CN105478996A

CN105478996A - 激光加工装置

Info

Publication number: CN105478996A
Application number: CN201510632746.9A
Authority: CN
Inventors: 能丸圭司; 名雪正寿
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2016-04-13
Also published as: JP2016068149A; KR20160040097A; TW201613712A; DE102015219015A1; US20160096237A1; US9796049B2

Abstract

本发明提供激光加工装置，其能够高效地实施烧蚀加工。激光加工装置具有光路摆动构件，该光路摆动构件配设在脉冲激光振荡器和聚光器之间，使从脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线的光路摆动并将该脉冲激光光线导向聚光器。光路摆动构件包含多面镜扫描器和声光偏转单元，其中，光路摆动构件配设在聚光器侧，使从脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行扫描而导向聚光器，声光偏转单元配设在多面镜扫描器的脉冲激光振荡器侧，对从脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线的光路的方向进行变更，并将该脉冲激光光线导向多面镜扫描器。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及对由被加工物保持构件保持的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

在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以呈格子状排列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。然后，通过沿间隔道(分割预定线)切断半导体晶片，对形成有器件的区域进行分割而制造出一个个半导体器件。

近年来，为了提高IC、LSI等半导体芯片的处理能力，通过层叠低介电常数绝缘体覆膜(Low-k膜)而成的功能层在硅等的基板的正面上形成有半导体器件的形态的半导体晶片已经实用化，其中，所述低介电常数绝缘体覆膜(Low-k膜)由SiOF、BSG(SiOB)等无机物类的膜或聚酰亚胺类、聚对二甲苯类等聚合物膜即有机物类的膜制成。

这样的沿着半导体晶片的间隔道的分割一般利用被称作划片锯的切削装置进行。该切削装置具有：卡盘工作台，其对作为被加工物的半导体晶片进行保持；切削构件，其对保持在该卡盘工作台上的半导体晶片进行切削；以及移动构件，其使卡盘工作台和切削构件相对地移动。切削构件包含高速旋转的旋转主轴和安装在该主轴上的切削刀具。切削刀具由圆盘状的基座和安装在该基座的侧面外周部上的环状的切削刃构成，切削刃例如是通过电铸将3μm左右的粒径的金刚石磨粒固定而形成。

然而，很难通过切削刀具对上述的Low-k膜进行切削。即，由于Low-k膜像云母一样非常脆，因此存在如下问题：当通过切削刀具沿着分割预定线进行切削时，Low-k膜剥离，该剥离到达电路从而给器件带来致命的损伤。

为了消除上述问题，在下述专利文献1中公开有一种晶片的分割方法，该方法的具体内容如下：在形成于半导体晶片的分割预定线的宽度方向的两侧，沿着分割预定线照射激光光线，沿着分割预定线形成两条激光加工槽，将由Low-k膜构成的层叠体切断，将切削刀具定位在该两条激光加工槽之间，使切削刀具和半导体晶片相对移动，由此，将半导体晶片沿着分割预定线切断。

专利文献1：日本特开2005-64231号公报

然而，如果通过沿分割预定线照射激光光线进行烧蚀加工来去除由Low-k膜构成的层叠体而形成激光加工槽，则存在以下问题：层叠体的飞散的熔融物回埋在激光加工槽中，为了形成足够宽的激光加工槽而不得不沿着分割预定线多次照射激光光线，生产率很低。

并且，在通过沿分割预定线照射对于晶片具有吸收性的波长的激光光线进行烧蚀加工来形成分割槽而将晶片分割成一个个器件芯片的技术中，也存在如下问题：熔融物回埋在分割槽中，为了形成分割所需的分割槽而不得不沿着分割预定线多次照射激光光线，以致生产率很低。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要的技术课题在于提供一种能够高效地实施烧蚀加工的激光加工装置。

为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置具有：卡盘工作台，其保持被加工物；激光光线照射构件，其对保持在卡盘工作台上的被加工物进行激光加工；以及移动构件，其使该卡盘工作台和该激光光线照射构件相对地移动，该激光光线照射构件具有：脉冲激光振荡器，其振荡出脉冲激光光线；聚光器，其使从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线聚光后照射至保持在卡盘工作台上的被加工物；以及光路摆动构件，其配设在该脉冲激光振荡器和该聚光器之间，使从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线的光路摆动而将该脉冲激光光线导向该聚光器，该光路摆动构件由多面镜扫描器和声光偏转构件构成，其中，所述多面镜扫描器配设在该聚光器侧，使从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行扫描而导向该聚光器，所述声光偏转构件配设在该多面镜扫描器的该脉冲激光振荡器侧，对从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线的光路的方向进行变更，并将该脉冲激光光线导向该多面镜扫描器，该光路摆动构件通过由该声光偏转构件实现的光路的方向变更和由该多面镜扫描器实现的光路的方向变更，复合地使脉冲激光光线的光路摆动，来对保持在卡盘工作台上的被加工物照射脉冲激光光线。

优选的是，上述声光偏转构件由在X轴方向上变更脉冲激光光线的光路的第一声光偏转构件、和在与X轴方向垂直的Y轴方向上变更脉冲激光光线的光路的第二声光偏转构件构成。

根据本发明的激光加工装置，由于通过由声光偏转构件实现的光路的方向变更和由多面镜扫描器实现的光路的方向变更复合地使脉冲激光光线的光路摆动，来对保持在卡盘工作台上的被加工物照射脉冲激光光线，因此，脉冲激光光线重复地进行烧蚀加工，从而能够防止熔融物的回埋，高效地在Low-k膜或基板等上形成激光加工槽。

并且，通过声光偏转构件使脉冲激光光线的光路在Y轴方向上摆动，通过多面镜扫描器使脉冲激光光线的光路在X轴方向上摆动，由此，能够在Low-k膜或基板等上形成所期望的宽度的激光加工槽。

进而，通过多面镜扫描器使脉冲激光光线的光路在X轴方向上摆动，通过声光偏转构件使脉冲激光光线的光路在X轴方向上摆动，由此，能够形成在脉冲间隔较大的稀疏区域和脉冲间隔较小而集中地照射的密集区域，例如能够通过使脉冲激光光线集中照射于同一部位来进行孔加工。

此外，虽然通过改变多面镜扫描器的转速能够调整脉冲激光光线的照射形态，但是由于惯性力的影响很难瞬时地调整脉冲激光光线的照射形态。然而，根据本发明，在激光加工装置中，通过将多面镜扫描器的转速设为固定并利用声光偏转构件来改变脉冲激光光线的光路，由此能够瞬时地调整脉冲激光光线的照射形态。

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是安装在图1所示的激光加工装置上的激光光线照射构件的结构框图。

图3是图2所示的激光光线照射构件的主要部分俯视图。

图4是示出在从图2所示的激光光线照射构件的脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线沿Y轴方向摆动时照射至被加工物的脉冲的状态的说明图。

图5是示出在从图2所示的激光光线照射构件的脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线沿X轴方向摆动时照射至被加工物的脉冲的状态的说明图。

标号说明

2：静止基座；3：卡盘工作台机构；36：卡盘工作台；37：X轴方向移动构件；38：Y轴方向移动构件；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；52：输出调整构件；53：聚光器；54：光路摆动构件；55：第一声光偏转构件；551：第一声光元件；56：第二声光偏转构件；561：第二声光元件；57：方向转换构件；58：多面镜扫描器；581：多面镜；6：摄像构件；7：控制单元。

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的实施方式详细地进行说明。

在图1中示出根据本发明而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：静止基座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座2上，对被加工物进行保持；以及作为激光光线照射构件的激光光线照射单元4，其配设在静止基座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座2上；第一滑块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；第二滑块33，其以能够在与X轴方向垂直的用箭头Y示出的Y轴方向上移动的方式配设在该第一滑块32上；支承台35，其被圆筒部件34支承在该第二滑块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，在吸附卡盘361的上表面即保持面上，通过未图示的吸引构件保持有作为被加工物的例如圆形状的半导体晶片。这样构成的卡盘工作台36通过配设在圆筒部件34内的未图示的脉冲电机而旋转。此外，在卡盘工作台36上配设有用于固定环状的框架的夹具362，该环状的框架经由保护带支承半导体晶片等被加工物。

在上述第一滑块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，并且在上述第一滑块32的上表面上设置有沿着Y轴方向平行地形成的一对导轨322、322。这样构成的第一滑块32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。卡盘工作台机构3具有X轴方向移动构件37，该X轴方向移动构件37用于使第一滑块32沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。X轴方向移动构件37包含：平行地配设在上述一对导轨31和31之间的外螺纹杆371；和用于驱动该外螺纹杆371旋转的脉冲电机372等驱动源。对于外螺纹杆371，其一端被固定在上述静止基座2上的轴承块373支承成旋转自如，其另一端与上述脉冲电机372的输出轴传动连结。此外，外螺纹杆371与形成在未图示的内螺纹块上的贯通内螺纹孔螺合，所述未图示的内螺纹块突出地设置在第一滑块32的中央部下表面。因此，利用脉冲电机372驱动外螺纹杆371正转和反转，由此使第一滑块32沿着导轨31、31在X轴方向上移动。

在上述第二滑块33的下表面上设置有一对被引导槽331、331，该一对被引导槽331、331与设置在上述第一滑块32的上表面上的一对导轨322、322嵌合，上述第二滑块33构成为通过将该被引导槽331、331嵌合于一对导轨322、322而能够在Y轴方向上移动。卡盘工作台机构3具有Y轴方向移动构件38，该Y轴方向移动构件38用于使第二滑块33沿着设置在第一滑块32上的一对导轨322、322在Y轴方向上移动。Y轴方向移动构件38包含：平行地配置在上述一对导轨322和322之间的外螺纹杆381；和用于驱动该外螺纹杆381旋转的脉冲电机382等驱动源。对于外螺纹杆381，其一端被固定在上述第一滑块32的上表面上的轴承块383支承成旋转自如，其另一端与上述脉冲电机382的输出轴传动连结。此外，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，所述未图示的内螺纹块突出地设置在第二滑块33的中央部下表面上。因此，通过脉冲电机382驱动外螺纹杆381进行正转和反转，由此使第二滑块33沿着导轨322、322在Y轴方向上移动。

上述激光光线照射单元4具有：支承部件41，其配设在上述静止基座2上；壳体42，其由该支承部件41支承并实质上水平地伸出；激光光线照射构件5，其配设在该壳体42上；以及摄像构件6，其配设在壳体42的前端部，对待进行激光加工的加工区域进行检测。此外，摄像构件6具有：照明被加工物的照明构件；捕捉由该照明构件照明的区域的光学系统；以及对该光学系统捕捉到的像进行拍摄的摄像元件(CCD)等。

参照图2和图3，对上述激光光线照射构件5进行说明。

激光光线照射构件5具有：脉冲激光振荡器51；输出调整构件52，其对从该脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线的输出进行调整；聚光器53，其使通过该输出调整构件52调整了输出后的脉冲激光光线聚光后照射至保持在卡盘工作台36上的被加工物；以及光路摆动构件54，其配设在输出调整构件52和聚光器53之间，使从脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线的光路摆动，并将该脉冲激光光线导向聚光器53。脉冲激光振荡器51在本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53具有远心fθ透镜531，该远心fθ透镜531使从上述脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线聚光。此外，上述脉冲激光振荡器51和输出调整构件52由控制单元7控制。

上述光路摆动构件54由以下部分构成：第一声光偏转构件55和第二声光偏转构件56，它们对从脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线LB的光路进行方向变更；方向转换构件57，其对通过该第一声光偏转构件55和第二声光偏转构件56使光路进行了方向变更的脉冲激光光线LB进行方向转换；以及多面镜扫描器58，其使通过该方向转换构件57进行了方向转换的脉冲激光光线LB进行扫描而导向上述聚光器53。

上述第一声光偏转构件55具有：第一声光元件551，其与多面镜扫描器58协作在X轴方向上对脉冲激光光线LB的光路进行方向变更；第一RF振荡器552，其生成对该第一声光元件551施加的RF(射频：radiofrequency)；第一RF放大器553，其放大由该第一RF振荡器552生成的RF的功率后将该RF施加到第一声光元件551；以及第一偏转角度调整构件554，其对由第一RF振荡器552生成的RF的频率进行调整。上述第一声光元件551能够对应于被施加的RF的频率来调整要对激光光线的光路进行方向变更的角度。上述的第一偏转角度调整构件554由控制单元7控制。

上述第二声光偏转构件56具有：第二声光元件561，其在与X轴方向垂直的Y轴方向上对上述脉冲激光光线LB的光路进行方向变更；第二RF振荡器562，其生成对该第二声光元件561施加的RF；第二RF放大器563，其放大由该第二RF振荡器562生成的RF的功率后将该RF施加到第二声光元件561；以及第二偏转角度调整构件564，其对由第二RF振荡器562生成的RF的频率进行调整。上述第二声光元件561能够对应于被施加的RF的频率来调整要对激光光线的光路进行方向变更的角度。此外，上述第二偏转角度调整构件564由控制单元7控制。

并且，本实施方式的激光光线照射构件5具有激光光线吸收构件59，该激光光线吸收构件59用于在未对上述第一声光元件551施加规定频率的RF的情况下吸收如图2中以虚线表示那样通过第一声光元件551发生了方向变更的激光光线。

上述方向转换构件57由第一方向转换平面镜571和第二方向转换平面镜572构成，该方向转换构件57对通过上述第一声光偏转构件55和第二声光偏转构件56使光路发生了方向变更的脉冲激光光线LB进行方向转换，并将其导向多面镜扫描器58。上述多面镜扫描器58由多面镜581和扫描电机582构成，该扫描电机582使该多面镜581沿着在图2中用箭头A表示的方向旋转，从而使脉冲激光光线LB在X轴方向上扫描。此外，在本实施方式中，多面镜581在正八边形外周面上具有八个反射面581a。这样构成的多面镜扫描器58的扫描电机582由控制单元7控制。

激光加工装置1如以上那样构成，接下来对基于上述激光光线照射构件5实现的脉冲激光光线的照射形态进行说明。例如，当将构成多面镜扫描器58的多面镜581的转速设为500转/秒时，由于多面镜581具有八个反射面581a，因此每个反射面的移动时间为1/4000秒。另一方面，如果将从脉冲激光振荡器51振荡出的脉冲激光光线LB的重复频率设为40kHz，则照射到多面镜581的每个反射面上的脉冲激光光线LB为10个脉冲。

如图2所示，从脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线LB被导向光路摆动构件54。对于被导向光路摆动构件54的脉冲激光光线LB，通过由控制单元7控制的第一声光偏转构件55的第一偏转角度调整构件554以规定的时间周期(在本实施方式中为1/4000秒)对第一声光元件551施加例如10V的电压。其结果为，如图2中用实线所示那样，脉冲激光光线LB经由构成方向转换构件57的第一方向转换平面镜571和第二方向转换平面镜572被导向构成多面镜扫描器58的多面镜581。由于多面镜581沿着箭头A所表示的方向以规定的转速(在本实施方式中为500转/秒)进行旋转，因此将脉冲激光光线LB的10个脉冲(LB-1～LB-10)沿着X轴方向导向远心fθ透镜531。

另一方面，当通过由控制单元7控制的第二声光偏转构件56的第二偏转角度调整构件564以规定的时间周期(在本实施方式中为1/4000秒)对第二声光元件561施加例如5～15V的电压时，如图3所示，从脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线LB在10脉冲(LB-1～LB-10)的范围内在Y轴方向上被进行方向变更，并且经由方向转换构件57被导向构成多面镜扫描器58的多面镜581。这样，通过第二声光元件561进行方向变更的脉冲激光光线与由控制单元7控制的第二偏转角度调整构件564对第二声光元件561施加的电压相对应地在Y轴方向上进行方向变更。

如上所述，在通过第一声光偏转构件55的第一偏转角度调整构件554对第一声光元件551施加规定的电压(在本实施方式中为10V)、并通过第二声光偏转构件56的第二偏转角度调整构件564对第二声光元件561施加规定的范围的电压(在本实施方式中为5～15V)时，从脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线LB经由方向转换构件57、多面镜581以及远心fθ透镜531，如图4所示这样以10个脉冲在Y轴方向上的例如50μm的范围内(LB－1～LB－10)沿X轴方向倾斜的状态进行照射。因此，在该种情况下，能够实施宽度为50μm的激光加工。

接着，对通过第一声光偏转构件55的第一偏转角度调整构件554对第一声光元件551施加规定的范围的电压(例如5～15V或者15～5V)的例子进行说明。当以规定的时间周期(在本实施方式中为1/4000秒)对第一声光元件551施加5～15V的电压时，如图2所示，从脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线LB的光路从单点划线朝双点划线进行方向变更。像这样使光路从单点划线朝双点划线进行了方向变更的脉冲激光光线LB经由方向转换构件57被导向多面镜581，但由于多面镜581沿着箭头A所示的方向以规定的转速(在本实施方式中为500转/秒)旋转，因此，该脉冲激光光线LB被朝向多面镜581的旋转方向导向多面镜581。其结果为，经由远心fθ透镜531照射的10个脉冲(LB-1～LB-10)的激光光线如图5的(a)所示那样沿着X轴方向进行照射，但各脉冲之间的间隔变大。

另一方面，当以规定的时间周期(在本实施方式中为1/4000秒)对第一声光元件551施加15～5V的电压时，如图2所示，从脉冲激光振荡器51振荡出并通过输出调整构件52调整了输出的脉冲激光光线LB的光路从双点划线朝单点划线进行方向变更。像这样使光路从双点划线朝单点划线进行了方向变更的脉冲激光光线LB经由方向转换构件57被导向多面镜581，但由于多面镜581沿着箭头A所示的方向以规定的转速(在本实施方式中为500转/秒)旋转，因此，该脉冲激光光线LB与多面镜581的旋转方向相反地被导向多面镜581。其结果为，经由远心fθ透镜531照射的10个脉冲(LB-1～LB-10)的激光光线如图5的(b)所示那样沿着X轴方向进行照射，但各脉冲之间的间隔变小。

在如上所述的本实施方式的激光光线照射构件5中，通过由第一声光偏转构件55和第二声光偏转构件56实现的光路的方向变更和由多面镜扫描器58实现的光路的方向变更，复合地使脉冲激光光线的光路摆动来照射由卡盘工作台36保持的被加工物，因此，脉冲激光光线在X轴方向上重复地进行烧蚀加工，从而能够防止熔融物的回埋，高效地在Low-k膜或基板等上形成激光加工槽。

并且，如上所述，通过第二声光偏转构件56使脉冲激光光线的光路在Y轴方向上摆动，通过多面镜扫描器58使脉冲激光光线的光路在X轴方向上摆动，由此，能够在Low-k膜或基板等上形成所期望的宽度的激光加工槽。

进而，通过多面镜扫描器58使脉冲激光光线的光路在X轴方向上摆动，通过第一声光偏转构件55使脉冲激光光线的光路在X轴方向上摆动，由此，能够形成脉冲间隔较大的稀疏区域和脉冲间隔较小而集中地照射的密集区域，例如能够通过使照射脉冲激光光线集中在同一部位来进行孔加工。

此外，虽然通过改变构成多面镜扫描器58的多面镜581的转速能够调整脉冲激光光线的照射形态，但由于惯性力的影响，很难瞬时地调整脉冲激光光线的照射形态。但是，在本实施方式的激光光线照射构件5中，通过将多面镜581的转速设为固定，并利用第一声光偏转构件55和第二声光偏转构件56来改变脉冲激光光线的光路，由此能够瞬时地调整脉冲激光光线的照射形态。

Claims

1.一种激光加工装置，其特征在于，

所述激光加工装置具有：

卡盘工作台，其保持被加工物；

激光光线照射构件，其对保持在卡盘工作台上的被加工物进行激光加工；以及

移动构件，其使该卡盘工作台和该激光光线照射构件相对地移动，

该激光光线照射构件具有：

脉冲激光振荡器，其振荡出脉冲激光光线；

聚光器，其使从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线聚光后照射至保持在卡盘工作台上的被加工物；以及

光路摆动构件，其配设在该脉冲激光振荡器和该聚光器之间，使从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线的光路摆动而将该脉冲激光光线导向该聚光器，

该光路摆动构件由多面镜扫描器和声光偏转构件构成，其中，所述多面镜扫描器配设在该聚光器侧，使从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行扫描而导向该聚光器，所述声光偏转构件配设在该多面镜扫描器的该脉冲激光振荡器侧，对从该脉冲激光振荡器振荡出的脉冲激光光线的光路的方向进行变更，并将该脉冲激光光线导向该多面镜扫描器，该光路摆动构件通过由该声光偏转构件实现的光路的方向变更和由该多面镜扫描器实现的光路的方向变更，复合地使脉冲激光光线的光路摆动，来对保持在卡盘工作台上的被加工物照射脉冲激光光线。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，

该声光偏转构件由在X轴方向上变更脉冲激光光线的光路的第一声光偏转构件、和在与X轴方向垂直的Y轴方向上变更脉冲激光光线的光路的第二声光偏转构件构成。