CN220739827U - 一种晶圆激光表切装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆激光表切装置，属于激光加工技术领域，包括第一激光器、第一1/2波片、第一PBS棱镜、第一光井、第一45°反射镜、衍射光学元件、扩束镜、第二1/2波片。有益效果在于：第一激光器射出高频率、低功率第一光束，第一光束在晶圆上形成两个点状光斑，第二激光器射出低频率、高功率第二光束，第二光束在晶圆上形成条状光斑，条状光斑位于两个点状光斑中间，切割时两边的点状光斑对low‑k层的两个边缘进行切除，中心的条状光斑对low‑k层的中间部分进行切除，这种切割方式经一次调试激光参数即可加工出边缘细槽和中间宽槽，切割后槽边缘无分层、崩裂现象且不需多次反复切割，一次即可切割成型，实现材料的高效去除，提高了开槽的效率和效果。

Description

一种晶圆激光表切装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种晶圆激光表切装置。

背景技术

常用的low-k材料主要有：掺杂二氧化硅、有机聚合物以及多孔材料等，目前采用的激光开槽加工方式为先用高频率、低功率激光在low-k层内开细槽，然后用低频率、高功率激光在细槽内开宽槽，经过多次来回切割实现宽度的累积来达到去除low-k层的目的，然而这种开槽方法加工出来的槽型底部因为多次加工翻边导致底面凹凸不平，且先开细槽后在细槽内开宽槽的加工方式不仅需要两次调试激光参数，而且加工效率也较低，现有的激光开槽方式在加工效率和加工精度方面，均有较大提升空间。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种晶圆激光表切装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种晶圆激光表切装置，包括第一激光器、第一1/2波片、第一PBS棱镜、第一光井、第一45°反射镜、衍射光学元件、扩束镜、第二1/2波片、偏振分光镜、透镜、位移平台、第二45°反射镜、第二激光器、第三1/2波片、第二PBS棱镜、第二光井、光束整形系统、光阑、位置控制系统、合束镜、第三45°反射镜、聚焦镜；

第一激光器发射第一光束，第一光束经第一1/2波片、第一PBS棱镜后分成偏振光S1和P1，偏振光S1经第一45°反射镜后到达衍射光学元件，衍射光学元件将偏振光S1分束成一维的N束点状光束，一维的N束点状光束经扩束镜、第二1/2波片后到达偏振分光镜，一维N束点状光束经偏振分光镜后被分为2N束点状光束，且2N束点状光束呈两列对称分布，点状光束经透镜、第二45°反射镜后到达合束镜；

第二激光器发射第二光束，第二光束经第三1/2波片、第二PBS棱镜后分成偏振光S2和P2，偏振光P2经光束整形系统后形成条状光束，条状光束经光阑后到达合束镜；

点状光束和条状光束经合束镜合束后，经第三45°反射镜和聚焦镜后被聚焦于晶圆上，点状光束和条状光束分别在晶圆上形成点状光斑和条状光斑。

优选的，第一1/2波片安装在旋转电机上，通过电气控制旋转电机的角度实现偏振光S1和P1的能量分配比例。

优选的，第二1/2波片安装在旋转电机上，通过电气控制旋转电机的角度实现2N对称排列的点状光束能量分配比例。

优选的，第三1/2波片安装在旋转电机上，通过电气控制旋转电机的角度实现偏振光S2和P2的能量分配比例。

优选的，透镜安装在位移平台上，经过调整位移平台和偏振分光镜之间的距离L1来调节两束点状光束之间的位置L2，位移平台和偏振分光镜之间的间隔为13-28mm之间，相应的两束点状光束之间的位置L2变化范围在20um-60um之间。

优选的，条状光斑在垂直方向上的高度随光阑可调缝宽的变化而改变，条状光斑宽度变化范围在10um-50um之间。

优选的，第一激光器和第二激光器均为紫外皮秒激光器，波长为355nm，为脉冲激光，第一激光器功率为10W，第二激光器的功率30W，激光光束的偏振态为线偏振。

有益效果在于：第一激光器射出高频率、低功率第一光束，第一光束在晶圆上形成两个点状光斑，第二激光器射出低频率、高功率第二光束，第二光束在晶圆上形成条状光斑，条状光斑位于两个点状光斑中间，切割时两边的点状光斑对low-k层的两个边缘进行切除，中心的条状光斑对low-k层的中间部分进行切除，这种切割方式经一次调试激光参数即可加工出边缘细槽和中间宽槽，切割后槽边缘无分层、崩裂现象且不需多次反复切割，一次即可切割成型，实现材料的高效去除，提高了开槽的效率和效果。

本实用新型的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本实用新型的具体实践可以了解到。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型所述一种晶圆激光表切装置的光路示意图；

图2是本实用新型所述一种晶圆激光表切装置的点状光斑示意图；

图3是本实用新型所述一种晶圆激光表切装置的合束光斑开槽示意图；

图4是本实用新型所述一种晶圆激光表切装置的条状光斑示意图；

图5是本实用新型所述一种晶圆激光表切装置的点状光斑和条状光斑合束后形状示意图。

附图标记说明如下：1、第一激光器；2、第一1/2波片；3、第一PBS棱镜；4、第一光井；5、第一45°反射镜；6、衍射光学元件；7、扩束镜；8、第二1/2波片；9、偏振分光镜；10、透镜；11、位移平台；12、第二45°反射镜；13、第二激光器；14、第三1/2波片；15、第二PBS棱镜；16、第二光井；17、光束整形系统；18、光阑；19、位置控制系统；20、合束镜；21、第三45°反射镜；22、聚焦镜；23、晶圆；24、low-k介质层；25、点状光斑；26、条状光斑。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-图5所示，一种晶圆激光表切装置，包括第一激光器1、第一1/2波片2、第一PBS棱镜3、第一光井4、第一45°反射镜5、衍射光学元件6、扩束镜7、第二1/2波片8、偏振分光镜9、透镜10、位移平台11、第二45°反射镜12、第二激光器13、第三1/2波片14、第二PBS棱镜15、第二光井16、光束整形系统17、光阑18、位置控制系统19、合束镜20、第三45°反射镜21、聚焦镜22；

第一激光器1发射第一光束，第一光束经第一1/2波片2、第一PBS棱镜3后分成偏振光S1和P1，第一光井4对偏振光P1吸收，避免烧坏光路箱元件，偏振光S1经第一45°反射镜5后到达衍射光学元件6，衍射光学元件6将偏振光S1分束成一维的N束点状光束，一维的N束点状光束经扩束镜7、第二1/2波片8后到达偏振分光镜9，扩束镜7用于将点状光束的出光直径实现扩束，可实现出射光斑直径2-8倍变化，一维N束点状光束经偏振分光镜9后被分为2N束点状光束，且2N束点状光束呈两列对称分布，点状光束经透镜10、第二45°反射镜12后到达合束镜20；

第二激光器13发射第二光束，第二光束经第三1/2波片14、第二PBS棱镜15后分成偏振光S2和P2，第二光井16对偏振光S2吸收，避免烧坏光路箱元件，偏振光P2经光束整形系统17后形成条状光束，条状光束经光阑18后到达合束镜20；

点状光束和条状光束经合束镜20合束后，经第三45°反射镜21和聚焦镜22后被聚焦于晶圆23上，点状光束和条状光束分别在晶圆23上形成点状光斑25和条状光斑26，点状光斑25用于将low-k介质层24两个边缘进行切除，条状光斑26用于对low-k介质层24中间部分进行切除；

第一1/2波片2、第二1/2波片8和第三1/2波片14分别安装在旋转电机上，通过电气控制旋转电机的角度对第一1/2波片2、第二1/2波片8和第三1/2波片14进行调节，通过调节第一1/2波片2控制偏振光S1和P1的能量分配比例，通过调节第二1/2波片8控制2N对称排列的点状光束能量分配比例，通过调节第三1/2波片14控制偏振光S2和P2的能量分配比例。

透镜10安装在位移平台11上，经过调整位移平台11和偏振分光镜9之间的距离L1来调节两束点状光束之间的位置L2，位移平台11和偏振分光镜9之间的间隔为13-28mm之间，相应的两束点状光束之间的位置L2变化范围在20um-60um之间，条状光斑26在垂直方向上的高度随光阑18可调缝宽的变化而改变，条状光斑26宽度变化范围在10um-50um之间，位置控制系统19用于控制位移平台11的位置和光阑18可调缝宽的变化，使位移平台11和光阑18变化同步；

第一激光器1和第二激光器13均为紫外皮秒激光器，波长为355nm，为脉冲激光，第一激光器1功率为10W，第二激光器13的功率30W，激光光束的偏振态为线偏振；

工作原理：第一激光器1发射第一光束，第一光束经第一1/2波片2、第一PBS棱镜3后分成偏振光S1和P1，偏振光P1被第一光井4吸收，偏振光S1经第一45°反射镜5后到衍射光学元件6，衍射光学元件6将偏振光S1分束成一维的N束点状光束，一维的N束点状光束经扩束镜7、第二1/2波片8后到达偏振分光镜9，一维N束点状光束经偏振分光镜9后被分为2N束点状光束，且2N束点状光束呈两列对称分布，点状光束经透镜10、第二45°反射镜12后到达合束镜20；

第二激光器13发射第二光束，第二光束经第三1/2波片14、第二PBS棱镜15后分成偏振光S2和P2，偏振光S2被第二光井16吸收，偏振光P2经光束整形系统17形成条状光束，条状光束经光阑18后到达合束镜20，点状光束和条状光束经合束镜20合束后，经第三45°反射镜21、聚焦镜22后被聚焦于晶圆23上，点状光束和条状光束分别在晶圆23上形成点状光斑25和条状光斑26，条状光斑26位于两个点状光斑25中间；

开槽时，条状光斑26作为宽光斑位于中心，两束相互平行的点状光斑25作为窄光斑分别位于两边，且条状光斑26和点状光斑25连接形成一体，切割时两边的点状光斑25对low-k介质层24的两个边缘进行切除、中心的条状光斑26对low-k介质层24的中间部分进行切除，这种切割方式经一次调试激光参数即可加工出边缘细槽和中间宽槽，不需多次反复切割，一次即可切割成型，实现材料的高效去除，提高了开槽的效率和效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (7)

1.一种晶圆激光表切装置，其特征在于：包括第一激光器(1)、第一1/2波片(2)、第一PBS棱镜(3)、第一光井(4)、第一45°反射镜(5)、衍射光学元件(6)、扩束镜(7)、第二1/2波片(8)、偏振分光镜(9)、透镜(10)、位移平台(11)、第二45°反射镜(12)、第二激光器(13)、第三1/2波片(14)、第二PBS棱镜(15)、第二光井(16)、光束整形系统(17)、光阑(18)、位置控制系统(19)、合束镜(20)、第三45°反射镜(21)、聚焦镜(22)；

第一激光器(1)发射第一光束，第一光束经第一1/2波片(2)、第一PBS棱镜(3)后分成偏振光S1和P1，偏振光S1经第一45°反射镜(5)后到达衍射光学元件(6)，衍射光学元件(6)将偏振光S1分束成一维的N束点状光束，一维的N束点状光束经扩束镜(7)、第二1/2波片(8)后到达偏振分光镜(9)，一维N束点状光束经偏振分光镜(9)后被分为2N束点状光束，且2N束点状光束呈两列对称分布，点状光束经透镜(10)、第二45°反射镜(12)后到达合束镜(20)；

第二激光器(13)发射第二光束，第二光束经第三1/2波片(14)、第二PBS棱镜(15)后分成偏振光S2和P2，偏振光P2经光束整形系统(17)后形成条状光束，条状光束经光阑(18)后到达合束镜(20)；

点状光束和条状光束经合束镜(20)合束后，经第三45°反射镜(21)和聚焦镜(22)后被聚焦于晶圆(23)上，点状光束和条状光束分别在晶圆(23)上形成点状光斑(25)和条状光斑(26)。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆激光表切装置，其特征在于：第一1/2波片(2)安装在旋转电机上，通过电气控制旋转电机的角度实现偏振光S1和P1的能量分配比例。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆激光表切装置，其特征在于：第二1/2波片(8)安装在旋转电机上，通过电气控制旋转电机的角度实现2N对称排列的点状光束能量分配比例。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆激光表切装置，其特征在于：第三1/2波片(14)安装在旋转电机上，通过电气控制旋转电机的角度实现偏振光S2和P2的能量分配比例。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆激光表切装置，其特征在于：透镜(10)安装在位移平台(11)上，经过调整位移平台(11)和偏振分光镜(9)之间的距离L1来调节两束点状光束之间的位置L2，位移平台(11)和偏振分光镜(9)之间的间隔为13-28mm之间，相应的两束点状光束之间的位置L2变化范围在20um-60um之间。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆激光表切装置，其特征在于：条状光斑(26)在垂直方向上的高度随光阑(18)可调缝宽的变化而改变，条状光斑(26)宽度变化范围在10um-50um之间。

7.根据权利要求1所述的一种晶圆激光表切装置，其特征在于：第一激光器(1)和第二激光器(13)均为紫外皮秒激光器，波长为355nm，为脉冲激光，第一激光器(1)功率为10W，第二激光器(13)的功率30W，激光光束的偏振态为线偏振。