CN105397284A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

提供激光加工装置。具有保持被加工物的被加工物保持构件和对由被加工物保持构件保持的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件，激光光线照射构件具有：脉冲激光振荡器，其按照规定的重复频率振荡脉冲激光光线；第一聚光器和第二聚光器，它们对从脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行会聚；以及分支构件，其配设在脉冲激光振荡器与第一聚光器和第二聚光器之间，将从脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线朝向第一聚光器和第二聚光器交替地分支，分支构件具有光弹性调制器，光弹性调制器由压电元件和合成石英一体地形成，对压电元件施加与合成石英的固有振动频率对应的频率的高频电压，使激光光线的偏振面交替地调制成0度和90度。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及对半导体晶片等被加工物实施激光加工的激光加工装置。

背景技术

半导体器件制造工艺中，在大致圆板形状的半导体晶片的正面上通过排列成格子状的分割预定线划分出多个区域，在该划分出的区域中形成IC、LSI等器件。并且，通过沿着分割预定线切割半导体晶片而对形成有器件的区域进行分割，制造出各个半导体器件。并且，对于在蓝宝石基板的正面上层叠了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沿着分割预定线进行切割，分割成各个光电二极管、激光二极管等光器件，广泛应用于电气设备。

作为沿着分割预定线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，提出了如下的方法：沿着分割预定线照射对于晶片具有吸收性的波长的脉冲激光光线，由此形成激光加工槽，沿着形成有激光加工槽的分割预定线将晶片断裂。实施这种激光加工的激光加工装置具有：被加工物保持构件，其保持被加工物；激光光线照射构件，其对由该被加工物保持构件保持的被加工物进行激光加工；以及加工进给构件，其使被加工物保持构件和激光光线照射构件在加工进给方向上相对地移动。并且，激光光线照射构件由振荡出激光光线的激光光线振荡构件和具有聚光透镜的聚光器构成，该聚光透镜对从该激光光线振荡构件振荡出的激光光线进行会聚并照射到由被加工物保持构件保持的被加工物。

并且，提出一种激光加工装置，能够通过偏振分束器将由激光光线振荡构件振荡出的脉冲激光光线分支成2个路径而实施2种激光加工(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2008-114239号公报

发明内容

然而，当通过偏振分束器将脉冲激光光线分支成2个路径时，各个脉冲激光光线的功率密度变为1/2，存在因输出不足导致的无法进行适当的加工这样的问题。

为了解决这种问题，还提出了如下技术：使用电光调制器(EOM：ElectroOpticalModulator)或者声光调制器(AOM：AcoustoOpticalModulator)以与脉冲激光光线的重复频率同步的方式按照脉冲对激光光线进行分支。但是，电光调制器(EOM)和声光调制器(AOM)不仅透过率较低、输出减少15～30％，还存在如下这样的问题：由于接受激光光线的有效直径较小为几mm因此需要收缩光束直径而使密度比较高的激光光线透过，会因热透镜效果而产生焦点偏差并且损伤较大、聚光器的寿命较短。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要的技术性课题在于提供一种激光加工装置，即使将脉冲激光光线分支成2个路径，也能够在不降低各个脉冲激光光线的功率密度的情况下进行加工。

为了解决上述主要的技术性课题，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，其保持被加工物；以及激光光线照射构件，其对由该被加工物保持构件保持的被加工物照射激光光线，

该激光光线照射构件具有：脉冲激光振荡器，其按照规定的重复频率振荡脉冲激光光线；第一聚光器和第二聚光器，它们对从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行会聚；以及分支构件，其配设在该脉冲激光振荡器与该第一聚光器和该第二聚光器之间，将从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线朝向该第一聚光器和该第二聚光器交替地分支，

该分支构件具有光弹性调制器，该光弹性调制器由压电元件和合成石英一体地形成，对该压电元件施加与该合成石英的固有振动频率对应的频率的高频电压，从而使激光光线的偏振面交替地调制成0度和90度。

优选为，上述该分支构件从该脉冲激光振荡器侧朝向该第一聚光器和该第二聚光器侧由第一1/2波长板、该光弹性调制器、第二1/2波长板以及偏振分束器构成，设该光弹性调制器的频率为f_PEM，设该脉冲激光振荡器的重复频率为f_Laser，设m为自然数，通过下述公式求出重复频率f_Laser，

$f_{Laser}=\frac{4f_{PEM}}{(2m+1)}\[Hz\].$

优选为，合成石英的固有振动频率是50kHz，当代入f_PEM＝50kHz，且代入m＝0、1、2、3、4、……时，该脉冲激光振荡器的重复频率作为f_Laser＝200kHz、40kHz、8kHz、1.6kHz、320Hz、64Hz被求出。

优选为，上述分支构件从该脉冲激光振荡器侧朝向该第一聚光器和该第二聚光器侧由1/4波长板、该光弹性调制器、1/2波长板以及偏振分束器构成，设该光弹性调制器的频率为f_PEM，设该脉冲激光振荡器的重复频率为f_Laser，设m为自然数，通过下述公式求出重复频率f_Laser，

$f_{Laser}=\frac{2f_{PEM}}{(2m+1)}\[Hz\].$

优选为，合成石英的固有振动频率是50kHz，当代入f_PEM＝50kHz，且代入m＝0、1、2、3、4、……时，该脉冲激光振荡器的重复频率作为f_Laser＝100kHz、20kHz、4kHz、800Hz、160Hz、32Hz被求出。

根据本发明的激光加工装置，将脉冲激光光线朝向第一聚光器和第二聚光器交替地分支的分支构件具有光弹性调制器，该光弹性调制器由压电元件和合成石英一体地形成，对压电元件施加与合成石英的固有振动频率对应的频率的高频电压，从而使激光光线的偏振面交替地调制成0度和90度，因此以与从脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线的重复频率同步的方式按照脉冲交替地调制脉冲激光光线，因此各脉冲的能量密度不会降低到1/2。因此，能够通过由分支构件朝向第一聚光器和第二聚光器交替地分支的脉冲激光光线而对被加工物同时地实施适当的加工。

并且，构成光弹性调制器的合成石英的透过率较高，不会像上述的电光调制器(EOM)和声光调制器(AOM)那样出现输出减少15～30％的情况，并且接收激光光线的有效直径较大为16mm左右，因此能够透过密度比较低的激光光线，从而不会受到热透镜的影响，解决产生焦点偏差这样的问题和聚光器的寿命较短这样的问题。

附图说明

图1是按照本发明的方式构成的激光加工装置的立体图。

图2是安装于图1所示的激光加工装置的激光光线照射构件的结构框图。

图3是示出安装于图1所示的激光加工装置的激光光线照射构件的另一实施方式的结构框图。

标号说明

2：静止基台；3：卡盘工作台机构；36：卡盘工作台；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：脉冲激光振荡器；52a：第一聚光器；52b：第二聚光器；53：分支构件；531：第一1/2波长板；532：光弹性调制器；532a：压电元件；532b：合成石英；533：第二1/2波长板；534：偏振分束器；535：1/4波长板；W：被加工物。

具体实施方式

以下，关于本发明的晶片的加工方法和激光加工装置的优选的实施方式，参照附图详细地进行说明。

图1中示出按照本发明的方式构成的激光加工装置1的立体图。图1所示的激光加工装置1具有：静止基台2；卡盘工作台机构3，其以能够在箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)上移动的方式配设在该静止基台2上，并保持被加工物；以及作为激光光线照射构件的激光光线照射单元4，其配设在基台2上。

上述卡盘工作台机构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；第一滑动块32，其以能够在X轴方向上移动的方式配设在该导轨31、31上；第二滑动块33，其以能够在与X轴方向正交的箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)上移动的方式配设在该第一滑动块32上；支承工作台35，其通过圆筒部件34而被支承在该第二滑动块33上；以及作为被加工物保持构件的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361，在作为吸附卡盘361的上表面的保持面上通过未图示的吸引构件保持作为被加工物的例如圆形的半导体晶片。以这种方式构成的卡盘工作台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。另外，在卡盘工作台36上配设有夹具362，该夹具362用于将借助于保护带支承半导体晶片等被加工物的环状的框架固定。

上述第一滑动块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。以这种方式构成的第一滑动块32的被引导槽321、321与一对导轨31、31嵌合，由此构成为能够沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。卡盘工作台机构3具有加工进给构件37，该加工进给构件37用于使第一滑动块32沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。加工进给构件37包含：平行地配设在上述一对导轨31、31之间的外螺纹杆371；以及用于旋转驱动该外螺纹杆371的脉冲电机372等驱动源。外螺纹杆371的一端旋转自如地被固定于上述静止基台2的轴承块373支承，其另一端与上述脉冲电机372的输出轴传动连结。另外，外螺纹杆371与形成于突出设置在第一滑动块32的中央部下表面上的未图示的内螺纹块的贯通内螺纹孔螺合。因此，通过脉冲电机372对外螺纹杆371进行正转驱动和反转驱动，由此第一滑动块32沿着导轨31、31在X轴方向上移动。

上述第二滑动块33在其下表面设置有与设置于上述第一滑动块32的上表面的一对导轨322、322嵌合的一对被引导槽331、331，通过将该被引导槽331、331嵌合在一对导轨322、322，而构成为能够在Y轴方向上移动。卡盘工作台机构3具有分度进给构件38，该分度进给构件38用于使第二滑动块33沿着设置于第一滑动块32的一对导轨322、322在Y轴方向上移动。分度进给构件38包含：在上述一对导轨322、322之间平行配设的外螺纹杆381；以及用于旋转驱动该外螺纹杆381的脉冲电机382等驱动源。外螺纹杆381的一端旋转自如地被固定于上述第一滑动块32的上表面的轴承块383支承，其另一端与上述脉冲电机382的输出轴传动连结。另外，外螺纹杆381与形成于突出设置在第二滑动块33的中央部下表面上的未图示的内螺纹块形成的贯通内螺纹孔螺合。因此，通过脉冲电机382对外螺纹杆381进行正转驱动和反转驱动，由此第二滑动块33沿着导轨322、322在Y轴方向上移动。

上述激光光线照射单元4具有：配设在上述基台2上的支承部件41、由该支承部件41支承且实质上水平延伸的外壳42、配设于该外壳42的激光光线照射构件5、配设在外壳42的前端部且对应该进行激光加工的加工区域进行检测的摄像构件6。另外，关于摄像构件6，除了图示的实施方式中借助可视光线进行拍摄的通常的摄像元件(CCD)之外，还由如下的部件构成：对被加工物照射红外线的红外线照明构件、捕捉由该红外线照明构件照射的红外线的光学系统、输出与由该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等，该摄像构件6将拍摄到的图像信号发送给未图示的控制构件。

关于上述激光光线照射构件5，参照图2进行说明。图2所示的激光光线照射构件5具有：脉冲激光振荡器51，其按照规定的重复频率振荡脉冲激光；第一聚光器52a和第二聚光器52b，它们对从该脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线进行会聚使其照射到由卡盘工作台36保持的被加工物W；以及分支构件53，其配设在脉冲激光振荡器51与第一聚光器52a和第二聚光器52b之间，将从脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线朝向第一聚光器52a和第二聚光器52b交替地分支。在本实施方式中，脉冲激光振荡器51因后述的理由而振荡出重复频率为200kHz、40kHz、8kHz、1.6kHz、320Hz、64Hz的脉冲激光光线LB。

在本实施方式中，上述分支构件53从脉冲激光振荡器51侧朝向第一聚光器52a和第二聚光器52b侧由第一1/2波长板531、光弹性调制器532、第二1/2波长板533以及偏振分束器534构成。第一1/2波长板531进行调整使得由脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线LB的偏振面旋转并以适当的角度入射到光弹性调制器532。另外，第一1/2波长板531借助脉冲电机等致动器531a进行转动。

在本实施方式中，上述光弹性调制器532由压电元件532a和合成石英532b一体地形成，对压电元件532a施加与合成石英532b的固有振动频率对应的高频电压，从而使由脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线的偏振面交替地调制成0度和90度。由于本实施方式中的光弹性调制器532的合成石英532b的固有振动频率为50kHz，因此从高频电源532c对压电元件532a施加50kHz的高频电压。因此，光弹性调制器532以与由脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线LB的重复频率同步的方式按照脉冲交替地调制脉冲激光光线LB(调制成针对偏光偏振分束器534交替的S波P波)。

上述第二1/2波长板533进行调整使脉冲激光光线LB的偏振面旋转并以适当的角度入射到偏振分束器534，所述脉冲激光光线LB的偏振面被光弹性调制器532交替地调制成0度和90度。另外，第二1/2波长板533借助脉冲电机等致动器533a进行转动。

上述偏振分束器534使经由第二1/2波长板533入射的由脉冲激光光线LB的S波构成的脉冲激光光线LB1朝向第一聚光器52a分支，使由P波构成的脉冲激光光线LB2朝向第二聚光器52b分支。

第一聚光器52a具有聚光透镜521a，该聚光透镜521a对脉冲激光光线LB1进行会聚并照射到由卡盘工作台36保持的被加工物W，所述脉冲激光光线LB1由借助偏振分束器534分支的S波构成。并且，第二聚光器52b由方向转换镜522b和聚光透镜521b构成，该方向转换镜522b使由借助偏振分束器534分支的P波构成的脉冲激光光线LB2朝向卡盘工作台36的保持面进行方向转换，该聚光透镜521b对由该方向转换镜522b转换方向后的脉冲激光光线LB2进行会聚并照射到由卡盘工作台36保持的被加工物W。另外，第二聚光器52b在图示的实施方式中与第一聚光器52a在Y轴方向上分开地配设，构成为能够通过移动构件523在Y轴方向上进行移动调整。这样构成的第一聚光器52a和第二聚光器52b如图1所示安装在外壳42的末端。

激光光线照射构件5以如上的方式构成，对脉冲激光振荡器51的重复频率的设定进行说明。将上述光弹性调制器532的频率设为f_PEM，将脉冲激光振荡器51的重复频率设为f_Laser，将m设为自然数，能够通过下述公式1求出脉冲激光振荡器51的重复频率f_Laser。

【公式1】

$f_{Laser}=\frac{4f_{PEM}}{(2m+1)}\[Hz\]$

构成上述光弹性调制器532的合成石英532b的固有振动频率是50kHz，当代入f_PEM＝50kHz、且代入m＝0、1、2、3、4、……时，脉冲激光振荡器51的重复频率作为f_Laser＝200kHz、40kHz、8kHz、1.6kHz、320Hz、64Hz被求出。

关于以如上方式构成的激光光线照射构件5中的分支构件53，对由压电元件532a和合成石英532b一体地形成的光弹性调制器532的压电元件532a施加与合成石英532b的固有振动频率对应的频率的高频电压，从而使由脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线的偏振面交替地调制成0度和90度，因此以与从脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线的重复频率同步的方式按照脉冲交替地调制脉冲激光光线(调制成针对偏光偏振分束器534交替的S波P波)，各脉冲的能量密度不会降低到1/2。因此，能够通过借助分支构件53的偏振分束器534而朝向第一聚光器52a和第二聚光器52b交替地分支的由S波构成的脉冲激光光线LB1和由P波构成的脉冲激光光线LB2同时地对被加工物实施适当的加工。

并且，构成光弹性调制器532的合成石英532b的透过率较高，不会像上述的电光调制器(EOM)和声光调制器(AOM)那样出现输出减少15～30％的情况，并且接收激光光线的有效直径较大为16mm左右，因此密度比较低的激光光线能够透射，从而不会受到热透镜的影响，能够解决产生焦点偏差这样的问题和聚光器的寿命短这样的问题。

接着，参照图3对激光光线照射构件的另一实施方式进行说明。在图3所示的激光光线照射构件50中，将构成上述的激光光线照射构件5的分支构件53的第一1/2波长板531变更为1/4波长板535，并通过脉冲电机等致动器535a使该1/4波长板535转动，由于其他的结构部件实质上是相同的，因此对同一部件标注同一标号并省略说明。

构成图3所示的激光光线照射构件50的分支构件530的1/4波长板535将由脉冲激光振荡器51振荡出的直线偏振光的脉冲激光光线LB转换成圆偏振光。这样转换成圆偏振光的脉冲激光光线LB与上述的激光光线照射构件5的分支构件53同样地被导入光弹性调制器532的合成石英532b，并与激光光线照射构件5的分支构件53同样地朝向第一聚光器52a和第二聚光器52b交替地分支。

接着，对图3所示的实施方式中的构成激光光线照射构件50的脉冲激光振荡器51的重复频率的设定进行说明。将光弹性调制器532的频率设为f_PEM，将脉冲激光振荡器51的重复频率设为f_Laser，将m设为自然数，能够通过下述公式2求出脉冲激光振荡器51的重复频率f_Laser。

【公式2】

$f_{Laser}=\frac{2f_{PEM}}{(2m+1)}\[Hz\]$

构成光弹性调制器532的合成石英532b的固有振动频率是50kHz，当代入f_PEM＝50kHz，且代入m＝0、1、2、3、4、……时脉冲激光振荡器51的重复频率作为f_Laser＝100kHz、20kHz、4kHz、800Hz、160Hz、32Hz被求出。

因此，图3所示的实施方式中的构成激光光线照射构件50的脉冲激光振荡器51振荡出重复频率为100kHz、20kHz、4kHz、800Hz、160Hz、32Hz的脉冲激光光线LB。以如上方式构成的激光光线照射构件50也发挥与上述图2所示的激光光线照射构件5相同的作用效果。

Claims (5)

1.一种激光加工装置，其具有：被加工物保持构件，其保持被加工物；以及激光光线照射构件，其对由该被加工物保持构件保持的被加工物照射激光光线，其特征在于，

该激光光线照射构件具有：脉冲激光振荡器，其按照规定的重复频率振荡脉冲激光光线；第一聚光器和第二聚光器，它们对从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行会聚；以及分支构件，其配设在该脉冲激光振荡器与该第一聚光器和该第二聚光器之间，将从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线朝向该第一聚光器和该第二聚光器交替地分支，

该分支构件具有光弹性调制器，该光弹性调制器由压电元件和合成石英一体地形成，对该压电元件施加与该合成石英的固有振动频率对应的频率的高频电压，从而使激光光线的偏振面交替地调制成0度和90度。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，

该分支构件从该脉冲激光振荡器侧朝向该第一聚光器和该第二聚光器侧由第一1/2波长板、该光弹性调制器、第二1/2波长板以及偏振分束器构成，

设该光弹性调制器的频率为f_PEM，设该脉冲激光振荡器的重复频率为f_Laser，设m为自然数，通过下述公式求出重复频率f_Laser，

$f_{Laser}=\frac{4f_{PEM}}{(2m+1)}\[Hz\].$

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中，

合成石英的固有振动频率是50kHz，当代入f_PEM＝50kHz，且代入m＝0、1、2、3、4、……时，该脉冲激光振荡器的重复频率作为f_Laser＝200kHz、40kHz、8kHz、1.6kHz、320Hz、64Hz被求出。

4.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，

该分支构件从该脉冲激光振荡器侧朝向该第一聚光器和该第二聚光器侧由1/4波长板、该光弹性调制器、1/2波长板以及偏振分束器构成，

设该光弹性调制器的频率为f_PEM，设该脉冲激光振荡器的重复频率为f_Laser，设m为自然数，通过下述公式求出重复频率f_Laser，

$f_{Laser}=\frac{2f_{PEM}}{(2m+1)}\[Hz\].$

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其中，

合成石英的固有振动频率是50kHz，当代入f_PEM＝50kHz，且代入m＝0、1、2、3、4、……时，该脉冲激光振荡器的重复频率作为f_Laser＝100kHz、20kHz、4kHz、800Hz、160Hz、32Hz被求出。