CN102626830A - 激光光线照射机构及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供激光光线照射机构及激光加工装置。激光束照射机构，包括：激光束振荡器、聚光透镜以及配置于激光束振荡器和聚光透镜之间的输出调整单元。输出调整单元包括：1/2波长板、具有第一偏振分束膜和第二偏振分束膜的棱镜、与第一偏振分束膜相对配置并具有压电致动器的光路长度调整单元、具有与第二偏振分束膜相对配置并在S偏振成分与P偏振成分之间生成第二相位差(β)的偏振成分合成器、将由偏振成分合成器合成的激光束分割为导入该聚光透镜的光路和导入光束截止器的光路的偏振光束分割单元、和对施加给压电致动器的电压进行控制以将由偏振成分合成器合成的激光束的S偏振成分与P偏振成分间的相位差(α+β)控制在0度至180度之间的控制器。

Description

激光光线照射机构及激光加工装置
技术领域
本发明涉及能够对从激光光线振荡器振荡出的激光光线的输出进行高速控制的激光光线照射机构及激光加工装置。
背景技术
在半导体器件制造工艺中，在大致圆板状的半导体晶片表面通过以格子状排列的叫作切割道的分割预定线划分了多个区域，并在该被划分出的区域形成IC、LSI等器件。并且，沿着切割道切断半导体晶片，从而分割形成有器件的区域而制造各个半导体器件。
半导体晶片的沿着切割道的切断通常由叫做切割锯的切削装置进行。该切削装置具有：卡盘工作台，其保持作为被加工物的半导体晶片；切断单元，其用于切削该卡盘工作台所保持的半导体晶片；和移动单元，其使卡盘工作台和切断单元相对地移动。切断单元包括高速旋转的主轴和安装于该主轴的切削刀。切削刀由圆盘状底座和安装于该底座的侧面外周部的环状切刃构成，切刃例如通过电铸对粒径为3um左右的钻石磨粒进行固定而形成厚度为20um左右。
此外，近来，为了提高IC、LSI等电路的处理能力，使在例如硅晶的半导体衬底的表面层叠低介电常数绝缘体被膜(Low-k膜)而成的半导体晶片实用化，该低介电常数绝缘体被膜(Low-k)由SiOF、BSG(SiOB)等无机物系的膜和作为聚酰亚胺系、聚对二甲苯系等聚合物膜的有机物系的膜构成。而且，Low-k膜具有如下问题：由于像云母那样层叠多层(5至15层)且非常脆，因此当通过切削刀沿切割道切削时，Low-k膜剥离，该剥离到达电路会给半导体芯片带来致命的损伤。
为了解决上述问题，专利文献1公开了下述的加工装置：对Low-k膜照射激光光线而除去Low-k膜，通过切削刀对Low-k膜被除去的切割道进行切削。
然而，在切割道上的Low-k膜上局部地配置有用于测试电路功能的叫做测试元件群(TEG)的测试用金属图案的半导体晶片中存在下述问题：即使照射激光光线以除去Low-k膜，由铜或铝等构成的金属图案妨碍激光光线而不能顺利地除去Low-k膜。另外，将激光光线的输出提高到能够除去金属图案的程度并对切割道照射激光光线时还会产生下述的新问题：仅形成有Low-k膜的切割道部的半导体衬底破损而碎片飞散，该碎片附着于与电路连接的接合垫等，降低了半导体芯片的质量。
为了解决这种问题，对比文献2公开了下述的激光加工方法：在测试用金属图案所处的区域和低介电常数绝缘体被膜的区域，分别以不同的加工条件照射激光光线，除去测试用金属图案和低介电常数绝缘体被膜。
专利文献1：日本特开2003-320466号公报
专利文献2：日本特开2005-118832号公报
但是，很难追随加工进给速度来调整从激光光线振荡器振荡出的激光光线的输出，也难以确实地除去测试用金属图案所处的区域。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而研发的，其主要的技术课题是提供能够对从激光光线振荡器振荡出的激光光线的输出进行高速控制的激光光线照射机构及激光加工装置。
根据本发明第一方面记载，激光束的照射机构，该激光束照射机构包括：激光束振荡器，其振荡出激光束；聚光透镜，其会聚从该激光束振荡器振荡出的激光束而进行照射；以及输出调整单元，其配置于该激光束振荡器与该聚光透镜之间，调整从该激光束振荡器振荡出的激光束的输出，上述输出调整单元包括：1/2波长板，其使从该激光束振荡器振荡出的线偏振的激光束的偏振面旋转45度；棱镜，其使偏振面通过该1/2波长板旋转了45度的激光束入射，并具有分别反射S偏振成分而使P偏振成分透过的第一偏振分束膜和第二偏振分束膜；光路长度调整单元，其具有第一反射镜和压电致动器，该第一反射镜与该第一偏振分束膜相对配置并具有对透过了该第一偏振分束膜的激光束的P偏振成分进行反射的镜面，该压电致动器安装于该第一反射镜并与所施加的电压对应地调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，该光路长度调整单元在被该第一偏振分束膜反射的激光束的S偏振成分和被该第一反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第一相位差(α)；偏振成分合成单元，其具有第二反射镜，该第二反射镜与该第二偏振分束膜相对而隔开预定间隔配置，并具有反射被该第一反射镜的该镜面反射并透过了该第二偏振分束膜的P偏振成分的镜面，该偏振成分合成单元在被该第一偏振分束膜反射并被该第二偏振分束膜反射的S偏振成分与透过了该第二偏振分束膜并被该第二反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第二相位差(β)；光束分割单元，其具有第三偏振分束膜，通过该第三偏振分束膜将由该偏振成分合成单元合成的激光束分割为朝向该聚光透镜的光路和朝向光束截止器的光路；以及控制单元，其对施加给该光路长度调整单元的该压电致动器的电压进行控制，调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，由此在0度至180度之间对由该偏振成分合成单元合成的激光束的S偏振成分与P偏振成分之间的第三相位差(α+β)进行控制。
根据第二方面的发明，激光加工装置包括：卡盘工作台，其具有保持被加工物的保持面；激光束照射机构，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射激光束；加工进给单元，其在加工进给方向上对该卡盘工作台和该激光束照射机构进行相对的加工进给；以及分度进给单元，其在与加工进给方向正交的分度进给方向上对该卡盘工作台和该激光束照射机构进行相对的分度进给，该激光束照射机构包括：激光束振荡器，其振荡出激光束；聚光透镜，其会聚从该激光束振荡器振荡出的激光束而进行照射；以及输出调整单元，其配置于该激光束振荡器与该聚光透镜之间，调整从该激光束振荡器振荡出的激光束的输出，上述输出调整单元包括：1/2波长板，其使从该激光束振荡器振荡出的线偏振的激光束的偏振面旋转45度；棱镜，其使偏振面通过该1/2波长板旋转了45度的激光束入射，并具有分别反射S偏振成分并使P偏振成分透过的第一偏振分束膜和第二偏振分束膜；光路长度调整单元，其具有第一反射镜和压电致动器，该第一反射镜与该第一偏振分束膜相对配置并具有对透过了该第一偏振分束膜的激光束的P偏振成分进行反射的镜面，该压电致动器安装于该第一反射镜并与所施加的电压对应地调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，该光路长度调整单元在被该第一偏振分束膜反射的激光束的S偏振成分与被该第一反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第一相位差(α)；偏振成分合成单元，其具有第二反射镜，该第二反射镜与该第二偏振分束膜相对并隔开预定间隔配置，并具有对被该第一反射镜的该镜面反射并透过了该第二偏振分束膜的P偏振成分进行反射的镜面，该偏振成分合成单元在被该第一偏振分束膜反射并被该第二偏振分束膜反射的S偏振成分与透过该第二偏振分束膜并被该第二反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第二相位差(β)；光束分割单元，其具有第三偏振分束膜，通过该第三偏振分束膜将由该偏振成分合成单元合成的激光束分割为朝向该聚光透镜的光路和朝向光束截止器的光路；以及控制单元，其对施加给该光路长度调整单元的该压电致动器的电压进行控制，调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，由此在0度至180度之间对由该偏振成分合成单元合成的激光束的S偏振成分与P偏振成分之间的第三相位差(α+β)进行控制。
本发明的激光光线照射机构构成为上述结构，对施加给构成输出调整单元的光路长度调整单元的压电致动器的电压值进行控制，调整第一反射镜的镜面与第一偏振分束膜之间的间隔，由此在0度至180度之间对由偏振成分合成单元合成的激光光线的S偏振成分与P偏振成分之间的第三相位差(α+β)进行控制，因此能够调整从聚光透镜照射的激光光线的输出。而且，使调整第一反射镜的镜面与第一偏振分束膜之间的间隔的压电致动器与施加的电压值对应地伸展，能够进行几um的移位，因此能够进行高速控制。因此在激光加工装置中，能够追随加工进给被加工物的加工进给速度来调整从聚光透镜照射被加工物的激光光线的输出。
附图说明
图1是表示按照本发明构成的激光加工装置的立体图。
图2是表示图1所示的激光加工装置所装备的按照本发明构成的激光光线照射机构的第一实施方式的构成框图。
图3是表示按照本发明构成的激光光线照射机构的第二实施方式的构成框图。
图4是图1所示的激光加工装置所装备的控制单元的结构框图。
图5是作为被加工物的半导体晶片的立体图。
图6是图5所示的半导体晶片的截面放大图。
图7是通过图1所示的激光加工装置对图5和图6所示的半导体晶片实施的激光光线照射步骤的说明图。
符号说明
3：卡盘工作台机构
36：卡盘工作台
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
43：第二分度进给单元
5：激光光线照射单元
53：聚光点位置调整单元
6：激光光线照射机构
61：脉冲激光光线振荡单元
611：脉冲激光光线振荡器
62：聚光器
622：聚光透镜
63：输出调整单元
631：1/2波长板
632：棱镜
633：光路长度调整单元
634：第一反射镜
635：压电致动器
636：偏振成分合成单元
637：第二反射镜
639：光束分割单元
64：光束截止器
7：摄像单元
8：控制单元
10：半导体晶片
具体实施方式
下面，参照附图对按照本发明构成的激光光线照射机构和激光加工装置的优选实施方式进行详细说明。
图1表示配备了按照本发明构成的激光光线照射机构的激光加工装置的立体图。图1所示的激光加工装置1具备：静止底座2；卡盘工作台机构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，其以能够在与所述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。
所述卡盘工作台机构3具备：一对导轨31、31，其沿着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Y轴方向上移动的方式配置在该第1滑动块32上；支承台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卡盘工作台36。该卡盘工作台36具备由多孔性材料形成的吸附盘361，在吸附盘361的作为上表面的保持面上，通过未图示的吸引单元保持作为被加工物的例如圆形的半导体晶片。这样构成的卡盘工作台36通过配置于圆筒部件34内的未图示的脉冲电机而进行旋转。另外，在卡盘工作台36上配置有用于固定环状的框架的夹具362，该框架经由保护带支承半导体晶片等被加工物。
上述第1滑动块32在其下面设有与所述一对导轨31、31嵌合的一对被导槽321、321，并且在其上面设有沿着X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卡盘工作台机构3具备加工进给单元37，该加工进给单元37用于使第1滑动块32沿着一对导轨31、31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的脉冲电机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电机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，通过脉冲电机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。
激光加工装置1具有用于检测上述卡盘工作台36的加工进给量的加工进给量检测单元374。加工进给量检测单元374由如下部分构成：沿导轨31配置的线性刻度尺374a、和读取头374b，其配置于第一滑动块32，与第一滑动块32一起沿线性刻度尺374a移动。该加工进给量检测单元374的读取头374b在图示的实施方式中，每1um将1个脉冲的脉冲信号发送给后述的控制单元。而且，后述的控制单元通过计数被输入的脉冲信号，来检测卡盘工作台36的加工进给量。
上述第2滑动块33在其下面设有与设置于所述第1滑动块32上面的一对导轨322、322嵌合的一对被导槽331、331，通过将该被导槽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卡盘工作台机构3具备第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的脉冲电机382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电机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33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，通过脉冲电机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。
激光加工装置1具有用于检测上述第二滑动块33的分度加工进给量的分度进给量检测单元384。分度进给量检测单元384由如下部分构成：沿导轨322配置的线性刻度尺384a、和读取头384b，其配置于第二滑动块33，与第二滑动块33一起沿线性刻度尺384a移动。该分度进给量检测单元384的读取头384b在图示的实施方式中，每1um将1个脉冲的脉冲信号发送给后述的控制单元。而且，后述的控制单元通过计数被输入的脉冲信号，来检测卡盘工作台36的分度进给量。
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Y轴方向平行地配置在静止底座2上；和可动支承底座42，其以能够在箭头Y所示的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用于使可动支承底座42沿着一对导轨41、41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的脉冲电机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电机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，通过脉冲电机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。
基于图1继续进行说明，激光加工装置1具有聚光点位置调整单元53，该聚光点位置调整单元53使激光光线照射单元5的单元保持架51沿设于可动支承底座42的安装部422的一对导轨423、423在箭头Z所示的聚光点位置调整方向(Z轴方向)即与卡盘工作台36的保持面垂直的方向上移动。聚光点位置调整单元53包括配置在一对导轨423、423之间的凸螺杆(未图示)和用于旋转驱动该凸螺杆的脉冲电机532等驱动源，通过脉冲电机532来正转及逆转驱动未图示的凸螺杆，由此使上述激光光线照射单元5沿导轨423、423在Z轴方向上移动。而且，在图示的实施方式中，通过将脉冲电机532正转驱动而使激光光线照射单元5向上方移动，通过将脉冲电机532逆转驱动而使激光光线照射单元5向下方移动。
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的圆筒状单元外壳52，单元保持架51沿一对导轨423、423可移动地配置于上述可动支承底座42的安装部422。在安装于单元保持架51的单元外壳52上配置有激光光线照射机构，该激光光线照射机构对上述卡盘工作台36所保持的被加工物照射激光光线。参照图2说明该激光光线照射机构的第一实施方式。
图2所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61，其振荡出脉冲激光光线；聚光器62，其对从该脉冲激光光线振荡单元61振荡出的激光光线进行会聚并照射到上述卡盘工作台36所保持的被加工物；和输出调整单元63，其配置在脉冲激光光线振荡单元61和聚光器62之间，调整从脉冲激光光线振荡单元61振荡出的脉冲激光光线的输出。脉冲激光光线振荡单元61由脉冲激光光线振荡器611和附设于该脉冲激光光线振荡器611的重复频率设定单元612构成，振荡出例如波长为355nm的脉冲激光光线，该脉冲激光光线振荡器611由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成。上述聚光器62具备：换向镜621，其将从脉冲激光光线振荡单元61振荡出并通过输出调整单元63调整输出的脉冲激光光线在图2中朝向下方进行换向；和聚光透镜622，其对通过该换向镜621换向的脉冲激光光线进行会聚，通过该聚光透镜622会聚的脉冲激光光线照射到卡盘工作台36的保持面所保持的被加工物。这样构成的聚光器62配置在单元外壳52的前端。
对从上述脉冲激光光线振荡单元61振荡出的脉冲激光光线的输出进行调整的输出调整单元63具备：1/2波长板631，其使从脉冲激光光线振荡单元61振荡出的线偏振的脉冲激光光线的偏振面旋转45度；棱镜632，其入射偏振面通过该1/2波长板631旋转了45度的线偏振的激光光线，并具有分别反射S偏振成分并使P偏振成分透过的第一偏振分束膜632a和第二偏振分束膜632b；光路长度调整单元633，其与该棱镜632的第一偏振分束膜632a相对配置；和偏振成分合成单元636，其与棱镜632的第二偏振分束膜632b相对配置。
上述1/2波长板631进行调整，使得从脉冲激光光线振荡单元61振荡出的线偏振的脉冲激光光线的偏振面相对于第一偏振分束膜632a旋转45度，P偏振成分和S偏振成分以均匀的强度分布。棱镜632的第一偏振分束膜632a和第二偏振分束膜632b反射偏振面通过1/2波长板631旋转了45度的线偏振的激光光线的S偏振成分，使P偏振成分透过。光路长度调整单元633具有：第一反射镜634，其具有与第一偏振分束膜632a相对的镜面634a；和压电致动器635，其安装于该第一反射镜634的背面。该第一反射镜634对透过棱镜632的第一偏振分束膜632a的P偏振成分进行反射。压电致动器635由与施加的电压值对应地伸展的压电元件构成，通过后述的控制单元控制。这样构成的光路长度调整单元633与施加于压电致动器635的电压值对应地调整第一反射镜634的镜面634a和第一偏振分束膜632a之间的间隔(d0)，由此在被第一偏振分束膜632a反射的线偏振的激光光线的S偏振成分与被第一反射镜634的镜面634a反射的P偏振成分之间生成相位差(α)。上述偏振成分合成单元636由具有镜面637a的第二反射镜637构成，该镜面637a以预定间隔(d1)与棱镜632的第二偏振分束膜632b相对。由该第二反射镜637构成的偏振成分合成单元636，在被上述第一偏振分束膜632a反射并被第二偏振分束膜632b反射的S偏振成分与透过第二偏振分束膜632b并被第二反射镜637的镜面637a反射的P偏振成分之间生成相位差(β)并合成两偏振成分。
参照图2继续说明，输出调整单元63具有：换向镜638，其改变下述激光光线的方向，该激光光线是合成被上述第二偏振分束膜632b反射的S偏振成分和透过第二偏振分束膜632b并被第二反射镜637的镜面637a反射的P偏振成分而从棱镜632输出的激光光线；和光束分割单元639，其分割通过该换向镜638换向的激光光线。光束分割单元639由1/2波长板639a和具有偏振分束膜的偏振分束器639b构成。1/2波长板639a使从棱镜632输出的激光光线的偏振面旋转45度而返回原始状态。具有偏振分束膜的偏振分束器639b，反射偏振面通过1/2波长板639a旋转了45度的激光光线的S偏振成分并导入光束截止器64，使P偏振成分透过并导入上述聚光器62。而且，图2所示的光束分割单元639示出了由1/2波长板639a和具有偏振分束膜的偏振分束器639b构成的例子，但也可以是不采用1/2波长板639a而使偏振分束器639b的偏振分束膜旋转45的结构。
激光光线照射机构6的输出调整单元63形成为上述结构，下面对输出调整的原理进行说明。
在被棱镜632的第一偏振分束膜632a和第二偏振分束膜632b反射的激光光线的S偏振成分与透过第一偏振分束膜632a并被构成光路长度调整单元633的第一反射镜634的镜面634a反射并被第二反射镜637的镜面637a反射的P偏振成分之间生成相位差(α+β)。这样生成了相位差(α+β)的S偏振成分和P偏振成分向光束分割单元639输出。激光光线的S偏振成分和相对于S偏振成分加上相位差(α+β)的P偏振成分被合成时，根据相位差(α+β)的值使激光光线的偏振特性不同。即，相位差(α+β)为0度时，偏振相对于偏振分束器639b的偏振分束膜仅为P偏振成分，激光光线全部透过偏振分束器639b而被导入上述聚光器62。另一方面，相位差(α+β)为180度时，偏振相对于偏振分束器639b的偏振分束膜仅为S偏振成分，激光光线全部被偏振分束器639b的偏振分束膜反射并被导入光束截止器64。随着相位差(α+β)从0度到180度的变化，激光光线的P偏振成分渐渐变少。因此，通过在0度到180度之间对相位差(α+β)进行控制，由此能够调整激光光线的P偏振成分、即能够调整经由聚光器62照射被加工物的激光光线的输出。相位差(α+β)的调整能够通过如下方式达成：对施加于构成光路长度调整单元633的压电致动器635的电压值进行控制，调整第一反射镜634的镜面634a和第一偏振分束膜632a之间的间隔(d0)。构成光路长度调整单元633的压电致动器635如上所述由与施加的电压值对应地伸展的压电元件构成，可以进行几um的移位，还可以共振频率超过300kHz，响应性优秀，可高速控制。
下面，参照图3对输出调整单元63的第二实施方式进行说明。
而且，图3所示的输出调整单元63与上述图2所示的输出调整单元63相比，除了棱镜632形状不同之外实质上是相同结构，因此对同一部件标注同一符号，省略其说明。图3所示的输出调整单元63的棱镜632除了第一偏振分束膜632a和第二偏振分束膜632b之外还具有三个反射面632c、632d、632e。这样构成的棱镜632将从脉冲激光光线振荡单元61振荡且偏振面通过1/2波长板631旋转了45度的线偏振的激光光线按下述方式反射并输出。即，从脉冲激光光线振荡单元61振荡且偏振面通过1/2波长板631旋转了45度的线偏振的激光光线的S偏振成分，通过第一偏振分束膜632a反射，进而经由反射面632c及632d到达第二偏振分束膜632b。另一方面，从脉冲激光光线振荡单元61振荡且偏振面通过1/2波长板637a旋转了45度的线偏振的激光光线的P偏振成分，透过第一偏振分束膜632a并被构成光路长度调整单元633的第一反射镜634的镜面634a反射，进而经由反射面632c及632d到达第二偏振分束膜632b。到达第二偏振分束膜632b的S偏振成分由第二偏振分束膜632b向反射面632e反射。另一方面，到达第二偏振分束膜632b的P偏振成分透过第二偏振分束膜632b并被第二反射镜637的镜面637a反射，与S偏振成分合成并达到反射面632e。这样合成了S偏振成分和P偏振成分的激光光线被反射面632e反射并向光束分割单元639输出。如上所述，在棱镜632内多次反射并输出的激光光线也与上述图2所示的实施方式同样被第一偏振分束膜632a、反射面632c及632d、第二偏振分束膜632b反射的激光光线的S偏振成分、与透过第一偏振分束膜632a并透过构成光路长度调整单元633的第一反射镜634的镜面634a、反射面632c及632d、透过第二偏振分束膜632b且被第二反射镜637的镜面637a反射的P偏振成分之间，生成相位差(α+β)。
返回图1继续说明，在构成激光光线照射单元5的单元外壳52的前端部配置有摄像单元7。该摄像单元7具有：照明单元，其照亮被加工物；光学系统，其捕捉通过该照明单元照亮的区域；和摄像元件(CCD)等，其拍摄通过该光学系统捕捉到的像，将拍摄到的图像信号发送给未图示的控制单元。
激光加工装置1具有图4所示的控制单元8。控制单元8由微计算机构成并具有：中央处理装置(CPU)81，其根据控制程序进行运算处理；只读存储器(ROM)82，其保存控制程序等；可读写的随机存取存储器(RAM)83，其保存运算结果等；和输入接口84和输出接口85。在这样构成的控制单元8的输入接口84输入有来自加工进给量检测单元374、分度进给量检测单元384、摄像单元7等的检测信号，并且从输入单元9输入被加工物的信息等。此外，从输出接口85向如下设备输出控制信号：上述加工进给单元37的脉冲电机372、第一分度进给单元38的脉冲电机382、第二分度进给单元43的脉冲电机432、聚光点位置调整单元53的脉冲电机532、激光光线照射机构6的脉冲激光光线振荡单元61、构成输出调整单元63的光路长度调整单元633的压电致动器635等。
激光加工装置1构成为上述结构，下面对其作用进行说明。
图5表示通过激光加工装置1加工处理的半导体晶片10的立体图，图6表示图5所示的半导体晶片10的切割道111的截面放大图。图5和图6所示的半导体晶片10在由硅晶片构成的半导体衬底11的表面11a通过以格子状排列的多个切割道(分割预定线)111划分了多个区域，并在该被划分出的区域形成IC、LSI等器件112。而且，该半导体晶片10是在半导体衬底11的表面11a层叠低介电常数绝缘体被膜113而成的，在切割道111上局部地配置有多个用于测试器件112功能的叫做测试元件群(TEG)的测试用金属图案114。这样构成的半导体晶片10的各切割道111和各金属图案114的设计上的坐标值通过输入单元9输入控制单元8。然后，控制单元8将输入的各切割道111和各金属图案114的设计上的坐标值保存在随机存取存储器(RAM)83。
下面，说明沿切割道111对上述半导体晶片10照射激光光线、除去低介电常数绝缘体被膜113和金属图案114的方法。上述的半导体晶片10以表面为上侧在构成图1所示的激光加工装置1的卡盘工作台机构3的卡盘工作台36的吸附盘361上搬运，并被该吸附盘361吸引保持。这样在卡盘工作台36上吸引保持了半导体晶片10时，控制单元8使加工进给单元37动作，使吸引保持半导体晶片10的卡盘工作台36位于摄像单元7的正下方。
当使卡盘工作台36位于摄像单元7的正下方时，控制单元8使摄像单元7动作，依次执行检测半导体晶片10的激光加工的应加工区域的对准作业。即，摄像单元7和控制单元8执行图案匹配等的图像处理并实施激光光线照射位置的对准，该图像处理用于使在半导体晶片10的第一方向上形成的切割道111与沿切割道111照射激光光线的激光光线照射机构6的聚光器62对齐。此外，摄像单元7和控制单元8对于在形成于半导体晶片10的与上述第一方向正交的第二方向上形成的切割道111也同样实施激光光线照射位置的对准。
当检测在如上面那样保持于卡盘工作台36上的半导体晶片10形成的切割道111、执行了激光光线照射位置的对准时，控制单元8使加工进给单元37动作来移动卡盘工作台36，如图7的(a)图所示，使在第一方向伸长的切割道111的一端(图中左端)位于激光光线照射机构6的聚光器62的正下方。而且，控制单元8向激光光线振荡单元61输出控制信号，从聚光器62对低介电常数绝缘体被膜113和金属图案114照射具有吸收性的波长的脉冲激光光线(波长：355nm、重复频率：30kHz)的同时使卡盘工作台36在箭头X1所示的方向上以预定的加工进给速度(例如200mm/秒)移动(激光光线照射步骤)。在该激光光线照射步骤中，控制单元8从加工进给量检测单元374输入检测信号，每当保存在随机存取存储器(RAM)83的金属图案114的坐标值达到聚光器62的正下方时，如后所述控制从聚光器62照射的激光光线的输出。而且，通过聚光器62会聚的脉冲激光光线的聚光点直径在图示实施方式中设定为Φ9.2um。
在上述激光光线照射步骤中，对不存在金属图案114的区域照射能够除去低介电常数绝缘体被膜113的输出的脉冲激光光线，对存在金属图案114的区域照射能够除去金属图案114和低介电常数绝缘体被膜113的输出的脉冲激光光线。例如，在加工金属图案114所存在的区域时，控制单元8控制对构成激光光线照射机构6中的输出调整单元63的光路长度调整单元633的压电致动器635施加的电压，使通过上述棱镜632输出的激光光线的S偏振成分和P偏振成分的相位差(α+β)为0度。其结果是，从棱镜632输出的脉冲激光光线的偏振相对于具有偏振分束膜的偏振分束器639b仅为P偏振成分，激光光线全部透过偏振分束器639b并导入上述聚光器62。这样使导入聚光器62的激光光线的输出在图示的实施方式中设定为例如3W。
另一方面，在不存在加工金属图案114的区域时，照射仅能除去低介电常数绝缘体被膜113的输出(例如1W)的脉冲激光光线。即，控制单元8控制对构成激光光线照射机构6中的输出调整单元63的光路长度调整单元633的压电致动器635施加的电压，调整使得通过上述棱镜632输出的激光光线的S偏振成分和P偏振成分的相位差(α+β)例如为120度，控制为P偏振成分相对于偏振分束器637b的偏振分束膜的比例例如为1W(图示实施方式中为全部输出的1/3)。因此，从棱镜632输出的脉冲激光光线的偏振成分为：相对于偏振分束器637b的偏振分束膜，S偏振成分为2/3，P偏振成分为1/3。其结果是，从棱镜632输出的脉冲激光光线的全部输出的2/3的S偏振成分被导入光束截止器64，1/3的偏振成分透过偏振分束器639b而导入上述聚光器62，在图示的实施方式中，输出为1W的脉冲激光光线照射作为被加工物的半导体晶片10。
实施上述的激光光线照射步骤，如图7的(b)图所示，聚光器62的照射位置到达切割道111的另一端(图7的(b)图右端)之后，停止照射脉冲激光光线。其结果是，如图7的(b)所示，沿半导体晶片10的预定切割道111除去了金属图案114和低介电常数绝缘体被膜113。在该激光光线照射步骤中，对作为被加工物的半导体晶片10照射的激光光线的输出如上所述，在加工金属图案114存在的区域时设定为例如3W，在加工金属图案114不存在的区域时设定为例如1W，因此在存在金属图案114的区域能够确实地除去金属图案114和低介电常数绝缘体被膜113，此外，在不存在金属图案114的区域能够仅确实地除去低介电常数绝缘体被膜113。而且，对作为被加工物的半导体晶片10照射的激光光线的输出调整通过如下方式能够实现：如上所述控制对构成光路长度调整单元633的压电致动器635施加的电压值，调整第一反射镜634的镜面634a与第一偏振分束膜632a之间的间隔(d0)，因此能够实现高速控制，能够追随加工进给速度进行调整。
如上所述，沿第一方向的切割道111执行激光光线照射步骤之后，控制单元8使第一分度进给单元38动作，使卡盘工作台36、该卡盘工作台36所保持的半导体晶片10在箭头Y所示的分度进给方向分度进给切割道111的间隔(分度步骤)，执行上述激光光线照射步骤。这样，对沿第一方向延伸的所有切割道111执行完激光光线照射步骤后，使卡盘工作台36转动90度，沿与上述第一方向正交的第二方向延伸的切割道111执行上述的激光光线照射步骤，由此除去在半导体晶片10的所有切割道111形成的测试用金属图案114和低介电常数绝缘体被膜113。

Claims (2)

1.一种激光束照射机构，其是激光束的照射机构，
该激光束照射机构包括：
激光束振荡器，其振荡出激光束；
聚光透镜，其会聚从该激光束振荡器振荡出的激光束而进行照射；以及
输出调整单元，其配置于该激光束振荡器与该聚光透镜之间，调整从该激光束振荡器振荡出的激光束的输出，
上述输出调整单元包括：
1/2波长板，其使从该激光束振荡器振荡出的线偏振的激光束的偏振面旋转45度；
棱镜，其使偏振面通过该1/2波长板旋转了45度的激光束入射，并具有分别反射S偏振成分而使P偏振成分透过的第一偏振分束膜和第二偏振分束膜；
光路长度调整单元，其具有第一反射镜和压电致动器，该第一反射镜与该第一偏振分束膜相对配置并具有对透过了该第一偏振分束膜的激光束的P偏振成分进行反射的镜面，该压电致动器安装于该第一反射镜并与所施加的电压对应地调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，该光路长度调整单元在被该第一偏振分束膜反射的激光束的S偏振成分和被该第一反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第一相位差(α)；
偏振成分合成单元，其具有第二反射镜，该第二反射镜与该第二偏振分束膜相对而隔开预定间隔配置，并具有反射被该第一反射镜的该镜面反射并透过了该第二偏振分束膜的P偏振成分的镜面，该偏振成分合成单元在被该第一偏振分束膜反射并被该第二偏振分束膜反射的S偏振成分与透过了该第二偏振分束膜并被该第二反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第二相位差(β)；
光束分割单元，其具有第三偏振分束膜，通过该第三偏振分束膜将由该偏振成分合成单元合成的激光束分割为朝向该聚光透镜的光路和朝向光束截止器的光路；以及
控制单元，其对施加给该光路长度调整单元的该压电致动器的电压进行控制，调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，由此在0度至180度之间对由该偏振成分合成单元合成的激光束的S偏振成分与P偏振成分之间的第三相位差(α+β)进行控制。
2.一种激光加工装置，其包括：
卡盘工作台，其具有保持被加工物的保持面；
激光束照射机构，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射激光束；
加工进给单元，其在加工进给方向上对该卡盘工作台和该激光束照射机构进行相对的加工进给；以及
分度进给单元，其在与加工进给方向正交的分度进给方向上对该卡盘工作台和该激光束照射机构进行相对的分度进给，
该激光束照射机构包括：
激光束振荡器，其振荡出激光束；
聚光透镜，其会聚从该激光束振荡器振荡出的激光束而进行照射；以及
输出调整单元，其配置于该激光束振荡器与该聚光透镜之间，调整从该激光束振荡器振荡出的激光束的输出，
上述输出调整单元包括：
1/2波长板，其使从该激光束振荡器振荡出的线偏振的激光束的偏振面旋转45度；
棱镜，其使偏振面通过该1/2波长板旋转了45度的激光束入射，并具有分别反射S偏振成分而使P偏振成分透过的第一偏振分束膜和第二偏振分束膜；
光路长度调整单元，其具有第一反射镜和压电致动器，该第一反射镜与该第一偏振分束膜相对配置并具有对透过了该第一偏振分束膜的激光束的P偏振成分进行反射的镜面，该压电致动器安装于该第一反射镜并与所施加的电压对应地调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，该光路长度调整单元在被该第一偏振分束膜反射的激光束的S偏振成分与被该第一反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第一相位差(α)；
偏振成分合成单元，其具有第二反射镜，该第二反射镜与该第二偏振分束膜相对而隔开预定间隔配置，并具有对被该第一反射镜的该镜面反射并透过了该第二偏振分束膜的P偏振成分进行反射的镜面，该偏振成分合成单元在被该第一偏振分束膜反射并被该第二偏振分束膜反射的S偏振成分与透过该第二偏振分束膜并被该第二反射镜的该镜面反射的P偏振成分之间生成第二相位差(β)；
光束分割单元，其具有第三偏振分束膜，通过该第三偏振分束膜将由该偏振成分合成单元合成的激光束分割为朝向该聚光透镜的光路和朝向光束截止器的光路；以及
控制单元，其对施加给该光路长度调整单元的该压电致动器的电压进行控制，调整该第一反射镜的该镜面与该第一偏振分束膜之间的间隔，由此在0度至180度之间对由该偏振成分合成单元合成的激光束的S偏振成分与P偏振成分之间的第三相位差(α+β)进行控制。
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