CN103302402A - 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，其能够抑制光学系统的损伤。该激光加工装置具有：被加工物保持构件，其用于对被加工物进行保持；以及激光光线照射构件，其用于对保持于该被加工物保持构件的被加工物照射激光光线，激光光线照射构件包括：激光光线振荡构件，其用于振荡出激光光线；聚光器，其用于对该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线进行聚光并照射向保持于所述被加工物保持构件的被加工物；以及光学系统，其配设于激光光线振荡构件与聚光器之间，用于传送激光光线振荡构件所振荡出的激光光线，在光学系统与聚光器之间配设有波长转换机构，该波长转换机构将激光光线振荡构件所振荡出的激光光线的波长转换为短波长。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及用于对半导体晶片（wafer）等被加工物实施激光加工的激光加工装置。
背景技术
在半导体器件制造工序中，通过排列为格子状的称为间隔道（street）的分割预定线而在为大致圆板形状的半导体晶片的表面划分出多个区域，在该划分出的区域中形成有IC（Integrated circuit，集成电路）、LSI（Large Scale Integrated circuit，大规模集成电路）等器件。并且，通过沿着间隔道对半导体晶片进行切断而对形成有器件的区域进行分割，从而制造出一个个半导体芯片。另外，对于在蓝宝石基板的表面层叠有光电二极管等受光元件或激光二极管等发光元件等的光器件晶片，也通过沿着间隔道进行切断，而分割为一个个的光电二极管、激光二极管等光器件，并广泛利用于电气设备。
作为沿着间隔道对上述的半导体晶片或光器件晶片等晶片进行分割的方法，提出了以下方法：沿着形成于晶片的间隔道针对晶片照射相对于晶片具有吸收性的波长的脉冲激光光线来进行烧蚀加工，从而形成激光加工槽，并沿着间隔道对晶片进行分割。
另外，作为沿着间隔道对上述的半导体晶片或光器件晶片等晶片进行分割的其他方法，还公知了以下方法：通过使用相对于晶片具有透射性的波长的脉冲激光光线，将聚光点对准应该分割的区域内部地照射脉冲激光光线，在晶片内部沿着间隔道连续地形成改质层，沿着由于形成了该改质层而强度有所降低的间隔道施加外力，来分割晶片。
对被加工物实施激光加工的激光加工装置具有：用于对被加工物进行保持的被加工物保持构件；和向保持于该被加工物保持构件的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件。激光光线照射构件构成为包括：激光光线振荡构件，其用于振荡出激光光线；聚光器，其用于对该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线进行聚光，并向保持于被加工物保持构件的被加工物进行照射；以及配设于激光光线振荡构件与聚光器之间并对激光光线的输出进行调整的输出调整构件、和对光束直径进行调整的光束扩展器等光学系统（例如，参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2006-108478号公报
发明内容
然而，在激光光线振荡构件振荡出的激光光线的波长如355nm和266nm那样为达到紫外线区域的短波长的情况下，会使光学系统在比较短的时间内损伤。因此，在激光光线振荡构件振荡出的激光光线的波长为短波长的情况下，存在不得不高频度地更换光学系统、因而不经济的问题。
本发明为鉴于上述事实而做出的发明，其主要的技术课题为提供一种能够抑制光学系统损伤的激光加工装置。
根据本发明，提供一种激光加工装置，其具有：
被加工物保持构件，其用于对被加工物进行保持；激光光线照射构件，其用于对保持于该被加工物保持构件的被加工物照射激光光线；该激光光线照射构件包括：激光光线振荡构件，其用于振荡出激光光线；聚光器，其用于对该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线进行聚光并向保持于上述被加工物保持构件的被加工物照射；以及光学系统，其配设于该激光光线振荡构件与该聚光器之间，用于传送该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线；以及波长转换机构，其配设于该光学系统与该聚光器之间，用于将该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线的波长转换为短波长。
优选的是，上述波长转换机构由以下部分构成：具有波长转换晶体的波长转换构件；以及佩林布洛卡棱镜，其对通过该波长转换构件并进行了波长转换的激光光线和未进行波长转换的激光光线进行分割，将通过上述佩林布洛卡棱镜分割出来的进行了波长转换的激光光线引导至上述聚光器。
优选的是，上述波长转换机构还具有光束阻尼器，该光束阻尼器用于吸收通过上述佩林布洛卡棱镜分割出的激光光线中的未进行波长转换的激光光线。优选的是，上述波长转换构件构成为包括多个上述波长转换晶体，能够选择或者组合多个上述波长转换晶体。
在本发明中，由于在光学系统与聚光器之间配设有将激光光线振荡构件所振荡出的激光光线的波长转换为短波长的波长转换机构，所以能够抑制因为通过光学系统的脉冲激光光线的波长较长而损伤光学系统。
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是装备于图1所示的激光加工装置的激光光线照射构件的方框结构图。
图3是构成图2所示的激光光线照射构件的波长转换机构的方框结构图。
图4是构成图3所示的波长转换机构的波长转换构件的立体图。
标号说明
3：卡盘工作台机构
36：卡盘工作台
37：加工进给构件
38：第1分度进给构件
4：激光光线照射单元支撑机构
43：第2分度进给构件
5：激光光线照射单元
53：聚光点位置调整构件
6：激光光线照射构件
62：脉冲激光光线振荡构件
63：光学系统
64：聚光器
65：波长转换机构
66：波长转换构件
67：第1波长转换构件
671：旋转圆盘
672a、672b、672c：由LBO晶体构成的波长转换晶体
68：第2波长转换构件
681：旋转圆盘
682a、682b、682c：由CLBO晶体构成的波长转换晶体
69：佩林布洛卡棱镜
70：光束阻尼器（beam damper）
具体实施方式
以下，参照附图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详细说明。
图1表示了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：静止基台2；卡盘工作台机构3，其能够在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）移动地配设于该静止基台2，用于保持被加工物；激光光线照射单元支撑机构4，其能够在与上述X轴方向正交的箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动地配设于静止基台2；激光光线照射单元5，其能够在箭头Z所示的聚光点位置调整方向（Z轴方向）移动地配设于该激光光线照射单元支撑机构4。
上述卡盘工作台机构3具有：一对导轨31、31，其沿着X轴方向平行地配设于静止基台2上；第1滑动块32，其能够在X轴方向移动地配设于该导轨31、31上；第2滑动块33，其能够在箭头Y所示的分度进给方向移动地配设于该第1滑动块32上；罩盖工作台35，其被圆筒部件34支撑于所述第2滑动块33上；以及卡盘工作台36，其作为被加工物保持构件。该卡盘工作台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘（chuck）361，并且通过未图示的吸引构件来将被加工物例如圆盘状的半导体晶片保持在吸附卡盘361的上表面（保持面）。像这样构成的卡盘工作台36通过配设于圆筒部件34内的未图示的脉冲马达而旋转。另外，在卡盘工作台36配设有用于固定后述环状框架的夹紧器362。
上述第1滑动块32在其下表面设置有与上述一对导轨31、31配合的一对被引导槽321、321，并且在上述第1滑动块32的上表面设置有沿着Y轴方向平行地形成的一对导轨322、322。如这样构成的第1滑动块32构成为，通过使被引导槽321、321与一对导轨31、31配合，而能够沿着一对导轨31、31在X轴方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有用于使第1滑动块32沿着一对导轨31、31在X轴方向移动的加工进给构件37。加工进给构件37包括：与一对导轨31、31平行地配设于上述一对导轨31与31之间的外螺纹杆371；以及用于对该外螺纹杆371进行旋转驱动的脉冲马达372等驱动源。外螺纹杆371的一端能够自由旋转地支撑在轴承块373，该轴承块373固定于上述静止基台2，外螺纹杆371的另一端传动连接于上述脉冲马达372的输出轴。另外，外螺纹杆371与形成于未图示的内螺纹块的贯通内螺纹孔螺合，该未图示的内螺纹块突出地设置于第1滑动块32的中央部下表面。因此，通过由脉冲马达372来对外螺纹杆371进行正转以及反转驱动，可使第1滑动块32沿着导轨31、31在X轴方向移动。
上述第2滑动块33在其下表面设置有与设置于上述第1滑动块32的上表面的一对导轨322、322配合的一对被引导槽331、331，并且上述第2滑动块22构成为，通过使该被引导槽331、331与一对导轨322、322配合，而能够在箭头Y所示的分度进给方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有：用于使第2滑动块33沿着设置于第1滑动块32的一对导轨322、322在Y轴方向移动的第1分度进给构件38。第1分度进给构件38具有：与一对导轨322、322平行地配设于上述一对导轨322与322之间的外螺纹杆381；以及用于对该外螺纹杆381进行旋转驱动的脉冲马达382等驱动源。外螺纹杆381的一端能够自由旋转地支撑在轴承块383，该轴承块383固定于上述第1滑动块32的上表面，外螺纹杆381的另一端传动连接于上述脉冲马达382的输出轴。另外，外螺纹杆381与形成于未图示的内螺纹块的贯通内螺纹孔螺合，该未图示的内螺纹块突出地设置于第2滑动块33的中央部下表面。因此，通过由脉冲马达382来对外螺纹杆381进行正转以及反转驱动，使第2滑动块33沿着导轨322、322在Y轴方向移动。
上述激光光线照射单元支撑机构4具有：一对导轨41、41，其沿着箭头Y所示的分度进给方向平行地配设于静止基台2上；以及可动支撑基台42，其能够在Y轴方向移动地配设于该导轨41、41上。该可动支撑基台42由能够移动地配设于导轨41、41的移动支撑部421、与安装于该移动支撑部421的装配部422构成。在装配部422的一侧面平行地设置有在Z轴方向延伸的一对导轨423、423。激光光线照射单元支撑机构4具有：用于使可动支撑基台42沿着一对导轨41、41在Y轴方向移动的第2分度进给构件43。第2分度进给构件43包括：与一对导轨41、41平行地配设于上述一对导轨41、41之间的外螺纹杆431；以及用于对该外螺纹杆431进行旋转驱动的脉冲马达432等驱动源。外螺纹杆431的一端能够自由旋转地支撑在未图示的轴承块，该未图示的轴承块固定于上述静止基台2，外螺纹杆431的另一端传动连接于上述脉冲马达432的输出轴。另外，外螺纹杆431与形成在未图示的内螺纹块的内螺纹孔螺合，该未图示的内螺纹块突出地设置于构成可动支撑基台42的移动支撑部421的中央部下表面。因此，通过由脉冲马达432来对外螺纹杆431进行正转以及反转驱动，使可动支撑基台42沿着导轨41、41在Y轴方向移动。
激光光线照射单元5具有单元支架51以及安装于该单元支架51的激光光线照射构件6。单元支架51设置有一对被引导槽511、511，该一对被引导槽511、511与设置于上述装配部422的一对导轨423、423能够滑动地配合，通过使该被引导槽511、511与上述导轨423、423配合，单元支架51被支撑为能够在Z轴方向移动。
激光光线照射单元5具有：用于使单元支架51沿着一对导轨423、423在Z轴方向移动的聚光点位置调整构件53。聚光点位置调整构件53包括：配设于一对导轨423、423之间的外螺纹杆（未图示）；与用于对该外螺纹杆进行旋转驱动的脉冲马达532等驱动源，通过利用脉冲马达532来对未图示的外螺纹杆进行正转以及反转驱动，使单元支架51以及激光光线照射构件6沿着导轨423、423在Z轴方向移动。另外，本实施方式构成为，通过对脉冲马达532进行正转驱动，来使激光光线照射构件6向上方移动，通过对脉冲马达532进行反转驱动，来使激光光线照射构件6向下方移动。
激光光线照射构件6包括固定于上述单元支架51且实质上水平地延伸的圆筒形状的壳体61。参照图2对该激光光线照射构件6进行说明。激光光线照射构件6具有：脉冲激光光线振荡构件62，其配设于上述壳体61内；光学系统63，其用于对由该脉冲激光光线振荡构件62所振荡得到的脉冲激光光线进行传送；聚光器64，其用于对由该光学系统63所传送的脉冲激光光线进行聚光、并向保持于上述卡盘工作台36的保持面的被加工物W照射；以及波长转换机构65，其配设于上述光学系统63与聚光器64之间，用于将由脉冲激光光线振荡构件62所振荡得到的脉冲激光光线的波长转换为适合于被加工物加工的短波长。
上述脉冲激光光线振荡构件62由脉冲激光振荡器621、以及重复频率设定构件622构成，所述脉冲激光振荡器621用于振荡出例如波长为1064nm的脉冲激光光线，所述重复频率设定构件622用于对脉冲激光振荡器621振荡出的脉冲激光光线的重复频率进行设定。上述光学系统63由光束直径调整器631以及输出调整构件632构成，所述光束直径调整器631用于对从脉冲激光光线振荡构件62振荡出的脉冲激光光线的光束直径进行调整，所述输出调整构件632用于将从脉冲激光光线振荡构件62所振荡出的脉冲激光光线的输出调整为预定的输出。这些脉冲激光光线振荡构件62的脉冲激光振荡器621以及重复频率设定构件622、光学系统63的光束直径调整器631以及输出调整构件632由未图示的控制构件进行控制。
上述聚光器64具有：方向转换镜641，其用于对由脉冲激光光线振荡构件62所振荡出并由光学系统63进行传送、且通过后述的波长转换机构65进行了波长转换的脉冲激光光线朝向卡盘工作台36的保持面进行方向转换；以及聚光透镜642，其用于对由该方向转换镜641进行了方向转换的脉冲激光光线进行聚光、并向保持于卡盘工作台36的被加工物W照射。像这样构成的聚光器64如图1所示那样安装于壳体61的末端。
接着，参照图3对配设于上述光学系统63与聚光器64之间的波长转换机构65进行说明。波长转换机构65具有：波长转换构件66、佩林布洛卡棱镜69以及光束阻尼器70，该波长转换构件66具备由LBO（偏硼酸锂）晶体、CLBO（硼酸铯锂）晶体或BBO（偏硼酸钡）晶体构成的波长转换晶体。
波长转换构件66如图4所示由第1波长转换构件67与第2波长转换构件68构成。第1波长转换构件67具有旋转圆盘671。旋转圆盘671具有4个贯通孔671a、671b、671c、671d。在像这样形成的旋转圆盘671的贯通孔671a、671b、671c中，分别配设有由LBO晶体（LiB3O5晶体）构成的波长转换晶体672a、672b、672c，在贯通孔671d中没有配设波长转换晶体。第2波长转换构件68具有与第1波长转换构件67的旋转圆盘671相同的旋转圆盘681。旋转圆盘681具有4个贯通孔681a、681b、681c、681d。在像这样形成的旋转圆盘681的贯通孔681a、681b、681c中，分别配设有由CLBO晶体（CsLiB6O10晶体）构成的波长转换晶体682a、682b、682c，在贯通孔681d中没有配设波长转换晶体。像这样构成的第1波长转换构件67与第2波长转换构件68构成为在轴向相互对置地配设，并通过未图示的转动机构而分别以轴心为中心进行转动。另外，由上述LBO晶体构成的波长转换晶体672a、672b、672c以及由CLBO晶体构成的波长转换晶体682a、682b、682c分别具有将所输入的激光光线的波长转换为1/2的波长的功能。因此，由上述脉冲激光光线振荡构件62所振荡出的波长为1064nm的脉冲激光光线仅通过由LBO晶体构成的波长转换晶体672a、672b、672c或由CLBO晶体构成的波长转换晶体682a、682b和682c，就被转换成波长为532nm的脉冲激光光线。另外，由上述脉冲激光光线振荡构件62所振荡出的波长为1064nm的脉冲激光光线通过自由LBO晶体构成的波长转换晶体672a、672b、672c以及由CLBO晶体构成的波长转换晶体682a、682b、682c通过，而被转换为波长为266nm的脉冲激光光线。
如上所述，在波长转换构件66中，由于将通过了光学系统63的波长为1064nm的脉冲激光光线转换为波长为532nm以及266nm的脉冲激光光线，所以能够抑制因为通过光学系统63的脉冲激光光线波长较长而损伤光学系统63。另外，在波长转换构件66中，通过对配设于第1波长转换构件67的由LBO晶体构成的波长转换晶体672a、672b、672c，与配设于第2波长转换构件68的由CLBO晶体构成的波长转换晶体682a、682b、682c进行适当选择，并且进行组合，能够将激光光线的波长转换为适合于被加工物加工的波长，另外，由于即使波长转换晶体损伤也能够适当选择未使用的波长转换晶体来继续激光加工，所以提升了生产性。
回到图3继续说明，如上所述通过了具有波长转换晶体的波长转换构件66的脉冲激光光线到达佩林布洛卡棱镜69。佩林布洛卡棱镜69将通过上述波长转换构件66进行了波长转换的脉冲激光光线与未进行波长转换的脉冲激光光线进行分割。并且，佩林布洛卡棱镜69将通过波长转换构件66进行了波长转换的脉冲激光光线引导至上述聚光器64，将未进行波长转换的脉冲激光光线引导至光束阻尼器70。利用光束阻尼器70来吸收这样引导至光束阻尼器70的未进行波长转换的脉冲激光光线。
如上所述，通过波长转换构件66将由脉冲激光光线振荡构件62所振荡出的波长为1064nm的脉冲激光光线转换为波长为532nm以及266nm的脉冲激光光线，该脉冲激光光线通过聚光器64，并向保持于卡盘工作台36的被加工物W照射，由此能够实施以下等激光加工：沿着形成于晶片的间隔道而形成激光加工槽的烧蚀加工；形成从晶片的背面到达配设于表面的电极的激光加工孔的开孔加工；以及通过将激光光线从外延基板的背面侧照射到缓冲层来对外延基板进行剥离，并将光器件层移换到移设基板的剥离（lift off）加工。
以上，对具有用于将由上述脉冲激光光线振荡构件62所振荡出的波长为1064nm的脉冲激光光线转换为波长为532nm以及266nm的脉冲激光光线的第1波长转换构件67与第2波长转换构件68的波长转换构件66进行了说明，但是在使用振荡出波长为532nm的脉冲激光光线的脉冲激光光线振荡构件的情况下，使用第1波长转换构件67和第2波长转换构件68中的任一个即可。另外，波长转换构件66优选尽可能配设于聚光器64的附近，使由脉冲激光光线振荡构件所振荡出的波长较长的激光光线的光路长度尽可能长。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，其具有：
被加工物保持构件，其用于对被加工物进行保持；
激光光线照射构件，其用于对保持于该被加工物保持构件的被加工物照射激光光线；该激光光线照射构件包括：激光光线振荡构件，其用于振荡出激光光线；聚光器，其用于对该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线进行聚光并向保持于上述被加工物保持构件的被加工物照射；以及光学系统，其配设于该激光光线振荡构件与该聚光器之间，用于传送该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线；以及
波长转换机构，其配设于该光学系统与该聚光器之间，用于将该激光光线振荡构件所振荡出的激光光线的波长转换为短波长。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
上述波长转换机构由以下部分构成：具有波长转换晶体的波长转换构件；以及佩林布洛卡棱镜，其对通过该波长转换构件并进行了波长转换的激光光线和未进行波长转换的激光光线进行分割，
将通过上述佩林布洛卡棱镜分割出来的进行了波长转换的激光光线引导至上述聚光器。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中，
上述波长转换机构还具有光束阻尼器，该光束阻尼器用于吸收通过上述佩林布洛卡棱镜分割出的激光光线中的未进行波长转换的激光光线。
4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中，
上述波长转换构件构成为包括多个上述波长转换晶体，能够选择或者组合多个上述波长转换晶体。
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