本发明专利技术提供一种分光装置及其方法，该分光装置包括一对透镜，两个透镜之间的距离可调，用以调整激光器出射高斯光束的光斑尺寸和发散角；一平面反射镜，将经所述一对透镜出射的水平光束偏转为垂直光束；一高斯光束整形元件，垂直光束透过高斯光束整形元件后，其光斑转换为能量密度均匀的平顶光斑；一分束元件，平顶光斑经其作用后分为一维或者二维光束阵列；一聚焦镜，所述光束阵列中每束光透过聚焦镜后聚焦，形成聚焦点阵。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，该分光装置包括一对透镜，两个透镜之间的距离可调，用以调整激光器出射高斯光束的光斑尺寸和发散角；一平面反射镜，将经所述一对透镜出射的水平光束偏转为垂直光束；一高斯光束整形元件，垂直光束透过高斯光束整形元件后，其光斑转换为能量密度均匀的平顶光斑；一分束元件，平顶光斑经其作用后分为一维或者二维光束阵列；一聚焦镜，所述光束阵列中每束光透过聚焦镜后聚焦，形成聚焦点阵。【专利说明】
本专利技术属于激光加工
，涉及激光加工设备中的一种，特别适用于热影响敏感材料的激光加工，比如应用在wafer划片中、阵列打孔和切割中。
技术介绍
近期的晶圆制造技术中，为了提升效能，采用了 low-k材料，在其结构中有多层的金属和一些易碎的材料。当传统的钻石刀片遇到这些延展性高的金属层，钻石颗粒极易被金属削包住而失去部分切削能力，极易造成破片或者断刀。除了先进的IC之外，在传统二极管的晶圆划片中，钻石刀同样有许多无法满足业界需求的地方:比如Gpp晶圆划片，机械方式的磨削造成玻璃批覆层严重破损而导致绝缘不良和严重漏电，为了克服这一问题，业界发展出各种复杂的工艺去弥补这项缺陷。比如将玻璃层只长在切割刀两旁，对方型晶粒而言，这个方式已经被业界延用多年。但对六角晶粒而言，六角形每边的三角形被浪费。其主原料的损失为30?40%。 在以蓝宝石为基板的高亮度LED晶圆的划片，也存在一些问题。传统的蓝宝石晶圆划片有两种方式:钻石笔或者钻石刀片。在蓝宝石晶圆上先划很浅的线，再裂片。由于蓝宝石本身质地很硬，所以工具的损耗很严重，裂片后整体良率也不高。 在微机电方面，有越来越多的芯片需要打孔，异型孔开孔和局部减薄等加工。玻璃与硅片键合在一起的复合芯片的切割，批覆有钻石层的芯片，以及复杂微结构的芯片切割等，都不是钻石刀片所能胜任的。 传统的激光划片技术中，不管是应用脉冲激光器还是连续激光器，都会有能量残留在切割道上，能量的累积和传导会造成切割道旁热损伤。
技术实现思路
为了解决传统激光划片技术中的上述问题，本专利技术中将激光器出光光束分成一维或者二维的光束阵列，降低激光的能量，减小热影响区，能有效减少切割道宽度，提高wafer利用率。并且能够同时完成两道甚至多道切划工作，提高生产效率。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现: 一种分光装置，其包括:一对透镜，两个透镜之间的距离可调，用以调整激光器出射高斯光束的光斑尺寸和发散角；一平面反射镜，将经所述一对透镜出射的水平光束偏转为垂直光束；一高斯光束整形元件，垂直光束透过高斯光束整形元件后，其光斑转换为能量密度均匀的平顶光斑；一分束元件，平顶光斑经其作用后分为一维或者二维光束阵列；一聚焦镜，所述光束阵列中每束光透过聚焦镜后聚焦，形成聚焦点阵。 —种分光方法，其包括:激光器输出的高斯光束经过光斑尺寸和发散角的调整后由平面反射镜将其传播方向从水平变换为垂直；垂直光束入射到高斯光束整形元件，高斯分布的光斑被转换为能量密度均匀的平顶光斑；平顶光斑入射到分束元件后分为一维或者二维光束阵列；光束阵列中每束光透过聚焦镜后聚焦，形成聚焦点阵。 此种的应用，不仅可以减小热损伤，加快划片效率，而且可以有效减小划片线宽，使一块wafer上所能容纳的器件数量大大的增加。在高端芯片的应用上面有着极大的用处。另外当将光束分为二维光束的时候，可以同时完成两道甚至多道切划，更是提闻生广效率。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术第一种分光装置的结构图； 图2为微透镜阵列的侧面结构图； 图3为衍射光学元件的微结构图； 图4为光束整形前的能量密度分布图； 图5为光束整形后的能量密度分布图； 图6为分束原理图； 图7为本专利技术第二种分光装置的结构图； 图8为本专利技术第三种分光装置的结构图； 图9为本专利技术第四种分光装置的结构图； 图10为利用本专利技术分光装置形成的一维聚焦点阵进行器件切割的示意图； 图11为利用本专利技术分光装置形成的二维聚焦点阵进行器件切割的示意图。 图中各标记的含义如下: I，激光器； 2，透镜； 21，透镜 3，透镜； 31，透镜； 4，平面反射镜或偏振片； 5，高斯光束整形元件； 51，微透镜阵列； 52，衍射光学元件； 6，分束元件； 61，微透镜阵列； 62，衍射光学元件； 63,同时具备分束和聚焦功能的光学兀件； 7，聚焦镜； 8，电动位移平台。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做详细描述: 如图1所示，激光器I输出的高斯光束经一对透镜2、3后入射到平面反射镜或偏振片4，平面反射镜或偏振片4后面为高斯光束整形元件5，之后为分束元件6，激光透过分束元件6，入射到聚焦镜7上，在焦平面聚焦。 激光器I根据加工工件的材料特性和加工要求进行选择，一般选用短脉冲激光器，常见的有1064nm、532nm、355nm和266nm的纳秒或者皮秒激光器。透镜2和透镜3之间的相对距离可调，以达到调整优化激光器出射光束的光斑尺寸和发散角特性。平面反射镜4将光束转折90度，光束由水平传播变更为垂直传播。大多数激光器出射光束都为线偏振光，某些微加工应用对光的偏振型比较敏感，需要将线偏振光转换为圆偏振光，此时可以用偏振片来替代平面反射镜。垂直光束入射到高斯光束整形元件5，将高斯特性的圆形光斑转换为能量密度均匀的平顶光斑，光斑的形状可以为方形、矩形、线形或者椭圆形等任意形状，根据实际微加工需求来选择，这些形状由高斯光束整形元件的设计来决定。 光束整形有两种手段可以实现，一种是利用微透镜阵列51来实现，微透镜阵列的侧面结构如图2所示。其中h是微透镜阵列的外形尺寸，t是底面到微透镜最高点之间的距离，P是单个微透镜的尺寸，S是单个微透镜的平面到最高点之间的距离，f是单个微透镜的焦距。另一种是利用衍射光学元件52来实现，衍射光学元件的微结构如图3所示，其中λ/(η-1)是衍射光学元件中微结构的深度，λ为波长，η为折射率。在与光的传播方向垂直的平面上，光束整形前后的能量密度分布分别如图4、5所示。 分束原理如图6所示:一束激光垂直入射到分束元件6上，根据分束元件6的结构特征和入射激光光束的特性，出射光束的特征将呈现为传播角度不同的几束光。以出射光束为5个不同角度为例，入射光束O从分束元件6出射后成为相互之间夹角为a的5束光，再入射到聚焦镜7上，而根据聚焦镜的原理，入射光束在焦平面的位置取决于其入射光束与光轴的夹角，这5束光与光轴的夹角都不相同，因此聚焦点也不同，即在焦平面上形成5个聚焦点。 平顶光斑入射到分束元件6上，将平顶光斑分为一束一维或者二维光束阵列，此光束阵列中每束光的光斑形状、光斑尺寸和发散角特性与入射到分束元件6上的光束特性一致，且光束阵列中每束光的能量等分入射光束。分束元件可以由微透镜阵列61或者衍射光学元件62来实现，光束阵列的规格由微透镜阵列61或者衍射光学元件的结构设计所决定。其中微透镜阵列61的结构与微透镜阵列51的结构类似，衍射光学元件62的微结构与衍射光学元件52的结构类似。此光束阵列中每束光透过聚焦镜7后，在聚焦镜7的焦平面上聚焦，形成聚焦点阵。工件放置在电动位移平台上，工件表面放置在聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分光装置，其包括：一对透镜，两个透镜之间的距离可调，用以调整激光器出射高斯光束的光斑尺寸和发散角；一平面反射镜，将经所述一对透镜出射的水平光束偏转为垂直光束；一高斯光束整形元件，垂直光束透过高斯光束整形元件后，其光斑转换为能量密度均匀的平顶光斑；一分束元件，平顶光斑经其作用后分为一维或者二维光束阵列；一聚焦镜，所述光束阵列中每束光透过聚焦镜后聚焦，形成聚焦点阵。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，李纪东，杨顺凯，
申请(专利权)人：北京万恒镭特机电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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