CN102371434A - 激光加工方法以及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用激光来加工部件的激光加工装置以及利用该激光加工装置的激光加工方法，特别涉及一种将晶片加载到工作台上之后的加工方法以及用于该方法的激光加工装置。本发明提供一种激光加工方法，该激光加工方法包括：加载晶片步骤，将晶片加载到工作台上；检测步骤，移动上述工作台并掌握形成在所加载的晶片上的芯片数量，检测缺陷并排列晶片；测量高度步骤，利用位移传感器检测加载到上述工作台上的晶片表面高度；检测激光功率步骤，利用功率表检测加工用激光的功率；以及激光加工步骤，照射上述加工用激光并移动上述工作台，以此加工晶片。

Description

激光加工方法以及激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种使用激光来加工部件的激光加工装置以及利用该激光加工装置的激光加工方法，特别涉及一种将晶片(wafer)加载到工作台上之后的加工方法以及用于该方法的激光加工装置。
背景技术
固体激光器使用于包括激光切割以及激光划片的多种物质加工中。最近，随着紫外线区域的固体激光器的开发，激光在加工半导体物质的工序，尤其是为了进行切削分离(chip separation)而用激光切割晶片基板(wafersubstrates)的工序中的用途变得更广。需要进行切削分离的基板的形状，如硅晶片、化合物半导体晶片、陶瓷基板、金属基板以及玻璃基板等那样存在很多种。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用加工用激光能够精密加工晶片的激光加工方法。
本发明的另一个目的在于提供一种对固定的晶片进行排列而能够向所需方向输送的激光加工装置。
用于实现上述目的的本发明提供一种激光加工方法，该激光加工方法包括：加载晶片步骤，将晶片加载到工作台上；检测步骤，移动上述工作台并掌握形成在所加载的晶片上的芯片数量，检测缺陷并排列晶片；测量高度步骤，利用位移传感器检测加载到上述工作台上的晶片表面高度；检测激光功率步骤，利用功率表检测加工用激光的功率；以及激光加工步骤，照射上述加工用激光并移动上述工作台，以此加工晶片。
在上述检测激光功率步骤之前或者之后还可以包括Z轴移送步骤，在该Z轴移送步骤中，将工作台向上下方向(Z轴方向)移送而调节上述工作台的高度，以使加工用激光的聚光点位于晶片的内部。
固定上述晶片的工作台形成为能够旋转上述晶片，并且在上述检测步骤中的晶片排列是使上述晶片在原地旋转而使得晶片的切割预定线处于与工作台的水平移送方向平行的状态。
另外，本发明提供一种激光加工装置，该激光加工装置用镜头聚光加工用激光，将聚光点对准到作为加工对象物的晶片并照射激光，该激光加工装置包括：工作台，其与真空装置连接，并利用声压固定上述晶片；角度调节单元，其使固定在上述工作台上的晶片在原地旋转；Z轴移送单元，其调节上述工作台的高度；以及水平移送单元，其调节上述工作台的水平方向位置。
上述工作台包括：旋转盘，其形成为能够在原地旋转；石英卡盘，其与上述旋转盘接合且具备与真空装置连接的吸入孔；上部板，其可旋转地支撑上述旋转盘；下部板，其可升降地支撑上述上部板。
另外，上述Z轴移送单元可以包括：连接上述上部板和上述下部板的中心部的滚珠丝杠、和旋转上述滚珠丝杠的升降马达。
上述角度调节单元可以包括：角度调节马达，其向正方向或反方向旋转；以及皮带，其连接上述角度调节马达和上述旋转盘。
本发明提供一种加载晶片且能够精密加工的激光加工方法。
另外，本发明在激光加工之前检测加工用激光的输出功率，以此带来减少缺陷产生率的效果。
另外，本发明可以调节固定晶片的工作台高度，因此带来使得激光的聚光点位于晶片内部的效果。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施例的激光加工方法的工序顺序的流程图；
图2是表示根据本发明的实施例的工作台的俯视图；
图3是表示根据本发明的晶片的排列状态的示意图；
图4是表示根据本发明的激光加工装置的工作台部分的分离立体图；
图5是表示根据本发明的激光加工装置的工作台旋转结构的内部结构图；
图6是表示根据本发明的激光加工装置的工作台的立体图；
图7是表示在根据本发明的工作台上部配置的加工用激光物镜部分的局部分放大立体图。
附图标记
100：工作台；
110：石英卡盘(quartz chuck)；
112：吸入孔；
120：旋转盘；
130：上部板；
140：下部板；
150：滚珠丝杠(ball screw)；
155：升降马达；
160：线型导引构件；
170：角度调节马达；
175：张力调节滑轮；
185：皮带；
200：横向(X轴方向)框架；
300：纵向(Y轴方向)框架；
610：物镜；
620：位移传感器；
630：检测摄像头。
具体实施方式
下面，说明根据本发明的激光加工方法以及激光加工装置的优选实施例。
本发明的优点、特征以及实现这些的方法是通过参照附图以及后面详细记述的实施例来变得明确。
但是，本发明并不限定于下面公开的实施例，可以以多种方式实现。本实施例只是用于使本发明的公开变得充分，并且用于完整地告诉具有本发明所属技术领域的一般知识的人以本发明的范围。本发明是只有通过权利要求的范围而确定的。
另外，在说明本发明中，在判断为关联的公知技术等影响本发明的要旨的情况下，省略对其详细说明。
图1是表示根据本发明的实施例的激光加工方法的工序顺序的流程图。
如图所示，根据本发明的激光加工方法包括：将晶片加载到工作台上的加载晶片步骤(S-11)；
使上述工作台向水平方向移动或旋转而掌握形成在所加载的晶片上的芯片数量，检查缺陷并排列晶片的检查步骤(S-12)；
利用位移传感器测量加载在工作台上的晶片表面高度的测量高度步骤(S-13)；
利用功率表检测加工用激光的功率的激光检测步骤(S-14)；以及
照射上述加工用激光并移动上述工作台而加工晶片的激光加工步骤(S-15)。
晶片以用蓝色带被固定的状态供给至晶片环，多个晶片环以装载在装载盒上的状态供给至加工装置。
利用输送臂(未图示)等将装载在装载盒中的晶片环一张张地加载到工作台，本发明涉及加载到工作台的步骤之后的部分。
下面，详细说明各步骤。
加载晶片步骤(S-11)是将附着有晶片的晶片环放置到工作台上的步骤，这种作业是通过输送臂来完成的。
输送臂利用真空吸附而将晶片环的边缘部分以吸附状态移动到工作台的上部之后下降，以便晶片环与工作台接触，然后解除输送臂的真空状态，对工作台的石英卡盘施加声压，从而使得晶片能够固定到工作台上。
在检测步骤(S-12)中，掌握形成于所加载的晶片上的芯片数量，检测缺陷，并设定加工预定线。然后，排列晶片，使得设定的加工预定线与工作台的移送方向平行。
在此，晶片的排列意味着晶片的旋转。
图2是表示根据本发明的实施例的工作台的俯视图。
工作台100在上表面具备旋转盘120，还具备位于上述旋转盘120的中心的石英卡盘110。石英卡盘110具备多个吸入孔112，上述吸入孔112与像真空泵这样的真空装置连接。
工作台100形成为能够在水平方向朝X轴方向以及Y轴方向移送。关于此部分的详细结构，将后述。
图3是表示根据本发明的晶片排列的示意图。
晶片W上形成有多个芯片，多个芯片的边界线成为加工预定线10。这种加工预定线10在掌握芯片数量并检测缺陷的检测步骤(S-12)中设定。
在检测步骤(S-12)中，如果如图3的左侧那样识别出加工预定线10，则确认该加工预定线10是否与工作台100的移动路径即X轴方向以及Y轴方向平行。如果加工预定线10与X轴方向以及Y轴方向不平行，则旋转工作台100并进行排列，使得晶片W的加工预定线10与X轴方向以及Y轴方向平行。
在测量高度步骤(S-13)中，测量固定在工作台100上的晶片的表面高度。测量晶片表面高度的理由是，为了测量相对于加工用激光焦点的、被加工物即晶片的表面高度。
以所测量的晶片表面高度为基准，使工作台100向Z轴方向移动并进行调节，使得加工用激光的焦点对准到相对于晶片表面的特定深度。
这种Z轴方向的移送可以在后述的激光功率检测步骤(S-14)之前或者之后执行。
在激光功率检测步骤(S-14)中，在激光加工之前检测产生于激光发生器的激光输出功率是否在适当范围内。此时，如果超出适当范围，则可以进行调节使加工用激光的输出功率在适当范围内。
如果通过功率检测能够确认到加工用激光的输出功率在适当范围内，则将加工用激光照射到晶片的同时，将工作台向X轴方向以及/或者Y轴方向移送，并且沿着加工预定线执行激光加工。
此时，优选激光照射只对晶片，为此，在加载晶片步骤(S-21)之前执行边缘检测步骤而使加工装置掌握正确的晶片大小。
如果加工用激光照射形成于晶片外部的蓝色带部分，则蓝色带被切割而有可能产生气体或污染物质。
在激光加工步骤(S-15)中，使得加工用激光沿着在检测步骤(S-12)中设定的加工预定线能够照射到固定在工作台上的晶片上的、在边缘检测步骤所检测出的晶片区域内部。
随着工作台的移动对加工用激光进行开/关控制，使得加工用激光不脱离晶片区域。
工作台的移动主要在水平方向(X轴方向或者Y轴方向)上进行，但在工作台的移动速度较快的情况下，考虑到由惯性导致的晶片的提升等，可以在Y轴方向上进行移送。
图4是表示根据本发明的激光加工装置的工作台部分的分离立体图。
工作台100包括旋转盘120、形成于上述旋转盘120上部面的石英卡盘110、可旋转地支撑上述旋转盘的上部板130和可升降地支撑上述上部板130的下部板140。
石英卡盘110形成为透明，并具备多个吸入孔112。如果石英卡盘110形成为透明，则能够容易确认吸入孔112是否被异物质堵住，另外，具有通过能够容易识别石英卡盘110表面的异物质的优点。
吸入孔112与真空装置连接，从而使得加载在其表面的晶片通过真空压力被固定到石英卡盘110的表面上。
上部板130和下部板140的中心部通过升降马达155和滚珠丝杠150相连接，使得上部板130根据上述升降马达155的正反旋转而相对于下部板140上升或下降。
为了上部板130的顺利升降，上部板130和下部板140优选通过多个线型导引构件160相连接。
另外，如上所述，旋转盘120形成为能够相对于上部板130旋转。
图5是表示根据本发明的工作台旋转结构的内部结构图。
如图所示，在环状的旋转盘120的中央部结合着石英卡盘(图4的110)。旋转盘120可旋转地与上部板130结合。
另外，旋转盘120通过皮带185与角度调节马达170连接，根据上述角度调节马达170的正方向以及反方向的旋转，能够使旋转盘120在原地以规定角度旋转。如果旋转盘120旋转，则与其连接的石英卡盘也一起旋转，因此固定在此上的晶片能够通过旋转盘120进行排列。
石英卡盘110的旋转用于使加工预定线与工作台的移送方向一致，其旋转角度优选在95度至105度。调节成相互垂直的线中的某一条线平行即可，因此只要是在上述范围内，无论加载成任何状态，都能够使晶片的加工预定线与工作台的移送方向一致。
优选在上述角度调节马达170的两侧具备张力调节滑轮175，以便能够调节皮带185的张力。
另外，为了传递可靠的驱动力，皮带185可以在内面具备凸起，在此情况下，优选在与上述皮带185接触的旋转盘120的外周面形成有与其对应的槽。
为了防止旋转盘120的过度旋转而在上部板130侧具备止动件190，在旋转盘120上具备被上述止动件190止动的凸起部192，由此从物理上能够限制旋转盘120的旋转范围。
图6是表示根据本发明的激光加工装置的工作台的立体图。
如图所示，在激光加工装置的上部形成有工作台100，工作台100形成为可相对于其下部的横向(X轴方向)框架200滑动，并且该横向框架200又形成为可相对于纵向(Y轴方向)框架300滑动。
因此，工作台100通过这些相互间的滑动运动而能够自由地向X轴方向或Y轴方向移动。
图7表示配置在工作台上部的加工用激光物镜部分。
在工作台100的上部具备对加工用激光进行成像的物镜610，在其周围具备位移传感器620和检测摄像头630。
这些部件维持被固定在加工装置上的状态，通过工作台100的移动完成激光加工。
上述位移传感器620可以具备照射测量用激光的发光部和检测由上述发光部照射的测量用激光由被测量部件反射回来的激光的受光部，但位移传感器620不限定于上述形式。
如上所述，根据本发明的激光加工装置可以使工作台向三轴方向平行移动，相对于晶片中心能够在原地旋转，因此带来能够排列所加载的晶片且能够精密加工的效果。
上述的实施例在所有方面上都只是例示，应当理解为不是用于限定本发明。本发明的保护范围不是通过上述的详细说明而是通过权利要求书中记载的范围来表示，应当解释为由该权利要求的意思、范围以及其等价概念导出的所有变更或变形方式都属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种激光加工方法，包括：
加载晶片步骤，将晶片加载到工作台上；
检测步骤，移动上述工作台并掌握形成在所加载的晶片上的芯片数量，检查缺陷并排列晶片；
测量高度步骤，利用位移传感器检测加载到上述工作台上的晶片表面的高度；
检测激光功率步骤，利用功率表检测加工用激光的功率；以及
激光加工步骤，照射上述加工用激光并移动上述工作台，以此加工晶片。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在上述检测激光功率步骤之前或者之后还包括Z轴移送步骤，在该Z轴移送步骤中，将工作台向上下方向即Z轴方向移送而调节上述工作台的高度，以使加工用激光的聚光点位于晶片的内部。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在上述加载晶片步骤中，被移送到上述工作台上的晶片通过声压被固定在上述工作台上。
4.如权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，
固定上述晶片的工作台形成为可以旋转上述晶片，并且在上述检测步骤中的晶片排列是使上述晶片在原地旋转而使得晶片的切割预定线处于与工作台的水平移送方向平行的状态。
5.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在上述加载晶片步骤之前还包括边缘检测步骤，在该边缘检测步骤中检测固定在晶片环上的晶片的外轮廓线。
6.如权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，
在上述激光加工步骤中，只对在上述边缘检测步骤中减测到的晶片区域内部照射激光。
7.一种激光加工装置，用镜头聚光加工用激光，将聚光点对准到作为加工对象物的晶片上照射激光，该激光加工装置包括：
工作台，其与真空装置连接，利用声压固定上述晶片；
角度调节单元，其使固定在上述工作台上的晶片在原地旋转；
Z轴移送单元，其调节上述工作台的高度；以及
水平移送单元，其调节上述工作台的水平方向位置。
8.如权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于，
上述工作台包括：
旋转盘，其形成为能够在原地旋转；
石英卡盘，其与上述旋转盘结合，且具备与真空装置连接的吸入孔；
上部板，其可旋转地支撑上述旋转盘；
下部板，其可升降地支撑上述上部板。
9.如权利要求8所述的激光加工装置，其特征在于，
上述Z轴移送单元包括：连接上述上部板和上述下部板的中心部的滚珠丝杠、和旋转上述滚珠丝杠的升降马达。
10.如权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，
还包括连接上述上部板和上述下部板的线型导引构件。
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