CN102194658A

CN102194658A - 激光加工装置

Info

Publication number: CN102194658A
Application number: CN2011100356718A
Authority: CN
Inventors: 星野仁志; 上野宽海; 能丸圭司
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: CN102194658B; JP2011161491A; KR20110093614A

Abstract

激光加工装置，在利用多个聚光点照射脉冲激光线形成多个变质层时，将以变质层为基点传播的裂缝引导至变质层之间。具备：保持被加工物的卡盘台；激光线照射单元，向保持在卡盘台上的被加工物照射具有透射性的波长的脉冲激光线；加工进给单元，使卡盘台与激光线照射单元相对地进行加工进给，激光线照射单元包括脉冲激光线振荡单元和聚光器，聚光器对脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线进行会聚而照射到保持在卡盘台上的被加工物，聚光器将脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线会聚到沿保持在卡盘台上的被加工物的厚度方向错开的多个聚光点，脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线的脉宽被设定得比由多个聚光点形成的变质层的生成时间短。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置，该激光加工装置对被加工物照射对于该被加工物具有透射性的波长的脉冲激光线，在被加工物的内部形成变质层。

背景技术

在半导体器件制造工序中，通过排列成格子状的被称作间隔道的分割预定线将晶片的表面划分为多个区域，在该划分后的区域中形成IC、LSI等器件(功能元件)，其中，所述晶片包括硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板、钽酸锂基板、玻璃基板或石英基板这样的适当的基板。并且，通过沿着间隔道切断晶片来分割形成有器件的区域，制造出一个个器件。

作为上述沿着间隔道分割晶片的方法，已经尝试过如下的激光加工方法：使用对于晶片具有透射性的波长的脉冲激光线，将聚光点对准至待分割的区域内部而照射脉冲激光线。在使用了该激光加工方法的分割方法中，从晶片的一方的表面侧将聚光点对准至内部而照射对于晶片具有透射性的例如波长为1064nm的脉冲激光线，在晶片内部沿着间隔道连续地形成变质层，沿着因形成该变质层而强度降低的间隔道施加外力来分割晶片。

然而，在上述的激光加工中，形成于晶片内的变质层的厚度在脉冲激光线的聚光点附近为50μm左右，因此，为了增大变质层的厚度，需要使脉冲激光线的聚光点的位置在晶片的厚度方向上进行移位，并使脉冲激光线和晶片沿着间隔道重复进行相对移动。因此，尤其在晶片厚度较厚的情况下，形成规定厚度的变质层需要较长时间。

为了解决上述问题，在下述专利文献1中公开了这样的激光加工装置：其构成为使脉冲激光线会聚到在光轴方向上错开的2个聚光点。

【专利文献1】日本特许第4354376号

当沿着光轴方向将2个聚光点对准至内部而照射对于晶片具有透射性的波长的脉冲激光线来形成变质层时，将产生以由2个聚光点形成的2层变质层为基点传播的细微的裂缝。在由2个聚光点形成了2层变质层的情况下，该以变质层为基点传播的裂缝大多不是在2层变质层之间传播的，而是在脉冲激光线所入射的一侧、偏离于变质层之间而沿着不规则的方向形成的。其结果，对于沿着变质层切断晶片而得到的器件而言，存在切断后的外周面不均匀从而抗折强度下降的问题。尤其对于在蓝宝石基板的表面上形成有由n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层构成的光器件层的光器件晶片而言，存在分割后的光器件的亮度下降的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述状况而完成的，其主要技术课题在于提供这样一种激光加工装置：该激光加工装置在沿光轴方向利用多个聚光点照射脉冲激光线而形成多个变质层时，将以变质层为基点传播的裂缝引导至变质层之间。

为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种激光加工装置，该激光加工装置具备：卡盘台，其保持被加工物；激光线照射单元，其向保持在该卡盘台上的被加工物照射对于该被加工物具有透射性的波长的脉冲激光线；以及加工进给单元，其使该卡盘台与该激光线照射单元相对地进行加工进给，该激光线照射单元包括：脉冲激光线振荡单元；以及聚光器，其对该脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线进行会聚而将其照射到保持在该卡盘台上的被加工物，该激光加工装置的特征在于，聚光器构成为：将从该脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线会聚到多个聚光点，该多个聚光点的位置是在保持在该卡盘台上的被加工物的厚度方向上错开的，该脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线的脉宽被设定得比由多个聚光点形成的变质层的生成时间短。

在本发明的激光加工装置中，激光线照射单元的聚光器构成为：将从脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线会聚到多个聚光点，该多个聚光点的位置在保持在该卡盘台上的被加工物的厚度方向上是错开的，且脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线的脉宽被设定得比由多个聚光点形成的多个变质层的生成时间短，因此，以多个变质层为基点传播的裂缝被引导至变质层之间，不会发生在脉冲激光线所入射的一侧、偏离于变质层之间而沿着不规则的方向传播并形成裂缝的状况。由此，沿着间隔道将形成有变质层的晶片进行分割后的器件的外周面是均匀的，且抗折强度不会下降，尤其是在晶片为光器件晶片的情况下，分割后的光器件的亮度也不会下降。

此外，在本发明的激光加工装置中，激光线照射单元的聚光器在保持在卡盘台上的光器件晶片的厚度方向上错位地形成多个聚光点，因此，脉冲激光线的能量与聚光点的数量相应地得到分散，并且，从作为被加工物的晶片的背面侧照射的脉冲激光线从聚光点起呈圆锥状扩散，并在形成有器件的正面上呈同心圆状分散地穿过，因此不会使器件层发生损伤。

附图说明

图1是根据本发明构成的激光加工装置的立体图。

图2是示出装备于图1的激光加工装置中的激光线照射单元的一个实施方式的概略结构图。

图3是示出装备于图1的激光加工装置中的激光线照射单元的另一个实施方式的概略结构图。

图4是作为被加工物的光器件晶片的立体图和主要部位的放大剖视图。

图5是示出在图4所示的光器件晶片的表面粘贴保护带的保护部件粘贴工序的说明图。

图6是通过图1的激光加工装置实施的变质层形成工序的说明图。

图7是示出实施图6所示的变质层形成工序时照射的脉冲激光线的脉宽的说明图。

图8是在实施了图6所示的变质层形成工序后的晶片上形成的变质层和裂缝的说明图。

图9是示出图6所示的变质层形成工序中的脉冲激光线的状态的说明图。

标号说明

2：静止基台；3：卡盘台机构；36：卡盘台；37：加工进给单元；374：加工进给量检测单元；38：第一分度进给单元；4：激光线照射单元支承机构；42：可动支承基台；43：第二分度进给单元；5：激光线照射单元；53：聚光点位置调整单元；6：激光线照射单元；62：脉冲激光线振荡单元；63：聚光器；631：方向转换镜；632：双折射透镜；633：聚光透镜；10：光器件晶片。

具体实施方式

下面，参照附图，对根据本发明构成的激光加工装置的优选实施方式进行详细说明。

图1中示出了根据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：静止基台2；卡盘台机构3，其以能够在箭头X所示的加工进给方向上移动的方式配设在该静止基台2上，用于保持被加工物；激光线照射单元支承机构4，其以能够在与上述箭头X所示的方向成直角的用箭头Y表示的分度方向上移动的方式配设在静止基台2上；以及激光线照射单元5，其以能够在箭头Z所示的焦点位置调整方向上移动的方式配设在该激光线照射单元支承机构4上。

上述卡盘台机构3具备：一对导轨31、31，它们沿着箭头X所示的方向平行配设在静止基台2上；第一滑动块32，其以能够在箭头X所示的方向上移动的方式配设在该导轨31、31上；第二滑动块33，其以能够在箭头Y所示的方向上移动的方式配设在该第一滑动块32上；支承台35，其由圆筒部件34支承在该第二滑动块33上；以及作为被加工物保持单元的卡盘台36。该卡盘台36由多孔性材料形成，且具有被加工物保持面361，利用未图示的吸引单元将作为被加工物的晶片保持在卡盘台36上。并且，通过配设在圆筒部件34内的未图示的脉冲电动机使卡盘台36旋转。

上述第一滑动块32构成为：在其下表面上设置有与上述一对导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，并且，在其上表面上设置有沿着箭头Y所示的方向平行地形成的一对导轨322、322。对于这样构成的第一滑动块32，通过使被引导槽321、321与一对导轨31、31嵌合，从而该第一滑动块32能够沿着一对导轨31、31在箭头X所示的方向上移动。图示的实施方式中的卡盘台机构3具备加工进给单元37，该加工进给单元37用于使第一滑动块32沿着一对导轨31、31在箭头X所示的方向上移动。加工进给单元37包括：外螺纹杆371，其平行地配设在上述一对导轨31、31之间；以及脉冲电动机372等驱动源，其用于驱动该外螺纹杆371旋转。外螺纹杆371的一端旋转自如地支承在固定于上述静止基台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的输出轴以传动的方式连接。另外，外螺纹杆371与形成在未图示的内螺纹块内的贯通内螺纹孔旋合，上述内螺纹块突出地设置在第一滑动块32的中央部下表面上。因此，通过利用脉冲电动机372驱动外螺纹杆371正转和反转，使得第一滑动块32沿着导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向上移动。

上述第二滑动块33构成为：在其下表面上设置有一对被引导槽331、331，这一对被引导槽331、331与设置于上述第一滑动块32的上表面上的一对导轨322、322嵌合，通过使该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，从而上述第二滑动块33能够在箭头Y所示的方向上移动。图示的实施方式中的卡盘台机构3具备第一分度进给单元38，该第一分度进给单元38用于使第二滑动块33沿着设置于第一滑动块32上的一对导轨322、322在箭头Y所示的方向上移动。第一分度进给单元38包括：外螺纹杆381，其平行地配设在上述一对导轨322、322之间；以及脉冲电动机382等驱动源，其用于驱动该外螺纹杆381旋转。外螺纹杆381的一端旋转自如地支承在固定于上述第一滑动块32的上表面上的轴承块383上，外螺纹杆381的另一端与上述脉冲电动机382的输出轴以传动方式连接。另外，外螺纹杆381与形成于未图示的内螺纹块内的贯通内螺纹孔旋合，上述内螺纹块突出地设置于第二滑动块33的中央部下表面上。由此，通过利用脉冲电动机382驱动外螺纹杆381正转和反转，使得第二滑动块33沿着导轨322、322在箭头Y所示的分度进给方向上移动。

上述激光线照射单元支承机构4具备：一对导轨41、41，它们沿着箭头Y所示的方向平行地配设在静止基台2上；以及可动支承基台42，其以能够在箭头Y所示的方向上移动的方式配设在该导轨41、41上。该可动支承基台42由以下部分构成：移动支承部421，其以能够移动的方式配设在导轨41、41上；以及装配部422，其安装在上述移动支承部421上。装配部422在一个侧面上平行地设置有在箭头Z所示的方向上延伸的一对导轨423、423。图示的实施方式中的激光线照射单元支承机构4具备第二分度进给单元43，该第二分度进给单元43用于使可动支承基台42沿着一对导轨41、41在箭头Y所示的方向上移动。第二分度进给单元43包括：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，其用于驱动该外螺纹杆431旋转。外螺纹杆431的一端旋转自如地支承在固定于上述静止基台2上的未图示的轴承块上，外螺纹杆431的另一端与上述脉冲电动机432的输出轴以传动方式连接。另外，外螺纹杆431与形成于未图示的内螺纹块内的内螺纹孔旋合，上述内螺纹块突出地设置于构成可动支承基台42的移动支承部421的中央部下表面上。因此，通过利用脉冲电动机432驱动外螺纹杆431正转和反转，使得可动支承基台42沿着导轨41、41在箭头Y所示的分度进给方向上移动。

图示的实施方式中的激光线照射单元5具备单元保持器51和安装在该单元保持器51上的激光线照射单元6。单元保持器51设置有一对被引导槽511、511，这一对被引导槽511、511以能够滑动的方式与设置于上述装配部422上的一对导轨423、423嵌合，通过使该被引导槽511、511与上述导轨423、423嵌合，从而单元保持器51以能够在箭头Z所示的方向上移动的方式得到支承。

图示的实施方式中的激光线照射单元5具备聚光点位置调整单元53，该聚光点位置调整单元53用于使单元保持器51沿着一对导轨423、423在箭头Z所示的方向上移动。聚光点位置调整单元53包括：外螺纹杆(未图示)，其配设在一对导轨423、423之间；以及脉冲电动机532等驱动源，其用于驱动该外螺纹杆旋转，通过利用脉冲电动机532驱动未图示的外螺纹杆正转和反转，使得单元保持器51和激光线照射单元6沿着一对导轨423、423在箭头Z所示的方向上移动。另外，在图示的实施方式中，通过使脉冲电动机532进行正转驱动来使激光线照射单元6朝上方移动，通过使脉冲电动机532进行反转驱动来使激光线照射单元6朝下方移动。

图示的实施方式中的激光线照射单元6包括圆筒形状的壳体61，该壳体61固定在上述单元保持器51上，且实质上呈水平地延伸。参照图2对该激光线照射单元6进行说明。

图2所示的激光线照射单元6包括：脉冲激光线振荡单元62，其配设于壳体61内；以及聚光器63，其对该脉冲激光线振荡单元62振荡产生的脉冲激光线进行会聚而将其照射到保持在卡盘台36上的被加工物W。脉冲激光线振荡单元62振荡产生对于被加工物具有透射性的波长(例如1064nm)的脉冲激光线。

参照图2继续进行说明，构成激光线照射单元6的聚光器63由以下部件构成：方向转换镜631，其对从脉冲激光线振荡单元62振荡产生的脉冲激光线进行方向转换使其朝向图2中的下方即卡盘台36；以及双折射透镜632和聚光透镜633，它们配设在由该方向转换镜631进行方向转换后的脉冲激光线的光轴上。双折射透镜632由YVO4(632a)和S-LAH79(632b)构成。该双折射透镜632和聚光透镜633将由该方向转换镜631进行方向转换后的脉冲激光线会聚到2个聚光点Pa、Pb，这2个聚光点Pa、Pb的位置在保持在卡盘台36上的被加工物W的厚度方向上是错开的。

接下来，参照图3，对聚光器63的另一实施方式进行说明。

图3所示的聚光器63除了具有2个双折射透镜632-1、632-2以外，与上述图2所示的聚光器63实质上是相同的，因此对相同部件标注相同标号并省略其说明。图3所示的聚光器63具有2个双折射透镜632-1、632-2，因此能够将由方向转换镜631进行方向转换后的脉冲激光线会聚到4个聚光点Pa、Pb、Pc、Pd。

返回图1继续进行说明，在构成上述激光线照射单元6的壳体61的前端部上配设有摄像单元7，该摄像单元7检测应当利用上述激光线照射单元6进行激光加工的加工区域。在图示的实施方式中，该摄像单元7除了通过可见光线进行拍摄的通常的摄像元件(CCD)以外，还由以下部件等构成：红外线照明单元，其向被加工物照射红外线；光学系统，其捕捉由红外线照明单元照射的红外线；以及摄像元件(红外线CCD)，其输出与由该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号，另外，该摄像单元7将拍摄到的图像信号发送至未图示的控制单元。

图示的实施方式中的激光加工装置以上述方式构成，下面对其作用进行说明。

在图4(a)和(b)中，示出了光器件晶片的立体图和对主要部位进行了放大表示的剖视图，该光器件晶片是作为由上述激光加工装置进行加工的被加工物的晶片。图4(a)和(b)所示的光器件晶片10在例如厚度为150μm的蓝宝石基板100的正面100a上，以例如10μm的厚度层叠有由n型氮化物半导体层111和p型氮化物半导体层112构成的光器件层(外延层)110。并且，通过形成为格子状的多个间隔道120将光器件层(外延层)110划分成多个区域，在这多个区域中形成有发光二极管、激光二极管等光器件130。下面，对沿着间隔道120在该光器件晶片10内部形成变质层的方法进行说明。

首先，为了保护形成在构成光器件晶片10的蓝宝石基板100的正面100a上的光器件130，实施在构成光器件晶片10的光器件层(外延层)110的正面110a上粘贴保护部件的保护部件粘贴工序。即，如图5所示，在构成光器件晶片10的光器件层(外延层)110的正面110a上粘贴作为保护部件的保护带T。这里，在图示的实施方式中，保护带T是在厚度为100μm的由聚氯乙烯(PVC)构成的片基材的表面上涂敷厚度为5μm左右的丙烯树脂系的糊料而成的。

在实施上述保护部件粘贴工序后，将光器件晶片10的保护带T侧载置到图1所示的激光加工装置的卡盘台36上，将半导体晶片10吸附保持在该卡盘台36上(晶片保持工序)。由此，对于保持在卡盘台36上的光器件晶片10，蓝宝石基板100的背面100b成为上侧。

通过加工进给单元37将如上这样地吸引保持着光器件晶片10的卡盘台36定位到摄像单元7的正下方。当卡盘台36被定位到摄像单元7的正下方时，利用摄像单元7和未图示的控制单元来执行对准作业，即：检测半导体晶片10的应进行激光加工的加工区域。即，摄像单元7和未图示的控制单元执行图案匹配等图像处理而实施激光线照射位置的对准，上述图案匹配等图像处理用于进行沿着光器件晶片10的规定方向形成的间隔道120、与沿着间隔道120照射激光线的激光线照射单元6的聚光器63之间的位置对准。此外，对于形成在光器件晶片10上的、在与上述规定方向垂直的方向上延伸的间隔道120，也同样实施激光线照射位置的对准。此时，光器件晶片10的形成有间隔道120的正面110a位于下侧，不过，如上所述，摄像单元7具有由红外线照射单元、捕捉红外线的光学系统以及输出与红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成的摄像单元，因此，能够从构成光器件晶片10的蓝宝石基板100的背面100b透过而拍摄间隔道120。另外，构成光器件晶片10的蓝宝石晶片可使可见光透过，因此不一定需要使用红外线CCD。

在以如上方式检测了形成在由卡盘台36保持的光器件晶片10上的间隔道120、而进行了激光线照射位置的对准之后，如图6的(a)所示，使卡盘台36移动至激光线照射单元6的聚光器63所在的激光线照射区域，将规定的间隔道120定位到聚光器63的正下方。然后，将从聚光器63照射的脉冲激光线的聚光点Pa、Pb定位到构成光器件晶片10的蓝宝石基板100的内部。

接着，使激光线照射单元6工作而从聚光器63照射激光线，并且使加工进给单元37工作而使卡盘台36在图6(a)中箭头X1所示的方向上以规定的加工进给速度进行移动(变质层形成工序)。然后，如图6(b)所示，当聚光器63的照射位置到达间隔道120的另一端(在图6(b)中为右端)之后，停止脉冲激光线的照射，并停止卡盘台36的移动。其结果，如图6(b)所示，在构成光器件晶片10的蓝宝石基板100的内部，沿着规定的间隔道120同时形成了具有厚度T1和T2的2个变质层W1和W2。

这里，上述变质层形成工序中的加工条件例如设定如下。

光源：高重复短脉冲激光

波长：1064nm

输出：0.3W

重复频率：100kHz

脉宽：10ps

聚光点直径：Φ1μm

点个数：2个

点间隔：17μm

加工进给速度：400mm/秒

在上述变质层形成工序中，重要的是将脉冲激光线的脉宽设定得比由聚光点Pa、Pb形成的2个变质层W1和W2的生成时间短，如图7所示，将图示的实施方式中的脉冲激光线振荡单元62振荡产生的脉冲激光线的脉宽设定为10ps。通过这样地将脉宽设定得比由聚光点Pa、Pb形成的2个变质层W1和W2的生成时间短，从而如图8所示，在形成变质层W1和W2时，以变质层W1和W2为基点传播的裂缝C被引导至变质层W1与W2之间，不会发生在脉冲激光线所入射的一侧、偏离于变质层W1、W2之间而沿着不规则的方向传播和形成裂缝C的状况。另外，根据本发明人等的实验，在脉宽为500ps附近不能实现上述效果，因此，可认为变质层的生成时间小于500ps，从而优选将脉宽设定为小于500ps。此外，激光线照射单元6的聚光器63在保持于卡盘台36上的光器件晶片10的厚度方向上错位地形成2个聚光点Pa、Pb，因此，脉冲激光线的能量被分散，并且如图9所示，从构成光器件晶片10的蓝宝石基板100的背面100b侧照射的脉冲激光线从聚光点Pa、Pb起呈圆锥状扩散，并在光器件层(外延层)110的正面110a上呈同心圆状而分散地穿过，因此不会使光器件层(外延层)110发生损伤。

当如上地沿着在光器件晶片10的规定方向上形成的所有间隔道120实施了上述变质层形成工序之后，将保持着光器件晶片10的卡盘台36定位到转动90度后的位置处。然后，沿着在与光器件晶片10的上述规定方向垂直的方向上形成的所有间隔道120实施上述变质层形成工序。

如上地沿着所有间隔道120实施了上述变质层形成工序后的光器件晶片10被搬送到晶片分割工序，即：沿着形成了变质层W1和W2的间隔道120进行切断。

这里，在晶片分割工序中，光器件晶片10是沿着形成有变质层W1和W2的间隔道120被切断而被分割为一个个光器件130，但是如上所述，在形成变质层W1和W2时，以变质层W1和W2为基点传播的裂缝C被引导至变质层W1与W2之间及延长线上，不会发生在脉冲激光线所入射的一侧、偏离于变质层W1、W2之间而沿着不规则的方向传播并形成裂缝C的状况，因此，分割后的光器件130的外周面是均匀的，且抗折强度不会下降，并且分割后的光器件130的亮度也不会下降。

Claims

1.一种激光加工装置，该激光加工装置具备：卡盘台，其保持被加工物；激光线照射单元，其向保持在该卡盘台上的被加工物照射对于该被加工物具有透射性的波长的脉冲激光线；以及加工进给单元，其使该卡盘台与该激光线照射单元相对地进行加工进给，

该激光线照射单元包括：脉冲激光线振荡单元；以及聚光器，其对该脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线进行会聚而将其照射到保持在该卡盘台上的被加工物，

该激光加工装置的特征在于，

聚光器构成为：将从该脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线会聚到多个聚光点，该多个聚光点的位置是在保持在该卡盘台上的被加工物的厚度方向上错开的，

该脉冲激光线振荡单元振荡产生的脉冲激光线的脉宽被设定得比由多个聚光点形成的变质层的生成时间短。