双焦点激光加工系统及其加工方法与流程

本发明属于激光加工领域，尤其涉及一种双焦点激光加工系统及其加工方法。

背景技术：

在LED晶圆片半导体等激光微细精密加工行业中，一般使用蓝宝石做为衬底材料，在蓝宝石衬底上沉积发光区，发光区的厚度一般只有3至6um，蓝宝石的厚度一般是80-150um。目前一般用激光来加工LED晶圆片，将其分离成单个小的芯粒，激光加工一般从晶圆片的蓝宝石面入射到一定的深度，同时移动载台以实现激光切割分离的目的，对于一定厚度的LED晶圆片，激光加工的工艺对加工的品质有直接影响，如影响LED晶圆的亮度，反向漏电等光电参数。随着LED行业的发展，客户对LED发光亮度的要求逐步提高，LED行业的前段制程工艺，包括外延、光刻、镀膜等也在不断改良以提高LED芯片的发光亮度，激光加工的工艺也在不断改进和发展。

目前采用在LED晶圆片衬底内部形成激光爆炸点的切割方式已经逐步取代激光表面烧蚀切割方法，以提高LED的发光亮度，但随着客户要求的不断提高，需要发展更优良的激光加工方法，以进一步提高LED晶圆的发光亮度。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种切割LED晶圆片、以提高现有的激光加工系统所加工的LED晶圆片的发光亮度的双焦点激光加工系统及其加工方法。

本发明提供一种双焦点激光加工方法，该方法用于切割LED晶圆片，其包括如下步骤：

第一步：激光器发射激光束，激光束经第一偏振片分成两激光束：即第一激光束和第二激光束；

第二步：激光器发射激光时，同时移动LED晶圆片，第一激光束在LED晶圆片的横向切割道的某一个深度内形成第一层炸点，第二激光束在LED晶圆片的纵向切割道的另一个深度形成第二层炸点；

第三步：第一层炸点在LED晶圆片的发光区产生裂纹，第二层炸点在LED晶圆片的背面产生裂纹，第一层炸点和第二层炸点在X方向、Y方向、以及Z方向均有错位；

第四步：LED晶圆片裂开形成多个芯粒，每个芯粒的切割断面呈不规则台阶状。

本发明又提供一种双焦点激光加工系统，该系统用于切割LED晶圆片，其包括：激光器、第一偏振片、透镜、第一45°反射镜、第二45°反射镜、第二偏振片、以及聚焦镜；其中，所述激光器发射激光束，激光束经过所述第一偏振片之后，分成相互垂直的两激光束：即第一激光束和第二激光束，第一激光束经过第二偏振片和聚焦镜的聚焦，在LED晶圆片内部形成第一焦点；第二激光束经过透镜改变发散角度，再经过第一45°反射镜、第二45°反射镜、第二偏振片、以及聚焦镜的聚焦，在LED晶圆片内部形成第二焦点，所述第一焦点和第二焦点在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向均有错位。

本发明用于沿着相互交错的切割道分离LED晶圆片，激光在LED晶圆片的内部形成爆炸点而切割LED晶圆片，在所述切割轨迹上的切割方式导致切割的断面不是平面，而是不规则的台阶面，由于台阶面的产生使最终单个LED芯片的发光面积增大使其发光亮度提高，台阶面的产生增大了LED芯粒的发光面积，从而提高了LED芯粒的发光亮度，本发明在现有LED晶圆激光加工行业有很大的应用前景和推广空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明LED晶圆片的结构示意图；

图2为本发明LED晶圆片在X方向断面形成台阶的示意图；

图3为本发明LED晶圆片在Y方向断面形成台阶的示意图；

图4为本发明实施的激光加工外光路系统示意图。

具体实施方式

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1所示为LED晶圆片的结构示意图，相互垂直交错的多个横向切割道12和多个纵向切割道13布满整个LED晶圆片10，其中，横向切割道12沿X方向设置，纵向切割道13沿Y方向设置。LED晶圆片10由该多个横向切割道12和多个纵向切割道13被分隔成多个芯粒11。

通过移动LED晶圆片10，激光分别沿着对应的横向切割道12和纵向切割道13进行切割，最终分离LED晶圆片10成为多个单个芯粒11并且在LED晶圆片10切割断面形成不规则台阶。

激光加工时，依序沿着横向切割道12和纵向切割道13完成切割，横向切割道12和纵向切割道13具有一定的宽度，激光切割沿着横向切割道12和纵向切割道13的中心进行以避免对芯粒11的发光区产生影响。

图2所示为LED晶圆片的激光加工断面图，LED晶圆片10设有一层发光区4以及与该发光区4相对的背面9，在LED晶圆片10的制程中，一般采用化学气象沉积法在LED晶圆片10上生成该发光区4，发光区4的厚度一般是5-10um，LED晶圆片10的厚度一般是80-150um。在发光区4上周期性排列多个正电极5和多个负电极6。

本发明实施提供的LED晶圆片激光加工方法，在LED晶圆片10的厚度方向内部形成两个：即第一焦点Fa和第二焦点Fb，第一焦点Fa和第二焦点Fb在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向均有一定量的错位，在移动LED晶圆片10实现切割加工之后，第一焦点Fa对着横向切割道12的中心进行切割，第二焦点Fb对着纵向切割道13的中心进行切割，并在切割形成的单个芯粒11的断面形成不规则台阶面，以增大发光面积从而提高LED晶圆片10的发光亮度。

如图3所示，在X方向和Y方向都经过上述方式激光加工之后，从Y方向的断面来看，X方向的台阶面具有位于一侧边的第一侧面3、以及位于另一侧边且与该第一侧面3相对的第二侧面8，Y方向的断面也有两层激光炸点，即通过激光加工方法，多个第一焦点Fa分别在X、Y、Z三个方向形成第一层激光炸点7，多个第二焦点Fb分别在X、Y、Z三个方向形成第二层激光炸点2，第一层激光炸点7和第二层激光炸点2在X、Y、Z方向也有错位。这样加工之后断面的面积与常规的激光加工方法相比，明显增大，目前常规的激光加工方式最终的产品的断面一般是一个平面，经过大量实验数据测试，这样的激光加工方式由于断面不规则台阶的产生使发光面积增大，与目前常规的激光加工方法相比，可以使LED晶圆片的发光亮度整体提高3-5％。

图4所示为本发明双焦点激光加工系统，本双焦点激光加工系统同时在LED晶圆片10内部形成X方向、Y方向、以及Z方向三个方向均有错位的第一焦点Fa和第二Fb。

本双焦点激光加工系统包括：激光器20、第一偏振片21、透镜22、第一45°反射镜23、第二45°反射镜24、第二偏振片25、以及聚焦镜26。其中，偏振片21、第二偏振片25、以及聚焦镜26依序设置，激光器20、第一45°反射镜23、以及第二45°反射镜24依序设置，反射镜24和聚焦镜26依序设置。

其中，激光器20为窄脉宽皮秒激光器，其波长为1064nm，其脉冲宽度小于500ns。

激光器20发射激光束，激光束经过第一偏振片21之后，分成相互垂直的两激光束：即第一激光束和第二激光束，第一激光束经过第二偏振片25和聚焦镜26的聚焦，在LED晶圆片20内部形成第一焦点Fa；第二激光束经过透镜22改变发散角度，再经过第一45°反射镜23、第二45°反射镜24、第二偏振片25、以及聚焦镜26的聚焦，在LED晶圆片20内部形成第二焦点Fb。

通过调试第一45°反射镜23和第二45°反射镜24的角度以及透镜22的位置，可以使第一焦点Fa和第二焦点Fb在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向产生偏移和错位、同时产生第一层激光炸点7和第二层激光炸点2，类似图3所示。合理调试两层激光炸点的距离、功率、频率等，使激光加工后发光区4和背面9保持良好的切割外观，同时在LED晶圆片10的切割形成的芯粒11的切割断面上形成不规则台阶。

通过激光束的发射和聚焦同时移动LED晶圆片20，使第一激光束在LED晶圆片20的横向切割道12的某一个深度内形成第一层炸点7，如图3所示，所述第一层炸点7在LED晶圆片20厚度方向较深的位置，第一层炸点7距离发光区4的距离较小，第一层炸点7距离晶圆片背面9较远。由于第一层炸点7距离发光区4的距离较小，使发光区4产生裂纹而裂开；由于第一层炸点7距离LED晶圆片10的背面9较远，背面9未产生裂纹，没有发生开裂。

同时，通过激光束的发射和聚焦同时移动LED晶圆片20，使第二激光束在LED晶圆片20的纵向切割道13的另一个深度形成第二层炸点2，第二层炸点2距离发光区4较远，而距离LED晶圆片20的背面9的距离较近，第二层炸点2的产生使LED晶圆片20的背面9产生裂纹和开裂，由于第二层炸点距离发光区4较远，对发光区4的裂纹不产生影响。

即：第一层炸点7与LED晶圆片20的背面9之间的距离大于第二层炸点2与LED晶圆片20的背面之间的距离；第一层炸点7与LED晶圆片20的发光区4之间的距离小于第二层炸点2与LED晶圆片20的发光区4之间的距离。

经过第一层炸点7和第二层炸点2分别在发光区4和LED晶圆片20的背面9产生裂纹，由于第一层炸点7和第二层炸点2在X方向、Y方向、以及Z方向均有错位，LED晶圆片20最终裂开分离形成多个芯粒15，每个芯粒15的断面呈不规则台阶状态。

采用合适的激光加工功率和频率，使发光区4的裂纹和LED晶圆片10的背面9的裂纹直线度达到最佳，从而使晶圆片最终分离成单个芯粒之后，发光区和背面的加工外观良率不受断面台阶的影响。

本发明还提供一种双焦点激光加工方法，包括如下步骤：

第一步：激光器20发射激光束，激光束经过第一偏振片21分成两激光束：即第一激光束和第二激光束；

第二步：激光器20发射激光时，同时移动LED晶圆片10，第一激光束在LED晶圆片20的横向切割道12的某一个深度内形成第一层炸点7，第二激光束在LED晶圆片20的纵向切割道13的另一个深度形成第二层炸点2；

第三步：第一层炸点7在LED晶圆片20的发光区4产生裂纹，第二层炸点2在LED晶圆片20的背面9产生裂纹，第一层炸点7和第二层炸点2在X方向、Y方向、以及Z方向均有错位。

第四步：LED晶圆片20裂开形成多个芯粒15，每个芯粒15的切割断面呈不规则台阶状。

其中，第一步包括如下步骤：第一激光束经过第二偏振片25和聚焦镜26的聚焦，LED晶圆片20内部形成第一焦点Fa；第二激光束经过透镜22改变发散角度，依序经过第一45°反射镜23、第二45°反射镜24、第二偏振片25、以及聚焦镜26的聚焦，在LED晶圆片20内部形成第二焦点Fb。

其中，第三步包括如下具体步骤：调试第一45°反射镜23和第二45°反射镜24的角度以及透镜22的位置，第一层炸点7和第二层炸点2在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向产生偏移和错位。

本发明LED晶圆片激光加工方法，通过一种在LED晶圆片的切割断面形成不规则台阶的加工工艺，使LED晶圆片的发光面积增大从而使其发光亮度提高，并且本发明实施提供的激光加工工艺方法不对LED晶圆片的加工外观产生不良影响。本发明实施的激光加工方式操作简单，对亮度的提升明显，在LED晶圆激光加工行业有很大的应用前景和推广空间。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。