[发明专利]一种激光割圆设备及其方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种激光微加工设备，特别涉及一种激光割圆设备及其方法。

【背景技术】

近年来，随着涉及单晶硅、GaAs等半导体材料的半导体行业的快速发展，出现了一些新的制造和加工工艺。例如，在将单晶硅从720μm减薄到200μm或者150μm后，需要将晶圆边缘约3-5mm的材料去除掉。此外，还需要在晶圆正面粘贴蓝膜，便于保护晶圆表面电路。蓝膜属于一种高分子聚合物材料，它对紫外波段的光吸收性能很好，厚度在150μm左右。因此，需要去除材料的厚度一般在300μm-350μm左右。传统去除方法是采用刀片切割，具体来说，在工作台沿着中心轴旋转的同时，刀片也高速旋转。但是由于这种刀片需要特殊制造，切割后的晶圆表面崩边现象严重，切割过程需要水冷却以及经常更换刀片，导致刀片切割技术不利于提高晶圆的质量。

目前，随着激光微加工技术的迅速发展，使得激光在半导体的许多制造工艺中可以替代传统的工艺，其中最引人注目的是波长为1064nm、532nm、355nm和266nm的二极管泵浦固体激光器。目前，激光切割硅晶圆通常是将硅晶圆切割成单个细小的芯片，并且通常采用光束固定而工作台运动的方法。但是在上述割圆的应用中，采用传统的光束固定不动而工作台旋转的切割方式一般很难完成高速、高质量的加工。这是因为现有激光对切割的材料厚度有限制，通常小于300μm的材料较容易切割透。材料过厚时，激光大部分能量聚焦到切口的两侧，形成重熔层，而聚焦到切口底部的能量不足以烧蚀材料，因而材料越厚，切割速度越慢。此外，由于这些能量无法烧蚀材料，而吸收的激光能量转化为热能并传导给表面的电路，导致电路失效；同时切割后的切口两侧的浅表面会形成过烧；最后由于切割后部分熔渣相互粘结在一起，导致切透后边缘部分无法自动脱落，因而传统切割方式不仅降低了切割效率，也降低了切割质量。

【发明内容】

为了克服现有技术激光割圆方式中的激光能量难以到达切口底部，导致切 割效率和切割质量低的技术问题，本发明提供了一种能够提高切割效率和切割质量的激光割圆设备及其方法。

本发明解决现有技术激光割圆方式中的激光能量难以到达切口底部，导致切割效率和切割质量低的技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光割圆设备，该激光割圆设备包括：用于支撑并旋转待切割材料的工作台；用于产生激光束的激光器；用于引导激光束的引导机构；以及用于将激光束聚焦到待切割材料表面以形成聚焦光斑的聚焦机构；其中引导机构包括反射镜以及用于偏转反射镜以便扩大聚焦光斑形成的切口宽度的驱动机构；驱动机构配置为垂直工作台的旋转线速度方向偏移聚焦光斑。

根据本发明一优选实施例，聚焦光斑的偏移距离不大于聚焦光斑的光斑尺寸。

根据本发明一优选实施例，驱动机构配置为使聚焦光斑在偏移前后形成的切口部分重叠。

根据本发明一优选实施例，激光割圆设备进一步包括在垂直于激光束的传播路径的一方向上压缩激光束以便在待切割材料表面获得椭圆形聚焦光斑的压缩机构。

根据本发明一优选实施例，压缩机构配置为使得椭圆形聚焦光斑的长轴与工作台的旋转线速度方向一致，驱动机构配置为使得椭圆形聚焦光斑的偏移距离不大于椭圆形聚焦光斑的短轴长度。

本发明解决现有技术激光割圆方式中的激光能量难以到达切口底部，导致切割效率和切割质量低的技术问题所采用的另一种技术方案是：提供一种激光割圆方法，该激光割圆方法包括以下步骤：a.产生激光束并在垂直于激光束的传播路径的一方向上压缩激光束；b.将激光束引导并聚焦到待切割材料表面以获得椭圆形聚焦光斑；c.旋转待切割材料，使得椭圆形聚焦光斑的长轴与待切割材料的旋转线速度方向一致，并使椭圆形聚焦光斑的激光偏振方向和旋转线速度方向一致；d.偏移椭圆形聚焦光斑，以扩大椭圆形聚焦光斑形成的切口宽度；通过偏转反射激光束的反射镜实现椭圆形聚焦光斑的偏移；椭圆形聚焦光 斑垂直于工作台的旋转线速度方向偏移。

根据本发明一优选实施例，在步骤d中，反射镜的偏转角度在0.2mrad到0.5mrad之间

根据本发明一优选实施例，在步骤d中，椭圆形聚焦光斑的偏移距离在1 5μm到40μm之间。

根据本发明一优选实施例，在步骤d中，椭圆形聚焦光斑的偏移距离不大于椭圆形聚焦光斑的短轴长度。

根据本发明一优选实施例，在步骤d中，椭圆形聚焦光斑在偏移前后所形成的切口部分重叠。