的組合將不明顯地加工下一層，使得基本上沒有加工出現在所述下一層，這樣在將被切割的所述層被切割后，激光將繼續掃描所述基板。
優選地，該方法包括通過要切的層為基板劃線，用于基板的后續機械切割。
方便地，當該基板包括一個有源(active)層，提供選定組合以限制對至少一層的損傷的步驟包括提供沒有明顯影響有源層中有源器件后續操作的選定組合。
優選地，提供沒有明顯影響有源層中有源器件后續運行的選定組合的步驟包括提供一個組合，其沒有引起明顯裂縫通過有源層擴展。
方便地，提供選定組合的步驟包括步驟提供一個初始組合，在此，激光以沒有因環境溫度下的熱沖擊而引起明顯的裂縫擴展(crackpropagation)的初始速率加工基板，并且這樣基板的溫度通過加工，在由激光對基板的預定多個掃描后升高到環境溫度以上的升高的溫度；和提供一個工作組合，在此，激光以高于初始速率的工作速率加工基板，其沒有由于升高溫度的熱沖擊引起的明顯的裂縫擴展；和加工基板的步驟包括使用用于至少預定數個掃描的初始組合加工基板的初始深度；和用工作組合加工基板剩余深度的至少一部分。
有利地，多個掃描中至少第一個的能量低于多個掃描的隨后掃描的能量，從而使表面微裂紋的產生少于在其它情況下可能產生的。
有利地，數個掃描中至少最后一個的能量低于數個掃描的前面掃描的能量，從而使基板后側的碎片少于在其它情況下產生的碎屑。
有利地，數個掃描的能量在掃描之間變化，有利于去除切割基板過程中產生的碎片，方便地通過隨著加工深度的增加來增加激光能量以從切割路線去除碎片。
有利地，該方法還進一步包括步驟提供氣體處理工具為基板提供氣態環境；在基板切割之前，期間和之后的至少一個過程中使用氣體環境來控制基板的化學反應，從而加強所得模片的強度。
方便地，提供氣體處理工具的步驟包括提供一個氣體釋放頭(delivery head)工具，用來給基板切割區域基本一致地傳輸氣體，便于基本一致地切割基板。
有利地，提供氣體處理工具的步驟包括提供工具來控制流速、濃度、溫度，氣體種類和各種氣體混合中的至少一個。
方便地，提供氣體環境的步驟包括了提供一個惰性氣體環境用來基本上防止模片壁在加工過程中的氧化。
可選地，提供氣體環境的步驟包括提供活性氣體環境。
方便地，提供活性氣體環境的步驟包括用活性氣體侵蝕模片壁來減少壁的表面粗糙度并因此改進模片強度。
優選地，提供活性氣體環境的步驟包括用活性氣體來侵蝕模片壁來有效地去除在加工過程中產生的熱影響區域，并因此改進模片強度。
有利地，提供活性氣體環境的步驟包括減少加工過程中產生的粘到模片表面的碎屑。
方便地，該方法還包括在切割后用有足夠能量的激光掃描所得模片的邊緣來加熱所得模片的側壁，從而降低其表面粗糙度并因此增加所得模片的強度。
方便地，該方法用來生產帶圓角的模片，通過用基于檢流計的掃描儀在模片的角上沿著的彎曲軌跡掃描激光束，其中選定組合用來保持圍繞模片整個周邊在連續激光脈沖之間選定的脈沖空間重疊。
方便地，選定組合用來在模片的拱形部分或拐角上傳輸脈沖，使得在拱形模片邊緣或拐角上基本上不會出現產生缺陷的過度切割或切割不足。
有利地，本方法在激光掃描過基板的過程中通過改變切割路線的寬度來形成具有在遠離激光束方向中向內呈錐形的拱形側壁的錐形切割路線，其中選定組合被修改來提供一個精細控制的錐形和光滑模片側壁，并因此增加了所得模片的模片強度。
方便地，該激光器是一個Q-開關(Q-switched)激光設備。
優選地，從激光器中發出的激光束被旋轉鏡所引導。
方便地，該基板安裝在傳送帶上且激光最終掃描能量被控制來基本上防止損傷傳送帶。
優選地，該傳送帶對紫外線輻射基本上透明。
有利地，該傳送帶以聚烯烴為基體。
根據本發明的第二個方面，提供的基板程序控制切割裝置包括至少一層，該裝置包括一個脈沖激光器；用激光切割方案文件來控制脈沖激光器的程序控制工具和相關數據存儲工具，激光切割方案文件存儲在數據存儲工具中，激光在基板上產生的脈沖的脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊中至少一個各自選定組合和代表切穿各自至少一層所必需的脈沖激光在各自至少一層的至少一個各自選定多個掃描的數據；因此，在使用中，所得模片至少具有預設的模片強度且具有至少與預設的最小產量相等的可用的模片的產量。
優選地，程序控制方法包括控制工具，來改變脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊中的至少一個，從而使激光屬于所述至少一個各自選定組合。
方便地，該裝置包括遠心透鏡工具用來將激光器發出的激光束在整個基板上掃描。
有利地，本裝置包括了激光功率測量工具來繪制遠心透鏡焦平面上所接收的激光能量密度以用脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊的所選組合來產生遠心透鏡視野內的激光能量密度圖，并將激光能量密度圖以陣列存儲在數據存儲工具中來修改所述至少一個各自選定組合來補償遠心透鏡所引入的基板上的激光能量密度的不規則。
優選地，該裝置還包括了氣體處理工具來為基板提供氣體環境從而在切割基板之前、之中或之后的至少一個期間用于控制與基板的化學反應，來提高所得模片的強度。
有利地，氣體處理工具包括了氣體釋放頭工具來將氣體一致地傳輸到基板的切割區域。
優選地，氣體處理工具還包括了控制氣流速率、濃度、溫度，氣體種類和各種氣體的混合中至少一個的控制工具。
方便地，氣體處理工具被設置來提供一個惰性氣體環境以基本上防止在加工過程中模片壁的氧化。
可選擇地，此氣體處理工具被設置來提供一個活性氣體環境。
有利地，此氣體處理工具被設置來用活性氣體腐蝕模片壁以減少壁的表面粗糙度，并由此增加模片的強度。
有利地，氣體處理工具被設置來用活性氣體腐蝕模片壁以基本上移除加工過程中產生的熱影響區域并由此增加了模片的強度。
有利地，氣體處理工具被設置來用活性氣體腐蝕模片壁以減少加工過程中產生的并粘連到加工模片的表面的碎片。
方便地，該裝置還包括基于檢流計的掃描儀，用于通過沿著模片拐角處彎曲軌跡掃描激光束生產具有圓角的模片，其中選定組合被設置來在整個模片周圍的連續激光脈沖之間維持選定脈沖空間重疊。
有利地，選定組合被設置來控制模片邊緣的拱形部分或拐角上的激光脈沖傳輸，由此基本上不會有在模片邊緣上產生缺陷的過度切割或切割不足。
方便地，此裝置還被設置來通過在激光掃描過基板時改變切割路線的寬度形成具有在遠離激光束方向上向內呈錐形的拱形壁的錐形切割路線，其中選定組合被修改來提供一個具有光滑模片壁的精細控制的錐形，并由此增加了所得模片的模片強度。
優選地，該激光器為Q-開關激光設備。
方便地，該裝置包括了用來引導基板上激光器發出的激光束的旋轉鏡。
優選地，該裝置設置了安裝在傳送帶上的基板，其中該激光在基板上的最終掃描中被控制以基本上不損傷傳送帶。
方便地，該傳送帶對紫外線光基本上透明。
有利地，該傳送帶以聚烯烴為基體。


結合附圖并參考一些相關實施方式的描述，以實例的方式更加清楚地理解本發明。
圖1為切割后的硅晶片的平面圖。
圖2表示了使用本發明作為遠心透鏡目標視野范圍內(40mm×40mm)的入射激光強度的一定百分比的透射激光強度和根據本發明的加工一致深度的溝槽的激光脈沖能量中的變化；圖3(i)為根據本發明適合切割的多層基板的垂直剖面圖；圖3(ii)代表了本發明中用來切割圖3(i)中的多層基板的四步激光加工過程；圖4(i)到4(iii)為本發明中多層結構的垂直剖面圖，其中預劃的溝槽在頂層加工；圖5(i)a到圖5(i)b為本發明中從有源器件一側上切割的半導體基板的垂直剖面圖；圖5(ii)a到5(ii)c為本發明中從與有源器件一側相反一側切割的半導體基板的垂直剖面圖；
圖6為有助于理解本發明的圖表，其中以相對模片強度為橫坐標，模片生存比率為縱坐標，用于連續激光脈沖的不同空間重疊；圖7(i)表示了根據本發明生產的具有圓角的多個模片；圖7(ii)表示了根據現有技術傳統地切割的多個模片；圖8為根據本發明生產的錐形切割路線側壁的示意垂直剖面圖；圖9(i)到9(iii)為根據本發明加工的單層結構的垂直剖面圖；圖10為根據本發明安裝在傳送帶上加工的基板的垂直剖面圖。
具體實施例方式
激光束可以用來切割半導體晶片10，并由此使用檢流計型系統中的旋轉鏡通過在晶片表面掃描Q開關激光束將器件11從晶片上單獨切割(singulate)形成如圖1所示的圖案。激光束的聚焦可以用遠心型掃描透鏡完成。
在本發明實施方式中，連續激光脈沖的時間間隔(Δt)和激光脈沖能量(E)在加工單層或多層基板過程中變化以便減少單層上不同位置或基板中每種材料中的熱負荷以及隨后的機械應力或其造成的損傷。
作為例子，包括三種不同材料類型的四層31、32、33，和34的一個多層材料工件30在圖3(i)中顯示。這些材料可以是，例如，聚合物材料的第一層31，在金屬的第二層32上，在聚合物的第三層33上，在半導體基板34上。圖3(ii)為以時間(對應穿過多層結構加工的距離)作為橫坐標和以脈沖能量作為縱坐標的圖表，示出切割基板的四步方法。為了按照此種方法加工第一層31來減少聚合物材料的熱負荷和隨之的機械損傷，激光脈沖能量E1為低且脈沖之間間隔Δt1為高。聚合物材料在高激光能量下，比如每脈沖幾百微焦耳，將熔化且被損傷，但他們在較低激光脈沖能量下將被整潔地切割，比如10微焦耳每脈沖。而且如果重復率太高(即，Δt太低)，過多的熱量就會在過短的時間內進入聚合物材料，且聚合物將會被熔化和損傷，因此對聚合物來說重復率保持為低(即，Δt為高)。通常，Δt和E的值是根據材料已知的光學和熱特性選擇的或由實驗確定。在Δt1和E1上傳輸的激光脈沖的數量由第一層31的厚度所決定。
在用激光束35加工通過第一層31后，該激光參數變為Δt2和E3，其中Δt2和E3(如同基板上所有層的Δt和E)的選擇值由所用激光波長下的材料的熱特性和光學吸收特性所確定。在第二層32加工后，激光特性返回到Δt1和E1來加工與第一層31的材料相似的第三層33。在第三層33加工后，激光特性變為Δt3和E2來加工第四層34。在多層基板中每一層的加工過程中，脈沖能量E1，E2和E3可以以一種描繪在聚焦目標的整個視野范圍的方式變化來補償遠心透鏡透射的激光能量的不規則，從而保證加工通過基板各層的一致性。
在實踐中，在加工分層的基板之前，產生一個激光切割方案文件包含對激光的一系列命令來改變對每層的Δt和E并控制檢流計掃描儀用來在工件表面上進行激光束定位。此外，切穿每個各自層所需的激光掃描的相應數目從先知的每層31、32、33、34的厚度預編程在激光切割方案文件中。
起初，該數據可由實驗收集，通過使用不同的脈沖能量和脈沖重復率來掃描不同材料的層并觀察任何損傷，比如層的熔化或裂縫擴展。在不同脈沖能量和脈沖重復率的模片強度上獲得的效果也可被確定，比如用已知的Weibull韋氏模片強度測試和為產生具有至少所需模片強度模片的每層所選定的組合來確定。此外，模片的產量可被確定，保證選定的組合不損傷基板上的器件并由此反過來影響產量。在選擇了只引起可接受的損傷和產生所需模片強度模片和可接受的產量的脈沖能量和脈沖重復率的組合后，切斷一個已知厚度的材料所需要的掃描的數量也隨后由實驗確定。這些值然后可以用來編寫激光切割方案文件。
這種切割方法導致與傳統的激光切割方法相比更好的模片強度。
在本發明中的另一個實施方式中，該脈沖時間間隔Δt和激光脈沖能量E在多層材料的單層加工過程中改變。參考圖4(i)到4(iii)，要用激光束44加工的第一層41覆蓋在基板43上的第二層42上。隨著第一層41被加工，在第一層41加工期間，激光束44的脈沖特性Δt和E剛好在加工通過第一層41完成之前被改變，通過表示改變的激光束441的改變的虛線示出，以防止對下面第二層42的損壞。通常，對下層42的損傷是通過將脈沖能量E減少到組成下層材料的熔化閾值以下來防止的。圖4中在層41加工的溝槽45可以用做預加工劃線槽(scribing trench)。在此種情況下，通過適當選擇激光脈沖能量和脈沖重復率，模片強度與已有技術相比被改進，在頂層41或下層42中不會出現在激光指定步驟之后進行的機械劃線(scribe)和破裂加工過程中可能增長的裂縫。
在本發明中的另外一個實施例中，如圖5所示，激光束54的低能量激光脈沖被用在沿著切割線(lane)55的前幾個通路中來防止在從晶片50的有源器件(active device)側加工時穿過有源器件51擴展的大裂縫的發展，如圖5(i)a中所示。在激光切割的材料深度約相當于有源器件層的厚度后，激光束54的脈沖能量E在激光切割方案文件的控制下可增加到更高的激光束541的脈沖能量，如圖5(i)b中所示，以便更快地加工晶片50的半導體基板53的主體，其由初始加工所加熱，這樣在加工基板53中的熱沖擊效應被減弱。當從與承載有源器件51一側相反的晶片基板53的后側加工時，如圖5(ii)a所示，可以采用一個相似的過程來防止向下切入基板材料的初始激光所產生的裂縫擴展，并且最初使用具有低激光脈沖能量的激光束54。在半導體基板53的主體中，激光能量在激光切割方案文件的控制下增加以使用更高能量激光束541來更快地加工，見圖5(ii)b。當從晶片50的后側加工的激光束541達到包含有源器件51的區域時，激光束54的激光脈沖能量在激光切割方案文件的控制下被減弱以防止對該區域的過分損傷，見圖5(ii)c。為了按照此種方式控制激光加工，激光切割方案文件還包括代表分別通過有源層和基板剩余部分所需的掃描數目的數據，以及將基板的溫度升高到一個熱沖擊效應在升高的溫度和升高的脈沖能量下不明顯的溫度所需的初始掃描的數目的數據。
在本發明的另一個實施方式中，如圖9所示，在用多通路切割來加工，例如，單層基板93中的例如溝槽或切割線92時，在一個或幾個初始通路期間，使用比切割基板主體時所用的激光束941脈沖能量更低的激光束94，來防止在從其加工基板93的第一表面91上的表面微裂紋的產生或至少減少到低于可能在其它情況下發生的程度。相似地，激光束942的最終通路的能量可以減小到用來切割基板93的主體所用的能量以下，來防止與第一表面91相對的基板的第二表面94的或，例如，在溝槽的基底的碎屑或裂紋的產生，或至少將其減少到低于可能在其它情況下發生的程度。在基板93的主體中，使用更高能量的脈沖來有效地切除材料。該脈沖能量可以隨著加工深度的增加而增加來更有效地加速材料的切除。
此外，參考圖10，在基板103的加工整個過程中可以改變激光束104的能量以有利于去除加工中產生的碎片109。也就是說，激光束104更高的峰值功率被用在基板深處而不是接近基板表面處。
激光切割模片的機械模片強度為連續激光脈沖之間的空間重疊的函數。連續激光脈沖之間的空間重疊被由此優選地選擇來產生從被加工基板獲得模片的最佳機械模片強度。例如，用一個355nm的Q開關激光加工的硅基板的機械模片強度的相關性在圖6中表示，其中，繪制壓力測試的生存可能性為縱坐標，施加在模片上的壓力作為橫坐標，來用于從30％到76％的一系列脈沖重疊。顯然，在這種情況下，具有最高模片強度的曲線61對于30％的脈沖重疊獲得。顯而易見的是如果激光脈沖重疊過高則一個區域中會有過多的熱量，和過多的裂紋。如果脈沖重疊較低，在一個區域中就會有較少的熱損傷和較少的裂紋。在實踐中，提供所需的模片強度和產量的適當重疊可以由實驗確定并存儲在激光切割方案文件中用來在加工期間使用。應該理解的是激光脈沖的空間重疊實際上是掃描速率、脈沖重復率和入射激光束的直徑的函數，因此僅這些參數需要被存儲在激光切割方案文件中。
當遠心透鏡被用來聚焦激光束時，所接受的激光的強度在遠心透鏡的視野范圍內改變。激光參數可以根據聚焦掃描透鏡目標的視野范圍內的焦點的位置來進行改變以便在整個視野內的工件表面維持恒定的功率密度。作為入射激光強度的一個百分比的透射激光強度在典型遠心掃描透鏡視野范圍內的變化用等值線(contour plot)20在圖2的上半部示出。該等值線可以通過在遠心透鏡下方在基板或工件要位于其中的平面內放置激光功率表來獲得。激光功率讀數被記錄在橫跨透鏡(典型的40mm×40mm)視野范圍內的許多位置上，然后繪制為二維表面圖表。激光功率密度圖中的不規則主要是由于透鏡上抗反射涂層的質量。一個遠心透鏡包括許多透鏡，在任何這些透鏡之上的涂層厚度或質量上的任何不規則都可以引起激光功率密度圖上可觀察到的不規則。而且，由于遠心透鏡的幾何形狀，它的固有性能在視野的邊緣并不好，因此激光功率密度就會由于遠心透鏡本身所造成的激光束輪廓的畸變而被減少。
在整個掃描透鏡的視野內維持一個恒定的功率密度需要改變激光脈沖能量和激光重復頻率之中的至少一個。在本發明的一種實施方式中，激光參數根據聚焦對象視野中的焦點位置來改變，以在橫跨整個視野的工件表面維持一個恒定的功率密度。作為入射激光強度的一定百分比的透射激光強度在典型的遠心掃描透鏡的視野范圍上的變化在圖2中表示。橫跨整個掃描透鏡的視野范圍維持一個恒定的功率密度需要改變激光脈沖能量和激光重復率之中的至少一個并方便地在固定的激光重復頻率下改變激光脈沖能量，或可替換地，在一個固定激光脈沖能量下改變激光重復頻率。功率密度(φ)被定義為在激光焦點上單位面積(A單位為平方厘米)上的功率(P單位為瓦特)且由下式給出φ=PA]]>其中功率為每秒(s)的脈沖能量(E單位為焦耳)P=Es]]>舉例說明，圖2中的下一半，其脈沖能量作為縱坐標相對于沿著線21的距離，它距離如圖2中的上半部分所示的視野的下邊緣10mm，在掃描橫跨掃描透鏡的視野范圍的激光來補償通過遠心透鏡透射的激光強度的變化時，展示了在基板上維持恒定功率密度所需的激光脈沖能量的修正。在該實施例中，激光沿著長為40mm，距離透鏡中心為10mm的直線21掃描。在圖2的上半部分，透鏡的視野被分成多個區域，其中在所給區域中每個點上的密度為該區域上所有點的±5％以內。對于在本實施例中激光所掃描的40mm的線21，對應掃描線2l的六個部分22，23，24，25，26，27的六個不同區域，被穿過且因此在激光切割方案文件的控制下改變激光能量五次。該激光脈沖能量在區域1中以E4的值221開始用于掃描線21的第一部分22。在區域1的工件的透射激光強度為入射在掃描透鏡上的激光強度的80％到85％，且由于區域1代表了與區域2到6相比最低的入射激光強度的區域，因此區域1中每個激光脈沖E4的能量為最高。隨著激光從區域1到區域2的掃描，對應掃描線21的第二部分23，該透射的激光強度增加到掃描透鏡上入射的激光強度的85％到90％，并為了在工件表面維持一個恒定的功率密度，激光脈沖能量當前減少到E3的值231，其中E3比E4能量上低5％。隨著激光束從一個區域橫穿到下一個區域，激光脈沖的能量在激光切割方案文件的控制下“實時(on the fly)”改變，(如需要則在脈沖間基線(pulse-to-pulse basis)上)以便在沿著切割路線21的整個40mm長度的工件表面上維持一個恒定的功率密度值(φ)。
總之，工件表面的激光功率密度φ與激光脈沖能量E成正比。在工件表面的激光脈沖能量值將與因為在掃描透鏡中的衰減而與從激光器直接出現的不同。該等值圖以二維列陣的形式存儲在與激光的計算機控制相關的計算機存儲器中，并且基于針對檢流計掃描儀的軟件以將激光束放置在視野中，同時的命令發送到激光以如激光切割方案文件中所指示的來改變脈沖重復率和激光脈沖能量。激光功率也可以通過激光頭自身中的整體功率儀監測，且激光中的功率的變化可以被補償。原則上，激光功率可以在工件或基板上被監測而不是存儲等值圖，但在進行這些的過程中將會有激光功率的損失，且優選地將等值圖存儲在存儲器中。根據本發明，該脈沖重復率和脈沖能量的結合在掃描過程中被控制，該激光脈沖能量E在與遠心掃描透鏡的透射的反比(indirect proportion)中變化，以為了在掃描透鏡的整個視野內的工件表面保持恒定的功率密度。這就允許，例如，切割路線的加工和一致深度的指定溝槽，其中切割路線的深度與功率密度φ成正比。在基板用激光加工的情況下，這樣激光將切過基板的整個厚度，在整個切割路線中保持一致的功率密度防止了切割路線的部分切割。在選取和安置的過程中，切割路線的部分切割將留下相鄰模片之間的材料，當模片從傳送帶上選取時，粘連的模片可能分離而導致對模片的損傷，因此顯著降低了它們的機械強度。
根據本發明的激光切割可以在由氣體處理系統控制的非環境(non-ambient)空氣環境中完成。氣體參數比如流速、濃度、溫度，氣體種類和氣體混合可以在激光切割過程之前、之中或之后的至少一個被控制。一系列不同的氣體可以被用在激光加工過程之前，之中，或之后的至少一個中。
一個氣體釋放頭(delivery head)可以用來保證氣體一致地被傳輸到基板的切割區域，這樣就完成了一致切割。
使用的氣體相對于半導體基板和/或半導體晶片或基板中的層可以為惰性或活性的。惰性氣體(例如，氬和氦)可以用于在激光加工過程中防止模片壁上氧化層的生長。與硅反應的氣體(例如，含氯氟烴和鹵化碳)可以用來在激光加工之前，之中和之后的至少一個來通過對基板材料蝕刻減少模片側壁的表面粗糙度。而且，一個由于激光加工在模片側墻上產生的熱影響區(HAZ)可以用反應氣體來蝕刻掉。以這種方式，模片側壁的質量改善并由此增加了模片的強度。而且，反應氣體減少了粘附在模片側壁上和頂及底表面上的碎片量，這樣就減少了激光加工模片上的靜電應力點。
在本發明的另外一個實施方式中，激光脈沖的能量被減少到與晶片材料的熔化閾值接近的值(在模片切單(singulation)之后)且激光沿著模片的邊緣進行掃描來加熱(而不是侵蝕)模片側壁。在此過程中，模片側壁的表面粗糙度被降低且熱影響區的一致性提高，因此導致增強的模片強度。
在本發明的另外一個實施方式中，激光按照如圖7(i)所示的此種方式掃描來為模片71加工圓角72。模片75用傳統的機械鋸按照圖7(ii)中所示的現有技術進行切割。在使用基于激光加工系統的檢流計而不是基于切割系統的傳統的機械鋸時，更容易獲得圓角幾何形狀并更精確。然而，激光脈沖特性必須在圓角部分改變，如典型的情況下，用來引導激光束的檢流計掃描鏡必須在它們橫穿曲線圖形時放慢速度。否則，當掃描鏡變慢時激光脈沖空間重疊將增加，由此脈沖的間隔時間，Δt，需要增加來在圓角部分維持一個與模片的垂直部分上使用的空間重疊相同的重疊。該數據被存儲到激光切割方案文件中來在加工過程中控制激光束。使用激光來生產具有圓角的模片增加了模片的強度并保證了薄晶片的切割。該圓角消除了矩形模片尖角所引起的應力。
而且，加工也可以通過激光切割方案文件和程序控制來控制，這樣在模片邊緣的角或曲線部分傳輸的脈沖使得在沒有那些可以在模片邊緣產生缺陷的過度切割或切割不足的情況下獲得“清晰”的拐角或曲線部分。
在本發明的另外一個實施方式中，在基板83上用激光束84切割的激光切割路線的錐形85，可以改變來產生凸起的拱形模片側壁82，如圖8所示，以產生一個向著激光束84的方向上呈錐形的切割。在前面說明的實施方式中，這通過在尖角上消除靜電應力點導致了增加的模片強度。切割路線側壁的錐形通過在激光束掃描過基板的過程中改變切割路線的寬度來完成。如圖8中所示的錐形側壁通過在切割路線中隨著加工基板深度的增加減少臨近激光掃描的數量來完成。
如圖10所示，一個將要被加工的基板103可以安裝在傳送帶110上，比如在基板103上加工切割路線102來對模片101切單。在此種情況下，該激光束能量可以通過基板來在最終通路中控制以保證不出現對傳送帶的損傷，如上關于圖9(iii)所示。可選擇地，或附加地，可以使用一個傳送帶110，比如聚烯烴基體傳送帶，其對用來加工基板103的紫外線激光束104基本透明，因此，在加工過程參數的適當選擇的情況下，基本不會出現對傳送帶的損傷。
本發明并不在限制以上描述的實施方式中，而是可以在構造和細節上變化。
權利要求
1.一種使用脈沖激光器用以程序控制切割包括至少一層基板的方法，該方法包括步驟a.提供程序控制工具和相關的數據存儲工具用于控制所述脈沖激光器；b.在相關的數據存儲工具中提供由激光在基板上產生的脈沖的脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊的至少一個選定組合的激光切割方案文件來限制對所述各自至少一層的損傷，同時使對至少一層的加工速率達到最大；c.當所述脈沖激光器按照存儲在所述激光切割方案文件中的所述各自至少一個組合運行時，在所述激光切割方案文件中提供代表切斷所述各自至少一層所需的脈沖激光的所述各自至少一層的至少一選定多個掃描的數據；和d.在所述激光切割方案文件驅動的所述程序控制工具的控制下使用所述激光，以所述各自至少一選定多個掃描來掃描所述至少一層，以至少有利于對基板的切割，從而使得到的模片具有至少預定的模片強度和可使用的模片產量至少等于預定的最小產量。
2.如權利要求1中所述的方法，其中為所述至少一層的每一層提供激光切割方案文件的步驟b和c包括的步驟有b1.改變脈沖速率、脈沖能量、脈沖空間重疊的至少一個組合，來提供一個各自組合；b2.測量使用所述各自組合的所述各自層的切割速率；b3.檢查所述層，來確定損傷是否被限制在預定的范圍；b4.切割基板并且測量所述得到的模片的產量；b5.測量得到模片的模片強度；b6.生成使切割速率達到最大的選定組合的激光切割方案文件，同時產生至少具有所述預定最小產量的可使用的模片的產量，和所述模片至少具有所述預定的模片強度；c1.使用所述選定組合掃描至少一層，以確定切斷所述層所需的多個掃描；和c2.將所述選定的多個掃描存儲在所述激光切割方案文件中。
3.如權利要求2中所述的方法，其中所述模片強度用韋氏模片強度測試來測量。
4.如權利要求1到3中任何一個所述的方法，其中使用激光掃描所述至少一層的所述步驟d包括提供一個基于檢流計的掃描儀。
5.如權利要求1到4中的任何一項權利要求中所述的方法，其中，使用所述激光掃描所述至少一層的步驟包括提供一個遠心掃描透鏡用于將來自激光器的激光束橫穿基板掃描，和提供激光切割方案文件的步驟包括的步驟有d1.繪制在所述遠心掃描透鏡焦平面上接收的激光能量密度，以使用脈沖的脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊的選定組合產生遠心透鏡視野范圍內的激光能量密度圖；d2.將所述激光能量密度圖作為陣列存儲在存儲工具中；和d3.使用所述激光能量密度圖用控制工具來修改選定組合的脈沖重復率和脈沖能量中的至少一個以在基板上在視野范圍內的掃描點生產恒定的激光能量密度。
6.如權利要求5中所述的方法，其中繪制激光能量密度的步驟包括使用激光功率儀來測量遠心透鏡的視野范圍內代表位置上的激光能量密度。
7.如前面任何一項權利要求中所述的方法，其中提供選定組合的步驟包括提供限制各自層材料的熱負荷的選定組合來將機械應力限制在預設的最大值以內。
8.如前面任何一項權利要求中所述的方法，其中所述選定組合被用于少于掃描中與其對應的選定多個，以加工將被切削的層，且該層被掃描以進行進一步的掃描直到所述的選定多個，該選定多個所用的組合將不明顯地加工下一層，使得基本上沒有加工出現在所述下一層，這樣在將被切割的所述層被切割后，激光將繼續掃描所述基板。
9.如權利要求8中所述的方法，用于通過將被切割的層來對基板劃線用于對基板的后續機械切割。
10.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中，該基板包括一個有源層，其中，提供選定組合以限制對至少一層的損傷的步驟包括提供沒有明顯影響有源層中有源器件后續工作的選定組合。
11.如權利要求10中所述的方法，其中提供沒有明顯影響有源層中有源器件后續運行的選定組合的步驟包括提供一個組合，其沒有引起明顯裂縫通過有源層擴展。
12.如前面任何一項權利要求中所述的方法，其中提供選定組合的步驟包括b7.提供一個初始組合，在此，所述激光以沒有造成因環境溫度下的熱沖擊而引起的明顯的裂縫擴展的初始速率加工基板，并且這樣的基板的溫度通過加工，在由激光對基板的預定多個掃描后升高到環境溫度以上的升高的溫度；b8.和提供一個工作組合，在此，激光以高于初始速率的工作速率加工基板，其不造成由于在升高的溫度下的熱沖擊引起的明顯的裂縫擴展；和加工基板的步驟d包括d4.使用用于至少預定多個掃描的初始組合來加工基板的初始深度；和d5.用所述工作組合加工基板剩余深度的至少一部分。
13.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中多個掃描中至少第一個的能量低于多個掃描的隨后掃描的能量，從而使表面微裂紋的產生少于在其它情況下可能產生的。
14.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中多個掃描中至少最后一個的能量低于多個掃描的前面掃描的能量，從而使基板后側的碎片少于在其它情況下產生的碎屑。
15.如前任何一項權利要求中所描述的方法，其中多個掃描的能量在掃描之間變化，有利于去除切割基板過程中產生的碎片，方便地通過隨著加工深度的增加來增加激光能量以從切割路線去除碎片。
16.如前任何一項權利要求中所述的方法，還包括了以下步驟e.提供氣體處理工具為基板提供氣體環境；f.在基板切割之前，期間和之后的至少一個過程中使用氣體環境來控制與基板的化學反應，從而加強所得模片的強度。
17.如權利要求16中所述的方法，其中提供氣體處理工具的步驟包括提供氣體釋放頭工具，用來給基板切割區域基本一致地傳輸氣體，便于基本一致地切割基板。
18.如權利要求16或17中所述的方法，其中提供氣體處理工具的步驟包括提供工具來控制流速、濃度、溫度，氣體種類和各種氣體混合中的至少一個。
19.如權利要求16到18中任何一項中所述的方法，其中提供氣體環境的步驟包括提供一個惰性氣體環境用來基本上防止模片壁在加工過程中的氧化。
20.如權利要求16到18中任何一項所述的方法，其中提供氣體環境的步驟包括提供活性氣體環境。
21.如權利要求20中所述的方法，其中提供活性氣體環境的步驟包括用活性氣體侵蝕模片壁來減少壁的表面粗糙度并因此改進模片強度。
22.如權利要求20或21中所述的方法，其中提供活性氣體環境的步驟包括用活性氣體來侵蝕模片壁來基本上去除在加工過程中產生的熱影響區域，并因此改進模片強度。
23.如權利要求20到22中任何一項所述的方法，其中提供活性氣體環境的步驟包括減少加工過程中產生的粘到加工的模片表面的碎片。
24.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中，還包括在切割后用有足夠能量的激光掃描所得模片的邊緣來加熱所得模片的側壁，從而降低其表面粗糙度并因此增加所得模片的強度。
25.如前任何一項權利要求中所述的方法，通過用基于檢流計的掃描儀在模片的拐角上沿著彎曲軌跡掃描激光束用來生產帶圓角的模片，其中選定組合適于保持圍繞模片整個周邊在連續激光脈沖之間選定的脈沖空間重疊。
26.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中所述選定組合適用于在模片的拱形部分或拐角上傳輸脈沖，使得在拱形模片邊緣或拐角上基本上不會出現產生缺陷的過度切割或切割不足。
27.如前任何一項權利要求中所述的方法，在激光掃描過基板的過程中通過改變切割路線的寬度來形成具有遠離激光束方向上向內呈錐形的拱形側壁的錐形切割路線，其中選定組合被修改來提供一個精細控制的錐形和光滑模片側壁，并由此增加了所得模片的模片強度。
28.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中所述激光器是Q-開關激光設備。
29.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中從所述激光器中發出的激光束被旋轉鏡所引導。
30.如前任何一項權利要求中所述的方法，其中所述基板安裝在傳送帶上，且激光最終掃描能量被控制來基本上防止損傷傳送帶。
31.如權利要求30中所述的方法，其中所述傳送帶對紫外線輻射基本上透明。
32.如權利要求31中所述的方法，其中所述傳送帶以聚烯烴為基體。
33.一種基板的程序控制切割裝置包括了至少一層，該裝置包括一個脈沖激光器；用激光切割方案文件來控制所述脈沖激光器的程序控制工具和相關的數據存儲工具，激光切割方案文件存儲在所述數據存儲工具中，激光在基板上產生的脈沖的脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊中至少一個各自選定組合和代表切穿所述各自至少一層所必需的脈沖激光在各自至少一層的至少一個各自選定多個掃描的數據；這樣，在使用中，所得模片至少具有預定的模片強度且具有至少與預定的最小產量相等的可用模片的產量。
34.如權利要求33中所述的裝置，其中，所述程序控制工具包括控制工具，來改變脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊中的至少一個，從而使激光屬于所述至少一個各自選定的組合。
35.如權利要求33或34中所述的裝置，包括遠心透鏡工具，用來將激光器發出的激光束在整個基板上掃描。
36.如權利要求35中所述的裝置，包括激光功率測量工具來繪制所述遠心透鏡焦平面上所接收的激光能量密度以用脈沖速率，脈沖能量和脈沖空間重疊的選定組合來產生所述遠心透鏡視野內的激光能量密度圖，并將激光能量密度圖以陣列存儲在數據存儲工具中來修改所述至少一個各自選定組合來補償所述遠心透鏡所引入的基板上的激光能量密度的不規則。
37.如權利要求33到36中任何一項的所述裝置還包括了氣體處理工具，來為基板提供氣體環境，以在切割基板之前、之中或之后的至少一個期間用于控制與所述基板的化學反應，來提高所得模片的強度。
38.如權利要求37中所述的裝置，其中氣體處理工具包括了氣體釋放頭工具來將氣體一致地傳輸到基板的切割區域。
39.如權利要求37或38中所述的裝置，其中氣體處理工具包括了控制氣流速率、濃度、溫度，氣體種類和各種氣體的混合中至少一個的控制工具。
40.如權利要求37到39中任何一個的所述裝置，其中所述氣體處理工具被設置來提供一個惰性氣體環境以基本上防止在加工過程中模片壁的氧化。
41.如權利要求37到39中任何一項所述的裝置，其中所述氣體處理工具被設置來提供一個活性氣體環境。
42.如權利要求41中所述的裝置，其中所述氣體處理工具被設置來用活性氣體腐蝕模片壁以減少壁的表面粗糙度，并由此增加模片的強度。
43.如權利要求41中所述的裝置，其中所述氣體處理工具被設置來用活性氣體腐蝕模片壁以基本上移除加工過程中產生的熱影響區域并由此增加了模片的強度。
44.如權利要求41中所述的裝置，其中所述氣體處理工具被設置來用活性氣體腐蝕模片壁以減少加工過程中產生的并粘連到加工模片的表面的碎片。
45.如權利要求33到44中任何一項所述的裝置還包括基于檢流計的掃描儀，用于通過沿著模片拐角處彎曲軌跡掃描激光束生產具有圓角的模片，其中所述選定組合被設置來在整個模片周圍的連續激光脈沖之間維持選定脈沖空間重疊。
46.如權利要求33到35中任何一項所述裝置，其中所述選定組合被設置來控制模片邊緣的拱形部分或拐角上的激光脈沖傳輸，由此基本上不會有在模片邊緣上產生缺陷的過度切割或切割不足。
47.如權利要求33到46中任何一項所述的裝置，該裝置還被設置來通過在激光掃描過基板時改變切割路線的寬度形成具有在遠離激光束方向上向內呈錐形的拱形壁的錐形切割路線，其中所述選定組合被修改來提供一個具有光滑模片壁的精細控制的錐形，并由此增加了所得模片的模片強度。
48.如權利要求33到47中任何一項所述的裝置，其中激光器為Q-開關激光設備。
49.如權利要求33到48中任何一項所述的裝置，包括了用來引導在基板上由激光器發出的激光束的旋轉鏡。
50.如權利要求33到49中任何一項所描述的裝置，該裝置設置了安裝在傳送帶上的基板，其中所述激光在基板上的最終掃描中被控制以基本上不損傷傳送帶。
51.如權利要求50中所述的裝置，其中該傳送帶對紫外線光基本上透明。
52.如權利要求51中所述的裝置，其中傳送帶以聚烯烴為基體。
全文摘要
基板(30)用一個具有存儲激光切割方案文件的相關存儲器的程序控制脈沖激光束(35)裝置切割。該文件包括了脈沖速率Δt，脈沖能量密度E和脈沖空間重疊中的選定組合來加工基板的一個單層或不同層(31，32，33，34)上不同類型的材料，同時限制了對層的損傷并將加工速率最大化來產生具有預定模片強度和產量的模片。該文件還包含了與用選定組合切穿對應層所必須的掃描次數相關的數據。該基板用選定組合進行切割。惰性氣體或活性氣體的氣體處理裝置被提供以在切割之前，之中或之后來防止或引起基板上的化學反應。
文檔編號H01L21/301GK1663038SQ03814249
公開日2005年8月31日 申請日期2003年4月17日 優先權日2002年4月19日
發明者A·博伊爾, O·梅甘 申請人:Xsil技術有限公司