CN105014240B - Led晶圆激光切割装置和led晶圆激光切割调水平方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED晶圆激光切割装置，包括：激光光源、四轴平台、多个45°分光镜、显微CCD、同轴光源、成像镜组、Z轴直线运动支架；四轴平台包括：X/Y轴直线运动平台、设置在X/Y轴直线运动平台上的旋转平台、设置在旋转平台上的吸附盘；吸附盘上方依次固定着多个45°分光镜，各个45°分光镜分别对准横向设置的显微CCD、同轴光源和激光光源，Z轴直线运动支架上固定成像镜组；各个45°分光镜使得显微CCD、同轴光源、成像镜组的主光轴和激光光源分别对准吸附盘的中心。本发明还提供了一种LED晶圆激光切割调水平方法。本发明实现了LED晶圆激光切割计算机自动调水平，从而提高了速度和精度。

Description

LED晶圆激光切割装置和LED晶圆激光切割调水平方法

技术领域

本发明涉及LED激光切割领域，具体而言，涉及LED晶圆激光切割装置和LED晶圆激光切割调水平方法。

背景技术

相关技术的LED晶圆切割是采用金刚石等方式进行机械切割。此方法存在切割线槽较宽、加工速度较慢等缺点。2英寸的晶圆在机械切割的情况下，只能达到1—2片/小时。随着半导体产业的快速发展，LED晶圆采用蓝宝石等质地坚硬的基底材料，并且晶圆上的晶粒尺寸越来越小，传统的机械加工方式已经成为制约半导体产业发展的因素。近年来，激光加工的应用越来越广泛，LED晶圆紫外激光切割也迅速发展，与传统的机械切割相比，激光切割具有加工速度快，切割线宽小等优点。2英寸的晶圆在激光切割的情况下，可以达到8片/小时。

为了适应微电子产品的快速发展，需要更加微小的LED芯片，从而需要对相应的晶圆进行更高精度的激光切割；为了提高LED生产的产能，也需要对相应的晶圆进行更快速的激光切割。通过对晶圆进行角度位置调整，保证晶圆在运动平台坐标系中可以实现精准的切割。所以晶圆的定位精度和定位速度直接影响着整个LED切割的效率和成品率。

晶圆在切片前，放置的位置越靠近吸附区的中心位置越好。并且晶圆中晶粒的横向要和运动平台的X轴平行，纵向要和运动平台的Y轴平行。经过肉眼观察，手动粗略定位，然后通过肉眼观察显微CCD采集的图像来手动进行精确定位。由于晶圆上的晶粒较小，在显微CCD的整个视场范围内只有晶圆的一小部分，大概只有4个晶粒大小，因此很难对晶圆的水平位置做一次的精确定位。

发明内容

本发明的目的在于提供LED晶圆激光切割装置和LED晶圆激光切割调水平方法，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种LED晶圆激光切割装置，包括：激光光源、四轴平台、多个45°分光镜、显微CCD、同轴光源、成像镜组、Z轴直线运动支架；四轴平台包括：X/Y轴直线运动平台、设置在X/Y轴直线运动平台上的旋转平台、设置在旋转平台上的吸附盘；吸附盘上方依次固定着多个45°分光镜，各个45°分光镜分别对准横向设置的显微CCD、同轴光源和激光光源，Z轴直线运动支架上固定成像镜组；各个45°分光镜使得显微CCD、同轴光源、成像镜组的主光轴和激光光源分别对准吸附盘的中心。

在本发明的实施例中还提供了一种LED晶圆激光切割调水平方法，包括以下步骤：获取待切割的LED晶圆的显微图像；利用图像分析技术确定所述显微图像中晶粒的特征直线；根据所述特征直线将所述LED晶圆调水平。

本发明实现了LED晶圆激光切割计算机自动调水平，从而提高了速度和精度。

附图说明

图1为根据本发明实施例的LED晶圆激光切割装置示意图。

图2为根据本发明实施例的成像系统坐标中晶圆位置示意图。

图3为根据本发明实施例的图像坐标系中晶圆B点位置的采集图像示意图。

图4为根据本发明实施例的图像坐标系中晶圆A点位置的采集图像示意图。

图5为根据本发明实施例的图像坐标系中晶圆C点位置的采集图像示意图。

图6为根据本发明实施例的LED晶圆激光切割调水平方法的流程图。

图7为根据本发明优选实施例的LED晶圆激光切割调水平方法的流程图。

图8为根据本发明实施例的LED晶圆的显微图像。

图9为图8的显微图像进行细化前预处理的图。

图10为图9的图像进行细化后的图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

图1为根据本发明实施例的LED晶圆激光切割装置示意图，包括：

激光光源7、四轴平台、多个45°分光镜3、4、6、显微CCD1、同轴光源2、成像镜组、Z轴直线运动支架5；

四轴平台包括：

X/Y轴直线运动平台10、设置在X/Y轴直线运动平台10上的旋转平台8、设置在旋转平台上的吸附盘9；

吸附盘9上方依次固定着多个45°分光镜3、4、6，各个45°分光镜分别对准横向设置的显微CCD1、同轴光源2和激光光源7，Z轴直线运动支架5上固定成像镜组；

各个45°分光镜3、4、6使得显微CCD1、同轴光源2、成像镜组的主光轴和激光光源7分别对准吸附盘9的中心。即，四轴平台中心位置、切割激光的光斑中心和显微CCD的中心位置在同一垂直线上。

本实施例相比于相关技术中的LED晶圆激光切割装置，增加了显微成像装置和可四轴运动的平台，这可以用于获取LED晶圆的显微图像，从而进行图像分析，将LED晶圆XY轴移动，以及在XY平面内旋转，实现自动地将LED晶圆调水平。相对于相关技术中完全用手工方法来调水平，本实施例可以提高调水平的速度和精度。

图6为根据本发明实施例的LED晶圆激光切割调水平方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S10：获取待切割的LED晶圆的显微图像；

步骤S20：利用图像分析技术确定显微图像中晶粒的特征直线；

步骤S30，根据特征直线将LED晶圆调水平。

本发明一个实施例的LED晶圆激光切割调水平方法，利用图像分析技术确定待切割的LED晶圆中的晶粒的特征直线，根据特征直线将LED晶圆调水平。本实施例利用图像分析技术，实现了自动地将LED晶圆调水平。相对于相关技术中完全用手工方法来调水平，本实施例可以提高调水平的速度和精度。

优选地，本方法包括初步调水平和二次调水平，在初步调水平和二次调水平中均包括以上步骤S10-S30。

本优选实施例很容易通过计算机编程来自动化地实现。

优选地，步骤S20包括确定最邻近显微图像中心的连续的长边为晶粒的特征直线。采用长边比采用短边误差更小，调整更精确。另外，可以根据采集的图像像素，其横向中线和纵向的中线交点可以确定为显微图像的中心。

优选地，使用Hough(霍夫)变换在显微图像中确定特征直线。霍夫变换是图像处理中识别几何形状的一种方法，在图像处理中有着广泛应用，霍夫变换不受图形旋转的影响，易于进行几何图形的快速变换。最简单的霍夫变换是在图像中识别直线。在平面直角坐标系(x-y)中，一条直线可以用方程y＝kx+b表示。对于直线上一个确定的点(x₀,y₀)，有y₀＝kx₀+b。这表示参数平面(k-b)中的一条直线。因此，图像中的一个点对应参数平面中的一条直线，图像中的一条直线对应参数平面中的一个点。对图像上所有的点作霍夫变换，最终所要检测的直线对应的一定是参数平面中直线相交最多的那个点。这样就在图像中检测出了直线。

优选地，使用Hough变换前，先对显微图像进行预处理，预处理包括对图像依次进行灰度化、滤波、二值化处理，处理完后对得到的图像边缘进行细化。细化得到的边缘中即可取得特征直线。通过优化图像，可以减少干扰，提高特征直线的分辨率。

图7为根据本发明实施例的LED晶圆激光切割调水平方法的流程图，如图所示，初步调水平包括：

步骤S112，将LED晶圆放置于激光切割装置的四轴平台的吸附区域的中央；

步骤S114，调整Z轴上的成像镜组，使LED晶圆图像清晰并拍摄LED晶圆的第一显微图像；

步骤S116，确定第一显微图像靠近中心位置晶粒的第一特征直线；

步骤S118，确定第一特征直线与四轴平台的X轴之间的夹角α；

步骤S120，旋转四轴平台，使得α变为0；

步骤S122，移动四轴平台，使得特征直线与X轴重合。

如图所示，二次调水平包括：

步骤S212，横向移动四轴平台第一距离；

步骤S214，拍摄LED晶圆的第二显微图像；

步骤S216，确定第二显微图像靠近中心位置晶粒的第二特征直线；

步骤S218，确定第二特征直线的中点在Y轴上的对应坐标y1；

步骤S220，反向移动四轴平台第二距离s；

步骤S222，拍摄LED晶圆的第三显微图像；

步骤S224，确定第三显微图像靠近中心位置晶粒的第三特征直线；

步骤S226，确定第三特征直线的中点在Y轴上的对应坐标y2；

步骤S228，确定LED晶圆的倾角β为arctg((y2-y1)/s)；

步骤S230，旋转四轴平台，使得β变为0。

初调时，特征直线就是选最靠近显微图像中心的晶粒的长边，该长边也最靠近显微图像的中心；二次调节时，因为横向移动了晶圆，Y方向的移动量少于半个晶粒的宽，所以该特征直线还是最靠近显微图像的中心，但含有这条特征直线的晶粒不一定就是最靠近显微图像的中心了。注意点：二次调节选取的特征直线应当是跟初调时选的特征直线是同一条的，这样旋转的角度才正确。

本优选实施例根据特征直线与四轴平台X轴的夹角和不同特征直线间的偏移量来进行自动水平调整，本优选实施例很容易通过计算机编程来实现。

优选地，第一距离小于单个晶圆的长边的一半，第二距离是第一距离的两倍。即，例如先左移距离为a，则接着右移距离为2a。这样移动比较容易实现，且误差较小。

优选地，旋转的精度至少为0.002°。例如，可以采用Theta精密旋转台来实现该旋转精度，Theta精密旋转台的旋转精度可以设置到步进0.001°。发明人通过大量的实验发现，因为2寸的晶圆直径大概是50mm，而晶粒跟晶粒间的间距一般是20多um，激光光斑+烧灼的部分有10多um，所以光斑外围跟晶粒间的距离大概就5um，误差最多只能2um，这个量对于整体的50mm，就是角度值不能大于0.002°

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过图1-图5的实施例对本发明作进一步详细说明。相关附图作为示意图不应该被认为严格反映几何尺寸的比例关系，图1-图5中的LED晶圆尺寸和晶圆移动距离根据需要可做修改，不应该作为限制本发明的适用范围。

参考图1所示，本发明实施例是将待切割的LED晶圆放置于四轴平台的吸附区域9，采用Hough变换检测晶圆上各个位置晶粒的特征直线，根据特征直线与四轴平台X轴的夹角和不同特征直线间的偏移量来进行自动水平调整。

所述晶粒的特征直线为晶粒的长边。所述的四轴平台中心位置、切割激光7的光斑中心和显微CCD1的中心位置在同一垂直线上。

本实施例的具体实现步骤如下：

S1：把LED晶圆放置于旋转平台8的吸附区域9，放置越中间越好；

S2：调整X/Y轴直线运动平台10，把晶圆移至显微CCD1下方可拍摄的范围；

S3：调整Z轴直线运动支架5，使成像镜组处于让晶圆成像最清晰的位置；

S4：在晶圆的中心位置B点采用显微CCD1拍摄晶圆图像，对该图像进行Hough变换检测此时最靠近图像中心位置晶粒的特征直线(图3中的线A)，并得到此特征直线与四轴平台的X轴的夹角(图3中的a)。根据此夹角旋转旋转平台8，在完成旋转后移动Y轴直线运动平台，使该特征直线处于运动坐标系的X轴上。所述的Hough变换检测时，变换域中的角度循环步进值为π/1800，故该步骤的调整精度为0.1°。

S5：往运动坐标系X轴的右方向移动四轴平台固定距离(比如20mm)到C点。然后用显微CCD1拍摄下晶圆图像，根据Hough变换检测此时最靠近图像中心位置晶粒的特征直线(图4中的线B)，并记录下该特征直线的中点在Y轴上的对应坐标y1。

S6：往运动坐标系X轴的左方向移动四轴平台固定距离(比如40mm)到A点。然后用显微CCD1拍摄下晶圆图像，根据Hough变换检测此时最靠近图像中心位置晶粒的特征直线(图5中的线C)，并记录下该特征直线的中点在Y轴上的对应坐标y2。

S7：根据两条特征直线的偏移量(y2-y1)和A点与C点间的距离(40mm)，可以得出整个晶圆的倾角，根据该倾角旋转旋转平台8。至此LED晶圆激光切割自动调水平完成。

所述步骤中的S1到S3参考图1，所述步骤中的S4主要参考图2和图3，所述步骤中的S5主要参考图2和图4，所述步骤中的S6主要参考图2和图5。

因在S4中旋转的精度为0.1°，所以往运动坐标系X轴的任一方向移动20mm，在运动坐标系Y轴上的偏移量最多只有35um，不足晶粒边的一半。可以得出所述步骤S5中C点和S6中的A点最靠近图像中心位置晶粒的特征直线为所述步骤S4中处于运动坐标系X轴上的特征直线。

所述步骤S4、S5、S6中，在进行Hough变换之前，可以对图像进行预处理。其预处理包括对该图像进行灰度化、滤波、二值化处理，处理完后对得到的图像边缘进行细化。细化的边缘中即可得到特征直线。本实施例经实践，调水平的有效精度达到了2um。

图8为根据本发明实施例的LED晶圆的显微图像。图9为图8的显微图像进行细化前预处理的图。图10为图9进行细化后的图。图9的图像像素显示出没有经过细化预处理的话，一个边缘可能占据不止一个像素，这样提取的特征直线就可能不准确，对结果造成误差。而细化后的边缘只占一个像素，得到的特征直线非常清晰，结果误差很小。

从以上的描述可以看出，本发明解决了目前手动定位速度慢，精度差的问题，提高了LED晶圆切割的性能并使激光切割朝着集约型、智能化的方向发展。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种LED晶圆激光切割装置的调水平方法，其特征在于，包括初步调水平和二次调水平；

所述初步调水平包括：将所述LED晶圆放置于激光切割装置的四轴平台的吸附区域的中央；自动调焦后拍摄所述LED晶圆的第一显微图像；确定所述第一显微图像靠近中心位置晶粒的第一特征直线；确定所述第一特征直线与所述四轴平台的X轴之间的夹角α；旋转所述四轴平台，使得α变为0；移动所述四轴平台，使得所述特征直线与所述X轴重合；

所述二次调水平包括：横向移动所述四轴平台第一距离；拍摄所述LED晶圆的第二显微图像；确定所述第二显微图像靠近中心位置晶粒的第二特征直线；确定所述第二特征直线的中点在Y轴上的对应坐标y1；反向移动所述四轴平台第二距离s；拍摄所述LED晶圆的第三显微图像；确定所述第三显微图像靠近中心位置晶粒的第三特征直线；确定所述第三特征直线的中点在Y轴上的对应坐标y2；确定所述LED晶圆的倾角β为arctg((y2-y1)/s)；旋转所述四轴平台，使得β变为0；

利用图像分析技术确定所述显微图像中晶粒的特征直线；

使用Hough变换在显微图像中确定所述特征直线；所述Hough变换检测时，变换域中的角度循环步进值为π/1800。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用图像分析技术确定所述显微图像中晶粒的特征直线包括：

确定最邻近所述显微图像中心的连续的长边为所述晶粒的特征直线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用Hough变换前，先对所述显微图像进行预处理，所述预处理包括对所述图像依次进行灰度化、滤波、二值化处理，处理完后对得到的图像边缘进行细化。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一距离小于单个所述晶圆长边的一半，所述第二距离是第一距离的两倍。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，旋转的步进精度至少为0.002°。