CN201702514U

CN201702514U - Ccd装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机

Info

Publication number: CN201702514U
Application number: CN 201020191876
Authority: CN
Inventors: 金朝龙
Original assignee: SUZHOU TIANHONG LASER CO Ltd
Current assignee: SUZHOU TIANHONG LASER CO Ltd
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2020-05-17

Abstract

本实用新型涉及一种CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，包括有划片机本体，特点是：划片机本体上设有X/Y轴运动平台，X/Y轴运动平台上设有θ轴旋转平台，正对θ轴旋转平台之上设有带聚焦镜的Z轴升降平台。聚焦镜顶部的对应位置处设有第一反射镜；正对第一反射镜的主工作面处设置有激光光路组件。所述第一反射镜的副工作面顶端设有第二反射镜，所述第二反射镜的反射面处设有CCD装置辅助定位组件。通过软件系统配合CCD装置对晶圆的划片位置进行准确定位，并通过半导体激光器对晶圆进行划片。由此，可极大的提高生产效率，并且激光加工是一种非接触式加工，加工后无溶渣，无毛边，无机械应用，提高芯片的可靠性和寿命。

Description

CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机

技术领域

本实用新型涉及一种划片装置，尤其涉及一种CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机。

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，半导体晶圆的应用得到广泛应用，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，晶圆制造技术和工艺对晶圆切割划片批量生产中的成品率要求越来越高，更提出了以下的技术要求：切割划片晶圆切割的崩边和破损的控制；应力残留的最小化以增强芯片机械强度；微缩切割道以提高昂贵的晶圆面积的利用率；更高的切割速度以提高产能和降低成本等挑战。

传统的旋转砂轮式切割技术在实际生产中存在巨大的困难和一定的工艺极限，并极大的限制了晶圆制造水平的发展。因此，这些旋转砂轮式切割工艺所伴生的问题是无法通过工艺自身的优化来完全解决的，亟需采取新的加工方式解决晶圆切割划片的瓶颈，业界迫切需要一种高精度、高品质及高效的加工方法来取代传统晶圆划片方法。同时传统机械式加工方法存在以下缺点：

1.传统刀片式划片给晶圆带来机械应力，在切割道周边形成微小裂纹，影响芯片的可靠性和寿命；

2.划片速度最大只能达到50mm/s，制约生产厂家的产能；

3.芯片会产生背崩及踏角等现象；

4.传统切割方式预留的切割沟道至少需要0.10mm，在原材料昂贵的条件下，降低了晶圆的在效使用面积；

5.切割用砂轮刀片最多只能切割5万道，刀片损坏随机出现，带来不可预见的切割质量问题；

6.更换刀片需要一定的成本，给企业带来经济压力；

7.切割过程中需要使用蓝膜及去离子水等耗材，增加了使用成本；

8.需要消耗更多的电能及切割过程中硅渣的排放，不利于环保。

总而言之，传统的机械切割机以及采用该机器的加工方法，因其技术难度大，制作精度高。并且，器件难以采购等原因，主要依赖于进口，价格昂贵，用户的服务也不能得到有效保障。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，包括有划片机本体，其中：所述的划片机本体上设有X/Y轴运动平台，所述的X/Y轴运动平台上设有θ轴旋转平台，正对θ轴旋转平台之上设有带聚焦镜的Z轴升降平台；所述聚焦镜顶部的对应位置处设有第一反射镜；正对第一反射镜的主工作面处设置有激光光路组件；所述第一反射镜的副工作面顶端设有第二反射镜，所述第二反射镜的反射面处设有CCD装置辅助定位组件。

上述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其中：所述的X/Y轴运动平台为磁悬浮叠加式运动平台，在X轴上与X轴垂直走向的方向上叠加有Y轴；或是在Y轴上与Y轴垂直走向的方向上叠加有X轴。

进一步地，上述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其中：所述的θ轴旋转平台上设有真空吸附平台。

更进一步地，上述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其中：所述的激光光路组件包括有半导体激光器，半导体激光器发射端设置有激光准直镜；所述激光准直镜正对第一反射镜的主工作面。

更进一步地，上述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其中：所述的半导体激光器为半导体红外激光器。

更进一步地，上述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其中：所述的CCD装置辅助定位组件包括有同轴CCD装置相机，所述同轴CCD装置相机的取景端设有成像镜头，成像镜头的工作面对应第二反射镜的反射面。

更进一步地，上述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其中：所述的成像镜头处设置有LED照明装置。

再进一步地，上述的，其中：所述的划片机本体上安装有同轴吹气装置和抽尘装置。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：利用红外激光聚焦斑点的高能量密度焦点直接对准晶圆表面，破坏硅晶圆的分子链，被加工材料由固态直接进入气态，不产生热熔融。同时，利用软件控制程序设定将要进行划片的晶圆的规格和激光加工参数，将激光焦点对准在晶圆切割沟道中，控制软件控制各运动按设定轨迹进行运动，完成整个晶圆的划片，硅晶圆对激光吸收率高，只需很少的激光能量就能实现晶圆材料的划片。更为重要的是，在进行晶圆校正时辅以同轴CCD装置图像定位，可极大的提高生产效率，运动平台采用带反馈的光学尺进行全闭环控制，具有较高的加工精度，激光加工是一种非接触式加工，加工后无溶渣，无毛边，无机械应用，有效提高了芯片的机械强度，提高芯片的可靠性和寿命。

附图说明

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。这些附图当中，

图1是CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机的部件分布示意图(带箭头的直线为激光光路)。

图中各附图标记的含义如下：

1X/Y轴运动平台 2θ轴旋转平台

3晶圆 4聚焦镜

5第一反射镜 6激光准直镜

7半导体激光器 8第二反射镜

9成像镜头 10CCD相机

具体实施方式

如图1所示的一种CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，包括有划片机本体，其与众不同之处在于：所述的划片机本体上设有X/Y轴运动平台1，所述的X/Y轴运动平台1上设有θ轴旋转平台2，正对θ轴旋转平台2之上设有带聚焦镜4的Z轴升降平台。同时，所述聚焦镜4顶部的对应位置处设有第一反射镜5；正对第一反射镜5的主工作面处设置有激光光路组件。并且，所述第一反射镜5的副工作面顶端设有第二反射镜8，所述第二反射镜8的反射面处设有CCD装置辅助定位组件。

结合本实用新型一较佳的实施方式来看，X/Y轴运动平台1为磁悬浮叠加式运动平台，具体来说，在X轴上与X轴垂直走向的方向上叠加有Y轴。当然，亦可以是在Y轴上与Y轴垂直走向的方向上叠加有X轴。同时，考虑到对晶圆3进行一个较佳的定位，在θ轴旋转平台2上设有真空吸附平台。

进一步来看，为了更好的对晶圆3进行划片，激光光路组件包括有半导体激光器7，半导体激光器7发射端设置有激光准直镜6，激光准直镜6正对第一反射镜5的主工作面。同时，通过多次对比试验后发现，半导体激光器7以半导体红外激光器能实现较佳的效果。并且，为了便于CCD装置辅助定位组件能够正确采样，CCD装置辅助定位组件包括有同轴CCD装置相机10，同轴CCD装置相机10的取景端设有成像镜头9，成像镜头9的工作面对应第二反射镜8的反射面。

并且，由于CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机的工作环境多变，为了便于成像镜头9在采样时能尽可能的清晰，便于后续的准确切割，在成像镜头9处设置有LED照明装置。再者，考虑到切割过程中容易产生粉尘，而粉尘亦会影响成像镜头9的正常工作，同时也影响半导体激光器7的光路发射效果。为此，在划片机本体上安装有同轴吹气装置和抽尘装置。

结合本实用新型的实际实施过程来看。在进行划片前，先启动硬件电源，激光电源，打开气源开关，再启动控制电脑，打开划片软件，软件会对当前的状态进行自动侦测，如有异常，系统进行提示，打开软件后，选择正方形、圆形及六边形晶圆三种划片模式中的任一一种，再设定控制软件程序中的激光频率，激光脉宽，激光能量，划片速度，材料厚度，划片深度，加工次数，以及定位方式等划片参数。

接着，在控制软件中设定晶粒尺寸，也可以在系统数据库中调用系统中已有的规格，软件会自动产生将要加工晶圆的版图，并将版图导入系统控制软件，加工时，运动平台会根据导入的版图路径进行轨迹运动，激光光束固定不动，平台按运动轨迹做高速移动，在晶圆预留切割沟道中形成激光切割线，一次加工完一个完整的晶圆片后，所有作业流程完成，再进行下一个晶圆3的划片。

在进行加工前，先需对晶圆片进行CCD装置定位，可采用自动定位和手动定位模式，具体来说：当晶圆特征明显时系统采用自动定位模式，当特征不太明显，无法完成满足自动定位的条件时，选择手动定位模式。当同轴LED光照到晶圆上时，发产生反射，反射光通过聚焦镜4后变成平行光，平行光穿透第一反射镜5，进入第二反射镜8，第二反射镜8经过45°反射后，光路改变入射方向，再进入成像镜后聚焦到CCD装置相机10的芯片上，通过调整第二反射镜8的角度，可以将激光焦点位置打到CCD装置的十字靶心上，实现激光与成像同轴，微调成像镜头9，改变成像放大倍率，直到适合定位要求的倍率。

当选用自动定位模式时，CDD相机10采集到当前的图像与系统时设定的模板进行匹配，通过数据处理，软件程序计算出当前晶圆3角度和预留切割沟道正中心的位置，并将此位置坐标记入系统，软件程序根据计算的数据，控制工作平台按轨迹进行运动，完成划片。

再进一步来看，当选用手动模式时，直接通过显示屏将CCD装置十字靶心对准预留的切割沟道中心，通过对晶圆左右两个位置的比对，通过旋转θ轴旋转平台2，将晶圆3角度校正，再自动将晶圆3第一条切割线送到焦点位置，再按软件程序进行轨迹运动，完成划片。并且，在划片过程中，激光光路固定不动，可以确保光路的稳定性，只要将平台的精度进行控制，整个系统的精度不能得以确保，较易实现。

而且，当前加工状况及加工质量直接显示在人机界面上，非常直观，同时，可以在软件控制上进行微调，提高加工质量。再者，辅以吹气装置，有效提高划片质量，抽尘装置可将划片过程中产生的粉尘及时抽走，不对晶圆3表面产生污染，划完的晶圆3无须进行二次清洗。

再具体结合本实用新型的实际使用过程来看，采用CCD装置手动定位的过程如下：先在控制软件上设定晶圆参数，包括晶圆大小，晶粒规格；再设定激光参数，包括激光功率，激光频率，激光脉宽；再设定运动控制参数，包括划片速度，加速度，减速度等；如前面已设定上面的参数，无须再设定。

之后，将晶圆放入θ轴旋转平台的真空吸盘上。点控制软件上的晶圆载入，系统自动开启真空，将晶圆吸附在工作台面上，并将晶圆中心自动送到CCD装置十字中心。

在人机界面上观察晶圆位置，如切割沟道与CCD装置十字线差不多平行，则无须粗调整，如晶圆沟道与CCD装置十字水平线有较大角度，则通过控制软件进行旋转粗摆正。

点控制软件上的定位，X/Y轴运动平台将晶圆左边位置自动送到CCD装置正下方，通过软件上的按钮移动平台，将CCD装置十字线水平方向对准晶圆沟道正中心，按确认，系统自动记录当前点的坐标值(X₁Y₁)。

下一步平台将晶圆右边位置自动送到CCD装置正下方，通过软件上的按钮移动平台，将CCD装置十字线水平方向对准晶圆沟道正中心，按确认，由此，系统自动记录当前点的坐标值(X₂Y₂)。

软件系统根据这两个坐标点，利用数学函数关系计算出晶圆角度值，通过旋转平台将晶圆进行精摆正，并会计算出当前晶圆沟通中心摆正后的位置，再将晶圆沟道中心自动送到CCD装置十字中心。

重复以上动作，可以再次提高摆正的精准度。

完成第一面的摆正后，θ轴旋转平台自动旋转90°，使第二方面的晶圆沟通中心与CCD装置十字水平线平行，通过软件上的按钮移动平台，将晶圆沟道中心对准CCD装置十字线，按确定键，完成定位。

按开始划片，X/Y轴运动平台将晶圆第一条沟道正中心自动送到激光焦点下进行划片，完成一个方向的划片后，θ轴旋转平台反方向旋转90°，进行第二方向的划片。划片完成后，X/Y轴运动平台自动将晶圆送出。

重复以上动作，进行下一晶圆的划片。

采用CCD装置自动定位的过程如下：先在控制软件上设定晶圆参数，包括晶圆大小，晶粒规格；再设定激光参数，包括激光功率，激光频率，激光脉宽；再设定运动控制参数，包括划片速度，加速度，减速度等；如前面已设定上面的参数，无须再设定。

之后，根据将要进行划片晶圆的规格，调用软件系统数据库中的标准模板，将晶圆放入旋转工作台的真空吸盘上。接着，点控制软件上的晶圆载入，系统自动开启真空，将晶圆吸附在工作台面上，并将晶圆中心自动送到CCD装置十字中心。

由此，CCD装置在晶圆中心处自动拍下一幅图片，图像采集卡根据采集到的图片与标准模板进行匹配计算，将当前各晶粒中心点的坐标导入系统软件，软件对这此数据进行计算，将当前晶粒中心点按一定顺序进行拟合成直线，计算出直线与X水平轴的夹角，软件控制θ轴旋转平台按当前夹角自动进行粗摆正。

粗摆正完成后，X/Y轴运动平台将晶圆左边位置自动送到CCD装置正下方，CCD装置自动拍下左边位置的图片，图像采集卡根据采集到的图片与标准模板进行匹配计算，将当前各晶粒中心点的坐标导入系统软件，软件对这此数据进行计算，将当前晶粒中心点按一定顺序进行拟合成直线，再将直线中间点的坐标计算出来。

左边位置定位完成后，X/Y轴运动平台将晶圆右边位置自动送到CCD装置正下方，CCD装置自动拍下左边位置的图片，图像采集卡根据采集到的图片与标准模板进行匹配计算，将当前各晶粒中心点的坐标导入系统软件，软件对这此数据进行计算，将当前晶粒中心点按一定顺序进行拟合成直线，再将直线中间点的坐标计算出来。

软件通过两个中心点的坐标计算出晶圆需摆正的角度，θ轴旋转平台按此角度进行自动精摆正，同时软件计算出当前晶圆沟通中心摆正后的位置，再将晶圆沟道中心自动送到CCD装置十字中心。

当然，可以选择自动两次自动定位，提高摆正精度。

在完成第一面的自动摆正后，θ轴旋转平台自动旋转90°，旋转后CCD装置自动采集一幅图，与标准模板进行匹配，软件将采集到的数据进行计算，X/Y轴运动平台将晶圆沟道中心自动送到CCD装置十字线正下方。系统将晶圆第一条沟道送到激光焦点正下方，进行激光划片。划片完成后，平台自动将晶圆送出。

重复以上动作，进行下一晶圆的划片。并且，整个过程自动完成，无须人工干预。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，利用红外激光聚焦斑点的高能量密度焦点直接对准晶圆表面，破坏硅晶圆的分子链，被加工材料由固态直接进入气态，不产生热熔融。同时，利用软件控制程序设定将要进行划片的晶圆的规格和激光加工参数，将激光焦点对准在晶圆切割沟道中，控制软件控制各运动按设定轨迹进行运动，完成整个晶圆的划片，硅晶圆对激光吸收率高，只需很少的激光能量就能实现晶圆材料的划片。更为重要的是，在进行晶圆校正时辅以同轴CCD装置图像定位，可极大的提高生产效率，运动平台采用带反馈的光学尺进行全闭环控制，具有较高的加工精度，激光加工是一种非接触式加工，加工后无溶渣，无毛边，无机械应用，有效提高了芯片的机械强度，提高芯片的可靠性和寿命。

Claims

1.CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，包括有划片机本体，其特征在于：所述的划片机本体上设有X/Y轴运动平台，所述的X/Y轴运动平台上设有θ轴旋转平台，正对θ轴旋转平台之上设有带聚焦镜的Z轴升降平台；所述聚焦镜顶部的对应位置处设有第一反射镜；正对第一反射镜的主工作面处设置有激光光路组件；所述第一反射镜的副工作面顶端设有第二反射镜，所述第二反射镜的反射面处设有CCD装置辅助定位组件。

2.根据权利要求1所述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其特征在于：所述的X/Y轴运动平台为磁悬浮叠加式运动平台，在X轴上与X轴垂直走向的方向上叠加有Y轴；或是在Y轴上与Y轴垂直走向的方向上叠加有X轴。

3.根据权利要求1所述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其特征在于：所述的θ轴旋转平台上设有真空吸附平台。

4.根据权利要求1所述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其特征在于：所述的激光光路组件包括有半导体激光器，半导体激光器发射端设置有激光准直镜；所述激光准直镜正对第一反射镜的主工作面。

5.根据权利要求4所述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其特征在于：所述的半导体激光器为半导体红外激光器。

6.根据权利要求1所述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其特征在于：所述的CCD装置辅助定位组件包括有同轴CCD装置相机，所述同轴CCD装置相机的取景端设有成像镜头，成像镜头的工作面对应第二反射镜的反射面。

7.根据权利要求6所述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其特征在于：所述的成像镜头处设置有LED照明装置。

8.根据权利要求1所述的CCD装置辅助定位式晶圆加工用激光划片机，其特征在于：所述的划片机本体上安装有同轴吹气装置和抽尘装置。