激光处理的方法和装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103521931 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103521931 A (21)申请号 201310263720.2 (22)申请日 2013.06.27 13/541,865 2012.07.05 US B23K 26/38(2014.01) B23K 26/064(2014.01) B23K 26/08(2014.01) (71)申请人先进科技新加坡有限公司地址 2 义顺 7 道，新加坡 768924 (72)发明人郭志恒郑志华周立基 (74)专利代理机构北京申翔知识产权代理有限公司 11214 代理人周春发 (54) 发。

2、明名称激光处理的方法和装置 (57) 摘要本发明公开了一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤：将激光束引导至工件；在激光束和工件之间引起相对移动。其中将激光束引导至工件的步骤包括：将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹。另外，在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。本发明还公开了一种激光处理装置。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 4 页附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权。

3、局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图6页 (10)申请公布号 CN 103521931 A CN 103521931 A 1/1 页 2 1. 一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤：将激光束引导至工件；和在激光束和工件之间引起相对移动，其中将激光束引导至工件的步骤包括：将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。 2. 如权利要求 1 所述的激光处理方法，其中，该激光束。

4、具有的脉冲能量密度在 0.3 至 0.8J/m 之间，而将激光束聚焦在工件内部的步骤还进一步包括：将激光束聚焦在工件内部距工件的至少一个表面的距离为 10 至 25m 之间。 3.如权利要求1所述的激光处理方法，其中，该激光束具有的脉冲能量密度至少为0.5 J/m，而将激光束聚焦在工件内部的步骤还进一步包括：将激光束聚焦在工件内部距工件的至少一个表面的距离位于 25 至 40m 之间。 4. 一种激光处理装置，该装置包含有：支持设备，其用于固定工件；激光发射设备，其用于将激光束引导至工件；和定位设备，其被操作来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动。

5、；其中，该激光发射设备被配置来在操作过程中将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及定位设备被配置来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动，以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。 5. 如权利要求 4 所述的激光处理装置，其中，该激光发射设备被配置来将激光束聚焦在工件内部，距工件的至少一个表面的距离在10至25m之间，该激光束具有的脉冲能量密度在 0.3 至 0.8J/m 之间。 6. 如权利要求 4 所述的激光处理装置，其中，该激光发射设备被配置来将激光束聚焦在工件内。

6、部，距离工件的至少一个表面的距离在25至40m之间，该激光束具有的脉冲能量密度至少为 0.5 J/m。权利要求书 CN 103521931 A 2 1/4 页 3 激光处理的方法和装置技术领域 0001 本发明申请涉及一种激光处理的方法和装置，其尤其但并非排他地用作为使用激光分割半导体晶圆。背景技术 0002 多个半导体器件以阵列的形式构造在半导体晶圆上，该半导体晶圆通常是由诸如蓝宝石、硅、镓和 / 或它们的混合物之类的材料制成。然后，使用激光切割半导体晶圆以分离或者有助于分离半导体器件成为单独的片块（pieces）。 0003 传统的激光分割可包括任一。

7、下述流程： i）激光蚀刻（laser scribing），其中线性凹槽（或蚀刻线）形成于半导体晶圆表面以沿着这些凹槽实施断裂；或者 ii）激光切割，其中半导体晶圆从其上表面至其下表面被切割通过。 0004 具体地，激光分割取决于传送至半导体晶圆的辐射（如频率或能量）超越其材料烧蚀阈值（material ablation threshold）的情况。通过使用物镜将激光束聚焦，高斯激光束的激光输出宽度能够小至大约1-20微米（m）。这种尺寸的激光束确保了其辐射超出了半导体晶圆的材料烧蚀阈值以便进行激光分割。 0005 图 1 表明了传统的激光蚀刻处。

8、理 100，其中，在激光束 102 和半导体晶圆 104 之间的相对移动沿着蚀刻方向 110 发生以在半导体晶圆 104 的表面上形成蚀刻线 106 以前，激光束 102 聚焦在位于具有半导体器件（图中未示）的半导体晶圆 104 的表面的一点处。可是，当激光束 102 聚焦在半导体晶圆 104 的表面上并且其传递的辐射位于或超过其材料烧蚀阈值时，碎渣 108 将会从半导体晶圆 104 移离并且可能再沉积回半导体晶圆 104 的表面。这样可能污染了半导体晶圆 104 上的半导体器件。所以，这种传统的激光分割处理存在半导体晶圆 104 的表面污染问题。 0006 避免碎。

9、渣108污染半导体晶圆104上的半导体器件的一个办法是在激光处理之前和之后进行表面覆盖和冲洗。不幸的是，该表面覆盖处理具有其自身的局限性。例如，表面和侧壁重塑的熔融层可能会影响半导体器件分割之后的外观和 / 或性能。已经提出了其他的后处理方法，如侧壁蚀刻，来缓和这个难题。然而，表面蚀刻晶圆的额外的预处理和后处理最终限制了整体产能，并提高了运行成本。 0007 所以，本发明申请的目的在于至少寻求消除传统的激光分割处理中出现的难题。发明内容 0008 第一方面，本发明提供了一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤：将激光束引导至工件；在激光束和工件之间引起相对移。

10、动。其中将激光束引导至工件的步骤包括：将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹。另外，在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。 0009 第二方面，本发明提供了一种激光处理装置，该装置包含有：支持设备，其用于固说明书 CN 103521931 A 3 2/4 页 4 定工件；激光发射设备，其用于将激光束引导至工件；和定位设备，其被操作来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动；其中，该激光发射设备被配置来在操作过程中将。

11、发射出的激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及定位设备还被配置来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动，以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。 0010 本发明的一些较佳但是可选的步骤 / 特征已经描述在从属权利要求中。附图说明 0011 现在仅仅通过示例的方式，并参考附图描述本发明较佳实施例，其中： 0012 图 1 所示为传统的表面蚀刻处理。 0013 图 2 所示为根据本发明较佳实施例所述的激光处理装置。 0014 图 3 所示为图 2 的激光处理装置的操作示意图。 0015 。

12、图 4a-4h 所示为使用图 2 的激光处理装置的半导体晶圆的分割处理。 0016 图 5a 和图 5b 所示分别为使用图 2 的激光处理装置进行分割处理之后，半导体晶圆的平面和立体示意图。 0017 图 6a 和图 6b 所示分别为使用图 2 的激光处理装置进行多次分割处理之后，半导体晶圆的平面和立体示意图。具体实施方式 0018 图 2 所示为根据本发明较佳实施例所述的激光处理装置 200 的立体示意图。该激光处理装置 200 包含有： i）激光发射设备 202 ；和 ii） XY 夹盘平台 204，用于支持和移动半导体晶圆 206。具体地，激光发射设备 202 被。

13、操作来投射激光束 208 至半导体晶圆 200 上。 XY夹盘平台204也被操作来相对于激光发射设备202根据蚀刻轴线210和也根据步进轴线 212 移动半导体晶圆 206，该步进轴线 212 垂直于蚀刻轴线 210。 0019 特别是，激光发射设备 202 包含有： i）激光器 202a，用于产生激光束 208 ； ii）光衰减器（optical attenuator） 202b，用于光学上衰减激光束 208 ； iii）光束扩展器（beam expander） 202c，用于放大激光束 208 ； iv）镜面 202d，用于朝向半导体晶圆 206 反射激光束 2。

14、08 ；以及 v）物镜 202e，用于沿着聚焦轴 214 将激光束 208 聚焦在半导体晶圆 206 之内。 0020 图 3 所示为激光处理装置 200 的侧视示意图，其表明了激光处理装置 200 的分割操作。在操作开始时，激光发射设备 202 最初相对于半导体晶圆 206 的左侧定位。当 XY 夹盘平台 204 相对于激光发射设备 202 向左移动，并在平行于蚀刻轴线 210 的方向上，如箭头 300 所示，激光发射设备 202 从而相对于半导体晶圆 206 的右侧重新定位（即使激光发射设备 202 不移动），如图 3 中的点划线的激光发射设备 202 所示。这。

15、也同样意味着 XY 夹盘平台 204 的移动引起激光发射设备 202 在平行于蚀刻轴线 210 的方向上的相对移动。 0021 现在结合图 4a 至图 4h 解释激光处理装置 200 的分割操作，图 4a-4h 所示为沿着剖面线 B-B 所视时半导体晶圆 206 的剖面示意图。 0022 首先，激光束 208 聚焦在位于半导体晶圆 206 内的焦点 400 上，如图 4a 所示。激光束 208 聚焦在位于半导体晶圆 206 内的焦点 400 上的步骤持续一直到围绕位于半导体晶圆 206 内的焦点 400 周围的内部损伤点 402 形成并且扩展，如图 4b-4d 所示。通过在半导。

16、说明书 CN 103521931 A 4 3/4 页 5 体晶圆 206 内进一步持续聚焦激光束 208，碎裂 404 从内部损伤点 402 延展至半导体晶圆 206 的表面以在半导体晶圆 206 上形成表面裂纹，如图 4e-4f 所示。当 XY 夹盘平台在平行于蚀刻轴线 210 的方向上相对于激光发射设备 202 移动时，半导体晶圆 206 从而沿着期望的分割线被准蚀刻（semi-scribed）。 0023 可供选择的是，激光束208在半导体晶圆206内的持续聚焦可导致另一道裂纹406 从内部损伤点 402 延展至半导体晶圆 206 相对的另一面以在半导体晶圆 206。

17、上形成另一道表面裂纹，如图 4g 所示。当 XY 夹盘平台 204 在平行于蚀刻轴线 210 的方向上相对于激光发射设备202移动时，半导体晶圆206从而沿着期望的分割线被分离成单独的片块，如图4h 所示。如果半导体晶圆 206 的完全切割而不是半导体晶圆 206 的准蚀刻被期望，那么这种处理尤其适合。 0024 本发明人已经发现，裂纹 404、 406 的形成取决于下面的因素，如相对于半导体晶圆 206 表面激光束 208 的能量密度和激光束 208 的聚焦水平。具体地，激光束 208 的能量密度取决于诸如激光束波长和 XY 夹盘平台 204 的移动之类的参数，而。

18、激光束 208 的聚焦水平取决于光学器件的参数（如物镜 202e 的数值孔径 (numerical aperture)）。 0025 特别是，激光束 208 的能量密度被定义如下： 0026 能量密度（J/m） = 脉冲能量 (J/ 脉冲 )x 脉冲重复频率（kHz， K 脉冲 /s） / 蚀刻速度（mm/s） 0027 相应地，被传递在半导体晶圆 206 内焦点 400 处的激光束 208 的体积应变能（volumetric energy）（J/um3）被定义如下： 0028 0029 其中， r 和 z 分别为沿着激光束路径分布的半径（m）和纵向高度（m）。

19、； P(t) 是在一段时间 T 或激光脉冲重复频率 1/T 下激光脉冲的随时间变化的激光功率曲线；以及在瑞利长度（Rayleigh length）时，其决定了激光束在不明显发散的情形下可传播的距离。上述公式中 z=0 的位置和激光束半径最小时的激光束鞍部（beam waist） w0或焦点相一致。 0030 基于用于形成裂纹 404、 406 的相关因素，激光处理装置 200 应该较为合适地如此配置以便于激光发射设备 202 发出脉冲能量密度位于 0.3-0.8J/m 之间的激光束 208，该激光束 208 被聚焦在半导体晶圆 206 内距离半导体晶圆 206 的表面在。

20、10-25m 之间。同样较为合适地，激光束 208 的体积应变能位于 35-140KJ/m3之间。可以选择的，激光处理装置 200 可以被如此配置以便于激光发射设备 202 发出脉冲能量密度为至少 0.5J/ m 的激光束 208，该激光束 208 被聚焦在半导体晶圆 206 内距离半导体晶圆 206 的表面在 25-40m 之间。说明书 CN 103521931 A 5 4/4 页 6 0031 图 5a 和图 5b 所示分别为在激光处理装置 200 已经完成分割操作之后，半导体晶圆 206 的平面和立体示意图。可以看出，表面裂纹 500 形成于半导体晶圆 206 上，。

21、其和半导体晶圆 206 的期望分割线相匹配。具体地，当 XY 夹盘平台 204 在平行于蚀刻轴线 210 的方向上移动时，表面裂纹 500 通过碎裂 404 沿着分割线扩展而形成。值得注意的是，表面裂纹 500 不必要地是连续线，反之其可以包括多个断开的表面裂纹。同样值得注意的是，表面裂纹 500 不必要地是直线，其可以具有几个微米（如 1-2 微米）的偏差。 0032 图 6a 所示为激光处理装置 200 已经完成多次分割处理之后，半导体晶圆 206 的平面示意图，而图 6b 所示为沿着图 6a 中剖面线 C-C 所视时半导体晶圆 206 的剖面示意图。具体地。

22、，多次分割操作包括在平行于步进轴线212的方向上驱动XY夹盘平台204，以便于每当表面裂纹 500 形成于半导体晶圆 206 上时相对于激光发射设备 202 步进定位半导体晶圆 206。 0033 从图 6a 中半导体晶圆 206 的平面示意图可以看出，多个表面裂纹 500 被形成于半导体晶圆 206 上，每个表面裂纹对应于半导体晶圆 206 的期望分割线。从图 6b 中半导体晶圆206的剖面示意图可以看出，当XY夹盘平台204在平行于蚀刻轴线210的方向上移动时，每个表面裂纹 500 通过相应的碎裂 404 沿着分割线扩展而被形成。 0034 由于将激光束 208 聚焦在半。

23、导体晶圆 206 内直到碎裂 404 从内部损坏点 402 处朝向半导体晶圆206的表面延展以在半导体晶圆206上形成表面裂纹500，所以在分割操作过程中很少或者没有碎渣形成于半导体晶圆 206 的表面。因此，激光装置 200 有益地解决了半导体晶圆 206 基于通过传统的激光蚀刻装置和工序产生碎渣的表面污染难题。另外，形成在半导体晶圆 206 表面上的表面裂纹 500 能够有益地用作为参考标记器，以将半导体晶圆 206 切割成为单独的片块。如果表面裂纹 500 没有形成，和半导体晶圆 206 的表面完好无损，那么对于确定半导体晶圆 206 内的内部损坏 402 的准确。

24、位置以执行后续的分割处理而沿着内部损坏 402 将半导体晶圆 206 分离成单独的片块而言在技术上是困难的。 0035 在不离开本发明申请的宗旨的情形下，这个发明申请的不同实施例同样也能够被设想出。例如，当进行分割处理时，取代相对于激光发射设备 202 移动 XY 夹盘平台 204，激光发射设备 202 可以自己被操作来在平行于蚀刻轴线 210 和步进轴线 212 的正交方向上相对于 XY 夹盘平台 204 移动（XY 夹盘平台 204 不移动）。而且， XY 夹盘平台 204 可以被配置来支撑包括半导体晶圆 206 在内的不同类型的工件。该激光处理装置 200 也可以完。

25、成由蓝宝石、硅、镓和 / 或它们的混合物制成的半导体晶圆的分割。说明书 CN 103521931 A 6 1/6 页 7 图 1 图 2 说明书附图 CN 103521931 A 7 2/6 页 8 图 3 图 4a 图 4b 说明书附图 CN 103521931 A 8 3/6 页 9 图 4c 图 4d 图 4e 图 4f 说明书附图 CN 103521931 A 9 4/6 页 10 图 4g 图 4h 图 5a 说明书附图 CN 103521931 A 10 5/6 页 11 图 5b 图 6a 说明书附图 CN 103521931 A 11 6/6 页 12 图 6b 说明书附图 CN 103521931 A 12 。

摘要
申请专利号：	CN201310263720.2	申请日：	2013.06.27
公开号：	CN103521931A	公开日：	2014.01.22
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):B23K 26/38申请日:20130627\|\|\|公开
IPC分类号：	B23K26/38(2014.01)I; B23K26/064(2014.01)I; B23K26/08(2014.01)I	主分类号：	B23K26/38
申请人：	先进科技新加坡有限公司
发明人：	郭志恒; 郑志华; 周立基
地址：	2义顺7道，新加坡768924
优先权：	2012.07.05 US 13/541,865
专利代理机构：	北京申翔知识产权代理有限公司 11214	代理人：	周春发
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内容摘要

本发明公开了一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤：将激光束引导至工件；在激光束和工件之间引起相对移动。其中将激光束引导至工件的步骤包括：将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹。另外，在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。本发明还公开了一种激光处理装置。

权利要求书

权利要求书
1.  一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤：
将激光束引导至工件；和
在激光束和工件之间引起相对移动，
其中将激光束引导至工件的步骤包括：将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及
在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。

2.  如权利要求1所述的激光处理方法，其中，该激光束具有的脉冲能量密度在0.3至0.8μJ/μm之间，而将激光束聚焦在工件内部的步骤还进一步包括：将激光束聚焦在工件内部距工件的至少一个表面的距离为10至25μm之间。

3.  如权利要求1所述的激光处理方法，其中，该激光束具有的脉冲能量密度至少为0.5 μJ/μm，而将激光束聚焦在工件内部的步骤还进一步包括：将激光束聚焦在工件内部距工件的至少一个表面的距离位于25至40μm之间。

4.  一种激光处理装置，该装置包含有：
支持设备，其用于固定工件；
激光发射设备，其用于将激光束引导至工件；和
定位设备，其被操作来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动；
其中，该激光发射设备被配置来在操作过程中将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及
定位设备被配置来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动，以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。

5.  如权利要求4所述的激光处理装置，其中，该激光发射设备被配置来将激光束聚焦在工件内部，距工件的至少一个表面的距离在10至25μm之间，该激光束具有的脉冲能量密度在0.3至0.8μJ/μm之间。

6.  如权利要求4所述的激光处理装置，其中，该激光发射设备被配置来将激光束聚焦在工件内部，距离工件的至少一个表面的距离在25至40μm之间，该激光束具有的脉冲能量密度至少为0.5 μJ/μm。

说明书

说明书激光处理的方法和装置
技术领域
本发明申请涉及一种激光处理的方法和装置，其尤其但并非排他地用作为使用激光分割半导体晶圆。
背景技术
多个半导体器件以阵列的形式构造在半导体晶圆上，该半导体晶圆通常是由诸如蓝宝石、硅、镓和/或它们的混合物之类的材料制成。然后，使用激光切割半导体晶圆以分离或者有助于分离半导体器件成为单独的片块（pieces）。
传统的激光分割可包括任一下述流程：i）激光蚀刻（laser scribing），其中线性凹槽（或蚀刻线）形成于半导体晶圆表面以沿着这些凹槽实施断裂；或者ii）激光切割，其中半导体晶圆从其上表面至其下表面被切割通过。
具体地，激光分割取决于传送至半导体晶圆的辐射（如频率或能量）超越其材料烧蚀阈值（material ablation threshold）的情况。通过使用物镜将激光束聚焦，高斯激光束的激光输出宽度能够小至大约1-20微米（μm）。这种尺寸的激光束确保了其辐射超出了半导体晶圆的材料烧蚀阈值以便进行激光分割。
图1表明了传统的激光蚀刻处理100，其中，在激光束102和半导体晶圆104之间的相对移动沿着蚀刻方向110发生以在半导体晶圆104的表面上形成蚀刻线106以前，激光束102聚焦在位于具有半导体器件（图中未示）的半导体晶圆104的表面的一点处。可是，当激光束102聚焦在半导体晶圆104的表面上并且其传递的辐射位于或超过其材料烧蚀阈值时，碎渣108将会从半导体晶圆104移离并且可能再沉积回半导体晶圆104的表面。这样可能污染了半导体晶圆104上的半导体器件。所以，这种传统的激光分割处理存在半导体晶圆104的表面污染问题。
避免碎渣108污染半导体晶圆104上的半导体器件的一个办法是在激光处理之前和之后进行表面覆盖和冲洗。不幸的是，该表面覆盖处理具有其自身的局限性。例如，表面和侧壁重塑的熔融层可能会影响半导体器件分割之后的外观和/或性能。已经提出了其他的后处理方法，如侧壁蚀刻，来缓和这个难题。然而，表面蚀刻晶圆的额外的预处理和后处理最终限制了整体产能，并提高了运行成本。
所以，本发明申请的目的在于至少寻求消除传统的激光分割处理中出现的难题。
发明内容
第一方面，本发明提供了一种激光处理方法，该方法包含有以下步骤：将激光束引导至工件；在激光束和工件之间引起相对移动。其中将激光束引导至工件的步骤包括：将激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹。另外，在激光束和工件之间引起相对移动的步骤是如此设置以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。
第二方面，本发明提供了一种激光处理装置，该装置包含有：支持设备，其用于固定工件；激光发射设备，其用于将激光束引导至工件；和定位设备，其被操作来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动；其中，该激光发射设备被配置来在操作过程中将发射出的激光束聚焦在工件内部，直到内部损坏形成在工件内部，而碎裂从内部损坏延展至工件的至少一个表面以在工件上形成表面裂纹，以及定位设备还被配置来在激光发射设备和支持设备之间引起相对移动，以致于工件上的表面裂纹沿着工件上的分割线延展。
本发明的一些较佳但是可选的步骤/特征已经描述在从属权利要求中。
附图说明
现在仅仅通过示例的方式，并参考附图描述本发明较佳实施例，其中：
图1所示为传统的表面蚀刻处理。
图2所示为根据本发明较佳实施例所述的激光处理装置。
图3所示为图2的激光处理装置的操作示意图。
图4a-4h所示为使用图2的激光处理装置的半导体晶圆的分割处理。
图5a和图5b所示分别为使用图2的激光处理装置进行分割处理之后，半导体晶圆的平面和立体示意图。
图6a和图6b所示分别为使用图2的激光处理装置进行多次分割处理之后，半导体晶圆的平面和立体示意图。
具体实施方式
图2所示为根据本发明较佳实施例所述的激光处理装置200的立体示意图。该激光处理装置200包含有：i）激光发射设备202；和ii）XY夹盘平台204，用于支持和移动半导体晶圆206。具体地，激光发射设备202被操作来投射激光束208至半导体晶圆200上。XY夹盘平台204也被操作来相对于激光发射设备202根据蚀刻轴线210和也根据步进轴线212移动半导体晶圆206，该步进轴线212垂直于蚀刻轴线210。
特别是，激光发射设备202包含有：i）激光器202a，用于产生激光束208；ii）光衰减器（optical attenuator）202b，用于光学上衰减激光束208；iii）光束扩展器（beam expander）202c，用于放大激光束208；iv）镜面202d，用于朝向半导体晶圆206反射激光束208；以及v）物镜202e，用于沿着聚焦轴214将激光束208聚焦在半导体晶圆206之内。
图3所示为激光处理装置200的侧视示意图，其表明了激光处理装置200的分割操作。在操作开始时，激光发射设备202最初相对于半导体晶圆206的左侧定位。当XY夹盘平台204相对于激光发射设备202向左移动，并在平行于蚀刻轴线210的方向上，如箭头300所示，激光发射设备202从而相对于半导体晶圆206的右侧重新定位（即使激光发射设备202不移动），如图3中的点划线的激光发射设备202所示。这也同样意味着XY夹盘平台204的移动引起激光发射设备202在平行于蚀刻轴线210的方向上的相对移动。
现在结合图4a至图4h解释激光处理装置200的分割操作，图4a-4h所示为沿着剖面线B-B'所视时半导体晶圆206的剖面示意图。
首先，激光束208聚焦在位于半导体晶圆206内的焦点400上，如图4a所示。激光束208聚焦在位于半导体晶圆206内的焦点400上的步骤持续一直到围绕位于半导体晶圆206内的焦点400周围的内部损伤点402形成并且扩展，如图4b-4d所示。通过在半导体晶圆206内进一步持续聚焦激光束208，碎裂404从内部损伤点402延展至半导体晶圆206的表面以在半导体晶圆206上形成表面裂纹，如图4e-4f所示。当XY夹盘平台在平行于蚀刻轴线210的方向上相对于激光发射设备202移动时，半导体晶圆206从而沿着期望的分割线被准蚀刻（semi-scribed）。
可供选择的是，激光束208在半导体晶圆206内的持续聚焦可导致另一道裂纹406从内部损伤点402延展至半导体晶圆206相对的另一面以在半导体晶圆206上形成另一道表面裂纹，如图4g所示。当XY夹盘平台204在平行于蚀刻轴线210的方向上相对于激光发射设备202移动时，半导体晶圆206从而沿着期望的分割线被分离成单独的片块，如图4h所示。如果半导体晶圆206的完全切割而不是半导体晶圆206的准蚀刻被期望，那么这种处理尤其适合。
本发明人已经发现，裂纹404、406的形成取决于下面的因素，如相对于半导体晶圆206表面激光束208的能量密度和激光束208的聚焦水平。具体地，激光束208的能量密度取决于诸如激光束波长和XY夹盘平台204的移动之类的参数，而激光束208的聚焦水平取决于光学器件的参数（如物镜202e的数值孔径(numerical aperture)）。
特别是，激光束208的能量密度被定义如下：
能量密度（μJ/μm）=[脉冲能量(μJ/脉冲)x脉冲重复频率（kHz，K脉冲/s）]/蚀刻速度（mm/s）
相应地，被传递在半导体晶圆206内焦点400处的激光束208的体积应变能（volumetric energy）（μJ/um3）被定义如下：
&Integral;-T2T2&Integral;-ZRZR&Integral;0∞P(t)Πw(z)exp(-r2w(z)2)exp(-2r2w(z)2)drdzdt]]>
其中，r和z分别为沿着激光束路径分布的半径（μm）和纵向高度（μm）；P(t)是在一段时间T或激光脉冲重复频率1/T下激光脉冲的随时间变化的激光功率曲线；以及在瑞利长度（Rayleigh length）时，其决定了激光束在不明显发散的情形下可传播的距离。上述公式中z=0的位置和激光束半径最小时的激光束鞍部（beam waist）w0或焦点相一致。
基于用于形成裂纹404、406的相关因素，激光处理装置200应该较为合适地如此配置以便于激光发射设备202发出脉冲能量密度位于0.3-0.8μJ/μm之间的激光束208，该激光束208被聚焦在半导体晶圆206内距离半导体晶圆206的表面在10-25μm之间。同样较为合适地，激光束208的体积应变能位于35-140KJ/m3之间。可以选择的，激光处理装置200可以被如此配置以便于激光发射设备202发出脉冲能量密度为至少0.5μJ/μm的激光束208，该激光束208被聚焦在半导体晶圆206内距离半导体晶圆206的表面在25-40μm之间。
图5a和图5b所示分别为在激光处理装置200已经完成分割操作之后，半导体晶圆206的平面和立体示意图。可以看出，表面裂纹500形成于半导体晶圆206上，其和半导体晶圆206的期望分割线相匹配。具体地，当XY夹盘平台204在平行于蚀刻轴线210的方向上移动时，表面裂纹500通过碎裂404沿着分割线扩展而形成。值得注意的是，表面裂纹500不必要地是连续线，反之其可以包括多个断开的表面裂纹。同样值得注意的是，表面裂纹500不必要地是直线，其可以具有几个微米（如1-2微米）的偏差。
图6a所示为激光处理装置200已经完成多次分割处理之后，半导体晶圆206的平面示意图，而图6b所示为沿着图6a中剖面线C-C'所视时半导体晶圆206的剖面示意图。具体地，多次分割操作包括在平行于步进轴线212的方向上驱动XY夹盘平台204，以便于每当表面裂纹500形成于半导体晶圆206上时相对于激光发射设备202步进定位半导体晶圆206。
从图6a中半导体晶圆206的平面示意图可以看出，多个表面裂纹500被形成于半导体晶圆206上，每个表面裂纹对应于半导体晶圆206的期望分割线。从图6b中半导体晶圆206的剖面示意图可以看出，当XY夹盘平台204在平行于蚀刻轴线210的方向上移动时，每个表面裂纹500通过相应的碎裂404沿着分割线扩展而被形成。
由于将激光束208聚焦在半导体晶圆206内直到碎裂404从内部损坏点402处朝向半导体晶圆206的表面延展以在半导体晶圆206上形成表面裂纹500，所以在分割操作过程中很少或者没有碎渣形成于半导体晶圆206的表面。因此，激光装置200有益地解决了半导体晶圆206基于通过传统的激光蚀刻装置和工序产生碎渣的表面污染难题。另外，形成在半导体晶圆206表面上的表面裂纹500能够有益地用作为参考标记器，以将半导体晶圆206切割成为单独的片块。如果表面裂纹500没有形成，和半导体晶圆206的表面完好无损，那么对于确定半导体晶圆206内的内部损坏402的准确位置以执行后续的分割处理而沿着内部损坏402将半导体晶圆206分离成单独的片块而言在技术上是困难的。
在不离开本发明申请的宗旨的情形下，这个发明申请的不同实施例同样也能够被设想出。例如，当进行分割处理时，取代相对于激光发射设备202移动XY夹盘平台204，激光发射设备202可以自己被操作来在平行于蚀刻轴线210和步进轴线212的正交方向上相对于XY夹盘平台204移动（XY夹盘平台204不移动）。而且，XY夹盘平台204可以被配置来支撑包括半导体晶圆206在内的不同类型的工件。该激光处理装置200也可以完成由蓝宝石、硅、镓和/或它们的混合物制成的半导体晶圆的分割。