[发明专利]多区段聚焦透镜以及用于晶圆切割或裁切之激光加工系统

说明书

本发明提供一种用于切割/刻划/劈裂/裁切之激光加工方法之多区段聚焦透镜，即分离厚脆材质之硬质晶圆或玻璃板，其可单为板材或其上具有微电子或微机电装置。该多区段聚焦透镜是用于一激光加工方法，该方法包含调变脉冲激光束之步骤，该步骤包含使用具多区段透镜之整型及聚焦元件；该多区段透镜产生多个光束收敛区，更具体地说，为多个焦点，呈干涉的尖峰形焦点强度分布高该工件材质之光学破坏阈值；呈干涉的尖峰形强度分布位于该工件内部。在前述步骤将产生一改变区。该激光加工方法进一步包含藉由相对于该激光束焦点相对平移该工件，在一预定之破裂线或以曲型轨迹产生多个该破坏结构。

技术领域

本发明的多区段聚焦透镜与使用激光进行材料加工有关，特别与一种以特殊整型后之激光束劈裂或裁切硬脆材料、各式玻璃或陶瓷之方法有关；本发明系有效用以分离成型于基板上之半导体装置。

背景技术

随着半导体装置之微型及复杂化，晶圆裁切在此类装置的制造过程中越显重要。当硅晶圆厚度超过100μm时，传统系以钻石锯片进行硅晶圆之裁切，而厚度低于100μm的硅晶圆则使用激光剥蚀方法(Laser ablation)。

但钻石锯片技术具有加工速度缓慢(针对坚硬材料)的限制，钻石锯片亦普遍产生低落的边缘裁切质量，例如较宽及破碎裁痕，而降低装置的产出及寿命。此技术不但因钻石片快速的损耗而较为昂贵，且因晶圆尚需进行降温及清理而显得不实用，此外，此技术应用于较薄之基板时也有其限制。

激光剥蚀法，另一项传统加工技术，亦有加工速度缓慢且裁痕宽度高达10-20μm之缺点，因而不适于绝大部份的应用情况。不但如此，激光剥蚀法将造成破裂并留下熔融的碎屑污染裁切区域，而此较宽之热影响区将会降低半导体装置之寿命及效能。

激光剥蚀法和钻石锯片技术两者皆无法应用于具有其他表面特性的特制晶圆，例如具备供堆叠粘接的附染剂薄膜者，这些额外条件使得传统钻石锯片及激光剥蚀加工方法更不适用，及更容易产生碎屑。为提升被分离装置的质量，目前尚有其他以激光加工为基础的方法及装置被开发。

于2006年1月31日公开之美国专利US6992026，提出一种激光加工方法及装置，此方法和装置在切割工件时不会产生熔融痕迹，也不会在工件表面产生从切割线垂直延伸出去的裂痕。在足以产生多光子吸收的情况下，沿着预定之切割线以脉冲激光束照射该工件表面，该多个光束对齐后在该工件本体上产生一焦点(或聚合点，一个高能量/光子密度区)，随后沿着预定之切割线在劈裂面移动焦点，藉此形成改质区(modified area)。这些改质区产生后，此工件便可通过较小的力进行机械分离。

上述加工方法及其延伸技术现称被为「隐形切割」，其所有衍生技术皆以利用聚焦后的激光脉冲光束产生内部通孔为基础。这些通孔系藉由将一波长的脉冲激光束聚焦到一个透明晶圆，此晶圆虽然为透明，但在该焦点藉由非线性过程即可吸收该能量，例如装饰用玻璃块的内部蚀刻。该内部通孔虽然保留了顶部和底部表面为原来的状态，但晶圆通常放置于会被机械拉伸的晶圆胶带造成通孔破裂。相对而言，本发明将不会如先前技术发生残余物、表层破裂、或热破坏的情况，另外，本发明也可用于分离特制及多层的晶圆以及微机电系统装置。

通常在进行隐形切割时，必须使用会产生低聚焦深度(DOF)和紧密聚焦的高数值孔径透镜，这使得隐形切割的缺点更加显著，以此方法进行劈裂的晶圆，在劈裂表面会延伸出不定方向的多条裂痕，而影响其上装置的寿命。同时，隐形切割亦不利于蓝宝石之加工，在加工厚度小于120-140μm的晶圆和基板时，因只需通过待裁切的每条分离线一次所以此技术的缺点尚不明显；但在加工较厚晶圆(通常4吋、6吋蓝宝石晶圆之厚度为140μm-250μm或以上)时，每条分离线需要通过好几次，这使得材料曝露于激光辐射的时间延长，而对最终产出装置之效能带来负面影响。另外，每条分离线需多次通过的加工流程也减缓了整体加工速度及产出。