[发明专利]一种射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置及方法

权利要求书

1.一种射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置，其特征在于：包括飞秒激光器（1）、射流辅助系统（2）、CCD影像系统（3）、聚焦透镜组（4）、分光透镜（5）、旋转装置（6）、光闸（7）、三倍频装置（8）、加工平台及控制系统；

所述控制系统通过控制所述飞秒激光器（1）产生激光，激光经所述分光透镜（5）后分成两束，一束通过所述光闸（7）后射入所述聚焦透镜组（4），另一束依次通过所述光闸（7）、三倍频装置（8）后射入所述聚焦透镜组（4）；

晶圆片（13）固定安装在所述加工平台上，所述CCD影像系统（3）用于获取所述晶圆片（13）的位置、状态信息并反馈回所述控制系统，所述控制系统通过控制加工平台的运动将所述晶圆片（13）移动到预定位置；所述控制系统通过控制所述旋转装置（6），调整所述射流辅助系统（2）喷射的射流方向到聚焦透镜组（4）的激光聚焦点，使射流辅助系统（2）喷射的射流和聚焦透镜组（4）的激光入射到晶圆片加工的初始位置。

2.根据权利要求1所述的射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置，其特征在于：所述飞秒激光器（1）输出的激光脉冲宽度在飞秒（10^-15s）量级，波长1060nm；通过分光透镜（5）输出的另一路激光通过三倍频装置（8）后再入射到聚焦透镜组（4），此时激光波长353nm左右，适合进行晶圆片的表层切割。

3.根据权利要求1所述的射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置，其特征在于：所述射流辅助系统（2）还包括压力调节装置、流体过滤回收系统，射流辅助系统（2）喷射的液体为高氧化性液体或高能量密度液体。

4.根据权利要求1所述的射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置，其特征在于：旋转装置（6）有两个自由度，安装到射流辅助系统（2）中的喷头上，在控制系统的控制下完成射流方向的调节。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置，其特征在于：所述加工平台由X轴控制模块（9）、Y轴控制模块（10）、Z轴控制模块（11）、θ轴控制模块（12）组成；所述聚焦透镜组（4）固定安装在所述Z轴控制模块（11）上，所述θ轴控制模块（12）用于控制晶圆片（13）做旋转运动。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置，其特征在于：所述晶圆片（13）包括3D芯片、MEMS芯片、硅晶片、蓝宝石晶片、GaP晶片、InP晶片、GaN晶片、Ge晶片。

7.一种利用权利要求5所述射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置进行晶圆切割的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待加工的晶圆片（13）表面涂覆一层保护层，然后安装、固定在加工平台上；

步骤2：进行晶圆片（13）的位置校准、定位；

利用CCD影像系统（3）获取晶圆片（13）的位置、状态信息并反馈回控制系统；控制系统通过控制加工平台的运动将晶圆片（13）移动到加工位置；控制系统通过控制旋转装置（6），调整射流辅助系统（2）喷射的射流方向到聚焦透镜组（4）的激光聚焦点，使射流辅助系统（2）喷射的射流和聚焦透镜组（4）的激光能入射到晶圆片加工的初始位置；

步骤3：确定加工路径；

通过CCD影像系统（3）获取晶圆片（13）表面状态信息，规划切割道（14）和切割路径，然后生成单层加工路径并存储到控制系统中；

步骤4：完成一层切割；

射流辅助系统（2）向晶圆片（13）加工位置上喷射液体，延时预定时间后打开飞秒激光器（1）输出脉冲激光；脉冲激光照射到液体上诱发出等离子体，等离子体进行蚀刻晶圆；加工平台按照加工路径移动，完成一层X轴、Y轴两个方向的切割；

步骤5：通过旋转装置（6）调节射流方向改变射流入射点，控制Z轴控制模块（11）改变聚焦透镜组（4）位置以改变脉冲激光聚焦点的位置，将射流辅助系统（2）喷射的射流和聚焦透镜组（4）的激光的入射点移动到晶圆片（13）新的一层加工起始位置；重复步骤4完成新的一层的切割；

步骤6：重复执行步骤4、步骤5，完成整个晶圆片13的切割。