[发明专利]用于激光切割多层材料的光学系统和方法

说明书

本发明公开了一种激光切割多层材料的方法，所述多层材料包括依次层叠的堆叠材料或者嵌入式堆叠材料，其特征在于，所述方法包括：通过光路系统将激光器发出的光束分束后整形，穿过同一激光切割头；通过激光切割头将至少两种不同的激光束分别聚焦在多层材料上，使得每一种激光束暴露在多层材料的不同的材料层上。本发明还公开了一种激光切割系统，包括：用于出射激光束的激光器，用于校正光路的光学镜片和镜架以及激光切割头，所述激光束由激光束发出并经过光学镜片校正后，通过激光切割头暴露在多层材料的不同材料层上。本发明的方法和系统特别适用于对半导体装置晶圆体的切割，使得切割效率有效提高，切口整齐，多层不会出现不可控或大尺度的破坏，减少了后续工作的量，从而使得工作量下降，提高了生产效率。

技术领域

本发明属于激光加工材料技术领域，特别涉及一种用于激光切割多层材料的光学系统和方法。

背景技术

半导体装置晶圆体是复杂的基质。硅胶晶圆体上堆积的装置是一种多层次混合的特殊属性的异质材料，为一种典型的装置堆叠结构。在半导体晶片工厂整个生产过程完成之后，母体晶圆会被分割为单独的晶体切片。晶圆切割传统制作方法是使用锯子磨碎切片之间的材料将切片分开。当晶片几何形状变小时(如10nm及以下)，晶片密度会随之增加，并且晶片之间的间隙会变得极窄。此外，这种新型的复杂晶片结构使用了几种新材料，这些材料对晶片的性能有很高的要求。

现有的机械切片方法对这些晶片存在很大的破坏隐患，原因有以下几点：(a)随着芯片之间的间隙越来越窄，越来越难以准确和重复地将锯子放置在间隙中心。结果导致设计师在设计晶体时被迫保持一定的间隙宽度以适应锯切过程的限制。因此，提高晶片的封装密度是非常困难的。(b)复杂晶片堆中的新材料具有显著不同的机械性能，例如材料的硬度使得机械切割技术难以使用。常见的失败例子是在锯切过程中材料的撕裂/开裂，导致晶片中泄漏电流的增加。为了克服这一问题，制造商被迫在晶片周围使用“止裂”激光器，导致浪费宝贵的晶片资源的浪费。(c)切割锯必须非常缓慢地操作以尽量减少损害，导致生产效率下降。

当机械切割或激光切割时，堆叠中的每一种材料的反应都不同，向整个材料堆进行均匀切割是本专利需要面临的挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于激光切割多层材料的光学系统和方法，以改善切割速度和效率。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供了一种激光切割多层材料的方法，所述多层材料包括依次层叠的堆叠材料或者嵌入式堆叠材料，其特征在于，所述方法包括：

通过光路系统将激光器发出的光束分束后整形，穿过同一激光切割头；

通过激光切割头将至少两种不同的激光束分别聚焦在多层材料上，使得每一种激光束暴露在多层材料的不同的材料层上。

进一步地，所述方法还包括：利用所述至少两种不同的激光束和所述多层材料作相对运动，以使所述至少两种不同的激光束分别作用于所述多层材料的不同的材料层并在所述多层材料的不同的材料层内形成刻蚀路径。

进一步地，所述方法还包括：以所述刻蚀路径为分离路径将所述多层材料进行分离。

进一步地，将所述多层材料进行分离的方法是：机械分离和/或激光分离。

进一步地，所述机械分离时利用材质内部热应力的作用进行的分离方式。

进一步地，所述至少两种不同的激光束由独立的激光源发出。

进一步地，所述至少两种不同的激光束由一个激光源经激光器分离出多个分支，并通过阵列单独进行聚焦。

本发明的目的及解决其技术问题还通过采用以下技术方案来实现。