本實(shí)用新型構(gòu)思涉及一種激光加工裝置。

背景技術(shù)：

激光系統(tǒng)由于利用高輸出的光能量，被適用于多種機(jī)械性加工。比如，激光系統(tǒng)不僅用于機(jī)械性加工，還用于形成微圖案以及按該圖案加工的半導(dǎo)體組件制造工序等的領(lǐng)域。

作為將硅片等加工對(duì)象物切割或分離為多個(gè)芯片或多個(gè)部分的方法之一，包括在加工對(duì)象物內(nèi)部的切割起點(diǎn)上形成改質(zhì)領(lǐng)域(mod ified region)的工序。如眾所周知，改質(zhì)領(lǐng)域是作為聚焦激光的部分，通過(guò)光吸收形成的，也附帶著破裂。這種改質(zhì)領(lǐng)域沿著基板的切割預(yù)定線形成，實(shí)現(xiàn)基板的切割或分離。

在切割預(yù)定線上形成的各改質(zhì)領(lǐng)域之間的距離，是會(huì)隨著基板材料或激光波長(zhǎng)的變化而變化的，并不是固定值。舉個(gè)例子，在對(duì)硅片進(jìn)行切割預(yù)定線加工時(shí)，對(duì)波長(zhǎng)為1μm～2μm左右的近紅外線(NIR)領(lǐng)域的激光，相鄰改質(zhì)領(lǐng)域之間的距離最好形成為2～8μm。其理由如下：

為了在沿切割預(yù)定線上形成改質(zhì)領(lǐng)域，在基板內(nèi)部形成聚光點(diǎn)(focusing point)，此時(shí)，如果將激光聚光于離先形成的改質(zhì)領(lǐng)域過(guò)近的地方，受激光散射或折射率變化的影響，會(huì)導(dǎo)致能量的損耗或者不充分聚光。與此相反，如果將激光聚光于離先形成的改質(zhì)領(lǐng)域過(guò)遠(yuǎn)的地方，由于與形成改質(zhì)領(lǐng)域一起造成的破裂的傳播不充分地進(jìn)行，會(huì)引起不易分段，或者即使能分段，由扭梳子紋(twist hackle)等的原因，也會(huì)造成斷面質(zhì)量低或碎片(debris)的問(wèn)題。

在激光加工領(lǐng)域，激光單脈沖能量和其寬度是能決定激光與物質(zhì)之間的相互作用及加工性的主要因素，因此，為了激光速度的可變以及提高其速度，應(yīng)當(dāng)考慮該因素。

對(duì)傳統(tǒng)Q-switch型激光加工裝置來(lái)說(shuō)，激光頻率可變的程度不大，或者即使可以改變，也受到依靠激光頻率決定的脈沖寬度的限制。依靠形成改質(zhì)領(lǐng)域的光斑之間的距離的加工，加工速度(移送設(shè)備的移送速度)的改變受到很大的限制或者不能提升兩三倍以上的速度。因此，為了提高生產(chǎn)效率，需要對(duì)加工速度的提高進(jìn)行研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型構(gòu)思的至少一個(gè)實(shí)施例提供了，既對(duì)基板的內(nèi)部加工性影響不大，又可以提高生產(chǎn)效率的一種激光加工裝置。本實(shí)用新型構(gòu)思的至少一個(gè)實(shí)施例提供了，便于快速形成良好的改質(zhì)領(lǐng)域的一種激光加工裝置。本實(shí)用新型構(gòu)思的至少一個(gè)實(shí)施例提供了，便于快速形成切割預(yù)定線，以提高生產(chǎn)效率的一種激光加工方法及適用該方法的激光加工裝置。

根據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例的一種激光加工裝置，包括：

移送加工對(duì)象的基本的移送設(shè)備；

為了該基本內(nèi)部形成聚光點(diǎn)而產(chǎn)生激光的激光產(chǎn)生設(shè)備；

將該激光產(chǎn)生設(shè)備發(fā)出的激光聚焦于加工對(duì)象的基本內(nèi)部的光學(xué)設(shè)備；以及

控制該激光產(chǎn)生設(shè)備和移送設(shè)備的控制設(shè)備，該控制設(shè)備使激光的脈沖頻率f和脈沖寬度w改變，并且將移送速度v決定為聚光點(diǎn)之間距離S乘以激光脈沖頻率f的值(v＝S*f)。

所述激光加工裝置具備多個(gè)單位激光光源，該控制設(shè)備控制各單位激光光源交互地產(chǎn)生激光。

所述激光加工裝置中，該光學(xué)設(shè)備包括調(diào)整在切割預(yù)定線上的激光聚光點(diǎn)高度的光學(xué)組件。

所述激光加工裝置，進(jìn)一步包括；將各單位激光光源發(fā)出的激光結(jié)合成一條途徑的光路結(jié)合單元。

所述激光加工裝置中，該光路結(jié)合單元包括改變光路的鏡子及對(duì)特定方向具有反射性和透過(guò)性的偏振分束器(polarization beam split ter，PBS)。

所述激光加工裝置中，該光路結(jié)合單元進(jìn)一步包括對(duì)偏振分束器的激光的偏光進(jìn)行控制的半波長(zhǎng)片。

根據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例的一種激光加工方法，包括：

在沿切割預(yù)定線上形成相隔一定距離S的聚光點(diǎn)(modified region)的步驟；

該步驟特點(diǎn)在于使激光的脈沖頻率f和脈沖寬度w改變，并且使移送速度v決定為聚光點(diǎn)之間距離S乘以激光脈沖頻率f的值(v＝S*f)。

所述激光加工方法中，無(wú)論該脈沖頻率f和脈沖寬度w如何變化，該激光單脈沖能量保持為固定值。

所述激光加工方法中，該激光由多個(gè)單位激光光源產(chǎn)生，各單位激光光源交互地產(chǎn)生激光。

所述激光加工方法中，將多個(gè)激光系統(tǒng)發(fā)出的激光結(jié)合成一條向該聚光點(diǎn)的光，進(jìn)行傳播，在該基板形成聚光點(diǎn)。

根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的激光加工裝置及激光加工方法，由于促進(jìn)了沿切割預(yù)定線上相隔一定距離的多個(gè)改質(zhì)領(lǐng)域的快速形成，所以可以提高生產(chǎn)率。換言之，根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的激光加工裝置及激光加工方法，不僅可以利用單一的激光光源，還可以利用多個(gè)單位激光光源產(chǎn)生激光，并且將各單位激光光源發(fā)車的激光結(jié)合成一束激光，這更利于改質(zhì)領(lǐng)域的快速形成。

附圖說(shuō)明

從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，將更清楚地理解本實(shí)用新型構(gòu)思的示例性實(shí)施例，在附圖中：

圖1是示出根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的激光加工裝置的示意圖。

圖2示出根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的激光加工裝置中，關(guān)于在硅片上形成的激光點(diǎn)(改質(zhì)領(lǐng)域)的距離。

圖3示出根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的激光加工裝置中，關(guān)于在聚光點(diǎn)形成時(shí)其速度與頻率關(guān)系。

圖4是示出根據(jù)另一個(gè)示范性實(shí)施例的激光加工裝置的示意圖。

圖5示出根據(jù)示范性實(shí)施例的激光加工裝置中，光路結(jié)合單元的具體結(jié)構(gòu)。

圖6是示出在圖5所示的激光加工裝置中，由各單位激光光源分別發(fā)出的激光脈沖(a，b)和由光路結(jié)合單元結(jié)合的激光脈沖(c)的時(shí)序圖。

圖7示出在圖5所示的激光加工裝置中，由一個(gè)單位激光光源形成的光斑(a，b)和由兩個(gè)激光光源形成的光斑(c)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述本實(shí)用新型構(gòu)思的激光加工裝置的示范性實(shí)施例。

圖1是示出根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的激光加工裝置10的示意圖。

如圖1所示，本實(shí)用新型構(gòu)思的激光加工裝置10包括激光系統(tǒng)12，指控它的指控設(shè)備11，將由激光系統(tǒng)12發(fā)出的激光聚焦到基板20的光學(xué)設(shè)備13，以及移送該基板的移送設(shè)備14。

指控設(shè)備11基于電腦系統(tǒng)，可以包括輸入指控激光加工條件的參數(shù)并輸出它的設(shè)備。

激光系統(tǒng)12可以包括激光振蕩器或諧振器(resonator)和驅(qū)動(dòng)諧振器的激光驅(qū)動(dòng)器。

光學(xué)設(shè)備13包括控制從諧振器發(fā)出的脈沖型激光光路的鏡子131，將激光聚焦于基板20內(nèi)部并形成聚光點(diǎn)的聚光透鏡132。此外，光學(xué)設(shè)備13可以進(jìn)一步包括光束擴(kuò)展器(beam expander)，但根據(jù)本實(shí)用新型的光學(xué)設(shè)備不僅限于特定光學(xué)零部件的利用。

移送設(shè)備14包括對(duì)基板20的X-Y-Z方向位置控制的設(shè)備，該設(shè)備可以作為移送表格形態(tài)存在。光學(xué)設(shè)備13將從激光系統(tǒng)12發(fā)出的脈沖型激光聚焦于基板20內(nèi)部并形成聚光點(diǎn)M，以形成在這里的改質(zhì)領(lǐng)域。

由激光系統(tǒng)12發(fā)出激光的脈沖頻率f和基板20的移動(dòng)速度，即移送設(shè)備14的移動(dòng)速度v可以被動(dòng)態(tài)變化，此時(shí)，單脈沖能量被保持為固定值。根據(jù)本實(shí)用新型，如圖2所示，在切割預(yù)定線上相鄰的聚光點(diǎn)M之間的距離，或者對(duì)各聚光點(diǎn)M形成的各改質(zhì)領(lǐng)域之間的距離S，如下公式1，移動(dòng)速度v對(duì)激光脈沖頻率f的比例來(lái)獲得，即移動(dòng)速度v可以根據(jù)距離S乘以頻率f來(lái)獲得。

【公式1】

v＝S*f

在所述公式上，距離單位為μm，速度單位為mm/sec，以及頻率單位為Khz。如果適用該公式，如圖3(a)所示，在各聚光點(diǎn)M之間的距離S都為2μm且脈沖頻率f為50Khz的情況下，移動(dòng)速度v計(jì)算為100mm/sec。此時(shí)，通過(guò)調(diào)整脈沖頻率和移動(dòng)速度之一，比如，如圖3(b)所示，將移動(dòng)速度v調(diào)整提升為200mm/sec，同時(shí)激光的脈沖頻率調(diào)整高為100Khz，那么各聚光點(diǎn)M之間都可以相隔同樣的距離S。

根據(jù)該公式來(lái)計(jì)算，如果將脈沖頻率f提高為200Khz，移動(dòng)速度v可以被調(diào)整為200mm/sec。隨著移動(dòng)速度和脈沖頻率變化，給各聚光點(diǎn)M提供的激光總能量會(huì)變少，但是無(wú)論移動(dòng)速度和脈沖頻率如何變化，需要使激光以同量的能量被聚光。為此，需要將單激光能量與移動(dòng)速度和脈沖頻率成比例調(diào)整增加或減少。

這一調(diào)整由控制設(shè)備11來(lái)進(jìn)行。控制設(shè)備11不僅控制激光系統(tǒng)12，還控制移送設(shè)備14。對(duì)移動(dòng)設(shè)備14的控制，尤其是調(diào)整移動(dòng)設(shè)備14的移動(dòng)速度控制影響到改質(zhì)領(lǐng)域的形成速度。所述加工速度S意味著基板對(duì)激光的相對(duì)速度，比如，在激光的位置被固定時(shí)，移送設(shè)備的移動(dòng)速度被認(rèn)為加工速度。

圖4是示出根據(jù)另一個(gè)示范性實(shí)施例的激光加工系統(tǒng)101的示意圖。

圖4所示的激光加工設(shè)備101包括多個(gè)單位激光光源LS1～LSn(n：自然數(shù))，從它們分別射出并經(jīng)過(guò)獨(dú)立光路P1～Pn的激光，由光路結(jié)合單元15在一條結(jié)合光路Pc結(jié)合成一束激光，而且，由光學(xué)設(shè)備13在基板上形成為聚光點(diǎn)M。如上所述，各單位激光光源分別具備激光諧振器和驅(qū)動(dòng)它的驅(qū)動(dòng)器。

單位激光光源LS1～LSn被控制整個(gè)系統(tǒng)的控制設(shè)備11控制，互不重疊，交互射出激光。

控制設(shè)備11連接于輸入單元和輸出單元，進(jìn)行對(duì)激光加工參數(shù)的輸入和輸出?？刂圃O(shè)備11也控制基板移送設(shè)備14，在激光加工時(shí)，將基板20沿著加工方向移送。

圖5示出根據(jù)另一個(gè)示范性實(shí)施例的激光加工設(shè)備102，該激光加工系統(tǒng)包括兩個(gè)單位激光光源LS1、LS2和將由它們分別發(fā)出的激光結(jié)合成一束激光的光路接合器。由單位激光光源LS1、LS2發(fā)出的激光，經(jīng)過(guò)獨(dú)立光路P1、P2后，進(jìn)入到光路結(jié)合單元15。

光路結(jié)合單元15可以具備將兩束激光結(jié)合成一條并共同途徑Pc的偏振分束器(polarization beam splitter，PBS)153。

在兩個(gè)相鄰設(shè)置的單位激光光源LS1、LS2都發(fā)出P波激光時(shí)，可以使偏振分束器153對(duì)P波具有透過(guò)性。因此，第二單位激光光源LS2發(fā)出的激光，通過(guò)偏振分束器153的第一面153a和其對(duì)面的第三面153c，沿著共同途徑Pc被射出。

此外，與第二單位激光光源LS2并列放置的第一單位激光光源LS1發(fā)出的激光，經(jīng)反射鏡151從與偏振分束器153的第一面和第三面153c垂直的第二面153b進(jìn)入。但第一單位激光光源LS1發(fā)出的激光在從偏振分束器153的第二面153b進(jìn)入之前，要先經(jīng)過(guò)半波長(zhǎng)片152。

在這種情況下，激光的偏光方向被改變，并且，激光從偏振分束器153的第二面153b進(jìn)入后被反射，由偏振分束器153的第三面153c沿著共同途徑Pc進(jìn)行傳播。所以，從兩個(gè)單位激光光源LS、LS2分別發(fā)出的激光最終都可以通過(guò)一條共同途徑Pc進(jìn)入到光學(xué)設(shè)備13。

圖6是示出在圖5所示的激光加工系統(tǒng)中，由各單位激光光源分別發(fā)出的激光脈沖和由光路結(jié)合單元結(jié)合的激光脈沖的時(shí)序圖。

圖6(a)和(b)分別示出兩個(gè)激光光源LS1、LS2在時(shí)間領(lǐng)域上的激光脈沖和脈沖之間的時(shí)間延遲，以及圖6(c)示出二者結(jié)合的激光脈沖波形。

圖6所示的t意味著在激光頻率中激光脈沖之間的時(shí)間距離，t1(t2)意味著對(duì)第一單位激光光源LS1的第二單位激光光源LS2的激光脈沖振蕩時(shí)間延遲或時(shí)間差距。這樣振蕩的各單位激光光源發(fā)出的激光經(jīng)光路結(jié)合單元15結(jié)合成一束激光，得出與利用一束頻率為1/t1(Hz)的激光同樣的加工效果。

參照?qǐng)D7，在將振蕩為50kHz的各激光以200mm/sec為加工速度加工時(shí)，每光斑之間的距離S3和S4都為4um，此時(shí)，為了滿足t1等同于10us的要求，使激光相互延遲，那么，如圖6(c)所示，經(jīng)光路結(jié)合單元聚光的激光光斑之間的距離S5為2um。

換言之，根據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例，利用一束頻率為100kHz的激光，可以獲得與加工速度以200mm/sec時(shí)相同或相似的效果。此時(shí)，激光之間的延遲時(shí)間t1取決于t1＝1/(單位激光光源的數(shù)量*各激光的頻率)，即1/(n*f)。因此，即使原來(lái)的可變寬度變小或改變，但是通過(guò)利用多束按頻率決定脈沖寬度的激光，并且控制各激光之間的脈沖振蕩延遲時(shí)間，也可以實(shí)現(xiàn)加工速度的可變并提高加工速度。

應(yīng)當(dāng)理解，這里描述的一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例應(yīng)當(dāng)僅在描述性的意義下考慮，而非用于限制的目的。每個(gè)示范性實(shí)施例中特征或方面的描述應(yīng)當(dāng)?shù)湫偷乇豢紤]為可用于其他示范性實(shí)施例中的其他類似特征或方面。雖然已經(jīng)參照附圖描述一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難理解，可以在其中進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變而不背離由所附權(quán)利要求限定的本公開的精神和范圍。