[发明专利]激光加工及切割系统与方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2009年12月7日提出申请的美国临时专利申请案第61/267,190号的优先权，该美国临时专利申请案以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明关于激光加工，更具体而言，关于具有一相对侧照相机的激光加工系统以及用于相对侧对准、双侧加工、准秘密切割(quasi-stealth)及多光束秘密切割(stealth scribing)的系统和方法。

背景技术

各种激光加工应用涉及使一工件与一用于加工该工件的激光光束对准。现有激光加工系统包含照相机，用以观察欲加工的工件的一区域以使该工件定位于适当的位置并对准执行加工的激光光束。然而，在某些应用中，激光光束应对准一工件上的一特征（feature），且该特征位于工件的一相对侧（即与该激光光束以及用于观察该激光光束所欲加工的区域的照相机背离的一侧）。

举例而言，在半导体制造中，激光经常应用于切割一半导体晶圆的过程中，使由该半导体晶圆制成的各个装置（或晶粒（die））相互分离。晶圆上的各晶粒由通道（street）隔开，并可使用激光沿该等通道切割晶圆。可使用一激光一直切穿整个晶圆，或者部分地切穿晶圆并经由在钻孔点处断开该晶圆而分离该晶圆的其余部分。当制造发光二极管（light emitting diode；LED）时，晶圆上的各个晶粒即对应于该等LED。

随着半导体装置的尺寸减小，可在单一晶圆上制造的该等装置的数目增大。每晶圆的装置密度（device density per wafer）增大能提高产量，并同样降低每装置的制造成本。因此为增大该密度，该等装置被尽可能紧密地制造于其上。

将装置更紧密地定位于半导体晶圆上会使该等装置间的通道变得更窄。半导体晶圆应对准激光光束，使切口（cut）精确地定位于该等更窄的通道内。因此，使用对准技术可使一激光精确地对准一半导体晶圆上的通道，藉此达成更大的每晶圆装置密度以及更高的产量。此外，激光加工系统可使用空气轴承X-Y平台以所期望的对准度精确及准确地定位晶圆。

激光切割可于一半导体晶圆上执行，例如于该晶圆上形成有装置的正面上执行，此称为正面切割（front side scribing；FSS），或于该晶圆的背面上执行，此称为背面切割（back side scribing；BSS）。无论任何一种情形（FSS或BSS）中，激光光束皆应对准通道，使切痕（scribe）便利于沿该等通道分离该晶圆。尽管正面切割容许一照相机观察面向该激光光束的通道并因此便利于对准，然而正面切割一般要求进行后处理（post-processing）以移除自切割过程残留的碎屑。当为进行背面切割而将晶圆倒置于工件支架上进而使通道背离激光时，会使碎屑远离该晶圆上的组件，但通道亦会背离正面照相机。在此一位置中，该正面照相机常常不能充分地对该等通道进行成像以提供对准，当晶圆背面包含一不透明涂层或不透明层时尤其如此。

背面切割亦可带来其他问题。举例而言，当对具有一蓝宝石基板的一晶圆进行背面切割时，蓝宝石的晶体结构导致该晶圆破裂于不垂直于氮化镓（GaN）膜的优先裂开面（preferential cleavage plane；PCP）中破裂，进而导致倾斜的裂缝。当裂缝传播延伸超出通道时，便可能会降低断裂良率。一种确保在进行背面切割时使裂缝传播处不延伸出该等通道内的方式为增宽该等通道，但此亦会降低良率。另一种防止裂缝延伸传播超出该等通道的方式提供更深的切痕，此会使速度较慢、需要更多能量且可能因热传递而造成破坏。防止裂缝传播延伸超出该等通道的一更有利方式于正面及背面二者上皆形成切痕，此称为双侧切割（dual side scribing；DSS）。当进行双侧切割时，可使晶圆的每一侧上的切痕皆较浅，此会减少热量、破坏及碎屑；然而，为形成一可预测的清洁且垂直的裂口（break），该等切痕应正确地对准以防止裂缝传播延伸超出该等通道。

鉴于此，对半导体晶圆进行背面切割及双侧切割会面临显著的对准难题，乃因与激光加工工艺位于同一侧的照相机常常不能充分地对一相对侧上的一特征进行成像。因此，通道与激光光束的对准可能需要自与该激光加工工艺相对的一侧执行。然而，在某些现有激光加工系统中，空气轴承X-Y定位平台虽可用以提供更准确及更精确的定位，但却无法在工件与该激光加工工艺相对的一侧上使用照相机。

附图说明

结合附图阅读上文详细说明，将更好地理解该等及其他特征及优点，在附图中：