CN103111763A - 一种晶圆切割机床的运动路径的规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种晶圆切割机床的运动路径的规划方法，其包括：1）Y轴电机运动平台驱动晶圆片沿竖直方向的切割线运动；2）当晶圆片到达晶圆片竖直方向切割线的端部时，启动圆弧插补模块，X、Y轴电机运动平台联动，驱动晶圆片做圆弧运动；3）圆弧插补结束，晶圆片到达相邻竖直方向切割线一端部，对另一条竖直方向切割线进行切割；4）重复以上步骤，完成所有竖直方向的切割线；5）采用类似的操作完成所有的横向切割线的切割。本发明晶圆片运动路径的规划方法，对晶圆片的切割路径进行更加合理的规划，减少激光束在晶圆片两端时过多空切而浪费时间；同时，在空切区的圆弧运动，X、Y轴电机运动平台同时运行，节省大量的时间，提高工作效率。

Description

一种晶圆切割机床的运动路径的规划方法

技术领域

本发明涉及数控机床中的晶圆切割机床，尤其涉及一种晶圆切割机床的运动路径的规划方法。

背景技术

随着信息化时代的到来，电子信息、通讯和半导体集成电路等行业得到迅猛发展，半导体晶圆得到广泛应用，需求越来越大。晶圆切割划片不仅是芯片封装的核心关键工序之一，也是从圆片级的加工过渡为芯片级加工的地标性工序。晶圆制备技术和工艺对晶圆切割划片批量生产中的成品率、工作效率等要求也越来越高。

所以，目前国内外对晶圆切割设备的需求越来越大，要求越来越高，特别是在精度上和效率上，都提出了新的要求。但长期以来，先进的晶圆划片机的关键技术都被国外所垄断，国内虽有发展，加工效率很难有新的突破。因此通过优化晶圆切割机床的运动路径，提高晶圆切割机床的工作效率，减少不必要的加工时间，具有非常大意义。

如图1所示，目前晶圆片在切割晶格过程中，激光束的切割范围为方形，其在晶圆片的两端形成大量的空切。当每条竖直方向上的切割线完成时，都必须向将Y轴电机运动平台减速到零，然后再启动X轴电机运动平台，驱动晶圆片运动，直到晶圆片运动到相邻的竖直方向的切割线，然后再次重新启动Y轴电机运动平台，将Y轴电机运动平台加速到设定运动速度。这种将Y轴电机运动平台减速到零，然后再由X轴电机运动平台运动到相应位置后，Y轴电机运动平台再开始加速到设定速度，将Y轴电机运动平台的减速、加速与X轴电机运动平台运动分别进行，浪费大量的减速和重新启动的时间，其工作效率低。晶圆片上每条横向切割线的完成与竖直方向的切割线操作类似。

每个晶圆片内印刷有线路，激光束沿竖直方向和横向将晶圆片切割成小单元的正方形的晶格10，晶格10单元的放大图如图2所示。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作效率高、减少机床空切行程的晶圆切割机床的运动路径的规划方法。

为实现上述目的，本发明一种晶圆切割机床的运动路径的规划方法，该规划方法使用的晶圆切割机床包括X、Y轴电机运动平台，X、Y轴电机运动平台上设有旋转电机平台，旋转电机平台的上设有工作台，晶圆片固定在工作台上，工作台上方设有固定不动的激光器，激光器发出的激光束对准工作台上的晶圆片，所述晶圆切割机床还包括带CPU的控制器，控制器分别与X、Y轴电机运动平台、旋转电机平台电连接，控制器内预存有晶圆片的加工参数；

所述规划方法包括以下步骤：

1）所述晶圆片切割时，在控制器上输入被加工晶圆片的加工参数，包括晶圆片半径尺寸r，激光束的圆形切割范围的半径尺寸R；激光束的圆形切割范围大于晶圆片，并在晶圆片上进行横向和竖直方向的切割形成切割区，在晶圆片外做空切；晶圆片上每条横向切割线长度x和竖直方向的切割线的长度y，横向或竖直方向上相邻切割线的间隔为0.11-0.43mm；激光束在竖直方向上的总切割线长度

激光束在横向方向上的总切割线长

当激光束在竖直方向切割时，其x′值已知；当激光束在横向方向切割时，其y′值已知；

2）将晶圆片固定在工作台上，先由Y轴电机运动平台驱动晶圆片沿第一条竖直方向的切割线轨迹运动；

3）当晶圆片运动到第一条竖直方向切割线的切割区边缘时，Y轴电机运动平台开始减速；

4）当晶圆片沿竖直方向运动到晶圆片第一条竖直方向切割线的端部时，启动圆弧插补模块，X、Y轴电机运动平台联动，驱动晶圆片做圆弧运动，X轴电机运动平台开始运动，当晶圆片运动到圆弧顶端时，Y轴电机运动平台减速到零，然后再开始反向加速；

5）当圆弧插补结束时，晶圆片到达第二条竖直方向切割线一端部，此时X轴电机运动平台停止运动，Y轴电机运动平台继续反向加速，在到达晶圆片的切割区域时加速到设定速度，激光束对晶圆片进行第二条竖直方向切割线的切割；

6）重复以上步骤，激光束完成晶圆片上所有的竖直方向的切割线；

7）竖直方向的切割线切割完成后，旋转电机平台将晶圆片旋转90°，重复步骤2）到步骤6），完成晶圆片所有的横向切割线的切割。

所述步骤1）中，在控制器中输入的加工参数中，横向切割线和竖直方向的切割线交叉形成晶格，每个晶格为边长0.1-0.4mm的正方形，相邻晶格间的间隙为0.01-0.03mm；激光束的圆形切割区域的半径R比晶圆片的半径r大1-2mm。

所述步骤3）中，当晶圆片运动到第一条竖直方向切割线的切割区边缘时，此时晶圆片沿竖直方向的运动行程 $L1=\sqrt{R^2-{(R-x_1)}^2}+\sqrt{r^2-{(r-x_1)}^2}.$

所述步骤4）中，当晶圆片运动到第一条竖直方向切割线的端部时，此时晶圆片沿竖直方向的运动行程 $L2=2\sqrt{R^2-(R-x_2{)}^2}.$

所述步骤5）中，当圆弧插补结束时，晶圆片到达第二条竖直方向切割线一端部，Y轴电机运动平台加速到达晶圆片的圆形切割区域时，Y轴电机运动平台沿第二条竖直切割线方向的运动行程 $L3=\sqrt{R^2-{(R-x_3)}^2}+\sqrt{r^2-{(r-x_3)}^2}.$

晶圆片在切割过程中，因X、Y轴电机运动平台运动速度快，加速度也大，因Y轴电机运动平台设于X轴电机运动平台上方，所以负载小；设于下方的X轴电机运动平台若要带动Y轴电机运动平台一起运动，负载大。所以在切割过程中，均是由Y轴电机运动平台带动晶圆片进行运动，X轴电机运动平台进行定位。

采用以上的路径规划方法，激光束的切割范围为稍大于晶圆片大小的圆形，在晶圆片外形成一小部分的空切。与现有的激光束方形的切割范围相比，避免了激光束在晶圆片两端时过多的空切而浪费时间。同时，当进行竖直方向切割时，在空切部分，Y轴电机运动平台先进行减速，减速到竖直切割线端部时，X轴电机运动平台开始运动，这时，晶圆片做圆弧运动，当运动到圆弧端部时，Y轴电机运动平台减速到零，然后再反方向加速，当晶圆片运动到相邻的竖直切割线时，X轴电机运动平台停止运动，Y轴电机运动平台加速到设定速度。在以上的过程中，Y轴电机运动平台的减速及加速与X轴电机运动平台的运动同步进行，大大节省了加工的时间，提高了工作效率。晶圆片在横向的切割与竖直切割操作类似，其操作与现有技术相比也可提高工作效率。

综上所述，采用本发明的晶圆切割机床的运动路径的规划方法，对晶圆片的切割路径进行更加合理的规划，减少激光束在晶圆片两端时过多的空切而浪费时间；同时，在切割线的空切区的圆弧运动部分，将Y轴电机运动平台的减速到零和加速同时与X轴电机运动平台的运动同步进行，节省大量的时间，提高晶圆切割机床的工作效率。在横向切割线的空切区的圆弧运动部分与以上操作类似，从而从整体上提高了晶圆片切割的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有晶圆片设置切割线的结构示意图；

图2现有晶圆片中的切割晶格放大图；

图3为本发明晶圆切割机床的结构示意图；

图4为本发明晶圆片上设置竖直方向切割线的结构示意图；

图5为Y轴电机运动平台在竖直方向运动的局部路径图；

图6为图5的局部放大图；

图7为本发明晶圆片上设置横向切割线的结构示意图。

具体实施方式

如图3-7所示，本发明一种晶圆切割机床的运动路径的规划方法，该规划方法使用的晶圆切割机床包括X、Y轴电机运动平台1、2，X、Y轴电机运动平台1、2上设有旋转电机平台3，旋转电机平台3的上设有工作台4，晶圆片5固定在工作台4上，工作台4上方设有固定不动的激光器6，激光器6发出的激光束对准工作台上的晶圆片5，所述晶圆切割机床还包括带CPU的控制器7，控制器7分别与X、Y轴电机运动平台1、2、旋转电机平台3电连接，控制器7内预存有晶圆片的加工参数；

本发明所述规划方法包括以下步骤：

1）所述晶圆片5切割时，在控制器7上输入被加工晶圆片的加工参数，包括晶圆片5半径尺寸r，激光束的圆形切割范围的半径尺寸R；激光束的圆形切割范围大于晶圆片5，并在晶圆片5上进行横向和竖直方向的切割形成切割区，在晶圆片外做空切；晶圆片5上每条横向切割线长度x和竖直方向的切割线的长度y，横向或竖直方向上相邻切割线8、9的间隔为0.11-0.43mm；激光束在竖直方向上的总切割线长度

激光束在横向方向上的总切割线长当激光束在竖直方向切割时，其x′值已知；当激光束在横向方向切割时，其y′值已知；

2）将晶圆片5固定在工作台4上，先由Y轴电机运动平台2驱动晶圆片5沿第一条竖直方向的切割线9轨迹运动；

3）当晶圆片5运动到第一条竖直方向切割线9的切割区边缘时，Y轴电机运动平台2开始减速；

4）当晶圆片5沿竖直方向运动到晶圆片5第一条竖直方向切割线9的端部时，启动圆弧插补模块，X、Y轴电机运动平台1、2联动，驱动晶圆片5做圆弧运动，X轴电机运动平台1开始运动，当晶圆片5运动到圆弧顶端时，Y轴电机运动平台2减速到零，然后再开始反向加速；

5）当圆弧插补结束时，晶圆片5到达第二条竖直方向切割线9一端部，此时X轴电机运动平台1停止运动，Y轴电机运动平台2继续反向加速，在到达晶圆片5的切割区域时加速到设定速度，激光束对晶圆片5进行第二条竖直方向切割线9的切割；

6）重复以上步骤，激光束完成晶圆片5上所有的竖直方向的切割线9；

7）竖直方向的切割线9切割完成后，旋转电机平台3将晶圆片5旋转90°，重复步骤2）到步骤6），完成晶圆片5所有的横向切割线8的切割。

采用以上的路径规划方法，激光束的切割范围为稍大于晶圆片5大小的圆形，在晶圆片5外形成一小部分的空切。与现有的激光束方形的切割范围相比，避免了激光束在晶圆片5两端时过多的空切而浪费时间。同时，在空切部分，Y轴电机运动平台2先进行减速，减速到竖直切割线9端部时，X轴电机运动平台1开始运动，这时，晶圆片5做圆弧运动，当运动到圆弧端部时，Y轴电机运动平台2减速到零，然后再反方向加速，当晶圆片5运动到相邻的竖直切割线9时，X轴电机运动平台1停止运动，Y轴电机运动平台2加速到设定速度。在以上的过程中，Y轴电机运动平台2的减速及加速与X轴电机运动平台1的运动同步进行，大大节省了加工的时间，提高了工作效率。晶圆片5在横向的切割与竖直切割操作类似，其操作与现有技术相比也可提高工作效率。

Claims (5)

1.一种晶圆切割机床的运动路径的规划方法，该规划方法使用的晶圆切割机床包括X、Y轴电机运动平台，X、Y轴电机运动平台上设有旋转电机平台，旋转电机平台的上设有工作台，晶圆片固定在工作台上，工作台上方设有固定不动的激光器，激光器发出的激光束对准工作台上的晶圆片，所述晶圆切割机床还包括带CPU的控制器，控制器分别与X、Y轴电机运动平台、旋转电机平台电连接，控制器内预存有晶圆片的加工参数；

其特征在于：所述规划方法包括以下步骤：

1）所述晶圆片切割时，在控制器上输入被加工晶圆片的加工参数，包括晶圆片半径尺寸r，激光束的圆形切割范围的半径尺寸R；激光束的圆形切割范围大于晶圆片，并在晶圆片上进行横向和竖直方向的切割形成切割区，在晶圆片外做空切；晶圆片上每条横向切割线长度x和竖直方向的切割线的长度y，横向或竖直方向上相邻切割线的间隔为0.11-0.43mm；激光束在竖直方向上的总切割线长度

激光束在横向方向上的总切割线长

当激光束在竖直方向切割时，其x′值已知；当激光束在横向方向切割时，其y′值已知；

2）将晶圆片固定在工作台上，先由Y轴电机运动平台驱动晶圆片沿第一条竖直方向的切割线轨迹运动；

3）当晶圆片运动到第一条竖直方向切割线的切割区边缘时，Y轴电机运动平台开始减速；

4）当晶圆片沿竖直方向运动到晶圆片第一条竖直方向切割线的端部时，启动圆弧插补模块，X、Y轴电机运动平台联动，驱动晶圆片做圆弧运动，X轴电机运动平台开始运动，当晶圆片运动到圆弧顶端时，Y轴电机运动平台减速到零，然后再开始反向加速；

5）当圆弧插补结束时，晶圆片到达第二条竖直方向切割线一端部，此时X轴电机运动平台停止运动，Y轴电机运动平台继续反向加速，在到达晶圆片的切割区域时加速到设定速度，激光束对晶圆片进行第二条竖直方向切割线的切割；

6）重复以上步骤，激光束完成晶圆片上所有的竖直方向的切割线；7）竖直方向的切割线切割完成后，旋转电机平台将晶圆片旋转90°，重复步骤2）到步骤6），完成晶圆片所有的横向切割线的切割。

2.根据权利要求1所述的晶圆切割机床的运动路径的规划方法，其特征在于：所述步骤1）中，在控制器中输入的加工参数中，横向切割线和竖直方向的切割线交叉形成晶格，每个晶格为边长0.1-0.4mm的正方形，相邻晶格间的间隙为0.01-0.03mm；激光束的圆形切割区域的半径R比晶圆片的半径r大1-2mm。

3.根据权利要求1所述的晶圆切割机床的运动路径的规划方法，其特征在于：所述步骤3）中，当晶圆片运动到第一条竖直方向切割线的切割区边缘时，此时晶圆片沿竖直方向的运动行程 $L1=\sqrt{R^2-{(R-x_1)}^2}+\sqrt{r^2-{(r-x_1)}^2}.$

4.根据权利要求1所述的晶圆切割机床的运动路径的规划方法，其特征在于：所述步骤4）中，当晶圆片运动到第一条竖直方向切割线的端部时，此时晶圆片沿竖直方向的运动行程 $L2=2\sqrt{R^2-(R-x_2{)}^2}.$

5.根据权利要求1所述的晶圆切割机床的运动路径的规划方法，其特征在于：所述步骤5）中，当圆弧插补结束时，晶圆片到达第二条竖直方向切割线一端部，Y轴电机运动平台加速到达晶圆片的圆形切割区域时，Y轴电机运动平台沿第二条竖直切割线方向的运动行程 $L3=\sqrt{R^2-{(R-x_3)}^2}+\sqrt{r^2-{(r-x_3)}^2}.$

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