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CN106067432B - 用于切割晶元的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种辐射切割晶元的方法，所述方法包括以下步骤：低功率切割两个沟槽，之后高功率切割缝隙。单脉冲辐射束被分裂成第一脉冲辐射束以及第二脉冲辐射束，所述第一脉冲辐射束用于切割至少一个所述沟槽，以及所述第二脉冲辐射束用于切割所述缝隙。当在切割方向上沿着切割道在晶元上切割所述缝隙时，通过所述第一辐射束的前缘以及所述第二辐射束的后缘同时引导所述第一和第二辐射束。为了从相反切割方向切割所述缝隙，从所述单脉冲辐射束分裂出用于开槽的第三脉冲辐射束。

Description

用于切割晶元的方法和设备
技术领域
本发明大体上涉及半导体制造领域。
背景技术
电子部件的小型化促成了半导体技术中的各种改进，使得电子部件更小。这种部件可以包括诸如二极管的简单部件，也包括诸如集成电路的复杂部件。除了电子部件外，也可以利用相同的技术制造机械部件。
在半导体技术中，广为人知的是半导体材料(通常是硅)的晶元被处理以在该晶元的表面区域形成部件。晶元是宏观的，其直径范围大约为20-300mm；同时部件是微观的，通常具有微米范围的尺寸。每个部件在小晶元部分处制成，各个晶元部分位于彼此相距较小距离处。在处理步骤之后，对晶元进行切割以使各个晶元部分彼此分离，从而部件可以彼此独立可用。在分离之后，每个分离的晶元部件被称作管芯(die)，并且分离工艺已知为切削(dicing)。本发明尤其涉及切削领域。
各个晶元部分通常布置在由相互正交的切割道(也称作“切削道”)分离的正方网格斑图(square pattern)中。分离工艺涉及在每个切削道施加切割。显然，期望的是尽可能有效地利用晶元的表面区域，因此所述切削道非常窄，这使得切削处理的精度要求非常严格。此外，沿着所述正交切割道，顶层是相对脆弱的绝缘材料或低传导半导体材料，传统的刀片切削方法将对该顶层造成严重损害。
为了克服这些问题，在现有技术中提出了一种混合切削工艺。该工艺基本上包括两个步骤：第一步，使用辐射(通常是高功率激光束)来移除切削道的顶层；以及第二步，使用刀片来切割硅块。第一步也被表示为“辐射切割”，或者更常用地表示为“激光切割”。本发明更具体地涉及激光切割的方法。
图1是晶元1的一部分的示意性顶视图，示出了由切削道4所分离的部件部分3。图2是晶元1的一部分的示意性截面图，示出了在激光开槽工艺中(扩大比例的)后续步骤。晶元1的顶层由附图标记2表示。在激光开槽工艺的第一步骤(参见图1右手侧以及图2的第二张图表)，将相对较低功率的激光束11、12引导到切削道4的边缘区域13、14。箭头表示激光束11、12和切削道4沿着与切削道4的纵向平行的方向相对彼此的移动。这种相对移动可以通过保持晶元固定且移动激光束实现，或者通过保持激光束而移动晶元实现，或者同时使用这两种方式。在实践中，保持光系统固定而移动晶元是更方便的；然而，移动将被表示为激光束的“切割”或“划切(scribing)”。控制激光功率和光束速度，从而移除(切除)晶元1的顶部区域，直到相对低的深度和小的宽度；在切削道4的两侧得到的延长凹槽表示为“沟槽”15、16。沟槽15、16的深度大于顶层2的厚度。激光开槽工艺的这个第一步骤在后文中被称作“切割”或“划切”沟槽。
在激光开槽工艺的第二步骤(参见图1的左手侧和图2的底部图表)，将相对高功率的激光束21引导到切削道4的中央区域17。该激光束21的宽度覆盖沟槽15、16之间的整个切削道的宽度。在切削道4的中央处得到的延长中央凹槽表示为“深沟”18。激光开槽工艺的这个第二步骤在后文被称作“划切”深沟。
对深沟18和相邻沟槽15、16的组合在后文将被共同称作凹槽20。取决于精确的处理参数，单独的深沟18和沟槽15、16在凹槽20内是可识别的或不可识别的。形成凹槽20的整个工艺也被称作“划切”凹槽。
在实践中，高功率激光束21可以包括高功率激光束22的矩阵，其一起产生材料烧蚀直到期望的深度和宽度。通过这种矩阵，可以更容易地实现希望的烧蚀轮廓，即，相对宽的深沟在其大的中央部分处具有基本上恒定的深度。
发明内容
虽然上述激光切割方法已经证明了给出的结果具有非常好的质量，但是其具有以下缺点：切割单个沟槽涉及在两个后续切割步骤中执行三个切割动作，即，第一步骤包括以两个低功率光束划切两个沟槽的两个划切动作，第二步骤包括以一个或多个高功率光束切割中央缝隙的切割动作。此外，包括切削两个沟槽的两个切割动作的第一步骤要么需要具有两个激光的非常复杂和昂贵的设置，在这种情况下，可以以激光系统的单程中执行第一步骤，要么需要以单个激光进行两次单独的切割步骤，但是这将进一步降低生产率，因为其需要激光系统的两次后续处理。
本发明的目标是试图提供一种激光切割方法，其能够提供具有预期质量的结果，并能显著改善生产率。
根据本发明，可以通过使用单个高功率母光束(parent beam)获得上述目标，所述光束被划分成单独的划分光束用于在激光系统的单程中同时执行至少两个切割动作。尤其是，在激光系统的单程中执行切割两个沟槽的两个切割动作，但在激光系统的单程中执行切割两个沟槽和缝隙的三个切割动作时，可以达到最高的效率。
附图说明
可以通过后续结合附图描述一个或多个优选实施例来进一步解释本发明的这些和其它方案、特征和优点，其中，附图标记表示相同或相似的部件，其中：
图1示意性示出了晶元的一部分的顶视图；
图2是晶元的一部分的示意性截面图；
图3示意性示出了声光偏转器的建立和操作；
图4是根据本发明的示出了声光偏转器的使用的示意性图；
图5是示意性示出控制声光偏转器用于处理切割两个沟槽的图；
图6是根据本发明的晶元的切割道的示意性顶视图，显示了切割两个沟槽的工艺中连续的激光斑点；
图7是示意性示出控制声光偏转器用于切割缝隙的工艺的图；
图8是根据本发明的晶元的切割道的示意性顶视图，示出了在切割两个沟槽的工艺中的连续的激光斑点；
图9是根据本发明的示意性示出切割装置的例子的图；以及
图10包括图10a和图10b，其根据本发明示意性示出了切割装置的第二例子。
具体实施方式
为了方便理解，在后文中一般地使用的术语“切割”包括划切(没有穿透目标工作件的全部深度的切割)和切削(穿透目标工作件的深度的切割)。此外，在后文中一般地使用的术语“缝隙”包括不同类型的切割，例如通过划切形成的沟槽或者通过切削目标工作件形成的完全切割。
本发明的一方面涉及可控制光束偏转器。可控制光束偏转器是一种能够改变光束方向并能够(通常在特定偏转范围内)精确控制其偏转方向的设备。例如可以根据美国专利4,028,636获知可控制光束偏转器本身，因此将对其进行简洁的描述和解释。
图3示意性示出了声光偏转器30(后文简称为AOD)的设置和操作。AOD 30包括光学晶体31，其包括具有相互不同的光学指数的相互平行层32。在本文中以水平方向示出的层为布拉格光栅。附图标记33表示入射激光束，在光学层上以相对小的入射角入射。附图标记34表示部分激光束根据进入方向经过晶体，同时附图标记35表示所述部分激光束将以相对进入方向的较小角度进行偏转。光束33、34、35位于与表示为偏转平面的层32垂直的公共虚拟平面中。光学功率将被传送到经偏转的光束35，其也被表示为“输出光束”。偏转角度的精确值取决于激光束的实际波长以及布拉格层32(后文表示为“光栅参数”)之间的实际距离，并因此是装置特性。
可以通过控制激光波长和/或通过控制光栅参数来控制偏转角度。可以通过使晶体31经受机械应力来控制光栅参数。附图标记36表示声学换能器，用于将声波施加于晶体31，并具有基本与激光束方向垂直的传播方向。附图标记37表示吸收器，用于吸收声能以防止偏转。传播的声波引起晶体31内的密度变化，这反过来导致沿着与声波传播方向平行的方向在晶体31内的折射率变化。可以显示出的是，非常近似地，输出激光束35的偏转角与声频成比例。注意，输出激光束35的波长还取决于声频，但是这对于烧蚀工艺没有结果。还应注意的是，偏转的光束35的相对密度取决于RF功率，即，较高的RF功率在偏转的光束中给出更多的激光。
在后文中，将声频Fa看作烧蚀工艺的控制参数。图4是根据本发明示出设置的示意图，将上述讨论的AOD 30显示布置在晶片1上。通常用附图标记42表示用于将输出的偏转激光束35引导到晶片1的光学系统。附图标记38表示用于驱动换能器36的声学驱动器，并且附图标记40表示用于控制声学驱动器38的控制设备，例如设置声学驱动器的声频Fa。控制信号表示为Sc。附图还示意性示出了用于提供激光束33的激光源41。更具体地，将激光束33设置为一系列具有重复频率FP的激光脉冲。附图标记43表示激光源41和控制设备40之间的通信路径。控制设备40提供用于激光源41的控制信号，例如控制激光脉冲的定时，或者激光源41向控制设备40提供定时信号，例如通知控制设备40激光脉冲的定时；在任何情况下，控制设备40知道激光脉冲的定时(即，频率和相位)。
本发明的一方面涉及在切割沟槽的工艺中(例如在单程中切割两个沟槽)可控制光束偏转设备(例如AOD)的使用。
图5是示意性示出控制声学驱动器38来执行切削沟槽15和16的切割动作的图。水平轴表示时间。最低的图表表示根据时间的控制信号Sc。控制信号Sc显示为在表示为Sc1和Sc2的两个值之间切换的阻塞信号。切换具有重复周期R，并且切换频率表示为FS＝1/R。虽然具有50/50工作周期的方波信号是理想的，但这不是绝对必要的。
倒数第二个图谱显示了根据时间的结果声频Fa。可以看出的是，声频Fa在表示为Fa1和Fa2的两个值之间切换，与控制信号Sc在Sc1和Sc2之间切换一致。
倒数第三个图谱显示了根据时间的结果光束偏转角θ。可以看出，光束偏转角θ在表示为θ1和θ2的两个值之间切换，与控制信号Sc在Sc1和Sc2之间切换一致。
倒数第四个图谱表示出了激光脉冲33的定时。该曲线示出为数字阻塞信号，“1”表示激光功率，而“0”表示脉冲间隔。可以看出，激光脉冲与控制信号Sc同步，这总是发生在光束偏转角θ采用值Sc1或Sc2的时候。结果是脉冲重复频率FP＝2·FS。
图6是切割晶元1的切割道或切削道4的示意性顶视图。图4的系统布置在该切削道4上，并沿着箭头S表示的该切削道的方向执行切割移动。将AOD 30布置为使得偏转方向基本上横向于切割或切削方向，优选与切削方向为大约90°。黑斑点表示偏转的激光脉冲35撞击目标的地点，而这些斑点之间的箭头示出了激光斑点序列。可以看出的是，每当偏转角θ具有第一值θ1时，激光斑点位于切削道4一侧；同时每当偏转角度θ具有第二值θ2时，激光斑点位于切削道4的相对侧。这个信息还在图5的上图表上示出，其中示出了每沟槽的各个斑点与激光脉冲33的定时对齐。结合斑点直径来选择切割速度，从而斑点重叠并形成各个沟槽15和16；在图6中，为了简洁，示出其间具有间隔的各个斑点。
需要注意到：激光束33不是连续的光束，而是脉冲光束。当在固定方向保持光束时，即，恒定θ，切割移动将引起一系列直线对齐的烧蚀斑点。描述切割沟槽的工艺的另一种方式是将激光束33划分为两个子光束，每个子光束具有由各个偏转角度θ1、θ2定义的固定方向，并且每个子光束具有与原始激光束33的脉冲重复频率FP的一半相等的缩脉重复频率FRr，这两个光束以交错方式脉跳。可以将每个个体子光束看作具有固定方向θ1、θ2的“垂直”光束，从而切割对应直线系列的对齐的烧蚀斑点，以形成例如沟槽的烧蚀。出于讨论的目的，在切割或切削方向上的连续烧蚀频率也将表示为切割或切削频率Fscr。
在一个例子中，FP＝300kHz并且FS＝150kHz。切割速度是375mm/s。因此，对于每个沟槽，以2.5μm的间距制作烧蚀斑点。激光脉冲具有0.2μs的持续时间以及等于5μJ的能量。使用具有大约6μm的直径的烧蚀斑点。
本发明的一方案涉及在切削深沟工艺中使用可控制光束偏转设备，例如AOD。在以如上所述切削沟槽的情况下的类似方式，在切削道的宽度上扫描单个光束，或者换句话说，将单个光束划分为多个子光束，每个子光束具有由各个偏转角度定义的固定方向，每个子光束切削深沟的相邻段中的相应一个。可以结合与图5和图6相比的图7和图8解释这个原则。对激光脉冲生成和偏转的设置可以看作与图4的设置相同，从而不在这里重复描述和解释。
在图7中，底部图表再次表示根据时间的控制信号Sc。在这种情况下，控制信号Sc是从第一值Sc1到第二值Sc2逐渐改变然后快速返回到第一值的锯齿状信号。切换具有重复周期R，并且切换频率表示为FS＝1/R。取代不断上升的锯齿状，锯齿还可以是步进式的。
倒数第二个图谱示出了根据时间的结果声频Fa。可以看出，声频Fa具有在表示为Fa1和Fa2之间的锯齿形状，与控制信号Sc在Sc1和Sc2之间切换一致。
倒数第三个图谱示出了根据时间的结果光束偏转角θ。可以看出，光束偏转角θ具有在表示为θ1和θ2的两个值之间的锯齿形状，与控制信号Sc在Sc1和Sc2之间切换一致。
倒数第四个图谱示出了激光脉冲33的定时。该曲线显示为数字阻塞信号，“1”表示激光功率而“0”表示脉冲间隔。可以看出，激光脉冲与控制信号Sc同步，从而脉冲重复频率FP是切换频率FS的整数倍。在所示的例子中，FP＝5·FS。应该理解的是，锯齿形状只是用于实现平坦开槽基底的一个例子。不同形状的控制信号对于实现其它缝隙或凹槽形状是优选的。
在图8中，黑斑点在此表示偏转的激光脉冲35撞击目标的地点，同时箭头显示了激光斑点的序列。可以看出，随着偏转角度θ的稳步增加，激光斑点经由中间位置72、73、74从第一极限切线位置71移位到第二极限切线位置75。这个信息还在图7的上部图表中示出，其中显示各个斑点71-75与激光脉冲33的定时对齐。在该情况下，对于切割深沟18，使用比切割沟槽15、16所讨论的功率高的激光束33，其在图8中示出，因为切割深沟18发生在切割沟槽15、16之后。应该清楚的是，结合彼此以及结合将形成的深沟的宽度，选择导致特定斑点直径的激光功率和激光脉冲持续时间以及激光脉冲频率，从而激光斑点在深沟18的宽度方向上重叠，如图所示。同样适用于切割方向，但是为了清晰起见，显示出在切割方向之间具有间隔的各个斑点。
图9是根据本发明示意性示出优选切割装置1000的图。切割装置1000包括用于容纳和保持晶元的夹盘，但是为了清晰起见没有示出夹盘。切割装置1000包括单脉冲激光1001，用于生成如上所述切割沟槽以及切割缝隙的脉冲光束。激光1001生成的高功率脉冲激光束1002遇到第一分束器91、第二分束器92和镜子93。
用于生成三个光束33、233、333的其它光学几何结构也是可以的。在所示出的几何结构中，通过第一分束器91从高功率脉冲激光束1002分裂出相对小的第一部分33，以产生用于切割沟槽的第一激光束33，如上所述。激光脉冲1002的最大部分经过第一分束器91以遇到第二分束器92。第二分束器92分裂出相对大的第二部分233，同时相对小的第三部分333经过第二分束器92并被反射器93向下反射。
第一激光脉冲部分33遇到由来自控制设备40的第一控制信号Sc控制的第一AOD30，从而以交错方式切割两个沟槽15、16，如以上结合图4、5、6所解释的。装置1000包括用于使光学件和晶元相对彼此移位的移位设备，但是为了清晰起见没有示出这种移位设备。在实践中，光学件是固定的，而晶元1是移动的；对于本讨论，晶元1可以被看作是固定参考物，激光系统将被看作相对晶元1沿着从图9中从左到右的切割方向移动。沿着切割方向看，第二激光脉冲部分233位于第一激光脉冲部分33后面，即，在处理了第一激光脉冲部分33之后第二激光脉冲部分233撞击切削道4。第二激光脉冲部分233遇到第二AOD 230，该第二AOD包括第二晶体231并具有由来自控制设备40的第二控制信号S2c所控制的第二驱动器238驱动的第二声学换能器236，以切割缝隙或深沟18，如结合图4、7、8所解释的。
目前所描述的装置具有用于两个光束33和233的两个光学路径，其已经在单程中切割沟槽和缝隙方面提供了优点。因此，如图9所示的装置的简化实施例可以不具有第三光束333和对应光学件，并且用如93的镜子替代第二分束器92。然而，这种装置仅具有一个操作方向。在一个切削道4中制造缝隙或凹槽20之后，必须在邻近切削道制造缝隙或凹槽，在这种情况下，用于切割沟槽的第一光束33必须再次是位于前侧的光束。这将要求光学布置在机械上是相反的，从而需要复杂且准确的机械件，或者所述装置将使得空行程返回到下一切割道的开始，例如在同一操作方向上执行切割或开槽动作。在图9的实施例中，避免了这些复杂性。装置具有两个操作模式：在第一操作模式下，在操作第一光束33和第二光束233的一个切割方向上(即，在图9中从右到左)切削凹槽，如上所述。在第二操作模式下，在操作第三光束333和第二光束233的相反切割方向(即，在图9中从左到右)上切削凹槽。在每个所述模式下，第二光束233位于后侧。第三光束333的操作和控制与第一光束33的操作和控制相同，因此这里不再重复描述和解释。
因此，在第一操作模式下，第三光束333是不起作用的；而在第二操作模式下，第一光束33是不起作用的。为此，装置1000包括：第一可切换光束吸收器901，其布置在第一分束器91和晶元1之间的光路上；以及第二可切换光束吸收器903，其布置在镜子93和晶元1之间的光路上。所述可切换光束吸收器由控制设备40所控制。在第一操作模式下，第一可切换光束吸收器901处于经过(passing)条件，而第二可切换光束吸收器903处于吸收条件。在第二操作模式下，第二可切换光束吸收器903处于经过条件，而第一可切换光束吸收器901处于吸收条件。替代地，取代并入光束吸收器901、903，当光束没有用于切割时，AOD 30、231可以通过将光束从目标偏转到利于切割的预定区域而使光束无效。
在目前描述的装置中，可以在一个单独烧蚀步骤(即，通过一个单独激光脉冲)产生深沟18的每个部分。虽然这在原理上是可能的，但需要在单个烧蚀斑点处有非常高的热输入，这将导致剩余晶元中的质量问题。为了避免这些问题，优选的是，用降低激光功率的多个烧蚀步骤(因此每个步骤降低热输入)烧蚀每个深沟部分。如图9所示，本发明还提供能够在一个单程中实现的实施例。在该实施例中，分裂设备239(例如，衍射元件)布置在第二分束器92和晶元1之间的光路上，以将高功率光束233分裂成多个具有降低功率的子光束。附图示出了分裂成四个子光束233a、233b、233c、233d，因此每个子光束233a、233b、233c、233d可以具有光束233的功率的25％的激光功率，但是子光束的数量可以是两个、三个或五个或者更多。分裂设备239的分裂方向基本上平行于第二AOD 230的切割方向和/或基本垂直于偏转方向。因此，虽然子光束233a、233b、233c、233d自然可以同时操作并具有相互相同的偏转角度，但是其对应的斑点沿着切割方向在切削道4上在彼此之后移动。
虽然高功率第二光束233负责切割深沟的整个工艺，但是子光束233a、233b、233c、233d中的每个将负责烧蚀晶元材料随后的层。
激光1001具有脉冲重复频率FP：在频率FP处产生连续的激光脉冲。然而，对于在切削道4中的特定横向位置，对应于偏转角度的特定值，在切割或切削频率Fscr处沿切割方向跟随彼此的连续激光脉冲等于对应的AOD的声频Fa。在以上结合图5和图6，已经针对切割沟槽的工艺进行了解释，但是同样的自然可以适用于切割深沟的工艺。由于在切割深沟工艺中在相同频率FP处产生激光脉冲，参考图7和图8，可以清楚的是，第二AOD 230的声频不同于第一AOD 30的声频。特别地，对于特定AOD的声频Fa，适用以下公式：
Fa＝FP/N
其中，N是等于在针对特定光束的切削道4的基本横向上的光束位置数量的整数。可以看出，在示出的例子中，针对切割沟槽的工艺，该数量(表示为Nt)等于2，而在切割深沟的工艺中，该数量(表示为Nf)等于5。在任何情况下，Nf大于Nt。显然，由于切割速度对于切割沟槽和切割深沟的相应工艺是相同的，因此在切割深沟的工艺中沿切割方向上的连续烧蚀斑点之间的相互距离与切割沟槽工艺相比较大。如果必要的话，为了保证在切割方向上连续烧蚀斑点彼此充分重叠，可以在第二AOD 230和晶元1之间的光路上布置散焦光学元件910。该散焦光学元件910可以是不对称的，从而原始圆形光束轮廓产生在切割方向上具有最长直径的椭圆斑点轮廓。
图8示出了如果偏转平面与切割方向基本垂直，则在与切割方向形成小于90°角的直线上形成连续的烧蚀斑点。如果需要的话，可以通过稍微调整在第二AOD 230中晶体231的方向，使得所述角度等于90°。
图10包括图10a和图10b，其示意性示出了根据本发明的第二优选切割装置2000。切割装置2000类似地包括用于生成切割缝隙的脉冲光束的单脉冲激光1001，例如由于切削而完全切割通过晶元1。另外，还可以利用切割装置2000的这个实施例实现后处理以移除在切削期间形成的重铸材料来增强单个晶粒的管芯强度。如果可用激光功率是充足的，则可以在单次切割处理中组合完成开槽、切削和后处理的工艺。
通过激光1001生成的高功率脉冲激光束遇到第一分束器91、第二分束器92和镜子93。从第一分束器91分裂出激光束的一部分以产生用于切割沟槽的第一激光脉冲部分33，如上所述。一部分激光束经过第一分束器91以遇到第二分束器92。第二分束器92分裂出相对大的第二激光脉冲部分233，而激光束剩余部分经过第二分束器92并被反射器93所反射以形成第三激光脉冲部分333。
切割方向在图10中是从右到左。第一激光脉冲部分33遇到由来自控制设备40的第一控制信号Sc控制的第一AOD 30，以用交错方式切割两个沟槽15、16。第一控制信号Sc可以包括以80kHz操作的RF驱动器。第二激光脉冲部分233在切割方向上位于第一激光脉冲部分33后面，即，第二激光脉冲部分233在第一激光脉冲部分33已经经过之后撞击切削道4。第二激光脉冲部分233遇到由第二控制信号S2c驱动的第二AOD 230，所述控制信号包括以40kHz操作的RF驱动器，从而切削缝隙。应该注意的是，关于切削工艺，第二AOD 230被布置为使得其扫描角度平行于切削道，从而虚拟创建多个光束切削激光。
第三激光脉冲部分333在切割方向上位于第二激光脉冲部分233的后面。第三激光脉冲部分333可以由包括以12.5kHz操作的RF驱动器的第三控制信号S3c驱动。关于后处理工艺，将第三AOD 330的扫描角度布置为基本横向于切削道4(对于开槽工艺)，并且可将后处理工艺替换地施加到切削切口的左侧和右侧。此外，利用第四AOD 332平行于切削道4偏转第三激光脉冲部分333，从而沿着切削道4的长度以及宽度组合虚拟穿件多个激光束斑点。
图10b示出了如由使用中的多个AOD 30、230、330、332分布的各自第一、第二和第三激光脉冲部分33、233、33的3平面视图。应该理解的是，图示的尺寸并不按比例。
具体地，第一激光脉冲部分33包括偏转的激光脉冲以在切削道4的两侧切割沟槽，激光脉冲在切割道的方向上形成具有2.5μm间距的步进(step)。第二激光脉冲部分33示出为平行于切削道4而被偏转，在切削道4的方向上具有30μm的偏转间距。
关于第三激光脉冲部分333，四个激光束位于切削道4的每侧以用于后处理，但是准确的配置将根据需要而调整。另外，通过改变输入到第三AOD 330和第四AOD 332的RF功率而调整相对功率。激光脉冲在切削道4的方向上形成具有5.1μm间距的步进(step)。可以理解的是，前述方法可以将开槽、切削和后处理的三个处理步骤组合到单次切割处理中。这提供了在现有技术中先前不可获得的更大的操作灵活性。
此外，当以第二AOD 230能够可控地在两个方向上(即，基本平行于切削道4和基本横向于切削道4)扫描第二激光脉冲部分233的方式建立机器配置时，相同的切割装置2000可以用于开槽和切削两者。接收在两个维度的单独的RF控制信号输入以连续在正交方向进行扫描的二维AOD适于实现这种概念。
这一概念不仅适用于将半导体晶元划分为个体部件的完全切削，而且还可以用于晶元的管芯强度较弱的激光切割工艺，例如切割太阳能电池板以进行边缘隔离。前述优选实施例显著地提高了生产量，并且在没有牺牲生产量的情况下使得上述工艺变得非常灵活。
对于切削步骤，在基本与切割道4平行的扫描方向使用第二AOD 230。取决于RF频率的包络与激光频率之间的无线电，可以设置脉冲的数量。在完成一个RF周期之后，激光束返回到原始位置，并且由于已经移动了晶元1这一事实，脉冲的下一序列以稍微不同的位置撞击晶元。如果正确设置晶元速度、绝对RF频率和RF频率的包络的组合，则可以不需要高脉冲能量而执行激光切割工艺。
通过使用第二AOD 230基本平行于切削道来扫描第二激光脉冲部分233，形成能够生成较高频率的较低脉冲能量的光束图形，从而不再需要采用具有非常高的脉冲能量的脉冲激光器1001。这要求开槽和激光切削彼此更靠近，并可以利用单一的激光切割装置1000、2000以好的质量和更快的处理速度来操作两个处理步骤。
可以以多个可能方式执行切割工艺中的第一步骤(即，开槽)。可以在双行程工艺中利用单个激光束生成两个沟槽，或者通过使用DOE形式分裂设备将两个行程在单个行程中组合以生成两个或更多光束。第三选项将是应用AOD如上所述在单程中创建两个沟槽。在所有的三个情况下，所使用的激光频率应该优选是高的以实现较长激光脉冲和更好的缝隙的边缘质量。
本领域的技术人员清楚的是，本发明并不局限于上述示例性实施例，而是在随附权利要求所定义的本发明的保护范围内可以进行多种修改和改变。
例如，可以使用其它辐射源来代替激光。此外，可以使用可控中断器或快门来代替吸收器901、903。
此外，除了可以使用单个光束33以每沟槽一半的激光脉冲频率同时切割两个沟槽以外，其中所述单个光束33被有效地分裂为临时交错的两个脉冲光束，还可以使用两个分束器来分裂具有同步脉冲的两个光束，以使用激光脉冲频率同时切割两个沟槽；这样，就可以不使用AOD 30。
即使在不同的独立权利要求中记述了特定特征，本发明仍然涉及共同包括这些特征的实施例。
在权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制所述权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种辐射切割晶元的方法，所述方法包括两个切割动作：低功率切割两个沟槽，之后在所述两个沟槽之间高功率切割缝隙，其中将单脉冲辐射束分裂成至少第一和第二脉冲辐射束，以在单程中同时执行所述切割动作的至少两个；
其中，在切割方向上沿着切割道在所述晶元上切割所述缝隙，其中所述第一脉冲辐射束用于切割两个所述沟槽以及所述第二脉冲辐射束用于切割所述缝隙，并且其中通过所述第一脉冲辐射束的前缘和所述第二脉冲辐射束的后缘来同时引导所述第一脉冲辐射束和第二脉冲辐射束。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，与单脉冲辐射束同步地，在横向于所述切割方向的偏转方向上重复偏转第一脉冲辐射束，以在所述切割道的两侧以交错方式间歇切割所述两个沟槽。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，以与所述单脉冲辐射束的脉冲重复频率（FP）一半相等的第一偏转频率偏转所述第一脉冲辐射束。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一脉冲辐射束的偏转在第一偏转角（θ1）和第二偏转角（θ2）之间重复切换。
5.根据权利要求1所 述的方法，其中，与单脉冲辐射束同步地，在横向于所述切割方向的偏转方向上重复偏转第二脉冲辐射束，以间歇扫描由所述第一脉冲辐射束形成的所述两个沟槽之间的缝隙的宽度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，以与所述单脉冲辐射束的脉冲重复频率（FP）除以整数（N）相等的第二偏转频率偏转所述第二脉冲辐射束，其中所述整数（N）等于2或者更大。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述单脉冲辐射束分裂成用于切割两个所述沟槽的所述第一脉冲辐射束、用于切割所述缝隙的所述第二脉冲辐射束以及用于切割沟槽的第三脉冲辐射束。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一操作模式下，沿着切割道在第一切割方向在所述晶元上切割所述缝隙，其中所述第三脉冲辐射束不起作用，所述第一脉冲辐射束用于切割两个所述沟槽以及所述第二脉冲辐射束用于切割所述缝隙，通过所述第一脉冲辐射束的前缘和所述第二脉冲辐射束的后缘而将第二脉冲辐射束同时引导切割所述缝隙；以及
在第二操作模式下，在与所述第一切割方向相对的第二切割方向上沿着另一切割道在晶元上切割第二缝隙，第二缝隙位于两个附加沟槽之间，其中所述第一脉冲辐射束不起作用，所述第三脉冲辐射束用于切割两个附加沟槽，通过所述第三脉冲辐射束的前缘和所述第二脉冲辐射束的后缘而将所述第二脉冲辐射束引导到第二缝隙。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述单脉冲辐射束分裂成用于切割两个所述沟槽的所述第一脉冲辐射束、用于切割所述缝隙的所述第二脉冲辐射束以及用于后处理以移除在切割缝隙期间形成的重铸材料的第三脉冲辐射束。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在横向于所述切割方向的方向上沿着切割道偏转所述第三脉冲辐射束。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在切割方向上沿着切割道在所述晶元上切割所述缝隙，其中，所述脉冲辐射束中的至少一个配置为在平行于切割方向的方向上或横向于切割方向的方向上可控地偏转。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过用于在正交方向连续地、可控地偏转所述脉冲辐射束的二维控制信号来偏转所述脉冲辐射束中的至少一个。
13.一种用于切割晶元的切割装置，所述装置包括：
脉冲辐射源，用于提供脉冲辐射束；
分裂设备，用于将脉冲辐射束分裂成至少第一和第二脉冲辐射束，用于执行两个切割动作：低功率切割两个沟槽，之后在所述两个沟槽之间高功率在切割方向上沿着切割道切割缝隙，其中在单程中同时执行所述切割动作的至少两个；其中所述第一脉冲辐射束用于切割两个所述沟槽以及所述第二脉冲辐射束用于切割所述缝隙，并且其中通过所述第一脉冲辐射束的前缘和所述第二脉冲辐射束的后缘来同时引导所述第一脉冲辐射束和第二脉冲辐射束。
14.根据权利要求13所述的切割装置，其中，所述分裂设备包括主分裂设备，所述主分裂设备用于将所述脉冲辐射束至少分裂成用于切割至少一个所述沟槽的第一辐射束和用于切割所述缝隙的第二辐射束。
15.根据权利要求13所述的切割装置，还包括第一可控光束偏转设备，用于以第一偏转角（θ1）或第二偏转角（θ2）偏转辐射束。
16.根据权利要求15所述的切割装置，还包括用于控制所述第一可控光束偏转设备的控制设备，所述控制设备适于使得所述第一可控光束偏转设备以与脉冲辐射束的脉冲重复频率（FP）的一半相等的切换频率（FS）在所述两个偏转角之间切换。
17.根据权利要求14所述的切割装置，还包括第二可控光束偏转设备，用于在第一极限偏转角（θ1）和第二极限偏转角（θ2）之间的范围内偏转第二辐射束。
18.根据权利要求17所述的切割装置，还包括用于控制所述第二可控光束偏转设备的控制设备，所述控制设备适于使得所述第二可控光束偏转设备以与所述脉冲辐射束的脉冲重复频率（FP）除以整数（N）相等的扫描频率执行在所述两个极限偏转角之间的扫描，其中所述整数（N）等于2或更大。
19.根据权利要求14所述的切割装置，其中，所述主分裂设备适于将所述脉冲辐射束分裂成用于切割沟槽的所述第一辐射束、用于切割缝隙的所述第二辐射束以及用于切割沟槽的第三辐射束。
20.根据权利要求19所述的切割装置，适于在两种操作模式下操作以在两个不同方向上进行切割；其中
在第一操作模式下，在第一切割方向在所述晶元上切割缝隙时，所述第三辐射束处于非工作状态，所述第一辐射束位于所述第二辐射束的前侧；以及
在第二操作模式下，在与所述第一切割方向相对的第二切割方向上在晶元上切割缝隙时，所述第一辐射束处于非工作状态，所述第三辐射束位于所述第二辐射束的前侧。
21.根据权利要求14所述的切割装置，其中，所述主分裂设备适于将光束分裂成用于切割沟槽的所述第一辐射束、用于切割缝隙的所述第二辐射束以及用于后处理以移除在切割缝隙期间形成的重铸材料的第三辐射束。
22.根据权利要求21所述的切割装置，其中，在横向于切割方向的方向上沿着切割道偏转所述第三辐射束。
23.根据权利要求15所述的切割装置，其中，第一可控光束偏转设备配置为在平行于切割方向的方向上或横向于切割方向的方向上可控地偏转所述辐射束。
24.根据权利要求23所述的切割装置，还包括二维控制信号，其被提供给第一可控光束偏转设备，用于在正交方向上连续地、可控地偏转所述辐射束。
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