CN101439443A - 激光加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不会在焊盘上开孔而能在晶片基板上形成到达焊盘的贯通孔的激光加工装置。该激光加工装置具有:保持晶片的卡盘工作台;以及向由卡盘工作台保持的晶片照射脉冲激光光线的激光光线照射单元,该激光加工装置具有等离子体检测单元和控制单元,该等离子体检测单元具有:等离子体受光单元,其接收通过从激光光线照射单元向被加工物照射激光光线而产生的等离子体;以及光谱分析单元,其分析由等离子体受光单元所接收的等离子体的光谱,该控制单元根据来自等离子体检测单元的光谱分析单元的光谱分析信号来判定被加工物的材质,并控制激光光线照射单元。
Description
技术领域
本发明涉及在半导体晶片等被加工物上形成激光加工孔的激光加工装置。
背景技术
在半导体器件制造工序中,在大致圆板形状的半导体晶片的表面上,使用呈格子状排列的被称为间隔道的分割预定线来划分出多个区域,并在该划分出的区域中形成IC(集成电路)、LSI(大规模集成电路)等器件。然后,通过沿着间隔道将半导体晶片切断来分割形成有器件的区域,从而制造出各个半导体芯片。
为了实现装置的小型化和高性能化,而实际应用了将多个器件层叠、并连接在所层叠的器件上设置的焊盘的模块构造。该模块构造是这样的结构,即:在半导体晶片上设置有焊盘的部位形成贯通孔(via hole),并在该贯通孔内填入与焊盘连接的铝等导电性材料(例如,参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开2003—163323号公报
设置在上述半导体晶片上的贯通孔通过钻机来形成。然而,设置在半导体晶片上的贯通孔是直径为90~300μm这样较小的贯通孔,在使用钻机进行穿孔时具有生产性不良的问题。
为了解决上述问题,提出了如下的晶片穿孔方法,即:在基板表面形成有多个器件并且于该器件中形成有焊盘的晶片上,从基板背面侧照射脉冲激光光线来高效地形成到达焊盘的贯通孔(例如,参照专利文献2)。
【专利文献2】日本特开2007—67082号公报
然而,在从基板的背面侧照射脉冲激光光线来形成到达焊盘的贯通孔时,难以在形成于基板上的贯通孔已到达焊盘的时刻使脉冲激光光线的照射停止,从而具有焊盘熔化而导致开孔的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作成的,本发明的主要技术课题是提供一种不会在焊盘上开孔而能够于晶片基板上形成到达焊盘的贯通孔的激光加工装置。
为了解决上述主要技术课题,根据本发明,提供了一种激光加工装置,其具有:保持晶片的卡盘工作台;以及向由该卡盘工作台保持的晶片照射脉冲激光光线的激光光线照射单元,该激光加工装置的特征是具有等离子体检测单元和控制单元,该等离子体检测单元具备:等离子体受光单元,其接收通过从该激光光线照射单元向被加工物照射激光光线而产生的等离子体;以及光谱分析单元,其分析由该等离子体受光单元所接收的等离子体的光谱,该控制单元根据来自该等离子体检测单元的光谱分析单元的光谱分析信号来判定被加工物的材质,并控制该激光光线照射单元。
上述光谱分析单元具有:分光器,其将通过等离子体受光单元引导的等离子体光分解成光谱;以及波长测量器,其测定由该分光器所分解的光谱的波长。
另外,光谱分析单元具有:分光器,其将通过等离子体受光单元引导的等离子体光分解成光谱;以及第1光电检测器和第2光电检测器,其分别配置在由该分光器所分解的光谱的第1波长和第2波长的位置。
另外,光谱分析单元具有:光束分裂器,其将通过等离子体受光单元引导的等离子体光分光至第1光路和第2光路;第1带通滤波器,其配设在第1光路上,并使第1波长的光通过;第1光电检测器,其检测通过了该第1带通滤波器的光;第2带通滤波器,其配设在第2光路上,并使第2波长的光通过;以及第2光电检测器,其检测通过了该第2带通滤波器的光。
在本发明的激光加工装置中,该激光加工装置具有等离子体检测单元和控制单元,该等离子体检测单元具有:等离子体受光单元,其接收通过从激光光线照射单元向被加工物照射激光光线而产生的等离子体;以及光谱分析单元,其分析由该等离子体受光单元所接收的等离子体的光谱,该控制单元根据来自该等离子体检测单元的光谱分析单元的光谱分析信号来判定被加工物的材质,并控制激光光线照射单元,因此例如从背面对在表面上形成有焊盘的晶片的基板照射激光光线、从而在基板上形成到达焊盘的激光加工孔时,可根据来自光谱分析单元的光谱分析信号检测出形成在基板上的激光加工孔已到达焊盘。因此,当检测出激光加工孔到达焊盘时,可停止向晶片照射激光光线,所以不会发生焊盘熔化而导致开孔的情况。
附图说明
图1是根据本发明而构成的激光加工装置的立体图。
图2是在图1所示的激光加工装置上装备的激光光线照射单元的结构框图。
图3是在图1所示的激光加工装置上装备的等离子体受光单元的结构框图。
图4是示出构成图3所示的等离子体受光单元的光谱分析单元的另一实施方式的结构框图。
图5是示出构成图3所示的等离子体受光单元的光谱分析单元的又一实施方式的结构框图。
图6是作为晶片的半导体晶片的俯视图。
图7是将图6所示的半导体晶片的一部分放大示出的俯视图。
图8是示出将图6所示的半导体晶片贴附到安装于环状框架上的保护带的表面上的状态的立体图。
图9是示出图6所示的半导体晶片被保持在图1所示的激光加工装置的卡盘工作台的规定位置上的状态下的坐标关系说明图。
图10是利用图1所示的激光加工装置来实施的穿孔工序的说明图。
图11是利用图1所示的激光加工装置来实施的穿孔工序的说明图。
标号说明
2:静止基座;3:卡盘工作台机构;31:导轨;36:卡盘工作台;37:加工进给单元;374:X轴方向位置检测单元;38:第1分度进给单元;4:激光光线照射单元支撑机构;41:导轨;42:可动支撑基座;43:第2分度进给单元;433:Y轴方向位置检测单元;5:激光光线照射单元;51:单元保持器;52:激光光线加工装置;6:脉冲激光光线振荡单元;61:脉冲激光光线振荡器;62:重复频率设定单元;7:声光偏转单元;71:声光元件;72:射频振荡器;73:射频放大器;74:偏转角度调整单元;75:输出调整单元;76:激光光线吸收单元;8:聚光器;9:等离子体检测单元;91:等离子体受光单元;911:聚光透镜;912:光纤;92、92a、92b:光谱分析单元;921:分光器;922:波长测量器;923:第1光电检测器;924:第2光电检测器;927:光束分裂器;928:第1带通滤波器;929:第2带通滤波器;81:方向转换镜;82:聚光透镜;10:摄像单元;20:控制单元;30:半导体晶片;301:分割预定线;302:器件;303:焊盘;304:激光加工孔;40:环状框架;50:保护带。
具体实施方式
以下,参照附图来对根据本发明而构成的激光加工装置的优选实施方式进行更详细的说明。
图1示出根据本发明而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有:静止基座2;卡盘工作台机构3,其以能沿箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)移动的方式配设在该静止基座2上,并保持被加工物;激光光线照射单元支撑机构4,其以能沿与上述箭头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)移动的方式配设在静止基座2上;以及激光光线照射单元5,其以能沿箭头Z所示的方向(Z轴方向)移动的方式配设在该激光光线照射单元支撑机构4上。
上述卡盘工作台机构3具有:一对导轨31、31,其沿箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)平行地配设在静止基座2上;第1滑块32,其以能沿箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)移动的方式配设在该导轨31、31上;第2滑块33,其以能沿箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)移动的方式配设在该第1滑块32上;覆盖工作台35,其通过圆筒部件34被支撑在该第2滑块33上;以及作为被加工物保持单元的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361,在吸附卡盘361上通过未作图示的吸引单元来保持被加工物例如圆盘状的半导体晶片。这样构成的卡盘工作台36通过配设在圆筒部件34内的未作图示的脉冲电动机而旋转。另外,在卡盘工作台36上配设有用于固定后述的环状框架的夹紧器362。
上述第1滑块32在其下表面设置有与上述一对导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321,并在其上表面设置有沿箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)平行地形成的一对导轨322、322。这样构成的第1滑块32可通过使被引导槽321、321与一对导轨31、31嵌合,来构成为可沿一对导轨31、31朝箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有加工进给单元37,该加工进给单元37用于使第1滑块32沿一对导轨31、31朝箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)移动。该加工进给单元37包含:外螺纹杆371,其平行地配设在上述一对导轨31和31之间;以及脉冲电动机372等驱动源,其用于对该外螺纹杆371进行旋转驱动。外螺纹杆371的一端自由旋转地支撑在被固定到上述静止基座2上的轴承块373上,外螺纹杆371的另一端与上述脉冲电动机372的输出轴传动连接。另外,外螺纹杆371螺合在内螺纹通孔中,该内螺纹通孔形成在突出设置于第1滑块32的中央部下表面的未作图示的内螺纹块上。因此,借助脉冲电动机372来驱动外螺纹杆371正转和反转,由此使第1滑块32沿导轨31、31朝箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)移动。
图示的实施方式中的激光加工装置具有用于检测上述卡盘工作台36的加工进给量即X轴方向位置的X轴方向位置检测单元374。X轴方向位置检测单元374由以下部件构成,线性标度尺374a,其沿导轨31进行配设;以及读取头374b,其配设在第1滑块32上,并与第1滑块32一起沿线性标度尺374a移动。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,每隔1μm将1脉冲的脉冲信号发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进行计数,来检测卡盘工作台36的加工进给量即X轴方向位置。另外,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,通过对将驱动信号输出到脉冲电动机372的后述的控制单元的驱动脉冲进行计数,也能够检测卡盘工作台36的加工进给量即X轴方向位置。并且,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转速的旋转编码器所输出的脉冲信号发送给后述的控制单元,并由控制单元对所输入的脉冲信号进行计数,也能够检测卡盘工作台36的加工进给量即X轴方向位置。
上述第2滑块33在其下表面设置有与设置在上述第1滑块32的上表面的一对导轨322、322嵌合的一对被引导槽331、331,该第2滑块33通过使该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合而构成为可沿箭头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卡盘工作台机构3具有第1分度进给单元38,该第1分度进给单元38用于使第2滑块33沿设置在第1滑块32上的一对导轨322、322朝箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)移动。该第1分度进给单元38包含:外螺纹杆381,其平行地配设在上述一对导轨322和322之间;以及脉冲电动机382等驱动源,其用于对该外螺纹杆381进行旋转驱动。外螺纹杆381的一端可自由旋转地支撑在固定于上述第1滑块32的上表面的轴承块383上,其另一端与上述脉冲电动机382的输出轴传动连接。另外,外螺纹杆381螺合在内螺纹通孔中,该内螺纹通孔形成在突出设置于第2滑块33的中央部下表面的未作图示的内螺纹块上。因此,借助脉冲电动机382来驱动外螺纹杆381正转和反转,由此使第2滑块33沿导轨322、322朝箭头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用于检测上述第2滑块33的分度加工进给量即Y轴方向位置的Y轴方向位置检测单元384。该Y轴方向位置检测单元384由以下部件构成:线性标度尺384a,其沿导轨322进行配设;以及读取头384b,其配设在第2滑块33上,并与第2滑块33一起沿线性标度尺384a移动。该Y轴方向位置检测单元384的读取头384b在图示的实施方式中每隔1μm就将1脉冲的脉冲信号发送到后述的控制单元中。然后,后述的控制单元通过对所输入的脉冲信号进行计数,来检测卡盘工作台36的分度进给量即Y轴方向位置。另外,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,通过对将驱动信号输出到脉冲电动机382的后述的控制单元的驱动脉冲进行计数,也能够检测卡盘工作台36的分度进给量即Y轴方向位置。并且,在使用伺服电动机作为上述第1分度进给单元38的驱动源的情况下,通过将对伺服电动机的转速进行检测的旋转编码器所输出的脉冲信号发送到后述的控制单元,并由控制单元对所输入的脉冲信号进行计数,也能够检测卡盘工作台36的分度进给量即Y轴方向位置。
上述激光光线照射单元支撑机构4具有:一对导轨41、41,其沿箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)平行地配设在静止基座2上;以及可动支撑基座42,其可沿箭头Y所示的方向移动地配设在该导轨41、41上。该可动支撑基座42由以下部件构成,即:可移动地配设在导轨41、41上的移动支撑部421,以及安装在该移动支撑部421上的安装部422。安装部422在一个侧面平行地设置有朝箭头Z所示的方向(Z轴方向)延伸的一对导轨423、423。图示的实施方式中的激光光线照射单元支撑机构4具有第2分度进给单元43,该第2分度进给单元43用于使可动支撑基座42沿一对导轨41、41朝箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)移动。该第2分度进给单元43包含:外螺纹杆431,其平行地配设在上述一对导轨41、41之间;以及脉冲电动机432等驱动源,其用于对该外螺纹杆431进行旋转驱动。外螺纹杆431的一端可自由旋转地支撑在固定于上述静止基座2的未作图示的轴承块上,其另一端与上述脉冲电动机432的输出轴传动连接。另外,外螺纹杆431螺合在内螺纹孔中,该内螺纹孔形成在突出设置于构成可动支撑基座42的移动支撑部421的中央部下表面上的未作图示的内螺纹块上。因此,借助脉冲电动机432来驱动外螺纹杆431正转和反转,由此使可动支撑基座42沿导轨41、41朝箭头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光线照射单元5具有:单元保持器51,以及安装在该单元保持器51上的激光光线照射单元52。单元保持器51设置有一对被引导槽511、511,该一对被引导槽511、511与设置在上述安装部422上的一对导轨423、423可滑动地嵌合,通过使该被导引槽511、511与上述导轨423、423嵌合,单元保持器51以能够沿着箭头Z所示方向(Z轴方向)移动的方式被支撑。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5具有:单元保持器51,以及安装在该单元保持器51上的激光光线照射单元52。单元保持器51设置有一对被引导槽511、511,该一对被引导槽511、511与设置在上述安装部422上的一对导轨423、423可滑动地嵌合,通过使该被导引槽511、511与上述导轨423、423嵌合,单元保持器51以能够沿着箭头Z所示方向移动的方式被支撑。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5具有移动单元53,该移动单元53用于使单元保持器51沿一对导轨423、423朝箭头Z所示的方向(Z轴方向)移动。移动单元53包含:外螺纹杆(未作图示),其配设在一对导轨423、423之间;以及脉冲电动机532等驱动源,其用于对该外螺纹杆进行旋转驱动,通过借助脉冲电动机532驱动未作图示的外螺纹杆正转和反转,使单元保持器51和激光光线照射单元52沿导轨423、423朝箭头Z所示的方向(Z轴方向)移动。另外,在图示的实施方式中,通过驱动脉冲电动机532正转来使激光光线照射装置52向上方移动,通过驱动脉冲电动机532反转来使激光光线照射装置52向下方移动。
上述激光光线照射装置52具有:实质上水平配置的圆筒状的壳体521;脉冲激光光线振荡单元6,其如图2所示配设在壳体521内;声光偏转单元7,其使由脉冲激光光线振荡单元6激励的激光光线的光轴朝加工进给方向(X轴方向)偏转;以及聚光器8,其使通过了该声光偏转单元7的脉冲激光光线照射到被保持在上述卡盘工作台36上的被加工物上。
上述脉冲激光光线振荡单元6由以下部件构成,即:由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光光线振荡器61;以及附设在该脉冲激光光线振荡器61上的重复频率设定单元62。脉冲激光光线振荡器61激励由重复频率设定单元62所设定的规定频率的脉冲激光光线(LB)。重复频率设定单元62设定由脉冲激光光线振荡器61激励的脉冲激光光线的重复频率。
上述声光偏转单元7具有:声光元件71,其使由激光光线振荡单元6所激励的激光光线(LB)的光轴朝加工进给方向(X轴方向)偏转;射频振荡器72,其生成施加给该声光元件71的射频(radio frequency);射频放大器73,其将该射频振荡器72所生成的射频的功率进行放大并施加给声光元件71;偏转角度调整单元74,其调整由射频振荡器72生成的射频的频率;以及输出调整单元75,其调整由射频振荡器712生成的射频的振幅。上述声光元件71可对应于所施加的射频的频率调整使激光光线的光轴偏转的角度,并可对应于所施加的射频的振幅调整激光光线的输出。另外,上述偏转角度调整单元74和输出调整单元75由后述的控制单元控制。
并且,图示的实施方式中的激光光线照射装置52具有激光光线吸收单元76,该激光光线吸收单元76用于在规定频率的射频被施加给上述声光元件71的情况下,吸收如图2中虚线所示经由声光元件71偏转的激光光线。
上述聚光器8安装在壳体521的前端,并具有:方向转换镜81,其使经由上述声光偏转单元7偏转的脉冲激光光线向下方进行方向转换;以及聚光透镜82,其会聚由该方向转换镜81进行了方向转换后的激光光线。
图示实施方式中的脉冲激光照射单元52的结构如上所述,以下参照图2来说明其作用。
在从后述的控制单元对声光偏转单元7的偏转角度调整单元74施加了例如5V电压、并对声光元件71施加了与5V对应的频率的射频的情况下,由脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线,其光轴如图2中单点划线所示地进行偏转且会聚在聚光点Pa。并且,在从后述的控制单元对偏转角度调整单元74施加了例如10V电压、并对声光元件71施加了与10V对应的频率的射频的情况下,由脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线,其光轴如图2中实线所示地进行偏转且会聚在从上述聚光点Pa沿加工进给方向(X轴方向)朝图2中左方位移了规定量的聚光点Pb。另一方面,在从后述的控制单元对偏转角度调整单元74施加了例如15V电压、并对声光元件71施加了与15V对应的频率的射频的情况下,由脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线,其光轴如图2中双点划线所示地进行偏转且会聚在从上述聚光点Pb沿加工进给方向(X轴方向)朝图2中左方位移了规定量的聚光点Pc。并且,在从后述的控制单元对声光偏转单元7的偏转角度调整单元74施加了例如0V电压、并对声光元件71施加了与0V对应的频率的射频的情况下,由脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线如图2中虚线所示被引导到激光光线吸收单元76。这样,经由声光元件71偏转的激光光线对应于施加给偏转角度调整单元74的电压而朝加工进给方向(X轴方向)偏转。
回到图1继续说明,图示的实施方式中的激光加工装置具有等离子体检测单元9,该等离子体检测单元9安装在激光光线照射单元5的单元保持器51上,其检测通过从激光光线照射单元52向被加工物照射激光光线而产生的等离子体。该等离子体检测单元9如图3所示具有:等离子体受光单元91,其接收由激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线照射到被加工物上从而产生的等离子体;以及光谱分析单元92,其分析由该等离子体受光单元91接收的等离子体的光谱。等离子体受光单元91由以下部件构成:透镜壳910;配设在该透镜壳910上的聚光透镜911;以及将由该聚光透镜911会聚的等离子体光引导到光谱分析单元92的光纤912。这样构成的等离子体受光单元91利用聚光透镜911来会聚等离子体,并将由该聚光透镜911会聚的等离子体光通过光纤912引导到光谱分析单元92,该等离子体是通过从激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线照射被加工物W而产生的。
上述光谱分析单元92由以下部件构成,即:分光器921,其将通过光纤912引导的等离子体光分解成光谱;以及波长测量器922,其测定由该分光器921所分解的光谱的波长。该波长测量器922在图示的实施方式中由CCD线传感器构成,并将与分解后的光谱的光度对应的电压信号发送到后述的控制单元。这样构成的光谱分析单元92利用分光器921将通过光纤912引导的等离子体光分光成光谱。这样由分光器921分光的光谱中的硅光谱的波长是386nm,铝光谱的波长是395nm。另外,形成被加工物的物质与等离子体的波长之间的关系被存储在后述的控制单元的存储器内。因此,当由波长测量器922测定的光谱的波长是386nm附近时,后述的控制单元可判定为通过由激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线进行加工的被加工物W是硅,当由波长测量器922测定的光谱的波长是395nm附近时,后述的控制单元可判定为通过由激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线进行加工的被加工物W是铝。
下面,参照图4说明光谱分析单元的另一实施方式。
图4所示的光谱分析单元92a由以下部件构成,即:将通过光纤912引导的等离子体光分解成光谱的分光器921;以及第1光电检测器923和第2光电检测器924,第1光电检测器923和第2光电检测器924将光谱分析信号发送到后述的控制单元。第1光电检测器923配置在经由分光器921分解的光谱的波长是第1设定波长例如386nm的位置上,第2光电检测器924配置在经由分光器921分解的光谱的波长是第2设定波长例如395nm的位置。因此,后述的控制单元在从第1光电检测器923输入了光谱分析信号时,可判定为使用从激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线进行加工的被加工物W是硅,在从第2光电检测器924输入了光谱分析信号时,可判定为使用从激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线进行加工的被加工物W是铝。
下面,参照图5说明光谱分析单元的又一实施方式。
图5所示的光谱分析单元92b由以下部件构成,即:光束分裂器927,其将通过光纤912引导的等离子体光分光成第1光路925和第2光路926;第1带通滤波器928,其配设在第1光路925上,并使波长为第1设定波长例如386nm的光通过;第1光电检测器923,其检测通过了该第1带通滤波器928的光;第2带通滤波器929,其配设在上述第2光路926上,并使波长为第2设定波长例如395nm的光通过;以及第2光电检测器924,其检测通过了该第2带通滤波器929的光,第1光电检测器923和第2光电检测器924将光谱分析信号发送到后述的控制单元。在这样构成的光谱分析单元92b中,经由光纤912引导的等离子体光中仅波长是386nm的光通过第1带通滤波器928并利用第1光电检测器923进行检测,经由光纤922引导的等离子体光中仅波长是395nm的光通过第2带通滤波器929并利用第2光电检测器924进行检测,因此,当从第1光电检测器923输入了光谱分析信号时,后述的控制单元可判定为使用从激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线进行加工的被加工物W是硅,当从第2光电检测器924输入了光谱分析信号时,后述的控制单元可判定为使用从激光光线照射单元52的聚光器8射出的激光光线进行加工的被加工物W是铝。
回到图1继续说明,图示的实施方式中的激光加工装置具有摄像单元10,该摄像单元10配设在壳体521的前端部,并拍摄应通过上述激光光线照射单元52进行激光加工的加工区域。该摄像单元10除了借助可见光线进行摄像的通常的摄像元件(CCD)之外,还由以下等部件构成,即:向被加工物照射红外线的红外线照明单元;捕捉由该红外线照明单元照射的红外线的光学系统;以及输出与由该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD),该摄像单元10将摄像后的图像信号发送到后述的控制单元。
根据图1继续说明,图示的实施方式中的激光加工装置具有控制单元20。控制单元20由计算机构成,该计算机具有:按照控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)201;存储控制程序等的只读存储器(ROM)202;存储后述的控制图和被加工物的设计值的数据及运算结果等的可读写的随机存取存储器(RAM)203;计数器204;输入接口205以及输出接口206。在控制单元20的输入接口205中输入来自上述X轴方向位置检测单元374、Y轴方向位置检测单元384、光谱分析单元92(92a、92b)以及摄像单元10等的检测信号。然后,从控制单元20的输出接口206将控制信号输出到上述脉冲电动机372、脉冲电动机382、脉冲电动机432、脉冲电动机532、脉冲激光光线照射单元52以及显示单元200等中。另外,上述随机存取存储器(RAM)203具有:存储形成被加工物的物质与等离子体的波长之间的关系的第1存储区域203a、存储后述晶片的设计值的数据的第2存储区域203b及其他存储区域。
图示的实施方式中的激光加工装置的结构如以上所述,以下说明其作用。
图6示出作为进行激光加工的被加工物的半导体晶片30的俯视图。图6所示的半导体晶片30在硅基板300的表面300a上利用呈格子状排列的多条分割预定线301划分出多个区域,在该划分出的区域上分别形成有IC、LSI等器件302。该各器件302全部具有相同结构。如图7所示,在器件302的表面上分别形成有多个焊盘303(303a~303j)。该焊盘303(303a~303j)在图示的实施方式中由铝形成。另外,在图示的实施方式中,303a和303f、303b和303g、303c和303h、303d和303i、以及303e和303j的X方向的位置相同。在该多个焊盘303(303a~303j)部上分别形成有从背面300b到达焊盘303的加工孔(贯通孔)。各器件302中的焊盘303(303a~303j)的X方向(图7中左右方向)的间隔A、以及形成在各器件302上的焊盘303中的夹住分割预定线301且在X方向(图7中左右方向)相邻的焊盘即焊盘303e与焊盘303a之间的间隔B在图示的实施方式中被设定为相同间隔。并且,各器件302中的焊盘303(303a~303j)的Y方向(图7中上下方向)的间隔C、以及形成在各器件302上的焊盘303中的夹住分割预定线301且在Y方向(图7中上下方向)相邻的焊盘即焊盘303f与焊盘303a以及焊盘303j与焊盘303e之间的间隔D在图示的实施方式中被设定为相同间隔。关于这样构成的半导体晶片30,配设在图6所示的各行E1····En和各列F1····Fn上的器件302的个数以及上述各间隔A、B、C、D和X、Y坐标值,其设计值数据被存储在上述随机存取存储器(RAM)203的第2存储区域203b内。
对使用上述的激光加工装置在形成于半导体晶片30上的各器件302的焊盘303(303a~303j)部中形成激光加工孔(贯通孔)的激光加工的实施方式进行说明。
如图8所示,将半导体晶片30的表面300a粘贴在安装于环状框架40上的由聚烯烃等的合成树脂片构成的保护带50上。因此,半导体晶片30的背面300b为上侧。这样经由保护带50而被支撑在环状框架40上的半导体晶片30将保护带50侧放置在图1所示的激光加工装置的卡盘工作台36上。然后,通过使未作图示的吸引单元工作来将半导体晶片30经由保护带50吸引保持在卡盘工作台36上。因此,半导体晶片30保持成以背面300b为上侧。并且,环状框架40由夹紧器362固定。
如上所述,吸引保持了半导体晶片30的卡盘工作台36通过加工进给单元37定位在摄像单元10的正下方。当卡盘工作台36定位在摄像单元10的正下方时,卡盘工作台36上的半导体晶片30处于定位在图9所示的坐标位置的状态。在该状态下,实施如下的对准作业,即:形成在由卡盘工作台36保持的半导体晶片30上的格子状的分割预定线301是否在X轴方向和Y轴方向上平行地进行配设。即,使用摄像单元10拍摄由卡盘工作台36保持的半导体晶片30,执行模式匹配等图像处理来进行对准作业。此时,半导体晶片30的形成有分割预定线301的表面300a位于下侧,不过由于摄像单元10如上所述由红外线照明单元以及捕捉红外线的光学系统和输出与红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成,所以可从半导体晶片30的背面300b透过来拍摄分割预定线301。
然后,移动卡盘工作台36,使形成在半导体晶片30上的器件302中的最上行E1的在图9中最左端的器件302定位在摄像单元10的正下方。然后,再使形成在器件302上的电极303(303a~303j)中的在图9中左上方的电极303a定位在摄像单元10的正下方。在该状态下当摄像单元10检测出电极303a时,将其坐标值(a1)作为第1加工进给开始位置坐标值发送到控制单元20。然后,控制单元20将该坐标值(a1)作为第1加工进给开始位置坐标值存储在随机存取存储器(RAM)203内(加工进给开始位置检测工序)。此时,由于摄像单元10和激光光线照射单元52的聚光器9被配设成在X轴方向上相距规定间隔,所以存储X坐标值加上上述摄像单元10与聚光器8之间的间隔后所得的值。
这样在检测出图9中最上行E1的器件302中的第1加工进给开始位置坐标值(a1)时,使卡盘工作台36在Y轴方向上分度进给分割预定线301的间隔并使其在X轴方向移动,使图9中从最上行起第2行E2中的最左端的器件302定位在摄像单元10的正下方。然后,再使形成在器件302上的电极303(303a~303j)中的在图7中左上方的电极303a定位在摄像单元11的正下方。在该状态下当摄像单元10检测出电极303a时,将其坐标值(a2)作为第2加工进给开始位置坐标值发送到控制单元20。然后,控制单元20将该坐标值(a2)作为第2加工进给开始位置坐标值存储在随机存取存储器(RAM)203内。此时,由于摄像单元10和激光光线照射单元52的聚光器8如上所述被配设成在X轴方向上相距规定间隔,所以存储X坐标值加上上述摄像单元10与聚光器8之间的间隔后所得的值。以后,控制单元20重复执行上述的分度进给和加工进给开始位置检测工序直到图9中的最下行En为止,检测形成在各行的器件302的加工进给开始位置坐标值(a3~an),并将其存储在随机存取存储器(RAM)203内。
然后,实施穿孔工序,即:在形成于半导体晶片30的各器件302上的各电极303(303a~303j)部穿设激光加工孔(贯通孔)。穿孔工序首先使加工进给单元37工作并移动卡盘工作台36,将存储在上述随机存储器(RAM)203内的第1加工进给开始位置坐标值(a1)定位到激光光线照射单元52的聚光器8的正下方。这样第1加工进给开始位置坐标值(a1)位于聚光器8的正下方的状态是图10(a)所示的状态。从图10(a)所示的状态开始,控制单元20控制上述加工进给单元37,以使卡盘工作台36以规定的移动速度朝图10(a)中箭头X1所示的方向进行加工进给,同时,使激光光线照射单元52工作,从聚光器8射出脉冲激光光线。另外,从聚光器8射出的激光光线的聚光点P对准半导体晶片30的表面30a附近。此时,控制单元20根据来自加工进给量检测单元374的读取头374b的检测信号,输出用于控制声光偏转单元7的偏转角度调整单元74和输出调整单元75的控制信号。
另一方面,射频振荡器72输出与来自偏转角度调整单元74和输出调整单元75的控制信号对应的射频。从射频振荡器72所输出的射频功率由射频放大器73放大并被施加给声光元件71。结果,声光元件71使由脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线的光轴在从图2中单点划线所示的位置到双点划线所示的位置的范围内偏转,并调整由脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线的输出。结果,可向第1加工进给开始位置坐标值(a1)照射规定输出的脉冲激光光线。
接着,说明上述穿孔工序中的加工条件的一例。
光源:LD激励Q开关Nd:YVO4
波长:355nm
重复频率:2kHz
脉冲能量:0.1mJ
聚光光斑直径:φ10μm
在实施上述穿孔工序时,控制单元20使上述等离子体检测单元9工作,并从光谱分析单元92(92a、92b)输入检测信号。然后,在光谱分析单元是图3所示的光谱分析单元9的情况下,当由波长测量器922所测定的光谱波长是386nm时,控制单元20判断为正加工硅基板300,继并续上述穿孔工序。另一方面,当由波长测量器922所测定的光谱波长为395nm时,控制单元20判断为对由铝形成的焊盘303进行了加工,然后对声光偏转单元7的偏转角度调整单元74施加0V电压,对声光元件71施加与0V对应的频率的射频,并将由脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线如图2中虚线所示引导到激光光线吸收单元76。因此,脉冲激光光线不会照射到由卡盘工作台36保持的半导体晶片30上。这样,当向焊盘303照射1个脉冲时,由上述等离子体检测单元9的光谱分析单元9检测出对焊盘303进行了加工,停止向焊盘303照射脉冲激光光线,所以不会发生焊盘303熔化而导致开孔的情况。结果,如图10(b)所示可在半导体晶片30的硅基板300上形成到达焊盘303的加工孔304。
另外,在光谱分析单元是图4和图5所示的光谱分析单元92a或光谱分析单元92b的情况下,当正在从光谱分析单元92a或光谱分析单元92b的第1光电检测器923输入光谱分析信号时,控制单元20判断为正在对硅基板300进行加工,继续上述穿孔工序。另一方面,当从第2光电检测器924输入了光谱分析信号时,控制单元20判断为对由铝形成的焊盘303进行了加工,对声光偏转单元7的偏转角度调整单元74施加0V电压,对声光元件71施加与0V对应的频率的射频,并将从脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线如图2中虚线所示引导到激光光线吸收单元76。因此,脉冲激光光线不会照射到由卡盘工作台36保持的半导体晶片30上。
另一方面,控制单元20输入来自X轴方向位置检测单元374的读取头374b的检测信号,使用计数器204对该检测信号进行计数。然后,当计数器204的计数值达到下一焊盘303的坐标值时,控制单元20控制激光光线照射单元52并实施上述穿孔工序。之后,每次计数器204的计数值达到焊盘303的坐标值时,控制单元20就使激光光线照射单元52工作并实施上述穿孔工序。然后,当如图10(b)所示对形成于半导体晶片30的E1行的最右端的器件302上的焊盘303中的图10(b)中最右端的电极303e位置实施了上述穿孔工序时,停止上述加工进给单元37的工作,停止卡盘工作台36的移动。结果,在半导体晶片30的硅基板300上,如图10(b)所示形成到达焊盘303的加工孔304。
然后,控制单元20控制上述第1分度进给单元38,以使激光光线照射单元52的聚光器8朝图10(b)中与纸面垂直的方向进行分度进给。另一方面,控制单元20输入来自Y轴方向位置检测单元384的读取头384b的检测信号,使用计数器204对该检测信号进行计数。然后,当计数器204的计数值达到与焊盘303在图7中Y轴方向的间隔C相当的值时,停止第1分度进给单元38的工作,并停止激光光线照射单元52的聚光器8的分度进给。结果,聚光器8定位在与上述焊盘303e对置的电极303j(参照图7)的正上方。该状态是图11(a)所示的状态。在图11(a)所示的状态下,控制单元20控制上述加工进给单元37,以使卡盘工作台36以规定的移动速度朝图11(a)中箭头X2所示的方向进行加工进给,同时,使激光光线照射单元52工作,实施上述穿孔工序。然后,控制单元20如上所述使用计数器204对来自X轴方向位置检测单元374的读取头374b的检测信号进行计数,每次该计数值达到焊盘303的坐标值时,控制单元20就使激光光线照射单元52工作并实施上述穿孔工序。然后,当如图11(b)所示对形成于半导体晶片30的E1行的最右端的器件302上的焊盘303f位置实施了上述穿孔工序时,停止上述加工进给单元37的工作,停止卡盘工作台36的移动。结果,在半导体晶片30的硅基板300上,如图11(b)所示在焊盘303的背面侧形成有激光加工孔304。
如上所述,在形成于半导体晶片30的E1行的器件302上的电极303的背面侧形成了激光加工孔304时,控制单元使加工进给单元37和第1分度进给单元38工作,使形成于半导体晶片30的E2行的器件302上的焊盘303的、存储于上述随机存取存储器(RAM)203内的第2加工进给开始位置坐标值(a2)定位在激光光线照射单元52的聚光器8的正下方。然后,控制单元20控制激光光线照射单元52和加工进给单元37以及第1分度进给单元38,对形成于半导体晶片30的E2行的器件302上的焊盘303的背面侧实施上述的穿孔工序。以后,对形成于半导体晶片30的E3~En行的器件302上的焊盘303的背面侧也实施上述的穿孔工序。结果,半导体晶片30的硅基板300在形成于各器件302上的焊盘303的背面侧形成有激光加工孔304。
另外,在上述穿孔工序中,在图7中的X轴方向的间隔A区域和间隔B区域以及图7中的Y轴方向的间隔C区域和间隔D区域内,不对半导体晶片30照射脉冲激光光线。这样,由于不对半导体晶片30照射脉冲激光光线,因而上述控制单元20对声光偏转单元7的偏转角度调整单元74施加0V电压。结果,对声光元件71施加与0V对应的频率的射频,并且从脉冲激光光线振荡单元6激励的脉冲激光光线(LB)如图2中虚线所示被引导到激光光线吸收单元76,因此不会照射到半导体晶片30上。
Claims (4)
1.一种激光加工装置,具有:保持晶片的卡盘工作台;以及向由该卡盘工作台保持的晶片照射脉冲激光光线的激光光线照射单元,该激光加工装置的特征在于,该激光加工装置具有等离子体检测单元和控制单元,
该等离子体检测单元具备:等离子体受光单元,其接收通过从该激光光线照射单元向被加工物照射激光光线而产生的等离子体;以及光谱分析单元,其分析由该等离子体受光单元所接收的等离子体的光谱,
该控制单元根据来自该等离子体检测单元的光谱分析单元的光谱分析信号来判定被加工物的材质,并控制该激光光线照射单元。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置,其特征在于,该光谱分析单元具有:
分光器,其将通过该等离子体受光单元引导的等离子体光分解成光谱;以及
波长测量器,其测定由该分光器所分解的光谱的波长。
3.根据权利要求1所述的激光加工装置,其特征在于,该光谱分析单元具有:
分光器,其将通过该等离子体受光单元引导的等离子体光分解成光谱;以及
第1光电检测器和第2光电检测器,其分别配置在由该分光器所分解的光谱的第1设定波长和第2设定波长的位置。
4.根据权利要求1所述的激光加工装置,其特征在于,该光谱分析单元具有:光束分裂器,其将通过该等离子体受光单元引导的等离子体光分光至第1光路和第2光路;第1带通滤波器,其配设在第1光路上,并使第1设定波长的光通过;第1光电检测器,其检测通过了该第1带通滤波器的光;第2带通滤波器,其配设在该第2光路上,并使第2设定波长的光通过;以及第2光电检测器,其检测通过了该第2带通滤波器的光。
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