CN101712101A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光加工装置，其能够在不更换掩模的情况下，容易地调整作为激光光线在工件上的成像宽度的加工线的宽度，能够提高作业效率并抑制成本提升。在光学系统(55)的镜片(56)与中继透镜(57)之间配设与激光光线(L)的光轴正交的平板状的掩模(60)。掩模(60)能在水平方向上移动，激光光线(L)透过形成于掩模(60)上且沿移动方向延伸的细长的梯形形状的开口(61)。激光光线(L)透过了开口(61)的部分的截面形状在晶片(1)上成像。通过移动掩模(60)，能够调整激光光线(L)在晶片(1)上的成像宽度。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及例如向半导体晶片等工件照射激光光线，形成槽或缝等的激光加工装置。

背景技术

在半导体器件的芯片制造工序之中，通过排列成格子状的分割预定线在大致圆板状的半导体晶片表面上划分出多个矩形形状的芯片区域，当在这些芯片区域上形成了IC和LSI等电子电路之后，对晶片进行背面磨削等必要处理，然后沿着分割预定线切断晶片进行分割、即进行切割，作为半导体芯片获得各芯片区域。如上获得的半导体芯片通过树脂密封而被封装，广泛应用于移动电话和PC(个人计算机)等各种电气/电子设备中。

作为使晶片划分为半导体芯片的切割方式，一般进行使高速旋转下的薄圆板状刀片切入晶片的刀片切割。另一方面，近些年来还开发并采用了通过沿着分割预定线照射透射性激光光线来切割晶片的激光切割(专利文献1)。在这种激光切割之中提出了通过掩模使激光光线在工件上的成像形状变形为期望的形状，对加工线进行调整的技术(专利文献2)。

[专利文献1]日本特开平10-305420号公报

[专利文献2]日本特开2005-209719号公报

如上述专利文献2所述，关于使激光光线透射过形成于掩模上的开口的技术，除了使工件上的激光光线的成像形状变形外，还考虑到这样的应用：改变成像宽度，以使能够将所形成的槽和缝等加工线的宽度调整为期望宽度。然而，这样就需要准备多个开口宽度不同的掩模，进行按照加工线的宽度选择掩模并更换的作业，担心存在复杂且成本上升等缺点。

发明内容

本发明就是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种激光加工装置，其能够在不更换掩模的情况下，容易地调整激光光线在工件上的成像宽度即加工线的宽度，其结果能够提高作业效率并抑制成本提升。

本发明的特征在于，激光加工装置具有：保持单元，其保持工件；以及激光加工单元，其具有振荡器和光学系统，该振荡器向保持于该保持单元上的工件照射激光光线，该光学系统将该激光光线引导向工件，并将该激光光线的焦点聚集在该工件的期望部位上，该激光加工装置的特征在于，激光加工单元的光学系统至少具有：掩模，其具有使激光光线透过的透过部，通过使上述激光光线透过该透过部来遮蔽激光光线的一部分照射区域；以及掩模移动单元，其使该掩模向与激光光线的光轴大致正交的方向移动，由此改变透过该透过部的激光光线的遮光区域，改变该激光光线在工件上的成像宽度。

根据本发明，从振荡器照射出的激光光线透过掩模的透过部，照射在保持于保持单元上的工件上而成像。激光光线在工件上的成像宽度与透过部的宽度对应，通过使用掩模移动单元移动掩模，从而成像宽度、即加工线的宽度会发生变化。因此，通过使用掩模移动单元移动掩模这样简便的动作，能够容易地将激光光线的加工线宽度调整为期望宽度。

作为改变激光光线在工件上的成像宽度的具体方式，可列举掩模的透过部形成为其宽度随着朝向掩模的移动方向而发生变化的锥状这样的方式。

并且，本发明中所述工件没有特殊限定，例如可以举出硅晶片等半导体晶片、用于安装芯片而设置在晶片背面的DAF(Die Attach Film)等粘贴部件、半导体产品的封装或陶瓷、玻璃系列、硅系列等基板、各种电子部件、对液晶显示进行控制驱动的LCD驱动器等各种驱动器以及要求精密级的精度的各种加工材料等。

根据本发明，能够获得在不更换掩模的情况下，能容易地调整作为激光光线在工件上的成像宽度的加工线的宽度，能够提高作业效率并抑制成本提升的效果。

附图说明

图1是通过本发明一个实施方式涉及的激光加工装置实施了激光加工后的半导体晶片的立体图。

图2是表示本发明一个实施方式涉及的激光加工装置的立体图。

图3是简要表示一个实施方式的激光加工装置所具备的激光加工单元的构成的图。

图4是表示一个实施方式的掩模的作用的立体图。

图5是表示激光光线照射到掩模开口的状态的俯视图。

图6是表示形成在掩模上的开口的多种方式的俯视图。

图7是表示掩模和掩模移动单元的第1其他方式的立体图。

图8是表示掩模和掩模移动单元的第2其他方式的图，(a)是立体图，(b)是掩模单体的俯视图。

符号说明

1半导体晶片(工件)；10激光加工装置；41卡盘(保持单元)；50激光加工单元；53振荡器；53a脉冲激光光线振荡器；55聚光光学系统；60、80、90掩模；61、81、91开口(透过部)；65臂(掩模移动单元)；85、86辊(掩模移动单元)；L激光光线；L1成像。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的一个实施方式。

[1]半导体晶片

图1的符号1表示作为一个实施方式中的工件的半导体晶片(以下简称为晶片)。该晶片1是由硅等单晶材料构成的圆板状部件，在外周部的局部，作为表示结晶方位的标记而形成有定向平面(orientation flat)1a。

在晶片1的表面上，通过形成为格子状的分割预定线2划分出了多个矩形形状的芯片3。在这些芯片3的表面上形成有未图示的IC(集成电路)和LSI(大规模集成电路)等电路。晶片1上所有分割预定线2都被切断，于是切割为多个芯片3。

分割预定线2的切断是在通过激光光线照射而形成了槽之后用刀片整体切断，或者仅凭激光光线照射进行整体切断来进行的。无论如何都是向分割预定线2照射激光光线进行激光加工。这种情况下的激光加工是上述槽的形成和整体切断等，该激光加工优选是通过图2所示的一个实施方式所涉及的激光加工装置10来适当实施的。

在向激光加工装置10提供晶片1的时候，如图1所示，成为通过粘贴带(粘附带)5而保持于环状的框架4内侧的状态。框架4是通过金属等板材构成的具有刚性的部件。粘贴带5的一面为粘贴面，框架4和晶片1的背面粘贴在该粘贴面上。通过搬运框架5，如上由粘贴带4和框架5保持的晶片1被搬运而安置到激光加工装置10上。下面说明激光加工装置10。

[2]激光加工装置

[2-1]整体构成

在本实施方式的激光加工装置10中，晶片1表面(正面)朝上地被水平安置在圆板状的卡盘(保持单元)41上。而且由激光加工单元50的激光头52向分割预定线2照射激光光线。

如图2所示，激光加工装置10具有基座11，XY移动台12以可在水平的X方向和Y方向上自由移动的方式设置于该基座11上。在该XY移动台12上设置有上述卡盘41，通过XY移动台12向X方向和Y方向移动，激光光线由激光头52沿着晶片1的分割预定线进行照射。

XY移动台12通过X轴底座(X轴支撑座)20和Y轴底座(Y轴支撑座)30的组合构成，其中该X轴底座20以可在X方向上自由移动的方式设置在基座11上，该Y轴底座30以能在Y方向上自由移动的方式设置在该X轴底座20之上。X轴底座20以自由摆动的方式安装在固定于基座11上且沿X方向延伸的一对平行导轨21上，通过X轴驱动机构24而在X方向上移动，该X轴驱动机构24是利用电动机22使滚珠丝杠23动作的。另一方面，Y轴底座30以自由摆动的方式安装在固定于X轴底座20上且沿Y方向延伸的一对平行导轨31上，通过用电动机32使滚珠丝杠33动作的Y轴驱动机构34而在Y方向上移动。

Y轴底座30的上表面固定有圆筒状的卡盘座40，卡盘41以Z方向(上下方向)为旋转轴旋转自由地支撑在该卡盘座40之上。卡盘41是通过真空抽吸作用吸附并保持晶片1的众所周知的真空卡合式部件，通过收纳在卡盘座40内的未图示的旋转驱动机构而在一个方向或者两个方向上旋转。在卡盘41的周围，以自由拆装的方式保持框架5的一对卡紧机构42配设于彼此离开180度的位置上。这些卡紧机构42安装在卡盘座40上。

在这种情况下的XY移动台12中，X轴底座20向X方向的移动成为沿着分割预定线2照射激光光线的加工进给。而且，Y轴底座30向Y方向的移动成为对照射激光光线的对象的分割预定线2进行切换的分度进给。并且，加工进给和分度进给的方向也可以设定为相反、即Y方向为加工进给、X方向为分度进给，这是不受限定的。

接着说明激光加工单元50。激光加工单元50具有朝向卡盘41上方且沿Y方向延伸的长方体形状的外壳51，上述激光头52被支撑在该外壳51的前端。外壳51以沿着Z方向自由上下移动的方式设置在竖直设置(立设)于基座11上表面的柱13上，通过收纳于柱13内的未图示的上下驱动机构而上下移动。

如图3所示，在外壳51内，作为激光加工单元50的构成要素收纳有脉冲激光光线振荡单元53和传送光学系统54。脉冲激光光线振荡单元53具有通过YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光光线振荡单元53a，该脉冲激光光线振荡单元53a上附设有重复频率设定单元53b。传送光学系统54包括分束镜等适当的光学要素。

如图3所示，在上述激光头52内收纳有聚光光学系统55。聚光光学系统55具有镜片56、配设在镜片56下方的掩模60、配设在掩模60下方的2组透镜(中继透镜57和物镜58)。镜片56使经由传送光学系统54从脉冲激光光线振荡单元53a水平照射来的激光光线L朝向下方的掩模60的方向直角反射，使光轴与图2中的Z方向平行。

掩模60使被镜片56所反射的激光光线L的一部分透过，从而将激光光线L的横截面形状从原本的圆形形状变形为期望形状。掩模60是涉及本发明的部分，将在后面叙述。透过了掩模60的激光光线L再透射过中继透镜57和物镜58，照射到保持于卡盘41上的晶片1的分割预定线2上。

如图2所示，在外壳51的前端且激光头52的旁边配设有摄像单元70。该摄像单元70用于对从激光头52照射来的激光光线的照射区域进行摄像并检测，且具有对放置在卡盘41上的晶片1进行照明的照明单元和通过可见光线进行摄像的由CCD等构成的摄像元件。在本实施方式的激光加工装置10中，由摄像单元70所摄像的晶片1表面的图像数据被送到未图示的控制单元，根据该控制单元所进行的对准，执行对晶片1的分割预定线2的激光加工。此时的对准是指对该图像数据进行图像处理，检测照射激光光线的区域的作业。

[2-2]动作概要

以上是激光加工装置10的基本构成，该装置10进行的激光加工是按如下进行的。首先，如图1所示那样，应进行激光加工的晶片1通过粘贴带4保持于框架5上。而且该晶片1的形成有芯片3的表面朝上，该晶片1预先以同心状承载于真空运转中的卡盘41上表面，通过真空吸附作用被吸附和保持。另外，框架5通过卡紧机构42来保持。

接着，XY移动台12向X方向和Y方向移动，晶片1向摄像单元70正下方移动，通过摄像单元70对晶片1的表面摄像。接着，由摄像单元70所摄像的晶片1的表面的图像数据被发送到上述控制单元，通过该控制单元进行上述对准，制作对分割预定线2实施激光加工所需的动作数据并将该动作数据存储。

接着，激光加工单元50的外壳51进行上下移动，激光头52与晶片1之间的距离被调整为适于对晶片1进行激光加工的距离。然后反复进行如下的激光加工(形成槽和整体切断等)和分度进给，即，在激光加工中，根据上述动作数据进行使XY移动台12的X轴底座20向X方向移动的加工进给，同时向1条分割预定线2照射激光光线的激光加工(槽形成和整体切断等)，在分度进给中，以向激光加工对象的分割预定线2照射激光光线的方式使Y轴底座20向Y方向移动；并且对沿一个方向延伸的多条分割预定线2实施激光加工。如果针对沿一个方向延伸的所有分割预定线2结束了激光加工，则使卡盘41旋转90度，以相同的要领，针对沿着与一个方向正交的其他方向延伸的所有分割预定线2实施激光加工。

这里，举出一个用于激光加工而照射的激光光线的条件的例子。

●光源YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器

●波长355nm

●输出(脉冲能量)1.0～2.0W

●重复频率50KHz

●脉冲宽度10ns

[2-3]芯片的拾取

如果对所有分割预定线2照射了激光光线而结束了对1块晶片1的激光加工，则晶片1会被转移到与该激光加工的方式对应的后续工序上，最终获得各芯片3。例如在激光加工为形成槽的情况下，剩余厚度会被刀片整体切断而切割，各芯片3从粘贴带4上剥离而进行拾取。另外，在激光加工为整体切断的情况下完成切割，此后各芯片3从粘贴带4上剥离而进行拾取。

[3]掩模

[3-1]掩模的构成

接着说明上述聚光光学系统55的掩模60。

如图4所示，掩模60是矩形板状的部件，以水平状态设置在上述镜片56与中继透镜57之间的适当位置上。在掩模60的长度方向的一个端部连接着构成一部分掩模移动单元的臂65。该臂65的前部连接着气缸等驱动单元，掩模60通过该驱动单元在箭头所示方向上进行往返移动。该往返移动的方向是与上述加工进给平行的方向(图2、图4中的X方向)，且与激光光线L的光轴正交，其中该激光光线L的光轴与被镜片56反射后向掩模60的方向照射的Z方向平行。

作为掩模60的材质，可以选择即使受到激光光线的照射也不受影响的材质，例如可使用不锈钢(SUS)或陶瓷等。尤其是不锈钢，其反射激光光线且不易被加热，因而优选使用。

在掩模60的中央形成有激光光线透过的缝状开口(透过部)61。该开口61形成为在掩模60的往返方向上延伸的细长且左右对称的梯形形状，其宽度随着朝往返方向的一个方向移动而以一定比例发生变化。开口61的较宽一侧的端部的宽度、即最大宽度被设定为与激光光线的圆形状的横截面直径相等或小于该直径。如果掩模60进行往返移动，则激光光线会在开口61的一端和另一端之间穿过，此时激光光线的光轴经过开口61的左右对称线。即，激光光线的光轴与开口61的Y方向的中心一致。

[3-2]掩模的作用效果

根据包含上述掩模60的聚光光学系统55，被镜片56向掩模60方向反射的激光光线L透过了掩模60的开口61，由此通过开口61的两端边缘来遮蔽激光光线L的一部分照射区域，并且横截面形状形成为与开口61对应的形状。而且，该激光光线L透射过中继透镜57和物镜58，照射到晶片1的分割预定线2上而成像。如图4所示，激光光线L在晶片1上的成像L1的形状是与透过开口61的部分的界面形状相似的形状，成像L1的宽度成为通过激光加工而形成在分割预定线2上的加工线2A的宽度。例如，如果激光加工是形成槽的加工，则成像的宽度相当于槽的宽度。

此处，掩模60与中继透镜57之间的距离被设定为中继透镜57的焦距F1，物镜58与晶片1的距离被设定为物镜58的焦距F2。这种情况下，众所周知像倍率为F2/F1，因而如图5所示，在掩模60的开口61上的激光光线L的照射部分的最大照射宽度为W、F1＝651mm、F2＝25mm的情况下，则成像倍率约为0.038倍，加工宽度为0.038W。

因此，通过移动掩模60来改变透过开口61的激光光线L的宽度，从而能够改变加工线2A的宽度。即，通过移动掩模60这样简便的动作就能容易地把激光光线造成的加工线2A的宽度调整为期望的宽度。由于开口61左右的两侧边缘相对于掩模60的移动方向倾斜为锥状，因此能够不分阶段地调整成像L1的宽度。换言之，通过移动掩模60，能够通过高精度来控制对晶片1施加的加工线2A。另外，还能够连续形成加工线2A中宽度不同的部分。

图4表示激光光线L透过开口61上不同位置的状态，(a)中激光光线L透过开口61的较宽侧的端部，图4(b)中激光光线L透过开口61的中间部，图4(c)中激光光线L透过开口61的较窄侧的端部。在晶片1上的成像L1的宽度即加工线2A的宽度被设定为按照(a)、(b)、(c)的顺序逐渐减小。

根据本实施方式，能够在不准备多个开口宽度不同的掩模来进行更换掩模的复杂作业的情况下，如上所述通过移动掩模60，能够容易地将晶片1上的加工线2A的宽度调整为期望的宽度。因此，既能实现加工线2A的宽度调整作业的效率提高，又能抑制成本上升。

[3-3]多种开口方式

形成与掩模60的开口61的形状不限于上述实施方式，只要是伴随掩模60的移动而能够改变激光光线在晶片1上的成像宽度的形状，就能应用任何这样的形状。图6(a)～(g)举例表示了开口61的各种形状，掩模60在箭头方向上往返移动。以下叙述开口61的形状时，(a)是与上述实施方式相同的梯形形状，(b)是等腰三角形形状，(c)是梯形形状，但左右两侧边缘向内侧膨胀突出。采用这些开口61，如果向一个方向移动掩模60，则激光光线的成像宽度会逐渐从大变小或从小变大。

图6(d)～(f)的开口61是分别将图6(a)～(c)的开口61按照在图中上下对称的方式合并得到的。采用这些开口61，如果向一个方向移动掩模60，则激光光线的成像宽度会逐渐从小变大，然后重新变小。另外，图6(g)的开口61形成为宽度大小为2个阶段的凸状。

图6(d)～(f)的开口61能够不分阶段地调整成像宽度，而图6(g)所示的开口61则能够按照2个阶段调整成像宽度。并且，还能够使开口61的宽度阶段性发生变化，使得能够按照多于2个阶段的阶段(3个阶段或4个阶段或者更多阶段)来调整成像宽度。如果采用这种阶段性切换加工宽度的方式，则激光光线会均等地照射在加工线的边缘方向上，因此加工更为稳定。

[4]掩模和掩模移动单元的其他方式

本发明的掩模和掩模移动单元不限于上述实施方式，可考察各种方式。下面举例表示掩模和掩模移动单元的其他方式。

[4-1]第1其他方式

图7的符号80表示第1其他方式的掩模。该掩模80是具有挠性的带状结构，配设为与激光光线L的光轴正交的状态。在掩模80的宽度方向的中央形成有激光光线L透过的缝状开口(透过部)81。开口81形成为在掩模80的长度方向上延伸的细长且左右对称的锥状。开口81的宽度由掩模80的一端侧朝另一端侧以一定比例发生变化。

掩模80的两个端部彼此平行地配设，缠绕在能旋转的辊(掩模移动单元)85、86上，掩模80通过辊85、86的旋转而随着该旋转方向进行往返移动。

如果辊85、86向箭头B方向旋转，则掩模80会被辊85卷起而向b方向移动。随着掩模80向b方向移动，激光光线L所透过的开口81的宽度变大，在晶片1上的成像宽度也随之变大。另外，如果辊85、86向箭头C方向旋转，则掩模80会被辊86卷起而向c方向移动。随着掩模80向c方向移动，激光光线L所透过的开口81的宽度变小，在晶片1上的成像宽度也随之变小。即，通过使辊85、86旋转来移动掩模80，从而能够调整激光光线在晶片1上的成像宽度。

辊85、86通过未图示的旋转驱动机构而旋转，掩模80始终被保持在施加了张力的状态下。另外，辊85、86既可以按照旋转方向而使其中一个为驱动侧另一个为从动侧，也可以使双方均被驱动。

[4-2]第2其他方式

图8的符号90表示第2其他方式的掩模。该掩模90是圆板状，以可旋转的方式嵌入矩形板状的框架95而被支撑。掩模90被配设为其中心旋转轴与激光光线L的光轴平行，面方向为与激光光线L正交的状态。掩模90上形成有环状开口(透过部)91。该透过部91没有形成在整个周面上，是一端与另一端接近的不连续的环状。开口91的宽度随着从一端朝向另一端而按照一定比例发生变化。在开口91的宽度方向中央通过的环状中心线91a成为与掩模90同心的形状。

掩模90被配设为，激光光线L的光轴与开口91的中心线91a正交地通过开口91。该掩模90通过未图示的旋转驱动机构而在两个方向(D方向和E方向)上旋转，随着在D方向上旋转，激光光线L所透过的开口91的宽度变小，在晶片1的成像宽度也随之变窄。另外，如果掩模90在E方向上旋转，则激光光线L所透过的开口91的宽度变大，在晶片1的成像宽度也随之变宽。即，通过旋转掩模90以旋转开口91，能够调整激光光线L在晶片1上的成像宽度。

在上述第1和第2其他方式中，即便掩模的移动量较多，移动所需的空间也无关于移动量而不会发生变化。因此，即使配设掩模的空间较小，也能较大的获取开口宽度的变化量，还能实现空间的节省。本发明可获得如上效果。

Claims (2)

1.一种激光加工装置，该激光加工装置具有：

保持单元，其保持工件；以及

激光加工单元，其具有振荡器和光学系统，该振荡器向保持于该保持单元上的上述工件照射激光光线，该光学系统将该激光光线引导向上述工件，并使该激光光线的焦点聚集于该工件的期望部位上，

该激光加工装置的特征在于，

上述激光加工单元的上述光学系统至少具有：

掩模，其具有使上述激光光线透过的透过部，通过使上述激光光线透过该透过部来遮蔽上述激光光线的一部分照射区域；以及

掩模移动单元，其使上述掩模向与上述激光光线的光轴大致正交的方向移动，由此改变透过上述透过部的上述激光光线的遮光区域，改变该激光光线在上述工件的成像宽度。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，上述透过部形成为其宽度随着朝向上述掩模的移动方向而发生变化的锥状。

Images