CN111069793B - 一种双脉冲激光隐形切割的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双脉冲激光隐形切割的方法，包括：将待加工工件放置在多轴移动平台的加工平台上；取一双脉冲激光器，双脉冲激光器发出的激光束经过光路聚焦到待加工工件上；调整多轴移动平台使得激光束的焦点位于待加工工件内合适切割位置处；将双脉冲激光器与控制系统电气连接；启动控制系统和所述双脉冲激光器，控制系统控制所述双脉冲激光器先发出长脉冲激光束对待加工工件进行预热，再发出短脉冲激光束对待加工工件进行切割，如此交替；在切割的过程中移动多轴移动平台，完成整个工件的切割。本发明通过长脉冲激光焦斑的预热及短脉冲激光焦斑的烧蚀从而实现隐形切割裂纹方向的可控，减少隐形切割在材料内部的损伤区域。

Description

一种双脉冲激光隐形切割的方法
技术领域
本发明涉及切割加工的技术领域，具体涉及一种双脉冲激光隐形切割的方法。
背景技术
随着微电子产业的发展，器件越来越小型化，轻便化。随之也会带来有很多问题，单个芯片尺寸越来越小，晶圆厚度也越来越薄，晶圆更加容易断裂；为了降低耦合及串扰，在IC芯片制作中需要加入low-k材料，但low-k材料与硅衬底的附着力较低，使用传统切割方法时容易出现薄膜脱离和破碎等现象，进一步增加了晶圆切割的复杂度和难度，传统的激光切割将激光聚焦于晶圆表面，由于激光的边缘吸收，激光加工会产生微裂纹或者热影响区。
最近，半导体加工行业提出一种新的加工手段——超快激光隐形切割技术，即利用穿透率较高的激光束聚焦在晶圆材料内部，并扫描晶圆划片槽位置，使晶圆划片槽内部的材料结构发生变化，形成改质层，再对晶圆施以外力将其分开的一种切割技术。与传统的激光切割技术相比较，激光隐切技术由于将激光焦点限定在晶圆内部，对晶圆表面和底面不产生热损伤，有效地解决了传统激光带来的热影响区和微裂缝等问题，同时由于激光隐切技术所采用的激光焦点极小，在材料内部形成的切割道极细，能够较大程度提高加工的精度，避免材料的浪费。但是，在实际加工过程中，激光隐形切割技术在材料内部形成裂纹的方向还存在一定的未知性，同时，由于超短脉冲激光具有极高的能量密度，容易造成对加工区域附近材料的损伤，导致在加工精度和加工质量上还有较大的提升空间，因此提高激光隐形切割的质量和效率是当前半导体加工行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双脉冲激光隐形切割的方法，该方法减少隐形切割在材料内部的损伤区域，使加工的质量得到大幅提升。
本发明解决上述技术问题所采用的方案是：
一种双脉冲激光隐形切割的方法，包括如下步骤：
将待加工工件放置在多轴移动平台的加工台上；
取一双脉冲激光器，所述双脉冲激光器发出的激光束经过光路聚焦到待加工工件上；
调整所述多轴移动平台使得激光束的焦点位于待加工工件内合适切割位置处；
将所述双脉冲激光器与控制系统电气连接，所述控制系统控制所述双脉冲激光器按照时序交替输出长脉冲激光束和短脉冲激光束；
启动所述控制系统和所述双脉冲激光器，所述控制系统控制所述双脉冲激光器先发出长脉冲激光束对待加工工件进行预热，再发出短脉冲激光束对待加工工件进行切割，如此交替；
在切割的过程中移动所述多轴移动平台以按照切割路径移动待加工工件，从而使得交替发出的长短脉冲激光束完成工件的切割工作。
进一步地，所述光路上设置有CCD相机，将CCD相机与激光束进行同轴校准，在启动所述双脉冲激光器前，通过CCD相机在待加工工件上找到激光束的焦点，从而调整待加工工件位于合适的位置处。
进一步地，还包括利用扩片机按照切割路径方向对待加工工件施加机械作用力，从而将工件沿切割线进行分离。
进一步地，双脉冲激光器，其中短脉冲激光束为飞秒或皮秒量级，长脉冲激光束为纳秒量级，长脉冲激光束为纳秒量级。
进一步地，按照激光束射出方向，在光路上依次设置有扩束镜、反射镜、二向色镜、外加环形光源和聚焦物镜。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明采用双脉冲激光器交替产生长短脉冲激光束对待加工工件进行加工，利用长脉冲激光束进行预热，能够有效提高材料对短脉冲激光能量的吸收，降低所需短脉冲激光束在材料内部的能量密度，从而减少因短脉冲激光能量密度过大引起的加工损伤；同时由于长脉冲激光束的预热效果，材料虽未产生烧蚀，但是会在焦斑区域形成改性层，致使短脉冲激光束在材料内部烧蚀产生的等离子体及材料蒸汽和融液可沿长脉冲激光束预热产生的改性层方向进行定向扩展，从而实现隐形切割裂纹方向的可控，减少隐形切割在材料内部的损伤区域，使加工的质量得到大幅提升。
附图说明
图1为本发明实施例待加工工件切割的示意图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
鉴于现有技术中短脉冲激光具有极高的能量密度，容易造成加工区域附近材料损伤的问题，如图1所示，本发明提供一种双脉冲激光隐形切割的方法，包括如下步骤：
S1：准备长10mm宽10mm厚200um的待加工工件8，该待加工工件8可为Si、SiC、AlN、GaN、GaAs、金刚石、蓝宝石等半导体材料，当然，其也可以为其他适合的材料，将待加工工件8放在多轴移动平台10的加工平台9上；
S2:取双脉冲激光器1，该双脉冲激光器1发出的长短脉冲激光束经过扩束镜2后，激光束被扩大和准直至激光反射镜3处，被反射镜3反射后透射过二向色镜4至聚焦物镜6上，通过聚焦物镜6的聚焦作用，将长短脉冲激光束聚焦成高能量的激光焦斑入射至待加工工件内。双脉冲激光器产生的长短脉冲激光束经过激光扩束镜2和聚焦物镜6后的光斑应比所需的加工尺寸小或尽可能接近。其中，短脉冲激光束为飞秒或皮秒量级，长脉冲激光束为纳秒量级，短脉冲激光焦斑能量密度需大于材料的烧蚀阈值，长脉冲激光焦斑能量密度略低于材料的烧蚀阈值，通过长脉冲激光焦斑的预热及短脉冲激光焦斑的烧蚀在材料内部特定区域发生熔融、蒸发以及产生等离子体冲击，促使被加工材料在内部沿特定方向形成改性层或产生裂纹。在本实施例中，所用双脉冲激光器产生的短脉冲激光波长为1064nm，脉宽为280fs，单脉冲能量为80uJ，频率为100kHz；产生的长脉冲激光波长为1064nm，脉宽为10ns，单脉冲能量为60uJ，重复频率为100kHz；
S3：将CCD相机5的成像光束12与激光束11进行同轴校准，具体方法为：首先通过实验及观察找准激光束11经过聚焦物镜6的聚焦作用后在待加工工件上方形成焦点所在的位置，而后关闭双脉冲激光器1通过利用外加环形光源7由待加工工件8表面反射的光束经过二向色镜4的反射进入CCD相机5，调整CCD相机5的焦距，使CCD相机5成像界面中待加工工件8表面成像最为清晰，此后即可认为在CCD相机5成像最清晰的位置即为激光焦点所处的位置，即完成校准。校准完成后，沿Z轴方向调整多轴移动平台10，利用CCD相机5找准激光焦点所处位置，继续沿Z轴方向调整多轴移动平台10，使激光焦点聚焦到待加工工件8内部，在本实施例中，激光焦点距离待加工工件8表面100um处；
S4：将双脉冲激光器1与计算机电气连接，通过计算机控制双脉冲激光器1按照时序交替输出长脉冲激光和短脉冲激光；
S5：启动计算机和双脉冲激光器1，通过计算机的时序控制控制双脉冲激光器1先发出长脉冲激光对待加工工件8进行预热，再发出短脉冲激光对待加工工件8进行切割，如此交替；
S6：事先利用移动平台控制软件设定好加工路径以及加工速度，在切割过后中通过移动平台的控制软件控制多轴移动平台10按照设定好的加工路径进行运动从而带动其上待加工工件8沿切割路径运动，从而使得交替发出的长短脉冲激光束完成整个待加工工件8的切割；
S7：切割完毕后，关闭双脉冲激光器1，将切割完后的工件8从多轴移动平台10上取下，利用扩片机按照切割路径方向对工件8施加机械作用力，从而将工件沿切割线进行分片。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双脉冲激光隐形切割的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将待加工工件放置在多轴移动平台的加工台上；
取一双脉冲激光器，所述双脉冲激光器发出的激光束经过光路聚焦到待加工工件上；
调整所述多轴移动平台使得激光束的焦点位于待加工工件内合适切割位置处；
将所述双脉冲激光器与控制系统电气连接，所述控制系统控制所述双脉冲激光器按照时序交替输出长脉冲激光束和短脉冲激光束；
启动所述控制系统和所述双脉冲激光器，所述控制系统控制所述双脉冲激光器先发出长脉冲激光束对待加工工件进行预热，再发出短脉冲激光束对待加工工件进行切割，如此交替；
在切割的过程中移动所述多轴移动平台以按照切割路径移动待加工工件，从而使得交替发出的长短脉冲激光束完成工件的切割工作。
2.如权利要求1所述的双脉冲激光隐形切割的方法，其特征在于，所述光路上设置有CCD相机，将CCD相机与激光束进行同轴校准，在启动所述双脉冲激光器前，通过CCD相机在待加工工件上找到激光束的焦点，从而调整待加工工件位于合适的位置处。
3.如权利要求1所述的双脉冲激光隐形切割的方法，其特征在于，还包括利用扩片机按照切割路径方向对工件施加机械作用力，从而将工件沿切割线进行分离。
4.如权利要求1所述的双脉冲激光隐形切割的方法，其特征在于，短脉冲激光束为飞秒或皮秒量级，长脉冲激光束为纳秒量级。
5.如权利要求1所述的双脉冲激光隐形切割的方法，其特征在于，按照激光束射出方向，在光路上依次设置有扩束镜、反射镜、二向色镜、外加环形光源和聚焦物镜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115346892A (zh) 2021-05-14 2022-11-15 日扬科技股份有限公司 固体结构的加工装置及加工方法
TWM644718U (zh) * 2021-05-14 2023-08-11 日揚科技股份有限公司 固體結構的加工裝置
CN113618232B (zh) * 2021-07-28 2024-03-19 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种双光束耦合水导加工头装置及加工方法
CN113601027A (zh) * 2021-08-04 2021-11-05 广东工业大学 一种双激光复合隐形切割方法及加工系统
CN113814560B (zh) * 2021-09-10 2022-11-11 广东工业大学 多脉宽激光加工装置及方法
CN114406497B (zh) * 2022-02-22 2023-12-19 宁波飞纳激光科技有限公司 一种激光加工系统
CN114453770A (zh) * 2022-03-10 2022-05-10 浙江大学杭州国际科创中心 一种SiC衬底双脉冲飞秒激光切片的方法
CN115156197B (zh) * 2022-08-04 2024-05-24 南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统及清洗方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103659004B (zh) * 2013-12-12 2016-08-24 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光切割预处理装置、激光切割装置及激光切割方法
JP6308913B2 (ja) * 2014-08-15 2018-04-11 株式会社ディスコ ウエーハの加工方法
CN105127604A (zh) * 2015-09-06 2015-12-09 深圳英诺激光科技有限公司 激光加工系统及方法
CN106735943B (zh) * 2016-12-16 2018-10-09 江苏大学 一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置及其方法

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