CN108747053B - 一种自校准式激光切割设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自校准式激光切割设备，其利用光纤进行光束分离和传递，实现准直性和避免了损耗，且在最终实现两个焦点的烧蚀，能够增大切割的衬底的厚度；该种切割，可以最大程度的实现减少裂纹和碎屑，且烧蚀速率得到提升；可以获得较小的切缝宽度，且可以灵活调整焦点的相对间距。

Description

一种自校准式激光切割设备
技术领域
本发明涉及激光加工尤其是在硅晶圆的激光切割中使用的切割装置，具体涉及一种自校准式激光切割设备。
背景技术
目前在半导体集成电路的制造中，硅晶圆的切割是必不可少的工序。尽管在激光切割领域，能够在切缝宽度和切割质量方面能够实现较优的参数，但是对于厚度较大的晶圆衬底而言，其切割效率是较为低下的，甚至比传统的机械切割速度要慢很多。此外，激光切割之前，往往需要对激光束进行额外的对准步骤，其进一步降低了切割效率。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种自校准式激光切割设备，包括第一激光器、第二激光器和光学系统；
所述第一激光器沿着第一光轴发射第一激光束，所述第二激光器沿着第二光轴发射第二激光束，且所述第一光轴和第二光轴相互垂直；
所述光学系统包括沿着第一光轴方向依次设置的分光镜、光纤分路器、引导光纤、光纤固定板和聚光镜；所述引导光纤包括一第一光纤和多个第二光纤，所述第一光纤表面上设置有反光层，所述多个第二光纤围绕于所述第一光纤周围，并且所述引导光纤的一端插入所述光纤分路器，另一端插入所述光纤固定板的第一导孔中；所述分光镜将所述第一激光束分裂成多束均匀分布的激光束；所述光纤分路器将所述多束激光束引导至所述第一光纤和第二光纤内，并经由所述第一导孔出射；所述第一光纤出射的激光束经由所述聚光镜聚焦至第一焦点处，所述第二光纤出射的激光束经由所述聚光镜聚焦至第二焦点处；
所述光学系统还包括半透光反射镜，所述半透光反射镜位于所述第一光纤和所述多个第二光纤之间，且与所述第一光纤的夹角为45度，由此使得所述第二激光束部分透过所述半透光反射镜经由所述反射层的反射回传至激光器，且使得所述第二激光束其余部分经由所述半透光反射镜的镜面反射从所述光纤固定板的第二导孔中出射，再经由所述聚光镜聚焦至第三焦点处。
根据本发明的实施例，所述第一光纤的直径大于所述第二光纤的直径。
根据本发明的实施例，所述第一焦点和第三焦点的位置位于带切割工件的上表面且间隔一定的距离。
根据本发明的实施例，所述第二焦点位于第二焦点的沿第一光轴方向的正下方。
根据本发明的实施例，在所述光纤分路器和光纤固定板之间具有不透光绝缘保护层，所述绝缘保护层包裹所述第一光纤和第二光纤。
根据本发明的实施例，在所述绝缘保护层内具有容许所述第二激光束通过的相互垂直的第一通道和第二通道，所述第一通道被所述半透光反射镜分为两部分，其中一部分露出所述反射层，所述第二通道连接于所述第一通道和所述光纤固定板的第二导孔。
根据本发明的实施例，所述半透光反射镜的两端固定在所述绝缘保护层内。
根据本发明的实施例，所述半透光反射镜与所述第一光纤、第二光纤、光纤分路器以及所述光纤固定板固定设置，其相对位置不会改变。
本发明的优点如下：
（1）利用光纤进行光束分离和传递，实现准直性和避免了损耗，且在最终实现两个焦点的烧蚀，能够增大切割的衬底的厚度；
（2）该种切割，可以最大程度的实现减少裂纹和碎屑，且烧蚀速率得到提升；
（3）可以获得较小的切缝宽度，且可以灵活调整焦点的相对间距。
附图说明
图1为自校准式激光切割设备的示意图；
图2为本发明的光学系统中光纤组件的示意图
图3为校正焦点的示意图。
具体实施方式
参见图1和2，本发明的自校准式激光切割设备，包括第一激光器1、第二激光器9和光学系统；
所述第一激光器1沿着第一光轴发射第一激光束L，所述第二激光器9沿着第二光轴发射第二激光束，且所述第一光轴和第二光轴相互垂直；在所述第二激光器9和光学系统之间还可以设置滤波片10，以使得校准光更为准确；
所述光学系统包括沿着所述激光器1的激光传输方向依次设置的分光镜2、光纤分路器3、引导光纤、光纤固定板6和聚光镜7；所述引导光纤包括一第一光纤4和多个第二光纤5，所述第一光纤4的表面上设置有反射层11，所述多个第二光纤5围绕于所述第一光纤4周围，并且所述引导光纤的一端插入所述光纤分路器3，另一端插入所述光纤固定板6的第一61导孔中；所述分光镜2将所述第一激光束L分裂成多束均匀分布的激光束L1；所述光纤分路器3将所述多束激光束L1引导至所述第一光纤4和第二光纤5内（即激光束L11和L12），并经由所述第一导孔61出射；所述第一光纤4出射的激光束经由所述聚光镜7聚焦至第一焦点A处，所述第二光纤5出射的激光束经由所述聚光镜7聚焦至第二焦点B处；
所述光学系统还包括半透光反射镜12，所述半透光反射镜12位于所述第一光纤4和所述多个第二光纤5之间，且与所述第一光纤4的夹角为45度，由此使得所述第二激光束部分透过所述半透光反射镜12经由所述反射层11的反射回传至激光器9，且使得所述第二激光束其余部分经由所述半透光反射镜12的镜面反射从所述光纤固定板6的第二导孔62中出射，再经由所述聚光镜7聚焦至第三焦点C处。
为了激光能够在中心位置相对集中，所述第一光纤4的直径大于所述第二光纤5的直径。所述第一光纤4和第二光纤5之间的距离最好是可调的，这样即使在不更换聚光镜7的情况下，也能够调整第一焦点A和第二焦点B的间距，例如可选的所述第一光纤和第二光纤的间距为100μm-1mm。
所述切割设备具有双焦点结构，其焦深较大，因此所述切割装置能够用于切割厚度大于100微米的硅晶圆或电子基板，例如工件8。使用时，所述第一焦点A的位置位于所述硅晶圆或电子基板的上表面。所述第二焦点B位于第二焦点的沿中心光束方向的正下方。
其中，所述第一焦点A和第三焦点C的位置位于带切割工件8的上表面且间隔一定的距离。所述第二焦点B位于第一焦点A的沿第一光轴方向的正下方。
参照图2，在本发明中光纤组件包括光纤分路器2、光纤、光纤固定板6、半透光反射镜12，此外，在所述光纤分路器2和光纤固定板6之间具有不透光绝缘保护层16，所述绝缘保护层16包裹所述第一光纤4和第二光纤5。在所述绝缘保护层16内具有容许所述第二激光束通过的相互垂直的第一通道14和第二通道15，所述第一通道14被所述半透光反射镜12分为两部分，其中一部分露出所述反射层11，所述第二通道15连接于所述第一通道14和所述光纤固定板6的第二导孔62。所述半透光反射镜12的两端固定在所述绝缘保护层16内。这样使得所述半透光反射镜12与所述第一光纤4、第二光纤5、光纤分路器以及所述光纤固定板6固定设置，其相对位置不会改变。
参照图3，为了调整焦距，可以通过调整光纤组件实现。具体的，如图3（a），当第一焦点A1与第三焦点C1的间距与预定值出现偏差时，说明第一焦点A1和第二焦点B1不在第一光轴上，此时只需要调整光纤组件的位置，使得其间距恢复到预定值，此时，焦距固定，可以进行激光切割，如图3（b），第一焦点A2、第二焦点B2和第三焦点C2的位置是焦点校准后的相对位置。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种自校准式激光切割设备，包括第一激光器、第二激光器和光学系统；
所述第一激光器沿着第一光轴发射第一激光束，所述第二激光器沿着第二光轴发射第二激光束，且所述第一光轴和第二光轴相互垂直；
所述光学系统包括沿着第一光轴方向依次设置的分光镜、光纤分路器、引导光纤、光纤固定板和聚光镜；所述引导光纤包括一第一光纤和多个第二光纤，所述第一光纤表面上设置有反光层，所述多个第二光纤围绕于所述第一光纤周围，并且所述引导光纤的一端插入所述光纤分路器，另一端插入所述光纤固定板的第一导孔中；所述分光镜将所述第一激光束分裂成多束均匀分布的激光束；所述光纤分路器将所述多束激光束引导至所述第一光纤和第二光纤内，并经由所述第一导孔出射；所述第一光纤出射的激光束经由所述聚光镜聚焦至第一焦点处，所述第二光纤出射的激光束经由所述聚光镜聚焦至第二焦点处；
所述光学系统还包括半透光反射镜，所述半透光反射镜位于所述第一光纤和所述多个第二光纤之间，且与所述第一光纤的夹角为45度，由此使得所述第二激光束部分透过所述半透光反射镜经由所述反射层的反射回传至第二激光器，且使得所述第二激光束其余部分经由所述半透光反射镜的镜面反射从所述光纤固定板的第二导孔中出射，再经由所述聚光镜聚焦至第三焦点处；
所述第一焦点和第三焦点的位置位于待切割工件的上表面且间隔一定的距离，所述第二焦点位于第二焦点的沿第一光轴方向的正下方。
2.根据权利要求1所述的自校准式激光切割设备，其特征在于，所述第一光纤的直径大于所述第二光纤的直径。
3.根据权利要求1所述的自校准式激光切割设备，其特征在于，在所述光纤分路器和光纤固定板之间具有不透光绝缘保护层，所述绝缘保护层包裹所述第一光纤和第二光纤。
4.根据权利要求3所述的自校准式激光切割设备，其特征在于，在所述绝缘保护层内具有容许所述第二激光束通过的相互垂直的第一通道和第二通道，所述第一通道被所述半透光反射镜分为两部分，其中一部分露出所述反射层，所述第二通道连接于所述第一通道和所述光纤固定板的第二导孔。
5.根据权利要求4所述的自校准式激光切割设备，其特征在于，所述半透光反射镜的两端固定在所述绝缘保护层内。
6.根据权利要求1所述的自校准式激光切割设备，其特征在于，所述半透光反射镜与所述第一光纤、第二光纤、光纤分路器以及所述光纤固定板固定设置，其相对位置不会改变。
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