CN114248023A - 一种激光剥离装置和激光剥离方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光剥离装置和激光剥离方法，所述装置包括激光器和整形器；激光器用于产生激光束；激光束的传输光路上设置整形器；整形器用于将激光束转换为平顶光激光束，平顶光激光束分布成点状、线状或面状；平顶光激光束的传输光路上设置相对运动扫描部件；相对运动扫描部件用于将平顶光激光束与待剥离样品之间产生至少一个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面；其能够降低对应用层材料的损伤，提升良品率，提高基底的重复利用率，降低半导体产业的生产成本；同时提高剥离效率，提高加工速度。

Description

一种激光剥离装置和激光剥离方法

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光剥离装置和激光剥离方法，用于将材料从基板分离开。

背景技术

在半导体行业中，基底和应用层通常由粘接层进行连接。为了转移开应用层，并重复利用基底，以减少半导体芯片制备成本，需要对基底和应用层二者进行剥离。相比传统的化学和机械性的剥离方式，激光剥离方式具有如下明显优点：

1、可以实现快速剥离。激光剥离仅需要激光能量、密度足够大，及光斑面积足够大，就可以实现非常快速的剥离；

2、可以实现无损伤的剥离。由于此时激光作用的一般是质量比较差的粘接层，所以只要严格控制激光能量密度，就可以相比传统加工方式降低对再利用材料的损伤率，从而增加基底的重复利用率；

3、只需要用通过激光照射的方式即可实现剥离，无需额外的耗材，也不产生污染环境的化学废料。

但是，如果只是单纯的采用激光高能辐射加工，却会由于激光的高能量、且能量分布不均，容易导致材料产生裂纹和损坏，从而导致应用层和整个基底存在很大的加工报废风险。

发明内容

本申请提出一种激光剥离装置和激光剥离方法，旨在解决现有技术的激光剥离方式所存在的上述缺陷，降低对应用层材料的损伤，提升良品率，提高基底的重复利用率，降低半导体产业的生产成本；同时提高剥离效率，提高加工速度。

首先，本申请提供一种激光剥离装置，所述激光剥离装置包括：

激光器，用于产生激光束；激光束的传输光路上设置整形器；

整形器，用于将激光束转换为平顶光激光束，平顶光激光束分布成点状、线状或面状；平顶光激光束的传输光路上设置相对运动扫描部件；

相对运动扫描部件，用于将平顶光激光束与待剥离样品之间产生至少一个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。其相对运动扫描部件包括但不限于：振镜，样品二维/三维移动平台，龙门头等。

进一步，相对运动扫描部件包括振镜和场镜，

平顶光激光束与待剥离样品之间产生相对运动的每个轴向上均设置有振镜，振镜用于绕其旋转轴旋转，实现平顶光激光束与待剥离样品之间在该轴向上产生相对运动，振镜的旋转轴与该轴向方向垂直；

场镜设置在扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面的传输光路上，且位于振镜和待剥离样品之间，用于对扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面聚焦。

进一步，整形器包括沿激光光束传输方向依次设置的匀化器和匹配透镜，

匀化器采用微阵列透镜、一个或两个为一组的鲍威尔透镜或DOE(DiffractiveOptical Element，衍射光学元件)，用于对激光光束做匀化处理，将其转换为平顶光激光束；

匹配透镜用于对匀化器和场镜进行匹配处理，延长激光剥离装置的工作距离。

进一步，激光剥离装置还包括材料翘曲检测补偿系统，用于实时监测待剥离样品的翘曲信息，并调节待剥离样品与激光器出光口之间的距离，实现优化调节扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面铺设在粘接层上的能量密度一致。

进一步，匀化器和匹配透镜固定安装在一个可伸缩套筒内，可伸缩套筒用于对不同焦距的匀化器进行匹配。

进一步，整形器后方设置可拆卸的十字叉丝校正片，十字叉丝校正片用于校正光路。

其次，本申请提供一种激光剥离方法，可以通过上述任一项的激光剥离装置实现，所述激光剥离方法包括以下步骤：

S01，将激光光束转换为平顶光激光束；

S02，将平顶光激光束照射在待剥离样品上；

S03，将平顶光激光束与待剥离样品之间产生至少一个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面；

S04，将扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面铺设照射在连接于待剥离样品的基底与应用层之间的粘接层上；

S05，调节扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面功率，使其达到或超过基底与应用层分离的最低能量密度。

进一步，步骤S03中，将平顶光激光束进行移动，将待剥离样品固定静止，或将平顶光激光束固定静止，将待剥离样品进行移动，实现平顶光激光束与待剥离样品之间产生相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

进一步，步骤S03中，将平顶光激光束与待剥离样品之间产生X轴和Y轴两个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面；并且，调节激光器的重复频率f，调节平顶光激光束与待剥离样品之间在X轴轴向上的相对运动速度Vx和Y轴轴向上的相对运动速度Vy；实现调节其X轴向上脉冲扫描激光点与脉冲扫描激光点之间的距离Dx和Y轴向上脉冲扫描激光点与脉冲扫描激光点之间的距离Dy。

进一步，应用于包括半导体材料、LED、PI膜、硅、碳化硅、玻璃、蓝宝石、碳酸锂的待剥离样品。

本申请的激光剥离装置和激光剥离方法，至少能够达到以下有益效果：

1、本申请的激光剥离装置和激光剥离方法，克服现有技术中激光输出中心能量过高导致废片的缺陷，通过将激光输出的高斯光束进行整形成平顶光激光束，从而保证其光场能量分布均匀，克服高斯光束的中心能量强、两边弱的弊端。

2、本申请的激光剥离装置和激光剥离方法，针对现有技术的激光整形器工作长度小于20mm，只能配合最高速度400mm/s的二维平台使用的问题，可以延长所述激光剥离装置的工作距离，使得激光整形器的工作长度需要足够长，从而可以与二维振镜匹配控制光束方向使用，实现加工速度达到至少3000mm/s以上，提高其加工速度。

3、本申请的激光剥离装置和激光剥离方法，可以通过对整形器的机械设计，例如通过可伸缩套筒使其可兼容各种不同配置，对不同能量密度需求配置不同激光光斑大小，扩大其适用范围。

4、本申请的激光剥离装置和激光剥离方法，可以通过实时监控材料的翘曲状态，并对其进行动态补偿，从而使得激光加工效果分布均匀。

综上，本申请的激光剥离装置和激光剥离方法，对应用层材料的损伤低，提升良品率；并且对基底的重复利用率大大提高，降低了半导体产业的生产成本；其加工速度快，增加了剥离效率，适合工业化应用；此外，其整形器的机械结构安装方便、可靠，且配置兼容性强，能够根据基底工艺将剥离效率优化至最佳。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为待剥离样品的结构示意图；

图2为待剥离样品的基底与应用层分离后结构示意图；

图3为本发明一些实施例的激光剥离装置的结构示意图；

图4为高斯光激光束转换为平顶光激光束的能量分布转换示意图；

图5为匀化器采用微阵列透镜的光路示意图；

图6为微阵列透镜对高斯光激光束分解成光区域块的能量分布图；

图7为匀化器采用一个鲍威尔透镜的光路示意图；

图8为匀化器采用两个鲍威尔透镜的光路示意图；

图9为匀化器采用DOE的光路示意图；

图10为可伸缩套筒结构示意图；

图11为十字叉丝校正片结构示意图；

图12为本发明的激光剥离方法的流程图；

图13为X轴和Y轴两个轴向上的二维振镜控制平顶光激光束扫描打点阵列示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为待剥离样品的结构示意图；图2为待剥离样品的基底与应用层分离后结构示意图。参照图1和图2，目前半导体行业中，基底101和应用层102通常由粘接层103进行连接。为了转移开应用层102，并重复利用基底101，以减少半导体芯片制备成本，需要对基底和应用层二者进行剥离，激光剥离加工需要粘接层103吸收足够的光能量，以使得粘接层103发生变性，从而失去与上、下层(即，应用层102和基底101)之间的连接，最终使得待剥离样品1的上、下表面脱离；而现有技术的激光高能辐射剥离加工中，却会由于激光100的高能量、且能量分布不均等因素，导致待重复利用材料产生裂纹和损坏，从而导致应用层102和整个基底101存在很大的激光剥离加工报废风险。本申请针对现有技术所存在的上述问题，为了克服激光器2输出的高斯光激光束200中间能量高、两侧周围边缘处能量分布低的缺陷，本发明的实施例中，考虑通过提供一种激光剥离装置和激光剥离方法，对高斯光激光束200整形优化为平顶光激光束300，优化处理激光100的能量分布，降低对应用层102等材料的损伤，提升良品率，提高基底101的重复利用率，降低半导体产业的生产成本；同时提高剥离效率，提高加工速度。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

实施例1

图3为本发明一些实施例的激光剥离装置的结构示意图。参见图3，一种激光剥离装置，激光剥离装置包括激光器2和整形器3；

激光器2，用于产生激光束；激光束的传输光路上设置整形器3；

整形器3，用于将激光束转换为平顶光激光束300，平顶光激光束300分布成点状、线状或面状；平顶光激光束300的传输光路上设置相对运动扫描部件；

相对运动扫描部件，用于将平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生至少一个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

其相对运动扫描部件包括但不限于：振镜4，样品二维/三维移动平台，或龙门头等。

图4为高斯光激光束转换为平顶光激光束的能量分布转换示意图。图12为高斯光激光束转换为平顶光激光束的能量分布转换示意图。高斯光激光束200和平顶光激光束300中心处的黑色区域代表光能量高的区域，周围边缘处具有空白点区域代表光能量低的区域。

需要说明的是，激光器2产生的激光束，一般为高斯光激光束200。高斯光激光束200经本实施例的整形器3整形后，转换为平顶光激光束300。如图4所示为高斯光激光束转换为平顶光激光束的能量分布转换示意图，可见，整形前的高斯光激光束200的能量分布不均匀，高斯光激光束200的中间部分能量高、边缘部分能量低，则会导致中间部分光束能量已经损伤了图1所示待剥离样品1中待重复利用材料，而边缘部分光束能量尚不足以影响待剥离样品1的基底101和应用层102之间连接的粘接层103，导致无法将待剥离样品1的基底101和应用层102如图2所示的分离开。本实施例的激光剥离装置，通过整形器3对激光器2发出的高斯光激光束200进行平顶化处理，如图3所示，经过整形平顶化处理后的平顶光激光束300，其光斑呈现出能量均匀分布的特点，从而降低对应用层102等材料的损伤，提升良品率，提高基底101的重复利用率，降低半导体产业的生产成本；同时提高剥离效率，提高加工速度。

实施例2

参照图3，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，相对运动扫描部件包括振镜4和场镜5；

相对运动扫描部件将平顶光激光束300与待剥离样品1之间可以产生多个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生相对运动的每个轴向上均设置有振镜4，振镜4用于绕其旋转轴旋转，平顶光激光束300经旋转中的振镜4的反射面反射后进行移动，且使得待剥离样品1固定静止，实现平顶光激光束300与待剥离样品1之间在该轴向上产生相对运动，振镜4的旋转轴与该轴向方向垂直；

场镜5设置在扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面的传输光路上，场镜5位于振镜4和待剥离样品1之间，用于对扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面聚焦。

实施例3

参照图3，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，相对运动扫描部件将平顶光激光束300与待剥离样品1之间可以产生X轴和Y轴两个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生相对运动的X轴和Y轴两个轴向上分别设置有振镜4，即，平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生相对运动的X轴轴向上设置有第一振镜，平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生相对运动的Y轴轴向上设置有第二振镜；第一振镜的旋转轴为Z轴，其反射的平顶光激光束300产生沿Y轴方向移动的扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面；第二振镜的旋转轴为Y轴，其反射的平顶光激光束300产生沿X轴方向移动的扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面；从而实现平顶光激光束300在X轴和Y轴两个轴向上对待剥离样品1进行激光剥离的扫描加工。

振镜4可以由电机驱动旋转，例如，振镜4上连接旋转轴，电机的转动输出轴连接该旋转轴，使得电机驱动旋转轴带动振镜4旋转，实现旋转的振镜4反射平顶光激光束300进行移动，产生移动的扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

实施例4

参照图3，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，整形器3包括沿激光光束传输方向依次设置的匀化器310和匹配透镜320，

匀化器310可以包括，但不限于微阵列透镜311、一个或两个为一组的鲍威尔透镜312或DOE 313(Diffractive Optical Element，衍射光学元件)等，用于对高斯光激光束200做匀化处理，将其转换为平顶光激光束300；

匹配透镜320，用于对匀化器310和场镜5进行匹配处理，可使得匀化器输出光束大小与振镜面大小相匹配，且调节激光剥离装置的工作距离。

其中，工作距离指场镜5至待剥离样品1之间的距离。具体可以指场镜5中心至待剥离样品1中心之间的距离。

参照图3，在本发明激光剥离装置的另一些实施例中，激光器2与整形器3之间的激光传输光路上可以设置扩束镜6。激光器2输出高斯光激光束200，经过扩束镜6进行扩束后，进入整形器3。

实施例5

图5为匀化器采用微阵列透镜的光路示意图。

参照图5，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，匀化器310采用微阵列透镜311。激光传输光路上依次设置扩束镜6、微阵列透镜311、匹配透镜320、和f-Theta聚焦镜7。其中，f-Theta聚焦镜7作为场镜5。激光器2输出高斯光激光束200，经扩束镜6扩束后，再经微阵列透镜311和匹配透镜320构成的整形器3整形转换为平顶光激光束300，然后经f-Theta聚焦镜7聚焦形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。A面为微阵列透镜311的后焦位置和匹配透镜320的前焦位置。B面和C面为平顶光激光束300光斑均匀位置，在B面处放置振镜4，C面处放置待剥离样品1。D1为扩束镜6中心至微阵列透镜311中心之间的距离，D2为微阵列透镜311中心至匹配透镜320中心之间的距离，D3为匹配透镜320中心至振镜4反射面之间的距离。

其中，微阵列透镜311又称为蝇眼透镜、复眼透镜。微阵列透镜311一般由一系列的微小单元透镜按一定的排列构成。不同的排列可以对高斯光激光束200产生不同的整形效果。一般作为子单元的微小单元透镜的尺寸周期大小在几十um到几千um左右。

微阵列透镜311的主要作用是：将圆心对称的、中心能量高、边缘能量低的高斯光激光束200切分分解成光区域块。

经微阵列透镜311切分分解成光区域块的高斯光激光束200再通过匹配透镜320堆叠在一起，从而起到空间上的匀化作用。

整形器3将高斯光激光束200切分分解成光区域块后，又重新叠在一起的位置，即是光斑分布均匀处，如图4中的B面处位置和C面处位置所示。

图6为微阵列透镜对高斯光激光束分解成光区域块的能量分布图。

参照图6，微小单元透镜的尺寸越小，其将高斯光激光束200分解成光区域块的尺寸越小，每个光区域块的光能量分布就越均匀，最后重新汇聚堆叠处的光斑分布就越均匀。结合参照图4，B面处位置为匹配透镜320的后焦位置，由于此处的光斑较小，振镜4放在此位置附近。通过选择具有适合的输入焦长和输出焦长的匹配透镜320，实现对微阵列透镜311和场镜5进行匹配。倘若未设置匹配透镜320，则微阵列透镜311和最后一级的作为场镜5的f-theta聚焦镜7将难以实现匹配，无法实现匹配则当平顶光激光束300从整形器3输出并传输到振镜4后，会出现光束光斑直径大于振镜4直径，导致部分光束无法通过振镜4；另外，由于不同焦距的匹配透镜320会导致焦点位置的光束光斑尺寸不同及工作距离不同；所以，需要通过选择具有适合的输入焦长和输出焦长的匹配透镜320，实现对微阵列透镜311和场镜5进行匹配。

实施例6

鲍威尔棱镜312的结构为圆形棱镜弯曲的车顶线条，其拉伸窄激光束将其分成一个均匀地照明的直线。鲍威尔棱镜312作为一种非球面镜的柱面镜，其与柱面镜一样，可以对激光的子午面或者弧矢面单个面方向进行整形。鲍威尔棱镜312与柱面镜不同的是：柱面镜的弧面是球面镜，当高斯光激光束200通过之后仍然是高斯光激光束200；而鲍威尔棱镜312的弧面为非球面，即鲍威尔透镜312的弧面是二维非球面曲线，其非球面设计实现对高斯光激光束200进行匀化处理，即鲍威尔棱镜312的非球面曲线对输入的高斯光激光束200的能量分布进行再分配，减小在中心区域的光能量，且提高边缘区域的光能量。

图7为匀化器采用一个鲍威尔透镜的光路示意图，图8为匀化器采用两个鲍威尔透镜的光路示意图。图7和图8中，实线所示为弧矢面的光路，虚线所示为子午面光路；激光传输光路上依次设置扩束镜6、鲍威尔棱镜312、匹配透镜320和f-Theta聚焦镜7。B面位置处为振镜4位置，C面位置处为待剥离样品1位置。

参照图7，鲍威尔棱镜312可单个使用，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，匀化器310采用一个鲍威尔棱镜312，该一个鲍威尔棱镜312作用于弧矢面，仅对弧矢面进行整形。激光器2输出高斯光激光束200，经过由一个鲍威尔棱镜312和匹配透镜320构成的整形器3，被整形处理成平顶光激光束300，在B面位置处形成条状光斑。D4为扩束镜6中心到鲍威尔棱镜312中心之间的距离，D5为鲍威尔透镜312中心到匹配透镜320中心之间的距离，D3为匹配透镜320到振镜4反射面之间的距离。

参照图8，在本发明激光剥离装置的另一些实施例中，匀化器310采用两个鲍威尔棱镜312，沿着光束传输光路方向，第一个鲍威尔棱镜312作用于弧矢面，第二个鲍威尔棱镜312作用于子午面。即两个鲍威尔棱镜312对弧矢面和子午面同时进行整形，最终在B面位置处形成长方形光斑。

如图8所示，由于两个鲍威尔棱镜312的整形弧面存在错位，因此在相同鲍威尔棱镜312扇角θ情况下，最终的聚焦点也形成错位，所以形成了长方形光斑。选择不同的鲍威尔棱镜312扇角θ，可以对激光光束进行不同程度上的展宽处理。D6为扩束镜6中心到两个鲍威尔棱镜312中心之间的距离，D7为两个鲍威尔透镜312中心到匹配透镜320中心之间的距离，D3为匹配透镜320到振镜4反射面之间的距离。

实施例7

DOE 313(Diffractive Optical Elements，衍射光学元件)利用微结构设计来改变其传播的光的相位。合理的设计光学衍射原件表面的微结构能够使得输入特定光时，输出任何符合设计的光强分布的光。通过特定的DOE 313，可以对高斯光激光束200进行匀化处理。

图9为匀化器采用DOE的光路示意图。B面位置处为振镜4位置，C面位置处为待剥离样品1位置。

参照图9，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，匀化器310采用DOE313。激光传输光路上依次设置扩束镜6、DOE 313、匹配透镜320、和f-Theta聚焦镜7。激光器2发出的高斯光激光束200，通过DOE 313的衍射匀化片进行整形，可直接在E面产生整形后的匀化光斑。D8为扩束镜6中心至DOE 313中心之间的距离，D9为DOE 313中心至匹配透镜320之间的距离，D3为匹配透镜320到振镜4反射面之间的距离。

实施例8

图10为可伸缩套筒结构示意图。

如图10所示，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，匀化器310和匹配透镜320固定安装在一个可伸缩套筒8内，可伸缩套筒8用于对不同焦距的匀化器310进行匹配。即通过选择具有适合的输入焦长和输出焦长的匹配透镜320，实现对匀化器310和场镜5进行匹配，然后为了配合匹配透镜320与不同输入焦长和输出焦长的匹配透镜320的安装需要，设置可伸缩套筒8，用于安装匀化器310和匹配透镜320。匀化器310和匹配透镜320可以在可伸缩套筒8内通过旋片801压紧，即，在匀化器310与可伸缩套筒8内壁之间、匹配透镜320与可伸缩套筒8内壁之间分别设置压紧匀化器310、匹配透镜320的旋片801。

旋片801的纵向截面可以设置凹陷的卡槽，即，旋片801可以为环形，其外壁固定连接在可伸缩套筒8内壁上，其内壁上设置有环形凹陷的卡槽，匀化器310、匹配透镜320分别安装在其旋片801的卡槽内。

匀化器310和匹配透镜320采用旋片801压紧固定安装在一个可调伸缩套筒8里，从而方便兼容不同焦距的匀化器310进行匹配，使得最终平顶化的光斑尺寸大小可调节，使得作用在待剥离样品1材料上的光能量密度可控制。

可伸缩套筒8可以包括外筒802和内筒803，外筒802套设在内筒803外部构成伸缩结构，通过内筒803在外筒802中移动，实现可伸缩套筒8的伸缩长度调节；外筒802和内筒803侧壁上可以均开设定位螺孔，通过在外筒802和内筒803上重合的定位螺孔内安装定位螺丝804，实现可伸缩套筒8长度的固定。

可伸缩套筒8也可以包括多级外筒802和内筒803，即，可伸缩套筒8可以包括第一套筒、第二套筒、…、第n套筒，第一套筒套设在第二套筒外构成上述外筒802和内筒803的伸缩结构，第二套筒套设在第三套筒外构成上述外筒802和内筒803的伸缩结构，第n-1套筒套设在第n套筒外构成上述外筒802和内筒803的伸缩结构，由此实现可伸缩套筒8的多级伸缩长度调节。每级套筒上均可以设置定位螺孔，相邻级套筒之间均可以通过在重合的定位螺孔内安装定位螺丝804，实现可伸缩套筒8长度的固定。

可伸缩套筒8的后端可以设置有挡板或挡圈。

实施例9

图11为十字叉丝校正片结构示意图。

如图11所示，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，为了便于对光，整形器3后方设置十字叉丝校正片9，十字叉丝校正片9上设置十字叉丝901，十字叉丝校正片9用于校正光路。即，在整形器3的输出端设置中心具有十字叉丝901的十字叉丝校正片9。

当整形器3安装在可伸缩套筒8内时，十字叉丝校正片9设置在可伸缩套筒8后方。

离焦处指激光束非焦点位置，该位置处激光束的光斑尺寸比焦点位置处激光束的光斑尺寸大。通过观察离焦处的光斑，若十字叉丝901挡光后分出的四个区域光强不均匀，则说明各光学器件未同光心、未同光轴，需要进一步校正光路；待光路校正好以后，即，当整形器2和前级各光器件的光心、光轴对准后，在十字叉丝901挡光后分出的四个区域上，可以观察到光强均匀分布。

十字叉丝校正片9可以为可拆卸结构。待光路校正好以后，可以拆除十字叉丝校正片9。

实施例10

参照图3，在本发明激光剥离装置的一些实施例中，激光剥离装置还包括材料翘曲检测补偿系统10，材料翘曲检测补偿系统10用于实时监测待剥离样品的翘曲信息，并调节待剥离样品1与激光器2出光口之间的距离，实现优化调节扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面铺设在粘接层103上的能量密度一致。

例如：材料翘曲检测补偿系统10可以包括光强分布信息采集部件、处理器、电机；光强分布信息采集部件可以采用CCD，用于采集待剥离样品1上平顶光激光束300的光强分布信息；处理器用于接收平顶光激光束300的光强分布信息，并对该光强分布信息进行数据处理运算和判断；处理器可以与电机数据控制连接。电机用于根据处理器的判断结果，控制相对运动扫描部件与待剥离样品1之间产生相对运动，使得运动扫描部件与待剥离样品1之间的距离发生改变，实现优化调节平顶光激光束300的扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面照射在粘接层103上的光强分布均匀性。

实施例1～10中任一项的激光剥离装置，可以设置自动吸附上料组件，动吸附上料组可以包括吸盘，吸盘可以通过电机驱动移动，吸盘用于吸附待剥离样品1。

吸盘还可以用于吸附待剥离样品1，使其基底101与应用层103通过吸附力被剥离分开。

的激光剥离装置，在应用层102并非是薄膜时，还可以设置上、下面滑剥组件，上、下面滑剥组件可以包括切剥板，切剥板可以为塑料板，切剥板用于切入剥离开基底101与应用层103。

实施例11

图12为本发明的激光剥离方法的流程图。

参照图12，一种激光剥离方法，可以由实施例1～9中任一项的激光剥离装置实现，激光剥离方法包括以下步骤：

S01，将激光光束转换为平顶光激光束300；

S02，将平顶光激光束300照射在待剥离样品1上；

S03，将平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生至少一个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面；

S04，将扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面铺设照射在连接于待剥离样品1的基底101与应用层102之间的粘接层103上；

S05，调节扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面的功率，使其达到或超过基底101与应用层102分离的最低能量密度。

结合参照图4，一般来说激光器2发出高斯光激光束200，可见，整形前的高斯光激光束200的能量分布不均匀，高斯光激光束200的中间部分能量高、周围边缘部分能量低，则会导致中间部分光束能量已经损伤了图1所示待剥离样品1中待重复利用材料，而周围边缘部分光束能量尚不足以影响待剥离样品1的基底101和应用层102之间连接的粘接层103，导致无法将待剥离样品1的基底101和应用层102如图2所示的分离开。本实施例的激光剥离方法，通过对激光器2发出的高斯光激光束200进行平顶化处理，转换为平顶光激光束300后，其光斑呈现出能量均匀分布的特点，从而降低对应用层102等材料的损伤，提升良品率，提高基底101的重复利用率，降低半导体产业的生产成本；同时提高剥离效率，提高加工速度。

实施例12

在本发明激光剥离方法的一些实施例中，步骤S03中，将平顶光激光束300进行移动，将待剥离样品1固定静止，或将平顶光激光束300固定静止，将待剥离样品1进行移动，实现平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

在本发明激光剥离方法的另一些实施例中，步骤S03中，将平顶光激光束300进行多个轴向上的点扫描，形成扫描激光点。此时可以将平顶光激光束300进行移动，将待剥离样品1固定静止。

在本发明激光剥离方法的另一些实施例中，步骤S03中，将平顶光激光束300进行X轴和Y轴两个轴向上的点扫描，形成扫描激光点。同样，此时可以将平顶光激光束300进行移动，将待剥离样品1固定静止。

在本发明激光剥离方法的另一些实施例中，步骤S03中，将平顶光激光束300与待剥离样品1之间产生X轴和Y轴两个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

此时，可以调节激光器2的重复频率f，调节平顶光激光束300与待剥离样品1之间在X轴轴向上的相对运动速度Vx和Y轴轴向上的相对运动速度Vy；实现调节其X轴向上脉冲扫描激光点与脉冲扫描激光点之间的距离Dx和Y轴向上脉冲扫描激光点与脉冲扫描激光点之间的距离Dy。

其中，同样可以是，将平顶光激光束300进行移动，将待剥离样品1固定静止。

图13为X轴和Y轴两个轴向上的二维振镜控制平顶光激光束扫描打点阵列示意图。

通过振镜4反射的扫描激光点对粘接层103进行铺设照射的打点点阵列如图13所示，可见，相邻两个脉冲扫描激光点之间的横向间隔为Dx，纵向间隔为Dy。其Dy通过运动控制脉冲扫描激光点的行间距而定；而Dx通过脉冲扫描激光点的重复频率f、及脉冲扫描激光点与待剥离样品1间相对移动速度Vx确定，最后Dx＝Vx/f。当扫描完毕后，基底101与应用层103的脱落方式可以有多种，例如：通过晶圆的基底101与应用层103被吸附的方式，或者通过塑料板切入剥开的方式等，对基底101与应用层103进行分离；如果应用层103仅为一层薄膜的话，该薄膜会自动脱落，无需通过任何外力进行剥除。

具体结合实施例3的激光剥离装置，本实施例的激光剥离方法的步骤S03中，通过多个轴向上分别设置的多个振镜4旋转、并反射平顶光激光束300，进行多个轴向的点扫描，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

更具体地，本实施例的激光剥离方法的步骤S03中，通过X轴和Y轴两个轴向上分别设置的第一振镜和第二振镜分别旋转、并分别反射平顶光激光束300，进行X轴和Y轴两个轴向的点扫描，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

更具体地，本实施例的激光剥离方法的步骤S03中，调节平顶光激光束300在X轴轴向上的扫描速度v时，通过调节旋转轴为X轴的第一振镜的旋转速度实现。

更具体地，本实施例的激光剥离方法的步骤S03中，调节平顶光激光束300在Y轴轴向上的行间距Dy时，通过调节旋转轴为Y轴的第二振镜的旋转速度实现。

本发明的上述任一实施例的激光剥离装置和激光剥离方法，用于对如图1所示键合在一起的待剥离样品1其基底101和应用层102上、下两层材料进行解键合剥离处理，通过平顶光激光束300处理后，使得基底101和应用层102的上、下两层材料如图2所示分离。

具体应用中，如图3所示，本发明实施例的激光剥离装置，可以包括激光器2、扩束器6、整形器3、振镜4、场镜5(可以具体为f-theta聚焦镜7)及材料翘曲检测补偿组件10。

激光器2的输出激光波长可以根据粘接层103对光的吸收特性确定，一般可以采用的激光波长为50～1800nm。

扩束器6放置在激光器2的输出光路上，用于对激光输出光束进行扩束准直，以满足整形器3的输入条件。扩束镜6可以采用放大倍数为3～15倍的配置，对激光输出光束进行放大。

整形器3放置于扩束镜6之后，激光器2输出高斯光激光束200，通过扩束镜6进行扩束，然后进入整形器3，通过整形器3后转换为平顶光激光束300。

平顶光激光束300再通过X轴和Y轴两个轴向上的二维振镜4对平顶光激光束300进行方位控制，最后通过f-theta聚焦镜7聚焦到样品上对待剥离样品1进行激光扫描剥离加工。

整形器3用于将高斯光激光束200整形成平顶光激光束300，整形器3包含的光学元件可以有匀化器310和匹配透镜320；整形器3的光学部分包含匀化器310和匹配透镜320；匀化器310可以为微阵列透镜311、鲍威尔透镜312或DOE313；匀化器310放置于扩束镜6之后，用于将高斯光激光束200进行平顶化处理；匹配透镜320用于对匀化器310和场镜5进行匹配处理，从而延长激光剥离装置的工作距离。延长激光剥离装置工作距离的目的，是实现通过振镜4控制平顶光激光束300的移动扫描，否则只能通过X轴和Y轴的移动平台进行控制，导致装置结构复杂、笨重、难于操作和调节、降低激光剥离加工的效果和效率。而振镜4反射平顶光激光束300进行移动扫描的加工速度远远快于X轴和Y轴的移动平台的速度，同时，振镜4反射平顶光激光束300进行移动扫描的结构简单合理、占用空间小、便于操作和调节，能够提高激光剥离加工的效果和效率。因此设置匹配透镜320来延长激光剥离装置的工作距离，以匹配振镜4的使用条件。

由于针对不同的基底101封装工艺，所需要的激光光斑的能量密度ρ有所不同，所需激光光斑的能量密度分布通常为1mJ～3000mJ/cm²。不同能量密度的激光光斑对应不同的光斑尺寸，因此所需要的匀化器310和匹配透镜320的配置有所不同。根据能量密度关系式：ρ＝E/S，其中，E为能量密度，S为光斑面积，假设第一基底的封装工艺只需要1000mJ/cm²的能量密度ρ1进行剥离，而第二基底的封装工艺需要10mJ/cm²的能量密度ρ2，第一基底的晶圆的激光能量输入为E1，第一基底的晶圆的激光能量输入为E2，则如果不降低第二基底的晶圆的激光能量E2，而是给第二基底的晶圆与第一基底的晶圆同样的激光能量输入，即E2＝E1，那么可以使得第一基底的激光光斑尺寸比第二基底的激光光斑尺寸大100倍，此时处理第二基底的剥离速度可以比处理第二基底的剥离速度快100倍。

整形器3可以安装在可伸缩套筒8内，通过可伸缩套筒8的伸缩，调节匀化器310中心和匹配透镜320中心之间的距离，从而对不同焦长的匀化器310进行匹配；可伸缩套筒8末端可以安装可拆卸的十字叉丝校正片9，用于对光、校正光路。

针对不同激光光斑，采用不同参数的匀化器310和扩束镜320，会导致匀化器310和扩束镜6出口之间的距离、匀化器310和匹配透镜320之间的距离有所不同，可以参考图4和图8，即D1(D8)、D2(D9)有所不同；所以在机械结构上，为了兼容不同配置，在D2(D9)、D3段采用可伸缩套筒8，并可以通过定位螺丝804固定可伸缩套筒8的伸缩状态。可伸缩套筒8的后端为C面位置。

场镜5的焦距可以为10～800mm。

激光剥离装置还可以设置工作平台，工作平台用于放置待剥离材料1。

由于完全平整的材料只是一种非常理想的状态，而实际中，所有材料或多或少都存在一定程度的翘曲。但是由于最后整形成的光强均匀分布的平顶光激光束300，其只存在于一定区间范围内，如图4的B平面为平顶光激光束300的分布平面，所以平顶光激光束300只存在于B平面前后区域范围内；而如果待剥离材料1的翘曲超过这个平顶光激光束300的分布区域范围，将导致激光光束作用在待剥离材料1上的效果分布不均匀；因此，激光剥离装置采用材料翘曲检测补偿组件10检测待剥离材料1平面的翘曲，并对该翘曲进行动态补偿，使得激光光斑与待剥离样品1之间产生相对运动，使得激光光斑与待剥离样品1之间的距离发生改变，实现优化调节激光光斑照射在粘接层103上的光强分布均匀性。

具体应用中，本发明实施例的激光剥离方法，可以通过本发明实施例的激光剥离装置实现，将待剥离样品1放置在工作平台上，通过将整形后的平顶光激光束300照射在待剥离样品1上，待剥离样品1放置在平顶光激光束300焦点处。

通过二维振镜4组件控制平顶光激光束300的扫描运动，即，分别通过两个振镜4对平顶光激光束300进行X轴和Y轴两个轴向上的移动，产生扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面，并将其铺满粘接层103上进行激光扫描剥离加工。激光器2根据不同材料对应设置不同的能量输出，其能量输出需要大于使得粘接层103变性的最低能量；通过具体实践实验，调节平顶光激光束300功率，使其达到上层的应用层102与下层的基底101分离的最低能量要求。

可以通过振镜4控制的方式，即通过控制第一振镜和第二振镜的旋转，可以改变扫描激光点的位置，从而形成扫描激光点阵列。通过控制调节振镜4的转动速度，可以调节扫描激光点的扫描速度v。

调节激光器2的重复频率f和振镜4旋转速度，从而控制激光扫描点在X轴方向上的点与点之间的间距Dx，DX＝v/f；即，扫描激光点的扫描速度v和激光器2的重复频率f共同决定了一行扫描激光点阵列的距离Dx，Dx＝v/f。例如，可以选用扫描激光点的扫描速度v为0.1～20000mm/s，激光器2的重复频率f为0Hz～200Mhz。

调节振镜4的平移移动走位，从而控制激光扫描点在Y轴方向上行与行之间的间距Dy，达到激光扫描点均匀分布在待剥离样品1上的效果。行间距Dy由相邻的扫描激光线之间的间距决定。例如，可以选用Dy＝0.001～2mm。

在激光剥离加工扫描前和扫描过程中，通过翘曲检测补偿组件10实时监测待剥离样品1材料的翘曲，并进行动态补偿；激光剥离加工扫描结束后，应用层102与基底101发生分离、脱落。

本发明实施例的激光剥离方法，根据粘接层103的具体材质和物理化学特性、及所需要的激光剥离加工效率，可以灵活选择和搭配整形光路的具体方案、工艺参数和加工方式，以优化待剥离材料1与激光光束波长的组合，实现最佳加工效率、良品率，减少后续处理难度及成本。

粘接层103的物理化学特性可以包括：粘接层103的厚度、尺寸、光洁度等。

整形光路的具体方案可以为：匀化器310采用微阵列透镜311、一个或两个为一组的鲍威尔透镜312或DOE 313。

工艺参数可以包括：激光光束的波长、激光光束的能量、激光光束的频率、激光光束的脉宽、激光光束的光斑尺寸大小、激光光束的扫描速度v等。

加工方式可以包括：选用自动吸附上料组件吸附待剥离样品1、采用吸附力将基底101与应用层103剥离分开、或采用切剥板切入剥离开基底101与应用层103。

本发明的上述任一实施例的激光剥离装置和激光剥离方法，可以应用于包括但不限于半导体材料、LED、PI膜、硅、碳化硅、玻璃、蓝宝石、碳酸锂的待剥离样品1等。

LED指发光二极管。

PI膜指聚酰亚胺薄膜(PolyimideFilm)，是性能很好的薄膜类绝缘材料，由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(DDE)在强极性溶剂中经缩聚，并流延成膜再经亚胺化而成。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种激光剥离装置，其特征在于，所述激光剥离装置包括：

激光器，用于产生激光束；所述激光束的传输光路上设置整形器；

所述整形器，用于将所述激光束转换为平顶光激光束，所述平顶光激光束分布成点状、线状或面状；所述平顶光激光束的传输光路上设置相对运动扫描部件；

所述相对运动扫描部件，用于将所述平顶光激光束与所述待剥离样品之间产生至少一个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

2.如权利要求1所述的激光剥离装置，其特征在于，所述相对运动扫描部件包括振镜和场镜，

所述平顶光激光束与所述待剥离样品之间产生相对运动的每个轴向上均设置有所述振镜，所述振镜用于绕其旋转轴旋转，实现所述平顶光激光束与所述待剥离样品之间在该轴向上产生相对运动，所述振镜的所述旋转轴与该轴向方向垂直；

所述场镜设置在所述扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面的传输光路上，且位于所述振镜和所述待剥离样品之间，用于对所述扫描激光点、所述扫描激光线或所述扫描激光面聚焦。

3.如权利要求1所述的激光剥离装置，其特征在于，所述整形器包括沿所述激光光束传输方向依次设置的匀化器和匹配透镜，

所述匀化器采用微阵列透镜、一个或两个为一组的鲍威尔透镜或DOE，用于对所述激光光束做匀化处理，将其转换为所述平顶光激光束；

所述匹配透镜用于对所述匀化器和所述场镜进行匹配处理，延长所述激光剥离装置的工作距离。

4.如权利要求1所述的激光剥离装置，其特征在于，所述激光剥离装置还包括材料翘曲检测补偿系统，用于实时监测所述待剥离样品的翘曲信息，并调节所述待剥离样品与激光器出光口之间的距离，实现优化调节所述扫描激光点、所述扫描激光线或所述扫描激光面铺设在所述粘接层上的能量密度一致。

5.如权利要求3所述的激光剥离装置，其特征在于，所述匀化器和所述匹配透镜固定安装在一个可伸缩套筒内，所述可伸缩套筒用于对不同焦距的所述匀化器进行匹配。

6.如权利要求1所述的激光剥离装置，其特征在于，所述整形器后方设置可拆卸的十字叉丝校正片，所述十字叉丝校正片用于校正光路。

7.一种激光剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01，将激光光束转换为平顶光激光束；

S02，将所述平顶光激光束照射在待剥离样品上；

S03，将所述平顶光激光束与所述待剥离样品之间产生至少一个轴向上的相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面；

S04，将所述扫描激光点、所述扫描激光线或所述扫描激光面铺设照射在连接于所述待剥离样品的基底与应用层之间的粘接层上；

S05，调节所述扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面功率，使其达到或超过所述基底与所述应用层分离的最低能量密度。

8.如权利要求7所述的激光剥离方法，其特征在于，步骤S03中，将平顶光激光束进行移动，将待剥离样品固定静止，或将平顶光激光束固定静止，将待剥离样品进行移动，实现平顶光激光束与待剥离样品之间产生相对运动，形成扫描激光点、扫描激光线或扫描激光面。

9.如权利要求7所述的激光剥离方法，其特征在于，步骤S03中，将所述平顶光激光束与所述待剥离样品之间产生X轴和Y轴两个轴向上的相对运动，形成所述扫描激光点、所述扫描激光线或所述扫描激光面；并且，调节所述激光器的重复频率f，调节所述平顶光激光束与所述待剥离样品之间在X轴轴向上的相对运动速度Vx和Y轴轴向上的相对运动速度Vy；实现调节其X轴向上脉冲扫描激光点与脉冲扫描激光点之间的距离Dx和Y轴向上脉冲扫描激光点与脉冲扫描激光点之间的距离Dy。

10.如权利要求7所述的激光剥离方法，其特征在于，应用于包括半导体材料、LED、PI膜、硅、碳化硅、玻璃、蓝宝石、或碳酸锂的所述待剥离样品。

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