硅晶圆多焦点激光隐切算法与实验

作     者：张怀智 徐家明 张兰天 秦应雄 Zhang Huaizhi;Xu Jiaming;Zhang Lantian;Qin Yingxiong

作者机构：华中科技大学光学与电子信息学院激光加工国家工程研究中心湖北武汉430074 

出 版 物：《中国激光》 (Chinese Journal of Lasers)

年 卷 期：2022年第49卷第2期

页      面：194-200页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 0701[理学-数学] 

基　　金：湖北省科技重大专项(2020AAA03) 

主　　题：激光技术 硅晶圆 激光隐切 差值映射 轴向多焦点 相位调制 

摘      要：硅晶圆激光隐形切割是指激光聚焦在晶圆内部使其产生热裂纹,通过控制热裂纹的扩展方向实现硅晶圆的高质量切割,具有广阔的应用前景。在硅晶圆内部沿着光轴方向一次生成多个焦点,可以实现硅晶圆的多焦点隐切。本文提出了一种大数值孔径下的轴向多焦点算法。将不同焦距的相位差值作为变量,通过迭代求解出傅里叶级数满足要求的原函数,然后对变量进行非线性映射就可以得到目标相位图。通过改变傅里叶展开后的各项系数,实现了轴上焦点数目、各焦点能量和间距的调节。利用MATLAB仿真得到了不同能量比、不同焦点间距的轴向三焦点和五焦点的光场,各焦点能量比例和间距与设计预期基本一致,能量利用率均达到了90%以上。选用1.342μm纳秒激光器对250μm厚硅晶圆进行激光隐切实验,使用空间光调制器加载目标相位图,将等能量的三个焦点分别聚焦在硅晶圆表面下方35.0,105.2,176.0μm处,在激光功率为1.2 W、切割速度为200 mm/s的条件下成功实现了硅晶圆的三焦点激光隐切。