CN103464893A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供激光加工装置，其具有：卡盘台和激光光线照射构件，该激光光线照射构件包括：激光光线振荡构件；分支构件，其将激光光线振荡构件振荡出的激光光线分支成第一光路和第二光路；第一光路构件，其配置在第一光路；第二光路构件，其配置在第二光路；合并构件，其使通过第一光路构件的第一激光光线和通过第二光路构件的第二激光光线合并并导至第三光路；像差校正透镜，其配置在第三光路；聚光透镜，其使通过像差校正透镜的第一激光光线和第二激光光线会聚并生成第一聚光点和第二聚光点；第一移动构件，其隔着合并构件使第一光路构件相对于像差校正透镜接近和远离；第二移动构件，其隔着合并构件使第二光路构件相对于像差校正透镜接近和远离。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及照射相对于半导体晶片等被加工物具有透过性的激光光线，在被加工物的内部形成变质层的激光加工装置。

背景技术

在半导体器件制造步骤中，在包含如硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板、钽酸锂基板、玻璃基板或石英基板那样的适当基板的晶片表面上，由形成格子状的称为间隔道的分割预定线而划分出多个区域，在该划分的区域上形成IC、LSI等器件。并且，通过沿着间隔道来切断晶片，分割形成有器件的区域而制造各个器件。作为用于分割晶片的方法提出有利用激光光线的各种方式。

作为分割半导体晶片等板状被加工物的方法，还尝试了如下所述的激光加工方法：使用相对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光光线，将聚光点对准到应分割区域的内部来照射脉冲激光光线。在使用了该激光加工方法的分割方法中，从被加工物的一面侧将聚光点对准到内部而照射相对于被加工物具有透过性的例如波长为1064nm的脉冲激光光线，沿着间隔道在晶片的内部连续地形成变质层，通过形成该变质层，沿着强度下降的间隔道施加外力，从而分割被加工物（例如参照专利文献1）。

但是，为了对晶片施加外力而沿间隔道精密地断裂，需要在晶片的内部加大沿间隔道形成的变质层的厚度、即变质层在晶片厚度方向上的比例。由于通过上述激光加工方法形成的变质层的厚度是约30μm，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。在晶片的内部层叠形成变质层时，需要使脉冲激光光线的聚光点在晶片的厚度方向上移位，使脉冲激光光线和晶片沿间隔道反复相对移动，为形成精密地断裂晶片所需厚度的变质层要很长时间。

为解决上述问题，提出了这样的激光加工装置（例如专利文献2）：上下形成激光光线振荡构件振荡出的激光光线的聚光点，能够同时形成2层变质层（例如参照专利文献2）。

【专利文献1】日本特许第3408805号公报

【专利文献2】日本特开2006-95529号公报

在上述专利文献2中公开的激光加工装置中，虽然能在被加工物的内部同时形成两层变质层，但存在光学系统变得复杂且难以控制的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术问题在于，提供能够在被加工物的内部同时形成两层变质层并且容易控制的激光加工装置。

为了解决上述主要的技术问题，根据本发明，提供激光加工装置，其具有：卡盘台，其保持被加工物；以及激光光线照射构件，其对保持在该卡盘台上的被加工物照射激光光线，该激光光线照射构件具有：激光光线振荡构件；分支构件，其将所述激光光线振荡构件振荡出的激光光线分支成第一光路和第二光路；第一光路构件，其配置在该第一光路上；第二光路构件，其配置在该第二光路上；合并构件，其使通过了该第一光路构件的第一激光光线和通过了该第二光路构件的第二激光光线合并而引导至第三光路；像差校正透镜，其配置在该第三光路上；聚光透镜，其使通过了该像差校正透镜的该第一激光光线和该第二激光光线会聚而生成第一聚光点和第二聚光点；第一移动构件，其隔着该合并构件使该第一光路构件相对于该像差校正透镜接近和远离；以及第二移动构件，其隔着该合并构件使该第二光路构件相对于该像差校正透镜接近和远离，通过该第一移动构件和该第二移动构件使该第一光路构件和该第二光路构件相对于该像差校正透镜接近和远离，由此使该第一聚光点和该第二聚光点沿该第三光路移动。

所述第一光路构件和所述第二光路构件由光纤构成。

此外，优选该激光加工装置具有聚光点移动构件，该聚光点移动构件使所述聚光透镜沿第三光路移动。

在本发明的激光加工装置中，对保持在卡盘台上的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件包括：激光光线振荡构件；分支构件，其将激光光线振荡构件振荡出的激光光线分支成第一光路和第二光路；第一光路构件，其配置在第一光路上；第二光路构件，其配置在第二光路上；合并构件，其使通过了第一光路构件的第一激光光线和通过了第二光路构件的第二激光光线合并而引导至第三光路；像差校正透镜，其配置在第三光路上；聚光透镜，其使通过了像差校正透镜的第一激光光线和第二激光光线会聚而生成第一聚光点和第二聚光点；第一移动构件，其隔着合并构件使第一光路构件相对于像差校正透镜接近和远离；以及第二移动构件，其隔着合并构件使第二光路构件相对于像差校正透镜接近和远离，通过第一移动构件和第二移动构件使第一光路构件和第二光路构件相对于像差校正透镜接近和远离，由此使第一聚光点和第二聚光点沿第三光路移动，所以能够使形成2个聚光点用的控制变得容易并且使光学系统的结构变得简单。

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是示出在图1所示的激光加工装置上配备的激光光线照射构件的结构框图。

图3是通过图2所示的激光光线照射构件形成的激光光线的聚光点的说明图。

图4是示出图1所示的激光加工装置上配备的控制构件的结构框图。

图5是作为被加工物的半导体晶片的立体图。

图6是示出将图5所示的半导体晶片贴附在安装于环状框架上的保护带表面的状态的立体图。

图7是通过图1的激光加工装置对图5所示的半导体晶片实施的改质层形成步骤的说明图。

符号说明

2：静止基座

3：卡盘台机构

36：卡盘台

37：加工进给构件

38：分度进给构件

4：激光光线照射单元

5：激光光线照射构件

51：脉冲激光光线振荡构件

52：分支构件

53：第一光路构件

54：第二光路构件

55：合并构件

56：像差校正透镜

57：聚光透镜

570：聚光器

58：第一移动构件

59：第二移动构件

60：致动器

7：摄像构件

10：控制构件

20：半导体晶片

F：环状框架

T：保护带

具体实施方式

以下，参照附图更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。

在图1示出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有：静止基座2；卡盘台机构3，其以能够在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）移动的方式配设在该静止基座2上，对被加工物进行保持；和激光光线照射单元4，其是配置在静止基座2上的激光光线照射单元。

上述卡盘台机构3具有：一对导轨31、31，其分别沿着X轴方向平行地配设在静止基座2上；第一滑动块32，其以能够在X轴方向移动的方式配设在该导轨31、31上；第2滑动块33，其以能够在Y轴方向移动的方式配设在该第1滑动块32上；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构件的卡盘台36。该卡盘台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361，通过未图示的吸引构件将作为被加工物的例如圆形半导体晶片保持在吸附卡盘361的上表面即保持面上。这样构成的卡盘台36通过配设在圆筒部件34内的未图示的脉冲电机来旋转。而且，卡盘台36配置有夹紧件362，该夹紧件362用于固定环状框架，该环状框架隔着保护带支承半导体晶片等被加工物。

上述第1滑动块32在其下表面设置有与上述一对导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，并且在其上表面设置有沿着Y轴方向平行地形成的一对导轨322、322。如上所述构成的第1滑动块32被构成为，通过被引导槽321、321与一对导轨31、31嵌合而能够沿着一对导轨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：在上述一对导轨31与31之间平行配设的外螺纹杆371、和用于旋转驱动该外螺纹杆371的脉冲电机372等驱动源。关于外螺纹杆371，其一端旋转自如地支承在固定于上述静止基座2的轴承块373上，另一端与上述脉冲电机372的输出轴传动连接。另外，外螺纹杆371与在未图示的内螺纹块上形成的贯通内螺纹孔螺合，其中该内螺纹块突出设置在第1滑动块32的中央部下表面。因此，通过由脉冲电机372来对外螺纹杆371进行正转及逆转驱动，使第一滑动块32沿着导轨31、31在X轴方向移动。

上述第2滑动块33以如下所述的方式构成：在其下表面设置有与一对导轨322、322嵌合的一对被引导槽331、331，该一对导轨322、322设置在上述第1滑动块32的上表面，通过将该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，能够在Y轴方向移动。图示的实施方式中的卡盘台机构3具有分度进给构件38，该分度进给构件38用于使第2滑动块33沿着设置在第1滑动块32上的一对导轨322、322在Y轴方向移动。分度进给构件38包括：在上述一对导轨322与322之间平行配设的外螺纹杆381、用于旋转驱动该外螺纹杆381的脉冲电机382等驱动源。关于外螺纹杆381，其一端旋转自如地支承在固定于上述第1滑动块32的上表面的轴承块383上，另一端与上述脉冲电机382的输出轴传动连接。另外，外螺纹杆381与形成在未图示的内螺纹块上的贯通内螺纹孔螺合，该内螺纹块突出设置在第2滑动块33的中央部下表面。因此，通过由脉冲电机382对外螺纹杆381进行正转及逆转驱动，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4具有：支承部件41，其配设在静止基座2上；壳体42，其由该支承部件41支承且实际上水平延伸；激光光线照射构件5，其配设于该壳体42；以及摄像构件7，其检测应激光加工的加工区域。如图2所示，激光光线照射构件5具有：脉冲激光光线振荡构件51；分支构件52，其将脉冲激光光线振荡构件51振荡出的激光光线分支成第一光路50a和第二光路50b；第一光路构件53，其配置在所述第一光路50a；第二光路构件54，其配置在第二光路50b；合并构件55，其使通过了第一光路构件53的第一脉冲激光光线和通过了第二光路构件54的第二激光光线合并而引导至第三光路50c；像差校正透镜56，其配置在第三光路50c，校正像差；聚光器570，其具有聚光透镜57，该聚光透镜57使通过了该像差校正透镜56的第一脉冲激光光线和第二脉冲激光光线会聚而生成第一聚光点和第二聚光点；第一移动构件58，其隔着合并构件55使第一光路构件53相对于像差校正透镜56接近和远离；以及第二移动构件59，其隔着合并构件55使第二光路构件54相对于像差校正透镜56接近和远离。

脉冲激光光线振荡构件51由脉冲激光光线振荡器511和附设于该脉冲激光光线振荡器511的重复频率设定构件512构成，该脉冲激光光线振荡器511由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成，在图示的实施方式中，振荡出波长为1064nm的脉冲激光光线LB。上述分支构件52将从脉冲激光光线振荡构件51振荡出的脉冲激光光线LB分支为第一光路50a和第二光路50b。配置于第一光路50a的第一光路构件53由光纤构成，使由分支构件52分支出的第一脉冲激光光线LB1引导至合并构件55。此外，配置于第二光路50b的第二光路构件54也由光纤构成，使由分支构件52分支出的第二脉冲激光光线LB2引导至合并构件55。合并构件55使由第一光路构件53引导的第一脉冲激光光线LB1和由第二光路构件54引导的第二脉冲激光光线LB2合并，引导至第三光路50c。这样，引导至第三光路50c的第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2通过像差校正透镜56进行像差校正并由聚光透镜57进行会聚。

上述第一移动构件58由如下部分构成：上下方向延伸的基座581；沿上下方向设置于该基座581的导轨582；光纤支承部件583，其沿该导轨582移动，对构成上述第一光路构件53的光纤的发光端部进行支承；移动块584，其连接于该光纤支承部件583，通过设于基座581的未图示的引导槽进行配置；外螺纹杆585，其沿上下方向配置于基座581中的与导轨582的相反侧，与设于移动块584的内螺纹孔584a螺合；脉冲电机586，其连接于该外螺纹杆585的一端；以及轴承块587，其可旋转地支承于外螺纹杆585的另一端。这样构成的第一移动构件58通过使脉冲电机586向一方向转动，使光纤支承部件583向图2中的下方移动，通过使脉冲电机586向另一方向转动，使光纤支承部件583向图2中的上方移动。因此，通过使脉冲电机586向一方向或另一方向转动，使支承于光纤支承部件583的构成第一光路构件53的光纤的发光端531隔着合并构件55相对于像差校正透镜56接近或远离。

上述第二移动构件59与上述第一移动构件58同样构成，由如下部分构成：左右方向延伸的基座591；沿左右方向设置于该基座591的导轨592；光纤支承部件593，其沿该导轨592移动，对构成上述第二光路构件54的光纤的发光端部进行支承；移动块594，其连接于该光纤支承部件593，通过设于基座591的未图示的引导槽进行配置；外螺纹杆595，其沿左右方向配置于基座591中的与导轨592的相反侧，与设于移动块594的内螺纹孔螺合；脉冲电机596，其连接于该外螺纹杆595的一端；以及轴承块597，其可旋转地支承于外螺纹杆595的另一端。这样构成的第二移动构件59通过使脉冲电机596向一方向转动，使光纤支承部件593向图2中的右方移动，通过使脉冲电机596向另一方向转动，使光纤支承部件593向图2中的左方移动。因此，通过使脉冲电机596向一方向或另一方向转动，使支承于光纤支承部件593的构成第二光路构件54的光纤的发光端541，隔着合并构件55相对于像差校正透镜56接近或远离。

这里，参照图3说明构成第一光路构件53的光纤的发光端531和构成第二光路构件54的光纤的发光端541与像差校正透镜56之间的位置关系以及与聚光点之间的关系。

如图3所示，当设像差校正透镜56的焦点位置为（f）时，构成第一光路构件53的光纤的发光端531以及构成第二光路构件54的光纤的发光端541，通过第一移动构件58和第二移动构件59以位于焦点位置（f）的上游侧、下游侧，例如上游侧的实线所示的位置或双点划线所示的位置的方式移动。在构成第一光路构件53的光纤的发光端531和构成第二光路构件54的光纤的发光端541如实线所示定位于接近像差校正透镜56的位置的状态下，从构成第一光路构件53的光纤的发光端531和构成第二光路构件54的光纤的发光端541发出的激光光线，如实线所示，即使通过像差校正透镜56也成为比平行光扩散的状态。另一方面，在构成第一光路构件53的光纤的发光端531和构成第二光路构件54的光纤的发光端541如双点划线所示位于远离像差校正透镜56的位置的状态下，从构成第一光路构件53的光纤的发光端531和构成第二光路构件54的光纤的发光端541发出的激光光线，如双点划线所示，通过像差校正透镜56，由此成为接近平行光的状态。其结果是，在图3中，通过聚光透镜57会聚时，实线所示的激光光线的聚光点P1比双点划线所示的激光光线的聚光点P2定位于下侧。通过第一移动构件58和第二移动构件59使第一光路构件53和第二光路构件54隔着合并构件55相对于像差校正透镜56接近或远离，由此能够使激光光线的两个聚光点上下形成，因此其控制是容易的。

返回图2进行说明，图示的实施方式中的激光光线照射构件5具备作为聚光点移动构件的致动器60，该致动器60通过使具有上述聚光透镜57的聚光器570在相对于卡盘台36的保持面（上表面）垂直的方向（图2中为上下方向）移动，使聚光点沿第三光路50c移动。在图示的实施方式中，致动器60由音圈电机构成，该音圈电机在图示的实施方式中与施加的电压值对应地使聚光器570沿图2中的上下方向移动。

当回到图1继续进行说明时，上述摄像构件7相对于聚光器570在X轴方向的同一线上隔开预定距离地配置在壳体42。该摄像构件7除了由借助于可见光线摄像的通常的摄像元件（CCD)构成以外，还由在被加工物上照射红外线的红外线照明构件、捕捉通过该红外线照明构件照射的红外线的光学系统、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，将所摄像的图像信号送到后述的控制构件。

图示的实施方式的激光加工装置具有图4所示的控制构件10。控制构件10由计算机构成，具有：中央处理装置（CPU）101，其根据控制程序来进行运算处理；只读存储器（ROM）102，其存储控制程序等；可读写的随机存取存储器（RAM）103，其存储运算结果等；以及输入接口104和输出接口105。在控制构件10的输入接口104输入来自上述摄像构件7等的检测信号。并且，从控制构件10的输出接口105向上述脉冲电机372、脉冲电机382、脉冲激光光线振荡构件51、脉冲电机586、脉冲电机596、由音圈电机构成的致动器60等输出控制信号。

另外，优选构成为装配有高度位置检测构件，该高度位置检测构件用于检测被保持于上述卡盘台36的被加工物的高度位置，根据通过该高度位置检测构件检测出的被加工物的高度位置，控制由上述音圈电机构成的致动器60。作为高度位置检测构件，可以采用日本特开2009-262219号公报或日本特开2009-269074号公报记载的技术。

图示的激光加工装置如上那样构成，下面对其作用进行说明。

图5示出作为被加工物即晶片的半导体晶片20的立体图。图5所示的半导体晶片20例如由厚度为100μm的硅晶片构成，在表面20a由呈格子状形成的多个分割预定线21划分出的多个区域中分别形成有IC、LSI等器件22。如图6所示，这样形成的半导体晶片20的表面20a侧贴附有保护带T，该保护带T安装于环状框架F上，且由聚烯烃等合成树脂片构成。因此，半导体晶片20的背面20b成为上侧。

如图6所示，经由保护带T支承于环状框架F的半导体晶片20，将保护带T侧载置于图1所示的激光加工装置的卡盘台36上。而且，通过使未图示的吸引构件动作，半导体晶片20经由保护带T被吸引保持于卡盘台36上。此外，环状框架F通过夹紧件362固定。

如上所述那样吸附保持了半导体晶片20的卡盘台36，通过加工进给构件37被定位于摄像构件7的正下方。当卡盘台36被定位于摄像构件7的正下方时，通过摄像构件7和控制构件10来执行对半导体晶片20的应激光加工的加工区域进行检测的对准作业。即、摄像构件7及控制构件10执行用于进行在半导体晶片20的规定方向上形成的间隔道21与沿间隔道21照射激光光线的激光光线照射构件5的聚光器570之间的位置对齐的图案匹配等图像処理，逐次进行激光光线照射位置的对准。另外，对于在与形成在半导体晶片20上的预定方向正交的方向形成的间隔道21，也同样逐次进行激光光线照射位置的对准。此时，虽然半导体晶片20的形成有间隔道21的表面20a位于下侧，但是由于摄像构件7如上所述具有由红外线照明构件、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)等构成的摄像构件，因此能够从背面20b透过来对间隔道21进行摄像。

由此，检测在卡盘台36上保持的半导体晶片20上形成的间隔道21，如果进行了激光光线照射位置的对准，则如图7的（a)所示，移动卡盘台36，将形成在预定的间隔道21的一端（图7的（a)中左端）定位在激光光线照射构件5的聚光器570的正下方。接着，控制构件10控制第一移动构件58的脉冲电机586，使从脉冲激光光线振荡构件51振荡出且通过分支构件52分支到第一光路50a的第一脉冲激光光线LB1的聚光点位于图7的（a）中的Pa位置。此外，控制构件10控制第二移动构件59的脉冲电机596，使从脉冲激光光线振荡构件51振荡出且通过分支构件52分支到第二光路50b的第二脉冲激光光线LB2的聚光点位于图7的（a）中的Pb位置。

接着，控制构件10控制激光光线照射构件5而从聚光器570照射加工用脉冲激光光线的第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2的同时，使卡盘台36以预定的加工进给速度在箭头X1所示的方向上移动（改质层形成步骤）。并且，如图7的(b)所示，如果聚光器570的照射位置到达间隔道21的另一端（图7的（b)中右端），则在停止脉冲激光光线的第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2的照射的同时，停止卡盘台36的移动。在加工步骤中，在如上所述那样装备了高度位置检测构件的情况下，检测半导体晶片20的背面20b（上表面）的高度位置，基于高度位置检测构件检测出的半导体晶片20的背面20b（上表面）的高度位置，来控制由上述音圈电机构成的致动器60。其结果，如图7的（b)所示，在半导体晶片20的内部与背面20b（上表面）平行地形成有两层改质层210。

另外，上述变质层形成步骤的加工条件例如以如下所述的方式设定。

而且，在上述改质层形成步骤中，能够通过第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2分别以30μm左右的厚度形成改质层210。因此，在图示的实施方式中，在半导体晶片20的内部，自背面20b（上表面）下方25μm的位置起形成厚度为60μm的改质层。

如上所述，如果沿着半导体晶片20的预定方向上延伸的所有分隔预定线21实施了上述改质层形成步骤，则将卡盘台36转动90度，沿着与上述规定方向正交的方向延伸的各分割预定线实施上述改质层形成步骤。这样，沿着在半导体晶片20形成的所有间隔道21实施上述改质层形成步骤，在保持半导体晶片20的卡盘台36返回最初吸引保持半导体晶片20的位置，在这里解除半导体晶片20的吸引保持。然后，通过未图示的搬送构件将半导体晶片20搬送至分割步骤。

Claims (3)

1.一种激光加工装置，其具有：卡盘台，其保持被加工物；以及激光光线照射构件，其对保持在该卡盘台上的被加工物照射激光光线，

该激光加工装置的特征在于，

该激光光线照射构件具有：

激光光线振荡构件；

分支构件，其将该激光光线振荡构件振荡出的激光光线分支成第一光路和第二光路；

第一光路构件，其配置在该第一光路上；

第二光路构件，其配置在该第二光路上；

合并构件，其使通过了该第一光路构件的第一激光光线和通过了该第二光路构件的第二激光光线合并而引导至第三光路；

像差校正透镜，其配置在该第三光路上；

聚光透镜，其使通过了该像差校正透镜的该第一激光光线和该第二激光光线会聚而生成第一聚光点和第二聚光点；

第一移动构件，其隔着该合并构件使该第一光路构件相对于该像差校正透镜接近和远离；以及

第二移动构件，其隔着该合并构件使该第二光路构件相对于该像差校正透镜接近和远离，

通过该第一移动构件和该第二移动构件使该第一光路构件和该第二光路构件相对于该像差校正透镜接近和远离，由此使该第一聚光点和该第二聚光点沿该第三光路移动。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，

该第一光路构件和该第二光路构件由光纤构成。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其具有聚光点移动构件，该聚光点移动构件使该聚光透镜沿该第三光路移动。

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