CN101559628A - 用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，包括紫外激光器和加工平台，紫外激光器的输出端设置有光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜衔接第二反射镜，第二反射镜衔接第三反射镜，第三反射镜的输出端连接有聚焦镜，聚焦镜正对于加工平台；紫外激光器发出的激光入射到光闸，激光经过光闸垂直入射到扩束镜，经过扩束镜后的激光依次入射到第一反射镜、第二反射镜及第三反射镜，反射后的激光垂直入射到聚焦镜，透过聚焦镜的激光聚焦于加工平台上。本发明实现了紫外激光切割大幅面Micro Phone硅片，切割的最大幅面达8英寸，切割速度快，加工效率高，非常实用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，属于激光精密加工制造技术领域。
背景技术
随着全球各国绿色能源的推广和近年来半导体产业的超常规发展，硅片市场的供需已极度不平衡，切割加工能力的落后和产能的严重不足已构成了产业链的瓶颈，严重阻碍了太阳能和半导体产业的发展。作为硅片(晶圆)生产的关键技术，近年来崛起的新型硅片切割技术，具有切割表面质量高、切割效率高和可切割大尺寸材料、方便后续加工等特点。硅片切割是电子工业主要原材料——硅片(晶圆)生产的关键技术，切割的质量与规模直接影响到整个产业链的后续生产。硅片的巨大需求表现在集成电路等半导体产业上。硅占整个半导体材料的95％以上，单晶硅片是半导体器件生产的关键性基材，是电子产业的基础支撑材料。硅片加工工艺流程一般经过晶体生长、切断、外径滚磨、平边、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、包装等阶段。近年来半导体行业的迅速发展对硅片的加工提出了更高的要求，一方面为了降低制造成本，硅片趋向大直径化，机械加工大直径比较困难，另一方面要求硅片有极高的平面度精度和极小的表面粗糙度。所有这些要求极大的提高了硅片的加工难度，由于硅材料具有脆、硬等特点，直径增大造成加工中的翘曲变形，加工精度不易保证。普通的机械加工方式加工速度慢，成品良率低，加工成本高。在机械加工中容易损伤Micro Phone硅片正面的声带膜，且在切割的过程中灰尘比较多，会造成Micro Phone硅片的不良。
紫外激光切割技术应用于半导体硅片晶圆是一种新的应用工艺，紫外激光切割技术采用355nm或其它短波长的紫外激光非接触式激光冷加工，具有光束质量高(M2＜1.2)、脉冲频率高(30kHz～120kHz)、脉宽窄(＜20ns)的特点，几乎能够实现对所有硅材质的切割。此外，紫外激光出色的聚焦能力很容易实现小于20um的切割线宽，与传统的机械切割50um以上的切割线宽相比，在精密切割方面具有明显的优势，且在加工中使用了专用冶具，只是将Micro Phone硅片的架在专用冶具上，产用了真空吸附使其固定切割。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，旨在降低加工成本，简化加工工艺，减小加工难度，提高加工良率。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，包括紫外激光器和加工平台，特点是：所述紫外激光器的输出端设置有光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜衔接第二反射镜，第二反射镜衔接第三反射镜，第三反射镜的输出端连接有聚焦镜，聚焦镜正对于加工平台；紫外激光器发出的激光入射到光闸，激光经过光闸垂直入射到扩束镜，经过扩束镜后的激光依次入射到第一反射镜、第二反射镜及第三反射镜，反射后的激光垂直入射到聚焦镜，透过聚焦镜的激光聚焦于加工平台上。
进一步地，上述的用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，其中，所述紫外激光器的输出波长为355nm。
更进一步地，上述的用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，其中，在加工平台的一侧设置有除尘装置。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明紫外激光加工设备设计新颖，实现了紫外激光切割大幅面Micro Phone硅片，切割的最大幅面可达8英寸，应用紫外激光切割避免了机械切割Micro Phone硅片存在的缺点，采用紫外激光切割大幅面MicroPhone硅片比普通的机械加工方式操作更加方便，切割速度快，外观非常理想，加工效率高，不仅降低了加工的成本，还显著提高了成品率，为一实用的新设计。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的构造原理示意图；
图2：冶具的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | 紫外激光器 | 2 | 光闸 | 3 | 扩束镜 |
| 4 | 第一反射镜 | 5 | 第二反射镜 | 6 | 第三反射镜 |
| 7 | 聚焦镜 | 8 | 加工平台 | 9 | 冶具 |
具体实施方式
如图1所示，用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，包括紫外激光器1和加工平台8，紫外激光器1的输出波长为355nm，紫外激光器1的输出端设置有光闸2，光闸2的输出端连接有扩束镜3，扩束镜3的输出端布置有第一反射镜4，第一反射镜4衔接第二反射镜5，第二反射镜5衔接第三反射镜6，第三反射镜6的输出端连接有聚焦镜7，聚焦镜7正对于加工平台8。紫外激光器1发出波长为355nm(紫外光)激光入射到光闸2，激光经过光闸2垂直入射到扩束镜3，经过扩束镜3后的激光依次入射到45度第一反射镜4、第二反射镜5及第三反射镜6，经反射转角后的激光垂直入射到聚焦镜7，透过聚焦镜7的激光聚焦于加工平台8的表面。
光束质量高、脉冲频率高、脉宽窄、聚焦能力强，加工平台8的X、Y方向的移动行程大于等于200mm，才可加工大幅面Micro Phone硅片(8英寸)，Micro Phone硅片的厚度为400um。Micro Phone硅片吸附在加工平台的冶具上，紫外激光器1发出的紫外激光进入激光传输系统后垂直入射到加工平台8上，激光切割前通过光学图像系统对待加工的Micro Phone硅片进行定位以及切割轨迹的规划，激光加工时激光光轴保持不动而加工平台相对于光轴在X、Y两个轴向直线运动。需要指出的是，在激光切割Micro Phone硅片时，通过改变激光器的功率、频率和改变切割Micro Phone硅片时的各参数，搭配使用，对Micro Phone硅片背面切割一次，提高加工效率。
在加工平台8上安装一个切割大幅面Micro Phone硅片的专用冶具9，冶具9如图2所示，冶具9有真空吸附功能，应用晶圆切割软件，通过改变激光器的频率、能量、加工平台的切割速度、焦距、加工次数等各参数来控制对大幅面Micro Phone硅片的切割深度；为了后续的加工，切割深度大于三分之二的硅片厚度，用CCD准确定位切割的位置，使Micro Phone硅片的切割精度高，整体提高加工效率，切割外观美观。
为了使加工过程中尽量减少灰尘，提高良率，在加工平台的一侧安装一除尘装置，对加工中出现的灰尘直接清除。
具体应用时，在加工平台8上安装一个切割大幅面Micro Phone硅片的专用冶具9，冶具9(8英寸)如图2，具有真空吸附功能，先将大幅面Micro Phone硅片的正面向上，背面吸附在冶具9上，打开晶圆切割加工软件，以硅片正面的两个一直线的晶粒将大幅面Micro Phone硅片调至水平，测出晶粒和划道的尺寸大小，取最大直径的左、右两点，在硅片的正面划道宽度的中心切割十字标记，标记划至透过硅片的厚度，在背面也有清楚的标记，此时紫外激光器的频率30KHZ，功率3W。如果硅片的背面已经做好了划道切割标记，此步可省。把大幅面Micro Phone硅片反转，背面向上，有晶粒的正面吸附在冶具上，找到背面做好的两个十字标记，以这两个标记将硅片调至水平，再以其中之一的标记设为基准切割，在切割过程中紫外激光器的参数为频率40KHZ，激光到平台能量为2.5W左右，平台X和Y向的切割速度都是10mm/sec，如果大幅面Micro Phone硅片上的单个晶粒1.5*1.5mm，切割整片晶圆所用时间为30分钟左右。一般400um厚的硅片，切割的深度要达到250um以上。如果要改变硅片的切割深度，可以改变激光器的频率、功率和加工的切割速度、加工次数。在加工的过程中，打开平台侧面的除尘装置，切割时的灰尘粉末及时清除，提高硅片的切割良率。
综上所述，本发明紫外激光设备，实现了紫外激光切割大幅面MicroPhone硅片，切割的最大幅面可达8英寸，应用紫外激光切割避免了机械切割Micro Phone硅片存在的缺点，采用紫外激光切割大幅面Micro Phone硅片比普通的机械加工方式操作更加方便，切割速度快，外观非常好，加工效率高，不仅降低了加工的成本，还显著提高了成品率。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，包括紫外激光器(1)和加工平台(8)，其特征在于：所述紫外激光器(1)的输出端设置有光闸(2)，光闸(2)的输出端连接有扩束镜(3)，扩束镜(3)的输出端布置有第一反射镜(4)，第一反射镜(4)衔接第二反射镜(5)，第二反射镜(5)衔接第三反射镜(6)，第三反射镜(6)的输出端连接有聚焦镜(7)，聚焦镜(7)正对于加工平台(8)；紫外激光器(1)发出的激光入射到光闸(2)，激光经过光闸(2)垂直入射到扩束镜(3)，经过扩束镜(3)后的激光依次入射到第一反射镜(4)、第二反射镜(5)及第三反射镜(6)，反射后的激光垂直入射到聚焦镜(7)，透过聚焦镜(7)的激光聚焦于加工平台(7)上。
2.根据权利要求1所述的用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，其特征在于：所述紫外激光器(1)的输出波长为355nm。
3.根据权利要求1所述的用于切割大幅面Micro Phone芯片的紫外激光设备，其特征在于：在加工平台(8)的一侧设置有除尘装置。
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2009
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