CN101844276A

CN101844276A - 紫外激光加工光学传导装置

Info

Publication number: CN101844276A
Application number: CN201010118079A
Authority: CN
Inventors: 刘红英; 赵志伟; 张孝其
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明提供了一种紫外激光加工光学传导装置，涉及半导体、微电子等器件激光加工设备技术领域。本发明将激光传输机构与图形识别对准机构集成于一体，并设有激光聚焦位置Z向微调机构。采用此装置可以提高激光与图形传输同轴度、激光焦点Z向位置准确度，激光与图形聚焦位置准确度，并可使紫外激光加工过程实现实时监视，其操作简便、准确度高。尤其适用于发光二极管晶片、半导体晶圆、太阳能硅片等材料的激光加工。

Description

紫外激光加工光学传导装置

技术领域

本发明涉及半导体、微电子等器件的紫外激光加工设备技术领域。

背景技术

在半导体、微电子等器件制造行业，特别是对LED(发光二极管)晶片、半导体晶圆、太阳能硅片等材料的直线划槽加工领域，紫外激光加工已成为主要的加工方式。作为紫外激光加工设备的重要组成部分--光学传导装置是紫外激光加工设备制造的关键技术。然而，许多半导体、微电子器件的紫外激光加工设备其光学传导装置多采用激光传输与图形对准识别“异轴”，虽然也有“同轴”传输，但其结构使激光传输同轴度、激光焦点Z向位置准确度、激光与图形聚焦位置重合度等的调试，难以达到高准确度、自动快捷要求，更是难以实现激光加工过程实时监视的功能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种紫外激光加工光学传导装置，该装置结构紧凑，采用此装置可以提高激光与图形传输同轴度、激光焦点Z向位置准确度，激光聚焦与图形聚焦位置重合度，并可使紫外激光加工过程实现实时监视，其操作简便、准确度高。尤其适用于LED(发光二极管)晶片、半导体晶圆、太阳能硅片等材料的激光加工。

本发明是这样实现的：一种紫外激光加工光学传导装置，其特征在于将激光传输机构和与激光与图形识别对准机构集成于一体，并设有激光聚焦位置Z向微调机构。激光传输机构的结构为：激光器输出激光，经激光扩束镜扩束，经聚焦镜聚焦，作用于工件的被加工表面；激光与图形识别对准机构的结构为：工件表面图形经光源镜头、光源光照明，经第3转向镜、第4转向镜图形传输、经聚焦镜图形聚焦，传输于CCD摄像头和，使工件表面图形识别并与激光光斑对准；激光聚焦位置Z向微调机构把聚焦镜固定于能够自动移动的精密滑动台溜板上，使聚焦镜在Z向准确移动并定位。

所述的激光扩束镜和聚焦镜间可设有第1转向镜、第2转向镜、第3转向镜，其中1个或几个。

所述的各激光及图形传输镜均装在相应的座体上，并设有相应的定位套。

所述的激光器的输出激光同轴于扩束镜、聚焦镜，且垂直于工件的被加工表面。

所述的激光聚焦位置Z向微调机构的较好结构为：聚焦镜固定在溜板上，溜板与导轨滑块相连，导轨与导轨底座相连，导轨和导轨滑块滑动配合，步进电机与滚珠丝杠相连，滚珠丝杠与溜板相连，聚焦镜和第5定位套相连。

所述的激光器为可输出355纳米等的紫外激光激光器，经聚焦镜聚焦后，产生高能量密度的微米级激光光斑。

本发明具有突出的技术效果：它克服了已有技术之不足，很好地解决了现有技术中长期存在且一直未解决的问题，该装置结构紧凑，采用此装置可以提高激光与图形传输同轴度、激光焦点Z向位置准确度，激光与图形聚焦位置准确度，并可使紫外激光加工过程实现实时监视，其操作简便、准确度高。本发明的激光传输同轴度高、图形识别分辨率与图形对准精度高，激光聚焦位置定位准确可靠，激光传输与图形识别对准同轴聚焦位置(径向和轴向)准确度高，调试简单。可进一步提高紫外激光加工设备精度和激光加工工艺性能。尤其适用于LED(发光二极管)晶片、半导体晶圆、太阳能硅片等材料的的激光划槽加工。

以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明紫外激光加工光学传导装置结构原理示意图。

图2为图1中激光传导部分的结构示意图。

图3为图1中图形对准识别部分的结构示意图。

图4本发明中激光聚焦Z向定位机构的结构示意图。

图中各标号含义：1-激光器，2-扩束镜，3-第1转向镜一，4-第2转向镜，5-第3转向镜，6-聚焦镜，7-工件，8-CCD摄像头，9-图形识别镜头，10-第4转向镜，11-光源镜头，12-光源，13-第1定位套，14-第2定位套，15-第1调整螺钉，16-第1转向镜座体，17-第三定位套，18-第2转向镜座体，19-第2调整螺钉，20-第4定位套，21-第3转向镜座体，22-第5定位套，23-第3调整螺钉，24-调整垫，25-第4调整螺钉，26-调整螺钉，27-固定座，28-调整螺钉，29-第4转向镜固定轴，30-第3转向镜固定轴，31-步进电机，32-导轨底座，33-溜板34-滚珠丝杠，35-导轨滑块，36导轨。

具体实施方式

见图1～图4，为一种适用于紫外激光加工设备的光学传导装置，本装置将激光传输机构与图形识别对准机构集成于一体，并设有激光聚焦位置Z向微调机构。激光传输机构主要把激光器1输出激光，经激光扩束镜2扩束，第1转向镜3、第2转向镜4、第3转向镜5转向和聚焦镜6聚焦，作用于工件7的被加工表面，使工件7表面产生一定形状、位置要求的直线槽；激光与图形识别对准机构主要把工件7表面图形及激光划槽经光源镜头11、光源12光照明，经第3转向镜5、第4转向镜10图形传输、聚焦镜6图形聚焦，传输于图形识别CCD摄像头8和9，使工件7表面图形及划槽识别并与激光光斑对准。其中各激光及图形传输镜均装在相应的座体上，并设有相应的定位套。激光器1的输出激光同轴于扩束镜2、聚焦镜6，且垂直于工件7的被加工表面；激光聚焦设有激光聚焦位置Z向微调机构，其结构为所述的聚焦镜6固定在溜板33上，溜板33与导轨滑块35相连，导轨36与导轨底座32相连，导轨滑块35和导轨36滑动配合，步进电机31与滚珠丝杠34相连、滚珠丝杠34与溜板33相连，聚焦镜6和第五定位套22相连。激光器1为可输出355纳米紫外激光的激光器，其输出激光经聚焦镜6聚焦后，产生高能量密度的微米级激光光斑。

具体应用如下：

1、激光传输使激光器1输出355纳米紫外激光，经激光扩束镜2、第1转向镜3、第2转向镜4、第3转向镜5转向和聚焦镜6聚焦产生高能量密度的微米级激光光斑，并作用于工件7被加工表面，实现对LED(发光二极管)晶片、半导体晶圆、太阳能硅片等材料的激光加工结构功能要求。

2、激光与图形识别对准使工件7表面图形经光源镜头11、光源12光照明，经第3转向镜5、第4转向镜10图形传输，经聚焦镜6图形聚焦，经CCD摄像头8和9图形识别，使工件7表面图形识别，并与激光光斑位置对准，实现对工件7表面图形的识别对准功能要求。

3、激光加工过程时实监视使CCD摄像头8实时摄取工件7表面图形及激光划槽，使工件7表面的划切槽与其表面图形定位，实现对工件7等材料的激光加工过程时实监视功能要求。

4.激光聚焦Z向位置微调使聚焦镜6在Z向自动移动，使聚焦镜6与工件7被加工表面准确定位。

通过以上应用，使作用工件7表面的355纳米紫外激光产生高能量密度的微米级光斑，使工件7表面图形与激光光斑识别对准，使聚焦镜6与工件7被加工表面准确定位，使工件7表面划切槽状态时实监视，达到激光加工功能要求。

激光传输同轴度调试：

在进行激光传输同轴度调试时，具体调试如下：

1、通过调整调整垫24使激光器1输出的355纳米紫外激光束中心与扩束镜2中心等高，与工件7表面(水平面)平行；

2、通过调整第4调整螺钉25，使激光器1输出的355纳米紫外激光束中心轴与扩束镜2中心轴同轴；

3、通过使用第1定位套13、第2定位套14、第三定位套17、第4定位套20、第5定位套22，使扩束镜2、聚焦镜6、第1转向镜座体16、第2转向镜座体18、第3转向镜座体21定位安装。

4、通过调整第1调整螺钉15、第2转向镜4、第3调整螺钉23使激光器1输出的激光束与第1转向镜3、第2转向镜4、第3转向镜5呈45°斜面垂直，与件6(聚焦镜)中心轴同轴。

通过以上调试，使激光器1输出的激光束与工件7表面(水平面)垂直，并与扩束镜2、聚焦镜6同轴，达到激光传输同轴度要求。

图形识别对准聚焦位置与激光聚焦位置重合度调试：

在进行图形识别对准聚焦位置与激光聚焦位置重合度调试时，具体调试如下：

1、通过调整调整螺钉26，使图形识别对准聚焦位置与激光聚焦位置Z向重合；

2、通过调整扩束镜2、固定座27，使图形聚焦位置与激光焦点位置X向、Y向重合；

3、通过调整第4转向镜固定轴29，使CCD摄像头8、图形识别镜头9摄取的LED晶片表面图形幅面与第4转向镜10呈45°斜面垂直，使工件7表面图形与激光光斑位置对准。

4、通过调整光源镜头11，使光源12光照均匀，使光照中心与激光光斑位置对准。

通过以上调试，使被加工件表面图形清晰识别，并与激光光斑位置对准，达到图形聚焦位置与激光聚焦位置重合度要求。

激光聚焦Z向位置准确度调试：

在进行激光聚焦Z向位置准确度调试时，具体调试如下：

通过调整步进电机31、导轨底座32、滚珠丝杠34、溜板33、导轨36、导轨滑块35，使聚焦镜6的Z向移动与工件7表面垂直；通过自动移动定位溜板33，使聚焦镜6的Z向位置与激光器1输出激光束要求的聚焦位置重合；

通过以上调试，使聚焦镜6的Z向移动与工件7表面垂直，使聚焦镜6的Z向位置与激光器1输出激光束要求的聚焦位置重合。达到激光聚焦Z向定位精度要求。

综上所述，本发明达到了激光传输、图形识别对准、激光加工过程时实监视功能要求。实现了激光传输同轴度、激光聚焦Z向定位准确度、激光聚焦位置与图形对准识别聚焦位置重合度的调试性能要求。本发明使激光传输同轴度、图形识别对准度提高，使激光聚焦定位精度、激光聚焦位置与图形识别对准聚焦位置重合度提高。本发明为提高紫外激光加工设备精度和激光加工工艺性能提供了结构装置和方法措施。本发明操作方便，实用性强，非常具有产业化前景。凡采用、变换或者替换完成的类似LED(发光二级管)晶片、半导体晶圆、太阳能硅片等材料的紫外激光加工光学传导装置，均在本发明权利保护及公开范围之内。

Claims

1.紫外激光加工光学传导装置，其特征在于将激光传输机构与激光与图形识别对准机构集成于一体，并设有激光聚焦位置Z向微调机构；激光传输机构的结构为：激光器(1)输出激光，经激光扩束镜(2)扩束，经聚焦镜(6)聚焦，作用于LED晶片(7)的被加工表面；激光与图形识别对准机构的结构为：工件(7)表面图形经光源镜头(11)、光源(12)光照明，经第3转向镜(5)、第4转向镜(10)图形传输、经聚焦镜(6)图形聚焦，传输于CCD摄像头(8)和(9)，使工件(7)表面图形识别并与激光光斑对准；激光聚焦位置Z向微调机构把聚焦镜(6)固定于能够自动移动的精密滑动台溜板(33)上，使聚焦镜(6)在Z向准确移动并定位。

2.根据权利要求1所述的紫外激光加工光学传导装置，其特征在于在激光扩束镜(2)和聚焦镜(6)间设有第1转向镜(3)、第2转向镜(4)、第3转向镜(5)，其中1个或几个。

3.根据权利要求1所述的紫外激光加工光学传导装置，其特征在于各激光及图形传输镜均装在相应的座体上，并设有相应的定位套。

4.根据权利要求1所述的紫外激光加工光学传导装置，其特征在于所述的激光器(1)的输出激光同轴于扩束镜(2)、聚焦镜(6)，且垂直于工件(7)的被加工表面。

5.根据权利要求1所述的紫外激光加工光学传导装置，其特征在于所述的激光聚焦位置Z向微调机构的结构为：聚焦镜(6)固定在溜板(33)上，溜板(33)与导轨滑块(35)相连，导轨(36)与导轨底座(32)，导轨(36)和导轨滑块(35)滑动配合，步进电机(31)与滚珠丝杠(34)相连，滚珠丝杠与溜板(33)相连，聚焦镜(6)和第5定位套(22)相连。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述紫外激光加工光学传导装置，其特征在于所述的激光器(1)为可输出355纳米紫外激光的激光器，经聚焦镜(6)聚焦后，产生高能量密度的微米级激光光斑。