CN205996384U - 一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，通过透明载物台的设置，使得图像定位时，不仅可以从上方照明并获取图像，还可以同时从下方照明并获取图像，使得图像定位更精准；上方照明光源和下方照明光源均分别设置了垂直照明光源和侧方照明光源两种照明方式，垂直照明方式为点光源或同轴照明光源，侧方照明光源为环形光源，其中空部位可以使垂直光源激光光束和待加工晶圆片表面反射的光线穿过；下方成像镜头采用远心镜头，一方面采集图像信号，另一方面将下方垂直光源发送过来的光线垂直发射到待加工晶圆片下表面。
Description
技术领域
本实用新型属于激光加工设备技术领域，具体涉及一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置。
背景技术
在半导体晶圆划片行业中，现有的晶圆划片常用的方式是正面划片和背面划片俩种方式，。正面划片即激光直接对晶圆芯片面进行划片，该方式的优点是切缝窄，外观良率高，但由于激光的直接作用，会增加降低晶圆片性能；而背面划片方式是激光穿过晶圆片对芯片背面进行加工，优点是激光不直接作用于芯片正面，能提高晶圆片的性能，但是切缝宽，崩裂至有效区的风险，外观不良率高于正切法，两种切割方式各有优缺点，根据待加工晶圆的具体要求，来选择合适的切割方式。
由于晶圆往往只有一面有定位点，有定位点的这一面必须对着视觉定位系统放置，而不能反向，因此现有一台设备只能采用一种切割方式，即只能正切，或只能背切，这样无法满足同一台设备同时对多种晶圆激光划片需求。
同时，晶圆片的表面类型非常多，有表面光滑的，也有表面是凹凸不平的等，目前大部分单独采用环形光源进行照明，但无法兼容不同表面类型的晶圆片的识别效果。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，能够提高工件的加工精度，以及对工件的适应性，以克服背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，包括激光器和用于承载待加工晶圆片的载物台，激光器发出的激光光束依次经过扩束镜、第一分光镜和聚焦镜发射到待加工晶圆片的上表面，其特征在于：在待加工晶圆片的上方和下方均设有照明机构和成像机构；
第一分光镜上方设有第二分光镜，上方照明机构发射到待加工晶圆片表面的光线反射后穿过第一分光镜，经第二分光镜反射到上方成像机构，上方照明机构包括上方垂直照明光源和上方侧面照明光源；
下方照明机构包括下方垂直照明光源和下方侧面照明光源，下方照明机构发射的光线穿透具有透光性的载物台，经待加工晶圆片下表面反射到下方成像机构。
较佳地，上方侧面照明光源为同轴设置在聚焦镜和待加工晶圆片之间的环状光源；下方侧面照明光源为设置在具有透光性的载物台的下方，下方侧面照明光源为环形光源。
较佳地，上方垂直照明光源为点光源或同轴照明光源；下方垂直照明光源为点光源或同轴照明光源。
较佳地，下方成像机构包括下方成像镜头，和连接于下方成像镜头的下方图像收集器；下方成像镜头为远心镜头。
较佳地，下方垂直照明光源射出的光线经下方成像镜头垂直发射到待加工晶圆片的下表面。
较佳地，载物台通过设有旋转平台和平移机构，平移机构包括X轴移动平台和Y轴移动平台。
较佳地，旋转平台和平移机构依次设置在载物台下方，并设有供下方照明机构所发射光线穿过的中空部位。
较佳地，上方垂直照明机构、上方侧面照明机构、上方成像机构、下方成像机构、下方侧面照明机构、载物台、旋转平台和平移机构均与待加工晶圆片同轴设置。
较佳地，第一分光镜和第二分光镜均设置在待加工晶圆片的轴线上，第一分光镜所在直线与载物台上表面所在直线之间的夹角为45°，第二分光镜所在直线与载物台上表面所在直线之间的夹角为45°。
较佳地，上方成像机构包括上方成像镜头和上方图像收集器；上方图像收集器和下方收集器均为CCD图像传感器，下方图像收集器和上方图像收集器均连接于控制器。
本实用新型的有益效果在于：通过透明载物台的设置，使得图像定位时，不仅可以从上方照明并获取图像，还可以同时从下方照明并获取图像，使得图像定位更精准；上方照明光源和下方照明光源均分别设置了垂直照明光源和侧方照明光源两种照明方式，垂直照明方式为点光源，侧方照明光源为环形光源，其中空部位可以使垂直光源激光光束和待加工晶圆片表面反射的光线穿过；下方成像镜头采用带同轴远心镜头，一方面采集图像信号，另一方面将下方垂直光源发送过来的光线垂直发射到待加工晶圆片下表面。本实用新型对待加工晶圆片的正反面均可进行图像定位，并在待加工晶圆片的上方和下方分别同时采用侧面和垂直俩种方式照明，以提高对不同晶圆划片方式及不同类型晶圆划片需求的适应性。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
图中：1-上方垂直照明光源，2-上方垂直照明光源准直镜，3-第二分光镜，4-第一分光镜，5-上方成像镜头，6-上方图像收集器，7-激光器，8-扩束镜，9-聚焦镜，10-上方侧面照明光源，11-待加工晶圆片，12-载物台，13-下方侧面照明光源，14-下方成像镜头，15-下方垂直照明光源，16-下方图像收集器，17-旋转平台，18-X轴移动平台，19-Y轴移动平台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，包括激光器7和用于承载待加工晶圆片11的载物台12，激光器7发出的激光光束依次经过扩束镜8、第一分光镜4和聚焦镜9发射到待加工晶圆片11的上表面，其特征在于：在待加工晶圆片11的上方和下方均设有照明机构和成像机构；
上方照明机构包括上方垂直照明光源1和上方侧面照明光源10，上方侧面照明光源10为同轴设置在聚焦镜9和待加工晶圆片11之间的环状光源，上方垂直光源下设有同轴的上方垂直光源准直镜，上方垂直光源为点光源；第一分光镜4上方设有第二分光镜3，上方垂直照明光源1和上方侧面照明光源10发射到待加工晶圆片11表面的光线，经反射后穿过第一分光镜4，经第二分光镜3反射到上方成像机构；上方成像机构包括上方成像镜头5和上方图像收集器6。上方垂直照明光源1为点光源或同轴照明光源。
下方照明机构包括下方垂直照明光源15和下方侧面照明光源13，下方侧面照明光源13设置在具有透光性的载物台12的下方，下方侧面照明光源13为环形光源；下方垂直照明光源15为点光源或同轴照明光源。下方垂直照明光源15和下方侧面照明光源13发射的光线穿透载物台12，经待加工晶圆片11下表面反射到下方成像机构。本实施例中聚焦镜9安装在一维平台上，一维移动平台调节聚焦镜9上下移动。载物台12设有吸附结构，用于吸附晶圆片。
下方成像机构包括下方成像镜头14，和连接于下方成像镜头14的下方图像收集器16；下方成像镜头14为远心镜头，型号为OPT-MS15-330AT，下方垂直照明光源15射出的光线经下方成像镜头14也即带同轴远心镜头垂直发射到待加工晶圆片11的下表面。
上方图像收集器6和下方收集器均为CCD图像传感器，下方图像收集器16和上方图像收集器6均连接于控制器。
载物台12通过设有旋转平台17和平移机构，平移机构包括X轴移动平台18和Y轴移动平台19。旋转平台17和平移机构依次设置在载物台12下方，并设有供下方照明机构所发射光线穿过的中空部位。
本实施例中，上方垂直照明机构、上方垂直光源准直镜、上方侧面照明机构、上方成像机构、下方成像机构、下方侧面照明机构、载物台12、旋转平台17和平移机构均与待加工晶圆片11同轴设置。第一分光镜4和第二分光镜3均设置在待加工晶圆片11的轴线上，第一分光镜4所在直线与载物台12上表面所在直线之间的夹角为45°，第二分光镜3所在直线与载物台12上表面所在直线之间的夹角为45°。
本实施例的激光器7采用紫外激光器7，脉宽在纳秒量级；具体地，激光器7输出激光波长为355nm，平均功率12W，脉宽为10ns，频率为20KHz-200KHz；扩束镜85倍率为2～8倍。
紫外激光器7输出的激光入射到扩束镜8，经过扩束镜8后经第一分光镜4反射进入聚焦镜9，透过聚焦镜9的激光聚焦于载物台12上，上方侧面照明光源10对晶圆片上表面进行侧面照明，上方垂直照明光源1出射的照明光线经上方垂直照明光源准直镜2非完全准直后穿过第二分光镜3，通过聚焦镜9对晶圆上表面进行垂直照明；
安装在载物台12下方中空底部的下方成像镜头14还设有可以对下方图像收集器16CCD进行三维调节的CCD调节装置，安装在聚焦镜9上方同轴的上方成像镜头5还设有可以对同轴的上方图像收集器6CCD进行三维调节的CCD调节装置；
本实施例所述装置在实际过程中，待加工晶圆片11上方的照明光源可以非常方便在上方垂直光源与上方侧面光源之间自由切换，也可以选择同时使用俩种方式照明方式，完成晶圆片上表面的对位；晶圆下方的光源可以非常方便在下方垂直光源与下方侧面光源之间自由切换，也可以选择同时使用俩种方式照明方式，完成晶圆片下表面的对位；
当对待加工晶圆片11进行正面划线方式时，若定位点在待加工晶圆片11上表面，则采用上方照明光源和上方成像机构对待加工晶圆片11上表面识别定位，激光经扩束镜8、聚焦镜9后对定完位后的待加工晶圆片11进行划线；当对待加工晶圆片11进行正面划线方式时，若定位点在待加工晶圆片11下表面，则采用下方照明光源和下方成像机构对待加工晶圆片11下表面识别定位，激光经扩束镜8、聚焦镜9后对定完位后的待加工晶圆片11进行划线；
具体实施过程中，此时若定位点在待加工晶圆片11上表面，则采用上方照明光源和上方成像机构对待加工晶圆片11上表面识别定位，激光经扩束镜8、聚焦镜9后对定完位后的待加工晶圆片11进行划线；若定位点在在待加工晶圆片11下表面，采用下方照明光源和下方成像机构对待加工晶圆片11下表面识别定位，激光经扩束镜8、聚焦镜9后对定完位后的待加工晶圆片11进行划线；
通过透光性良好的载物台12、两个上方和下方的同轴视觉成像机构及总共四个光源，无论晶圆片正放还是反放，无论晶圆片的表面是平面还是凹凸不平的，都可以清楚的完成晶圆片的定位，提高了对不同晶圆类型划片需求的适应性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，包括激光器(7)和用于承载待加工晶圆片(11)的载物台(12)，所述激光器(7)发出的激光光束依次经过扩束镜(8)、第一分光镜(4)和聚焦镜(9)发射到所述待加工晶圆片(11)的上表面，其特征在于：在所述待加工晶圆片(11)的上方和下方均设有照明机构和成像机构；
所述第一分光镜(4)上方设有第二分光镜(3)，所述上方照明机构发射到所述待加工晶圆片(11)表面的光线反射后穿过所述第一分光镜(4)，经所述第二分光镜(3)反射到上方成像机构，所述上方照明机构包括上方垂直照明光源(1)和上方侧面照明光源(10)；
所述下方照明机构包括下方垂直照明光源(15)和下方侧面照明光源(13)，下方照明机构发射的光线穿透具有透光性的所述载物台(12)，经所述待加工晶圆片(11)下表面反射到所述下方成像机构。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述上方侧面照明光源(10)为同轴设置在所述聚焦镜(9)和所述待加工晶圆片(11)之间的环状光源；下方侧面照明光源(13)为设置在具有透光性的所述载物台(12)的下方，所述下方侧面照明光源(13)为环形光源。
3.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述上方垂直照明光源(1)为点光源或同轴照明光源；所述下方垂直照明光源(15)为点光源或同轴照明光源。
4.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述下方成像机构包括下方成像镜头(14)，和连接于所述下方成像镜头(14)的下方图像收集器(16)；所述下方成像镜头(14)为远心镜头。
5.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述下方垂直照明光源(15)所述射出的光线经所述下方成像镜头(14)垂直发射到所述待加工晶圆片(11)的下表面。
6.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述载物台(12)通过设有旋转平台(17)和平移机构，所述平移机构包括X轴移动平台(18)和Y轴移动平台(19)。
7.根据权利要求6所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述旋转平台(17)和所述平移机构依次设置在所述载物台(12)下方，并设有供所述下方照明机构所发射光线穿过的中空部位。
8.根据权利要求6所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述上方垂直照明机构、所述上方侧面照明机构、所述上方成像机构、所述下方成像机构、所述下方侧面照明机构、所述载物台(12)、所述旋转平台(17)和所述平移机构均与所述待加工晶圆片(11)同轴设置。
9.根据权利要求8所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述第一分光镜(4)和所述第二分光镜(3)均设置在所述待加工晶圆片(11)的轴线上，所述第一分光镜(4)所在直线与所述载物台(12)上表面所在直线之间的夹角为45°，所述第二分光镜(3)所在直线与所述载物台(12)上表面所在直线之间的夹角为45°。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种半导体晶圆正反定位的激光划片装置，其特征在于：所述上方成像机构包括上方成像镜头(5)和上方图像收集器(6)；所述上方图像收集器(6)和所述下方收集器均为CCD图像传感器，所述下方图像收集器(16)和上方图像收集器(6)均连接于控制器。
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