CN114226960A - 一种硅片的超快激光切割方法 - Google Patents

一种硅片的超快激光切割方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114226960A
CN114226960A CN202111668437.9A CN202111668437A CN114226960A CN 114226960 A CN114226960 A CN 114226960A CN 202111668437 A CN202111668437 A CN 202111668437A CN 114226960 A CN114226960 A CN 114226960A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon wafer
cutting
cut
laser
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111668437.9A
Other languages
English (en)
Inventor
蒋仕彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Yinhu Laser Technology Co ltd
Original Assignee
Hangzhou Yinhu Laser Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Yinhu Laser Technology Co ltd filed Critical Hangzhou Yinhu Laser Technology Co ltd
Priority to CN202111668437.9A priority Critical patent/CN114226960A/zh
Publication of CN114226960A publication Critical patent/CN114226960A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/402—Removing material taking account of the properties of the material involved involving non-metallic material, e.g. isolators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种硅片的超快激光切割方法，其特征在于：采用输出光学波长介于1900纳米～2300纳米的光纤激光器作为光源，将激光束聚焦到待切割硅片的内部，聚焦点的光斑直径小于10微米，在聚焦点附近产生纵向微裂纹，沿切割轨迹移动聚焦点，形成切割包络，然后通过外加力量把待切割硅片分开，完成切割。本发明可以采用隐切法对硅片进行激光切割，具有较现有方案速度快、污染小，损耗少，切割质量高的优点。

Description

一种硅片的超快激光切割方法
技术领域
本发明涉及一种硅片的切割方法，具体涉及一种用于实现对硅片进行隐切的加工方法。
背景技术
单晶硅是一种具有金刚石晶格的硬脆材料，其在半导体行业、光伏产业等有广泛的利用。硅材料硬度高、脆性强，传统的金刚石片机械加工方式面临切割精度差、效率低、表面损伤大、材料损失多等缺点。随着科技发展，对硅片切割的质量、效率和材料损失等方面的要求越来越高，激光切割硅片的技术逐渐被应用。激光切割具有无接触、无切削力、热影响小、环保无污染等特点。激光光斑可以实现微米级别的紧聚焦，从而实现精密、超精密微纳加工。此外，激光器***同计算机控制***良好兼容，可以快速实现自动化的硅片切割，生产效率较传统工艺大幅提高。
目前，激光硅片切割工艺主要分为两种：一是熔融切割法，其利用激光热效应，在表面聚焦点附近产生融化和气化，并采用高速气流等手段去除熔渣，形成加工曲线；二是热裂法，即采用激光照射硅片，产生温度梯度场，并通过热应力实现可控裂纹轨迹的硅片断裂。热裂法材料不会出现高温表面，切割质量、材料损耗等方面较热熔法更好。但目前这些硅片切割方法仍然存在碎料污染，切口较宽等问题，无法满足更进一步的要求。
对硅片进行切割的激光波长，则通常是在193nm至1064nm之间。例如，张菲等在全国半导体集成电路硅材料学术会议上的论文“355nm全固态紫外激光切割硅片的研究”一文中使用了355nm的紫外激光对硅片进行切割，但YAG激光器的波长（1064nm）被认为能很好地用于电子带隙的硅(1.11电子伏特或1117纳米)，因此，目前商用的硅片激光切割设备通常都采用1064nm的YAG激光器。
要进一步提高切割质量，一种考虑是采用隐切法，即，激光透过材料表面并在材料内部形成高功率密度的汇聚点，形成热应力等效果，而表面处因为功率密度低，激光不产生效果。此后，再通过裂片完成切割。然而，硅材料对1064nm波长的吸收效率达到60%以上，材料透过率低，因此如果将其用于隐切法效果较差。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种硅片的超快激光切割方法，实现对硅片的低损耗、无污染、高质量切割。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种硅片的超快激光切割方法，采用输出光学波长介于1900纳米～2300纳米的光纤激光器作为光源，将激光束聚焦到待切割硅片的内部，聚焦点的光斑直径小于10微米，在聚焦点附近产生纵向微裂纹，沿切割轨迹移动聚焦点，形成切割包络，然后通过外加力量把待切割硅片分开，完成切割。
进一步的技术方案，所述激光束为脉冲激光束，每个脉冲的宽度为50飞秒～500皮秒，每个脉冲的峰值功率大于200千瓦。
为使激光束更好地聚焦于硅片内部，优选的技术方案是，所述硅片的面对激光束输入的表面为抛光表面。
上述技术方案中，沿切割轨迹移动聚集点的一种方法是，将待切割硅片固定在一位移装置上，使所述位移装置运动，实现聚焦点在待切割硅片中的移动。
另一种方法是，沿切割轨迹移动聚集点的方法是，在激光束的光路中设置振镜，通过对振镜的控制使聚焦点移动。
也可以同时采用位移装置和振镜配合实现聚焦点的移动。
上述技术方案中，通过外加力量把待切割硅片分开的方法是加热裂片或者加液体裂片。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明改变了本领域常规采用1064纳米以下波长的激光束切割硅片的传统思维，采用光学波长介于1900纳米～2300纳米的光纤激光器对硅片进行切割，硅片对该波段有较大透过率，可以在硅片内部形成聚焦点，而不影响其表面性质，从而能采用隐切法对硅片进行激光切割，具有较现有方案速度快、污染小，损耗少，切割质量高的优点。
2、本发明通过采用宽度为50飞秒～500皮秒的脉冲激光，能有效保证切割效率。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程示意图；
图2是本发明实施例一采用的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1，一种硅片的超快激光切割方法，采用输出光学波长1950纳米的光纤激光器作为光源，输出脉冲激光，脉冲宽度为200飞秒，每个脉冲的峰值功率大于200千瓦，将激光束聚焦到待切割硅片的内部，聚焦点的光斑直径小于10微米，在聚焦点附近产生纵向微裂纹，沿切割轨迹移动聚焦点，形成切割包络，然后通过加热裂片，完成切割。
为保证加工效果，硅片的面对激光束输入的表面可以先进行抛光处理。
实现上述方法可以采用的装置如附图2所示。由光纤激光器101产生脉冲串激光束501，其采用铥掺杂光纤作为增益介质，激光输出中心波长1950纳米，脉冲宽度200飞秒，单脉冲能量50纳焦，脉冲之间间隔25纳秒，每个脉冲串包含2个脉冲，每秒钟包含5百万个等间距的脉冲串。激光束501经过透镜及振镜201，在经过抛光的硅片301表面的光斑直径超过30微米，不产生物理化学效应，由于硅片对该1950纳米激光为透明，传输损耗低，在其硅片301内部汇聚为光斑直径为3微米的光斑，并产生沿光束传输方向的微裂纹。硅片通过位移装置401及201中振镜的配合工作，实现对光斑的相对位移，形成切割包络，此后，通过加热裂片。因为采用内部隐切的方式，无碎屑、污染少、表面崩边小，材料损耗少，实现了高质量的高速硅片切割。

Claims (6)

1.一种硅片的超快激光切割方法，其特征在于：采用输出光学波长介于1900纳米～2300纳米的光纤激光器作为光源，将激光束聚焦到待切割硅片的内部，聚焦点的光斑直径小于10微米，在聚焦点附近产生纵向微裂纹，沿切割轨迹移动聚焦点，形成切割包络，然后通过外加力量把待切割硅片分开，完成切割。
2.根据权利要求1所述的硅片的超快激光切割方法，其特征在于：所述激光束为脉冲激光束，每个脉冲的宽度为50飞秒～500皮秒，每个脉冲的峰值功率大于200千瓦。
3.根据权利要求1所述的硅片的超快激光切割方法，其特征在于：所述硅片的面对激光束输入的表面为抛光表面。
4.根据权利要求1所述的硅片的超快激光切割方法，其特征在于：沿切割轨迹移动聚集点的方法是，将待切割硅片固定在一位移装置上，使所述位移装置运动，实现聚焦点在待切割硅片中的移动。
5.根据权利要求1所述的硅片的超快激光切割方法，其特征在于：沿切割轨迹移动聚集点的方法是，在激光束的光路中设置振镜，通过对振镜的控制使聚焦点移动。
6.根据权利要求1所述的硅片的超快激光切割方法，其特征在于：通过外加力量把待切割硅片分开的方法是加热裂片或者加液体裂片。
CN202111668437.9A 2021-12-31 2021-12-31 一种硅片的超快激光切割方法 Pending CN114226960A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111668437.9A CN114226960A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种硅片的超快激光切割方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111668437.9A CN114226960A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种硅片的超快激光切割方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114226960A true CN114226960A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80745148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111668437.9A Pending CN114226960A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种硅片的超快激光切割方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114226960A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102593286A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 武汉迪源光电科技有限公司 一种大功率led的制备方法
CN203390386U (zh) * 2013-05-10 2014-01-15 苏州图森激光有限公司 一种激光加工装置
CN103964682A (zh) * 2013-01-28 2014-08-06 深圳市大族激光科技股份有限公司 激光切割玻璃的方法
CN104475979A (zh) * 2014-10-31 2015-04-01 苏州图森激光有限公司 一种透明导电薄膜的激光刻蚀方法
CN104690430A (zh) * 2013-12-03 2015-06-10 罗芬-新纳技术公司 通过突发超快激光脉冲的成丝的激光处理硅的方法和装置
CN107433397A (zh) * 2017-08-02 2017-12-05 武汉大学 一种射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置及方法
CN109676269A (zh) * 2019-01-31 2019-04-26 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种led晶圆片的激光预分割方法及装置
CN112192772A (zh) * 2020-10-26 2021-01-08 中国科学院半导体研究所 超快激光连续裂片装置及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102593286A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 武汉迪源光电科技有限公司 一种大功率led的制备方法
CN103964682A (zh) * 2013-01-28 2014-08-06 深圳市大族激光科技股份有限公司 激光切割玻璃的方法
CN203390386U (zh) * 2013-05-10 2014-01-15 苏州图森激光有限公司 一种激光加工装置
CN104690430A (zh) * 2013-12-03 2015-06-10 罗芬-新纳技术公司 通过突发超快激光脉冲的成丝的激光处理硅的方法和装置
CN104475979A (zh) * 2014-10-31 2015-04-01 苏州图森激光有限公司 一种透明导电薄膜的激光刻蚀方法
CN107433397A (zh) * 2017-08-02 2017-12-05 武汉大学 一种射流辅助激光等离子体的晶圆切割装置及方法
CN109676269A (zh) * 2019-01-31 2019-04-26 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种led晶圆片的激光预分割方法及装置
CN112192772A (zh) * 2020-10-26 2021-01-08 中国科学院半导体研究所 超快激光连续裂片装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110303257B (zh) 一种激光复合切割分离透明脆性材料的方法及装置
CN104741798B (zh) 一种复合焦点时空同步钻孔***与方法
CN210548928U (zh) 一种激光复合切割分离透明脆性材料的装置
CN207521870U (zh) 基于匀化装置的激光输出***
CN103030266B (zh) 激光切割方法与装置
CN105127604A (zh) 激光加工***及方法
CN104972226A (zh) 一种双头激光加工装置及加工方法
CN101875156B (zh) 激光加工方法及激光加工装置
JP2011079690A (ja) 回折格子を用いた厚板ガラスのレーザ熱応力割断
CN204470793U (zh) 一种复合焦点时空同步钻孔***
CN108406139A (zh) 激光在透明脆性材料上的钻孔装置及其钻孔方法
CN108788451A (zh) 一种超快激光透明材料的加工方法及装置
CN206732372U (zh) 一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备
CN108788452A (zh) 一种超快紫外激光透明材料的加工方法及装置
CN102139484B (zh) 激光划线方法以及装置
CN109079348A (zh) 一种超快绿光激光透明材料的加工方法及装置
CN102152003A (zh) 双激光束分离光学晶体方法及装置
CN105149773A (zh) 一种透明玻璃的加工方法及装置
CN102689092A (zh) 一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工方法及装置
CN111302609A (zh) 一种双激光束复合焊接玻璃的方法及装置
CN203390393U (zh) 一种用于晶片表面处理的激光装置
CN112935528B (zh) 一种针对厚度较大晶圆进行高质量切割的方法和装置
CN112192772A (zh) 超快激光连续裂片装置及方法
CN114226960A (zh) 一种硅片的超快激光切割方法
CN114643426B (zh) 提升高硼硅玻璃激光切割裂片质量和效率的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination