CN101422849B - 激光加工装置的激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光加工装置，能够在外周形成了圆弧状圆角的晶片上在内部沿着道形成变质层而不在圆角部发生消融加工。激光加工装置具备对保持在检测台上的晶片照射激光束的激光束照射单元和控制单元，激光束照射单元具备：激励对晶片具有透射性的波长的激光束的激光束振荡器；设定由激光束振荡器激励的激光束的脉冲的重复频率的重复频率设定单元；以及与由重复频率设定单元设定的重复频率对应地向激光束振荡器输出选通信号的Q开关，控制单元具有存储形成在晶片外周的圆弧状圆角部的坐标和由圆角部围绕的平面部的坐标的存储器，控制重复频率设定单元，使得照射平面部的激光束的脉冲的重复频率被设定为适于晶片加工的值，照射圆角部的激光束的脉冲的重复频率被设定为比照射平面部的激光束的脉冲的重复频率高的值。

Description

激光加工装置的激光加工方法

技术领域

本发明涉及沿着在被保持于检测台上的晶片的表面形成的道（street）实施激光加工的激光加工装置的激光加工方法。

背景技术

在半导体器件制造工序中，由在大致圆板形状的半导体晶片的表面呈方格状排列的被称为道的分割预定线划分多个区域，在该被划分的区域形成IC、LSI等的电路。然后，通过将半导体晶片沿着道切断来分割形成了电路的区域以制造各个半导体芯片。另外，在蓝宝石衬底的表面层叠了氮化镓类化合物半导体等的光学器件晶片也通过沿着道切断而被分割成各个发光二极管、激光二极管等的光学器件，并被广泛利用于电气设备中。

近年来，作为分割半导体晶片等板状的被加工物的方法，尝试过使用对其被加工物具有透射性的脉冲激光束并使聚光点对准要分割的区域的内部来照射脉冲激光束的激光加工方法。使用了该激光加工方法的分割方法中，从被加工物的一面侧使聚光点对准内部而照射对被加工物具有透射性的波长（例如1064nm）的脉冲激光束，在被加工物的内部沿着道连续地形成变质层，通过沿着因形成该变质层而强度下降的道施加外力，来分割被加工物。（例如，参考专利文献1）

[专利文献1]日本专利第3408805号公报

但是，在晶片外周形成有圆弧状的圆角，对形成了这种圆角的外周部照射激光束时，有时激光束的聚光点和圆角部的表面一致。这样存在如下问题，即，当激光束的聚光点与圆角部的表面一致时实施消融加工会产生碎屑，该碎屑附着在器件上将使器件的品质降低。另外，一旦实施消融加工，有即使激光束的聚光点被定位在晶片内部也要连续进行消融加工的倾向。

发明内容

本发明正是鉴于以上事实完成的，其主要的技术课题在于，提供一种激光加工装置的激光加工方法，能够在外周形成了圆弧状圆角的晶片上在内部沿着道形成变质层而不在圆角部发生消融加工。

为了解决上述主要的课题，按照本发明，可提供一种激光加工装置的激光加工方法，该激光加工装置具备：保持晶片的检测台；对保持在该检测台上的晶片照射激光束的激光束照射单元；使该检测台和该激光束照射单元在加工进给方向相对移动的加工进给单元，该加工进给方向即X轴方向；使该检测台和该激光束照射单元在与加工进给方向正交的分度进给方向相对移动的分度进给单元，该分度进给方向即Y轴方向；检测该检测台的X轴方向位置的X轴方向位置检测单元；检测该检测台的Y轴方向位置的Y轴方向位置检测单元；以及根据来自该X轴方向位置检测单元和该Y轴方向位置检测单元的检测信号控制该激光束照射单元、该加工进给单元以及该分度进给单元的控制单元，

该激光束照射单元具备：激励对晶片具有透射性的波长的激光束的激光束振荡器；设定由该激光束振荡器激励的激光束的脉冲的重复频率的重复频率设定单元；以及与由该重复频率设定单元设定的重复频率对应地向该激光束振荡器输出选通信号的Q开关，

该控制单元具有存储形成在晶片外周的圆弧状圆角部的坐标和由该圆角部所围绕的平面部的坐标的存储器，

其特征在于，该激光加工方法具有如下的控制步骤：

由该控制单元控制该重复频率设定单元，使得照射该平面部的激光束的脉冲的重复频率被设定为适于晶片加工的值，在对该圆角部照射激光束时，打开该Q开关以使由该激光束振荡器激励的激光束为连续波。

在本发明的激光加工装置的激光加工方法中，因为照射晶片的平面部的激光束的脉冲的重复频率被设定为适于晶片加工的值，所以能够在晶片的内部沿着道形成变质层，因为在对圆角部照射激光束时打开Q开关以使由激光束振荡器激励的激光束为连续波，所以能量密度低，晶片不能被加工。因此，即使由激光束照射单元照射的激光束的聚光点被定位于圆角部的表面附近也不会进行消融加工，不会产生碎屑。

附图说明

图1是按照本发明构成的激光加工装置的立体图。

图2是简略表示图1所示的激光加工装置中装备的激光束照射单元的结构的框图。

图3是表示作为由图1所示的激光加工装置加工的晶片的半导体晶片的立体图。

图4是表示将图3所示的半导体晶片的背面粘贴在被安装于环状框架上的保护带上的状态的立体图。

图5是表示图4所示的半导体晶片被保持在图1所示的激光加工装置的检测台的预定位置上的状态下与坐标的关系的说明图。

图6是由图1所示的激光加工装置对图3所示的半导体晶片实施的激光束照射工序的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图更详细地说明按照本发明构成的激光加工装置的优选实施方式。

在图1中，示出了按照本发明构成的激光加工装置的立体图。图1所示的激光加工装置具备：静止底座2；在该静止底座2上可在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）上移动地配置并保持被加工物的检测台机构3；在静止底座2上可在与上述箭头X所示的方向（X轴方向）垂直的箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）上移动地配置的激光束照射单元支承机构4；以及在该激光束照射单元支承机构4上可在箭头Z所示的方向（Z轴方向）上移动地配置的激光束照射装置5。

上述检测台机构3具备：在静止底座2上沿着箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）平行配置的一对引导轨道31、31；在该引导轨道31、31上可在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）上移动地配置的第一滑动块32；在该第一滑动块32上可在箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）上移动地配置的第二滑动块33；在该第二滑动块33上由圆筒部件34支承的合片台35；以及作为被加工物保持单元的检测台36。该检测台36包括由多孔性材料形成的吸附检测部361。在吸附检测部361上由未图示的吸引单元保持作为被加工物的例如圆盘状的半导体晶片。这样构成的检测台36由配置于圆筒部件34内的未图示的脉冲电动机使之旋转。在检测台36上配置有用于固定后述的环状框架的夹子362。

上述第一滑动块32在其下表面设有与上述一对引导轨道31、31嵌合的一对被引导圆角321、321，并且，在其上表面设有沿着箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）平行形成的一对引导轨道322、322。这样构成的第一滑动块32通过被引导圆角321、321与一对引导轨道31、31嵌合，构成为可沿着一对引导轨道31、31在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）上移动。图示的实施方式中的检测台机构3，具备用于使第一滑动块32沿着一对引导轨道31、31在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）上移动的加工进给单元37。加工进给单元37包含在上述一对引导轨道31和31之间平行配置的明螺纹杆371和用于旋转驱动该明螺纹杆371的脉冲电动机372等的驱动源。明螺纹杆371的一端由固定在上述静止底座2上的轴承块373可自由旋转地支承，其另一端被传动连接在上述脉冲电动机372的输出轴上。明螺纹杆371被拧接在贯穿暗螺纹孔上，该贯穿暗螺纹孔形成在向第一滑动块32的中央部下面突出设置的未图示的暗螺纹块上。因此，通过由脉冲电动机372正转和反转驱动明螺纹杆371，使第一滑动块32沿着引导轨道31、31在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）上移动。

图示的实施方式中的激光加工装置具有X轴方向位置检测单元374，用于检测上述检测台36的加工进给量即X轴方向位置。X轴方向位置检测单元374由沿着引导轨道31配置的直线尺374a和配置在第一滑动块32上与第一滑动块32一起沿着直线尺374a移动的读取头374b构成。该X轴方向位置检测单元374的读取头374b在图示的实施方式中，每1μm将一个脉冲的脉冲信号传送给后述的控制单元。然后，后述的控制单元通过对所输入的脉冲信号计数，来检测检测台36的加工进给量即X轴方向位置。在使用脉冲电动机372作为上述加工进给单元37的驱动源的情况下，通过对向脉冲电动机372输出驱动信号的后述的控制单元的驱动脉冲进行计数，能够检测检测台36的加工进给量即X轴方向位置。另外，在使用伺服电动机作为上述加工进给单元37的驱动源的情况下，通过将检测伺服电动机的旋转数的旋转式编码器输出的脉冲信号传送给后述的控制单元，控制单元对所输入的脉冲信号计数，能够检测检测台36的加工进给量即X轴方向位置。

上述第二滑动块33在其下表面设有与设于上述第一滑动块32的上表面的一对引导轨道322、322嵌合的一对被引导槽331、331，通过使该被引导槽331、331与一对引导轨道322、322嵌合，构成为可在箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动。图示的实施方式中的检测台机构3具备第一分度进给单元38，用于使第二滑动块33沿着设于第一滑动块32的一对引导轨道322、322在箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动。第一分度进给单元38包含在上述一对引导轨道322和322之间平行配置的明螺纹杆381和用于旋转驱动该明螺纹杆381的脉冲电动机382等的驱动源。明螺纹杆381的一端由固定在上述第一滑动块32上表面的轴承块383可自由旋转地支承，其另一端被传动连接在上述脉冲电动机382的输出轴上。明螺纹杆381被拧接在贯穿暗螺纹孔上，该贯穿暗螺纹孔形成在向第二滑动块33的中央部下面突出设置的未图示的暗螺纹块上。因此，通过由脉冲电动机382正转和反转驱动明螺纹杆381，使第二滑动块33沿着引导轨道322、322在箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动。

图示的实施方式中的激光加工装置具有Y轴方向位置检测单元384，用于检测上述第二滑动块33的分度进给量即Y轴方向位置。Y轴方向位置检测单元384由沿着引导轨道322配置的直线尺384a和配置在第二滑动块33上与第二滑动块33一起沿着直线尺384a移动的读取头384b构成。该Y轴方向位置检测单元384的读取头384b在图示的实施例中每1μm将一个脉冲的脉冲信号传送给后述的控制单元。然后，后述的控制单元通过对所输入的脉冲信号计数，来检测检测台36的分度进给量即Y轴方向的位置。在使用脉冲电动机382作为上述分度进给单元38的驱动源的情况下，通过对向脉冲电动机382输出驱动信号的后述的控制单元的驱动脉冲进行计数，能够检测检测台36的分度进给量即Y轴方向位置。另外，在使用伺服电动机作为上述第一分度进给单元38的驱动源的情况下，通过将检测伺服电动机的旋转数的旋转式编码器输出的脉冲信号传送给控制单元，控制单元对所输入的脉冲信号计数，能够检测检测台36的分度进给量即Y轴方向位置。

上述激光束照射单元支承机构4具备：在静止底座2上沿着箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）平行配置的一对引导轨道41、41和在该引导轨道41、41上可在箭头Y所示的方向上移动地配置的可动支承底座42。该可动支承底座42由在引导轨道41、41上可移动地配置的移动支承部421和安装在该移动支承部421上的安装部422构成。在安装部422的一个侧面上平行设有在箭头Z所示的方向（Z轴方向）延伸的一对引导轨道423、423。图示的实施方式中的激光束照射单元支承机构4具备第二分度进给单元43，用于使可动支承底座42沿着一对引导轨道41、41在箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）上移动。第二分度进给单元43包含在上述一对引导轨道41、41之间平行配置的明螺纹杆431和用于旋转驱动该明螺纹杆431的脉冲电动机432等的驱动源。明螺纹杆431的一端由固定在上述静止底座2上的未图示的轴承块可自由旋转地支承，其另一端被传动连接在上述脉冲电动机432的输出轴上。明螺纹杆431被拧接在暗螺纹孔上，该暗螺纹孔形成在向构成可动支承底座42的移动支承部421的中央部下面突出设置的未图示的暗螺纹块上。因此，通过由脉冲电动机432正转和反转驱动明螺纹杆431，使可动支承底座42沿着引导轨道41、41在箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）上移动。

图示的实施方式中的激光束照射装置5具备单元支架51和安装在该单元支架51上的激光束照射单元52。单元支架51设有与设于上述安装部422的一对引导轨道423、423可滑动地嵌合的一对被引导槽511、511，通过使该被引导槽511、511与上述引导轨道423、423嵌合，可在箭头Z所示的方向（Z轴方向）上移动地支承。

图示的实施方式中的激光束照射装置5具备聚光点位置调整单元53，用于使单元支架51沿着一对引导轨道423、423在箭头Z所示的方向（Z轴方向）上移动。聚光点位置调整单元53包含在一对引导轨道423、423之间配置的明螺纹杆（未图示）和用于旋转驱动该明螺纹杆的脉冲电动机532等的驱动源，通过由脉冲电动机532正转和反转驱动未图示的明螺纹杆，使单元支架51和激光束照射单元52沿着引导轨道423、423在箭头Z所示的方向（Z轴方向）上移动。在图示的实施方式中，通过正转驱动脉冲电动机532使激光束照射单元52向上方移动，通过反转驱动脉冲电动机532使激光束照射单元52向下方移动。

图示的激光束照射单元52包含实质上水平配置的圆筒状的壳体521。另外，激光束照射单元52如图2所示，具备配置在壳体521内的激光束振荡单元522和输出调整单元523、以及被配置在壳体521的前端并将由激光束振荡单元522激励的激光束照射到被保持在上述检测台36上的被加工物的聚光器524。上述激光束振荡单元522具备：由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的激光束振荡器522a、设定由该激光束振荡器522a激励的激光束的脉冲的重复频率的重复频率设定单元522b、以及与由该重复频率设定单元522b设定的重复频率对应地向激光束振荡器522a输出选通信号的Q开关522c，它们由后述的控制单元控制。上述输出调整单元523调整由激光束振荡单元522激励的激光束的输出。

返回图1继续说明，图示的实施方式中的激光加工装置具备配置在外壳521的前端部并对要由上述激光束照射单元52进行激光加工的加工区域进行摄像的摄像单元53。该摄像单元53除利用可见光线摄像的通常的摄像元件（CCD）之外，还包括对被加工物照射红外线的红外线照明单元、获取由该红外线照明单元照射的红外线的光学系统、输出与由该光学系统获取的红外线对应的电信号的摄像元件（红外线CCD）等，将所拍摄的图像信号传送给后述的控制单元。

基于图1继续说明，图示的实施方式中的激光加工装置具备控制单元6。控制单元6由计算机构成，包括：按照控制程序进行运算处理的中央处理装置（CPU）61、存储控制程序等的只读存储器（ROM）62、存储后述的控制图和被加工物的设计值的数据以及运算结果等的可读写的随机存取存储器（RAM）63、计数器64、输入接口65以及输出接口66。对控制单元6的输入接口65，输入来自上述X轴方向位置检测单元374、Y轴方向位置检测单元384以及摄像单元53等的检测信号。然后，从控制单元6的输出接口66向上述脉冲电动机372、脉冲电动机382、脉冲电动机432、脉冲电动机532、激光束照射单元52、显示单元60等输出控制信号。上述随机存取存储器（RAM）63包括后述的存储晶片的设计值的数据的第一存储区域63a和其它存储区域。

图示的实施方式中的激光加工装置如以上那样构成，以下说明其作用。

在图3中示出了作为进行激光加工的被加工物的半导体晶片10的俯视图。图3所示的半导体晶片10由例如厚度为100μm的硅晶片构成，在外周形成有圆弧状的圆角部101。这样在外周形成圆角的半导体晶片10，由在其表面10a上的圆角部101围绕的平面部102上形成为格子状的多个道11划分成多个区域，在多个区域分别形成有IC、LSI等的器件12。

接下来，说明在上述半导体晶片10上沿着上述道11照射激光束并在半导体晶片10的内部沿着道11形成变质层的激光加工方法。

首先，上述半导体晶片10如图4所示，背面10b被粘贴在安装于环状框架F上的由聚烯烃等合成树脂片材构成的保护带T上。因此，半导体晶片10的表面10a成为上侧。

如图4所示，在环状框架F上通过保护带T支承的半导体晶片10，将保护带T侧放置在图1所示的激光加工装置的检测台36上。然后，通过启动未图示的吸引单元，半导体晶片10隔着保护带T被吸引保持在检测台36上。此外，环状框架F由夹子362固定。

如上述那样吸引保持半导体晶片10的检测台36，由加工进给单元37定位于摄像单元53的正下方。当检测台36被定位于摄像单元53的正下方时，摄像单元53和控制单元6执行检测半导体晶片10的要进行激光加工的加工区域的校准操作。即，摄像单元53和控制单元6执行用于在半导体晶片10的预定方向形成的道11和沿着该道11照射激光束的激光束照射单元52的聚光器524之间进行位置对合的模式匹配等图像处理，进行激光束照射位置的校准。另外，对形成于半导体晶片10的在与预定方向正交的方向形成的道11也同样进行激光束照射位置的校准。

当像上述那样进行校准时，检测台36上的半导体晶片10处于被定位在图5（a）所示的坐标位置的状态。图5（b）示出了将检测台36即半导体晶片10由图5（a）所示的状态旋转了90度的状态。

对于与被定位成图5（a）和图5（b）所示的状态的半导体晶片10的各道11处的圆角部101的外端和内端对应的坐标（A11，A12，B11，B12～An1，An2，Bn1，Bn2）和（C11，C12，D11，D12～Cn1，Cn2，Dn1，Dn2），在随机存取存储器（RAM）63的第一存储区域63a中预先存储有半导体晶片10的设计值。

如果实施了上述的校准工序，则转动检测台36，以实施定位成图6（a）的状态的晶片对位工序。即，启动加工进给单元37和第一分度进给单元38使检测台36移动到聚光器524的下方的加工区域，如图6（a）所示，将形成于半导体晶片10的道11的在图5（a）中最上方的道的A11坐标定位为激光束照射单元52的聚光器524的正下方。接下来，启动聚光点位置调整单元53，使从激光束照射单元52的聚光器524照射的激光束的聚光点P与半导体晶片10的厚度的中央部一致。然后，控制单元6启动激光束照射单元52，从聚光器524照射相对于晶片具有透射性的波长的激光束，同时启动加工进给单元37，使检测台36在箭头X1所示的加工进给方向以预定的进给速度移动（激光束照射工序）。在该激光束照射工序中，半导体晶片10的圆弧状的圆角部101和由该圆角部101围绕的平面部102的加工条件不同，被如下设定。

（1）平面部102的加工条件

激光束的波长：1064nm

平均输出：1.2W

聚光点直径：Ф1μm

重复频率：80kHz

加工进给速度：300mm/秒

（2）圆角部101的加工条件

激光束的波长：1064nm

平均输出：1.2W

聚光点直径：Ф1μm

重复频率：1000kHz

加工进给速度：300mm/秒

如上述那样，平面部102的加工条件和圆角部101的加工条件只有重复频率不同，加工圆角部101时的重复频率被设定为加工平面部102时的重复频率的10倍以上。即，因为加工圆角部101时的重复频率被设定为极高的频率，所以脉冲激光束的每一脉冲的能量密度低，成为不能加工作为被加工物的硅晶片的能量。

即，在实施上述激光束照射工序的情况下，控制单元6在由图6（a）所示的状态启动激光束照射单元52从聚光器524照射脉冲激光束时，对于圆角部101的A11坐标至A12坐标，将激光束振荡单元522的重复频率设定单元522b的重复频率设为1000kHz，对于平面部102的A12坐标至B11坐标，将重复频率设为80kHz，并且，对于圆角部101的B11坐标至B12坐标，将重复频率设为1000kHz。控制单元6根据来自上述X轴方向位置检测单元374的检测信号来判断A11坐标、A12坐标、B11坐标、B12坐标。因此，圆角部101的A11坐标至A12坐标之间和B11坐标至B12坐标之间，重复频率高达1000kHz，脉冲激光束的每一脉冲的能量密度低，所以半导体晶片10不能被加工。因此，即使由激光束照射单元52的聚光器524照射的激光束的聚光点P被定位于圆角部101的表面附近，也不会进行消融加工，不会产生碎屑。另一方面，平面部102的A12坐标至B11坐标之间，重复频率被设定为80kHz，脉冲激光束的每一脉冲的能量密度被设定为适于在硅晶片内部形成变质层的值，所以能如图6（b）所示在半导体晶片10的内部沿着道11形成变质层110。

在半导体晶片10的厚度厚的情况下，通过逐步改变上述聚光点P来多次执行上述激光束照射工序，层叠形成多个变质层110。

沿着在半导体晶片10的预定方向形成的所有道11实施上述激光束照射工序。接下来，使检测台36即半导体晶片10转动90度，沿着与在半导体晶片10的预定方向形成的上述道11成直角延伸的道11实施上述激光束照射工序。

接下来，说明本发明的激光加工装置的其它实施方式。

在该实施方式中，激光束照射工序的加工条件被如下设定。

（1）平面部102的加工条件

激光束的波长：1064nm

平均输出：1.2W

聚光点直径：Ф1μm

重复频率：80kHz

加工进给速度：300mm/秒

（2）圆角部101的加工条件

激光束的波长：1064nm

平均输出：1.2W

聚光点直径：Ф1μm

连续波：打开Q开关522c

加工进给速度：300mm/秒

即，平面部102的加工条件与上述实施方式相同，但在加工圆角部101时，控制单元6打开上述激光束振荡单元522的Q开关522c，使由激光束振荡单元522激励的激光束成为连续波。因此，在平面部102上能够与上述实施方式相同地在半导体晶片10的内部沿着道11形成变质层110。另外，由于对圆角部101照射连续波的激光束，能量密度低，所以半导体晶片10不能被加工。因此，即使由激光束照射单元52的聚光器524照射的激光束的聚光点P被定位于圆角部101的表面附近也不会进行消融加工，不会产生碎屑。

如上所述，如果在半导体晶片10的内部沿着道11形成了变质层110，半导体晶片10就被送至作为下一工序的分割工序。在该分割工序中，通过沿着形成了变质层110的道11施加外力，能沿着道11切断而分割为各个器件。

Claims (1)

1.一种激光加工装置的激光加工方法，该激光加工装置具备：

保持晶片的检测台；

对保持在该检测台上的晶片照射激光束的激光束照射单元；

使该检测台和该激光束照射单元在加工进给方向相对移动的加工进给单元，该加工进给方向即X轴方向；

使该检测台和该激光束照射单元在与加工进给方向正交的分度进给方向相对移动的分度进给单元，该分度进给方向即Y轴方向；

检测该检测台的X轴方向位置的X轴方向位置检测单元；

检测该检测台的Y轴方向位置的Y轴方向位置检测单元；以及

根据来自该X轴方向位置检测单元和该Y轴方向位置检测单元的检测信号控制该激光束照射单元、该加工进给单元以及该分度进给单元的控制单元，

该激光束照射单元具备：激励对晶片具有透射性的波长的激光束的激光束振荡器；设定由该激光束振荡器激励的激光束的脉冲的重复频率的重复频率设定单元；以及与由该重复频率设定单元设定的重复频率对应地向该激光束振荡器输出选通信号的Q开关，

该控制单元具有存储形成在晶片外周的圆弧状圆角部的坐标和由该圆角部所围绕的平面部的坐标的存储器，

其特征在于，该激光加工方法具有如下的控制步骤：

由该控制单元控制该重复频率设定单元，使得照射该平面部的激光束的脉冲的重复频率被设定为适于晶片加工的值，在对该圆角部照射激光束时，打开该Q开关以使由该激光束振荡器激励的激光束为连续波。

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