LED晶圓激光刻劃技術.doc

LED晶圓激光刻劃技術LED晶圓激光刻劃技術 2011年06月23日一、照明用LED光源照亮未來 溫室效應造成的全球氣候變暖等負面效應，促成了世界范圍綠色節(jié)能運動的興起。在照明方面，當今世界不斷尋求更高效節(jié)能的光源作為傳統(tǒng)照明光源的替代 品，LED光源是最佳的選擇，隨之而來的是近年來高亮度LED在照明領域的應用持續(xù)而迅速的擴大。LED制造中激光晶圓刻劃工藝的引入，使得LED在手 機、電視以及觸摸屏等LCD背光照明大量使用，而最令人興奮地是白光LED在照明方面的應用。 當今世界，大約有120億只白熾燈仍在使用，每年產(chǎn)生大約40，000萬億流明-小時的照明量，這造成了巨大的能量消耗，等同于每年消耗接近10億噸燃 煤。拿美國而言，照明消耗的能源竟高達全國汽車消耗能源的一半。美國能源部通過對俄勒岡州家庭照明的最近調(diào)查表明LED作為照明源較傳統(tǒng)的白熾燈和鹵素燈 節(jié)省大約80%的電能。 隨著市場的持續(xù)增長，LED制造業(yè)對于產(chǎn)能和成品率的要求變得越來越高。激光加工技術迅速成為LED制造業(yè)普遍的工具，甚者成為了高亮度LED晶圓加工的工業(yè)標準。 激光刻劃LED刻劃線條較傳統(tǒng)的機械刻劃窄得多，所以使得材料利用率顯著提高，因此提高產(chǎn)出效率。另外激光加工是非接觸式工藝，刻劃帶來晶圓微裂紋以及其他損傷更小，這就使得晶圓顆粒之間更緊密，產(chǎn)出效率高、產(chǎn)能高，同時成品LED器件的可靠性也大大提高。 Spectra-Physics工業(yè)激光器具有高峰值功率以及卓越的光束質(zhì)量等優(yōu)勢，是LED加工的理想工具，為LED工業(yè)帶來潔凈的刻劃線條、更高的產(chǎn)能以及成品LED更高的亮度。 激光刻劃的優(yōu)勢： 可以干凈整齊的刻劃硬脆性材料； 非接觸式工藝低運營成本； 減少崩邊、微裂紋、分層等缺陷的出現(xiàn)； 刻劃線條窄提高了單片晶圓上的分粒數(shù)量； 減少微裂紋提高了成品LED器件的長期可靠性； 大范圍的加工容差使得工藝可控性良好，是低成本高可靠性的工藝。 二、LED激光刻劃概述 單晶藍寶石（Sapphire）與氮化鎵（GaN）屬于硬脆性材料（抗拉強度接近鋼鐵），因此很難被切割分成單體的LED器件。采用傳統(tǒng)的機械鋸片切割這 些材料時容易帶來晶圓崩邊、微裂紋、分層等損傷，所以采用鋸片切割LED晶圓，單體之間必須保留較寬的寬度才能避免切割開裂傷及LED器件，這樣就很大程 度上降低了LED晶圓的產(chǎn)出效率。 激光加工是非接觸式加工，作為傳統(tǒng)機械鋸片切割的替代工藝，激光劃片切口非常小，聚焦后的激光微細光斑作用的晶圓表面迅速氣化材料，在LED有源區(qū)之間制 造非常細小的切口，從而能夠在有限面積的晶圓上面切割出更多LED單體。激光刻劃對砷化鎵（GaAS）以及其他脆性化合物半導體晶圓材料尤為擅長。激光加 工LED晶圓，典型的刻劃深度為襯底厚度的1/3到1/2這樣分割就能夠得到干凈的斷裂面，制造窄而深的激光刻劃裂縫同時要保證高速的刻畫速度這就要求激 光器具備窄脈寬、高光束質(zhì)量、高峰值功率、高重復頻率等優(yōu)良品質(zhì)。 并不是所有的激光均適合LED刻劃，原因在于晶圓材料對于可見光波長激光的透射性。GaN對于波長小于365nm的光是透射的，而藍寶石晶圓對于波長大于 177nm的激光是半透射的，因此波長為355nm和266nm的三、四倍頻的調(diào)Q全固態(tài)激光器（DPSSL）是LED晶圓激光刻劃的最佳選擇。盡管準分 子激光器也可以實現(xiàn)LED刻劃所需的波長，但是倍頻的全固態(tài)調(diào)Q激光器體積更小，較準分子激光器維護少得多，質(zhì)量方面全固激光器刻劃線條非常窄，更適合于 激光LED刻劃。 激光刻劃使得晶圓微裂紋以及微裂紋擴張大大減少，LED單體之間距離更近，這樣既提高了出產(chǎn)效率也提高了產(chǎn)能。一般來講，2英寸的晶圓可以分離出 20,000個以上的LED單體器件，如此高的密度，因而切割的切縫寬度就會顯著影響分粒數(shù)量，減少微裂紋對于分粒后的LED器件的長期可靠性