CN214867994U - 激光加工装置及晶圆加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光加工装置及晶圆加工设备，激光加工装置包括第一激光光源、锥透镜、聚焦镜、第一振镜、第二振镜和聚焦场镜，第一激光光源用于发出第一激光，沿着第一激光的出光光路依次设置有锥透镜、聚焦镜、第一振镜，第二振镜和聚焦场镜；锥透镜用于将第一激光转换为贝塞尔光束，聚焦镜和聚焦场镜用于将贝塞尔光束进行聚焦，第一振镜和第二振镜用于将贝塞尔光束反射至聚焦场镜。本申请提供的激光加工装置的第一激光光源发出第一激光，锥透镜将第一激光转换为贝塞尔光束，聚焦镜和聚焦场镜可缩小贝塞尔光束的光斑倍率，贝塞尔光束的聚焦线在深度方向会形成一个较长且较细的焦线，可瞬间对工件造成一个微型孔，能够提高微型孔的加工效率。

Description

激光加工装置及晶圆加工设备

技术领域

本申请属于激光加工技术领域，更具体地说，是涉及一种激光加工装置及晶圆加工设备。

背景技术

目前，对于玻璃工件的微型孔的加工方法，包括CNC钻孔和准分子激光钻孔。CNC钻孔通常用于加工直径大于0.2mm的孔，而对于直径小于0.2mm的孔，对CNC刀具的要求苛刻，CNC钻孔的加工效率较低。准分子激光钻孔可以用于密集小孔的加工，但是在准分子激光钻孔之前，需要对工件进行特定的掩膜处理，且工件越厚，准分子激光钻孔的速度越慢。现有的加工方法都存在微型孔的加工效率较低的问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光加工装置及晶圆加工设备，以解决现有技术中存在的微型孔的加工效率较低的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种激光加工装置，包括第一激光光源、锥透镜、聚焦镜、第一振镜、第二振镜和聚焦场镜，所述第一激光光源用于发出第一激光，沿着所述第一激光的出光光路依次设置有所述锥透镜、所述聚焦镜、所述第一振镜、所述第二振镜和所述聚焦场镜；

其中，所述锥透镜用于将所述第一激光转换为贝塞尔光束，所述聚焦镜用于将所述贝塞尔光束进行聚焦，所述第一振镜用于将所述贝塞尔光束反射至所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述贝塞尔光束反射至所述聚焦场镜，所述聚焦场镜用于将所述贝塞尔光束进行聚焦。

可选地，所述第一振镜可绕第一轴线旋转，所述第二振镜可绕第二轴线旋转，所述第一轴线和所述第二轴线垂直。

可选地，所述激光加工装置还包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器用于驱动所述第一振镜绕所述第一轴线旋转，所述第二驱动器用于驱动所述第二振镜绕所述第二轴线旋转。

可选地，所述第一驱动器和所述第二驱动器是步进电机或者伺服电机。

可选地，所述激光加工装置还包括第二激光光源和合束镜，所述第二激光光源用于发出第二激光，所述合束镜用于将所述第一激光和所述第二激光合成同光轴的激光束，所述锥透镜用于将所述激光束转换为所述贝塞尔光束。

可选地，所述激光加工装置还包括反射镜，所述反射镜用于将所述第一激光或所述第二激光反射至所述合束镜。

可选地，所述第一激光光源为纳秒激光器或皮秒激光器，所述第二激光光源为皮秒激光器或飞秒激光器。

可选地，在所述激光束的一个脉冲周期内，所述第二激光光源用于在所述第一激光光源触发之后再触发。

可选地，在所述激光束的一个脉冲周期内，所述第二激光光源用于在所述第一激光光源触发后的从所述第一激光光源的发光时间的2/3至5/6的区间内触发。

本申请还提供一种晶圆加工设备，所述晶圆加工设备包括上述任何一种的激光加工装置。

本申请提供的激光加工装置的有益效果在于：与现有技术相比，本申请的激光加工装置包括第一激光光源、锥透镜、聚焦镜、第一振镜、第二振镜和聚焦场镜，第一激光光源发出第一激光，锥透镜将第一激光转换为贝塞尔光束，聚焦镜将贝塞尔光束进行聚焦，第一振镜将贝塞尔光束反射至第二振镜，第二振镜将贝塞尔光束反射至聚焦场镜，从而可以对位于预定位置的工件进行加工；聚焦镜和聚焦场镜将贝塞尔光束进行聚焦，可缩小贝塞尔光束的光斑倍率，贝塞尔光束的聚焦线在深度方向会形成一个较长且较细的焦线，可瞬间对工件造成一个微型孔，能够提高微型孔的加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的激光加工装置的光路示意图；

图2为本申请实施例提供的第一振镜、第二振镜和聚焦场镜的工作示意图。

其中，图中各附图标记：

100-激光加工装置；11-第一激光光源；12-第二激光光源；20-反射镜；30-合束镜；40-锥透镜；50-聚焦镜；61-第一振镜；611-第一驱动器；62-第二振镜；621-第二驱动器；70-聚焦场镜；80-工件。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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申请和简化描述，而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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本申请实施例提供的激光加工装置100进行说明。激光加工装置100包括：第一激光光源11、锥透镜40、聚焦镜50、第一振镜61、第二振镜62和聚焦场镜70。

第一激光光源11用于发出第一激光，沿着第一激光的出光光路依次设置有锥透镜40、聚焦镜50、第一振镜61、第二振镜62和聚焦场镜70；其中，锥透镜40用于将第一激光转换为贝塞尔光束，聚焦镜50用于将贝塞尔光束进行聚焦，第一振镜61用于将贝塞尔光束反射至第二振镜62，第二振镜62用于将贝塞尔光束反射至聚焦场镜70，聚焦场镜70用于将贝塞尔光束进行聚焦。

本申请提供的激光加工装置100的有益效果在于：与现有技术相比，本申请的激光加工装置100包括第一激光光源11、锥透镜40、聚焦镜50、第一振镜61、第二振镜62和聚焦场镜70，第一激光光源11发出第一激光，锥透镜40将第一激光转换为贝塞尔光束，聚焦镜50将贝塞尔光束进行聚焦，第一振镜61将贝塞尔光束反射至第二振镜62，第二振镜62将贝塞尔光束反射至聚焦场镜70，从而可以对位于预定位置的工件80进行加工；聚焦镜50和聚焦场镜70将贝塞尔光束进行聚焦，可缩小贝塞尔光束的光斑倍率，贝塞尔光束的聚焦线在深度方向会形成一个较长且较细的焦线，可瞬间对工件80造成一个微型孔，能够提高微型孔的加工效率。

本申请的激光加工装置100可以用于在工件80上加工出微型孔或者特定形状。所述工件80可以是玻璃板材或者晶圆。

请参阅图2，在本申请另一个实施例中，第一振镜61可绕第一轴线X旋转，第二振镜62可绕第二轴线Y旋转，第一轴线X和第二轴线Y垂直。贝塞尔光束依次经过第一振镜61和第二振镜62的反射，可以投射至形状较为复杂的工件表面上，也可以沿着较为复杂的路径对工件80进行加工。激光加工装置100可以在工件80上钻孔，也可以在工件80上切割出任意形状。激光加工装置100可以利用第一振镜61和第二振镜62的高速精密的特点，提高激光加工的速度和精密度。

在本申请另一个实施例中，激光加工装置100还包括第一驱动器611和第二驱动器621，第一驱动器611用于驱动第一振镜61绕第一轴线X旋转，第二驱动器621用于驱动第二振镜62绕第二轴线Y旋转。第一驱动器611驱动第一振镜61绕第一轴线X旋转，第二驱动器621驱动第二振镜62绕第二轴线Y旋转，第一振镜61和第二振镜62配合，可以将贝塞尔光束反射至工件80，且贝塞尔光束可沿着预设路径或图案在工件80上移动，可以在工件80上加工出任意的形状。第一驱动器611和第二驱动器621可以是步进电机或者伺服电机。在一些情况下，第一振镜61和第二振镜62可以组成振镜扫描系统。在另一些示例中，第一振镜61和第二振镜62中的一个可以是手动调整偏转角度，另一个由电机驱动旋转。

在本申请另一个实施例中，激光加工装置100还包括聚焦场镜70，沿着第一激光的出光光路，聚焦场镜70设于第二振镜62的后方。贝塞尔光束经过聚焦场镜70后，可以在工件80的加工面上形成均匀大小的聚焦光斑。聚焦场镜70可以解决贝塞尔光束穿过聚焦透镜系统后产生的离轴偏转现象，能够提高激光加工的准确性和稳定性。

在本申请另一个实施例中，激光加工装置100还包括第二激光光源12和合束镜30，第二激光光源12用于发出第二激光，合束镜30用于将第一激光和第二激光合成同光轴的激光束，锥透镜40用于将激光束转换为贝塞尔光束。合束镜30将第一激光和第二激光合成同光轴的激光束，锥透镜40将激光束转换为贝塞尔光束。第一激光和第二激光可以具有不同的特性，对工件80产生不同的作用。

在本申请另一个实施例中，激光加工装置100还包括反射镜20，反射镜20用于将第一激光或第二激光反射至合束镜30。在一些示例中，第一激光光源11发出的第一激光可以直接射入合束镜30，第二激光光源12发出的第二激光经过反射镜20的反射后射入合束镜30。由此，可以根据需要灵活布置第一激光光源11和第二激光光源12的位置。

在本申请另一个实施例中，第一激光光源11为纳秒激光器或皮秒激光器，第二激光光源12为皮秒激光器或飞秒激光器。第一激光光源11发出的第一激光可以是纳秒激光脉冲或皮秒激光脉冲，第二激光光源12发出的第二激光可以是皮秒激光脉冲或飞秒激光脉冲。第一激光和第二激光可以对工件80产生不同的作用。在所述激光束的一个脉冲周期内，第二激光光源12用于在第一激光光源11触发之后再触发。在激光束的一个脉冲周期内，第二激光光源12的触发时间晚于第一激光光源11的触发时间。在一些示例中，可以利用第一激光穿透工件80，在工件80内部形成强大的应力区，然后再触发第二激光光源12，第二激光在应力区内形成强冲击效应，在冲击区内的工件材料瞬间被冲击出工件外部，形成一个干净的孔洞，该孔洞的直径的范围可以是300nm至800nm，且该孔洞的锥度较小或者没有锥度。在一些示例中，众多的激光脉冲在工件80上形成一个长切割缝，该切割缝所切割的特殊形状的孔因存在切割间隙，能够轻松将孔的余料去除，从而在工件80上加工出特殊形状的孔。优选地，在激光束的一个脉冲周期内，第二激光光源12用于在第一激光光源11触发后的第一激光光源的发光时间的2/3至5/6的区间内触发。在激光束的一个脉冲周期内，第二激光光源12的触发时间位于第一激光光源11触发后的从第一激光光源11的发光时间的2/3至5/6的区间内。由此，可以获得较佳的激光加工效果。

本申请的激光加工装置100包含第一激光光源11和第二激光光源12。第一激光光源11发出的第一激光可以是纳秒激光脉冲或皮秒激光脉冲，能量范围在20W至50W，波长为1064nm、532nm或355nm，优选为1064nm。第二激光光源12发出的第二激光可以是皮秒激光脉冲或飞秒激光脉冲，能量范围在10W至50W，波长为1064nm、532nm或355nm，优选为1064nm。

本申请的激光加工装置100包含合束镜30，将两束激光光束合为一束，进行双光束混合加工。本申请的激光加工装置100包含贝塞尔聚焦切割系统，该系统将合束后的光斑使用锥透镜40进行贝塞尔聚焦，形成非常深的焦线。再通过一个望远镜系统，该系统由一个聚焦透镜再加一组振镜和聚焦场镜70构成。通过这一系统，将这个很深的焦线缩小很多倍最后聚焦到玻璃工件上，由于贝塞尔的聚焦线在深度方向会形成一个较长的焦线，每个组合脉冲可瞬间对玻璃造成一个微型孔，该孔的直径在100nm至700nm左右。而将众多的孔以特殊的路径叠加在一起，即形成对不同形状的孔的切割。

本申请的激光加工装置100采用双激光脉冲时序控制输出的特点。时序控制为先触发第一激光，即纳秒激光脉冲或皮秒激光脉冲，在该脉冲到2/3或5/6时再触发第二激光，即皮秒激光脉冲或飞秒激光脉冲，从而达到最佳的微型孔切割效果。

与现有技术中利用贝塞尔光束做玻璃切割时使用切割头做切割相比，本申请的激光加工装置100使用振镜和聚焦场镜70，利用振镜高速精密的特点，可达到高速并精密切割微孔的目的。

本申请的激光加工装置100利用了第一激光在玻璃工件内部的聚焦点上提供强烈的应力区，而第二激光则在应力区触发材料的电离冲击，将整个焦深的材料打出至玻璃工件的上方或下方，以此形成干净的孔洞，多个孔洞形成的切割因孔洞存在间隙能够轻松将孔余料去除。在一些情况下，第一激光也可以采用皮秒激光脉冲或毫秒激光脉冲，该激光的波长也可为1064nm、532nm或355nm。另外，贝塞尔切割系统也可以使用类贝塞尔镜头设计，即不需要使用锥镜，而使用一个发散或收敛的镜头加振镜和聚焦场镜来代替。

本申请的激光加工装置100可以解决目前晶圆级玻璃打孔的应用难题。因晶圆级的玻璃在各类不同晶圆的封装中的应用越来越大，而该应用中非常重要的一点即玻璃上面的钻孔。一片晶圆上的孔数可能是几千或者上万个，孔径大部分从0.05mm到2mm。但因这些玻璃上的巨量的孔非常难以加工，目前的加工方法无法快速且精密的加工出来，打孔成为玻璃晶圆当中一个效率较低、难度较大的制程(尤其是针对超小孔，如孔径0.03mm至0.2mm左右)。本发明能够解决打孔速度过慢的缺点，从5至10个孔每秒，提升至1000个孔每秒，该速度将击败现行的CNC孔加工速度，并且该技术对形状无特殊要求，能够减小钻孔的锥度。

本申请还提供一种晶圆加工设备，晶圆加工设备包括本申请的激光加工装置100。所述晶圆加工设备还可以包括工件装夹装置和输送装置。工件装夹装置可以用于装夹晶圆。激光加工装置100可以设于工件装夹装置的上方，晶圆定位于工件装夹装置，激光加工装置100可以对晶圆进行加工。输送装置可以用于输送晶圆或装有晶圆的工件装夹装置。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，其特征在于：

所述激光加工装置包括第一激光光源、锥透镜、聚焦镜、第一振镜、第二振镜和聚焦场镜，所述第一激光光源用于发出第一激光，沿着所述第一激光的出光光路依次设置有所述锥透镜、所述聚焦镜、所述第一振镜、所述第二振镜和所述聚焦场镜；

其中，所述锥透镜用于将所述第一激光转换为贝塞尔光束，所述聚焦镜用于将所述贝塞尔光束进行聚焦，所述第一振镜用于将所述贝塞尔光束反射至所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述贝塞尔光束反射至所述聚焦场镜，所述聚焦场镜用于将所述贝塞尔光束进行聚焦。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于：

所述第一振镜可绕第一轴线旋转，所述第二振镜可绕第二轴线旋转，所述第一轴线和所述第二轴线垂直。

3.如权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于：

所述激光加工装置还包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器用于驱动所述第一振镜绕所述第一轴线旋转，所述第二驱动器用于驱动所述第二振镜绕所述第二轴线旋转。

4.如权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于：

所述第一驱动器和所述第二驱动器是步进电机或者伺服电机。

5.如权利要求1至4任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

所述激光加工装置还包括第二激光光源和合束镜，所述第二激光光源用于发出第二激光，所述合束镜用于将所述第一激光和所述第二激光合成同光轴的激光束，所述锥透镜用于将所述激光束转换为所述贝塞尔光束。

6.如权利要求5所述的激光加工装置，其特征在于：

所述激光加工装置还包括反射镜，所述反射镜用于将所述第一激光或所述第二激光反射至所述合束镜。

7.如权利要求5所述的激光加工装置，其特征在于：

所述第一激光光源为纳秒激光器或皮秒激光器，所述第二激光光源为皮秒激光器或飞秒激光器。

8.如权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于：

在所述激光束的一个脉冲周期内，所述第二激光光源用于在所述第一激光光源触发之后再触发。

9.如权利要求8所述的激光加工装置，其特征在于：

在所述激光束的一个脉冲周期内，所述第二激光光源用于在所述第一激光光源触发后的从所述第一激光光源的发光时间的2/3至5/6的区间内触发。

10.一种晶圆加工设备，其特征在于：

所述晶圆加工设备包括如权利要求1至9任一项所述的激光加工装置。

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