专利名称：利用紫外激光划切蓝宝石晶圆表面的加工方法
技术领域：
本发明涉及一种利用紫外激光划切蓝宝石晶圆表面的加工装置，还涉及一种利用紫外激光划切蓝宝石晶圆表面的材料加工方法，尤其涉及一种利用静电场对紫外激光划切蓝宝石晶圆过程中产生的带电微粒进行吸附以减少蚀除物在晶圆表面的沉积的方法。
背景技术：
紫外激光是目前划切蓝宝石、氮化镓、碳化硅等脆硬材料为衬底高亮度蓝光LED 晶圆的最有效方法，在高能量的纳秒脉冲紫外激光的作用下，蓝宝石晶圆材料依赖多光子吸收能量，直接打断材料化学键链接，使晶圆材料电离，并在晶圆表面形成一团等离子体云，其中包含着大量的微、纳米级别的带电微粒，如果不及时进行清除这些微粒将在激光脉间沉积到晶圆的表面，形成表面污染，很难清除。在微电子行业中，衬底材料的表面污染将造成很多不确定因素，影响设备的稳定性，因此，改善蓝宝石衬底的表面质量，实现蓝宝石晶圆的清洁加工具有非常现实的重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过外加辅助静电场改善蓝宝石表面质量的方法， 在晶圆与聚焦镜之间附加一个静电场，通过调整直流电源电压(5v-300v)及极板间距 (0. lmm-2mm)实现对不同大小带电微粒的吸附。加工过程中产生的带电颗粒在静电场的作用下，被吸附到极板上，而不会落到蓝宝石表面，这样就可以达到改善蓝宝石表面质量的效^ ο具体实施方式
为一种利用紫外激光划切蓝宝石晶圆表面的方法，其特征在于，包括以下步骤将蓝宝石晶圆固定在紫外激光工作台上，将产生外电场的极板置于晶圆之上，并与晶圆保持一定距离；调整工作台，使聚焦镜头与蓝宝石晶圆之间发生相对移动，直至晶圆上表面在显示器上清晰成像；在激光加工开始前，将极板调整为水平，并使激光位于两极板中间；根据紫外激光的参数调整极板间距与电源电压；紫外激光通过聚焦镜，聚焦到蓝宝石晶圆表面，开激光，并沿水平方向扫描蓝宝石晶圆，对晶圆表面进行加工；通过调整直流电源电压及极板的间距产生适当的静电场场强，使加工过程中产生的带电颗粒在静电场的作用下，被吸附到极板上。本发明利用外加辅助电场的方法首次在紫外激光微细加工机床上实现了激光蚀除与表面清洗的一体加工，具有加工质量好、加工稳定、精度高、可行性强、易于推广的特点。并且，通过控制激光参数可以控制蚀除颗粒的大小，通过调整直流电压及极板间隙，可实现不同大小的等离子体微粒的在线蚀除。另外，本方法的拓展性强，可用于其它价格昂贵的高亮度LED晶圆材料，改善表面质量，提高成品率，降低成本，为提高高亮度LED晶圆材料的成品率、利用率提供了一种很好的解决方案。
图1是实施本发明加工方法所采用的加工装置。
具体实施例方式图1是本发明的加工方法所采用的加工装置，其主要包括紫外激光器1、反射镜 2、聚焦镜3、外加静电场极板4、二维工作台6、CCD 7及工控机8等几部分，紫外激光器1发出的紫外激光的焦点与CCD 7的焦点重合，紫外激光器1发出的激光经反射镜2、聚焦镜3、 外加静电场极板4聚焦到二维工作台6上的蓝宝石晶圆5的上表面，这样从CXD 7上就可以采集到蓝宝石晶圆5上表面的图像，并在工控机8的显示器上显示。极板4保持水平，紫外激光通过两极板中心聚焦到蓝宝石晶圆上。采用该装置划切蓝宝石晶圆表面的工艺如下第一步将蓝宝石晶圆固定在紫外激光工作台上，将产生外电场的极板置于晶圆之上，并与晶圆保持一定距离；第二步调整工作台，使聚焦镜头与蓝宝石晶圆之间发生相对移动，直至晶圆上表面在显示器上清晰成像；第三步在激光加工开始前，将极板调整为水平，并使激光位于两极板中间；第四步根据紫外激光的参数调整极板间距与电源电压；第五步紫外激光通过聚焦镜，聚焦到蓝宝石晶圆表面，开激光，并沿水平方向扫描蓝宝石晶圆，对晶圆表面进行加工。第六步通过调整直流电源电压及极板的间距产生适当的静电场场强，使加工过程中产生的带电颗粒在静电场的作用下，被吸附到极板上。紫外激光与极板之间的相对位置调整是根据CCD和人机交互识别出两极板的内侧线，然后通过软件根据内侧线的位置旋转、平移工作台6，使两极板内侧线的中间线达到水平。紫外激光经过反射镜2、聚焦镜3聚焦在蓝宝石晶圆上，在晶圆与聚焦镜3之间附加一个静电场，通过调整直流电源电压及极板4的间距实现对静电场场强的调整，加工过程中产生的带电颗粒在该静电场的作用下，被吸附到极板4上，而不会落到蓝宝石晶圆表面，这样就可以达到改善蓝宝石表面质量的效果。在紫外激光脉冲的作用下，在两极板之间的晶圆与激光作用区域将会产生等离子体云，等离子体云在外加静电场的作用下，大小适度的颗粒将会被电场吸附到极板上，而不会重新沉积到晶圆表面，这样就实现了对蓝宝石晶圆的清洁加工，保证较高的良品率。本发明采用简单的实验装置，能方便灵活的控制清除微粒的大小适应不同的紫外激光加工参数，满足任意小于5微米的微粒的清除，同时通过外加电场可以削弱等离子屏蔽的影响，提高加工效率。本发明的一种实施方式，紫外激光加工参数为波长355nm，功率5W，重频 30khz-120khz，产生颗粒的大小为0. 5-5微米。
在紫外激光与蓝宝石晶圆的作用区域附加一个静电场，电源为直流电源，电压在 5V-300V之间可调，极板间距0. lmm-2mm之间可调，实现对0. 5-5微米范围及其以下的微粒的在线清除。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制，凡采用等同变换、等效变换而形成的技术方案，均在本发明权利保护范围之内。
权利要求
1.一种利用紫外激光划切蓝宝石晶圆表面的方法，其特征在于，包括以下步骤将蓝宝石晶圆固定在紫外激光工作台上，将产生外电场的极板置于晶圆之上，并与晶圆保持一定距离；调整工作台，使聚焦镜头与蓝宝石晶圆之间发生相对移动，直至晶圆上表面在显示器上清晰成像；在激光加工开始前，将极板调整为水平，并使激光位于两极板中间；根据紫外激光的参数调整极板间距与电源电压；紫外激光通过聚焦镜，聚焦到蓝宝石晶圆表面，开激光，并沿水平方向扫描蓝宝石晶圆，对晶圆表面进行加工；通过调整直流电源电压及极板的间距产生适当的静电场场强，使加工过程中产生的带电颗粒在静电场的作用下，被吸附到极板上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，紫外激光加工参数为波长355nm，功率5W，重频30Wiz-1201diz，产生颗粒的大小为0. 5-5微米。
3.如权利要求1-2中的一项所述的方法，其特征在于，在紫外激光与蓝宝石晶圆的作用区域通过极板附加的静电场，电源为直流电源，电压在5V-300V之间可调，极板间距 0. lmm-2mm之间可调，实现对0. 5-5微米范围及其以下的微粒的在线清除。
4.如权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，极板保持水平，紫外激光通过两极板中心聚焦到蓝宝石晶圆上。
5.如权利要求1-4中的一项所述的方法，其特征在于，所述将极板调整为水平的步骤是根据CCD和人机交互识别出两极板的内侧线，然后通过软件根据所述内侧线的位置旋转、平移工作台，使两极板内侧线的中间线达到水平。
全文摘要
本发明提供一种利用紫外激光划切蓝宝石晶圆表面的方法，包括以下步骤将蓝宝石晶圆固定在紫外激光工作台上，将产生外电场的极板置于晶圆之上，并与晶圆保持一定距离；调整工作台，使聚焦镜头与蓝宝石晶圆之间发生相对移动，直至晶圆上表面在显示器上清晰成像；在激光加工开始前，将极板调整为水平，并使激光位于两极板中间；根据紫外激光的参数调整极板间距与电源电压；紫外激光通过聚焦镜，聚焦到蓝宝石晶圆表面，开激光，并沿水平方向扫描蓝宝石晶圆，对晶圆表面进行加工；通过调整直流电源电压及极板的间距产生适当的静电场场强，使加工过程中产生的带电颗粒在静电场的作用下，被吸附到极板上。本发明可以改善蓝宝石衬底的表面质量，提高蓝宝石晶圆的良品率。
文档编号B28D5/00GK102248606SQ201110167099
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者刘俊岩, 王懋露, 王扬, 秦雷 申请人:哈尔滨工业大学