CN102658424B - 激光加工led衬底的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光加工LED衬底的系统及方法，该系统包括：飞秒脉冲种子激光源；激光放大扩束装置，对所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出线状光斑，所述线状光斑的长度大于等于LED衬底的直径；承载部件，用于承载所述LED衬底，所述线状光斑聚焦在所述LED衬底内或其表面上。本发明能够采用飞秒激光对LED衬底进行加工，有利于整合减薄和划片工艺，提高生产效率，降低生产成本。

Description

激光加工LED衬底的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工LED衬底的系统及方法，尤其涉及一种采用飞秒激光加工LED衬底的系统及方法。

背景技术

众所周知，LED晶圆是在蓝宝石或者碳化硅衬底上采用气相沉积的方法生长基于氮化镓系材料的发光有源层，目前普遍的LED晶圆尺寸为2英寸~4英寸。LED行业的发展、LED价格的降低以及发光效率的提升，带动了LED芯片的推广普及，从而也带动了应用于LED领域当中的各种技术。

在目前LED衬底加工的工艺过程中，其中一个步骤是通过物理研磨技术把LED衬底厚度减薄，从而改善LED散热性能以及提高出光效率等。但是采用传统的物理研磨技术，由于LED衬底材料的硬度很大（例如蓝宝石硬度为9，仅次于金刚石的硬度），通常的研磨颗粒都无法满足要求，因此必须利用含有硬度更高的研磨颗粒进行物理研磨（例如用含有金刚石颗粒的研磨液体），这种研磨颗粒不但价格昂贵，而且在使用之后很难重复利用，大大增加的生产成本。此外，从衬底材料的成本考虑，研磨结束后只有大约1/4的衬底材料得到保留，而有3/4的衬底材料是在研磨过程当中被消耗掉了，存在着大量的浪费，LED衬底材料价格也是制约着LED成本的一个重要因素，因此，如果被损耗掉的3/4衬底材料能够得到回收并重复利用，LED的成本将会得到大幅度的下降，但是经过物理研磨来减薄衬底的加工机理显然是无法满足这方面的要求的。

另外，LED衬底厚度需要从原始的450-500um研磨至80-100um，通常需较长时间并且反复的粗磨和细磨过程，以改善表面平整度，这样的过程不但耗时而且耗费昂贵。而且研磨过程中，需要依靠磨料加磨盘和负载的重力加快研磨速度，由于研磨位置靠近有源发光区域，此过程所产生的横向切削力也会对量子阱发光区造成影响。因此LED芯片的减薄方法仍然有待寻找更加新型的工艺技术，来实现降低生产成本和提高生产效率的目的。

另外，经过LED衬底的减薄步骤，为了在应用封装前将各个LED芯片分离，还需要对减薄后的LED衬底背面划出沟槽，从而便于LED晶圆的裂片。常用的划片方法包括早期的金刚石道具切割到目前普遍流行的紫外纳秒量级的脉冲激光划线切割。但是激光划片存在的一个重要问题是，划片过程中焦点处过高的激光能量导致热损伤，从而导致划片附近的裂纹扩散，或者热熔现象导致的发光效率降低等。另外一个激光划片的问题就是划片效率，从早期的3片/小时到目前主流的10片/小时，划片效率的快慢成为激光划片机的核心竞争因素。

综上，在LED衬底的加工工艺中，减薄和划片工艺是LED芯片制造过程中必不可少而且相互关联的步骤，但在传统的工艺方法中，这个两个步骤的所采用的技术方法完全不一样，相互独立，这会导致生产成本高，加工效率较低，而且在各自的工艺环节中也存在着效率低和加工质量低的问题。所以有必要改善传统的加工方法，提出一种新型的适应于LED衬底材料的加工方法，这样能够合并多个LED衬底加工工艺流程，提高生产效率，降低生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种激光加工LED衬底的系统及方法，能够采用飞秒激光对LED衬底进行加工，有利于整合减薄和划片工艺，提高生产效率，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光加工LED衬底的系统，包括：

飞秒脉冲种子激光源；

激光放大扩束装置，对所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出线状光斑，所述线状光斑的长度大于等于LED衬底的直径；

承载部件，用于承载所述LED衬底，所述线状光斑聚焦在所述LED衬底内或其表面上。

可选地，所述激光放大扩束装置包括：

激光放大器，对所述飞秒脉冲激光进行能量放大；

扩束透镜组合装置，对来自所述激光放大器的激光束进行扩束，使其尺寸覆盖所述LED衬底；

柱透镜，对来自所述扩束透镜组合装置的激光束进行线聚焦，输出所述线状光斑。

可选地，所述激光放大器将所述飞秒脉冲激光放大为mJ~J量级的激光束。

可选地，所述激光放大扩束装置还包括：

光闸，所述激光放大器输出的激光束经过所述光闸后传输至所述扩束透镜组合装置。

可选地，所述系统还包括：步进电机，驱动所述承载部件带动所述LED衬底沿垂直于所述线状光斑的方向移动，所述LED衬底在垂直于所述线状光斑的方向上划分为多步，所述步进电机带动所述LED衬底逐步移动以使所述线状光斑逐步扫描所述LED衬底。

可选地，所述系统还包括：同步控制器，对所述步进电机和光闸进行同步控制，使所述步进电机每移动一步后照射至所述LED衬底上的激光脉冲数目相同。

可选地，所述扩束透镜组合装置包括第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜，来自所述激光放大器的激光束依次透过所述第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜后出射，其中第一圆形凸透镜的焦距小于第二圆形凸透镜的焦距，且所述第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜之间的距离等于二者的焦距之和。

可选地，所述系统还包括：

调节机构，用于驱动所述柱透镜以及扩束透镜组合装置中的各凸透镜平移，平移的方向沿来自所述激光放大器的激光束的传播方向。

可选地，所述激光放大器包括：格兰棱镜、法拉第隔离器、半波片、激光谐振腔、泵浦激光器，其中，

所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光经过所述格兰棱镜反射后依次透过所述法拉第隔离器和半波片进入所述激光谐振腔的一侧；

所述泵浦激光器发出的泵浦激光进入所述激光谐振腔的另一侧；

所述激光谐振腔发出的经过能量放大的激光束依次透过所述半波片、法拉第隔离器和格兰棱镜后出射。

可选地，所述激光谐振腔包括：位于所述激光谐振腔一侧的第一反射镜、位于所述激光谐振腔另一侧的凹面镜、钛蓝宝石晶体、薄膜偏振片、普克尔盒，其中，

所述泵浦激光器发出的泵浦激光透过所述凹面镜进入所述钛蓝宝石晶体；

所述半波片出射的飞秒脉冲激光经由所述薄膜偏振片反射后透过所述普克尔盒入射至所述第一反射镜，所述第一反射镜反射出的飞秒脉冲激光透过所述普克尔盒和薄膜偏振片后进入所述钛蓝宝石晶体，所述飞秒脉冲激光和泵浦激光在所述钛蓝宝石晶体中的光斑重合。

可选地，所述线状光斑的峰值功率为10¹²~10¹⁵W。

本发明还提供了一种应用上述任一项所述的激光加工LED衬底的系统的LED衬底加工方法，包括：

将LED衬底放置在所述系统的承载部件上，所述LED衬底包括衬底和位于所述衬底上的外延层，所述LED衬底的外延层朝向所述承载部件；

将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，直至将所述衬底减薄；

将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦于所述衬底表面；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，在所述衬底表面形成多个平行于所述线状光斑的第一沟槽；

旋转所述LED衬底，使所述第一沟槽的延伸方向垂直于所述线状光斑；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，在所述衬底表面形成多个第二沟槽，所述第二沟槽和第一沟槽的延伸方向垂直。

可选地，将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内包括：将所述线状光斑聚焦在距离所述衬底和外延层的交界面70~100μm。

可选地，所述承载部件和外延层之间还设置有保护膜。

本发明还提供了一种应用上述任一项所述的激光加工LED衬底的系统的LED衬底加工方法，包括：

将LED衬底放置在所述系统的承载部件上，所述LED衬底包括衬底和位于所述衬底上的外延层，所述LED衬底的外延层朝向所述承载部件；

将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，直至将所述衬底减薄。

可选地，将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内包括：将所述线状光斑聚焦在距离所述衬底和外延层的交界面70~100μm。

可选地，所述承载部件和外延层之间还设置有保护膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的激光加工LED衬底的系统中，对飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出线状光斑，该线状光斑聚焦在LED衬底内或者其表面上，从而对LED衬底进行减薄和/或划片操作。由于飞秒激光的脉冲时间是普通纳秒激光脉冲时间的百万分之一，远远小于激光所产生的热传递到晶格的时间，因此可以彻底消除激光与LED衬底材料的相互作用所产生的热损伤对LED衬底的影响，大大提高出光效率和生产良率。

此外，采用本发明实施例的激光加工LED衬底的系统对LED衬底进行加工，可以将LED衬底的减薄和划片工艺整合，有利于提高生产效率，能够大大降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例的激光加工LED衬底的系统的结构框图；

图2是图1中的激光放大器的详细结构图；

图3是本发明实施例中放置在承载部件上的LED衬底在加工前的剖面图；

图4是本发明实施例中加工后的LED衬底的俯视图；

图5是本发明实施例中加工后的LED衬底的剖面图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1示出了本实施例的激光加工LED衬底的系统，包括：飞秒脉冲种子激光源12、激光放大扩束装置（包括激光放大器20、光闸21、扩束透镜组合装置、柱透镜11）、承载部件8、同步控制器22。

其中，飞秒脉冲种子激光源12用于发出飞秒脉冲激光。作为一个非限制性的例子，本实施例中的飞秒脉冲种子激光源12可以由锁模的光纤飞秒激光器实现，具体参数如下：脉冲宽度介于20~150fs，中心波长800nm，重复频率为20~80MHz，脉冲能量介于nJ～μJ量级，所发出的圆形光斑直径为5mm~10mm。

飞秒脉冲种子激光源12发出的飞秒脉冲激光依次经过激光放大器20、光闸21、第一凸透镜9和第二凸透镜10、柱透镜11后入射至承载部件8上的LED衬底。本实施例中该LED衬底包括堆叠的衬底100和外延层101，其中外延层101朝向承载部件8，衬底100朝向飞秒脉冲激光入射的方向，外延层101和承载部件8之间还可以设置有保护膜102，以防止对外延层101的损伤。

如图1所示，本实施例将LED衬底表面所在的平面定义为x-y平面，飞秒脉冲激光传播的方向定义为z方向，z方向垂直于x-y平面。

激光放大扩束装置用于对飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出线状光斑，该线状光斑的长度大于等于LED衬底的直径。本实施例中，该激光放大扩束装置包括：激光放大器20，对飞秒脉冲激光进行能量放大；扩束透镜组合装置，对来自激光放大器的激光束进行扩束，使其尺寸能够覆盖整个LED衬底；柱透镜11，对来自扩束透镜组合装置的激光束进行线聚焦，输出线状光斑。此外，该激光放大扩束装置还包括：光闸21，激光放大器20输出的激光束经过光闸后传输至扩束透镜组合装置，光闸21的开闭可以控制激光束是否出射。

其中，扩束透镜组合装置包括第一圆形凸透镜9和第二圆形凸透镜10，激光束依次透过第一圆形凸透镜9和第二圆形凸透镜10之后出射，其中第一圆形凸透镜的焦距9小于第二圆形凸透镜10的焦距，且第一圆形凸透镜9和第二圆形凸透镜10之间的距离等于二者的焦距之和。更加具体地，第二圆形凸透镜10的焦距为第一圆形凸透镜9的焦距的5~10倍，使得光斑从原始尺寸5mm~10mm扩大至能够覆盖整个LED衬底，例如对于2寸的LED衬底，扩束后的激光束的直径为60mm，对于4寸或更大尺寸的外延片，可以使用更多组圆形凸透镜组合来不断扩大激光光斑尺寸。本实施例的激光加工LED衬底的系统还包括调节机构（图1中未示出），能够调节第一圆形凸透镜9和第二圆形凸透镜10沿光轴的位置，即能够带动第一圆形凸透镜9和第二圆形凸透镜10沿激光束传播的方向平移。

扩束后的激光束经过柱透镜11，对激光束进行线聚焦，将光斑在x或y某一单一方向进行压缩，形成线状光斑。此外，本实施例中的调节结构也可以对柱透镜11进行平移，从而将线状光斑的聚焦位置调节至LED衬底中预定的区域，例如LED衬底表面或者内部。由于先前进行了扩束，因而柱透镜11出射的线状光斑的长度等于或者大于LED衬底的直径。

本实施例中，承载部件8由步进电机（图1中未示出）驱动，能够带动LED衬底沿垂直于线状光斑的方向移动，例如沿x方向或者y方向移动。例如，可以将LED衬底在垂直于线状光斑的方向上划分为多步，步进电机带动LED衬底逐步移动，以使所述线状光斑逐步扫描整个LED衬底。

同步控制器22可以对光闸21和步进电机进行同步控制，即控制步进电机带动LED衬底逐步扫描，并控制光闸21对应每一步扫描的曝光时间。本实施例中，同步控制器22发送出100Hz~200Hz的触发脉冲信号给步进电机和光闸21，设定了光闸21的曝光时间和步进电机停留在每一个扫描步骤的时间为5ms~10ms，从而使得每一扫描步骤中照射在LED衬底上的激光脉冲个数相同，均为5~10个，有利于保证被减薄的LED衬底表面具有良好的均匀性。

此外，本实施例中步进电机控制整个LED衬底在垂直于线状光斑的方向上进行一维方向的扫描，最终达到加工整个LED衬底的目的，这样的扫描方式与常规的反复的点阵列扫描相比，大大缩短了加工时间，提高了生产效率。

激光放大器20可以将飞秒脉冲激光放大为mJ~J量级的激光束，其具体结构可以是本领域技术人员所公知的任何适当的放大器结构。图2示出了本实施例中的激光放大器的具体结构，主要包括：格兰棱镜35、法拉第隔离器34、半波片33、激光谐振腔、泵浦激光器40，其中，激光谐振腔包括：凹面镜24、钛蓝宝石晶体25、薄膜偏振片29、谱克尔盒30、第一反射镜31。

飞秒脉冲种子激光源12发出的飞秒脉冲激光经过反射镜36反射至格兰棱镜35，再经过格兰棱镜35反射后依次透过法拉第隔离器34和半波片33，之后通过反射镜32和28的反射后进入激光谐振腔，在激光谐振腔中，经过薄膜偏振片29的反射后进入普克尔盒30，透过普克尔盒30后被第一反射镜31再次反射回普克尔盒30，透过普克尔盒30后透过薄膜偏振片29传播至反射镜27，经过反射镜27、反射镜26的反射进入钛蓝宝石晶体25。另一方面，泵浦激光器40发出的泵浦激光经过凸透镜41后，由反射镜23反射进入激光谐振腔，在激光谐振腔中透过凹面镜24之后进入钛蓝宝石晶体25，泵浦激光和飞秒脉冲激光在钛蓝宝石晶体25上形成的光斑重合。

飞秒脉冲种子激光源12发出的飞秒脉冲激光经过激光放大器时，通过不断吸收泵浦激光器40的能量，使得飞秒脉冲激光的光脉冲能量从nJ-uJ量级达到mJ-J量级，重复频率为1kHz。激光放大器的具体工作过程为：首先由飞秒脉冲种子激光源12发出的飞秒脉冲激光通过平面反射镜36反射进入激光放大器中。在激光放大器中，泵浦激光器40发出波长为527nm的泵浦激光，泵浦激光经过凸透镜41和反射镜23进入放大谐振腔，该放大谐振腔的两侧分别为凹面镜24和第一反射镜31，腔内增益物质为钛蓝宝石晶体25。首先，泵浦激光的能量汇聚在钛蓝宝石晶体25上，使其达到粒子数反转，形成飞秒脉冲激光被放大的前提条件。另外，由反射镜36反射的飞秒脉冲激光经过格兰棱镜35反射，透过法拉第隔离器34以及半波片33，被反射镜32和28反射进入激光谐振腔，飞秒脉冲激光在激光谐振腔内经过振荡不断通过处于粒子数反转状态的钛蓝宝石晶体25上，使得飞秒脉冲激光的脉冲能量不断得到放大。而且，在激光谐振腔内安装有普克尔盒30以及薄膜偏振片29，使得激光谐振腔处于调Q运转状态，使得飞秒脉冲激光在激光谐振腔内振荡时处于P偏振态，当改变普克尔盒30的电压时，飞秒脉冲激光的偏振态转变为S偏振，从而被薄膜偏振片29反射到激光谐振腔外，再由反射镜28和32反射，使其再次通过半波片33和法拉第隔离器34，调节半波片33使输出激光由S偏正转变为P偏振，最后由格兰棱镜35透射输出能量为mJ-J的激光束，其重复频率为1KHz。该激光束经过柱透镜11线聚焦之后，焦点处的线状光斑的峰值功率为10¹²~10¹⁵W。

本实施例提供的激光加工LED衬底的系统通过极高瞬时能量的激光来气化宽禁带LED衬底材料，具体过程为：经过激光放大器放大的飞秒脉冲激光在经过柱透镜的聚焦，其瞬时能量达到指数级的增加，材料在线状光斑处会产生剧烈的非线性效应，从而产生多光子吸收过程，也就是说在激光焦点处，材料物质能够在同一时刻吸收多个光子能量，从而使得对于可见光透明的宽禁带物质（例如蓝宝石）可以吸收可见光波段的光子能量（例如飞秒激光通常位于近红外光波），从而达到分解衬底材料的目的。这样的过程极大地消除了激光加工中，材料对波长的选择性，大大灵活了激光加工材料的区域选择。而且，飞秒激光加工LED衬底过程中，衬底材料对激光脉冲能量的吸收过程是在飞秒时间内完成的，远远小于激光所产生的热传递到晶格的时间（通常为皮秒量级），因此消除了激光与材料的相互作用产生的热效应，从而彻底消除了热损伤对外延层的影响，此外激光加工区域的形貌质量也得到了改善，增加了出光效率。

本实施例还提供了一种对LED衬底进行减薄和划片的方法，该方法应用了图1中所示的激光加工LED衬底的系统，下面结合图1和图3至图5对加工过程进行详细描述。

首先提供LED衬底，该LED衬底包括衬底100和位于衬底100上的外延层101；

之后将该LED衬底防止在承载部件8上，该LED衬底中的外延层101朝向承载部件8，衬底100朝向激光入射的方向。本实施例中，在承载部件8和外延层101之间还设置有保护膜102。例如可以将外延层101粘贴在保护膜102上，之后再放置在承载部件8上。

接下来，将激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在衬底100内。具体地，在眼激光传播的光路上，调整第一圆形凸透镜9和第二圆形凸透镜10的位置，使得第二圆形凸透镜出射的激光束是经过准直的，其发出的原型光斑尺寸从原始直径5mm~10mm扩展大能够覆盖整个衬底100。当然，在其他具体实施例中，如果经过一组圆形凸透镜组合后光斑尺寸仍然小于LED衬底的尺寸，那么可以在沿光路传播方向上，在第二圆形凸透镜10的后面继续增加一组或多组圆形凸透镜组合来不断扩大光斑尺寸，直至能够覆盖整个LED衬底，同时通过调节各个圆形凸透镜的水平位置来保证透过最后一个圆形透镜的激光束是经过准直的。从第二圆形凸透镜10出射的经过扩束、准直的激光束透过柱透镜11进行线聚焦，通过调整柱透镜11沿光路的位置使得焦点在衬底100内部，本实施例中具体为距离衬底（本实施例为蓝宝石衬底）100和外延层（本实施例中为氮化镓）101的交界面70~100μm，聚焦后的线状光斑的长度大于等于LED衬底的直径。

之后驱动承载部件8沿垂直于线状光斑的方向逐步移动，直至将衬底100减薄。具体地，可以对同步控制器22进行编程，使其同步控制步进电机和光闸21，也即设定光闸21的曝光时间和步进电机停留在每一个扫描步骤的时间为5ms~10ms。设定步进电机的扫描方式，控制承载部件8的扫描方向沿垂直于线状光斑方向，也即沿着x方向（如果线状光斑沿y方向）或y方向（如果线状光斑沿y方向）扫描一次，扫描补偿可以控制在0.5~2μm，剥离掉的衬底100的厚度为350~380μm，使得剩余的衬底100的厚度为70~100μm。至此完成了LED衬底的减薄过程。

现有技术中，传统的用于加工LED衬底的纳秒激光器的脉冲时间是固定在纳秒（10^-6s）量级，输出的脉冲能量是mJ-J量级，即使通过透镜聚焦的方式，焦点处的峰值功率也仅为兆瓦（106W）量级，很难达到蓝宝石材料非线性效应的阈值，蓝宝石材料无法吸收激光能量，因此很难气化蓝宝石材料而达到减薄衬底的目的。另一方面，即使通过不断增加激光器的脉冲输出能量来满足蓝宝石材料气化所要求的激光能量阈值来减薄衬底，首先的一个缺点是过大的激光脉冲输出能量在与物质相互作用时，会产生强烈的应力扩散，会严重影响外延层。另外，由于纳秒激光器的脉冲时间较长，加工材料过程中本身就伴随着热损伤，过大激光脉冲输出能量会使得这种热损伤更加严重，会破坏整个LED衬底的外延层。

而本实施例中，激光放大器20输出的激光束能量同样为mJ~J量级，避免了激光脉冲输出能量过大的负面影响，通过线聚焦后，在焦点处的峰值功率为10¹²~10¹⁵W量级，这样的峰值功率很容易达到蓝宝石材料的能量阈值，达到加工蓝宝石衬底的目的。同时由于飞秒激光的脉冲时间远远小于纳秒激光的脉冲时间，这意味着激光与物质相互作用的时间远远小于激光与物质相互作用所产生的热传递到物质晶格的时间，因此在加工蓝宝石衬底过程中，可以消除热损伤对外延层的影响。

在减薄之后，还可以对减薄后的衬底100表面进行平整化，平整化的方法例如可以是化学抛光等，之后再进行划片。

将LED衬底放置在承载部件8上，将激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在衬底100的表面上。具体地，例如可以通过调整柱透镜11沿光路的位置来改变焦点位置，使得线聚焦后的线状光斑位于衬底100表面。

驱动承载部件8沿垂直于线状光斑的方向逐步移动，在衬底100表面形成多个平行于线状光斑的第一沟槽；之后旋转整个LED衬底，例如旋转90°后使得第一沟槽的延伸方向垂直于线状光斑的延伸方向，并驱动承载部件8沿垂直于线状光斑的方向再做一次逐步的扫描移动，在衬底100表面上形成多个第二沟槽，第二沟槽和第一沟槽的延伸方向垂直，形成如图4所示的网状结构。上述两次扫描的补偿可以根据不同尺寸的芯片大小而设定，形成网状交叉的第一沟槽和第二沟槽，便于后续的芯片分离工艺。

采用本实施例提供的激光加工LED衬底的系统和方法，能够将减薄和划片工艺整合，只需要调节线状光斑的聚焦位置以及扫描方式就可以完成减薄和划片，有利于提高生产效率，能够大大降低生产成本。

本实施例还提供了一种采用图1的系统对LED衬底进行减薄的方法，其过程与前述实施例中减薄加划片的工艺过程中的减薄工艺相同，只是并不进行减薄后的形成第一沟槽和第二沟槽的步骤，这里不再赘述。

需要说明的是，本实施例中LED衬底中的衬底材料是蓝宝石，但是在其他具体实施例中还可以是碳化硅、氧化铝、氮化镓、氧化锌等，此外，本实施例的激光加工系统和方法也不仅限于LED衬底，也可以用于加工其他微电子器件以及各种薄膜衬底材料。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种激光加工LED衬底的系统，其特征在于，包括：

飞秒脉冲种子激光源；

激光放大扩束装置，对所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出线状光斑，所述线状光斑的长度大于等于LED衬底的直径；

承载部件，用于承载所述LED衬底，所述线状光斑聚焦在所述LED衬底内或其表面上以对所述LED衬底进行减薄和/或划片操作；

其中，所述激光放大扩束装置包括：

激光放大器，对所述飞秒脉冲激光进行能量放大；

扩束透镜组合装置，对来自所述激光放大器的激光束进行扩束，使其尺寸覆盖所述LED衬底；

柱透镜，对来自所述扩束透镜组合装置的激光束进行线聚焦，输出所述线状光斑；

光闸，所述激光放大器输出的激光束经过所述光闸后传输至所述扩束透镜组合装置；

步进电机，驱动所述承载部件带动所述LED衬底沿垂直于所述线状光斑的方向移动，所述LED衬底在垂直于所述线状光斑的方向上划分为多步，所述步进电机带动所述LED衬底逐步移动以使所述线状光斑逐步扫描所述LED衬底；

同步控制器，对所述步进电机和光闸进行同步控制，使所述步进电机每移动一步后照射至所述LED衬底上的激光脉冲数目相同。

2.根据权利要求1所述的激光加工LED衬底的系统，其特征在于，所述激光放大器将所述飞秒脉冲激光放大为mJ～J量级的激光束。

3.根据权利要求1所述的激光加工LED衬底的系统，其特征在于，所述扩束透镜组合装置包括第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜，来自所述激光放大器的激光束依次透过所述第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜后出射，其中第一圆形凸透镜 的焦距小于第二圆形凸透镜的焦距，且所述第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜之间的距离等于二者的焦距之和。

4.根据权利要求3所述的激光加工LED衬底的系统，其特征在于，还包括：

调节机构，用于驱动所述柱透镜以及扩束透镜组合装置中的各凸透镜平移，平移的方向沿来自所述激光放大器的激光束的传播方向。

5.根据权利要求1所述的激光加工LED衬底的系统，其特征在于，所述激光放大器包括：格兰棱镜、法拉第隔离器、半波片、激光谐振腔、泵浦激光器，其中，

所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光经过所述格兰棱镜反射后依次透过所述法拉第隔离器和半波片进入所述激光谐振腔的一侧；

所述泵浦激光器发出的泵浦激光进入所述激光谐振腔的另一侧；

所述激光谐振腔发出的经过能量放大的激光束依次透过所述半波片、法拉第隔离器和格兰棱镜后出射。

6.根据权利要求5所述的激光加工LED衬底的系统，其特征在于，所述激光谐振腔包括：位于所述激光谐振腔一侧的第一反射镜、位于所述激光谐振腔另一侧的凹面镜、钛蓝宝石晶体、薄膜偏振片、普克尔盒，其中，

所述泵浦激光器发出的泵浦激光透过所述凹面镜进入所述钛蓝宝石晶体；

所述半波片出射的飞秒脉冲激光经由所述薄膜偏振片反射后透过所述普克尔盒入射至所述第一反射镜，所述第一反射镜反射出的飞秒脉冲激光透过所述普克尔盒和薄膜偏振片后进入所述钛蓝宝石晶体，所述飞秒脉冲激光和泵浦激光在所述钛蓝宝石晶体中的光斑重合。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光加工LED衬底的系统，其特征在于，所述线状光斑的峰值功率为10¹²～10¹⁵W。

8.一种应用权利要求1至7中任一项所述的激光加工LED衬底的系统的LED 衬底加工方法，其特征在于，包括：

将LED衬底放置在所述系统的承载部件上，所述LED衬底包括衬底和位于所述衬底上的外延层，所述LED衬底的外延层朝向所述承载部件；

将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，直至将所述衬底减薄；

将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦于所述衬底表面；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，在所述衬底表面形成多个平行于所述线状光斑的第一沟槽；

旋转所述LED衬底，使所述第一沟槽的延伸方向垂直于所述线状光斑；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，在所述衬底表面形成多个第二沟槽，所述第二沟槽和第一沟槽的延伸方向垂直。

9.根据权利要求8所述的LED衬底加工方法，其特征在于，将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内包括：将所述线状光斑聚焦在距离所述衬底和外延层的交界面70～100μm。

10.根据权利要求8所述的LED衬底加工方法，其特征在于，所述承载部件和外延层之间还设置有保护膜。

11.一种应用权利要求1至7中任一项所述的激光加工LED衬底的系统的LED衬底加工方法，其特征在于，包括：

将LED衬底放置在所述系统的承载部件上，所述LED衬底包括衬底和位于所述衬底上的外延层，所述LED衬底的外延层朝向所述承载部件；

将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内；

驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，直至将所述衬底减薄。

12.根据权利要求11所述的LED衬底加工方法，其特征在于，将所述系统的 激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内包括：将所述线状光斑聚焦在距离所述衬底和外延层的交界面70～100μm。

13.根据权利要求11所述的LED衬底加工方法，其特征在于，所述承载部件和外延层之间还设置有保护膜。