CN108436287B - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

提供激光加工装置，结构简单但能够将加工方向与激光光线的分散方向维持为规定的关系。激光加工装置(2)包含：保持单元(6)，其对被加工物进行保持；激光光线照射单元(24)，其对被加工物照射激光光线；X方向移动单元，其对保持单元和激光光线照射单元在X方向上相对地进行加工进给；和Y方向移动单元，其对保持单元和激光光线照射单元在与X方向垂直的Y方向上相对地进行加工进给，激光光线照射单元包含：激光振荡器(242)，其振荡出激光光线；多面镜(245)，其使激光光线按照规定的分散角度分散并在X方向上进行扫描；聚光器(241)，其将在X方向上扫描的激光光线会聚于被加工物；和反转器(246)，其配设在多面镜与聚光器之间，使激光光线的扫描方向反转。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及激光加工装置，该激光加工装置利用多面镜(polygon mirror)来使激光光线的照射方向分散，对加工点照射多条激光光线。
背景技术
通过以能够旋转的方式具有切削刀具的切削装置将由分割预定线划分而在正面上形成有IC、LSI等多个器件的晶片分割成各个器件，并应用在移动电话、个人计算机等电子设备中。
并且，在通过在硅等半导体基板的上表面上层叠几层低介电常数绝缘膜(Low-k膜)而得的功能层而形成器件的晶片中，当利用切削刀具对分割预定线进行切削时，由于层叠于分割预定线的功能层如云母那样剥离而使器件的品质降低，所以本申请人提出了如下的技术：在利用切削刀具对分割预定线进行切削之前，通过激光加工装置将上述层叠于分割预定线的Low-k膜去除(参照专利文献1。)。
此外，当对分割预定线照射激光光线而通过烧蚀加工将Low-k膜去除并形成分割槽时，Low-k膜的熔融物不会排出，而是回填到由激光光线形成的槽中，从而可能无法形成所需宽度的分割槽，因此为了确保宽度充分的分割槽，必须沿着分割预定线照射多次激光光线，存在生产性较差的问题。为了解决该问题，本申请人开发并已经提出了如下的激光加工装置：在激光振荡器与聚光器之间使激光光线在加工方向上分散而对加工点照射多条激光光线(参照专利文献2。)。
专利文献1：日本特开2005-064231号公报
专利文献2：日本特开2015-085347号公报
根据上述专利文献2所记载的发明，由于构成为在激光振荡器与聚光器之间使激光光线在加工方向上分散而对加工点照射多条激光光线，所以能够高效地使激光光线在加工方向上分散而对加工点照射多条激光光线。但是，为了将加工方向和激光光线的分散方向维持为规定的关系而提高生产性，采用了设置正向旋转的多面镜和反向旋转的多面镜并且在对晶片进行往返加工时从正向旋转的多面镜切换成反向旋转的多面镜的结构，存在结构变得复杂而容易诱发故障的问题。
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，提供激光加工装置，结构简单但也能够通过多面镜将加工方向与激光光线的分散方向维持为规定的关系。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供激光加工装置，其中，该激光加工装置至少包含：保持单元，其对被加工物进行保持；激光光线照射单元，其对该保持单元所保持的被加工物照射激光光线；X方向移动单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元在X方向上相对地进行加工进给；以及Y方向移动单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元在与该X方向垂直的Y方向上相对地进行加工进给，该激光光线照射单元至少包含：激光振荡器，其振荡出激光光线；多面镜，其将该激光振荡器所振荡出的激光光线按照规定的分散角度分散并在X方向上进行扫描；聚光器，其使在X方向上扫描的激光光线会聚于该保持单元所保持的被加工物；以及反转器，其配设在该多面镜与该聚光器之间，使激光光线的扫描方向反转。
该反转器可以构成为至少包含：转像棱镜；驱动部，其使该转像棱镜以该分散角度的中央为旋转轴而旋转90度；第一中继透镜，其配设在该多面镜与该转像棱镜之间，将按照该分散角度分散了的激光光线修正为平行光；以及第二中继透镜，其配设在该转像棱镜与该聚光器之间，使通过了该转像棱镜的平行光恢复该分散角度，在对该保持单元所保持的被加工物照射激光光线而在去路上进行加工时和在返路上进行加工时，使该转像棱镜旋转90度而使激光光线的扫描方向反转。
根据本发明而构成的激光加工装置至少包含：保持单元，其对被加工物进行保持；激光光线照射单元，其对该保持单元所保持的被加工物照射激光光线；X方向移动单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元在X方向上相对地进行加工进给；以及Y方向移动单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元在与该X方向垂直的Y方向上相对地进行加工进给，该激光光线照射单元至少包含：激光振荡器，其振荡出激光光线；多面镜，其将该激光振荡器所振荡出的激光光线按照规定的分散角度分散并在X方向上进行扫描；聚光器，其使在X方向上扫描的激光光线会聚于该保持单元所保持的被加工物；以及反转器，其配设在该多面镜与该聚光器之间，使激光光线的扫描方向反转，因此能够通过简单的结构实现激光加工装置，该激光加工装置通过多面镜将加工方向与激光光线的分散方向维持为规定的关系。
附图说明
图1是示出根据本发明而构成的激光加工装置的一个实施方式的整体立体图。
图2的(a)和(b)是用于说明图1所示的激光加工装置所采用的激光光线照射单元的框图。
图3的(a)和(b)是用于说明构成图2所示的激光光线照射单元的反转器的转像棱镜和驱动该转像棱镜的驱动电动机、以及转像棱镜的反转原理的说明图。
标号说明
2：激光加工装置；6：保持单元；8：移动单元；10：晶片12：分割预定线；14：器件；24：激光光线照射单元；241：聚光器；242：激光振荡器；243：衰减器；245：多面镜；246：反转器；246b：驱动电动机；246c：转像棱镜；26：拍摄单元；40：X方向移动单元；41：Y方向移动单元。
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实施方式进行更详细地说明。
在图1中示出了本实施方式的激光加工装置2和作为被加工物的晶片10的整体立体图。激光加工装置2具有：保持单元6，其对晶片10进行保持；移动单元8，其配设在静止基台2a上并使该保持单元6移动；激光光线照射单元24，其对保持在该保持单元6上的晶片10照射激光光线；以及框体50，其由垂直壁部51和水平壁部52构成，该垂直壁部51竖立设置在该静止基台2a上的移动单元8的侧方，该水平壁部52从该垂直壁部51的上端部沿水平方向延伸。在框体50的水平壁部52内部，内设有该激光光线照射单元24的光学系统，在水平壁部52的前端下表面上，配设有该激光光线照射单元24的聚光器241。并且，在与该聚光器241沿X方向相邻的位置配设有拍摄单元26。另外，在保持单元6上保持晶片10，该晶片10借助粘合带T保持在图中放大示出的环状的框架F上。
该保持单元6包含：矩形的X方向可动板30，其以在图中箭头X所示的X方向上自由移动的方式搭载在基台2a上；矩形的Y方向可动板31，其以在图中箭头Y所示的Y方向上自由移动的方式搭载在X方向可动板30上；圆筒状的支柱32，其固定在Y方向可动板31的上表面上；以及矩形的盖板33，其固定在支柱32的上端。在盖板33上沿X方向配设有折皱(省略了图示。)，并且在盖板33上配设有卡盘工作台34，该卡盘工作台34构成为能够通过未图示的旋转驱动单元在周向上旋转，其穿过形成在该盖板33上的沿Y方向延伸的长孔而向上方延伸，对圆形的被加工物进行保持。在卡盘工作台34的上表面配置有由多孔质材料形成的、实际上水平延伸的圆形的吸附卡盘35。吸附卡盘35通过穿过支柱32的流路与未图示的吸引单元连接。另外，X方向是图1中箭头X所示的方向，Y方向是箭头Y所示的方向，是与X方向垂直的方向。由X方向、Y方向规定的平面实际上是水平的。
移动单元8包含X方向移动单元40和Y方向移动单元41。X方向移动单元40将电动机40b的旋转运动借助滚珠丝杠40a转换成直线运动而传递给X方向可动板30，使X方向可动板30沿着基台2a上的导轨在X方向上进退。Y方向移动单元41将电动机41b的旋转运动借助滚珠丝杠41a转换成直线运动而传递给Y方向可动板31，使Y方向可动板31沿着X方向可动板30上的导轨在Y方向上进退。另外，虽然省略了图示，但在X方向移动单元40、Y方向移动单元41以及该旋转驱动单元上分别配设有位置检测单元，通过各位置检测单元对卡盘工作台34的X方向的位置、Y方向的位置以及周向的旋转位置进行准确地检测，根据从未图示的控制单元指示的信号对X方向移动单元40、Y方向移动单元41以及该旋转驱动单元进行驱动，能够将卡盘工作台34准确地定位成任意的位置和角度。
根据图2对为了实现本发明的晶片的加工装置而构成的激光光线照射单元24进行更具体地说明。如图2的(a)所示，激光光线照射单元24具有激光振荡器242，该激光振荡器242用于从该聚光器241照射对于由硅(Si)构成的晶片10具有吸收性的532nm波长的激光光线。从激光振荡器242振荡出的激光光线LB入射到衰减器243中，该衰减器243通过调整透过率来调整激光光线的输出。被衰减器243调整为希望的输出的激光光线LB在反射镜244上变换行进方向，变换了行进方向的激光光线LB照射到多面镜245上。该多面镜245具有多个反射面245a，该多个反射面245a利用未图示的驱动电动机在图中箭头245’所示的方向上旋转，从而使激光光线LB的反射方向在形成规定的分散角度的激光光线LBa～LBb的范围内分散。
在多面镜245的该反射面245a上发生了反射的激光光线LBa～LBb照射在反转器246上。如图所示，该反转器246包含：第一中继透镜246a，其将因多面镜245而分散的激光光线LBa～LBb修正为平行光；转像棱镜(image rotation prism)246c，其构成为能够通过驱动电动机246b而旋转，由第一中继透镜246a修正成平行光的激光光线照射至该转像棱镜246c；以及第二中继透镜246d，其使通过了该转像棱镜246c的平行光恢复该分散角度。该转像棱镜246c构成为：通过配设于外周部的从动齿轮246f与驱动电动机246b的驱动齿轮246e啮合而能够旋转90度。
该反转器246构成为能够切换成如图2的(a)所示使伴随着多面镜245的旋转的激光光线LBa～LBb的扫描方向D1反转而作为扫描方向D2射出的状态、以及如图2的(b)所示该所入射的激光光线LBa～LBb的扫描方向D1不发生变更而作为扫描方向D2’射出的状态。并且，在如图2的(a)所示通过该反转器246将激光光线LBa～LBb的扫描方向反转为D2的情况下，从该反转器246射出的激光光线LBa～LBb被反射镜249反射，通过内设于该聚光器241的远心fθ透镜241a而会聚，并照射到卡盘工作台34所保持的晶片10上。此时，从该聚光器241照射的激光光线在与该分散角度对应的范围(即，激光光线LBa的照射位置P1到激光光线LBb的照射位置P2所示的范围)内沿箭头D3所示的方向进行扫描。并且，在如图2的(b)所示维持入射到该反转器246的激光光线LBa～LBb的扫描方向D1不发生反转而按照扫描方向D2’射出的情况下，从该反转器246射出的激光光线LBa～LBb在保持于卡盘工作台34的晶片10上在与该分散角度对应的范围(即，激光光线LBa的照射位置P1’到激光光线LBb的照射位置P2’所示的位置的范围)内沿箭头D3’所示的方向进行扫描。另外，多面镜245所提供的分散角度被设定为：从照射在卡盘工作台34上的激光光线的照射位置P1(P1’)到照射位置P2(P2’)的距离为8mm。
参照图3对构成该反转器246的转像棱镜246c以及驱动电动机246b的结构的一例进行进一步详细地说明。如图所示，转像棱镜246c通常作为所谓的像反转棱镜而被熟知。当进行更具体地说明时，如图3的(b)所示，对具有供激光光线入射的入射面Q的入射侧棱镜246c1和具有射出面R的射出侧棱镜246c2，在入射侧棱镜246c1的内侧斜面U与射出侧棱镜246c2的内侧斜面V之间设置微小的间隙246c3而使二者对置，并且按照入射面Q和射出面R平行的方式进行组合，由此，可以由具有外侧倾斜面S、T的侧视呈大致梯形形状的组合棱镜构成该转像棱镜246c。
一边参照图3一边对通过该转像棱镜246c将扫描方向反转的原理进行说明。在图3的(b)中用概略图示出了从侧视呈梯形形状的方向观察该转像棱镜246c的状态，示出了激光光线在入射面Q上的入射位置沿箭头W1的方向(图3的(a)的箭头d1的方向)进行移动的情况下的光线路径a、b、c。另外，光线路径b是从入射面Q的中心位置入射的路径，光线路径a、c的入射位置是以光线路径b的入射位置为中心的点对称的位置。并且，用实线表示激光光线沿光线路径a行进的情况，用虚线表示沿光线路径b行进的情况，用点划线表示沿光线路径c行进的情况。
如图所示，激光光线被设定为相对于入射面Q呈直角入射，相对于入射面Q沿光线路径a入射的激光光线在入射侧棱镜246c1的内侧斜面U以及外侧倾斜面T上反射而呈直角入射到射出侧棱镜246c2的内侧斜面V。然后，在间隙246c3中直行并进入到射出侧棱镜246c2的激光光线在射出面R、外侧倾斜面S和内侧斜面V上反射之后，从射出面R射出。并且，光线路径b、c也同样在入射侧棱镜246c1侧反射两次，在射出侧棱镜246c2反射3次，并从图3的(b)所示的位置射出。从图中可明显看出，从入射面Q入射的光线路径a、b、c的激光光线按照以光线路径b为中心旋转180度的状态从射出面R照射，当激光光线在入射面Q侧按照a、b、c的顺序即图3的(b)中箭头W1所示的方向进行扫描时，扫描方向在射出面R侧沿箭头W2所示的方向发生反转。并且，当使激光光线在图3的(a)中在与箭头d1在入射面Q的中心处垂直的箭头d2所示的方向上进行扫描的情况下，该激光光线的入射位置在图3的(b)的光线路径b所示的位置并且在与纸面垂直的方向上移动，该情况下的射出位置在图3的(b)的射出面R的光线路径b所示的位置并且在与纸面垂直的方向上移动，因此所入射的激光光线的扫描方向不会发生反转而是直接射出。
本实施方式的反转器246如上述那样具有驱动电动机246b，该反转器246构成为能够使转像棱镜246c从图3的(a)所示的状态旋转90度。因此，在如本实施方式那样将因多面镜245而分散的激光光线的扫描方向固定的情况下，通过使该驱动电动机246b驱动而使转像棱镜246c的方向旋转90度，从而能够在如下的两种状态中进行切换：使在转像棱镜246c的入射面Q上扫描的方向D1与扫描方向因反转器246而反转的方向(图3的(a)中箭头d1所示的方向)一致的状态(图2的(a))；以及使在入射面Q上扫描的方向D1与扫描方向未被反转而射出的方向(图3的(a)的箭头d2所示的方向)一致的状态(图2的(b))。
本发明的激光加工装置2具有大致以上那样的结构，以下对通过激光加工装置2实施的激光加工进行说明。
如图1所示，在对作为被加工物的晶片10实施激光加工时，将在正面侧的功能层上形成有多个器件14的晶片10以借助保护带T被环状的框架F支承的状态载置在卡盘工作台34上并进行吸引保持。接着，通过移动单元8将卡盘工作台34定位在拍摄单元26的正下方，该拍摄单元26配设在与聚光器241沿X方向相邻的位置。在该晶片10被定位在拍摄单元26的正下方之后，执行图案匹配等图像处理方法，实施聚光器241与晶片10上的加工位置的对位，对位的结果被发送并存储到未图示的控制单元中(对准工序)。在实施了该对准工序之后，使移动单元8进行动作而将卡盘工作台34上的晶片10的规定的分割预定线12的一端部侧(加工开始位置)定位在聚光器241的正下方。此时，将从聚光器241照射的激光光线的聚光点定位在形成有器件14的功能层的上表面附近，通过该控制单元将反转器246的转像棱镜246c预先设定在使扫描方向反转的位置。
接着，通过该控制单元使激光光线振荡器242和衰减器243进行动作，通过使未图示的电动机进行动作而使多面镜245例如以5000转/秒的旋转速度进行旋转，使卡盘工作台34在图2的(a)中箭头X所示的去路方向(图中的右方到左方)上按照规定的加工进给速度进行移动，沿着该分割预定线12实施所谓的烧蚀加工而形成分割槽。此时，如图所示，晶片10上的扫描方向D3相对于箭头X所示的卡盘工作台34所移动的去路方向为逆向。
一边使卡盘工作台34在该去路方向上移动一边执行激光加工，在分割预定线12的另一端部侧到达了聚光器241的正下方位置之后，暂时停止激光光线的照射，停止卡盘工作台34的移动。在上述的激光加工中，与卡盘工作台34的移动速度相比，通过多面镜245的作用在箭头X的方向上高速且反复地进行扫描，因此能够在晶片10的分割预定线12上反复地实施烧蚀加工，有效地防止激光加工所产生的熔融物回填到所形成的分割槽中。
另外，上述激光加工例如按照以下的加工条件来实施。
激光光线的波长：532nm
重复频率：5MHz
平均输出：10W
加工进给速度：500mm/秒
并且，多面镜例如按照以下方式构成。
旋转镜的数量：10个
转速：5000转/秒
扫描脉冲：100脉冲
接着，该控制单元使Y方向移动单元41进行动作而使卡盘工作台34按照形成于晶片10的分割预定线12的间隔在Y方向(分度进给方向)上移动，并且将相邻的分割预定线12的另一端部侧定位在聚光器241的激光光线照射位置。此时，使反转器246的驱动电动机246b进行动作而使转像棱镜246c旋转90度，成为图2的(b)的状态。即，成为入射到入射面Q的激光光线LBa～LBb的扫描方向不发生反转而按照方向D2’从射出面R射出的状态。然后，将从聚光器241照射的激光光线的聚光点定位在分割预定线12上的形成有器件14的正面附近，按照与使卡盘工作台34在上述的去路方向上移动的情况同样的激光加工条件照射激光光线。与此同时，使卡盘工作台34在图2的(b)中箭头X所示的返路方向(图中的左方到右方)上按照规定的加工进给速度进行移动，沿着该分割预定线12实施所谓的烧蚀加工，形成分割槽。如图所示，在该情况下，晶片10上的扫描方向D3’相对于箭头X所示的卡盘工作台34的移动方向也为逆向。这样，一边使卡盘工作台34也相对于该返路方向移动，一边执行激光加工，在分割预定线12的一端部侧到达聚光器241的正下方位置之后，暂时停止激光光线的照射，停止卡盘工作台34的移动。在该激光加工中，与在去路方向上移动的情况同样，也沿着箭头X的方向在8mm的范围内反复进行扫描，因此能够沿着箭头X的方向在分割预定线12上重复实施烧蚀加工，有效地防止因激光加工而使熔融物回填到所形成的分割槽中。之后，实施激光加工，通过使移动单元8和激光光线照射单元24进行适当地动作，对晶片10上的所有分割预定线12实施同样的激光加工，形成分割槽。
如从图2的(a)和(b)能够理解的那样，根据本实施方式，在使卡盘工作台34在返路方向上移动而实施激光加工的情况下，也能够按照与在去路方向上移动的情况的激光加工相同的条件进行加工，能够使与分割预定线12对应的分割槽的加工品质在一边在去路方向上移动一边执行激光加工的情况和一边在返路方向上移动一边执行激光加工的情况下相同。并且，由于能够利用反转器246中的使转像棱镜246c旋转90度的结构来实现用于使加工品质相同的结构，所以不会使结构变得复杂化或诱发故障，能够减少维护的麻烦。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在本发明的技术范围所包含的范围内设想各种变形例。例如，在上述的实施方式中，使转像棱镜246c旋转90度，由此，在卡盘工作台34沿去路方向和返路方向中的任意方向移动的情况下，均可通过将激光光线所扫描的方向设为逆向而使形成了分割槽的情况下的加工品质相同，但本发明并不限定于此，也可以将相对于卡盘工作台34所移动的方向而设定的转像棱镜246c的方向设定为相反，将激光光线的扫描方向设定为相对于卡盘工作台34的移动方向为顺向，从而使形成分割槽的情况下的加工品质相同。
并且，在本实施方式中，通过将入射侧棱镜246c1和射出侧棱镜246c2组合而实现了使用于反转器246的转像棱镜246c，但本发明并不限定于此，也可以采用起到像反转功能的其他光学单元(例如梯形棱镜、楔形棱镜、道威棱镜等)。

Claims (1)

1.一种激光加工装置，其中，
该激光加工装置至少包含：
保持单元，其对被加工物进行保持；
激光光线照射单元，其对该保持单元所保持的被加工物照射激光光线；
X方向移动单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元在X方向上相对地进行加工进给；以及
Y方向移动单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元在与该X方向垂直的Y方向上相对地进行加工进给，
该激光光线照射单元至少包含：
激光振荡器，其振荡出激光光线；
多面镜，其将该激光振荡器所振荡出的激光光线按照规定的分散角度分散并在X方向上进行扫描；
聚光器，其使在X方向上扫描的激光光线会聚于该保持单元所保持的被加工物；以及
反转器，其配设在该多面镜与该聚光器之间，使激光光线的扫描方向在该X方向上反转而使反转后的扫描方向与反转前的扫描方向相反，
该反转器至少包含：
转像棱镜；
驱动部，其使该转像棱镜以该分散角度的中央为旋转轴而旋转90度；
第一中继透镜，其配设在该多面镜与该转像棱镜之间，将按照该分散角度分散了的激光光线修正为平行光；以及
第二中继透镜，其配设在该转像棱镜与该聚光器之间，使通过了该转像棱镜的平行光恢复该分散角度，
在对该保持单元所保持的被加工物照射激光光线而在去路上进行加工时和在返路上进行加工时，仅使该转像棱镜旋转90度就能够使激光光线的扫描方向反转。
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