專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光劃切機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種發(fā)光二極管激光劃切機(jī)的視覺(jué)裝置。
背景技術(shù)：
高亮度藍(lán)光LED (發(fā)光二極管)的全球需求驅(qū)動(dòng)了新生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，尤其蓬 勃發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域是晶粒分離工藝。紫外激光劃切作為一種新興的分切藍(lán)光LED的替代方 法，相較于傳統(tǒng)的機(jī)械分離方法，顯著的增加了良率和產(chǎn)能，削減了設(shè)備操作和維護(hù)成本。 藍(lán)光LED襯底材料藍(lán)寶石晶圓極硬、透明、價(jià)格昂貴，為降低材料成本，晶粒小型化和劃槽 極窄化成為趨勢(shì)；為提高發(fā)光效率，晶圓鍍膜和粗化成為主流。因此對(duì)圖像對(duì)準(zhǔn)的精度和兼 容性提出了更高的要求。傳統(tǒng)激光劃切機(jī)的視覺(jué)系統(tǒng)大多采用一個(gè)與激光光路異軸安裝的鏡頭，只能對(duì) 晶圓的正面進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，因而對(duì)晶圓背劃方式下需要對(duì)準(zhǔn)背面的情況無(wú)能為力，也就不能滿(mǎn) 足粗化晶圓的劃切工藝要求。此外，晶圓厚度不一致帶來(lái)的誤差需要在劃切前進(jìn)行精確對(duì) 焦，高度傳感器可以實(shí)現(xiàn)此功能，但價(jià)格較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)晶 圓的正面對(duì)準(zhǔn)，而且在晶圓背劃方式下也能滿(mǎn)足粗化晶圓的劃切工藝要求，可進(jìn)行不同晶 圓的識(shí)別對(duì)準(zhǔn)和劃痕監(jiān)測(cè)，有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量和自動(dòng)化程度。如果通過(guò)激光對(duì)焦光路，還 可對(duì)晶圓進(jìn)行精確調(diào)焦，且成本較低。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于具 有一個(gè)與激光加工光路同軸的正面對(duì)準(zhǔn)光路，用于透明晶圓的背面識(shí)別定位和加工實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)；正面對(duì)準(zhǔn)光路從下往上依次安裝有聚焦物鏡、第一半反鏡、第二半反鏡、輔助物鏡和 CCD相機(jī)，激光光束通過(guò)第一半反鏡同軸耦合進(jìn)入正面對(duì)準(zhǔn)光路；一個(gè)與激光加工光路同 軸的底部對(duì)準(zhǔn)光路，用于特殊粗化晶圓的正面識(shí)別定位，底部對(duì)準(zhǔn)光路從上往下依次安裝 有物鏡、第一反射鏡、第四半反鏡、筒鏡和CCD相機(jī)；底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭安裝在承片臺(tái)底部，與正 面對(duì)準(zhǔn)鏡頭同軸；晶圓背面朝上置于承片臺(tái)上，對(duì)透明晶圓，通過(guò)正面對(duì)準(zhǔn)光路識(shí)別街區(qū)， 進(jìn)行自動(dòng)對(duì)位；對(duì)于粗化晶圓，通過(guò)底部對(duì)準(zhǔn)光路識(shí)別街區(qū)，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)位。所述的正面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路，共用聚焦物鏡和第一半反鏡，激光光束通 過(guò)第一半反鏡同軸耦合進(jìn)入正面對(duì)準(zhǔn)光路。第一半反鏡對(duì)355nm的激光反射率>99%，對(duì) 460nm-650nm的可見(jiàn)光透過(guò)率>97%，紫外激光和可見(jiàn)光通過(guò)聚焦物鏡存在較大的軸向色 差，輔助物鏡有一定調(diào)節(jié)量，改變像距來(lái)補(bǔ)償色差，使正面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路的焦平 面重合，進(jìn)行劃痕實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)透明晶圓，通過(guò)正面對(duì)準(zhǔn)光路識(shí)別街區(qū)，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)位.
3所述的正面對(duì)準(zhǔn)光路的對(duì)準(zhǔn)鏡頭采用背光源識(shí)別效果較好，承片臺(tái)為透明玻璃承片臺(tái)。所述的底部對(duì)準(zhǔn)光路的同軸點(diǎn)光源作為正面對(duì)準(zhǔn)光路的背光源使用較好。所述的底部對(duì)準(zhǔn)光路與正面對(duì)準(zhǔn)鏡頭同軸，底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭安裝在承片臺(tái)底部；反 射鏡腔體用來(lái)固定第一反射鏡、第二反射鏡和第四半反鏡，物鏡通過(guò)螺紋與反射鏡腔體連 接，進(jìn)行士 2mm調(diào)節(jié)。晶圓背面朝上置于承片臺(tái)上，對(duì)于粗化晶圓，通過(guò)底部對(duì)準(zhǔn)光路識(shí)別 街區(qū)，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)位。所述的LED激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于設(shè)有一個(gè)與激光加工光路異軸 的激光對(duì)焦光路，用于晶圓定位加工的精確調(diào)焦，激光對(duì)焦光路從下往上依次安裝有10倍 顯微物鏡、第三半反鏡、管鏡和CXD相機(jī)。所述的激光對(duì)焦光路的對(duì)焦鏡頭的景深3um較好。所述的激光對(duì)焦光路和正面對(duì)準(zhǔn)光路，點(diǎn)光源采用柯勒照明方式較好，設(shè)計(jì)有光 源聚焦鏡。本發(fā)明的積極效果是本發(fā)明專(zhuān)利提供了一種用于LED激光劃切機(jī)的三路視覺(jué)系 統(tǒng)，包括一個(gè)與激光加工光路同軸的正面對(duì)準(zhǔn)光路，用于透明晶圓的背面識(shí)別定位和加工 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；一個(gè)與激光加工光路同軸的底部對(duì)準(zhǔn)光路，用于特殊粗化晶圓的正面識(shí)別定位； 一個(gè)與激光加工光路異軸的激光對(duì)焦光路，代替高度傳感器，用于晶圓的精確調(diào)焦。三路成 像光路結(jié)構(gòu)緊湊，配合靈活可調(diào)的照明光源，可實(shí)現(xiàn)多種不同晶圓的識(shí)別對(duì)準(zhǔn)、精密調(diào)焦和 劃痕監(jiān)測(cè)。本發(fā)明針對(duì)LED激光劃切機(jī)特殊的要求，其視覺(jué)系統(tǒng)不僅用于常見(jiàn)的識(shí)別定位、 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠滿(mǎn)足透明晶圓、粗化晶圓正劃和背劃方式下的對(duì)準(zhǔn)要求。還被用于代替高度 傳感器來(lái)定位激光焦平面，調(diào)焦精度高，且成本低于傳感器?？捎行岣呱a(chǎn)的自動(dòng)化程 度，廣泛用于半導(dǎo)體自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中。以下結(jié)合一較佳實(shí)施例及其附圖作詳細(xì)解釋說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是圖1中的底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中的正面對(duì)準(zhǔn)鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1中的激光對(duì)焦鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)說(shuō)明1-物鏡，2-反射鏡腔體，3-點(diǎn)光源，4-筒鏡，5-連接套，6-CXD 相機(jī)，7-第一反射鏡，8-第四半反鏡，9-第二反射鏡，10-點(diǎn)光源，11-光源聚焦鏡，12-第二 半反鏡，13-第一半反鏡，14-聚焦物鏡，15-輔助物鏡，16-CXD相機(jī)，17-激光光路，18-點(diǎn)光 源，19-光源聚焦鏡，20-第三半反鏡，21-10X物鏡，22-管鏡，23-CXD相機(jī)，24-承片臺(tái)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 參見(jiàn)圖1 圖7，該LED (發(fā)光二極管)激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，具有 一個(gè)與激光加工光路同軸的正面對(duì)準(zhǔn)光路，用于透明晶圓的背面識(shí)別定位和加工實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)，正面對(duì)準(zhǔn)光路從下往上依次安裝有聚焦物鏡(14)、第一半反鏡(13)、第二半反鏡(12)、 輔助物鏡(15)和CXD相機(jī)(16)，激光光束通過(guò)第一半反鏡(13)同軸耦合進(jìn)入正面對(duì)準(zhǔn)光路；一個(gè)與激光加工光路同軸的底部對(duì)準(zhǔn)光路，用于特殊粗化晶圓的正面識(shí)別定位，底部對(duì) 準(zhǔn)光路從上往下依次安裝有物鏡(1)、第一反射鏡(7)、第四半反鏡(8)、筒鏡(4)和C⑶相 機(jī)(6)；底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭安裝在承片臺(tái)(24)底部，與正面對(duì)準(zhǔn)鏡頭同軸；晶圓背面朝上置于承 片臺(tái)(24)上，對(duì)透明晶圓，通過(guò)正面對(duì)準(zhǔn)光路識(shí)別街區(qū)，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)位；對(duì)于粗化晶圓，通 過(guò)底部對(duì)準(zhǔn)光路識(shí)別街區(qū)，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)位。正面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路，共用聚焦物鏡(14)和第一半反鏡(13)，第一半反 鏡(13)對(duì)355nm的激光反射率>99%，對(duì)460nm_650nm的可見(jiàn)光透過(guò)率>97%，紫外激光和可 見(jiàn)光通過(guò)聚焦物鏡(14)存在較大的軸向色差，輔助物鏡(15)有一定調(diào)節(jié)量，改變像距來(lái)補(bǔ) 償色差，使正面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路的焦平面重合，進(jìn)行劃痕實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。正面對(duì)準(zhǔn)光路 的對(duì)準(zhǔn)鏡頭的背光源為底部對(duì)準(zhǔn)光路的同軸點(diǎn)光源(3)。底部對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路，安 裝于承片臺(tái)(24)底部，承片臺(tái)(24)為透明玻璃承片臺(tái)。反射鏡腔體(2)用來(lái)固定第一反射 鏡(7)、第二反射鏡(9)和第四半反鏡(8)，物鏡(1)通過(guò)螺紋與反射鏡腔體(2)連接，進(jìn)行 士 2mm精確調(diào)焦。設(shè)有一個(gè)與激光加工光路異軸的激光對(duì)焦光路，用于晶圓定位加工的精確調(diào)焦， 激光對(duì)焦光路從下往上依次安裝有10倍顯微物鏡(21)、第三半反鏡(20)、管鏡(22)和CXD 相機(jī)(23)。激光對(duì)焦光路的對(duì)焦鏡頭的景深3um。激光對(duì)焦光路和正面對(duì)準(zhǔn)光路的點(diǎn)光源 (10，18)采用柯勒照明方式，設(shè)計(jì)有光源聚焦鏡(11，19)。1、正面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路同軸，安裝于工作臺(tái)正面，通過(guò)一個(gè)第一半反鏡 耦合，共用聚焦物鏡。點(diǎn)光源通過(guò)第二半反鏡耦合進(jìn)光路，進(jìn)行同軸照明，為充分利用光能， 采用柯勒照明方式設(shè)計(jì)了光源聚焦鏡。對(duì)透明晶圓，采用正面對(duì)準(zhǔn)，背光照明識(shí)別效果最 佳，底部對(duì)準(zhǔn)光路的綠色點(diǎn)光源可同時(shí)作為正面光路的背光。圖1中第一半反鏡和第二半 反鏡會(huì)造成光束偏折，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮了該偏折，并有微調(diào)裝置。其中第一半反鏡特殊鍍膜，對(duì)355nm的激光反射率>99%，對(duì)460nm-650nm的可見(jiàn)光 透過(guò)率>97%。其中輔助物鏡與激光聚焦物鏡共同成像，組成圖像對(duì)準(zhǔn)光路，聚焦物鏡針對(duì) 355nm的紫外激光校正像差和鍍?cè)鐾改ぃ珜?duì)460nm-650nm的可見(jiàn)光，像差較大。紫外激光 和可見(jiàn)光通過(guò)聚焦物鏡存在較大的軸向色差，自主設(shè)計(jì)的輔助物鏡有一定調(diào)節(jié)量，通過(guò)改 變像距來(lái)補(bǔ)償色差，保證正面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路的焦平面重合，對(duì)準(zhǔn)效率高，并能進(jìn) 行劃痕實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2、用戶(hù)工藝的改進(jìn)，促使了更多粗化和特殊鍍層的LED藍(lán)寶石晶圓的出現(xiàn)，粗化 的晶圓透光率差，在背劃方式下，正面圖像對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)難以識(shí)別，因此設(shè)計(jì)底部對(duì)準(zhǔn)光路，針 對(duì)粗化晶圓直接識(shí)別晶圓的正面。鏡頭采用ZEMAX軟件設(shè)計(jì)，考慮加工裝配誤差，進(jìn)行公差 分析。底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭與激光加工光路同軸，安裝于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)底部，旋轉(zhuǎn)臺(tái)中空，承片臺(tái) 為透明光學(xué)玻璃。鏡頭結(jié)構(gòu)緊湊，工作距離大，完全避開(kāi)了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生的干涉。如 圖2所示，物鏡軸向可調(diào)士 1.5mm，用于調(diào)節(jié)物距；筒鏡軸向可調(diào)士5mm，用于調(diào)節(jié)像距；底 板二維可調(diào)，使底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭與正面對(duì)準(zhǔn)鏡頭同軸。對(duì)粗化晶圓背劃方式下，采用底部對(duì)準(zhǔn) 鏡頭識(shí)別晶圓正面，同軸點(diǎn)光源識(shí)別效果較好。3、工藝要求LED晶圓的劃切深度公差控制在士2um以?xún)?nèi)，對(duì)調(diào)焦精度要求較高。高 度傳感器成本高，且易受到不同材料表面反射率的影響，因此利用高倍顯微物鏡分辨率高、景深小的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了對(duì)焦鏡頭，只要清晰識(shí)別到晶圓背面的雜亂劃痕，即可找到激光加工 的焦點(diǎn)位置。激光對(duì)焦光路與激光加工光路異軸，并列安裝于工作臺(tái)正面。選用成熟的高倍顯 微鏡頭，包括一個(gè)IOX的物鏡和配套的管鏡，物鏡與管鏡之間通過(guò)第四半反鏡，耦合進(jìn)照明 綠色點(diǎn)光源，鏡頭景深3um。調(diào)試中記錄對(duì)焦鏡頭焦點(diǎn)與激光加工焦點(diǎn)的差值，作為一項(xiàng)加 工補(bǔ)償參數(shù)記錄在設(shè)備操作程序中，只要對(duì)焦鏡頭識(shí)別到晶圓背面劃痕，就可相應(yīng)得到激 光加工焦點(diǎn)的坐標(biāo)值。對(duì)焦光路光程大，光能損失大，采用柯勒照明方式，設(shè)計(jì)光源聚焦鏡， 充分利用光能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)綠色點(diǎn)光源更有利于識(shí)別。本實(shí)施例正面對(duì)準(zhǔn)、底部對(duì)準(zhǔn)和激光對(duì)焦三套光路三路成像光路結(jié)構(gòu)緊湊，配合 靈活可調(diào)的照明光源，可實(shí)現(xiàn)多種不同LED晶圓、可控硅晶圓正劃或背劃方式下的圖形對(duì) 準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和激光對(duì)焦功能，布局緊湊，兼容性強(qiáng)。實(shí)施例也可僅包括正面對(duì)準(zhǔn)光路和底部對(duì)準(zhǔn)光路，不含激光對(duì)焦光路(圖略)。晶 圓的對(duì)焦通過(guò)高度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)焦精度也能滿(mǎn)足需求，但成本較高。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于具有一個(gè)與激光加工光路同 軸的正面對(duì)準(zhǔn)光路，用于透明晶圓的背面識(shí)別定位和加工實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，正面對(duì)準(zhǔn)光路從下往 上依次安裝有聚焦物鏡(14)、第一半反鏡(13)、第二半反鏡(12)、輔助物鏡(15)和C⑶相 機(jī)(16);—個(gè)與激光加工光路同軸的底部對(duì)準(zhǔn)光路，用于特殊粗化晶圓的正面識(shí)別定位，底 部對(duì)準(zhǔn)光路從上往下依次安裝有物鏡(1)、第一反射鏡(7)、第四半反鏡(8)、筒鏡(4)和CXD 相機(jī)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于所述的正 面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路，共用聚焦物鏡(14)和第一半反鏡(13)，激光光束通過(guò)第一半 反鏡(13)同軸耦合進(jìn)入正面對(duì)準(zhǔn)光路，第一半反鏡(13)對(duì)355nm的激光反射率>99%，對(duì) 460nm-650nm的可見(jiàn)光透過(guò)率>97%，紫外激光和可見(jiàn)光通過(guò)聚焦物鏡(14)存在較大的軸向 色差，輔助物鏡(15)有一定調(diào)節(jié)量，改變像距來(lái)補(bǔ)償色差，使正面對(duì)準(zhǔn)光路與激光加工光路 的焦平面重合，進(jìn)行劃痕實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)透明晶圓，通過(guò)正面對(duì)準(zhǔn)光路識(shí)別街區(qū)，進(jìn)行自動(dòng)對(duì) 位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于所述的正 面對(duì)準(zhǔn)光路的對(duì)準(zhǔn)鏡頭具有背光源，承片臺(tái)(24)為透明玻璃承片臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于所述的正 面對(duì)準(zhǔn)光路的對(duì)準(zhǔn)鏡頭的背光源為底部對(duì)準(zhǔn)光路的同軸點(diǎn)光源(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于所述的底 部對(duì)準(zhǔn)光路與正面對(duì)準(zhǔn)鏡頭同軸，底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭安裝在承片臺(tái)(24)底部；反射鏡腔體(2) 用來(lái)固定第一反射鏡(7)、第二反射鏡(9)和第四半反鏡(8)，物鏡(1)通過(guò)螺紋與反射鏡腔 體(2)連接，進(jìn)行士2mm調(diào)節(jié)，晶圓背面朝上置于承片臺(tái)(24)上，對(duì)于粗化晶圓，通過(guò)底部對(duì) 準(zhǔn)光路識(shí)別街區(qū)，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在 于設(shè)有一個(gè)與激光加工光路異軸的激光對(duì)焦光路，用于晶圓定位加工的精確調(diào)焦，激光對(duì) 焦光路從下往上依次安裝有10倍顯微物鏡(21)、第三半反鏡(20)、管鏡(22)和C⑶相機(jī) (23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于所述的激 光對(duì)焦光路的對(duì)焦鏡頭的景深3um。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，其特征在于所述的激 光對(duì)焦光路和正面對(duì)準(zhǔn)光路，采用同軸點(diǎn)光源，點(diǎn)光源(10，18)采用柯勒照明方式，設(shè)計(jì)有 光源聚焦鏡(11，19)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管(LED)激光劃切機(jī)加工視覺(jué)裝置，涉及激光劃切機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。主要具有一個(gè)與激光加工光路同軸的正面對(duì)準(zhǔn)光路，用于透明晶圓的背面識(shí)別定位和加工實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；一個(gè)與激光加工光路同軸的底部對(duì)準(zhǔn)光路，用于特殊粗化晶圓的正面識(shí)別定位；底部對(duì)準(zhǔn)鏡頭安裝在承片臺(tái)(24)底部，與正面對(duì)準(zhǔn)鏡頭同軸；晶圓背面朝上置于承片臺(tái)(24)上。不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的正面對(duì)準(zhǔn)，而且在晶圓背劃方式下也能滿(mǎn)足粗化晶圓的劃切工藝要求，可進(jìn)行不同晶圓的識(shí)別對(duì)準(zhǔn)和劃痕監(jiān)測(cè)，有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量和自動(dòng)化程度。如果通過(guò)激光對(duì)焦光路，還可對(duì)晶圓進(jìn)行精確調(diào)焦，且成本較低。
文檔編號(hào)B23K26/42GK102091866SQ20101061173
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者高愛(ài)梅 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所