激光加工方法、基板切割方法及执行其的基板加工系统与流程

示例实施方式涉及激光加工方法、基板切割方法以及执行其的基板加工系统。更具体地，示例实施方式涉及使用激光切割基板的激光加工方法、使用该方法的基板切割方法以及执行其的基板加工系统。

背景技术：

为了使用激光切割例如半导体晶片或玻璃基板的物体，可以照射具有将由物体吸收的波长的激光，以沿着切割线在物体内形成改性区域(modifiedregion)，从而切割物体。切割后的物体可以被检查。

技术实现要素：

根据示例实施方式，一种激光加工方法包括：沿着切割线将激光照射到基板中以在基板内形成激光划片层、沿着切割线将x射线照射到基板的第一表面上、从基板获得衍射x射线的图像、以及基于对所获得的衍射x射线的图像的分析而确定激光划片层是否沿着切割线形成。

根据示例实施方式，在一种基板切割方法中，激光沿着切割线照射到基板中，以在基板内形成激光划片层。x射线沿着切割线照射到基板的第一表面上。衍射x射线的图像从基板获得。激光划片层是否沿着切割线形成从x射线衍射图像获得。基板的第一表面被研磨。

根据示例实施方式，一种基板加工系统包括：激光加工机，其被配置为将激光照射到基板中以沿着切割线在基板内形成激光划片层；以及x射线形貌测量装置(x-raytopographicapparatus)，其被配置为检测激光划片层。x射线形貌测量装置包括：工作台，其支撑其中形成有激光划片层的基板；x射线照射器，其沿着切割线将x射线照射到基板中；以及x射线检测器，其从基板获得衍射x射线的图像。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施方式，特征对本领域普通技术人员将变得明显，附图中：

图1示出根据示例实施方式的基板加工系统的激光加工机的剖视图。

图2示出晶片的剖视图，激光通过图1中的激光加工机照射在该晶片上。

图3示出晶片的俯视图，通过图1中的激光加工机对该晶片执行激光加工工艺。

图4示出沿图3中的线a-a'截取的剖视图。

图5示出显示了根据示例实施方式的基板加工系统的x射线形貌测量装置的剖视图。

图6示出晶片的剖视图，x射线通过图5中的x射线形貌测量装置照射在该晶片上。

图7示出当x射线照射到图6中的晶片的晶格上时发生的衍射现象的视图。

图8示出当x射线以布拉格角照射到晶格表面上时在图7的晶片中发生的衍射现象的视图。

图9示出根据示例实施方式的基板加工系统的x射线形貌测量装置的剖视图。

图10示出根据示例实施方式的基板切割方法的流程图。

图11a至11e示出根据示例实施方式的基板切割方法中的阶段的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细说明示例实施方式。

图1是示出根据示例实施方式的基板加工系统的激光加工机的剖视图。

图2是示出晶片的剖视图，激光通过图1中的激光加工机照射在该晶片上。

图3是示出晶片的俯视图，通过图1中的激光加工机对该晶片执行激光加工工艺。图4是沿图3中的线a-a'截取的剖视图。图5是示出根据示例实施方式的基板加工系统的x射线形貌测量装置的剖视图。图6是示出晶片的剖视图，x射线通过图5中的x射线形貌测量装置照射在该晶片上。

参照图1至6，根据示例实施方式的基板加工系统可以包括激光加工机100和x射线形貌测量装置200，激光加工机100被配置为将激光l照射到基板10中以在基板10内形成改性区域m，x射线形貌测量装置200被配置为检测形成在基板10内的改性区域m。例如，激光加工机100和x射线形貌测量装置200可以在单个装置中，例如合并在一起，或者可以是系统内的单独装置，例如，因此基板10可以从激光加工机100被转移到x射线形貌测量装置200。

如图1所示，在示例实施方式中，激光加工机100可以将激光l照射在基板10内，以将局部高密度能量施加到基板10内的焦点位置p中，从而形成隐形切割层作为改性区域。具体地，激光加工机100可以包括支撑基板10并沿x轴、y轴、z轴可移动的工作台110、以及将激光l照射到基板10中的激光照射器。

例如，激光照射器可以包括产生激光l的激光光源120、反射从激光光源120发射的激光l以将光轴的方向改变90°的反射光学系统122、以及将反射的激光l朝向基板10会聚的聚光光学系统124。在另一示例中，反射光学系统可以被省略，并且从激光光源120发射的激光l可以直接照射到基板10上。

此外，激光加工机100还可以包括沿x轴、y轴、z轴移动工作台110的工作台驱动部分、以及调节激光l的输出、脉冲宽度等的激光光源控制器。

如图2和3所示，激光l可以在将焦点位置p定位于基板10内的同时沿着切割线s(在图3中的箭头a的方向上沿着x轴)相对地移动。例如，如图2和3所示，激光l可以沿着切割线s移动，同时光l在基板10内的焦点位置p处会聚在基板10内的预定深度处。因此，如图4所示，激光划片层m即改性区域m可以在预定深度处形成于基板10内。沿着切割线s即沿着划片槽形成的激光划片层m可以是切割开始区域。

会聚点p即焦点位置可以是激光l会聚于此的局部位置。在基板10是硅晶片的情况下，多个管芯区域可以布置成矩阵形状并且可以通过划片槽被划分。激光划片层m可以以预定深度连续地或间歇地形成在基板内。

例如，当激光l会聚在基板10内时，激光l可以在会聚点p附近被吸收而熔化、膨胀、收缩和固化，例如使基板10在会聚点p附近的材料熔化、膨胀、收缩和固化。例如，在材料的收缩阶段，会聚点p的两侧区域可以更早地收缩，使得裂缝可以开始出现在会聚点p的中间区域中，随后裂缝沿向上方向和向下方向生长以在收缩阶段之后在基板10内形成垂直裂缝。在相对于基板10沿着切割线s移动激光l的同时，激光l可以被间歇地照射，以沿着x轴在基板10内形成隐形切割线，即图4中延伸到页面内的改性区域m。

激光划片层m即改性区域m可以涵盖具有与其周围环境的物理特性不同的物理特性(例如密度、折射率和机械强度)的区域。例如，激光划片层m可以具有与硅晶片的单晶晶格(singlecrystallattice)不同的晶格结构，例如，激光划片层m可以具有与基板10的除去激光划片层m以外的区域的晶格不同的晶格结构。因此，如下面将更详细描述地，当x射线穿过具有拥有不同物理特性的晶格结构(例如具有破坏的单晶晶格)的激光划片区域m时，会发生额外衍射。

参照图2和4，在示例实施方式中，当激光划片层m通过激光加工机100形成在基板10内时，例如在激光划片层m通过激光加工机100形成在基板10内之前，保护胶带20可以粘附到基板10的第一表面12上。基板10的第一表面12可以是其中形成电路元件的起作用的表面。保护胶带20可以在后续工艺期间保护形成在基板10的第一表面12上的电路元件。例如，参照图1和2，基板10可以布置在工作台110上，使得保护胶带20面向工作台110，并且激光l照射到基板10的与第一表面12相反的第二表面14上。

参照图5和6，在示例实施方式中，x射线形貌测量装置200可以用于确定激光划片层m是否已通过激光加工机100形成在基板10中。例如，基板10可以从激光加工机100转移到x射线形貌测量装置200。在另一示例中，通过激光加工机100的激光照射和通过x射线形貌测量装置200的x射线照射可以在基板10保持静止的同时原位执行。

如图5和6所示，x射线形貌测量装置200可以包括：工作台210，支撑基板10并可沿至少一个方向移动，基板10在其中具有通过激光加工机100形成的激光划片层m；x射线照射器，将x射线照射到基板10中；以及x射线检测器，获得来自基板10的衍射x射线的图像。例如，工作台210可以与先前描述的工作台110相同，例如，工作台210可以由使x射线透过的材料形成。

详细地，x射线照射器可以包括将x射线照射到基板10的第二表面14上的第一照射器220，x射线检测器可以包括从基板10的与第二表面14相反的第一表面12获得透射x射线形貌图像的第一检测器230，例如实现三维图像的基于图形处理单元(gpu)的高速图像处理器。

第一照射器220可以相对于基板10的第二表面14以预定入射角θ将x射线照射在切割线s内的预定检测区域中，并且第一检测器230可以检测来自基板10的第一表面12的衍射x射线。

在沿x轴或y轴移动工作台210的同时，x射线可以沿着切割线s相对地移动。一旦照射x射线并且x射线检测器获得透射x射线形貌图像，就可以分析x射线形貌图像，例如，激光划片层m的尺寸和位置可以从x射线衍射图像测量，以确定激光划片层m是否在基板10中实际形成。例如，激光划片层m的改性晶格的尺寸和位置可以相对于基板10内的未改性区域例如相对于未破坏的单晶晶格测量，以确定激光划片层m是否形成在基板10中。例如，对x射线衍射图像的分析可以实时执行，例如在获得透射x射线形貌图像之后立即执行。换言之，可以在从x射线形貌测量装置200移除基板10之前和/或在基板10的研磨或切割之前执行对x射线衍射图像的分析，因此激光划片层m的存在或不存在可以在研磨或切割之前被检测，从而提高质量和效率。

详细地，在示例实施方式中，第一照射器220可以被配置为在相同的检测区域(入射位置)处改变x射线的入射角θ。例如，第一照射器220可以安装为相对于入射位置绕与x轴平行的中心轴线是可旋转的，例如，第一照射器220可以绕延伸到页面中的轴线沿图5中的箭头移动。类似地，第一检测器230可以安装为相对于基板10的表面绕与x轴平行的中心轴线是可旋转的。第一检测器230可以从以不同入射角的多个x射线图像获得基板10内的激光划片层m的3维(3d)图像。

在下文中，将参照图7和8说明从衍射x射线图像检测激光划片层m。图7是示出当x射线照射到图6中的基板10的晶格上时发生的衍射现象的视图，图8是示出当x射线以布拉格角照射到晶格表面上时在图7的基板10中发生的衍射现象的视图。

参照图7，当x射线照射到晶片中(例如基板10中)的晶格上时，来自晶体中的每个原子的衍射x射线可以散射(图7中的虚线箭头)。如果x射线是单色的，则散射的x射线可能相互干涉，产生在特定方向上具有强图案的衍射x射线。当x射线以角度α入射然后以角度β散射时，沿着基板10的表面间隔开距离x的两个点a、b之间的光程差δ可以由以下等式(1)表示。

等式(1)

δ＝x(cosα-cosβ)

当光程差δ等于波长的任何整数值nλ时，图案变得非常强(相长干涉)。当基板10的表面上的散射x射线处于同一相位(nλ＝0)时，得到α＝β。也就是，当入射角等于散射角时，得到晶格表面中具有最强强度的干涉现象。

参照图8，当单色x射线照射到基板10上时(激光划片层m的实线在虚线基板10内)，入射x射线可以相对于晶格表面ls以满足布拉格条件的角度(布拉格角)入射，因此会发生衍射。在这种情况下，衍射x射线的方向(图8中的虚线箭头)可以相对于晶格表面ls以角度θ倾斜，并且可以相对于入射的x射线以角度2θ倾斜。

当激光l照射到基板10上例如照射到单晶硅基板上以形成激光划片层m时，所得激光划片层m可以由于单晶晶格的破坏例如改性而具有与单晶晶格不同的晶格结构。因为晶体边界中的晶格的方向是随机形成的，所以激光划片层m可以具有满足衍射条件的晶格表面ls。

因此，当x射线照射到基板10上时，例如由于不同的反射角和衍射角，可以检测来自激光划片层m的晶体破坏界面(晶格表面)的衍射x射线。图像可以通过沿x轴或y轴以规则间隔扫描或者在相同检测区域以不同入射角扫描而获得，并且可以3维合成为内部晶体结构。所得3d图像可以被分析以确定激光划片层m的存在/不存在。

如上所述，激光加工机100可以在将焦点位置p定位于基板10内的同时沿着切割线方向将激光l照射到基板10中，以在基板10内形成激光划片层m。接着，x射线形貌测量装置200可以沿着切割线方向将x射线照射到基板10(没有保护胶带20的基板)的第二表面14上，并从第一表面12获得衍射x射线图像，以从x射线衍射图像确定激光划片层m是否被形成。

因此，在将基板10切割成单独的芯片之前，激光加工的效率和质量可以基于激光加工工艺(例如激光后研磨(gal)工艺)中原位测量激光划片层m的存在来确定。在检测到激光加工中的故障的情况下，可以中断随后的切割工艺，从而提高切割工艺的效率。此外，测量到的x射线衍射图像数据可以用于gal设备控制以及设备之间的偏差控制(variationcontrol)，从而提高工艺效率。

图9是示出根据示例实施方式的基板加工系统的x射线形貌测量装置的剖视图。除了用于获得反射x射线形貌图像的额外元件之外，基板加工系统的x射线形貌测量装置可以与参照图5描述的x射线形貌测量装置基本相同或相似。因此，相同的附图标记将用于指代相同或相似的元件，并且将省略关于以上元件的任何重复说明。

参照图9，x射线形貌测量装置200'可以从基板10获得透射x射线形貌图像和反射x射线形貌图像。

在示例实施方式中，x射线形貌测量装置200'的x射线照射器可以包括将x射线照射到基板10的第二表面上的第一照射器220、以及将x射线照射到基板10的与第二表面相反的第一表面上的第二照射器222。x射线形貌测量装置200'的x射线检测器可以包括从基板10的第一表面获得透射x射线形貌图像的第一检测器230、以及从基板10的第一表面获得反射x射线形貌图像的第二检测器232。

第一照射器220可以相对于基板10的第二表面以预定的入射角θ将x射线照射在切割线s内，并且第一检测器230可以检测来自基板10的第一表面的衍射x射线。第二照射器222可以相对于基板10的第一表面以预定的入射角θ将x射线照射在切割线s内的相同检测位置中，并且第二检测器232可以检测来自基板10的第一表面的衍射x射线。

例如，在沿x轴或y轴移动工作台210的同时，x射线可以沿着切割线s相对于工作台210移动。在另一示例中，例如在工作台210保持静止的同时，x射线可以相对于工作台210沿着切割线s沿x轴或y轴移动。

因此，激光划片层m的尺寸和位置可以从透射x射线衍射图像和反射x射线衍射图像被更精确地检测。

在示例实施方式中，第二照射器222可以被配置为在相同的检测区域(入射位置)处改变x射线的入射角θ。例如，第二照射器222可以安装为相对于入射位置绕与x轴平行的中心轴线是可旋转的。类似地，第二检测器232可以安装为相对于基板10的表面绕与x轴平行的中心轴线是可旋转的。第一检测器230可以从以不同入射角的多个x射线图像获得基板10内的激光划片层m的3d图像。

在下文中，将参照图10和11a-11e说明使用基板加工系统切割基板10的方法。图10是示出根据示例实施方式的基板切割方法的流程图，图11a至11e是示出根据示例实施方式的基板切割方法中的阶段的视图。

首先，参照图10和11a，用于保护电路元件的保护胶带20可以被粘附到基板10的第一表面12(起作用的表面)上，即操作s100。保护胶带20可以通过胶带粘附装置300被粘附，例如层叠。

接着，参照图10和11b，激光加工机100可以将激光l照射到基板10的与第一表面12相反的第二表面14上，即操作s110。激光l可以沿着切割线s(图3)移动例如扫描，以沿着切割线s例如在基板10内的预定深度处在基板10内形成激光划片层m，如图11b所示，激光l可以在基板10内形成彼此间隔开的多个激光划片层m。

在示例实施方式中，保护胶带20可以使用胶带粘附装置300粘附到基板10的第一表面12上。保护胶带20可以保护形成在基板10的第一表面12中的电路元件。

然后，激光l可以在将会聚点p定位于基板10内的同时照射到基板10中，以通过多光子吸收在基板10内形成光学损坏部分即激光划片层m。激光l可以沿着切割线s相对地移动，以在基板10内形成激光划片层m作为改性区域。沿着切割线s即划片槽形成的激光划片层m可以是切割开始区域。

作为改性区域的激光划片层m可以具有与硅晶片的单晶晶格不同的晶格结构。因此，如下所述，当x射线穿过具有不同晶格结构(即具有改性的单晶晶格)的激光划片层m时，发生额外衍射。

然后，参照图10和11c，可以从基板10检测衍射x射线以确定激光划片层m是否被形成，即操作s120。在示例实施方式中，x射线形貌测量装置的第一照射器220可以相对于基板10的第一表面以预定的入射角θ将x射线照射在切割线s内的预定检测区域中，并且第一检测器230可以检测来自基板10的第二表面的衍射x射线。

在沿x轴或y轴移动工作台210的同时，x射线可以沿着切割线s相对地移动。激光划片层m的尺寸和位置可以从x射线衍射图像被测量。

第一照射器220可以被配置为在相同的检测区域(入射位置)处改变x射线的入射角θ。例如，第一照射器220可以安装为相对于入射位置绕与x轴平行的中心轴线是可旋转的。类似地，第一检测器230可以安装为相对于基板10的表面绕与x轴平行的中心轴线是可旋转的。第一检测器230可以从以不同入射角的多个x射线图像获得基板10内的激光划片层m的3d图像。此外，如前所述，第二照射器可以相对于基板10的第二表面以预定的入射角θ将x射线照射在切割线s内，并且第二检测器可以检测来自基板10的第二表面的衍射x射线。

因此，激光划片层m的尺寸和位置可以从透射x射线衍射图像和反射x射线衍射图像被更精确地检测。

接着，参照图10和11d，基板10的第二表面14可以被研磨(s130)。也就是，基板10的其中形成有激光划片层m的第二表面14(背面)可以使用研磨装置400被研磨。

基板10的第二表面14可以变薄。也就是，基板10可以例如从第二表面14的方向被均匀地研磨，以减小基板10的总厚度，例如以具有预定厚度。例如，如图11d所示，激光划片层m可以用作切割开始区域以由其形成垂直裂缝r，例如，基板10可以从第二表面14的方向被研磨直到新的第二表面14'仅略高于激光划片层m并且垂直裂缝r从第一表面12穿过激光划片层m延伸到新的第二表面14'。

然后，参照图10和11e，基板10可以被切割成单独的芯片c，即操作s140。切割可以通过经由垂直裂缝r将基板10分成单独的芯片c而执行。

接着，在示例实施方式中，粘合胶带片30可以使用环形的掩模环510被粘附到基板10的第二表面(背面)上，然后，粘合胶带片30可以使用胶带扩展器500被扩展，以沿着切割线s将基板10分成单独的芯片c。例如，粘合胶带片30上的单独的芯片c可以在径向方向上彼此间隔开。然后，单独的芯片c可以分别被封装以形成半导体封装。

可以重复上述过程以制造包括逻辑器件或存储器件的半导体封装。例如，半导体封装可以包括例如中央处理单元(cpu)、主处理单元(mpu)或应用处理器(ap)等的逻辑器件，以及例如动态随机存取存储(dram)器件、静态随机存取存储(sram)器件的易失性存储器件或者例如闪速存储器件、相变随机存取存储(pram)器件、磁阻随机存取存储(mram)器件、电阻随机存取存储(reram)器件等的非易失性存储器件。

作为总结和回顾，在完成切割工艺之前，还没有方法来检查受激光照射的晶片或基板(例如芯片)的改性区域。此外，在完成切割之后，可以仅对切割后的芯片的剖面执行视觉检查。因此，激光加工工艺的产品质量和产率可能劣化。

相反，示例实施方式提供了能够实时监测由激光形成的改性区域的激光加工方法。示例实施方式还提供了使用上述激光加工方法切割基板的方法。示例实施方式还提供了用于执行上述激光加工方法的基板加工系统，例如基板加工装置。

也就是，根据示例实施方式，激光可以沿着切割线照射到基板中以形成激光划片层，然后，x射线可以沿着切割线照射到基板的第一表面上以从基板的第二表面获得衍射x射线的图像。激光划片层是否被形成可以从x射线衍射图像来确定。

因此，在将基板切割成单独的芯片之前，激光加工的效率和质量可以基于激光加工工艺中原位测量的激光划片层的存在来确定。在激光加工中检测到故障且未进行到随后的切割工艺的情况下，激光加工工艺可以被校正，从而提高切割工艺的效率。此外，测量到的x射线衍射图像数据可以用于激光加工设备控制以及设备之间的偏差控制，从而提高工艺效率。

这里描述的方法和工艺可以由将被计算机、处理器、管理器或控制器执行的代码或指令执行。因为详细描述了形成方法(或计算机、处理器或控制器的操作)的基础的算法，所以用于实现方法实施方式的操作的代码或指令可以将计算机、处理器或控制器转换成用于执行这里所述的方法的专用处理器。

此外，另外的实施方式可以包括计算机可读介质(例如非临时性计算机可读介质)用于存储上述代码或指令。计算机可读介质可以是易失性或非易失性存储器或者其它存储器件，所述其它存储器件可移除地或固定地联接到将执行用来执行这里所述的方法实施方式的代码或指令的计算机、处理器或控制器。

这里已经公开了示例实施方式，并且虽然采用了特定术语，但是它们仅在一般的和描述性的意义上被使用和解释，而不是为了限制的目的。在一些情形下，在本申请的提交时对本领域普通技术人员将明显的是，结合特定实施方式描述的特征、特性和/或元件可以单独使用，或者与结合其它实施方式描述的特征、特性和/或元件组合使用，除非另有明确指示。因此，本领域技术人员将理解，可以进行在形式和细节上的各种改变而不背离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

2017年10月27日向韩国知识产权局提交的题为“激光加工方法、基板切割方法及执行其的基板加工系统”的韩国专利申请第10-2017-0141559号通过引用全文在此合并。