CN111421250A - 一种半导体晶圆激光切割机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体晶圆激光切割机，包括机座、工件运动平台和激光切割单元，所述激光切割单元包括激光器、光路组件、Z轴组件、焦点跟踪系统、激光切割头和激光聚集系统，所述焦点跟踪系统、激光切割头和激光聚集系统分别设置在所述Z轴组件上，所述激光器射出的激光经所述光路组件的传导进入所述焦点跟踪系统，然后依次经所述激光切割头、激光聚集系统传输后，将激光聚集到所述工件运动平台上的工件上，所述工件运动平台带动工件进行运动，从而完成对工件的激光切割。本发明的有益效果是：采用激光切割，材料利用率高，切割速度快，不需要水冷，切割一致性好，可切割异形和微小产品。

Description

一种半导体晶圆激光切割机
技术领域
本发明涉及激光切割机，尤其涉及一种半导体晶圆激光切割机。
背景技术
随着光电产业的快速发展，高度集成化和高性能半导体晶圆需求不断增长，硅、碳化硅、蓝宝石、砷化镓、氮化铝、磷化铟等衬底材料广泛应用于半导体晶圆。随着晶粒尺寸越来越小、集成度越来越高以及晶圆的轻薄化，传统的机械加工方式已经不能满足生产需求。
传统机械式半导体切割工艺存在以下缺点：切割道较大（大约为50-100um）,导致材料利用率低；切割速度慢；需水冷，切割颗粒可能划伤材料；刀具为易耗品；无法切割异形产品和微小产品。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种半导体晶圆激光切割机。
本发明提供了一种半导体晶圆激光切割机，包括机座、工件运动平台和激光切割单元，所述工件运动平台和激光切割单元分别设置在所述机座上，所述激光切割单元包括激光器、光路组件、Z轴组件、焦点跟踪系统、激光切割头和激光聚集系统，所述焦点跟踪系统、激光切割头和激光聚集系统分别设置在所述Z轴组件上，所述激光器射出的激光经所述光路组件的传导进入所述焦点跟踪系统，然后依次经所述激光切割头、激光聚集系统传输后，将激光聚集到所述工件运动平台上的工件上，所述工件运动平台带动工件进行运动，从而完成对工件的激光切割。
作为本发明的进一步改进，所述光路组件包括激光入射口、入光转角反射座、扩束镜调节架、扩束镜和出光转角反射座，所述扩束镜安装在所述扩束镜调节架上，所述激光器射出的激光经所述激光入射口、入光转角反射座、扩束镜、出光转角反射座后射入所述焦点跟踪系统。
作为本发明的进一步改进，所述Z轴组件上设有手动调节滑台，所述激光切割头和激光聚集系统分别设置在所述手动调节滑台上，所述手动调节滑台上设有采集高度信息的激光测高仪。
作为本发明的进一步改进，所述工件运动平台包括Y轴移动平台、X轴移动平台和旋转平台，所述X轴移动平台设置在所述Y轴移动平台上，所述旋转平台设置在所述X轴移动平台上，所述旋转平台上设有放置工件的治具，所述治具位于所述激光聚集系统的正下方。
作为本发明的进一步改进，所述Y轴移动平台、X轴移动平台均为纳米分辨率直线电机。
作为本发明的进一步改进，所述机座上设有定位工件位置的相机组件。
作为本发明的进一步改进，所述激光器为超短脉冲激光器。
作为本发明的进一步改进，所述机座上设有上料机构和移料机构。
作为本发明的进一步改进，所述机座上设有上料调节流水线装配体，所述上料调节流水线装配体分别与所述上料机构、移料机构对接。
本发明的有益效果是：通过上述方案，采用激光切割，材料利用率高，切割速度快，不需要水冷，切割一致性好，可切割异形和微小产品。
附图说明
图1是本发明一种半导体晶圆激光切割机的（部分分解）示意图。
图2是本发明一种半导体晶圆激光切割机的光路组件的示意图。
图3是本发明一种半导体晶圆激光切割机的激光切割单元的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，一种半导体晶圆激光切割机，包括机座22、工件运动平台和激光切割单元，所述工件运动平台和激光切割单元分别设置在所述机座22上，所述激光切割单元包括激光器15、光路组件16、Z轴组件1、焦点跟踪系统2、激光切割头3和激光聚集系统4，所述焦点跟踪系统2、激光切割头3和激光聚集系统4分别设置在所述Z轴组件1上，所述激光器15射出的激光经所述光路组件16的传导进入所述焦点跟踪系统2，然后依次经所述激光切割头3、激光聚集系统4传输后，将激光聚集到所述工件运动平台上的工件上，所述工件运动平台带动工件进行运动，从而完成对工件的激光切割。
如图1至图3所示，所述光路组件16包括激光入射口17、入光转角反射座18、扩束镜调节架20、扩束镜19和出光转角反射座21，所述扩束镜19安装在所述扩束镜调节架20上，所述激光器15射出的激光经所述激光入射口17、入光转角反射座18、扩束镜19、出光转角反射座后21射入所述焦点跟踪系统2。
如图1至图3所示，所述Z轴组件1上设有手动调节滑台5，所述激光切割头3和激光聚集系统4分别设置在所述手动调节滑台5上，所述手动调节滑台5上设有采集高度信息的激光测高仪6。
如图1至图3所示，所述工件运动平台包括Y轴移动平台9、X轴移动平台13和旋转平台8，所述X轴移动平台设13置在所述Y轴移动平台9上，所述旋转平台8设置在所述X轴移动平台13上，所述旋转平台8上设有放置工件的治具7，所述治具7位于所述激光聚集系统4的正下方。
如图1至图3所示，所述机座22上设有定位工件位置的相机组件14。
如图1至图3所示，所述激光器15为超短脉冲激光器。
如图1至图3所示，所述机座22上设有上料机构11和移料机构10。
如图1至图3所示，所述机座22上设有上料调节流水线装配体12，所述上料调节流水线装配体12分别与所述上料机构11、移料机构10对接。
如图1至图3所示，所述激光器15为高功率超快激光器，提供切割所需要的激光能量，光路组件16为高功率超快光学系统，负责传输激光到Z轴组件1上，连接在Z轴组件1上的焦点跟踪系统2、激光切割头3、激光聚集系统4把激光能量传输到旋转平台8上。
如图1至图3所示，激光聚集系统4把激光聚焦成2微米直径的超细光束，提供高功率密度的切割能量源，减小切割道，提高产品利用率，消除重铸层和应力。
如图1至图3所示，焦点跟踪系统2接收激光测高仪6采样出来的待加工材料变形量并转换成变形修正值，实时调整激光聚集系统4的位置，保证切割效果的一致性，采用焦点实时调整，消除因来料变形或工艺流程导致的翘曲引起的切割不良。
如图1至图3所示，X轴移动平台13和Y轴移动平台9为纳米分辨率直线电机，提供高精度高速度平面二维轨迹移动功能。实现平面任意曲线切割。达到精度和产能最大化。
本发明提供的一种半导体晶圆激光切割机，Z轴组件1提供不同的产品高度不同治具高度初始工作距离粗调，焦点跟踪系统2实时采手动调节滑台5的高度信息并调整工作距离，激光测高仪6微调手动调节滑台5的安装位置，治具7固定产品，旋转平台8校准切割道角度，X轴移动平台13提供切割道偏移，Y轴移动平台9提供切割方向快速运动，移料机构10和上料机构11负责快速上下待加工对象和加工完成对象，上料调节流水线装配体12调整上料机构11和移料机构10上下料准确位置，相机组件14准确定位产品特征并处理，然后调整Y轴移动平台9、X轴移动平台13的位置，激光器15为超短脉冲激光器，和光路组件16、Z轴组件1、激光切割头3、激光聚集系统4构成激光切割系统。
相比现有刀轮切割方式，本发明提供的一种半导体晶圆激光切割机切割道更小，仅为刀轮的30%-50%，无大颗粒粉尘，无需去离子水冷却。无表面裂纹和崩边。可异形切割。
相比现有激光切割机，本发明提供的一种半导体晶圆激光切割机切割道更小，无重结晶，无裂纹，不改变晶粒强度和电性能。
本发明提供的一种半导体晶圆激光切割机，属于激光系统设备领域。该设备适用于半导体晶圆如硅、碳化硅、蓝宝石、砷化镓、氮化铝、磷化铟等衬底材料以及相机滤光片基板的切割划线和打孔等。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种半导体晶圆激光切割机，其特征在于：包括机座、工件运动平台和激光切割单元，所述工件运动平台和激光切割单元分别设置在所述机座上，所述激光切割单元包括激光器、光路组件、Z轴组件、焦点跟踪系统、激光切割头和激光聚集系统，所述焦点跟踪系统、激光切割头和激光聚集系统分别设置在所述Z轴组件上，所述激光器射出的激光经所述光路组件的传导进入所述焦点跟踪系统，然后依次经所述激光切割头、激光聚集系统传输后，将激光聚集到所述工件运动平台上的工件上，所述工件运动平台带动工件进行运动，从而完成对工件的激光切割。
2.根据权利要求1所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述光路组件包括激光入射口、入光转角反射座、扩束镜调节架、扩束镜和出光转角反射座，所述扩束镜安装在所述扩束镜调节架上，所述激光器射出的激光经所述激光入射口、入光转角反射座、扩束镜、出光转角反射座后射入所述焦点跟踪系统。
3.根据权利要求1所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述Z轴组件上设有手动调节滑台，所述激光切割头和激光聚集系统分别设置在所述手动调节滑台上，所述手动调节滑台上设有采集高度信息的激光测高仪。
4.根据权利要求1所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述工件运动平台包括Y轴移动平台、X轴移动平台和旋转平台，所述X轴移动平台设置在所述Y轴移动平台上，所述旋转平台设置在所述X轴移动平台上，所述旋转平台上设有放置工件的治具，所述治具位于所述激光聚集系统的正下方。
5.根据权利要求1所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述Y轴移动平台、X轴移动平台均为纳米分辨率直线电机。
6.根据权利要求1所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述机座上设有定位工件位置的相机组件。
7.根据权利要求1所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述激光器为超短脉冲激光器。
8.根据权利要求1所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述机座上设有上料机构和移料机构。
9.根据权利要求8所述的半导体晶圆激光切割机，其特征在于：所述机座上设有上料调节流水线装配体，所述上料调节流水线装配体分别与所述上料机构、移料机构对接。
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