[发明专利]优化的激光切割

说明书

一种通过使用激光能量照射晶片来切割所述晶片的方法，包括：发射连续激光束脉冲序列，所述连续激光束脉冲序列具有第一组激光束脉冲和第二组激光束脉冲，所述第一组激光束脉冲包括：各自脉冲宽度在0.1至300纳秒的范围内的激光束脉冲，或突发串间间隔在0.1至100纳秒范围内的多个激光束脉冲突发串，所述突发串内的每个脉冲的脉冲宽度为100皮秒或更小；并且所述第二组激光束脉冲包括脉冲宽度为100皮秒或更小的激光束脉冲。

技术领域

本发明涉及一种通过使用激光能量照射晶片来切割所述晶片的方法，以及一种用于切割晶片的激光切割设备。

背景技术

分割和划片是半导体行业中众所周知的工艺，在半导体行业中，切割机用于加工工件或衬底（如半导体晶片），所述工件或衬底可以例如包括硅，但不限于此、或金属和/或陶瓷晶片。贯穿本说明书，术语“晶片”用于包含所有这些产品。在分割（例如也被称为切片、切断、割开）过程中，晶片被完全切穿，以将晶片分割成单独的管芯。在划片（例如也被称为开槽、刻痕、刨削或开沟）工艺中，将沟道或沟槽切割成晶片。接着，可以应用其他工艺，例如，通过沿着切割沟道使用物理锯来进行的完整分割。可替代地或附加地，可以使用钻孔工艺在晶片上形成孔。贯穿本说明书，术语“切割”将用于包含分割、划片和钻孔。

然而，半导体技术小型化的总体趋势是减小晶片的厚度，并且随着晶片厚度的减小，已经表明，与使用机械锯相比，激光技术在分割方面变得更加有利。与机械对应工艺（如钻孔和锯切）相比，将大功率激光用于此类材料加工具有显著优势，并且激光加工在应对小巧而精致的工件方面具有良好的通用性。

半导体材料的激光去除由于激光束聚焦的较小区域的温度快速增加而发生，从而使局部材料熔化、快速沸腾、蒸发和烧蚀。激光分割面临挑战（包括加工产量和工件（管芯）质量之间的微妙平衡）。加工质量和产量由激光参数（如能量密度、脉冲宽度、重复率、偏振以及偏振分布、波前形状以及其相位修正和波长）确定。通常使用纳秒激光脉冲，即具有纳秒量级的脉冲宽度的激光脉冲，其使得质量与产量之间的平衡可接受。

用于半导体、金属和/或陶瓷晶片的现有激光切割或划片系统采用具有固定脉冲持续时间或可在有限范围内变化的脉冲持续时间的脉冲激光器。激光脉冲之间的间隔可以相等。可替代地，可以采用脉冲串（突发串）。与后续突发串之间的时间相比，突发串内部的脉冲之间的持续时间更短。

例如在WO 1997/029509 A1中，已经提出了使用多光束激光的切割方法，其中聚焦激光束（其可以以线性激光光斑阵列排列）的线性簇用于沿着划片线对衬底材料进行烧蚀，从而沿着烧蚀线对衬底进行照射刻痕。以这种方式使用多光束而不是（更强烈的）单光束可以提供各种优点，特别是降低了在切割过程中产生的缺陷密度。

激光加工质量的定量评估之一是管芯或晶片断裂强度，其决定晶片断裂时的拉应力。单轴挠曲测试通常用于测定脆性材料的断裂强度并且已被用于测量晶片强度。这些测试包括通常用于测量断裂强度的三点弯曲测试和四点弯曲测试。

据信，通过激光分离的晶片的断裂强度取决于在晶片中进行激光分割工艺后出现的激光诱发缺陷（如微裂纹和切屑）的程度。这些缺陷由主体半导体材料和局部激光加工区之间的界面处的高应力产生。所述高应力是由于在加工过程中以及管芯侧壁的化学转变期间出现的声冲击波引起的主体和受加工区之间的高温度梯度而产生的。包含此类缺陷的半导体材料区域通常被称为“热影响区”。晶片的前侧和后侧的断裂强度通常不同，并且事实上，存在可以使后侧和上侧强度显著不同的技术、工艺和晶片布局。

超短脉冲（“USP”）激光的最新进展使晶片加工能够进行的更加精确。由于那些激光的时间脉冲宽度比固体中电子-声子弛豫的典型时间短，造成光激发电子到晶格的热传递，所以小于1-10皮秒的脉冲宽度取决于被加工的特定材料。USP激光虽然可以提高材料的管芯强度，但使用这类USP激光的晶片加工系统的生产率由于若干原因（例如包括使用此类系统产生的较小的热扩散诱发交互体积）被降低。此外，经常观察到切割或划片深度有较大变化。

发明内容