CN102091866A

CN102091866A - 发光二极管激光划切机加工视觉装置

Info

Publication number: CN102091866A
Application number: CN2010106117379A
Authority: CN
Inventors: 高爱梅
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明提供了一种发光二极管（LED）激光划切机加工视觉装置，涉及激光划切机技术领域。主要具有一个与激光加工光路同轴的正面对准光路，用于透明晶圆的背面识别定位和加工实时监测；一个与激光加工光路同轴的底部对准光路，用于特殊粗化晶圆的正面识别定位；底部对准镜头安装在承片台（24）底部，与正面对准镜头同轴；晶圆背面朝上置于承片台（24）上。不仅能实现对晶圆的正面对准，而且在晶圆背划方式下也能满足粗化晶圆的划切工艺要求，可进行不同晶圆的识别对准和划痕监测，有利于提高生产质量和自动化程度。如果通过激光对焦光路，还可对晶圆进行精确调焦，且成本较低。

Description

发光二极管激光划切机加工视觉装置

技术领域

本发明涉及激光划切机技术领域，尤其是一种发光二极管激光划切机的视觉装置。

背景技术

高亮度蓝光LED(发光二极管)的全球需求驱动了新生产工艺的不断发展，尤其蓬勃发展的一个领域是晶粒分离工艺。紫外激光划切作为一种新兴的分切蓝光LED的替代方法，相较于传统的机械分离方法，显著的增加了良率和产能，削减了设备操作和维护成本。蓝光LED衬底材料蓝宝石晶圆极硬、透明、价格昂贵，为降低材料成本，晶粒小型化和划槽极窄化成为趋势；为提高发光效率，晶圆镀膜和粗化成为主流。因此对图像对准的精度和兼容性提出了更高的要求。

传统激光划切机的视觉***大多采用一个与激光光路异轴安装的镜头，只能对晶圆的正面进行对准，因而对晶圆背划方式下需要对准背面的情况无能为力，也就不能满足粗化晶圆的划切工艺要求。此外，晶圆厚度不一致带来的误差需要在划切前进行精确对焦，高度传感器可以实现此功能，但价格较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种发光二极管激光划切机加工视觉装置，不仅能实现对晶圆的正面对准，而且在晶圆背划方式下也能满足粗化晶圆的划切工艺要求，可进行不同晶圆的识别对准和划痕监测，有利于提高生产质量和自动化程度。如果通过激光对焦光路，还可对晶圆进行精确调焦，且成本较低。

本发明是这样实现的：一种发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于具有一个与激光加工光路同轴的正面对准光路，用于透明晶圆的背面识别定位和加工实时监测；正面对准光路从下往上依次安装有聚焦物镜、第一半反镜、第二半反镜、辅助物镜和CCD相机，激光光束通过第一半反镜同轴耦合进入正面对准光路；一个与激光加工光路同轴的底部对准光路，用于特殊粗化晶圆的正面识别定位，底部对准光路从上往下依次安装有物镜、第一反射镜、第四半反镜、筒镜和CCD相机；底部对准镜头安装在承片台底部，与正面对准镜头同轴；晶圆背面朝上置于承片台上,对透明晶圆，通过正面对准光路识别街区，进行自动对位；对于粗化晶圆，通过底部对准光路识别街区，进行自动对位。

所述的正面对准光路与激光加工光路，共用聚焦物镜和第一半反镜，激光光束通过第一半反镜同轴耦合进入正面对准光路。第一半反镜对355nm的激光反射率>99%，对460nm-650nm的可见光透过率>97%，紫外激光和可见光通过聚焦物镜存在较大的轴向色差，辅助物镜有一定调节量，改变像距来补偿色差，使正面对准光路与激光加工光路的焦平面重合，进行划痕实时监测。对透明晶圆，通过正面对准光路识别街区，进行自动对位.

所述的正面对准光路的对准镜头采用背光源识别效果较好，承片台为透明玻璃承片台。

所述的底部对准光路的同轴点光源作为正面对准光路的背光源使用较好。

所述的底部对准光路与正面对准镜头同轴，底部对准镜头安装在承片台底部;反射镜腔体用来固定第一反射镜、第二反射镜和第四半反镜，物镜通过螺纹与反射镜腔体连接，进行±2mm调节。晶圆背面朝上置于承片台上，对于粗化晶圆，通过底部对准光路识别街区，进行自动对位。

所述的LED激光划切机加工视觉装置，其特征在于设有一个与激光加工光路异轴的激光对焦光路，用于晶圆定位加工的精确调焦，激光对焦光路从下往上依次安装有10倍显微物镜、第三半反镜、管镜和CCD相机。

所述的激光对焦光路的对焦镜头的景深3um较好。

所述的激光对焦光路和正面对准光路，点光源采用柯勒照明方式较好，设计有光源聚焦镜。

本发明的积极效果是：本发明专利提供了一种用于LED激光划切机的三路视觉***，包括一个与激光加工光路同轴的正面对准光路，用于透明晶圆的背面识别定位和加工实时监测；一个与激光加工光路同轴的底部对准光路，用于特殊粗化晶圆的正面识别定位；一个与激光加工光路异轴的激光对焦光路，代替高度传感器，用于晶圆的精确调焦。三路成像光路结构紧凑，配合灵活可调的照明光源，可实现多种不同晶圆的识别对准、精密调焦和划痕监测。本发明针对LED激光划切机特殊的要求，其视觉***不仅用于常见的识别定位、实时监测，能够满足透明晶圆、粗化晶圆正划和背划方式下的对准要求。还被用于代替高度传感器来定位激光焦平面，调焦精度高，且成本低于传感器。可有效提高生产的自动化程度，广泛用于半导体自动化生产设备中。

以下结合一较佳实施例及其附图作详细解释说明，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构原理图。

图2是图1中的底部对准镜头结构示意图。

图3是图1中的正面对准镜头结构示意图。

图4是图1中的激光对焦镜头结构示意图。

图中各标号说明：1-物镜， 2-反射镜腔体，3-点光源，4-筒镜， 5-连接套，6-CCD相机，7-第一反射镜，8-第四半反镜，9-第二反射镜，10-点光源，11-光源聚焦镜，12-第二半反镜，13-第一半反镜，14-聚焦物镜，15-辅助物镜，16-CCD相机，17-激光光路，18-点光源，19-光源聚焦镜，20-第三半反镜，21-10X物镜，22-管镜，23-CCD相机，24-承片台。

具体实施方式

实施例1：参见图1～图7，该LED（发光二极管）激光划切机加工视觉装置，具有一个与激光加工光路同轴的正面对准光路，用于透明晶圆的背面识别定位和加工实时监测，正面对准光路从下往上依次安装有聚焦物镜（14）、第一半反镜（13）、第二半反镜（12）、辅助物镜（15）和CCD相机（16），激光光束通过第一半反镜（13）同轴耦合进入正面对准光路；一个与激光加工光路同轴的底部对准光路，用于特殊粗化晶圆的正面识别定位，底部对准光路从上往下依次安装有物镜（1）、第一反射镜（7）、第四半反镜（8）、筒镜（4）和CCD相机（6）；底部对准镜头安装在承片台（24）底部，与正面对准镜头同轴；晶圆背面朝上置于承片台（24）上，对透明晶圆，通过正面对准光路识别街区，进行自动对位；对于粗化晶圆，通过底部对准光路识别街区，进行自动对位。

正面对准光路与激光加工光路，共用聚焦物镜（14）和第一半反镜（13），第一半反镜（13）对355nm的激光反射率>99%，对460nm-650nm的可见光透过率>97%，紫外激光和可见光通过聚焦物镜（14）存在较大的轴向色差，辅助物镜（15）有一定调节量，改变像距来补偿色差，使正面对准光路与激光加工光路的焦平面重合，进行划痕实时监测。正面对准光路的对准镜头的背光源为底部对准光路的同轴点光源（3）。底部对准光路与激光加工光路，安装于承片台（24）底部，承片台（24）为透明玻璃承片台。反射镜腔体（2）用来固定第一反射镜（7）、第二反射镜（9）和第四半反镜（8），物镜（1）通过螺纹与反射镜腔体（2）连接，进行±2mm精确调焦。

设有一个与激光加工光路异轴的激光对焦光路，用于晶圆定位加工的精确调焦，激光对焦光路从下往上依次安装有10倍显微物镜（21）、第三半反镜（20）、管镜（22）和CCD相机（23）。激光对焦光路的对焦镜头的景深3um。激光对焦光路和正面对准光路的点光源（10，18）采用柯勒照明方式，设计有光源聚焦镜（11，19）。

1、正面对准光路与激光加工光路同轴，安装于工作台正面，通过一个第一半反镜耦合，共用聚焦物镜。点光源通过第二半反镜耦合进光路，进行同轴照明，为充分利用光能，采用柯勒照明方式设计了光源聚焦镜。对透明晶圆，采用正面对准，背光照明识别效果最佳，底部对准光路的绿色点光源可同时作为正面光路的背光。图1中第一半反镜和第二半反镜会造成光束偏折，结构设计中考虑了该偏折，并有微调装置。

其中第一半反镜特殊镀膜，对355nm的激光反射率>99%，对460nm-650nm的可见光透过率>97% 。其中辅助物镜与激光聚焦物镜共同成像，组成图像对准光路，聚焦物镜针对355nm的紫外激光校正像差和镀增透膜，但对460nm-650nm的可见光，像差较大。紫外激光和可见光通过聚焦物镜存在较大的轴向色差，自主设计的辅助物镜有一定调节量，通过改变像距来补偿色差，保证正面对准光路与激光加工光路的焦平面重合，对准效率高，并能进行划痕实时监测。

2、用户工艺的改进，促使了更多粗化和特殊镀层的LED蓝宝石晶圆的出现，粗化的晶圆透光率差，在背划方式下，正面图像对准***难以识别，因此设计底部对准光路，针对粗化晶圆直接识别晶圆的正面。镜头采用ZEMAX软件设计，考虑加工装配误差，进行公差分析。

底部对准镜头与激光加工光路同轴，安装于旋转工作台底部，旋转台中空，承片台为透明光学玻璃。镜头结构紧凑，工作距离大，完全避开了工作台运动可能产生的干涉。如图2所示，物镜轴向可调±1.5mm，用于调节物距；筒镜轴向可调±5mm，用于调节像距；底板二维可调，使底部对准镜头与正面对准镜头同轴。对粗化晶圆背划方式下，采用底部对准镜头识别晶圆正面，同轴点光源识别效果较好。

3、工艺要求LED晶圆的划切深度公差控制在±2um以内，对调焦精度要求较高。高度传感器成本高，且易受到不同材料表面反射率的影响，因此利用高倍显微物镜分辨率高、景深小的特点，设计了对焦镜头，只要清晰识别到晶圆背面的杂乱划痕，即可找到激光加工的焦点位置。

激光对焦光路与激光加工光路异轴，并列安装于工作台正面。选用成熟的高倍显微镜头，包括一个10X的物镜和配套的管镜，物镜与管镜之间通过第四半反镜，耦合进照明绿色点光源，镜头景深3um。调试中记录对焦镜头焦点与激光加工焦点的差值，作为一项加工补偿参数记录在设备操作程序中，只要对焦镜头识别到晶圆背面划痕，就可相应得到激光加工焦点的坐标值。对焦光路光程大，光能损失大，采用柯勒照明方式，设计光源聚焦镜，充分利用光能。实验发现绿色点光源更有利于识别。

本实施例正面对准、底部对准和激光对焦三套光路三路成像光路结构紧凑，配合灵活可调的照明光源，可实现多种不同LED晶圆、可控硅晶圆正划或背划方式下的图形对准、实时监测和激光对焦功能，布局紧凑，兼容性强。

实施例也可仅包括正面对准光路和底部对准光路，不含激光对焦光路（图略）。晶圆的对焦通过高度传感器来实现，对焦精度也能满足需求，但成本较高。

Claims

1.一种发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于具有一个与激光加工光路同轴的正面对准光路，用于透明晶圆的背面识别定位和加工实时监测，正面对准光路从下往上依次安装有聚焦物镜（14）、第一半反镜（13）、第二半反镜（12）、辅助物镜（15）和CCD相机（16）；一个与激光加工光路同轴的底部对准光路，用于特殊粗化晶圆的正面识别定位，底部对准光路从上往下依次安装有物镜（1）、第一反射镜（7）、第四半反镜（8）、筒镜（4）和CCD相机（6）。

2.根据权利要求1所述的发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于所述的正面对准光路与激光加工光路，共用聚焦物镜（14）和第一半反镜（13），激光光束通过第一半反镜（13）同轴耦合进入正面对准光路，第一半反镜（13）对355nm的激光反射率>99%，对460nm-650nm的可见光透过率>97%，紫外激光和可见光通过聚焦物镜（14）存在较大的轴向色差，辅助物镜（15）有一定调节量，改变像距来补偿色差，使正面对准光路与激光加工光路的焦平面重合，进行划痕实时监测，对透明晶圆，通过正面对准光路识别街区，进行自动对位。

3.根据权利要求2所述的发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于所述的正面对准光路的对准镜头具有背光源，承片台（24）为透明玻璃承片台。

4.根据权利要求3所述的发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于所述的正面对准光路的对准镜头的背光源为底部对准光路的同轴点光源（3）。

5.根据权利要求1所述的发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于所述的底部对准光路与正面对准镜头同轴，底部对准镜头安装在承片台（24）底部;反射镜腔体（2）用来固定第一反射镜（7）、第二反射镜（9）和第四半反镜（8），物镜（1）通过螺纹与反射镜腔体（2）连接，进行±2mm调节，晶圆背面朝上置于承片台（24）上，对于粗化晶圆，通过底部对准光路识别街区，进行自动对位。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于设有一个与激光加工光路异轴的激光对焦光路，用于晶圆定位加工的精确调焦，激光对焦光路从下往上依次安装有10倍显微物镜（21）、第三半反镜（20）、管镜（22）和CCD相机（23）。

7.根据权利要求6所述的发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于所述的激光对焦光路的对焦镜头的景深3um。

8.根据权利要求6所述的发光二极管激光划切机加工视觉装置，其特征在于所述的激光对焦光路和正面对准光路，采用同轴点光源，点光源（10，18）采用柯勒照明方式，设计有光源聚焦镜（11，19）。