專利名稱：Ccd裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種劃片裝置，尤其涉及一種C⑶裝置輔助定位式晶圓加工用激 光劃片機。
背景技術：
隨著信息化時代的到來，電子信息、通訊和半導體集成電路等行業(yè)得到迅猛發(fā)展， 半導體晶圓的應用得到廣泛應用，需求越來越大，晶圓切割劃片不僅是芯片封裝的核心關 鍵工序之一，也是從圓片級的加工過渡為芯片級加工的地標性工序，晶圓制造技術和工藝 對晶圓切割劃片批量生產中的成品率要求越來越高，更提出了以下的技術要求切割劃片 晶圓切割的崩邊和破損的控制；應力殘留的最小化以增強芯片機械強度；微縮切割道以提 高昂貴的晶圓面積的利用率；更高的切割速度以提高產能和降低成本等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的旋轉砂輪式切割技術在實際生產中存在巨大的困難和一定的工藝極限，并 極大的限制了晶圓制造水平的發(fā)展。因此，這些旋轉砂輪式切割工藝所伴生的問題是無法 通過工藝自身的優(yōu)化來完全解決的，亟需采取新的加工方式解決晶圓切割劃片的瓶頸，業(yè) 界迫切需要一種高精度、高品質及高效的加工方法來取代傳統(tǒng)晶圓劃片方法。同時傳統(tǒng)機 械式加工方法存在以下缺點1.傳統(tǒng)刀片式劃片給晶圓帶來機械應力，在切割道周邊形成微小裂紋，影響芯片 的可靠性和壽命；2.劃片速度最大只能達到50mm/s，制約生產廠家的產能；3.芯片會產生背崩及踏角等現(xiàn)象；4.傳統(tǒng)切割方式預留的切割溝道至少需要0. 10mm，在原材料昂貴的條件下，降低 了晶圓的在效使用面積；5.切割用砂輪刀片最多只能切割5萬道，刀片損壞隨機出現(xiàn)，帶來不可預見的切 割質量問題；6.更換刀片需要一定的成本，給企業(yè)帶來經濟壓力；7.切割過程中需要使用藍膜及去離子水等耗材，增加了使用成本；8.需要消耗更多的電能及切割過程中硅渣的排放，不利于環(huán)保。總而言之，傳統(tǒng)的機械切割機以及采用該機器的加工方法，因其技術難度大，制作 精度高。并且，器件難以采購等原因，主要依賴于進口，價格昂貴，用戶的服務也不能得到有 效保障。
發(fā)明內容本實用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種CCD裝置 輔助定位式晶圓加工用激光劃片機。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，包括有劃片機本體，其中所述的劃片機本體上設有χ/γ軸運動平臺，所述的χ/γ軸運動平臺上設有θ軸旋轉平臺，正對θ軸 旋轉平臺之上設有帶聚焦鏡的Z軸升降平臺；所述聚焦鏡頂部的對應位置處設有第一反射 鏡；正對第一反射鏡的主工作面處設置有激光光路組件；所述第一反射鏡的副工作面頂端 設有第二反射鏡，所述第二反射鏡的反射面處設有CCD裝置輔助定位組件。上述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其中所述的X/Y軸運動平臺 為磁懸浮疊加式運動平臺，在X軸上與X軸垂直走向的方向上疊加有Y軸；或是在Y軸上與 Y軸垂直走向的方向上疊加有χ軸。進一步地，上述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其中所述的θ軸 旋轉平臺上設有真空吸附平臺。更進一步地，上述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其中所述的激 光光路組件包括有半導體激光器，半導體激光器發(fā)射端設置有激光準直鏡；所述激光準直 鏡正對第一反射鏡的主工作面。更進一步地，上述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其中所述的半 導體激光器為半導體紅外激光器。更進一步地，上述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其中所述的 CCD裝置輔助定位組件包括有同軸CCD裝置相機，所述同軸CCD裝置相機的取景端設有成像 鏡頭，成像鏡頭的工作面對應第二反射鏡的反射面。更進一步地，上述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其中所述的成 像鏡頭處設置有LED照明裝置。再進一步地，上述的，其中所述的劃片機本體上安裝有同軸吹氣裝置和抽塵裝置。本實用新型技術方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在利用紅外激光聚焦斑點的高能量密度焦 點直接對準晶圓表面，破壞硅晶圓的分子鏈，被加工材料由固態(tài)直接進入氣態(tài)，不產生熱熔 融。同時，利用軟件控制程序設定將要進行劃片的晶圓的規(guī)格和激光加工參數(shù)，將激光焦點 對準在晶圓切割溝道中，控制軟件控制各運動按設定軌跡進行運動，完成整個晶圓的劃片， 硅晶圓對激光吸收率高，只需很少的激光能量就能實現(xiàn)晶圓材料的劃片。更為重要的是，在 進行晶圓校正時輔以同軸CCD裝置圖像定位，可極大的提高生產效率，運動平臺采用帶反 饋的光學尺進行全閉環(huán)控制，具有較高的加工精度，激光加工是一種非接觸式加工，加工后 無溶渣，無毛邊，無機械應用，有效提高了芯片的機械強度，提高芯片的可靠性和壽命。

本實用新型的目的、優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制性說明進行圖 示和解釋。這些實施例僅是應用本實用新型技術方案的典型范例，凡采取等同替換或者等 效變換而形成的技術方案，均落在本實用新型要求保護的范圍之內。這些附圖當中，圖1是CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機的部件分布示意圖(帶箭頭的 直線為激光光路)。圖中各附圖標記的含義如下1X/Y軸運動平臺 2 θ軸旋轉平臺3晶圓4聚焦鏡
4[0029]5第一反射鏡6激光準直鏡7半導體激光器 8第二反射鏡9成像鏡頭10CCD相機
具體實施方式
如圖1所示的一種CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，包括有劃片機本 體，其與眾不同之處在于所述的劃片機本體上設有χ/γ軸運動平臺1，所述的χ/γ軸運動 平臺ι上設有θ軸旋轉平臺2，正對θ軸旋轉平臺2之上設有帶聚焦鏡4的Z軸升降平 臺。同時，所述聚焦鏡4頂部的對應位置處設有第一反射鏡5 ；正對第一反射鏡5的主工作 面處設置有激光光路組件。并且，所述第一反射鏡5的副工作面頂端設有第二反射鏡8，所 述第二反射鏡8的反射面處設有CXD裝置輔助定位組件。結合本實用新型一較佳的實施方式來看，Χ/Υ軸運動平臺1為磁懸浮疊加式運動 平臺，具體來說，在X軸上與X軸垂直走向的方向上疊加有Y軸。當然，亦可以是在Y軸上 與Y軸垂直走向的方向上疊加有X軸。同時，考慮到對晶圓3進行一個較佳的定位，在θ 軸旋轉平臺2上設有真空吸附平臺。進一步來看，為了更好的對晶圓3進行劃片，激光光路組件包括有半導體激光器 7,半導體激光器7發(fā)射端設置有激光準直鏡6，激光準直鏡6正對第一反射鏡5的主工作 面。同時，通過多次對比試驗后發(fā)現(xiàn)，半導體激光器7以半導體紅外激光器能實現(xiàn)較佳的效 果。并且，為了便于CXD裝置輔助定位組件能夠正確采樣，CXD裝置輔助定位組件包括有同 軸CXD裝置相機10，同軸CXD裝置相機10的取景端設有成像鏡頭9，成像鏡頭9的工作面 對應第二反射鏡8的反射面。并且，由于CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機的工作環(huán)境多變，為了便 于成像鏡頭9在采樣時能盡可能的清晰，便于后續(xù)的準確切割，在成像鏡頭9處設置有LED 照明裝置。再者，考慮到切割過程中容易產生粉塵，而粉塵亦會影響成像鏡頭9的正常工 作，同時也影響半導體激光器7的光路發(fā)射效果。為此，在劃片機本體上安裝有同軸吹氣裝 置和抽塵裝置。結合本實用新型的實際實施過程來看。在進行劃片前，先啟動硬件電源，激光電 源，打開氣源開關，再啟動控制電腦，打開劃片軟件，軟件會對當前的狀態(tài)進行自動偵測，如 有異常，系統(tǒng)進行提示，打開軟件后，選擇正方形、圓形及六邊形晶圓三種劃片模式中的任 一一種，再設定控制軟件程序中的激光頻率，激光脈寬，激光能量，劃片速度，材料厚度，劃 片深度，加工次數(shù)，以及定位方式等劃片參數(shù)。接著，在控制軟件中設定晶粒尺寸，也可以在系統(tǒng)數(shù)據庫中調用系統(tǒng)中已有的規(guī) 格，軟件會自動產生將要加工晶圓的版圖，并將版圖導入系統(tǒng)控制軟件，加工時，運動平臺 會根據導入的版圖路徑進行軌跡運動，激光光束固定不動，平臺按運動軌跡做高速移動，在 晶圓預留切割溝道中形成激光切割線，一次加工完一個完整的晶圓片后，所有作業(yè)流程完 成，再進行下一個晶圓3的劃片。在進行加工前，先需對晶圓片進行CCD裝置定位，可采用自動定位和手動定位模 式，具體來說當晶圓特征明顯時系統(tǒng)采用自動定位模式，當特征不太明顯，無法完成滿足 自動定位的條件時，選擇手動定位模式。當同軸LED光照到晶圓上時，發(fā)產生反射，反射光通過聚焦鏡4后變成平行光，平行光穿透第一反射鏡5，進入第二反射鏡8，第二反射鏡8經 過45°反射后，光路改變入射方向，再進入成像鏡后聚焦到C⑶裝置相機10的芯片上，通過 調整第二反射鏡8的角度，可以將激光焦點位置打到CCD裝置的十字靶心上，實現(xiàn)激光與成 像同軸，微調成像鏡頭9，改變成像放大倍率，直到適合定位要求的倍率。當選用自動定位模式時，CDD相機10采集到當前的圖像與系統(tǒng)時設定的模板進 行匹配，通過數(shù)據處理，軟件程序計算出當前晶圓3角度和預留切割溝道正中心的位置，并 將此位置坐標記入系統(tǒng)，軟件程序根據計算的數(shù)據，控制工作平臺按軌跡進行運動，完成劃 片。再進一步來看，當選用手動模式時，直接通過顯示屏將CXD裝置十字靶心對準預 留的切割溝道中心，通過對晶圓左右兩個位置的比對，通過旋轉θ軸旋轉平臺2，將晶圓3 角度校正，再自動將晶圓3第一條切割線送到焦點位置，再按軟件程序進行軌跡運動，完成 劃片。并且，在劃片過程中，激光光路固定不動，可以確保光路的穩(wěn)定性，只要將平臺的精度 進行控制，整個系統(tǒng)的精度不能得以確保，較易實現(xiàn)。而且，當前加工狀況及加工質量直接顯示在人機界面上，非常直觀，同時，可以在 軟件控制上進行微調，提高加工質量。再者，輔以吹氣裝置，有效提高劃片質量，抽塵裝置可 將劃片過程中產生的粉塵及時抽走，不對晶圓3表面產生污染，劃完的晶圓3無須進行二次 清洗。再具體結合本實用新型的實際使用過程來看，采用CCD裝置手動定位的過程如 下先在控制軟件上設定晶圓參數(shù)，包括晶圓大小，晶粒規(guī)格；再設定激光參數(shù)，包括激光 功率，激光頻率，激光脈寬；再設定運動控制參數(shù)，包括劃片速度，加速度，減速度等；如前 面已設定上面的參數(shù)，無須再設定。之后，將晶圓放入θ軸旋轉平臺的真空吸盤上。點控制軟件上的晶圓載入，系統(tǒng) 自動開啟真空，將晶圓吸附在工作臺面上，并將晶圓中心自動送到CXD裝置十字中心。在人機界面上觀察晶圓位置，如切割溝道與CCD裝置十字線差不多平行，則無須 粗調整，如晶圓溝道與CCD裝置十字水平線有較大角度，則通過控制軟件進行旋轉粗擺正。點控制軟件上的定位，X/Y軸運動平臺將晶圓左邊位置自動送到CXD裝置正下方， 通過軟件上的按鈕移動平臺，將CCD裝置十字線水平方向對準晶圓溝道正中心，按確認，系 統(tǒng)自動記錄當前點的坐標值(X1Y1K下一步平臺將晶圓右邊位置自動送到C⑶裝置正下方，通過軟件上的按鈕移動平 臺，將CCD裝置十字線水平方向對準晶圓溝道正中心，按確認，由此，系統(tǒng)自動記錄當前點 的坐標值(X2Y2)。軟件系統(tǒng)根據這兩個坐標點，利用數(shù)學函數(shù)關系計算出晶圓角度值，通過旋轉平 臺將晶圓進行精擺正，并會計算出當前晶圓溝通中心擺正后的位置，再將晶圓溝道中心自 動送到CXD裝置十字中心。重復以上動作，可以再次提高擺正的精準度。完成第一面的擺正后，θ軸旋轉平臺自動旋轉90°，使第二方面的晶圓溝通中心 與CCD裝置十字水平線平行，通過軟件上的按鈕移動平臺，將晶圓溝道中心對準CCD裝置十 字線，按確定鍵，完成定位。按開始劃片，X/Y軸運動平臺將晶圓第一條溝道正中心自動送到激光焦點下進行劃片，完成一個方向的劃片后，θ軸旋轉平臺反方向旋轉90°，進行第二方向的劃片。劃片 完成后，Χ/Υ軸運動平臺自動將晶圓送出。 重復以上動作，進行下一晶圓的劃片。采用CCD裝置自動定位的過程如下先在控制軟件上設定晶圓參數(shù)，包括晶圓大 小，晶粒規(guī)格；再設定激光參數(shù)，包括激光功率，激光頻率，激光脈寬；再設定運動控制參 數(shù)，包括劃片速度，加速度，減速度等；如前面已設定上面的參數(shù)，無須再設定。之后，根據將要進行劃片晶圓的規(guī)格，調用軟件系統(tǒng)數(shù)據庫中的標準模板，將晶圓 放入旋轉工作臺的真空吸盤上。接著，點控制軟件上的晶圓載入，系統(tǒng)自動開啟真空，將晶 圓吸附在工作臺面上，并將晶圓中心自動送到CXD裝置十字中心。由此，C⑶裝置在晶圓中心處自動拍下一幅圖片，圖像采集卡根據采集到的圖片與 標準模板進行匹配計算，將當前各晶粒中心點的坐標導入系統(tǒng)軟件，軟件對這此數(shù)據進行 計算，將當前晶粒中心點按一定順序進行擬合成直線，計算出直線與X水平軸的夾角，軟件 控制θ軸旋轉平臺按當前夾角自動進行粗擺正。粗擺正完成后，Χ/Υ軸運動平臺將晶圓左邊位置自動送到CXD裝置正下方，CXD裝 置自動拍下左邊位置的圖片，圖像采集卡根據采集到的圖片與標準模板進行匹配計算，將 當前各晶粒中心點的坐標導入系統(tǒng)軟件，軟件對這此數(shù)據進行計算，將當前晶粒中心點按 一定順序進行擬合成直線，再將直線中間點的坐標計算出來。左邊位置定位完成后，Χ/Υ軸運動平臺將晶圓右邊位置自動送到CXD裝置正下方， CCD裝置自動拍下左邊位置的圖片，圖像采集卡根據采集到的圖片與標準模板進行匹配計 算，將當前各晶粒中心點的坐標導入系統(tǒng)軟件，軟件對這此數(shù)據進行計算，將當前晶粒中心 點按一定順序進行擬合成直線，再將直線中間點的坐標計算出來。軟件通過兩個中心點的坐標計算出晶圓需擺正的角度，θ軸旋轉平臺按此角度進 行自動精擺正，同時軟件計算出當前晶圓溝通中心擺正后的位置，再將晶圓溝道中心自動 送到CXD裝置十字中心。當然，可以選擇自動兩次自動定位，提高擺正精度。在完成第一面的自動擺正后，θ軸旋轉平臺自動旋轉90°，旋轉后C⑶裝置自動 采集一幅圖，與標準模板進行匹配，軟件將采集到的數(shù)據進行計算，χ/γ軸運動平臺將晶圓 溝道中心自動送到CCD裝置十字線正下方。系統(tǒng)將晶圓第一條溝道送到激光焦點正下方， 進行激光劃片。劃片完成后，平臺自動將晶圓送出。重復以上動作，進行下一晶圓的劃片。并且，整個過程自動完成，無須人工干預。通過上述的文字表述并結合附圖可以看出，采用本實用新型后，利用紅外激光聚 焦斑點的高能量密度焦點直接對準晶圓表面，破壞硅晶圓的分子鏈，被加工材料由固態(tài)直 接進入氣態(tài)，不產生熱熔融。同時，利用軟件控制程序設定將要進行劃片的晶圓的規(guī)格和激 光加工參數(shù)，將激光焦點對準在晶圓切割溝道中，控制軟件控制各運動按設定軌跡進行運 動，完成整個晶圓的劃片，硅晶圓對激光吸收率高，只需很少的激光能量就能實現(xiàn)晶圓材料 的劃片。更為重要的是，在進行晶圓校正時輔以同軸C⑶裝置圖像定位，可極大的提高生產 效率，運動平臺采用帶反饋的光學尺進行全閉環(huán)控制，具有較高的加工精度，激光加工是一 種非接觸式加工，加工后無溶渣，無毛邊，無機械應用，有效提高了芯片的機械強度，提高芯 片的可靠性和壽命。
權利要求CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，包括有劃片機本體，其特征在于所述的劃片機本體上設有X/Y軸運動平臺，所述的X/Y軸運動平臺上設有θ軸旋轉平臺，正對θ軸旋轉平臺之上設有帶聚焦鏡的Z軸升降平臺；所述聚焦鏡頂部的對應位置處設有第一反射鏡；正對第一反射鏡的主工作面處設置有激光光路組件；所述第一反射鏡的副工作面頂端設有第二反射鏡，所述第二反射鏡的反射面處設有CCD裝置輔助定位組件。
2.根據權利要求1所述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其特征在于 所述的X/Y軸運動平臺為磁懸浮疊加式運動平臺，在X軸上與X軸垂直走向的方向上疊加 有Y軸；或是在Y軸上與Y軸垂直走向的方向上疊加有X軸。
3.根據權利要求1所述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其特征在于 所述的θ軸旋轉平臺上設有真空吸附平臺。
4.根據權利要求1所述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其特征在于 所述的激光光路組件包括有半導體激光器，半導體激光器發(fā)射端設置有激光準直鏡；所述 激光準直鏡正對第一反射鏡的主工作面。
5.根據權利要求4所述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其特征在于 所述的半導體激光器為半導體紅外激光器。
6.根據權利要求1所述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其特征在于 所述的CCD裝置輔助定位組件包括有同軸CCD裝置相機，所述同軸CCD裝置相機的取景端 設有成像鏡頭，成像鏡頭的工作面對應第二反射鏡的反射面。
7.根據權利要求6所述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其特征在于 所述的成像鏡頭處設置有LED照明裝置。
8.根據權利要求1所述的CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，其特征在于 所述的劃片機本體上安裝有同軸吹氣裝置和抽塵裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種CCD裝置輔助定位式晶圓加工用激光劃片機，包括有劃片機本體，特點是劃片機本體上設有X/Y軸運動平臺，X/Y軸運動平臺上設有θ軸旋轉平臺，正對θ軸旋轉平臺之上設有帶聚焦鏡的Z軸升降平臺。聚焦鏡頂部的對應位置處設有第一反射鏡；正對第一反射鏡的主工作面處設置有激光光路組件。所述第一反射鏡的副工作面頂端設有第二反射鏡，所述第二反射鏡的反射面處設有CCD裝置輔助定位組件。通過軟件系統(tǒng)配合CCD裝置對晶圓的劃片位置進行準確定位，并通過半導體激光器對晶圓進行劃片。由此，可極大的提高生產效率，并且激光加工是一種非接觸式加工，加工后無溶渣，無毛邊，無機械應用，提高芯片的可靠性和壽命。
文檔編號B23K26/02GK201702514SQ20102019187
公開日2011年1月12日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權日2010年5月17日
發(fā)明者金朝龍 申請人:蘇州天弘激光股份有限公司