CN105382420B - 激光加工装置 - Google Patents
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Abstract
激光加工装置。具有：被加工物保持单元；和激光光线照射单元，激光光线照射单元包括：脉冲激光光线振荡单元；聚光器；和扫描镜，具有加工深度检测单元，其包括：检查光源，其向扫描镜发出具有规定的波段的检查光；色差透镜，其配设于检查光源与扫描镜之间，对应于检查光的波长而分光，且使检查光的束散角按照每种波长略微变更；分束器，其配设于检查光源与色差透镜之间，将对被加工物照射的检查光的反射光分支到反射光检测路径上；波长选择单元，其配设于反射光检测路径，使焦点与被加工物一致的波长的反射光通过；波长检测单元，其检测在波长选择单元中通过的反射光的波长；和控制单元，其根据由波长检测单元检测的波长求出被加工物的加工深度。
Description
技术领域
本发明涉及对保持于卡盘台的半导体晶片等的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，在呈大致圆板形状的半导体晶片的表面被呈格子状排列的分割预定线而划分出多个区域，在该划分出的区域上形成IC、LSI等的器件。而且，沿着切割线切断半导体晶片，从而分割形成有器件的区域，制造出各个半导体器件。
最近，为了提升IC、LSI等的半导体芯片的处理能力，通过功能层而形成半导体器件的方式的半导体晶片得以实用化，其中该功能层在硅等的基板的表面层积有由SiOF、BSG(SiOB)等的无机物类的膜或聚酰亚胺类、聚对二甲苯类等的聚合物膜即有机物类的膜构成的低介电常数绝缘体被膜(Low-k膜)。
这种沿着半导体晶片的切割线进行的分割通常是通过被称作切割器的切削装置进行的。该切削装置具有保持作为被加工物的半导体晶片的卡盘台、用与切削保持于该卡盘台的半导体晶片的切削单元、以及用于使卡盘台与切削单元相对移动的移动单元。切削单元包括进行高速旋转的旋转主轴和安装于该主轴的切削刀。切削刀由圆盘状的基台和安装于该基台的侧面外周部的环状的切割刃构成，切割刃是通过电铸来固定例如粒径为3μm左右的金刚石磨粒而固定形成的。
然而，上述Low-k膜难以通过切削刀进行切削。即，Low-k膜如云母般非常脆弱，因而如果通过切削刀沿着分割预定线切削，则Low-k膜会剥离，存在该剥离到达电路而对器件带来致命损伤的问题。
此外，在分割预定线上的功能层上配设有用于测试器件功能的被称作试验元件组(TEG)的测试用的金属膜的半导体晶片中，如果通过切削刀切削则会产生飞边，使得器件的品质降低，并且还需要频繁实施切削刀的修整，存在生产性降低的问题。
为了消除上述问题，下述专利文献1公开了一种晶片的分割方法，沿着形成于半导体晶片的分割预定线照射激光光线，从而在由Low-k膜构成的层积体上形成激光加工槽并断开功能层，将切削刀定位于断开了该功能层后的激光加工槽上并使切削刀与半导体晶片相对移动，从而沿着分割预定线切断半导体晶片。
然而，在分割预定线上的功能层上配设有用于测试器件的功能的被称作试验元件组(TEG)的测试用的金属膜的半导体晶片中，存在无法沿着分割预定线形成均匀深度的激光加工槽的问题。为了消除该问题，下述专利文献2公开了一种技术，检测配设有测试用的金属膜的区域，制作坐标并存储，根据所存储的坐标调整激光光线的输出，同时沿着分割预定线照射激光光线。
专利文献1日本特开2005-64231号公报
专利文献2日本特开2005-118832号公报
并且，上述专利文献2所公开的技术存在检测配设有测试用的金属膜的区域并制作坐标的过程需要相当长的时间而生产性较差的问题，并且不易根据坐标而时机良好地控制激光光线的输出。
发明内容
本发明就是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于，提供一种在不必控制激光光线的输出的情况下能够形成均匀深度的激光加工槽的激光加工装置。
为了解决上述主要技术课题，本发明提供一种激光加工装置，其具有：被加工物保持单元，其保持被加工物；以及激光光线照射单元，其对保持于该被加工物保持单元的被加工物照射激光光线，该激光加工装置的特征在于，
该激光光线照射单元构成为包括：脉冲激光光线振荡单元，其振荡出脉冲激光光线；聚光器，其会聚从该脉冲激光光线振荡单元振荡出的脉冲激光光线而对保持于该被加工物保持单元的被加工物进行照射；以及扫描镜，其配设于该脉冲激光光线振荡单元与该聚光器之间，对从该脉冲激光光线振荡单元振荡出的脉冲激光光线进行扫描而引导至该聚光器，
该激光加工装置具有加工深度检测单元，该加工深度检测单元对保持于该被加工物保持单元的被加工物的加工深度进行检测，
该加工深度检测单元构成为包括：检查光源，其向该扫描镜发出具有规定的波段的检查光；色差透镜，其配设于该检查光源与该扫描镜之间，对应于检查光的波长而进行分光，使检查光的束散角按照每种波长略微变更；分束器，其配设于该检查光源与该色差透镜之间，将检查光的反射光分支到反射光检测路径上，该检查光是从该检查光源发出并经由该扫描镜和该聚光器而对保持于该被加工物保持单元的被加工物照射的光；波长选择单元，其配设于该反射光检测路径上，使反射光的波段中的焦点与被加工物一致的波长的检查光的反射光通过；波长检测单元，其对在该波长选择单元中通过的检查光的反射光的波长进行检测；以及控制单元，其根据由该波长检测单元检测到的波长，求出保持于该被加工物保持单元的被加工物的加工深度。
本发明的激光加工装置如上构成，其使激光光线照射单元进行动作，对保持于被加工物保持单元的被加工物照射激光光线，并通过加工深度检测单元检测待加工的激光加工槽的深度，在激光加工槽达到规定的厚度时停止对于被加工物的激光光线的照射，因此在被加工物中存在不同种类的材料时，不必控制激光光线的输出就能够形成均匀深度的激光加工槽。因此，无需检测存在不同种类的材料的区域并制作坐标，因此能够提升生产性。
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是设置于图1所示的激光加工装置的激光光线照射单元和加工深度检测单元的结构框图。
图3是表示图2所示的加工深度检测单元的检查光的各波长的聚光点的说明图。
图4是设置于图1所示的激光加工装置的控制单元的结构框图。
图5是表示检查光的波长(nm)与加工深度(μm)的关系的控制图。
图6是作为被加工物的半导体晶片的立体图和要部放大剖面图。
图7是表示将图6所示的半导体晶片贴附于在环状框架上安装的切割带表面的状态的立体图。
图8是通过图1所示的激光加工装置实施的激光加工槽形成工序和进给工序的说明图。
标号说明
2：静止基台，3：卡盘台机构，36：卡盘台，37：加工进给单元，38：分度进给单元，4：激光光线照射组件，5：激光光线照射单元，51：脉冲激光光线振荡单元，52：聚光器，521：fθ透镜，53：扫描镜，6：摄像单元，7：加工深度检测单元，71：检查光源，72：色差透镜，73：反射光检测路径，74：分束器，75：波长选择单元，76：波长检测单元，8：控制单元，10：半导体晶片，F：环状框架，T：切割带。
具体实施方式
以下，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、以能够在箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)上移动的方式配设于该静止基台2上且用于保持被加工物的卡盘台机构3、以及配设于基台2上的作为激光光线照射单元的激光光线照射组件4。
上述卡盘台机构3具有沿着X轴方向平行配设于静止基台2上的一对导轨31、31、以能够在X轴方向上移动的方式配设于该导轨31、31上的第1滑块32、以能够在与加工进给方向(X轴方向)正交的通过箭头Y示出的分度进给方向(Y轴方向)上移动的方式配设于该第1滑块32上的第2滑块33、被圆筒部件34支撑于该第2滑块33上的支撑台35、以及作为被加工物保持单元的卡盘台36。该卡盘台36具有通过多孔性材料形成的吸盘361，在作为吸盘361的上表面的保持面上通过未图示的吸附单元保持着作为被加工物的例如圆形状的半导体晶片。如上构成的卡盘台36利用配设于圆筒部件34内的未图示的脉冲电动机而旋转。另外，卡盘台36配设有用于固定环状框架的夹钳362，该环状框架隔着保护带支撑半导体晶片等的被加工物。
上述第1滑块32的下表面设有与上述一对导轨31、31嵌合的一对被导向槽321、321，并且其上表面设有沿着Y轴方向而平行形成的一对导轨322、322。如上构成的第1滑块32构成为，利用被导向槽321、321嵌合于一对导轨31、31，从而沿着一对导轨31、31能够在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滑块32沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动的加工进给单元37。加工进给单元37包括平行配设于上述一对导轨31与31之间的外螺纹杆371、以及用于旋转驱动该外螺纹杆371的脉冲电动机372等的驱动源。外螺纹杆371的一端以能够旋转的方式支撑于在上述静止基台2上固定的轴承体373，而其另一端与上述脉冲电动机372的输出轴传动连结。另外，外螺纹杆371螺合于贯通内螺纹孔中，该贯通内螺纹孔形成于在第1滑块32的中央部下表面突出设置的未图示的内螺纹体。因此，通过脉冲电动机372对外螺纹杆371正转和反转驱动，从而第1滑块32沿着导轨31、31在X轴方向上移动。
上述第2滑块33的下表面设有与设置于上述第1滑块32的上表面的一对导轨322、322嵌合的一对被导向槽331、331，该第2滑块33构成为通过使该被导向槽331、331嵌合于一对导轨322、322，从而能够在Y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2滑块33沿着设置于第1滑块32的一对导轨322、322在Y轴方向上移动的分度进给单元38。分度进给单元38包括平行配设于上述一对导轨322与322之间的外螺纹杆381、以及用于旋转驱动该外螺纹杆381的脉冲电动机382等的驱动源。外螺纹杆381的一端以能够旋转的方式支撑于在上述第1滑块32的上表面固定的轴承体383，而其另一端与上述脉冲电动机382的输出轴传动连结。另外，外螺纹杆381螺合于贯通内螺纹孔，该贯通内螺纹孔形成于在第2滑块33的中央部下表面突出设置的未图示的内螺纹体。因此，通过脉冲电动机382对外螺纹杆381正转和反转驱动，从而第2滑块33沿着导轨322、322在Y轴方向上移动。
上述激光光线照射组件4具有配设于上述基台2上的支撑部件41、被该支撑部件41支撑而实际水平延伸的壳体42、配置于该壳体42的激光光线照射单元5、以及配设于壳体42的前端部以检测待激光加工的加工区域的摄像单元6。另外，摄像单元6具有对被加工物照明的照明单元、捕捉被该照明单元照明的区域的光学系统、以及对被该光学系统捕捉的像摄像的摄像元件(CCD)等，该摄像单元6将摄像得到的图像信号发送给后述的控制单元。
参照图2说明上述激光光线照射单元5。
激光光线照射单元5构成为包括脉冲激光光线振荡单元51、会聚从该脉冲激光光线振荡单元51振荡出的脉冲激光光线而对保持于卡盘台36的被加工物W进行照射的聚光器52、以及配设于脉冲激光光线振荡单元51与聚光器52之间以对从脉冲激光光线振荡单元51振荡出的激光光线进行扫描而引导至聚光器52的扫描镜53。脉冲激光光线振荡单元51构成为包括脉冲激光光线振荡器511、以及附设于该脉冲激光光线振荡器511的重复频率设定单元512。另外，脉冲激光光线振荡单元51的脉冲激光光线振荡器511在图示的实施方式中振荡出波长为355nm的脉冲激光光线LB。上述聚光器52具有会聚从上述脉冲激光光线振荡单元51振荡出的脉冲激光光线LB的fθ透镜521。另外，聚光器52通过未图示的聚光点位置调整单元而在垂直于卡盘台36的保持面的聚光点位置调整方向(图1中箭头Z所示的Z轴方向)上移动。
上述扫描镜53在图示的实施方式中由多角镜构成，通过扫描电动机530而在图2中箭头53a所示的方向上旋转，从而将从脉冲激光光线振荡单元51振荡出的脉冲激光光线LB在从LB1到LBn的范围内沿着X轴方向引导至fθ透镜521。另外，作为扫描镜53可使用检流计反射镜。此外，从通过上述fθ透镜521而聚光的脉冲激光光线LB1至LBn的范围在图示的实施方式中被夸张描述，而例如被设定为2mm。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5具有配设于脉冲激光光线振荡单元51与扫描镜53之间，用于使从脉冲激光光线振荡单元51振荡出的脉冲激光光线LB的光轴偏向的光轴变更单元54。该光轴变更单元54在图示的实施方式中由音响光学元件(AOD)构成，在被施加了规定频率的RF(radio frequency：射电频率)的情况下，如图2中虚线所示，将脉冲激光光线LB的光轴变更为朝向激光光线吸收单元55。
如上构成的激光光线照射单元5的脉冲激光光线振荡单元51以及扫描镜53的扫描电动机530和光轴变更单元54通过后述的控制单元进行控制。
参照图2继续进行说明，图示的实施方式中的激光加工装置具有检测保持于作为被加工物保持单元的卡盘台36上的被加工物W的加工深度的加工深度检测单元7。加工深度检测单元7具有：检查光源71，其向上述激光光线照射单元5的扫描镜53发出具有规定的波段的检查光；色差透镜72，其配设于检查光源71与扫描镜53之间，对应于检查光的波长进行分光，使检查光的束散角按照每种波长略微变更；分束器74，其配设于检查光源71与色差透镜72之间，将从检查光源71发出并经由扫描镜53和聚光器52的fθ透镜521而对保持于卡盘台36的被加工物W照射的检查光的反射光分支到反射光检测路径73上；波长选择单元75，其配设于反射光检测路径73，使反射光的波段中的焦点与被加工物一致的波长的检查光的反射光通过；以及波长检测单元76，其检测在该波长选择单元75中通过的检查光的反射光的波长。
检查光源71由超发光二极管(SLD)或闪光灯等构成，在图示的实施方式中具有800nm～900nm的波段。色差透镜72使检查光源71发出的具有800nm～900nm的波段的检查光对应于波长分光，并使检查光的束散角按照每种波长略微变更并将其引导至扫描镜53。因此，作为被扫描镜53反射且被引导至fθ透镜521的具有800～900nm的波段的检查光，如图3所示，800nm的光会聚于P1，而波长为900nm的光则会聚于P2。另外，在图示的实施方式中，波长为800nm的聚光点P1与波长为900nm的聚光点P2之间的间隔被设定为50μm。因此，在图示的实施方式中制作出了图5所示的表示检查光的波长(nm)与加工深度(μm)的关系的控制图，该控制图储存于后述的控制单元的存储器中。
上述分束器74使检查光源71发出的具有800nm～900nm的波段的检查光向色差透镜72通过，而使照射在卡盘台36上的检查光的反射光向反射光检测路径73分支。配设于反射光检测路径73的波长选择单元75构成为包括聚光透镜751、在该聚光透镜751的下游侧配设于聚光透镜751的焦点位置处且具有通孔752a的通孔掩模752、以及配设于该通孔掩模752的下游侧且使在通孔752a中通过的反射光形成为平行光的准直透镜753。如上构成的波长选择单元75使得对保持于卡盘台36的被加工物W照射的检查光在聚光点上反射后的波长的反射光在通孔掩模752的通孔752a中通过。上述波长检测单元76由衍射光栅761、聚光透镜762和线图像传感器763构成。上述衍射光栅761使通过准直透镜753而形成为平行光的反射光衍射，并将对应于各波长的衍射信号经由聚光透镜762发送给线图像传感器763。线图像传感器763检测通过衍射光栅761而衍射的反射光的各波长的光强度，并将检测信号发送给后述的控制单元。
图示的实施方式中的激光加工装置具有图4所示的控制单元8。控制单元8由计算机构成，且具有根据控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)81、储存控制程序等的只读存储器(ROM)82、储存运算结果等的可读写随机存取存储器(RAM)83、输入接口84和输出接口85。控制单元8的输入接口84被输入来自上述摄像单元6、线图像传感器763等的检测信号。而且，从控制单元8的输出接口85对上述加工进给单元37、分度进给单元38、脉冲激光光线振荡单元51、扫描镜53的扫描电动机530、光轴变更单元54、加工深度检测单元7的检查光源71等输出控制信号。另外，上述随机存取存储器(RAM)83储存有图5所示的表示检查光的波长(nm)与加工深度(μm)的关系的控制图。
图示的实施方式中的激光加工装置如上构成，以下说明其作用。
图6的(a)和(b)示出作为被加工物的半导体晶片的立体图和要部放大剖面图。
图6的(a)和(b)所示的半导体晶片10形成有功能层120，该功能层120是在厚度为150μm的硅等的基板110的表面110a层积有绝缘膜和形成电路的功能膜而得到的，在该功能层120上通过形成为格子状的多条分割预定线121而划分出的多个区域上形成有IC、LSI等的器件122。另外，在图示的实施方式中，形成功能层120的绝缘膜由SiO2膜或SiOF、BSG(SiOB)等的无机物类的膜或由聚酰亚胺类、聚对二甲苯系等的聚合物膜即有机物类的膜构成的低介电常数绝缘体被膜(Low-k膜)构成，其厚度被设定为10μm。此外，半导体晶片10的分割预定线121的局部区域配设有多个用于测试器件122的功能的被称作试验元件组(TEG)的由铜(Cu)和铝(Al)构成的测试用的金属膜123。
在沿着分割预定线加工上述半导体晶片10时，实施将半导体晶片10贴附于在环状框架上安装的切割带上的晶片支撑工序。即，如图7所示，在安装于环状框架F的由聚烯烃等的合成树脂膜构成的切割带T的表面贴附构成半导体晶片10的基板110的背面110b。因此，贴附于切割带T的表面的半导体晶片10中的功能层120的表面120a成为上侧。
实施了上述晶片支撑工序后，在图1所示的激光加工装置的卡盘台36上放置半导体晶片10的切割带T侧。然后，使未图示的吸附单元进行动作，从而隔着切割带T将半导体晶片10吸附保持于卡盘台36上(晶片保持工序)。因此，隔着切割带T而保持于卡盘台36上的半导体晶片10中的功能层120的表面120a成为上侧。
在如上所述隔着切割带T将半导体晶片10吸附保持于卡盘台36上之后，控制单元8使加工进给单元37进行动作，将保持半导体晶片10的卡盘台36定位于摄像单元6的正下方。如上将卡盘台36定位于摄像单元6的正下方后，控制单元8使摄像单元6进行动作，执行检测半导体晶片10的待激光加工的加工区域的校准作业。即，摄像单元6和控制单元8执行图案匹配等图像处理，用于进行形成于半导体晶片10的规定方向上的分割预定线121与构成沿着分割预定线121照射激光光线的激光光线照射单元5的聚光器52的位置对准，并完成激光光线照射位置的校准。此外，对于在与形成于半导体晶片10的上述规定方向正交的方向上延伸的分割预定线121，也同样地完成激光光线照射位置的校准。
在实施了上述校准工序后，控制单元8使加工进给单元37进行动作，如图8的(a)所示将卡盘台36移动至激光光线照射单元5的聚光器52所处的激光光线照射区域，并将规定的分割预定线121定位于聚光器52的正下方。此时，如图8的(a)所示，半导体晶片10被定位为使得比分割预定线121的一端(图8的(a)中的左端)靠内侧1mm的位置被定位于聚光器52的正下方。而且，控制单元8使未图示的聚光点位置调整单元进行动作，以使得脉冲激光光线的800nm的波长的聚光点成为分割预定线121的表面位置的方式定位聚光器52。
接着，控制单元8使脉冲激光光线振荡单元51进行动作，并且使扫描电动机530进行动作，使扫描镜53以规定的旋转速度旋转。其结果，从激光光线照射单元5的聚光器52起对半导体晶片10沿着X轴方向在LB1至LBn的2mm的范围内照射脉冲激光光线(激光加工槽形成工序)。另一方面，控制单元8使加工深度检测单元7进行动作，检测通过上述脉冲激光光线LB1～LBn的照射而被加工的激光加工槽的深度。加工深度检测单元7的线图像传感器763在加工开始时示出800nm的波长的光强度为最高的值，而随着加工的进行，光强度为最高值的波长接近900nm。而且，在将待加工的激光加工槽的深度设定为30μm的情况下，根据图5所示的控制图将作为控制基准的波长设定为860nm。因此，在根据来自线图像传感器763的检测信号而光强度为最高值的波长成为860nm时，控制单元判断为激光加工槽的深度达到了30μm，使加工进给单元37进行动作，使卡盘台36在图8的(a)中箭头X1所示的方向上移动2mm(进给工序)。
重复实施上述激光加工槽形成工序和进给工序，如图8的(b)所示如果分割预定线121的另一端(图8的(b)中的右端)在聚光器52的正下方位置上实施了上述激光加工槽形成工序，则控制单元8会对由音响光学元件(AOD)构成的光轴变更单元54施加规定频率的RF(radio frequency：射电频率)并使脉冲激光光线LB的光轴朝向激光光线吸收单元55，从而停止对保持于卡盘台36的半导体晶片10进行的脉冲激光光线的照射，并且停止加工进给单元37的动作以停止卡盘台36的移动。其结果，在半导体晶片10上形成如图8的(c)所示的比功能层120的厚度深、即到达基板110的深度为30μm的激光加工槽130，上述金属膜123被去除且功能层120断开。然后，沿着形成于半导体晶片10的所有分割预定线121实施上述激光加工槽形成工序和进给工序。
另外，上述激光加工槽形成工序例如通过以下的加工条件进行。
激光光线的波长：355nm(YAG激光)
平均输出：10W
重复频率：10MHz
如上所述，作为图示的实施方式中的激光加工槽形成工序，沿着分割预定线121照射脉冲激光光线并检测通过加工深度检测单元7加工的激光加工槽的深度，在激光加工槽达到规定厚度后使光轴变更单元54进行动作，并使脉冲激光光线LB的光轴朝向激光光线吸收单元55，从而停止对保持于卡盘台36的半导体晶片10进行的脉冲激光光线的照射，因此在分割预定线121上的局部区域配设有多个测试用的金属膜123的情况下，不必控制脉冲激光光线的输出就能够形成均匀深度的激光加工槽。
如上所述，通过沿着分割预定线121而形成的激光加工槽130使得功能层120断开后的半导体晶片10被搬运至分割工序，沿着功能层120断开后的分割预定线121进行分割。
Claims (1)
1.一种激光加工装置，其具有：被加工物保持单元，其保持被加工物；以及激光光线照射单元，其对保持于该被加工物保持单元的被加工物照射激光光线，
该激光加工装置的特征在于，
该激光光线照射单元构成为包括：
脉冲激光光线振荡单元，其振荡出脉冲激光光线；
聚光器，其会聚从该脉冲激光光线振荡单元振荡出的脉冲激光光线，对保持于该被加工物保持单元的被加工物进行照射；以及
扫描镜，其配设于该脉冲激光光线振荡单元与该聚光器之间，对从该脉冲激光光线振荡单元振荡出的脉冲激光光线进行扫描而引导至该聚光器，
该激光加工装置具有加工深度检测单元，该加工深度检测单元对保持于该被加工物保持单元的被加工物的加工深度进行检测，
该加工深度检测单元构成为包括：
检查光源，其向该扫描镜发出具有规定的波段的检查光；
色差透镜，其配设于该检查光源与该扫描镜之间，对应于检查光的波长而进行分光，使检查光的束散角按照每种波长略微变更；
分束器，其配设于该检查光源与该色差透镜之间，将检查光的反射光分支到反射光检测路径上，该检查光是从该检查光源发出并经由该扫描镜和该聚光器而照射到保持于该被加工物保持单元的被加工物上的；
波长选择单元，其配设于该反射光检测路径上，使反射光的波段中的焦点与被加工物一致的波长的检查光的反射光通过；
波长检测单元，其对在该波长选择单元中通过的检查光的反射光的波长进行检测；以及
控制单元，其根据由该波长检测单元检测到的波长，求出保持于该被加工物保持单元的被加工物的加工深度。
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