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CN109483067B - 一种计算机控制式激光加工装置及其加工方法 - Google Patents

一种计算机控制式激光加工装置及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种计算机控制式激光加工装置及其加工方法，其可以实现多个切割道同时切割，同时保证切割道的垂直度，还可以灵活控制切割道之间的间距；该种切割，可以最大程度的实现减少裂纹和碎屑，且控制第一激光器的能量，控制切割速度；利用全部的计算机控制，实现精确的控制，防止切割的不当操作。

Description

一种计算机控制式激光加工装置及其加工方法
技术领域
本发明涉及半导体晶圆切割领域，具体涉及一种计算机控制式激光加工装置及其加工方法。
背景技术
硅片或者其他半导体晶圆的切割，往往会采用机械切割或者激光切割，其中激光切割具有防止碎片、裂纹风险的有益效果；然而现有的激光切割装置往往只能一次切割一条分割线，或者切割多个切割线的间距是固定的，这是不利于切割的速率和灵活性的；此外，激光头或者激光系统在垂直方向上如果侧斜，即与硅片不垂直，那么切割出的切割道也会出现倾斜，这种切割会导致切割出的单件出现失效。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种计算机控制式激光加工装置，包括：
第一激光器，所述第一激光器沿着第一光轴发射第一激光束；
第二激光器，所述第二激光器沿着第二光轴发射第二激光束，且所述第一光轴和第二光轴相互垂直；
光学系统，所述光学系统包括沿着第一光轴方向依次设置的第一聚光镜、光纤分路组件和第二聚光镜；所述光纤分路组件包括分光镜和光纤束组件，所述光纤束组件设置于所述分光镜的第一光轴延伸方向；所述光纤束组件包括多个光纤束和六面形反射罩，所述光纤束均匀分布在所述反射罩内，所述反射罩用于反射所述第二激光束；
半反射镜，所述半反射镜设置于所述第二光轴路径上，所述半反射镜反射面上设置有对准标记，且可以反射所述反射罩反射的所述第二激光束，该反射的第二光束定义为反射光束；
光接收器，所述光接收器接收所述反射光束；
计算机控制系统，所述计算机控制系统包括图像采集单元、垂直控制器和水平控制器，所述图像采集单元采集光接收器所接收的反射光束，所述垂直控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件使其与所述第一光轴平行，所述水平控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件的相对于所述第二光轴的旋转角度。
根据本发明的实施例，还包括调整所述光纤分路组件使其与所述第一光轴平行的纵向步进电机，所述垂直控制器控制所述纵向步进电机以实现所述光纤分路组件纵向平行于第一光轴。
根据本发明的实施例，还包括调整所述光纤分路组件与所述第二光轴的角度的横向步进电机，所述水平控制器控制所述横向步进电机以实现所述光纤分路组件与所述第二光轴的转动角度的调整。
根据本发明的实施例，还包括可移动载台，所述载台用于承载待切割工件。
根据本发明的实施例，所述计算机控制系统还包括移动控制器，用于控制所述载台的定向移动。
根据本发明的实施例，所述计算机控制系统还包括第一激光控制器和第二激光控制器，其用于分别控制所述第一激光器与第二激光器的工作状态及激光强度等。
根据本发明的实施例，所述反射罩上设置有标尺，所述标尺为角度标尺，用于测定光纤分路系统在水平方向上相对于第二光轴的旋转角度A。
根据本发明的实施例，所述角度标尺的0度位置为所述多个光纤束排布延伸位置。
本发明还提供了一种计算机控制式激光加工方法，其使用上述的计算机控制式激光加工装置，所述方法包括以下步骤：
(1)提供一半导体晶片，将所述半导体晶片加持于所述载台上；
(2)利用第二激光控制器控制第二激光器发射第二激光束，所述第二激光束穿过所述半反射镜并经反射罩反射、所述半反射镜反射传导至光接收器上，并由图像采集单元捕捉光信号；
(3)所述垂直控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件使其与所述第一光轴平行；
(4)根据半导体晶片所需的切割间距d2，所述水平控制器依据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件的相对于所述第二光轴的旋转角度A；
(5)固定所述光纤分路组件，利用第一激光控制器控制第一激光器发射第一激光束至所述半导体晶片上，利用移动控制器控制所述载台的水平移动，以实现切割。
根据本发明的实施例，所述多个光纤束横向均匀分布，且其间距为d1，其中d2＝|d1 ×cosA|。
本发明的优点如下：
(1)可以实现多个切割道同时切割，同时保证切割道的垂直度，还可以灵活控制切割道之间的间距；
(2)该种切割，可以最大程度的实现减少裂纹和碎屑，且控制第一激光器的能量，控制切割速度；
(3)利用全部的计算机控制，实现精确的控制，防止切割的不当操作。
附图说明
图1为本发明的计算机控制式激光加工装置的示意图；
图2为本发明的计算机控制系统的示意图；
图3A和3B为本发明的光纤分路组件角度旋转的示意图；
图4A和4B为本发明的光纤分路组件的标尺的示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的计算机控制式激光加工装置，包括：
第一激光器1，所述第一激光器1沿着第一光轴发射第一激光束2；
第二激光器12，所述第二激光器12沿着第二光轴发射第二激光束13，且所述第一光轴和第二光轴相互垂直；
光学系统，所述光学系统包括沿着第一光轴方向依次设置的第一聚光镜3、光纤分路组件4和第二聚光镜10；所述光纤分路组件4包括分光镜5和光纤束组件，所述光纤束组件设置于所述分光镜5的第一光轴延伸方向；所述光纤束组件4包括多个光纤束7和六面形反射罩6，所述光纤束7均匀分布在所述反射罩6内，所述反射罩6用于反射所述第二激光束13；其中，所述分光镜5与所述光纤束组件相互固定；
半反射镜14，所述半反射镜14设置于所述第二光轴路径上，所述半反射镜14反射面上设置有对准标记(未图示)，且可以反射所述反射罩6反射的所述第二激光束13，该反射的第二光束定义为反射光束；
光接收器15，所述光接收器15接收所述反射光束；
参加图2，还包括计算机控制系统，所述计算机控制系统包括中央处理器、显示器、图像采集单元、垂直控制器和水平控制器，所述图像采集单元采集光接收器15所接收的反射光束，所述垂直控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件4使其与所述第一光轴平行，所述水平控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件4的相对于所述第二光轴的旋转角度A。
在所述光纤分路组件4附近，还具有调整所述光纤分路组件4使其与所述第一光轴平行的纵向步进电机8，所述垂直控制器控制所述纵向步进电机8以实现所述光纤分路组件4纵向平行于第一光轴；还包括调整所述光纤分路组件4与所述第二光轴的角度的横向步进电机9，所述水平控制器控制所述横向步进电机9以实现所述光纤分路组件4在水平方向上相对于所述第二光轴的转动角度的调整。
在第一光轴的末端位置具有可移动载台11，所述载台11用于承载待切割工件100；所述计算机控制系统还包括移动控制器，用于控制所述载台11的定向移动。
根据本发明的实施例，所述计算机控制系统还包括第一激光控制器和第二激光控制器，其用于分别控制所述第一激光器1与第二激光器12的工作状态及激光强度等。
参加图3A-3B，所述光纤分路组件4可以沿着所述中心轴旋转，其旋转的实现通过横向步进电机实现，这在前述内容已经描述，不再赘述；其参照线为多个光纤束7排布的直线，所述多个光纤束之间的间距为d1，旋转角度为A，那么最终所切割的切割道之间的间距为d2＝|d1×cosA|。
参照图4A-4B，反射罩6上设置有标尺，所述标尺为角度标尺，用于测定光纤分路系统的沿第二光轴方向的旋转角度A。显示器通过所述对准标记与所述标尺的相对位置调整使其垂直以及调整旋转角度A。
使用上述的计算机控制式激光加工装置，本发明还提供了一种计算机控制式激光加工方法，所述方法包括以下步骤：
(1)提供一半导体晶片(工件100)，将所述半导体晶片加持于所述载台11上；
(2)利用第二激光控制器控制第二激光器12发射第二激光束13，所述第二激光束13 穿过所述半反射镜14并经反射罩6反射、所述半反射镜14反射传导至光接收器15上，并由图像采集单元捕捉光信号；
(3)所述垂直控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件4使其与所述第一光轴平行；
(4)根据半导体晶片所需的切割间距d2，所述水平控制器依据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件4的相对于所述第二光轴的旋转角度A；
(5)固定所述光纤分路组件4，利用第一激光控制器控制第一激光器1发射第一激光束 2至所述半导体晶片上，利用移动控制器控制所述载台11的水平移动，以实现切割。
其中，所述多个光纤束横向均匀分布，且其间距为d1，其中d2＝|d1×cosA|。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种计算机控制式激光加工装置，包括：
第一激光器，所述第一激光器沿着第一光轴发射第一激光束；
第二激光器，所述第二激光器沿着第二光轴发射第二激光束，且所述第一光轴和第二光轴相互垂直；其特征在于，还包括：光学系统，所述光学系统包括沿着第一光轴方向依次设置的第一聚光镜、光纤分路组件和第二聚光镜；所述光纤分路组件包括分光镜和光纤束组件，所述光纤束组件设置于所述分光镜的第一光轴延伸方向；所述光纤束组件包括多个光纤束和六面形反射罩，所述光纤束均匀分布在所述反射罩内，所述反射罩用于反射所述第二激光束；
半反射镜，所述半反射镜设置于所述第二光轴路径上，所述半反射镜反射面上设置有对准标记，且可以反射所述反射罩反射的所述第二激光束，该反射的第二光束定义为反射光束；
光接收器，所述光接收器接收所述反射光束；
计算机控制系统，所述计算机控制系统包括图像采集单元、垂直控制器和水平控制器，所述图像采集单元采集光接收器所接收的反射光束，所述垂直控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件使其与所述第一光轴平行，所述水平控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件的相对于所述第二光轴的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的计算机控制式激光加工装置，其特征在于，还包括调整所述光纤分路组件使其与所述第一光轴平行的纵向步进电机，所述垂直控制器控制所述纵向步进电机以实现所述光纤分路组件纵向平行于第一光轴。
3.根据权利要求1所述的计算机控制式激光加工装置，其特征在于，还包括调整所述光纤分路组件与所述第二光轴的角度的横向步进电机，所述水平控制器控制所述横向步进电机以实现所述光纤分路组件与所述第二光轴的转动角度的调整。
4.根据权利要求1所述的计算机控制式激光加工装置，其特征在于，还包括可移动载台，所述载台用于承载待切割工件。
5.根据权利要求4所述的计算机控制式激光加工装置，其特征在于，所述计算机控制系统还包括移动控制器，用于控制所述载台的定向移动。
6.根据权利要求1所述的计算机控制式激光加工装置，其特征在于，所述计算机控制系统还包括第一激光控制器和第二激光控制器，其用于分别控制所述第一激光器与第二激光器的工作状态及激光强度。
7.根据权利要求1所述的计算机控制式激光加工装置，其特征在于，所述反射罩上设置有标尺，所述标尺为角度标尺，用于测定光纤分路组件在水平方向上相对于第二光轴的旋转角度A。
8.根据权利要求7所述的计算机控制式激光加工装置，其特征在于，所述角度标尺的0度位置为所述多个光纤束排布延伸位置。
9.一种计算机控制式激光加工方法，其使用所述权利要求5所述的计算机控制式激光加工装置，所述方法包括以下步骤：
(1)提供一半导体晶片，将所述半导体晶片加持于所述载台上；
(2)利用第二激光控制器控制第二激光器发射第二激光束，所述第二激光束穿过所述半反射镜并经反射罩反射、所述半反射镜反射传导至光接收器上，并由图像采集单元捕捉光信号；
(3)所述垂直控制器用于根据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件使其与所述第一光轴平行；
(4)根据半导体晶片所需的切割间距d2，所述水平控制器依据所述图像采集单元所采集的反射光束调整所述光纤分路组件的相对于所述第二光轴的旋转角度A；
(5)固定所述光纤分路组件，利用第一激光控制器控制第一激光器发射第一激光束至所述半导体晶片上，利用移动控制器控制所述载台的水平移动，以实现切割。
10.根据权利要求9所述的计算机控制式激光加工方法，其特征在于，所述多个光纤束横向均匀分布，且其间距为d1，其中d2＝|d1×cosA|。
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