一种激光加工设备及晶圆加工系统的制作方法

1.本发明涉及晶圆加工技术领域，具体而言，涉及一种激光加工设备及晶圆加工系统。


背景技术：

2.晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，在硅晶片上可加工制作各种电路元件结构，从而形成具有特定电性功能的产品。晶圆通常需要切割成块后使用，目前，最常用的晶圆切割方式为激光切割。
3.激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着激光束与被切割材料之间的相对移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对被切割材料的切割。
4.现有的激光加工设备，其承载晶圆的加工轴采用自然冷却的方式，在高速加工时无法及时散热，高温会导致加工轴的精度发生变化，进而影响激光加工设备的加工精度和稳定性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种激光加工设备及晶圆加工系统，其能够将加工平台高速运动时第二电机产生的热量及时散出，具有较高的加工精度和稳定性。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.一种激光加工设备，其包括基座以及设置在基座上的上轴、下轴和激光加工组件，下轴与第一电机连接并在第一电机的驱动下沿垂直于下轴轴线的方向往复运动，上轴与第二电机连接并在第二电机的驱动下沿下轴往复运动，上轴上设有用于固定晶圆的加工平台，加工平台带动晶圆运动以配合激光加工组件切割晶圆，加工平台的底部设有水冷通道，水冷通道内循环流通冷却水。
8.可选的，作为一种可实施的方式，水冷通道的两端设有水冷接口，水冷接口通过水泵与水箱连通，水泵抽取水箱中的冷却水使其通过水冷接口在水冷通道内循环。
9.可选的，作为一种可实施的方式，水冷通道呈矩形，水冷通道包括至少两个，至少两个水冷通道间隔分布。
10.可选的，作为一种可实施的方式，还包括设置在基座上的吸尘组件，吸尘组件包括依次连通的吸尘腔体、真空发生器、粉尘收集器和风机，吸尘腔体的吸尘口对应激光加工组件的激光加工头设置。
11.可选的，作为一种可实施的方式，激光加工头包括至少两个，至少两个激光加工头平行设置，吸尘口包括至少两个，至少两个吸尘口与至少两个激光加工头一一对应设置。
12.可选的，作为一种可实施的方式，激光加工组件包括激光座和滑动设置在激光座上的激光加工头，激光加工头的出光口朝向加工平台的表面，激光加工头上设有高度传感器，高度传感器用于测量激光加工头与晶圆之间的距离。
13.可选的，作为一种可实施的方式，激光加工组件还包括伸缩结构，伸缩结构的固定端设置在激光座上，伸缩结构的伸缩端与激光加工头连接，伸缩结构的伸缩方向垂直于加工平台的表面。
14.一种晶圆加工系统，包括涂覆设备、如上任意一项的激光加工设备和清洗设备，涂覆设备用于对涂覆平台上的晶圆涂覆保护胶，激光加工设备用于切割加工平台上的晶圆，清洗设备用于清洗切割平台上的晶圆。
15.可选的，作为一种可实施的方式，还包括上料工作台，上料工作台用于承载待加工的晶圆。
16.可选的，作为一种可实施的方式，还包括第一搬运机械手、第二搬运机械手、第三搬运机械手和控制器，第一搬运机械手用于在涂覆设备和激光加工设备之间取放晶圆，第二搬运机械手用于在激光加工设备和清洗设备之间取放晶圆，第三搬运机械手用于将清洗设备中的晶圆取出，控制器与第一搬运机械手、第二搬运机械手和第三搬运机械手电连接并控制第一搬运机械手、第二搬运机械手和第三搬运机械手同时转移晶圆。
17.本发明实施例的有益效果包括：
18.本发明提供的激光加工设备，包括基座以及设置在基座上的上轴、下轴和激光加工组件，下轴与第一电机连接并在第一电机的驱动下沿垂直于下轴轴线的方向往复运动，上轴与第二电机连接并在第二电机的驱动下沿下轴往复运动，上轴上设有用于固定晶圆的加工平台，加工平台带动晶圆运动以配合激光加工组件切割晶圆，加工平台的底部设有水冷通道，水冷通道内循环流通冷却水。上述激光加工设备，通过在加工平台的下方设置水冷通道，利用循环流通的冷却水将加工平台高速运动时第二电机产生的热量及时散出，以减少热量对周围零件精度的影响，从而具有较高的加工精度和稳定性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的某些实施例，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。
20.图1为本发明实施例提供的激光加工设备的局部示意图之一；
21.图2为本发明实施例提供的激光加工设备的局部示意图之二；
22.图3为本发明实施例提供的激光加工设备中吸尘组件的结构示意图；
23.图4为本发明实施例提供的激光加工设备中激光加工组件的结构示意图；
24.图5为本发明实施例提供的晶圆加工系统的结构示意图。
25.图标：100-激光加工设备；110-基座；120-上轴；130-下轴；140-激光加工组件；141-激光座；142-激光加工头；143-高度传感器；144-伸缩结构；150-加工平台；160-水冷通道；161-水冷接口；170-吸尘组件；171-吸尘腔体；1711-吸尘口；172-真空发生器；173-粉尘收集器；174-风机；200-晶圆加工系统；300-涂覆设备；400-清洗设备；500-上料工作台；610-第一搬运机械手；620-第二搬运机械手；630-第三搬运机械手；700-晶圆。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
31.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.请参照图1和图2，本实施例提供一种激光加工设备100，其包括基座110以及设置在基座110上的上轴120、下轴130和激光加工组件140，下轴130与第一电机连接并在第一电机的驱动下沿垂直于下轴130轴线的方向往复运动，上轴120与第二电机连接并在第二电机的驱动下沿下轴130往复运动，上轴120上设有用于固定晶圆700的加工平台150，加工平台150带动晶圆700运动以配合激光加工组件140切割晶圆700，加工平台150的底部设有水冷通道160，水冷通道160内循环流通冷却水。
33.具体的，下轴130滑动设置在基座110上，上轴120滑动设置在下轴130上，上轴120和下轴130的运动方向相互垂直，上轴120远离下轴130的表面设有加工平台150，加工平台150用于承载并固定晶圆700。基座110上还设有激光加工组件140，激光加工组件140位于上轴120设置加工平台150的一侧，激光加工组件140向加工平台150出射激光束，加工平台150带动晶圆700跟随上轴120和下轴130运动，随着激光束与晶圆700之间的相对移动，完成激光加工组件140对晶圆700的切割。加工平台150朝向上轴120的一侧设有水冷通道160，水冷通道160内循环流通冷却水，冷却水将加工平台150高速运动时第二电机产生的热量及时散出，以减少热量对周围零件精度的影响，从而使激光加工设备100具有较高的加工精度和稳
定性。
34.上述激光加工设备100，通过在的加工平台150的下方设置水冷通道160，利用循环流通的冷却水将加工平台150高速运动时第二电机产生的热量及时散出，从而具有较高的加工精度和稳定性。
35.请参照图2，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，水冷通道160的两端设有水冷接口161，水冷接口161通过水泵与水箱连通，水泵抽取水箱中的冷却水使其通过水冷接口161在水冷通道160内循环。
36.水冷通道160的两端各设置一个水冷接口161，其中一个水冷接口161通过水泵与水箱连通，另一个水冷接口161与水箱直接或间接连通。水冷通道160、水泵和水箱形成闭合的冷却水流通回路，冷却水在水泵的驱动下在流通回路内流动，将第二电机产生的热量带走。
37.为了提高水冷效果，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，水冷通道160呈矩形，水冷通道160包括至少两个，至少两个水冷通道160间隔分布。至少两个呈矩形的水冷通道160间隔分布在加工平台150的底部，可以更大面积地覆盖加工平台150和上轴120，及时将热量散出。
38.请参照图3，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，还包括设置在基座110上的吸尘组件170，吸尘组件170包括依次连通的吸尘腔体171、真空发生器172、粉尘收集器173和风机174，吸尘腔体171的吸尘口1711对应激光加工组件140的激光加工头142设置。
39.激光加工设备100还包括吸尘组件170，吸尘组件170用于吸附激光加工中产生的粉尘。具体的，吸尘腔体171的吸尘口1711对准激光加工组件140的激光加工头142设置，吸尘腔体171通过真空发生器172与粉尘收集器173连通，真空发生器172工作后使吸尘腔体171内产生负压，激光加工时产生的粉尘在真空发生器172吸力的作用下通过吸尘腔体171进入粉尘收集器173内。同时，吸尘腔体171和粉尘收集器173还与风机174连通，风机174同样用来在吸尘腔体171内产生负压，与真空发生器172共同作用抽吸粉尘。风机174与真空发生器172配合形成的多级吸尘结构，能够有效提升激光加工中吸尘的效果，防止激光加工后粉尘残留在晶圆700上，提高晶圆700的加工表面质量。
40.请参照图3和图4，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，激光加工头142包括至少两个，至少两个激光加工头142平行设置，吸尘口1711包括至少两个，至少两个吸尘口1711与至少两个激光加工头142一一对应设置。通过增加激光加工组件140中激光加工头142的数量，可以提高晶圆700的加工效率。而在每个激光加工头142处均对应设置吸尘口1711，可以快速将激光加工中产生的粉尘吸走并提高吸附效果。
41.由于激光束对于晶圆700的加工，焦点的敏感度是微米级，若焦点偏离将会影响加工质量，甚至让晶圆700报废，为了解决这一问题，请参照图4，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，激光加工组件140包括激光座141和滑动设置在激光座141上的激光加工头142，激光加工头142的出光口朝向加工平台150的表面，激光束由激光口射向加工平台150上的晶圆700表面；激光加工头142上设有高度传感器143，高度传感器143与激光加工头142的位置相对固定，高度传感器143用于测量激光加工头142与晶圆700之间的距离，若距离存在偏差，可以根据测量结果调整激光加工头142的位置，从而保证焦点的位置精度。
42.可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，激光加工组件140还包括伸缩结构
144，伸缩结构144的固定端设置在激光座141上，伸缩结构144的伸缩端与激光加工头142连接，伸缩结构144的伸缩方向垂直于加工平台150的表面。
43.通过伸缩结构144的伸缩，带动激光加工头142运动，进而靠近或远离晶圆700，从而保证焦点的位置精度。示例地，伸缩结构144为气缸。
44.请参照图5，本发明实施例还公开了一种晶圆加工系统200，其包括涂覆设备300、如上任意一项的激光加工设备100和清洗设备400，涂覆设备300用于对涂覆平台上的晶圆700涂覆保护胶，激光加工设备100用于切割加工平台上的晶圆700，清洗设备400用于清洗切割平台上的晶圆700。
45.上述晶圆加工系统200，可以对某一片晶圆700进行涂胶(以保护晶粒在激光开槽过程中不受损伤)、开槽(利用激光蚀刻形成凹槽)和清洗(利用清洗液将保护液和激光开槽产生的杂质清洗掉)操作，也可以同时对三片晶圆700分别进行涂胶、开槽和清洗操作，以提高晶圆700的加工效率。另外，涂覆工位和清洗工位与加工工位分开，达到“干”、“湿”分离的效果，可有效减少涂覆和清洗过程中产生的水汽对激光开槽加工过程的不利影响。激光加工设备100采用水冷快速降温，还能够提高晶圆700加工的精度和稳定性。因此，上述晶圆加工系统200具有较高的加工精度、加工效率、加工稳定性和加工质量。
46.可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，还包括第一搬运机械手610、第二搬运机械手620、第三搬运机械手630和控制器，第一搬运机械手610用于在涂覆设备300和激光加工设备100之间取放晶圆700，第二搬运机械手620用于在激光加工设备100和清洗设备400之间取放晶圆700，第三搬运机械手630用于将清洗设备400中的晶圆700取出，控制器与第一搬运机械手610、第二搬运机械手620和第三搬运机械手630电连接并控制第一搬运机械手610、第二搬运机械手620和第三搬运机械手630同时转移晶圆700，以使上述晶圆加工系统200可以同时加工三片晶圆700，进而提高晶圆700的加工效率。
47.上述晶圆加工系统包括涂覆工位、激光加工工位和清洗工位，三个工位分别由涂覆设备300、激光加工设备100和清洗设备400进行相应操作。当三个工位上的相应操作完成后，控制器控制第一搬运机械手610将涂覆设备300的涂覆平台上已经涂覆保护胶的晶圆700转移至激光加工设备100的加工平台150上，同时，控制器还控制第二搬运机械手620将加工平台150上切割后的晶圆700转移至清洗设备400的清洗平台上，控制第三搬运机械手630将清洗平台上清洗后的晶圆700取出。
48.可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，还包括上料工作台500，上料工作台500用于承载待加工的晶圆700，上料工作台500上的晶圆700进入涂覆设备300后即进入加工过程。示例地，晶圆加工系统200还包括第四搬运机械手，第四搬运机械手将上料工作台500上的晶圆700转移至涂覆设备300。
49.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。