用于晶圆切割的紫外激光加工设备

摘要

本发明涉及用于晶圆切割的紫外激光加工设备的设计方法，由紫外激光器发出激光入射到激光传输系统中，激光传输系统将高能量密度的聚焦光斑垂直入射到加工平台上，通过调节激光传输系统中的光学元器件控制聚焦于加工平台表面的激光能量分布，激光切割前由光学图像系统对待加工的晶圆进行定位及切割轨迹的规划，激光加工时激光光轴保持不动而加工平台相对于光轴在X、Y两个轴向直线运动；工控机向激光器传送控制指令，激光器向工控机传送状态信息，光学图像系统将摄取的工件表面图像信息传送到工控机进行图像处理。本发明采用简洁而功能齐备的光路设计，方便灵活地控制激光加工平面的光斑能量分布，适用于多种材质规格的半导体晶圆片的切割。

主权项

用于晶圆切割的紫外激光加工设备，其特征在于：所述的紫外激光加工设备包括紫外激光器(1)、激光传输系统(2)、加工平台(3)、光学图像系统(4)和工控机(5)，所述紫外激光器(1)发出激光并入射到激光传输系统(2)，激光传输系统(2)将高能量密度的聚焦光斑垂直入射到加工平台(3)，通过调节激光传输系统(2)中的光学元器件控制聚焦于加工平台(3)表面的激光能量分布；激光切割前由光学图像系统(4)对待加工的晶圆进行定位以及切割轨迹的规划，激光切割时激光光轴保持不动而加工平台(3)相对于光轴在X、Y两个轴向直线运动；所述的紫外激光器(1)通过RS232串口与工控机(5)进行通信，工控机(5)向紫外激光器(1)传送控制指令，紫外激光器(1)向工控机(5)传送状态信息；光学图像系统(4)把在加工平台(3)上摄取的工件表面图像信息传送到工控机(5)进行图像处理，对工件精确切割定位，并实时检测切割线轨迹；加工平台(3)与工控机(5)之间通过运动控制卡进行运动闭环控制；所述的激光传输系统(2)包括光闸(6)、扩束镜(7)、第一反射镜(8)、第二反射镜(9)和聚焦镜(10)；所述的光学图像系统包括第一CCD(13)、第二CCD(14)、第三CCD(17)、第一照明光源(15)和第二照明光源(16)；所述的加工平台(3)包括大理石基台(18)、X轴直线导轨(19)、Y轴直线导轨(20)、R轴旋转电机(21)和透明石英台面(22)；其中，紫外激光器(1)射出的激光入射到光闸(6)，光闸(6)控制激光的通断，经过光闸(6)射出的激光垂直入射到扩束镜(7)，扩束镜(7)控制聚焦光斑的能量分布；扩束镜(7)输出的激光先入射到45°第一反射镜(8)，再入射到45°第二反射镜(9)，第一反射镜(8)对紫外355nm激光进行45°全反，第二反射镜(9)对紫外355nm激光进行45°全反、并对照明光45°增透；经第二反射镜(9)转角后的激光垂直入射到聚焦镜(10)，聚焦镜(10)安装在垂直直线升降的电机上，通过控制聚焦镜(10)与加工平台(3)之间的距离调整加工平面聚焦光斑的能量分布，透过聚焦镜(10)的激光聚焦于加工平台(3)的表面；其中，第一照明光源(15)出光的光轴与激光垂直入射到加工平台(3)的光轴一致，第一照明光源(15)射出的光依次透过第四反射镜(12)、第三反射镜(11)、第二反射镜(9)和聚焦镜(10)，继而照射到加工平台(3)上；经加工平台(3)上工件上表面反射的光线依次经过聚焦镜(10)、第二反射镜(9)、第三反射镜(11)、第四反射镜(12)后，分别入射到第一CCD(13)和第二CCD(14)，其中第一CCD(13)对工件正面小幅面精确定位，第二CCD(14)对大幅面的边缘识别；第二照明光源(16)出光的光轴与激光垂直入射到加工平台(3)的光轴一致，第二照明光源(16)自下而上的垂直入射到加工平台(3)上工件的下表面，经工件下表面反射的光返回到第三CCD(17)，第三CCD(17)对工件下表面精确定位；其中，X轴直线导轨(19)和Y轴直线导轨(20)相对垂直安装于大理石基台(18)上，X轴直线导轨(19)和Y轴直线导轨(20)都带有高分辨率的光栅尺；R轴旋转电机(21)安装于Y轴直线导轨(20)上；透明石英台面(22)安装于R轴旋转电机(21)上。