專利名稱：單一波長多層雷射加工的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷射加工方法，尤其是應(yīng)用單一雷射、單一波長同時(shí)形成多個(gè)切 割道的方法。
背景技術(shù)：
雷射加工系統(tǒng)已廣泛利用在精密加工領(lǐng)域，對(duì)于金屬、高分子、陶瓷、玻璃等材料 加工，相較現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械式加工法，具有高加工速度、高精度、不受材料硬度影響等的特 點(diǎn)，尤其對(duì)陶瓷與玻璃等硬脆材料而言，因雷射加工特性具無刀具磨耗、不受材料硬度影響 等優(yōu)勢，近年來迅速發(fā)展。
然而，以雷射加工陶瓷與玻璃材料仍有改進(jìn)的空間，例如因雷射加工的熱影響區(qū)、 熱熔突起、殘留應(yīng)力、微裂縫等現(xiàn)象而間接或直接影響成品加工效率；因此，如何降低這些 影響一直都是技術(shù)關(guān)鍵所在。
如中國臺(tái)北專利公開編號(hào)201110221晶圓加工方法，揭露發(fā)明提供一種在不傷 害形成于藍(lán)寶石基板表面的光學(xué)裝置情況下，達(dá)到在藍(lán)寶石基板內(nèi)部形成連續(xù)的變質(zhì)層的 加工目的，其主要架構(gòu)是將對(duì)藍(lán)寶石基板具有透過性的波長的雷射光，從藍(lán)寶石基板的背 面定位聚焦點(diǎn)于藍(lán)寶石基板的內(nèi)部，藉由劃線方式形成連續(xù)變質(zhì)層者，該專利雖能避免雷 射光對(duì)表面光學(xué)組件造成的傷害，只是在進(jìn)行單位晶圓分離步驟中仍須精準(zhǔn)控制斷面裂片 的施力方向，以避免破壞晶圓上的發(fā)光區(qū)，電極圖案或產(chǎn)生錯(cuò)排滑移，影響產(chǎn)品的外觀、良 率與發(fā)光效率等。
專利編號(hào)US20080124898提供一種藍(lán)寶石基材內(nèi)部含有兩變質(zhì)層的方法，此發(fā)明 由兩種不同波長的雷射，分別在晶圓中形成第一變質(zhì)層與第二變質(zhì)層于預(yù)定切割道的晶圓 中。在分離過程中，斷面裂片方向會(huì)延著兩變質(zhì)層的路徑兩端分離，藉此控制斷面的裂片方 向，提高生產(chǎn)良率與降低分離制程中所需的外加應(yīng)力。然而，此專利因由應(yīng)用兩組不同波 長的雷射源系統(tǒng)組成，且需兩道加工制程，考驗(yàn)系統(tǒng)重復(fù)定位精度與雷射質(zhì)量，無形中增加 設(shè)備成本及拉長制程時(shí)間。
由于前案的方式切面微裂縫方向不均、以及兩次加工累積誤差，使得后續(xù)進(jìn)行裂 片制程時(shí)，會(huì)沿著加工誤差的應(yīng)力集中點(diǎn)、以及微裂縫方向劈裂，造成晶格差排與滑移等問 題，且雙雷射源成本昂貴，因此，希望開發(fā)出一種能夠減少加工程序、解決現(xiàn)有技術(shù)的問題， 并降低成本的加工方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)明單一波長同時(shí)形成多層雷射加工的方法，該方 法包含切割材料定位步驟、雷射聚焦調(diào)整步驟，以及雷射加工步驟。切割材料定位步驟是 將經(jīng)過研磨拋光的切割材料定位于雷射切割裝置的載臺(tái)上，該載臺(tái)能依預(yù)設(shè)的切割路徑移 動(dòng)，且該切割材料對(duì)該波長的雷射為透明或半透明材料。雷射聚焦調(diào)整步驟是將從雷射源 發(fā)出，經(jīng)過光學(xué)整束系統(tǒng)及反射鏡的雷射光，經(jīng)由光學(xué)聚焦系統(tǒng)，聚焦在切割材料的內(nèi)部，并調(diào)整雷射光的聚焦點(diǎn)及表面的照射面積，使在雷射光在切割材料表面的能量密度，至少 達(dá)到一臨界破壞能量密度，以藍(lán)寶石基板為例，雷射的輸出功率至少大于1. 8W，在藍(lán)寶石基 板表面的臨界能量密度為2.1 X 102 (W/cm2)。
雷射加工步驟是以載臺(tái)帶動(dòng)將切割材料依預(yù)設(shè)的切割路徑移動(dòng)，使得雷射光在切 割材料表面及切割材料內(nèi)部同時(shí)各形成至少一切割道，而切割道的數(shù)目，可以依照切割材 料的特性、雷射功率以及能量密度的控制來作選擇。
更進(jìn)一步地，本發(fā)明單一波長多層雷射加工的方法包含一切割步驟，將切割材料 分割為多個(gè)小塊，由于在材料表面以及內(nèi)部都以形成切割道，在切割后的切割步驟中，該切 割材料能夠具有裂片準(zhǔn)直性。
本發(fā)明單一波長多層雷射加工的方法，藉由雷射能量密度的控制，能只用單一雷 射系統(tǒng)來完成多層切割道的加工方法，進(jìn)而能減少多次加工的加工誤差，或是減少需要增 購設(shè)備的成本，并且，由于此方式的進(jìn)行，使切割后具有裂片準(zhǔn)直性，而更能提升良率，而 使產(chǎn)品更具有市場競爭力。


圖1是本發(fā)明單一波長多層雷射加工方法的流程圖。
圖2是雷射切割裝置的示意圖。
圖3是調(diào)整雷射能量密度的示意圖。
圖4及圖4A至圖4C為切割材料中雷射能量密度的示意圖。
圖5A及圖5B為，解釋本發(fā)明雷射加工步驟的輔助示意圖。
具體實(shí)施方式
以下配合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做更詳細(xì)的說明，以使熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員在 研讀本說明書后能據(jù)以實(shí)施。
參考圖1，本發(fā)明單一波長多層雷射加工的方法的流程圖。本發(fā)明單一波長多層雷 射加工的方法SlOO包含切割材料定位步驟S10、雷射聚焦調(diào)整步驟S20，以及雷射加工步驟 S30。同時(shí)參考圖2，雷射切割裝置的示意圖。切割材料定位步驟SlO是將經(jīng)過研磨拋光的 一切割材料100，該切割材料對(duì)該波長的雷射為透明或半透明材料，如藍(lán)寶石基板，定位于 一雷射切割裝置的載臺(tái)20上，該載臺(tái)20能夠依預(yù)設(shè)的切割路徑移動(dòng)。
同時(shí)參考圖2至圖4，雷射聚焦調(diào)整步驟S20是將從雷射源11發(fā)出，經(jīng)過整束系 統(tǒng)13及反射鏡15的雷射光L，經(jīng)由光學(xué)聚焦系統(tǒng)17，聚焦在切割材料100的內(nèi)部，并調(diào)整 雷射光的聚焦點(diǎn)及表面的照射面積，使在雷射光在切割材料100表面的能量密度，至少達(dá) 到一臨界破壞能量密度。
切割材料100以藍(lán)寶石基板為例，在此，雷射的輸出功率至少大于1.8W，較佳為 2. 2W至4. 5W的范圍，而在藍(lán)寶石基板表面的臨界能量密度為2.1XlO2 (W/cm2);而又因?yàn)槟?量在材料內(nèi)部轉(zhuǎn)換為熱能時(shí)不易消散，因此，在藍(lán)寶石基板聚焦點(diǎn)只需要較低的能量密度 為就能達(dá)到形成切割破壞的能量，通常為1. 6 X IO2 (W/cm2)，在材料的表面與內(nèi)部造成熱熔 或是汽化反應(yīng)的破壞結(jié)果。
圖3為調(diào)整雷射能量密度的示意圖，將左方及右方的雷射圖相比較。當(dāng)雷射聚焦在切割材料內(nèi)部的焦點(diǎn)Fl時(shí)，在激光束照射在切割材料表面的面積為SI，若雷射材料能量 為E，能量密度為Dl = E/S1，而當(dāng)雷射聚焦在切割材料內(nèi)部的焦點(diǎn)Fl時(shí)，在激光束照射在 切割材料表面的面積為S2，能量密度為D2 = E/S2，因此，D2 > D1，在雷射聚焦調(diào)整步驟S20 時(shí)，可以依據(jù)各種不同的材料特性選取雷射的功率或調(diào)整焦點(diǎn)及激光束照射在切割材料表 面的面積，而使能量密度至少達(dá)到臨界破壞能量密度。
圖4為切割材料中雷射能量密度的示意圖，右方的圖標(biāo)代表雷射能量密度的微分 圖，當(dāng)雷射L聚焦在焦點(diǎn)F，激光束照射在切割材料表面的面積為S，在表面的區(qū)域的能量密 度如圖4A，中心處的能量密度達(dá)到臨界能量密度，而能被材料所吸收，形成材料的破壞，進(jìn) 而能形成切割道，其余的能量未被吸收而向下穿透。而在切割材料的表面與焦點(diǎn)F之間的 區(qū)域A，因?yàn)榫劢苟沟媚芰棵芏忍嵘?，但由于中心處的能量都被材料表面所吸收，因此?未達(dá)到能夠破壞材料的臨界能量密度。而在內(nèi)部聚焦處，又由于能量集中與穿透能量面積 的減少，使得能量波形集中與提高，穿透的能量密度又達(dá)到臨界值，而能夠形成材料破壞， 進(jìn)而在材料內(nèi)部同時(shí)形成另一切割道。
進(jìn)一步參考圖5A及圖5B，解釋本發(fā)明雷射加工步驟的輔助示意圖。雷射加工步 驟S30是以載臺(tái)帶動(dòng)將切割材料100依預(yù)設(shè)路徑移動(dòng)，而使得雷射光至少在切割材料表面 及切割材料內(nèi)部同時(shí)形成一切割道151、153，如圖5A所示。進(jìn)一步地，也可在切割材料的上 下表面及材料內(nèi)部同時(shí)形成切割道151、153、155，如圖5B所示，切割道的數(shù)目，可以依照切 割材料的特性、雷射功率以及能量密度的控制來選擇。
更進(jìn)一步地，本發(fā)明單一波長多層雷射加工的方法SlOO還可以直接在完成雷射 加工后進(jìn)行一切割步驟S40，將切割材料切割為多個(gè)小塊，由于在材料表面以及內(nèi)部都已形 成切割道，在切割時(shí)該切割材料具有裂片準(zhǔn)直性。
本發(fā)明單一波長多層雷射加工的方法，藉由雷射能量密度的控制，能只用單一雷 射系統(tǒng)來完成多層切割道的加工方法，而能減少多次加工的加工誤差，或是減少需要增購 設(shè)備的成本，由于此方式的進(jìn)行，使裂片時(shí)具有裂片準(zhǔn)直性，而更能提升良率，而使產(chǎn)品更 具有市場競爭力。
以上所述僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非企圖據(jù)以對(duì)本發(fā)明做任何形式 上的限制，因此，凡有在相同的精神下所作有關(guān)本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本 發(fā)明權(quán)利要求的范疇。
權(quán)利要求
1.一種單一波長多層雷射加工的方法，其特征在于，本方法包含 一切割材料定位步驟，將經(jīng)過研磨拋光的一切割材料，定位于一雷射切割裝置的一載臺(tái)，且該載臺(tái)能夠依預(yù)設(shè)的一切割路徑移動(dòng)； 一雷射聚焦調(diào)整步驟，將一雷射光聚焦在該切割材料的內(nèi)部，并調(diào)整該雷射光的聚焦點(diǎn)及在該切割材料表面的照射面積，使在該切割材料表面的能量密度，至少達(dá)到一臨界破壞能量密度；以及 一雷射加工步驟，以該載臺(tái)帶動(dòng)將該切割材料依預(yù)設(shè)的該切割路徑移動(dòng)，使得該雷射光至少在該切割材料表面及該切割材料內(nèi)部同時(shí)形成一切割道， 其中該切割材料對(duì)該波長的雷射為透明或半透明材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該切割材料可為藍(lán)寶石基板，則該雷射光的輸出功率至少大于1. 8W，而該臨界能量密度為2.1 X IO2 (ff/cm2)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含一切割步驟，將該切割材料切割為多個(gè)小塊，由于形成在該切割材料表面及該切割材料內(nèi)部同時(shí)形成的一切割道，使在切割時(shí)該切割材料具有裂片準(zhǔn)直性。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步在切割材料的下表面同時(shí)形成一切割道。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步在切割材料的內(nèi)部同時(shí)形成多個(gè)切割道。
全文摘要
一種單一波長多層雷射加工的方法，包含切割材料定位步驟；雷射聚焦調(diào)整步驟，將雷射光聚焦在切割材料內(nèi)部，并調(diào)整雷射光的聚焦點(diǎn)及在切割材料表面的照射面積，使切割材料表面的能量密度至少達(dá)到臨界破壞能量密度；以及雷射加工步驟，以載臺(tái)帶動(dòng)將切割材料依預(yù)設(shè)的切割路徑移動(dòng)，使雷射光至少在切割材料表面及切割材料內(nèi)部同時(shí)形成切割道，且切割材料對(duì)該波長的雷射為透明或半透明材料，在此，以單一雷射系統(tǒng)完成多層切割道，能減少多次加工的誤差及設(shè)備成本，又由于切割后的晶圓具有裂片準(zhǔn)直性，能提升良率，使產(chǎn)品更具有市場競爭力。
文檔編號(hào)B23K26/38GK102990227SQ20111026524
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者林武郎, 石玉光, 黃政禮, 陳世敏, 呂學(xué)禮, 周明源, 李居歷, 吳文弘 申請(qǐng)人:技鼎股份有限公司