CN106256476A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

提供激光加工装置。对于在被加工物的内部形成改质层的激光加工方法，将烧蚀的产生抑制为最小限度，消除产生无法正常地分割被加工物的区域这样的问题。激光加工装置至少包括：保持构件，其对被加工物进行保持；激光光线照射构件，其具有聚光器，该聚光器照射对于由该保持构件保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线而在被加工物的内部形成改质层；以及加工进给构件，其对该保持构件相对于该激光光线照射构件相对地进行加工进给，该激光加工装置具有对该激光光线所照射的区域进行监视的监视构件，该监视构件在检测到因该激光光线的聚光点从被加工物的内部移动到正面侧而产生的光的情况下，判定为异常并停止由该激光光线进行的加工。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及激光加工装置，照射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改质层。
背景技术
在半导体器件制造工序中，在包含硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板、钽酸锂基板，玻璃基板或者石英基板这样的适当的基板的晶片的正面上由呈格子状形成的被称为间隔道的分割预定线而划分出多个区域，在该划分出的区域中形成IC、LSI等器件。并且，通过沿着间隔道切断晶片而对形成有器件的区域进行分割从而制造出一个个的半导体器件，分割出的各器件用于移动电话、计算机等电气设备。
作为对构成上述的半导体器件的半导体晶片的板状的被加工物进行分割的方法还尝试如下的激光加工方法：使用对于该被加工物具有透过性的脉冲激光光线，使聚光点与应该分割的区域的内部对准而照射脉冲激光光线。作为使用该激光加工方法的分割方法，使聚光点从被加工物的一个面侧向内部对准而照射对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光光线，在被加工物的内部沿着间隔道连续地形成改质层，并沿着因形成该改质层而强度降低的间隔道施加外力，由此分割被加工物(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特许第3408805号公报
根据上述的加工方法，通过使用对于被加工物具有透过性的脉冲激光光线，与使用对于被加工物的正面具有吸收性的激光光线来设置槽而分割被加工物的激光加工方法相比，能够不使激光加工时所产生的碎屑飞散而在被加工物的内部形成脆弱的改质层。
但是，为了执行所述加工方法而需要准确地将聚光点控制在厚度为0.1mm(100μm)左右的半导体晶片内部的所瞄准的高度位置，当因半导体晶片的微弱的起伏或者厚度的偏差等而导致激光光线的聚光点从该半导体晶片的内部的规定的目标点偏离而定位在正面侧时，虽然是对于该晶片具有透过性的波长，也会在该部位的内部出现不会形成改质层的加工不良部位。并且，还产生如下的问题：即使在实施了激光加工之后想要通过沿着间隔道施加外力而分割被加工物，在该不良部位也无法正常地分割成一个个的器件。
并且，还产生如下的问题：当激光光线的聚光点从该半导体晶片的内部的规定的目标位置偏离而被定位在正面侧时，该晶片的正面与激光光线激烈地反应而引起烧蚀，因该烧蚀产生的碎屑向外部飞散而污染构成聚光器的物镜。
发明内容
本发明是鉴于上述这样的情况而完成的，其主要的技术性课题在于提供一种激光加工装置，在通过使用对于被加工物具有透过性的脉冲激光光线而在不会使在激光加工时产生的碎屑飞散的情况下在被加工物的内部形成脆弱的改质层的激光加工方法中，能够将烧蚀的产生抑制在最小限度，消除产生无法正常地分割被加工物的区域这样的问题，进而消除因该烧蚀产生的碎屑飞散而污染构成聚光器的物镜这样的问题。
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，其至少包括：保持构件，其对被加工物进行保持；激光光线照射构件，其具有聚光器，该聚光器照射对于由该保持构件保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线而在该被加工物的内部形成改质层；以及加工进给构件，其相对于该激光光线照射构件对该保持构件相对地进行加工进给，其中，该激光加工装置具有监视构件，该监视构件对该激光光线所照射的区域进行监视，该监视构件在检测到因该激光光线的聚光点从被加工物的内部向正面侧移动而产生的光的情况下，判定为异常并停止由该激光光线进行的加工。
本发明的监视构件具有：光探测器，其与所述聚光器相邻地配设；以及异常判定部，在该光探测器检测到超过规定的值的光的情况下，该异常判定部判定为所述异常，在该异常判定部判定为异常的情况下，停止由该激光光线进行的加工。
并且，本发明的监视构件具有：光探测器，其与所述聚光器相邻地配设；以及异常判定部，在该光探测器检测到由被加工物产生的具有规定的波长的等离子体发光的情况下，该异常判定部判定为所述异常，在该异常判定部判定为异常的情况下，停止由该激光光线进行的加工。
并且，本发明的所述激光光线照射构件包含：振荡器，其振荡出激光光线；以及第一路径，其将该振荡器振荡出的该激光光线引导到所述聚光器，所述监视构件具有：分色镜，其配设于该第一路径，使由该振荡器振荡出的规定的波长的激光光线透过，对来自被加工物侧的其他的波长的光进行反射而引导到第二路径；光探测器，其配设于该第二路径，检测由该分色镜进行了反射的光；以及异常判定部，在该光探测器检测到超过规定的值的光的情况下，该异常判定部判定为所述异常，在该异常判定部判定为异常的情况下，停止由该激光光线进行的加工。
由于本发明的激光加工装置构成为配设有对被加工物中的激光光线所照射的区域进行监视的监视构件，在该监视构件检测到因该激光光线的聚光点从被加工物的内部向正面侧移动而产生的光的情况下，判定为异常并停止由该激光光线进行的加工，因此能够将烧蚀的产生抑制为最小限度，能够消除在通过沿着间隔道施加外力而分割被加工物时产生无法分割成一个个的器件的区域的问题。此外，能够消除因烧蚀产生的碎屑飞散而污染构成聚光器的物镜这样的问题。
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是图1所示的激光加工装置的主要部位立体图。
图3的(a)、(b)是示出由图2所示的激光加工装置进行加工的加工状态的主要部位剖视图。
图4的(a)、(b)是根据本发明构成的激光加工装置的第1实施方式的主要部位侧视图和控制流程图。
图5的(a)、(b)是根据本发明构成的激光加工装置的第2实施方式的主要部位侧视图和控制流程图。
图6是示出根据本发明构成的激光加工装置的第3实施方式的框图。
标号说明
2：静止基台；3：卡盘工作台机构；4：激光光线照射单元支承机构；5：激光光线照射单元；6：控制部；31、41：导轨；32：第1滑动块；33：第2滑动块；36：卡盘工作台；42：可动支承基台；51：单元固定座；52：激光光线照射构件；53：聚光器；54：振荡器；55：Z轴方向位置检测构件；522：光探测器；523：带通滤波器；533：分色镜。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明根据本发明构成的激光加工装置的优选的实施方式。
图1中示出作为根据本发明构成的第1实施方式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；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)上移动的方式配设于该静止基台2，并对被加工物进行保持；激光光线照射单元支承机构4，其以能够在与上述箭头X所示的方向呈直角的箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)上移动的方式配设于静止基台2；以及激光光线照射单元5，其以能够在箭头Z所示的方向(Z轴方向)上移动的方式配设于该激光光线照射单元支承机构4。
上述卡盘工作台机构3具有：一对导轨31、31，其沿着箭头X所示的加工进给方向平行地配设在静止基台2上；第1滑动块32，其以能够在箭头X所示的加工进给方向上移动的方式配设在该导轨31、31上；第2滑动块33，其以能够在箭头Y所示的分度进给方向上移动的方式配设在该第1滑动块32上；罩工作台35，其借助圆筒部件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上通过未图示的吸引构件对作为被加工物的例如圆盘状的半导体晶片进行保持。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动机而旋转。另外，在卡盘工作台36中配设有用于对后述的环状的框架进行固定的夹具362。
图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有用于使第1滑动块32沿着一对导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向上移动的加工进给构件37，其至少由对该第1滑动块32进行驱动的脉冲电动机371构成。
上述激光光线照射单元支承机构4具有：一对导轨41、41，其沿着箭头Y所示的分度进给方向平行地配设在静止基台2上；以及可动支承基台42，其以能够在箭头Y所示的方向上移动的方式配设在该导轨41、41上。该可动支承基台42由以能够移动的方式配设在导轨41、41上的移动支承部421和安装于该移动支承部421的装配部422构成。装配部422在一个侧面上平行地设置有在箭头Z所示的方向上延伸的一对导轨423、423。图示的实施方式的激光光线照射单元支承机构4具有分度进给构件43，该分度进给构件43用于使可动支承基台42沿着一对导轨41、41在箭头Y所示的分度进给方向上移动。该分度进给构件43包含：外螺杆431，其在上述一对导轨41、41之间平行地配设；以及脉冲电动机432等驱动源，其用于旋转驱动该外螺杆431。外螺杆431的一端旋转自如地支承于固定于上述静止基台2的未图示的轴承块，其另一端与上述脉冲电动机432的输出轴传动连结。另外，外螺杆431与形成于未图示的内螺纹块的内螺纹孔螺合，该内螺纹块突出设置在构成可动支承基台42的移动支承部421的中央部下表面上。因此，通过脉冲电动机432对外螺杆431进行正转和反转驱动，而使可动支承基台42沿着导轨41、41在箭头Y所示的分度进给方向上移动。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5具有单元固定座51和安装于该单元固定座51的激光光线照射构件52。在单元固定座51中设置有以能够滑动的方式与设置于上述装配部422的一对导轨423、423嵌合的一对被导槽，通过使该被导槽与上述导轨423、423嵌合从而该单元固定座51以能够在箭头Z所示的焦点位置调整方向(Z轴方向)上移动的方式被支承。
所述激光光线照射单元5具有用于检测激光光线照射构件52的Z轴方向位置的Z轴方向位置检测构件55。Z轴方向位置检测构件55由与上述导轨423、423平行配设的直线标尺551和安装于上述单元固定座51且与该单元固定座51一同沿着直线标尺551移动的读取头552构成。该Z轴方向位置检测构件55的读取头552在图示的实施方式中每隔1μm将1个脉冲的脉冲信号发送给后述的控制部。
所述激光光线照射构件52至少具有实质上水平配置的圆筒形状的外壳及其前端部的聚光器53。在该外壳内具有后述的加工用脉冲激光光线振荡器以及对由该加工用脉冲激光光线振荡器振荡出的加工用脉冲激光光线的强度进行调整的强度调整器(衰减器)，在该聚光器53中具有：反射体，其将来自该脉冲激光光线振荡器的激光光线朝向卡盘工作台36进行方向转换；以及聚光物镜，其对由该反射体进行了方向转换的加工用脉冲激光光线进行聚光。在被加工物是包含硅基板、碳化硅基板、钽酸锂基板、玻璃基板或者石英基板的晶片的情况下，该加工用脉冲激光光线振荡器可以使用振荡出例如波长为1064nm的脉冲激光光线的脉冲激光振荡器或者YAG脉冲激光振荡器。
图示的实施方式的激光加工装置具有未图示的高度位置测量构件，该高度位置测量构件用于对作为保持在卡盘工作台36上的被加工物的半导体晶片W的上表面高度位置进行测量。当在半导体晶片W的内部形成改质层时，如果半导体晶片W的厚度存在偏差，则无法在规定的深度均匀地形成改质层。因此，通过具有该高度位置测量构件，在对被加工物实施激光加工之前，借助该高度位置测量构件对保持在卡盘工作台36上的半导体晶片W的高度位置进行测量。
通过所述高度位置测量构件对形成在该半导体晶片W上的所有的分割预定线的间隔道的从一端到另一端的高度进行测量，将该高度位置信息保存在后述的控制部的随机存取存储器中。并且，实施激光加工，根据该测量出的高度位置信息，一边将激光光线的聚光点设定在半导体晶片W的内部的规定的高度位置并如图2所示那样进行加工进给以使得载置于所述卡盘工作台36且与框架F、片T实现了一体化的半导体晶片W相对于激光光线照射构件的聚光器53相对地移动，一边照射对于该半导体晶片W具有透过性的波长的激光光线而在内部形成改质层。
另外，上述激光加工例如按照如下的加工条件进行。
波长：1064nm
重复频率：50kHz
光斑直径：
平均输出：1W
进给速度：100mm/秒
这里，在通过上述的高度位置测量构件准确地掌握了半导体晶片W的高度位置、且正常地进行激光加工装置的激光光线的聚光点的控制的情况下，如图3的(a)所示，在半导体晶片W的内部的期望的高度位置形成改质层P。但是，该半导体晶片W的厚度较薄为100μm，有时激光光线的聚光点会因素材的微弱的起伏、高度位置测量构件的测量精度、激光照射构件的聚光点位置的控制精度的偏差等各种条件而偏离期望的高度位置，而如图3的(b)所示向半导体晶片W的正面侧偏离。在该情况下，在该发生了偏离的位置处，不会在半导体晶片W的内部的期望的高度位置形成改质层P，当保持该状态不变地持续进行伴随着激光照射的加工时，会产生即使对该半导体晶片施加外力想要将其分割成一个个的半导体器件也无法正常地分割的问题。
这里，已知在一边以使卡盘工作台36相对于聚光器53相对地移动的方式进行加工进给，一边实施在半导体晶片W内形成改质层P的激光加工的状态下，当由于某种原因导致所述聚光点的位置向构成半导体晶片W的基板的硅基板的正面侧移动的情况下，激光光线的聚光点位于硅基板上，会产生硅等离子体发光。
因此，在根据本发明构成的第1实施方式的激光加工装置中，作为对激光光线所照射的区域进行监视的监视构件，至少具有光探测器522和后述的异常判定部。图1、图4的(a)所示的该光探测器522与上述聚光器53相邻地配置，并朝向从该聚光器照射的激光光线的聚光点附近的区域，在检测到从该区域发出的光的情况下，产生根据检测出的光的光量的电压，并向控制部6传递该电压值信号。
在上述控制部中，具有作为由图4的(b)所示的流程图示出的异常判定部的激光振荡停止控制构件。当开始上述激光加工时，激光振荡停止控制构件起动，始终利用所述光探测器522对从聚光器照射的激光光线的聚光点附近的区域进行监视，并判定从该光探测器522检测的光量是否为规定的值以上、即所输出的电压是否为规定的值以上(S1)。在检测出的电压值比该规定的值低而在该S1中判定为“否”的情况下，判断为未产生硅等离子体发光而返回到开始步骤，按照规定的时间间隔重复执行该S1。
并且，当在S1中检测出的电压值为规定的值以上的情况下，判定为处于因激光光线的聚光点从被加工物的内部移动到正面附近而产生了硅等离子体发光的异常状态，进入S2，进行使激光振荡器停止的控制而停止由激光光线进行的加工。
在该实施方式中，通过具有图4的(b)所示的激光振荡停止控制构件，在因某种原因导致激光光线的聚光点向半导体晶片的正面移动的情况下，能够立即检测加工不良，并立即停止由激光光线进行的加工。由此，能够将烧蚀的产生抑制为最小限度，防止在产生加工不良的状态下持续进行加工，并且容易确定加工不良部位。并且，通过在该部位执行激光光线照射构件的重新设定并重新开始进行激光加工，从而能够消除在之后的工序中产生无法分割成一个个的器件的区域这样的问题。
接着，对本发明的激光加工装置的第2实施方式进行说明。另外，由于该第2实施方式与所述第1实施方式相比仅监视构件不同而在其他的方面一致，因此对第2实施方式的监视构件进行说明，省略对其他的方面的说明。
在图5的(a)所示的第2实施方式中，与第1实施方式同样，在激光光线照射构件的聚光器53的附近具有光探测器522，该光探测器522构成对照射激光光线的区域进行监视的监视构件的一部分。这里，在该第2实施方式中，与第1实施方式的不同点在于，除了第1实施方式的光探测器522之外，还具有能够仅透过特定的波长区域的光的带通滤波器523。
在第1实施方式中，由于仅通过光探测器522对光进行检测，因此仅通过示出检测出的光的光量的电压值来检测硅等离子体发光的产生。由此，由于有可能存在因其他的原因产生的光导致的错误检测，因此在构成异常判定部的激光振荡停止控制构件中，需要适当地进行用于判别因硅等离子体发光导致的情况的上述规定的值的设定。与此相对，第2实施方式的监视构件除了光探测器522之外还具有仅透过特定的波长的光的带通滤波器523。由于因上述的条件的激光光线的聚光点位于半导体晶片W的正面而产生的硅等离子体发光的波长为251nm，因此作为第2实施方式的所述带通滤波器523采用仅透过240～260nm的波长的滤光镜片，并将其配置于光探测器522的入光部分。
关于第2实施方式的激光振荡停止控制构件，根据图5的(b)进行说明。与第1实施方式同样，当开始进行上述激光加工时，激光振荡停止控制构件起动，始终利用所述光探测器522对从聚光器照射的激光光线的聚光点附近的区域进行监视，并判定光量是否为规定的值以上、即光探测器522的输出值是否超过规定的电压值(S10)。在未产生硅等离子体发光而在该S1中判定为“否”的情况下，返回到开始步骤，按照规定的时间间隔重复执行。并且，当在该S10中判定为“是”的情况下，进入S11，停止激光光线振荡构件以使得由激光光线进行的加工停止。
在上述第2实施方式中，除了第1实施方式能够获得的效果以外，即使是在因其他的原因产生的光的光量较强的作业状况下，由于在作为监视构件的光探测器522的入光部分具有上述带通滤波器523，从而不会受到具有硅等离子体发光以外的波长的光的影响，因此在步骤S10中，能够抑制将其他的光错误检测为因激光加工的加工不良而产生的光的情况，能够仅对在激光光线的聚光点向半导体晶片的正面移动的情况下产生的硅等离子体发光导致的发光高精度地进行检测，对用于通过光探测器522来判定产生了硅等离子体发光的规定的值的设定也变得容易。
此外，关于本发明的激光加工装置的第3实施方式，根据图6中记载的框图，以与第1、第2实施方式不同的点为中心详细地进行说明。
在该第3实施方式中，在设置在聚光器53内的反射体531与聚光物镜532之间的光轴上具有透过的光线的波长为1000～1100nm的分色镜533，该分色镜533使从振荡出激光光线的振荡器54照射的激光光线(波长1064nm)透过。
在激光光线照射构件52内至少具有所述振荡器54、以及对从该振荡器54照射的激光光线的强度进行调整的强度调整部55，并且构成有将从该振荡器54照射的激光光线引导到所述聚光器53的第一路径LB1，并设置有对从半导体晶片W侧发出且被所述分色镜533反射的反射光进行受光的光探测器522′。并且，在该光探测器522′的入光部设置有带通滤波器523′，构成有将该反射光从该分色镜533引导到该光探测器522′的第二路径LB2。另外，在该第3实施方式中，没有设置第1、第2实施方式中设置的与聚光器53相邻配置的光探测器522。
该第3实施方式的激光加工装置在上述结构以外的方面具有与第1、第2实施方式相同的结构，对激光加工装置的聚光点位置进行调整，以使得从所述振荡器54照射的激光光线借助反射体531向作为被加工物的半导体晶片W侧改变行进方向，该激光光线透过分色镜533并经由聚光物镜532在半导体晶片W的内部形成改质层P。
与第1、第2实施方式同样，当因某种原因导致相对于半导体晶片W的激光光线的聚光点高度位置发生变化、该聚光点位置向半导体晶片W的正面移位的情况下，会产生硅等离子体发光。由于该硅等离子体发光的波长像上述那样为251nm，因此在半导体晶片W侧产生的该光不会透过上述分色镜533，发生反射而改变行进方向，并通过上述第二路径LB2入光至带通滤波器523′。该带通滤波器523′也与第2实施方式的带通滤波器523同样只透过波长为251nm的附近的光线，因此上述硅等离子体发光透过该带通滤波器523′，利用光探测器522′对基于该硅等离子体发光的光进行受光，将根据该受光得到的光的光量而产生的电压值输入控制部6。在第3实施方式中，具有与第2实施方式相同的作为异常判定部的激光振荡停止控制构件(参照图5的(b))，实现与第2实施方式相同的作用效果，并且不需要与聚光器相邻地设置所述光探测器522′，即使产生激光加工的不良而从半导体晶片W的正面产生碎屑并飞散，也不会污染光探测器。
另外，在上述第3实施方式中提示了在光探测器522′的入光部设置带通滤波器523′的结构，但不需要必须设置带通滤波器523′，可以与上述第1实施方式同样地，通过适当地设定与由光探测器522′检测的光量成比例的电压值进行比较的规定的值，而对因激光光线的聚光点从被加工物的内部向正面附近移动而产生的硅等离子体发光进行检测。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，其至少包括：
保持构件，其对被加工物进行保持；
激光光线照射构件，其具有聚光器，该聚光器照射对于由该保持构件保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线而在该被加工物的内部形成改质层；以及
加工进给构件，其相对于该激光光线照射构件对该保持构件相对地进行加工进给，
其中，
该激光加工装置具有监视构件，该监视构件对该激光光线所照射的区域进行监视，
该监视构件在检测到因该激光光线的聚光点从被加工物的内部向正面侧移动而产生的光的情况下，判定为异常并停止由该激光光线进行的加工。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
所述监视构件具有：
光探测器，其与所述聚光器相邻地配设；以及
异常判定部，在该光探测器检测到超过规定的值的光的情况下，该异常判定部判定为所述异常，
在该异常判定部判定为异常的情况下，停止由该激光光线进行的加工。
3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
所述监视构件具有：
光探测器，其与所述聚光器相邻地配设；以及
异常判定部，在该光探测器检测到由被加工物产生的具有规定的波长的等离子体发光情况下，该异常判定部判定为所述异常，
在该异常判定部判定为异常的情况下，停止由该激光光线进行的加工。
4.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
所述激光光线照射构件包含：
振荡器，其振荡出激光光线；以及
第一路径，其将该振荡器振荡出的该激光光线引导到所述聚光器，
所述监视构件具有：
分色镜，其配设于该第一路径，使由该振荡器振荡出的规定的波长的激光光线透过，对来自被加工物侧的其他的波长的光进行反射而引导到第二路径；
光探测器，其配设于该第二路径，检测由该分色镜进行了反射的光；以及
异常判定部，在该光探测器检测到超过规定的值的光的情况下，该异常判定部判定为所述异常，
在该异常判定部判定为异常的情况下，停止由该激光光线进行的加工。
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