应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统技术方案

一种应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统，包括一纳秒脉冲激光光机、一加工载台、一扩束镜组、一绕射光学元件、一振镜扫描模块、一视觉辨识模块及一控制单元。纳秒脉冲激光光机提供一激光脉冲光束作为剥离外延芯片的激光加工光源；扩束镜组、绕射光学元件与振镜扫描模块皆位于激光脉冲光束的传递途径上；视觉辨识模块，用以检视激光脉冲光束投射于所欲加工位置的状态；控制单元则以电性连接并使加工载台、振镜扫描模块、视觉辨识模块及纳秒脉冲激光光机同步协作，并搭配特定的激光加工路径，与经适当设计的绕射光学元件，以克服纳秒脉冲激光用于精密加工时，激光热效应的问题，进而实现以纳秒脉冲激光光机对外延芯片进行激光烧蚀的剥离作业。

【技术实现步骤摘要】
应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统
本创作有关一种外延芯片的剥离系统，尤指应用纳秒脉冲激光光机搭配特定的激光加工路径，并结合绕射光学元件，以克服激光热效应的一种应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统。
技术介绍
按，一般氮化镓(GaN)基质的发光芯片，都是利用蓝宝石(Sapphire)或类似的透明材料作为基材，并在基材上堆叠发光层，以成型为氮化物半导体层，再通过复数半导体层所形成的外延晶圆，制成氮化物半导体发光二极体芯片；亦即应用堆叠于蓝宝石基材上的外延晶圆，予以分割成复数个芯片，但由于蓝宝石基材的硬度高，故而造成分割作业的困难。次按，一种称之为「剥离」(Lift-off)的制造方法，已广泛应用于外延晶圆分割作业的领域；其具体的作法是在外延基板的表面上，通过缓冲层而形成包括有n型半导体层以及p型半导体层所构成的芯片层，再从外延基板的背面侧照射可穿透外延基板而在缓冲层被吸收的波长的激光光线以破坏该缓冲层，并将外延基板从芯片层上剥离，且进一步将该芯片层移换到以Au、Sn(金、锡)为主要材料的移设电路基板上。惟查，前述将激光光线照射该缓冲层的方法中，有时会无法充分地破坏缓冲层，进而无法将外延基板顺畅地从芯片层中予以剥离。或者，使用激光光线照射时，因纳秒脉冲激光的脉冲长度较长，且传统激光聚焦光斑的能量分布过于集中或不均，易产生严重热效应，使得外延芯片周边产生热伤害，更甚者则破坏外延芯片，进而导致晶粒发光亮度大幅衰减，而使发光二极体芯片的不良率提高。是以，如何更进一步提高良率与降低加工成本，在不使用造价相对高昂的皮秒与飞秒脉冲激光的前提下，使用纳秒脉冲激光解决目前外延基板无法顺畅地从芯片层中予以剥离，以及剥离作业中通过高功率的激光光源加工，造成晶粒亮度衰减、产品不良率提高等缺失，即为本创作人所亟欲研究改善的课题。
技术实现思路
缘是，本创作的主要目的，是在应用纳秒脉冲激光光源，搭配特定的激光加工路径，以及经过适当设计的绕射光学元件，以克服激光热效应的问题，进而实现以纳秒脉冲激光光源对外延芯片进行激光烧蚀的作业系统。为达上述目的，本创作采取的技术手段，包含有：一架体；一激光光源，包括一纳秒脉冲激光光机及光束转折器，分别设置于该架体上，可提供一激光脉冲光束，用以作为剥离外延芯片的激光加工光源；一加工载台，设置于该架体上，且位于该激光光源的相对侧，其具有一工作平台及位移机构，使供放置于该工作平台上待加工的外延晶圆，可进行X、Y、Z三个轴向的位移；一扩束镜组，设置于该架体上，且位于该激光光源的邻侧及该激光脉冲光束的传递途径上，其具有透镜元件，用以改变激光脉冲光束的直径与发散角，并使其形成平行光束；一绕射光学元件，设置于该架体上，且位于该扩束镜组的邻侧及该激光脉冲光束的传递途径上，用以调整激光脉冲光束的强度，进而达到激光光斑的整型与能量重新分布的效果。一振镜扫描模块，设置于该工作平台的上方，且位于该激光脉冲光束的传递途径上，其具有一X-Y光学扫描镜头及一光学反射镜片，且通过该光学反射镜片的反射及X-Y光学扫描镜头的聚焦，以实现激光光斑的聚焦与产生对应的角度移转，进而使该激光脉冲光束偏转并聚焦在该外延晶圆其所欲的加工点上，以供进行外延芯片的烧蚀；一视觉辨识模块，设置于该架体上，可提供视觉辨识的可视区域，用以检视该激光脉冲光束投射于所欲加工位置的状态。一控制单元，设置于该架体上，且以电性连接并使该加工载台、振镜扫描模块、视觉辨识模块以及该纳秒脉冲激光光机同步协作，同时搭配特定的激光加工路径，与经适当设计的绕射光学元件，以克服纳秒脉冲激光用于精密加工时，激光的热效应，进而实现以纳秒脉冲激光光机对外延芯片进行激光烧蚀的作业。依据前面公布的特征，本创作中该扩束镜组包括一凹透镜与一凸透镜组成的光学元件，借以改变激光脉冲光束的大小及其发散的特性。依据前面公布的特征，本创作中该视觉模块包括一镜头及一电荷耦合器件(CCD)，用以检视该激光脉冲光束投射于所欲加工位置的状态。借助上面公布的技术特征，本创作『应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统』，具有的效益为：(1)本创作是应用绕射光学元件，借以解决激光光斑照射于外延晶圆的特定区域所造成的过度烧蚀，或者因激光光斑的能量未达烧蚀阈值(Ablationthreshold)，因而造成无法加工的状态；一般来说，常见激光光斑的能量为高斯分布(Gaussiandistribution)，为了达到加工所需的线宽，通常会将激光能量调整至大于加工工件材料烧蚀阈值的强度，因而造成加工工件于激光光斑中心位置处有过度烧蚀的现象；而本创作通过绕射光学元件将激光光斑的能量予以重新分布，进而达到激光光斑整型的效果，并使其均匀照射于工件，以降低及减少加工工件的损伤。(2)本创作应用振镜扫描模块，使激光脉冲光束依照所规划的特定激光加工路径，精确地在外延芯片的缓冲层上进行激光烧蚀；特别是该激光加工路径，视加工工件的形状与欲加工目标的分布情形而定，而一般由加工工件最外周以同心或螺旋形式，由外向内逐一加工；同时该振镜扫描模块所进行的激光加工路径，将可增进激光加工其间所产生的废气排除效率，并减少气体排除时施加于加工工件的热应力。附图说明图1：是本创作激光剥离外延芯片的系统示意图。图2：是本创作激光剥离外延芯片的系统组合正视图。图3：是本创作的激光光束照射及其加工路径示意图。图4：是本创作激光光斑整型的效果比较图。图5：是本创作的激光光斑加工线宽比较图。附图标记列表：10-架体；20-激光光源；21-纳秒脉冲激光光机；22-光束转折器；30-加工载台；31-工作平台；32-位移机构；40-振镜扫描模块；41-X-Y光学扫描镜头；42-光学反射镜片；50-视觉辨识模块；52-镜头；53-电荷耦合器件(CCD)；60-扩束镜组；61-凹透镜；62-凸透镜；70-绕射光学元件；80-控制单元；E1-整型前能量值；E2-烧蚀阈值；E3-整型后能量值；L1-激光脉冲光束；M-加工工件；W1-整型前线宽；W2-整型后线宽；W3-饱满线宽；W4-不饱和线宽；W5-过饱和线宽。具体实施方式首先，本创作『应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统』如图1～2所示，包含：一架体10，用以组设本创作相关的系统元件；一激光光源20，包括一纳秒脉冲激光光机21及光束转折器22，是分别设置于该架体10上，该纳秒脉冲激光光机21可提供一激光脉冲光束L1，用以作为剥离外延芯片的激光加工光源，且该光束转折器22是设置于该纳秒脉冲激光光机21其所投射激光脉冲光束L1的传递途径上，用以调整其激光脉冲光束L1的反射方向，并减少该激光光源20的占用空间；本实施例中该光束转折器22是配置2台，因此激光脉冲光束L1经过2次反射后才转向水平方向投射，这种作法将使该激光光源20占用最少的空间，且使其激光脉冲光束L1的调整更为灵活方便；一加工载台30，是设置于该架体10上，且位于该纳秒脉冲激光光机21的相对侧，其具有一可供放置外延晶圆(简称「加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统，其特征在于，包含：/n一架体；/n一激光光源，包括一纳秒脉冲激光光机及光束转折器，分别设置于该架体上，能够提供一激光脉冲光束，用以作为剥离外延芯片的激光加工光源；/n一加工载台，设置于该架体上，且位于该激光光源的相对侧，其具有一工作平台及位移机构，使供放置于该工作平台上的外延晶圆，能够进行X、Y、Z三个轴向的位移；/n一扩束镜组，设置于该架体上，且位于该激光光源的邻侧及该激光脉冲光束的传递途径上，其具有透镜元件，以改变激光脉冲光束的直径与发散角，并使其形成平行光束；/n一绕射光学元件，设置于该架体上，且位于该扩束镜组的邻侧及该激光脉冲光束的传递途径上，以调整激光脉冲光束的强度，进而达到激光光斑的整型与能量的重新分布；/n一振镜扫描模块，设置于该工作平台的上方，且位于该激光脉冲光束的传递途径上，其具有一X-Y光学扫描镜头及光学反射镜片，且通过该光学反射镜片的反射及X-Y光学扫描镜头的聚焦，进而实现激光光斑的聚焦与产生对应的角度移转，将使该激光脉冲光束偏转并聚焦在该外延晶圆其所欲的加工点上，以供进行外延芯片的烧蚀；/n一视觉辨识模块，设置于该架体上，且位于该加工载台的上方，该视觉辨识模块能够提供视觉辨识的可视区域，用以检视该激光脉冲光束投射于所欲加工位置的状态；/n一控制单元，设置于该架体上，且以电性连接并使该加工载台、振镜扫描模块、视觉辨识模块以及该纳秒脉冲激光光机同步协作，搭配经设计的特定激光加工路径，与经适当设计的绕射光学元件，克服纳秒脉冲激光用于精密加工时，激光热效应的问题，实现以纳秒脉冲激光光机对外延芯片进行激光的烧蚀作业。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用纳秒脉冲激光以剥离外延芯片的系统，其特征在于，包含：
一架体；
一激光光源，包括一纳秒脉冲激光光机及光束转折器，分别设置于该架体上，能够提供一激光脉冲光束，用以作为剥离外延芯片的激光加工光源；
一加工载台，设置于该架体上，且位于该激光光源的相对侧，其具有一工作平台及位移机构，使供放置于该工作平台上的外延晶圆，能够进行X、Y、Z三个轴向的位移；
一扩束镜组，设置于该架体上，且位于该激光光源的邻侧及该激光脉冲光束的传递途径上，其具有透镜元件，以改变激光脉冲光束的直径与发散角，并使其形成平行光束；
一绕射光学元件，设置于该架体上，且位于该扩束镜组的邻侧及该激光脉冲光束的传递途径上，以调整激光脉冲光束的强度，进而达到激光光斑的整型与能量的重新分布；
一振镜扫描模块，设置于该工作平台的上方，且位于该激光脉冲光束的传递途径上，其具有一X-Y光学扫描镜头及光学反射镜片，且通过该光学反射镜片的反射及X-Y光学扫描镜头的聚焦，进而实现激光光斑的聚焦与产生对应的角度移转，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡明聪，洪瑜亨，游家豪，黄俊杰，
申请(专利权)人：旭臻科技有限公司，
类型：新型
国别省市：中国台湾;71