CN102528289A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工装置。该激光加工装置包括：工作盘，其保持被加工物；激光光线照射单元，其向保持在工作盘上的被加工物照射对该被加工物具有透过性的波长的激光光线；以及加工进给单元，其对工作盘和激光光线照射单元进行相对的加工进给，该激光加工装置的特征在于，激光光线照射单元包括：激光光线振荡单元，其振荡出激光光线；聚光透镜，其对由激光光线振荡单元振荡出的激光光线进行会聚；多焦点衍射光学元件，其配置于激光光线振荡单元与聚光透镜之间，另外该激光加工装置通过多焦点衍射光学元件，将由激光光线振荡单元振荡出的激光光线分离成多个扩散角，通过聚光透镜对分离成多个扩散角的激光光线进行会聚，从而在光轴上形成多个聚光点。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及对半导体晶片等被加工物照射具有透过性的激光光线而在被加工物的内部形成变质层的激光加工装置。
背景技术
在半导体器件制造工序中，通过叫作切割道的分割预定线划分为多个区域，并在该被划分的区域形成IC、LSI等器件，该切割道以格子状形成于包括硅基板、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的晶片的表面。并且，沿着切割道切断晶片，从而分割形成有器件的区域而制造各个半导体器件。作为分割晶片的方法，提出了利用激光光线的各种方式。
作为分割半导体晶片等板状的被加工物的方法，尝试着这样的激光加工方法：利用对该被加工物具有透过性的波长的脉冲激光光线，在应分割的区域的内部会聚聚光点而照射脉冲激光光线。在利用该激光加工方法的分割方法中，从被加工物的一个面侧向内部会聚聚光点而照射对被加工物具有透过性的例如波长为1064nm的脉冲激光光线，在被加工物的内部沿着切割道连续形成变质层，并沿着通过形成该变质层而导致强度下降的分割预定线施加外力，从而对被加工物进行分割(例如，参照专利文献1)。
然而，为了向晶片施加外力而沿着切割道精密地进行断开，需要使沿着切割道形成于晶片的内部的变质层的厚度即晶片的厚度方向上的变质层的比例增大。通过上述的激光加工方法形成的变质层的厚度在脉冲激光光线的聚光点附近为30μm～50μm，因此为了增大变质层的厚度，需要在晶片的内部层叠形成变质层。为了在晶片的内部层叠形成变质层，需要使脉冲激光光线的聚光点的位置在晶片的厚度方向上进行位移，并使脉冲激光光线和晶片沿着切割道而反复地相对移动，特别是，在晶片的厚度厚(例如为600μm)的情况下，为形成具有在将晶片精密地断开时所需的厚度的变质层而需要很长的时间。
为了解决上述问题，提出了这样的激光加工装置：具备将由激光光线振荡单元发出的激光光线分离为寻常光和非常光的双折射透镜，通过聚光透镜使通过该双折射透镜分离的寻常光和非常光会聚而形成寻常光的聚光点和非常光的聚光点这2个聚光点，将2个聚光点在被加工物的厚度方向上错开而进行定位，从而同时形成2层的变质层(例如，参照专利文献2)。
专利文献1日本特开第3408805号
专利文献2日本特开2007-931号公报
根据所述专利文献2公开的激光加工装置，虽然能够在被加工物的厚度方向上同时形成2层的变质层，但不能同时形成3层以上的变质层，因此在被加工物的厚度厚的情况下，需要沿着切割道反复照射激光光线，在生产性方面未必能够得到满足。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而研发的，本发明的主要技术课题在于提供一种能够在被加工物的厚度方向上同时形成多个变质层的激光加工装置。
为了解决上述主要技术课题，根据本发明提供一种激光加工装置，该激光加工装置包括：工作盘，其保持被加工物；激光光线照射单元，其向保持在该工作盘上的被加工物照射对该被加工物具有透过性的波长的激光光线；以及加工进给单元，其对该工作盘和该激光光线照射单元进行相对的加工进给，该激光加工装置的特征在于，该激光光线照射单元包括：激光光线振荡单元，其振荡出激光光线；聚光透镜，其对由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线进行会聚；以及多焦点衍射光学元件，其配置于该激光光线振荡单元与该聚光透镜之间，通过该多焦点衍射光学元件，将由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线分离成多个扩散角，通过该聚光透镜对分离成该多个扩散角的激光光线进行会聚，从而在光轴上形成多个聚光点。
在本发明的激光加工装置中，向保持在工作盘上的被加工物照射激光光线的激光光线照射单元包括：激光光线振荡单元，其振荡出激光光线；聚光透镜，其对由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线进行会聚；以及多焦点衍射光学元件，其配置于该激光光线振荡单元与该聚光透镜之间，通过该多焦点衍射光学元件，将由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线分离成多个扩散角，通过该聚光透镜对分离成该多个扩散角的激光光线进行会聚，从而在光轴上形成多个聚光点，因此能够在被加工物的厚度方向上同时形成多个变质层。
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是安装在图1所示的激光加工装置上的激光光线照射单元的概略结构图。
图3是用于说明构成图2所示的激光光线照射单元的多焦点衍射光学元件的功能的说明图。
图4是作为被加工物的半导体晶片的立体图。
图5是表示将图4所示的半导体晶片粘贴于安装在环状的框架上的保护带的表面的状态的立体图。
图6是利用图1所示的激光加工装置在图4所示的半导体晶片上形成变质层的变质层形成工序的说明图。
符号说明
2静止底座
3工作盘机构
36工作盘
37加工进给单元
38第1分度进给单元
4激光光线照射单元支承机构
42可动支承底座
43第2分度进给单元
5激光光线照射单元
53聚光点位置调整单元
6激光光线照射单元
62脉冲激光光线振荡单元
63聚光器
631换向镜
632聚光透镜
633多焦点衍射光学元件
7摄像单元
具体实施方式
下面，参照附图详细说明根据本发明构成的激光加工装置的优选实施方式。
图1表示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备：静止底座2；工作盘机构3，其以能够在由箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)上移动的方式配置于该静止底座2，保持被加工物；激光光线照射单元支承机构4，其以能够在与加工进给方向(X轴方向)正交的由箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)上移动的方式配置于静止底座2；以及激光光线照射单元5，其以能够在相对于后述的工作盘的保持面垂直的由箭头Z所示的聚光点位置调整方向(Z轴方向)上移动的方式配置于该激光光线照射单元支承机构4。
所述工作盘机构3具备：一对导轨31、31，其沿着由箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)平行地配置在静止底座2上；第1滑动块32，其以能够在X轴方向上移动的方式配置在该导轨31、31上；第2滑动块33，其以能够在由箭头Y所示的进给方向(Y轴方向)上移动的方式配置在该第1滑动块32上；盖工作台35，其通过圆筒部件34支承在该第2滑动块33上；以及作为被加工物保持单元的工作盘36。该工作盘36具备由多孔性材料形成的吸附盘361，在作为被加工物保持面的吸附盘361上，通过未图示的吸引单元保持作为被加工物的例如圆板状的半导体晶片。这样构成的工作盘36通过配置于圆筒部件34内的未图示的脉冲马达而进行旋转。另外，在工作盘36上配置有用于固定后述的环状的框架的卡钉362。
所述第1滑动块32在其下面设有与所述一对导轨31、31嵌合的一对被导向槽321、321，并且在其上面设有沿着Y轴方向平行地形成的一对导轨322、322。这样构成的第1滑动块32通过被导向槽321、321与一对导轨31、31嵌合，从而可沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。图示的实施方式中的工作盘机构3具备加工进给单元37，该加工进给单元37由滚珠螺旋机构构成，用于使第1滑动块32沿着一对导轨31、31而在X轴方向上移动。加工进给单元37包括平行地配置在所述一对导轨31与31之间的凸螺杆371和用于旋转驱动该凸螺杆371的脉冲马达372等驱动源。凸螺杆371的一端旋转自如地被固定于所述静止底座2的轴承块373支承，凸螺杆371的另一端与所述脉冲马达372的输出轴传动连接。另外，凸螺杆371与形成于突出设置在第1滑动块32的中央部下面的未图示的凹螺纹块的贯通凹螺孔螺合。因此，通过脉冲马达372来正转及逆转驱动凸螺杆371，从而第1滑动块32沿着导轨31、31在X轴方向上移动。
所述第2滑动块33在其下面设有与设置于所述第1滑动块32的上面的一对导轨322、322嵌合的一对被导向槽331、331，通过将该被导向槽331、331与一对导轨322、322嵌合，能够在Y轴方向上移动。图示的实施方式中的工作盘机构3具备第1分度进给单元38，该第1分度进给单元38由滚珠螺旋机构构成，用于使第2滑动块33沿着设于第1滑动块32的一对导轨322、322在Y轴方向上移动。第1分度进给单元38包括平行地配置在所述一对导轨322与322之间的凸螺杆381和用于旋转驱动该凸螺杆381的脉冲马达372等驱动源。凸螺杆381的一端旋转自如地被固定于所述第1滑动块32的上面的轴承块383支承，凸螺杆381的另一端与所述脉冲马达382的输出轴传动连接。另外，凸螺杆381与形成于突出设置在第2滑动块32的中央部下面的未图示的凹螺纹块的贯通凹螺孔螺合。因此，通过脉冲马达382来正转及逆转驱动凸螺杆381，从而第2滑动块33沿着导轨322、322在Y轴方向上移动。
所述激光光线照射单元支承机构4具备：一对导轨41、41，其沿着由箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)平行地配置在静止底座2上；可动支承底座42，其以能够在Y轴方向上移动的方式配置在该导轨41、41上。该可动支承底座42由能够移动地配置在导轨41、41上的移动支承部421和安装于该移动支承部421的安装部422构成。安装部422在一侧面平行地设有在由箭头Z所示的聚光点位置调整方向(Z轴方向)上延伸的一对导轨423、423。图示的实施方式中的激光光线照射单元支承机构4具备第2分度进给单元43，该第2分度进给单元43由滚珠螺旋机构构成，用于使可动支承底座42沿着一对导轨41、41而在Y轴方向上移动。第2分度进给单元43包括平行地配置在所述一对导轨41与41之间的凸螺杆431和用于旋转驱动该凸螺杆431的脉冲马达432等驱动源。凸螺杆431的一端旋转自如地被固定于所述静止底座2的未图示的轴承块支承，凸螺杆431的另一端与所述脉冲马达432的输出轴传动连接。另外，凸螺杆431与形成于突出设置在构成可动支承底座42的移动支承部421的中央部下面的未图示的凹螺纹块的凹螺孔螺合。因此，通过脉冲马达432来正转及逆转驱动凸螺杆431，可动支承底座42沿着导轨41、41在Y轴方向上移动。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5具备单元保持架51和安装于该单元保持架51的激光光线照射单元6。单元保持架51上设有一对被导向槽511，该被导向槽511能够滑动地与设于所述安装部422的一对导轨423、423嵌合，通过将该被导向槽511与所述导轨423、423嵌合，以能够在由箭头Z所示的聚光点位置调整方向(Z轴方向)上移动的方式被支承。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5具备聚光点位置调整单元53，该聚光点位置调整单元53用于使单元保持架51沿着一对导轨423、423在作为与所述工作盘36的被加工物保持面垂直的方向的Z轴方向上移动。聚光点位置调整单元53与所述加工进给单元37、第1分度进给单元38、第2分度进给单元43一样，由滚珠丝杆机构构成。该聚光点位置调整单元53包括配置在一对导轨423与423之间的凸螺杆(未图示)和用于旋转驱动该凸螺杆的脉冲马达532等驱动源，通过脉冲马达532来正转及逆转驱动未图示的凸螺杆，使单元保持架51及激光光线照射单元6沿着导轨423、423在由箭头Z所示的聚光点位置调整方向上移动。另外，在图示的实施方式中，通过将脉冲马达532正转驱动而将激光光线照射单元6向上方移动，通过将脉冲马达532逆转驱动而将激光光线照射单元6向下方移动。
图示的激光光线照射单元6具备固定于所述单元保持架51且实质上水平地延伸的圆筒形状的壳体61。在该圆筒形状的壳体61的前端部配置有通过所述激光光线照射单元6来检测应激光加工的加工区域的摄像单元7。该摄像单元7除了通过可见光线进行摄像的通常的摄像元件(CCD)之外，还由向被加工物照射红外线的红外线照明单元和用于捕捉通过该红外线照明单元进行照射的红外线的光学系统及用于输出与通过该光学系统捕捉的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成，将摄像的图像信号发送到后述的控制单元。
图示的实施方式中的激光光线照射单元6具备：脉冲激光光线振荡单元62，其如图2所示地配置于所述壳体61内，对脉冲激光光线LB进行振荡；聚光器63，其对通过该脉冲激光光线振荡单元62振荡出的脉冲激光光线进行会聚而照射到保持于所述工作盘36的被加工物W。所述脉冲激光光线振荡单元62由脉冲激光光线振荡器621和附设于该脉冲激光光线振荡器621的重复频率设定单元622构成，该脉冲激光光线振荡器621由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成。脉冲激光光线振荡器621振荡出通过重复频率设定单元622设定的预定频率的脉冲激光光线LB。重复频率设定单元622设定由脉冲激光光线振荡器621振荡出的脉冲激光光线的重复频率。
所述聚光器63具备：换向镜631，其安装于壳体61的前端，且将通过所述脉冲激光光线振荡单元62振荡出的脉冲激光光线LB朝向下方进行换向；聚光透镜632，其对通过该换向镜631换向的激光光线进行会聚而照射到保持于工作盘36的被加工物W；多焦点衍射光学元件(DOE：Diffractive Optic Element)633，其配置于换向镜631与聚光透镜632之间。如图2及图3所示，多焦点衍射光学元件633将通过所述脉冲激光光线振荡单元62振荡出且通过换向镜631换向的脉冲激光光线分离为多个(在图2及图3所示的实施方式中为3个)扩散角LB1、LB2、LB3而入射到聚光透镜632。聚光透镜632对分离为多个(在图2所示的实施方式中为3个)扩散角的脉冲激光光线进行会聚，从而在光轴上形成多个(在图2所示的实施方式中为3个)聚光点Pa、Pb、Pc。
图示的实施方式中的激光加工装置形成为上述结构，下面，对其作用进行说明。
图4中表示了通过所述激光加工装置加工的作为被加工物的半导体晶片的立体图。图4所示的半导体晶片10在通过多个切割道101而划分的多个区域形成有IC、LSI等器件102，多个切割道101以格子状形成于例如厚度为600μm的硅基板的表面10a。为了在这样形成的半导体晶片10的内部沿着切割道101形成变质层，如图5所示，将表面10a侧粘贴于保护带T的表面(保护带粘贴工序)，该保护带T安装于环状的框架F，且由聚烯等合成树脂片构成。由此，粘贴于保护带T的表面的半导体晶片10的背面10b成为上侧。
在为了利用上述的激光加工装置在所述半导体晶片10的内部沿着切割道101形成变质层，在所述的图1所示的激光加工装置的工作盘36上搭载粘贴有半导体晶片10的保护带T。并且，通过启动未图示的吸引单元，通过保护带T将半导体晶片10吸引保持于工作盘36上(晶片保持工序)。由此，吸引保持于工作盘36的半导体晶片10的背面10b成为上侧。并且，安装了粘贴有半导体晶片10的保护带T的环状的框架F通过配置于工作盘36的卡钉362而被固定。这样，吸引保持了半导体晶片10的工作盘36通过加工进给单元37定位在摄像单元7的正下方。
当工作盘36定位在摄像单元7的正下方时，进行通过摄像单元7及未图示的控制单元来检测半导体晶片10的应进行激光加工的加工区域的对准作业。即，摄像单元7及未图示的控制单元执行用于进行半导体晶片10的在预定方向上形成的切割道101与沿着该切割道101而照射激光光线的激光光线照射单元6的聚光器63之间的对位的图案匹配等的图像处理，执行激光光线照射位置的对准(对准工序)。并且，对于半导体晶片10的在与所述预定方向正交的方向上形成的切割道101也同样进行激光光线照射位置的对准。此时，半导体晶片10中的形成有切割道101的表面10a位于下侧，但由于摄像单元7如上述具有由红外线CCD构成的摄像元件，因此能够从背面10b透过而对切割道101进行摄像。
这样，检测形成于吸引保持在工作盘36上的半导体晶片10的表面10a的切割道101，实施了激光光线照射位置的对准时，启动加工进给单元37及第1分度进给单元38，如图6的(a)所示地，将工作盘36移动到激光光线照射单元6的聚光器63所在的激光光线照射区域，将预定的切割道101的一端(图6的(a)中的左端)定位在激光光线照射单元6的聚光器63的正下方。接着，启动聚光点位置调整单元53，如图6的(a)所示地进行调整，以使由聚光器63照射的脉冲激光光线的3个聚光点Pa、Pb、Pc位于半导体晶片10的内部的预定位置。接着，启动激光光线照射单元6的脉冲激光光线振荡单元62，由聚光器63对于由硅基板形成的半导体晶片10照射具有透过性的波长的脉冲激光光线，同时将工作盘36以预定的加工进给速度在图6的(a)中由箭头X1所示的方向上移动。并且，如图6的(b)所示，当激光光线照射单元6的聚光器63的照射位置到达切割道101的另一端(图6的(b)中的右端)的位置时，停止脉冲激光光线的照射，并停止工作盘36的移动。其结果，如图6的(b)所示，在半导体晶片10的内部沿着切割道101同时形成构成为3层的变质层S1、S2、S3(变质层形成工序)。
另外，所述变质层形成工序中的加工条件例如设定为如下。
光源：LD激励Q开关Nd:YAG脉冲激光
波长：1064nm
平均输出：1.0W
重复频率：100kHz
聚光点直径：Ф1～1.5μm
加工进给速度：100mm/秒
另外，沿着半导体晶片10的形成于预定方向上的所有切割道101实施所述变质层形成工序。接着，将吸引保持半导体晶片10的工作盘36定位在转动90度后的位置。并且，沿着半导体晶片10的形成于与所述预定方向正交的方向的所有切割道101实施所述变质层形成工序。
如上所述，沿着所有切割道101实施变质层形成工序且在内部沿着切割道101形成有变质层S1、S2、S3的半导体晶片10被搬入沿着切割道101赋予外力，并且沿着形成有变质层S1、S2、S3的切割道101而进行断开的晶片分割工序。
以上，根据图示的实施方式说明了本发明，但是本发明不仅限于实施方式，在本发明的宗旨范围内可进行各种变形。例如，在所述实施方式中，列举了作为多焦点衍射光线元件633使用具备将脉冲激光光线分离为3个扩散角的功能的元件的例子，但是通过使用具备分离为4个以上的扩散角的功能的元件，从而能够同时形成4层以上的变质层。

Claims (1)

1.一种激光加工装置，其包括：工作盘，其保持被加工物；激光光线照射单元，其向保持在该工作盘上的被加工物照射对于该被加工物具有透过性的波长的激光光线；以及加工进给单元，其对该工作盘和该激光光线照射单元进行相对的加工进给，
该激光加工装置的特征在于，
该激光光线照射单元包括：激光光线振荡单元，其振荡出激光光线；聚光透镜，其对由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线进行会聚；以及多焦点衍射光学元件，其配置于该激光光线振荡单元与该聚光透镜之间，通过该多焦点衍射光学元件，将由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线分离成多个扩散角，通过该聚光透镜对分离成该多个扩散角的激光光线进行会聚，从而在光轴上形成多个聚光点。
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