CN1927520B - 激光束加工机 - Google Patents
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Abstract
一种激光束加工机，包括具有用于将激光束应用至夹持在卡盘式工作台上的工件以加工工件的聚光器的激光束应用装置，和用于收集并排出由于激光束加工所产生的粉尘的粉尘排出装置，其中粉尘排出装置包括第一盖组件和第二盖组件，第一盖组件安装在聚光器的底端上并具有允许来自聚光器的应用激光束通过其底壁的第一开口；第二盖组件设置成环绕第一盖组件，并具有用于让来自聚光器的激光束通过并在底壁吸入粉尘的第二开口，空气导入腔形成在第一盖组件和聚光器之间并与第一开口连通，粉尘收集腔形成在第一盖组件和第二盖组件之间并与第二开口连通，用于提供空气至空气导入腔的第一空气供给装置，和用于在粉尘收集腔中产生涡流的涡流产生装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用激光加工工件如半导体晶片的激光束加工机。
背景技术
在半导体器件的生产过程中，在大致盘状的半导体晶片的正面上，通过排列在栅格图案中称为“街道(streets)”的分界线多个区域被切割，并且在每个切割的区域中形成器件如IC或LSI。通过沿着该芯片间隔来切割这个半导体晶片，以把它分成其中形成器件的区域来生产单个的半导体芯片。在蓝宝石衬底正面上，包括光接收器件如光电二极管或发光器件如激光二极管的光学器件晶片也被沿着芯片间隔切割，以把它分成单个的光学器件如在电子设备中广泛应用的光电二极管或激光二极管。
与沿着芯片间隔分割晶片如上文的半导体晶片或光学器件晶片的装置的一样，日本专利JP A2004-9139公开了一种方法，其中沿着形成在晶片上的芯片间隔施加脉冲激光束以形成槽，并且沿着芯片间隔把晶片分开。
然而，当沿着晶片如作为工件的硅质或蓝宝石晶片的芯片间隔施加激光束的时候，存在硅质或蓝宝石熔化和熔化废料的问题，即废渣散落并粘结在由晶片的矩形区域中形成的器件的表面上，从而降低了器件的质量。此外，还增加了这样一个问题，粉尘如散落的废渣粘结到整合在提供激光束的聚光器中的会聚透镜上，从而防碍了激光束的应用。
为了解决上文的问题，专利WO03/095140A1中公开了一种激光束加工机，其包括用于吸入粉尘如由来自激光束应用装置聚光器的激光束施加至工件上所产生的废渣的抽吸装置。该激光束加工机的抽吸装置包括设置的环绕聚光器的中心罩，并且对于中心罩来说聚光器的激光束应用侧是敞开的，外罩设置的环绕中心罩并且对于外罩来说聚光器的激光束应用侧是敞开的，并且该中心罩和该外罩都连接到抽吸源上。
尽管上文专利WO03/095140A1所公开的抽吸装置能够抽吸粉尘如把来自聚光器的激光束应用至工件所产生的废渣，其问题是抽吸到外罩和中心罩中的粉尘累积并阻塞连至抽吸源的通道，从而在短时间内降低了抽吸能力。还有另外一个问题，抽吸到中心罩中的粉尘粘结聚光器的会聚透镜。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光束加工机，其能够有效地收集并排出粉尘如通过应用来自聚光器的激光束至工件所产生的废渣。
为了实现上述目的，根据本发明，在此提供一种激光束加工机，其包括用于夹持工件的卡盘式工作台，具有用于提供激光束至固定到卡盘式工作台上的工件上以加工工件的聚光器的激光束应用装置，和用于收集并排出由于应用来自聚光器的激光束至工件上所产生的粉尘的粉尘排出装置，其中：
粉尘排出装置包括：第一盖组件，其安装在聚光器的底端并具有第一开口，该第一开口用于使得来自聚光器的激光束通过底壁被应用；第二盖组件，其设置成环绕第一盖组件并具有第二开口，该第二开口使得来自聚光器的激光束通过以被应用并在底壁中吸入粉尘；空气导入腔，其形成在第一盖组件和聚光器之间并与第一开口连通；粉尘收集腔，其形成在第一盖组件和第二盖组件之间并与第二开口连通；第一空气供给装置，其用于提供空气至空气导入腔中；涡流产生装置，其用于在粉尘收集腔中产生涡流；第二空气供给装置，其用于提供空气至涡流产生装置；及连接到粉尘收集腔的排出装置。
向着其底端逐渐变细的尖端部分设置在第一盖组件的底部部件上，粉尘收集腔形成孔形成在第二盖组件的底部部件上，该盖粉尘收集腔形成孔具有向着其底端与第一盖组件的尖端部分的外壁相一致地变细的内壁。涡流产生装置具有多个沿着粉尘收集腔形成孔内壁切向形成的空气喷射孔，以及与第二盖组件的底部部件中的多个空气喷射孔和第二空气供给装置相连通的空气通道。
在根据本发明的激光束加工机中，通过从第二空气供给装置提供空气给涡流产生装置，在粉尘收集腔中产生涡流并且在第二开口中产生负压。结果，经施加激光束至工件上所产生的废渣从其内产生负压的第二开口被吸入到粉尘收集腔中，并通过排出装置排出。因此，粉尘不会粘结在工件的表面上。由于涡流是在粉尘收集腔中形成的，收集的粉尘不会在粉尘收集腔中累积并被顺利地通过排出装置排出。因此，粉尘的排出功能被保持很长时间。此外，根据本发明由来自第一空气供给装置所提供的空气从第一开口向着第二开口喷射，从第二开口吸入的粉尘不会通过第一开口进入到空气导入腔中，因此不会粘结聚光器的会聚透镜。
附图说明
图1是根据本发明组成的激光束加工机的透视图；
图2是图1中所示激光束加工机聚光器上所安装的粉尘排出装置的分解透视图；
图3是图1中所示激光束加工机的聚光器上安装的粉尘排出装置的截面图；
图4(a)和4(b)示出了图1中所示激光束加工机所实施的槽形成步骤的说明图；及
图5是图4(a)和4(b)中所示激光束加工机实施槽形成步骤的状态中粉尘排放装置的截面图。
具体实施方式
参照附图，将在下文更详细地描述根据本发明组成的激光束加工机的优选实施例。
图1是根据本发明组成的激光束加工机的透视图。图1中所示的激光束加工机包括：静止底座2；用于固定工件的卡盘式工作台机构3，其以能够在箭头X所示的加工进给方向上移动的方式安装在固定底板2上；激光束应用单元支撑机构4，其以能够在垂直于箭头X所示的方向的由箭头Y所示指示的分度进给方向上移动的方式安装到静止底座2上；以及激光束应用单元5，其以能够在箭头Z所示的方向上移动的方式安装到激光束应用单元支撑机构4上。
上文的卡盘式工作台机构3包括：一对安装到静止底座2上的导轨31和31上，并在箭头X所示的加工进给方向上设置得相互平行；第一滑块32，其以能够在箭头X所示的加工进给方向上可移动的方式安装到导轨31和31上；第二滑块33，其以能够在箭头Y所示的分度进给方向上可移动的方式安装到第一滑块32上；支撑工作台35，其通过圆柱形组件34支撑在第二滑块33上；以及充当工件夹持装置的卡盘式工作台36。卡盘式工作台36包括由多孔材料制成的吸附卡盘361，如盘状半导体晶片的工件通过未示出的抽吸装置夹持在该吸附卡盘361上。如上文所述组成的卡盘式工作台36通过安装到圆柱形组件34中的脉冲电动机(未示出)来旋转。
上文的第一滑块32在其背面具有一对要导向槽321和321来装配所述一对导轨31和31，并且在其正面上具有一对导轨322和322在箭头Y所示的分度进给方向上设置得相互平行。如上文所述构成的第一滑块32通过分别将导向槽321和321装配至一对导轨31和31而能够在箭头X所示指示的加工进给方向上沿着一对导轨31和31运动。在该说明性实施例中的卡盘式工作台机构3包括加工进给装置37，加工进给装置37用于沿着一对导轨31和31在箭头X所示的加工进给方向上移动第一滑块32。该加工进给装置37包括公螺杆371，公螺杆371设置在上述的两个相互平行的导轨31和31之间，并且驱动源如脉冲电动机372用于旋转驱动公螺杆371。在其一端上，公螺杆371可旋转地支撑于固定到静止底座2上的轴承座373上，在另一端上，公螺杆371传动式耦合至上述脉冲电动机372的输出轴上。公螺杆371旋入到形成于母螺纹块(未示出)中的螺纹通孔中，该母螺纹块从第一滑块32的中心部分的背面伸出。因此，通过用脉冲电动机372在正常方向或反转方向上驱动公螺杆371，第一滑块32就在箭头X所示的加工进给方向上沿着导轨31和31移动。
上述第二滑块33在其背面具有一对导向槽331和331以装配上述第一滑块32正面上的一对导轨322和322，并通过分别将导向槽331和331装配至一对导轨322和322上，第二滑块33能够在箭头Y所示的分度进给方向上移动。在说明性实施例中的卡盘式工作台机构3包括第一分度进给装置38，其用于在箭头Y所示的方向上沿着形成在第一滑块32上的一对导轨322和322来移动第二滑块33。第一分度装置38包括设置在上述两个相互平行的导轨322和322之间的公螺杆381，以及用于旋转驱动公螺杆381的驱动源，如脉冲电动机382。在其一端，公螺杆381可旋转地支撑在固定到上述第一滑块32正面上的轴承座383上，并且在另一端，公螺杆381传动地耦合到上述脉冲电动机382的输出轴上。公螺杆381螺纹式接入到在母螺纹块(未示出)中形成的螺纹通孔中，该母螺纹块从第二滑块33中心部分的背面伸出。因此，通过以脉冲电动机382在正常方向或反转方向上驱动公螺杆381，第二滑块33就在箭头Y所示的分度进给方向上沿着导轨322和322移动。
上述激光束应用单元支撑机构4包括一对导轨41和41，导轨41和41安装到静止底座2上并在箭头Y所示的分度进给方向上设置得相互平行，并且可移动的支撑底座42以其能够在箭头Y所示的方向可移动的方式安装到导轨41和41上。该可移动的支撑底座42是由可移动地安装到导轨41和41上的可移动支撑部分421和安装到可移动支撑部分421上的安装部分422组成。该安装部分422设置有两个在其一个侧面上在箭头Z所示的方向上相互平行延伸的导轨423和423。说明性实施例中的激光束应用单元支撑机构4包括第二分度装置43，其用于沿着一对导轨41和41在箭头Y所示的分度进给方向上移动可移动的支撑底座42。该第二分度装置43具有设置在上述两个相互平行导轨41和41之间的公螺杆431，及用于旋转驱动公螺杆431的驱动源，如脉冲电动机432。在其一端上，该公螺杆431被可旋转地支撑在固定到上述静止底座2上的轴承座(未示出)上，在其另一端上，公螺杆431传动地耦合至上述脉冲电动机432的输出轴上。公螺杆431被拧入到形成于母螺纹块(未示出)中的螺纹通孔中，该母螺纹块从组成可移动的支撑底座42的可动支撑部分421中心部分的背面伸出。因此，通过用脉冲电动机432在正常方向或反转方向上驱动公螺杆431，可移动的支撑底座42就沿着导轨41和41在箭头Y所示的分度进给方向上移动。
在说明性实施例中的激光束应用单元5包括单元夹持器51和固定于单元夹持器的激光束应用装置52。该单元夹持器51具有一对导向槽511和511，其可滑动地转配至两个形成于上述安装部分422上的导轨423和423上，并且该单元夹持器51通过分别把导向槽511和511装配至上述导轨423和423上，以能够在箭头Z所示的方向上移动的方式被支撑。
说明性的激光束应用装置52施加来自大致水平地设置在圆柱形壳体521的端部上所附着的聚光器522的脉冲激光束。图像拾取装置6安装在组成激光束应用装置52的壳体521的前端部分上，图像拾取装置6通过上述激光束应用装置52拾取要被激光处理区域的图像。该图像拾取装置33包括图像拾取设备(CCD)并提供图像信号至控制装置，该控制装置未示出。粉尘排出装置7安装在聚光器的底端部分上，粉尘排出装置7用于收集并排出由于应用来自聚光器522的激光束至工件上所产生的粉尘。接下来将详细描述该粉尘排出装置7。
在说明性实施例中的激光束应用单元5包括移动装置53，其用于沿一对导轨423和423在箭头Z所示的方向上移动单元夹持器51。该移动装置53具有设置在一对导轨423和423之间的公螺杆(未示出)，及用于旋转驱动公螺杆的驱动源，如脉冲电动机532。通过用脉冲电动机532在正常方向上或反转方向上驱动公螺杆(未示出)，单元夹持器51和激光束应用装置52都沿着导轨423和423在箭头Z所示的方向移动。在说明性实施例中，激光束应用装置52通过脉冲电动机532在正常方向上驱动向上移动，及通过脉冲电动机532在反转方向上驱动向下移动。
参照附图2和图3，将随后给出上述粉尘排出装置7的描述。图2是粉尘排出装置7的分解透视图，图3是粉尘排出装置7的截面图。
在说明性实施例中的粉尘排出装置7包括第一盖组件71和第二盖组件72。第一盖组件71包括：座落在顶部的安装部分711、连接安装部分711的底端并围绕聚光器522的外壁的中间部分712、及连接到中间部分712的底端并向着底端变尖的变尖部分713。安装部分711是矩形的并在中心处具有孔711a。该孔711a的内部直径要大于聚光器522壳体的细径底部522a的外径。装配至聚光器522壳体大直径顶部部分522b的装配槽711b形成于安装部分711的顶端部分中。通过壳体的大直径顶部部分522b在装配槽711b中的压装合，第一盖组件71就安装到聚光器522的壳体上。如图2中所示，每个用于接收紧固螺栓8的螺栓插入孔711c都形成于矩形安装部分711的四个角。
构成第一盖组件71的中间部分712是圆柱形的并连接于安装部分711的底端，中间部分712的内径与形成于安装部分711中的孔711a内径相等。因此，空气导入腔710形成于安装部分711及中间部分712的内壁和聚光器522的外壁之间。
构成第一盖组件71的变尖部分713是圆锥形的并连接到中间部分712的底端，并且第一开口713b形成于其底壁713a，第一开口713b与空气导入腔710连通并允许来自聚光器522应用的激光束通过。在说明性实施例中，第一开口713b的直径为3mm。与空气导入腔710连通的空气导入孔711d形成于第一盖组件71的安装部分711中。该空气导入孔711d与第一空气供给装置76相连。
在说明性实施例中，构成上述粉尘排出装置7的第二盖组件72由上部组件73和下部组件74组成。上部组件73是矩形的并具有孔73a，孔73a的直径要大于第一盖组件71中心的中间部分712的外径。上部组件73设置成环绕第一盖组件71的中间部件712。因此，形成粉尘收集腔720的空间位于第一盖组件71的中间部分712的外壁和第二盖组件72的上部组件73的内壁之间。与粉尘收集腔720连通的排出口73b形成于上部组件73中。排出管77连接排出口73b。排出口73b和排出管77构成排出装置，其连接到粉尘收集腔720上。如图2中所示，每个用于接收紧固螺栓8的螺栓插入孔73c都形成于矩形上部组件73的四个角。
构成第二盖组件72的下部组件74是矩形的，并具有以圆锥形内壁形成孔74a的粉尘收集腔，该圆锥形内壁向着底端变尖，与上述第一盖组件71中心的圆锥形变尖部分713的外壁相适应。形成粉尘收集腔720的空间位于变尖部分713外壁和孔74a的内壁之间。第二开口74c形成于下部组件74的底壁74b上，第二开口74c与粉尘收集腔720连通并允许来自聚光器522的应用激光束通过。在说明性实施例中该第二开口74c具有25mm的直径。在说明性实施例中，构成粉尘排出装置7的第二盖组件72的下部组件74包括用于在粉尘收集腔720中产生涡流的涡流产生装置75。涡流产生装置75包括环形空气通道75a、多个空气喷射孔75b和空气供给孔75c，空气喷射孔75b开口于粉尘收集腔形成孔74a内壁并与环形空气通道75a连通，空气供给孔75c开口于外侧并与环形空气通道75a连通。环形空气通道75a的顶部被上部组件73的背面所封盖。在说明性实施例中，多个空气喷孔75b的数量是3个，并且它们都沿着粉尘收集腔形成孔74a内壁的切向形成。空气供给孔75c与第二空气供给装置78连接。如图2中所示，每个用于接收紧固螺栓8的螺栓插入孔74d都形成于组成第二盖组件72的矩形下部组件74的四个角。在下部组件74的背面上环绕螺栓插入孔74d的部分是沉孔，以便紧固螺栓8的头部能够被插入到螺栓插入孔74d中。
包括第一盖组件71和第二盖组件72的粉尘排出装置7是通过把紧固螺栓8插入到形成在第一盖组件71的安装部分711中的螺栓插入孔711c中，接着把螺母80拧到紧固螺栓8的底端来装配的。
在说明性实施例中的粉尘排出装置7如上文所述构成，并从第二空气供给装置78以70升/分钟的速率提供5个大气压的空气。该空气通过空气供给孔75c和环形空气通道75a从多个空气喷射孔75b以例如500米/秒的速度喷射到粉尘收集腔720的下部部分中。结果，在粉尘收集腔720中形成涡流，在与粉尘收集腔720的下部中心部分连通的第二开口74c中产生负压。因此，安装到聚光器522上的粉尘排出装置7下面的空气(包括粉尘，其将在下文中描述)从第二开口74c处被吸入到粉尘收集腔720中，并通过排出口73b从排出管77排出。在说明性实施例中，从第二开口74c处汲取空气的量大约是200升/分钟。此时，5个大气压的空气从第一空气供给装置76以20升/分钟的速率供给。这样的空气从第一开口713b处通过空气导入孔711d和空气导入腔710向着第二开口74c喷射。因此，下文将要描述的粉尘就不会通过第一开口713b进入到空气导入腔710中，从而使得有可能防止粉尘粘结到聚光器522的会聚透镜上。从第一开口713b处向着第二开口74c喷射的空气与从外部吸入的空气一起被吸入到粉尘收集腔720中，并通过组成排出装置的排出口73b从排出管77排出，同时如上文所述在第二开口74c处产生负压。
说明性实施例中的激光束加工机如上文所述构成，接下来将描述其功能。
作为工件的半导体晶片10首先放置在图1中所示的激光束加工机的卡盘式工作台36上，并通过启动未示出的吸附装置把工件吸附并夹持在卡盘式工作台36上。街状分界线形成在半导体晶片10正面上的晶格图案中，并且通过在晶格图案中排列的街状分界线在多个面积区域中形成器件如IC和LSI。吸附夹持该半导体晶片10的卡盘式工作台36通过加工进给装置37设置在图像拾取装置6的右下方。在把卡盘式工作台36定位在图像拾取装置6的右下方之后，通过图像拾取装置6和未示出的控制装置实施用于检测半导体晶片10的要加工区域的找平工作。即图像拾取装置6和控制装置(未示出)实施图像处理如图像匹配等，以便在半导体晶片10的预定方向上形成的街状分界线与用于沿着街状分界线应用激光束的激光束应用装置52的聚光器522对准，从而执行激光束应用位置的校准。激光束应用位置的校准也可以应用在沿着垂直于上述预定方向在半导体晶片10上形成的街状分界线。
通过如上文所述检测夹持在卡盘式工作台36上的半导体晶片10上形成的街状分界线来执行激光束应用位置校准之后，该卡盘式工作台36移动到激光束应用区域，如图4中所示，这里激光束应用装置52的聚光器522被定位在使预定街状分界线的一端(图4(a)中的左端)处在聚光器522的右下方位置。来自聚光器522的应用脉冲激光束的交点设定在靠近半导体晶片10前表面(正面)的部分上。卡盘式工作台36即半导体晶片10接着以预定的加工进给速度沿着图4(a)中箭头X1所示的方向上移动，同时对半导体晶片具有吸收性波长的脉冲激光束从激光束应用装置52的聚光器522照射到半导体晶片10上。当街状分界线的另一段(图4(b)中的右端)到达聚光器522的右下方的时候，脉冲激光束的应用被暂停，并且卡盘式工作台36即半导体晶片10的移动就停止。结果，如图4(b)中所示，在半导体晶片10中沿着街状分界线形成了槽101(形成槽的步骤)。
上述的形成槽的步骤是在下面的处理条件下实施的，如：
激光束的光源：YV04激光器或YAG激光器
波长：355nm
重复频率：50kHz
平均输出(average output)：4W
焦点直径：20μm
加工进给速度：150毫米/秒
在上述的形成槽的步骤中，半导体晶片10被熔化，并且通过应用来自聚光器522的脉冲激光束照射至半导体晶片10的正面上产生了粉尘，如废渣。因此，由于在说明性实施例中激光束加工机包括粉尘排出装置7，如图5中所示，由应用脉冲激光束至半导体晶片10上所产生的粉尘110通过其中已产生负压的第二开口74c被吸入到粉尘收集腔720中，并通过排出口73b从排出管77排出。由于通过高速空气从多个空气喷射孔75b喷射而在粉尘收集腔720中形成涡流，吸入的粉尘110通过排出口73b顺利排出不会积累在粉尘收集腔720中，从而长时间保持粉尘排出功能。因此，粉尘110不会粘结到在半导体晶片10正面上形成的器件上。由于从第一空气供给装置76提供的空气从第一开口713b通过空气导入孔711d和空气导入腔710如上文所述向着第二开口74c喷射，从第二开口74c吸入的粉尘110不会通过第一开口713b进入到空气导入腔710中，并因此不会粘结至聚光器522的会聚透镜上。
Claims (3)
1.一种激光束加工机，包括：用于夹持工件的卡盘式工作台；激光束应用装置，其具有用于将激光束应用至夹持在卡盘式工作台的工件上以对其加工的聚光器；粉尘排出装置，其用于收集并排出由于把来自聚光器的激光束应用至工件上所产生的粉尘，其中：
所述粉尘排出装置包括：
第一盖组件，该第一盖组件安装在聚光器的底端上，并在其底壁上具有允许来自聚光器的应用激光束通过的第一开口；
第二盖组件，该第二盖组件被设置成环绕第一盖组件，并在其底壁上具有用于让来自聚光器的应用激光束通过且吸入粉尘的第二开口，第一盖组件和聚光器二者之间限定了与第一开口连通的空气导入腔，第一盖组件和第二盖组件二者之间限定了粉尘收集腔，其与第二开口连通；
第一空气供给装置，其用于将空气提供至空气导入腔；
涡流产生装置，其用于在粉尘收集腔中产生涡流，所述涡流产生装置使得在粉尘收集腔中产生的涡流在第二开口中形成负压，所述负压使得从第一开口向着第二开口喷射的空气流入所述粉尘收集腔中并使得外部空气通过所述第二开口流入所述粉尘收集腔中；
第二空气供给装置，其用于将空气提供至涡流产生装置；以及连接至粉尘收集腔的排出装置。
2.根据权利要求1的激光束加工机，其中向着其底端变尖的变尖部分设置在第一盖组件的底部部件中，粉尘收集腔形成孔形成于第二盖组件的底部部件中，该孔具有向着其底部变尖的与第一盖组件的变尖部分的外壁相适应的内壁。
3.根据权利要求1的激光束加工机，其中涡流产生装置具有：多个空气喷射孔，其沿着粉尘收集腔形成孔的内壁的切向形成；以及空气通道，其与第二盖组件的底部中的所述多个空气喷射孔和第二空气供给装置连通。
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