CN101714499B - 加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种即使在加工单元与摄像对象物之间对存在不透光层的被加工物进行拍摄，也能够对摄像对象物进行拍摄的加工装置。该加工装置具有基部，其特征在于具有：保持台，其具有对被加工物进行保持的、由透明体形成的保持垫；加工单元，其对保持在该保持台上的被加工物进行加工；加工进给单元，其使所述保持台和所述加工单元在与该保持台的表面平行的X轴方向以及与该X轴方向垂直的Y轴方向上相对地进给；以及摄像单元，其以位于保持垫的下方位置的方式被安装在所述基部上，透过所述由透明体形成的保持垫来拍摄保持在所述保持台上的被加工物，在拍摄被加工物时，通过所述加工进给单元使所述保持台移动到该摄像单元上方。
Description
技术领域
本发明涉及对半导体晶片进行加工的加工装置，特别是涉及加工装置的对准摄像部的机构。
背景技术
在半导体器件制造工艺中，通过将下述半导体晶片沿着间隔道(street，切断预定线)切断来分割成每个器件而制造各个半导体芯片，该半导体晶片在大致圆盘形状的半导体晶片的表面上通过排列成格子状的间隔道来划分多个区域，并在划分出的各区域上形成有IC(集成电路)、LSI(大规模集成电路)等器件。
将半导体晶片沿着间隔道切断通常是通过被称为切片机的切削装置来进行的。除了使用切削装置的切割方法以外，还开发出使用对于半导体晶片具有透射性的波长的脉冲激光的激光切割法。
在该激光切割法中，对于半导体晶片等被加工物(工件)具有透射性的波长的脉冲激光将聚光点对准被加工物的内部而沿着间隔道进行照射，从而在被加工物内部形成变质层，沿着由于形成变质层而使强度下降的间隔道施加外力，从而分割成各个芯片(例如，参照日本特许第3408805号公报和日本特开平10-305420号公报)。
在使用这些加工装置对被加工物进行加工时，以被加工物的正面(形成有电路图案的面)朝上的方式在卡台上安置被加工物，使用设置在卡台上方的、包含可见光照相机等摄像单元的对准单元来检测间隔道并实施对准，通过将切削刀片或激光照射头定位在间隔道上来实施加工。
然而，有时以被加工物的正面向下且背面向上的方式将被加工物安置在卡台上实施加工。例如，使用激光对在蓝宝石基板上形成了发光器件的LED芯片等进行加工时，由于担心损坏发光器件层的特性，因此优选使激光束从未形成有器件的背面侧入射。
并且，对于在正面形成有细微结构物的一部分MEMS(Micro ElectroMechanism Systems，微机电系统)，由于担心基于刀片切割的加工中的切削水会损坏正面的结构物，因此有时将结构物侧贴附在保持带上而从背面侧进行加工。
而且，在对CCD和CMOS等摄像器件等的、器件上附着切屑会导致器件不良的被加工物进行刀片切割的情况下，同样有时也将正面贴附在保持带上而从背面侧进行加工。
因此，提出了使用IR(红外)照相机的方法，作为即使像这样以电路图案或间隔道的形成面向下的方式保持而从背面侧进行加工的情况下，也能够实施对准的方法(日本特开平6-232255号公报和日本特开平10-312979号公报)。
【专利文献1】日本特许第3408805号公报
【专利文献2】日本特开平10-305420号公报
【专利文献3】日本特开平6-232255号公报
【专利文献4】日本特开平10-312979号公报
然而，对在对准图案层上具有如金属层那样的不透光层的被加工物进行加工的情况下，或者从背面对在背面具有金属层的被加工物进行加工的情况下，即使使用IR照相机从金属层侧拍摄，也不能检测对准图案或间隔道，不能实施对准。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使在加工单元与摄像对象物之间将存在不透光层的被加工物以其正面向下的方式安置在卡台上而从背面侧进行加工的情况下，也能实施对准而不会对被加工物的结构和材质带来影响的加工装置。
根据本发明，提供了一种加工装置，该加工装置具有基部，其特征在于，该加工装置具有：保持台，其具有对被加工物进行保持的、由透明体形成的保持垫；加工单元，其对保持该保持台上的被加工物进行加工；加工进给单元，其使所述保持台和所述加工单元在与该保持台的表面平行的X轴方向以及与该X轴方向垂直的Y轴方向上相对地进给；以及摄像单元，其以位于保持垫的下方位置的方式被安装在所述基部上，透过所述由透明体形成的保持垫来拍摄保持在所述保持台上的被加工物，其中，在拍摄被加工物时，通过所述加工进给单元使所述保持台移动到该摄像单元上方。
优选的是，加工装置还具有支撑箱，该支撑箱搭载在加工进给单元上，以可旋转的方式支撑保持台。保持台包含保持垫和对该保持垫进行支撑的环状支撑部件。
支撑箱包含：具有开口的上板，该开口以可旋转的方式嵌合保持台的环状支撑部件；下板，其被安置在加工进给单元上；以及连接板，其以在该支撑箱外周的至少一部分上形成摄像单元进入开口部的方式来连接上板与下板。
在拍摄被加工物时，通过加工进给单元移动保持台，从而摄像单元通过该摄像单元进入开口部而进入支撑箱中，并定位在保持台的正下方。
优选的是，保持垫由从以下组中选择的物质构成，该组由石英玻璃、硼硅玻璃、蓝宝石、氟化钙、氟化锂和氟化镁构成。优选的是，保持垫具有：具有多个吸引通路的吸引通路形成区域；以及未形成有吸引通路的吸引通路非形成区域，由摄像单元进行的被加工物的摄像是透过吸引通路非形成区域来实施。
根据本发明，可以提供一种能够对所有的被加工物实施对准而不会影响被加工物的结构和材质的加工装置。摄像单元安装在基部上，并且仅在分割预定线检测时通过加工进给单元将保持台定位在摄像单元上，因而无需繁杂结构，可实现装置的小型化。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的激光加工装置的概略立体图。
图2是支撑箱和卡台部分的分解立体图。
图3是搭载在支撑箱上的卡台的立体图。
图4是卡台的分解剖面图。
图5是第1摄像单元及其支撑结构的立体图。
图6是半导体晶片的正面侧立体图。
图7是经由切割带搭载在环状框架上的半导体晶片的背面侧立体图。
图8是经由切割带搭载在环状框架上且在背面具有金属层的半导体晶片的背面侧立体图。
图9是搭载在支撑箱上的卡台的局部剖视侧视图。
图10是图9的A部分的局部剖视放大图。
图11是保持垫的平面图。
图12是保持垫的另一实施方式的纵剖视图。
图13是本发明第2实施方式的切削装置的概略立体图。
标号说明
1：半导体晶片；2：激光加工装置；5：器件；7：目标图案；9：金属层；12：X轴进给单元；16：支撑箱；22：Y轴进给单元；23：加工进给单元；26：电机；28：卡台；34：激光束振荡单元；36：聚光器(激光照射头)；38：第2摄像单元；62：环状支撑部件；74：保持垫；82：第1摄像单元；84：照相机单元；110：切削装置；118：切削刀片。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1示出具备从卡台(保持台)的下方拍摄晶片的本发明的摄像单元(第1摄像单元)的激光加工装置的概略结构图。
激光加工装置2包含以可沿X轴方向移动的方式搭载在静止基座4上的第1滑块6。第1滑块6通过由滚珠丝杠8和脉冲电机10构成的X轴进给单元12，沿着一对导轨14在X轴方向上移动。
在第1滑块6上以可沿Y轴方向移动的方式搭载有支撑箱16。支撑箱16通过由滚珠丝杠18和脉冲电机20构成的Y轴进给单元(分度进给单元)22，沿着一对导轨24在Y轴方向上移动。
在支撑箱16上以可旋转的方式搭载有卡台28。如图2最佳所示，支撑箱16形成为大致U形，并包含：上板16a；搭载在导轨24上的下板16b；以及连接上板16a和下板16b的连接板16c。在上板16a上形成有圆形开口17，该圆形开口17以可旋转的方式安装了卡台28的后述嵌合凸部。
卡台28包含环状支撑部件62和保持垫74。环状支撑部件62包含：嵌合凸部64；直径比嵌合凸部64大的皮带卷绕部66；以及直径与嵌合凸部64大致相同的环状收容部68。
环状收容部68具有与保持垫74的外形大致相同的内径68a(参照图4)，在环状收容部68的内侧底部形成有对保持垫74进行支撑的环状支撑部70。
保持垫74由石英玻璃、硼硅玻璃、蓝宝石、氟化钙、氟化锂、氟化镁等透明物质形成，并具有在其正面(保持面)74a上开口的多个细孔76。
参照图4可以看出，各细孔76与吸引槽78连通，在环状支撑部件62的环状支撑部70上形成有与保持垫74的吸引槽78连通的连通路72。连通路72与真空吸引源80连接。
当将保持垫74搭载在环状支撑部件62的环状支撑部70上，并将环状支撑部件62的嵌合凸部64嵌合在支撑箱16的圆形开口17中时，如图3所示，成为卡台28可旋转地搭载在支撑箱16上的状态。
在支撑箱16的连接板16c上安装有电机26，在与电机26的输出轴连接的滑轮27和环状支撑部件62的皮带卷绕部66上卷绕有皮带30。当驱动电机26时，通过皮带30使卡台28旋转。
电机26例如由脉冲电机构成，在进行对准时以规定脉冲驱动电机26的情况下，卡台28旋转规定量(θ旋转)，可以进行图6所示的晶片1的分割预定线(间隔道)3的对准。
在支撑箱16的上板16a上形成有多个(在本实施方式中是4个)框架支撑座29，使用这些框架支撑座29来支撑在后面说明的环状框架。
再次参照图1，由X轴进给单元12和Y轴进给单元22构成加工进给单元23。由此，卡台28通过加工进给单元23可以在X轴方向和Y轴方向上移动。
在静止基座4上竖立地设有柱32，在该柱32上安装有收容了激光束振荡单元34的壳体35。由激光束振荡单元34振荡出的激光束被安装在壳体35前端的聚光器(激光照射头)36的物镜会聚，并照射到保持在卡台28上的半导体晶片等被加工物(工件)上。
在壳体35的前端部，在X轴方向上与聚光器36对齐地设置有第2摄像单元38，该第2摄像单元38检测应通过激光束进行激光加工的加工区域。第2摄像单元38除了利用可见光进行拍摄的普通CCD等摄像元件以外，还包含：红外线照射单元，其向工件照射红外线；光学系统，其捕获由红外线照射单元照射的红外线；以及红外线摄像单元，其由红外线CCD等摄像元件构成，输出与由该光学系统捕获的红外线对应的电信号。所拍摄的图像被发送到控制器40。
控制器40由计算机构成，并具有：根据控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)42；存储控制程序等的只读存储器(ROM)44；存储运算结果等的可读写的随机存取存储器(RAM)46；计数器48；输入接口50；以及输出接口52。
标号56是加工进给量检测单元，其由沿着导轨14设置的线性标度尺54和设置在第1滑块6上的未图示的读取头构成，加工进给量检测单元56的检测信号被输入到控制器40的输入接口50。
标号60是分度进给量检测单元，其由沿着导轨24设置的线性标度尺58和设置在第2滑块16上的未图示的读取头构成，分度进给量检测单元60的检测信号被输入到控制器40的输入接口50。
由第2摄像单元38拍摄的图像信号被输入到控制器40的输入接口50。另一方面，从控制器50的输出接口52向脉冲电机10、脉冲电机20、激光束振荡单元34等输出控制信号。
在激光加工装置2的基部4的规定部位安装有摄像单元(第1摄像单元)82，该摄像单元82从透明保持垫74的下侧拍摄保持在卡台28上的半导体晶片等被加工物。
如图5所示，摄像单元82包含照相机单元84，该照相机单元84具有低倍率照相机86和高倍率照相机88。在照相机单元84的侧面安装有用于在照相机单元84的拍摄时对拍摄部位进行照明的2个照明装置90、92。
照相机单元84由支撑板94支撑，支撑板94的基端部被固定在Z轴移动块98上。在激光加工装置2的基部4上竖立地设有柱96，通过由滚珠丝杠100和脉冲电机102构成的Z轴移动单元104，使构成摄像单元82的照相机单元84沿着一对导轨106在Z轴方向(上下方向)上移动。
参照图6，示出了作为激光加工装置2的加工对象的半导体晶片1的正面侧立体图。在晶片1的正面1a上，在由形成为格子状的间隔道(分割预定线)划分出的各区域内形成有器件5。在各器件5上形成有在对准时成为检测对象的目标图案7。
在图1所示的激光加工装置2的加工中，晶片1以其正面1a侧向下的方式贴附在切割带(粘接带)T上，如图7所示，切割带T的外周部贴附在环状框架F上。由此，半导体晶片1以其背面1b向上的方式在图7的状态下搭载在卡台28上。
参照图8，示出了经由切割带T搭载在环状框架F上的另一种类的半导体晶片1A的背面侧立体图。在半导体晶片1A的背面形成有金属层9。因此，对于这种半导体晶片1A的目标图案7，即使第2摄像单元38包含IR照相机也不能进行拍摄。
但是，由于第1摄像单元82设置在卡台28的下侧，并隔着卡台28的透明保持垫74来拍摄半导体晶片1A，因此即使是在背面具有金属层9的半导体晶片1A，也能容易地拍摄目标图案7。
作为本发明的加工装置的加工对象的被加工物(工件)，不限于图6至图8所示的半导体晶片等，可以列举作为芯片安装用的设置在晶片背面的DAF(Die Attach Film，晶片连接膜)等粘接部件、或者半导体产品的封装、陶瓷、玻璃系或硅系的基板、各种电子部件、各种驱动器、以及要求微米级精度的各种加工材料。
参照图9，示出了支撑箱和卡台部分的局部剖视侧视图。支撑箱16为大致U形，因此在连接上板16a和下板16b的连接板16c的相反侧形成有摄像单元进入开口部19。在该图中概略地示出了加工进给单元23。
图10是对图9的A部分进行放大后的局部剖视图，半导体晶片1以其正面1a向下的方式贴附在切割带T上，环状框架F被安置在框架安置台29上。
如上所述，卡台28的保持垫74由玻璃等的透明物质形成，并具有多个吸引槽78。吸引槽78经由形成在环状支撑部件62上的连通路72与真空吸引源80连接(参照图4)。
如图11所示，保持垫74具有：形成有细孔或吸引槽等多个吸引通路的吸引通路形成区域74a；未形成吸引通路的十字形的吸引通路非形成区域74b；以及未形成吸引通路的外周区域74c。为了清晰地捕获目标图案，优选由第1摄像单元82进行的目标图案的拍摄是透过吸引通路非形成区域74b来进行的。
参照图12，示出了另一实施方式的保持垫74A的纵剖视图。保持垫74A由玻璃等透明物质形成，并具有多个横向吸引槽75和与横向吸引槽75垂直的多个纵向吸引槽77。标号79是与连通路72连接的吸引槽。
以下，对利用第1摄像单元82的对准作业进行说明。如图9所示，将环状框架F安置在框架安置台29上，使真空吸引源80工作，通过卡台28的保持垫74吸引保持半导体晶片1。
在该状态下，驱动X轴进给单元12和Y轴进给单元22，如图9所示，使第1摄像单元82通过摄像单元进入开口部19进入支撑箱16内，使第1摄像单元82定位在半导体晶片1的正下方。
需要在切削加工前预先取得在第1摄像单元82检测待切削加工的间隔道的对准时进行的图案匹配中所使用的图像。因此，当第1摄像单元82定位于保持在卡台28上的半导体晶片1的正下方时，照明装置90或92点亮并从下方对半导体晶片1进行照明，利用低倍率照相机86或高倍率照相机82透过透明保持垫74拍摄半导体晶片1的正面，使所拍摄的图像显示在未图示的LCD等显示器上。
激光加工装置2的操作者通过操作未图示的操作面板，驱动X轴进给单元12或Y轴进给单元22来搜索作为图案匹配目标的目标图案7。
当操作者确定了目标图案7时，把包含该目标图案的图像记录在激光加工装置2的控制器40所具有的RAM 46中。并且，根据坐标值等求出该目标图案7与间隔道3的中心线之间的距离，并将该值也存储在RAM 46中。并且，根据坐标值等求出相邻的间隔道与间隔道之间的间隔(间隔道间距)，并将间隔道间距值也存储在控制器40的RAM 46内。
在沿着间隔道3对半导体晶片1进行切断时，进行所存储的目标图案的图像与实际由第1摄像单元82拍摄取得的图像之间的图案匹配。针对沿着在X轴方向上延伸的同一间隔道3而相互隔开的A点和B点这两点处进行该图案匹配。
当A点处的图案匹配完成时，使卡台28在X轴方向上移动，进行在X轴方向上与A点离开适当距离的B点处的图案匹配。此时，不是从A点一下子移动到B点来进行图案匹配，而是在朝B点的移动途中的多个部位根据需要进行图案匹配，驱动应校正Y轴方向的偏差的电机26，使卡台28少许旋转来进行θ校正，最终进行B点处的图案匹配。
当A点和B点处的图案匹配完成时，连接两个目标图案7的直线与间隔道3平行，通过使卡台28在Y轴方向上移动目标图案7与间隔道3的中心线之间的距离，来进行待切削间隔道3与聚光器(激光照射头)36的位置对准，对准完成。
在使第1摄像单元82进入到支撑箱16内时，为了防止第1摄像单元82接触到支撑箱16的连接板16c，优选在连接板16c的内面贴附例如东京传感器株式会社(株式会社東京センサ)制造的带开关(TapeSwitch)。该带开关构成通过导通来检测接触的接触防止机构。
本发明的加工装置不限于图1所示的激光加工装置2，本发明的第1摄像单元82也能够同样应用于图13所示的切削装置(切割装置)110。
在切削装置110的基部4上竖立地设有垂直柱112，在该垂直柱112上以可沿Z轴方向移动的方式搭载有切削单元114。即，切削单元114的外壳116通过由滚珠丝杠120和脉冲电机122构成的Z轴进给单元124，沿着一对导轨126在Z轴方向上移动。
在外壳116中收容有未图示的主轴和对主轴进行旋转驱动的电机，在主轴的前端可拆装地装设有切削刀片118。本实施方式的其他结构与图1所示的激光加工装置2相同，因而省略其说明。
Claims (6)
1.一种加工装置，该加工装置具有基部，其特征在于，该加工装置具有：
保持台，其具有对被加工物进行保持的、由透明体形成的保持垫；
加工单元，其对保持在该保持台上的被加工物进行加工；
加工进给单元，其使所述保持台和所述加工单元在与该保持台的表面平行的X轴方向以及与该X轴方向垂直的Y轴方向上相对地进给；以及
摄像单元，其以位于该保持垫的下方位置的方式被安装在所述基部上，透过所述由透明体形成的保持垫来拍摄保持在所述保持台上的被加工物，
在拍摄被加工物时，通过所述加工进给单元使所述保持台移动到该摄像单元上方,
其中，所述加工装置还具有支撑箱，该支撑箱搭载在所述加工进给单元上，以可旋转的方式支撑所述保持台，
所述保持台包含所述保持垫和对该保持垫进行支撑的环状支撑部件，
所述支撑箱包含：具有开口的上板，该开口以可旋转的方式嵌合所述保持台的所述环状支撑部件；下板，其被安置在所述加工进给单元上；以及连接板，其以在该支撑箱外周的至少一部分上形成摄像单元进入开口部的方式连接所述上板与所述下板，
在拍摄被加工物时，通过所述加工进给单元移动所述保持台，由此所述摄像单元通过该摄像单元进入开口部而进入所述支撑箱中，并定位在所述保持台的正下方。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其中，该加工装置还具有摄像进给单元，该摄像进给单元使所述摄像单元相对于所述保持垫在垂直方向上移动。
3.根据权利要求1所述的加工装置，其中，该加工装置还具有第2摄像单元，该第2摄像单元从所述保持垫的上方拍摄保持在所述保持台上的被加工物。
4.根据权利要求1所述的加工装置，其中，所述保持垫由从以下组中选择的物质构成，该组由石英玻璃、硼硅玻璃、蓝宝石、氟化钙、氟化锂和氟化镁构成。
5.根据权利要求1所述的加工装置，其中，所述保持垫具有：具有多个吸引通路的吸引通路形成区域；以及未形成吸引通路的吸引通路非形成区域，由所述摄像单元进行的被加工物的摄像是透过该吸引通路非形成区域来进行。
6.根据权利要求1所述的加工装置，其中，所述加工单元包含激光照射头或切削刀片中的任一方。
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