[发明专利]用于硅晶片划线的自动聚焦方法与设备

说明书

技术领域

本发明是关于用于划线电子硅晶片的方法与设备。特别的是，本发明是关于用于实行用以划线LED硅晶片以助于切单(singulation)的激光束的实时聚焦的方法与设备。更特别的是，本发明是关于用于当系统作硅晶片划线时，准确且有效率侦测透明或半透明LED硅晶片的表面的位置以实时维持于激光束的焦点与硅晶片的表面之间正确关系的方法与设备。

背景技术

电子装置为了容易制造通常会构成于其含有多份装置的基板或硅晶片。此等装置是必须在封装与贩卖之前分离或切单。切单电子装置的一个典型方法是运用一种激光划线系统以划线该硅晶片并且接着将它准备好以供沿着划线做机械切割。图1是显示硅晶片10支撑电子装置，一电子装置是指示为12。也被指示出来的是一“沟道(street)”14的一个实例，沟道14是电子装置之间的区域，在上面划线以用于对该等装置彼此之间做后续的机械分离。以此方式所制造的范例的电子装置包括发光二极管(LED，light emitting diode)。虽然也可以使用其它材料，但是LED典型地制造在由晶体蓝宝石或金属制成的硅晶片。在制造后，此等硅晶片接着通过划线用一机械锯或激光来切单，接着作机械分割以分离该等装置。

激光划线系统使用激光来划线具有半导体晶粒成长于硅晶片的一表面的硅晶片，硅晶片被载入至一水平平台。当该水平平台以高速(典型于10毫米/秒(mm/s)与100mm/s之间)平移时，激光束是沿着分离硅晶片顶端或底端表面上所界定的个别半导体晶粒的沟道来撞击顶端表面。于强聚焦的激光束与硅晶片之间的交互作用是将在表面上产生切口(kerf)或沟槽，允许硅晶片沿着沟道干净地做机械式切断。硅晶片上的晶粒接着可以分离且各个晶粒可运用来制造一个装置。实行此硅晶片划线功能的一个范例的系统是由本发明的受让人所制造的AccuScribeAS2000FX。此系统是运用其谐波频率偏移至UV波长的一种二极管帮浦固态激光以划线发光二极管(LED)硅晶片。

图2是显示一种硅晶片划线系统的示意图。一激光20是产生一工作激光束22，其为由激光束光学器件24所成形且指向至一物镜26，物镜26是聚焦工作激光束22至一激光焦点30，该激光焦点30指向至一工件32，工件32于此例中是一硅晶片。物镜26是接附至一支架28，支架28接附至系统底座36，系统底座36是典型为包括由花岗石或其它的致密材料所作成的大型底板。系统底座36支持XY夹头34，XY夹头34牢固地支持工件32。XY夹头34是可程序规划移动该硅晶片在工作激光的下方，随着激光焦点30机械加工来自工件32的材料而形成划线在表面上。支架28、系统底座36、与XY夹头34一起运作，在工件32随着XY夹头34移动时仍然保持激光焦点30与工件32的精确的垂直关系，以维持截口的正确尺寸、形状与质量。

为了对硅晶片有效率且均匀地划线，激光束应被聚焦至接近硅晶片顶端表面的一平面。换言之，物镜与硅晶片表面之间的距离具有一最佳值。此是加诸严格的要求于硅晶片表面的平坦度与硅晶片厚度一致性，降低产量且提高成本，除非此等硅晶片是可有效率处理。一蓝宝石硅晶片的平均厚度针对不同硅晶片变动高达10微米，而且在2英寸的硅晶片上，表面平坦度(当安装至一真空夹头时)的变化高达15微米。金属硅晶片表面是即使安装于一真空夹头也可能为变形，且可能在2英寸的硅晶片上具有高达150微米的表面高度差异。为了满足所需，聚焦工作激光束，以在接近硅晶片表面具有10至50微米的一最小光点大小，以将所欲宽度与深度的沟槽划线至硅晶片的表面上。聚焦激光为降至此小光点大小需要一高数值孔径(NA，numerical aperture)透镜以使该束在焦点的上下方迅速去焦。结果，当划线时会希望将激光光点保持于硅晶片顶端表面的±5微米之内或更佳地位于±2微米之内。