[发明专利]一种激光加工芯片的装置及方法

说明书

本发明提供一种激光加工芯片的装置及方法，所述装置包括：工作台，用于放置待加工的制冷型红外探测芯片；除尘装置，设置在激光加工系统与工作台之间并在工作台上建立一加工腔室，用于向所述加工腔室中通入辅助气体以使所述加工腔室处于低气压状态并利用加工腔室与大气压之间的气压差将所产生的粉尘吸出；控制系统，用于根据位置信息设置激光加工系统的加工参数；激光加工系统，用于再通过振镜改变激光加工光束与制冷型红外探测芯片的相对位置，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。本发明能够通过吹气和负压吸附的方式将槽内或槽边缘处的杂质等清除，有效减少杂质在芯片的堆积，减少后续的清洗步骤，降低清洗难度。

技术领域

本发明涉及激光微加工技术领域，尤其涉及一种激光加工芯片的装置及方法。

背景技术

红外探测器无论是在民用还是军用都得到了很好的应用，其中制冷型红外探测器的性能尤为卓越。制冷型红外探测器中红外探测芯片经常处在温度剧烈变化的环境中，为了保证其工作性能正常，在工作状态的时候需要对探测器中的红外探测芯片进行液氮制冷，此时的温度大约为-200℃，但是在非工作时段，红外探测芯片是暴露在大气温度下的，例如在沙漠中最高温度有时可以达到70℃左右，所以红外探测芯片所处的环境温度是在-200℃与70℃之间不断变化的。

红外探测芯片的结构分为三层，从上往下依次为感光层，环氧树脂层，芯片电路层，感光层材料包括碲镉汞、碲镉铟等。因此，碲镉汞层与环氧树脂层紧密相连，由于它们的热能胀系数差别较大，所以在长期的环境温度剧烈变化下，它们两层之间容易发生位置偏移。这种反复热应力造成的位置偏移，导致与碲镉汞层连接的铟柱断裂，铟柱的断裂使得碲镉汞层(感光层)与芯片底部的芯片电路层连接断裂，直接造成红外探测器无法使用。

目前应对以上问题的方法是在靠近芯片边缘的位置制备沟槽，沟槽可以有效地缓冲碲镉汞层与环氧树脂层之间的热应力作用，减小热应力对红外探测芯片结构的影响。制备沟槽的宽度越窄越好，且深度正好贯穿到底部芯片电路层。传统的沟槽制备方法主要分为两大类：湿法刻蚀和干法刻蚀。

湿法刻蚀制备沟槽，把样品浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去。这种方法的优点：操作简单、设备要求低、刻蚀选择性好；缺点：第一需要对每个芯片进行光刻工艺，费时费力，第二腐蚀锑镉汞以及环氧树脂需要不同的腐蚀液，腐蚀工艺复杂，精度低，易损伤底部读出电路。

干法刻蚀制备沟槽，样品在低真空特定气体环境下，气体以等离子体状态存在，通过电场的加速，轰击在样品需要加工的区域，等离子体会与样品材料化学反应以及将样品材料表面的原子击出，达到刻蚀去除的目的。干法刻蚀的优点：第一刻蚀选择性和各向异性好，第二刻蚀图形可以精确控制且分辨率高；缺点：第一需要对单个芯片光刻，费时费力，第二是损伤底部读出电路。

同时还由于超短脉冲激光对红外半导体材料的切割主要通过多光子吸收机制加以实现，等离子复合过程中常伴有粉尘和烟雾等的产生。大量吸入粉尘和所产生的气体不仅对人体有害，也给机械及光路传输、激光性能等带来恶劣影响，因此对这些额外产生的有害物质进行高效去除。

发明内容

本发明提供的激光加工芯片的装置及方法，能够通过吹气和负压吸附的方式将槽内或槽边缘处的杂质等清除，有效的减少这些杂质在芯片的堆积，减少后续的清洗步骤，降低清洗难度。

第一方面，本发明提供一种激光加工芯片的装置，包括：

工作台，用于放置待加工的制冷型红外探测芯片；

除尘装置，设置在激光加工系统与工作台之间并在工作台上建立一加工腔室，用于向所述加工腔室中通入辅助气体以使所述加工腔室处于低气压状态并利用加工腔室与大气压之间的气压差将所产生的粉尘吸出；

控制系统，用于获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息，然后根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并控制激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；