一种LED晶圆的紫外激光表面切割方法与流程

本发明涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种led晶圆的紫外激光表面切割方法。

背景技术：

在led行业中，红黄光led晶圆通常是在硅等衬底材料上用化学气相沉积法生长磷化铝铟、铟氮化镓、铝砷化镓等等发光层。目前的2寸或者4寸红黄光led晶圆目前一般都采用硅材料作为衬底，在终端客户封装前需要将led晶圆片切割成若干个小的芯粒。对于红黄光的led晶圆的切割，目前激光切割方法已经逐步取代金刚石刀轮切割，目前紫外表面切割方法一般采用单光点切割，加工速度一般小于200mm/s,并且紫外激光在晶圆表面加工容易产生飞溅物影响外观，还有一个问题是硅材料在紫外激光加工过程中有回熔问题，导致切割质量下降。随着led市场的快速增长以及终端客户对加工品质的要求的逐步提高，现有的紫外激光表面切割方法已经不能满足客户对效率和加工效果的需求，新的提高加工效率以及提高加工质量的切割方法有待产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种led晶圆的紫外激光表面切割方法，能够解决现有的红黄光led晶圆效率慢、加工效果有待提升等问题，使加工效率大幅提升，加工效果更加优良，表面切割线条更加均匀，且无熔渣、飞溅物、烧蚀等现象。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种led晶圆的紫外激光表面切割方法，该切割方法具体包括如下：

步骤s1：将晶圆片平放在载台上；

步骤s2：储存胶水的容器移至晶圆片上方，并喷出胶水滴到晶圆片上；

步骤s3：启动载台使其高速旋转，甩干晶圆片上的胶水并使胶水平铺在晶圆片的表面；

步骤s4：采用多光点激光装置发出激光光束，并在晶圆片的激光入射面形成多光点聚焦，激光切割晶圆片；

步骤s5：清洗晶圆片上的胶水，通过喷水装置喷水到晶圆片的激光入射面，同时旋转载台以去除晶圆片上的胶水；

步骤s6：加工完成，晶圆片分离成芯粒。

所述多光点激光装置包括激光器、光闸、第一45度反射镜、第二45度反射镜、扩束镜、第三45度反射镜、衍射光学元器件和聚焦镜；

所述激光器发射出激光光束，所述激光光束经过光闸后，通过第一45度反射镜和第二45度反射镜进行反射后，经过扩束镜改变发散角度，之后经过第三45度反射镜也进行反射后，进入衍射光学元器件分束成多光束，多光束通过聚焦镜并在晶圆片的表面形成多光点聚焦，从而切割晶圆片。

所述激光器为紫外激光器，激光器的波长是355nm，为脉冲激光，激光光束的偏振态为线偏振，偏振比大于50:1，脉冲宽度范围是0.1～100ns，激光的频率范围是50-500khz，单点能量范围是1-200μj，加工led晶圆的速度能够到达200-450mm/s。

所述晶圆片平放在载台上，第三45度反射镜、衍射光学元器件和聚焦镜依次由上至下同轴位于晶圆片的上方；第二45度反射镜和扩束镜沿水平方向同轴位于第三45度反射镜的一侧，激光器、光闸和第一45度反射镜也沿水平方向由左至右依次设置，第一45度反射镜同轴位于第二45度反射镜的上方。

所述晶圆片的激光入射面为其发光区或背面的硅衬底。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明中通过激光加工，实现了以硅等半导体材料为衬底的红黄光led晶圆的切割分离，首先在激光入射面涂上一种极性的胶水作为吸附层，之后用多光点激光进行表面加工，在加工过程中吸附层的胶水可以达到吸附熔渣的目的，使加工后的效果更加优良，激光加工完成之后，用极性的水作为一种溶剂可以简易的清洗胶水层，方法操作简单、可靠，无污染。

2、本发明中能够保证了加工后切割边缘的加工质量和精度，多光点的引入提高了加工的效率并且解决了激光加工回熔的问题，在红黄光led晶圆切割方面有广阔的应用空间和应用前景。

附图说明

图1是本发明led晶圆的紫外激光表面切割方法的原理图。

图2是本发明多光点激光装置的原理图。

图3是本发明led晶圆的紫外激光表面切割方法的加工流程图。

图4是本发明加工的晶圆片及切割道示意图。

图5是本发明led晶圆的紫外激光表面切割方法中激光相对于晶圆片入射面方向示意图。

图6是本发明led晶圆的紫外激光表面切割方法中激光加工后的u型凹槽示意图。

附图标记说明：1-激光器、2-光闸、3-第一45度反射镜、4-第二45度反射镜、5-扩束镜、6-第三45度反射镜、7-衍射光学元器件、8-聚焦镜、9-晶圆片、10-载台、11-第一切割道、12-第二切割道、13-容器、14-胶水滴、15-喷水装置、16-芯粒、17-正极、18-负极、19-硅衬底凹槽、20-发光区凹槽。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1和3所示，本发明提供的一种led晶圆的紫外激光表面切割方法，该切割方法具体包括如下：

步骤s1：上料，将晶圆片9平放在载台10上；

步骤s2：涂胶，储存胶水的容器13移至晶圆片9上方，并喷出胶水滴14到晶圆片9上；

步骤s3：甩干胶水，启动载台10使其高速旋转，甩干晶圆片9上的胶水并使胶水平铺在晶圆片9的表面；

步骤s4：采用多光点激光装置发出激光光束，并在晶圆片9的激光入射面上形成多光点聚焦，切割晶圆片9；

步骤s5：清洗晶圆片9上的胶水，通过喷水装置15喷水到晶圆片9的激光入射面，同时旋转载台10以去除晶圆片9上的胶水；

步骤s6：下料，加工完成，晶圆片9分离成若干小芯粒16。

上述中，由于胶水为一种极性的聚合物，主要成分是聚乙烯醇，聚乙二醇，聚氧化乙烯等热塑性的水溶性聚合物，这些聚合物无毒，并可溶于水。在晶圆片9上涂胶，这样可以附着激光加工过程中产生的飞溅物和熔渣，激光加工之后可以用水清洗以去除，方法简单、可靠也易于实现。

如图2所示，所述多光点激光装置包括激光器1、光闸2、第一45度反射镜3、第二45度反射镜4、扩束镜5、第三45度反射镜6、衍射光学元器件7、聚焦镜8和载台10。

晶圆片9平放在所述载台10上，第三45度反射镜6、衍射光学元器件7和聚焦镜8依次由上至下同轴位于晶圆片9的上方。第二45度反射镜4和扩束镜5沿水平方向同轴位于第三45度反射镜6的左侧，激光器1、光闸2和第一45度反射镜3也沿水平方向由左至右依次设置，第一45度反射镜3同轴位于第二45度反射镜4的上方。

所述激光器1发射出激光光束，所述激光光束经过光闸2，光闸2可以控制激光光束是否进入外光路，之后激光光束经过第一45度反射镜3和第二45度反射镜4进行反射后，经过扩束镜5改变发散角度，之后经过第三45度反射镜6也进行反射后，进入衍射光学元器件7(doe)分束成多光束，多光束最后通过聚焦镜8并在晶圆片9的表面形成多光点聚焦，从而切割晶圆片9，所述多光点分布在与切割方向一致的一条直线上，点间距均匀，各点的能量均匀。

所述激光器1为紫外激光器，激光器1的波长是355nm，为脉冲激光，激光光束的偏振态为线偏振，偏振比大于50:1，脉冲宽度范围是0.1～100ns，激光的频率范围是50-500khz，单点能量范围是1-200μj，加工led晶圆的速度可以到达200-450mm/s。

上述中，多光点的引入可以提高加工的速度，并且将一个光点分成多个均匀的小点可以减小激光加工的回熔问题。如图2所示，载台10沿着x方向匀速运动切割，切割线沿着晶圆片9的切割道多光点加工，多光点的排列顺序在空间上和切割方向一致，排列成一条直线，点与点之间的距离均匀可调，每个点的能量大小一致，无明显差异。光点的个数一般是整数，本发明最大可以到达13。多光点的加入可以解决目前单光点切割硅材料过程中存在的回熔的问题，并且可以提高加工速度。

关于多光点切割还可以解决回熔问题，原理分析如下：

本发明采用激光对材料的去除，在材料表面形成凹槽，对于一定波长的脉冲激光，去除材料需要达到一定的峰值功率以达到材料的损伤阈值，对特定的材料这个峰值功率如记为p，如果将p分成n个光点，使p＝p1+p2+……+pn，p1＝p2＝……＝pn。并且将每个光点都依次作用于材料，同样可以使材料去除。由于每个光点的功率是总功率p的1/n，对材料的热影响减小，与总功率p相比，回熔问题可以很好的解决。

另外，关于多光点提高加工速度的原理，解释如下：对于一定波长的脉冲激光，本发明切割直线，在特定的峰值功率p可以达到损伤阈值的条件下，激光的点间距需要达到一定的值才能切割直线，点间距d＝v/f,v为平台移动的速度，f为脉冲激光的频率。多光点的引入，并且使多光点之间的距离设置为d，多光点的个数为m，一定激光打点可以产生m×d的距离，这样可以提高速度v到m×v,同时提高激光频率f到m×f，这时激光的点间距d＝(m×v)/(m×f)，同样满足加工的峰值功率的要求，并且加工速度理论上提高了m倍。

如图4所示，本发明实施例提供一种led晶圆的紫外激光表面切割方法所加工的晶圆片示意图，所述晶圆片9由相互垂直交错的第一切割道11和第二切割道12分离成若干单个小芯粒16，单个芯粒16周期性排列布满整个晶圆片9。所述紫外激光表面切割方法是指沿着第一切割道11和第二切割道12分别进行切割。

上述中，本发明提供的led晶圆紫外激光表面切割方法中，激光加工的入射面可以是发光区，也可以是背面的硅衬底，如图5所示。激光入射面是硅衬底面，如图5(a)所示，硅衬底沉积了发光区芯粒16，芯粒16由正极17和负极18组成一个pn结，激光沿着切割道从硅衬底表面切割。激光入射面也可以是发光区，如图5(b)所示，激光对准切割道聚焦于发光区表面进行切割。

目前常规的紫外激光表面切割方法是采用发光区进行切割，本发明提供的激光表面切割方法可以选择性的从两个面分别进行加工，或者从任意一个面进行加工，扩大了工艺加工的范围限制，但是在激光加工前需在指定激光入射面进行涂胶处理，激光加工完成之后需要清洗胶水。清洗后的激光凹槽如图6所示，凹槽的形状是u型，在led晶圆片的硅衬底面加工后的硅衬底凹槽19如图6(a)所示，在led晶圆片的发光区面加工后的发光区凹槽20如图6(b)所示，凹槽规则无飞溅物污染，无崩边，回熔，波浪纹等不良现象。

本发明提供的led晶圆紫外激光表面切割方法引入胶水作为吸附层，吸附激光加工过程中的飞溅物和熔渣，并且将doe引入到外光路中产生多光点，提供了加工效率并解决目前硅衬底材料表面激光加工的回熔问题。本发明提供的激光加工方法在led晶圆切割领域有重要的推广意义。

本发明可以提高加工效率，目前单光点紫外激光切割晶圆的速度一般小于200mm/s,并采用多光点激光加工，可以使加工速度提高到450mm/s，还可以减少激光加工产生的回熔现象。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。