CN102990227A - 单一波长多层雷射加工的方法 - Google Patents

Abstract

一种单一波长多层雷射加工的方法，包含：切割材料定位步骤；雷射聚焦调整步骤，将雷射光聚焦在切割材料内部，并调整雷射光的聚焦点及在切割材料表面的照射面积，使切割材料表面的能量密度至少达到临界破坏能量密度；以及雷射加工步骤，以载台带动将切割材料依预设的切割路径移动，使雷射光至少在切割材料表面及切割材料内部同时形成切割道，且切割材料对该波长的雷射为透明或半透明材料，在此，以单一雷射系统完成多层切割道，能减少多次加工的误差及设备成本，又由于切割后的晶圆具有裂片准直性，能提升良率，使产品更具有市场竞争力。

Description

单一波长多层雷射加工的方法

技术领域

本发明涉及一种雷射加工方法，尤其是应用单一雷射、单一波长同时形成多个切割道的方法。 

背景技术

雷射加工系统已广泛利用在精密加工领域，对于金属、高分子、陶瓷、玻璃等材料加工，相较现有技术的机械式加工法，具有高加工速度、高精度、不受材料硬度影响等的特点，尤其对陶瓷与玻璃等硬脆材料而言，因雷射加工特性具无刀具磨耗、不受材料硬度影响等优势，近年来迅速发展。 

然而，以雷射加工陶瓷与玻璃材料仍有改进的空间，例如因雷射加工的热影响区、热熔突起、残留应力、微裂缝等现象而间接或直接影响成品加工效率；因此，如何降低这些影响一直都是技术关键所在。 

如中国台北专利公开编号：201110221晶圆加工方法，揭露发明提供一种在不伤害形成于蓝宝石基板表面的光学装置情况下，达到在蓝宝石基板内部形成连续的变质层的加工目的，其主要架构是将对蓝宝石基板具有透过性的波长的雷射光，从蓝宝石基板的背面定位聚焦点于蓝宝石基板的内部，藉由划线方式形成连续变质层者，该专利虽能避免雷射光对表面光学组件造成的伤害，只是在进行单位晶圆分离步骤中仍须精准控制断面裂片的施力方向，以避免破坏晶圆上的发光区，电极图案或产生错排滑移，影响产品的外观、良率与发光效率等。 

专利编号US20080124898提供一种蓝宝石基材内部含有两变质层的方法，此发明由两种不同波长的雷射，分别在晶圆中形成第一变质层与第二变质层于预定切割道的晶圆中。在分离过程中，断面裂片方向会延着两变质层的路径两端分离，藉此控制断面的裂片方向，提高生产良率 与降低分离制程中所需的外加应力。然而，此专利因由应用两组不同波长的雷射源系统组成，且需两道加工制程，考验系统重复定位精度与雷射质量，无形中增加设备成本及拉长制程时间。 

由于前案的方式切面微裂缝方向不均、以及两次加工累积误差，使得后续进行裂片制程时，会沿着加工误差的应力集中点、以及微裂缝方向劈裂，造成晶格差排与滑移等问题，且双雷射源成本昂贵，因此，希望开发出一种能够减少加工程序、解决现有技术的问题，并降低成本的加工方法。 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种发明单一波长同时形成多层雷射加工的方法，该方法包含切割材料定位步骤、雷射聚焦调整步骤，以及雷射加工步骤。切割材料定位步骤是将经过研磨抛光的切割材料定位于雷射切割装置的载台上，该载台能依预设的切割路径移动，且该切割材料对该波长的雷射为透明或半透明材料。雷射聚焦调整步骤是将从雷射源发出，经过光学整束系统及反射镜的雷射光，经由光学聚焦系统，聚焦在切割材料的内部，并调整雷射光的聚焦点及表面的照射面积，使在雷射光在切割材料表面的能量密度，至少达到一临界破坏能量密度，以蓝宝石基板为例，雷射的输出功率至少大于1.8W，在蓝宝石基板表面的临界能量密度为2.1×102(W/cm2)。 

雷射加工步骤是以载台带动将切割材料依预设的切割路径移动，使得雷射光在切割材料表面及切割材料内部同时各形成至少一切割道，而切割道的数目，可以依照切割材料的特性、雷射功率以及能量密度的控制来作选择。 

更进一步地，本发明单一波长多层雷射加工的方法包含一切割步骤，将切割材料分割为多个小块，由于在材料表面以及内部都以形成切割道，在切割后的切割步骤中，该切割材料能够具有裂片准直性。 

本发明单一波长多层雷射加工的方法，藉由雷射能量密度的控制，能只用单一雷射系统来完成多层切割道的加工方法，进而能减少多次加工的加工误差，或是减少需要增购设备的成本，并且，由于此方式的进 行，使切割后具有裂片准直性，而更能提升良率，而使产品更具有市场竞争力。 

附图说明

图1是本发明单一波长多层雷射加工方法的流程图。 

图2是雷射切割装置的示意图。 

图3是调整雷射能量密度的示意图。 

图4及图4A至图4C为切割材料中雷射能量密度的示意图。 

图5A及图5B为，解释本发明雷射加工步骤的辅助示意图。 

具体实施方式

以下配合附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使熟悉本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。 

参考图1，本发明单一波长多层雷射加工的方法的流程图。本发明单一波长多层雷射加工的方法S100包含切割材料定位步骤S10、雷射聚焦调整步骤S20，以及雷射加工步骤S30。同时参考图2，雷射切割装置的示意图。切割材料定位步骤S10是将经过研磨抛光的一切割材料100，该切割材料对该波长的雷射为透明或半透明材料，如蓝宝石基板，定位于一雷射切割装置的载台20上，该载台20能够依预设的切割路径移动。 

同时参考图2至图4，雷射聚焦调整步骤S20是将从雷射源11发出，经过整束系统13及反射镜15的雷射光L，经由光学聚焦系统17，聚焦在切割材料100的内部，并调整雷射光的聚焦点及表面的照射面积，使在雷射光在切割材料100表面的能量密度，至少达到一临界破坏能量密度。 

切割材料100以蓝宝石基板为例，在此，雷射的输出功率至少大于1.8W，较佳为2.2W至4.5W的范围，而在蓝宝石基板表面的临界能量密度为2.1×10²(W/cm²)；而又因为能量在材料内部转换为热能时不易消散，因此，在蓝宝石基板聚焦点只需要较低的能量密度为就能达到形成切割破坏的能量，通常为1.6×10²(W/cm²)，在材料的表面与内部造成热熔或是汽化反应的破坏结果。 

图3为调整雷射能量密度的示意图，将左方及右方的雷射图相比较。当雷射聚焦在切割材料内部的焦点F1时，在激光束照射在切割材料表面的面积为S1，若雷射材料能量为E，能量密度为D1＝E/S1，而当雷射聚焦在切割材料内部的焦点F1时，在激光束照射在切割材料表面的面积为S2，能量密度为D2＝E/S2，因此，D2＞D1，在雷射聚焦调整步骤S20时，可以依据各种不同的材料特性选取雷射的功率或调整焦点及激光束照射在切割材料表面的面积，而使能量密度至少达到临界破坏能量密度。 

图4为切割材料中雷射能量密度的示意图，右方的图标代表雷射能量密度的微分图，当雷射L聚焦在焦点F，激光束照射在切割材料表面的面积为S，在表面的区域的能量密度如图4A，中心处的能量密度达到临界能量密度，而能被材料所吸收，形成材料的破坏，进而能形成切割道，其余的能量未被吸收而向下穿透。而在切割材料的表面与焦点F之间的区域A，因为聚焦而使得能量密度提升，但由于中心处的能量都被材料表面所吸收，因此并未达到能够破坏材料的临界能量密度。而在内部聚焦处，又由于能量集中与穿透能量面积的减少，使得能量波形集中与提高，穿透的能量密度又达到临界值，而能够形成材料破坏，进而在材料内部同时形成另一切割道。 

进一步参考图5A及图5B，解释本发明雷射加工步骤的辅助示意图。雷射加工步骤S30是以载台带动将切割材料100依预设路径移动，而使得雷射光至少在切割材料表面及切割材料内部同时形成一切割道151、153，如图5A所示。进一步地，也可在切割材料的上下表面及材料内部同时形成切割道151、153、155，如图5B所示，切割道的数目，可以依照切割材料的特性、雷射功率以及能量密度的控制来选择。 

更进一步地，本发明单一波长多层雷射加工的方法S100还可以直接在完成雷射加工后进行一切割步骤S40，将切割材料切割为多个小块，由于在材料表面以及内部都已形成切割道，在切割时该切割材料具有裂片准直性。 

本发明单一波长多层雷射加工的方法，藉由雷射能量密度的控制，能只用单一雷射系统来完成多层切割道的加工方法，而能减少多次加工的加工误差，或是减少需要增购设备的成本，由于此方式的进行，使裂 片时具有裂片准直性，而更能提升良率，而使产品更具有市场竞争力。 

以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明权利要求的范畴。 

Claims (5)

1.一种单一波长多层雷射加工的方法，其特征在于，本方法包含：

一切割材料定位步骤，将经过研磨抛光的一切割材料，定位于一雷射切割装置的一载台，且该载台能够依预设的一切割路径移动；

一雷射聚焦调整步骤，将一雷射光聚焦在该切割材料的内部，并调整该雷射光的聚焦点及在该切割材料表面的照射面积，使在该切割材料表面的能量密度，至少达到一临界破坏能量密度；以及

一雷射加工步骤，以该载台带动将该切割材料依预设的该切割路径移动，使得该雷射光至少在该切割材料表面及该切割材料内部同时形成一切割道，

其中该切割材料对该波长的雷射为透明或半透明材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该切割材料可为蓝宝石基板，则该雷射光的输出功率至少大于1.8W，而该临界能量密度为2.1×10²(W/cm²)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含一切割步骤，将该切割材料切割为多个小块，由于形成在该切割材料表面及该切割材料内部同时形成的一切割道，使在切割时该切割材料具有裂片准直性。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步在切割材料的下表面同时形成一切割道。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步在切割材料的内部同时形成多个切割道。

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