CN100500359C - 激光束加工机 - Google Patents

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Abstract

一种激光束加工机，其包括用于保持工件的卡盘工作台、用于向保持在该卡盘工作台上的工件施加脉冲激光束的激光束施加装置、以及用于使该卡盘工作台和该激光束施加装置进行彼此相对的加工进给的加工进给装置，其中，该激光束加工机还包括用于检测该卡盘工作台的加工进给量的进给量检测装置和用于根据来自该进给量检测装置的检测信号控制该激光束施加装置的控制装置，该控制装置根据来自该进给量检测装置的信号向该激光束施加装置输出用于每个预定加工进给量的施加信号。

Description

激光束加工机
技术领域
本发明涉及一种激光束加工机，其沿着形成于工件上的分割线施加激光束。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，在大致为盘状的半导体晶片正面上由设置成格状图案的被称为“街道”的分割线分为多个区域，在每个分开区域中形成诸如IC或LSI的电路。沿分割线切割半导体晶片，以将其分割成在每个区域上均具有电路的许多区域，从而制造单个的半导体芯片。同样，沿着分割线切割在蓝宝石基片的正面上具有氮化镓基化合物半导体层的光学器件晶片，以将其分割成广泛应用于电气设备中的诸如发光二极管或激光二极管的光学器件。
通常使用被称作“切块机”的切割机沿上述半导体晶片或光学器件的分割线进行切割。该切割机包括：卡盘工作台，其用于保持诸如半导体晶片或光学器件晶片的工件；切割装置，其用于切割被保持在该卡盘工作台上的工件；以及切割进给装置，其用于使卡盘工作台和切割装置彼此相对移动。该切割装置具有主轴单元，其包括转轴，安装在该转轴上的切割片以及用于旋转驱动该转轴的驱动机构。该切割片包括盘状基座和环形切削刃，通过电铸将直径约为3μm的金刚石磨粒固定在基座上而在该基座的侧壁圆周部分上形成环形切削刃并使其形成大约为20μm的厚度。
由于蓝宝石基片、碳化硅基片等具有较高的莫氏硬度，使用上述切割片进行切割并不总是容易的。更进一步地，由于切割片的厚度约为20μm，所以用于分割器件的分割线必须具有约为50μm的厚度。因此，在器件尺寸为300μm×300μm的情况下，切割线对器件的面积比为14％，从而降低了生产率。
作为分割诸如半导体晶片的板状工件的装置，现今也尝试了使用波长能够透过工件并且焦点被设定在被分割区域内部的脉冲激光束的激光加工方法，例如日本专利No.3408805中所公开的那样。在使用这种激光加工技术的分割方法中，通过将可透过工件的红外线范围的脉冲激光束作用在该工件上来对其进行分割，从该工件表面随着其焦点设定到工件内部而在该工件内部沿着该分割线连续地形成损坏层，并且沿着该分割线施加外力，该分割线的强度已经由于该损坏层的形成而下降。
用于实施上述激光加工的激光束加工机具有用于保持工件的卡盘工作台、对保持在该卡盘工作台上的工件施加脉冲激光束的激光束施加装置和用于使该卡盘工作台和激光束施加装置进行相对加工进给的加工进给装置。
上述激光束加工机的卡盘工作台以图11中所示的进给速度进行加工进给。在图11中，横轴显示了该卡盘工作台的加工进给量，并且纵轴显示了该卡盘工作台的加工进给速度。如图11所示，该卡盘工作台的加工进给速度从加工进给开始位置(m0)开始增加，并且在第一加工进给位置(m1)达到预定加工进给速度(V)。然后，该卡盘工作台以预定的加工进给速度(V)移动，并且当其加工进给速度达到第二加工进给位置(m2)时，该加工进给速度开始降低，并且在加工进给结束位置(m3)变成零(0)。然而，必须在该卡盘工作台的加工进给速度为匀速的状态下施加脉冲激光束才能沿该工件的分割线进行均匀的激光加工。因此，在第一加工进给位置(m1)和第二加工进给位置(m2)之间施加脉冲激光束，且该卡盘工作台在这两个位置之间以预定的均匀加工进给速度(V)移动。因此，该激光加工实际进行的区域是位于第一加工进给位置(m1)和第二加工进给位置(m2)之间的区域，并且位于加工进给开始位置(m0)和第一加工进给位置(m1)之间的卡盘工作台加速移动的区域以及位于第二加工进给位置(m2)和加工进给结束位置(m3)之间的卡盘工作台减速移动的区域成为不进行激光加工的无效行程区域，从而降低了生产率并延长了该卡盘工作台的移动行程，其阻碍了该装置的小型化。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光束加工机，其能够通过在从该卡盘工作台的加工进给开始位置开始直到加工进给结束位置的全部区域上对工件施加脉冲激光束而进行均匀的加工。
为达到上述目的，根据本发明，提供了一种激光束加工机，其包括用于保持工件的卡盘工作台、用于向保持在该卡盘工作台上的工件施加脉冲激光束的激光束施加装置、以及用于使该卡盘工作台和该激光束施加装置进行彼此相对的加工进给的加工进给装置，其中，
该激光束加工机还包括用于检测该卡盘工作台的加工进给量的进给量检测装置和用于根据来自该进给量检测装置的检测信号控制该激光束施加装置的控制装置；以及
该控制装置根据来自该进给量检测装置的信号向该激光束施加装置输出用于每个预定加工进给量的施加信号。
此外，根据本发明，还提供了一种激光束加工机，其包括：用于保持工件的卡盘工作台、用于向保持在该卡盘工作台上的工件施加脉冲激光束的激光束施加装置、以及用于使该卡盘工作台和该激光束施加装置进行彼此相对的加工进给的加工进给装置，其中在对该卡盘工作台进行加工进给时，该加工进给装置在从加工进给开始位置到第一加工进给量的过程中控制该卡盘工作台的加工进给速度，以使其加速达到预定加工进给速度，并在从该第一加工进给量到第二加工进给量的过程中以匀速保持该预定加工进给速度，且在从该第二预定加工进给量到加工进给结束位置的过程中将该加工进给速度减速至零，其中，
该激光束加工机还包括用于检测该卡盘工作台的加工进给量的进给量检测装置和用于根据来自该进给量检测装置的检测信号控制该激光束施加装置的控制装置；以及
该控制装置包括存储装置，其用于存储根据加工进给速度设定激光束加工条件的控制图，该加工进给速度对应于由该加工进给装置施加的从该卡盘工作台的加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量，并且根据来自于该进给量检测装置的信号向该激光束施加装置输出由控制图设定的加工条件的施加信号。
上述控制图为频率控制图，其根据加工进给速度设定激光束的重复频率，该加工进给速度对应于加工进给装置施加的从卡盘工作台的加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量。
根据本发明，由于每次保持工件的卡盘工作台移动预定的加工进给量，即使在卡盘工作台的加工进给速度不为常数的加速移动区域和减速移动区域中，脉冲激光束均从激光束施加装置中发射出来，因此该脉冲激光束以等时间间隔施加在工件上，并从加工进给开始位置到加工进给结束位置进行均匀的加工。因此，从加工进给开始位置到加工进给结束位置的区域成为加工区域并且不存在卡盘工作台的无效行程，从而可以缩短加工时间和减小整个装置的尺寸。
此外，在本发明中，由于上述控制装置包括存储装置，其用于存储根据加工进给速度设定激光束加工条件的加工控制图，该加工进给速度对应于由上述加工进给装置施加的卡盘工作台从加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量，并且该控制装置根据来自上述进给量检测装置的信号向激光束施加装置输出由控制图设定的加工条件的施加信号，即使在卡盘工作台的加工进给速度不为常数的加速移动区域和减速移动区域中，基于加工进给速度的加工条件的脉冲激光束也被施加到工件上，由此，从加工进给开始位置到加工进给结束位置均可以进行均匀加工。因此，从加工进给开始位置到加工进给结束位置的区域成为加工区域并且不存在卡盘工作台的无效行程，从而可以缩短加工时间和减小整个装置的尺寸。
附图说明
图1为根据本发明构成的激光束加工机的立体图；
图2为方框图，其示意性地显示了设置在图1所示激光束加工机中的激光束施加装置的结构；
图3为示意图，其解释了来自图2所示激光束施加装置的激光束的焦斑直径；
图4为显示了作为工件的半导体晶片的立体图；
图5(a)和5(b)为示意图，其显示了图4所示半导体晶片的坐标关系，其中该半导体晶片被保持在图1所示激光束加工机的卡盘工作台的预定位置上；
图6为示意图，其显示了由图1所示激光束加工机实施的分割线检测步骤；
图7(a)和7(b)为示意图，其显示了由图1所示激光束加工机实施的激光束施加步骤；
图8为示意图，其显示了设置在图1所示的激光束加工机中的卡盘工作台的加工进给量和加工进给速度之间的关系以及加工区域；
图9为频率控制图的示意图，其存储在设置于图1所示激光束加工机的控制装置中；
图10为能量控制图的示意图，其存储在设置于图1所示激光束加工机的控制装置中；以及
图11为示意图，其显示了设置在图1所示激光束加工机中的卡盘工作台的加工进给量和加工进给速度之间的关系以及现有技术中的加工方法的加工区域。
具体实施方式
下面将参考附图对根据本发明构成的激光束加工机的优选实施例进行详细说明。
图1为根据本发明构成的激光束加工机的立体图。图1所示的激光束加工机包括：固定底座2、卡盘工作台机构3、激光束施加单元支撑机构4、和激光束施加单元5，该卡盘工作台机构3以这样的方式安装在该固定底座2上，以使得其可以沿箭头X指示的加工进给方向移动并保持工件，该激光束施加单元支撑机构4以这样的方式安装在固定底座2上，以使得其可以沿与箭头X指示的方向垂直的由箭头Y指示的分度进给方向移动，该激光束施加单元5以这样的方式安装在激光束施加单元支撑机构4上，以使得其可以沿箭头Z指示的方向移动。
上述卡盘工作台机构3包括：一对导轨31和31，其安装在固定底座2上，并且沿箭头X指示的加工进给方向彼此平行地设置；第一滑块32，其以这样的方式安装在导轨31和31上，以使得其可以在箭头X指示的加工进给方向上移动；第二滑块33，其以这样的方式安装在第一滑块32上，以使得其可以在箭头Y指示的分度进给方向上移动；支撑工作台35，其通过圆柱形元件34支撑在第二滑块33上；以及作为工件保持装置的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具有由多孔材料制成的吸盘361和被未示出的抽吸装置保持在该吸盘361上的作为工件的盘形半导体晶片。通过安装在圆柱形元件34中的脉冲马达(未示出)转动该卡盘工作台36。
上述第一滑块32在其底面上具有一对安装在上述两个导轨31和31上的待导引槽321和321，并在其顶面上具有沿箭头Y指示的分度进给方向彼此平行地形成的一对导轨322和322。如上所述构造的第一滑块被如此构造，以使得通过将待导引槽321和321分别安装在该对导轨31和31上，允许该滑块在箭头X指示的加工进给方向上沿该对导轨31和31移动。示例性实施例中的卡盘工作台机构3包括加工进给装置37，其用于使第一滑块32沿该对导轨31和31在箭头X指示的加工进给方向上移动。该加工进给装置37包括阳螺纹杆371，其设置在上述该对导轨31和31之间并与之平行，以及诸如脉冲马达372的驱动源，其用于旋转驱动该阳螺纹杆371。该阳螺纹杆371的一端可旋转地支撑在固定于上述固定底座2上的轴承座373中，并且另一端与上述脉冲马达372的输出轴传动连接在一起。该阳螺纹杆371旋入到形成于阴螺纹块(未示出)中的螺纹通孔中，该阴螺纹块从第一滑块32的中部的底面突出。因此，通过使用脉冲马达372沿正向或反向驱动该阳螺纹杆371，使第一滑块32沿导轨31和31在箭头X指示的加工进给方向上移动。
在该示例性实施例中的激光束加工机包括进给量检测装置374，其用于检测上述卡盘工作台36的进给量。该进给量检测装置374包括沿导轨31设置的直线标尺374a和安装在滑块32上并与该第一滑块32一起沿该直线标尺374a移动的读数头374b。在该示例性实施例中，每当卡盘工作台36向随后将要描述的控制装置移动0.1μm时，该进给量检测装置374的读数头374b便发出一脉冲信号。稍后将要描述的控制装置计算输入脉冲信号，以检测该卡盘工作台36的加工进给量。当脉冲马达372被用作上述加工进给装置37的驱动源时，可以通过计算稍后描述的用于向该脉冲马达372输出驱动信号的驱动脉冲来检测该卡盘工作台36的加工进给量。当使用伺服马达作为上述加工进给装置37的驱动源时，来自于检测该伺服马达转数的旋转编码器的脉冲信号被提供给控制装置，并且计算输入到该控制装置中的脉冲信号，以检测卡盘工作台36的加工进给量。
上述第二滑块33在其底面具有一对将装配在设置于上述第一滑块32的顶面上的该对导轨322和322中的待导引槽331和331，并且第二滑块33被如此构造，以使得其通过将待导引槽331和331分别装配到该对导轨322和322中而沿箭头Y指示的分度进给方向移动。本示例性实施例中的卡盘工作台机构3具有第一分度进给装置38，其用于沿设置在第一滑块32上的该对导轨322和322在箭头Y指示的分度进给方向上移动该第二滑块33。第一分度进给装置38包括阳螺纹杆381，其设置在上述该对导轨322和322之间并与之平行，以及诸如脉冲马达382的驱动源，其用于旋转驱动该阳螺纹杆381。该阳螺纹杆381的一端可旋转地支撑在固定于上述第一滑块32顶面上的轴承座383中，并且另一端与上述脉冲马达382的输出轴传动连接在一起。该阳螺纹杆381旋入到形成于阴螺纹块(未示出)中的螺纹通孔中，该阴螺纹块从第二滑块33的中部的底面突出。因此，通过使用脉冲马达382沿正向或反向驱动该阳螺纹杆381，可使第二滑块33沿导轨322和322在箭头Y指示的分度进给方向上移动。
上述激光束施加单元支撑机构4包括：一对导轨41和41，其安装在固定底座2上并沿箭头Y指示的分度进给方向彼此平行地设置，以及可移动支撑底座42，其以这种方式安装到导轨41和41上，以使得其可以在箭头Y指示的方向上移动。该可移动支撑底座42包括可移动地安装在导轨41和41上的可移动支撑部分421和安装在可移动支承部分421上的安装部分422。该安装部分422在其一个侧面上具有在箭头Z指示的方向上彼此平行延伸的一对导轨423和423。本示例性实施例中的激光束施加单元支撑机构4具有第二分度进给装置43，其用于使可移动支撑底座42沿该对导轨41和41在箭头Y指示的分度进给方向上移动。第二分度进给装置43包括阳螺纹杆431，其被设置在上述该对导轨41和41之间并与之平行，以及诸如脉冲马达432的驱动源，其用于旋转驱动该阳螺纹杆431。该阳螺纹杆431的一端可旋转地支撑在固定于上述固定底座2上的轴承座(未示出)中，并且另一端与上述脉冲马达432的输出轴传动连接在一起。该阳螺纹杆431旋入到形成于阴螺纹块(未示出)中的螺纹通孔中，该阴螺纹块从构成可移动支撑底座42的可移动支撑部分421的中部的底面突出。因此，通过使用脉冲马达432沿正向或反向驱动该阳螺纹杆431，可使可移动支撑底座42沿导轨41和41在箭头Y指示的分度进给方向上移动。
该示例性实施例中的激光束施加单元5包括单元保持器51和固定在该单元保持器51上的激光束施加装置52。该单元保持器51具有一对待导引槽511和511，其可滑动地安装在设置于上述安装部分422上的该对导轨423和423中，并且该单元保持器以这种方式被支撑，以使得其可以通过将待导引槽511和511分别安装到上述导轨423和423中而在箭头Z指示的方向上移动。
该示例性激光束施加装置52具有圆柱状壳体521，其被固定在上述单元保持器51上并大致水平地延伸。如图2中所示，在壳体521中安装有脉冲激光束振荡装置522和光学传输系统523。采用YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器的脉冲激光束振荡器522a和与该脉冲激光束振荡器522a相连的重复频率调整装置522b构成该脉冲激光束振荡装置522。该重复频率调整装置522b根据来自于稍后描述的控制装置的控制信号调整脉冲激光束振荡器522a的振动重复频率。该光学传输系统523包括诸如分束器等的适当的光学元件。用于容纳由已知透镜组合构成的聚光透镜(未示出)的聚光器524直接连接到该壳体521的端部。
由上述脉冲激光束振荡装置522振动产生的激光束通过光学传输系统523到达聚光器524，并且该激光束以预定的焦斑直径D从聚光器524施加到保持于上述卡盘工作台36上的工件上。当如图3中所示，当通过聚光器524的物镜524a施加显示出正态分布的脉冲激光束时，该焦斑直径D由表达式D(μm)＝4×λ×f/(π×W)限定，其中λ为脉冲激光束的波长(μm)，W为进入物镜524a的脉冲激光束的直径(mm)，f为该物镜524a的焦距(mm)。
回到图1，图像采集装置6连接在构成上述激光束施加装置52的壳体521的前端。除了用于采集该示例性实施例中的可见光辐射的图像的普通采集设备(CCD)外，该图像采集装置6包括用于向工件施加红外辐射的红外线照射装置、用于收集由该红外线照射装置发射的红外辐射的光学系统以及用于输出与该光学系统收集的红外辐射相对应的电信号的图像采集设备(红外CCD)。图像信号被提供给未示出的控制装置。
该示例性实施例中的激光束施加单元5具有移动装置53，其用于沿该对导轨423和423在箭头Z指示的方向上移动该单元保持器51。该移动装置53包括设置在该对导轨423和423之间的阳螺纹杆(未示出)和用于旋转驱动该阳螺纹杆的诸如脉冲马达532的驱动源。通过使用脉冲马达532沿正向或反向驱动该阳螺纹杆(未示出)，以使单元保持器51和激光束施加装置52沿导轨423和423在箭头Z指示的方向上移动。在本示例性实施例中，正向驱动该脉冲马达532使激光束施加装置52向上移动，反向驱动该脉冲马达532使激光束施加装置52向下移动。
该示例性实施例中的激光束加工机具有控制装置10。该控制装置10由计算机构成，该计算机包括：中央处理器(CPU)101，其用于根据控制程序执行算术运算处理；只读存储器(ROM)102，其用于存储控制程序等；读/写随机存取存储器(RAM)103，其用于存储运算结果；计算器104，输入接口105和输出接口106。来自于上述进给量检测装置374、图像采集装置6等的检测信号被输入到该控制装置10的输入接口105中。从该控制装置10的输出接口106将控制信号输出至上述脉冲马达372、脉冲马达382、脉冲马达532、激光束施加装置52等。
如上所述构成本示例性实施例中的激光束加工机，并且其操作将在下面进行描述。
图4是将被激光束加工的作为工件的半导体晶片的立体图。图4中所示的半导体晶片20由硅晶片构成，并且具有被以格状图案设置在其正面20a上的多个分割线201分割的多个区域，并且诸如IC或LSI的电路202形成在每个分割区域中。
下面将对激光加工的第一实施例进行说明，该激光加工通过使用上述激光束加工机沿上述半导体晶片20的分割线201施加激光束，从而在该半导体晶片20的内部沿分割线201形成损坏层。
首先将该半导体晶片20以这种方式放置在图1所示的上述激光束加工机的卡盘工作台36上，以使得其背面20b向上，并且该半导体晶片被抽吸保持在该卡盘工作台36上。加工进给装置37将抽吸保持该半导体晶片20的卡盘工作台36移动到图像采集装置6的正下方的位置上。
在该卡盘工作台36被定位在图像采集装置6的正下方之后，图像采集装置6和控制装置10进行检测半导体晶片20的激光束加工区域的校准工作。也就是说，该图像采集装置6和控制装置10进行诸如图案匹配等的图像处理，以使形成于半导体晶片20的预定方向上的分割线201对准沿该分割线201施加激光束的激光束施加单元52的聚光器524，从而进行激光束施加位置的校准。该激光束施加位置的校准还在形成于半导体晶片20上的分割线201上沿与上述预定方向垂直的方向进行。尽管其上形成有分割线201的半导体晶片20的正面20a在这里朝下，但是由于设置有如上所述的由红外线照射装置、捕捉红外辐射的光学系统和用于输出与该红外辐射相应的电信号的图像采集设备(红外CCD)构成的图像采集装置6，使得分割线201的图像可以穿过背面20b被获取。
在如上所述的校准工作执行之后，位于该卡盘工作台36上的半导体晶片20被定位成图5(a)所示坐标位置的状态。图5(b)显示了该卡盘工作台36、也即半导体晶片20从图5(a)所示位置转动90°的状态。
当执行如上所述的检测形成于保持在卡盘工作台36上的半导体晶片20上的分割线并校准激光束施加位置之后，该卡盘工作台被移动，以使在图5(a)中沿预定方向(在图5中为左右方向)延伸的最上面的分割线201移动到图像采集装置6的正下方的位置上。更进一步地，然后，如图6所示，上述分割线201的一端(图6中的左端)被定位在图像采集装置6的正下方。在此状态下，分割线201的一端(图6中的左端)被图像采集装置6检测之后，其坐标值(图5(a)中为A1)被提供给控制装置10，以作为该加工进给开始位置的坐标值。随后，沿箭头X1指示的方向移动该卡盘工作台36，以使该分割线201的另一端(图6中为右端)移动到位于该图像采集装置6的正下方的位置上。该图像采集装置6检测该分割线201的另一端，并且将其坐标值(图5(a)中为B1)提供给控制装置10，以作为该加工进给结束位置的坐标值。该控制装置10将分割线201的加工进给开始位置的坐标值(A1)和加工进给结束位置的坐标值(B1)临时存储在随机存取存储器(RAM)103中(分割线检测步骤)。因此，该随机存取存储器(RAM)103作为存储装置，其用于存储由图像采集装置6检测的该分割线的加工进给开始位置的坐标值和加工进给结束位置的坐标值。
当图5(a)中最上面的分割线201的加工进给开始位置的坐标值和加工进给结束位置的坐标值如上所述被检测之后，在箭头Y指示的分度进给方向上将卡盘工作台36移动相当于分割线201之间间距的距离，从而将从图5(a)中最上面起的第二分割线201移动到图像采集装置6的正下方的位置上。在从最上面起的第二分割线201上进行上述分割线检测步骤，以检测从最上面起的第二分割线201的加工进给开始位置的坐标值(A2)和加工进给结束位置的坐标值(B2)，并将它们临时存储在随机存取存储器(RAM)103中。随后，上述分度进给步骤和分割线检测步骤被反复执行，直到图5(a)中最下面的分割线201，从而检测分割线201的加工进给开始位置的坐标值(A1至An)和加工进给结束位置的坐标值(B1至Bn)并将它们临时存储在随机存取存储器(RAM)103中。
在对沿预定方向延伸的分割线201进行如上所述的分割线检测步骤之后，该卡盘工作台36、也即半导体晶片20被转动90°，以定位在图5(b)所示的位置上。其后，同样对与沿上述预定方向延伸的分割线201垂直的方向(图5(b)中为左右方向)延伸的分割线201进行上述分割线检测步骤，以检测以上每个分割线201的加工进给开始位置的坐标值(C1至Cn)和加工进给结束位置的坐标值(D1至Dn)，并将它们临时存储在随机存取存储器(RAM)103中。对沿形成于半导体晶片20上的预定方向延伸的分割线201的加工进给开始位置的坐标值(A1至An)和加工进给结束位置的坐标值(B1至Bn)以及沿垂直于该预定方向延伸的分割线201的加工进给开始位置的坐标值(C1至Cn)和加工进给结束位置的坐标值(D1至Dn)来说，优选地将这些半导体晶片20的设计数值预先存储在只读存储器(ROM)102或随机存取存储器(RAM)103中，以省略上述分割线检测步骤。
接下来进行沿形成于半导体晶片20上的分割线201施加脉冲激光束以形成损坏层的步骤。
在损坏层形成步骤中，首先移动卡盘工作台36，以使图5(a)中最上面的分割线201移动到激光束施加装置52的聚光器524的正下方的位置上。并且，如图7(a)中所示，加工进给开始位置的坐标值(参见图5(a))即分割线201的一端(图7(a)中的左端)被定位在聚光器524的正下方。然后，在波长能够穿透作为工件的半导体晶片20的脉冲激光束从聚光器524施加的同时，该卡盘工作台36、即半导体晶片20沿图7中箭头X1指示的方向加工进给。当另一端(图7(a)中的右端)、即分割线201的加工进给结束位置的坐标值(B1)到达激光束施加装置52的聚光器524的施加位置时，如图7(b)中所示，该脉冲激光束的施加被中止，并且停止卡盘工作台36、即半导体晶片20的移动。在该损坏层形成步骤中，脉冲激光束的焦点P被设定在接近半导体晶片20的正面20a(底面)的位置上。因此，损坏层210暴露于半导体晶片20的正面20a并且从该正面20a向内部形成。该损坏层210形成为熔化并再凝固层(即熔化之后又再次凝固的层)，并且强度降低。
在上述损坏层形成步骤中，该卡盘工作台、即半导体晶片20的加工进给速度如图8中所示发生变化。图8与图11相对应，并且横轴显示了该卡盘工作台的加工进给量，纵轴显示了该卡盘工作台的加工进给速度。如图8所示，该卡盘工作台的加工进给速度从加工进给开始位置(m0)开始加速，并且在第一加工进给位置(m1)到达预定速度(V)。在卡盘工作台以预定速度(V)移动并到达第二加工进给位置(m2)之后，其进给速度减小，并且在加工进给结束位置(m3)变成零。从加工进给开始位置(m0)到加工进给结束位置(m3)的加工进给量根据形成于半导体晶片20上并沿预定方向延伸的分割线201的加工进给开始位置的坐标值(A1至An)到加工进给结束位置的坐标值(B1至Bn)的距离以及沿与该预定方向垂直的方向延伸的分割线201的加工进给开始位置的坐标值(C1至Cn)到加工进给结束位置的坐标值(D1至Dn)的距离而不同。然而，从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的长度被固定，而与当加工进给速度均匀增加时的分割线的长度无关，并且从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的长度被固定，而与当加工进给速度均匀减小时的分割线的长度无关。因此，根据分割线的长度变化的区域是从第一加工进给位置(m1)到第二加工进给位置(m2)的区域。
如图8中所示，卡盘工作台在加工进给开始位置(m0)和第一加工进给位置(m1)之间加速移动，卡盘工作台在第二加工进给位置(m2)和加工进给结束位置(m3)之间以逐渐减小的速度移动，卡盘工作台在第一加工进给位置(m1)和第二加工进给位置(m2)之间以预定加工速度匀速移动，且该加工进给开始位置(m0)和第一加工进给位置(m1)之间的加工速度以及该第二加工进给位置(m2)和加工进给结束位置(m3)之间的加工速度低于该预定加工速度。因此，当根据第一加工进给位置(m1)和第二加工进给位置(m2)之间的预定加工速度设定脉冲激光束的重复频率时，该激光束的施加脉冲在上述加速移动区域和减速移动区域变得过大。
然后，在本发明的第一实施例中，每次卡盘工作台36、即半导体晶片20的加工进给量达到预定值时，便会施加一个激光束脉冲。也就是说，该控制装置接收一脉冲信号，该脉冲信号为上述进给量检测装置374的读数头374b的检测信号。该控制装置10通过计算器104计算输入脉冲，并且当脉冲数目变成例如10时，一施加信号便输出至激光束施加装置52。因此，在该示例性实施例中，该读数头374b在每次卡盘工作台36、即半导体晶片20移动0.1μm时便输出一个脉冲信号，每次该卡盘工作台36、即半导体晶片20移动1μm便沿该半导体晶片20的分割线201施加一个激光束脉冲。因此，即使在从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的加速移动区域和从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的减速区域中(卡盘工作台36、即半导体晶片20的加工进给速度在这些区域中不是恒定的)，也会沿该半导体晶片20的分割线201每隔一定时间间隔施加脉冲激光束，借此实现从加工进给开始位置(m0)到加工进给结束位置(m3)的均匀加工。因此，由于从加工进给开始位置(m0)到加工进给结束位置(m3)的全部区域均成为加工区域，由此在该实施例中就不存在卡盘工作台36即半导体晶片20的无效行程，从而可以缩短加工时间并且减小整个装置的尺寸。
此外，当脉冲马达372被用作上述加工进给装置37的驱动源时，可以通过计算控制装置10的驱动脉冲来检测卡盘工作台36的加工进给量，该控制装置向脉冲马达372输出驱动信号，以便每次该卡盘工作台36、即半导体晶片20的加工进给量达到预定值时便施加一个激光束脉冲。也就是说，在本示例性实施例中，该加工进给装置37被设计成可在每次向脉冲马达372施加一个驱动脉冲时将卡盘工作台36移动0.1μm。因此，当预定加工进给速度(V)为100mm/sec时，该控制装置10向脉冲马达372输出每秒1,000,000个驱动脉冲。并且，该控制装置10通过计算器104计算输出至脉冲马达372的驱动脉冲，并且当脉冲数目变成10时，向激光束施加装置52发送施加信号。因此，每次将卡盘工作台36、即半导体晶片20加工进给1μm时，便沿半导体晶片20的分割线201施加一个激光束脉冲。
例如，上述损坏层形成步骤中的加工条件被设定为：
光源：LD激发Q开关Nd：YVO4激光器
波长：具有波长为1,064nm的脉冲激光
能量：3(J/sec)
焦斑直径：1μm
加工进给速度：在第一加工进给位置(m1)和第二加工进给位置(m2)之间为100mm/sec
当半导体晶片20较厚时，通过改变上述焦点P多次进行上述损坏层成形加工，以逐步形成多个损坏层210。该损坏层210可以仅仅形成在内部而不暴露在正面20a和背面20b上。
沿在该半导体晶片20的预定方向上形成的所有分割线201执行上述损坏层形成步骤。然后，该卡盘工作台36、即半导体晶片20被转动90°，以便沿与形成于半导体晶片20的预定方向上的上述分割线201垂直的方向延伸的分割线201执行上述损坏层形成步骤。
下面将对本发明的第二实施例进行描述。
在第二实施例中，具有预先准备的例如图9中所示的频率控制图，其中根据加工进给速度设定用于各加工进给量的脉冲激光束的重复频率，该加工进给速度对应于如图7所示的由该加工进给装置37控制的从加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量。在图9中，横轴显示了卡盘工作台的加工进给量，纵轴显示了对应于各加工进给量的脉冲激光束的重复频率。在图9所示的频率控制图中，该卡盘工作台以均匀的加工进给速度、如100mm/sec从第一加工进给位置(m1)向第二加工进给位置(m2)移动，并且在该两个位置之间的脉冲激光束的重复频率(F)被设定为例如100kHz。用于从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的加速移动区域和从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的减速区域的脉冲激光束的重复频率按照如下方式进行设定。
如果卡盘工作台36从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的匀加速运动由A(mm/s2)表示，从第一加工进给位置(m1)到第二加工进给位置(m2)的匀速运动由V(mm/s)表示，从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)所需的时间、即该卡盘工作台的加工进给速度从0(mm/s)到V(mm/s)所需的时间由t表示，以及在从第一加工进给位置(m1)到第二加工进给位置(m2)的匀速移动区域中的脉冲激光束的重复频率由F(Hz)表示，则从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的加速移动区域中的脉冲激光束的重复频率f(Hz)由表达式f(Hz)＝(F×A×t)/V得出。并且，如果从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的匀减速运动由B(mm/s2)表示，并且从第二加工进给位置(m2)移动到加工进给结束位置(m3)所需的时间、即卡盘工作台的加工进给速度从V(mm/s)到0(mm/s)所需的时间由t表示，则从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的减速移动区域中的脉冲激光束的频率f(Hz)由表达式f(Hz)＝(F×B×t)/V得出。
由此准备的频率控制图作为设定加工条件的控制图被存储在控制装置10的只读存储器(ROM)102或随机存取存储器(RAM)103中。该控制装置10根据在上述损坏层形成步骤中的频率控制图控制激光束施加装置52的脉冲激光束振荡装置522的重复频率调整装置522b。
也就是说，如上所述，在上述损坏层形成步骤中，该控制装置10根据脉冲信号、即进给量检测装置374的读数头374b的检测信号(或者用于加工进给装置37的驱动源为脉冲马达372时的驱动脉冲信号或用于加工进给装置37的驱动源为伺服马达时来自于旋转编码器的脉冲信号)控制卡盘工作台36、即半导体晶片20的加工进给量。该控制装置10控制脉冲激光束振荡装置522的重复频率调整装置522b，以致于在卡盘工作台36、即半导体晶片20从加工进给开始位置(m0)移动到第一加工进给位置(m1)时，产生与图9所示的以匀加速度递增的速度相应的重复频率的脉冲激光束。当卡盘工作台36、即半导体晶片20到达第一加工进给位置(m1)时，该控制装置10控制脉冲激光束振荡装置522的重复频率调整装置522b，以产生脉冲激光束，该脉冲激光束在从第一加工进给位置(m1)到第二加工进给位置(m2)的匀速移动区域中的预设波长为100kHz。当卡盘工作台36、即半导体晶片20到达第二加工进给位置(m2)时，该控制装置10控制脉冲激光束振荡装置522的重复频率调整装置522b，以在卡盘工作台36、即半导体晶片20从第二加工进给位置(m2)移动到加工进给结束位置(m3)时，产生与图9所示的以匀减速递减的速度相应的重复频率的脉冲激光束。
这样，在本发明的第二实施例中，由于根据频率控制图控制脉冲激光束的重复频率，在该频率控制图中，根据与从卡盘工作台36的加工进给开始位置到加工进给结束位置的各加工进给量对应的加工进给速度控制脉冲激光束的重复频率，该脉冲激光束沿分割线201每隔一定时间间隔施加在半导体晶片20上，由此，从加工进给开始位置到加工进给结束位置均可以进行均匀加工。因此，在第二实施例中，从加工进给开始位置(m0)到加工进给结束位置(m3)的区域均为加工区域，并且不存在卡盘工作台36、即半导体晶片20的无效行程，从而可以缩短加工时间和减小整个装置的尺寸。
在上述第一和第二实施例中，根据该卡盘工作台的加工进给速度控制脉冲激光束的脉冲数目。然而，也可以使施加在沿形成于半导体晶片上的分割线的单位距离上的脉冲激光束的能量均一化。也就是说，图10显示了一能量控制图，在该能量控制图中，根据与从卡盘工作台36的加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量相对应的加工进给速度将脉冲激光束的能量作为加工条件设定。在图10中，横轴显示了卡盘工作台的加工进给量，纵轴显示了对应于每个加工进给量的脉冲激光束的能量。在图10所示的能量控制图中，该卡盘工作台从第一加工进给位置(m1)以例如100mm/sec的速度匀速移动到第二加工进给位置(m2)，并且在该两个位置之间的能量(P)被设定为例如3(J/sec)。并且，从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的加速移动区域和从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的减速移动区域的脉冲激光束的能量按照如下方式设定。
如果卡盘工作台从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的匀加速运动由A(mm/s2)表示，从第一加工进给位置(m1)到第二加工进给位置(m2)的匀速运动由V(mm/s)表示，从加工进给开始位置(m0)移动到第一加工进给位置(m1)所需的时间、即卡盘工作台的加工进给速度从0(mm/s)达到V(mm/s)所需的时间由t表示，并且从第一加工进给位置(m1)到第二加工进给位置(m2)的匀速移动区域中的脉冲激光束的能量由P(J/sec)表示，则从加工进给开始位置(m0)到第一加工进给位置(m1)的加速移动区域中的能量p(J/sec)由表达式p(J/sec)＝(P×A×t)/V得出。并且，如果从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的匀减速运动由B(mm/s2)表示，从第二加工进给位置(m2)移动到加工进给结束位置(m3)所需要的时间、即该卡盘工作台的加工进给速度从V(mm/s)降到0(mm/s)所需的时间由t表示，则从第二加工进给位置(m2)到加工进给结束位置(m3)的减速移动区域中的脉冲激光束的能量p(J/sec)由表达式p(J/sec)＝(P×B×t)/V得出。
由此预备的能量控制图被存储在控制装置10的只读存储器(ROM)102或随机存取存储器(RAM)103中。该控制装置10根据上述损坏层形成步骤中的能量控制图对激光束施加装置52的脉冲激光束振荡装置522进行控制。
也就是说，如上所述，在上述损坏层形成步骤中，该控制装置10根据脉冲信号、即该进给量检测装置374的读数头374b的检测信号(或者用于加工进给装置37的驱动源为脉冲马达372时的驱动脉冲信号或用于加工进给装置37的驱动源为伺服马达时来自于旋转编码器的脉冲信号)控制卡盘工作台36、即半导体晶片20的加工进给量。该控制装置10控制脉冲激光束振荡装置522的重复频率调整装置522b，以在卡盘工作台36、即半导体晶片20从加工进给开始位置(m0)移动到第一加工进给位置(m1)时，产生具有与图10所示的以匀加速度递增的速度相应的能量的脉冲激光束。当卡盘工作台36、即半导体晶片20到达第一加工进给位置(m1)时，该控制装置10控制脉冲激光束振荡装置522，以产生脉冲激光束，该脉冲激光束在从第一加工进给位置(m1)到第二加工进给位置(m2)的匀速移动区域中的预设能量为3(J/sec)。并且，当卡盘工作台36、即半导体晶片20到达第二加工进给位置(m2)时，该控制装置10控制脉冲激光束振荡装置522，以当卡盘工作台36、即半导体晶片20从第二加工进给位置(m2)移动到加工进给结束位置(m3)时，产生具有与图10所示的以匀减速递减的速度相应的能量的脉冲激光束。
这样，在使用图10所示的能量控制图的该实施例中，由于根据与从卡盘工作台36的加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量相应的加工进给速度控制用于各加工进给量的脉冲激光束的能量，因此施加在沿半导体晶片20的分割线201的单位距离上的脉冲激光束的能量从加工进给开始位置到加工进给结束位置是均匀的。因此，同样，在该实施例中，从加工进给开始位置(m0)到加工进给结束位置(m3)的区域均为加工区域，并且不存在该卡盘工作台36、即半导体晶片20的无效行程，从而可以缩短加工时间和减小整个装置的尺寸。

Claims (3)

1.一种激光束加工机，其包括用于保持工件的卡盘工作台、用于向保持在该卡盘工作台上的工件施加脉冲激光束的激光束施加装置、以及用于使该卡盘工作台和该激光束施加装置进行彼此相对的加工进给的加工进给装置，其中，
该激光束加工机还包括用于检测该卡盘工作台的加工进给量的进给量检测装置和用于根据来自该进给量检测装置的检测信号控制该激光束施加装置的控制装置；以及
该控制装置根据来自该进给量检测装置的信号向该激光束施加装置输出用于每个预定加工进给量的施加信号。
2.一种激光束加工机，其包括用于保持工件的卡盘工作台、用于向保持在该卡盘工作台上的工件施加脉冲激光束的激光束施加装置、以及用于使该卡盘工作台和该激光束施加装置进行彼此相对的加工进给的加工进给装置，其中在对该卡盘工作台进行加工进给时，该加工进给装置在从加工进给开始位置到第一预定加工进给量的过程中控制该卡盘工作台的加工进给速度，以使其加速达到预定加工进给速度，并在从该第一预定加工进给量到第二预定加工进给量的过程中以匀速保持该预定加工进给速度，以及在从该第二预定加工进给量到加工进给结束位置的过程中将该加工进给速度减速至零，其中，
该激光束加工机还包括用于检测该卡盘工作台的加工进给量的进给量检测装置和用于根据来自该进给量检测装置的检测信号控制该激光束施加装置的控制装置；以及
该控制装置包括存储装置，其用于存储根据加工进给速度设定激光束的加工条件的控制图，该加工进给速度对应于由该加工进给装置施加的从该卡盘工作台的加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量，并且根据来自该进给量检测装置的信号向该激光束施加装置输出由该控制图设定的加工条件的施加信号。
3.根据权利要求2所述的激光束加工机，其特征在于，该控制图为频率控制图，其根据加工进给速度设定激光束的重复频率，该加工进给速度对应于该加工进给装置施加的从该卡盘工作台的加工进给开始位置到加工进给结束位置的加工进给量。
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