CN104607801A

CN104607801A - 激光加工方法以及激光加工装置

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Publication number: CN104607801A
Application number: CN201410601145.7A
Authority: CN
Inventors: 森重幸雄; 岩城邦明
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2034-10-30
Also published as: US9475152B2; JP2015085376A; CN104607801B; JP6246561B2; US20150121961A1; DE102014222040A1

Abstract

本发明提供激光加工方法以及激光加工装置，其能够抑制漏光且能够增大被加工物的厚度方向上的改性层的宽度。在该激光加工方法中，将对被加工物具有透射性的波长的激光线的聚光点定位于被加工物的内部而进行照射，在被加工物的内部形成改性层，激光线的谱线宽度设定为10pm以下。

Description

激光加工方法以及激光加工装置

技术领域

本发明涉及对半导体晶片等的被加工物实施激光加工的激光加工方法以及激光加工装置。

背景技术

在半导体器件制造过程中，利用在大致为圆板形状的半导体晶片的表面排列成格子状的分割预定线，划分为多个区域，在该划分的区域中形成IC、LSI等的器件。进而，沿着分割预定线切割半导体晶片，由此，将形成有器件的区域分割，制造出各器件。

作为沿着分割预定线来分割上述半导体晶片的方法，尝试了如下激光加工方法：使用对晶片具有透射性的波长的脉冲激光线，将聚光点定位于应该分割的区域的内部来照射脉冲激光线。使用了该激光加工方法的分割方法是如下技术：从晶片的一面侧，将对晶片具有透射性的波长的脉冲激光线的聚光点定位于与分割预定线对应的内部，沿着分割预定线进行照射，在晶片的内部沿着分割预定线连续地形成改性层，沿着因形成有该改性层而使强度降低的分割预定线施加外力，由此将晶片分割为各个器件(例如，参照专利文献1)。

在上述激光加工技术中，例如，将对硅晶片具有透射性的1320nm的波长的脉冲激光线的聚光点定位于与分割预定线对应的内部，并沿着分割预定线进行照射，在晶片的内部沿着分割预定线连续地形成改性层，具有能够缩小分割预定线的宽度的优点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3408805号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，由于激光线是从没有形成器件的背面侧照射的，因此，对改性层的形成没有贡献的激光线成为漏光，存在会损伤在表面上形成的器件这样的问题。

此外，在为了抑制漏光而使用对硅晶片具有透射性且与光学吸收端接近的波长为1064nm的激光线来形成改性层时，晶片的厚度方向上的改性层的宽度为30μm左右，针对厚度超过100μ的晶片，需要层叠数层来形成改性层，存在生产性差这样的问题。

本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于，提供能够抑制漏光且能够增大被加工物的厚度方向上的改性层的宽度的激光加工方法以及激光加工装置。

用于解决问题的手段

为了解决上述的主要的技术问题，根据本发明，提供一种激光加工方法，其将对被加工物具有透射性的波长的激光线的聚光点定位于被加工物的内部来进行照射，在被加工物的内部形成改性层，所述激光加工方法的特征在于，

激光线的谱线宽度设定为10pm以下。

被加工物为硅基板，激光线的波长设定为1064nm。

此外，根据本发明，提供一种激光加工装置，其具有：卡盘台(チャックテーブル)，其保持被加工物；激光线照射组件，其对保持在该卡盘台上的被加工物进行激光加工；以及加工进给组件，其使该卡盘台与该激光线照射组件沿加工进给方向相对移动，

该激光线照射组件具有：激光线振荡组件，其振荡出激光线；以及聚光器，其对从该激光线振荡组件振荡发出的激光线进行会聚之后照射于保持在该卡盘台上的被加工物，

在该激光线振荡组件中，所振荡的激光线的谱线宽度设定为10pm以下。

上述激光线振荡组件包含激励光源、激光介质和光谐振器，该光谐振器具有使激励光源发出的光沿一个方向循环的循环光学系统，在该循环光学系统中，配设有该激光介质和标准具(エタロン)，通过该标准具把激光线的谱线宽度设定为10pm以下。

此外，上述循环光学系统由以下部分构成：第1半反镜(ハーフミラー)，其配设在该激励光源侧；Q开关(スイッチ)，其被配设成与该第1半反镜夹着该激光介质；线偏光元件，其将通过该Q开关后的光转换为线偏振光；标准具，其使由该线偏光元件转换为线偏振光后的光的谱线宽度缩小；法拉第旋转器，其使由标准具缩小了谱线宽度后的光的偏振面旋转45度，遮断来自反方向的光；1/2波长板，其使由该法拉第旋转器旋转后的偏振面复原；第2半反镜，其反射通过该1/2波长板后的光，将其引导到循环路径；以及反射镜组，其配设在该循环路径中，使被第2半反镜反射的光返回到第1半反镜。

此外，上述激光线振荡组件的激光介质为YAG(钇铝石榴石)，激光线的波长设定为1064nm。

发明效果

在本发明中，激光线振荡组件振荡发出的激光线的谱线宽度设定为10pm以下，利用波长的纯度高的激光线来进行激光加工，因此，能够在被加工物的内部形成在厚度方向上较宽的改性层，从而提高了生产性，并且，激光线几乎都被消耗于改性层的形成，因此，抑制了漏光，不会损伤在构成作为被加工物的晶片的硅基板的表面形成的器件。

附图说明

图1是按照本发明构成的激光加工装置的立体图。

图2是在图1所示的激光加工装置中具备的激光线照射组件的模块结构图。

图3是图1所示的激光加工装置中具备的控制组件的模块结构图。

图4是作为被加工物的半导体晶片的立体图以及主要部分放大剖视图。

图5是示出使图4所示的半导体晶片与安装在环状的框架上的切割带的表面贴合的状态的立体图。

图6是由图1所示的激光加工装置实施的改性层形成工序的说明图。

图7是示出将激光线的谱线宽度设为10pm而在硅基板中形成改性层的状态的说明图。

图8是示出将激光线的谱线宽度设为100pm而在硅基板中形成改性层的状态的说明图。

标号说明

2：静止基台

3：卡盘台机构

36：卡盘台

37：加工进给组件

38：分度进给组件

4：激光线照射单元

5：激光线照射组件

6：脉冲激光线振荡组件

60：聚光器

61：激励光源

62：聚光透镜

63：光谐振组件

64：循环光学系统

66：输出调整组件

7：拍摄组件

8：控制组件

9：半导体晶片

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的激光加工方法以及激光加工装置的优选实施方式进行详细说明。

图1示出了按照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：静止基台2；保持被加工物的卡盘台机构3，其被以能够沿箭头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台2上；以及激光线照射单元4，其被配设在基台2上，作为激光线照射组件。

上述卡盘台机构3具有：一对导轨31、31，它们沿着X轴方向平行地配设在静止基台2上；第1滑动模块32，其以能够沿X轴方向移动的方式配设在该导轨31、31上；第2滑动模块33，其以能够沿与加工进给方向(X轴方向)垂直的箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)移动的方式配设在该第1滑动模块32上；支承工作台35，其通过圆筒部件34支承在该第2滑动模块33上；以及卡盘台36，其为被加工物保持组件。该卡盘台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361，借助未图示的吸引组件，将作为被加工物的例如圆板形状的半导体晶片保持在作为吸附卡盘361的上表面的保持面上。这样构成的卡盘台36借助配设在圆筒部件34内的未图示的脉冲电机进行旋转。此外，在卡盘台36上配设有用于固定环状的框架的钳夹器362，该环状的框架通过保护带来支承半导体晶片等的被加工物。

在上述第1滑动模块32的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，在其上表面设置有沿着Y轴方向平行地形成的一对导轨322、322。这样构成的第1滑动模块32构成为通过使被引导槽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。本实施方式的卡盘台机构3具有加工进给组件37，该加工进给组件37用于使第1滑动模块32沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。加工进给组件37包含：外螺纹杆371，其平行地配设在上述一对导轨31与31之间；以及脉冲电机372等的驱动源，其用于对该外螺纹杆371进行旋转驱动。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上的轴承模块373上，另一端与上述脉冲电机372的输出轴进行传动连接。此外，外螺纹杆371螺合于贯通内螺纹孔，该贯通内螺纹孔形成于第1滑动模块32的中央部下表面突出地设置的未图示的内螺纹模块中。由此，利用脉冲电机372对外螺纹杆371进行正转和反转驱动，由此，使第1滑动模块32沿着导轨31、31在X轴方向上移动。

上述第2滑动模块33构成为：在其下表面设置有一对被引导槽331、331，该设置有一对被引导槽331、331与设置在上述第1滑动模块32的上表面的一对导轨322、322嵌合，通过使该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，上述第2滑动模块33能够在Y轴方向上移动。图示的实施方式的卡盘台机构3具有分度进给组件38，该分度进给组件38用于使第2滑动模块33沿着设置在第1滑动模块32上的一对导轨322、322在Y轴方向上移动。分度进给组件38包含：外螺纹杆381，其平行地配设在上述一对导轨322与322之间；以及脉冲电机382等的驱动源，其用于对该外螺纹杆381进行旋转驱动。外螺纹杆381的一端旋转自如地支承在固定于上述第1滑动模块32的上表面的轴承模块383上，另一端与上述脉冲电机382的输出轴进行传动连接。此外，外螺纹杆381螺合于贯通内螺纹孔，该贯通内螺纹孔形成于第2滑动模块33的中央部下表面突出地设置的未图示的内螺纹模块中。因此，利用脉冲电机382对外螺纹杆381进行正转和反转驱动，由此，使第2滑动模块33沿着导轨322、322在Y轴方向上移动。

上述激光线照射单元4具有：支承部件41，其配设在上述基台2上；壳体42，其由该支承部件41支承，实质上水平延伸；激光线照射组件5，其配设在该壳体42上；以及拍摄组件7，其配设在壳体42的前端部，来检测应该进行激光加工的加工区域。此外，在本实施方式中，拍摄组件7除了具有利用可见光线来进行拍摄的通常的拍摄元件(CCD)以外，还构成为具有：向被加工物照射红外线的红外线照明组件、捕捉由该红外线照明组件照射的红外线的光学系统以及输出与由该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的拍摄元件(红外线CCD)等，并将拍摄到的图像信号发送到后述的控制组件。

参照图2，对上述激光线照射组件5进行说明。

激光线照射组件5具有脉冲激光线振荡组件6和聚光器60，其中，聚光器60对从该脉冲激光线振荡组件6振荡发出的脉冲激光线进行会聚而照射于保持在卡盘台36上的被加工物W上。

脉冲激光线振荡组件6包含激励光源61和光谐振组件63。从激励光源61振荡发出的光被聚光透镜62会聚之后入射到光谐振组件63中。

光谐振组件63具有循环光学系统64，该循环光学系统64使从上述激励光源61振荡而发出并由聚光透镜62会聚的光朝一个方向循环。该循环光学系统64由以下部分构成：第1半反镜641，其配设在使从上述激励光源61振荡发出的光会聚的聚光透镜62侧；激光介质642，其配设在经由该第1半反镜641而被引导的光的光路中；Q开关643，其与上述第1半反镜641隔着激光介质642进行配设；线偏光元件644，其将通过该Q开关643后的光转换为线偏振光；标准具645，其使由该线偏光元件644转换为线偏振光后的光的谱线宽度缩小；法拉第旋转器646，其使利用该标准具645缩小了谱线宽度的光的偏振面旋转45度，遮断来自反方向的光；1/2波长板647，其使被该法拉第旋转器646旋转后的偏振面复原；第2半反镜648，其反射通过该1/2波长板647后的光，将其引导到循环路径640；反射镜组649，其配设在该循环路径640中，由用于使被该第2半反镜648反射的光返回到上述第1半反镜641的第1反射镜649a和第2反射镜649b构成。此外，上述激光介质642为YAG，光的波长被设定为1064nm。

构成本实施方式的脉冲激光线振荡组件6的光谐振组件63如上述那样构成，使得从激励光源61振荡发出并由聚光透镜62会聚后的光循环，每次通过标准具645时使谱线宽度缩小。这样，由后述的控制组件控制的Q开关643反复地与频率对应地进行动作，由此，每次通过标准具645时缩小谱线宽度并进行循环的光通过第2半反镜648之后作为脉冲激光线而振荡发出。这样，从脉冲激光线振荡组件6振荡发出的脉冲激光线被由后述的控制组件控制的输出调整组件66调整为规定的输出，入射到聚光器60。

上述聚光器60由方向转换反射镜601和物方聚光透镜602构成，其中，方向转换反射镜601使从脉冲激光线振荡组件6振荡发出的脉冲激光线朝下方转换方向，物方聚光透镜602对由该方向转换反射镜601转换方向后的激光线进行会聚。这样构成的聚光器60对脉冲激光线禁止会聚之后照射于保持在卡盘台36上的被加工物W上，其中，所述脉冲激光线借助构成上述脉冲激光线振荡组件6的光谐振组件63而使谱线宽度变为10pm以下。

本实施方式的激光加工装置具有图3所示的控制组件8。控制组件8由计算机构成，具有按照控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)81、保存控制程序等的只读存储器(ROM)82、保存运算结果等的可读写随机存取存储器(RAM)83、输入接口84以及输出接口85。在控制组件8的输入接口84中，输入来自拍摄组件7等的检测信号。而且，从控制组件8的输出接口85向上述加工进给组件37、分度进给组件38、激光线照射组件5的激励光源61以及Q开关643、输出调整组件66等输出控制信号。

本实施方式的激光加工装置如上述那样构成，以下，对其作用进行说明。图4的(a)和(b)示出了作为被加工物的半导体晶片的立体图以及主要部分放大剖视图。在图4的(a)和(b)所示的半导体晶片9中，利用功能层91而矩阵状地形成有多个IC、LSI等的器件92，其中，所述功能层91是在厚度为150μm的硅基板90的表面90a上层叠绝缘膜和形成电路的功能膜而成的。进而，利用形成为格子状的分割预定线93(在本实施方式中，宽度被设定为50μm)，划分各器件92。此外，在本实施方式中，形成功能层91的绝缘膜由低介电常数绝缘体覆盖膜(Low-k膜)形成，厚度设定为10μm，其中，所述低介电常数绝缘体覆盖膜由SiO2膜或SiOF、BSG(SiOB)等的无机物类的膜、或者作为聚酰亚胺类、聚对亚苯基二甲基等的聚合物膜的有机物类的膜构成。

对沿着分割预定线93而在构成上述半导体晶片9的硅基板90的内部形成改性层的改性层形成工序进行说明。首先，实施如下晶片支承工序：将切割带贴合于构成半导体晶片9的功能层91的表面91a上，利用环状的框架来支承该切割带的外周部。即，如图5所示，使构成半导体晶片9的功能层91的表面91a贴合于切割带T的表面上，其中，该切割带T的外周部以覆盖环状的框架F的内侧开口部的方式进行安装。因此，贴合于切割带T的表面的半导体晶片9的硅基板90的背面90b成为上侧。

在实施了上述晶片支承工序后，将半导体晶片9的切割带T侧载置在图1所示的激光加工装置的卡盘台36上。进而，使未图示的吸引组件工作，由此，经由切割带T将半导体晶片9吸引保持在卡盘台36上(晶片保持工序)。因此，经由切割带T而被保持在卡盘台36上的半导体晶片9的硅基板90的背面90b成为上侧。

如上所述，吸引保持有半导体晶片9的卡盘台36通过加工进给组件37定位于拍摄组件7的正下方。在这样将卡盘台36定位于拍摄组件7的正下方时，通过拍摄组件7以及控制组件8，执行检测出半导体晶片9的应该进行激光加工的加工区域的对准作业。即，拍摄组件7以及控制组件8执行模式匹配等的图像处理，来进行激光线照射位置的对准，其中，所述模式匹配用于使构成沿着分割预定线93照射激光线的激光线照射组件5的聚光器60与在半导体晶片9的第1方向上形成的分割预定线93对准位置。此外，针对沿着与半导体晶片9中形成的上述第1方向垂直的第2方向延伸的分割预定线93，同样也进行激光线照射位置的对准。此时，半导体晶片9的形成有分割预定线93的功能层91的表面91a位于下侧，但如上所述，拍摄组件7具有由红外线照明组件、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拍摄元件(红外线CCD)等构成的拍摄组件，因此，能够透射过硅基板90的背面90b而拍摄到分割预定线93。

如上所述，如图6的(a)所示，在检测到保持在卡盘台36上的半导体晶片9中形成的分割预定线93并进行了激光线照射位置的对准后，使卡盘台36朝照射激光线的激光线照射组件5的聚光器60所处的激光线照射区域移动，将规定的分割预定线93的一端(在图6的(a)中，为左端)定位于激光线照射组件5的聚光器60的正下方。进而，从聚光器60照射对基板90具有透射性的波长的脉冲激光线，并以规定的进给速度使卡盘台朝图6的(a)中的箭头X1所示的方向移动。进而，如图6的(b)所示，在分割预定线93的另一端(在图6的(b)中，为右端)到达聚光器60的照射位置后，停止脉冲激光线的照射，并停止卡盘台36的移动。在该改性层形成工序中，将脉冲激光线的聚光点P定位于构成半导体晶片9的硅基板90的与分割预定线93对应的厚度方向中间部。其结果是，如图6的(b)所示，在构成半导体晶片9的硅基板90的内部，沿着分割预定线93形成改性层900。沿着在半导体晶片9中形成的全部分割预定线93，实施上述改性层形成工序。

上述改性层形成工序中的加工条件例如设定为如下。

激光线的波长：1064nm

重复频率：100kHz

平均输出：1.2W

脉冲宽度：400ns

聚光点直径：φ1μm

加工进给速度：100mm/秒

在上述改性层形成工序的加工条件中，重要的是将激光线的谱线宽度设定为10pm以下。此处，对以如下方式得到的实验结果进行说明：针对厚度为150μm的硅基板，使用将谱线宽度设定为10pm的激光线和将谱线宽度设定为100pm的激光线，按照上述加工条件实施改性层形成工序，检验在硅基板中形成的厚度方向上的改性层的宽度与漏光的比例。

[实验1]

图7的(a)是示出在上述图2所示的构成激光线照射组件5的脉冲激光线振荡组件6的光谐振组件63中配设标准具645，由此将波长为1064nm的激光线的谱线宽度设为10pm的状态下的功率的图。这样，使用将谱线宽度设为10pm的激光线，将聚光点定位于距硅基板的背面(上表面)75μm的位置，按照上述加工条件实施改性层形成工序，其结果是，如图7的(b)所示，厚度方向上的改性层的宽度为50μm，漏光为全部输出的7％。

[实验2]

另一方面，图8的(a)是示出因去除上述图2所示的构成激光线照射组件5的脉冲激光线振荡组件6的光谐振组件63的标准具645而使波长为1064nm的激光线的谱线宽度为100pm的状态下的功率的图。这样，使用谱线宽度为100pm的激光线，将聚光点定位于距硅基板的背面(上表面)75μm的位置，按照上述加工条件实施改性层形成工序，其结果是，如图8的(b)所示，厚度方向上的改性层的宽度为30μm，漏光为全部输出的32％。

在上述实验1中，对将激光线的谱线宽度设定为10pm的例子进行了说明，但将波长为1064nm的激光线的谱线宽度设定为8pm、5pm，进行与实验1相同的实验，结果确认到，厚度方向上的改性层的宽度为50μm以上，漏光为全部输出的7％以下。因此确认到，在将激光线的谱线宽度设定为10pm以下时，具有效果。

如上所述，与使用了谱线宽度为100pm的激光线的情况相比，通过使用将激光线的谱线宽度设定为10pm以下的波长的纯度高的激光线，改性层的硅基板的厚度方向上的宽度增大60％以上，且漏光变为1/4以下。因此，能够在被加工物的内部形成在厚度方向上较大的改性层，从而提高了生产性，并且，激光线几乎都被消耗于改性层的形成，因此，抑制了漏光，不会损伤在构成作为被加工物的晶片的硅基板的表面形成的器件。

Claims

1.一种激光加工方法，将对被加工物具有透射性的波长的激光线的聚光点定位于被加工物的内部而进行照射，在被加工物的内部形成改性层，所述激光加工方法的特征在于，

激光线的谱线宽度设定为10pm以下。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，

被加工物为硅基板，激光线的波长设定为1064nm。

3.一种激光加工装置，其具有：卡盘台，其保持被加工物；激光线照射组件，其对保持在该卡盘台上的被加工物进行激光加工；以及加工进给组件，其使该卡盘台和该激光线照射组件沿加工进给方向相对移动，

该激光线照射组件具有：激光线振荡组件，其振荡出激光线；以及聚光器，其对从该激光线振荡组件振荡出的激光线进行会聚而照射于保持在该卡盘台上的被加工物，

在该激光线振荡组件中，所振荡的激光线的谱线宽度被设定为10pm以下。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

该激光线振荡组件包含激励光源、激光介质和光谐振器，

该光谐振器具有使该激励光源发出的光朝一个方向循环的循环光学系统，

在该循环光学系统中，配设有该激光介质和标准具，通过该标准具把激光线的谱线宽度设定为10pm以下。

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，

该循环光学系统由以下部分构成：

第1半反镜，其配设在该激励光源侧；

Q开关，其被配设成与该第1半反镜夹着该激光介质；

线偏光元件，其将通过该Q开关后的光转换为线偏振光；

标准具，其使由该线偏光元件转换为线偏振光后的光的谱线宽度缩小；

法拉第旋转器，其使由该标准具缩小了谱线宽度后的光的偏振面旋转45度，遮断来自反方向的光；

1/2波长板，其使由该法拉第旋转器旋转后的偏振面复原；

第2半反镜，其反射通过该1/2波长板后的光，将其引导到循环路径；以及

反射镜组，其配设在该循环路径中，使被该第2半反镜反射的光返回到该第1半反镜。

6.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

该激光线振荡组件的激光介质为钇铝石榴石，激光线的波长被设定为1064nm。