[发明专利]利用激光束切割非金属基片的方法及装置

说明书

                         技术领域

本发明涉及一种用于切割非金属基片的方法和装置，由诸如玻璃和硅的非金属材料形成的非金属基片通过该方法及装置被分隔成多个小片，并且本发明具体涉及一种用于切割非金属基片的方法和装置，其中由玻璃和硅形成的非金属基片仅仅利用划线(scribing)激光束和切断激光束来完全切割，而不需冷却装置。

                         背景技术

近年来，制造高度集成和高性能半导体产品的半导体工业基于半导体薄膜加工技术的发展而稳步发展。通过半导体薄膜加工技术，半导体产品具有集成在由非金属材料之一的单晶硅制成的所谓“晶片”的高纯度基片上的几百万到几千万个半导体元件。半导体产品用作以数字形式存储数据或快速操纵被存储的数据。

此外，作为半导体工业的应用之一，用于显示由数据处理单元处理成数字形式的模拟视频信号的液晶显示器(LCD)已得到快速发展。在LCD中，液晶注入于两个透明基片之间。电压施加到一定分子排列的液晶上以改变其分子排列成其他的分子排列。液晶元件的诸如双反射率、旋光能力、分光特性以及光散的光学特性被分子排列所改变。

半导体产品和LCD具有的共同特征为它们形成在非金属基片上，即，高纯度硅基片和玻璃基片上。不利的是，非金属基片对于冲击很脆弱并容易破碎。然而，多个半导体芯片或LCD单元元件形成在一片晶片上或大尺寸的玻璃基片上，并然后分隔成单独的元件。

在半导体产品情况下，在一片晶片上形成几个到数百个半导体芯片并通过切割工序切割成单独的芯片后，进行半导体芯片的封装过程以生产半导体产品。

在LCD情况下，在称为母板的大尺寸玻璃基片上形成至少两个或多个LCD单元元件后，LCD单元元件通过分隔工序从母板分隔，并然后进行组装过程。

此时，由于分隔工序属于产品加工的最后的步骤，在分隔工序中的缺陷会对产品的生产率和产量造成不利影响。尤其是，在用于LCD的母板的情况下，由于因为其玻璃特性的原因不具有晶体结构，母板的脆度低于硅晶片。在分隔工序中会在母板的边缘部分形成细小的裂纹。在母板的下一工序中沿着裂纹使应力放大。因此，很容易产生母板的一部分被不期望地切掉的问题。

现有技术中，金刚石刀片中，具有适宜直径的圆形板在其四周表面上密布有精细的金刚石并以高速旋转，金刚石刀片与一“切割路径”接触以便在基片表面上沿着切割路径形成适宜深度的划线，然后，对基片施加物理冲击以便使裂纹沿着划线延伸到基片的下表面，从而将半导体芯片或LCD单元元件从晶片或玻璃母板上分离。

当晶片或玻璃母板的分隔工序利用金刚石刀片进行时，切割余量、即用于切割过程的理想的表面积是必须的。因此，如果切割过程未能精确进行，每单位晶片上获得的半导体芯片的数量就会降低。

尤其是，在LCD情况下，由于金刚石刀片造成的切割面粗略地形成，在切割面上形成有多处应力集中的部分。仅由外界施加的轻微冲击就会容易地使切割面的应力集中部分破裂，从而在切割面垂直生长裂缝或碎渣。

此外，在利用金刚石刀片的情况下，由于产生很多玻璃颗粒，不利的是需要附加的清洗和干燥工序以去除这些玻璃颗粒。

最近，为了解决上述问题，提出了利用激光束的一些方法。例如，名称为“用激光切割玻璃的方法及用该方法制成的物品”的美国专利4,467,168、名称为“激光束玻璃切割”的美国专利4,682,003以及名称为“切断玻璃片的方法”的美国专利5,622,540都公开了上述方法。由于利用激光束的切割方法为非接触类型，与用金刚石刀片摩擦的接触类型的方法相比，不会产生垂直于切割面形成的垂直裂缝。

图1是用于利用激光束切割玻璃基片的传统装置。

如图1所示，划线激光束13，例如是具有相对玻璃95％或更高的吸收率的CO₂激光束，其沿着形成在玻璃母板10上的切割路径12扫描以快速加热母板10的切割路径12。

然后，比母板10被加热的温度显著低的冷却流体束14施加到被快速加热的路径12上，于是，在玻璃母板10快速冷却的同时，在母板10的表面上产生理想深度的裂纹，以形成划线15。此时，冷却流体束14可以定位成与划线激光束13分隔理想的距离或与划线激光束13相邻。或者冷却流体束14可以定位在划线激光束13的内部。

随后，诸如CO₂激光束的切断激光束沿着划线15线性扫描，以快速加热划线。从而，在划线15产生强烈的张力，从而母板沿着划线15被完全切开。此时，切断激光束相对划线15对称施加，以快速加热划线15的两侧。