專利名稱：用于晶圓切割設(shè)備的紫外光學(xué)傳輸系統(tǒng)的制作方法
用于晶圓切割設(shè)備的紫外光學(xué)傳輸系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一種用于晶圓切割設(shè)備的紫外光學(xué)傳輸系統(tǒng)設(shè)計，涉及一種應(yīng)用于LED晶圓切割紫外激光精密加工設(shè)備的光學(xué)傳輸設(shè)計方法，屬于激光精密加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)的LED晶圓切割采用砂輪、金剛石等方式進(jìn)行機(jī)械切割，但存在切割線寬大、加工速度慢等缺點，切割線寬達(dá)到30微米以上，2英寸晶圓切割的切割速度只能達(dá)到1 2片/小時。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，LED晶圓大量使用藍(lán)寶石等質(zhì)地堅硬的基材，同時LED晶圓上晶粒尺寸越來越小，傳統(tǒng)的機(jī)械切割方法越來越不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。近幾年來，LED晶圓紫外激光切割迅速發(fā)展，與傳統(tǒng)的機(jī)械加工的方法相比，紫外激光切割是屬于非接觸式加工技術(shù)，具有加工速度快、切割線寬小、對晶粒影響小等優(yōu)點。紫外激光波長短，光束質(zhì)量好，激光可聚焦能力強，對晶圓的切割線寬可小于10微米。目前， 紫外激光對2英寸晶圓的加工速度可以達(dá)到8片/小時以上。
激光加工應(yīng)用于LED晶圓切割是近幾年發(fā)展起來的新型加工工藝，該技術(shù)在國外應(yīng)用較早，相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的主要廠家有美國的New Wave、JDSU、Laser Solution和日本的 Disco ；而目前，在國內(nèi)如蘇州德龍和深圳大族等激光公司也開始生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備。
目前，在LED晶圓紫外激光切割領(lǐng)域，主要的紫外激光源多為納秒級脈寬的高重頻激光。紫外激光器在應(yīng)用于LED晶圓切割時，要求切割線的寬度小于10微米并且深度大于30微米。激光器的光束質(zhì)量越好，通過同一聚焦鏡后在焦點處獲得的切割線寬度越小。 理想的激光器的光束質(zhì)量為M2 = 1.0，但這樣的光束質(zhì)量在目前很難達(dá)到，即使能達(dá)到花費的成本也很高。目前，對于商用成熟的紫外激光器大部分光束質(zhì)量介于1. 2 2. 5之間。 為了達(dá)到滿意的切割效果，傳統(tǒng)的技術(shù)方案為激光器輸出光束經(jīng)過擴(kuò)束后，通過硬邊光闌 (即小孔)截取中間小部分激光，通過聚焦鏡聚焦于LED晶圓上進(jìn)行切割。由于光路中使用了硬邊光闌，激光在通過小孔后，會在光斑內(nèi)上產(chǎn)生光調(diào)制，并在沿小孔徑向在光斑外遠(yuǎn)離中心的方向產(chǎn)生很強的衍射，如圖3。這種衍射光在切割時，則會在切割線的兩邊產(chǎn)生燒灼，而這種燒灼則是LED芯片光衰和壽命降低的罪魁禍?zhǔn)住?br> 另外，目前LED紫外切割設(shè)備中使用的紫外激光器工作條件比較固定，一般只能在相對小電流的范圍調(diào)節(jié)激光輸出功率，但是在激光器工作電流改變時，不僅激光輸出功率改變，激光脈沖寬度也同時改變，因此在進(jìn)行晶圓工藝摸索時，則很難確定切割效果的改變是由于激光功率的變化還是由于脈沖寬度的變化，或者是兩者共同變化產(chǎn)生的效果。因此這種方式增加了工藝摸索的難度。
為了解決目前存在的問題，提高LED切割設(shè)備的加工性能，滿足半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的要求，需要設(shè)計一種新的紫外激光傳輸系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一個新的紫外激光傳輸設(shè)計方案，減少紫外激光器衍射光束對LED芯片的輻射強度，提高LED芯片的壽命，并實現(xiàn)對激光器功率的方便調(diào)節(jié)和實時監(jiān)控，對于整體提高晶圓切割設(shè)備的加工性能，具有重要的實際意義。
為了控制并盡量減少紫外激光光束通過硬邊光闌后在光斑內(nèi)外產(chǎn)生的衍射，我們采用在傳輸光路上插入鋸齒光闌的辦法來解決。眾所周知，對于象硬邊光闌這樣的光學(xué)元件，衍射光主要在垂至于光闌邊緣(即圓的軸向)的方向發(fā)生并向邊緣內(nèi)部和外部傳播， 如圖1，并且激光越強，衍射光也越強。而對于鋸齒光闌來說，衍射光主要沿鋸齒邊緣向兩邊傳播如圖2，衍射光傳播方向接近于光闌的切向方向，因此軸向上的衍射光大大減少并被抑制。圖3和圖4，分別是硬邊光闌和鋸齒光闌在傳播相同距離后產(chǎn)生的強度分布。可以看出采用鋸齒光闌后，光斑內(nèi)的調(diào)制大大降低，光斑邊緣更加陡峭，光斑外部衍射光大大降低。這種光束用于LED晶圓切割時，切割線邊緣更加整齊，大幅度減少切割線的燒灼區(qū)以及衍射光對LED芯片的照射，大大提高了芯片的壽命。
另外，為了能簡便地調(diào)節(jié)激光器輸出功率，我們在光路設(shè)計上采用了 λ /2波片和偏振器的方案。LED晶圓切割設(shè)備上用的紫外激光器輸出的紫外激光一般是線偏振激光，線偏振激光可以通過λ/2波片旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向并通過偏振器進(jìn)行檢偏，切割設(shè)備就能在不改變激光脈沖寬度的前提下改變激光器輸出的功率，而且激光功率調(diào)節(jié)范圍可以接近 0% 100%。我們在光路上還插入一個45度分光鏡，大部分激光透過分光鏡，而一小部分光按比例經(jīng)過分光鏡反射，反射到功率計上進(jìn)行實時監(jiān)控。
本發(fā)明一種用于晶圓切割設(shè)備的紫外光學(xué)傳輸系統(tǒng)設(shè)計，一方面可以大幅度提高切割線邊緣的銳度，減少衍射光對LED芯片照射強度，大大提高LED芯片的壽命；另一方面還可以在不改變激光脈寬的前提下改變激光器輸出的功率，提高了加工工藝調(diào)整的便利性。該設(shè)計大大提升了晶圓切割設(shè)備的加工性能，提高了 LED芯片的成品率和壽命，對于紫外激光加工設(shè)備的發(fā)展具有重要的意義。


圖1普通硬邊光闌
圖2鋸齒光闌
圖3激光經(jīng)過硬邊光闌后的衍射強度分布
圖4激光經(jīng)過鋸齒光闌后的衍射強度分布
圖5紫外激光傳輸光路結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步說明。
圖5為紫外激光傳輸光路結(jié)構(gòu)示意圖，紫外激光器1輸出的激光經(jīng)過λ /2波片2 旋轉(zhuǎn)偏振方向后，經(jīng)過偏振器3徑向檢偏，一部分激光被偏振器反射后射入接收斗4被接收，另一部分激光則透過偏振器3傳輸；λ /2波片2、偏振器3和接收斗4組成激光功率調(diào)節(jié)模塊，可以在不改變激光脈寬的前提下方便地調(diào)節(jié)激光功率。透過偏振器3的激光，經(jīng)過鋸齒光闌5在45度分光鏡6上反射一部分激光射到功率計7上進(jìn)行激光功率實時監(jiān)控。透過45度分光鏡的激光經(jīng)過45度全反鏡8的反射，經(jīng)聚焦鏡組9，聚焦于加工平臺10上對 LED晶圓進(jìn)行切割。
權(quán)利要求
1. 一種用于晶圓切割設(shè)備的紫外光學(xué)傳輸系統(tǒng)，由紫外激光器，λ/2波片，偏振器，接收斗，鋸齒光闌，45度分光鏡，激光功率計，45度反射鏡，聚焦鏡組，加工平臺等組成；λ/2 波片，偏振器和接收斗組成的激光功率調(diào)節(jié)模塊，鋸齒光闌用于抑制徑向激光衍射，45度分光鏡和激光功率計組成實時功率探測模塊；紫外激光器輸出的激光順序經(jīng)過激光功率調(diào)節(jié)模塊、鋸齒光闌、實時功率探測模塊，并通過45度反射鏡反射，由聚焦鏡組聚焦于加工平臺進(jìn)行加工，其特征在于該傳輸系統(tǒng)包含可抑制徑向激光衍射的鋸齒光闌，和可實時調(diào)節(jié)紫外激光功率的激光功率調(diào)節(jié)模塊。
全文摘要
本發(fā)明一種用于晶圓切割設(shè)備的紫外光學(xué)傳輸系統(tǒng)，涉及一種應(yīng)用于LED晶圓切割紫外激光精密加工設(shè)備的光學(xué)傳輸設(shè)計方法，屬于激光精密加工領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于提出一個新的紫外激光傳輸設(shè)計方案，減少紫外激光器衍射光束對LED芯片的輻射強度，提高LED芯片的壽命，并實現(xiàn)對激光器功率的方便調(diào)節(jié)和實時監(jiān)控，對于整體提高晶圓切割設(shè)備的加工性能，具有重要的實際意義。
文檔編號B23K26/38GK102528277SQ20121003124
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者劉華剛, 史斐, 吳鴻春, 戴殊韜, 李錦輝, 林文雄, 翁文, 葛燕, 鄧晶, 鄭暉, 阮開明, 黃見洪 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所