雷射束加工機的製作方法
2023-06-20 16:28:21
專利名稱：雷射束加工機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用雷射加工工件如半導體晶片的雷射束加工機。
背景技術：
在半導體器件的生產過程中，在大致盤狀的半導體晶片的正面上，通過排列在柵格圖案中稱為「街道(streets)」的分界線多個區域被切割，並且在每個切割的區域中形成器件如IC或LSI。通過沿著該晶片間隔來切割這個半導體晶片，以把它分成其中形成器件的區域來生產單個的半導體晶片。在藍寶石襯底正面上，包括光接收器件如光電二極體或發光器件如雷射二極體的光學器件晶片也被沿著晶片間隔切割，以把它分成單個的光學器件如在電子設備中廣泛應用的光電二極體或雷射二極體。
與沿著晶片間隔分割晶片如上文的半導體晶片或光學器件晶片的裝置的一樣，日本專利JP A 2004-9139公開了一種方法，其中沿著形成在晶片上的晶片間隔施加脈衝雷射束以形成槽，並且沿著晶片間隔把晶片分開。
然而，當沿著晶片如作為工件的矽質或藍寶石晶片的晶片間隔施加雷射束的時候，存在矽質或藍寶石熔化和熔化廢料的問題，即廢渣散落並粘結在由晶片的矩形區域中形成的器件的表面上，從而降低了器件的質量。此外，還增加了這樣一個問題，粉塵如散落的廢渣粘結到整合在提供雷射束的聚光器中的會聚透鏡上，從而防礙了雷射束的應用。
為了解決上文的問題，專利WO03/095140A1中公開了一種雷射束加工機，其包括用於吸入粉塵如由來自雷射束應用裝置聚光器的雷射束施加至工件上所產生的廢渣的抽吸裝置。該雷射束加工機的抽吸裝置包括設置的環繞聚光器的中心罩，並且對於中心罩來說聚光器的雷射束應用側是敞開的，外罩設置的環繞中心罩並且對於外罩來說聚光器的雷射束應用側是敞開的，並且該中心罩和該外罩都連接到抽吸源上。
儘管上文專利WO03/095140A1所公開的抽吸裝置能夠抽吸粉塵如把來自聚光器的雷射束應用至工件所產生的廢渣，其問題是抽吸到外罩和中心罩中的粉塵累積並阻塞連至抽吸源的通道，從而在短時間內降低了抽吸能力。還有另外一個問題，抽吸到中心罩中的粉塵粘結聚光器的會聚透鏡。
發明內容
本發明的目的是提供一種雷射束加工機，其能夠有效地收集並排出粉塵如通過應用來自聚光器的雷射束至工件所產生的廢渣。
為了實現上述目的，根據本發明，在此提供一種雷射束加工機，其包括用於夾持工件的卡盤式工作檯，具有用於提供雷射束至固定到卡盤式工作檯上的工件上以加工工件的聚光器的雷射束應用裝置，和用於收集並排出由於應用來自聚光器的雷射束至工件上所產生的粉塵的粉塵排出裝置，其中粉塵排出裝置包括第一蓋組件，其安裝在聚光器的底端並具有第一開口，該第一開口用於使得來自聚光器的雷射束通過底壁被應用；第二蓋組件，其設置成環繞第一蓋組件並具有第二開口，該第二開口使得來自聚光器的雷射束通過以被應用並在底壁中吸入粉塵；空氣導入腔，其形成在第一蓋組件和聚光器之間並與第一開口連通；粉塵收集腔，其形成在第一蓋組件和第二蓋組件之間並與第二開口連通；第一空氣供給裝置，其用於提供空氣至空氣導入腔中；渦流產生裝置，其用於在粉塵收集腔中產生渦流；第二空氣供給裝置，其用於提供空氣至渦流產生裝置；及連接到粉塵收集腔的排出裝置。
向著其底端逐漸變細的尖端部分設置在第一蓋組件的底部部件上，粉塵收集腔形成孔形成在第二蓋組件的底部部件上，該蓋粉塵收集腔形成孔具有向著其底端與第一蓋組件的尖端部分的外壁相一致地變細的內壁。渦流產生裝置具有多個沿著粉塵收集腔形成孔內壁切向形成的空氣噴射孔，以及與第二蓋組件的底部部件中的多個空氣噴射孔和第二空氣供給裝置相連通的空氣通道。
在根據本發明的雷射束加工機中，通過從第二空氣供給裝置提供空氣給渦流產生裝置，在粉塵收集腔中產生渦流並且在第二開口中產生負壓。結果，經施加雷射束至工件上所產生的廢渣從其內產生負壓的第二開口被吸入到粉塵收集腔中，並通過排出裝置排出。因此，粉塵不會粘結在工件的表面上。由於渦流是在粉塵收集腔中形成的，收集的粉塵不會在粉塵收集腔中累積並被順利地通過排出裝置排出。因此，粉塵的排出功能被保持很長時間。此外，根據本發明由來自第一空氣供給裝置所提供的空氣從第一開口向著第二開口噴射，從第二開口吸入的粉塵不會通過第一開口進入到空氣導入腔中，因此不會粘結聚光器的會聚透鏡。
圖1是根據本發明組成的雷射束加工機的透視圖；圖2是圖1中所示雷射束加工機聚光器上所安裝的粉塵排出裝置的分解透視圖；圖3是圖1中所示雷射束加工機的聚光器上安裝的粉塵排出裝置的截面圖；圖4(a)和4(b)示出了圖1中所示雷射束加工機所實施的槽形成步驟的說明圖；及圖5是圖4(a)和4(b)中所示雷射束加工機實施槽形成步驟的狀態中粉塵排放裝置的截面圖。
具體實施例方式
參照附圖，將在下文更詳細地描述根據本發明組成的雷射束加工機的優選實施例。
圖1是根據本發明組成的雷射束加工機的透視圖。圖1中所示的雷射束加工機包括靜止底座2；用於固定工件的卡盤式工作檯機構3，其以能夠在箭頭X所示的加工進給方向上移動的方式安裝在固定底板2上；雷射束應用單元支撐機構4，其以能夠在垂直於箭頭X所示的方向的由箭頭Y所示指示的分度進給方向上移動的方式安裝到靜止底座2上；以及雷射束應用單元5，其以能夠在箭頭Z所示的方向上移動的方式安裝到雷射束應用單元支撐機構4上。
上文的卡盤式工作檯機構3包括一對安裝到靜止底座2上的導軌31和31上，並在箭頭X所示的加工進給方向上設置得相互平行；第一滑塊32，其以能夠在箭頭X所示的加工進給方向上可移動的方式安裝到導軌31和31上；第二滑塊33，其以能夠在箭頭Y所示的分度進給方向上可移動的方式安裝到第一滑塊32上；支撐工作檯35，其通過圓柱形組件34支撐在第二滑塊33上；以及充當工件夾持裝置的卡盤式工作檯36。卡盤式工作檯36包括由多孔材料製成的吸附卡盤361，如盤狀半導體晶片的工件通過未示出的抽吸裝置夾持在該吸附卡盤361上。如上文所述組成的卡盤式工作檯36通過安裝到圓柱形組件34中的脈衝電動機(未示出)來旋轉。
上文的第一滑塊32在其背面具有一對要導向槽321和321來裝配所述一對導軌31和31，並且在其正面上具有一對導軌322和322在箭頭Y所示的分度進給方向上設置得相互平行。如上文所述構成的第一滑塊32通過分別將導向槽321和321裝配至一對導軌31和31而能夠在箭頭X所示指示的加工進給方向上沿著一對導軌31和31運動。在該說明性實施例中的卡盤式工作檯機構3包括加工進給裝置37，加工進給裝置37用於沿著一對導軌31和31在箭頭X所示的加工進給方向上移動第一滑塊32。該加工進給裝置37包括公螺杆371，公螺杆371設置在上述的兩個相互平行的導軌31和31之間，並且驅動源如脈衝電動機372用於旋轉驅動公螺杆371。在其一端上，公螺杆371可旋轉地支撐於固定到靜止底座2上的軸承座373上，在另一端上，公螺杆371傳動式耦合至上述脈衝電動機372的輸出軸上。公螺杆371旋入到形成於母螺紋塊(未示出)中的螺紋通孔中，該母螺紋塊從第一滑塊32的中心部分的背面伸出。因此，通過用脈衝電動機372在正常方向或反轉方向上驅動公螺杆371，第一滑塊32就在箭頭X所示的加工進給方向上沿著導軌31和31移動。
上述第二滑塊33在其背面具有一對導向槽331和331以裝配上述第一滑塊32正面上的一對導軌322和322，並通過分別將導向槽331和331裝配至一對導軌322和322上，第二滑塊33能夠在箭頭Y所示的分度進給方向上移動。在說明性實施例中的卡盤式工作檯機構3包括第一分度進給裝置38，其用於在箭頭Y所示的方向上沿著形成在第一滑塊32上的一對導軌322和322來移動第二滑塊33。第一分度裝置38包括設置在上述兩個相互平行的導軌322和322之間的公螺杆381，以及用於旋轉驅動公螺杆381的驅動源，如脈衝電動機382。在其一端，公螺杆381可旋轉地支撐在固定到上述第一滑塊32正面上的軸承座383上，並且在另一端，公螺杆381傳動地耦合到上述脈衝電動機382的輸出軸上。公螺杆381螺紋式接入到在母螺紋塊(未示出)中形成的螺紋通孔中，該母螺紋塊從第二滑塊33中心部分的背面伸出。因此，通過以脈衝電動機382在正常方向或反轉方向上驅動公螺杆381，第二滑塊33就在箭頭Y所示的分度進給方向上沿著導軌322和322移動。
上述雷射束應用單元支撐機構4包括一對導軌41和41，導軌41和41安裝到靜止底座2上並在箭頭Y所示的分度進給方向上設置得相互平行，並且可移動的支撐底座42以其能夠在箭頭Y所示的方向可移動的方式安裝到導軌41和41上。該可移動的支撐底座42是由可移動地安裝到導軌41和41上的可移動支撐部分421和安裝到可移動支撐部分421上的安裝部分422組成。該安裝部分422設置有兩個在其一個側面上在箭頭Z所示的方向上相互平行延伸的導軌423和423。說明性實施例中的雷射束應用單元支撐機構4包括第二分度裝置43，其用於沿著一對導軌41和41在箭頭Y所示的分度進給方向上移動可移動的支撐底座42。該第二分度裝置43具有設置在上述兩個相互平行導軌41和41之間的公螺杆431，及用於旋轉驅動公螺杆431的驅動源，如脈衝電動機432。在其一端上，該公螺杆431被可旋轉地支撐在固定到上述靜止底座2上的軸承座(未示出)上，在其另一端上，公螺杆431傳動地耦合至上述脈衝電動機432的輸出軸上。公螺杆431被擰入到形成於母螺紋塊(未示出)中的螺紋通孔中，該母螺紋塊從組成可移動的支撐底座42的可動支撐部分421中心部分的背面伸出。因此，通過用脈衝電動機432在正常方向或反轉方向上驅動公螺杆431，可移動的支撐底座42就沿著導軌41和41在箭頭Y所示的分度進給方向上移動。
在說明性實施例中的雷射束應用單元5包括單元夾持器51和固定於單元夾持器的雷射束應用裝置52。該單元夾持器51具有一對導向槽511和511，其可滑動地轉配至兩個形成於上述安裝部分422上的導軌423和423上，並且該單元夾持器51通過分別把導向槽511和511裝配至上述導軌423和423上，以能夠在箭頭Z所示的方向上移動的方式被支撐。
說明性的雷射束應用裝52施加來自大致水平地設置在圓柱形殼體521的端部上所附著的聚光器522的脈衝雷射束。圖像拾取裝置6安裝在組成雷射束應用裝置52的殼體521的前端部分上，圖像拾取裝置6通過上述雷射束應用裝置52拾取要被雷射處理區域的圖像。該圖像拾取裝置33包括圖像拾取設備(CCD)並提供圖像信號至控制裝置，該控制裝置未示出。粉塵排出裝置7安裝在聚光器的底端部分上，粉塵排出裝置7用於收集並排出由於應用來自聚光器522的雷射束至工件上所產生的粉塵。接下來將詳細描述該粉塵排出裝置7。
在說明性實施例中的雷射束應用單元5包括移動裝置53，其用於沿一對導軌423和423在箭頭Z所示的方向上移動單元夾持器51。該移動裝置53具有設置在一對導軌423和423之間的公螺杆(未示出)，及用於旋轉驅動公螺杆的驅動源，如脈衝電動機532。通過用脈衝電動機532在正常方向上或反轉方向上驅動公螺杆(未示出)，單元夾持器51和雷射束應用裝置52都沿著導軌423和423在箭頭Z所示的方向移動。在說明性實施例中，雷射束應用裝置52通過脈衝電動機532在正常方向上驅動向上移動，及通過脈衝電動機532在反轉方向上驅動向下移動。
參照附圖2和圖3，將隨後給出上述粉塵排出裝置7的描述。圖2是粉塵排出裝置7的分解透視圖，圖3是粉塵排出裝置7的截面圖。
在說明性實施例中的粉塵排出裝置7包括第一蓋組件71和第二蓋組件72。第一蓋組件71包括座落在頂部的安裝部分711、連接安裝部分711的底端並圍繞聚光器522的外壁的中間部分712、及連接到中間部分712的底端並向著底端變尖的變尖部分713。安裝部分711是矩形的並在中心處具有孔711a。該孔711a的內部直徑要大於聚光器522殼體的細徑底部522a的外徑。裝配至聚光器522殼體大直徑頂部部分522b的裝配槽711b形成於安裝部分711的頂端部分中。通過殼體的大直徑頂部部分522b在裝配槽711b中的壓裝合，第一蓋組件71就安裝到聚光器522的殼體上。如圖2中所示，每個用於接收緊固螺栓8的螺栓插入孔711c都形成於矩形安裝部分711的四個角。
構成第一蓋組件71的中間部分712是圓柱形的並連接於安裝部分711的底端，中間部分712的內徑與形成於安裝部分711中的孔711a內徑相等。因此，空氣導入腔710形成於安裝部分711及中間部分712的內壁和聚光器522的外壁之間。
構成第一蓋組件71的變尖部分713是圓錐形的並連接到中間部分712的底端，並且第一開口713b形成於其底壁713a，第一開口713b與空氣導入腔710連通並允許來自聚光器522應用的雷射束通過。在說明性實施例中，第一開口713b的直徑為3mm。與空氣導入腔710連通的空氣導入孔711d形成於第一蓋組件71的安裝部分711中。該空氣導入孔711d與第一空氣供給裝置76相連。
在說明性實施例中，構成上述粉塵排出裝置7的第二蓋組件72由上部組件73和下部組件74組成。上部組件73是矩形的並具有孔73a，孔73a的直徑要大於第一蓋組件71中心的中間部分712的外徑。上部組件73設置成環繞第一蓋組件71的中間部件712。因此，形成粉塵收集腔720的空間位於第一蓋組件71的中間部分712的外壁和第二蓋組件72的上部組件73的內壁之間。與粉塵收集腔720連通的排出口73b形成於上部組件73中。排出管77連接排出口73b。排出口73b和排出管77構成排出裝置，其連接到粉塵收集腔720上。如圖2中所示，每個用於接收緊固螺栓8的螺栓插入孔73c都形成於矩形上部組件73的四個角。
構成第二蓋組件72的下部組件74是矩形的，並具有以圓錐形內壁形成孔74a的粉塵收集腔，該圓錐形內壁向著底端變尖，與上述第一蓋組件71中心的圓錐形變尖部分713的外壁相適應。形成粉塵收集腔720的空間位於變尖部分713外壁和孔74a的內壁之間。第二開口74c形成於下部組件74的底壁74b上，第二開口74c與粉塵收集腔720連通並允許來自聚光器522的應用雷射束通過。在說明性實施例中該第二開口74c具有25mm的直徑。在說明性實施例中，構成粉塵排出裝置7的第二蓋組件72的下部組件74包括用於在粉塵收集腔720中產生渦流的渦流產生裝置75。渦流產生裝置75包括環形空氣通道75a、多個空氣噴射孔75b和空氣供給孔75c，空氣噴射孔75b開口於粉塵收集腔形成孔74a內壁並與環形空氣通道75a連通，空氣供給孔75c開口於外側並與環形空氣通道75a連通。環形空氣通道75a的頂部被上部組件73的背面所封蓋。在說明性實施例中，多個空氣噴孔75b的數量是3個，並且它們都沿著粉塵收集腔形成孔74a內壁的切向形成。空氣供給孔75c與第二空氣供給裝置78連接。如圖2中所示，每個用於接收緊固螺栓8的螺栓插入孔74d都形成於組成第二蓋組件72的矩形下部組件74的四個角。在下部組件74的背面上環繞螺栓插入孔74d的部分是沉孔，以便緊固螺栓8的頭部能夠被插入到螺栓插入孔74d中。
包括第一蓋組件71和第二蓋組件72的粉塵排出裝置7是通過把緊固螺栓8插入到形成在第一蓋組件71的安裝部分711中的螺栓插入孔711c中，接著把螺母80擰到緊固螺栓8的底端來裝配的。
在說明性實施例中的粉塵排出裝置7如上文所述構成，並從第二空氣供給裝置78以70升/分鐘的速率提供5個大氣壓的空氣。該空氣通過空氣供給孔75c和環形空氣通道75a從多個空氣噴射孔75b以例如500米/秒的速度噴射到粉塵收集腔720的下部部分中。結果，在粉塵收集腔720中形成渦流，在與粉塵收集腔720的下部中心部分連通的第二開口74c中產生負壓。因此，安裝到聚光器522上的粉塵排出裝置7下面的空氣(包括粉塵，其將在下文中描述)從第二開口74c處被吸入到粉塵收集腔720中，並通過排出口73b從排出管77排出。在說明性實施例中，從第二開口74c處汲取空氣的量大約是200升/分鐘。此時，5個大氣壓的空氣從第一空氣供給裝置76以20升/分鐘的速率供給。這樣的空氣從第一開口713b處通過空氣導入孔711d和空氣導入腔710向著第二開口74c噴射。因此，下文將要描述的粉塵就不會通過第一開口713b進入到空氣導入腔710中，從而使得有可能防止粉塵粘結到聚光器522的會聚透鏡上。從第一開口713b處向著第二開口74c噴射的空氣與從外部吸入的空氣一起被吸入到粉塵收集腔720中，並通過組成排出裝置的排出口73b從排出管77排出，同時如上文所述在第二開口74c處產生負壓。
說明性實施例中的雷射束加工機如上文所述構成，接下來將描述其功能。
作為工件的半導體晶片10首先放置在圖1中所示的雷射束加工機的卡盤式工作檯36上，並通過啟動未示出的吸附裝置把工件吸附並夾持在卡盤式工作檯36上。街狀分界線形成在半導體晶片10正面上的晶格圖案中，並且通過在晶格圖案中排列的街狀分界線在多個面積區域中形成器件如IC和LSI。吸附夾持該半導體晶片10的卡盤式工作檯36通過加工進給裝置37設置在圖像拾取裝置6的右下方。在把卡盤式工作檯36定位在圖像拾取裝置6的右下方之後，通過圖像拾取裝置6和未示出的控制裝置實施用於檢測半導體晶片10的要加工區域的找平工作。即圖像拾取裝置6和控制裝置(未示出)實施圖像處理如圖像匹配等，以便在半導體晶片10的預定方向上形成的街狀分界線與用於沿著街狀分界線應用雷射束的雷射束應用裝置52的聚光器522對準，從而執行雷射束應用位置的校準。雷射束應用位置的校準也可以應用在沿著垂直於上述預定方向在半導體晶片10上形成的街狀分界線。
通過如上文所述檢測夾持在卡盤式工作檯36上的半導體晶片10上形成的街狀分界線來執行雷射束應用位置校準之後，該卡盤式工作檯36移動到雷射束應用區域，如圖4中所示，這裡雷射束應用裝置52的聚光器522被定位在使預定街狀分界線的一端(圖4(a)中的左端)處在聚光器522的右下方位置。來自聚光器522的應用脈衝雷射束的交點設定在靠近半導體晶片10前表面(正面)的部分上。卡盤式工作檯36即半導體晶片10接著以預定的加工進給速度沿著圖4(a)中箭頭X1所示的方向上移動，同時對半導體晶片具有吸收性波長的脈衝雷射束從雷射束應用裝置52的聚光器522照射到半導體晶片10上。當街狀分界線的另一段(圖4(b)中的右端)到達聚光器522的右下方的時候，脈衝雷射束的應用被暫停，並且卡盤式工作檯36即半導體晶片10的移動就停止。結果，如圖4(b)中所示，在半導體晶片10中沿著街狀分界線形成了槽101(形成槽的步驟)。
上述的形成槽的步驟是在下面的處理條件下實施的，如雷射束的光源YVO4雷射器或YAG雷射器波長355nm重複頻率50kHz平均輸出(average output)4W焦點直徑20μm加工進給速度150毫米/秒在上述的形成槽的步驟中，半導體晶片10被熔化，並且通過應用來自聚光器522的脈衝雷射束照射至半導體晶片10的正面上產生了粉塵，如廢渣。因此，由於在說明性實施例中雷射束加工機包括粉塵排出裝置7，如圖5中所示，由應用脈衝雷射束至半導體晶片10上所產生的粉塵110通過其中已產生負壓的第二開口74c被吸入到粉塵收集腔720中，並通過排出口73b從排出管77排出。由於通過高速空氣從多個空氣噴射孔75b噴射而在粉塵收集腔720中形成渦流，吸入的粉塵110通過排出口73b順利排出不會積累在粉塵收集腔720中，從而長時間保持粉塵排出功能。因此，粉塵110不會粘結到在半導體晶片10正面上形成的器件上。由於從第一空氣供給裝置76提供的空氣從第一開口713b通過空氣導入孔711d和空氣導入腔710如上文所述向著第二開口74c噴射，從第二開口74c吸入的粉塵110不會通過第一開口713b進入到空氣導入腔710中，並因此不會粘結至聚光器522的會聚透鏡上。
權利要求
1.一種雷射束加工機，包括用於夾持工件的卡盤式工作檯；雷射束應用裝置，其具有用於將雷射束應用至夾持在卡盤式工作檯的工件上以對其加工的聚光器；粉塵排出裝置，其用於收集並排出由於把來自聚光器的雷射束應用至工件上所產生的粉塵，其中粉塵排出裝置包括第一蓋組件，該第一蓋組件安裝在聚光器的底端上，並具有允許來自聚光器的應用雷射束通過其底壁的第一開口；第二蓋組件，該第二蓋組件被設置成環繞第一蓋組件，並具有用於讓來自聚光器的應用雷射束通過且在底壁吸入粉塵的第二開口；空氣導入腔，其形成於第一蓋組件和聚光器之間並與第一開口連通；粉塵收集腔，其形成於第一蓋組件和第二蓋組件之間並與第二開口連通；第一空氣供給裝置，其用於將空氣提供至空氣導入腔；渦流產生裝置，其用於在粉塵收集腔中產生渦流；第二空氣供給裝置，其用於將空氣提供至渦流產生裝置；以及連接至粉塵收集腔的排出裝置。
2.根據權利要求1的雷射束加工機，其中向著其底端變尖的變尖部分設置在第一蓋組件的底部部件中，粉塵收集腔形成孔形成於第二蓋組件的底部部件中，該孔具有向著其底部變尖的與第一蓋組件的變尖部分的外壁相適應的內壁。
3.根據權利要求1的雷射束加工機，其中渦流產生裝置具有多個空氣噴射孔，其沿著粉塵收集腔形成孔的內壁的切向形成；以及空氣通道，其與第二蓋組件的底部中的所述多個空氣噴射孔和第二空氣供給裝置連通。
全文摘要
一種雷射束加工機，包括具有用於將雷射束應用至夾持在卡盤式工作檯上的工件以加工工件的聚光器的雷射束應用裝置，和用於收集並排出由於雷射束加工所產生的粉塵的粉塵排出裝置，其中粉塵排出裝置包括第一蓋組件和第二蓋組件，第一蓋組件安裝在聚光器的底端上並具有允許來自聚光器的應用雷射束通過其底壁的第一開口；第二蓋組件設置成環繞第一蓋組件，並具有用於讓來自聚光器的雷射束通過並在底壁吸入粉塵的第二開口，空氣導入腔形成在第一蓋組件和聚光器之間並與第一開口連通，粉塵收集腔形成在第一蓋組件和第二蓋組件之間並與第二開口連通，用於提供空氣至空氣導入腔的第一空氣供給裝置，和用於在粉塵收集腔中產生渦流的渦流產生裝置。
文檔編號B28D5/00GK1927520SQ200610129060
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月6日 優先權日2005年9月7日
發明者小田中健太郎, 遠藤智章 申請人:株式會社迪斯科