CN106425112B - 一种激光划片的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光划片的方法及系统，所述方法包括：激光器生成包络可调、线偏振、同源且相干由超短激光脉冲构成的两路激光：第一脉冲串和第二脉冲串；改变第一脉冲串或第二脉冲串的偏振态，使一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振；改变第一脉冲串或第二脉冲串的发散角使第一脉冲串和第二脉冲串具有不同的发散角；将第一脉冲串和第二脉冲串进行合束后聚焦于待划片物上并于待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点组成的切割层；利用两个切割层中聚焦点于待划片物上的划动对待划片物进行划片。本发明采用两路脉冲串的激光划片方法，适用于较厚晶圆片（>150um）的一次性切割，改善厚片加工的外观直线度和外观效果，还可以提高电性良率。

Description

一种激光划片的方法及系统
技术领域
本发明涉及激光器加工应用技术领域，具体为一种激光划片的方法及系统。
背景技术
激光切割是相对于业界传统的锯片切割，而发展出的新型切割技术，它一般将激光束聚焦在芯片表面或内部，通过激光在芯片表面或内部划出沟槽痕，然后再用裂片技术沿划痕裂开。激光切割具有产能高、成品率高、易于自动化操作、成本低等优势，在LED（发光二极管）芯片、RFID（射频识别）、Flash（闪存）等等产品的制备领域中被广泛应用，尤其在半导体LED芯片的衬底划片工艺中，已经完全替代了金刚石刀具切割。
采用激光隐形加工技术进行LED晶圆划片，已经成为LED制造业的标准工艺。相比于传统的金刚石刀片切割，激光切割速度快、质量好、效率高。目前主要通过单焦点单个皮秒脉冲，聚焦于材料内部，利用其高功率密度进行激光划片。
随着LED照明市场竞争日益激烈，LED制造工艺及制造成本不断压缩，晶圆片的厚度越来越厚。目前采用传统的单焦点，单个脉冲通过多层多次处理>150um厚的片子，效率较低。且会造成外观质量和良率的下降。特别是采用一个脉冲而非脉冲串，进行划片时，受限于目前物镜的制作水平，以及各种像差等影响因素，单个脉冲聚焦后易伤害背面电极，造成晶圆片电性良率下降。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光划片的方法及系统，用于解决现有技术中激光切片对于较厚的晶元划片效率低、外观质量和电性良率下降的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种激光划片的方法，所述激光划片的方法包括：激光器生成包络可调、线偏振、同源且相干由超短激光脉冲构成的两路激光：第一脉冲串和第二脉冲串；改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振；改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串具有不同的发散角；将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串进行合束后聚焦于待划片物上并于所述待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点组成的切割层；利用两个所述切割层中聚焦点于所述待划片物上的划动对所述待划片物进行划片。
于本发明的一实施例中，所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中包含的脉冲数为2个或2个以上。
于本发明的一实施例中，所述超短激光脉冲的波长范围为355nm～1550nm；脉宽范围为100fs～200ps。
于本发明的一实施例中，于所述激光器内部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，或于所述激光器外部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态。
于本发明的一实施例中，于激光器内部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角，或于激光器外部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角。
为实现上述目的，本发明还提供一种激光划片的系统，所述激光划片的系统包括：激光器，用于生成包络可调、线偏振、同源且相干由超短激光脉冲构成的第一脉冲串和第二脉冲串；偏振改变装置，用于改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振；发散角处理装置，用于改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串具有不同的发散角；合束处理装置，用于在改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角后将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串进行合束；聚焦装置，用于在所述第一脉冲串和所述第二脉冲串合束后分别将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串聚焦于待划片物上并于所述待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点组成的切割层，以供利用两个所述切割层中聚焦点于所述待划片物上的划动对所述待划片物进行划片。
于本发明的一实施例中，所述偏振改变装置装设于所述激光器内部或外部。
于本发明的一实施例中，所述偏振改变装置为半波片。
于本发明的一实施例中，所述发散角处理装置装设于所述激光器内部或外部。
于本发明的一实施例中，所述发散角处理装置为扩束镜或透镜组。
于本发明的一实施例中，所述合束处理装置包括偏振合束器。
于本发明的一实施例中，所述合束处理装置还包括设置于所述偏振合束器后用于改变偏振方向的半波片。
于本发明的一实施例中，所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中包含的脉冲数为2个或2个以上。
于本发明的一实施例中，所述超短激光脉冲的波长范围为355nm～1550nm；脉宽范围为100fs～200ps。
如上所述，本发明的一种激光划片的方法及系统，具有以下有益效果：
1、本发明采用两路脉冲串的激光划片方法，于待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点（爆炸点）组成的切割层，采用双焦点低能量激光划片，适用于较厚晶圆片（>150um）的一次性切割，改善厚片加工的外观直线度和外观效果，有效提高激光划片的质量。
2、本发明采用脉冲串式激光加工方式，有效避免单脉冲峰值功率过高对晶圆背面电极造成的损伤，提高切片制作LED芯片的电性良率。
3、本发明由激光器直接输出两路激光，相比于常规通过透镜分光实现双焦点的方式，激光器输出功率较低，避免了高功率对激光器的损伤，且每路激光的功率可直接独立控制，无需通过分光装置实现，简易且灵敏，同时降低了制作的成本。
附图说明
图1显示为本发明的激光划片的方法的流程示意图。
图2显示为本发明的激光划片的方法中脉冲串的示意图。
图3显示为本发明的激光划片的系统的原理框图。
元件标号说明
100 激光划片的系统
101 激光器
102 偏振改变装置
103 发散角处理装置
104 合束处理装置
105 聚焦装置
200 待划片物
201 第一层聚焦点
202 第二层聚焦点
S101～S104 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本实施例的目的在于提供一种激光划片的方法及系统，应用脉冲串的飞秒或者皮秒激光光束进行LED芯片衬底等基片划片，本实施例提供一种应用脉冲串的飞秒或者皮秒激光光束进行RFID、Flash等等芯片制备工艺中各类材料切割的方法，是一种超快脉冲串式双焦点激光应用于LED划片的方法，旨在解决LED领域较厚晶元划片的质量，效率和良率问题。
本实施例提出了采用脉冲串式，两路，皮秒激光束，聚焦于LED蓝宝石衬底、硅衬底或SIC衬底晶圆内部，形成上下两层聚焦点（爆炸点），进行一次性激光高质量划片。脉冲串式激光加工方式将有效避免单脉冲峰值功率过高对晶圆背面电极造成的损伤，提高LED芯片制作的电性良率。采用双焦点低能量激光划片将主要解决较厚晶圆片（>150um）的一次性切割问题，改善厚片加工的外观直线度和外观效果。
本实施例直接输出两束光，外光路无需透镜分光，光路更加简便。所以本实施例的激光划片的方法及系统可以解决现有技术中激光切片对于较厚的晶元划片效率低、外观质量和电性良率下降的问题。以下将详细阐述本实施例的一种激光划片的方法及系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的一种激光划片的方法及系统。
具体地，如图1所示，本实施例提供一种激光划片的方法，所述激光划片的方法包括以下步骤。
步骤S101，激光器生成包络可调、线偏振、同源且相干由超短激光脉冲构成的两路激光：第一脉冲串和第二脉冲串。
于本实施例中，所述激光器直接产生两束同源且相干的皮秒或飞秒激光，所述脉冲串，由一定重复频率、2个或2个以上相同能量、相同脉宽的皮秒或飞秒脉冲构成的脉冲串组成，且范围内任意可调。
例如，采用皮秒/飞秒激光器直接输出：一定波长、一定重复频率、一定脉宽、线偏振（水平偏振或垂直偏振）、脉冲串式（脉冲数可调）两束共源相干激光。所述第一脉冲串和所述第二脉冲串的激光功率独立可调。
其中，如图2所示，所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中包含的脉冲数为2个或2个以上；所述超短激光脉冲的波长范围为355nm～1550nm；脉宽范围为100fs～200ps；重复频率50K-1MKZ可调，功率0-20W可调，水平偏振。其中，t为时间坐标，T为脉冲串或脉冲包络的时间宽度，F是脉冲串的重频频率。
步骤S102，改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振。
其中，可以于所述激光器内部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态或于所述激光器外部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态。
步骤S103，改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串具有不同的发散角。
即一路激光脉冲串通过扩束镜，使发散角大小变化，使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串在聚焦后形成第一焦点和第二焦点，且第一焦点和第二焦点在Z轴上存在一定的距离。于本实施例中，于激光器内部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角或于激光器外部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角。
步骤S104，将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串进行合束后聚焦于待划片物上并于所述待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点组成的切割层。
即所述第一脉冲串和所述第二脉冲串经物镜聚焦于待划片物内部，在待划片物不同厚度位置形成上下两层由一系列聚焦点（爆炸点）组成的切割层，即形成两层焦点。通过调整扩束镜的倍数调节两层焦点在Z轴方向的距离。
其中，所述待划片物为制作LED芯片的晶圆，包括但不限于LED蓝宝石衬底、硅衬底或SIC衬底晶圆。
步骤S105，利用两个所述切割层中聚焦点于所述待划片物上的划动对所述待划片物进行划片。即施加外力，沿所述待划片物上两层切割层形成的切割路径裂开。
本实施例还提供一种激光划片的系统，如图3所示，所述激光划片的系统100包括：激光器101，偏振改变装置102，发散角处理装置103，合束处理装置104以及聚焦装置105。
于本实施例中，所述激光器101用于生成包络可调的同源且相干由超短激光脉冲构成的第一脉冲串和第二脉冲串。
于本实施例中，所述激光器101直接产生两束同源且相干的皮秒或飞秒激光，所述脉冲串，由一定重复频率、2个或2个以上相同能量、相同脉宽的皮秒或飞秒脉冲构成的脉冲串组成，且范围内任意可调。
例如，采用皮秒/飞秒激光器101直接输出：一定波长、一定重复频率、一定脉宽、线偏振（水平偏振或垂直偏振）、脉冲串式（脉冲数可调）两束共源相干激光。所述第一脉冲串和所述第二脉冲串的激光功率独立可调。
其中，如图2所示，所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中包含的脉冲数为2个或2个以上；所述超短激光脉冲的波长范围为355nm～1550nm；脉宽范围为100fs～200ps；重复频率50K-1MKZ可调，功率0-20W可调，水平偏振。其中，t为时间坐标，T为脉冲串或脉冲包络的时间宽度，F是脉冲串的重频频率。于本实施例中，所述偏振改变装置102用于改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振。
其中，所述发偏振改变装置102装设于所述激光器内部或外部。于本实施例中，所述偏振改变装置102为半波片。
于本实施例中，所述发散角处理装置103用于改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串具有不同的发散角。其中，所述发散角处理装置103装设于所述激光器101内部或外部。
于本实施例中，所述发散角处理装置103为扩束镜或透镜组。即一路激光脉冲串通过扩束镜，使发散角大小变化，由于所述第一脉冲串和所述第二脉冲串的发散角不同，所述第一脉冲串或所述第二脉冲串在聚焦后的焦点不在同一个高度上，这样就相当于在待划片物200上同时形成两条划片切断线。
于本实施例中，所述合束处理装置104用于在改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角后将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串进行合束。
在改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角后，两路激光需要合束，所述合束处理装置104包括实现合束的各种相关器件和各种功能系统，优选地所述合束处理装置104通过偏振合束器进行合束。
具体地，于本实施例中，所述合束处理装置104可以仅包括偏振合束器。所述合束处理装置104也可以由偏振合束器和设置于所述偏振合束器前后用于改变偏振方向的各种波片构成。
其中所述第一脉冲串或所述第二脉冲串通过半波片改变偏振方向90度，水平偏振光和垂直偏振光通过偏振合束器进行合束。
于本实施例中，所述聚焦装置105用于在所述第一脉冲串和所述第二脉冲串合束后分别将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串聚焦于待划片物200上并于所述待划片物200上形成上下两层分别由若干聚焦点组成的切割层，即第一层聚焦点201和第二层聚焦点202，以供利用两个所述切割层中聚焦点于所述待划片物200上的划动对所述待划片物200进行划片。
其中，所述聚焦装置105为聚焦镜，例如为物镜。即所述第一脉冲串和所述第二脉冲串于经物镜聚焦于待划片物200内部，在待划片物200不同厚度位置形成上下两层由一系列聚焦点（爆炸点）组成的切割层，即形成两层焦点，即第一层聚焦点201和第二层聚焦点202，第一层聚焦点201和第二层聚焦点202在Z轴方面的位置可调。然后施加外力，沿所述待划片物200上两层切割层形成的切割路径裂开。
本实施例中激光切片的方法和系统的具体实施过程如下：
打开激光器，直接输出两路水平偏振的皮秒脉冲串，一路脉冲串激光通过扩束镜，另外一路激光通过半波片改变为垂直偏振，然后再将两路脉冲串通过偏振合束器进行合束，之后将两路脉冲串经聚焦镜，于待划片物内部在不同厚度位置形成上下两层由一系列聚焦点（爆炸点），形成第一层聚焦点201，第二层聚焦点202，施加外力，分别沿第一层聚焦点201和第二层聚焦点202形成的切割路径裂开。
综上所述，本发明采用两路脉冲串的激光划片方法，于待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点（爆炸点）组成的切割层，采用双焦点低能量激光划片，适用于较厚晶圆片（>150um）的一次性切割，改善厚片加工的外观直线度和外观效果，有效提高激光划片的质量；本发明采用脉冲串式激光加工方式，有效避免单脉冲峰值功率过高对晶圆背面电极造成的损伤，提高切片制作LED芯片的电性良率；本发明由激光器直接输出两路激光，相比于常规通过透镜分光实现双焦点的方式，激光器输出功率较低，避免了高功率对激光器的损伤，且每路激光的功率可直接独立控制，无需通过分光装置实现，简易且灵敏，同时降低了制作的成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种激光划片的方法，其特征在于：所述激光划片的方法包括：
激光器生成包络可调、线偏振、同源且相干由超短激光脉冲构成的两路激光：第一脉冲串和第二脉冲串；
改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振；
改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串具有不同的发散角；
将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串进行合束后聚焦于待划片物上并于所述待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点组成的切割层；
利用两个所述切割层中聚焦点于所述待划片物上的划动对所述待划片物进行划片。
2.根据权利要求1所述的激光划片的方法，其特征在于：所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中包含的脉冲数为2个或2个以上。
3.根据权利要求1所述的激光划片的方法，其特征在于：所述超短激光脉冲的波长范围为355nm～1550nm；脉宽范围为100fs～200ps。
4.根据权利要求1所述的激光划片的方法，其特征在于：于所述激光器内部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，或于所述激光器外部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态。
5.根据权利要求1所述的激光划片的方法，其特征在于：于激光器内部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角，或于激光器外部改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角。
6.一种激光划片的系统，其特征在于：所述激光划片的系统包括：
激光器，用于生成包络可调、线偏振、同源且相干由超短激光脉冲构成的第一脉冲串和第二脉冲串；
偏振改变装置，用于改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的偏振态，使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振；
发散角处理装置，用于改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角使所述第一脉冲串和所述第二脉冲串具有不同的发散角；
合束处理装置，用于在改变所述第一脉冲串或所述第二脉冲串的发散角后将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串进行合束；
聚焦装置，用于在所述第一脉冲串和所述第二脉冲串合束后分别将所述第一脉冲串和所述第二脉冲串聚焦于待划片物上并于所述待划片物上形成上下两层分别由若干聚焦点组成的切割层，以供利用两个所述切割层中聚焦点于所述待划片物上的划动对所述待划片物进行划片。
7.根据权利要求6所述的激光划片的系统，其特征在于：所述偏振改变装置装设于所述激光器内部或外部。
8.根据权利要求6或7所述的激光划片的系统，其特征在于：所述偏振改变装置为半波片。
9.根据权利要求6所述的激光划片的系统，其特征在于：所述发散角处理装置装设于所述激光器内部或外部。
10.根据权利要求6或9所述的激光划片的系统，其特征在于：所述发散角处理装置为扩束镜或透镜组。
11.根据权利要求6所述的激光划片的系统，其特征在于：所述合束处理装置包括偏振合束器。
12.根据权利要求6所述的激光划片的系统，其特征在于：所述第一脉冲串和所述第二脉冲串中包含的脉冲数为2个或2个以上。
13.根据权利要求6所述的激光划片的系统，其特征在于：所述超短激光脉冲的波长范围为355nm～1550nm；脉宽范围为100fs～200ps。
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