CN102070119B - 一种薄硅片的弯曲成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄硅片的弯曲成形方法，利用Nd:YAG脉冲激光器对薄硅片进行扫描，通过激光与薄硅片材料的热作用为薄硅片弯曲提供动力和温度条件。本发明在激光扫描阶段不需要提供额外的温度环境，弯曲成形主要利用激光与材料的热作用实现硅片的塑性特征，进而通过上下表面不同温度产生的应力差而实现。本发明利用1064nm脉冲激光实现了0.1～0.3mm厚度硅材料的弯曲成形，可以得到30度的弯曲角度，弯曲质量良好；同时操作方便，工艺简单，利于实现自动化。本发明采用的激光弯曲技术属于非接触加工形式，对材料表面没有接触损伤，可以有效避免弯曲过程硅片因受到外力接触而造成的破损。

Description

一种薄硅片的弯曲成形方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制造技术，特别是一种薄硅片的弯曲成形方法。
背景技术
随着光电子技术的发展，半导体器件已经不仅仅满足在平面尺寸的制造，也增加了对复杂曲面的需求，特别是翘曲薄硅粱的应用等，因此要求我们在传统的微厚度平面结构器件上进行进一步的加工。此时半导体硅材料厚度较薄，如采用传统的外力成形则易导致材料破损，因此必须在高温条件下开展外力成形；而采用传统化学刻蚀手段实现弯曲加工则制造周期较长，且控制难度大，对环境也有一定程度的污染。
Joachim Fruhauf，Eva Gartner和Erhard Jansch.“硅的塑性[J]”，《微机械微工程学报》9(1999)305-312.公开了一种传统外力高温硅片弯曲成形方法，其硅片厚度仅为50um，其主要步骤是：
1、把待弯曲硅片放入保温炉中，加热至900摄氏度，使得硅片展现出塑性特征；
2、使用一定外力冲击待弯曲硅片，达到弯曲成形目的。
但上述方法存在以下缺点：
1、需要提供高温环境，不利于实施。高温环境使得硅片展现出塑性，硅片在展现塑性后才可以弯曲成形。
2、厚度单一，仅给出了50um厚度的弯曲结果。厚度对外力大小较为敏感，若相对较厚则外力成形不易控制，厚度过大，硅片容易破碎。
3、外力弯曲属于接触加工，且需要严格控制外力大小，易导致硅片的直接破坏。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种在室温环境便可对0.1～0.3mm厚度薄硅片进行非接触式加工的薄硅片的弯曲成形方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种薄硅片的弯曲成形方法，利用Nd:YAG脉冲激光器输出的波长为1064nm的激光束对薄硅片进行扫描，通过激光与薄硅片材料的热作用为薄硅片弯曲提供动力和温度条件，具体包括以下步骤：
A、选择被扫描长度2～10mm、厚度0.1～0.3mm的薄硅片，用去离子水清洗干净；
B、将薄硅片安装于预先调整好的工作台上，并利用固定夹具使其一端固定；将Nd:YAG脉冲激光器的脉冲宽度选择在1～10ms之间，通过在线视频系统调整聚焦透镜，在确定激光束焦点位置后，移动激光束焦点位置使离焦量f在15～25mm之间；设定激光束的扫描路径的起点位置为距薄硅片一侧外3～5mm处、终点为距薄硅片另一侧外3～5mm；最后调试激光参数，使线能量密度在0.3～1.0J/mm之间，并按照实际需要确定扫描次数；
C、按照预先设定好的扫描路径，对硅片进行扫描；扫描过程中硅片发生弯曲，最终弯曲角度的大小取决于扫描次数的多少，扫描次数越多则弯曲角度越大，直到达到弯曲成形的要求。
本发明所述的Nd:YAG脉冲激光器为JK701H型脉冲激光器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出了采用Nd:YAG脉冲激光在室温条件下对0.1～0.3mm厚度薄硅片进行弯曲成形，获得了良好的弯曲效果；激光扫描阶段不需要提供额外的温度环境，弯曲成形主要利用激光与材料的热作用实现硅片的塑性特征，进而通过上下表面不同温度产生的应力差而实现。
2、本发明利用1064nm脉冲激光实现了0.1～0.3mm厚度硅材料的弯曲成形，可以得到30度的弯曲角度，弯曲质量良好；同时操作方便，工艺简单，利于实现自动化。
3、本发明采用的激光弯曲技术属于非接触加工形式，对材料表面没有接触损伤，可以有效避免弯曲过程硅片因受到外力接触而造成的破损。
附图说明
本发明共有附图2张，其中：
图1是本发明的成形设备示意图。
图2是本发明的扫描路径示意图。
图中：1、在线视频系统，2、聚焦透镜，3、激光束，4、激光束焦点位置，5、薄硅片，6、固定夹具，7、扫描路径。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种薄硅片的弯曲成形方法，利用Nd:YAG脉冲激光器输出的波长为1064nm的激光束3对硅片进行扫描，通过激光束3与薄硅片5材料的热作用为薄硅片5弯曲提供动力和温度条件，具体包括以下步骤：
A、选择被扫描长度2～10mm、厚度0.1～0.3mm的薄硅片5，用去离子水清洗干净；
B、将薄硅片5安装于预先调整好的工作台上，并利用固定夹具6使其一端固定；将Nd:YAG脉冲激光器的脉冲宽度选择在1～10ms之间，通过在线视频系统1调整聚焦透镜2，在确定激光束焦点位置4后，移动激光束焦点位置4使离焦量f在15～25mm之间；设定激光束3的扫描路径7的起点位置为距薄硅片5一侧外3～5mm处、终点为距薄硅片5另一侧外3～5mm；最后调试激光参数，使线能量密度在0.3～1.0J/mm之间，并按照实际需要确定扫描次数；
C、按照预先设定好的扫描路径7，对薄硅片5进行扫描；扫描过程中薄硅片5发生弯曲，最终弯曲角度的大小取决于扫描次数的多少，扫描次数越多则弯曲角度越大，直到达到弯曲成形的要求。
本发明所述的Nd:YAG脉冲激光器为JK701H型脉冲激光器。
本发明可实现厚度0.1～0.3mm厚度薄硅片5的弯曲成形，表面质量良好，0.1mm、0.2mm和0.3mm厚的薄硅片5弯曲角度分别可达到30度、20度和10度。

Claims (2)

1.一种薄硅片的弯曲成形方法，其特征在于：利用Nd:YAG脉冲激光器输出的波长为1064nm的激光束(3)对薄硅片(5)进行扫描，通过激光束(3)与薄硅片(5)材料的热作用为薄硅片(5)弯曲提供动力和温度条件，具体包括以下步骤：
A、选择被扫描长度2～10mm、厚度0.1～0.3mm的薄硅片(5)，用去离子水清洗干净；
B、将薄硅片(5)安装于预先调整好的工作台上，并利用固定夹具(6)使其一端固定；将Nd:YAG脉冲激光器的脉冲宽度选择在1～10ms之间，通过在线视频系统(1)调整聚焦透镜(2)，在确定激光束焦点位置(4)后，移动激光束焦点位置(4)使离焦量f在15～25mm之间；设定激光束(3)的扫描路径(7)的起点位置为距薄硅片(5)一侧外3～5mm处、终点为距薄硅片(5)另一侧外3～5mm；最后调试激光参数，使线能量密度在0.3～1.0J/mm之间，并按照实际需要确定扫描次数；
C、按照预先设定好的扫描路径(7)，对薄硅片(5)进行扫描；扫描过程中薄硅片(5)发生弯曲，最终弯曲角度的大小取决于扫描次数的多少，扫描次数越多则弯曲角度越大，直到达到弯曲成形的要求。
2.根据权利要求1所述的一种薄硅片的弯曲成形方法，其特征在于：所述的Nd:YAG脉冲激光器为JK701H型脉冲激光器。
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王续跃等.硅片激光弯曲成形的数值模拟与实验.《光学精密工程》.2008,第16卷(第4期),"3.1 定点单脉冲作用效果"、"5 验证实验"，图2、8和9.
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