一种超薄晶圆的激光隐切设备

技术领域

本申请涉及晶圆加工领域，具体而言，涉及一种超薄晶圆的激光隐切设备。

背景技术

激光隐切技术是在加工过程中将脉冲光通过光学透镜的汇聚，使其聚焦在芯片内部材料中，结合不同的功率、脉冲条件使得材料在内部进行烧蚀，破坏化学键，形成一层具有低的机械力学性能的变质层，在表面覆膜的扩片作用下，使得芯片分离的一种新型加工方式，这种方式主要优点是损伤发生在芯片内部，不会影响表面的结构破坏，非常适合高端、复杂MEMS结构的划片，适合不同厚度、不同材质半导体晶圆的切割方案，对器件无产热影响，同时切割过程中无崩边、无硅粉和碎片的风险，适合T形、圆形切割及各种异形结构的切割，能够高效率的完成常规及超薄晶圆的切割任务，是晶圆加工的一种新的有效利器。

现有技术中，晶圆在激光加工后，仍然是一整块，单个芯片的分离发生在下一步，需要扩摸器使晶圆上的覆膜膨胀、展开，继而方可使每个芯片都从其他芯片中拉出，形成单独的芯片。

如此将使得晶圆在激光加工之后，还需转运向分离设备上进行单独分离操作，增加设备成本，降低了晶圆的加工效率。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种超薄晶圆的激光隐切设备，包含机箱，所述机箱内依次固接有用于送料的送料机构，用于从所述送料机构处转运待加工晶圆的第一转运机构，所述第一转运机构具备在X轴和Y轴往复位移的功能，用于对待加工晶圆进行加工的隐切机构，用于将加工后晶圆从所述第一转运机构处转运走的第二转运机构，以及用于出料的下料工作台，其中所述隐切机构包含用于产生激光的光路组件，用于沿Z轴方向位移的Z轴位移件，以及固接在所述Z轴位移件末端的激光切割头，所述光路组件向所述激光切割头提供切割所需的激光，待加工晶圆底部黏贴有延伸出晶圆侧边的蓝膜，还包括：

待加工晶圆放置于承载机构上，所述承载机构经由所述送料机构处转运向定位机构上，所述定位机构固接于所述第一转运机构上；

所述承载机构包含托盘，所述托盘上插接有压环，所述压环用于将蓝膜压接在所述托盘上，所述托盘的上端面适配有撑板，所述托盘的轴心处弹性滑动设置有升降板，所述撑板和所述升降板可拆卸固接，所述撑板用于将晶圆从所述托盘上顶起；

所述定位机构包含固接于所述第一转运机构上的定位箱，所述定位箱内固接有支架，所述支架外侧对称设置有定位伸缩件，所述定位伸缩件用于将所述承载机构在所述支架上进行同轴固定，所述支架内侧设置有向所述承载机构提供热量的加热环，所述定位箱内固接有和所述升降板同轴设置的顶撑伸缩件，所述顶撑伸缩件和所述升降板相适配。

另外，根据本申请实施例的一种超薄晶圆的激光隐切设备还具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些具体实施例中，所述送料机构包含固设于所述机箱内的送料组件，所述送料组件的一侧设置有固接于所述机箱的搬运组件，所述搬运组件用于将所述送料组件上的所述承载机构放置于所述定位箱内。

在本申请的一些具体实施例中，所述第一转运机构包含和所述定位箱固接的Y轴气浮导轨，所述Y轴气浮导轨用于带动所述定位箱沿Y轴方向位移，所述Y轴气浮导轨底侧设置有X轴气浮导轨，所述X轴气浮导轨用于带动所述Y轴气浮导轨沿X轴方向位移。

在本申请的一些具体实施例中，所述第二转运机构包含固接于所述机箱内的转运机械手和输送组件，所述转运机械手用于将所述定位箱内的所述承载机构取下，并放置向所述输送组件上。

在本申请的一些具体实施例中，所述托盘上端面处同轴设置有凹陷部，所述撑板位于所述凹陷部，且所述撑板的厚度和所述凹陷部的高度一致。

在本申请的一些具体实施例中，所述托盘的轴心处设置有两端开口的内腔，所述升降板两端限位滑动于所述内腔中，所述内腔的侧壁上均匀固设有对所述升降板进行转动限制的限位条。

在本申请的一些具体实施例中，所述升降板的侧壁上圆周设置有和所述限位条相适配的限位槽。

在本申请的一些具体实施例中，所述内腔的内顶端圆周固接有立柱，所述立柱和所述升降板滑动插接，所述立柱上套设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵接于所述内腔的内顶端和所述升降板。

在本申请的一些具体实施例中，所述顶撑伸缩件的伸缩端可推动所述升降板在所述内腔中发生轴向位移。

在本申请的一些具体实施例中，所述托盘的内部同轴设置有气腔，所述气腔的外侧圆周设置有第一径向通道，所述第一径向通道和所述气腔连通，所述第一径向通道远离所述气腔的一端连通有插槽，所述插槽和所述气腔同轴设置，且所述插槽和所述压环密封插接配合，其中一个所述第一径向通道远离所述气腔的一端还连通有同向设置的安装槽，所述安装槽内置单向阀；

所述撑板的下端面同轴设置有下环形通槽，所述下环形通槽和所述气腔连通，所述撑板的内部沿径向圆周设置有和所述下环形通槽相通的第二径向通道，所述第二径向通道的两端封口设置，所述撑板的内部同轴设置有多个上环形通槽，多个所述上环形通槽和所述第二径向通道相通，所述撑板的上端面同轴设置有多个气孔，所述气孔和所述上环形通槽相通。

在本申请的一些具体实施例中，所述气腔的上端面圆周设置有内通孔，所述内通孔分别连通于所述气腔和所述下环形通槽。

在本申请的一些具体实施例中，所述插槽的底部圆周设置有多个外通孔，所述外通孔分别连通于所述第一径向通道和所述插槽。

在本申请的一些具体实施例中，所述撑板的下端面上，在所述下环形通槽的内外两侧还设置有环形凹槽，所述环形凹槽内密封卡接有密封圈。

在本申请的一些具体实施例中，所述撑板的下端面轴心处固接有螺纹杆，所述升降板的上端面轴心处固接有螺纹筒，所述螺纹杆和所述螺纹筒螺纹配合。

在本申请的一些具体实施例中，所述撑板的侧壁和所述压环的内壁之间留有间距，所述压环的内壁和待加工晶圆的侧壁之间留有间距。

根据本申请实施例的一种超薄晶圆的激光隐切设备，有益效果是：

利用第一转运机构在X轴和Y轴上的往复位移，配合Z轴位移件带动的激光切割头，可对通过定位机构定位的承载机构上的待加工晶圆进行隐切，切割之后，利用顶撑伸缩件带动升降板向上位移，继而带动撑板将隐切后的晶圆向上顶起，配合固定蓝膜的压环，实现扩膜动作，使加工后的晶圆直接实现分离动作，在一定程度上提升了该激光隐切设备的加工效率；

在切割过程中，通过加热环向承载机构供热，配合隐切过程中产生的热量，使覆于晶圆下方的蓝膜受热，对隐切过程中产生的热量进行利用，一定程度上起到节能效果。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是根据本申请实施例的一种超薄晶圆的激光隐切设备的整体结构示意图；

图2是根据本申请实施例的一种超薄晶圆的激光隐切设备的内部结构示意图；

图3是根据本申请实施例的承载机构和定位机构之间的位置示意图；

图4是根据本申请实施例的定位机构的结构示意图；

图5是根据本申请实施例的承载机构的剖视图；

图6是根据本申请实施例的图5中A的结构放大图；

图7是根据本申请实施例的承载机构的结构爆炸图；

图8是根据本申请实施例的图7中B的结构放大图；

图9是根据本申请实施例的承载机构剖视面的结构爆炸图一；

图10是根据本申请实施例的承载机构剖视面的结构爆炸图二；

图11是根据本申请实施例的承载机构剖视面的结构爆炸图三；

图12是根据本申请实施例的图11中C的放大图。

图标：1、机箱；2、送料机构；21、送料组件；22、搬运组件；3、第一转运机构；31、Y轴气浮导轨；32、X轴气浮导轨；4、隐切机构；41、光路组件；42、Z轴位移件；43、激光切割头；5、第二转运机构；51、转运机械手；52、输送组件；6、下料工作台；7、承载机构；701、凹陷部；702、内腔；703、限位条；71、托盘；711、气腔；712、第一径向通道；713、插槽；714、内通孔；715、外通孔；716、安装槽；72、压环；73、撑板；731、螺纹杆；732、下环形通槽；733、第二径向通道；734、上环形通槽；735、气孔；736、密封圈；74、升降板；741、限位槽；742、弹性件；743、螺纹筒；75、立柱；8、定位机构；81、定位箱；82、支架；83、定位伸缩件；84、加热环；85、顶撑伸缩件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

如图1-图12所示，根据本申请实施例的一种超薄晶圆的激光隐切设备，包含机箱1，机箱1内依次固接有用于送料的送料机构2，用于从送料机构2处转运待加工晶圆的第一转运机构3，第一转运机构3具备在X轴和Y轴往复位移的功能，用于对待加工晶圆进行加工的隐切机构4，用于将加工后晶圆从第一转运机构3处转运走的第二转运机构5，以及用于出料的下料工作台6，其中隐切机构4包含用于产生激光的光路组件41，用于沿Z轴方向位移的Z轴位移件42，以及固接在Z轴位移件42末端的激光切割头43，光路组件41向激光切割头43提供切割所需的激光，待加工晶圆底部黏贴有延伸出晶圆侧边的蓝膜，即蓝膜的直径大于晶圆的直径。

需要说明的是，在本申请的实施例中，机箱1上还设置有用于控制其内部设备有序运转的工控机，具体的为现有技术，在此不做赘述。

其中，待加工晶圆放置于承载机构7上，承载机构7经由送料机构2处转运向定位机构8上，定位机构8固接于第一转运机构3上；

承载机构7包含托盘71，托盘71上插接有压环72，压环72用于将蓝膜压接在托盘71上，托盘71的上端面适配有撑板73，托盘71的轴心处弹性滑动设置有升降板74，弹性设计可便于升降板74复位，撑板73和升降板74可拆卸固接，撑板73用于将晶圆从托盘71上顶起；

定位机构8包含固接于第一转运机构3上的定位箱81，定位箱81内固接有支架82，支架82外侧对称设置有定位伸缩件83，定位伸缩件83用于将承载机构7在支架82上进行同轴固定，支架82内侧设置有向承载机构7提供热量的加热环84，定位箱81内固接有和升降板74同轴设置的顶撑伸缩件85，顶撑伸缩件85和升降板74相适配。

需要说明的是，本申请实施例中的定位伸缩件83、顶撑伸缩件85可以为电动气缸等具备现伸缩功能的现有技术，具体的选择根据实际需求，在此不做赘述。

本申请实施例中具体的工作流程为，覆有蓝膜的待加工晶圆预先固定于托盘71上，载有待加工晶圆的托盘71放置于位于机箱1入口端的送料机构2上，经由送料机构2将该托盘71转运向位于第一转运机构3上的支架82上，支架82上的定位伸缩件83通过伸缩变化对该托盘71进行轴向定位，定位后的托盘71，在第一转运机构3和Z轴位移件42的三轴向位移下，配合激光切割头43对其上的待加工晶圆进行隐切加工，隐切完成后，实现扩膜动作，扩摸之后，经由第一转运机构3和第二转运机构5之间的配合，将载有加工后晶圆的托盘71转运向下料工作台6处。

另外，根据本申请实施例的一种超薄晶圆的激光隐切设备还具有如下附加的技术特征：

其中，送料机构2包含固设于机箱1内的送料组件21，送料组件21的一侧设置有固接于机箱1的搬运组件22，搬运组件22用于将送料组件21上的承载机构7放置于定位箱81内。

进一步的，第一转运机构3包含和定位箱81固接的Y轴气浮导轨31，Y轴气浮导轨31用于带动定位箱81沿Y轴方向位移，Y轴气浮导轨31底侧设置有X轴气浮导轨32，X轴气浮导轨32用于带动Y轴气浮导轨31沿X轴方向位移。

其中，第二转运机构5包含固接于机箱1内的转运机械手51和输送组件52，转运机械手51用于将定位箱81内的承载机构7取下，并放置向输送组件52上。

需要说明的是，本申请实施例中的送料组件21、Z轴位移件42、输送组件52可以为具备直线输送功能的现有技术，搬运组件22为具备位移功能的机械手等现有技术，在此不做赘述，能实现上述功能即可，具体的种类、型号不做限定。

进一步的，托盘71上端面处同轴设置有凹陷部701，撑板73位于凹陷部701，且撑板73的厚度和凹陷部701的高度一致，便于覆有蓝膜的待加工晶圆的放置（本申请实施例中，覆有蓝膜的待加工晶圆，放置于撑板73上）。

进一步的，托盘71的轴心处设置有两端开口的内腔702，升降板74两端限位滑动于内腔702中（具体的为内腔702的顶底两端对升降板74的位移行程进行限制），内腔702的侧壁上均匀固设有对升降板74进行转动限制的限位条703，避免升降板74在内腔702中发生转动。

进一步的，升降板74的侧壁上圆周设置有和限位条703相适配的限位槽741。

进一步的，内腔702的内顶端圆周固接有立柱75，立柱75和升降板74滑动插接，立柱75上套设有弹性件742，弹性件742的两端分别抵接于内腔702的内顶端和升降板74。

需要说明的是，弹性件742可以为弹簧。

进一步的，顶撑伸缩件85的伸缩端可推动升降板74在内腔702中发生轴向位移。

可以理解的是，通过顶撑伸缩件85伸缩端的伸长，可抵接于升降板74上，并随着顶撑伸缩件85伸缩端的继续伸长，将带动升降板74在内腔702中发生轴向向上的位移，当顶撑伸缩件85的伸缩端收回的时候，在弹性件742的弹力作用下，升降板74将发生复位动作。

下面参考附图描述根据本申请实施例的一种超薄晶圆的激光隐切设备的使用过程：

使用过程中，当承载有待加工晶圆的托盘71被搬运组件22放置于支架82上之后，定位伸缩件83通过伸缩端的缩回，将使得托盘71在支架82上实现轴向定位功能，此时承载有待加工晶圆的托盘71在定位箱81内的位置固定，而后利用Y轴气浮导轨31和X轴气浮导轨32可带动定位箱81在预定平面范围内进行位移变化，同时Z轴位移件42将带动其上的激光切割头43发生轴向位移，使激光切割头43的高度和待加工晶圆相适配，并进行激光隐切，此过程中，位于支架82上的加热环84通电加热，向托盘71上提供规定热量，结合隐切过程中在晶圆内产生的热量，使晶圆上黏连的蓝膜受热，待隐切工作完成后，Z轴位移件42带动其上的激光切割头43远离晶圆上端面，并利用顶撑伸缩件85伸缩端的伸长变化，推动升降板74在内腔702中向上位移，此时弹性件742受压缩，在升降板74向上位移的时候，将带动和其固接的撑板73向上位移，而蓝膜的侧边此时仍被压环72和托盘71固定，如此，将使得蓝膜在撑板73逐渐上升的过程中发生拉伸变形，且其上的晶圆向上位移，而受热的蓝膜在其变形过程中，对隐切后的晶圆提供了侧向拉力，在该拉力作用下，将促使隐切后的晶圆上沿着激光隐切路径产生裂缝，继而使隐切后的晶圆实现分离，而后顶撑伸缩件85复位，在弹性件742的弹力作用下，此时升降板74将带动撑板73向下位移进行复位，在第一转运机构3和转运机械手51的配合下，承载有隐切后晶圆的托盘71被放置于输送组件52上，并配合输送向下料工作台6处，如此，将使得该激光隐切设备可对待加工晶圆实现批量加工，并在加工过程中对隐切后的晶圆直接实现扩膜动作，提升了隐切效率的同时，还对隐切过程中在晶圆内产生的热量进行了利用，一定程度上起到能源节省的作用。

在相关技术中，该一种超薄晶圆的激光隐切设备，在对隐切后的晶圆进行分离的工作中，因需要使蓝膜发生形变，以此对晶圆提供拉应力，如蓝膜和撑板73之间存在空隙（气泡），则蓝膜形变过程中其拉应力将会失衡，如此将会造成晶圆在分离过程中受力不均，易导致晶圆分离不彻底现象发生。

根据本申请的一些实施例，如图5-图12所示，托盘71的内部同轴设置有气腔711，气腔711的外侧圆周设置有第一径向通道712，第一径向通道712和气腔711连通，第一径向通道712远离气腔711的一端连通有插槽713，插槽713和气腔711同轴设置，如此，将使得气腔711、第一径向通道712、插槽713之间形成互相连通的状态。

且插槽713和压环72密封插接配合，其中一个第一径向通道712远离气腔711的一端还连通有同向设置的安装槽716，安装槽716内置单向阀，需要说明的是，该单向阀的流通方向仅能从托盘71的内侧向外侧流通，且该单向阀外接抽真空设备，可以理解的是，在覆有蓝膜的晶圆方在撑板73上，并将压环72插接向插槽713上之后，通过外接抽真空设备，可使得互相连通的气腔711、第一径向通道712、插槽713内形成负压，如此将使得压环72和插槽713之间形成固定，对蓝膜边缘进行固定。

撑板73的下端面同轴设置有下环形通槽732，下环形通槽732和气腔711连通，撑板73的内部沿径向圆周设置有和下环形通槽732相通的第二径向通道733，第二径向通道733的两端封口设置，撑板73的内部同轴设置有多个上环形通槽734，多个上环形通槽734和第二径向通道733相通，撑板73的上端面同轴设置有多个气孔735，气孔735和上环形通槽734相通。

其中，气腔711的上端面圆周设置有内通孔714，内通孔714分别连通于气腔711和下环形通槽732。

具体的，插槽713的底部圆周设置有多个外通孔715，外通孔715分别连通于第一径向通道712和插槽713。

进一步的，撑板73的下端面上，在下环形通槽732的内外两侧还设置有环形凹槽，环形凹槽内密封卡接有密封圈736。

由此，在具体使用的时候（此时的撑板73和升降板74固接，升降板74位于内腔702的最底端，即撑板73的下端面和凹陷部701的上端面抵接），将覆有蓝膜的晶圆放置在撑板73上，并将压环72插接向插槽713上，并通过压环72的内环部分对蓝膜边缘进行压接之后，通过外接抽真空设备，可使得互相连通的气腔711、第一径向通道712、插槽713内形成负压，如此将使得压环72和插槽713之间形成固定，对覆有蓝膜的晶圆实现固定，同时，在气腔711内形成负压的时候，因下环形通槽732通过内通孔714和气腔711连通，下环形通槽732和第二径向通道733连通，第二径向通道733和多个上环形通槽734连通，且，撑板73下端面在下环形通槽732的内外两侧还卡接有密封圈736，内外两层密封圈736将使得下环形通槽732和气腔711之间尽可能密封，如此，将使得上环形通槽734内形成负压，并经由和上环形通槽734连通的多个气孔735，使放置于撑板73上端面的蓝膜和撑板73的上端面之间形成吸力，在本申请实施例中，多个气孔735和同轴设置的多个上环形通槽734相连通，且气孔735沿径向向外呈辐射状设置，即外围气孔735的数量多于内围气孔735的数量，如此，可使得撑板73上端面处对蓝膜形成的吸力尽可能的均衡，以实现蓝膜和撑板73之间形成无泡贴合，需要说明的是，在本申请实施例中，气孔735的直径大小设置为不影响蓝膜和撑板73紧密贴合后的平整度，如此，蓝膜和撑板73之间形成无气泡贴合，将使得后续蓝膜发生形变的时候，其对晶圆提供的拉应力尽可能的均衡，降低了晶圆出现分离不彻底的现象，同时，向外辐射状设计的气孔735，尽可能的降低了对蓝膜形变过程中对晶圆提供均衡拉应力的干扰，可以理解的是，撑板73向上位移促使蓝膜形变的过程中，此时的蓝膜边缘依然受压环72和托盘71固定，故此过程中，除非蓝膜破损，整个托盘71和蓝膜之间依然存在负压。

在相关技术中，该一种超薄晶圆的激光隐切设备，因实际加工中，晶圆的大小并不是特定不变的，如为了适应不同大小晶圆的加工，而制造大小相适配的承载机构7，则会造成生产成本的大为增加，且该隐切设备内的所有转运设备还需重新设定各自的位移量，给实际生产带来不便。

根据本申请的一些实施例，如图5、图7、图9-图11所示，撑板73的下端面轴心处固接有螺纹杆731，升降板74的上端面轴心处固接有螺纹筒743，螺纹杆731和螺纹筒743螺纹配合，因升降板74受限位条703限制，故升降板74在内腔702内仅能发生轴向位移，故此，升降板74和撑板73通过螺纹配合的螺纹杆731和螺纹筒743可以实现可拆卸固接。

其中，撑板73的侧壁和压环72的内壁之间留有间距，压环72的内壁和待加工晶圆的侧壁之间留有间距，便于撑板73向上位移的时候，蓝膜发生正常形变，避免因撑板73和压环72的内壁处间隙太小，导致蓝膜在撑板73向上位移的过程中直接破裂，失去对晶圆提供拉应力的作用。

由此，在本申请实施例中，因撑板73和升降板74之间为可拆卸固接，故可根据实际加工中晶圆的大小，设置和待加工晶圆大小相适配的撑板73以及压环72，而托盘71并不需要改动，如此，在满足不同大小晶圆的隐切工作时，可降低生产成本，需要说明的是，在本申请实施例中，撑板73无论大小如何设置，需满足其上的下环形通槽732和托盘71上的内通孔714相适配，以保证待加工晶圆可以和撑板73之间实现无气泡接触。

需要说明的是，送料组件21、搬运组件22、Y轴气浮导轨31、X轴气浮导轨32、光路组件41、Z轴位移件42、激光切割头43、转运机械手51、输送组件52、下料工作台6、定位伸缩件83、加热环84和顶撑伸缩件85具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。