本發(fā)明屬于激光加工領域，尤其涉及一種LED晶圓片的激光加工方法。

背景技術：

在LED晶圓片等半導體采用激光微細精密加工行業(yè)中，一般使用藍寶石作為襯底材料，在藍寶石襯底上沉積發(fā)光區(qū)，發(fā)光區(qū)的厚度一般只有3至6um，藍寶石的厚度一般是80-150um。目前一般用激光來加工LED晶圓片，將其分離成單個小的芯粒，激光加工一般從晶圓片的藍寶石面入射到一定的深度。對于一定厚度的LED晶圓片，激光加工的參數(shù)對加工的品質(zhì)有直接影響。

激光加工的參數(shù)包括激光器參數(shù)，如脈沖寬度，波長，偏振態(tài)，峰值功率等；此外，激光加工參數(shù)還包括外光路系統(tǒng)，如光斑大小，擴束系統(tǒng)，聚焦系統(tǒng)參數(shù)等。激光加工LED晶圓片的技術在不斷發(fā)展和進步，激光加工設備的成本也在不斷降低，同時LED終端客戶對單個芯粒的品質(zhì)要求逐步提高，LED單個芯粒的品質(zhì)包括外觀良率和電性良率，外觀參數(shù)包括直線度，崩邊量，大小邊，雙晶率等，電性良率參數(shù)包括發(fā)光波長，正向電壓Vf，反向電流Ir，發(fā)光亮度等參數(shù)。

對于LED晶圓行業(yè)，藍寶石由于其具有和GaN等具有良好的晶格匹配度，以經(jīng)批量使用，藍寶石的硬度很高，激光在切割分離的過程中，對激光的峰值功率要求很高，目前在LED晶圓片一般采用皮秒至飛秒脈沖寬的的超快激光，同時采用高NA值的聚焦鏡來實現(xiàn)藍寶石襯底的精密切割。

皮秒固體激光器由于其穩(wěn)定性好，被應用于切割LED晶圓中的藍寶石襯底，近年來，隨著皮秒光纖激光器的發(fā)展，其低成本，高性價比，維護方便等優(yōu)勢使其也逐步應用LED晶圓片激光切割行業(yè)。隨著客戶對LED晶圓片的切割品質(zhì)的要求逐步提高，芯粒的電性能，如正向電壓Vf，反向電流Ir等參數(shù)等，這些參數(shù)對激光加工的峰值功率很敏感。

對于脈沖激光的峰值功率，計算方法一般是這樣的：峰值功率P_peak＝所用的單點能量E/脈沖寬度t，其中單點能量E＝所用的平均功率P_average/重復頻率F,對于一定大小的單點能量，脈沖寬度越大，峰值功率越低。但是如果脈沖寬度過大也會導致峰值功率太低從而無法在藍寶石內(nèi)部形成爆炸點，同時切割藍寶石使其產(chǎn)生裂紋需要一定的單點能量，使藍寶石在切割后產(chǎn)生一定的熱量和應力導致其裂開。對于藍寶石襯底，使其參數(shù)裂紋所需要的峰值功率一般是50kW～1MW。在激光切割藍寶石襯底過程中，需要選擇合適的峰值功率使其切割達到最佳效果。

在目前的激光切割工藝中，一般采用單脈沖皮秒激光器，經(jīng)過反復實驗發(fā)現(xiàn)，由于單脈沖激光器的峰值功率很高，會影響LED晶圓片的激光切割后的電性良率，如正向電壓Vf，反向電流Ir，亮度等參數(shù)，為了保證LED晶圓激光加工更加良好的加工品質(zhì)，有必要產(chǎn)生更加優(yōu)良的激光加工方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種LED晶圓的激光加工方法，解決現(xiàn)有的單脈沖激光加工方法在LED晶圓片激光切割中存在的電性良率低的問題。

本發(fā)明提供一種激光加工方法，本加工方法采用脈沖激光器，脈沖激光器以脈沖串或者脈沖包絡輸出激光，每一個脈沖串或者每一個脈沖包絡包括多個子脈沖，每個脈沖串或者每個脈沖包絡之間的時間間隔為固定的。

優(yōu)選地，每個脈沖串或者每個脈沖包絡的相鄰子脈沖之間的時間間隔也是固定的。

優(yōu)選地，每個脈沖串或者每個脈沖包絡的相鄰子脈沖之間的時間間隔等于1/激光器的種子源頻率。

優(yōu)選地，每個脈沖串或者每個脈沖包絡包括2-12個子脈沖。

優(yōu)選地，所述子脈沖采用聲光調(diào)控的方式或者電光調(diào)控的方式來控制脈沖強度。

優(yōu)選地，所述子脈沖的強度逐漸減弱。

優(yōu)選地，所述子脈沖的強度逐漸增強。

優(yōu)選地，所述子脈沖的強度先增強后減弱。

本發(fā)明還提供一種LED晶圓片的激光加工方法，所述激光加工方法在LED晶圓片上形成的聚焦焦點為圓形。

本發(fā)明激光切割LED晶圓片的脈沖串或者脈沖包絡輸出激光，有效降低了切割LED晶圓片所用的激光的峰值功率，減少了激光對LED晶圓片發(fā)光區(qū)的影響，提高了LED晶圓片的電性參數(shù)良率，如正向電壓Vf,反向電流Ir,亮度等；本發(fā)明實施提供的LED晶圓片激光加工方法在LED晶圓激光切割行業(yè)有廣泛的應用空間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的激光器脈沖串方式輸出和現(xiàn)有單脈沖輸出對比示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的激光器脈沖輸出方式示意圖；

圖3是本發(fā)明和現(xiàn)有的激光器脈沖輸出不同形式示意圖；

圖4是本發(fā)明的激光加工LED晶圓片示意圖；

圖5是現(xiàn)有單脈沖激光器切割LED晶圓片斷面圖；

圖6是本發(fā)明實施的脈沖串方式輸出的激光器切割LED晶圓片斷面圖。

具體實施方式

下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

圖1所示為現(xiàn)有和本發(fā)明激光器脈沖輸出的對比示意圖，如圖1(a)所示為現(xiàn)有脈沖激光器輸出方式，在時間軸t上有周期性排列的單個脈沖輸出，每個脈沖具有一定的強度I，相鄰輸出脈沖之間的時間間隔t1為一固定值，并且t1＝1/激光輸出頻率，比如激光輸出頻率為50kHz，t1＝1/50kHz＝20us。圖1(b)所示為本發(fā)明實施提供一種激光加工方法，本加工方法采用脈沖激光器，脈沖激光器以脈沖串方式、或者突發(fā)子脈沖方式、或者突發(fā)模式(burst mode)脈沖輸出方式輸出激光，其中，突發(fā)子脈沖方式和突發(fā)模式(burst mode)脈沖輸出方式統(tǒng)籌為脈沖包絡方式。

每一個脈沖串或者每一個脈沖包絡包括多個子脈沖，每個脈沖串或者每個脈沖包絡之間的時間間隔t2是固定的。

如圖2所示，每個脈沖串或者每個脈沖包絡的相鄰子脈沖之間的時間間隔t3也是固定的，t3的值的范圍根據(jù)激光器的種子源的頻率來確定，t3＝1/種子源頻率，如種子源頻率為50MHz，則t3＝20ns，如種子源頻率為40MHz，則t3＝25ns。每個脈沖串或者每個脈沖包絡包括n個子脈沖，n的數(shù)值為2～12。

圖3所示為本發(fā)明實施的所述脈沖包絡內(nèi)部子脈沖的強度分布，圖3列舉脈沖包絡內(nèi)有6個子脈沖，這6個子脈沖的強度分布有三種方式，采用聲光調(diào)控的方式或者電光調(diào)控的方式來控制脈沖強度的分布，如圖3(d)所示，6個子脈沖的強度逐漸減弱，如圖3(e)所示，6個子脈沖的強度逐漸增強，如圖3(f)所示，6個子脈沖的強度先增強后減弱。

圖4所示為本發(fā)明實施提供的激光加工LED晶圓片的方法，激光束1經(jīng)過聚焦鏡2后在LED晶圓片4內(nèi)部形成聚焦點3，LED晶圓片4底面設有發(fā)光區(qū)，在發(fā)光區(qū)上周期性排列多個正電極20和多個負電極21。

激光束1在LELD晶圓片4內(nèi)部形成的聚焦焦點和所述電極20,21具有一定的距離，以避免激光對發(fā)光區(qū)的性能的影響。

本發(fā)明的有益之處通過對比圖5和圖6來闡述，如圖5所示，目前傳統(tǒng)的單脈沖激光器在LED晶圓片4內(nèi)部形成聚焦焦點3，以一定的速度移動LED晶圓片4、使LED晶圓片4內(nèi)部形成改質(zhì)層5，所述改質(zhì)層5由一系列點間距均勻的焦點3組成，由于改質(zhì)層5的形成，在LED晶圓片4的上下兩個表面由于應力產(chǎn)生裂紋最終裂開LED晶圓片4，使其分離成單個芯粒。單脈沖激光器形成的改質(zhì)成寬度為d1，如圖5所示，聚焦焦點3形成的影響區(qū)域為一個近似橢圓的形狀。

如圖6所示為本發(fā)明運用脈沖串輸出的激光器所形成的聚焦焦點3’，在LED晶圓片4內(nèi)部形成改質(zhì)層5’，改質(zhì)層5’的寬度為d2，所述聚焦焦點3’形成的影響區(qū)域為一個近似的圓形。

通過大量實驗對比，發(fā)現(xiàn)對于相同的LED晶圓片，采用完全相同的外光路系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)，相同的切割速度，切割深度，激光頻率等，僅改變激光脈沖的輸出方式，使LED晶圓片切割分離，使用的激光加工功率有明顯差別，對于本發(fā)明實施提供的脈沖串方式輸出的激光器，切割功率明顯減小，斷面的改質(zhì)層寬度明顯減小。

由于切割功率的減小，可以明顯減小激光對LED晶圓片發(fā)光區(qū)的電極的影響，減小對LED晶圓片電性能的影響。

表1對比了一組數(shù)據(jù)：

表1

針對相同的LED晶圓片，僅改變激光脈沖的輸出方式，激光加工的功率有明顯差別。對于單脈沖激光器，在切割深度為40um，切割速度為600mm/s，激光器頻率為50kHz，使晶圓片裂開所需的功率為0.45w，在LED晶圓片的斷面形成的改質(zhì)層寬度值為25um。

相比之下，對于脈沖串方式輸出的激光器，如脈沖串內(nèi)子脈沖個數(shù)為6個，相鄰子脈沖時間間隔t3＝20ns，在切割深度為40um，切割速度為600mm/s，激光頻率為50kHz，使晶圓片裂開所需的功率為0.25w，在LED晶圓片斷面形成的改質(zhì)層寬度值為10um。

由此可知，使用脈沖串方式激光器切割LED晶圓片，單個脈沖包絡的能量E＝0.25w/50kHz＝5uj，每個字脈沖的能量Ei＝5uj/6＝0.83uj。對于單脈沖輸出方式的激光器，單點能量E＝0.45w/50kHz＝9uj。例如單脈沖激光器的脈沖寬度和脈沖串激光器的子脈沖寬度均為15ps，那么脈沖串激光器的子脈沖的峰值功率Ppeak＝0.83uj/15ps＝56kw，對于單脈沖激光器，峰值功率Ppeak＝9uj/15ps＝600kw。

通過上述對比可知，在切割相同的LED晶圓片，達到將其切割分離的目的，本發(fā)明實施提供的脈沖串方式輸出的激光器，其切割工藝參數(shù)來看，無論是從單點能量和峰值功率上來說，只有單脈沖激光器的1/10左右，如此低的單點能量和峰值功率可以大大減小激光對LED晶圓片的電性能的影響。

本發(fā)明提供了一種LED晶圓片的激光加工方法，通過運用一種脈沖串輸出方式輸出的脈沖激光器，降低切割所用的峰值功率，減少對LED晶圓發(fā)光區(qū)電極的影響，改良LED晶圓片激光切割后的電性良率，本發(fā)明實施提供的LED晶圓片激光加工方法在LED晶圓激光切割行業(yè)有廣泛的應用空間。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。