CN114654108A - Mems探针硅片切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明MEMS探针硅片切割装置属于半导体加工和精密仪器技术领域；该装置包括平行光源，x向光束汇聚机构和y向光束汇聚机构，用于切割MEMS探针硅片；平行光源发出平行光束；x向光束汇聚机构包括多个平行设置的x向柱透镜，设置在x向柱透镜两侧的x向均分支架和用于承载x向光束汇聚机构运动的第一二维水平运动机构；y向光束汇聚机构包括多个平行设置的y向柱透镜，设置在y向柱透镜两侧的y向均分支架和用于承载y向光束汇聚机构运动的第二二维水平运动机构；x向柱透镜和y向柱透镜之间的距离为x向柱透镜焦距和y向柱透镜焦距的差；本发明不仅能够同步切割所有连接筋，而且能够适应不同尺寸探针，在x向和y向分别调整光束位置。

Description

MEMS探针硅片切割装置
技术领域
本发明MEMS探针硅片切割装置属于半导体加工和精密仪器技术领域。
背景技术
探针卡是一种通过探针与裸芯的焊盘相接触，实现测试裸芯的高精密设备。在晶圆单位面积芯片数量不断增多，芯片引脚间距不断缩小的背景下，探针卡上探针间距也越来越小。常规尺寸探针已经无法满足小间距芯片测试需求，随着微电子机械系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System）的发展，出现了搭载MEMS探针的探针卡。
目前，MEMS探针首先加工成由连接筋相互连接的结构，称之为MEMS探针硅片，如图1所示，再经过激光切割，形成一个个独立的MEMS探针，如图2所示。
针对切割MEMS探针硅片的技术需求，强一半导体（上海）有限公司公开了发明专利“一种3DMEMS探针硅片及其定位、切割装置和方法”，申请号202111557382.4，通过二维移动激光束，实现了对MEMS探针硅片的切割，这种方式，还有一个优点，无论MEMS探针硅片上的MEMS探针尺寸如何改变，只要能够识别MEMS探针2D分布图中连接筋的位置，就可以实现任意尺寸的切割。然而，这种方法也有其无法回避的缺点，就是连接筋的切割方式为依次逐个切割，而无法做到同步切割，因此这种方法比较浪费时间。
如果能够同步切割连接筋，可以节约时间，提高工作效率；最容易想到的就是设置多个激光束，通过同步发出激光，实现对连接筋的同步切割，然而，如何针对不同尺寸的MEMS探针，调整各个激光束的相对位置，在MEMS探针尺寸级别上，是难以实现的。
发明内容
针对MEMS探针硅片中连接筋同步切割的技术需求，本发明公开了一种MEMS探针硅片切割装置，不仅能够同步切割MEMS探针硅片中所有连接筋，大幅减少切割时间，提高切割效率，而且由于能够在x向和y向独立调整切割光束位置，因此能够适用于不同尺寸的MEMS探针。
本发明的目的是这样实现的：
MEMS探针硅片切割装置，包括平行光源，x向光束汇聚机构和y向光束汇聚机构，用于切割MEMS探针硅片；
所述平行光源发出平行光束；
所述x向光束汇聚机构包括多个平行设置的x向柱透镜，设置在x向柱透镜两侧的x向均分支架和用于承载x向光束汇聚机构运动的第一二维水平运动机构；
所述y向光束汇聚机构包括多个平行设置的y向柱透镜，设置在y向柱透镜两侧的y向均分支架和用于承载y向光束汇聚机构运动的第二二维水平运动机构；
x向柱透镜和y向柱透镜之间的距离为x向柱透镜焦距和y向柱透镜焦距的差；
沿光线传播方向，平行光源发出的平行光束，经过x向光束汇聚机构后，照射到x向柱透镜的光束在x向汇聚，没有照射到x向柱透镜的光束继续以平行光束传播；此后，x向汇聚光束经过y向光束汇聚机构后，照射到y向柱透镜的光束在y向汇聚，汇聚成光点，没有照射到y向柱透镜的光束继续在x向汇聚，形成x向光线；平行光束经过y向光束汇聚机构后，照射到y向柱透镜的光束在y向汇聚，形成y向光线，没有照射到y向柱透镜的光束平行光束传播；所述光点、x向光线和y向光线与MEMS探针硅片同平面。
上述MEMS探针硅片切割装置，所述x向均分支架和y向均分支架结构相同，均为交剪式伸缩架。
进一步地，所述交剪式伸缩架包括固定点和上下移动的伸缩点，其中，x向光束汇聚机构中的固定点与x向柱透镜位于同一水平面，y向光束汇聚机构中的固定点与y向柱透镜y向柱透镜。
更进一步地，在x向光束汇聚机构中，所述固定点与x向柱透镜安装于x向水平滑道中；在y向光束汇聚机构中，所述固定点与y向柱透镜安装于y向水平滑道中。
有益效果：
第一、在本发明MEMS探针硅片切割装置中，由于采用了平行光源，且设置了x向柱透镜和y向柱透镜，同时要求x向柱透镜和y向柱透镜之间的距离为x向柱透镜焦距和y向柱透镜焦距的差，因此能够实现面光源变成阵列点光源，进而实现多个连接筋同步切割。
第二、在本发明MEMS探针硅片切割装置中，平行光被自动分割成光点、x向光线、y向光线和平行光，其中，能量集中的点光恰好能够照射到连接筋，利用高能将连接筋切断，而x向光线、y向光线和平行光照射到MEMS探针上，由于能量被分散，因此不会切割及损坏到MEMS探针，该光路设计巧妙，无需单独处理非切割用光源。
第三、在本发明MEMS探针硅片切割装置中，由于分别设置了x向光束汇聚机构和y向光束汇聚机构，实现了x向光束和y向光束独立调整，因此不仅能够适应不同尺寸的MEMS探针，而且能够适应x向连接筋和y向连接筋间距不同的情况。
附图说明
图1是MEMS探针硅片的平面图和立体图。
图2是独立的MEMS探针的平面图和立体图。
图3是本发明MEMS探针硅片切割装置的示意图。
图4是x向光束汇聚机构的结构示意图。
图5是y向光束汇聚机构的结构示意图。
图6是本发明光路中形成光点的光路图。
图7是本发明光路中形成x向光线的光路图。
图8是本发明光路中形成y向光线的光路图。
图9是本发明光路中形成平行光的光路图。
图10是本发明MEMS探针硅片切割方法的流程图。
图中：1平行光源、2x向光束汇聚机构、2-1x向柱透镜、2-2x向均分支架、3y向光束汇聚机构、3-1y向柱透镜、3-2y向均分支架、4MEMS探针硅片、4-1固定点、4-2伸缩点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施方式一
以下是本发明MEMS探针硅片切割装置的具体实施方式。
该具体实施方式下的MEMS探针硅片切割装置，包括平行光源1，x向光束汇聚机构2和y向光束汇聚机构3，用于切割MEMS探针硅片4，如图3所示；
所述平行光源1发出平行光束；
所述x向光束汇聚机构2包括多个平行设置的x向柱透镜2-1，设置在x向柱透镜2-1两侧的x向均分支架2-2和用于承载x向光束汇聚机构2运动的第一二维水平运动机构，如图4所示；
所述y向光束汇聚机构3包括多个平行设置的y向柱透镜3-1，设置在y向柱透镜3-1两侧的y向均分支架3-2和用于承载y向光束汇聚机构3运动的第二二维水平运动机构，如图5所示；
x向柱透镜2-1和y向柱透镜3-1之间的距离为x向柱透镜2-1焦距和y向柱透镜3-1焦距的差；
沿光线传播方向，平行光源1发出的平行光束，经过x向光束汇聚机构2后，照射到x向柱透镜2-1的光束在x向汇聚，没有照射到x向柱透镜2-1的光束继续以平行光束传播；此后，x向汇聚光束经过y向光束汇聚机构3后，照射到y向柱透镜3-1的光束在y向汇聚，汇聚成光点，没有照射到y向柱透镜3-1的光束继续在x向汇聚，形成x向光线；平行光束经过y向光束汇聚机构3后，照射到y向柱透镜3-1的光束在y向汇聚，形成y向光线，没有照射到y向柱透镜3-1的光束平行光束传播；所述光点、x向光线和y向光线与MEMS探针硅片4同平面。
光路中，形成光点、x向光线、y向光线和平行光的光路图分别如图6、图7、图8和图9所示。
具体实施方式二
以下是本发明MEMS探针硅片切割装置的具体实施方式。
该具体实施方式下的MEMS探针硅片切割装置，在具体实施方式一的基础上，进一步限定：所述x向均分支架2-2和y向均分支架3-2结构相同，均为交剪式伸缩架，如图4和图5所示。
具体实施方式三
以下是本发明MEMS探针硅片切割装置的具体实施方式。
该具体实施方式下的MEMS探针硅片切割装置，在具体实施方式二的基础上，进一步限定：所述交剪式伸缩架包括固定点4-1和上下移动的伸缩点4-2，其中，x向光束汇聚机构2中的固定点与x向柱透镜2-1位于同一水平面，y向光束汇聚机构3中的固定点与y向柱透镜3-1y向柱透镜3-1。
这样的结构设计，能够保证伸缩点4-2上下移动时，x向柱透镜2-1或y向柱透镜3-1保持在固定水平面内不动，即保证x向柱透镜2-1和y向柱透镜3-1焦面固定，进而无需在x向光束汇聚机构2和y向光束汇聚机构3中设置竖直方向的运动机构，降低设备成本。
具体实施方式四
以下是本发明MEMS探针硅片切割装置的具体实施方式。
该具体实施方式下的MEMS探针硅片切割装置，在具体实施方式二的基础上，进一步限定：在x向光束汇聚机构2中，所述固定点4-1与x向柱透镜2-1安装于x向水平滑道中；在y向光束汇聚机构3中，所述固定点4-1与y向柱透镜3-1安装于y向水平滑道中，如图4和图5所示。
这样的结构设计，能够避免交剪式伸缩架在伸长后发生弹性形变，进而避免远离固定点4-1的x向柱透镜2-1和y向柱透镜3-1沿光轴方向移动，确保光点准焦，连接筋同步且成功切割。
具体实施方式五
以下是本发明MEMS探针硅片切割方法的具体实施方式。
该具体实施方式下的MEMS探针硅片切割方法，应用于具体实施方式三或具体实施方式四所述的MEMS探针硅片切割装置，该方法流程图如图10所示，包括以下步骤：
步骤a、根据MEMS探针硅片4中x向相邻两个连接筋的距离Dx，交剪式伸缩架固定点到第一交叉点的距离L1，调整x向均分支架2-2中，固定点4-1和伸缩点4-2之间的距离L2x，满足以下条件：4DX^2+L2x^2=4L1^2；
步骤b、第一二维水平运动机构使x向柱透镜2-1位于x向连接筋的上方；
步骤c、根据MEMS探针硅片4中y向相邻两个连接筋的距离Dy，交剪式伸缩架固定点到第一交叉点的距离L1，调整y向均分支架3-2中，固定点4-1和伸缩点4-2之间的距离L2y，满足以下条件：4DX^2+L2y^2=4L1^2；
步骤d、第二二维水平运动机构使y向柱透镜3-1位于y向连接筋的上方；
在步骤a和步骤c中，^2表示平方运算；
步骤e、平行光源1发出平行光束，经过x向光束汇聚机构2后，照射到x向柱透镜2-1的光束在x向汇聚，没有照射到x向柱透镜2-1的光束继续以平行光束传播；此后，x向汇聚光束经过y向光束汇聚机构3后，照射到y向柱透镜3-1的光束在y向汇聚，汇聚成光点，没有照射到y向柱透镜3-1的光束继续在x向汇聚，形成x向光线；平行光束经过y向光束汇聚机构3后，照射到y向柱透镜3-1的光束在y向汇聚，形成y向光线，没有照射到y向柱透镜3-1的光束平行光束传播；光点同步切割所有连接筋。
具体实施方式六
以下是本发明MEMS探针硅片切割方法的具体实施方式。
该具体实施方式下的MEMS探针硅片切割方法，在具体实施方式五的基础上，进一步限定：步骤a、步骤b、步骤c和步骤d的执行顺序，替换为步骤a、步骤b、步骤d和步骤c。
需要说明的是，在以上具体实施方式中，只要不矛盾的技术方案，都能够进行排列组合，由于本领域的技术人员能够根据高中阶段所学习的排列组合数学知识，穷尽所有排列组合后的结果，因此这些结果在本申请中不再一一罗列，但应理解为每一种排列组合结果都被本申请所记载。
还需要说明的是，以上具体实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.MEMS探针硅片切割装置，其特征在于，包括平行光源（1），x向光束汇聚机构（2）和y向光束汇聚机构（3），用于切割MEMS探针硅片（4）；
所述平行光源（1）发出平行光束；
所述x向光束汇聚机构（2）包括多个平行设置的x向柱透镜（2-1），设置在x向柱透镜（2-1）两侧的x向均分支架（2-2）和用于承载x向光束汇聚机构（2）运动的第一二维水平运动机构；
所述y向光束汇聚机构（3）包括多个平行设置的y向柱透镜（3-1），设置在y向柱透镜（3-1）两侧的y向均分支架（3-2）和用于承载y向光束汇聚机构（3）运动的第二二维水平运动机构；
x向柱透镜（2-1）和y向柱透镜（3-1）之间的距离为x向柱透镜（2-1）焦距和y向柱透镜（3-1）焦距的差；
沿光线传播方向，平行光源（1）发出的平行光束，经过x向光束汇聚机构（2）后，照射到x向柱透镜（2-1）的光束在x向汇聚，没有照射到x向柱透镜（2-1）的光束继续以平行光束传播；此后，x向汇聚光束经过y向光束汇聚机构（3）后，照射到y向柱透镜（3-1）的光束在y向汇聚，汇聚成光点，没有照射到y向柱透镜（3-1）的光束继续在x向汇聚，形成x向光线；平行光束经过y向光束汇聚机构（3）后，照射到y向柱透镜（3-1）的光束在y向汇聚，形成y向光线，没有照射到y向柱透镜（3-1）的光束平行光束传播；所述光点、x向光线和y向光线与MEMS探针硅片（4）同平面。
2.根据权利要求1所述的MEMS探针硅片切割装置，其特征在于，所述x向均分支架（2-2）和y向均分支架（3-2）结构相同，均为交剪式伸缩架。
3.根据权利要求2所述的MEMS探针硅片切割装置，其特征在于，所述交剪式伸缩架包括固定点（4-1）和上下移动的伸缩点（4-2），其中，x向光束汇聚机构（2）中的固定点与x向柱透镜（2-1）位于同一水平面，y向光束汇聚机构（3）中的固定点与y向柱透镜（3-1）y向柱透镜（3-1）。
4.根据权利要求3所述的MEMS探针硅片切割装置，其特征在于，在x向光束汇聚机构（2）中，所述固定点（4-1）与x向柱透镜（2-1）安装于x向水平滑道中；在y向光束汇聚机构（3）中，所述固定点（4-1）与y向柱透镜（3-1）安装于y向水平滑道中。
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